土石坝课程设计

1、土石坝课程设计目录一、基本资料11.1坝址区自然条件11.2坝址区地质条件21.3建筑材料物理力学指标31.4其它资料4二、枢纽布置62.1坝轴线选择62.2坝型选择62.3挡水建筑物布置72.4泄水建筑物7三、剖面设计73.1坝坡确定83.2坝顶高程83.3坝顶宽度143.4基本剖面15四、土料设计154.1土料设计154.2填筑标准设计16五 、防渗排水设计175.1渗流计算175.2防渗排水设施设计235.3抗渗稳定验算255.4计算渗透压力26六 、土石坝稳定计算266.1计算原理-瑞典圆弧法266.2计算工况28七、土石坝的地基处理427.1河床部分437.2坝肩处理43八、土石坝两

2、岸连接建筑物设计448.1坝体与坝基及岸坡的连接448.2坝体与混凝土建筑物的连接45九 、土石坝细部构造设计479.1坝顶构造479.2护坡及排水479.3防渗体设计499.4反滤层和过滤层499.5堆石棱体排水尺寸52参考文献5253一、基本资料小浪底水利枢纽工程是以防洪（包括防凌）、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电、蓄清排浑，除害兴利的综合利用的水利枢纽。小浪底水利枢纽工程属一等工程，主要建筑物为1级，按千年一遇洪水设计，洪峰流量为40000m3/s（三门峡水库不控制的情况下）。水库防洪限制水位275m，总库容126.5亿m3，长期有效库容51亿m3为不完全年调节水库。电站总装机容量180

3、万千瓦，正常运用期的保证出力为30万千瓦。1.1坝址区自然条件小浪底工程位于黄河中游最后一个峡谷的出口，上距三门峡水库130km，下游是黄淮海平原。坝址处河道自西向东，水面宽约200m，河床底宽400m600m，河床最低高程约130m，河滩分布在南岸。距离地面十米处的风速为15m/s，吹程为6km。本地区地震基本烈度为7度，挡水建筑物要求按8度地震烈度设计，非挡水建筑物设防烈度为7度，峰值加速度为0.215g。混凝土与基岩之间的抗剪摩擦系数f=0.65。由于受地形、气候、产流条件的影响，黄河径流的地区分布很不平衡。大部分径流来自兰州以上及龙门到三门峡区间。受大气环流和季风的影响，黄河径流的年际

4、变化较大，年内分配很不均衡。干流及较大支流汛期径流量占全年的60%左右，每年3月份-6月份，径流量只占全年的10%-20%，小浪底水利枢纽控制黄河90%的水量。黄河流域的洪水主要由暴雨形成，发生时间为6-10月，其中大洪水和特大洪水的发生时间，兰州以上一般在7月-9月，三门峡-花园口之间在7月中旬到8月中旬。黄河洪水的洪峰形式，上游为矮胖型，洪水历时较长，洪峰较低。中游洪水形式为高瘦型，洪水历时较短，洪峰较高。小浪底枢纽2000年水平年设计多年平均年径流为277.6亿m3，设计年均输沙量13.5亿t，年平均含沙量48.6kg/m3，在天然情况下汛期7月9月来沙量占85%。不同频率的洪峰流量见下

5、。表1-1 不同频率的洪峰流量表频率0.010.11洪峰流量（Q/m3）523004000027500黄河径流的泥沙含量居世界首位，多年平均含沙量37.6kg/m3，多年平均输沙量13.51亿T。在一年之中，泥沙主要集中在汛期，干流站7-9月沙量占全年沙量的80%左右，支流站接近100%；汛期沙量又集中在几次暴雨洪水之中。黄河泥沙约有1/4沉积在下游河床，致使下游河床每年以10cm速度抬高。小浪底水利枢纽控制近100%的沙量。1.2坝址区地质条件小浪底工程坝址河床覆盖层最深达74m。坝址区出露基岩为二、三叠系砂岩和黏土岩互层，坝址左岸岸坡较陡，由紫红色砂岩夹薄层黏土岩组成，基岩出露高程为290

