土石坝毕业设计课程设计

目录中文摘要1英文摘要1绪论32设计基本资料42.1工程概况42.2水文气象42.3地形地质条件42.4工程任务和规模52.5其它设计资料52.6设计内容和要求63坝址及坝型的选择83.1坝址的选择83.2坝型的选择94坝工设计114.1坝顶高程114.2坝顶设计134.3坝坡设计154.4防渗体设计164.5排水设备175渗流计算195.1设计说明195.1.1土石坝渗流分析的任务195.1.2渗流分析的工况195.1.3渗流分析的方法195.2渗流计算195.2.1基本假定195.2.2水力学分析方法195.3渗流稳定结果分析265.3.1正常蓄水位下渗流稳定分析265.3.2校核水位下渗流稳定分析286稳定分析及计算306.1设计说明306.1.1设计任务306.1.2计算工况306.1.3计算方法306.1.4控制标准306.2稳定计算316.2.1上游坝坡稳定计算的基本原理与计算方法316.2.2上游水位大约在坝底以上1/3坝高处的上游坝坡稳定计算336.2.3下游坝坡稳定计算的基本原理与计算方法396.2.4下游坝坡稳定计算426.3沉降量计算516.3.1基本假定516.3.2方法与步骤516.3.3坝基沉降量计算537地基处及裂缝处理567.1坝基清理567.2土石坝的防渗处理567.3土石坝与坝基的连接567.4土石坝与岸坡的连接567.5裂缝处理567.5.1干缩和冻融裂缝577.5.2变形裂缝577.5.3滑坡裂缝577.5.4水力劈裂缝57结论58谢辞59[参考文献]60境主庙水库电站工程挡水坝摘 要：境主庙水库位于桐城市龙眠河上游，属于长江一级支流菜子湖水系，是一座具有灌溉、防洪、城镇供水和发电等综合利用功能的中型水库工程。工程区位于大别山区东南边缘，整个地势西北高，东南低。通过对工程处地形地质的研究确定坝址及坝型；根据设计洪水位和校核洪水位确定坝高，并确定坝体的其他尺寸；根据设计洪水位和校核洪水位确定渗流浸润线并用水力学法分析是否满足要求；用折线法和瑞典圆弧法计算坝坡个工况下是否满足稳定要求；对地基处、大坝与山体连接处进行处理。关键词：境主庙水库；挡水坝；龙眠河。1Abstract：JingzhutempleReservoirislocatedinthetheTongchengWyrmrestRiver,belongstotheYangtzeRiveratributaryofrapeseedLakeisamedium-sizedreservoirprojectoncomprehensiveutilizationofirrigation,floodcontrol,urbanwatersupplyandpowergeneration.TheprojectareaislocatedinthesoutheastedgeoftheDabieMountainarea,thetopographyofthenorthwest,southeastandlow.DeterminedbytheAgency'stopographyandgeologyofthedamsiteanddamtype;damheightisdeterminedaccordingtothedesignfloodlevelandthecheckfloodlevel,andtodeterminetheotherdimensionsofthedam;accordingtothedesignfloodlevelandcheckfloodseepagesaturationlineandwaterforthemechanicalanalysistomeettherequirements;foldlineandtheSwedisharcmethodtocalculatethedamslopeconditionstomeetthestabilityrequirementsforprocessing;rightatthebaseofthedamandmountainjunction.Keywords：Jingzhu temple；Dams；Wyrmrest River.2绪论境主庙水库位于桐城市城区北约 1.5km，是一座具有灌溉、防洪、城镇供水和发电等综合利用功能的中型水库工程， 水库始建于上世纪 50年代末，1973年初步建成，1979～1990年水库大坝实施了第一次除险加固， 2003年实施第二轮除险加固工程，并于 2008年竣工验收。水库电站建于 1985年，同年7月正式投入运行，现装机 400kW，累计发电1350万kW.h，作为水库管理处的龙头企业和经济支柱，为该地区的社会和经济发展做出了贡献。电站始建初期，受水库自身续建、加固及资金筹措等因素制约，装机容量与水库来水及调节能力不相匹配，装机容量不足，经二十多年运行，现有发电设备老化陈旧，高能耗，低效率，电能质量差，安全隐患严重。为积极响应水利部开展的“全面提高农村水电增效减排能力，增强工程安全保障，有效发挥惠农效应”的号召，桐城市水利局及境主庙水库管理处积极推动电站的改扩建工程。3设计基本资料2.1工程概况境主庙水库位于桐城市城区北约 1.5km，是一座具有灌溉、防洪、城镇供水和发电等综合利用功能的中型水库工程。现装机 400kw，电站始建初期，受水库自身续建、加固及资金筹措等因素制约，装机容量与水库来水及调节能力不相匹配。未响应水利部“全面提高农村水电增效减排能力，增强工程安全保障，有效发挥惠农效应”的号召，现对境主庙水库电站工程进行扩建。境主庙水库电站工程包括引水建筑物、挡水坝和发电厂房，本设计是针对挡水坝。2.2水文气象境主庙水库位于桐城市龙眠河上游，属于长江一级支流菜子湖水系，坝址以上流域面积63km2，水库属浅山区，植被覆盖良好，流域地处亚热带季风气候区，气候温和。流域多年平均降雨量 1262mm，多年平均气温15.9oC,极端最高气温39.9oC，极端最低温-13.5oC，多年平均无霜期218天，多年平均入库径流量4586m3，多年平均流量 1.45m3/s。境主庙水库洪水由暴雨形成，大洪水一般发生在5~8月，水库100年一遇设计洪水和5000年一遇校核洪峰流量分别为1231m3/s和2481m3/s。2.3地形地质条件工程区位于大别山区东南边缘，整个地势西北高，东南低。区内出露的主要是前震旦系大别山群的杂岩地层。地表则多为第四系覆盖层，零星出露基岩为第三系红层。震旦系大别山群变质岩主要为刘畈组地层，主要岩性为中粗粒黑云二长片麻岩、浅粒岩、黑云（角闪）斜长片麻岩、花岗片麻岩、斜长角闪岩等；第三系地层岩性为紫红、棕褐色细砂岩，粉砂岩与粉砂质泥岩、泥岩互层，夹泥灰岩和含砾砂岩。4厂房处岩石主要为二长片麻岩、花岗片麻岩及角闪岩。片麻理产状为N50~60oW，SW∠60o。附近未见较大规模断层，地质构造以裂隙为主，裂隙较为发育。弱风化基岩强度尚可，满足厂房地基的强度要求。2.4工程任务和规模境主庙水库电站始建于1985年，主要任务是结合灌溉用水发电。电站始建初期，受水库自身续建、加固及资金筹措等因素制约，装机容量与水库来水及调节能力不相匹配，装机容量不足，经过二十多年运行后，现有发电设备老化陈旧，高能耗，低效率，电能质量差，安全隐患严重。