水工建筑物：第三章 土石壩

第一節(jié)概述

土石壩是建造歷史最悠久、應(yīng)用最普遍的一種壩型。我國已建成15m高以上的水壩約9萬座，其中90%以上為土石壩。第三章土石壩

土石壩的優(yōu)點(diǎn)①就地取材：節(jié)省水泥、鋼材；減少對(duì)外運(yùn)輸量。②對(duì)地基變形的適應(yīng)能力強(qiáng)，幾乎可以適應(yīng)任何地基例外：嚴(yán)重喀斯特地區(qū)或淤泥深度太大。優(yōu)勢(shì)：自重小、抗震能力強(qiáng)特例：四川野勒，壩址強(qiáng)透水覆蓋層60多m，瀝青混凝土心墻土石壩。③施工方法選擇具有靈活性土石壩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工技術(shù)容易掌握，既可采用簡(jiǎn)單機(jī)具施工，又可高度機(jī)械化施工。第一節(jié)概述

第三章土石壩

土石壩的缺點(diǎn)

①壩身一般不允許泄洪需另建泄洪建筑物，往往給樞紐布置帶來困難。②施工導(dǎo)流困難壩身不能溢流，要求施工期洪水全部通過導(dǎo)流隧洞或涵洞排泄。

③施工受氣候條件影響比較大在惡劣氣候（雨季和嚴(yán)寒冰凍情況下），填土質(zhì)量難以保證，往往導(dǎo)致施工延期。第一節(jié)概述

第三章土石壩一、土石壩的工作特點(diǎn)和基本要求土石壩是由散粒體的土石料填筑而成的，散粒之間凝聚力低、空隙大，在滲流、沖刷、沉降、冰凍、地震等因素作用下，表現(xiàn)出不良的物理狀態(tài)，降低建筑物的功能，甚至引發(fā)工程事故。因此要提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。第一節(jié)概述一、土石壩的工作特點(diǎn)和基本要求第三章土石壩第一節(jié)概述一、土石壩的工作特點(diǎn)和基本要求

第三章土石壩⑷穩(wěn)定土石壩的失穩(wěn)方式既不同于重力壩，也不同于拱壩。散粒體材料的凝聚力低，抗剪強(qiáng)度小，土石壩的失穩(wěn)一般是壩坡滑動(dòng)或壩坡連同部分壩基滑動(dòng)。為了維持穩(wěn)定，土石壩采用較緩的壩坡1:2.5～1:4.5，取決于土料抗剪強(qiáng)度、壩高、壩的工作條件（是否有地震、滲流孔隙水壓力）。第一節(jié)概述一、土石壩的工作特點(diǎn)和基本要求

第三章土石壩⑷其它如凍融破壞。土料含水率較高情況下，周期性冰凍、融凍引起土體開裂、松散滑塌、滲漏加劇。因此要做好防凍層和排水墊層。第一節(jié)概述二、土石壩的類型及其適用條件按照施工方法，土石壩可分為：碾壓土石壩、水中填土壩和水力沖填壩。第三章土石壩碾壓土石壩：是用機(jī)械將土石料分層碾壓密實(shí)，這種施工方法適合采用各種類型土石料建壩，是應(yīng)用最廣泛的施工方法。水中填土壩：是在填土面筑圍埂，形成水池，再填土入池，依靠上層填土的重量進(jìn)行壓實(shí)和排水固結(jié)。這種施工方式適用于砂性土，因?yàn)樯靶酝两兹芙?，透水性?qiáng)，排水固結(jié)快。水力沖填壩：依靠水力沖擊土料形成泥漿，泥漿沿著通道流向事先在壩面圍好的圍埂里，然后淤積，經(jīng)脫水固結(jié)，形成均勻密實(shí)的壩體。這種施工方式同樣只適用于砂性土。（吹填筑堤）第一節(jié)概述二、土石壩的類型及其適用條件

