茅坪溪土石坝设计说明书

1、精选优质文档-倾情为你奉上 目录专心-专注-专业1设计基本资料1.1工程概况茅坪溪防护工程的缘由：茅坪溪是长江上的小支流，其出口位于三峡大坝上游约1km的右岸。流域面积113.24km2,在茅坪溪防护坝址以上的流域面积为98.54km。该流域属底山丘陵区，流域内人口约3.1万人，耕地3.43亩。茶园1601.4亩，果园11.4亩，直接淹没人口6561人。淹没区内有成片的良田，是湖北省秭归县重要的产量田区和农业经济区。该县人多地少，坡多田少，移民难度大。经中央部位审定，修建茅坪溪防护工程。茅坪溪防护工程包括泄水建筑物（遂洞接涵洞）和防护坝（沥青混凝土心墙堆石坝）。本设计是针对防护大坝。1.2水文

2、气象长江流域气候温暖，雨量丰沛，多年平均降水量1100mm，雨季410月占全年降水的85%。也经常发生洪，涝，旱，冰雹，滑坡，泥石流等自然灾害。多年平均气温是1618。夏季最高超过40，冬季-4，无台风灾害，降水集中形成暴风雨区，流域内较大日暴风雨覆盖面约3万15万。最大达21.3万。1.3地形地质条件 坝址基岩为前震旦纪闪云斜长花岗岩。岩体中有岩俘虏体和闪长岩包裹体，以及后期侵入的酸基性岩脉。闪云斜长花岗岩岩性均一，完整，力学强度高。微风化和新鲜岩石的饱和抗压强度达100Mpa,变性模量达30-40Gpa。坝区主要有两种断裂构造，一组走向北北向，另一组走向北被动，倾角多在60以上。断层规模不

3、大，且胶结良好。通过坝基规模较大的断层有F7及F23，出露在左漫滩上。缓倾角裂隙不甚发育，仅占裂缝总数的13%，其中北北东组占缓倾角裂缝总数的68.5%,倾角东南为主，倾角为1530。花岗岩的风化层分为全，强，弱，微4个风化带。风化壳厚度（全，强，弱3个风化带），以山脊部位最厚，可达2040米。山坡与一级阶地次之，沟谷，漫滩较薄，主河床中一般无风化层或风化层厚度很小，平均厚度21.5米。坝基 除 利用微风化岩体外，部分弱风化下亚带岩体亦可用作建基岩体。混凝土与建基岩面间的抗剪（断）强度，摩擦系数（F）取值1.01.3。凝聚力（C）为1.21.5Mpa。建基岩体岩石与岩石间的抗剪断强度，视不同的

4、结构类型的岩体F与C值分别为1.01.7Mpa和1.22.0Mpa。第四纪松散堆积物主要是河流冲积层，葛洲坝水库蓄水后，主河槽及后河普遍淤积有原518米的细沙。坝址水文地质条件简单，微风化和新鲜岩体的透水性微弱，有80%以上的压水试验段的岩体单位透水率小于1Lu，其余试验段主要为弱，中等透水位。坝之区域地壳稳定条件好，不具备发生强烈地震的背景，为典型的弱震构造环境，基本烈度为度。经过多年的勘测研究，三峡工程坝址地质条件甚为优越，是一个难得的好坝址。1.4毛坪溪防护大坝1.4.1 设计标准茅坪溪防护大坝与三峡大坝共同拦挡三峡库水，挡水水头为80米。经审定茅坪溪防护大坝等级与三峡大坝相同，为一等工

5、程。防护大坝按1级建筑物设计。大坝正常蓄水位为175米。校核水位为180.4米。地震设计烈度为7度，均与三峡大坝相同。背水侧茅坪溪设计洪水位（20年一遇）106.4米，校核洪水位（100年一遇）为107.3米，非常洪水位（万年一遇）考虑调蓄后为114.6米。1.4.2 平面布置茅坪溪防护大坝位于陈家冲到板桥和韩家嘴之间。坝址处河谷地形较为开阔，河谷走向约为25。坝轴线峪河谷走向交角约65o，自右岸的吴家湾通过茅坪溪与左岸松柏坪以上的山包相接。河谷两岸不对称，右岸山体雄厚，坝肩头（吴家湾）高程232米，冲沟较发育。坝轴线斜跨一冲沟，其余段基本沿山梁展开，其平均坡度角约8o，跨沟谷处坡角35o。左

