土石壩浙江參考資料PPT

1、第三章 土 石 壩什么是土石壩？ 利用壩址附近的土石料填筑（ 碾壓或夯實(shí)）而成的擋水建筑物。亦稱(chēng)當(dāng)?shù)夭牧蠅巍?歷史久遠(yuǎn)：600多年，我國(guó)開(kāi)始填筑土堤，防御洪水，蓄水興利。如：安徽芍陂、浙江海塘等。 解放后至今，我國(guó)內(nèi)已建成的八萬(wàn)多座水壩，土石壩約占90% 國(guó)際上：古印度、古埃及等，也很早開(kāi)始修建土壩。 第一節(jié) 概 述1安徽壽縣芍陂，淮河流域著名古陂塘灌溉工程 芍陂陂塘灌溉工程，位于安徽省壽縣南。春秋時(shí)期楚莊王十六年至二十三年（公元前598年公元前591年）由孫叔敖創(chuàng)建（一說(shuō)為戰(zhàn)國(guó)時(shí)楚子思所建），迄今2500多年一直發(fā)揮不同程度的灌溉效益。 1959年，安徽省文化局文物工作隊(duì)曾在安豐塘越水壩地方

2、，發(fā)掘出一座漢代（公元前206年公元220年）水利工程（草土堰）遺址，伴隨出土的有漢代時(shí)期鐵錘等文物。芍陂主要水源是淠河，芍陂灌區(qū)面積，在公元4世紀(jì)公元13世紀(jì)常見(jiàn)記載，有灌田萬(wàn)頃、灌田五千余頃等說(shuō)法。自古來(lái)芍陂工程的人為破壞嚴(yán)重，多次受到戰(zhàn)爭(zhēng)波及，以致到民國(guó)年間，芍陂灌溉效益越來(lái)越低，1949年實(shí)灌面積僅8萬(wàn)多畝，現(xiàn)為淠史杭灌區(qū)的一個(gè)反調(diào)節(jié)水庫(kù)。 第一節(jié) 概 述2浙江省鄞縣它山堰 它山堰是甬江支流鄞江上修建的御咸蓄淡引水灌溉樞紐工程。位于浙江省寧波市西南，唐代大和七年（公元833年）由縣令王元瑋創(chuàng)建。 筑堰前，海潮可沿江上溯章溪，因海水倒灌使耕田鹵化，城市用水困難。在鄞江上游出山處的四明山與

3、它山之間，用條石砌筑一座上下各36級(jí)的攔河溢流壩。壩頂長(zhǎng)42丈，用80塊條石板砌筑而成，壩體中空，用大木梁為支架。這座壩平時(shí)可以下?lián)跸坛?，上蓄溪水，供鄞西平原七鄉(xiāng)數(shù)千頃農(nóng)田灌溉，并通過(guò)南塘河供寧波城使用。為防止洪水涌入城市。宋代（公元960年公元1279年）至清代（公元1644年公元1911年）時(shí)都對(duì)工程進(jìn)行維修。 明代嘉靖十五年（公元1536年）加高堰（壩）頂1尺，清代咸豐七年（公元1857年）曾進(jìn)行較大修治。公元1914年清理堰上淤積，使水道通暢。目前所見(jiàn)它山堰頂長(zhǎng)134.4米，堰頂寬4.8米，堰身大部分埋在沙土下，已無(wú)引灌作用。1987年定為全國(guó)重點(diǎn)保護(hù)文物。 第一節(jié) 概 述3它 山 堰

4、4蘇州海塘錢(qián)塘江海塘 56第一節(jié) 概 述 土石壩優(yōu)點(diǎn)：就地取材，節(jié)省三材；筑壩經(jīng)驗(yàn)豐富；對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)；施工技術(shù)簡(jiǎn)單；便于維修、加高、培厚和擴(kuò)建。因此，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用十分廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)已建成的八萬(wàn)多座水壩，土石壩約占90%左右。第3 章 土 石 壩7 特別是最近十幾年以來(lái)，隨著大型高效的土石方施工機(jī)械的采用，巖土力學(xué)理論和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在土石壩設(shè)計(jì)中的廣泛使用，為建筑高土石壩提供了有利條件，土石壩得到了飛躍發(fā)展，成為當(dāng)今世界上壩體高度最高、應(yīng)用最廣泛的壩型。 目前世界上最高的水壩為塔吉克斯坦的羅貢土石壩，壩高335m。我國(guó)已建的最高土石壩為小浪底土石壩，壩高154m，在建的水布埡面

5、板堆石壩高達(dá)233m。在本世紀(jì)，我國(guó)將發(fā)展更高的土石壩。第一節(jié) 概 述第3 章 土 石 壩8世界最高壩羅貢壩世界最高的土石壩，也是世界最高壩，工程于1975年開(kāi)工，1989年完工，位于塔吉克國(guó)和國(guó)阿姆河支流瓦赫什河上。工程主要任務(wù)是灌溉與發(fā)電。 最大壩高335米，壩頂長(zhǎng)660米，壩頂寬20米，底寬1500米。壩體體積7550萬(wàn)立方米。水庫(kù)庫(kù)容133億立方米。水電裝機(jī)360萬(wàn)千瓦。9埃及尼羅河上的大型水利工程 阿斯旺高壩 阿斯旺高壩位于開(kāi)羅以南約700公里。工程于1961年開(kāi)工，1970年竣工。大壩采用粘土心墻堆石壩，高111米，頂寬40米，底寬980米，壩頂長(zhǎng)3830米。阿斯旺大壩在粘土心墻內(nèi)

6、布置灌漿和廊道是大膽創(chuàng)新，廊道凈寬35米，高5米，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。水庫(kù)總庫(kù)容為1689億立方米。樞紐建筑物包括大壩、引水工程和電站。電站裝機(jī)容量為210萬(wàn)千瓦。阿斯旺水庫(kù)具有灌溉、水力發(fā)電和防洪等作用。101112 密云水庫(kù)（土壩）13岳城水庫(kù)14151617水布埡水庫(kù)（湖北清江）18小浪底 參數(shù) 19水布埡 2021施工中的水布埡水庫(kù) 22一、土石壩的工作特點(diǎn) 1壩體、壩基的透水性擋水時(shí)：由于上、下游水位差的作用，水將經(jīng)壩體和壩基的顆?？紫断蛳掠螡B透。 1）使水庫(kù)的水量大量流失； 2）而且還會(huì)引起壩體或壩基產(chǎn)生管涌、流 土等滲透變形，導(dǎo)致潰壩事故。 以壩體浸潤(rùn)線為界，線上的土為非飽和狀態(tài)，

7、線下土體則呈飽和狀態(tài)。飽和土體，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)也將相應(yīng)降低， 對(duì)壩坡穩(wěn)定不利。為此，應(yīng)設(shè)置防滲和排水措施，以減少水庫(kù)的滲漏損失和保證壩坡的穩(wěn)定性。 第一節(jié)概 述232土石壩的局部失穩(wěn)定破壞形式 土石壩是松散的土石料填筑，壩體剖面需要做成上、下游邊坡較平緩的梯形斷面。 由于由松散顆粒組成，其失穩(wěn)是以局部壩坡坍塌的形式出現(xiàn)。 當(dāng)壩坡太陡或土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)較小時(shí)，在滲透壓力和土體上部重力的作用下，局部壩坡土體（包括壩基土體）將向坡外滑移，簡(jiǎn)稱(chēng)滑坡。 為了保持壩坡穩(wěn)定，需設(shè)置較平緩的上、下游壩坡。因此，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件和筑壩材料等因素選擇適宜的坡。使壩體：保證安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理。 第一節(jié) 概 述

