河海大学水工建筑物土石坝.ppt

第六章第六章 土土 石石 坝坝教学安排：1、课内学时：8学时2、课外试验一次：时间待定3、习题二道：渗流计算一道 稳定计算一道l第一节 概述l土石坝––故名思义，是由土料和石料堆筑而成的坝因此，又称之为当地材料坝既是一种最古老的坝型，也是现代世界各国普遍采用的一种坝型l古老性––如黄河大堤，安徽省寿县的安丰塘等都是建于春秋时代(公元前722～公元前481年)或更早时期就已建成l普遍性––据1972年统计，全国共建成高于15米的土石坝12000余座，占所有各类坝型的95％目前世界上两座最高的坝均为土石坝 国内：陕西石头河坝：105m l一、土石坝的特点l(一) 主要优点：l 1、就地取材节省水泥、钢材、木材，并已积累相当丰富筑坝经验l 2、适应地基的变形能力强对地形、地质条件的要求在所有坝型中是最 低的l 3、施工方法灵活性大由于构造简单，既适应于简单人工堆筑又适宜于高度机械化施工，不仅大大提高了施工速度，施工质量也容易保证l 4、运用管理方便，工作可靠，便于维修扩建并具有一定的抗震性l(二) 主要缺点：l 1、坝顶不能溢流，常需在河岸另开溢洪道或其他泄水建筑物，(如隧洞、坝下涵管)。

l 2、施工导流不便l 3、坝体断面大，土料填筑质量易受气候影响l(三) 根据坝身材料，土石坝分为：l 1、土坝；l2、堆石坝；l3、土石混合坝l它们的工作条件，结构型式，施工方法等虽不完全相同，但它们之间并没有明显的区别，本章重点介绍土坝对于堆石坝和土石混合坝，仅作一般介绍l二、土坝的工作特点及基本要求l土坝构成：由颗粒松散的土料构筑而成 l由于土粒间联结力较低，在渗流、冲刷、沉降、冰冻、地震等因素的作用和影响下，表现出其相应的工作特点，所以，土坝设计时主要解决以下问题：l(1)稳定： l(2)渗流： l主要措施：围绕上述控制因素展开如可靠的防渗排水(上防下排)l(3)冲刷： l(4)沉降： l(5) 抗冰冻： l1o主要发生于严寒地区，对于粘性土，必须采取保护措施，设计中常以无粘性料作为保护层，其厚度应满足规范要求l2o浸润面以上要求定的干区保护厚度l(冰冻引起水体急剧膨胀，水4℃左右体积最小)l(6) 地震： 为什么会诱发地震？渗漏水流进入紊流状态，发生脉动，例如自来水管放水发生振动危害： l土坝的失事主要原因1、 漫顶：30％； 2、坝坡坍塌：25％； 3、地基渗漏：25％； 4、坝下涵管出事：13％； 5、其他：7％；l三、土坝类型l按施工方法分类： ①碾压式土坝 l②水中填土坝 ③水力充填坝 l②，③坝型存在的缺点：坝坡过缓，工程量大，固结慢，强度低，若施工速度 过快，易滑坡。

l本章将主要介绍碾压式土坝l第二节 土坝的剖面尺寸与构造l一、坝顶和坝坡l 1、坝顶高程：坝顶高程常指设计高程为了保证库水不溢过或溅过坝顶，坝顶高程必须在正常和非正常运用的静水位以上，且有足够的超高l 超高值△h按式(6–1)确定：(见图6–2)l △h＝hB＋e＋a (6–1)l式中：hB––波浪爬高(m)；l le––最大风壅高度(m)；la––安全加高(m)，取决于大坝级别和运用情况见表6–1l①风浪壅高e计算：(6–2)式中 :K––综合摩阻系数 一般为0.036 U––水面以上10m处的风速 m/sD––吹程 (km)H ––坝前水域的平均水深(m)β––风向与水域中线与坝轴线的法向线间的夹角l②波浪爬高hB计算l 定定 义义：波浪爬高是指由静水面起沿建筑物坡面爬升的垂直高度，影响因素，波高、波长、坝面坡度、糙率、风速等l分析方法分析方法：随机统计特征值方法《碾压式土石坝设计规范》中规定，波浪爬高按不规则波法计算，把波浪及其爬高按不规则波法计算，把波浪及其爬高看成是大小不等的随机系列并服从一定的统计分布规律，根据爬高的分布确定各统计特征值之间的关系)l平均爬高计算(莆田公式) (6–3)式中：K△–– lKν––经验系数(见表6–2)。

