水工建筑物土石壩課程設(shè)計(jì)

1、水工建筑物課程設(shè)計(jì)課題名稱： 土 石 壩 設(shè) 計(jì)專業(yè)班級： 水工(本科)13-3姓 名： 袁 明 煒 編寫日期：2016年7月1日水利與環(huán)境學(xué)院摘要適當(dāng)修建大壩可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)流域地區(qū)發(fā)電、防洪、灌溉的綜合效益。通過對地形地質(zhì)、水文資料、氣候特征的分析，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧?，設(shè)計(jì)適合的樞紐工程來幫助流域地區(qū)實(shí)現(xiàn)很好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)防洪要求，對水庫進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，確定壩頂高程及泄洪建筑物尺寸；通過分析，對可能的方案進(jìn)行比較，確定樞紐組成建筑物的形式、輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；詳細(xì)作出大壩設(shè)計(jì)，通過比較，確定壩的基本剖面與輪廓尺寸，擬定地基處理方案與壩身構(gòu)造，進(jìn)行水力、靜力計(jì)算；對泄水建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)

2、，選擇建筑物的形式、輪廓尺寸，確定布置方案。水庫配合下游河道整治等措施，可以很大程度的減輕洪水對下游城鎮(zhèn)、廠礦、農(nóng)村、公路、鐵路以及旅游景點(diǎn)的威脅；可為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。目錄第1章 基本資料1111氣象12 水利計(jì)算112343當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?2 樞紐布置82.1 壩軸線選擇82.2 工程等級及建筑物級別92.3 樞紐布置102.3.1 導(dǎo)流泄洪洞112.3.2 溢洪道1111 壩型確定12第3章壩工設(shè)計(jì)143.1 土石壩斷面設(shè)計(jì)141416163.1.4 壩底寬度173.2 防滲體設(shè)計(jì)171718第4章 壩體滲流計(jì)算194.1 設(shè)計(jì)說明191919194.2 滲流計(jì)算20202021232

3、4理正軟件校核27第5章 土石壩壩坡穩(wěn)定分析及計(jì)算305.1 壩體荷載303030305.2 穩(wěn)定分析方法305.3 計(jì)算工況31313133第6章 細(xì)部構(gòu)造366.1 壩頂構(gòu)造366.2 護(hù)坡366.3 反濾層376.4 排水體406.5 馬道42第1章 基本資料工程概況ZF水庫位于QH河干流上，水庫控制流域面積4990km2，庫容5.05×108m3。水庫以灌溉發(fā)電為主，結(jié)合防洪，可引水灌溉農(nóng)田71.2×104畝，遠(yuǎn)期可發(fā)展到104×104畝。灌區(qū)由一個(gè)引水流量為45m3/s的總干渠和四條分干渠組成，在總干渠渠首及下游24km處分別修建樞紐電站和HZ電站，總裝

4、機(jī)容量，年發(fā)電量1.129×108kW·h。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年設(shè)計(jì)，萬年校核。樞紐工程由擋水壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站組成。水文與水利規(guī)劃1氣象流域年平均降雨量686.1mm，70%集中在69月，多年年平均氣溫89(1月)，多年平均最大風(fēng)速9m/s，水位768.1m時(shí)水庫吹程5.5km。2 水利計(jì)算防洪運(yùn)用原則及設(shè)計(jì)洪水的確定。本水庫屬二級工程。水庫建筑物按百年一遇洪水設(shè)計(jì)，千年一遇洪水校核。由于采用的洪水計(jì)算數(shù)值中未考慮歷史特大洪水的影響，故用萬年一遇洪水作為非常保壩標(biāo)準(zhǔn)對水工建筑物進(jìn)行復(fù)核。水庫排沙和淤沙計(jì)算。ZF水庫回水長25km，河道彎曲，河床寬3

5、00m左右，河床比降為2.2%，是個(gè)典型的河道型水庫。1.3地形地質(zhì)條件1:2000壩址附近地形圖、建議壩軸線地質(zhì)圖見附圖。庫區(qū)兩岸分水嶺高程均在820m以上，基巖出露高程，大部分在800m左右，主要為紫紅色砂巖，間夾礫巖、粉砂巖和砂質(zhì)頁巖。新鮮基巖透水性不大。未發(fā)現(xiàn)大的構(gòu)造斷裂，水庫蓄水條件良好。QH河為山區(qū)性河流，兩岸居民及耕地分散，除庫水位以下有一定淹沒外，浸沒問題不大，庫區(qū)也未發(fā)現(xiàn)重要礦產(chǎn)。表2 ZF水庫工程特征值序號名 稱單 位數(shù) 量備 注1設(shè)計(jì)洪水時(shí)最大泄流量m3/s其中溢洪道815相應(yīng)下游水位m2校核洪水時(shí)最大泄流量m3/s其中溢洪道5600相應(yīng)下游水位m3水庫水位校核洪水位(P