6、岸坝肩山头（吴家湾）高程192.86米，谷坡基本顺直，自让坡角较陡一般为30o50o局部达50o。坝轴线基本沿分水岭脊线布置，地形高程190米200米，最高209.72米（松茅坪）。左坝肩两侧冲沟对应发育，在山脊汇合形成鞍部，最低高程184.3米。山体较单薄，高程175米处最小山脊宽40米。在此垭口处设一副坝，轴线长80米，走向为东南165o。 1.5其它设计资料1.5.1 工程特征水位上游正常蓄水位 175.0m相应下游水位106.4m防洪限制水位 145.0m枯季消落水位 155.0m1000年一遇洪水水库水位 157.5m10000年一遇洪水水库水位 180.4m相应下游水位 107.3

7、 1.5.2 地震烈度 场地基本烈度为6度，防护大坝设计烈度为7度。1.5.3 筑坝材料的技术指标 表1.1筑坝材料的技术指标建筑材料名称比重容重（吨/立方米）孔隙率抗剪强度渗透系数k(cm/s)摩擦角凝聚力(kg/cm)土料（壤土）2.721.681.982.05=24=250.31×10砂砾料2.681.801.802.10水上36水下345.79×10堆石2.701.801.802.050.3340沙砾料坝基2.681.801.802.10水下351×10-3备注：沥青混凝土渗透系数0.5×10-8表 1·2土料颗粒级配粒径（mm）<

8、;0.2<0.1<0.05<0.03<0.01<0.005<0.00284.575.058.043.526.016.211.0表1·3砂料颗粒级配粒径（mm）<5.2<5<2.5<1.2<0.6<0.3<0.1510097.869.443.520.46.21.7 表1·4砂砾料颗粒级配粒径<150<80<40<20<5<2.5<1.2<0.6<0.3<0.1510034.56551.334.827.12011.73.01.51.6 设计内

9、容与要求1.6.1 设计目的 1、通过设计巩固、加深、扩大所学的基础理论和专业知识，并达到进一步系统化。 2、培养学生运用所学知识，解决实际工程技术问题的能力，能初步掌握设计原则，设计方法和步骤。 3、培养学生独立思考、独立工作能力，通过毕业设计加强计算、绘图、编写设计文件、使用规范等方面能力的培养。1.6.2 设计内容 1、枢纽布置 根据有关资料进行枢纽布置，阐明枢纽中建筑物的作用、布置原则、布置方案的比较，选择与确定，本设计坝轴线已知。 2、坝工设计 包括坝型选择、剖面设计、平面布置、绘出坝体平面图及坝体中最大剖面图。 3、根据地形、地质坝型等因素，沿坝轴线选取若干典型剖面，计算坝体渗流流

10、量，总渗流流量及坝内浸润线。 计算工况：上游正常蓄水位与下游相应最低水位 上游校核水位与下游相应最低水位 4、稳定计算 对坝体最大剖面、典型剖面，折线法验算下列情况的坝坡稳定性。 计算工况：库水位最不利时的上游坝坡（折线法） 上游正常蓄水位，下游相应最低水位的下游坝坡（圆弧法） 校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡（圆弧法） 施工或竣工期的上下游坝坡稳定计算（圆弧法） 5、细部构造设计及土料的选择 包括：坝顶、护坡、防渗体、排水体、马道、坝面排水沟等。 6、地基处理，及裂缝的处理 包括：开挖、清理、防渗、加固处理等布置措施等。 7、工程量计算1.6.3 设计成果 包括：设计说明书、计算书