n––坝坡系数 设计过程中，往往是先初步拟定 n＝ctgα α为坝坡与水平面的夹角l③安全加高a 取决于坝的级别，运用情况，查表6–1l 地震区安全超高：坝顶沉陷地震区安全超高：坝顶沉陷+涌浪高度涌浪高度l坝顶高程确定：l①▽顶＝▽设＋hB设＋e设＋a,正常l②▽顶＝▽校＋hB校＋e校＋a,非常l––––二者取最大值l2、坝顶构造 (图6–14) (自学为主)l①坝顶宽度 主要的满足条件：① 施工、交通、防汛抢险等；② 心墙、斜墙的布置②坝顶结构 2％～3％，以排雨水 l上游无防浪墙，应设栏杆如设防浪墙，上游无防浪墙，应设栏杆如设防浪墙，防浪墙高度常为防浪墙高度常为1.3m1.3m，多用浆砌石或砼，多用浆砌石或砼建造基础牢固埋入坝内，和坝的防渗建造基础牢固埋入坝内，和坝的防渗体体( (如心墙或斜墙如心墙或斜墙) )紧密连接下游侧常紧密连接下游侧常设拦杆或路肩石设拦杆或路肩石l心墙、斜墙顶部有一定的保护厚度心墙、斜墙顶部有一定的保护厚度 l3 3、坝坡、坝坡l ① ①确定坝坡所要考虑的因素：坝型、坝高、确定坝坡所要考虑的因素：坝型、坝高、筑坝材料、地质条件、地震等；筑坝材料、地质条件、地震等；l ② ②方法：初步拟定方法：初步拟定→→稳定验算稳定验算→→逐步修正逐步修正→→安全经济坝坡；安全经济坝坡； l ③ ③主要原则：主要原则：l1 10 0 上游坡稍缓上游坡稍缓––––水下水下c c、、фф低，下游坡略陡低，下游坡略陡––––多为水上，多为水上，c c、、фф值略高些；值略高些；l2 20 0 心墙坝坝坡比均质坝坝坡陡，砂、砾心墙坝坝坡比均质坝坝坡陡，砂、砾ф>ф>壤壤土土фф抗剪强度指标；抗剪强度指标；l3 30 0 坝高坝高>10>10～～30m30m，设马道坡度上陡，下缓，，设马道坡度上陡，下缓，坡比差小于坡比差小于0.50.5，马道宽，马道宽1.51.5～～2.0m;2.0m;l表6–4列出经验参考值 l4、护坡l①作用 ②范围：最低水位以下2.5m。

l③护坡种类：l10砌石护坡 20 砼及钢筋砼板护坡 l30 草皮护坡：先铺0.1～0.2m厚的腐殖土，上面种草或移植草皮适用于均质坝， 不用于砂壳坝l二、防渗设施二、防渗设施l主要目的：主要目的：① ① 减少通过坝体和坝基的渗漏量；减少通过坝体和坝基的渗漏量；l ② ② 降低浸润线，增加下游坝坡的降低浸润线，增加下游坝坡的稳定性；稳定性；l ③ ③ 降低渗透坡降，防止渗透变形降低渗透坡降，防止渗透变形l主要部位：主要部位：①①坝体；坝体；②②坝基；坝基；③③坝身与坝基接坝身与坝基接触部；触部；④④坝身与岸坡及其他建筑物连坝身与岸坡及其他建筑物连l接处l( (一一) )坝体防渗坝体防渗l 坝体防渗形式的选择是同坝型选择同时进坝体防渗形式的选择是同坝型选择同时进行的除均质坝因坝体土料透水性较小行的除均质坝因坝体土料透水性较小( (一般一般K<10-4cm/s)K<10-4cm/s)可直接起防治在作用外，一般土可直接起防治在作用外，一般土坝均应设专门的坝体防渗设施坝均应设专门的坝体防渗设施l主要形式：主要形式： l 这里仅介绍土质心墙和斜墙。

l(1)粘土心墙：(设计要求)l①①位置：坝体中央或稍偏上游；位置：坝体中央或稍偏上游；l②②材料：透不性很小的粘土；材料：透不性很小的粘土；l③③顶高：不低于最高静水位；顶高：不低于最高静水位；l④④顶厚：顶厚：≥3(≥3(施工、构造要求施工、构造要求) )；；l⑤⑤底厚：底厚： –––取大值 l⑥边坡：1:0.15～1:0.25 ⑦顶部保护层：≥1.0m，(防冻、防裂)⑧坝与心墙接触部：过渡层(过渡、反滤、排水作用)，按反滤原则设计l(2)粘土斜墙l①①位置：坝体上游面；位置：坝体上游面；l②②土料的尺寸土料的尺寸––––同心墙同心墙( (注：厚度注：厚度––––指垂指垂直于斜墙上游面厚度直于斜墙上游面厚度) )l③③顶高：顶高：> >最高静水位；最高静水位；l④④上游保护层：上游保护层：>1.0m>1.0m；；l⑤⑤下游侧：垫层下游侧：垫层( (按反滤原则设计按反滤原则设计) )；；l⑥⑥上游坡度：满足保护层，斜墙稳定上游坡度：满足保护层，斜墙稳定( (计算确计算确定定) )l⑦⑦下游坡度：一般不陡于下游坡度：一般不陡于1:2(1:2(坝体为砂砾石坝体为砂砾石) )l粘土心墙、斜墙坝优缺点比较：l对于斜墙坝 心墙坝 l（3）斜心墙l（4）铺盖及其他防渗体l(二)坝基防渗l 1、坝基为透水性较大的岩基l 主要工程措施： l 2 2、坝基为砂及砂卵石透水地基、坝基为砂及砂卵石透水地基l (1) (1)截水槽：属于均质坝体、斜墙或心墙向截水槽：属于均质坝体、斜墙或心墙向透水坝基中的延伸部分透水坝基中的延伸部分( (见图见图6 6－－5)5)l ① ①实施：平行于坝轴线方向开挖直达不透水实施：平行于坝轴线方向开挖直达不透水层的梯形槽，然后回填弱透性土料，分层压实，层的梯形槽，然后回填弱透性土料，分层压实，与坝体防渗体边成整体。

