《土石壩與堤防》PPT課件.pptVIP

第二章 土石壩與堤防,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 土石壩剖面設(shè)計(jì) 第三節(jié) 細(xì)部構(gòu)造與壩體材料 第四節(jié) 滲流分析 第五節(jié) 土石壩穩(wěn)定分析 第六節(jié) 土石壩的壩基處理 第七節(jié) 堤防與河道整治建筑物,第一節(jié) 概述,土石壩是指由土料、石料或土石混合料，采用拋填、碾壓等方法堆筑成的擋水壩。由于筑壩材料主要來自壩址區(qū)，因而也稱為當(dāng)?shù)夭牧蠅?。堤防是沿河岸修建?gòu)筑的護(hù)岸建筑物，大多數(shù)采用土石壩的結(jié)構(gòu)形式，在許多方面土石壩與堤防都存在共性。 土石壩歷史悠久，是應(yīng)用最為廣泛和最有發(fā)展前途的一種壩型。,一、土石壩的工作特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求 （一）穩(wěn)定 土石壩失穩(wěn)的型式，主要是壩坡的滑動(dòng)或壩坡連同部分壩基一起滑動(dòng)，影響壩體的正常工作，甚至導(dǎo)致工程失事。為確保土石填筑體的穩(wěn)定，土石壩斷面一般設(shè)計(jì)成梯形或復(fù)合梯形，而且邊坡較緩。 （二）滲流 滲流不僅使水庫(kù)損失水量，還會(huì)使背水面的土體顆粒流失、變形，引起管涌和流土等滲透破壞。 防止?jié)B流破壞的原則是“前堵后排”。,（三）沉陷 由于土石顆粒之間存在較大的孔隙，在外荷載的作用下，易產(chǎn)生移動(dòng)、錯(cuò)位，細(xì)顆粒填充部分孔隙，使壩體產(chǎn)生沉降，也使土體逐步密實(shí)、固結(jié)。 （四）沖刷 土石壩為散粒結(jié)構(gòu)，抗沖能力低，受到波浪、雨水和水流作用，會(huì)造成沖刷破壞。 （五）其他 冬季結(jié)冰、夏季干裂、地震影響、穴居動(dòng)物影響等。,二、土石壩的類型 （一）按壩高分類 土石壩按其壩高可分為低壩、中壩和高壩。 （二）按施工方法分類 1、碾壓式土石壩 2、水力沖填壩 3、定向爆破堆石壩 （三）按防滲材料及結(jié)構(gòu)不同 1、均質(zhì)壩 2、土質(zhì)防滲體分區(qū)壩 3、人工防滲材料壩 4、過水土石壩 （四）按壩體材料所占比例 1、土壩 2、土石混合壩 3、堆石壩,第二節(jié) 土石壩剖面設(shè)計(jì),剖面設(shè)計(jì)是土壩設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，包括壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡、防滲結(jié)構(gòu)、排水結(jié)構(gòu)及其細(xì)部構(gòu)造。 設(shè)計(jì)步驟：計(jì)算壩頂高程，根據(jù)具體要求和經(jīng)驗(yàn)擬定剖面，進(jìn)行滲流計(jì)算，最后進(jìn)行壩坡穩(wěn)定分析，根據(jù)穩(wěn)定分析的結(jié)果判斷壩剖面的合理性。一般需要多次重復(fù)以上步驟，直至得到合理的剖面。,一、壩頂高程 壩頂高程按水庫(kù)靜水位加上防浪超高來確定，規(guī)范規(guī)定，按下列運(yùn)用條件計(jì)算，取其大者。 （1）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高。 （2）正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高。 （3）校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高。 （4）正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再加地震安全超高。 壩頂超高的計(jì)算公式如下,（二）壩頂寬度 壩頂寬度主要滿足運(yùn)行、施工、交通和人防等要求。 （三）壩坡 同種土質(zhì)的壩體，上游坡要比下游坡緩些。 