水利水电工程概论节土石坝学习教案

1、会计学1水利水电工程水利水电工程(gngchng)概论节土石坝概论节土石坝第一页，共50页。2022-4-182第2页/共50页第二页，共50页。2022-4-183第3页/共50页第三页，共50页。2022-4-184它它 山山 堰堰第4页/共50页第四页，共50页。2022-4-185 特别是最近十几年以来，随着大型高效的特别是最近十几年以来，随着大型高效的土石方施工机械的采用，岩土力学理论和电子土石方施工机械的采用，岩土力学理论和电子计算机技术在土石坝设计中的广泛使用，为建计算机技术在土石坝设计中的广泛使用，为建筑高土石坝提供了有利条件，土石坝得到了飞筑高土石坝提供了有利条件，土石坝得到

2、了飞跃发展，成为当今世界跃发展，成为当今世界(shji)(shji)上坝体高度最上坝体高度最高、应用最广泛的坝型。高、应用最广泛的坝型。 目前世界目前世界(shji)(shji)上最高的水坝为塔吉克上最高的水坝为塔吉克斯坦的罗贡土石坝，坝高斯坦的罗贡土石坝，坝高335m335m。 我国已建的最高土石坝为小浪底土石坝，我国已建的最高土石坝为小浪底土石坝，坝高坝高154m154m，在建的水布垭面板堆石坝高达，在建的水布垭面板堆石坝高达233m233m。在本世纪，我国将发展更高的土石坝。在本世纪，我国将发展更高的土石坝。第5页/共50页第五页，共50页。2022-4-186全世界高坝中土石坝的比例全

3、世界高坝中土石坝的比例(bl)变化变化第6页/共50页第六页，共50页。2022-4-187各种各种( zhn)坝坝型建设情况型建设情况第7页/共50页第七页，共50页。2022-4-188世界土石坝按国家世界土石坝按国家(guji)或地区分类统计图或地区分类统计图 第8页/共50页第八页，共50页。2022-4-189小浪底土石坝小浪底土石坝第9页/共50页第九页，共50页。2022-4-1810水布垭面板水布垭面板(min bn)堆石坝堆石坝水布垭枢纽总工期水布垭枢纽总工期8年，自从年，自从2001年正式开工，工程于年正式开工，工程于2008年年12月底全部月底全部(qunb)竣工。水布垭

4、的面板堆石坝是目前世界上最高的面板堆石坝。竣工。水布垭的面板堆石坝是目前世界上最高的面板堆石坝。第10页/共50页第十页，共50页。2022-4-1811水布垭水利枢纽基本水布垭水利枢纽基本(jbn)资料资料第11页/共50页第十一页，共50页。2022-4-1812姆里卡水电站位于姆里卡水电站位于(wiy)印度尼西亚爪哇岛中部的塞拉尤印度尼西亚爪哇岛中部的塞拉尤(Serayu)河上。主坝为心墙土石坝，最大坝高河上。主坝为心墙土石坝，最大坝高110m。 第12页/共50页第十二页，共50页。2022-4-1813第13页/共50页第十三页，共50页。2022-4-1814西北口面板堆石坝作为西

5、北口面板堆石坝作为“七五七五”国家重点科技攻关的试验坝，结合实际工程国家重点科技攻关的试验坝，结合实际工程做了大量科研工作，并用之于工程实际。做了大量科研工作，并用之于工程实际。1988年年4月月23日至日至26日浇筑第一块日浇筑第一块面板试验块，获得成功，随后面板试验块，获得成功，随后(suhu)将此项成果移交给施工单位，在将此项成果移交给施工单位，在1989年年3-6月份浇筑其余各块，却出现严重裂缝事故，基本上呈水平走向，贯穿整月份浇筑其余各块，却出现严重裂缝事故，基本上呈水平走向，贯穿整个面板条块。当时引起一些人对面板坝的疑虑，甚至有的面板坝工程提出更个面板条块。当时引起一些人对面板坝的