6、=0.01%)m設(shè)計(jì)洪水位(P=1%)m興利水位m汛限水位m死水位m4水庫容積總庫容108m3校核洪水位設(shè)計(jì)洪水位庫容108m3防洪庫容108m3興利庫容108m3其中共用庫容108m3死庫容108m35庫容系數(shù)%6調(diào)節(jié)特性多年QH河在ZF水庫壩址區(qū)呈一彎度很大的“S”形。壩段位于“S”形的中、上段。壩段右岸為侵蝕型河岸，岸坡較陡，基巖出露。上下壩線有約300 m長的低平山梁(單薄分水嶺)，左岸為侵蝕堆積岸，岸坡較緩，有大片土層覆蓋。右岸單薄分水嶺是QH河環(huán)繞壩段左岸山體相對側(cè)向侵蝕的結(jié)果。壩址區(qū)基巖以紫紅色、紫灰色細(xì)砂巖為主，間夾礫巖、粉砂巖和少數(shù)砂質(zhì)頁巖。地層巖相變化劇烈，第四系除厚度不大

7、的砂層、卵石層外，主要是黃土類土，在大地構(gòu)造上處于相對穩(wěn)定區(qū)，未發(fā)現(xiàn)有大的斷裂構(gòu)造跡象。壩址區(qū)左岸有一大塌滑體，體積約45×104m3，對工程布置有一定影響。本區(qū)地震基本烈度為6度，建筑物按7度設(shè)防。(1) 上壩址上壩址位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向QH河上游。河床寬約300m，河床砂卵石覆蓋層平均厚度5m，滲透系數(shù)1×10-2cm/s。一級階地(Q4)表層具中偏強(qiáng)濕陷性。左岸730m高程以上為三級階地(Q2)具中偏弱濕陷性。巖基未發(fā)現(xiàn)大范圍的夾層，基巖的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿113-111- 115-104-114各鉆孔連線方向，在巖面下2147m深度范圍

8、內(nèi)，有一強(qiáng)透水帶，W=5.4630 l/s·m2·m2，應(yīng)考慮排水，增加巖體穩(wěn)定。(2) 下壩址位于上壩址同一背斜的東南翼，巖層傾向下游；河床寬約120m，左岸為二、三級階地，右岸731m高程以下為基巖，以上為三級階地。土層的物理力學(xué)性質(zhì)見“工程地質(zhì)剖面圖”。左岸基巖有一條寬200250m呈北北東方向的強(qiáng)透水帶，右岸Z溝單薄分水嶺的透水性亦很大，左右岸巖石中等透水帶下限均可達(dá)巖面下80m左右。河床地段基巖透水性與中等透水帶厚度具有從上游向下游逐漸變小的趨勢。下游發(fā)現(xiàn)承壓水，二、三級階地礫石層透水性與上壩線相同，左岸壩腳靠近塌滑體。1.4建筑材料及筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定庫區(qū)及

9、壩址下游土石料豐富，有利于修建當(dāng)?shù)夭牧蠅巍?3×10-5cm/s。具有中等壓縮性，強(qiáng)度特性見表3。(2) 砂礫料。主要分布在河灘上，儲(chǔ)量為205×104m3，扣除漂石及圍堰淹沒部分，可利用的砂礫料約100151×104m33，軟弱顆粒含量2.64%。顆粒組成見表4。砂的儲(chǔ)量很少，且石英顆粒少，細(xì)度模數(shù)很低，不宜作混凝土骨料，砂(D<2mm)的相對緊密度為0.895。(3) 石料。壩址區(qū)石料較多，運(yùn)距均在1km以內(nèi)，為厚層砂巖，儲(chǔ)量可滿足需要。溢洪道、導(dǎo)流洞出碴也可利用。表3 土料的強(qiáng)度特性試驗(yàn)方法統(tǒng)計(jì)方法抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(o)-2)飽和固結(jié)快剪(25組)算術(shù)平均

10、算術(shù)小值平均快剪(82組)算術(shù)平均算術(shù)小值平均快剪(18組)算術(shù)平均算術(shù)小值平均算術(shù)平均算術(shù)小值平均算術(shù)平均算術(shù)小值平均快剪(8組)算術(shù)平均算術(shù)小值平均算術(shù)平均算術(shù)小值平均三軸不排水剪(10組)算術(shù)平均算術(shù)小值平均三軸不排水剪(6組)算術(shù)平均算術(shù)小值平均三軸飽和固結(jié)不排水剪(6組)算術(shù)平均算術(shù)小值平均野外自然坡度角(29組)算術(shù)平均算術(shù)小值平均室內(nèi)剪切試驗(yàn)算術(shù)平均算術(shù)小值平均算術(shù)平均算術(shù)小值平均表4 砂礫料顆粒組成粒徑(mm)<200<80<40<20<5<2<1含量(%)(4) 筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定。經(jīng)過試驗(yàn)，并參考有關(guān)文獻(xiàn)資料及其他工程的經(jīng)驗(yàn)，最

11、后選定其筑壩材料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，見表5。3當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?#215;104m3，為需要量的4倍多。各土料場的儲(chǔ)量如表6。(2) 砂礫料。根據(jù)調(diào)查，壩址附近的三個(gè)砂礫場，開采總量約 100151×104m3(水上部分)，不夠使用。(3) 石料。未進(jìn)行石場儲(chǔ)量的調(diào)查試驗(yàn)工作。在壩址右岸有兩個(gè)石料場。石場空間不夠開闊，運(yùn)輸困難。(4) 骨料。沿河調(diào)查，本地砂只能用于漿砌石和混凝土，其他用砂需外運(yùn)。表5 筑壩材料技術(shù)指標(biāo)筑 壩 材 料壩 體壩 基土料砂礫料堆石砂礫料黃土比重(kN/m3)重度濕重度(kN/m3)飽和重度(kN/m3)干重度(kN/m3)孔隙率n內(nèi)摩擦角施工期總應(yīng)力1031403