心墻壩上下游壩殼一般比均質(zhì)壩陡。斜墻壩的上游壩坡較緩，而下游壩坡和心墻壩相仿。 地基條件好、土料碾壓密實(shí)的，壩坡可以陡些，反之則應(yīng)放緩。 用黏性土料做成的壩坡，常沿高度分成數(shù)段，從上而下逐漸放緩。砂土和堆石可采用均一坡率。,第三節(jié) 細(xì)部構(gòu)造與壩體材料,一、防滲體 設(shè)置防滲設(shè)施的目的是減少通過壩體和壩基的滲漏量，降低浸潤(rùn)線，以增加下游壩坡的穩(wěn)定性；降低滲透坡降以防止?jié)B透變形。 （一）土質(zhì)心墻 （二）土質(zhì)斜墻 （三）非土料防滲體 1、瀝青混凝土防滲體 2、鋼筋混凝土防滲體,二、壩體排水 土石壩壩身排水設(shè)施的主要作用是：降低壩體浸潤(rùn)線，防止?jié)B流逸出處的滲透變形，增強(qiáng)壩坡的穩(wěn)定性；防止壩坡受冰凍破壞；有時(shí)也起降低孔隙水壓力的作用。 （一）堆石棱體排水 （二）貼坡排水 （三）褥墊排水 （四）組合式排水,三、壩頂及護(hù)坡 （一）壩頂 壩頂一般采用碎石、單層砌石、瀝青或混凝土路面。如壩頂有公路交通要求，壩頂結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足公路交通路面的有關(guān)規(guī)定。 （二）護(hù)坡 護(hù)坡的主要作用是保護(hù)壩坡免受波浪和降雨的沖刷；防止壩體的黏性土發(fā)生冰結(jié)、膨脹、收縮現(xiàn)象。 1、上游護(hù)坡 上游護(hù)坡可采用拋石、干砌石、漿砌石、混凝土塊（板）或?yàn)r青混凝土，其中以砌塊石護(hù)坡最常用。 2、下游護(hù)坡 下游護(hù)坡可采用草皮、碎石或塊石等，其中草皮護(hù)坡是最經(jīng)濟(jì)的形式之一。,四、壩體各部分對(duì)土料的要求 （一）均質(zhì)壩 均質(zhì)壩的土料應(yīng)具有一定的抗?jié)B性能；對(duì)粒徑及有機(jī)質(zhì)含量也有一定的要求。 （二）心墻壩和斜墻壩的壩殼 壩殼土石料主要是為了保持壩體的穩(wěn)定性，一般要求有較高的強(qiáng)度。 （三）土質(zhì)防滲體 對(duì)防滲性、水溶鹽含量及有機(jī)質(zhì)含量有要求。 （四）排水設(shè)施和砌石護(hù)坡用石料 要求具有較高抗壓強(qiáng)度，良好的抗水性、抗凍性和抗風(fēng)化性的巖石。,五、填筑標(biāo)準(zhǔn) 土石料的填筑標(biāo)準(zhǔn)是指土料的壓實(shí)程度及其適宜含水量。 （一）黏性土的填筑標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)不含礫或含少量礫的黏性土料的填筑標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以壓實(shí)度和最優(yōu)含水率作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。設(shè)計(jì)干密度應(yīng)以擊實(shí)最大干密度乘以壓實(shí)度求得。 （二）非黏性土料的填筑標(biāo)準(zhǔn) 它的壓實(shí)程度一般與含水量關(guān)系不大，而與粒徑級(jí)配和壓實(shí)功能有密切關(guān)系。壓密程度一般用相對(duì)密度來表示。 堆石的填筑標(biāo)準(zhǔn)，宜以孔隙率為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。,第四節(jié) 滲流分析,一、滲流分析的概述 （一）滲流分析的目的 土石壩的基本剖面確定后，需要通過滲流分析檢驗(yàn)壩體及壩基的安全性，并為壩坡穩(wěn)定分析提供依據(jù)。計(jì)算內(nèi)容有：壩體浸潤(rùn)線、滲流出逸點(diǎn)的位置、滲透流量和各點(diǎn)的滲透壓力或滲透坡降，并繪制壩體及壩基內(nèi)的等勢(shì)線分布圖或流網(wǎng)圖等。