水利工程概論課件introduction of w-conser h eng

水利電力工程概論3-3水利水電工程學(xué)院盛金昌2007-7-20一、土石壩的工作條件和設(shè)計(jì)的一般要求

二、土石壩的類型

三、筑壩土料的性質(zhì)

四、土石壩的剖面及構(gòu)造

五、土壩的滲流、穩(wěn)定和沉陷

六、土壩地基的處理第三節(jié)土石壩

第三章?lián)跛ㄖ?、概念：土石壩是土壩與堆石壩的總稱。由于壩身材料主要來(lái)自本地區(qū)，因而也稱當(dāng)?shù)夭牧蠅巍v史悠久，發(fā)展很快，國(guó)內(nèi)、外廣泛采用。堆石壩與土壩在設(shè)計(jì)理論和構(gòu)造等方面有許多相似之處，它們的主要區(qū)別就在于石料和土料在壩身中所占的比例，土料為主的稱為土壩，石料為主的稱為堆石壩?！?.3土石壩：概念

第三章?lián)跛ㄖ?、土石壩被廣泛采用的原因：(1)就地取材，節(jié)省鋼材、水泥、木材等重要建筑材料，從而也減少了建壩過(guò)程中的遠(yuǎn)途運(yùn)輸；(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，便于維修和加高、擴(kuò)建；(3)壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu)，有適應(yīng)變形的良好性能，因而對(duì)地基的要求低于其他各種混凝土壩；(4)施工技術(shù)較簡(jiǎn)單，工序少，便于組合機(jī)械化快速施工。不足之處：

壩頂不能過(guò)流，必須另開溢洪道，施工導(dǎo)流不如砼壩便利，對(duì)防滲要求高，因?yàn)槠拭娲?，所以填筑量大而且施工容易受季?jié)影響。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：概念

第三章?lián)跛ㄖ?、工程實(shí)例(1)碧口水電站：建在甘肅文縣白龍江，控制流域面積2.6萬(wàn)km2?？値?kù)容為521億m3，設(shè)計(jì)灌溉面積0.89萬(wàn)畝，裝機(jī)容量30.0

萬(wàn)千瓦。主壩壩型為壤土心墻土石壩。最大壩高101m，壩頂長(zhǎng)度297m，壩基巖石為干枚巖和凝灰?guī)r。壩體工程量424.1萬(wàn)m3，主要泄洪方式溢洪道和隧洞。§3.3土石壩：概念

第三章?lián)跛ㄖ?2)密云水庫(kù):建于北京密云潮白河，控制流域面積1.58萬(wàn)km2，總庫(kù)容43.75億m3,設(shè)計(jì)灌溉面積400萬(wàn)畝，裝機(jī)容量8.8萬(wàn)千瓦。主壩壩型為粘土斜墻土壩，最大壩高66m，壩頂長(zhǎng)度960m，壩基巖石為砂礫石復(fù)蓋層，壩體工程量1105萬(wàn)m3。主要泄洪方式為岸邊溢洪道，大壩特點(diǎn)是壩基混凝土墻和灌漿防滲。§3.3土石壩：概念