12、120有效應(yīng)力22穩(wěn)定滲流期有效應(yīng)力23水位降落有效應(yīng)力23粘聚力C(kN/cm2)滲透系數(shù)K(cm/s1)1×10-61×10-21×10-21×10-5初始孔隙水壓力系數(shù)表6 各土料場的儲(chǔ)量土場南坪溝川坡上山大河灘合計(jì)高程(m)746805720760710749722778儲(chǔ)量(104m3)2 樞紐布置2.1 壩軸線選擇壩軸線應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件、壩型、壩基處理方式、樞紐中各建筑物（特別是泄洪建筑物）的布置和施工條件等，經(jīng)多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。壩軸線應(yīng)因地制宜地選定。宜采用直線；當(dāng)采用折線時(shí)，在轉(zhuǎn)折處應(yīng)布置曲線段。設(shè)計(jì)烈度為8度、9度地地

13、區(qū)不宜采用折線。9·當(dāng)壩址處存在喀斯特、大斷層或軟粘土等不良地質(zhì)條件時(shí)，應(yīng)研究避開的可能性。按照現(xiàn)有給定資料,通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析確定壩軸線位置，主要考慮上壩線和下壩線兩個(gè)方案。 方案因素 上壩線下壩線地形條件位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向QH河上游,河床寬約300m一級階地(Q4)表層具中偏強(qiáng)濕陷性,左岸730m高程以上為三級階地(Q2)具中偏弱濕陷性。位于上壩址同一背斜的東南翼，巖層傾向下游,河床寬約120m左岸為二、三級階地，右岸731m高程以下為基巖，以上為三級階地。地質(zhì)條件基巖無夾層,透水性不大, 透水性從上游向下游有逐漸增大的趨勢, 左岸臺(tái)地黃土與基巖交界處的礫巖透水性

14、強(qiáng),左岸有單薄分水嶺.左岸基巖有一條呈東北方向的強(qiáng)透水帶,左右岸皆有強(qiáng)透水性,透水性從上游向下游有逐漸變小的趨勢, 左岸壩腳靠近塌滑體,右岸有有單薄分水嶺.筑壩材料壩體:土料,沙礫料,堆石;壩基:沙礫料,黃土.壩體:土料,沙礫料,堆石;壩基:沙礫料,黃土.施工條件施工布置較為困難,開挖排水不困難施工布置較為困難,開挖排水不困難樞紐布置導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道均布置在左岸單薄分水嶺，灌溉發(fā)電洞則布置在左岸東凹溝附近三級階地上。溢洪道可布置在右岸Z溝，灌溉發(fā)電洞移至上壩線溢洪道軸線西側(cè)40m左右,導(dǎo)流泄洪洞布置在左岸.比較結(jié)果分析后，初步選定壩軸線位置在上壩線，主要考慮到下壩線的塌滑體，對工程存在不利的

15、隱患。2.2 工程等級及建筑物級別水利部、能源部頒布的水利水電工程的分等分級指標(biāo)，將水利水電工程，根據(jù)工程規(guī)模、效益和在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性分為五等，見表4。水利水電工程中的水工建筑物，根據(jù)其所屬工程等別及其在工程中的作用和重要性劃分為五級，見表5。水工建筑物的安全級別，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性及破壞可能產(chǎn)生后果的嚴(yán)重性而定，與水工建筑物的級別對應(yīng)而分為三級，如表6所示。表4 水利水電工程分等指標(biāo)表工程等別水庫總庫容 （108m3）防洪排澇灌溉供水水力發(fā)電保護(hù)城市及工礦區(qū)保護(hù)農(nóng)田（萬畝）排澇面積（104ha）灌溉面積（104ha）供給城鎮(zhèn)及礦區(qū)裝機(jī)容量（MW）一>10特別重要>10特別重

16、要>1200二重要重要1200300三中等中等30050四一般一般5010五<10工程等別永久性建筑物級別臨時(shí)性建筑物級別主要建筑物次要建筑物一134二234三345四455五55表5 水工建筑物級別表6 水工建筑物的結(jié)構(gòu)安全級別水工建筑物級別水工建筑物的結(jié)構(gòu)安全級別12、34、5×108m3，所以該工程為等工程。主要建筑物大壩、溢洪道級別為2級。2.3 樞紐布置2.3.1 導(dǎo)流泄洪洞沿洞線周圍巖石厚度大于三倍開挖洞徑，出口段已避開塌滑體的東邊界，沿線巖層、巖性主要為粉砂巖、細(xì)砂巖及礫巖，巖石較為堅(jiān)硬，堅(jiān)固系數(shù)Fk=4，單位彈性抗力系數(shù)K0×104MPa，透水性