11、各一份，（时间关系也可说明书、计算书合并写） 设计成果图34张，内容为大坝平面布置图，下游立视图，坝体最大剖面及典型剖面图细部构造图。2 坝址及坝型的选择2.1 坝址的选择 选址的原则：(1) 首先，应尽量选择地形上最有利的坝址，如坝轴线较短，河谷较窄，便于布置泄水建筑物等。 (2) 坝址与地质条件是影响坝址选择的最重要因素之一。 (3) 坝址附近的建筑物分布情况，影响到坝址的选择。 (4) 水库区的淹没情况也是选择坝址的重要因素。 (5) 坝址还必须结合河流规划统一考虑。 (6) 施工条件也是选择坝址的因素之一。 (7) 水库及水利枢纽的管理条件也应在选择坝址时予以应有注意。 (8) 施工工

12、期长短也影响着坝址的选择。 综合以上所有因素充分进行调查研究，权衡利弊，综合考虑选定坝址。 在所有的坝型中，土石坝由于基础面积较大，承担的应力较低，对地基要求较低。 本设计坝轴线已知，故不详细说明了。2.2 坝型选择 坝型选择关系到整个地形的工程量、投资的工期，除筑坝材料是坝型选择的主要因素外，还要根据地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理方案、抗震要求等各种因素进行研究比较，最后选定技术上可靠、经济上合理的坝型工程中主要的坝型有重力坝、拱坝、土石坝，现对各种坝型进行比较： 1、重力坝重力坝基本形状呈三角形，商业面铅直或稍微倾向上游，坝底与基岩固结，建成挡水后依靠自重维持稳定。重力坝的优点

13、：筑坝材料强度高，耐久性好，抵抗洪水漫顶，渗漏冲刷，地震破坏等的能力强；对地质、地形条件适应性强，一般建与基岩上；重力坝可做成溢流的，也可在坝内设置泄水孔，枢纽布置紧凑；结构作用明确；施工方便。缺点：由于坝体剖面尺寸往往由于稳定和坝体拉应力强度条件控制而做的较大，材料用量多，坝内压应力较低，材料强度不能充分发挥，且坝底面积大，因而扬压力也较大，对稳定不利；因扒体体积较大，施工期混凝土温度收缩应力也较大，为防止温度裂缝，施工时对混凝土温度控制的要求较高。 2、拱坝 拱坝是三面固结与基岩上的空间壳体结构，拱向上游凸出，且不设永久性分缝。 拱坝的优点：具有双向传力的性能；拱是推力结构；拱坝具有较高的

14、超载能力；拱坝轻韧，富有弹性而整体性好，借助岩基对地质功能的吸收，它又具有较强的抗震能力。 缺点：拱坝是不设永久性横缝的整体朝静定结构，设计时需计入温度变化和地基位移对坝体应力的影响；拱坝体形复杂；设计施工难度大，对施工质量、筑坝材料强度和防渗要求，以及对地形地质条件及地基要求均较高。 3、选用土石坝 土石坝是指由当地土料石料或土石混合料填筑而成的坝。 土石坝的优点：就地取材，与混凝土相比，节省大量水泥，钢材和木材，且减少了筑坝材料远途运输费用；对地质地、形条件要求较低，任何不良地基经处理后也均可筑土坝；施工方法灵活，技术简单，且管理方便，易于加高扩建。 缺点：不允许坝顶溢流，所需溢洪道或其他

15、泄水建筑物与造价往往很大，；在河谷狭窄，洪水流量大的河道上施工导流较混凝土坝困难；采用粘性土料施工受气候条件影响较大。 本设计中，茅坪溪的防护坝地处山区交通条件差，公路标准低，运输不方便，如从外运入筑坝材料，工程投资大大增加，因此不运用重力坝。拱坝应力分布均匀，不利于发挥材料强度，节省工程量，但对地质和地形要求严格，通常要求对称均匀，因此地形不对称，且地形地质条件也不甚好，如采用拱坝。坝体相对条件差，不利于坝体强度稳定，设计施工复杂。因此不宜选拱坝，茅坪溪防护坝因当地土料、沙砾料、石料丰富，可就地取材，节省大量运输费用，并且综合考虑土坝与其他坝型相比具有的特点，最终选择土石坝。影响土石坝坝型选