8、一、土石壩的工作特點(diǎn)243抗沖性能差 壩體材料是松散的顆粒： 當(dāng)洪水漫過(guò)壩頂時(shí)，水流必然會(huì)攜帶土粒流失，從而引起壩體局部破壞或整體潰決。例如，1975年8月，我國(guó)淮河上游兩座土壩，因溢洪道泄洪能力不足發(fā)生洪水漫頂而潰壩。 由于波浪的作用，必然導(dǎo)致坡面土料的流失和坍塌，削弱壩體剖面尺寸，對(duì)壩體穩(wěn)定不利。 設(shè)計(jì)中，要求： 1）壩體應(yīng)有足夠的超高 2）壩坡應(yīng)有相應(yīng)的防沖措施。 3）保證泄洪措施有足夠的泄洪能力。 第一節(jié)概 述254壩體沉陷量大壩體材料是松散的顆粒： 由于壩體土料、石料之間的孔隙存在，壩體是可壓縮的。 盡管在筑壩時(shí)要求分層填筑、逐層壓實(shí)，但壩體的沉陷仍然是不可避免的。當(dāng)壩基為土基時(shí)，沉

9、陷值將更大。 過(guò)大的沉陷將會(huì)降低壩頂?shù)脑O(shè)計(jì)高程；而不均勻的沉陷將使壩體產(chǎn)生縱向、橫向和各種走向的裂縫，危及壩身安全。觀測(cè)資料表明，竣工后的壩體沉陷仍可達(dá)到壩高的0.5%1.0%左右。 因此，在設(shè)計(jì)壩頂高程時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮預(yù) 留沉陷值 (1.0%)H。第一節(jié) 概 述26二、土石壩的類(lèi)型 土石壩的類(lèi)型，從不同的角度有不同的分類(lèi)方法。下面主要按施工方法、筑壩材料和壩體防滲型式進(jìn)行分類(lèi)。 1按筑壩材料分類(lèi) 按筑壩材料分類(lèi): 分為: 1)土壩 2)土石混合壩 3)堆石壩。 ( 壩體絕大部分由土料筑成時(shí)稱(chēng)為土壩；絕大部分由石料筑成時(shí)稱(chēng)為堆石壩；由土石混合堆筑時(shí)稱(chēng)為土石混合壩。)272按施工方法分類(lèi)1）碾壓式土

10、石壩 碾壓式土石壩是由適宜的土石料分層填筑，并用壓實(shí)機(jī)械逐層碾壓而成的壩型。近二十多年來(lái)，隨著大型碾壓機(jī)械的采用，使得這種壩型得到最廣泛的應(yīng)用。本章將重點(diǎn)介紹這種壩型的設(shè)計(jì)。 2）水力沖填壩 水力沖填壩是利用水力和簡(jiǎn)易的水力機(jī)械完成土料開(kāi)采、運(yùn)輸和填筑等主要工序而筑成的壩型。具體地說(shuō)，是用高壓水槍驅(qū)動(dòng)高壓水流向料場(chǎng)的土料噴射沖擊，第一節(jié)概 述二、土石壩的類(lèi)型28使之成為泥漿，然后通過(guò)泥漿泵和輸漿管把漿液輸送到壩體預(yù)定位置分層淤積、沉淀、排水和固結(jié)后形成的壩型。 我國(guó)西北地區(qū)創(chuàng)造的水墜壩與這種壩型的施工原理相似，其料場(chǎng)位于壩頂高程以上的山體，泥漿輸送是利用漿液的重量經(jīng)溝渠自流到壩面，因而有學(xué)者也

11、把水墜壩歸類(lèi)為水力沖填壩。這種壩型因施工質(zhì)量難以保證. 3）水中填土壩 水中填土壩是將易于崩解的土料分層倒入靜水中，依靠土體自身重量和運(yùn)輸工具壓實(shí)而成。施工時(shí)，一般在施工倉(cāng)面上用堤埝圍埂分格，并在格中灌水倒土逐層填筑。第一節(jié) 概 述二、土石壩的類(lèi)型29 4）定向爆破土石壩 這種壩型是在壩肩山體的預(yù)定位置開(kāi)挖洞室，埋放炸藥，引爆后使土石料按照物體平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡拋到預(yù)定的設(shè)計(jì)位置，完成大部分壩體填筑，再經(jīng)過(guò)加高修復(fù)而形成的壩型。 這種筑壩方法由于爆破力很大，可能造成壩址附近地質(zhì)構(gòu)造破壞等方面問(wèn)題，因而，一般采用較少。我國(guó)已建成這種土壩或堆石壩約有40余座，最高的有陜西石砭峪水庫(kù)大壩，壩高82.5m

12、，廣東乳源南水電站的主壩，壩高81.3m。第一節(jié)概 述二、土石壩的類(lèi)型301）均質(zhì)壩：均質(zhì)壩絕大部分由均一的土料分層填筑而成。筑壩料多用透水性較小的粘性壤土或砂質(zhì)粘土，壩體具有防滲作用。因此，無(wú)需設(shè)置專(zhuān)門(mén)的防滲措施，如圖5-1(a)所示。 2）土質(zhì)防滲體分區(qū)壩：由透水性很小的土質(zhì)防滲體和若干種透水土石料分區(qū)分層填筑而成。粘性土質(zhì)防滲體設(shè)在壩體中部或上游，稱(chēng)為粘土心墻壩或粘土斜心墻壩，如圖5-1(b)、(c)、(d)；設(shè)在壩體上游面的稱(chēng)為粘土斜墻壩，如圖5-1(e)、(f)、(g)。第一節(jié)概 述3按防滲體的型式分類(lèi)按防滲設(shè)施可分為均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲體分區(qū)壩和非土質(zhì)材料防滲體壩(碾壓式)：31 3）

13、非土質(zhì)材料防滲體壩 這種壩型的防滲體一般由鋼筋混凝土、瀝青混凝土或其他非土質(zhì)材料做成。其中防滲體布置在壩體中央附近的稱(chēng)為心墻壩； 防滲體布置在上游面的稱(chēng)為面板土石壩。在堆石壩中，一般將防滲體設(shè)在上游壩面，又稱(chēng)面板堆石壩。 第一節(jié)概 述此外，還有其他型式的分區(qū)壩，如壩體上游部分為防滲土料，下游部分為透水土料的分區(qū)壩等等。二、土石壩的類(lèi)型32碾壓式土石壩的類(lèi)型 第一節(jié) 概 述3334353637第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造 剖面基本尺寸影響因素： 1）壩址附近的土石料分布狀況（包括土石料的種類(lèi)、性能、儲(chǔ)量、運(yùn)距等）； 2）壩址的地形地質(zhì)條件； 3）運(yùn)行要求和施工條件等；參照已建工程，初擬剖面