6、疑虑，甚至有的面板坝工程提出更改坝型的问题，影响了面板坝的声誉。经过多次调查分析论证，认为其主要改坝型的问题，影响了面板坝的声誉。经过多次调查分析论证，认为其主要原因是原材料使用不当，施工工艺不严格，以及未及时养护等，只要认真对原因是原材料使用不当，施工工艺不严格，以及未及时养护等，只要认真对待，还是可以解决的。待，还是可以解决的。西北西北(xbi)口面板堆石坝口面板堆石坝第14页/共50页第十四页，共50页。2022-4-1815江西江西(jin x)(jin x)东津东津 88.5m 88.5m第15页/共50页第十五页，共50页。2022-4-1816兴山兴山古洞口古洞口 118m118

7、m第16页/共50页第十六页，共50页。2022-4-1817 1、结构特点：、结构特点：（1）稳定方面：不会沿坝基面整体滑动，失稳形式主要是）稳定方面：不会沿坝基面整体滑动，失稳形式主要是坝坡滑动或连同部分地基一起滑动；坝坡滑动或连同部分地基一起滑动；（2）渗流方面：坝体为散粒体结构，在上下游水位差作用）渗流方面：坝体为散粒体结构，在上下游水位差作用下经坝体和地基向下游渗透，产生渗透压力和渗透变形下经坝体和地基向下游渗透，产生渗透压力和渗透变形，严重时会导致坝体失事；，严重时会导致坝体失事；（3）冲刷方面：颗粒间粘结力小，因此土石坝抗冲能力）冲刷方面：颗粒间粘结力小，因此土石坝抗冲能力(nn

8、gl)较低；）较低；）（4）沉降方面：颗粒间存在孔隙，受力后产生沉陷；）沉降方面：颗粒间存在孔隙，受力后产生沉陷； 二、结构二、结构(jigu)特点及优缺特点及优缺点点第17页/共50页第十七页，共50页。2022-4-18181 1坝体、坝基的透水性坝体、坝基的透水性挡水时：由于上、下游水位差的作用，水将经坝体和坝基的挡水时：由于上、下游水位差的作用，水将经坝体和坝基的颗粒孔隙向下游渗透。颗粒孔隙向下游渗透。1 1）使水库的水量大量流失；）使水库的水量大量流失；2 2）而且还会引起坝体或坝基产生管涌、流土等渗透变形，）而且还会引起坝体或坝基产生管涌、流土等渗透变形，导致溃坝事故。以坝体浸润线

9、为界，线上的土为非饱和状态导致溃坝事故。以坝体浸润线为界，线上的土为非饱和状态，线下土体则呈饱和状态。饱和土体，其抗剪强度指标也将，线下土体则呈饱和状态。饱和土体，其抗剪强度指标也将相应降低，对坝坡稳定不利。相应降低，对坝坡稳定不利。为此，应设置为此，应设置(shzh)(shzh)防渗和排水措施，以减少水库的渗漏防渗和排水措施，以减少水库的渗漏损失和保证坝坡的稳定性。损失和保证坝坡的稳定性。 二、土石坝的工作二、土石坝的工作(gngzu)特点特点 第18页/共50页第十八页，共50页。2022-4-1819第19页/共50页第十九页，共50页。2022-4-18202 2土石坝的局部失稳定破坏

10、形式土石坝的局部失稳定破坏形式土石坝是松散的土石料填筑，坝体剖面土石坝是松散的土石料填筑，坝体剖面(pumin)(pumin)需要需要做成上、下游边坡较平缓的梯形断面。做成上、下游边坡较平缓的梯形断面。由于由松散颗粒组成，其失稳是以局部坝坡坍塌的形由于由松散颗粒组成，其失稳是以局部坝坡坍塌的形式出现。式出现。当坝坡太陡或土体的抗剪强度指标较小时，在渗透压当坝坡太陡或土体的抗剪强度指标较小时，在渗透压力和土体上部重力的作用下，局部坝坡土体（包括坝力和土体上部重力的作用下，局部坝坡土体（包括坝基土体）将向坡外滑移，简称滑坡。基土体）将向坡外滑移，简称滑坡。为了保持坝坡稳定，需设置较平缓的上、下游坝