17、較大。巖層傾向下游，出口段節(jié)理發(fā)育，應(yīng)采取有效措施予以處理。為進(jìn)一步保證出口段巖體穩(wěn)定，免除由內(nèi)水壓力引起的后果，建議該段修建無壓洞。2.3.2 溢洪道上壩線方案溢洪道堰頂高程757m，沿建筑物軸線巖層傾向下游。巖性主要為堅(jiān)硬的細(xì)砂巖，其中軟弱層多為透鏡體，溢洪道各部分的抗滑穩(wěn)定條件是好的。下壩線溢洪道堰項(xiàng)高程750m?；A(chǔ)以下10m左右為砂質(zhì)頁巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風(fēng)化嚴(yán)重，透水性大，對建筑物安全不利。上壩線方案沿線基巖以厚層粉砂巖為主，巖石完整，透水性不大，洞頂以上巖層厚度較小。在建筑物的基巖巖面上有05m厚的礫巖及厚度不等的亞粘土層，電站廠房處巖石風(fēng)化層厚度約56m，對其產(chǎn)生的滲漏

18、及土體坍塌應(yīng)采取必要的工程措施,灌溉發(fā)電洞則布置在左岸東凹溝附近三級階地上。下壩線方案沿線全為基巖，工程安全比較可靠?？蓪⒐喔劝l(fā)電洞移至上壩線溢洪道軸線西側(cè)40m左右.結(jié)論：導(dǎo)流泄洪洞，上下方案布置位置相同,均為左岸；溢洪道，上壩線方案宜布置在左岸單薄分水嶺,下壩線方案宜布置在右岸Z溝；灌溉發(fā)電洞及樞紐電站，上壩線方案可布置在左岸東凹溝附近三級階地上。下壩線方案沿線全為基巖，工程安全比較可靠。可將灌溉發(fā)電洞移至上壩線溢洪道軸線西側(cè)40m左右. 壩型確定土石壩按壩高可分為：低壩、中壩和高壩。我國碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SDJ21884）規(guī)定：高度在30米以下的為低壩，高度在3070米間的為中壩，高

19、度超過70米的為高壩。土石壩壩高均從清基后的地面算起。 土石壩按其施工方法可分：碾壓式土石壩、充填式土石壩、水中填土壩和定向爆破壩等。應(yīng)用最為廣泛的是碾壓式土石壩。土石壩壩型的選擇的有關(guān)因素很多，其中主要的是壩址附近的筑壩材料。除了含腐殖質(zhì)太多的土料外，所有的土石料都可筑壩，只要適當(dāng)?shù)呐渲迷趬误w部位即可。不適合作防滲體的土料，用一定的施工方法或加工處理后也可作防滲料。除筑壩材料是壩型選擇的主要因素外，還要根據(jù)地形、地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理方案、抗震要求、人防要求等各種因素進(jìn)行研究比較，初選幾種壩型，擬定斷面輪廓，進(jìn)一步比較工程量、工期、造價(jià)，最后選擇技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。

20、按照土料在壩身內(nèi)的配置和防滲體所用的材料種類，碾壓式土石壩可分為以下幾種主要類型：a.均質(zhì)壩：壩體主要有一種土料組成，同時(shí)起防滲和穩(wěn)定的作用。b.土質(zhì)心墻壩：由相對不透水或弱透水土料構(gòu)成中央防滲體，而以透水土石料作為下游支撐體。c.土質(zhì)斜墻壩：由相對不透水或弱透水土料構(gòu)成上游防滲體，而以透水土石料作為下游支撐體。d.多種土質(zhì)壩：壩體由多種土料構(gòu)成，以細(xì)粒土料建成中央或靠近上游的防滲體，壩體其他部位則由各種粗粒土料構(gòu)成。e.人工材料心墻壩：中央防滲體由瀝青混凝土或混凝土、鋼筋混凝土構(gòu)成，壩殼由透水或半透水土石料組成。f.人工材料面板壩：壩的支撐體由透水或半透水土石料組成，上游防滲面板由鋼筋混凝土

21、、瀝青混凝土或塑料薄膜等材料構(gòu)成。根據(jù)地形、地質(zhì)、建筑材料、施工情況、工程量、投資等方面，綜合比較選定壩型。類別土質(zhì)防滲心墻土質(zhì)防滲斜墻均質(zhì)壩地形條件對地形無特別要求對地形無特別要求對地形無特別要求地質(zhì)條件對地質(zhì)無特別要求對地質(zhì)無特別要求對地質(zhì)無特別要求工程量只需要按照卸料鋪料碾壓取樣等工序流水作業(yè),相對來說,工程量較小.斜墻壩由于抗剪強(qiáng)度較低的防滲體位于上游面，故上游壩坡較緩，工程量大。一般來說，所用的土料滲透系數(shù)小，施工期壩體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生孔隙水壓力，影響抗剪強(qiáng)度，所以壩坡較緩，工程量大。建筑材料庫區(qū)當(dāng)?shù)叵掠瓮潦县S富，有利于修建防滲墻的各種材料，無需另外購買庫區(qū)當(dāng)?shù)叵掠瓮潦县S富，有利于修建防