14、的尺寸，然后計(jì)算和修正，使之成為安全、經(jīng)濟(jì)、合理的剖面。土石壩剖面包括壩頂高程、壩頂寬度、壩坡。3839一、壩頂高程 壩頂高程應(yīng)為水庫(kù)靜水位加壩頂超高，壩頂超高可按下式計(jì)算： （3-1）式中 壩頂超高，m； 最大波浪在壩.坡上的爬高，m； 安全加高，m， 按表3-1采用； 最大風(fēng)雍水面高度，m，按式 （3-2） 計(jì)算。y=R+e+hc第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造40圖 壩頂超高計(jì)算圖第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造41表3-1 土石壩安全加高 hc 值(m)壩 的 級(jí) 別IIIIIIIV V設(shè) 計(jì)1.51.000.700.50 校 核山區(qū) 、丘陵區(qū)0.700.500.400.30平原

15、、濱海區(qū)1.000.700.500.30第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造42（3-2） 式中： K 綜合摩阻系數(shù)，其值在（1.55.0）10-6之間， 計(jì)算時(shí)一般取3.610-6； D 風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度（m）； Hm 壩前風(fēng)區(qū)水域平均水深（m）； 計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角（）； V0 計(jì)算風(fēng)速（m/s）;正常運(yùn)用情況:1、2級(jí)壩，取多年平均最大風(fēng)速的1. 52.0，3、4級(jí)壩取1.5 倍 ；非常運(yùn)用情況:取多年平均最大風(fēng)速 。 第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造43 波浪爬高 ：指波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度（從風(fēng)雍水面起算），其值以蒲田公式計(jì)算為宜。采用蒲田公式計(jì)算波浪爬高應(yīng)首先計(jì)算平均爬高

16、，再按表3-2換算所需概率的爬高 。 當(dāng)壩坡的單坡系數(shù) 1.55.0時(shí)，平均爬高可按式（3-3）計(jì)算 （3-3）式中 壩面糙率系數(shù)； 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，按表3-2選用；第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造44 平均波高和平均波長(zhǎng)（m），計(jì)算方法見(jiàn)第一章； 壩坡系數(shù).表3-2 爬高統(tǒng)計(jì)分布P（%）0.1123451015203050(1)0.12.662.232.071.971.901.841.641.51.391.23096(2)0.10.32.442.081.941.861.801.751.571.461.361.21097第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造45經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.01.52.02.53.03

17、.54.05.01.01.021.081.161.221.251.281.30糙率滲透性系數(shù)K 護(hù) 面 類(lèi) 型K護(hù) 面 類(lèi) 型K光滑不透水護(hù)面（瀝青混凝土）1砌石護(hù)面0.750.80混凝土板護(hù)面0.9拋填兩層塊石（不透水基礎(chǔ)）0.600.65草皮護(hù)面0.850.90拋填兩層塊石（透水基礎(chǔ)） 0.5 0.55第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造46 求出 后，按工程等級(jí)選用設(shè)計(jì)累計(jì)頻率(%)(對(duì)I級(jí)土石壩取 ；對(duì)IVV級(jí)壩取 )，并由值查表3-3，求得設(shè)計(jì)爬高值 。 當(dāng)風(fēng)向線與壩軸線的法線成夾角時(shí)，波浪爬高 應(yīng)有所降低。因此，應(yīng)將爬高值 乘以風(fēng)向折減系數(shù) 后作為設(shè)計(jì)值， 值按下表選用。 對(duì)于小型的

18、土石壩，波浪爬高可按下式近似計(jì)算。 式中 波高（m），可按官?gòu)d公式計(jì)算； 靜水位壩面坡角（ ）。第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造47 對(duì)有防滲體的土石壩，防滲體頂部針對(duì)靜水位也要超高，并預(yù)留竣工后沉降量。 具體要求是：正常運(yùn)用情況，心墻壩超高值取0.30.6m，斜墻壩取0.60.8m；非常運(yùn)用情況，防滲體頂部應(yīng)不低于相應(yīng)的靜水位。斜向波折減系數(shù)010203040506010.980.960.920.870.820.76第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造48 當(dāng)壩頂上游側(cè)設(shè)有穩(wěn)定、堅(jiān)固和不透水且與防滲體緊密接合的防浪墻時(shí)，壩頂高程可用防浪墻墻頂?shù)母叱蹋?但此時(shí)在正常運(yùn)用情況下，壩頂最少應(yīng)高出相

19、應(yīng)的靜水位0.5m；在非常情況運(yùn)用情況下，壩頂應(yīng)不低于相應(yīng)的靜水位。 最后指出：確定壩頂高程應(yīng)分別按正常運(yùn)用和非常運(yùn)用情況計(jì)算，取其最大值作為設(shè)計(jì)壩頂高程。當(dāng)壩址地震烈度大于6度時(shí)，應(yīng)考慮地震影響。第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造49二、壩頂寬度 壩頂寬度取決于： 交通：當(dāng)壩頂有交通要求時(shí)，應(yīng)按交通部門(mén)的 有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。 防汛搶險(xiǎn)：車(chē)輛運(yùn)輸、人員工作等。 施工：碾壓機(jī)械寬度 其他專(zhuān)門(mén)性要求；對(duì)于高壩，壩頂寬度可選用1015m，對(duì)于中、低壩，可選用510m。 一般情況下：頂寬 Tm = 0.1H第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造50三、壩坡土石壩的壩坡主要取決于：壩型、壩高、壩基和壩體材料性質(zhì)

20、以及工作條件等因素； 一般可參照已建工程初步擬定，然后由壩坡穩(wěn)定計(jì)算確定合理的壩坡。 規(guī)律： 碾壓式土石壩陡于水力沖填、水中填土壩； 非粘性土分區(qū)壩陡于粘土均質(zhì)壩壩坡。 下游壩坡陡于上游壩坡。 巖基壩坡陡于土基壩坡。 壩的上部陡于下部。由上向下逐級(jí)變緩。每高差約1520m，變化不宜大于0.250.50；常用壩坡一般取1:2.01:4.0。第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造51 均質(zhì)壩參考?jí)纹卤戎邓苄灾笖?shù)較高的亞粘土塑性指數(shù)較低的亞粘土壩高（m）平臺(tái)上游坡下游坡壩高（m）平臺(tái)上游坡下游坡頂寬（m）級(jí)數(shù)由上而下由上而下頂寬（m）級(jí)數(shù)由上而下由上而下151.511:2.501:2.751：2.251

21、：2.50151.511:2.251:2.501:2.001:2.251525221:2.751:3.001：2.501：2.751525221:2.501:2.751:2.251:2.502535231:2.751:3.001:3.501：2.501：2.751：3.002535231:2.501:2.751:3.251:2.251:2.501:2.75第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造52注：表中壩殼部分邊坡變化范圍可根據(jù)不同土質(zhì)選用，土質(zhì)較好可用較陡值。心墻部分邊坡變化范圍根據(jù)塑性材料透水性的強(qiáng)弱選用，透水性弱者可用陡值。 心墻壩參考?jí)纹卤戎祲螝げ糠中膲Σ糠謮胃撸╩）平臺(tái)頂寬(m）平臺(tái)級(jí)