11、坡。为了保持坝坡稳定，需设置较平缓的上、下游坝坡。因此，应根据地形、地质条件和筑坝材料等因素选择因此，应根据地形、地质条件和筑坝材料等因素选择适宜的坡。适宜的坡。使坝体：保证安全稳定、经济合理。使坝体：保证安全稳定、经济合理。第20页/共50页第二十页，共50页。2022-4-18213 3抗冲性能差抗冲性能差坝体材料是松散的颗粒：坝体材料是松散的颗粒： 当洪水漫过坝顶时，水流必然会携带土粒流失当洪水漫过坝顶时，水流必然会携带土粒流失，从而引起坝体局部破坏或整体溃决。，从而引起坝体局部破坏或整体溃决。例如，例如，19751975年年8 8月，我国淮河上游两座土坝月，我国淮河上游两座土坝(t (

12、t b)b)，因溢洪道泄洪能力不足发生洪水漫顶而溃，因溢洪道泄洪能力不足发生洪水漫顶而溃坝。坝。 由于波浪的作用，必然导致坡面土料的流失和由于波浪的作用，必然导致坡面土料的流失和坍塌，削弱坝体剖面尺寸，对坝体稳定不利。坍塌，削弱坝体剖面尺寸，对坝体稳定不利。设计中，要求：设计中，要求：1 1）坝体应有足够的超高）坝体应有足够的超高2 2）坝坡应有相应的防冲措施。）坝坡应有相应的防冲措施。3 3）保证泄洪措施有足够的泄洪能力。）保证泄洪措施有足够的泄洪能力。 第21页/共50页第二十一页，共50页。2022-4-18224 4坝体沉陷量大坝体沉陷量大坝体材料是松散的颗粒：坝体材料是松散的颗粒：由

13、于坝体土料、石料之间的孔隙存在，坝体是可压由于坝体土料、石料之间的孔隙存在，坝体是可压缩的。缩的。尽管在筑坝时要求分层填筑、逐层压实，但坝体的尽管在筑坝时要求分层填筑、逐层压实，但坝体的沉陷仍然是不可避免的。当坝基为土基时，沉陷值沉陷仍然是不可避免的。当坝基为土基时，沉陷值将更大。将更大。过大的沉陷将会降低坝顶的设计高程；而不均匀的过大的沉陷将会降低坝顶的设计高程；而不均匀的沉陷将使坝体产生纵向、横向和各种走向的裂缝，沉陷将使坝体产生纵向、横向和各种走向的裂缝，危及坝身安全。观测资料表明，竣工危及坝身安全。观测资料表明，竣工(jngng)(jngng)后的后的坝体沉陷仍可达到坝高的坝体沉陷仍可

14、达到坝高的0.5%0.5%1.0%1.0%左右。左右。因此，在设计坝顶高程时应适当考虑预留沉陷值因此，在设计坝顶高程时应适当考虑预留沉陷值 (1.0%)H(1.0%)H。第22页/共50页第二十二页，共50页。2022-4-1823优点：优点：（1）筑坝材料可以就地取材，可节省大量钢）筑坝材料可以就地取材，可节省大量钢材和水泥材和水泥(shun)，免修公路；，免修公路；（2）较能适应地基变形，对地基的要求比砼）较能适应地基变形，对地基的要求比砼坝要低；坝要低；（3）结构简单，工作可靠，便于维修和加高）结构简单，工作可靠，便于维修和加高、扩建；、扩建；（4）施工技术简单，工序少，便于组织机械）施

15、工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工。化快速施工。三、土石坝的优缺点三、土石坝的优缺点 第23页/共50页第二十三页，共50页。2022-4-1824缺点：缺点：1、坝身一般不能溢流，需另设溢洪道；、坝身一般不能溢流，需另设溢洪道；2、施工导流不如混凝土坝方便；、施工导流不如混凝土坝方便；3、对防渗要求高，因为剖面大，所以填筑量、对防渗要求高，因为剖面大，所以填筑量大而且施工容易受季节大而且施工容易受季节(jji)影响影响 。第24页/共50页第二十四页，共50页。2022-4-1825四、土石坝组成四、土石坝组成(z chn)及设计要求及设计要求坝身坝身防渗体防渗体排水设备排水设备(s

