土石坝设计学习教案

1、土石坝设计土石坝设计(shj)第一页，共84页。第四节第四节 土石坝的稳定土石坝的稳定(wndng)(wndng)分析分析一、概述一、概述(i sh)第1页/共84页第二页，共84页。第2页/共84页第三页，共84页。第3页/共84页第四页，共84页。tgCtguCeuuetgCcuccuetgC 土体的抗剪强度土体的抗剪强度(qingd)(qingd) 孔隙水压力；孔隙水压力； 不排水剪的总强度指标不排水剪的总强度指标(zhbio)(zhbio)； 固结不排水剪的总强度指标固结不排水剪的总强度指标(zhbio)(zhbio)。 euuCucuCcu二、土料抗剪强度指标的选取二、土料抗剪强度指

2、标的选取第4页/共84页第五页，共84页。二、土料抗剪强度二、土料抗剪强度(qingd)指标的选取指标的选取第5页/共84页第六页，共84页。三、坝坡稳定计算工况和安全系数三、坝坡稳定计算工况和安全系数(nqun xsh)的采用的采用第6页/共84页第七页，共84页。第7页/共84页第八页，共84页。第8页/共84页第九页，共84页。四、坝坡稳定四、坝坡稳定(wndng)分析方法分析方法第9页/共84页第十页，共84页。 1 1圆弧法圆弧法 圆弧法是假定坝坡滑动面为一圆弧，取圆弧圆弧法是假定坝坡滑动面为一圆弧，取圆弧面以上土体作为分析对象。常用于均质坝、厚心面以上土体作为分析对象。常用于均质坝

3、、厚心墙坝和厚斜墙坝；圆弧法由瑞典人彼得森提出，墙坝和厚斜墙坝；圆弧法由瑞典人彼得森提出，故称瑞典圆弧法。该法把分滑动体分若干土条，故称瑞典圆弧法。该法把分滑动体分若干土条，不考虑不考虑(kol)(kol)土条间的作用力，把滑动土体土条间的作用力，把滑动土体相对圆弧圆心的总阻滑力矩相对圆弧圆心的总阻滑力矩MrMr与总滑动力矩与总滑动力矩MTMT的的比值定义为坝坡稳定安全系数。后来，毕肖普提比值定义为坝坡稳定安全系数。后来，毕肖普提出考虑出考虑(kol)(kol)用用 。eK 第10页/共84页第十一页，共84页。iiiiiiiiiWLCtgLuWKsin)cos(第11页/共84页第十二页，共

4、84页。图图3-143-14表示一均质坝坡滑动面和其中任一土条的作用表示一均质坝坡滑动面和其中任一土条的作用(zuyng)(zuyng)力，为土条自重；及分别表示作用力，为土条自重；及分别表示作用(zuyng)(zuyng)在土条底部的法向反力和切向阻力。在土条底部的法向反力和切向阻力。第12页/共84页第十三页，共84页。计算时计算时: :若采用若采用b = 0.1Rb = 0.1R，则、，则、sin1=0.1,cos1=(1-0.1)sin1=0.1,cos1=(1-0.1)在每个滑弧计算时均为固定值，可使计算工作简化。当端土条宽度在每个滑弧计算时均为固定值，可使计算工作简化。当端土条宽度

5、时，可将该土条的实际高度换算为等效高度时，可将该土条的实际高度换算为等效高度h h（h= bh/bh= bh/b）进行）进行计算。采用总应力法计算时，可在公式（计算。采用总应力法计算时，可在公式（3-313-31）中令孔隙压力）中令孔隙压力u=0u=0，同时同时(tngsh)(tngsh)把把 c c、换成总应力强度指标即可导出用总换成总应力强度指标即可导出用总应力法计算的瑞典圆弧法公式应力法计算的瑞典圆弧法公式. .瑞典(ru din)圆弧法计算示意图第13页/共84页第十四页，共84页。第14页/共84页第十五页，共84页。iiiiiiiiaiWbCtgbuWmKsin1Ktgmiiiai