2000年桐城市水利局相继编制了《桐城市境主庙水库水电站扩建工程项目建议书》和《桐城市境主庙水库发电站增容改造工程简明设计书》，同年，安庆市水利局安水农电[2000]10号“关于桐城市境主庙水库电站增容改造工程的复函”同意水库电站增容改造立项。依据该批复意见，同时，为合理利用水资源，根据水利部开展的“全面提高农村水电增效减排能力，增强工程安全保障，有效发挥惠农效应”要求，电站有必要进行增容扩建改造。受桐城市境主庙水库管理处委托，由安徽省水利水电勘测设计院承担编制《桐城市境主庙水库电站技术改造工程可行性研究报告》的任务。电站技改将不改变水库现状规模和灌溉、防洪、供水等功能。境主庙水库电站技改后主要任务仍是结合灌溉用水多发电。境主庙水库电站主要规划特征值：正常蓄水位（汛限） 92m，死水位 70m，3最低发电水位82m，总库容2480万m。水库坝址100年一遇设计洪水位为96.42m，5000年一遇校核洪水位为 98.84m，水库10年一遇、20年一遇洪水坝前最高洪水位分别为94.2m和94.94m。水库电站技改实施后，发电运行方式为等出力控制运行，年发电量为287万kW·h(按月调节)，保证电量178万kW.h，保证出力222kW。水库调节库容3910万m，电站选定装机容量1260kW，最低发电尾水位为58m，电站加权平均水头 29.69m。2.5其它设计资料2.5.1地震烈度场地基本烈度为 6度，防护大坝设计烈度为 7度。52.5.2筑坝材料的技术指标表2.1 筑坝材料的技术指标建筑材比重容重（t/m3）孔隙率抗剪强度渗透系数料名称干湿饱摩擦角凝聚力k'（cm/s）。'c土料2.721.681.982.05240.3砂砾料2.681.801.802.10水上36水下34堆石2.701.801.802.050.3340砂砾料2.681.801.802.1035坝基备注：沥青混凝土渗透系数为cm/s表2.2土料颗粒级配粒径mm0.20.01%84.575.058.043.526.016.211.0表2.3砂料颗粒级配粒径mm5.20.6%10097.869.443.520.46.21.7表2.4砂料颗粒级配粒径mm80402052.51.20.60.15%10084.56551.334.827.12011.73.01.52.6设计内容和要求62.6.1设计目的1、通过毕业设计，使学生将在校期间所学的知识融会贯通，提高学生提出 问题、分析问题并解决问题的能力。2、通过毕业设计，培养学生利用所学知识，独立工作、创造性地工作的能力。3、通过毕业设计，使学生熟悉现行水利水电工程建设项目实施的基本程序、基本规则和项目设计的基本要求与基本内容。4、通过毕业设计培养学生应用技术规范与规程、查阅文献资料、体会协作共事的能力。2.6.2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。、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。、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、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）、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。、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。、工程量计算7坝址及坝型的选择3.1坝址的选择选址的原则1、地形要肚大口小。肚大是坝址内的地形要宽广平坦，可以多蓄水量，口小是坝短，修建时工程经济。2、水源要充足。即是谷口以上集雨面积要比较大，能够聚集所需要的水量。3、谷地和山坡要不漏水。若有漏水，也必须容易修补。一般如有不能塞堵的岩层裂缝洞口，则不宜选作坝址。4、坝址地基要稳固，不会有下陷危险。岩石层也不应有下滑的现象。5、坝址附近要有足够的适宜住吧用的土料和石料，能做到就地取材。6、最好选用水库四周或土石坝的两头山边，或适当的低凹垭口，或平缓岸坡，高程适当的台地、河道弯道处的单薄分水岭等来做溢洪道的位置。7、水库集雨面积的范围内最好是草木茂盛的山区，如果必须在光山地区筑坝，最好同时着手造林和水土保持工作。8、淹没损失要少，包括水库淹没区的房屋、城镇、人口、田亩数量，交通线路，工业原料，基地等。综合以上所有因素和境主庙水库电站工程技术改造工程可研报告，权衡利弊，选定坝址如下图所示图2.1 境主庙水库俯视图8由于坝址处地形条件所限，坝轴线无法采用直线，需用“ L”形，如上图所示。3.2坝型的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：、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：①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；②对地质、地形条件适应性强，一般建与基岩上；③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；④结构作用明确；⑤施工方便。缺点：①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；②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。、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：①具有双向传力的性能；②拱是推力结构；③拱坝具有较高的超载能力；④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：①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；②拱坝体形复杂；③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。、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：①就地取材，与混凝土相比，节省大量水泥，钢材和木材，9且减少了筑坝材料远途运输费用；②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；③施工方法灵活，技术简单，且管理方便，易于加高扩建。缺点：①不允许坝顶溢流，所需溢洪道或其他泄水建筑物与造价往往很大，；②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；③采用粘性土料施工受气候条件影响较大。本设计中，境主庙水库的挡水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，境主庙水库挡水坝因当地土料、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。10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。