16、hbi)(shbi)护坡护坡(hp)(hp)坝身坝身是土石坝的主体，坝的稳定主要靠它维持；是土石坝的主体，坝的稳定主要靠它维持；防渗体防渗体的作用是防止渗透破坏和减少渗透水量；的作用是防止渗透破坏和减少渗透水量；排水设备排水设备的作用是安全地排除渗透水，增强下游坝坡的稳定性；的作用是安全地排除渗透水，增强下游坝坡的稳定性；护坡护坡的作用是防止波浪、冰层、温度变化、雨水和水流等对坝的作用是防止波浪、冰层、温度变化、雨水和水流等对坝坡的破坏。坡的破坏。1 1、土石坝组成、土石坝组成第25页/共50页第二十五页，共50页。2022-4-1826坝体结构图坝体结构图护坡护坡(hp)排水设备排水设备(s

17、hbi)第26页/共50页第二十六页，共50页。2022-4-1827第27页/共50页第二十七页，共50页。2022-4-1828206206座土石坝事故座土石坝事故(shg)(shg)原因分析原因分析破坏原因破坏原因占总溃坝的占总溃坝的% %洪水漫顶洪水漫顶3030渗透破坏渗透破坏2525沿管道渗漏沿管道渗漏1313滑滑 坡坡1515护护 坡坡5 5其其 它它7 7原因不明原因不明5 5第28页/共50页第二十八页，共50页。2022-4-18291）具有足够的断面维持）具有足够的断面维持(wich)坝坡的稳定坝坡的稳定。2 2、设计基本、设计基本(jbn)(jbn)要求要求：边坡稳定和坝

18、基稳定是土石坝安全的基本保证。边坡稳定和坝基稳定是土石坝安全的基本保证。施工期、水库水位降落以及地震作用在坝坡的荷载施工期、水库水位降落以及地震作用在坝坡的荷载和土石料的抗剪强度和土石料的抗剪强度(qingd)(qingd)指标都将发生变化指标都将发生变化，应分别计算。，应分别计算。第29页/共50页第二十九页，共50页。2022-4-18302、设置良好的防渗和排水设施、设置良好的防渗和排水设施(shsh)以控制以控制渗流。渗流。土石坝挡水后，坝体内形成渗流，饱和区土石料承受土石坝挡水后，坝体内形成渗流，饱和区土石料承受上浮力，减轻了抵抗上浮力，减轻了抵抗(dkng)(dkng)滑动的有效重

19、量；滑动的有效重量；浸水后土石料的抗剪强度降低；渗流力可对坝坡形成浸水后土石料的抗剪强度降低；渗流力可对坝坡形成不良作用；渗流从坝坡、坝基或河岸逸出时可能引起不良作用；渗流从坝坡、坝基或河岸逸出时可能引起管涌、流土等渗流破坏。管涌、流土等渗流破坏。设置防渗和排水设施可以控制渗流范围、改变渗流方设置防渗和排水设施可以控制渗流范围、改变渗流方向、减小渗流的逸出坡降以增加坝坡、坝基和河岸的向、减小渗流的逸出坡降以增加坝坡、坝基和河岸的抗滑和抗渗稳定，还有利于减小坝体和坝基的渗流量抗滑和抗渗稳定，还有利于减小坝体和坝基的渗流量。第30页/共50页第三十页，共50页。2022-4-18313、根据现场条

20、件选择好土石料的种类、坝的结、根据现场条件选择好土石料的种类、坝的结构以及构以及(yj)各种土石料在坝体内的配置，选择各种土石料在坝体内的配置，选择好坝体各部分的填筑压实标准，达到技术经济好坝体各部分的填筑压实标准，达到技术经济合理性；合理性；4、具有足够的泄洪能力，坝顶在洪水位以上要、具有足够的泄洪能力，坝顶在洪水位以上要有足够的安全超高，以防洪水漫顶，造成大坝有足够的安全超高，以防洪水漫顶，造成大坝失事。失事。第31页/共50页第三十一页，共50页。2022-4-18325、适当的构造、适当的构造(guzo)措施，使坝运用可靠、耐久措施，使坝运用可靠、耐久。在库水位变化范围内，上游坝面应有