6、m300m，出露的地程其上为黄土覆盖，厚10m20m。坝址右岸岸坡较缓，离河岸较远处基岩出露高程为380m400m，由青灰色砂岩和紫红色黏土岩组成。坝址区断裂构造发育，沿坝轴线有13条断层，其中对大坝影响较大的F1断层位于河床右岸岸边，走向大致与河道平行，断层带物质为断层泥、角砾及岩粉，为一隔水断层。河床砂卵石覆盖层厚度一般为30m40m，最厚约80m，河床右侧覆盖层下有一基岩陡坎，坝轴线处陡坎高45m，坎的坡度约为1：0.35，向上游陡坎逐渐变缓直至消失。坝址区两岸及坝肩基岩泥化夹层发育，其抗剪强度指标：f=0.230.28，C=10 kpa。夹层抗剪强度低，给坝体、坝肩均带来严重的稳定问题

7、。1.3 建筑材料物理力学指标黏土在天然状态下：黏粒含量30%40%；天然含水量23%24%；塑性指数1517；不均匀系数50；有机质含量0.4%；水溶盐含量2%；塑限17%19%；比重2.72.72。扰动后的主要物理力学指标为干容重15.0kN/m3;饱和容重19.0kN/m3；浮容重11.0kN/m3；渗透系数1×10-6cm/s。砂砾石渗透系数3×10-3cm/s；内摩擦角：=25°；比重2.72，不均匀系数=15。表1-2 不同砾石含量设计干容重参考值表大于5mm的含砾量P（%）102021303140415051606170设计干容重（kN/m3）17.

8、0017.5018.5019.0019.5020.001.4其它资料1.4.1 工程规模小浪底水利枢纽位于三门峡水利枢纽下游130公里、河南省洛阳市以北40公里的黄河干流上，下距郑州花园口128公里，工程以防洪（包括防凌）、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电、蓄清排浑，除害兴利，枢纽是由拦河大坝及泄水排沙等建筑物组成。拦河大坝总长1667m，泄洪建筑物由泄洪底孔和溢洪道组成，溢洪道布置3孔闸门，闸门尺寸11.5×17.5m。工程总库容126.5亿m3，按水利部、能源部颁布的水利水电工程的分等分级指标，确定枢纽为等工程，主要建筑物为1级，次要建筑物为2级，临时建筑物为3级。洪水设计标准按千

9、年一遇设计，万年校核。1.4.2 水文、水利计算及调洪演算成果经洪水调节计算，确定的水库特征水位及库容成果如下表所示：表1-3 水库水位与库容表序号项 目单位数值备 注1 死水位m230.02 汛限水位m252.03 正常蓄水位m275.04 设计洪水位m274.0P=0.1%5 校核洪水位m275.0P=0.01%6 下游最高水位m141.57防洪库容亿m340.5 8有效库容亿m351.09 初始库容亿m317.110 总库容亿m3126.511溢洪道泄流量m3/s3700P=0.01%根据水库防洪要求，遇千年一遇洪水，库水位274m，要求总泄流量不得小于13480m3/s；遇万年一遇洪水

10、，库水位275m，要求总泄流量不得小于17000 m3/s，并应留有足够的余地。工程坝体部分设有9孔泄洪洞,泄流能力为13500 m3/s。二、枢纽布置2.1坝轴线选择图2-1 所选坝址纵剖面图2.2坝型选择所选的坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩石透水性大，基岩的强度较底，且不完整。从地质条件看不宜建拱坝。支墩坝本身的应力较高，对地基的要求也很高，在这种地质条件下修建支墩坝也是不可能的。较高的混凝土重力坝也要求修建在岩石基础上，因此也是不可行的。而土石坝适应地基变形能力较强，对地基的要求较低。从当地的材料来看材料比较丰富，土石坝又有就地取材特点。通过各种不同的坝型进行定性的分析比较，综合考虑