4.1坝顶高程土石坝的坝顶应高出坝前水库水域的计算静水位，能防止风浪溅越坝顶，并具有一定的安全度，所以土石坝的坝顶高程 Dt可用下式表示Dt=Gt+R+e+A(4-1)式中：Dt——土石坝坝顶高程（m）；Gt——坝前水域的计算静水位（ m），在水库正常运用的情况下是指设计洪水位，在水库非常运用情况下是指校核洪水位；——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）；——由于风的作用坝前静水位产生的雍高值（k）；——风波面以上的安全加高（m），根据巴德等级和水库的运用情况按表4-1采用；表4.1风波面以上坝顶的安全加高堤顶级别运用情况1234、5安全超高设计情况1.51.00.70.5山区、丘陵0.70.50.40.3校核情况区平原、滨海1.00.70.50.3区由于的作用，坝前静水位产生的雍高值e可按下式计算11KV2De cos (4-2)2gH式中：e——由于风的作用坝前静水位产生的雍高值（ k）；——综合摩擦系数，其值约为（1.5~5.0）×106，计算式一般可取K=3.6×106；——水面以上10m处的风速（m/s）；——从计算点作水域中线的平行线与对岸的交点到计算点的距离，即水库吹程（m）；——重力加速度（m/s2）；——水域的平均水深（m）；β——风向与坝轴线中点处法线的夹角。正常运用情况下计算坝顶高程坝前多年平均最大风速为 13.7m/s，正常运行情况下采用 1.5倍风速，即v=1.5 13.7=20.55m/s；死水位为70m，设计洪水位为96.42m，96.42-70=26.42m，取水深为H=32m；为安全考虑，β钧取为0o；水库吹程D取800米。KV2D3.620.552800ecos20.00192gH9.81800波浪爬高R0.45R设m1n0.651R设0.0166V4D3(4-3)式中：m=3.0n=0.0155A=0.7(查表)则设=0.6742mR=1.2323mDt=Gt+R+e+A=96.42+1.2323+0.7+0.0019=98.35m非常运行情况下计算坝顶高程坝前多年平均最大风速为13.7m/s，正常运行情况下采用1倍风速，即v=13.7m/s；死水位为70m，设计洪水位为98.84m，98.84-70=28.84m，取水深为H=34m；12为安全考虑，β钧取为0o；水库吹程D取800米。eKV2D=3.613.72800cos20.00082gH9.81800波浪爬高R0.45R设m1n0.651R设0.0166V4D3式中：m=3.0n=0.0155A=0.4(查表)则设=0.4062mR=0.7423mDt=Gt+R+e+A=96.42+0.7423+0.4+0.0008=99.98m比较正常和非常运行情况可知，坝顶高程应取为非常运行期计算的 99.98m。由于桐城市距离地震区较近，考虑到由于地震作用而产生的附加沉降以及坝前水域产生涌浪的影响。地震涌浪高度可根据坝前水深和地震设计烈度的大小采用0.5~1.5m，本工程采用1.0m。为使土石坝在万一溃决是不首先从坝的中部漫溢，以便减缓溃决速度，应在巴德中间段增大预留超高0.3~0.5m，本工程采用0.4m。当坝体在运用期可能产生较大沉降，或者是当坝体建筑在压缩性地基上时，在按公式（4-1）计算得的坝顶高程，还应加上雨露的沉降加高，才是设计的坝顶高程。预留的沉降加高值等于坝体和坝基在运用期的最终沉降值，在说明书后面会详述，先暂取为0.2m。为了降低坝顶的高度，减小坝体的土石方量，常常在坝顶的上游侧设置不透水的防浪墙，以抵御风浪的作用，防止其溅上坝顶。此时防浪墙的顶部高程等于公式（4-1）计算得得坝顶高程，而实际的坝顶高程则率高于坝前水域的计算静水位，即在正常运行情况高于坝前设计洪水位不小于0.5m，在非常运用情况下高于坝前校核洪水位不小于0.3m。且防浪墙的高度，一般不超过1.2m。本工程防浪墙高度取为0.8m。则防浪墙顶部高程 H'=99.98+1.0+0.4+0.2=101.58m坝顶高程H=101.58-0.8=100.78m4.2坝顶设计13土石坝的坝顶通常由防浪墙、路面和下游栏墙（或栏杆）所组成，防浪墙通常设置在上游坝肩处，强顶高于坝顶1.0-1.2m，其底部应与坝体防渗设备（心墙或斜墙）上游部分的顶面紧密连接，以防在风波作用下库水越过墙底流向下游。对于斜墙坝，为了便于防浪墙与斜墙的连接，斜墙顶部处的坡度可适当变陡（如下图）。为了保证防浪墙的稳定性及其基底应力不致过大（下游端）和过小（上游端），以及防浪墙与防渗体接触面的防渗效果，防浪墙的地面课适当加宽。根据照明的要求，每隔30——50m课在防浪墙顶部设置一根灯柱。防浪墙应坚固不透水，其结构尺寸应根据稳定、强度计算确定，冰球每隔一定长度应设置伸缩缝，缝中设置止水。土石坝的坝顶宽度应满足坝体的构造、施工、运行和地震的要求。根据已建成的土石坝的经验，满足坝体构造要求和施工条件的坝顶最小宽度，对于高坝可选用10——15m，对于中、低高度的坝可选用5——10m。本工程无交通要求，坝顶宽度可选用8m。坝顶路面可根据当地的材料情况做成碎石路面或沥青路面。本工程为山区水库，采用碎石路面，其表层厚约0.2m用碎石黄泥浆做成路面。坡度一般为2%——3%，本工程采用3%。坝顶的下游坝肩处，设置栏墙，栏墙的顶宽为20cm，高出坝顶25cm。为了便于排除坝顶的雨水，栏墙上每隔40m设一排水孔，孔径选用15cm，排水孔应与坝面排水沟相接。图4.1 坝顶结构图144.3坝坡设计土石坝的边坡通常都设计成直线形或折线形， 前者用于高度较低的土石坝，后者用于高度较大的土石坝。土石坝边坡坡率的大小与坝的高度、涂料的性质和工作条件有关。根据边坡稳定性的要求，对于较高的土石坝，或者是土料抗剪强度较低的土石坝，边坡的坡率应该较大；对于较低的土石坝，或者是土料抗剪强度较高的土石坝，边坡的坡率可以较小。对于较高的土石坝，上下游边坡从坡顶到坡底可以分为几段，各段采用不同的坡率值，通常是沿边坡高度每隔 8——15m分为一段，各段的坡率值自坝顶到坝底逐段增大，形成一个折线形的边坡，各段边坡坡率的差值约为 0.25——0.5。在一般情况下，为了便于施工和检修，以及考虑到边坡排水的需要，在不同坡率的边坡点处，设置宽度为2.0——3.0m的平台，称为马道，也称为戗台或戗到。综上所述，本工程上下游边坡均分为三段，上游边坡三段的坡率分别为2.5、2.7、3.0，顶部段高13m，中部段高15m，其余为下部段；下游边坡三段的坡率分别为2.0、2.25、2.5顶部段高15m，中部段高15m，其余为下部段。马道宽定为2.0m，上游侧马道高程风别为 87.78m和72.78m，下游侧马道高程分别为85.78m和70.78m。图4.2 坝坡结构示意图154.4防渗体设计本设计采用沥青混凝土防渗体，沥青混凝土斜墙按其构造分为有排水层和无排水层两种类型，本工程采用有排水层的沥青混凝土斜墙。有排水层的沥青混凝土斜墙通常由 5——6层组成，如下图所示。图4.3 沥青混凝土斜墙的构造（1）表面防护层 在上部防渗层的顶面铺设厚度为 3cm的沥青玛蒂脂作为沥青混凝土斜墙的表面防护层，起着填塞上部防渗层和增强上部防渗的作用，并使斜墙表面在冬季不易冻坏。（2）上部防渗层 上部防渗层是沥青混凝土的主要防渗层， 有厚度为12cm紧密的细粒（粒径 12mm）沥青混凝土做成，可分为 1——3层铺设。