3-2土石坝ppt课件

1、3.3.4 土石坝的渗透变形及防护土石坝的渗透变形及防护渗透变形：土石坝及其地基在渗流的物理作用（当水有侵蚀作用时有化学作用）下渗透变形：土石坝及其地基在渗流的物理作用（当水有侵蚀作用时有化学作用）下发生土体颗粒流失的局部破坏现象。发生土体颗粒流失的局部破坏现象。（1）渗透变形形式）渗透变形形式管涌：无粘性土中细颗粒从孔隙通道中的连续移动或带走。管涌：无粘性土中细颗粒从孔隙通道中的连续移动或带走。流土：粘性土及流土：粘性土及均匀均匀无粘性土，土体的同时浮动或流失，土体表面发生隆起、断裂无粘性土，土体的同时浮动或流失，土体表面发生隆起、断裂和剥落。和剥落。过渡型：在小的水力坡降下有管涌但不发展，

2、或有流土，但限于局部土体的表面。过渡型：在小的水力坡降下有管涌但不发展，或有流土，但限于局部土体的表面。接触冲刷：渗流沿着不同土层的接触面流动时，沿层面带走细颗粒。接触冲刷：渗流沿着不同土层的接触面流动时，沿层面带走细颗粒。接触流失：渗流垂直于渗透系数相差较大的两相邻土层的接触面流动时，将渗透系接触流失：渗流垂直于渗透系数相差较大的两相邻土层的接触面流动时，将渗透系数较小土层中细颗粒带入渗透系数较大的另一土层。数较小土层中细颗粒带入渗透系数较大的另一土层。（2）渗透变形的形式判别）渗透变形的形式判别粘性土：流土粘性土：流土非粘性土：非粘性土：(均匀均匀流土；非均匀流土；非均匀管涌）管涌）（以前

3、）以不均匀系数判别：（以前）以不均匀系数判别：20，管涌，管涌（目前）以细粒含量作为判别渗透变形的标准。（目前）以细粒含量作为判别渗透变形的标准。（3）渗透破坏标准）渗透破坏标准抗渗稳定应满足：抗渗稳定应满足： （容许渗透坡降）（容许渗透坡降）aJJ 容许渗透坡降可按建筑物级别，以临界坡降除以安全系数。容许渗透坡降可按建筑物级别，以临界坡降除以安全系数。KJJca/临界坡降：临界坡降：管涌一般按下式计算：管涌一般按下式计算：d为流失颗粒的粒径，可取小于这个粒径的土壤颗粒占为流失颗粒的粒径，可取小于这个粒径的土壤颗粒占3%5%，cm；k为渗透系数，为渗透系数，cm/s；n为土体孔隙率。为土体孔隙

4、率。流土通常采用太沙基公式，即流土通常采用太沙基公式，即kdnJc3/242)1)(1/(nJwscws为土粒容重； 为水的容重。（4）改善渗透稳定性的工程措施）改善渗透稳定性的工程措施（减小渗透坡降、防止土体颗粒流失）（减小渗透坡降、防止土体颗粒流失）1）设置水平与垂直防渗体，加长渗径以降低渗透坡降）设置水平与垂直防渗体，加长渗径以降低渗透坡降2）设置排水沟或减压井，降低坝下游渗流出口处的渗透压力）设置排水沟或减压井，降低坝下游渗流出口处的渗透压力3）在可能发生各种形式渗透变形的区段或层面，设置反滤层）在可能发生各种形式渗透变形的区段或层面，设置反滤层4）对可能产生流土的地段设盖重，盖重与被

5、保护土间也设反滤层）对可能产生流土的地段设盖重，盖重与被保护土间也设反滤层3.4 土石坝的稳定分析土石坝的稳定分析3.4.1 土石坝失稳破坏状态土石坝失稳破坏状态（1）滑坡）滑坡所有土石坝均要进行坝坡或坝坡连同部分坝基的滑动情况分析。所有土石坝均要进行坝坡或坝坡连同部分坝基的滑动情况分析。二、坝坡滑动面形式1、曲线滑动面 粘性土坡中2、折线滑动面非粘性土坡中3、复合滑动面坝基软弱夹层；多种土质坝（2）液化）液化（3）塑性流动）塑性流动3.4.2 土石坝所受作用力土石坝所受作用力（1）自重）自重 坝体内浸润线以上部分按湿容重计，以下一般按浮容重计。坝体内浸润线以上部分按湿容重计，以下一般按浮容重