11、地形条件、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝的方案2.3挡水建筑物布置挡水建筑物采用土石坝，按直线布置，坝布置在河弯地段上。2.4泄水建筑物泄水建筑物采用溢洪道，溢洪道布置在坝体的左侧。枢纽总布置图见下图：图2-1 枢纽总平面布置图三、剖面设计土石坝的基本剖面根据坝高、坝的等级、坝型、筑坝材料特性、坝基情况以及施工、运行条件等。根据设计规范的要求及参照已建工程的经验数据，并考虑本工程的具体情况，然后通过渗流和稳定分析检验，最终确定合理的剖面形状，对本工程的各项数据设计如下。3.1坝坡确定土石坝坝坡的大小取决于坝型、坝高、筑坝材料、荷载、坝基性质等因素，且直接影响到坝体

12、的稳定和工程量大小。根据SL2742001碾压式土石坝设计规范规定：高度在30m以下的为低坝，高度在3070m之间的土石坝坝高为中坝，高度超过70m的为高坝。由于小浪底水库属于等工程，以防洪发电为主，校核洪水位为275m，水库最低高程为130m，坝高至少150m，预估为高坝，故本坝采用五级变坡。（1）上游坝坡坡率：从坝踵至坝顶依次为1:3.5,1：3.,1:3,1:3,1:2.5；（2）下游坝坡坡率：从坝顶至坝趾依次为1:2.5,1:2.5,1:2.5，1:2.5,1:2.5（3）上游马道：因土石坝高程相隔1030m之间设马道，故第一级马道高程为161.5m，第二级马道高程191.50m，第三

13、级马道高程221.50m，第四级马道高程251.50m，马道宽度取2.0m。（4）下游马道：第一级马道高程为251.50m，第二级马道高程221.50m，第三级马道高程191.50m，第四级马道高程161.50m，马道宽度取2.0m。3.2坝顶高程坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下4种运用条件计算，取其最大值：设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高再加地震安全加高（根据地震烈度和坝前水深情况，地震涌浪高度可取为0.51.5m，取自水工建筑物第五版中国水利水电出版社P218）。当坝

14、顶上游侧设有防浪墙时，坝顶超高是指水库静水位与防浪墙顶顶之间的高差，但在正常运用条件下，坝顶应高出静水位0.5m，在非常运用条件，坝顶不得低于静水位。坝顶超高d按式（1-1）计算，对特殊重要的工程，可取d大于此计算值。d=R+e+A （1-1）式中：R-为波浪在坝顶上的设计爬高，m； e-为风浪引起的坝前水位壅高，m； A-安全加高，m，根据坝的级别按表1-1选用，其中非常运行条件（a）适用于山区、丘陵区，非常运行条件（b）适用于平原区、滨海区。对于安全级别为1级的坝，正常运行条件下的安全超高为1.5m，非正常运行条件的超高为0.7m。查碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）按式（1-2

15、）算得风壅高度： e=KW2D2gHmcos （1-2） 式中：e 计算处的风壅水面高度，m；D 风区长度，m；K 综合摩阻系数，其值在（1.55.0）×10-6之间，计算时一般取3.6×10-6 计算风向与坝轴线法线的夹角,0°；W 计算风速, m/s. 在正常运用情况，12级坝，取W=(1.52.0)Wmax，35级坝取1.5Wmax；取W=Wmax。Wmax坝址多年平均最大风速。坝前平均水深，m。正常运用条件（正常蓄水位和设计洪水位）风区有效吹程为D=6km，最大风速Wmax=15m/s，计算风速W0在正常运用情况下取多年平均年最大风速的2倍为30m/s。则