第三章?lián)跛ㄖ?3)岳城水庫(kù)：建于河北磁縣，所在河流為漳河，控制流域面積18100km2，總庫(kù)容10.9億km3，設(shè)計(jì)灌溉面積200萬(wàn)畝，裝機(jī)容量1.7萬(wàn)千瓦。主壩壩型為均質(zhì)土壩，最大壩高53m，壩頂長(zhǎng)度3570m，壩基巖石為砂礫石復(fù)蓋層，壩體工程量2900萬(wàn)m3，主要泄洪方式岸邊溢洪道，大壩特點(diǎn)是壩下涵管。§3.3土石壩：概念一、土石壩的工作條件和設(shè)計(jì)的一般要求（一）穩(wěn)定問(wèn)題：土石壩的斷面為梯形，斷面比較大，在水平水壓力的作用下，不會(huì)沿壩基面整體滑動(dòng)。但由于壩體為散體結(jié)構(gòu)，局部范圍內(nèi)土體的抗剪強(qiáng)度不足時(shí)，失穩(wěn)形式主要是壩坡滑動(dòng)或連同部分地基一起滑動(dòng)。因此邊坡穩(wěn)定是土石壩安全的基本保證。土石壩破壞中大約有25%是由于邊坡塌滑破壞造成的。（二）滲流問(wèn)題：由于散粒體結(jié)構(gòu)的顆粒間存在較大空隙，壩體在擋水后，上游的水就會(huì)通過(guò)孔隙向下游滲透，因此在土石壩的下游出現(xiàn)少量清的滲水現(xiàn)象是不可避免的。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：工作條件和設(shè)計(jì)的一般要求滲透水流穿過(guò)壩體時(shí)，在土體中形成的自由水面稱為浸潤(rùn)面。土石壩橫斷面與浸潤(rùn)面的交線稱為浸潤(rùn)線，如圖3-18所示。浸潤(rùn)線以下的土料為滲水所飽和，為飽和區(qū)，浸潤(rùn)線以上可分為兩個(gè)區(qū)：毛細(xì)管區(qū)和天然濕度區(qū)，統(tǒng)稱為非飽和區(qū)。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：工作條件和設(shè)計(jì)的一般要求

第三章?lián)跛ㄖ餄B流對(duì)土石壩的不利影響：①浸潤(rùn)線以下的土料承受上浮力，減輕了土石壩的有效重量；②飽和土的抗減強(qiáng)度指標(biāo)(內(nèi)摩擦角和凝聚力)降低③產(chǎn)生滲透力?？赡軐?dǎo)致壩身及壩基（當(dāng)為土基時(shí)）發(fā)生危害性的滲透變形（管涌、流土、接觸流失、接觸沖刷等）。實(shí)踐表明，土石壩破壞或失事多與滲流有關(guān)。§3.3土石壩：工作條件和設(shè)計(jì)的一般要求

第三章?lián)跛ㄖ铮ㄈ_刷問(wèn)題由于土料顆粒間粘結(jié)力很小，因此土石壩抗沖能力較低。通常土石壩絕對(duì)不允許水流漫頂。由于水流漫頂造成的土壩失事可占到30%左右。因此土壩的上下游邊坡均需采取護(hù)坡措施，以保證壩體安全。（四）沉降問(wèn)題由于土石料顆粒間存在孔隙，而且各顆粒之間宜產(chǎn)生相對(duì)位移，在自重和水壓力作用下，土石壩會(huì)有明顯的沉陷變形。沉陷分為均勻沉降和非均勻沉降。沉陷造成擋水高度不足，不均勻沉陷還會(huì)引起壩的裂縫，影響壩體的安全。§3.3土石壩：工作條件和設(shè)計(jì)的一般要求為防止由于沉降而引起壩頂?shù)陀谠O(shè)計(jì)高程，在施工中要留有沉降值；為防止不均勻沉降，要合理設(shè)計(jì)壩剖面及細(xì)部構(gòu)造，正確選擇壩體土料，施工時(shí)土料壓實(shí)要符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。（五）其他方面：冰凍：在嚴(yán)寒地區(qū)，當(dāng)氣溫很低時(shí)，上下游水位以上的壩坡及壩頂將凍結(jié)而膨脹，而融化時(shí)壩坡土石料又可能松動(dòng)而塌滑。庫(kù)面冰蓋對(duì)壩坡還會(huì)有冰壓力。在炎熱干燥的條件下壩坡可能干裂。管理不當(dāng)時(shí)，動(dòng)物在壩身內(nèi)筑窩。地震時(shí)飽水細(xì)砂的液化問(wèn)題等。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：工作條件和設(shè)計(jì)的一般要求（二）土石壩的設(shè)計(jì)要求(1)壩體和壩基必須穩(wěn)定(在各種工作條件下和施工期)。這就需要定出合理的壩身剖面尺寸，提出土石料的填筑質(zhì)量要求，采取有效的地基處理措施。(2)滿足滲流要求。既不造成水庫(kù)水量的過(guò)多損失，又不應(yīng)引起壩身、壩基及滲流溢出處的滲透破壞。按“上游堵下游排”原則布置防滲、排水措施。(3)不允許水流漫頂，要求壩體有一定的超高；設(shè)計(jì)時(shí)與泄水建筑物尺寸一起通盤考慮。(4)上下游壩坡及壩頂采取有效的防護(hù)措施。應(yīng)避免有害裂縫及必須能抵抗其他自然現(xiàn)象（波浪、冰凍、暴雨及氣溫等）的破壞作用；(5)安全、適用的前提下，力求經(jīng)濟(jì)美觀。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：工作條件和設(shè)計(jì)的一般要求

