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第四章土石坝第四章土石坝2第一节概述一、土石坝的类型二、土石坝的发展三、土石坝的特点四、土石坝的工作条件及设计原则第四章土石坝3第二节土石坝的剖面设计和构造一、土石坝剖面的基本尺寸二、坝体防渗设施三、坝体排水设备四、护坡和坝顶构造第四章土石坝4第三节土石坝的筑坝材料一、土石坝筑坝土料设计的任务二、筑坝材料的选择三、土石料填筑标准设计第四章土石坝5第四节土石坝的渗流分析一、土石坝渗流分析的目的二、土石坝渗流计算的方法三、土石坝抗渗稳定验算四、防止渗透破坏改善渗透稳定性的工程措施第四章土石坝6第五节土石坝的稳定分析一、土石坝滑坡滑动面的基本类型二、稳定分析方法三、稳定分析的计算情况和安全系数四、抗剪强度指标确定五、提高坝坡抗滑稳定的工程措施第四章土石坝7第六节土石坝的地基处理第七节面板堆石坝简介一、堆石坝的发展二、现代面板堆石坝的特点三、现代面板堆石坝设计第四章土石坝81、根据筑坝材料分⑴土坝；⑵堆石坝；⑶土石混合坝第一节概述一、土石坝的类型第四章土石坝92、根据施工方法分：⑴碾压式土石坝⑵抛填式堆石坝⑶定向爆破堆石坝⑷水中倒土坝⑸水力冲填坝第四章土石坝103、碾压式土石坝按土料在坝体中的配置和防渗体位置的不同，可分为：⑴均质坝：坝体由一种材料组成，既是防渗体，又是坝的主体，坡度较缓，用于中低坝。⑵分区坝⑶钢筋混凝土、沥青混凝土面板堆石坝堆石坝主体为堆石，强度高；上游坝面以钢筋混凝土面板或沥青混凝土面板防渗。→断面较小。第四章土石坝11分区坝又可分为：心墙坝——把防渗体放在坝体中部，断面比均质坝小。斜墙坝——把防渗体放在靠近上游坝面处，有效降低坝体浸润线，但适应地基变形的能力比心墙坝差。易产生纵向裂缝，抗震性能不如心墙坝。土石混合坝——要求：越靠近防渗体，土料性能越接近防渗体第四章土石坝12土料透水性自中央向两边逐渐增大土料透水性自上游向下游逐渐增大第四章土石坝13二、土石坝的发展1、概况⑴四千多年以前⑵19世纪，50m⑶20世纪50~60年代，大型振动碾出现，高土石坝产生世界上高度超过300m的大坝仅2座，都是土石坝，一座是塔吉克斯坦的努列克坝，高317m；另一座是该国尚未完建的罗贡坝，高325m。第四章土石坝142、我国土石坝的发展⑴我国历史上有文献记载的可追溯到公元前598-591年。⑵建国前用现代技术修建的土坝仅甘肃的鸳鸯池水库大坝一座，50年代几次扩建后坝高37.8m。⑶建国后土石坝建设的三个阶段：1949-1957年1958-1980年1980年以来表1列出了我国1998年底已建成和在建的坝高大于70m的高土石坝第四章土石坝15待建的高坝大型水电站枢纽枢纽名称省份河流坝型最大坝高（m）溪洛渡四川、云南金沙江双曲拱坝273糯扎渡云南澜沧江心墙堆石坝258龙滩广西红水河RCC重力坝192/216.5小湾云南澜沧江双曲拱坝292拉西瓦青海黄河双曲拱坝250锦屏一级四川雅砻江双曲拱坝305瀑布沟四川大渡河心墙堆石坝186构皮滩贵州乌江双曲拱坝225苗家坝甘肃白龙江心墙堆石坝263三板溪贵州清水江面板堆石坝185.5洪家渡贵州六冲河面板堆石坝191.0第四章土石坝16已建（在建）的20座大型水电站枢纽名称省份、河流装机容量(万kW)坝型最大坝高（m）三峡湖北长江1820重力坝175二滩四川雅砻江330双曲拱坝240葛洲坝湖北长江271.5重力坝53.8李家峡青海黄河200双曲拱坝165小浪底河南黄河180斜心墙堆石坝154漫湾云南澜沧江150重力坝132白山吉林松花江150重力拱坝149.5水口福建闽江140重力坝101大朝山云南澜沧江135重力坝111天生桥二级广西贵州南盘江132重力闸坝60.7第四章土石坝17已建（在建）的20座大型水电站(续)枢纽名称省份、河流装机容量(万kW)坝型最大坝高（m）龙羊峡青海黄河128重力拱坝175岩滩广西红水河121重力坝110五强溪