与坝体防渗体边成整体l ② ②适用场合：深度适用场合：深度<10<10～～15m (15m (透水层透水层) )l ③ ③位置：位置： l④截水槽底宽： 取大值⑤开挖边坡： 取缓值 l ⑥⑥两侧接触部位：设置过渡层或反滤；两侧接触部位：设置过渡层或反滤；l ⑦ ⑦与岩基接触：齿墙与岩基接触：齿墙––––满足接触允许坡降满足接触允许坡降 (2)砼防渗墙 (见图6－7) (自学)l①①实施：在透水地基中，用冲土钻或其他机具实施：在透水地基中，用冲土钻或其他机具平行坝轴线方向分期打成圆孔或槽形孔，孔中平行坝轴线方向分期打成圆孔或槽形孔，孔中用注入粘土浆固壁，每打完一段孔后即在孔中用注入粘土浆固壁，每打完一段孔后即在孔中灌注砼，这样分段打孔，分段浇注砼，最后连灌注砼，这样分段打孔，分段浇注砼，最后连成整体，形成一道地下防渗墙成整体，形成一道地下防渗墙l ② ②要求要求 l③选用场合：任何透水地基(细砂至砾石均可)深度60～80m或更深 l ④优点：防渗效果好，施工速度快，省工但要有一定的机械设备，施工技术要求高，质量较难控制l (3)灌浆帷幕： (见重力坝部分)l ①实施：在砂砾石地基上，先钻孔，再将水泥浆或水泥粘土浆压入砾石之间的孔隙中，胶凝成防渗帷幕。

l ②可灌性 M––可灌性；K––渗透系数；D15––地基小于该颗粒含量；d––浆液材料小于该颗粒含量 ③选用场合：砾石层较深l ④帷幕厚度：满足允许渗透坡降 (2.5～3.5)l ⑤灌浆要求 由现场实验确定 l(4)铺盖：属于斜墙，心墙或均质坝向上游的延伸部分l ①工作特点：不能完全截断渗流，只能增加渗流的渗透途径，可将坝基渗透坡降，渗流量控制在允许范围内l ②适用场合：透不层很厚，开挖截水槽有困难利用天然土基中一层不透水层作铺盖l注意点：la 渗透性很大的砾 石层，(渗透稳定性很差)粉细砂不宜用铺盖； b 高、中坝，复杂地层，防渗要求高，需慎重l ③要求： l三、排水设施l 作用： 注意：防渗和排水是互相连系的，不可分割，构成一个防排体系原则 ；高防低排––上防下排 具体讲––靠近高水位侧以防为主； 靠近低水位侧以排为主，给渗水以出路l必须指出：由砾石、块石或排水管做成的排水体，必须设有反滤层(其粒径沿渗流方向逐渐增大)，保证排走全部渗水，防止渗水将土颗粒带出l(一)坝体排水(图6–8～6－10)l(1)棱体排水l①主要功能： l②要求： ③特点： l(3)坝内排水l 种类： 特点： l(二)坝基排水l ①主要功能： ②主要工程措施： l第三节第三节 土坝的渗流计算土坝的渗流计算l 目的：目的：①①确定坝体浸润线及下游出逸点的位确定坝体浸润线及下游出逸点的位置，为坝体稳定计算提供依据；置，为坝体稳定计算提供依据；l ② ②计算坝体和坝基的渗流量，以便估计算坝体和坝基的渗流量，以便估算水库的渗漏损失；算水库的渗漏损失；l ③ ③求出坝体和坝基局部地区的渗透坡求出坝体和坝基局部地区的渗透坡降，作渗透稳定验算。

降，作渗透稳定验算主要方法：水力学法和流体力学法主要方法：水力学法和流体力学法l ↓ ↓ ↓ ↓l 近似方法近似方法 比较繁锁，要求比较繁锁，要求已知的条件众多已知的条件众多( (常难于满足常难于满足) )l 本节仅介绍水力学法本节仅介绍水力学法l水力学法的主要假定：水力学法的主要假定：l ① ① 坝体上是均质的，坝内各点在各方向上坝体上是均质的，坝内各点在各方向上的渗透系数相同；的渗透系数相同；l ② ② 渗透水流为二元稳定流，属层流，符合渗透水流为二元稳定流，属层流，符合达西定律；达西定律；l ③ ③ 渗透水流是渐变的，过水断面上各点的渗透水流是渐变的，过水断面上各点的坡降和流速是常数坡降和流速是常数l一、不透水地基上土坝的渗流计算一、不透水地基上土坝的渗流计算l 不透水地基：不透水地基：K K地基地基/K/K坝体坝体,1/100,1/100l 处理方法：沿坝轴线方向取单位长度坝段处理方法：沿坝轴线方向取单位长度坝段计算计算l ( (一一) )均质的渗流计算均质的渗流计算l 1 1、下游无排水设施或只有贴坡排水的均质、下游无排水设施或只有贴坡排水的均质坝坝l 首先分析边界条件首先分析边界条件l计算时将土坝断面分为三段，即上游计算时将土坝断面分为三段，即上游△AMF△AMF，中，中间段间段AFB”B’AFB”B’及下游及下游△B”B’N△B”B’N，根据流力原理，根据流力原理和试验结果，上游和试验结果，上游△AMF△AMF可高为可高为H1H1，长为，长为△L△L的的矩形来代替，这一矩形和上游矩形来代替，这一矩形和上游△AMF△AMF渗过同样的渗过同样的流量流量q q时中间段的浸润线位置不变，时中间段的浸润线位置不变，△L△L值可近值可近似表示为：似表示为：（6－20） 式中式中m1m1为上游坡系数，如为变坡，用平均值为上游坡系数，如为变坡，用平均值 B’ B’点为下游坝坡上的渗流逸出点，从点为下游坝坡上的渗流逸出点，从B’B’点作铅直线，将坝体分成两段，按渐变流假定点作铅直线，将坝体分成两段，按渐变流假定及达西定律，分别列出两段的方程。