第三章?lián)跛ㄖ锒?、土石壩的類?、按施工方法分類：（1）碾壓式土石壩；（2）水力沖填式壩；（3）拋填式堆石壩；（4）定向爆破堆石壩。其中應(yīng)用最廣的是碾壓式土石壩?！?.3土石壩：土石壩的類型

第三章?lián)跛ㄖ?、按材料在壩體內(nèi)的配置和防滲體位置分(圖3-19)（1）均質(zhì)土壩(圖3-19a)：壩體剖面的全部或絕大部分由一種土料填筑。土料兼負(fù)防滲和穩(wěn)定作用。要求土料既有足夠的強(qiáng)度，又要有相當(dāng)?shù)目節(jié)B能力。砂礫等無(wú)粘性土料抗剪強(qiáng)度大，但幾乎沒有抗?jié)B能力；粘土幾乎是不透水的，但抗剪強(qiáng)度很低，且施工碾壓困難。為此均質(zhì)壩易用介于二者之間的土料（如各種壤土）。

優(yōu)點(diǎn)：材料單一，施工簡(jiǎn)單；

缺點(diǎn)：當(dāng)壩身材料粘性較大時(shí)，雨季或冬季施工較困難?！?.3土石壩：土石壩的類型（2）心墻壩（圖3-19b）：用透水性較好的砂或砂礫石做壩殼，以防滲性較好的粘性土作為防滲體設(shè)在壩的剖面中心位置，心墻材料可用粘土、瀝青混凝土(圖j）和鋼筋混凝土（人工材料）。優(yōu)點(diǎn)：坡陡，壩剖面較均質(zhì)土壩小，工程量少，心墻占總方量比重不大，因此施工受季節(jié)影響相對(duì)較小，而且心墻與壩基、兩岸防滲措施的結(jié)合也較方便。目前世界上已建的高200～300m級(jí)的土石壩幾乎都是心墻壩。

缺點(diǎn)：要求心墻與壩殼大體同時(shí)填筑，施工干擾,受氣候條件的影響也大，一旦建成，難修補(bǔ)。心墻土料的壓縮性較壩殼料高，易產(chǎn)生拱效應(yīng)，對(duì)防止水力劈裂不利，對(duì)壩的安全有影響。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的類型（3）斜墻壩(圖3-19c)：防滲體置于壩剖面的一側(cè)。瀝青混凝土(圖k）和鋼筋混凝土(圖l）優(yōu)點(diǎn)：斜墻與壩殼之間的施工干擾相對(duì)較小，在調(diào)配勞動(dòng)力和縮短工期方面比心墻壩有利；缺點(diǎn)：上游坡較緩（因?yàn)榉罎B體抗剪強(qiáng)度較低），粘土量及總工程量較心墻壩大，與岸坡的連接、抗震性及對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)性均不如心墻壩。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的類型（4）多種土質(zhì)壩（圖3-19d、e）：壩身主要部分由幾種土料所構(gòu)成。（5）土石混合壩（圖3-19f）：如壩址附近砂、砂礫不足，而石料較多，上述的多種土質(zhì)壩的一些部位可用石料代替砂料。（圖3-19g、h）分別為粘土心墻和粘土斜墻土石混合壩。為改善壩身應(yīng)力狀態(tài)，避免裂縫，近代修建的高土石壩常將心墻略向上游傾斜做成斜心墻土石壩（圖3-19i），避免拱效應(yīng)。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的類型