21、坚固的护坡，防止波在库水位变化范围内，上游坝面应有坚固的护坡，防止波浪冲击和淘刷；浪冲击和淘刷；下游坝坡应能防止雨水的冲刷下游坝坡应能防止雨水的冲刷(chngshu)破坏作用。保破坏作用。保护坝内粘性土料，防止夏季日晒、冬季冻胀等形成裂缝。护坝内粘性土料，防止夏季日晒、冬季冻胀等形成裂缝。对压缩性大的土料应采取工程措施减少沉降和不均匀沉降对压缩性大的土料应采取工程措施减少沉降和不均匀沉降，避免裂缝的形成和发展。，避免裂缝的形成和发展。第32页/共50页第三十二页，共50页。2022-4-1833五、类型五、类型(lixng)第33页/共50页第三十三页，共50页。2022-4-18342、按施

22、工方法分：、按施工方法分：碾压式土石坝；碾压式土石坝；冲填式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝；水中填土坝；定向定向(dn xin)爆破堆石坝。爆破堆石坝。第34页/共50页第三十四页，共50页。2022-4-1835碾压式土石坝碾压式土石坝:用堆石或砂砾石分层碾压填筑成坝体。用堆石或砂砾石分层碾压填筑成坝体。它具有透水性好，抗震性能强，排水性好，地它具有透水性好，抗震性能强，排水性好，地震时不会产生孔隙水压力，不会液化或坝坡失震时不会产生孔隙水压力，不会液化或坝坡失稳。施工导流方便，坝体可过水。施工受雨季稳。施工导流方便，坝体可过水。施工受雨季影响小，可分期施工的优点。影响小，可分期施工的优点

23、。近二十多年来，随着大型碾压机械近二十多年来，随着大型碾压机械(jxi)的采用的采用，使得这种坝型得到最广泛的应用。本章将重，使得这种坝型得到最广泛的应用。本章将重点介绍这种坝型的设计。点介绍这种坝型的设计。第35页/共50页第三十五页，共50页。2022-4-1836振动(zhndng)碾第36页/共50页第三十六页，共50页。2022-4-1837坝面碾压(nin y)第37页/共50页第三十七页，共50页。2022-4-1838冲填式土石坝冲填式土石坝:水力水力(shul)冲填坝是利用水力冲填坝是利用水力(shul)和简和简易的水力易的水力(shul)机械完成土料开采、运输和机械完成土料

24、开采、运输和填筑等主要工序而筑成的坝型。具体地说，填筑等主要工序而筑成的坝型。具体地说，是用高压水枪驱动高压水流向料场的土料喷是用高压水枪驱动高压水流向料场的土料喷射冲击，使之成为泥浆，然后通过泥浆泵和射冲击，使之成为泥浆，然后通过泥浆泵和输浆管把浆液输送到坝体预定位置分层淤积输浆管把浆液输送到坝体预定位置分层淤积、沉淀、排水和固结后形成的坝型。、沉淀、排水和固结后形成的坝型。我国西北地区创造的水坠坝与这种坝型的施我国西北地区创造的水坠坝与这种坝型的施工原理相似，其料场位于坝顶高程以上的山工原理相似，其料场位于坝顶高程以上的山体，泥浆输送是利用浆液的重量经沟渠自流体，泥浆输送是利用浆液的重量经

25、沟渠自流到坝面，因而有学者也把水坠坝归类为水力到坝面，因而有学者也把水坠坝归类为水力(shul)冲填坝。这种坝型因施工质量难以保冲填坝。这种坝型因施工质量难以保证应用较少。证应用较少。第38页/共50页第三十八页，共50页。2022-4-1839水中填土坝水中填土坝:水中填土坝是将易于崩解的土料分层水中填土坝是将易于崩解的土料分层倒入静水中，依靠土体自身重量倒入静水中，依靠土体自身重量(zhngling)和运输工具压实而成。和运输工具压实而成。施工时，一般在施工仓面上用堤埝围埂施工时，一般在施工仓面上用堤埝围埂分格，并在格中灌水倒土逐层填筑。分格，并在格中灌水倒土逐层填筑。第39页/共50页第