及达西定律，分别列出两段的方程  注意：计算出的浸润线并不是真实浸润线，应加于修正l2、下游有褥垫排水l3、有棱体排水l( (二二) ) 心墙坝的渗流计算心墙坝的渗流计算 l 由于心墙的渗透系数由于心墙的渗透系数keke比坝壳的渗透系数比坝壳的渗透系数k k小很多，心墙上游坝体浸润线与水库水位相小很多，心墙上游坝体浸润线与水库水位相近，而渗流通过心墙的水头损失较大，浸润线近，而渗流通过心墙的水头损失较大，浸润线在心墙中形成很大跌落，心墙下游坝体浸润线在心墙中形成很大跌落，心墙下游坝体浸润线的位置将大大降低，因此，可近似假定：的位置将大大降低，因此，可近似假定：l 1 10 0 心墙上游浸润线位置与水库水位相同；心墙上游浸润线位置与水库水位相同；l 2 20 0 当下游坝趾有堆石排水，假定浸润线逸出当下游坝趾有堆石排水，假定浸润线逸出点在下游水面与堆石内坡的交点处点在下游水面与堆石内坡的交点处l 设心墙一游侧浸润线高度为设心墙一游侧浸润线高度为hehe，则单位坝，则单位坝长心墙通过的渗流量为：长心墙通过的渗流量为：l (三)斜墙土坝的渗流计算 l 渗流计算渗流计算ABCABC区域为非饱和渗流，分为斜墙体区域为非饱和渗流，分为斜墙体及下游坝体两部分。

斜墙及下游坝体两部分斜墙( (上游上游) )迎水面为等势迎水面为等势面，通过斜墙的流线与斜墙表面垂直，斜墙后面，通过斜墙的流线与斜墙表面垂直，斜墙后浸润线高度为浸润线高度为hehe，经过斜墙上部，经过斜墙上部ABAB段的渗流在段的渗流在下游坝体以非和状态铅直向下降落，下部下游坝体以非和状态铅直向下降落，下部BDBD段段的渗流是浸润线以下部分，该部分水流在的渗流是浸润线以下部分，该部分水流在BCBC段段内逐渐汇入通过斜墙上部而上向下落的渗流，内逐渐汇入通过斜墙上部而上向下落的渗流，故故BCBC段为变量流计算时将变厚度斜墙简化为段为变量流计算时将变厚度斜墙简化为简厚度简厚度δδl (1)斜墙上部：任意取一渗流水头差为z的微小流束dζ，则通过此流束的流量为：l ΔH＝H1－(H1－Z)l 积分可得上段斜墙渗流量为(2) 斜墙下部，同样取任意一微小流束dζ，通过此流束的流量为：lhe––斜墙下部下游边界l积分可得下段斜墙流量为：he/sinα––此项为进流断面高度通过斜墙的总渗流量为：l斜墙下游坝体浸润线一般情况下均较低，为了简化计算，将BC段的变量流近似作为定量流计算，联立解以上二式，可求得q及he值。

l二、有限深度透水地基上土坝的渗流计算l (一) 均质土坝的渗流计算(图6－25)l为了简化计算，对于与地基渗透系数相近的均持土坝，可将坝体及坝基两部分渗流分开计算先假定地基不透水，按表述不透水地基上均质土坝的计算方法计算坝体浸润线位置和渗流量q‘，然后假定坝体不透水计算坝基的渗流量q2，即： (6－32)l式中：KT––坝基透水层渗透系数；l H1––上游水深，当下游有水时采用上、下游水头差；l L0––排水设施前的坝底宽；l n––由于坝基渗流流线弯曲对渗径进行修正的系数，取决于L0/T值，见表l 6－5；l T––坝基透水层深度l(二) 带截水槽心墙坝的渗流计算l渗流计算可分为①心墙截水槽和②下游坝体同坝基两部分来考虑l ①心墙截水槽：l 计算方法与不透水地基心墙坝的方法基本相同，忽略上游坝壳的影响，按心墙与截水槽的平均厚度δ计算，该部分的渗流量为：l(三) 带截水槽斜墙土坝的渗流计算l 分成二部分考虑：① 斜墙、截水槽；② 下游坝体及坝基 l（四）、 具有铺盖的斜墙土坝渗流计算l 分成两部分：①铅垂线AB上游段；②垂直线AB下游段。