16、风壅高度：e=KW2D2gHmcos=3.6×10-6×302×60002×9.8×145×1=6.8×10-3m波浪爬高R是波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度（从风壅水面算起）。其值以莆田公式计算为宜。采用莆田公式计算波浪爬高应首先计算平均爬高Rm，再换算成所需概率的爬高Rp。ghmW2=0.13th0.7gHmW20.7th0.0018gDW20.450.13th0.7gHmW20.7 解得 hm =1.08m Tm=4.438hm2=4.43×1.082=4.61s平均波长按式Lm=gTm22th2HLm对于深水

17、波，即当H0.5Lm时，上式可简化为Lm=gTm22=9.81×4.6122×3.14=33.16m式中 Lm-平均波长，m； H-坝迎水面前水深，m。根据水位推算，拟用5级折坡，拟设上游等效坡率为1:3.0（具体计算见下面坡率分析）当坝坡的单坡系数m=1.55.0时，平均爬高可按下式计算 Rm=KKWhmLm1/21+m21/2=0.8×1.0×1.08×33.161/21+321/2=1.513m将平均爬高换算成频率为1%的设计爬高，由表1-2可知hm=1.08m ,H=145m,hmH=1.08145=7.4×10-3<0

18、.1,当P=1%时，RpRm=2.23,推R1%=2.23×1.51=3.37m。式中 K-坝面糙率渗透系数，按表1-3选用，采用砌石护面，取K=0.8； Kw-经验系数，按表1-4选用，计算风速W=30m/s，Hm=145m，WgHm=3037.72=0.79，取 Kw=1.0； hm，Lm-平均波高和平均波长，m； m-坝坡系数，当静水位附近变坡且设马道时，应采用折坡系数me代替m，折算坡度1me=12（1m上+1m下），m上、m下为变坡处马道以上、马道以下坝坡系数。由上面计算可知，安全加高为d=R+e+A=3.37+0.007+1.5=4.88m 非常运用条件（校核洪水位）风区

19、有效吹程为D=6km，最大风速Wmax=15m/s，计算风速Wf在正常运用情况下取多年平均年最大风速Wf=15m/s。则风壅高度：e=KW2D2gHmcos=3.6×10-6×152×60002×9.8×145×1=1.71×10-3m波浪爬高R是波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度（从风壅水面算起）。其值以莆田公式计算为宜。采用莆田公式计算波浪爬高应首先计算平均爬高Rm，再换算成所需概率的爬高Rp。ghmW2=0.13th0.7gHmW20.7th0.0018gDW20.450.13th0.7gHmW20.7 解得 hm =0.

20、50m Tm=4.438hm0.5=4.43×0.50.5=3.14s平均波长按式Lm=gTm22th2HLm对于深水波，即当H0.5Lm时，上式可简化为Lm=gTm22=9.81×3.1422×3.14=15.40m式中 Lm-平均波长，m； H-坝迎水面前水深，m。 Rm=KKWhmLm1/21+m21/2=0.8×1.0×0.5×15.401/21+321/2=0.70m将平均爬高换算成频率为1%的设计爬高，由表1-2可知hm=0.50m ,H=145m,hmH=0.50145=3.4×10-3<0.1,当P=1

21、%时，RpRm=2.23,推R1%=2.23×0.70=1.57m。式中 K-坝面糙率渗透系数，按表1-3选用，采用砌石护面，取K=0.8； Kw-经验系数，按表1-4选用，计算风速W=15m/s，Hm=145m，WgHm=1537.72=0.395，取 Kw=1.0； hm，Lm-平均波高和平均波长，m； m-坝坡系数，当静水位附近变坡且设马道时，应采用折坡系数me代替m，折算坡度1me=12（1m上+1m下），m上、m下为变坡处马道以上、马道以下坝坡系数。由上面计算可知，安全加高为d=R+e+A=1.57+0.002+0.7=4.07m坝高计算如表1-5由上表可知坝顶高程由正常蓄