26、三十九页，共50页。2022-4-1840定向爆破堆石坝定向爆破堆石坝:这种坝型是在坝肩山体的预定位置开挖这种坝型是在坝肩山体的预定位置开挖洞室，埋放炸药，引爆后使土石料按照物洞室，埋放炸药，引爆后使土石料按照物体平抛运动的轨迹抛到预定的设计位置，体平抛运动的轨迹抛到预定的设计位置，完成大部分坝体填筑，再经过加高修复而完成大部分坝体填筑，再经过加高修复而形成的坝型。形成的坝型。这种筑坝方法由于爆破力很大，可能造这种筑坝方法由于爆破力很大，可能造成坝址附近地质成坝址附近地质(dzh)构造破坏等方面构造破坏等方面问题，因而，一般采用较少。我国已建成问题，因而，一般采用较少。我国已建成这种土坝或堆石

27、坝约有这种土坝或堆石坝约有40余座，最高的余座，最高的有陕西石砭峪水库大坝，坝高有陕西石砭峪水库大坝，坝高82.5m，广，广东乳源南水电站的主坝，坝高东乳源南水电站的主坝，坝高81.3m。第40页/共50页第四十页，共50页。2022-4-1841l均质坝；均质坝；l土质防渗体分区坝（土质心墙坝、土质斜墙土质防渗体分区坝（土质心墙坝、土质斜墙坝、多种土质坝）；坝、多种土质坝）；l非土质材料非土质材料(cilio)防渗体坝（人工材料防渗体坝（人工材料(cilio)心墙坝、人工材料心墙坝、人工材料(cilio)面板坝面板坝）。）。碾压式土石坝：碾压式土石坝：按土料在坝身内的配置和防渗体所用按土料在

28、坝身内的配置和防渗体所用(su yn)的材料种类分为：的材料种类分为：第41页/共50页第四十一页，共50页。2022-4-1842坝身的绝大部分由一种主料筑成，整个剖面起防渗和稳定作用。低坝坝身的绝大部分由一种主料筑成，整个剖面起防渗和稳定作用。低坝多采用均质坝。多采用均质坝。 优点：材料单一，施工简单优点：材料单一，施工简单(jindn)； 缺点：当坝身材料粘性较大时，雨季或冬季施工较困难。缺点：当坝身材料粘性较大时，雨季或冬季施工较困难。第42页/共50页第四十二页，共50页。2022-4-1843岳城水库建设地点在河北磁县，所在河流为漳河，控制岳城水库建设地点在河北磁县，所在河流为漳河

29、，控制(kngzh)流域面积流域面积18100 平方公里。平方公里。主坝坝型为均质土坝，最大坝高主坝坝型为均质土坝，最大坝高53米，坝顶长度米，坝顶长度3570米，米，坝基岩石为砂砾石复盖层，坝体工程量坝基岩石为砂砾石复盖层，坝体工程量2900万立米，主要万立米，主要泄洪方式岸边溢洪道，大坝特点是坝下泄洪洞（涵管）。泄洪方式岸边溢洪道，大坝特点是坝下泄洪洞（涵管）。第43页/共50页第四十三页，共50页。2022-4-1844用透水性较好用透水性较好的砂石料作坝的砂石料作坝壳，以防渗性壳，以防渗性较好的土质较好的土质(t zh)做防渗体做防渗体。设在坝中央的设在坝中央的防渗墙坝称为防渗墙坝称为心墙坝或斜心心墙坝或斜心墙坝；墙坝；设在靠近上游设在靠近上游面的防渗墙坝面的防渗墙坝称为斜墙坝。称为斜墙坝。第44页/共50页第四十四页，共50页。2022-4-1845碧口水电站建在甘肃文县白龙江，控制流域面