土石坝毕业设计

知识不仅是指书本的内容,还包括社会经验、文明文化、时代精神等整体要素,才有竞争力,知识是新时代的资本,五六十年代人靠勤快可以成事；今天的香港要抢知识,要以知识取胜学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所获得的成果除文中已经注明引用的内容外本论文不含任何其他个人或集体已经刊登或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要奉献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全理解学校有关保障、使用学位论文的规定同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版容许论文被查阅和借阅本人授权省级优秀学士学位论文评比机构将本学位论文的所有或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保留和汇编本学位论文本学位论文属于1、保密□在_________年解密后合用本授权书2、不保密√作者签名：年月日导师签名：年月日内容摘要平山水库位于G县城西南3公里处的平山河中游该河系睦水的重要支流全长28公里流域面积为556平方公里坝址以上控制流域面积431平方公里由于平山河为山区性河流雨后山洪常给农作物和村镇导致灾害此外当雨量分布不均时又易导致干旱现象因此有关部门对当地区作了多次勘测规划以开发这里的水利资源经初步论证该工程拟采用土石坝作为挡水建筑物岸边溢洪道作为泄水建筑物本文对土石坝的概念和设计规定进行分析和研究并对平山水利枢纽挡、泄水建筑物进行初步设计关键词：平山水库土石坝初步设计AbstractPingShanreservoirlocatedatthemiddlereachesofthePingShanRiverwhichis3kilometerssouth-westofGcountytheriveristhemaintributaryoftheMuRiver.Itsentirelengthis28kilometersanditsbasincovers556squarekilometersthecontrolsdrainageareaoverthedamis431squarekilometers.BecausePingShanRiverisamountainousnatureriveritusuallycausesdamagetothecropsandvillagesbytheflashfloodsafterrainedinadditionwhentherainfallisnotregularitwillbeeasytocausedroughtsotherelevantdepartmentshaveprovidedalargeamountofsurveysforthisregiontoexploitwaterpowerresources.Aftergenerallydemonstrationtheprojectisproposedtouseearthandrockfilldamasthewaterretainingstructuretheshorespillwayasthewaterreleasestructure.Thisthesisismainlytogiveaanalysisandresearchtotheconceptanddesignrequirementsofearthandrockfilldamandmakeapreliminarydesignforthewaterretainingstructureandthewaterreleasestructure.Keywords:PingShanreservoirrockfilldampreliminarydesign目录前言 11基本资料及设计数据 31.1基本资料 31.2设计数据 42枢纽布置 72.1枢纽的构成建筑物及等级 72.2各构成建筑物的选择 72.3枢纽总体布置方案确实定 93土石坝设计 103.1坝型选择 103.2土石坝基本剖面的确定 113.3防渗体设计 