第二章土石坝与堤防

第二章土石坝与堤防第一节概述第二节土石坝剖面设计第三节细部构造与坝体材料第四节渗流分析第五节土石坝稳定分析第六节土石坝的坝基处理第七节堤防与河道整治建筑物第一节概述土石坝是指由土料、石料或土石混合料，采用抛填、碾压等方法堆筑成的挡水坝。由于筑坝材料主要来自坝址区，因而也称为当地材料坝。堤防是沿河岸修建构筑的护岸建筑物，大多数采用土石坝的结构形式，在许多方面土石坝与堤防都存在共性。土石坝历史悠久，是应用最为广泛和最有发展前途的一种坝型。一、土石坝的工作特点和设计要求（一）稳定土石坝失稳的型式，主要是坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动，影响坝体的正常工作，甚至导致工程失事。为确保土石填筑体的稳定，土石坝断面一般设计成梯形或复合梯形，而且边坡较缓。（二）渗流渗流不仅使水库损失水量，还会使背水面的土体颗粒流失、变形，引起管涌和流土等渗透破坏。防止渗流破坏的原则是“前堵后排”。（三）沉陷由于土石颗粒之间存在较大的孔隙，在外荷载的作用下，易产生移动、错位，细颗粒填充部分孔隙，使坝体产生沉降，也使土体逐步密实、固结。（四）冲刷土石坝为散粒结构，抗冲能力低，受到波浪、雨水和水流作用，会造成冲刷破坏。（五）其他冬季结冰、夏季干裂、地震影响、穴居动物影响等。二、土石坝的类型（一）按坝高分类土石坝按其坝高可分为低坝、中坝和高坝。（二）按施工方法分类1、碾压式土石坝2、水力冲填坝3、定向爆破堆石坝（三）按防渗材料及结构不同1、均质坝2、土质防渗体分区坝3、人工防渗材料坝4、过水土石坝（四）按坝体材料所占比例1、土坝2、土石混合坝3、堆石坝第二节土石坝剖面设计剖面设计是土坝设计的主要内容，包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗结构、排水结构及其细部构造。设计步骤：计算坝顶高程，根据具体要求和经验拟定剖面，进行渗流计算，最后进行坝坡稳定分析，根据稳定分析的结果判断坝剖面的合理性。一般需要多次重复以上步骤，直至得到合理的剖面。一、坝顶高程坝顶高程按水库静水位加上防浪超高来确定，规范规定，按下列运用条件计算，取其大者。（1）设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高。（2）正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高。（3）校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高。（4）正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全超高。

坝顶超高的计算公式如下（二）坝顶宽度坝顶宽度主要满足运行、施工、交通和人防等要求。（三）坝坡同种土质的坝体，上游坡要比下游坡缓些。心墙坝上下游坝壳一般比均质坝陡。斜墙坝的上游坝坡较缓，而下游坝坡和心墙坝相仿。地基条件好、土料碾压密实的，坝坡可以陡些，反之则应放缓。用黏性土料做成的坝坡，常沿高度分成数段，从上而下逐渐放缓。砂土和堆石可采用均一坡率。第三节细部构造与坝体材料一、防渗体设置防渗设施的目的是减少通过坝体和坝基的渗漏量，降低浸润线，以增加下游坝坡的稳定性；降低渗透坡降以防止渗透变形。（一）土质心墙（二）土质斜墙（三）非土料防渗体1、沥青混凝土防渗体2、钢筋混凝土防渗体二、坝体排水土石坝坝身排水设施的主要作用是：①降低坝体浸润线，防止渗流逸出处的渗透变形，增强坝坡的稳定性；②防止坝坡受冰冻破坏；③有时也起降低孔隙水压力的作用。（一）堆石棱体排水（二）贴坡排水（三）褥垫排水（四）组合式排水三、坝顶及护坡（一）坝顶坝顶一般采用碎石、单层砌石、沥青或混凝土路面。如坝顶有公路交通要求，坝顶结构应满足公路交通路面的有关规定。（二）护坡护坡的主要作用是保护坝坡免受波浪和降雨的冲刷；防止坝体的黏性土发生冰结、膨胀、收缩现象。1、上游护坡上游护坡可采用抛石、干砌石、浆砌石、混凝土块（板）或沥青混凝土，其中以砌块石护坡最常用。2、下游护坡下游护坡可采用草皮、碎石或块石等，其中草皮护坡是最经济的形式之一。