6、sincos以上式中两端均含未知量以上式中两端均含未知量K K 值值, ,需采用迭代法或试算法求解。需采用迭代法或试算法求解。可在计算机运算。采用手工试算时，一般可在计算机运算。采用手工试算时，一般(ybn)(ybn)可先假可先假设设K=1K=1代入代入mai= k,mai= k,重复到相等重复到相等，第15页/共84页第十六页，共84页。四、坝坡稳定四、坝坡稳定(wndng)分析方法分析方法第16页/共84页第十七页，共84页。第17页/共84页第十八页，共84页。第18页/共84页第十九页，共84页。第19页/共84页第二十页，共84页。0cossin111111KtgWWP0cos)si

7、n(sin)cos(222221121211KtgWKtgPWP联解两式可求出安全系数联解两式可求出安全系数(nqun xsh) K(nqun xsh) K 第20页/共84页第二十一页，共84页。02 .30909 .35681KP0)8.110182957.0(140738988.011PKP联解得：联解得：K=1.98K=1.98 四、坝坡稳定四、坝坡稳定(wndng)分析方法分析方法第21页/共84页第二十二页，共84页。第22页/共84页第二十三页，共84页。anSK第23页/共84页第二十四页，共84页。第五节第五节 土料选择与填土标准土料选择与填土标准(biozhn)(biozh

8、n)确定确定一、筑坝一、筑坝(zh b)材料选择材料选择二、土料填筑标准二、土料填筑标准(biozhn)的确定的确定第24页/共84页第二十五页，共84页。第五节第五节 土料选择土料选择(xunz)(xunz)与填土标准确定与填土标准确定一、筑坝材料一、筑坝材料(cilio)选择选择第25页/共84页第二十六页，共84页。第26页/共84页第二十七页，共84页。对冲积粘土、膨胀土，开挖、冻土和分散性粘土不宜对冲积粘土、膨胀土，开挖、冻土和分散性粘土不宜作为防渗体的填筑土料。作为防渗体的填筑土料。红粘土、湿陷性黄土、砾石土可用于防渗体。红粘土、湿陷性黄土、砾石土可用于防渗体。（2 2）坝壳土石料

9、的要求）坝壳土石料的要求坝壳土石料应满足排水性能坝壳土石料应满足排水性能(xngnng)(xngnng)好、抗剪强好、抗剪强度高、易压实和抗震稳定性良好的要求。度高、易压实和抗震稳定性良好的要求。 料场开采和坝区开挖的砂、砾石、卵石、石料和风料场开采和坝区开挖的砂、砾石、卵石、石料和风化料及砾石均可作为坝壳的填筑材料。化料及砾石均可作为坝壳的填筑材料。 均匀中细砂只能用于中、低坝坝壳浸润线以上的干均匀中细砂只能用于中、低坝坝壳浸润线以上的干燥区，高坝和地震区不宜采用这种土料。燥区，高坝和地震区不宜采用这种土料。 下游坝壳应采用透水性能下游坝壳应采用透水性能(xngnng)(xngnng)良好的

10、土石良好的土石料填筑。料填筑。对软化系数低，不能压碎成砾石土的风化石料和软岩对软化系数低，不能压碎成砾石土的风化石料和软岩宜在坝壳的干燥区填筑。宜在坝壳的干燥区填筑。第27页/共84页第二十八页，共84页。第28页/共84页第二十九页，共84页。二、土料填筑标准的确定二、土料填筑标准的确定第29页/共84页第三十页，共84页。第30页/共84页第三十一页，共84页。minmaxmaxDreeee第31页/共84页第三十二页，共84页。第六节第六节 土石坝的地基土石坝的地基(dj)(dj)处理处理 土石坝的地基处理土石坝的地基处理(chl)的目的的目的一、砂砾一、砂砾(sh l)石地基处理石地基

11、处理二、软土地基处理二、软土地基处理第32页/共84页第三十三页，共84页。土石坝优点之一是对地基适应能力较强，在各类地基土石坝优点之一是对地基适应能力较强，在各类地基上都可建造土石坝。上都可建造土石坝。资料表明资料表明: :土石坝有土石坝有40%40%是因地基失事的。是因地基失事的。土石坝的地基处理的目的：土石坝的地基处理的目的：控制渗流，要求处理后的地基不产生渗透变形和降控制渗流，要求处理后的地基不产生渗透变形和降低坝体浸润线，坝坡和坝基在各种情况下均要渗透稳低坝体浸润线，坝坡和坝基在各种情况下均要渗透稳定定(wndng)(wndng)，渗流量在允许的范围内；，渗流量在允许的范围内；控制稳