16、择的因素很多，其主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形与地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。通过对各种因素进行比较，选定技术上可行，经济上合理的坝型。由于坝址处雨水多，黏土施工较为困难，故也不易采用厚心墙坝和厚斜墙坝。沥青混凝土具有极佳的防渗性能及适应变形能力。故本设计采用沥青混凝土斜墙坝。3 坝工设计土石坝剖面的基本尺寸包括:坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡，防渗体与排水体的形式与尺寸等。3.1 坝顶高程 为防止库水浸溢坝顶，坝顶水库静水位以上应有足够的波浪超高。碾压式土石坝设计规范，（SDJ218-84）规定，其值按下式计算： Y=R+e+A （3-1） 式中：风沿水面吹过所形

17、成的水面升高 即风壅水面超出库水位的高度，m 自风壅水面算起的波浪沿倾斜坝坡爬升的垂直高度，简称波浪爬高，m 水库吹程，km或m 沿水库吹程方向的平均水域深度，初拟时可近似取坝前水深，m 综合摩阻系数，其值变化在（1.55.0）×之间。计算一般取3.6× （以km计）或3.6×（以m计） 计算风速，m/s 正常运用条件下的、级坝采用（1.52.0）（多年平均最大风速），正常运用条件下的 、级坝采用1.5，非常运用条件下的各级土石坝采用。 风向与坝轴线的夹角，（1°） =0 安全加高，见表3.1 正常A=1.5 非常A=1.0表3.1堤顶类型及运用情况堤

18、顶 级 别1234、5安 全 超 高土坝、土堤正常1.51.00.70.5非常1.00.70.50.3混凝土闸坝、浆砌块石闸坝正常0.70.50.40.3非常0.50.40.30.21.正常运用情况下计算坝顶高程 D=10km 波浪爬高 式中：m = 3.0 n = 0.0155 A = 1.5 (查表)则 = 0.3803 m = 3.483 m m坝顶高程 =175+ =179.99 m 2. 非常情况下计算坝顶高程 非常运用情况下的坝顶超高计算公式与正常情况下的一样，所不同的是风速来用多年平均最大风速V=，坝前水深H= 180.4-175+80=85.4 m m = 0.6043 m =

19、 3.0 n = 0.0155 R= = 1.105 m A = 1.0 （查表） = = 1.105 + 1.0 + 0.002 = 2.107 m 坝顶高程 = 180.4 + = 182.507 m 3. 考虑地震影响坝顶高程 地震安全加高=地震涌浪加高+地震附加沉陷值+安全加高， 地震涌浪加高一般为0.51.5m，应根据地震烈度大小和不同的坝向水深，去大中小值，本设计取1.0米，地震附加沉陷值根据海域地震调查，对8-9度地震区，可取1.2%1.44%，本设计取1%的大坝高度，即为：（178.86-75）×1%=0.99m 安全加高A=1.5 地震安全加高=1+0.99+1.5

20、=3.49m 坝顶高程=175+3.49=178.49m综上所述，坝顶高程取三者中最大值Y= 183 m 考虑到上游设置1.2m的防浪墙，坝顶高程最终为183-1.2= 181.8 m 防浪墙高为183m 坝高为181.8-75= 106.8 m3.2坝顶宽度 坝顶宽度取决于施工、构造、运行、抗震与防洪等要求。如坝顶设置公路或铁路时，应按交通要求确定。特殊要求时，高坝最小顶宽10m15m，中低坝为5m10m。对心墙或斜墙坝还需要满足其墙顶和两侧反滤层的布置要求，在寒冷地区，还应使心墙或斜墙至坝面的最小距离大于冻土层厚度，以防防渗体冻坏，本设计坝高为106.8m，属于高坝且坝顶有交通要求，坝顶宽

21、度为12m。3.3 坝坡 土石坝边坡的大小取决于坝型、坝高、筑坝材料、菏载、坝基性质等因素，且直接影响到坝体的稳定和工程量大小。 由于石料在饱和状态下抗剪强度低于水位下降时渗流力指向上游对上游坝坡稳定不利，既土石坝相同时，上游坡比下游坡为缓； 从坝型上看，上游坝坡较下游为缓； 从荷载情况上，为适应向底部逐渐增加色特征，坝坡上陡下缓，故土石坝上、下游坡一般做成变坡时，由上至下逐渐放缓，相邻坝坡率差为0.250.5,若坝基较弱时，最后一级坝坡宜缓以利于坝坡稳定。综上所述，对拟坝坡时，坡度一般为1:2.01:4.0，上游面坝坡从坡顶向下分别在高程为150m,125m,110m.变坡坝坡为：1：2.7