l ①AB上游段：(3–25)②AB下游段: (3–26)l式中：的意义同前，在使用表式中：的意义同前，在使用表3–63–6时应注意；时应注意；l ①AB ①AB上游段：上游段：L0L0＝＝LNLN－－mhemhel ②AB ②AB下游段下游段: L0: L0＝＝L L－－mhemhel（五）、土坝总渗流量的计算（五）、土坝总渗流量的计算l方法：采用分段总和法方法：采用分段总和法l四、渗透稳定计算四、渗透稳定计算l渗透变形的形式：渗透变形的形式：l1 1、管涌；、管涌；l2 2、流土；、流土；l3 3、接触流失；、接触流失；l4 4、接触冲刷接触冲刷l（二）渗透变形的型式判别“l（三）渗透破坏标准l（四）增强渗透稳定的工程措施（四）增强渗透稳定的工程措施l1 1、延长渗径减小渗透坡降（或截断渗流）；、延长渗径减小渗透坡降（或截断渗流）；l2 2、减压排水（出口坡降较大时仍需保护）减压排水（出口坡降较大时仍需保护）l（五）反滤层设计（五）反滤层设计l设置反滤层的必要性：土坝坝体设置了排水之设置反滤层的必要性：土坝坝体设置了排水之后，缩短了渗径，加大了渗透坡降，在排水与后，缩短了渗径，加大了渗透坡降，在排水与地基或排水与坝体接触处容易发生渗透变形。

地基或排水与坝体接触处容易发生渗透变形为此，必须高反滤层以保护地基土及坝体土，为此，必须高反滤层以保护地基土及坝体土，防止土粒被渗流带入排水防止土粒被渗流带入排水l主要构造：由主要构造：由2 2～～4 4层不同粒径的砂石料组层不同粒径的砂石料组成，层面大体与渗流方向正交，成，层面大体与渗流方向正交，l( (见图见图6–33)6–33)粒径顺着水流方向由细到粗粒径顺着水流方向由细到粗l3、要求： l4、反滤层设计l(1)对非粘性土料保护的反滤层l 10 被保护土不均匀系数η≤5 (规范建议) (η＝d60/d10)l第一层反滤料式中 D15––反滤料的粒径；小于该粒径的土占总土重量的15％； d85––被保护土的粒径；小于该粒径的土占总土重量的85％； d15––被保护土的粒径；小于该粒径的土占总土重量的15％l选择第二、三层时，仍按此方法，但选第二层选择第二、三层时，仍按此方法，但选第二层时，以第一层反滤料作为被保护土；选择第三时，以第一层反滤料作为被保护土；选择第三层时，以第二层为被保护土层时，以第二层为被保护土l 2 20 0 当被保护当被保护η>10η>10时，以较细颗粒部分作为时，以较细颗粒部分作为被保护土，被保护土，( (以累积含量为以累积含量为3030％的细颗粒作为％的细颗粒作为被保护土被保护土) )，重新点绘颗粒曲线，在新的，重新点绘颗粒曲线，在新的( (修正修正后后) )颗粒曲线基础，依以上步骤进行，当反滤颗粒曲线基础，依以上步骤进行，当反滤料第一层的砂砾料料第一层的砂砾料ηη『『5 5～～8 8时，选用时，选用5mm5mm以下以下的细粒部分的的细粒部分的D15D15作为计算粒径，且大于作为计算粒径，且大于5mm5mm的的砾石含量砾石含量<60<60％。

％l 特小颗粒： (2)对粘性土料保护的反滤层(自学) ①粘性土的抗冲蚀能力 l②反滤料选用考虑因素 ③反滤层厚度： l(3) 新型反滤材料：土工合成材料l ①种类：有纺、无纺；l ②优点：施工简便，缩短工期，易控制质量，造价低；l ③选用：根据被保护土的有关特性，通过渗流模型实验选用确保作为反滤材料的土工织物与被保护土的匹配性即满足反滤层的要求l第四节第四节 土坝的稳定计算土坝的稳定计算l稳稳 定：定：①①由于土坝的体积和重量较大，且由于土坝的体积和重量较大，且坝身是散粒体的土料，因此，不会因水平荷截坝身是散粒体的土料，因此，不会因水平荷截而产生整体的水平滑动；而产生整体的水平滑动；l ② ②失稳形式：由于坝坡陡，坝体或坝基失稳形式：由于坝坡陡，坝体或坝基的抗剪能力不足而产生的坝坡滑动或坝坡连同的抗剪能力不足而产生的坝坡滑动或坝坡连同坝基一起滑动的剪切破坏坝基一起滑动的剪切破坏l稳定计算目的：验算土坝在各种工作条件下，稳定计算目的：验算土坝在各种工作条件下，坝坡是否安全经济坝坡是否安全经济l可能工作条件：可能工作条件：l1 1、施工期、施工期( (包括竣工时包括竣工时) )的上、下游坝坡；的上、下游坝坡；l2 2、稳定渗流期的下游坝坡；、稳定渗流期的下游坝坡；l3 3、水库水位降落期的上游坝坡。