22、數(shù)上游坡（由上而下）下游坡（由上而下）頂寬邊坡151.511:22.251:2.252.51:0.752.01:2.02.251.51:0.215252.0121:2.252.51:2.52.751:2.02.251:2.252.52.01:0.150.2525352.021:2.52.751:2.753.01:3.03.501:2.252.51:2.502.751:2.753.02.51:0.150.25第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造53 另外： 為了方便檢修、觀測(cè)和攔截雨水，土石壩一般在下游壩面變坡處設(shè)置一定寬度的馬道；并在馬道上游面設(shè)排水溝。 馬道：也稱(chēng)纖道 它的寬度視其用途而定，一

23、般取1.52.0m。均質(zhì)壩和土質(zhì)防滲體分區(qū)壩上游壩面宜少設(shè)馬道，非土質(zhì)防滲體面板壩上游不宜設(shè)馬道。排水溝：排除雨水，橫縱向布置。第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造54土石壩的構(gòu)造第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造土石壩設(shè)計(jì)步驟： 初擬剖面滲流計(jì)算穩(wěn)定計(jì)算材料設(shè)計(jì)構(gòu)造設(shè)計(jì)地基處理構(gòu)造設(shè)計(jì)目的： 保障壩的安全和正常運(yùn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)內(nèi)容： 防滲體、排水設(shè)備、護(hù)坡、壩頂 壩體分區(qū)： 均質(zhì)壩：壩體、排水體、反濾層、護(hù)坡、防浪墻 分區(qū)壩：壩殼、防滲體、過(guò)渡層、反濾層、排水體、護(hù)坡等55土石壩的構(gòu)造壩頂 土石壩的構(gòu)造主要包括壩頂、護(hù)坡、防滲體和排水體等四個(gè)部分。 一、壩頂 壩頂可采用碎石、單層砌石、瀝青或混凝土

24、護(hù)面，IVV級(jí)的土石壩也可用草皮護(hù)面。當(dāng)壩頂有交通要求時(shí)，壩頂護(hù)面應(yīng)滿(mǎn)足公路路面的有關(guān)規(guī)定。 為排除降雨積水，壩頂護(hù)面可向下游側(cè)放坡，坡度在2%3%之間，并做好向下游的排水系統(tǒng)。 壩頂上游側(cè)宜布置防浪墻，墻頂應(yīng)高于壩頂1.001.20m，墻底必須與防滲體緊密結(jié)合。 防浪墻應(yīng)做成堅(jiān)固不透水的結(jié)構(gòu)。56土石壩的構(gòu)造壩頂尺寸應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定和強(qiáng)度條件確定，并設(shè)置變形伸縮縫和做好止水措施，如圖所示。壩頂及防浪墻構(gòu)造圖57585960土石壩的構(gòu)造護(hù)坡 對(duì)于高壩或兼顧旅游功能的土石壩，下游側(cè)應(yīng)設(shè)置欄桿等安全防護(hù)措施，應(yīng)按運(yùn)用要求設(shè)置照明設(shè)施，建筑藝術(shù)處理應(yīng)美觀大方，并與周?chē)h(huán)境相互協(xié)調(diào)。二、護(hù)坡 設(shè)置護(hù)坡的目的

25、： 是為了保護(hù)上游壩坡免受波浪淘刷； 順坡雨水水流沖刷、凍脹干裂； 冰層和漂浮物等的危害作用； 還有防止無(wú)粘性土料被大風(fēng)吹散，蛇、鼠和土棲白蟻等動(dòng)物在壩坡中營(yíng)洞造穴等危害。 因此，壩坡表面為土、砂礫石等土石料填筑時(shí)應(yīng)設(shè)置專(zhuān)門(mén)的護(hù)坡。61土石壩的構(gòu)造護(hù)坡1上游護(hù)坡 上游壩面要有足夠抗沖能力。已建造的土石壩，多采用堆石、干砌石和漿砌石護(hù)坡和混凝土護(hù)坡。干砌石護(hù)坡： 根據(jù)波浪大小可做成單層或雙層，單層厚度約為0.20.35m，如圖3-6（a）所示；雙層干砌石護(hù)坡厚度約0.40.6m，圖（b）。 當(dāng)護(hù)坡與壩體土料之間不滿(mǎn)足反濾要求時(shí)，護(hù)坡底面需設(shè)碎石或礫石墊層，防止庫(kù)水位降落和波浪對(duì)壩坡的淘刷。墊層厚

26、度一般為0.150.25m，并滿(mǎn)足反濾要求和不凍要求。62土石壩的構(gòu)造護(hù)坡 圖3-6 干砌石護(hù)坡（單位：m） 1-干砌石；2-墊層；3-壩體第三章 土石壩6364656667土石壩的構(gòu)造護(hù)坡漿砌石護(hù)坡： 漿砌石是在塊石之間充填砂漿或細(xì)石混凝土。 適用于波浪高、壓力大、容易被沖壞的情況。漿砌石護(hù)坡穩(wěn)定性較好，其厚度可比干砌石護(hù) 坡酌情減小?；炷磷o(hù)坡：混凝土護(hù)坡有現(xiàn)澆和預(yù)制兩種形式，如圖3-7所示。采用方形5m5m20m20m厚度為1520cm的現(xiàn)澆板塊、六角形預(yù)制塊； 其他如瀝青混凝土護(hù)坡和水泥土護(hù)坡，可參考有關(guān)文獻(xiàn)論述。 如黑河等工程，使用效果都較好，在石料缺乏的地區(qū)可考慮采用。68土石壩的

27、構(gòu)造護(hù)坡圖3-7 混凝土板護(hù)坡矩形板；(b)六角形板矩形混凝土板；2-六角形混凝土板；3-碎石或礫石；4-木板柱；5-結(jié)合縫697071土石壩的構(gòu)造護(hù)坡2下游壩坡 下游壩坡工作條件相對(duì)上游壩坡好些，一般宜簡(jiǎn)化設(shè)置。下游護(hù)坡型式一般有草皮護(hù)坡、單層干砌石護(hù)坡、卵石或碎石護(hù)坡和混凝土框格填石護(hù)坡等。 草皮護(hù)坡：是均質(zhì)壩常見(jiàn)的護(hù)坡形式，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較普遍，如果壩面排水布置合理，護(hù)坡效果良好，而且可以美化環(huán)境。草皮護(hù)坡的草苗宜采用爬地草或矮草，以減少日常維護(hù)工作。若壩坡為無(wú)粘性土?xí)r，則可在草皮下鋪一層2030 cm厚的腐植土，以利于草的生長(zhǎng)。 干砌石護(hù)坡：國(guó)內(nèi)使用較多，一般采用單層干砌形式、厚度0.20.