22、5，1：3.0，1:3.25，1：3.5。下游面在150m,125m,变坡和设宽为2m马道，坝坡为1：2.5，1：2.75，1：3.0。在110m设置棱体排水。见图3-23.4 防渗体设计本设计采用沥青混凝土防渗体，它是有一定级配的碎石或卵石、沙、石料和沥青按一定比例配合并加热搅拌均匀的混合物，经滩铺、碾压达到一定密度变形成防渗体。 坝体防渗采用沥青混凝土斜墙，墙顶高程取181m，顶宽不小于0.5m，本设计取1m，底部厚度为1/80的坝高，取1/80×106.8=1.7m，上游坡1：2.5，下游坡1：2.0。3.5 排水设备土石坝防渗体采用沥青混凝土，虽然渗透系数很小，但仍会有一定的

23、渗水，在坝体下游侧设置排水设备，其作用是控制和引导渗流安全的排出体外，降低坝体浸润线和孔隙水压力，增强坝坡稳定保护下游坝坡免受冻涨破坏，排水体由块石及其流层组成，要求其具有充分地排水能力，不堵塞，以保证坝体和坝基不发生渗透破坏，并且便于观测和检修。设计采用棱体排水，初拟定坝顶高程为110.0m，其坝宽根据检查观测及施工要求确定不小于1.0m时，一般为1-2m，本设计取5m，棱体内坡由施工条件确定，一般为1:11:1.5，本设计取1:1.5，外坡根据坝基抗剪强度和施工条件确定，一般为1:1.51:2.0，本设计取1:2.0。 4 渗流计算4.1 设计说明4.1.1 土石坝渗流分析的任务 土石坝的

24、剖面尺寸初步拟定后，必须进行渗流分析和稳定分析，为确定经济可靠的坝体剖面提供依据，渗流分析的主要任务是： 确定坝体浸润线和下游溢出点的位置，为坝体稳定计算和排水体选择提供依据； 计算坝体与坝基的渗流量，以计算水库渗漏损失，和确定排水体尺寸； 计算坝体与坝基的渗流溢出处的渗透坡降，以验算其渗透稳定性。 4.1.2 渗流分析的工况 渗流计算时，应考虑水库运行中出现的不利条件，一般需考虑计算下列几种工况： 上游正常蓄水位175.0m与下游相应最低水位106.4m，此时坝内渗流的坡降最大，易产生渗透变形； 上游校核洪水位180.4m与下游相应最高水位107.3m，此时坝内浸润线最高，渗流也最大； 分析

25、时，常根据河谷地形情况，选若干、单宽坝坡，按二元渗流问题考虑，坝坡柱号为0+118、 0+221、0+347、0+456、0+544、0+652、0+757、0+882。4.1.3 渗流分析的方法 土石坝渗流分析的方法有公式计算法（流体力学法、水力学法、有限单元法）流网法和 电模拟法，本设计采用水力学法，水力学法建立在一些基本假定上，是一种近似解法，只能求得过水断面上渗流要素的平均值，但其计算简单，且精度一般可以满足工程要求。4.2 渗流计算4.2.1 基本假定 坝体土料为均质，坝体内任一点在各方向上的渗透系数相同且为常数； 渗流二元稳定层流，流动运动符合达西定律：V=KJ（V为渗透流速，K为

26、渗透系数，J为渗透坡降） 渗流为渐变流，任意过水断面上各点的坡降和流速相同。4.2.2 水力学分析方法选择水力学方法解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，应用达西定律近似解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。斜墙与截水槽的单宽渗流量为：斜墙与截水槽下游坝体与坝基的单宽渗流量为：式中：、分别为防渗体、坝壳材料、河床质砂卵石的渗透系数；、斜墙与截水槽的平均厚度，m；斜墙的倾角，（）；下游坡坡率。由水流连续条件联立求解上两式可求得式中假设：不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；由于砂石料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水位与下游水位相差不是很大，认为不会形