湖南沅水120重力坝87.5隔河岩湖北清江120重力拱坝151天生桥一级广西贵州南盘江120面板堆石坝178万家寨内蒙山西黄河108重力坝105广蓄广东流溪河120+120上库面板堆石坝/下库RCC68/43.5天荒坪浙江180上库沥青面板坝/下库面板坝73/92水布垭湖北清江160面板堆石坝111刘家峡甘肃黄河122.5重力坝147第四章土石坝18•1949-1957年以防洪治水为目的，土坝；坝高都在50m以下；坝型为均质土坝或粘性土心墙砂砾石坝；地基的防渗措施——主要是开挖回填粘土截水墙或上游粘土铺盖；施工——基本依靠人力，配合少量轻型机具。第四章土石坝19代表性的工程：淮河上游河南省境内的石漫滩、板桥、白沙、薄山、南湾等水库大坝；北方有永定河上的官厅水库河辽宁浑河上的大伙房水库大坝等。唯一的一座堆石坝是狮子滩工程。第四章土石坝20•1958-1980年坝高：一般达到80m，个别达到100m；坝型：以均质土坝及粘性土心墙或斜墙砂砾石坝为主；施工：大部分工程仍以人力施工为主；土工试验已有规范。第四章土石坝21筑坝技术：碾压式土石坝；还发展了水中填土、水力冲填、定向爆破等型式；堆石坝没有大的发展，修建了一些抛填式堆石坝；定向爆破筑坝技术从1958年开始应用，1960年修建广东南水定向爆破堆石坝。突破性进展：深厚砂砾石地基的防渗处理。第四章土石坝22这一时期的代表性工程：均质土坝：松涛水库大坝（海南，80.1m）、岳城水库大坝（河北，53m）等；心墙坝：碧口水电站大坝（甘肃，101.8m），毛家村水电站大坝（云南，82.5m）等；斜墙坝：密云水库白河主坝（北京，66.4m）等；定向爆破坝：南水水电站大坝（广东，80.2m），石砭峪水库大坝（陕西，82.5m）等。第四章土石坝23•1980年以来在科学试验和设计理论与方法方面已进入国际先进行列；施工：采用重型土石坝施工设备；坝型：碾压式高土石坝中，已逐步形成土质心墙（或斜心墙）堆石坝和混凝土面板堆石坝两种主导坝型；第四章土石坝24最具代表性的工程：天生桥一级水电站的混凝土面板堆石坝黄河小浪底水利枢纽的土质斜心墙堆石坝第四章土石坝251、优点：⑴就地取材。⑵适应地基变形的能力强，对地基的要求比混凝土坝低。⑶施工方法灵活性大。⑷结构简单，便于维修和加高。三、土石坝的特点第四章土石坝262、缺点：⑴坝顶不能溢流，坝身不便开孔泄洪，需另设岸边溢洪道。⑵施工导流不如混凝土坝便利，需另设溢洪道宣泄施工期洪水。⑶坝体断面大，工程量相应增大。第四章土石坝27⒈渗流问题及其控制⒉冲刷问题及其控制⒊沉降问题及其控制⒋稳定问题（25%）⒌其他问题：冰冻破坏，动物破坏，地震破坏。四、土石坝的工作条件及设计原则第四章土石坝28①渗流问题•坝体大部分浸泡在水中土体有效重量降低，土的强度指标降低。•渗透水流对土体作用又动水压力增加了滑坡的可能性。•渗流在土体中流动产生渗透坡降如果超过允许渗透坡降，可能产生渗透变形。•渗流量渗流量过大会影响水库蓄水量，尤其对抽水蓄能水库。1.渗流问题及其控制第四章土石坝29②渗流问题的控制•必须满足渗流控制要求•进行合理的防渗设计，合理布置排水及反滤设施，加强防渗体与其它部位的连接，保证坝体和坝基的渗透稳定性。第四章土石坝302.冲刷问题及其控制①冲刷问题•土石坝抗冲能力低，雨水、风浪的淘刷作用削弱了坝体的有效部分•土石坝抗冲能力低绝大多数土石坝不允许水流漫顶第四章土石坝31②冲刷问题控制•不允许水流漫顶•要求：a.要有足够的坝高，应预留沉陷值；b.要设置泄水能力足够大的泄水建筑物；c.在上、下游坝坡应采取有效的防护措施及坝面排水措施。第四章土石坝323.沉降问题及其控制①沉降问题：•沉降过大会造成坝顶高程不足。•过大的不均匀沉降会引起坝体开裂，导致漏水。②沉降问题的控制•施工中要预留沉降值；•为防止不均匀沉降，要合理设计坝体剖面及细部构造，正确选择坝体土料，施工时土料压实要符合设计标准。第四章土石坝334.