133.4土石坝渗流及稳定分析计算 143.5顶部构造 233.6护坡设计 233.7坝顶、坝面排水设计 243.8坝体排水设计 253.9反滤层和过渡层 263.10地基处理及坝体与地基岸坡的连接 283.11裂缝处理 284溢洪道设计 304.1溢洪道路线选择和平面位置确实定 304.2溢洪道基本数据 304.3工程布置 304.4溢洪道地基处理 395设计成果阐明 405.1土石坝 405.2溢洪道 40参考文献 41致谢 42前言根据教学规定毕业设计对水利水电工程专业学生进行的最终一项教学环节本次设计内容为TS水利枢纽挡、泄水建筑物的初步设计详细设计以位于G县城西南3公里处的平山河中游的平山水库为蓝本平山河全长28公里流域面积为556平方公里坝址以上控制流域面积431平方公里由于平山河为山区性河流雨后山洪常给农作物和村镇导致灾害此外当雨量分布不均时又易导致干旱现象因此有关部门对当地区作了多次勘测规划以开发这里的水利资源经初步论证该工程拟采用土石坝作为挡水建筑物岸边溢洪道作为泄水建筑物本文将对土石坝的概念和设计规定进行分析和研究并对平山水利枢纽挡、泄水建筑物进行初步设计它基本包括一般水利枢纽所需进行的水工初步设计过程土石坝是指由当地土料、石料或混合料通过抛填、辗压措施堆筑成的坝是历史最为悠久的一种坝型是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型全世界所建的百米以上高坝中土石坝所占的比重在呈逐年增长趋势20世纪50年代此前为30%60年代靠近40%70年代靠近60%至80年代后增至70%以上据不完全记录我国兴建的多种类型的坝共有8.48万余座其中95%以上为土石坝由于土石坝工程施工简朴、地质条件规定低、造价廉价并可以就地取材且料源丰富因此土石坝在我国的高坝中所占的比重也在逐年增长目前已建成的的天生桥一级面板堆石坝高178m在建的瀑布沟砾石土心墙堆石坝高186m在建的水布垭面板堆石坝高233m在建的扎糯渡心墙堆石坝高261.5m目前土石坝工程建设水平和技术不停提高和发展尤其是20世纪90年代以来我国土石坝坝高开始向300m级高度研发和建设目前世界最高的土石坝同步也是世界最高的水坝是位于塔吉克斯坦共和国阿姆河支流瓦赫什河上的罗贡坝最大坝高335m坝顶长660m坝顶宽20m底宽1500m坝体体积7550万m3库容133亿dm3水电装机360万kw工程重要任务是浇灌与发电世界第二高坝是位于塔吉克斯坦境内瓦赫什河的布利桑京峡谷的努列克土质心墙土石坝最大坝高300m坝顶长704m库容105亿m3为季调整水库伴随石方填筑质量的提高面板接缝以及面板与岸坡和坝基连接构造的改善钢筋混凝土斜墙构造的完善现代混凝土面板堆石坝得到了大力推广由于混凝土面板堆石坝不仅具有了土石坝的基本特点并且在采用同等施工技术条件下该坝型的填方量和防渗构造的工程量最小是所有土石坝中最经济的坝型构造也较为合理目前成为目前土石坝发展的重要趋势平山水库采用粘土心墙土石坝作为挡水建筑物岸边溢洪道作为泄水建筑物枢纽重要任务以浇灌发电为主并结合防洪航运养鱼及供水等任务进行开发根据初步规划本工程浇灌面积为20万亩（高程在102m以上）装机9万千瓦防洪方面由于水库调洪作用使平山河下游不致洪水成灾同步配合下游睦水水利枢纽对睦水下游也能起到一定的防洪作用在流域规划中规定本枢纽在通过设计洪水流量时控制最大泄流流量不超过900m3/s在航运方面上游库区能增长航运里程20公里下游可运用发电尾水等航运条件使平山河下游四季都能筏运并拟建竹木最大过坝能力为25吨的筏道本设计历时五个月在此过程中参照近二十本有关图书运用Geo-slope软件进行渗流计算和稳定计算运用AutoCAD软件将设计成果图像化愈加直观明白的体现出设计成果同步毕业设计辅导老师乔娟老师予以我有关指导和协助在此表达衷心的感谢由于本人水平有限设计不也许完全妥当对设计中的疏误或不妥之处敬请指正1基本资料及设计数据1.1基本资料1.1.1概况平山水库位于G县城西南3公里处的平山河中游该河系睦水的重要支流全长28公里流域面积为556平方公里坝址以上控制流域面积431平方公里；沿河道有地势比较平坦的小平原地势比较平坦的小平原地势自南向东由高变低．