碾壓土石壩按土石料在壩體的分布情況及防滲設(shè)施位置不同，可分為以下幾種壩型：第三章土石壩1.均質(zhì)土壩壩體材料單一，透水性較弱（一般要求滲透系數(shù)k＜1×10-4cm/s），所以均質(zhì)土壩的筑壩材料通常是粘土、粘壤土。均質(zhì)壩的設(shè)計(jì)施工都比較簡(jiǎn)單，但是要求附近有足夠的粘土、粘壤土來源。由于粘土、粘壤土的抗剪強(qiáng)度較低，為了維持壩坡穩(wěn)定，要求采用較緩的邊坡，這樣必然增大土石方量，因此均質(zhì)土壩只在中低壩高的情況下采用。第一節(jié)概述二、土石壩的類型第三章土石壩2.分區(qū)壩由土質(zhì)防滲體和若干種透水性不同的土石料分區(qū)填筑而成。（1）心墻壩在壩體中央采用弱透水性的土料形成防滲體，兩側(cè)采用較大透水性土石料。如果采用多種土石料，則要求自中央向兩側(cè)的土石料透水性逐漸增大。后者土層逐漸過渡，對(duì)地基適應(yīng)性更好，心墻更不易開裂，適合建高壩；前者建高壩，要求心墻邊坡較緩。第一節(jié)概述二、土石壩的類型第三章土石壩2.分區(qū)壩（2）斜墻壩上游側(cè)壩體采用弱透水性土料形成傾斜的防滲體，壩體采用透水性較大的土石料。如果采用多種土石料，則要求自上游防滲體向下游側(cè)，逐漸增大材料的透水性。前者土質(zhì)斜墻易發(fā)生不均勻沉陷破壞，只適用于低壩。第一節(jié)概述二、土石壩的類型第三章土石壩3.人工防滲材料壩用混凝土、瀝青混凝土、鋼筋混凝土或土工膜作成防滲心墻或防滲斜墻?！锿凉つぴ靸r(jià)比較低，近20年來得到大量應(yīng)用。但是塑料膜強(qiáng)度低，而且易于被石料穿刺，因此只適用于小型土壩?！锘炷练罎B斜墻在不均勻沉陷時(shí)容易斷裂，因此適用于地基天然覆蓋層厚度不大、壩體高度不大或者筑壩材料壓縮型較?。ㄈ缍咽瘔危┑那闆r。第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

一、壩頂高程第三章土石壩第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

一、壩頂高程第三章土石壩第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

一、壩頂高程第三章土石壩第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

一、壩頂高程第三章土石壩第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

二、壩頂構(gòu)造第三章土石壩1.壩頂寬度壩頂寬取決于壩高和施工需要，中、低壩取5～10m，高壩取10～15m。（壩高小于30m低壩，30～70m中壩，大于70m高壩）2.壩頂結(jié)構(gòu)壩頂上游側(cè)一般設(shè)防浪墻，防浪墻高度一般1.0～1.2m，采用漿砌石或混凝土建造，深入防滲體。防浪墻應(yīng)設(shè)伸縮縫并做好止水。壩頂蓋面材料采用砂礫石、碎石、砌石或?yàn)r青混凝土等柔性材料。壩頂面設(shè)2%～3%橫坡，壩頂寬較小時(shí)坡向下游側(cè)，壩頂寬較大時(shí)坡向上、下游兩側(cè)。第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

三、壩坡第三章土石壩

壩坡的選擇取決于壩型、壩高、壩體及壩基材料、承受的荷載（抗震級(jí)別）等因素。一般可參照已建壩的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)初步擬定壩坡，然后根據(jù)壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果確定合理壩坡。碾壓土石壩壩坡選擇一般遵循以下原則：⑴粘性土壩坡較緩，非粘性材料壩坡較陡⑵上游坡較緩，下游坡較陡⑶上部壩坡較陡，下部壩坡較緩。⑷土壩的邊坡每隔的高度設(shè)置一條馬道，馬道的寬度一般為1.5m～2.0m，目的是：①滿足交通和檢修需要；②攔截和排除坡面雨水；③減緩壩坡。第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