28、3m，通常在石料豐富且砌石費(fèi)用便宜的地區(qū)可以考慮采用。第三章 土石壩72土石壩的構(gòu)造護(hù)坡 卵石或碎石護(hù)坡： 適用于由砂或礫石填筑的下游壩坡，卵石或碎石的粒徑應(yīng)為510cm，厚度40cm。鋼筋混凝土框格填石護(hù)坡： 適用壩坡較陡、僅僅采用卵石或碎石護(hù)坡不穩(wěn)定且不適宜采用草皮護(hù)坡的情況。框格尺寸一般為45m45m，框條寬0.2m，厚0.3m，在框格中填卵石或碎石。 對(duì)干砌石、漿砌石、卵石或碎石、瀝青混凝土以及鋼筋混凝土護(hù)坡，護(hù)坡的下部都應(yīng)設(shè)置碎石或砂、砂礫石墊層。 墊層厚度約為1530cm。冰凍地區(qū)，墊層厚度還應(yīng)滿(mǎn)足壩坡不凍要求。第三章 土石壩7374757677787980土石壩的構(gòu)造護(hù)坡 干砌石

29、護(hù)坡與被保護(hù)的土料之間不滿(mǎn)足反濾要求時(shí)，墊層應(yīng)按反濾要求設(shè)置。 為消除護(hù)坡底面積水、降低浸潤(rùn)線和護(hù)坡底面揚(yáng)壓力，現(xiàn)澆混凝土、鋼筋混凝土和漿砌石護(hù)坡均應(yīng)預(yù)留排水孔，排水孔的間距應(yīng)根據(jù)滲水多少而定。 護(hù)坡的范圍：上游護(hù)坡，上部自壩頂開(kāi)始（如設(shè)防浪墻墻時(shí)應(yīng)與防浪墻連接），下部伸至死水位以下不小于2.50m（IV、V級(jí)壩可減至1.5m），最低水位不確定時(shí)應(yīng)護(hù)至壩腳。下游壩坡應(yīng)由壩頂護(hù)至排水體頂部，無(wú)排水體時(shí)也應(yīng)護(hù)至壩腳。第三章 土石壩81土石壩的構(gòu)造排水3壩面排水 除了干砌石或堆石護(hù)坡之外，下游壩坡均須設(shè)置壩面排水，排水應(yīng)包括壩頂、壩坡、壩頭及壩下游等部位的集水、截水和排水措施。同時(shí)，壩坡與岸坡連接處

30、也應(yīng)設(shè)排水溝，其集水面積應(yīng)包括岸坡積水面積在內(nèi)。 壩面排水系統(tǒng)的布置（圖3-8）、排水溝的尺寸和底坡應(yīng)由計(jì)算確定。排水系統(tǒng)應(yīng)縱橫貫通，有馬道時(shí)，縱向排水溝宜設(shè)在馬道內(nèi)側(cè)，豎向排水溝可每隔50100m設(shè)一條。排水溝的橫斷面可用混凝土澆筑或漿砌石砌筑，一般斷面尺寸應(yīng)不小于深0.2m，寬0.3m。第三章 土石壩82土石壩的構(gòu)造排水圖3-8 （單位：m ）1-壩頂；2-馬道；3-縱向排水溝；4-橫向排水溝；5-岸坡排水溝；6-草皮護(hù)坡；7-漿砌石排水溝 8384土石壩的構(gòu)造防滲體三、防滲體 按防滲體材料可分為：土質(zhì)防滲體：粘性土心墻和斜墻等；非土質(zhì)材料防滲體：瀝青混凝土、鋼筋混凝土心墻、斜墻、面板和復(fù)

31、合土工膜等。1土質(zhì)防滲體 土質(zhì)防滲體用粘土、含砂礫粘性土或粘壤土。 土質(zhì)防滲體的斷面尺寸應(yīng)根據(jù)下列因素確定： 防滲體土料的數(shù)量和質(zhì)量（包括允許比降、塑性和抗裂性能等）； 壩基的性質(zhì)和處理措施； 土料施工難度及土料與壩殼土料的比價(jià)關(guān)系 庫(kù)區(qū)設(shè)計(jì)地震烈度。 85土石壩的構(gòu)造防滲體實(shí)踐證明：土質(zhì)防滲體的斷面（圖3-9）及厚度取決于防滲體土料的允許比降，在設(shè)計(jì)中通常采用滲流平均允許比降J作為控制條件； 最大作用水頭H與允許比降的比值：B=H/J。 工程中：理論計(jì)算的防滲體斷面可能太薄，其對(duì)抗震抗裂不利。 為此，根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)提出的允許比降：心墻不宜大于4.0，斜墻不宜大于5.0據(jù)此求出土質(zhì)防滲體底部

32、的厚度。 由于反濾層設(shè)計(jì)理論的不斷完善，允許比降有逐步加大的趨勢(shì)。如挪威的斯伐提文心墻壩，壩高125m，取J=5.0；加拿大的肯尼斜墻壩，壩高85m，取J=5.3；國(guó)內(nèi)的窄口心墻壩，壩高77m，取J=6.4m；陸渾斜墻壩，壩高55m，取J=6.9。第三章 土石壩86土石壩的構(gòu)造防滲體圖 3-9 土質(zhì)防滲體壩（a）粘土心墻壩； （b）粘土斜墻壩8788899091土石壩的構(gòu)造防滲體 土質(zhì)防滲體頂部最小厚度宜取3.0m。 心(斜)墻頂部、上游墻面應(yīng)設(shè)保護(hù)層，其厚度不得小于1.0m。 土質(zhì)防滲體與壩殼的上、下游接觸面，如不能滿(mǎn)足反濾要求，均須設(shè)置反濾層。 2非土質(zhì)材料防滲體（1）瀝青混凝土防滲體瀝青

33、混凝土具有: 塑性和柔性好；防滲性能較好。滲透系數(shù)約10-710-10cm/s； 如石砭峪堆石壩、甘肅的黨河水庫(kù)大壩和北京的半城子壩均采用瀝青混凝土作為防滲體。第三章 土石壩92土石壩的構(gòu)造防滲體 瀝青混凝土防滲體尺寸：厚度通常取40125cm。對(duì)于中低壩，其底部厚度可采用壩高的1/401/60，頂部但不應(yīng)小于30cm。 如黨河水庫(kù)瀝青混凝土心墻壩，壩高58m，心墻底部厚度為1.5m，頂部為0.5m。瀝青混凝土斜墻壩： 瀝青混凝土斜墻做成雙層式，即在兩層瀝青混凝土防滲層之間夾一層由貧瀝青混凝土鋪成的排水層，如圖3-10（a），其作用是排除滲過(guò)首層防滲層的滲水，但效果并不明顯。 近年來(lái)許多工程都

34、傾向于采用簡(jiǎn)單的單層式瀝青混凝土斜墻，如圖3-10（b）所示。第三章 土石壩93土石壩的構(gòu)造防滲體圖3-10 瀝青混凝土面板構(gòu)造（單位：m）1-瀝青砂膠；2-瀝青砂漿；3-瀝青混凝土（分3層澆筑）；4-排水層；5-瀝青混凝土（分2層澆筑）；6-整平層；7-瀝青砂漿；8-碎石墊層；9-混凝土截水墻；10-瀝青砂漿；11-滑動(dòng)層94土石壩的構(gòu)造防滲體（2）鋼筋混凝土面板鋼筋混凝土防滲體： 在堆石壩中應(yīng)用，少量土壩有采用。防滲體的型式，以面板或心墻防滲體的。 如廣東飛來(lái)峽水庫(kù)的副壩就是用鋼筋混凝土做成心墻防滲體的土壩。3、復(fù)合土工膜 利用土工膜作壩體防滲體材料： 可以降低工程造價(jià)，而且施工方便快速，