22、滲墻的各種材料，無需另外購買庫區(qū)當(dāng)?shù)叵掠瓮潦县S富，有利于修建防滲墻的各種材料，無需另外購買適用條件不僅適宜低壩，也適宜于髙壩不僅適宜低壩，也適宜于髙壩一般使用于中、低高度壩比較結(jié)果本設(shè)計(jì)土壩是高壩，因此均質(zhì)壩不適合，而斜墻對于沉降以及地震的適應(yīng)能力比心墻小，因此防滲體定為粘土心墻。結(jié)論：本設(shè)計(jì)土壩選擇壩型為心墻壩。第3章壩工設(shè)計(jì)3.1 土石壩斷面設(shè)計(jì)土石壩斷面設(shè)計(jì)的基本尺寸主要包括：壩頂高程、壩頂寬、上下游坡度、防滲結(jié)構(gòu)、排水設(shè)備的形式及基本尺寸。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求及參照已建工程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并考慮本工程的具體情況，對本工程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)如下。3由于土石壩是不允許漫項(xiàng)溢流的，因此壩頂高程由水庫

23、靜水位加上風(fēng)浪壅水增加高度、壩面波浪爬高及安全超高確定，同時(shí)壩頂高程的計(jì)算，應(yīng)同時(shí)考慮以下3種情況：（1）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；（2）校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高；（3）正常高水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高再加地震區(qū)安全超高。壩頂超高按下式計(jì)算：Y=R+e+A式中：Y壩頂在水庫靜水位以上的超高；R最大波浪在壩坡上的爬高e最大風(fēng)壅水面高度；A安全加高查碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范有：式中：e 計(jì)算處的風(fēng)壅水面高度，mD K 綜合摩阻系數(shù)×10-6 計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角15°W 計(jì)算風(fēng)速, m/s. W=（1.52）V=29=18m/sm；可忽略不計(jì)由于D10k

24、m，且v=1020m/s，（查土壩設(shè)計(jì)3-12）m 外層上游壩殼為砌石 取k=0.8（查水利水電工程建筑物表2-14）×2h×tan×××0.33=0.96m 水利水電工程建筑物2-47壩頂高程取以下三種情況的最大值(1) 校核洪水位加非常運(yùn)用條件下的壩頂超高：(2) 正常蓄水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高：(3) 正常蓄水位加非常運(yùn)用條件下的壩頂超高加地震安全加高：壩頂高程計(jì)算成果表計(jì)算工況水庫水位(m)壩頂超高Y(m)壩頂高程(m)設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位×則壩頂防浪墻高程為Y設(shè)計(jì)=771.86+0.19=772.05m。3壩頂寬度根據(jù)

25、構(gòu)造、施工等因素確定，由碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL2742001）高壩選用1015 m，中低壩可選用510 m，根據(jù)所給資料，初步擬定壩體斷面，壩頂寬度為12m。3壩坡的確定應(yīng)根據(jù)壩型、壩高、壩的等級、壩體和壩基材料的性質(zhì)、壩所承受以及施工和運(yùn)用條件等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。上下游邊坡比見表壩高(m)上游下游101：1.51：2102020301：2.51：3301：2.51：3壩高為772.05-699-1.2=71.85m(防浪墻高1.2米)，壩頂高程：770.85，坡度取值為：1、上游壩坡：1:3.0。2、下游壩坡：1:2.5。3.1.4 壩底寬度×（3+2.5）+12+10

26、=417.18m。3.2 防滲體設(shè)計(jì)31、防滲體尺寸確定考慮采用機(jī)械施工，防滲體頂面寬度為3m；頂面高程滿足高于正常運(yùn)用情況下的靜水位0.3-0.6m，且不低于非常運(yùn)用情況下的靜水位。實(shí)際選取0.5m，則防滲體頂面高程為768.1+0.5=768.6m；上游坡度均為1:3，下游坡度為1:2.5，則底寬為3+（768.6-699）×（3 -2.5）=37.8m，滿足斜墻底寬不小于H/4=（768.9-699）÷4=17.4m。因此，本壩防滲體采用碾壓式粘土心墻，頂寬3m，底厚37.8m。2、尺寸確定心墻頂部和上游坡設(shè)保護(hù)層，以防沖刷、冰凍和干裂，保護(hù)層材料常用砂、礫石或碎石，

27、其厚度不得小于當(dāng)?shù)乇鶅龊透闪押穸取?防滲體的土料要求防滲體要具有足夠的不透水性和塑性，要求防滲體的滲透系數(shù)比壩主體至少小1001000倍，且其透水系數(shù)不宜大于10，防滲體要有足夠的塑性。這樣，防滲體能適應(yīng)壩基和壩體的沉陷和不均勻變形，從而不致斷裂。長期的筑壩經(jīng)驗(yàn)告訴我們，粘粒含量為1530%或塑性指數(shù)為1017的中壤土、重壤土粘粒含量為3540%或塑性指數(shù)為1720的粘土都是填筑防滲體的合適土料。粘性土的天然含水量最好，稍高于塑限含水量，使土料處于硬塑狀態(tài)。第4章 壩體滲流計(jì)算4.1 設(shè)計(jì)說明4土石壩的剖面尺寸初步擬定后，必須進(jìn)行滲流分析和穩(wěn)定分析，為確定經(jīng)濟(jì)可靠的壩體剖面提供依據(jù)，滲流分析的