三、壩坡第三章土石壩

土石壩的壩坡初選一般參照已有工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn):★均質(zhì)壩:上游壩坡坡率自上往下一般為：2.0、2.5、3.25、3.5，下游壩坡坡率自上往下一般為：2.0、2.75、3.25。★粘土心墻壩:下游壩殼采用礫石料時(shí)，常用坡度為1:1.5～1:2.5,下游壩殼采用土料時(shí)，常用坡度為1:2.0～1:3.0。上游壩殼采用礫石料時(shí)，常用坡度為1:1.7～1:2.7,上游壩殼采用土料時(shí)，常用坡度為1:2.5～1:3.5?！镎惩列眽?壩坡取值可參考土質(zhì)防滲體的心墻壩，下游坡偏陡，上游坡偏緩。（分析原因）★混凝土面板堆石壩:上游壩坡坡度一般采用1:1.4～1:1.7。下游壩坡可為1:1.3～1:1.4（堆石）或1:1.5～1:1.6（卵礫石）。第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

三、壩坡第三章土石壩

上面的壩坡經(jīng)驗(yàn)取值是指一般情況下的取值，如果設(shè)防地震，則上述各種情形的壩坡都要相應(yīng)放緩，如設(shè)防地震的粘土心墻壩：設(shè)防地震的粘土心墻壩的壩坡初擬第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

四、護(hù)坡第三章土石壩

護(hù)坡的作用是保護(hù)散粒料構(gòu)成的上、下游壩面免受各種侵蝕破壞?！钌嫌巫o(hù)坡主要是防止風(fēng)浪淘刷和冰凍破壞，護(hù)坡范圍自壩頂面至死水位以下2。上游護(hù)坡型式有：堆石護(hù)坡、砌石護(hù)坡、混凝土或鋼筋混凝土護(hù)坡、瀝青混凝土護(hù)坡、膜袋混凝土護(hù)坡等。圖3-6砌石護(hù)坡構(gòu)造第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

四、護(hù)坡第三章土石壩

護(hù)坡的作用是保護(hù)散粒料構(gòu)成的上、下游壩面免受各種侵蝕破壞?！钌嫌巫o(hù)坡主要是防止風(fēng)浪淘刷和冰凍破壞，護(hù)坡范圍自壩頂面至死水位以下2。上游護(hù)坡型式有：堆石護(hù)坡、砌石護(hù)坡、混凝土或鋼筋混凝土護(hù)坡、瀝青混凝土護(hù)坡、膜袋混凝土護(hù)坡等。圖3-7混凝土護(hù)坡（單位：cm）第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

四、護(hù)坡第三章土石壩☆下游護(hù)坡主要是防止雨水沖刷、干裂，護(hù)坡范圍自壩頂面至排水體或壩腳。下游護(hù)坡型式有：堆石護(hù)坡、砌石護(hù)坡、碎石護(hù)坡和草皮等。護(hù)坡形式的選擇取決于工程的重要性、風(fēng)浪的大小和材料來源等。☆對(duì)于堆石護(hù)坡、干砌石護(hù)坡、混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，單塊重量應(yīng)當(dāng)足以抵御風(fēng)浪沖擊，并且必須設(shè)置1～2層碎石和砂墊層，其作用在于：①防止風(fēng)浪淘刷；②防止凍融破壞；③滲流反濾。第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

五、坡面排水第三章土石壩

兩岸壩頭的壩坡與岸坡連接處設(shè)排水溝，攔截岸坡雨水。上游馬道內(nèi)側(cè)設(shè)縱向排水溝攔截坡面雨水，將雨水導(dǎo)向壩頭排水溝。下游壩面設(shè)置縱橫連通的排水溝，縱向排水溝同樣設(shè)在馬道內(nèi)側(cè)，排水溝將坡面雨水導(dǎo)向壩頭排水溝。設(shè)置坡面排水的目的？第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