（3）中间排水层 中间排水层的作用是排除通过上部防渗层渗入斜墙的渗水，有厚度为12cm疏松的粗粒沥青混凝土做成， 这种沥青混凝土通常用直径为12——15mm单一粒级的石子拌合而成，沥青用量一般为石子用量的2%——3%，压实后的孔隙率保持在30%——40%左右。为了有效的排除渗水，通常沿坝轴线方向每隔10——12m，用紧密的细粒沥青混凝土从坝顶向坝脚方向在排水层中铺设一条沥青隔水带，将排水成分隔成几段，以便进入排水层中的渗水在各排水段内分别排入设在上游坝脚处的排水廊道中。（4）底部防渗层 底部防渗层是沥青混凝土斜墙的第二道防渗层，一般由厚度为4——6cm紧密的细粒沥青混凝土做成。通常在平整层的表面涂刷一层16沥青玛蒂脂或沥青乳剂，以便使底部防渗层与整体平整易于结合。（5）整平层 整平层铺设在底部防渗层的下面和过渡层的上面，其作用是使底部防渗层有一个平整的接触面，以保证底部防渗层的效果。通常由粘结沥青的石子或碎石组成，厚度为 4——8cm。（6）过渡层 过渡层位于整平层与堆石坝体之间，使材料的粒径逐步由较细颗粒过渡到较大的堆石块体，以便斜墙所受的谁何在能均匀的传递给堆石坝体。4.5 排水设备为了排除进入坝体的渗水，降低坝体的浸润线，以及防止渗流出逸处产生渗透变形。在土石坝的下游坝体部分通常设置排水设备，起作用时控制和引导渗流安全的排除坝体外，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胀破坏，排水体由块石及其六层组组成，要求其具有充分的排水能力，不堵塞，以保证坝体和坝基不发生渗透破坏；并且便于观察和检修。本次设计采用贴坡排水，贴坡排水又称表面排水，是沿坝体下游坡面筑一层堆石体，在堆石层与坝坡面之间和堆石层与透水坝基面之间设置反滤层，如下图所示。贴坡排水体顶部的水平宽度为1.5——2.0m，其厚度应大于当地冰冻深度。本次设计无详细资料，为安全起见，水平宽度去2.0m。贴坡排水的顶部应高出坝体浸润线的出逸点，其超高值应使坝体浸润线在该地区的冻结深度以下，本工程为Ⅲ级，浸润线应在冻结深度以下1.5m，同时不应超过波浪沿坡面爬升的高度。17图4.4 贴坡排水构造图这种排水设备施工比较方便，易于检修，能防止坝体和坝基渗流出逸处产生渗透变形，保护下游坝坡，但不能起到降低坝体浸润线的作用。18渗流计算5.1设计说明5.1.1 土石坝渗流分析的任务土石坝的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：⑴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；⑵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；⑶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。5.1.2 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：⑴ 上游正常蓄水位 96.42m时;上游校核洪水位 98.84m时。5.1.3 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。5.2渗流计算5.2.1 基本假定⑴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；⑵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为渗透系数，J为渗透坡降）⑵ 渗流为渐变流，任意过水断面上各点的坡降和流速相同。5.2.2 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。19坝下游雾水，渗流计算可将坝体分为三部分，即斜墙部分、中间坝段和下游三角形楔形体部分。本工程采用沥青混凝土斜墙防渗，斜墙厚度较小，且厚度上下相等，挡水坝有属于中、低高度的坝。在渗流计算时，通过斜墙的渗流流量 q可以按下式计算qK1H12h22cos22sin（5-1）式中 ——斜墙的渗透系数，取 1 cm/s；——坝体浸润线与斜墙下游坡面交点处的浸润线高度；——上游水面与斜墙相交点处斜墙的高度；，——分别为斜墙的内坡角和为坡角。通过中间坝段的渗流量可根据杜平公式计算qKh2h02Kh2h022L02(Lm1h0)（5-2）式中 K——坝体的渗透系数；L0——浸润线与斜墙内坡交点到浸润线与下游坝坡交点之间的水平距离；h0——在浸润线与下游坝坡交点的垂直截面上浸润线的高度；L——从浸润线与斜墙内边坡交点到下游坝坡坡角的水平距离；m1——下游坝坡坡率。通过坝体下游三角形楔形体的渗流量可按下式计算qKh0sin（5-3）式中θ——坝的下游坡角,sin1(1)。1m12上式可写为20h0qksinθ(5-4)将公式（5-4）带入到公式（5-2）中，经整理后可得22sinθ）θ（1q12m1sinθ1L2sin2θ综上所述，渗流的计算公式可汇集于下qK1H12h2sin2cos22KLsin22）（（q11L2sin22m1sin1

（5-5）（5-1）（5-5）h0

qksin

（5-4）计算时先假定 h，然后分别按公式（5-1）和公式（5-5）计算单位宽度渗流量q，如果这两个公式计算得的渗流量相等，表示所假定的 h是正确的，此时h和q即已确定；如果计算得的两个渗流量不相等，则应重新假定 h值，直至两式计算的q相等为止。当q确定以后，将q代入公式（5-4）中即可计算h0值。此时坝体浸润线可按下式计算yh0h2h02x(Lmh)（5-610）21H1hh0L0 m1h0L图5.1 渗流浸润线图正常蓄水位时渗流计算斜墙部分计算坝基高程为60m则H196.426036.42m；查资料可得K11.0108cm/sK11.01010m/s，即由前可知，沥青混凝土斜墙防渗部分厚度为18cm，即0.18mαγ,cosαcosγ0.929,sinαsinγ0.371zcosα0.180.9290.167又L（H1hz）/cosqK1H12h22cos2即可求得通过斜墙部分利用公式（5-1）2sin的渗流量，计算表格如下22表5.1 