四、坝体各部分对土料的要求（一）均质坝均质坝的土料应具有一定的抗渗性能；对粒径及有机质含量也有一定的要求。（二）心墙坝和斜墙坝的坝壳坝壳土石料主要是为了保持坝体的稳定性，一般要求有较高的强度。（三）土质防渗体对防渗性、水溶盐含量及有机质含量有要求。（四）排水设施和砌石护坡用石料要求具有较高抗压强度，良好的抗水性、抗冻性和抗风化性的岩石。五、填筑标准土石料的填筑标准是指土料的压实程度及其适宜含水量。（一）黏性土的填筑标准对不含砾或含少量砾的黏性土料的填筑标准应以压实度和最优含水率作为设计控制指标。设计干密度应以击实最大干密度乘以压实度求得。（二）非黏性土料的填筑标准它的压实程度一般与含水量关系不大，而与粒径级配和压实功能有密切关系。压密程度一般用相对密度来表示。堆石的填筑标准，宜以孔隙率为设计控制指标。第四节渗流分析一、渗流分析的概述（一）渗流分析的目的土石坝的基本剖面确定后，需要通过渗流分析检验坝体及坝基的安全性，并为坝坡稳定分析提供依据。计算内容有：坝体浸润线、渗流出逸点的位置、渗透流量和各点的渗透压力或渗透坡降，并绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图等。（二）计算工况一般需要计算的工况有：①上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；②上游设计洪水位与下游相应的水位；③上游校核洪水位与下游相应的水位；④库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。（三）计算方法（略）二、渗流分析的水力学法（略）三、渗流分析的数值计算法（略）四、土石坝的渗流变形及其防治措施（一）渗透变形的型式1、管涌坝体或坝基中的细土壤颗粒被渗流带走，逐渐形成渗流通道的现象称为管涌或机械管涌。管涌一般发生在坝的下游坡或闸坝的下游地基面渗流逸出处。没有黏聚力的无黏性砂土、砾石砂土中容易发生管涌。2、流土在渗流作用下，成块的土体被掀起浮动的现象称为流土。主要发生在黏性土及均匀非黏性土体的渗流出口处。3、接触坏冲刷当渗县流沿献两种阻不同泊土壤迈的接得触面晓或建泻筑物禽与地伐基的杯接触望面流宗动时骡，把姿其中足细颗键粒带赠走的斩现象朗称为淋接触太冲刷洒。4、接触在管涌和喉接触流肾土渗流方狱向垂直窜于两种筒不同土独壤的接钳触面时例，可能爪把其中拢一层的贝细颗粒鞭带到另席一层的氏粗颗粒舱中去，炮称为接宣触管涌效。当其娇中一层歪为黏性谋土，由叛于含水织量增大捏致使凝誉聚力降源低而成顽块移动草，甚至持形成剥祖蚀时，始称为接陆触流土责。（二芝）渗优透变城形的容判别渗流症变形馅的判室别包仓括两浊个方丙面：庙渗透绸类型葵与发手生条匪件。（三浙）防迹止发码生渗红透变籍形的怪措施防止让渗透富变形层的工淡程措竞施，什一方初面是壁降低米渗流陷坡降便从而拍减小六渗流盖速度咬和渗悠流压纽奉力；挽另一露方面袭是增随强渗盾流逸债出处嫩土体站抵抗徒渗透两变形屠的能胆力。具体工波程措施矛有：①困在上游稼侧设置铸水平与喂垂直防业渗体，因延长渗锦径，降浴低渗透乐坡降或辟截阻渗绞流；②严在下游棉侧设置靠排水沟谁或减压湿井，降疲低渗流岭出口处厚的渗流葛压力；③对可能省发生管隔涌的地催段，需研铺设反亏滤层，成拦截可糊能被涌型流携带椅的细粒详；④对照下游可踪蝶能发生累流土的距地段，奋应加盖滥重，盖毙重下的格保护层造也必须真按反滤苍原则铺则设。第五离节腔土石婶坝稳至定分客析一、四概述土石坝酱的稳定组性主要茎是指边羡坡稳定爽问题。材土石坝恐边坡的把失稳形紧式主要炉有滑坡抓、塑性晶流动和事液化三姓种形式严。其中倾滑坡主海要有以孩下几种祝形式。（一）中曲线滑原动曲线理滑动牙面是艳一个绵顶部功稍陡宋而底土部渐钞缓的邪曲面耽，多嗓发生亚在黏掠性土灶坝坡香中。（二消）直棕线和苹折线赢滑动摧面在均质京的非黏禁性土边强坡中，屯滑动面业一般为呼直线；乘当坝体咸的一部赤分淹没羡在水中碍时，滑谅动面可骄能为折篇线。在很不同土并料的分勇界面，洒也可能娇发生直巡寿线或折毁线滑动诊。（三）蜂复式滑单动面复式滑病动面是炉同时具胞有黏性韵土和非念黏性土借的土坝亮中常出粥现的滑茅动面型周式。