六、壩體防滲第三章土石壩☆對(duì)于粘土心墻：●粘土心墻一般位于壩體中央稍偏上游側(cè)；●心墻土料的滲透系數(shù)一般為壩殼材料的滲透系數(shù)的1/100～1/1000

?！裾惩列膲敳繎?yīng)高于正常蓄水位0.3～0.6m,且不低于校核洪水位。

●粘土心墻頂部設(shè)置厚度不小于1m的砂性土保護(hù)層，防凍融、防干裂。●粘土心墻頂部厚度不小于3m；底部厚度由心墻土料的允許滲透坡降決定?！裥膲εc上、下游壩殼之間設(shè)置過渡層，以緩和不同土料之間的沉降差，其中下游側(cè)過渡層還起反濾作用。第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

六、壩體防滲第三章土石壩☆對(duì)于粘土斜墻：●粘土斜墻頂部應(yīng)高于正常蓄水位0.6～0.8m,且不低于校核洪水位。

●粘土斜墻上游側(cè)和頂部設(shè)置厚度不小于1m的砂性土保護(hù)層，防凍融、干裂?！裾惩列眽ι嫌蝹?cè)坡度一般為1:2.0～1:2.5，下游側(cè)坡度一般為1:1.5～1:2.0?！裾惩列眽ν亮虾秃穸纫笸惩列膲??！裾惩列眽ι稀⑾掠蝹?cè)同樣設(shè)置過渡、反濾層。第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

七、壩體排水第三章土石壩●排水設(shè)施：由排水體（塊石或排水管）和反濾層（2～3層砂石料）組成?！裨O(shè)置排水的目的：通過排除壩體及壩基的滲水，降低滲流水頭，從而增加下游壩坡穩(wěn)定性和防止?jié)B透變形。1、堆石棱體排水⑴作用①降低浸潤(rùn)線；②防止?jié)B透變形；③防止下游坡凍脹破壞；④支撐壩腳，增強(qiáng)壩坡穩(wěn)定性；⑤下游有水時(shí)，防止坡腳淘刷。2、優(yōu)缺點(diǎn)排水效果好，但是需大量石料。3、適用條件無論下游有水或無水都適用。

第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

七、壩體排水第三章土石壩2、貼坡排水⑴作用●防止壩坡發(fā)生滲透破壞（起反濾作用）●防止下游坡腳淘刷（當(dāng)下游有水時(shí)）

（2）優(yōu)缺點(diǎn)用料少，施工簡(jiǎn)單，檢修方便。但是不能降低滲透坡降。

（3）適用條件壩體浸潤(rùn)線較低，無需降低浸潤(rùn)線。

第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

七、壩體排水第三章土石壩3、壩內(nèi)排水

⑴構(gòu)成：壩內(nèi)排水包括水平排水和豎直排水，這些排水及可能是石料排水，也可能是塑料排水帶、排水管。

（2）作用：

上游坡內(nèi)的排水主要是在水位塊降時(shí)，迅速排除空隙水，增加上游坡穩(wěn)定和防止?jié)B透變形，深入壩內(nèi)有很好的排水效果，最大限度降低滲流水頭：（3）優(yōu)缺點(diǎn)排水效果好。但是檢修困難，并且低于坡外水位時(shí)失去作用。

第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

八、反濾層和過渡層

第三章土石壩1、作用

設(shè)在排水體上游側(cè)的反濾層主要是防止壩體、壩基土料流失造成滲透破壞或堵塞排水體導(dǎo)致排水失效。同時(shí)在下游有水時(shí)，還可防止波浪淘刷破壞。

設(shè)在粘土心墻和斜墻上、下游側(cè)的反濾過渡層可防止粘土的接觸流失，防止心墻、斜墻發(fā)生滲透破壞；還在兩種剛度相差很大的材料之間起過渡作用，防止粘土心墻和斜墻開裂。第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