6、计。（2）坝面静水压力）坝面静水压力（3）渗透力（体力、为渗流场中沿流线方向作用于土体的动水力）渗透力（体力、为渗流场中沿流线方向作用于土体的动水力）渗透力渗透力+浮容重法；渗透压力浮容重法；渗透压力+饱和容重法；推出其替代法：工程中一般用代替方法考饱和容重法；推出其替代法：工程中一般用代替方法考虑：虑：对下游水位以上和浸润线以下土体的容重，计其滑动力作用时取饱和容重；计其抗滑对下游水位以上和浸润线以下土体的容重，计其滑动力作用时取饱和容重；计其抗滑力作用时，取浮容重。力作用时，取浮容重。JPs（4）孔隙（水）压力）孔隙（水）压力土的抗剪强度的计算：总应力法、有效应力法土的抗剪强度的计算：总应

7、力法、有效应力法tgctguc)(总应力法不单独考虑孔隙水压力的大小，可理解为总应力法使孔隙水压力对土体抗剪总应力法不单独考虑孔隙水压力的大小，可理解为总应力法使孔隙水压力对土体抗剪强度的影响笼统暗含于实际上降低了的抗剪强度指标中。强度的影响笼统暗含于实际上降低了的抗剪强度指标中。（5）地震荷载）地震荷载采用拟静力法时，沿建筑物高度作用于质点采用拟静力法时，沿建筑物高度作用于质点i的水平向地震惯性力代表值可统一表示的水平向地震惯性力代表值可统一表示为（各水工建筑物均可用下式）：为（各水工建筑物均可用下式）：iiziWcQHK不同建筑物，不同建筑物， 不同。不同。i表中am在设计烈度为7、8、9

8、度时，分别取3、2.5、和2。3.4.3 坝坡稳定计算工况坝坡稳定计算工况（1）施工期（包括竣工时）的上、下游坝坡稳定。主要荷载是土体自重和孔隙）施工期（包括竣工时）的上、下游坝坡稳定。主要荷载是土体自重和孔隙水压力。水压力。（2）稳定渗流期的下游坝坡稳定。（渗透力指向下游）主要荷载是自重与渗透）稳定渗流期的下游坝坡稳定。（渗透力指向下游）主要荷载是自重与渗透力。力。（3）库水降落期的上游坝坡。）库水降落期的上游坝坡。 （渗透力指向上游）（渗透力指向上游）（4）考虑地震作用时。）考虑地震作用时。3.4.4 抗剪强度指标的选择抗剪强度指标的选择由于土石坝坝体坝基抗剪强度不断变化（剪切试验的方法相

9、应要变），稳定验算的由于土石坝坝体坝基抗剪强度不断变化（剪切试验的方法相应要变），稳定验算的工况也有多种，同一工况还有不同的计算方法（总应力法、有效应力法），在选用工况也有多种，同一工况还有不同的计算方法（总应力法、有效应力法），在选用抗剪强度指标时，这三者应协调一致。抗剪强度指标时，这三者应协调一致。3.4.5 稳定分析方法稳定分析方法（1）圆弧法）圆弧法1）瑞典圆弧法）瑞典圆弧法有效应力法、总应力法；有效应力法、总应力法；考虑渗透力时容重替代法。考虑渗透力时容重替代法。简单条分法：不考虑土条两侧间相互作用力的影响。不满足每一土条力的平衡，一简单条分法：不考虑土条两侧间相互作用力的影响。不满

10、足每一土条力的平衡，一般使计算出的安全系数偏低（偏于安全）般使计算出的安全系数偏低（偏于安全）2）简化的毕肖普法）简化的毕肖普法近似考虑土条间相互作用力的影响，忽略土条间竖向力，仅考虑土条间水平力。近似考虑土条间相互作用力的影响，忽略土条间竖向力，仅考虑土条间水平力。简化的毕肖普法考虑了土条间水平力，精度较简单条分法高。简化的毕肖普法考虑了土条间水平力，精度较简单条分法高。（2）直线法与折线法）直线法与折线法非粘性土的坝坡，如心墙或斜墙坝非粘性土坝壳的滑面。非粘性土的坝坡，如心墙或斜墙坝非粘性土坝壳的滑面。直线法：直线法：折线法：土条间相互作用力的方向假定土条间相互作用力的方向假定在折线法的稳

11、定分析中，满足力的平衡，不满足力矩平衡。在折线法的稳定分析中，满足力的平衡，不满足力矩平衡。（3）复合滑动面）复合滑动面3.5 土石料选择与填筑标准土石料选择与填筑标准3.5.1 筑坝土石料选择原则筑坝土石料选择原则（1）就地取材（充分利用枢纽建筑物挖方）。）就地取材（充分利用枢纽建筑物挖方）。（2）材料储存量在初设阶段不得少于设计需要量的）材料储存量在初设阶段不得少于设计需要量的23倍。倍。（3）土料选择要考虑设计与施工的关系，由土料决定坝型。）土料选择要考虑设计与施工的关系，由土料决定坝型。（4）具有与使用目的相适应的工程性质，如防渗体的防渗性、坝壳的强度等。）具有与使用目的相适应的工程性