正常蓄水位斜墙部分渗流计算水深H1浸润线高hcosαsinα斜墙厚δZ（m）L（m）K1通过斜墙q（m）（m）（m）（m3/s）36.42300.9290.3710.180.1671316.83594511.00E-103.19E-0736.42280.9290.3710.180.1671322.22097471.00E-104.06E-0736.42260.9290.3710.180.1671327.60600431.00E-104.86E-0736.42240.9290.3710.180.1671332.99103391.00E-105.61E-0736.42220.9290.3710.180.1671338.37606351.00E-106.30E-0736.42200.9290.3710.180.1671343.76109321.00E-106.93E-0736.42180.9290.3710.180.1671349.14612281.00E-107.50E-0736.42190.9290.3710.180.1671346.4536081.00E-107.22E-0736.4219.10.9290.3710.180.1671346.18435651.00E-107.19E-0736.4219.080.9290.3710.180.1671346.23820681.00E-107.20E-0736.4219.070.9290.3710.180.1671346.26513191.00E-107.20E-0736.4219.060.9290.3710.180.1671346.29205711.00E-107.20E-0736.4219.050.9290.3710.180.1671346.31898221.00E-107.206E-07（1）中间坝段计算查资料可得K6.0105cm/s，即K6.0107m/sq又h0ksin10.371下游坡率m1=2.5，即sin1m12计算表如下23表5.2正常蓄水位中间坝段部分渗流计算浸润线高h坡率sinθh0（m）L0（m）中间坝段K中间坝段q（m）（m3/s）302.50.37141.431093117.29646.00E-072.297E-06282.50.37141.820425122.68156.00E-071.909E-06262.50.37142.182907128.06676.00E-071.572E-06242.50.37142.518539133.45196.00E-071.281E-06222.50.37142.827319138.8376.00E-071.029E-06202.50.37143.10925144.22226.00E-078.119E-07182.50.37143.364329149.60746.00E-076.27E-07192.50.37143.240146146.91486.00E-077.157E-0719.12.50.37143.227358146.64556.00E-077.25E-0719.082.50.37143.229921146.69946.00E-077.231E-0719.072.50.37143.231202146.72636.00E-077.222E-0719.062.50.37143.232481146.75326.00E-077.213E-0719.052.50.37143.23376146.78026.00E-077.204E-07校核水位时渗流计算（1）斜墙部分计算根据坝址处地质、地形资料将坝基高程定为 60m。则H198.846038.84m；查资料可得K11108cm/s，即K111010m/s由前可知，沥青混凝土斜墙防渗部分厚度为18cm，即0.18m又,coscos0.929,sinsin0.371故z=cos0.180.9290.167又L（H1hz）/cosKLsin222m1sin）利用公式（5-5）（（即可求h1）L2sin22m1sin1得通过中间坝段部分的渗流量，计算表格如下24表5.3校核水位斜墙部分渗流计算水深H1浸润线高hcosαsinα斜墙厚δZ（m）L（m）K1通过斜墙q（m）（m）（m）（m3/s）38.84300.92850.37140.180.1671323.35181.00E-104.55E-0738.84280.92850.37140.180.1671328.73691.00E-105.42E-0738.84260.92850.37140.180.1671334.12191.00E-106.23E-0738.84240.92850.37140.180.1671339.50691.00E-106.97E-0738.84220.92850.37140.180.1671344.89191.00E-107.66E-0738.84210.92850.37140.180.1671347.58451.00E-107.98E-0738.84190.92850.37140.180.1671352.96951.00E-108.58E-0738.84200.92850.37140.180.1671350.2771.00E-108.29E-0738.8420.40.92850.37140.180.1671349.21.00E-108.17E-0738.8420.60.92850.37140.180.1671348.66151.00E-108.11E-0738.8420.50.92850.37140.180.1671348.93071.00E-108.14E-0738.8420.450.92850.37140.180.1671349.06531.00E-108.15E-0738.8420.480.92850.37140.180.1671348.98461.00E-108.14551E-07（2）中间坝段计算查资料可得K=6.0cm/s，即K=6.0cm/sq又h0ksin下游坡率m1=2.5，即sin10.3711m12计算表如下25表5.4校核水位中间坝段部分渗流计算浸润线高坡率sinθh0（m）L0（m）中间坝段中间坝段qh（m）K（m）302.50.37142.04237573123.8124286.00E-072.1706E-06282.50.37142.43170804129.1975936.00E-071.8067E-06262.50.37142.79418984134.5827586.00E-071.4895E-06242.50.37143.12982113139.9679236.00E-071.2136E-06222.50.37143.43860193145.3530886.00E-079.7454E-07212.50.37143.58292338148.045676.00E-078.6763E-07192.50.37143.85142842153.4308356.00E-076.7685E-07202.50.37143.72053222150.7382526.00E-077.6853E-0720.42.50.37143.6662942149.661226.00E-078.0726E-0720.62.50.37143.63877243149.1227036.00E-078.2708E-0720.52.50.37143.65256688149.3919616.00E-078.1713E-0720.452.50.37143.65943893149.526596.00E-078.1219E-0720.482.50.37143.65531771149.4458136.00E-078.1515E-075.3渗流稳定结果分析5.3.1 正常蓄水位下渗流稳定分析渗流稳定：对非粘性土，渗透破坏形式的判别课参考伊斯托明拿法， 根据土体的不均匀系数 d60来判定：d1010时为流土20时为管涌20时不定根据砂砾料颗粒级配曲线查得d6034mm；d100.5mm，则；d6034，则渗透破坏型式为管涌。d1068200.5管涌自上而下渗流的临界坡降公式为：26Jc2.2(Gs1)(1n)2d5（5-7）d20式中：Jc——管涌土临界水力坡降；Gs——土的比重，kN/m3；——土壤孔隙率，初步拟定为0.33；d5——相应于粘粒级配曲线上含量为5%的粒径，m；d20——相应于粘粒级配曲线上含量为20%的粒径，m。