八、反濾層和過渡層

第三章土石壩2、設(shè)計(jì)要求

反濾層一般為2～4層不同粒徑的砂石料組成，層面大致與滲流方向正交，粒徑順?biāo)鞣较蛴杉?xì)到粗。反濾層的構(gòu)造應(yīng)滿足以下要求：●透水性應(yīng)大于被保護(hù)土的透水性●被保護(hù)土的顆粒不應(yīng)穿過反濾層被滲流帶走●粒徑較小的一層顆粒不得穿過粒徑較大一層的顆粒間的空隙●特小顆粒允許通過反濾層的孔隙被帶走，但是不得堵塞反濾層。

所謂特小顆粒，對(duì)于砂土、砂礫石、碎石而言，分別指粒徑小于0.10mm、0.15mm、0.20mm的顆粒，且它們的含量不應(yīng)超過相應(yīng)層材料的5%。第二節(jié)土石壩的剖面布置與構(gòu)造

八、反濾層和過渡層

第三章土石壩3、土工織物反濾層

傳統(tǒng)的反濾層施工比較麻煩，近年來許多工程采用土工織物代替。它本身不是反濾層，但作為一種媒介促使被保護(hù)土形成一道由細(xì)到粗的天然反濾層。圖Ⅲ-1土工織物的反濾作用第三節(jié)土石壩的滲流分析一、滲流分析的任務(wù)和方法第三章土石壩1、土壩滲流分析的任務(wù)和目的●目的：①確定浸潤(rùn)線位置，為壩坡穩(wěn)定計(jì)算提供依據(jù)；②驗(yàn)算是否發(fā)生滲透變形；③確定漏水量?！裼?jì)算工況：①正常蓄水位與對(duì)應(yīng)的下游水位；②設(shè)計(jì)洪水位與對(duì)應(yīng)的下游水位；③校核洪水位與對(duì)應(yīng)的下游水位；④上游水位降落工況。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，決定對(duì)初擬的壩斷面及防滲、排水設(shè)施是否要作修改和如何修改。第三節(jié)土石壩的滲流分析一、滲流分析的任務(wù)和方法第三章土石壩2、滲流分析方法概述

嚴(yán)格地說土壩滲流屬于空間問題，但是如果壩體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)條件如果沿壩軸線方向沒有急劇變化，工程中通?？梢越频睾?jiǎn)化為豎直平面問題來考慮。滲流分析方法主要有以下幾種：（1）流體力學(xué)方法

水在多孔介質(zhì)（即土體）中的流動(dòng)要受到土顆粒的約束，不可能發(fā)生紊亂，因此土體滲流屬于層流，符合達(dá)西定律：第三節(jié)土石壩的滲流分析一、滲流分析的任務(wù)和方法第三章土石壩另外，滲流還滿足水流連續(xù)性條件（即質(zhì)量守恒定律）:將式（A）代入式（B）得到滲流運(yùn)動(dòng)的基本方程：

上面的滲流運(yùn)動(dòng)偏微分方程（拉普拉斯方程）只是在極為簡(jiǎn)單的邊界條件下才能求出解析解，對(duì)于復(fù)雜的邊界條件必須通過數(shù)值方法如有限元法求解。第三節(jié)土石壩的滲流分析一、滲流分析的任務(wù)和方法第三章土石壩2、滲流分析方法概述（2）水力學(xué)方法