35、不受氣候影響。多或少對(duì)2級(jí)以下的低壩，可采用土工膜代替粘土、混凝土等，作為壩體的防滲體材料。95土石壩的構(gòu)造排水體四、排水設(shè)施 對(duì)滲入壩體內(nèi)的水量。應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施，將滲水快速，有計(jì)劃地排出壩外，以達(dá)到降低壩體浸潤(rùn)線和孔隙壓力，防止?jié)B流逸出區(qū)域產(chǎn)生滲透變形，保證壩坡穩(wěn)定。 壩體排水應(yīng)滿(mǎn)足如下三點(diǎn)要求：排水體能自動(dòng)地向壩外排出全部滲水；排水體應(yīng)便于觀測(cè)和檢修；排水體應(yīng)按反濾要求設(shè)計(jì)。常用的排水設(shè)施有如下幾種形式：第三章 土石壩96土石壩的構(gòu)造排水體1貼坡排水 貼坡排水又稱(chēng)表面排水，它是在下游壩坡底部區(qū)域用石塊或卵石加反濾層鋪砌在壩坡表面的排水設(shè)施（圖3-11）。 排水頂部超出壩體浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)2.0

36、m1.5m。當(dāng)下游有水時(shí)，排水頂面高程應(yīng)高于波浪沿坡面的爬高；排水下游處應(yīng)設(shè)置排水溝，并應(yīng)具有足夠的尺寸和深度，以便在溝內(nèi)水面結(jié)冰后，下部仍有足夠的排水?dāng)嗝妗?特點(diǎn)：這種形式的排水構(gòu)造簡(jiǎn)單，省工節(jié)料，施工和檢修都很方便。但不能降低壩體浸潤(rùn)線，且易因冰凍而失效；常用于中小型工程下游無(wú)水的均質(zhì)壩或浸潤(rùn)線較低的中低壩。第三章 土石壩97土石壩的構(gòu)造排水體圖3-11 貼坡排水1 - 浸潤(rùn)線；2 - 護(hù)坡；3 - 反濾層；4 - 排水；5 - 排水溝98土石壩的構(gòu)造排水體99土石壩的構(gòu)造排水體 2棱體排水 棱體排水又稱(chēng)濾水壩趾，它是在下游坡腳處用塊石堆筑而成的排水設(shè)施。尺寸：頂部高程：應(yīng)大于該地區(qū)的冰結(jié)

37、深度，并應(yīng)滿(mǎn) 足波浪爬高的要求。高出下游水位 1.0m0.5m。頂部寬度： 應(yīng)根據(jù)施工和觀測(cè)的要求確定，一般為 1.02.0m。排水的內(nèi)坡：一般為1：1.01：1.5；外坡：一般為1：1.51：2.0。為使逸出段的滲透比 降分布均勻，在非巖性壩基上的棱體排水，應(yīng)避 免在棱體上游壩腳處出現(xiàn)銳角。 第三章 土石壩100棱體排水101土石壩的構(gòu)造排水體 棱體排水體特點(diǎn)： 安全可靠； 可以降低壩體浸潤(rùn)線； 可以增加壩坡的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：需石料較多，造價(jià)也相對(duì)較高，且與壩體施工有干擾，檢修有一定的困難。3壩內(nèi)排水 壩內(nèi)排水包括水平排水、豎式排水、網(wǎng)狀排水帶、排水管等。（1）、水平排水 水平排水有褥墊式排水

38、和水平排水層，如圖所示。褥墊式排水是沿壩基表面由塊石鋪成的水平排水層。其伸入壩體內(nèi)的深度一般不宜超過(guò)壩底寬的1/41/3；第三章 土石壩102土石壩的構(gòu)造排水體特點(diǎn)：能有效地降低壩體浸潤(rùn)線；增加壩基的滲透穩(wěn)定，造價(jià)也較低；缺點(diǎn)：是不易檢修，施工時(shí)容易堵塞。水平排水層：其目的是在庫(kù)水位降落時(shí)，改變上游壩殼滲流方向，降低孔隙壓力，以增加上游壩坡在庫(kù)水位降落時(shí)的穩(wěn)定性。下游壩殼的水平排水層有助于孔隙壓力的消散和降低浸潤(rùn)線，對(duì)均質(zhì)壩或壩殼采用透水性弱土料填筑的下游壩坡的穩(wěn)定性有利。其設(shè)置位置、層數(shù)、厚度和伸入壩體內(nèi)長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)滲水量大小確定，排水層厚度不宜小于0.30m，并滿(mǎn)足反濾層最小厚度要求。第三章

39、 土石壩103104土石壩的構(gòu)造排水體105土石壩的構(gòu)造排水體（2）豎式排水 豎式排水包括直立式排水、上昂式排水和下昂式排水等。設(shè)置豎式排水的目的： 是使?jié)B入壩體的滲水通過(guò)豎式排水自由順暢地排向下游，保持壩體干燥，有效降低壩體浸潤(rùn)線，防止?jié)B透水流從壩坡逸出。 即使是相對(duì)均質(zhì)的土料，因水平碾壓致使水平向滲透系數(shù)大于垂直向滲透系數(shù)，由此而使實(shí)際浸潤(rùn)線比計(jì)算情況偏高。一般的豎式排水頂部通至壩頂附近，底部與壩底的褥墊式排水層連接，通過(guò)褥墊式排水排向下游。這是近年來(lái)開(kāi)始采用控制滲流的有效排水方式，對(duì)于均質(zhì)壩和下游壩殼采用強(qiáng)透水性材料第三章 土石壩106土石壩的構(gòu)造排水體4綜合型排水 為充分發(fā)揮各種型式排

40、水的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中，常根據(jù)具體情況將23種不同型式的排水組合應(yīng)用，稱(chēng)為綜合型排水，如圖所示。例如：當(dāng)下游高水位持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，為節(jié)省石料，可考慮在下游正常水位以上用貼坡排水，以下用棱體排水；當(dāng)浸潤(rùn)線較高采用棱體排水難以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求且下游有水時(shí)，可采用褥墊式排水與棱體排水組合或采用貼坡、棱體和褥墊式組合型排水型式。 第三章 土石壩107土石壩的構(gòu)造排水體綜合式型排水108五、反濾層 1、 作用：濾土排水，防止水工建筑物在滲流逸出處遭受管涌、流土等滲流變形的破壞以及不同土層界面的接觸沖刷。在下游側(cè)具有承壓水的土層，還可起壓重作用。 2、位置：在土質(zhì)防滲體與壩殼或壩基透水層之間，以及滲流逸出處或