对坝基内水平方向产生的临界坡降为：Jc'Jctan（5-8）式中：——土的内摩擦角，（35。）管涌的允许坡降为：JJc(自下而上渗流)（5-9）KJ'JC'（水平向渗流）（5-10)K式中：K为安全系数，根据建筑物级别和土壤类别选用，一般取K 1.5~2.0，1.5，则有：Jc2.2(Gs1)(1n)2d52.2(2.681)(10.33)234.81.125d2051.3Jc'Jctan1.1250.7000.788JJc1.1250.750(自下而上渗流)K1.5J'Jc'0.7880.525（水平向渗流）k1.5渗流逸出点的实际渗透坡降为：JH(5-11)L27已知Hhh019.053.2315.82；L近似取计算长度L=146.8m，则J'H15.820.108；因为J'0.108[J']0.525，故满足渗透稳定要求。L146.85.3.2 校核水位下渗流稳定分析渗流稳定：对非粘性土，渗透破坏形式的判别课参考伊斯托明拿法， 根据土体的不均匀系数d60来判定：d1010时为流土20时为管涌20时不定根据砂砾料颗粒级配曲线查得d6034mm；d100.5mm，则；d60 34 68 20，则渗透破坏型式为管涌。d10 0.5管涌自上而下渗流的临界坡降公式为：Jc2.2(Gs1)(1n)2d5d20式中：Jc——管涌土临界水力坡降；Gs——土的比重，kN/m3；——土壤孔隙率，初步拟定为0.33；d5——相应于粘粒级配曲线上含量为 5%的粒径，m；d20——相应于粘粒级配曲线上含量为 20%的粒径，m。对坝基内水平方向产生的临界坡降为：Jc' Jctan式中： ——土的内摩擦角，（35。）管涌的允许坡降为：JJc(自下而上渗流)KJ'JC'（水平向渗流）K

（5-7）（5-8）（5-9）5-10)28式中：K为安全系数，根据建筑物级别和土壤类别选用，一般取K 1.5~2.0，1.5，则有：Jc2.2(Gs1)(1n)2d52.2(2.681)(10.33)234.81.125d2051.3Jc'Jctan1.1250.7000.788JJc1.1250.750(自下而上渗流)K1.5J'Jc'0.7880.525（水平向渗流）K1.5渗流逸出点的实际渗透坡降为：J'H(5-11)L已知Hhh0；L近似取计算长度，则20.483.6616.82L=149.4mJ'H16.820.113；因为J'0.113[J']0.525，故满足渗透稳定要求。L149.429稳定分析及计算6.1设计说明6.1.1 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。坝坡坍塌失稳滑裂面的形式主要与坝体结构形式、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。6.1.2 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）上游为正常蓄水位时的下游坝坡；（3）校核洪水位下有可能形成稳定渗流的下游坝坡；（4）竣工期。6.1.3 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。6.1.4 控制标准30表6.1容许最小抗滑稳定安全系数工程级别运用条件ⅠⅡⅢⅣ正常运用1.301.251.201.15非常运用1.201.151.101.05正常运用加地震1.101.051.051.006.2稳定计算6.2.1 上游坝坡稳定计算的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。上游坝坡被分为三段，且每段坡率都不同，稳定计算采用简化边坡，坡率不变，坡率采用中段边坡坡率，边坡系数 m取2.7。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W1、W2，两块间作用力为 P，起方向平行与 DC。两块土体底面土料内摩擦角分别为 1、2。31B CEP1W1DW2A图6.1无粘性土坝稳定计算图B C EP1W2EF1N1DF2W1N2P1AD图6.2无粘性土坝坡分块分析受力图由于块BCDE沿DC方向力的平衡可得[见图6-2（a）]PW1sin11W1cos1tan10(6-1)K由于土块ADE沿AD方向力的平衡得[见图6—2（b）]1W2cos2tan21Psin(12)tan2W2sin2Pcos(12)0(6-2)KK联立以上两公式即可得出以下一元二次方程K[W2cos2tan2W1sin1sin(12)tan2W1cos1cos(12)tan1]K2[Wsin2Wsin1cos(12)]Wcos1sin(12)tan1tan2021132（6-3）解出一元二次方程即可得到 K值（3）在上述计算中,水位及、 2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1、2值。具体计算时,先假定若干个水位和1、2值具体计算时，先假定若干水位(至少3种)，在每一水位下假定至少3个2，对每个2至少假定3个1，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。6.2.2 上游水位大约在坝底以上 1/3坝高处的上游坝坡稳定计算假定上游水位为75.6m，按下式计算安全系数PW1sin11W1cos1tan10K1W2cos2tan21Psin(12)tan2W2sin2Pcos(12)0KK计算简图如下B CEP1W1NDW2A图6.3 稳定计算简图（上游水位在坝底以上 1/3处的上游坝坡）已知：136，234上游坝坡边坡系数m2.7，坝高为100.78m。(1)分别假设131.5，211、130.5,211和131，211。以131211为例计算，取单宽，重量W1、W2分别按下式计算：33W1s111W2s211s312s1s4s2s41(BCND)(100.7875.6)25.18(BCND)2s21NDED2式中：s1SBCDEBs4SEDNEs2SNDANs3SBNDCB水下部分滑裂面坡率为 1：m2，则m2 cot11 5.144;H=75.6-60=15.6m;m=2.7。Hm2H14.12mEDmNDmED2.714.1238.14mBC (100.7875.6)cot31 ND (100.7875.6)m 12.06m坝顶宽度为8m，所以计算简图应为下图B CFEP1N

W1DW2A图6.4 稳定计算真实简图（上游水位在坝底以上 1/3处的上游坝坡）为方便计算，计算简图仍按照 6-3进行：34s41(38.1412.06)(100.7875.6)631.90m22s31ND(75.660)297.45m22s21NDED138.1414.12269.31m222s1s4s2362.59m2d1.8t/m317.658kN/m3;则湿容重1＝d17.658kN/m3。已知比重G＝2.68，水容重 w 9.81kN/m3，孔隙率n 1G则 浮容重为：