12、定控制稳定(wndng)(wndng)，处理使坝基具有足够的强度，处理使坝基具有足够的强度，不致因坝基产生滑坡，软土层不致被挤出，砂土层不不致因坝基产生滑坡，软土层不致被挤出，砂土层不发生液化等；发生液化等；控制变形，要求沉降量和不均匀沉降控制在允许的控制变形，要求沉降量和不均匀沉降控制在允许的范围内（竣工后，不应大于坝高的范围内（竣工后，不应大于坝高的1%1%），以免影响坝），以免影响坝的正常运行。的正常运行。土石坝的地基土石坝的地基(dj)处理的目的处理的目的第33页/共84页第三十四页，共84页。第六节第六节 土石坝的地基土石坝的地基(dj)(dj)处理处理 第34页/共84页第三十五页

13、，共84页。第六节第六节 土石坝的地基土石坝的地基(dj)(dj)处理处理 第35页/共84页第三十六页，共84页。一、砂砾一、砂砾(sh l)(sh l)石地基处理石地基处理1 1垂直截渗措施垂直截渗措施明挖回填粘土成截水槽明挖回填粘土成截水槽, ,结构简单、工作可靠、截结构简单、工作可靠、截渗效果好的防渗措施渗效果好的防渗措施. .适用适用: :砂砾土层砂砾土层(t cn(t cn) )深度在深度在15m15m以内。以内。位置位置: :一般设在大坝防渗体的底部（均质坝则多设一般设在大坝防渗体的底部（均质坝则多设在靠上游在靠上游1/31/31/21/2坝底宽处），横贯整个河床并伸坝底宽处），

14、横贯整个河床并伸到两岸到两岸尺寸尺寸: :截水墙的底宽，应按回填土料的允许比降确截水墙的底宽，应按回填土料的允许比降确定（砂壤土取定（砂壤土取3.03.0，壤土，壤土3.03.05.05.0，粘土，粘土5.05.010.010.0），一般取），一般取5m10m5m10m，最小宽度，最小宽度3.0m3.0m。 插入相对不透层的深度应不小于插入相对不透层的深度应不小于0.50.51.0m1.0m（1 1）粘土）粘土(zhn t)(zhn t)截水槽截水槽第36页/共84页第三十七页，共84页。第37页/共84页第三十八页，共84页。第38页/共84页第三十九页，共84页。第39页/共84页第四十页

15、，共84页。（2）混凝土防渗墙）混凝土防渗墙第40页/共84页第四十一页，共84页。第41页/共84页第四十二页，共84页。第42页/共84页第四十三页，共84页。第43页/共84页第四十四页，共84页。第44页/共84页第四十五页，共84页。第45页/共84页第四十六页，共84页。第46页/共84页第四十七页，共84页。第47页/共84页第四十八页，共84页。第48页/共84页第四十九页，共84页。第49页/共84页第五十页，共84页。第50页/共84页第五十一页，共84页。当砂砾石层很深或采用其他防渗截水措施不可行当砂砾石层很深或采用其他防渗截水措施不可行时，可采用灌浆帷幕，或在深层灌浆帷

16、幕，上层粘时，可采用灌浆帷幕，或在深层灌浆帷幕，上层粘土截水墙或混凝土防渗墙等方法土截水墙或混凝土防渗墙等方法(fngf)(fngf)截渗。截渗。在灌浆前，先对地基的可灌性和可灌何种料浆进在灌浆前，先对地基的可灌性和可灌何种料浆进行评估，可灌性应通过室内及现场试验确定。行评估，可灌性应通过室内及现场试验确定。1 1）可灌比）可灌比M M d85d85灌注材料中小于其总土重的灌注材料中小于其总土重的85%85%所对应的粒径，所对应的粒径，mmmm。当当M M1515时时, ,可灌水泥可灌水泥(shun)(shun)浆；浆；M M1010时可灌水泥时可灌水泥(shun)(shun)粘土浆粘土浆85