稳定问题及其控制①稳定问题：•坝体为散粒体结构，局部范围剪应力允许剪应力，就会产生坝体滑动或坝体连同地基一起滑动。②稳定问题控制：坝体和坝基必须稳定可靠•合理选择土料；•合理设计坝坡；•施工中做好地基处理，土料压实要符合设计标准。第四章土石坝341、坝顶高程：坝顶高程在静水位以上应有足够的超高，超高值d按下式计算：AeRh第二节土石坝的剖面设计和构造一、土石坝剖面的基本尺寸静水位风雍水面坝顶高程1：m第四章土石坝35坝顶高程计算时应注意：①《碾压式土石坝设计规范》中规定波浪爬高R按不规则波法进行计算：计算出平均爬高Rm后，再根据爬高统计分布与平均爬高之间的关系进行换算：设计爬高按工程等级确定——对I、II、III级土石坝，取累积频率为1%的爬高值，对IV、V级土石坝，取累积频率为5%的爬高值。第四章土石坝36②为最大风雍高度，可按下式计算：cosmgHDvKe220第四章土石坝37③安全超高A按坝的级别和运用情况根据下表确定（单位：m）坝的级别1234、5正常（设计、正常蓄水位）1.51.00.70.5校核山区、丘陵区0.70.50.40.3平原滨海区1.00.70.50.3•地震区土石坝的安全加高还应增加地震涌浪高度，可根据设计烈度和坝前水深，取0.5-1.5m。第四章土石坝38④确定坝顶高程时还应注意：坝顶高程要分别按正常情况和校核情况进行计算，并选择其较大值。（正常蓄水位+正常安全超高A）（设计洪水位+正常安全超高A）（校核洪水位+非常安全超高A）（地震时正常蓄水位+非常安全超高A+涌浪超高）max坝顶高程=第四章土石坝39•计算的坝顶超高很大时，可设置L型挡墙，以减少工程量；•无论是否设L型挡墙，坝顶高程在正常运用条件下都应高出静水位0.5m并且不得低于非常运用条件下的静水位。•计算的坝顶高程是指包括坝基和坝身沉降稳定后的坝顶高程；第四章土石坝40•竣工时应有足够的预留沉降值；•坝顶预留沉降超高，根据以往工程的经验，土质防渗体坝一般可取为坝高的1%。chhhh01%第四章土石坝412、坝顶宽度•根据坝高、构造施工、交通和防汛抢险要求确定。•如无特殊要求，中低坝顶宽可为5-10m，高坝可为10-15m。3、坝坡——影响坝坡的主要因素：坝型、坝高、筑坝材料的性质、地质条件及地震等。第四章土石坝42•坝型——心墙坝上游坡一般比同等条件下的斜墙坝陡，下游坡则相反。•坝高——坝高超过10-30m时，可从上到下分级放缓，变坡处设马道。每隔15-20m变坡一次。•地质条件——地质条件较差时，坡度应缓些。•当上、下游坡为同一种土料时，上游坡应比下游坡缓。第四章土石坝43土石坝坝体防渗设施根据材料可分为：1、人工材料防渗体：沥青砼，钢筋砼2、土质防渗体⑴土质心墙⑵土质斜墙⑶斜心墙⑷粘土铺盖二、坝体防渗设施第四章土石坝44第四章土石坝45⑴土质心墙：•位置：位于坝体中央或稍偏上游；•材料：透水性很小的粘土或壤土；•厚度：自上而下逐渐加厚，底部厚度不宜小于水头的1/4，顶部的水平宽度不宜小于3m；•高程：顶部在静水位以上的超高，在正常运用情况下不小于0.3-0.6m，非常运用情况下不得低于非常运用的静水位；预留竣工后沉降超高。•坡度：1：0.15-1:0.3第四章土石坝46土质心墙施工时应注意：•顶部应设砂性土保护层，防冰冻；•施工时心墙的上升高度一般略高于坝壳，在铺筑时，心墙上下游应留有余量，待两侧削坡后再填筑过渡层及坝体；•心墙与上下游坝体之间应设过渡层起过渡、反滤及排水作用。第四章土石坝47第四章土石坝48(2)土质斜墙：•位置：位于坝体上游面；•材料：•厚度：指垂直于斜墙上游面的厚度；•高程：顶部在静水位以上的超高，在正常运用情况下不小于0.6-0.8m，非常运用情况下不得低于非常运用的静水位；预留竣工后沉降超高。•坡度：外坡根据稳定计算决定，内坡视坝体材料及施工情况决定，若坝体为砂砾石，内坡一般不陡于1：2第四章土石坝49土质斜墙施工时应注意：•上游应设保护层，防冰冻，应分层碾压；•施工时坝体施工不受