28、主要任務(wù)是： 確定壩體浸潤線和下游溢出點(diǎn)的位置，為壩體穩(wěn)定計(jì)算和排水體選擇提供依據(jù)； 計(jì)算壩體與壩基的滲流量，以計(jì)算水庫滲漏損失，和確定排水體尺寸；計(jì)算壩體與壩基的滲流溢出處的滲透坡降，以驗(yàn)算其滲透穩(wěn)定性。4滲流計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件，一般需考慮計(jì)算下列幾種工況： 上游正常蓄水位m與下游相應(yīng)最低水位m，此時(shí)壩內(nèi)滲流的坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形； 上游校核洪水位m與下游相應(yīng)最高水位m，此時(shí)壩內(nèi)浸潤線最高，滲流也最大；分析時(shí)，常根據(jù)河谷地形情況，選若干、單寬壩坡，按二元滲流問題考慮，對河床中間斷面及左右對稱的、三個(gè)典型斷面進(jìn)行滲流計(jì)算。4.土石壩滲流分析的方法有公式計(jì)算法（流體力學(xué)法

29、、水力學(xué)法、有限單元法）流網(wǎng)法和電模擬法。本設(shè)計(jì)采用水力學(xué)法，水力學(xué)法建立在一些基本假定上，是一種近似解法，只能求得過水?dāng)嗝嫔蠞B流要素的平均值，但其計(jì)算簡單，且精度一般可以滿足工程要求。4.2 滲流計(jì)算4 壩體土料為均質(zhì)，壩體內(nèi)任一點(diǎn)在各方向上的滲透系數(shù)相同且為常數(shù)； 滲流二元穩(wěn)定層流，流動(dòng)運(yùn)動(dòng)符合達(dá)西定律：V=KJ（V為滲透流速，K為滲透系數(shù)，J為滲透坡降） 滲流為漸變流，任意過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的坡降和流速相同。4在眾多滲流分析方法中，較水力學(xué)法和流網(wǎng)法比較簡單實(shí)用，流網(wǎng)法雖然能夠求解滲流場內(nèi)任意一點(diǎn)滲流要素，但對不同土質(zhì)和滲透系數(shù)相差較大的情況難以采用；水力學(xué)法是在一些假設(shè)條件基礎(chǔ)上的近似解法

30、，能滿足工程精度要求。本設(shè)計(jì)采用水力學(xué)方法進(jìn)行滲流分析。計(jì)算公式：單寬滲流量 q = 浸潤線方程 y = 單寬滲流計(jì)算公式：通過心墻的滲流量為： q1 = 心墻后的滲流量為： q2 = 其中：上游水深；墻后逸出水深，m；基巖透水深度，取最大值15m；黏土心墻平均厚度；×10-4m/s；下游水深；粘土滲透系數(shù)，×10-7 m/s；下游坡比?？倽B流量的計(jì)算全壩的總滲流量為：式中：、斷面1、2、的單寬滲流量；、相鄰兩斷面之間的距離。三種工況計(jì)算三種工況：上游為設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、正常蓄水位和相應(yīng)的下游水位見圖。各水位示意圖（1）正常蓄水位時(shí)，上游正常高水位取為興利水位767.

31、2m，下游相應(yīng)低水位取為700.55m。河床高度為699m，壩頂寬度為12m，壩高為m，mm。聯(lián)立方程可得h2= 2聯(lián)立方程可得h=m , q=×10-5（2）設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，上游正常高水位取為設(shè)計(jì)洪水位768.1m，下游相應(yīng)低水位取為700.55m。河床高度為699m，壩頂寬度為12m，壩高為m，mm。聯(lián)立方程可得h2= =m2, 聯(lián)立方程可得h=m , q=×10-5（3）校核洪水位時(shí)，上游正常高水位取為興利水位770.4m，下游相應(yīng)低水位取為705.6m。河床高度為699m，壩頂寬度為12m，壩高為m，mm。聯(lián)立方程可得h2= 2聯(lián)立方程可得h=m , q=×

32、10-5已知三種工況單寬流量則最大總滲流量為：則一天的總滲流量為 ：1>.滲漏量：大壩在校核洪水位的庫容為5050萬，故滿足防滲要求。2>.滲透穩(wěn)定：對于非粘性土，滲透破壞形式的判別可參考下式：<10時(shí)為流土>20時(shí)為管涌10<<20時(shí)不定允許坡降可參考采用下列數(shù)字：10<<20；=0.2；20，滲流逸出點(diǎn)的實(shí)際坡降為：=已知：H=h-H2=m，L可近似取為計(jì)算長度L=m，則：=0.017根據(jù)表4砂礫料顆粒組成可得 d60=45.57，d10=0.1又：=d60/d10=455.7>20, 允許=0.1。=0.02<允許=0.1，所以

33、滿足要求。4.2.5浸潤線計(jì)算1、上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最高水位上游校核洪水位取為興利水位7，下游相應(yīng)高水位取為7m?；A(chǔ)采用防滲處理，視為基礎(chǔ)不透水。（1）計(jì)算示意圖（2）心墻后的浸潤線方程=h=m簡化得心墻后的浸潤線方程： y2 +x=x/m060120180y/m82、上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的最高水位上游校核洪水位取為興利水位770.4，下游相應(yīng)高水位取為705.60m?；A(chǔ)采用防滲處理，視為基礎(chǔ)不透水。（1）計(jì)算示意圖（2）心墻后的浸潤線方程計(jì)算公式：=h=簡化得： y2 +xx/m060120180y/m5.7961.053、上游校核洪水位與下游相應(yīng)的最高水位上游校核洪水位取為