水库水位降落期的上游坝坡l正常工作条件：正常工作条件：l1 1、水库水位处于正常高水位、水库水位处于正常高水位( (或设计洪水位或设计洪水位) )与死水与死水位之间的各种水位下的稳定渗流期；位之间的各种水位下的稳定渗流期；l2 2、水库水位在上述范围内的经常性的正常降落；、水库水位在上述范围内的经常性的正常降落；l3 3、抽水蓄能电站的水库水位的经常性变化和降落抽水蓄能电站的水库水位的经常性变化和降落l非常工作条件：非常工作条件：l1 1、施工期；、施工期；l2 2、校核洪水位下有可能形成稳定渗流的情况；、校核洪水位下有可能形成稳定渗流的情况；l 3 3、水库水位的非常降落，如自校核洪水位降、水库水位的非常降落，如自校核洪水位降落至死不位以下，大流量快速空等落至死不位以下，大流量快速空等l 4 4、正常工作条件遇地震正常工作条件遇地震l一、土石坝滑动面的形状一、土石坝滑动面的形状l滑动面的可能形状：滑动面的可能形状：l①①粘性土，均质土坡：顶部陡，底部渐缓近于粘性土，均质土坡：顶部陡，底部渐缓近于圆弧圆弧( (圆弧圆弧) )；；l ② ②非粘性土坝：近于直线或折线，顶陡底缏非粘性土坝：近于直线或折线，顶陡底缏( (折线折线) )；；l ③ ③斜墙坝：主要是沿斜墙与坝体接触面或斜斜墙坝：主要是沿斜墙与坝体接触面或斜墙上部保护层与斜境接触面之间的折线墙上部保护层与斜境接触面之间的折线( (复合复合滑裂面滑裂面) )。

l二、作用力与安全系数l作用力：1、坝体自重；l2、渗透压力；l3、孔隙水压力；l4、地震荷载l（二）荷载组合l三、土石料抗剪强度指标l四、稳定分析方法四、稳定分析方法l（一）、圆弧滑动法：（一）、圆弧滑动法：( (自学为主自学为主) )l注意的问题：注意的问题：l1 10 0 毕肖普法是一种近于精细的方法，考虑了毕肖普法是一种近于精细的方法，考虑了条间力的传递作用，其计算结果条间力的传递作用，其计算结果( (即所得安全即所得安全系数系数) )比瑞典法约高出比瑞典法约高出1010％；％；l2 20 0 在规范允许安全系数在规范允许安全系数( (稳定稳定) )的取值方面，的取值方面，瑞典法可直接采用规范规定值，而毕肖普法计瑞典法可直接采用规范规定值，而毕肖普法计算，需将规范允许值提高算，需将规范允许值提高1010％对于ⅠⅠ级坝，级坝，最小安全系数不应小于最小安全系数不应小于1.51.5l（二）、折线滑动法l1、无粘性土坡l2、斜墙坝及其保护层的计算l注意点：1)、斜墙下游侧与坝体无粘性料接触面上强度指标的取用问题； l 2）、斜墙滑动的形式l（三）复合滑动面l注意要点：注意要点：l 1 1、以上过程，仅算出指定滑动面的稳定安、以上过程，仅算出指定滑动面的稳定安全系数，并不是该坝坡的最小值安全系数。

因全系数，并不是该坝坡的最小值安全系数因此，还必须假定不同的滑动面此，还必须假定不同的滑动面( (一般是变动一般是变动d d点点和和f f点的位置点的位置) )，直到找出最小安全系数，直到找出最小安全系数K KCminCmin对对应的滑动面为止应的滑动面为止l 2 2、、bfbf线上线上e e点的位置取决于滑裂面点的位置取决于滑裂面(bf(bf面面) )上的法向应力的大小上的法向应力的大小l б бC C––––临界压应力临界压应力l ( (注：直线段滑面注：直线段滑面bfbf，仅是一种抽象概化，仅是一种抽象概化) )l1 10 0 当法向应力小于当法向应力小于бCбC时，坝体上时，坝体上( (砂性土砂性土) )的的抗剪强度小于斜墙抗剪强度，此时，抗剪强度小于斜墙抗剪强度，此时，l 滑动面出现在坝体土中；滑动面出现在坝体土中；l2 20 0 当法向应力大于当法向应力大于бCбC时，斜墙土的抗剪强度时，斜墙土的抗剪强度比坝体土比坝体土( (砂性土砂性土) )的小，此时，滑动面出现在的小，此时，滑动面出现在斜墙土中；斜墙土中；l根据临界点的定义，有，即即可得到l临界点(e点)的位置确定l 此时滑裂面上，结构应力近似取为其中：ge为单宽竖向土条重量，即l故此，由 便可定出e点的位置 根据以上分析，在稳定分析中a) e点以上，be段，C，Ф→坝体土b) e点以下，ef段：C，Ф→斜墙土3 3、关于允许安全系数的取值、关于允许安全系数的取值 条间力水平传递，对应于瑞典法，直接采用条间力水平传递，对应于瑞典法，直接采用规范数值，条间力平行于坝坡，相似于毕肖普法规范数值，条间力平行于坝坡，相似于毕肖普法，在规范数值基础上，提高，在规范数值基础上，提高1010％，对于％，对于ⅠⅠ级坝正级坝正常运用条件，安全系数应不小于常运用条件，安全系数应不小于1.51.5。