,（二）計(jì)算工況 一般需要計(jì)算的工況有：上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位；上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的水位；上游校核洪水位與下游相應(yīng)的水位；庫(kù)水位降落時(shí)上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。 （三）計(jì)算方法（略） 二、滲流分析的水力學(xué)法（略） 三、滲流分析的數(shù)值計(jì)算法（略）,四、土石壩的滲流變形及其防治措施 （一）滲透變形的型式 1、管涌 壩體或壩基中的細(xì)土壤顆粒被滲流帶走，逐漸形成滲流通道的現(xiàn)象稱為管涌或機(jī)械管涌。管涌一般發(fā)生在壩的下游坡或閘壩的下游地基面滲流逸出處。沒有黏聚力的無黏性砂土、礫石砂土中容易發(fā)生管涌。 2、流土 在滲流作用下，成塊的土體被掀起浮動(dòng)的現(xiàn)象稱為流土。主要發(fā)生在黏性土及均勻非黏性土體的滲流出口處。,3、接觸沖刷 當(dāng)滲流沿兩種不同土壤的接觸面或建筑物與地基的接觸面流動(dòng)時(shí)，把其中細(xì)顆粒帶走的現(xiàn)象稱為接觸沖刷。 4、接觸管涌和接觸流土 滲流方向垂直于兩種不同土壤的接觸面時(shí)，可能把其中一層的細(xì)顆粒帶到另一層的粗顆粒中去，稱為接觸管涌。當(dāng)其中一層為黏性土，由于含水量增大致使凝聚力降低而成塊移動(dòng)，甚至形成剝蝕時(shí)，稱為接觸流土。 （二）滲透變形的判別 滲流變形的判別包括兩個(gè)方面：滲透類型與發(fā)生條件。,（三）防止發(fā)生滲透變形的措施 防止?jié)B透變形的工程措施，一方面是降低滲流坡降從而減小滲流速度和滲流壓力；另一方面是增強(qiáng)滲流逸出處土體抵抗?jié)B透變形的能力。 具體工程措施有：在上游側(cè)設(shè)置水平與垂直防滲體，延長(zhǎng)滲徑，降低滲透坡降或截阻滲流；在下游側(cè)設(shè)置排水溝或減壓井，降低滲流出口處的滲流壓力；對(duì)可能發(fā)生管涌的地段，需鋪設(shè)反濾層，攔截可能被涌流攜帶的細(xì)粒；對(duì)下游可能發(fā)生流土的地段，應(yīng)加蓋重，蓋重下的保護(hù)層也必須按反濾原則鋪設(shè)。,第五節(jié) 土石壩穩(wěn)定分析,一、概述 土石壩的穩(wěn)定性主要是指邊坡穩(wěn)定問題。土石壩邊坡的失穩(wěn)形式主要有滑坡、塑性流動(dòng)和液化三種形式。其中滑坡主要有以下幾種形式。 （一）曲線滑動(dòng) 曲線滑動(dòng)面是一個(gè)頂部稍陡而底部漸緩的曲面，多發(fā)生在黏性土壩坡中。 （二）直線和折線滑動(dòng)面 在均質(zhì)的非黏性土邊坡中，滑動(dòng)面一般為直線；當(dāng)壩體的一部分淹沒在水中時(shí)，滑動(dòng)面可能為折線。在不同土料的分界面，也可能發(fā)生直線或折線滑動(dòng)。 （三）復(fù)式滑動(dòng)面 復(fù)式滑動(dòng)面是同時(shí)具有黏性土和非黏性土的土壩中常出現(xiàn)的滑動(dòng)面型式。,二、荷載及其組合和穩(wěn)定安全系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn) （一）荷載及其組合 1、基本荷載 （1）自重。 土壩壩體自重分三種情況來考慮，即：在浸潤(rùn)線以上的土體，按濕容重計(jì)算；在浸潤(rùn)線以下、下游水面線以上的土體，按飽和容重計(jì)算；在下游水位以下的土體，按浮容重計(jì)算。 （2）滲透力。 是在滲流場(chǎng)內(nèi)作用于土體的體積力。 （3）孔隙壓力。 黏性土在外荷載的作用下產(chǎn)生壓縮，由于土體內(nèi)的空氣和水一時(shí)來不及排出，外荷載便由土粒和空隙中的空氣與水來共同承擔(dān)。其中，由土粒骨架承擔(dān)的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力，它在土體滑動(dòng)時(shí)能產(chǎn)生摩擦力；由空隙中的水和空氣承擔(dān)的應(yīng)力稱為孔隙壓力 ，它不能產(chǎn)生摩擦力。