22、水位+正常运用可得，故取坝顶高程为279.88，故坝高为279.88-130=149.88m。由碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）可知，设计的坝顶高程是针对坝沉降稳定以后的情况而言，因此竣工时的坝顶高程应预留足够的沉降量。根据以往工程经验，土质防渗体分区坝预留沉降量一般为坝高的1%。因此竣工时的坝高为149.88+149.88×1%=151.38m，取坝高为151.5m。3.3坝顶宽度坝顶宽度取决于交通、防汛、施工及其他专门性要求。当坝顶有交通要求时，应按交通部门的有关规定执行；如无特殊要求，对于高坝，100以上，坝顶宽度B=H可选用1015m，对于100m以下，B=H/1

23、0，可选用510m。综上所述，此次设计坝顶高程B=151.5=12.3m，取坝顶宽度为12m。3.4基本剖面四、土料设计4.1土料设计4.1.1土石料的选择（1）选材原则。就近取材，充分利用坝区开以内的土料不能开挖；开采运输方便，压实经济合理；质量合格，储量足够（一般应为需要量的2倍以上）。（2）一般要求。具有与使用目的相适应的工程性质，例如，防渗料具有足够的防渗性；坝壳料具有较高的强度；反滤料、过渡料、下游坝壳水下部分土石料具有良好的排水性能等。土石料的工程性质在长期内保持稳定，例如，在大气和水的长期作用下不致风化变质；在长期渗流作用下不致因可溶盐溶滤形成集中渗水通道；在高水头作用下有足够的

24、抗渗流稳定性；在地震等循环荷载作用下不会产生过大的孔隙水压力等。具有良好的压实性能，例如，防渗体土料的含水率接近最优含水率；无影响压实的超径材料；填土压实后有较高的承载力；有利于施工机械的正常运行等。4.1.2根据所给的资料：（1）黏土扰动后的主要物理力学指标为干容重15.0kN/m3;饱和容重20.5kN/m3；浮容重11.0kN/m3；渗透系数1×10-6cm/s=0.000864m/d；（2）砂砾石渗透系数3×10-3cm/s=2.592 m/d，内摩擦角：=25°；比重2.72，不均匀系数=15。取重度为20kN/m34.2填筑标准设计土石坝填筑标准应根据

25、以下因素综合研究确定：坝的级别、高度、坝型和坝的不同部位；土石料的压实特性和采用的压实机具；坝料的填筑干密度和含水率与力学性质的关系，以及设计对土石料力学性质的要求；土料的天然干密度，天然含水率，以及土料进行干燥或湿润处理的程度；当地气候条件对施工的影响；设计地震烈度及其他动荷载作用；坝基土的强度和压缩性；不同填筑标准对造价和施工难易程度的影响。我国碾压式土石坝设计设计规范（SL274-2001）对黏性土的填筑标准作出规定，土石坝施工时所用填筑黏性土的压实度应符合下列要求：1级、2级坝和高坝的压实度应为98%100%，3级中、低坝及3级以下的中坝压实度应为96%98%。砂砾石和砂的填筑标准应以

26、相对密度为设计控制指标，并应符合下列要求：砂砾石的相对密度不应低于0.75，砂的相对密度不应低于0.70，反滤料宜为0.70。砂砾石中粗粒料含量小于50%时，应保证细料（小于5mm的颗粒）的相对密度也符合上述要求。五 、防渗排水设计5.1 渗流计算5.1.1 渗流计算水位 水库的特征水位如下表所示： 表5-1 水库的特征水位运行工况上游（m）下游(m)正常蓄水位275.00143.00设计洪水位274.00141.50校核洪水位275.00141.505.1.2 计算原理5.1.2.1水力学法试算正常蓄水位工况： 根据水工建筑物： 心墙的渗流量为 （a) 以及通过心墙下游坝壳的渗流量为 （b）