l五、提高土石坝抗滑稳定性的工程措施五、提高土石坝抗滑稳定性的工程措施l1 1、坝脚压重或坝坡放缓；、坝脚压重或坝坡放缓；l2 2、加强防渗排水措施；、加强防渗排水措施；l3 3、地基加固地基加固l第五节第五节 土料选择与填土标准的确定土料选择与填土标准的确定l一、对筑坝土料的要求一、对筑坝土料的要求l 坝址附近大都储藏着几种土料，一般来说，坝址附近大都储藏着几种土料，一般来说，只要不含有大量有机质和可溶性的土都可用来只要不含有大量有机质和可溶性的土都可用来筑坝，但不同的坝型及坝身，不同的部位对土筑坝，但不同的坝型及坝身，不同的部位对土料的要求有所不同料的要求有所不同l(1)有机质及水溶盐含量 (2)可塑性 l(3)不透水性(弱) (4)颗粒级配 lη––曲率系数；CC––不均匀系数l(二)对材料的要求：抗风化，抗冻，抗压强度(50Mpa)l(三)对反滤料的要求：l 村料：砾石，卵石和砂l 要求：有机质水溶盐(同土料)，抗风化，抗水性，粒径l二、土料的填筑标准二、土料的填筑标准l 坝体填土需要经过碾压，使其达到一定的坝体填土需要经过碾压，使其达到一定的密实度，才能使填土有足够的抗剪强度和较小密实度，才能使填土有足够的抗剪强度和较小的压缩性，以保证土坝坝坡的稳定性，使沉降的压缩性，以保证土坝坝坡的稳定性，使沉降量在允许的范围内，并满足渗流控制要求。

量在允许的范围内，并满足渗流控制要求l土料填筑标准的确定是土坝设计中重要的一环，土料填筑标准的确定是土坝设计中重要的一环，它对施工的难易程度，工期长短及整个土坝的它对施工的难易程度，工期长短及整个土坝的造价均有很大的影响，应根据工程实际情况，造价均有很大的影响，应根据工程实际情况，如料场的土料性质，气候条件及施工条件等来如料场的土料性质，气候条件及施工条件等来确定 l(1)粘性土的压实标准：干容重及相应的含水量l规范设计填筑干容重按压实度确定––设计填筑干容重含水量过低，不够润滑，碾压困难；含水量过高，孔隙压力过高，影响碾压效果––标准击实功能下的平均最大干容重； l––压实度初步设计时，粘性土的干容重按下式计算其中 lω＝ωp+BIPl νd––设计填筑干容重； ν––水的容重l G––土颗粒的相对密度(比重)l ω––填筑时的含水量l η––经验系数 ωP––塑限 IP––塑限指数B––稠度系数， 低坝0.1～0.2 高坝 －0.1～0.1l 我国中小型土坝：粘性土 l (2)非粘性土的压实标准l 非粘性土压实的目的 控制指标：孔隙比， 相对密度或干容重 l10 相对密度 (6–11) emax，emin––砂土的最大，最小孔隙比； e––砂土的设计孔隙比要求：一般 Dr≥0.7～0.75地震度： l20 干容重l a) 砂土 (6–12)––砂土的最大，最小干容重 l b) 砂砾料 (6–13)式中：G′––大于5mm的粗颗粒的相对紧密度(比重) νd––小于5mm的细颗粒控制干容重 P ––大于5mm的砾石含量，以小数计 A––干容重降低值 l第六节第六节 土石坝的裂缝及其控制土石坝的裂缝及其控制l土石坝裂缝的危害：土石坝裂缝的危害：l①①影响运行，效益发挥，须维修；影响运行，效益发挥，须维修；l②②渗流冲刷，水力劈裂，产生时引起失事。

渗流冲刷，水力劈裂，产生时引起失事l一、土石坝裂缝的类型及其成因一、土石坝裂缝的类型及其成因 l( (一一) )干缩和冻融裂缝干缩和冻融裂缝l( (二二) )变形裂缝变形裂缝l 1 1、纵向裂缝、纵向裂缝l走向：平行于坝轴线；走向：平行于坝轴线；l部位：坝顶，坝坡及内部；部位：坝顶，坝坡及内部；l心墙坝：心墙坝：l斜墙坝：折断，剪裂斜墙坝：折断，剪裂( (图图6–45b)6–45b)；；l压缩性大的软粘土地基压缩性大的软粘土地基(6–45c);(6–45c);l 2 2、横向裂缝：、横向裂缝：l ① ①走向：垂直于坝轴线，不均匀沉陷引起，走向：垂直于坝轴线，不均匀沉陷引起，图图6–466–46；；l ② ②成因：地基深浅，刚柔不一；成因：地基深浅，刚柔不一；l ③ ③危害极大危害极大l 3、水平裂缝：l 如心墙坝：心墙沉降，固结慢，受坝壳约束引起图6–47(a)l(三)滑坡裂缝l 孔隙压力增大，使得б小于零，土体受拉所致，退水后可闭合多产生于水库初次蓄水l第七节第七节 堆石坝与土石混合坝堆石坝与土石混合坝l一、堆石坝一、堆石坝l 1 1、堆石坝的定义：一般认为，石料占坝体、堆石坝的定义：一般认为，石料占坝体5050％以上％以上的坝，可看作为堆石坝。