,2、荷載組合 土石壩穩(wěn)定分析的荷載組合主要有正常工作條件和非常運(yùn)用情況。 （1）正常工作條件。水庫(kù)上游水位處于正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位與死水位之間的各種水位的穩(wěn)定滲流期。水庫(kù)水位在上述范圍內(nèi)經(jīng)常性的正常降落情況。抽水蓄能電站的水庫(kù)水位的經(jīng)常性變化和降落。 （2）非常運(yùn)用情況。施工期。校核洪水位有可能形成穩(wěn)定滲流的情況。水庫(kù)水位的非常降落。 （二）土石壩壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)（略） 三、土石壩邊坡穩(wěn)定計(jì)算（略）,第六節(jié) 土石壩的壩基處理,根據(jù)土石壩地基條件，地基處理的目的大體可歸納為以下幾個(gè)方面： 改善地基的剪切特性，防止剪切破壞，減少剪切變形，保證地基不發(fā)生滑動(dòng)；改善地基的壓縮性能，減少不均勻沉降，以限制壩體裂縫的發(fā)生；減少地基的透水性，降低揚(yáng)壓力和地下水位，使地基以至壩身不產(chǎn)生滲透變形，并把滲流流量控制在允許的范圍內(nèi)；改善地基的動(dòng)力特性，防止液化。,一、砂礫石地基處理 砂礫石地基的處理，主要是對(duì)地基的防滲處理，通常采取“上堵下排”的措施，“上堵”包括水平和鉛直防滲措施，“下排”主要是排水減壓。 （一）垂直防滲設(shè)施 垂直防滲是解決壩基滲流問題效果最好的措施。垂直防滲的效果相當(dāng)于水平防滲效果的3倍。因此在土石壩的防滲措施中，應(yīng)優(yōu)先選擇垂直防滲措施。 垂直防滲措施主要有：黏性土截水槽、混凝土防滲墻、灌漿帷幕、板樁等。,（二）水平防滲設(shè)施 防滲鋪蓋是由黏性土做成的水平防滲設(shè)施，是斜墻、心墻或均質(zhì)壩體向上游延伸的部分。當(dāng)采用垂直防滲有困難或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可考慮采用鋪蓋防滲。 （三）排水減壓措施 常用的排水減壓設(shè)施有排水溝和排水減壓井。 二、細(xì)砂、軟黏土和濕陷性黃土地基處理,第七節(jié) 堤防與河道整治建筑物,一、堤防工程 堤防是沿河流、湖泊、海洋的岸邊或蓄滯洪區(qū)、水庫(kù)庫(kù)區(qū)的周邊修筑的擋水建筑物，其作用是抵擋河道洪水、海潮，保護(hù)兩岸或海岸不受洪水（海潮）威脅。同時(shí)，堤防也影響岸區(qū)雨洪的排泄，因此，必須設(shè)置穿堤排水建筑物水閘和泵站。,（一）堤防的類型和作用 （1）堤防按其所在位置不同，可分為湖堤、河堤、海堤、圍堤和水庫(kù)中堤防五種。 （2）河堤按其所在位置和重要性，又分為干堤、支堤和民堤。 （3）在黃河上，河堤常分為遙堤、縷堤、格堤、越堤和月堤五種。 （二）堤線布置及堤型選擇 1、堤線布置 2、堤型選擇,二、河道整治工程 河流無論在自然狀態(tài)下或在人類活動(dòng)影響下，由于可動(dòng)的邊界條件和不恒定的來水來沙條件，總是處于不斷的變化過程之中，這種變化在許多情況下可能會(huì)產(chǎn)生巨大的破壞作用，而必須采取工程措施加以控制，這類工程措施即是治河工程，或稱為河道整治工程。 （一）河道治理的基本要求 （二）河道整治設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 1、設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)水位 針對(duì)洪水、中水、枯水河槽的整治，應(yīng)有各自相應(yīng)的特征流量和水位，作為設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。 2、整治線 又稱為治導(dǎo)線，是河道經(jīng)過整治后，在設(shè)計(jì)流量下的平面輪廓線。,（