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的類型

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的類型

第三章?lián)跛ㄖ锶?、土石壩的筑壩材?、土石壩筑壩土料設(shè)計(jì)的任務(wù)：對(duì)壩體各部位的土料進(jìn)行選擇，然后確定土料的填筑標(biāo)準(zhǔn)。（土石壩主要由壩殼、防滲體、排水設(shè)備、護(hù)坡等組成，還有反濾層及過(guò)渡層。）這里簡(jiǎn)要介紹土石壩的剖面構(gòu)造2、常用的土料(1)粘性土：其顆粒很小，結(jié)構(gòu)緊密，顆粒之間有凝聚力，水流滲過(guò)這種土壤時(shí)，遇到的阻力大，因此其防滲性能好，適宜做土壩的防滲材料。但這種土壤含水量不易控制，壓實(shí)較困難；干燥時(shí)又易開裂，所以不能用粘土來(lái)做均質(zhì)壩。{看}§3.3土石壩：土石壩的筑壩材料(2)非粘性土：包括粉粒、砂粒、礫石、卵石等。這種土壤顆粒之間的凝聚力很小或根本沒有，但是有較大的內(nèi)摩擦力（用內(nèi)摩擦角φ或摩擦系數(shù)tgφ表示），因而其自然穩(wěn)定坡度較陡，常用于壩體的邊坡部位，以增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定。非粘性土的顆粒較大，顆粒之間的空隙也較大，容易透水，抗?jié)B性較差，因此不能用它做防滲體，而只能做防滲體的支撐體。礫石、卵石顆粒之間的空隙很大，透水性強(qiáng)，常用其做排水設(shè)備材料。(3)壤土和砂壤土：介于粘性土和非粘性土之間，有一定的防滲性和內(nèi)摩擦力，也較易于壓實(shí)，這種土壤常用來(lái)做單種土質(zhì)（均質(zhì)）壩。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的筑壩材料

第三章?lián)跛ㄖ?、土石壩筑壩土料的選擇：一般土料原則上均可作為碾壓式土石壩的筑壩材料，或經(jīng)處理后用于壩的不同部位。但下列土料不宜采用：沼澤土、斑脫土、地表土及含有未完全分解有機(jī)質(zhì)的土料。(1)均質(zhì)壩對(duì)土料的要求①?gòu)?qiáng)度指標(biāo)Φ、c較大。②滲透系數(shù)k較小，<10-4cm/s。③要有一定的塑性：塑性指數(shù)Ip=ωL-ωP=7～17。能適應(yīng)壩基變形而不會(huì)產(chǎn)生裂縫。④有機(jī)雜質(zhì)含量≤5%。⑤土質(zhì)：絕大多數(shù)采用粘性壤土?！?.3土石壩：土石壩的筑壩材料