12、质，如防渗体的防渗性、坝壳的强度等。3.5.2 填筑标准填筑标准（1）粘性土料）粘性土料粘性土料的填筑标准以粘性土料的填筑标准以压实度压实度和和最优含水量最优含水量作为设计控制指标。作为设计控制指标。压实度压实度P定义为：定义为：max/ddsPds设计填筑干密度；设计填筑干密度；maxd标准击实试验最大干密度标准击实试验最大干密度最优含水量：在一定压实功能条件下，达到最佳压实效果的含水量。最优含水量：在一定压实功能条件下，达到最佳压实效果的含水量。（2）无粘性土料（砂砾石和砂）无粘性土料（砂砾石和砂）压实程度与含水量关系不大，主要与粒径级配和压实作用力的性质有关，故以相对压实程度与含水量关系

13、不大，主要与粒径级配和压实作用力的性质有关，故以相对密度作为设计控制指标。密度作为设计控制指标。minmaxmaxeeeeDr一般要求相对密度不低于一般要求相对密度不低于0.70.75。相对密度干密度（施工控制指标）。相对密度干密度（施工控制指标）。（3）无粘性土料（堆石料）无粘性土料（堆石料）堆石料由于目前没有有效的方法确定相对密度，因此规范推荐用孔隙率作为设计堆石料由于目前没有有效的方法确定相对密度，因此规范推荐用孔隙率作为设计控制指标。可由碾压试验确定，一般要求孔隙率不大于控制指标。可由碾压试验确定，一般要求孔隙率不大于20%28%。3.6 土石坝的地基处理土石坝的地基处理坝基处理：渗流

14、控制（包括渗透稳定和控制渗流量）、静力和动力稳定、容许沉降坝基处理：渗流控制（包括渗透稳定和控制渗流量）、静力和动力稳定、容许沉降量和不均匀沉降。量和不均匀沉降。3.6.1 砂砾石地基处理砂砾石地基处理（主要是渗流控制）（主要是渗流控制）（1） 垂直防渗设施垂直防渗设施粘性土截水槽：当覆盖层深度不大（一般在粘性土截水槽：当覆盖层深度不大（一般在1015m内）内）砼防渗墙（当坝基透水层较厚，采用截水槽施工困难时，可采用砼防渗墙，一般深砼防渗墙（当坝基透水层较厚，采用截水槽施工困难时，可采用砼防渗墙，一般深度在度在60m左右）左右）灌浆帷幕（透水层很厚时）灌浆帷幕（透水层很厚时）砂砾石地基可灌性砂

15、砾石地基可灌性（2）上游水平防渗铺盖）上游水平防渗铺盖地基透水层很深，受施工设备条件限制，采用垂直防渗有困难时，可用铺盖。铺盖不地基透水层很深，受施工设备条件限制，采用垂直防渗有困难时，可用铺盖。铺盖不能完全截断渗流，但可增长渗径、降低坡降、减小渗流量。能完全截断渗流，但可增长渗径、降低坡降、减小渗流量。（3）下游排水设施）下游排水设施水平排水层，排水沟，减压井，透水盖重等水平排水层，排水沟，减压井，透水盖重等3.6.2 岩基处理岩基处理当基岩透水性较强时，主要采用帷幕灌浆。当基岩透水性较强时，主要采用帷幕灌浆。3.6.3 细砂、软粘土、湿陷性黄土、淤泥层地基细砂、软粘土、湿陷性黄土、淤泥层地

16、基3.7 土石坝的裂缝及其控制土石坝的裂缝及其控制3.7.1裂缝分类（按裂缝生成的原因）裂缝分类（按裂缝生成的原因）（1）干缩或冻融引起（一般为表层裂缝）干缩或冻融引起（一般为表层裂缝）（2）坝体不均匀变形引起的裂缝）坝体不均匀变形引起的裂缝纵缝、横缝、水平裂缝纵缝、横缝、水平裂缝（3）水力劈裂引起的裂缝）水力劈裂引起的裂缝当坝体由于不均匀变形产生裂缝（横缝或水平缝）后，如有库水进入，使裂缝开度当坝体由于不均匀变形产生裂缝（横缝或水平缝）后，如有库水进入，使裂缝开度增大。增大。水力劈裂多发生于水库初次需水时。水力劈裂多发生于水库初次需水时。（4）地震引起的裂缝）地震引起的裂缝3.7.2 裂缝的防止和控制裂缝的防止和控制（1）改善坝体结构或