27、成逸出高度；对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际上不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端为坝址。计算简图4.3总渗流量计算总渗流计算时，一般是根据地形和地基，透水层分布情况，将坝体沿坝轴线分成若干曲边坝段，见图4-1，先计算各坡交界处的坝体单宽渗流量，然后按下式计算全坝的总渗流，： （4-5） 式中： 各坝段长度 m 各坝段交界处的坝体单宽流量 表4-1稳定渗流期渗流计算成果表上游=175m 下游=106.4m编号桩号LTH1H2K0KKTmA1A2A3hqL0+000

28、00+1181.20130.5102500.5×10-105.79×10-41×10-52.58.47×10-61.43×10-68.04×10-80.0567.08×10-81180+2211.33222.379.748.500.5×10-105.79×10-41×10-52.6253.58×10-65.28×10-72.35×10-70.191.075×10-71130+3471.40308.7510.574.55.90.5×10-105.7

29、9×10-41×10-52.752.6×10-64.37×10-78.45×10-55.842.17×10-71260+4561.454365.6310.895.526.90.5×10-105.79×10-41×10-52.752.61×10-63.69×10-71.165×10-322.922.80×10-71090+5441.49368.722.210031.40.5×10-105.79×10-41×10-52.752.6×

30、;10-67.32×10-71.58×10-328.423.567×10-7880+6521.33308.75974.55.90.5×10-105.79×10-41×10-52.752.6×10-63.82×10-78.38×10-55.832.10×10-71080+7511.239180.4910.533.500.5×10-105.79×10-41×10-52.754.8×10-68.36×10-71.44×10-70.0927.0

31、9×10-81050+8821.11811791000.5×10-105.79×10-41×10-52.751.02×10-61.48×10-72.5×10-80.056.09×10-81250+1071189Q=×10-7×0.708×118+(0.718+1.075) ×103+(1.075+2.17) ×126+(2.17+2.80) ×109+(2.80+3.567) ×88+(3.567+2.10) ×108+(2.10+0.

32、709) ×105+(0.709+0.695) ×125+0.695×189=1504.2475×10-7×3600×24=13.00 表4-2校核水位渗流计算成果表上游=180.4m 下游=107.3m编号桩号LTH1H2K0KKTmA1A2A3hqL0+00000+1181.2130.51030.400.5×10-105.79×10-41×10-52.58.33×10-61.44×10-63.88×10-90.0645.35×10-81180+2211.3322

33、2.739.753.900.5×10-105.79×10-41×10-52.6253.568×10-65.90×10-72.822×10-70.2131.21×10-71060+3471.40308.7510.579.96.80.5×10-105.79×10-41×10-52.752.63×10-64.46×10-71.28×10-45.962.50×10-71260+4561.454365.6310.8100.927.80.5×10-105.7

34、9×10-41×10-52.752.63×10-63.64×10-72.31×10-323.233.10×10-71090+5441.49368.722.2105.432.30.5×10-105.79×10-41×10-52.752.634×10-67.18×10-72.788×10-330.043.46×10-7880+6521.33308.75979.96.80.5×10-105.79×10-41×10-52.752.63×

35、;10-63.82×10-71.28×10-46.082.38×10-71080+7511.239180.9410.538.900.5×10-105.79×10-41×10-52.754.787×10-68.62×10-71.84×10-70.1069.05×10-81050+8821.118117915.400.5×10-105.79×10-41×10-52.751.00×10-51.538×10-64.61×10-80.0642.1

36、1×10-81250+1071189Q=×10-7×0.535×118+(0.535+1.21) ×106+(1.21+2.5) ×126+(2.5+3.1) ×109+(3.1+3.46) ×88+(3.46+2.38) ×108+(2.38+0.905) ×105+(0.905+0.211) ×125+0.211×189=1.529.132×10-7×3600×24=13.21 4.4渗流稳定结果分析4.4.1 正常蓄水位下渗流稳定分析 渗流