根據(jù)上述假定，我們來研究不透水地基上矩形土體的滲流運(yùn)動(dòng)（假定下邊界水平，進(jìn)、出口水頭分別為H1和H2）。

第三節(jié)土石壩的滲流分析一、滲流分析的任務(wù)和方法第三章土石壩

將式（3-9）自上游滲流進(jìn)口斷面積分至滲流區(qū)域內(nèi)任意斷面（水平坐標(biāo)為x，對(duì)應(yīng)的水頭為y），得到浸潤(rùn)線方程：第三節(jié)土石壩的滲流分析一、滲流分析的任務(wù)和方法第三章土石壩●水力學(xué)方法只適用于邊界條件簡(jiǎn)單規(guī)則的情況●水力學(xué)方法只適用于土壤均質(zhì)各向同性的情況●水力學(xué)方法只適用于穩(wěn)定滲流情況●水力學(xué)方法只能得出滲流斷面的平均流速和平均滲透坡降，不能得出滲流場(chǎng)中任意一點(diǎn)的滲流要素。第三節(jié)土石壩的滲流分析一、滲流分析的任務(wù)和方法第三章土石壩（3）模型試驗(yàn)方法滲流模型試驗(yàn)的方法有很多，其中最有實(shí)用價(jià)值的是電模擬試驗(yàn)，也就是利用電場(chǎng)中電流要素和滲流場(chǎng)中滲流要素的相似關(guān)系，進(jìn)行對(duì)應(yīng)模擬：第三節(jié)土石壩的滲流分析一、滲流分析的任務(wù)和方法第三章土石壩（3）模型試驗(yàn)方法根據(jù)壩的輪廓形狀做成導(dǎo)電液模型，測(cè)出電場(chǎng)中各點(diǎn)的電位，然后轉(zhuǎn)換成滲流場(chǎng)中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的水頭。

用電流場(chǎng)來模擬滲流場(chǎng)是很自然的事情，因?yàn)槊枋鰸B流運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的達(dá)西定律公式本來就是借鑒描述電流運(yùn)動(dòng)的歐姆定律公式而建立起來的，而描述電流運(yùn)動(dòng)的歐姆定律公式又是模仿熱流運(yùn)動(dòng)的傅立埃公式建立起來的。

圖Ⅲ-2土壩滲流的電模擬試驗(yàn)

第三節(jié)土石壩的滲流分析一、滲流分析的任務(wù)和方法第三章土石壩（4）流網(wǎng)法①根據(jù)流網(wǎng)分布，可以快速找出可能發(fā)生滲透變形的部位并計(jì)算出滲透坡降。②根據(jù)流網(wǎng)可以計(jì)算出不同部位的單寬滲流量。憑借經(jīng)驗(yàn)手工繪制流網(wǎng)無法保證準(zhǔn)確性，對(duì)于復(fù)雜的土石壩根本無法繪制。

圖Ⅲ-2土壩滲流的電模擬試驗(yàn)

第三節(jié)土石壩的滲流分析一、滲流分析的任務(wù)和方法第三章土石壩（4）流網(wǎng)法

滲流各向異性情況下，流線和等勢(shì)線并非正交（如圖3-15（e）

第三節(jié)土石壩的滲流分析二、滲流分析的水力學(xué)方法（以不透水地基均質(zhì)土壩為例）第三章土石壩

對(duì)于圖3-17所示不透水地基均質(zhì)壩，計(jì)算時(shí)將土壩剖面分為3段：①上游三角形段；②下游三角形段；③中間段。第三節(jié)土石壩的滲流分析二、滲流分析的水力學(xué)方法（以不透水地基均質(zhì)土壩為例）第三章土石壩二、滲流分析的水力學(xué)方法（以不透水地基均質(zhì)土壩為例）第三章土石壩第三章土石壩第三章土石壩第三節(jié)土石壩的滲流分析三、滲流分析的有限元法第三章土石壩三、滲流分析的有限元法第三章土石壩三、滲流分析的有限元法第三章土石壩三、滲流分析的有限元法第三章土石壩

將計(jì)算區(qū)域剖分成有限多個(gè)計(jì)算單元，將計(jì)算時(shí)段剖分為有限多個(gè)微小時(shí)段，根據(jù)變分原理將滲流偏微分方程離散成線性代數(shù)方程組，根據(jù)初始條件和邊界條件逐時(shí)段求解計(jì)算區(qū)域的滲流水頭分布。三、滲流分析的有限元法第三章土石壩