第三章?lián)跛ㄖ?2)防滲體對(duì)土料的要求①滲透系數(shù)k較小，<10-5cm/s。②有較好的塑性以適應(yīng)壩體及壩基變形，塑性指數(shù)Ip大于10～12。③有機(jī)雜質(zhì)含量≤2%，水溶鹽含量按重量比≤3%，有良好級(jí)配。④浸水和失水時(shí)體積變化較小。⑤土質(zhì)：一般可用粘性土，其粘粒含量（粒徑<0.005mm）為15%～30%（或塑性指數(shù)為10～17）的中、重壤土以及粘粒含量30%～40%（或塑性指數(shù)為17～20）的粘土較合適。§3.3土石壩：土石壩的筑壩材料(3)壩殼對(duì)土石料的要求①?gòu)?qiáng)度指標(biāo)Φ、c較大，具有抗震、抗滑穩(wěn)定性。②排水性能好，k>103×k(防滲體)。經(jīng)過(guò)防滲體后，迅速降低浸潤(rùn)線。③有良好級(jí)配：級(jí)配連續(xù)；不均勻系數(shù)η=d60/d10≈30～100。④土質(zhì)：級(jí)配良好的無(wú)粘性土（砂、礫石、卵石、碎石等）(4)排水、護(hù)坡對(duì)土石料的要求①良好的抗水性、抗凍性和抗風(fēng)化性。②具有一定的強(qiáng)度：抗壓強(qiáng)度≥50Mpa③巖質(zhì)：用新鮮巖石、卵石、碎石，不宜用風(fēng)化料。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的筑壩材料(5)反濾料及過(guò)渡層土料①應(yīng)具有必要的透水性、強(qiáng)度，具有高度的抗水性和抗風(fēng)化能力。②必須具有良好的級(jí)配，粒徑小于0.1mm的顆粒含量小于5%，不應(yīng)含有粒徑小于0.05mm的粉土和粘粒。③土質(zhì)：反濾料應(yīng)盡量采用天然砂礫篩分，也可用人工碎石。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的筑壩材料

第三章?lián)跛ㄖ锼?、土石壩的剖面及?gòu)造（一）土石壩的組成一般由四部分組成：壩身：是土石壩的主體，壩的穩(wěn)定主要靠它來(lái)維持；防滲體：降低浸潤(rùn)線防止?jié)B透破壞和減少滲透水量；排水設(shè)備：安全地排除滲透水，增強(qiáng)壩坡的穩(wěn)定性；護(hù)坡：防止波浪、冰層溫度變化、雨水和水流等對(duì)壩坡的破壞。占總體造價(jià)的10%。（1）上游護(hù)坡：砌石護(hù)坡、堆石護(hù)坡、瀝青砼護(hù)坡等；上游壩坡受波浪淘刷、滲流、冰凍等破壞作用；（2）下游護(hù)坡：碎石或礫石護(hù)坡，還可采用草皮護(hù)坡。下游面有雨水、風(fēng)、動(dòng)物、根部發(fā)達(dá)的植物以及干裂等破壞?！?.3土石壩：土石壩的剖面及構(gòu)造

第三章?lián)跛ㄖ铮ǘ┩潦瘔蔚钠拭嫱潦瘔蔚幕酒拭媸且粋€(gè)梯形，它的尺寸主要應(yīng)滿足擋水、邊坡穩(wěn)定和防滲的要求。壩剖面設(shè)計(jì)：常先擬定一個(gè)基本剖面，然后根據(jù)其工作條件進(jìn)行滲流和穩(wěn)定分析，校核是否滿足安全經(jīng)濟(jì)的要求。在初步擬定剖面尺寸時(shí)，可根據(jù)有關(guān)土壩設(shè)計(jì)的規(guī)范和資料，并參考已有的土壩設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。剖面的基本尺寸包括：壩頂高程、壩頂寬度、壩的上下游邊坡以及防滲體和排水設(shè)備的輪廓尺寸等?！?.3土石壩：土石壩的剖面及構(gòu)造1、壩頂高程：壩頂高程由水庫(kù)靜水位加波浪爬高及安全超高定出。當(dāng)壩頂設(shè)有防浪墻時(shí)，可改為對(duì)防浪墻頂高程的要求。壩頂超高：