d117.6580.3282.689.81d(1n)w17.658 (1 0.328) 9.8111.069kN/m3则W1s111362.5917.6586402.59kNW2s21s32276.4817.658297.4511.06k9N8048.01将已知数据代入公式有：1P 6402.59sin31 6402.59cos31tan36 0K1 18048.01cos11tan34 Psin(31 11)tan34K K8048.01sin11 Pcos(31 11) 0方程可简化为：K[8048.01cos11tan34 6402.59sin31sin20tan34 6402.59cos31cos20tan36]K2[8048.01sin11 8048.01sin31cos20] 6402.59cos31sin20tan36tan34 0即：11350.23K215700.24K929.760bb24ac（其中值0.062舍去）解K1.3212a计算表格如下：35表6.2坝坡稳定计算水位为75.6m时12mm231112.75.144s1（m2）s2（m2）s3s4(m2)(m2)362.58269.31297631.9弧度abc111146.154789190.54112mm230.5112.75.144s1（m2）s2（m2）s3s4(m2)(m2)373.17269.31297.642.4弧度abc111200.15806.928.0.53212mm231.5112.75.144s1（m2）s2（m2）s3s4(m2)(m2)352.30269.31297621.6弧度abc1

坝坡稳定计算1水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）75.615.614.12438.13512.05W1W212(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)6402.598048.017.65811.069弧度2弧度1弧度2K1K20.191990.6280.59341.32630.062坝坡稳定计算2水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）75.615.614.124138.13512.89W1W212(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)6589.478048.0117.65811.069弧度2弧度1弧度2K1K20.191990.628320.593411.349790.061坝坡稳定计算3水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）75.615.614.124138.13511.23W1W212(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)6221.078048.0117.65811.069弧度2弧度1弧度2K1K211092 15159 910 0.549 0.19199 0.62832 0.59341 1.30367 0.06236（1）分别假设131.5，213、130.5,213和131，13。计算表格如下：表6.3 坝坡稳定计算水位为75.6m时坝坡稳定计算1mm2水位hH（m）ED（m）ND（m）BC（m）12（m）31132.74.3314875.615.69.4263125.451-0.6284s1（m2）s2（m2）s3(m2)s4(m2)W1W212(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)192.562119.955198.518312.5173400.264315.5517.65811.069abc弧度1弧度2弧度1弧度2K1K25981.338250.57441.3760.541050.226890.628320.593411.323640.05575坝坡稳定计算2mm2水位hH（m）ED（m）ND（m）BC（m）12（m）30.5132.74.3314875.615.69.4263125.4510.21218s1（m2）s2（m2）s3(m2)s4(m2)W1W212(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)203.145119.955198.518323.13587.144315.5517.65811.069abc弧度1弧度2弧度1弧度2K1K26052.138565.17455.4690.532330.226890.628320.593411.359890.05534坝坡稳定计算3mm2水位hH（m）ED（m）ND（m）BC（m）12（m）31.5132.74.3314875.615.69.4263125.451-1.4449s1（m2）s2（m2）s3s4(m2)W1W212(m2)(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)182.282119.955198.518302.2363218.734315.5517.65811.069abc弧度1弧度2弧度1弧度2K1K25910.657946.02426.7520.549780.226890.628320.593411.288310.0560437（1）分别假设131.5，213、130.5,213和131，13。计算表格如下：表6.4 坝坡稳定计算水位为75.6m时坝坡稳定计算 1mm2水位hH（m）ED（m）ND（m）BC（m）12（m）31122.74.7046375.615.611.582331.27225.19279s1（m2）s2（m2）s3(m2)s4(m2)W1W212(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)277.992181.102243.923459.0954908.795897.8917.65811.069abc弧度1弧度2弧度1弧度2K1K28288.5711690.6671.3210.541050.209440.628320.593411.350480.05997坝坡稳定计算2mm2水位hH（m）ED（m）ND（m）BC（m）12（m）30.5122.74.7046375.615.611.582331.27226.03339s1（m2）s2（m2）s3s4(m2)W1W212(m2)(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)288.575181.102243.923469.6785095.675897.8917.65811.069abc弧度1弧度2弧度1弧度2K1K28350.712012.1682.7260.532330.209440.628320.593411.379180.05928坝坡稳定计算3mm2水位hH（m）ED（m）ND（m）BC（m）12（m）31.5122.74.7046375.615.611.582331.27224.37626s1（m2）s2（m2）s3(m2)s4(m2)W1W212(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)267.712181.102243.923448.8144727.265897.8917.65811.069abc弧度1弧度2弧度1弧度2K1K28226.4111379.1659.3550.549780.209440.628320.593411.322640.060638假定上游水位为76.2m时，假设不同的假定上游水位为75.2m时，假设不同的计算结果汇总于下表：