最低高程为62.5m左右河床比降3‰河流发源于苏塘乡大源锭子整个流域物产丰富土地肥沃下游盛产稻麦上游蕴藏着丰富的木材竹子等土特产由于平山河为山区性河流雨后山洪常给农作物和村镇导致灾害此外当雨量分布不均时又易导致干旱现象因此有关部门对当地区作了多次勘测规划以开发这里的水利资源1.1.2枢纽任务枢纽重要任务以浇灌发电为主并结合防洪航运养鱼及供水等任务进行开发根据初步规划本工程浇灌面积为20万亩（高程在102m以上）装机9万千瓦．防洪方面由于水库调洪作用使平山河下游不致洪水成灾同步配合下游睦水水利枢纽对睦水下游也能起到一定的防洪作用在流域规划中规定本枢纽在通过设计洪水流量时控制最大泄流流量不超过900m3/s在航运方面上游库区能增长航运里程20公里下游可运用发电尾水等航运条件使平山河下游四季都能筏运并拟建竹木最大过坝能力为25吨的筏道1.1.3地形、地质概况地形状况：平山河流域多为丘陵山区在平山枢纽上游均为大山区河谷山势陡峭河谷边坡一般为60°~70°地势高差都在80~120m河谷冲沟切割很深山脉走向大概为东西方向岩基出露很好河床一般为100m左右河道弯曲相称厉害尤其枢纽布置处更为明显形成S形沿河沙滩及坡积层发育尤以坝址下游段的平山嘴下游一带及坝下陈家上游一带更为发育其他地方则很少在坝轴下游300m处的两岸河谷呈马鞍形其覆盖物较厚岩基产状凌乱地质状况：靠上游有泥盆五通砂岩靠下游为二叠纪灰岩几条坝轴线皆落在五通砂岩上面地质构造特性有：在平山嘴以南即石灰岩与砂岩分界处发现一大断层其走向近东西倾向大体向北西在第一坝轴线左肩的五通砂岩尤其破碎在100多米范围内就有三四出小断层产状凌乱坝区右岸破碎达60米的钻孔岩芯获得率仅为20%可见岩石裂隙十分发育岩石的渗水率都很小右岸一般为0.001~0.01个别到达0.07~0.08而左岸多为0.001~0.01坝区下游石灰岩中发现两处溶洞平山嘴大溶洞和大泉眼大溶洞前者对大坝及库区均无影响但后者朝南东方向延伸的话则也许通向库壁待未来蓄水后库水有也许顺着溶洞漏到库外为此目前正在加紧地质勘探工作以便得出明确的结论和提出处理意见坝址覆盖层沿坝轴线厚度达1.5~5.0mK=1×10-4cm/s浮容重γ=10.7kN/m3内摩擦角Φ=35?1.1.4水文气象1）水文：由于流域径流资料缺乏设计年月径流量及洪水流量不能直接由实测径流分析得到必须通过降雨径流间接推求．根据省水文站由Ｃ城站插补延长得三天雨量计算频率：10一遇雨量498.1mm2一遇雨量348.2mm50年一遇雨量299.9mm暴雨洪峰流量Q0.1%＝1860m3/sQ0.5%=1550m3/sQ1%=1480m3/s数年平均来水量为4.55亿m32)气象：数年平均风速15m/s水库吹程D＝10Km数年平均降雨量430mm/年库区气候温和年平均气温16.9?C年最高气温40.5?C年最低气温-14.9?C平均冻土深度1.3m1.1.5其他1)坝顶无交通规定2)对外交通状况水路：由B城至溪口为南江段上水自溪口至C城系睦水主流为内河航运全长256公里可通行3～6吨木船枯水季只能通行3吨如下船只水运较为困难公路：附近公路线为AF干道B城至C城段全长365KM晴雨畅通无阻但C城至坝址尚无公路通行铁路：D城为乐万铁路车站由B城至D城180KM至工地有53公里3)地震：当地区为5～6度设计时可不考虑1.2设计数据1.2.1水库规划资料1)正常蓄水位：112.6m；2)设计洪水位：114.3m；3)校核洪水位：116m；4)死水位：103.8m（发电极限工作深度8m）；5)浇灌最低库水位：103.2m；6)总库容：2.00亿m3；7)水库有效库容：1.15亿m3；8)库容系数：0.575；9)本设计以校核洪水时指定的下泄流量为泄水建筑物设计根据即通过校核洪水位流量时溢洪道泄水量q=1000m3/s对应下游最高洪水位70m通过设计洪水位流量时对应下游最高洪水位68.5m当上游水位降到死水位时对应的下游水位是64.5m1.2.2筑坝材料1）土料：重要有粘土和壤土可采用坝下1.5-3.0km丘陵区与平原地带储量多质量尚佳可作为筑坝材料其性能见表1.12）砂土：可从坝上下游0.5-3.5km河滩上开采储量多可供筑坝使用其性能见表1.23）石料：可在坝址下游附近开采石质为石灰岩及砂岩质地坚硬储量丰富其性能见表1.3表1.1土料特性表土壤类别