其中，hB—爬高，a—安全加高，e—壩前水位因風(fēng)浪引起的壅高。

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第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的剖面及構(gòu)造2、壩頂寬度：取決于交通需要、防汛、構(gòu)造要求和施工條件。當(dāng)壩高小于30m時(shí)，Bmin=3.0m；當(dāng)壩高在30m～100m時(shí)，Bmin=0.1H；當(dāng)壩高大于100m時(shí)，Bmin=H1/2。3、壩面坡度：常用坡上兩點(diǎn)的高差與其水平距離的比值來(lái)表示，寫為1：m或ctgα＝m，α是邊坡線與水平線的夾角。因素：取決于壩高、筑壩材料性質(zhì)、運(yùn)用情況、地基條件、施工方法及壩型等因素。一般是參照工程經(jīng)驗(yàn)用類比法初步擬定，經(jīng)過(guò)核算、修改后確定。(1)均質(zhì)壩的上下游坡度比心墻壩的壩坡緩；(2)粘土斜墻壩的上游坡比心墻的壩坡緩，而下游壩坡可比心墻壩陡些；(3)土料相同時(shí)上游坡緩于下游坡；(4)粘土均質(zhì)壩的壩坡與壩高有關(guān)，壩高越大壩坡越緩；(5)碾壓式堆石壩的壩坡比土壩陡。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的剖面及構(gòu)造(三)土石壩的主要構(gòu)造：防滲體、排水設(shè)備和反濾層1、防滲體：一般采用塑性心墻和斜墻，均由滲透系數(shù)較小的粘性土料構(gòu)成，其尺寸和結(jié)構(gòu)需滿足減小滲透量、降低浸潤(rùn)線和控制滲透坡降的要求。其頂部應(yīng)在上游最高水位以上并有一定超高，厚度由上向下逐漸加厚。防滲體兩側(cè)應(yīng)設(shè)反濾層加以保護(hù)，以防產(chǎn)生滲透變形。2、排水設(shè)備主要作用：降低壩體浸潤(rùn)線，有利于下游壩坡穩(wěn)定并防止土壩下游壩坡及地基土壤可能出現(xiàn)的滲透破壞（管涌和流土）。型式：貼坡排水、棱體排水、褥墊排水、混合排水

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的剖面及構(gòu)造（1）貼坡排水（圖3-22）：又稱表層排水。設(shè)置在下游壩坡底部，由1～3層堆石或砌石構(gòu)成，在石塊與壩坡之間應(yīng)設(shè)反濾層。特點(diǎn)：形式簡(jiǎn)單，省料且易于檢修，可防止?jié)B透破壞。因未伸入壩體，不能降低浸潤(rùn)線，且防凍性較差。適用：中小型且下游無(wú)水的均質(zhì)壩及防滲體浸潤(rùn)線較低的中等高度的土壩。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的剖面及構(gòu)造（2）棱體排水（圖3-20）：在下游壩腳處用塊石堆成棱體，需設(shè)反濾層。特點(diǎn)：可降低浸潤(rùn)線，防止壩坡凍脹和滲透變形，保護(hù)下游壩腳不受尾水淘刷且有支持壩體增加其穩(wěn)定的作用，是一種可靠的排水型式，但石料用量大，費(fèi)用高，檢修困難。棱體頂面需高于下游最高水位。適用：較高的土壩及石料較多的地區(qū)。

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第三章?lián)跛ㄖ铮?）褥墊排水（圖3-21）：用塊石、礫石平鋪在靠下游側(cè)的壩基上，并在其周圍布置反濾層而構(gòu)成的水平排水體，伸入壩體長(zhǎng)度≤1/3～1/4壩底寬。特點(diǎn)：下游無(wú)水時(shí)，能有效降低浸潤(rùn)線，有助于壩基排水，但對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)性較差，當(dāng)下游水位高于排水設(shè)備時(shí)，降低浸潤(rùn)線的效果明顯降低，我國(guó)應(yīng)用較少。適用：下游無(wú)水或水位較低的情況?！?.3土石壩：土石壩的剖面及構(gòu)造（4）混合式排水（圖3-23）：根據(jù)具體情況將上述幾種排水混合使用。兼取各種型式的優(yōu)點(diǎn)。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的剖面及構(gòu)造