17、15dDMD15D15受灌地层受灌地层(dcng)(dcng)中小于总土重的中小于总土重的15%15%所对应的粒径，所对应的粒径，mm mm （3）灌浆帷幕）灌浆帷幕第51页/共84页第五十二页，共84页。2 2）渗透系数）渗透系数 除了除了(ch le)(ch le)以可灌比评价之外，也可用渗透系数进行评以可灌比评价之外，也可用渗透系数进行评估。当地基的渗透系数估。当地基的渗透系数 10-1 cm/s 10-1 cm/s时灌水泥浆时灌水泥浆当地当地(dngd)(dngd)基的渗透系数基的渗透系数10-2 10-2 灌水泥粘土浆灌水泥粘土浆. . 所有的砂层和砂砾石层，均可用化学浆材。所有的砂

18、层和砂砾石层，均可用化学浆材。帷幕厚度帷幕厚度(hud)(hud)应根据大坝承受的工作水头和帷幕本身的应根据大坝承受的工作水头和帷幕本身的渗透比降确定，可按下式计算：渗透比降确定，可按下式计算： JHT 渗透系数等于渗透系数等于10-410-4- - 10-3 10-3 可灌超细水泥浆可灌超细水泥浆. .第52页/共84页第五十三页，共84页。第53页/共84页第五十四页，共84页。2水平水平(shupng)防渗铺盖防渗铺盖 第54页/共84页第五十五页，共84页。第55页/共84页第五十六页，共84页。JHxx铺盖的长度，主要取决于下卧土层的允许比降，国内已铺盖的长度，主要取决于下卧土层的允

19、许比降，国内已建工程建工程(gngchng)(gngchng)，一般取设计水头的，一般取设计水头的4 46 6倍，个倍，个别工程别工程(gngchng)(gngchng)最大取至最大取至1111倍水头。倍水头。第56页/共84页第五十七页，共84页。3排水减压排水减压(jin y)措施措施第57页/共84页第五十八页，共84页。第58页/共84页第五十九页，共84页。第59页/共84页第六十页，共84页。第60页/共84页第六十一页，共84页。第61页/共84页第六十二页，共84页。二、软土地二、软土地(td)(td)基处理基处理第62页/共84页第六十三页，共84页。沙井沙井(sh jn)第

20、63页/共84页第六十四页，共84页。第64页/共84页第六十五页，共84页。第65页/共84页第六十六页，共84页。2 2淤泥地基处理淤泥地基处理淤泥地基含水率大，抗剪强度低，承载能力小，一般不适宜淤泥地基含水率大，抗剪强度低，承载能力小，一般不适宜直接作为坝基，应进行处理。直接作为坝基，应进行处理。1)1)挖除挖除: :当淤泥土层较浅和分布范围不广时；当淤泥土层较浅和分布范围不广时；2)2)压重法砂井排水法压重法砂井排水法: :当淤泥层较深，挖除难和不经济时，可当淤泥层较深，挖除难和不经济时，可采压重法或砂井排水法处理。采压重法或砂井排水法处理。砂井尺寸砂井尺寸: :直径为直径为30304

21、0cm40cm，井距约为（，井距约为（6 68 8）倍的井径，深）倍的井径，深度应伸入至潜在最危险滑动面以下。砂井的施工是在地基中打入度应伸入至潜在最危险滑动面以下。砂井的施工是在地基中打入封底的钢管，拔管后回填粗粒砂、砾石料。封底的钢管，拔管后回填粗粒砂、砾石料。作用作用: :一方面是加密地基，另一方面是通过砂井把地基土料的一方面是加密地基，另一方面是通过砂井把地基土料的含水量从砂井中导出，从而加快地基固结含水量从砂井中导出，从而加快地基固结( ( ji) ji)，提高其承，提高其承载力和抗剪强度。载力和抗剪强度。第66页/共84页第六十七页，共84页。第67页/共84页第六十八页，共84页。第68页/共84页第六十九页，共84页。第69页/共84页第七十页，共84页。第七节第七节土石坝与坝基土石坝与坝基(b j)(b j)、岸坡及其他建筑物的连接、岸坡及其他建筑物的连接一、坝体与土质一、坝体与土质(t zh)坝基及岸坡坝基及岸坡的连接的连接二、坝体与岩石