浮容重γ'(KN/m3)

湿容重γ(KN/m3)

土粒比重GS

干容重γd(KN/m3)

最优含水率W（％）

孔隙率n（％）

有效内摩擦角Φ'

内摩擦角Φ

有效粘聚力Ｃ'（Ｋpa）

粘聚力Ｃ(Ｋpa)

渗透系数Ｋ(cm/s)

粘土

13

19

2.62

16

25

30

17°

19°

18

40

1×10-7

壤土

14

17.8

2.6

15.8

14.5

32

20°

22°

10

14

1×10-5

坡土

15

18.6

2.73

16.6

22.5

39.8

22°

28°

6.5

7.5

1×10-3

表1.2砂土特性表干容重γd（KN/m3)

孔隙率n（％）

有效内摩擦角Φ'

内摩擦角Φ

有效粘聚力Ｃ'（Ｋpa）

粘聚力Ｃ(Ｋpa)

渗透系数Ｋ（cm/s)

湿容重γ(KN/m3)

土粒比重GS

浮容重γ′（KN/m3)

18

39

20°

30°

5

12

1×10-2

20.5

2.92

12.06

表1.3石料特性表干容重γd（KN/m3)

孔隙率n（％）

有效内摩擦角Φ'

内摩擦角Φ

有效粘聚力Ｃ'（Ｋpa）

粘聚力Ｃ(Ｋpa)

渗透系数Ｋ（cm/s)

湿容重γ(KN/m3)

土粒比重GS

浮容重γ′（KN/m3)