27、式中： k1、k2分别为心墙土料和坝壳土料的渗流系数，且分别取0.00864和2.592； 心墙上、下部的平均厚度，为36.5m; L渗流区长度，由设计的该心墙土石坝剖面图计算得出为377.2m.联立方程即可求出H、q。 经过试算可知：当H=14m时，q=0.247m³/d ,结果与理正公式法计算的渗流相近，满足要求。渗流计算应包括以下水位组合情况1. 上游正常蓄水位与下游相应的最低水位（无水）；2. 上游设计水位与下游相应的水位；3. 上游校核水位与下游相应的水位；（1）正常工况-计算项目: 渗流问题公式法 1- 计算条件 土堤顶部宽度b = 12.000(m)土堤顶部高度h =

28、151.500(m)上游坡坡率1:m1 = 3.000下游坡坡率1:m2 = 2.500堤身渗透系数k = 2.590(m/d)上游水位h1 = 145.000(m)下游水位h2 = 0.000(m)心墙上游堤顶宽度 = 0.000(m)心墙顶部宽度 = 6.000(m)心墙底部宽度 = 65.600(m)心墙渗透系数 = 0.001(m/d)不透水地基排水棱体高度 = 13.000(m)排水棱体宽度 = 2.000(m)棱体临水坡率 = 2.000 中间计算结果 L = 107633.070(m)L = 62.143(m)浸润线计算公式原点= 786.750(m)浸润线起点x坐标 = 435

29、.000(m)浸润线终点x坐标 = 786.789(m)注：中间计算结果的含义参见规范E.2.3条。 最终计算结果 h0 = 0.088(m)单位宽度渗流量: = 0.253(m3/d.m)浸润线计算结果:X(m)Y(m)心墙上游土堤段浸润线:438.642144.956442.284144.953445.927144.951449.569144.948453.211144.946心墙下游土堤段浸润线:488.7997.627548.3976.822607.9955.908667.5934.824727.1913.411786.7890.000（2）设计工况-计算项目: 渗流问题公式法 1-

30、计算条件 土堤顶部宽度b = 12.000(m)土堤顶部高度h = 151.500(m)上游坡坡率1:m1 = 3.000下游坡坡率1:m2 = 2.500堤身渗透系数k = 2.590(m/d)上游水位h1 = 144.000(m)下游水位h2 = 11.500(m)心墙上游堤顶宽度 = 0.000(m)心墙顶部宽度 = 6.000(m)心墙底部宽度 = 65.600(m)心墙渗透系数 = 0.001(m/d)不透水地基排水棱体高度 = 13.000(m)排水棱体宽度 = 2.000(m)棱体临水坡率 = 2.000 中间计算结果 L = 107636.070(m)L = 61.714(m)

31、浸润线计算公式原点= 786.750(m)浸润线起点x坐标 = 432.000(m)浸润线终点x坐标 = 795.567(m)注：中间计算结果的含义参见规范E.2.3条。 最终计算结果 h0 = 11.573(m)单位宽度渗流量: = 0.248(m3/d.m)浸润线计算结果: X(m) Y(m)心墙上游土堤段浸润线:436.203143.956440.406143.953444.608143.951448.811143.948453.014143.945心墙下游土堤段浸润线:487.57913.826549.17713.393610.77412.946672.37212.483733.969

32、12.001795.56711.500（3）校核工况计算项目: 渗流问题公式法 1- 计算条件 土堤顶部宽度b = 12.000(m)土堤顶部高度h = 151.500(m)上游坡坡率1:m1 = 3.000下游坡坡率1:m2 = 2.500堤身渗透系数k = 2.590(m/d)上游水位h1 = 145.000(m)下游水位h2 = 11.500(m)心墙上游堤顶宽度 = 0.000(m)心墙顶部宽度 = 6.000(m)心墙底部宽度 = 65.600(m)心墙渗透系数 = 0.001(m/d)不透水地基排水棱体高度 = 13.000(m)排水棱体宽度 = 2.000(m)棱体临水坡率 =

33、2.000 中间计算结果 L = 107633.070(m)L = 62.143(m)浸润线计算公式原点= 786.750(m)浸润线起点x坐标 = 435.000(m)浸润线终点x坐标 = 795.577(m)注：中间计算结果的含义参见规范E.2.3条。 最终计算结果 h0 = 11.574(m)单位宽度渗流量: = 0.251(m3/d.m)浸润线计算结果: X(m)Y(m)心墙上游土堤段浸润线:438.642144.956442.284144.954445.927144.951449.569144.949453.211144.946心墙下游土堤段浸润线:487.57313.856549.