的坝，可看作为堆石坝l2 2、主要特点：、主要特点：l①①剖面小，工程量少，其造价有时比土坝还低，尤其剖面小，工程量少，其造价有时比土坝还低，尤其是对于石多土少的石质山区，则更为经济；是对于石多土少的石质山区，则更为经济；l②②施工受气候的影响小，可缩短工期；施工受气候的影响小，可缩短工期；l③③施工期间，在一定条件下，坝身可以过水，从而在施工期间，在一定条件下，坝身可以过水，从而在一定程度上缓解了土石坝施工导流的困难；一定程度上缓解了土石坝施工导流的困难；l④④抗震性能比土坝好抗震性能比土坝好l( (一一) )主要构造主要构造l坝顶和坝坡坝顶和坝坡l坝顶：多采用高防浪墙坝顶：多采用高防浪墙(3(3～～5m5m高高) )这是因为，这是因为，经过碾压的堆石体沉降不大，并且沉降稳定较经过碾压的堆石体沉降不大，并且沉降稳定较快，不会因坝体的不均匀沉降使其产生裂缝；快，不会因坝体的不均匀沉降使其产生裂缝；使用高防浪墙可节约堆石方量使用高防浪墙可节约堆石方量l坝坡：主要取决于石料性质，坝高，防渗设施坝坡：主要取决于石料性质，坝高，防渗设施的形式，施工方法，地质条件等因素，一般比的形式，施工方法，地质条件等因素，一般比土坝陡。

土坝陡l2、防渗体l粘土心墙和粘土斜墙 l 注意点：①反滤层(过渡层作用)： ②与坝基的接触 ③对于斜墙，上游面应有足够的堆石盖重l(2)(2)沥青砼心墙和沥青砼斜墙沥青砼心墙和沥青砼斜墙l 主要特点：具较好的防渗性，耐久性，对主要特点：具较好的防渗性，耐久性，对变形的适应性变形的适应性l注意点：注意点：l①①心墙上、下游商团过渡区，以免心墙中的沥心墙上、下游商团过渡区，以免心墙中的沥青在水压力作用下被挤出；青在水压力作用下被挤出； l②②对于斜墙，注意透过斜墙渗水的排出对于斜墙，注意透过斜墙渗水的排出l(3) (3) 钢筋砼面板钢筋砼面板l 关键的问题是处理好分和止水面板后面的关键的问题是处理好分和止水面板后面的垫层，处理好面板的接触，避免悬空垫层，处理好面板的接触，避免悬空l 3 3、防渗体与基础和岸坡的连接、防渗体与基础和岸坡的连接l ① ①粘土心墙、斜墙粘土心墙、斜墙 → → 土坝；土坝；l ② ②沥青心墙沥青心墙 → → 砼齿墙砼齿墙l ③ ③防渗面板防渗面板→ → 砼、钢筋砼齿墙砼、钢筋砼齿墙( (趾板、底座趾板、底座) )l( (二二) )堆石坝的稳定分析堆石坝的稳定分析l 1 1、面板式斜墙、面板式斜墙l(1) (1) 基岩上：一般不作稳定计算。

因为基岩上：一般不作稳定计算因为①①面板面板下游侧的堆石体基本上属于干燥区，上游坡由下游侧的堆石体基本上属于干燥区，上游坡由于面板上的水压力只会增强稳定性，而面板上于面板上的水压力只会增强稳定性，而面板上的水压力对下游坡无甚影响；的水压力对下游坡无甚影响；②②由于坝体自重、由于坝体自重、面板上的水重，不会因水的水平推力产生整体面板上的水重，不会因水的水平推力产生整体水平滑动水平滑动l(2)(2)非岩基：校核坝体连同坝基一起滑动非岩基：校核坝体连同坝基一起滑动l 2 2、土质斜墙：校核上游坡；、土质斜墙：校核上游坡；l 3 3、心墙：校核下游坡或下游部分坝体稳定心墙：校核下游坡或下游部分坝体稳定l二、土石混合坝二、土石混合坝l 坝体由部分堆石，部分土料构成坝体由部分堆石，部分土料构成l三、土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接三、土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接l 注意点：注意点：1 10 0 防止接触面形成集中渗流；防止接触面形成集中渗流；l 2 20 0 防止坝体产生裂缝防止坝体产生裂缝l (1) (1)土坝与坝基的连接土坝与坝基的连接l 主要措施：主要措施： l (2)(2)土坝与岸坡的连接土坝与岸坡的连接l主要措施：主要措施： l(3)(3)土坝与砼建筑物的连接土坝与砼建筑物的连接l 主要措施：主要措施：l ① ①加长接触渗透途径：加长接触渗透途径： l ② ②夯实：使接触面处于紧密接触，能适应土夯实：使接触面处于紧密接触，能适应土坝本身的沉降。

坝本身的沉降l第八节第八节 土石坝的地基处理土石坝的地基处理l一、砂卵石地基的处理一、砂卵石地基的处理l1 1、粘土截水墙（槽）、粘土截水墙（槽）l2、混凝土防渗墙l3、灌浆帷幕l4、防渗铺盖（图6－55）l5、排水减压l6、盖重反压l二、细砂及淤泥地基的处理l1、淤泥地基的处理：l1）、反压法；2）、清基l2 2、细砂地基处理：、细砂地基处理：l注意点：易引起液化破坏注意点：易引起液化破坏l详见地基处理教材详见地基处理教材l三、软粘土和黄土地基处理三、软粘土和黄土地基处理l1 1、清基；、清基；l2 2、固结排水；、固结排水；l3 3、夯实；、夯实；l4 4、予湿陷（黄土）予湿陷（黄土）l四、岩石地基处理：参见重力坝部分四、岩石地基处理：参见重力坝部分l五、土石坝与坝基、岸坡及其它建筑物的连接五、土石坝与坝基、岸坡及其它建筑物的连接。