二、谎荷载钱及其杜组合皮和稳绳定安薪全系斯数的省标准（一）漆荷载及茂其组合1、基本石荷载（1）自阻重。土坝坝奥体自重岁分三种逮情况来槽考虑，厚即：在喘浸润线识以上的苦土体，去按湿容魄重计算桌；在浸品润线以虚下、下浪游水面驳线以上虹的土体凯，按饱餐和容重制计算；至在下游盈水位以的下的土芝体，按辆浮容重索计算。（2）渗租透力医。是在收渗流躬场内脆作用狱于土踏体的谨体积明力。（3）孔谁隙压圾力。黏性土初在外荷乌载的作夏用下产霜生压缩瞧，由于凑土体内抓的空气垃和水一传时来不油及排出蔑，外荷呢载便由季土粒和滥空隙中旷的空气芝与水来锡共同承任担。其贵中，由沸土粒骨香架承担公的应力惯称为有艇效应力亡，它在火土体滑寸动时能庙产生摩猜擦力；熊由空隙蓬中的水柿和空气钻承担的脸应力称淹为孔隙程压力隆，它不民能产生迈摩擦力悔。2、荷载滚组合土石狼坝稳捕定分际析的它荷载芝组合橡主要畅有正扫常工稿作条葬件和片非常传运用逆情况兰。（1）正常还工作条辱件。①晚水库上程游水位拐处于正挨常蓄水杜位和设祥计洪水汉位与死鸦水位之净间的各脱种水位厌的稳定范渗流期定。②水杜库水位唐在上述佳范围内支经常性谁的正常捷降落情劈燕况。③郊抽水蓄柏能电站煤的水库润水位的妻经常性灰变化和套降落。（2）非周常运羽用情另况。霞①施氧工期圈。②阴校核丘洪水剃位有怪可能讲形成您稳定拍渗流摧的情训况。圆③水祝库水访位的逆非常宪降落义。（二）略土石坝弊坝坡稳岔定安全刘系数标甘准（略忧）三、土肺石坝边乓坡稳定佛计算（币略）第六节触土石绩坝的坝半基处理根据衣土石馋坝地设基条坦件，摸地基迹处理塌的目化的大秆体可桨归纳晚为以页下几急个方冶面：冒①袍改善把地基惩的剪逐切特抄性，摇防止摸剪切装破坏举，减乳少剪监切变迈形，坛保证灵地基归不发庭生滑帐动；径②改席善地逼基的年压缩果性能巩，减圾少不怠均匀桃沉降凯，以连限制晌坝体祖裂缝末的发届生；愉③减滔少地职基的族透水遗性，陶降低著扬压够力和袍地下袄水位袋，使浙地基脆以至梳坝身你不产馋生渗怨透变朝形，嗓并把顾渗流臣流量推控制杯在允相许的锹范围清内；灭④改稼善地界基的扮动力仁特性肥，防友止液畏化。一、饰砂砾姨石地备基处酷理砂砾嘴石地其基的中处理伍，主降要是椅对地冲基的店防渗拐处理萍，通余常采飞取“殊上堵耀下排塔”的始措施抢，“著上堵酱”包挖括水靠平和钞铅直新防渗州措施子，“坡下排粥”主选要是幕排水泻减压赌。（一）易垂直防序渗设施垂直防嫌渗是解偿决坝基离渗流问敏题效果旺最好的絮措施。于垂直防药渗的效扩果相当鹿于水平教防渗效耐果的3倍。纺因此弄在土填石坝压的防凉渗措疗施中城，应浅优先且选择版垂直委防渗川措施苦。垂直防融渗措施好主要有迹：黏性巾土截水刷槽、混袋凝土防述渗墙、乳灌浆帷恩幕、板常桩等。（二）筑水平防陶渗设施防渗滚铺盖腰是由浮黏性慰土做仇成的陈水平纤防渗乱设施谈，是全斜墙编、心凉墙或检均质鹅坝体筋向上牺游延倘伸的递部分况。当奖采用瓜垂直候防渗吓有困粗难或祥不经于济时版，可扰考虑童采用胜铺盖途防渗吗。（三）浙排水减物压措施常用的欣排水减腿压设施著有排水坏沟和排糠水减压棉井。二、细凯砂、软虚黏土和某湿陷性亦黄土地肚基处理第七括节效堤防嫂与河燥道整为治建居筑物一、堤御防工程堤防是盆沿河流朱、湖泊纵、海洋税的岸边貌或蓄滞粘洪区、假水库库咏区的周搞边修筑辫的挡水超建筑物安，其作雾用是抵陕挡河道舍洪水、挽海潮，丸保护两始岸或海宫岸不受狗洪水（彻海潮）沃威胁。额同时，课堤防也减影响岸美区雨洪庆的排泄枝，因此崇，必须则设置穿软堤排水烫建筑物——水闸麻和泵熔站。（一涌）堤镇防的樱类型没和作墓用（1）堤防螺按其所两在位置海不同，尾可分为勉湖堤、建河堤、衬海堤、屑围堤和荡水库中斜堤防五铜种。（2）河清堤按铸其所邪在位惩置和蛙重要殊性，殖又分周为干田堤、丢支堤岛和民肠堤。（3）在黄并河上，址河堤常鸽分为遥阀堤、缕将堤、格仍堤、越坡堤和月森堤五种仅。（二）若堤线布锐置及堤舍型选择1、堤线蚊布置2、堤型倚选择二、河油道整治粥工程河流顶无论申在自刘然状忠态下脾或在杨人类矮活动然影响厉下，甘由于用可动央的边刻界条跪件和喝不恒祸定的购来水粪来沙与条件省，总横是处肿于不漂断的略变化莫过程深之中忙，这损种变落化在失许多池情况揭下可逮能会寨产生凶巨大偶的破帐坏作砌用，圣而必延须采矛取工牧程措生