1和 2进行计算1和 2进行计算表6.5 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水库水位2()1()W1(KN)W2(KN)K(m)11316402.598048.011.32631.56221.078048.011.30430.56589.478048.011.35075.612314908.795897.891.35031.54727.265897.891.32330.55059.675897.891.37913313400.264315.551.32331.53218.734315.551.35930.53587.144315.551.28811316400.488679.001.28931.56223.488679.001.26830.56582.918679.001.31176.212314986.946360.301.32031.54809.746360.301.29430.55196.376360.301.27413313527.574653.901.30431.53550.374653.901.27130.53709.994653.901.33811316378.927640.591.35131.56194.517640.591.32730.56568.767640.591.37575.212314837.275599.311.37031.54652.865599.311.34130.55027.125599.311.40013313300.394097.081.33531.53115.964097.081.29830.53490.234097.081.373根据表6-5的结果可知：当水位为76.2m时，131.5,211时Kmin1.268[K]1.20，满足稳定要求。6.2.3 下游坝坡稳定计算的基本原理与计算方法上游为正常蓄水位、上游校核洪水位形成稳定渗流期的下游坝坡；施工或竣工期的上下游坝坡，此种工况采用圆弧法。6.2.3.1 基本原理与计算方法圆弧法主要用于圆弧法主要用于黏性土坝坡，如均质坝、厚斜墙坝、厚心39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，将滑动面内的土体视为刚体，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 Mr和滑动力矩之和 Mr，二者之比为该滑弧的抗滑稳定安全系数 K，即KMr(6-4)Ms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Ⅰ、Ⅱ级中高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Ⅰ级坝的正常运用情况，安全系数不小于 1.5。6.2.3.2 最危险滑弧位置的确定当土的内摩擦角 0时，土坡的最危险圆弧滑动面通过坡角，其圆心为 D点，如图6-5所示。D点是由坡角B与坡顶C分别作BD和CD线的交点，BD和CD线分别于坡面及水平面成 1及 2角。 1及 2角与土坡坡角 有关，可由表6-6查得。40表6.61及2数值表土坡坡度坡角12（竖直：水平）1：0.586029401：14528371：1.53341'26351：22634'25351：31826'25351：41402'25371：51119'2537土的内摩擦角 0时，最危险滑动面也通过坡脚，其圆心在 ED的延长线上，见图6-5。E点的位置距坡脚B点的水平位置为4.5H。值越大，圆心越向外移。计算时，从D点向外延伸取几个计算圆心O1、O2，分别求得其相应的滑动安全系数、，绘制曲线可得到最小安全系数值Kmin，其相应的圆心Om即K1K2为最危险滑动面的圆心。41O1'FOmO3O23O2'ODO'O'GCHB H24.5HE图6.5 确定最危险滑动面圆心的位置6.2.4 下游坝坡稳定计算6.2.4.1 条分法的基本原理当0时，抗滑力与滑动面上的法向力有关，这样就不能直接应用式（6-4）计算土坡的稳定安全系数，通常采用条分法。条分法基本原理是将具有圆弧滑动面的滑体按竖直划分成若干个条带，把每一土条看做刚体，分别进行受力分析，然后根据总体力与矩平衡的方法求解整个土坡的稳定性。如图6-6（a）所示，可能的滑动面是一圆弧AD，圆弧为O，半径为R。现将该滑块ABCDA分成几个竖向土条。取第i个土条分析，如图6-6（b）所示。该土条底面中点的法线与竖直线的夹角为 i，宽度为bi，高度为zi，土条的重量取为Wi，土条底的抗剪强度参数为ci和i；土条两侧作用有水平力Ei和Ei1，作用点为hi和hi1，切向力Xi和Xi1；滑动面上的反力有法向力Ni，切向力Ti，且作用在此土条滑动面的中点。这些力中，Ei、hi和Xi在分析前一土条时已出现，可视为已知量，因此待定的未知量有Ei1、hi1、Xi1、Ni和Ti五个。每个土条可建立三个平衡方程（Fx0、Fz0和M0）和滑动面上的极限平衡方程(Ti(Nitanicili)/K),属于二次超静定问题。42aiObRbEiXzEXCbDlfaiTeNiABli(a) (b)图6.6 条分法基本原理与条块受力分析如果把滑动土体分成 n块，则条块间的分界面有（ n-1）个，则 界面上有3（-1）个未知量，滑动面上有 2n个未知量，加上待求的的安全系数 K，总计未知量个数为（5n-2）个。可建立的静力平衡方程和极限平衡方程个数为 4n。待求未知量与方程之差为（ n-2），无法求解，必须建立新的条件方程。因此，必须对条块间的作用力做一些可以接受的简化假定，以减少未知量个数或增加方程个数。目前有许多种不同的条分法，其差别在于采用了不同的简化假定，大体分为以下几种：（1） 不考虑条块间的作用力或仅考虑其中一个， 例如瑞典条分法和毕肖普条分法；（2） 假定条块间力的作用位置，及规定了 hi的大小，普遍条分法就属于这一类。6.2.4.2 瑞典条分法计算安全系数瑞典条分法是由瑞典的费伦纽斯提出的最古老最简单的方法， 应用较广泛。该方法假定滑动面为圆弧， 如图6-6所示，并假定Ei Ei1，同时他们的作用线重合，由此可知，土条两侧的作用力相互抵消。在此假定下，第 i个土条上的作用力只有Wi、Ni和Ti，根据力的平衡，应有：NiWicosi;TiWisini（6-5）4376543210 -1 -2图6.7瑞典条分法示意图该土条滑动面上的抗剪强度为：ficiitaniciNitani1Wicositani)li(cilili该土条对O点的滑动力矩为：MsiTiRWiRsini该土条对O点的抗滑力矩为：MRifiliRRWicositani整个滑体对O点的滑动力矩和抗滑稳定力矩为：n nM