34、興利水位770.4，下游相應(yīng)高水位取為705.60m?；A(chǔ)采用防滲處理，視為基礎(chǔ)不透水。（1）計(jì)算示意圖（2）心墻后的浸潤線方程計(jì)算公式：=h=簡化得： y2 +xx/m060120180y/m理正軟件校核項(xiàng)目 水位上游正常水位和下游最低水位上游設(shè)計(jì)洪水位和下游相應(yīng)最高水位上游校核洪水位和下游相應(yīng)最高水位土堤頂部寬度b12.000(m)12.000(m)12.000(m)土堤頂部高度h71.660(m)71.660(m)71.660(m)上游坡坡率1:m1下游坡坡率1:m2堤身滲透系數(shù)k0.003(m/d)0.003(m/d)0.003(m/d)上游水位h168.200(m)69.100(m)

35、71.400(m)下游水位h21.550(m)1.550(m)6.600(m)心墻頂部寬度3.000(m)3.000(m)3.000(m)心墻底部寬度37.800(m)37.800(m)37.800(m)心墻滲透系數(shù)0.003(m/d)0.003(m/d)0.003(m/d)透水地基深度5.000(m)5.000(m)5.000(m)透水地基滲透系數(shù)8.400(m/d)8.400(m/d)8.400(m/d)排水棱體高度8.000(m)8.000(m)8.000(m)排水棱體寬度2.000(m)2.000(m)2.000(m)L169.530(m)166.830(m)159.930(m)透水地

36、基有效深度374.130(m)374.130(m)374.130(m)浸潤線計(jì)算公式原點(diǎn)374.130(m)374.130(m)374.130(m)浸潤線起點(diǎn)x坐標(biāo)204.6(m)207.3(m)214.2(m)浸潤線終點(diǎn)x坐標(biāo)376.31(m)376.31(m)376.31(m)q'1.824*10-5（m3/s）1.972*10-5（m3/s）2.26*10-5（m3/s）正常蓄水位出圖設(shè)計(jì)洪水位出圖校核洪水位出圖 結(jié)論：（1）正常蓄水位下，簡化得心墻后的浸潤線方程：y2 +x=48.7 當(dāng)x=169.53m時(shí)，y=2.15m<8m，校核安全（2）設(shè)計(jì)洪水位下，簡化得心墻后的

37、浸潤線方程：y2 +x=49.7 當(dāng)x=166.83m時(shí)，y=2.16m<8m，校核安全（3）校核洪水位下，簡化得心墻后的浸潤線方程：y2 +x=93.5 當(dāng)x=159.93m時(shí)，y=6.98m<8m，校核安全第5章 土石壩壩坡穩(wěn)定分析及計(jì)算5.1 壩體荷載壩體浸潤線以上的部分按濕容重計(jì)，浸潤線以下于壩體外水位之間的部分按飽和容重計(jì)，壩體水位以下部分按浮容重計(jì)。滲流力可由流網(wǎng)法求得，本設(shè)計(jì)不計(jì)滲流力?？紫秹毫τ谡承詨纹拢捎诳紫吨械乃蚩諝獠灰着懦?，當(dāng)孔隙為水或氣餉且受壓時(shí)，上部傳來的荷載將有孔隙水，氣和土粒骨架共同承擔(dān)，土粒骨架承擔(dān)的應(yīng)力萬畝有效應(yīng)力，孔隙水、氣承擔(dān)的應(yīng)力稱孔隙

38、壓力，二者之和為總應(yīng)力，孔隙力是一種張力，各向相等，其數(shù)值與土料性質(zhì)，填土含水量，受荷載與排水條件，運(yùn)用工況有關(guān)，并隨時(shí)間而變化，隨荷載增加而變大，又隨孔隙水的排出而流散，精確計(jì)算較復(fù)雜，目前多為近似計(jì)算，由于本設(shè)計(jì)壩殼材料多為砂礫料，屬于無粘性土，故不計(jì)孔隙壓力。地震力本工程所在地區(qū)基本烈度為6度，根據(jù)我國水工建筑物抗震規(guī)范(SDJ10-78)設(shè)計(jì)烈度在6度以下時(shí)，除對重要工程采取適當(dāng)?shù)目拐鸾Y(jié)構(gòu)和工程措施外：可不作抗震設(shè)計(jì)。本水庫為大(2)型二等工程，主要建筑物為二級則可忽略地震力。5.2 穩(wěn)定分析方法對于無粘性土壩坡的上下游壩殼及斜墻連同上游保護(hù)層一起滑動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定計(jì)算，宜采用直線法或折線法