算例：下面是湖南省某水庫水位降落過程中（經(jīng)過25天水位從116m降至108m，再經(jīng)過20天水位由108m降至100m），土壩非穩(wěn)定滲流有限元計(jì)算情況。圖III-4湖南省桃源某水庫土壩剖面三、滲流分析的有限元法第三章土石壩

算例：

圖III-5單元剖分圖圖III-6水位起降瞬間（水位：116.0m）的滲流等勢(shì)線圖三、滲流分析的有限元法第三章土石壩

算例：

圖III-7第25天水位降至108.0m的滲流等勢(shì)線圖圖III-7第45天水位降至100.0m的滲流等勢(shì)線圖四、土石壩總滲流量計(jì)算第三章土石壩第三章土石壩

五、滲透穩(wěn)定性判別與評(píng)價(jià)滲流對(duì)土體產(chǎn)生滲流作用力，使土體或土粒失去平衡。1.滲透變形的形式（1）管涌在滲流力作用下，土體中的細(xì)顆粒沿著土體骨架顆粒間的孔道移動(dòng)或被帶出土體，土體孔隙增大，形成越來越大的滲流通道，若不及時(shí)處置，地基就會(huì)被逐漸掏空，最終導(dǎo)致壩體塌陷潰決。管涌通常發(fā)生在砂礫石地基。（2）流土在滲透力作用下，滲流出口處土體中的顆粒群同時(shí)起動(dòng)而流失的現(xiàn)象稱為流土。流土現(xiàn)象在粘性土和級(jí)配不良的無粘性土中都可能發(fā)生。粘性土發(fā)生流土破壞的外觀表現(xiàn)是：土體隆起、鼓脹、浮動(dòng)、斷裂等。無粘性土發(fā)生流土破壞的外觀表現(xiàn)是：泉眼（群）、沙沸、土體翻滾最終被滲透托起等。第三章土石壩

五、滲透穩(wěn)定性判別與評(píng)價(jià)1.滲透變形的形式（3）接觸沖刷滲流沿著兩種不同介質(zhì)的接觸面流動(dòng)，并帶走細(xì)顆粒的現(xiàn)象稱為接觸沖刷。如壩體和地基、堤壩和涵管等接觸面流動(dòng)形成的沖刷，均屬此類破壞。（4）接觸流失滲流垂直作用于兩種不同介質(zhì)的接觸面流動(dòng)時(shí)，將其中一層的細(xì)顆粒移入到另一層中去的現(xiàn)象稱為接觸流失。如反濾層的機(jī)械淤堵等。第三章土石壩

五、滲透穩(wěn)定性判別與評(píng)價(jià)2.滲透變形的形式判別前面已經(jīng)明確：●粘性土如果發(fā)生滲透變形，其形式只可能是流土；●發(fā)生接觸沖刷只可能發(fā)生在滲流沿著兩種不同介質(zhì)的接觸面流動(dòng)的情況；●接觸流土滲流垂直作用于兩種不同介質(zhì)的接觸面流動(dòng)的情況

因此滲透變形的形式判別，關(guān)鍵是要判別無粘性土的滲透變形形式是管涌還是流土？——取決于無粘性土的顆粒構(gòu)成，判別步驟如下：第三章土石壩

五、滲透穩(wěn)定性判別與評(píng)價(jià)第三章土石壩

3.滲透變形的可能性判別

(1)粘性土的允許坡降(2)無粘性土的允許滲透坡降[J]