第三章?lián)跛ㄖ?、反濾層：設(shè)在滲透坡降較大、流速較高、土壤易于變形的滲流出口處或進(jìn)入排水處。作用：防止土體在滲流作用下發(fā)生滲透變形，保護(hù)壩體或地基土粒不被滲水帶走。組成：二至三層粒徑不同的砂、石料鋪筑而成，層面與滲流方向盡量垂直，順?biāo)鞣较蛄接杉?xì)變粗。§3.3土石壩：土石壩的剖面及構(gòu)造五、土壩的滲流、穩(wěn)定和沉陷（一）滲流分析的概念滲流的概念：水庫(kù)蓄水后，由于上下游水位差的關(guān)系，水流會(huì)通過(guò)壩體土粒之間的空隙從上游向下游流動(dòng)。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的滲流、穩(wěn)定和沉陷1、土壩滲流分析的目的：(1)確定壩身浸潤(rùn)線位置，據(jù)此才可驗(yàn)算壩坡的穩(wěn)定性，考查排水結(jié)構(gòu)型式的合理性；(2)確定土壩的滲流量，估計(jì)水庫(kù)滲漏損失；(3)確定壩身及壩基各部位的滲透坡降和流速，檢查發(fā)生危害性滲透變形的可能性，論證滲流控制措施的合理性。(4)為壩體穩(wěn)定分析和布置觀測(cè)設(shè)備提供依據(jù)。常用的滲流分析方法：流體力學(xué)方法、水力學(xué)方法、數(shù)值分析法、流網(wǎng)法和試驗(yàn)法。

第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的滲流、穩(wěn)定和沉陷2、滲流基本方程土壩滲流為層流，滿足達(dá)西定律(Darcy’sLaw),滲流區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)勢(shì)函數(shù)應(yīng)滿足拉普拉斯方程：kx,ky——分別為x,y方向的滲透系數(shù)對(duì)于簡(jiǎn)單的邊界條件，上述方程能找到解析解

，復(fù)雜邊界條件，需借助數(shù)值方法。

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第三章?lián)跛ㄖ?、滲流的影響及滲透破壞的形式（1）影響：浸潤(rùn)線以下的土體呈飽和狀態(tài)，受到浮力和滲透力的作用，浮力減少了土體的有效重量。降低了土的抗剪強(qiáng)度。（2）滲透破壞的形式：滲透破壞：在土石壩及地基的滲流過(guò)程中，由于物理和化學(xué)作用，導(dǎo)致土體顆粒流失，造成土壤局部破壞的現(xiàn)象，稱為滲透變形?？煞譃椋汗苡浚簾o(wú)粘性土中的細(xì)顆粒被滲流從孔隙通道中連續(xù)移動(dòng)并帶出，形成挾沙滲流的集中通道，導(dǎo)致土體破壞的現(xiàn)象。（滲透力大小與滲透坡降有關(guān)，當(dāng)滲透坡降很大時(shí)，土粒所受到的滲透力也很大，小顆?？赡軙?huì)在大顆粒中間發(fā)生移動(dòng)）?！?.3土石壩：土石壩的滲流、穩(wěn)定和沉陷

流土：在滲流出口處，滲透力可能使一定范圍的土體或壩基表面掀動(dòng)浮起，這種滲流破壞稱之為流土。接觸流失：滲流垂直于滲透系數(shù)相差較大的兩土層接觸面時(shí)，將一層土的土體帶入另一層土的孔隙通道的現(xiàn)象。又分接觸管涌和接觸流土。接觸沖刷：當(dāng)滲流沿著粗細(xì)兩種土層的接觸面或建筑物與地基的接觸面流動(dòng)時(shí)，沿接觸面帶走細(xì)顆粒的現(xiàn)象。一般發(fā)生在非粘性土中。

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第三章?lián)跛ㄖ铩?.3土石壩：土石壩的滲流、穩(wěn)定和沉陷4、滲透變形破壞標(biāo)準(zhǔn)及防止措施土體在滲流作用下是否發(fā)生滲透破壞，主要取決于土體本身的抗?jié)B強(qiáng)度。通常用臨界坡降作為判定標(biāo)準(zhǔn)。