41、進(jìn)入排水處 3、要求：透水性大于被保護(hù)土；相鄰層細(xì)粒不能穿過(guò)粗?？障陡鲗臃€(wěn)定，不能移動(dòng)不能被細(xì)粒堵塞耐久穩(wěn)定，不改變性質(zhì) 4、材料：又24層，粒徑均勻，抗風(fēng)化的砂、卵石、碎石組成等 土石壩的構(gòu)造反濾層第三章 土石壩109反濾層類(lèi)型： (1)型反濾：其特點(diǎn)是反濾層位于被保護(hù)土層的下部，滲流方向主要由上向下，如褥墊排水； (2)型反濾：其特點(diǎn)是反濾層位于被保護(hù)土層的上部，滲流方向主要由下向上，如減壓溝的反濾層。 滲流方向近乎水平或傾斜向，反濾層近乎垂直或傾斜向的情況，屬于過(guò)渡型，如貼坡反濾等，可歸為型。第三章 土石壩土石壩的構(gòu)造反濾層110反濾層的設(shè)計(jì)內(nèi)容 反濾層的設(shè)計(jì)可分為保護(hù)無(wú)粘性土和保護(hù)粘性

42、土兩大類(lèi)，設(shè)計(jì)內(nèi)容有：確定反濾層的類(lèi)型；根據(jù)濾土準(zhǔn)則，確定反濾層的級(jí)配或選擇土工織物產(chǎn)品。并據(jù)以選擇宜于作反濾層的天然料場(chǎng)或確定人工篩選的任務(wù)。 D15/d8545 D15/d155對(duì)砂礫反濾料確定反濾層的厚度和層數(shù)；鑒定反濾料的透水性，對(duì)土工織物反濾層還應(yīng)鑒定淤堵性；有縱向滲流時(shí)，鑒定沿反濾層和被保護(hù)土層接觸面的沖刷穩(wěn)定性過(guò)渡層：避免剛度相差較大的兩種土料之間產(chǎn)生急劇的變形和應(yīng)力 反濾層可以起過(guò)渡層作用，但過(guò)渡層不能做反濾層。第三章 土石壩土石壩的構(gòu)造反濾層111下節(jié)課講授滲流分析請(qǐng)預(yù)習(xí)112第三章 土石壩概述 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造土石壩滲流分析土石壩的穩(wěn)定計(jì)算土料選擇與填土標(biāo)準(zhǔn)確定土

43、石壩的地基處理土石壩與地基、岸坡及其它建筑物連接113第三節(jié) 土石壩的滲流分析 一、概述 在土石壩中，滲透水流對(duì)壩體、壩基的滲透破壞，危害性更大，因滲透破壞屬于隱蔽性破壞，常不易被發(fā)現(xiàn)。如發(fā)現(xiàn)和搶修不及時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致難予補(bǔ)救的嚴(yán)重后果。1滲流分析的主要任務(wù) 土石壩剖面基本尺寸和防滲排水設(shè)施初步擬定后，必須進(jìn)行滲流分析，并通過(guò)分析求得滲流場(chǎng)的水頭分布和滲透水力比降，為壩坡安全性和滲流穩(wěn)定性評(píng)判提供依據(jù)。滲流分析的主要任務(wù)是：114第三節(jié) 土石壩的滲流分析 1）確定浸潤(rùn)線位置: 為壩坡穩(wěn)定計(jì)算和布置壩內(nèi)觀測(cè)管提供依據(jù)，根據(jù)浸潤(rùn)線的高低，選擇排水設(shè)施型式和尺寸。 2）確定滲透比降（坡降）： 確定壩坡滲

44、流逸出點(diǎn)和下游地基表面的滲透比降和不同土層的滲透比降，評(píng)判該處的滲透穩(wěn)定性，以便確定是否應(yīng)采取有效的防滲反濾保護(hù)措施。 3）確定壩體與壩基的滲流量： 估算水庫(kù)的滲漏損失，以便加強(qiáng)防滲措施，把滲流量控制在允許的范圍內(nèi)。1152、計(jì)算工況：正常蓄水位與下游最低水位；設(shè)計(jì)洪水位與相應(yīng)下游水位校核洪水位與相應(yīng)下游水位庫(kù)水位降落時(shí)上游壩坡穩(wěn)定的不利情況第三節(jié) 土石壩的滲流分析116第三節(jié) 土石壩的滲流分析3滲流分析方法滲流分析：解析法（流體力學(xué)、水力學(xué)）、流網(wǎng)法、 電模擬法和數(shù)值法。(1)流體力學(xué)法 流體力學(xué)法是根據(jù)已知的定解條件，如初始條件和邊界條件，求解滲流的基本微分方程（拉普拉斯微分方程），從中得

45、到精確的滲流要素（包括流速、比降和滲透壓力）。此法立論嚴(yán)謹(jǐn)，計(jì)算成果精確，但只能求解邊界條件簡(jiǎn)單的滲流問(wèn)題，不便應(yīng)用于邊界條件復(fù)雜的實(shí)際工程。然而，利用它對(duì)某些簡(jiǎn)單邊界問(wèn)題的解析成果與水力學(xué)方法結(jié)合起來(lái)，可提高水力學(xué)法的計(jì)算精度。117第三節(jié) 土石壩的滲流分析（2）水力學(xué)法這是近似的解析法，但必須基于以下基本假設(shè)： 1）假設(shè)滲透系數(shù)K在同一或相近的土料中各向同性； 2）假設(shè)壩體內(nèi)部滲流為層流，認(rèn)為壩內(nèi)滲流符合達(dá)西定律； 3）假設(shè)壩體內(nèi)部滲流為漸變流（杜平假定），認(rèn)為滲流場(chǎng)中任意過(guò)水?dāng)嗝娓鼽c(diǎn)的水平流速和比降都是相等的。這種方法不完全符合拉普拉斯方程，因而不能精確求出任一點(diǎn)的水力要素。但其所確定的

46、浸潤(rùn)線、平均流速、平均比降和滲流量，已能滿(mǎn)足（35級(jí)）土石壩工程的精度要求。118第三節(jié) 土石壩的滲流分析 （3）數(shù)值解法滲流計(jì)算的數(shù)值解法一般采用有限單元法。有限單元法是目前解決復(fù)雜滲流問(wèn)題的最有效方法，對(duì)I、II級(jí)壩和高壩應(yīng)采用數(shù)值法計(jì)算滲流場(chǎng)的要素。 （4）流網(wǎng)法用手工繪制流網(wǎng)，利用流網(wǎng)求解平面滲流問(wèn)題的水力要素，也可用來(lái)解決較復(fù)雜的邊界問(wèn)題。119第三節(jié) 土石壩的滲流分析 二、滲流分析的水力學(xué)法 水力學(xué)法土石壩滲流分析的基本思路是： 把壩內(nèi)滲流區(qū)域劃分為若干段（一般為兩段）. 建立各段水流的運(yùn)動(dòng)方程式，并根據(jù)滲流的連續(xù)性原理求解滲流要素和浸潤(rùn)線。另外，考慮到工程實(shí)際情況的壩體和壩基滲透