34、17413.418610.77512.965672.37612.496733.97612.008795.57711.5005.2防渗排水设施设计5.2.1防渗设施设计大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面。（1） 坝体的防渗该坝体采用粘土心墙，心墙位于坝体中央或稍偏上游，其底部最小厚度由粘土的允许坡降而定，即不小于H/J，且不小于3m，其中H为作用水头，J为心墙土料的允许渗透坡降，当采用黏土、重壤土时，底厚应不小于H/8；采用中壤土、砂壤土时，不小于H/4 。参考以往工程的经验，心墙的顶部宽度取为 6m(满足大于3m机械化施工要求) ，粘土心墙的坝坡的坡度为1:0.31:0.15

35、之间，以便与坝壳紧密结合，本次设计取为 1:0.2，下游坡度取为 1:0.2，粘土心墙的顶部高程以校核水位加一定的超高 （超高 0.30.6m） 并高于校核洪水位为原则，最终取其墙顶高程为 148m，经计算底宽为65.2m，大于18m。墙顶的上部留有3.5m 的保护层。（2） 坝基防渗 由资料可知该坝基为砂砾石地基，对砂砾石地基防渗措施主要有开挖截水槽回填粘土、混凝土防渗墙、帷幕灌浆等措施。从材料来看由于附近粘土材料储量较少，故不适合采用粘土截水槽，又根据碾压式土石坝设计规范 （SL2742001），80m以内的砂砾石地基可采用混凝土防渗墙，由已知资料可得，该坝基河槽段砂砾石最大层厚为74m，

36、因此该坝基河床中部及两岸坡均采用混凝土防渗墙，根据水工建筑物教材，厚度取 1m，防渗墙伸入坝体防渗体的长度不小于 1/10 倍坝高，本次设计取 15m，防渗墙布置在心墙底面中部，根据“规范”规定墙体底部应深入岩基 0.51.0m，本次设计取 0.5m，岸坡混凝土防渗墙底高程沿岸坡逐渐变化。5.2.2排水设施设计 常用的坝体排水有以下几种形式：贴坡排水、棱体排水、坝内排水以及综合式排水。 （1）贴坡排水：不能降低浸润线，多用于浸润线较低和下游无水的情况，故不选用。 （2）棱体排水：可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护上游坝脚不受尾水冲刷，且有支撑坝体增加坝体稳定的作用，且易于检修，是效果较

37、好的一种排水形式。 （3）坝内排水：其中褥垫排水对不均匀沉降的适应性差，易断裂，且难以检修，当下游水位高过排水设施时，降低浸润线的效果将显著降低；网状排水施工麻烦，而且排水效果较褥垫排水差。 综合以上分析选择棱体排水方式。棱体式排水具体尺寸见细部构造。5.3抗渗稳定验算5.4.1总渗流量分析 计算工况计算项目正常（校核）水位设计洪水位上游水深H1145144棱体排水内坡1.5单宽流量q0.2530.248坝顶长1667总渗流量153939.12150896.845.4.2.稳定校核总渗流在正常（校核）蓄水时为153939.12/年，设计洪水时为150896.84m³/年，与其总库容相

38、比显然很小，该断面满足要求。 式中： H上游水深减去逸出水深，m； L渗流区长度，m。（1）正常工况J=HL=275-130377.18=0.38<J=1.5（允许渗透坡降，即流土临界坡降），故满足要求。（2）设计工况J=HL=274-141.5359.55=0.37<J=1.5，（允许渗透坡降，即流土临界坡降），故满足要求。（3）校核工况J=HL=275-141.5383.6=0.35<J=1.5,（允许渗透坡降，即流土临界坡降），故满足要求。5.4计算渗透压力动水压力方向与渗流方向相同，作用于单位土体上的渗流力可按下式计算。F=wJ式中w-水的重度；J-渗透坡降；H-上下