臨界坡降:土體中的細(xì)粒隨著滲流的加劇，由靜止轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的坡降，可通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算確定。滲透穩(wěn)定和滲透坡降及土的組成有關(guān)，增加抗?jié)B穩(wěn)定的工程措施：降低滲透坡降；增加滲流出口處土體的抗?jié)B能力。具體有：①增大滲徑，降低滲透破壞或截阻滲流；②設(shè)排水溝或減壓井，降低下游滲流出口處的滲透壓力。在可能發(fā)生管涌地段，需設(shè)反濾層，攔截細(xì)粒；可能發(fā)生流土地段，加設(shè)蓋重。

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第三章?lián)跛ㄖ铮ǘ┓€(wěn)定分析的概念

土壩穩(wěn)定問(wèn)題的性質(zhì)和重力壩的大不相同。土壩的剖面遠(yuǎn)大于同高度的其他壩型，巨大壩身的自重使得壩沿地基面的滑動(dòng)一般不致發(fā)生，所以通常無(wú)須驗(yàn)算土壩的整體水平抗滑穩(wěn)定性。土壩喪失穩(wěn)定主要指由于壩體填土或壩基土體內(nèi)部抗剪強(qiáng)度不足，而發(fā)生壩坡坍滑或壩坡連同部分壩基共同坍滑的現(xiàn)象。1、目的

分析壩體及壩基在各種不同的工作條件下可能產(chǎn)生的穩(wěn)定破壞形式，通過(guò)必要的力學(xué)計(jì)算，校核壩剖面的安全度，經(jīng)過(guò)反復(fù)修改定出經(jīng)濟(jì)剖面。（確定土壩穩(wěn)定性，主要指邊坡的抗滑穩(wěn)定。）§3.3土石壩：土石壩的滲流、穩(wěn)定和沉陷

第三章?lián)跛ㄖ?、壩坡的滑動(dòng)面形式

壩坡的滑動(dòng)面形式主要與壩體結(jié)構(gòu)型式、筑壩材料和地基情況、壩的工作條件等因素有關(guān)。（1）曲線滑動(dòng)面：滑動(dòng)面通過(guò)粘性土部位時(shí)，（2）折線滑動(dòng)面：滑動(dòng)面通過(guò)非粘性土部位時(shí)；（3）復(fù)式滑動(dòng)面：滑動(dòng)面通過(guò)粘性土和非粘性土構(gòu)成的多種土質(zhì)壩時(shí)?！?.3土石壩：土石壩的滲流、穩(wěn)定和沉陷

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第三章?lián)跛ㄖ?、荷載及其組合（1）作用力自重：水上——濕容重，水下——浮容重。滲透力：與滲透坡降有關(guān)。孔隙水壓力：總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法。地震力：地震區(qū)應(yīng)考慮地震慣性力。（2）荷載組合：①正常運(yùn)用：水庫(kù)蓄滿水（一般為正常蓄水位）形成穩(wěn)定滲流時(shí)，驗(yàn)算下游壩坡穩(wěn)定。水庫(kù)水位為最不利水位時(shí)，上游坡的計(jì)算。庫(kù)水位降落時(shí)(使上游坡產(chǎn)生滲透壓力)的穩(wěn)定計(jì)算§3.3土石壩：土石壩的滲流、穩(wěn)定和沉陷

第三章?lián)跛ㄖ铫诜浅＿\(yùn)用：庫(kù)水位驟降時(shí)的上游壩坡的計(jì)算施工期（含竣工期）考慮孔隙水壓力上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算地震情況下，上下游壩坡計(jì)算校核水位時(shí)下游坡的計(jì)算4、穩(wěn)定分析方法（1）圓弧滑動(dòng)法：針對(duì)粘性土的壩坡；（2）折線滑動(dòng)法：針對(duì)非粘性土的壩坡；（3）數(shù)值分析方法?！?.3土石壩：土石壩的滲流、穩(wěn)定和沉陷

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第三章?lián)跛ㄖ铮ㄈ┩翂蔚某料?、沉陷原理：土是由不同大小的顆粒組成的，顆粒之間存在著孔隙，孔隙中充滿了水和空氣。土粒和水通常認(rèn)為是不可壓縮的。當(dāng)飽和土體受壓時(shí)，孔隙中的水逐漸排出，孔隙縮小