37、量：水库每日渗漏量，故能满足防渗要求。 渗透稳定：对非黏性土，渗透破坏型式的判别可参考伊斯妥明娜法，根据土体的不均匀系数来判定：时为流土时为管涌时不定 根据砂砾料颗粒级配曲线查得； ，则；渗透破坏型式为管涌。管涌自上而下渗流的临界坡降公式为： （4-6）式中：相应于粘粒级配曲线上含量为3的粒径， 土壤的渗透系数， 土壤孔隙率，初步拟定为0.33对坝基内水平方向产生的临界坡降为： （4-7）式中：土的内摩擦角，管涌的允许坡降为： (自下而上渗流) （4-8） （水平向渗流） （4-9) 式中：为安全系数，根据建筑物级别和土壤类别选用，一般取，则有：(自下而上渗流)（水平向渗流）渗流逸出点的实际渗

38、透坡降为： (4-10) 已知；近似取计算长度 则 ；因为，故满足渗透稳定要求。4.4.2 校核洪水位下渗流稳定分析分析过程同正常蓄水位。5 土石坝坝坡稳定分析及计算5.1设计说明5.1.1 设计任务对土石坝进行稳定分析的目的，是通过计算坝体剖面的稳定安全度来检验坝坡在各种工况下是否安全，断面尺寸是否经济合理。坝坡坍滑失稳滑裂面的形式主要与坝体结构型式、坝基情况和坝的工作条件等因素有关。主要有以下几种：（1）曲线形滑裂面。当为黏性土坝坡时，其失稳滑裂面呈上陡下缓的曲面，稳定计算时常假定为一圆柱面，其在坝体剖面的投影是一个圆弧，称滑弧。滑裂面的位置，如坝基为掩饰或坚硬的土层时，多从坝脚处滑出；当

39、坝基土质与坝体相近或更软弱时，滑裂面可能深入坝基从坝脚滑出。（2）直线或折线形滑裂面。当滑裂面通过由砂，沙砾石等材料构成的无黏性土坝坡时，在坝坡剖面上的投影是一直线或折线。当坝坡干燥或完全浸入水中时呈直线，部分浸水时为折线，斜墙坝上游失稳时，常沿斜墙与坝体交界面滑动。（3）复合断裂面。当坝坡由几种不同性质的土料组成或坝基存在软弱层时，滑裂面往往是由直线和曲线组成的复合型，在黏土为曲线，在黏性土内或软弱层上为直线。5.1.2 计算工况（1）库水位最不利时的上游坝坡，这种不利水位大致在坝底以上1/3坝高处；（2）上游为正常蓄水位，下游为相应最低水位的下游坝坡；（3）校核洪水位下有可能形成稳定渗流的

40、下游坝坡；（4）施工或竣工期的上下游坝坡；5.1.3 计算方法本设计只针对最大剖面。本设计为无黏性土坝壳材料，故采用折线法对土石坝进行稳定分析计算。 5.1.4 控制标准表5·1 容许最小抗滑稳定安全系数运用条件工 程 级 别正常运用非常运用正常运用加地震1.301.201.101.251.151.051.201.101.051.151.051.005.2 .稳定计算5.2.1基本原理与计算方法属于部分浸水的无黏性土坝坡稳定分析。对于部分浸水的无黏性土坝坡，因水上水下土壤力学性能不同，滑裂面近似为一折面，折点高程大致在水位附近。1） 滑动土体在折点处还形成块间破裂面DE，破裂面的方位

41、当坝基土料内摩擦角大于坝体土料内摩擦角时倾向上游；反之倾向下游。为分析方便取为铅直方向。2） 破裂面作用力P与该面法线的夹角等于土料的内磨擦角，为方便计算，假定P与上滑块底裂面平行。用折线法计算滑动土体的稳定安全系数时，采用“安全的极限平衡法”。所谓“极限平衡”是认为滑动面上的静摩擦力达到最小值。“安全”是指上述极限平衡是在一定安全储备条件下的。假定各滑动面上有相似的安全系数K。滑动面上土料的抗剪力除以K后作为计算抗剪力。设图（5-1）ADC为任一滑动面，折点在D点，块间破裂面DE将滑动土体分为两块，其重量分别为W、W，两块间作用力为P，起方向平行与DC。两块土体底面土料内摩擦角分别为、。由于