39、游水位差；L-渗径长度。六 、土石坝稳定计算6.1.计算原理-瑞典圆弧法Fenenius根据在瑞典岸边发生的圆弧滑动破坏，提出了瑞典条分法的边坡稳定分析方法是条分法中最简单的方法。除了假定滑裂面是个圆柱面外，还假定不考虑土条两侧的作用力，安全系数定义为每一土条在滑裂面上所提供的抗滑力矩之和与外荷载及滑动土体在滑裂面上所产生的滑动力矩和之比。由十不考虑条间力的作用，严格地说，对每一土条力的平衡条件是不满足的，对土条本身的力矩平衡也不满足，仅能满足整个滑动土体的整体力矩平衡条件。由此产生的误差，一般使求出的安全系数偏低10%20%，这种误差随着滑裂面圆心角和孔隙压力的增大而增大。尽管这种根据大胆假

40、设得出的简便方法有缺点，可是该方法简单明了，容易计算。瑞典法的推导通常采用总应力法。但同样可用有效应力法(考虑孔隙水压力)计算并按定义的安全系来推导公式。为了考虑条间力的作用，可假定每一土条两侧作用力的合力方向均和该土条底面平行，因此在进行土条底部法线方向力的平衡时，可以不予考虑。安全系数计算公式： (3.15)式中：W土条重量；Q、V分别表示水平和垂直地震惯性力（向上为正，向下为负）；作用土条底面的孔隙压力；条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；土条宽度；土条底面的有效应力抗剪强度指标；水平地震惯性力对圆心的力矩；R圆弧半径。该方法计算简单，通过长时间运用，积累了较丰富的经验，基本

41、能保证工程上的安全,此次计算采用瑞典圆弧法。6.2计算工况6.2.1当为正常蓄水位+下游无水时-计算简图控制参数:采用规范:碾压式土石坝设计规范(SL274-2001) 计算目标:安全系数计算 滑裂面形状: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 23 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 20.000 0.000 0 2 110.250 31.500 0 3 1.000 0.000 0 4 90.000 30.000 0 5 2.000 0.000 0 6 90.000 30.000 0 7 2.000 0.000 0 8 90.000 30.000 0 9 2.000

42、0.000 0 10 75.000 30.000 0 11 12.000 0.000 0 12 75.000 -30.000 0 13 2.000 0.000 0 14 75.000 -30.000 0 15 2.000 0.000 0 16 75.000 -30.000 0 17 2.000 0.000 0 18 75.000 -30.000 0 19 2.000 0.000 0 20 48.358 -19.343 0 21 2.000 0.000 0 22 23.961 -12.157 0 23 24.431 0.000 0土层信息 坡面节点数 24 编号 X(m) Y(m) 0 0.00

43、0 0.000 -1 20.000 0.000 -2 130.250 31.500 -3 131.250 31.500 -4 221.250 61.500 -5 223.250 61.500 -6 313.250 91.500 -7 315.250 91.500 -8 405.250 121.500 -9 407.250 121.500 -10 482.250 151.500 -11 494.250 151.500 -12 569.250 121.500 -13 571.250 121.500 -14 646.250 91.500 -15 648.250 91.500 -16 723.250 61.500 -17 725.250 61.500 -18 800.250 31.500 -19 802.250 31.500 -20 850.608 12.157 -21 852.608 12.157 -22 876.569 0.000 -23 901.000 0.000 附加节点数 17 编号 X(m) Y(m) 1 452.524 0.000 2 482.250 148.631 3 487.946 148.631 4 517.672 0.000 5 832.372 0.000 6 0.000 -74.000 7 901.000 -74.000 8 507.711 -19.923