無粘性土發(fā)生滲透變形的臨界坡降一般通過試驗(yàn)測(cè)定。無試驗(yàn)資料時(shí)無粘性土各種滲透變形的允許坡降按表III-1選用經(jīng)驗(yàn)值。第四節(jié)土石壩的穩(wěn)定分析一、壩坡穩(wěn)定計(jì)算工況第三章土石壩1.正常運(yùn)用條件（1）上游為正常蓄水位，下游為相應(yīng)的最低水位（下游壩坡不利工況）（2）上游為設(shè)計(jì)洪水位，下游為相應(yīng)水位（下游壩坡不利工況）（3）上游為穩(wěn)定枯水位，下游為相應(yīng)水位（上、下游壩坡不利工況）（4）上游水位正常降落，下游為相應(yīng)低水位（上游壩坡不利工況）2.非常運(yùn)用條件I（1）施工期（上、下游壩坡不利工況）（2）上游為校核洪水位，下游為相應(yīng)水位（下游壩坡不利工況）（3）上游由校核洪水位快速下降至死水位（上游壩坡不利工況）3.非常運(yùn)用條件Ⅱ(1)上游正常蓄水遇地震，下游為相應(yīng)的最低水位（下游壩坡不利工況）

(2)上游為穩(wěn)定枯水位遇地震，下游為相應(yīng)的最低水位（上游壩坡不利工況）第四節(jié)土石壩的穩(wěn)定分析二、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇第三章土石壩第三章土石壩

準(zhǔn)確測(cè)定和正確選用土的強(qiáng)度參數(shù)，才能正確評(píng)價(jià)土石壩的穩(wěn)定性。對(duì)于不同工況壩坡穩(wěn)定計(jì)算，抗剪強(qiáng)度參數(shù)的測(cè)定方法，應(yīng)當(dāng)模擬該工況孔隙水壓力的變化情況和不同土質(zhì)壩坡孔隙水壓力的變化特點(diǎn)。下面以施工期和水庫水位降落期為例，說明如何確定土的抗剪強(qiáng)度。1.施工期

●對(duì)于粘性土

在施工期，土料在自重固結(jié)作用下，粘性土料內(nèi)部的孔隙水來不及迅速排除，土體也就不可能充分固結(jié)，孔隙水壓力來不及消散。因此采用總應(yīng)力法計(jì)算壩坡穩(wěn)定性，采用現(xiàn)場(chǎng)含水率和容重進(jìn)行直剪儀快剪試驗(yàn)（Q）或三軸儀不排水剪切試驗(yàn)（UU)確定強(qiáng)度指標(biāo)?！駥?duì)于無粘性土

土料的透水性較強(qiáng)，施工過程中，土料的孔隙水在重力固結(jié)作用下可以排出，空隙水壓力來得及消散。因此采用有效應(yīng)力法計(jì)算壩坡穩(wěn)定性，采用直剪儀慢剪試驗(yàn)(S)或三軸儀固結(jié)排水試驗(yàn)（CD)確定強(qiáng)度指標(biāo)。二、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇第三章土石壩2.水庫水位降落期

●對(duì)于粘性土

在水庫運(yùn)用階段認(rèn)為壩體土料已經(jīng)得到充分固結(jié)，但是水位降落時(shí)，粘性土料不排水，孔隙水壓力來不及消散。因此采用總應(yīng)力法計(jì)算壩坡穩(wěn)定性，采用直剪儀固結(jié)快剪試驗(yàn)（R）或三軸儀不排水剪切試驗(yàn)（CU)確定強(qiáng)度指標(biāo)。●對(duì)于無粘性土

土料的透水性較強(qiáng)，水位降落時(shí)土料的孔隙水可以排出，空隙水壓力來得及消散。因此采用有效應(yīng)力法計(jì)算壩坡穩(wěn)定性，采用直剪儀慢剪試驗(yàn)(S)或三軸儀固結(jié)排水試驗(yàn)（CD)確定強(qiáng)度指標(biāo)。二、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇★

直剪儀試驗(yàn)還是三軸儀試驗(yàn)？土的抗剪強(qiáng)度一般采用三軸儀試驗(yàn)測(cè)定。對(duì)于三級(jí)以下的中壩可以用直剪儀試驗(yàn)測(cè)定土的強(qiáng)度指標(biāo)——適用于中小型水庫且壩高70m以下。第三章土石壩三、