42、块BCDE沿DC方向力的平衡可得见图5-2（a）P-Wsin+W=0 (5-1) 由于土块ADE沿AD方向力的平衡得见图52（b） (5-2) 联立以上两个公式即可得出以下一元二次方程（5-3）解出一元二次方程即可的到K值3）在上述计算中,水位及、都是任意假定的。为求得最小安全系数,应假设不同的水位和、值。具体计算时,先假定若干个水位和、值具体计算时，先假定若干水位(至少3种个)，在每一水位下假定至少3个，对每个至少假定3个，分别计算出安全系数，其中最小者即为所求坝体稳定安全系数。5.2.2上游水位大约在坝底以上1/3坝高处的上游坝坡1. 假定上游水位为110.6m，按下式计算安全系数 计算简

43、图如下：图5-3稳定计算简图（上游水位在坝底以上1 /3坝底处的上游坝坡）(1)已知：。为计算方便，上游坝坡m取平均： 取单宽，重量W1、W2分别按下式计算： 其中： 已知 : 由于： 所以： 。 已知 比重G2.68，孔隙率 则 浮容重为： 则 将已知数据代入公式有：方程可简化为：即：解2.065 （其中值0.086舍去）(2) 计算K值计算简图如5-4图5-4稳定计算简图（上游水位在坝底以上1 /3坝底处的上游坝坡）已知： 由于： 所以： 。 已知 比重G2.68，孔隙率 则 浮容重为： 则 将已知数据代入公式有：方程可简化为：即:利用 EXCEL 解方程的出3.4551 在取不同的水深（

44、最少3个）本设计选取110.6m 112m 110m 分别取不同的计算求得最小的安全系数。用计算如下表5·2: 水库水位(m)110.611 3121710.0451359.042.065 30.518548.646315.73.4551 31.817358.644417.332.36413 26.815920.8336420.611.926 27.221246.4644916.42.033 27.620321.5443440.912.15612 231653540017.751.983 23.524573.9852842.072.170 24.122769.5249963.472.

45、46511213 21.310420.7728530.542.275 2214779.2535483.492.794 20.918652.7941662.812.07312 21.112872.3435268.752.322 20.824357.9353591.322.165 21.521826.7749553.452.58111 20.7.4342652.462.315 2129906.3265775.662.500 21.428466.763479.082.64311112 2017399.7940941.421.784 2122626.4449279.322.176 21.620361.

46、6745666.412.55413 21.110984.2828177.092.098 22.213023.7131430.522.942 21.615171.7634857.232.39210 19.521494.5654027.341.861 2115251.1544067.432.691 2019313.7250548.332.061表5.2上游水位为在坝底1/3坝高处上游坝坡的安全系数计算表如下根据表5.2的结果可得当上游水位为111m时 时K=1.2。满足稳定要求5.2.3 其他工况的稳定计算上游为正常蓄水位，下游为最低水位下的坝坡；校核洪水位下形成稳定渗流期的下游坝坡；施工或竣工期

47、的上下游坝坡此几种工况采用圆弧法。5.2.3.1基本原理与计算方法 圆弧法主要用于黏性土坝坡如均质坝、厚斜墙坝、厚心墙坝等的稳定计算（于是也用于非黏性土质坝）。其基本原理是假定滑动面为一圆柱面，将滑动面内土体视为刚体，失稳是该土体绕圆弧的中心旋转，沿坝轴方向取单宽坝段按平面问题进行分析。计算时将滑动面以上的土划分成若干铅直土条，求出各土条对滑弧中心的抗滑力矩之和和滑动力矩之和，二者之比为该滑弧的抗滑稳定安全系数，即 (5-5) 按是否计及土条间的作用力，圆弧法又分为两种：一是不计土条间作用力的简单方法，又称瑞典圆弧法;二是考虑土条件水平力作用，忽略竖向力作用的简化的毕肖普法。前者计算简单，偏于安全 ，单精度较差；后者较合理，结果较精确，但需迭代计算，较麻烦。我国规范规定，对、级高中坝以及一些比较复杂的情况，应同时采用瑞典圆弧法和计土条件作用力的方法（如简化的毕肖普法或其他严格的方法）。对于后者，最小安全系数的容许值应比附表五中规定值提高10%左右，对级坝的正常运用情况，安全系数不