39、。本設(shè)計(jì)為無粘性土壩殼材料，故采用折線法對土石壩進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算。5.3 計(jì)算工況(1)上游水位大約在壩底以上1/3壩高處的上游壩坡；(2)水庫水位降落期的上游壩坡；(3)上游水位為校核洪水位，下游為相應(yīng)水位的下游壩坡。穩(wěn)定計(jì)算采用圓弧滑動(dòng)法有效應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算?；》€(wěn)定安全系數(shù)公式為：有效應(yīng)力法：式中 G土條重量；作用于土條底面的孔隙壓力；條塊重力線與通過此條塊底面中心點(diǎn)的半徑之間的夾角；土條寬度；、土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；計(jì)算結(jié)果可得施工期抗滑安全系數(shù)K最小為1.5>K=1.25理正軟件計(jì)算所需參數(shù)表 計(jì)算方式項(xiàng)目施工期穩(wěn)定計(jì)算穩(wěn)定滲流期穩(wěn)定計(jì)算水位驟降期穩(wěn)定計(jì)算采用規(guī)范： 水

40、利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范 SL 386-2007計(jì)算工期施工期穩(wěn)定滲流期水位降落期計(jì)算目標(biāo)安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算滑裂面形狀圓弧滑動(dòng)法圓弧滑動(dòng)法圓弧滑動(dòng)法不考慮地震圓弧穩(wěn)定分析法瑞典條分法瑞典條分法瑞典條分法土條重切向分力與滑動(dòng)方向反向時(shí)當(dāng)下滑力對待當(dāng)下滑力對待當(dāng)下滑力對待穩(wěn)定計(jì)算目標(biāo)自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面條分法土條寬度10.000(m)10.000(m)10.000(m)搜索時(shí)圓心步長5.000(m)5.000(m)5.000(m)搜索時(shí)半徑步長 5.000(m)5.000(m)5.000(m)滑動(dòng)圓心(55.080,166.455)(m)(8

41、3.620,140.915)(m)(77.124,145.685)(m)滑動(dòng)半徑189.010(m)186.335(m)179.126(m)滑動(dòng)安全系數(shù)軟件計(jì)算結(jié)果（1）施工期穩(wěn)定計(jì)算 最不利滑動(dòng)面:  滑動(dòng)圓心 = (55.080,166.455)(m)  滑動(dòng)半徑 = 189.010(m) （2）穩(wěn)定滲流期穩(wěn)定計(jì)算 最不利滑動(dòng)面:  滑動(dòng)圓心 = (83.620,140.915)(m)  滑動(dòng)半徑 = 186.335(m) （3）水位驟降期穩(wěn)定計(jì)算最不利滑動(dòng)面:  滑動(dòng)圓心 = (77.124,145.685)(m)&#

42、160; 滑動(dòng)半徑 = 179.162(m)  安全系數(shù)結(jié)果對照表計(jì)算安全系數(shù)校核安全系數(shù)施工期穩(wěn)定計(jì)算滲流穩(wěn)定期穩(wěn)定計(jì)算3.260水位驟降期穩(wěn)定計(jì)算2.438本設(shè)計(jì)的安全系數(shù)大于校核安全系數(shù)，故本設(shè)計(jì)安全穩(wěn)定。第6章 細(xì)部構(gòu)造6.1 壩頂構(gòu)造壩頂設(shè)置黃泥灌漿碎石路面，壩頂向下游設(shè)1%橫坡以便匯集雨水，并設(shè)置縱向排水溝，經(jīng)坡面排水排至下游。壩頂設(shè)置攔桿以策安全。6.2 護(hù)坡土石壩的上游面，為防止波浪淘刷、冰層和漂浮物的損害、順壩水流的沖刷等對壩坡的危害，必須設(shè)置護(hù)坡。土石壩下游面，為防止雨水、大風(fēng)、水下部位的風(fēng)浪、冰層和水流作用、動(dòng)物穴居、凍脹干裂等對壩坡的破壞，也需設(shè)置護(hù)

43、坡。壩表面為土、砂、砂礫石等材料時(shí)應(yīng)設(shè)專門的護(hù)坡。上下游護(hù)坡均采用碎石、堆石護(hù)坡。碎石護(hù)坡在最大浪壓力作用下的計(jì)算直徑:=1.018×1.4×9.8/(21.08-9.8)×(1+32)1/2/3×(3=0.700m碎石塊計(jì)算重量:=0.525×23.08×0.70003 =4.156 KN碎石護(hù)坡厚度=1.67×0.700/1.4=35 m注:經(jīng)計(jì)算對1.67的系數(shù)不作修改。上游護(hù)坡用于堆石，因其抵御風(fēng)浪的能力較強(qiáng)；下游壩面直接鋪上20cm的碎石作為護(hù)坡。上游護(hù)坡做至壩頂，下做至死水位以下（加設(shè)計(jì)浪高）。壩頂設(shè)置攔桿以策安全。下游坡面上要設(shè)置表面排水系統(tǒng)，縱橫向排水溝及壩坡與岸坡連接處的排水溝。此外，還應(yīng)布置階梯等通行道路。6.3 反濾層既要求把壩體滲水排除壩外，又要求不產(chǎn)生土壤的滲透破壞，在滲流的出口或進(jìn)入排水處。由于水力坡降往往很大，流速較高，土壤易發(fā)生管涌破壞，為了防止這種滲透破壞，在這些地方應(yīng)設(shè)置反濾層。反濾層一般由13層級配均勻，耐風(fēng)化的砂、礫、卵石或碎石構(gòu)成，每層粒徑隨滲流方向而增大，水平反濾層的最小厚度可采用0.3 m，垂直或傾斜反濾層的最小厚度可采用0.5