47、系數(shù)的各向異性，而在采用水力學(xué)法進(jìn)行滲流分析時(shí)又需把滲透系數(shù)K視為常量。碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：滲透系數(shù)K: 計(jì)算滲流量時(shí)，宜采用大值平均值； 計(jì)算水位降落時(shí)的浸潤(rùn)線宜采用小值平均值。 K相差5倍以?xún)?nèi)的土層可視為同一種土層，其滲透系數(shù)由加權(quán)平均計(jì)算。120三、滲流計(jì)算類(lèi)型矩形滲流區(qū)無(wú)壓滲流分析不透水地基均質(zhì)壩的滲流計(jì)算下游無(wú)排水（貼坡排水）設(shè)施情況下游有褥墊式排水設(shè)施情況下游有堆石棱體排水設(shè)施情況有限深度透水地基土石壩的滲流計(jì)算均質(zhì)壩有截水墻的心墻壩滲流計(jì)算設(shè)有截水墻的斜墻壩滲流計(jì)算設(shè)有水平鋪蓋的斜墻壩滲流計(jì)算4.總滲流量的計(jì)算121第三節(jié) 土石壩的滲流分析矩形滲流區(qū)無(wú)壓滲流分析簡(jiǎn)圖122第

48、三節(jié) 土石壩的滲流分析1不透水地基均質(zhì)壩的滲流計(jì)算 嚴(yán)格地講，絕對(duì)不透水的壩基是不存在的。當(dāng)壩基滲透系數(shù)小于壩體滲透系數(shù)的百分之一時(shí)，視壩基為相對(duì)不透水地基。計(jì)算時(shí)一般取單位壩長(zhǎng)作為分析對(duì)象。 （1）下游無(wú)排水（貼坡排水）設(shè)施情況 對(duì)上游壩坡，斜面入流的滲流分析要比垂直面入流復(fù)雜得多。而電模擬試驗(yàn)結(jié)果證明，虛擬適宜位置的垂直面代替上游壩坡斜面進(jìn)行滲流分析，其計(jì)算精度誤差不大。為簡(jiǎn)化計(jì)算，在實(shí)際分析中，常以虛擬等效的矩形代替上游壩體三角形123第三節(jié) 土石壩的滲流分析虛擬矩形寬度計(jì)算: 式中:m1 上游壩面坡度系數(shù)，變坡時(shí)平均值 H1 上游水深。教材打印錯(cuò)誤。請(qǐng)改正：增加H1124 圖3-17

49、不透水地基均質(zhì)土壩滲流計(jì)算圖125第三節(jié) 土石壩的滲流分析 無(wú)排水設(shè)施均質(zhì)壩滲流分析的思路是以滲流逸出點(diǎn)為界把壩體分為上、下游兩部分，分別列出各部分的流量表達(dá)式，并根據(jù)流量連續(xù)性原理，求出相應(yīng)的未知量（q 、a)。1）上游段分析（圖3-17(a)）根據(jù)達(dá)西定律，通過(guò)浸潤(rùn)線以下任何單寬垂直剖面的滲流量q為 移項(xiàng)積分（積分區(qū)間從0至x）可得： （1）同理，積分區(qū)間從EO斷面至逸出點(diǎn)CC斷面可得:126第三節(jié) 土石壩的滲流分析 （2) 2）下游段分析，以下游水面為界把下游段三角形壩體分為水上、水下兩部分。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，采用新的坐標(biāo)系如圖5-4(b)所示。水面以上壩體的滲流量q為: (a) 水面以下壩體

50、滲流量為: (b)兩式相加得:127第三節(jié) 土石壩的滲流分析 （3） 根據(jù)流量連續(xù)性原理，對(duì)式（2）和（3）聯(lián)解就可求出未知量，并確定浸潤(rùn)線方程（1） 均質(zhì)土壩滲流計(jì)算圖128第三節(jié) 土石壩的滲流分析3）討論分析當(dāng)下游無(wú)水時(shí)，把 H2=0 代入(3)得: (4) 當(dāng)下游無(wú)排水設(shè)施且下游無(wú)水時(shí),可由式（2）和(4)聯(lián)解求出q和a0,浸潤(rùn)線仍按式（1）計(jì)算。 注意：在滲流進(jìn)口段應(yīng)作適當(dāng)修正，浸潤(rùn)線起點(diǎn)應(yīng)與壩面點(diǎn)正交，末點(diǎn)與原浸潤(rùn)線相切，中間修改成曲線，如圖5-3所示。129第三節(jié) 土石壩的滲流分析（2）下游無(wú)水設(shè)排水體的情況 褥墊排水的壩體浸潤(rùn)線為一拋物線，拋物線的焦點(diǎn)在排水體上游起始點(diǎn)，焦點(diǎn)在鉛

51、直方向與拋物線的截距為 ,至頂點(diǎn)的距離為 ，由此可得： 把上式代入基本方程式得浸潤(rùn)線方程: 把邊界條件 、 代入，即可求得: 130第三節(jié) 土石壩的滲流分析 （3）下游有水設(shè)堆石棱體排水設(shè)施情況:當(dāng)下游有水時(shí)，如圖所示。為簡(jiǎn)化計(jì)算，以下游水面與排水體上游面的交點(diǎn)B為界把壩體分為上、下游兩段，取上游OA斷面和B點(diǎn)斷面分析，分別列出兩斷面之間的平均過(guò)水?dāng)嗝娣e和平均比降，由達(dá)西定律可導(dǎo)出滲流量為： 把下游水面看為地基，取 代替H1，并注意 的關(guān)系，由此可直接按褥墊式排水情況的公式導(dǎo)出: 131均質(zhì)土壩滲流計(jì)算圖 (a)有水平排水時(shí)；（b）有棱體排水時(shí)132第三節(jié) 土石壩的滲流分析2有限深度透水地基土

52、石壩的滲流計(jì)算（1）均質(zhì)壩 對(duì)于透水地基上的均質(zhì)壩，分析時(shí)： 把壩體與壩基分開(kāi)考慮，即先假設(shè)地基為不透水的，由上述方法計(jì)算壩體的滲流量q1和浸潤(rùn)線（用q1代替q）; 然后再假定壩體為不透水，計(jì)算壩基滲流量q2 ， 將 q1 +q1可得壩體和壩基的流量 。 當(dāng)有棱體排水時(shí)（圖-5），因地基產(chǎn)生滲流使得浸潤(rùn)線有所下降，可假設(shè)浸潤(rùn)線在下游水面與排水體上游面的交點(diǎn)進(jìn)入排水體（即h0=H2 a0=0），則通過(guò)壩體的滲流量 可表達(dá)為：133第三節(jié) 土石壩的滲流分析通過(guò)壩基的滲流量q2可表達(dá)為: (d) 壩體、壩基的單寬滲流總量q為： 式中: 壩基土料滲透系數(shù);T 透水層厚度； L0見(jiàn)圖； n壩基滲徑修正系數(shù)，如表134135第三節(jié) 土石壩的滲流分析L0/T2054321n1.151.181.231.31.441.87表 系數(shù)n 表此時(shí)應(yīng)將滲流量q 用壩體滲流量q1代替。 （2）有截水墻的心墻壩滲流計(jì)算有限透水深度地基的心墻壩，一般可做成有截水墻的防滲形式（圖）。計(jì)算時(shí)假設(shè)上游壩殼無(wú)水頭損失（因?yàn)閴螝ね亮蠟閺?qiáng)透水土石料），136第三節(jié) 土石壩的滲流分析 心墻上游面的水位按水庫(kù)水位確定。因此，只需計(jì)算心墻、截水墻和下游壩殼兩部分。分析時(shí)，可分別計(jì)算通過(guò)心墻和下游壩殼的滲流量，并根據(jù)流