19

41

24°

38°

3

10

1×10-1

21.5

3.1

13.5

2枢纽布置2.1枢纽的构成建筑物及等级2.1.1水库枢纽建筑物构成根据水库枢纽的任务该枢纽构成建筑物包括：拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、浇灌渠道、水库放空隧洞（拟运用导流洞作放空洞）、筏道2.1.2工程规模根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计原则》以及该工程的某些指标确定工程规模如下：1）各效益指标等别：根据枢纽浇灌面积为20万亩在5~50万亩范围之间属Ⅲ等工程；根据电站装机容量为9万kW在5~30万kW之间属Ⅲ等工程；根据总库容为2.00亿m3在1~10亿m3属Ⅱ等工程2）水库枢纽等别：根据规范规定对具有综合运用效益的水电工程各效益指标分属不一样等别时整个工程的等别应按其最高的等别确定故本水库枢纽为Ⅱ等工程3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分原则Ⅱ等工程的重要建筑物为2级水工建筑物因此本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、浇灌渠道、水库放空隧洞为2级水工建筑物；次要建筑物筏道为3级水工建筑物2.2各构成建筑物的选择2.2.1挡水建筑物型式的选择挡水建筑物型式的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重要原因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、抗震规定等多种原因进行研究比较最终选定技术上可靠、经济上合理的坝型工程中重要的挡水建筑物型式有重力坝、拱坝、土石坝现对多种坝型进行比较：1）重力坝方案重力坝基本剖面呈三角形在水压力及其他荷载作用下重要依托坝体自重产生的抗滑力来满足稳定规定同步依托坝体自重产生的压应力来抵消水压力所引起的拉应力来满足强度规定重力坝的长处：①筑坝材料强度高耐久性好抵御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构造作用明确；⑤施工以便重力坝的缺陷：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足发挥且坝底面积大因而扬压力也较大对稳定不利；②因坝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规定较高2）拱坝方案拱坝是固接于基岩的空间壳体构造在平面上呈向上游的拱坝其拱冠剖面呈竖直的或向上游凸出的曲面形坝体构造既有拱作用又有梁作用其承受的荷载一部分通过拱的作用压向两岸另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩拱坝的长处：①具有双向传力的性能；②拱是推力构造；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取它又具有较强的抗震能力拱坝的缺陷：①拱坝是不设永久性横缝的整体朝静定构造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规定以及对地形地质条件及地基规定均较高3）土石坝方案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长处：①就地取材与混凝土坝相比节省大量水泥、钢材和木材且减少了筑坝材料运送费用；②对地质、地形条件规定较低任何不良地基经处理后也可筑土石坝；③施工措施灵活技术简朴且管理以便易于加高扩建土石坝的缺陷：①不容许坝顶溢流一般需在河岸上另设泄水建筑物；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从枢纽布置处地形地质平面图及1#坝轴线地质剖面图上可以看出坝址基岩为上部为五通砂岩下面为石英砂岩和砂质页岩覆盖层沿坝轴线厚1.5～5.0m五通砂岩厚达30～80m若建重力坝清基开挖量大目前C城至坝址尚无铁路、公路通行修建重力坝所需水泥、钢筋等材料运送不以便且不能运用当地筑坝材料故修建重力坝不经济修建拱坝理想的地形条件是左右岸地形对称岸坡平顺无突变在平面上向下游收缩的河谷段并且坝端下游侧要有足够的岩体支撑以保证坝体的稳定该河道弯曲相称厉害尤其枢纽布置处更为明显形成S形1#坝址处没有雄厚的山脊作为坝肩左岸陡峭右岸相对平缓峡谷不对称成不对称的"U"型下游河床开阔不适合拱坝的建设土石坝对地形、地质条件规定低几乎在所有的条件下都可以修建且施工技术简朴可实行机械化施工也能充足运用当地建筑材料覆盖层也不必挖去因此造价相对较低因此采用土石坝方案是选定技术上可行经济上合理的坝型2.2.2泄水建筑物型式的选择土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪在坝轴线下游300m处的两岸河谷呈马鞍形右岸有马鞍形垭口采用正槽式溢洪道泄洪泄水槽与堰上水流方向一致水流平顺泄洪能力大构造简朴运行安全可靠合用于多种水头和流量2.3枢纽总体布置方案确实定挡水建筑物：土石坝（包括副坝在内）按直线布置在河弯地段的1#坝址线上泄水建筑物：溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处综合考虑各方面原因最终确定枢纽布置直接绘制地形地质平面图见附图3土石坝设计3.1坝型选择影响土石坝坝型选择的原因有：坝高；筑坝材料；坝址区的地形地质条件；施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运送条件、初期度汛等施工条件；枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；枢纽的开发目的和运行条件；土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价枢纽大坝采用当地材料筑坝据初步勘察土料可以采用坝轴线下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料且储量诸多一般质量尚佳可作筑坝之用砂料可在坝轴线下游1~3公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采石料可以用采石场开采采石场可用坝轴线下游左岸山谷较合适其石质为石灰岩、砂岩质量良好质地坚硬岩石出露覆盖浅易开采多种材料的特性见表1.1－1.3从建筑材料上说该枢纽坝型选择均质坝、多种土质分区坝、斜墙坝、心墙坝均可1）均质坝坝体材料单一施工工序简朴干扰少；坝体防渗部分厚大渗透比降比较小有助于渗流稳定和减少通过坝体的渗流量此外坝体和坝基、岸坡、及混凝土建筑物的接触渗径比较长可简化防渗处理不过由于土料抗剪强度比用在其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小故其上下游坝坡比其他坝型缓填筑工程量比较大坝体施工受寒冷及降雨影响有效工日会减少工期延长故在寒冷及多雨地区的使用受限制故不选择均质坝2）多种土质分区坝该坝型虽然可以因地制宜充足运用包括石渣在内的当地多种筑坝材料；土料用量较均质坝少施工受气侯的影响也相对小某些不过由于多种材料分区填筑工序复杂施工干扰大故也不选用多种土质分区坝3）斜墙坝斜墙坝与心墙坝一般的优缺陷无明显差异粘心斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制沙砾料工作面大施工以便但到考虑坝址的地质条件坝基有破碎带和覆盖层截水槽开挖和断层处理要花费诸多时间并且不易精确估计故不应选择斜墙坝4）心墙坝心墙位于坝体中间而不依托在透明水壳上其自重通过自身传到基础不受坝壳沉降影响依托心墙填土自重使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力有助于心墙和地基的结合提高接触面的渗透稳定性使其因坝主体的变形而产生裂缝的也许性小粘土用量少受气候影响相对小粘土心墙施工受季节气候的影响也比其他坝型小得多同步由于用作防渗体的土料在位于坝下游1.5~3.5公里的丘陵区与平原地带储量诸多一般质量尚佳可作筑坝之用；用作透水料的砂土可从坝上下游0.3~3.5公里河滩上开采储量多可供筑坝使用筑坝石料在坝址下游附近开采且石质为石灰岩和砂岩质地坚硬储量丰富便于开采这样便于分别从上下游上料填筑透水坝壳使施工以便减少工程造价争取工期综合以上分析最终选择粘土心墙坝3.2土石坝基本剖面的确定土石坝基本剖面包括上下游坝坡、坝顶宽度、坝顶高程等3.2.1上下游坝坡土石坝坝坡的大小取决于坝型、坝高、筑坝材料、荷载、坝基性质等原因且直接影响到坝体的稳定和工程量大小根据SL274-《碾压式土石坝设计规范》规定：高度在30m如下的为低坝高度在30~70m之间的土石坝坝高为中坝高度超过70m的为高坝由于平山水库属于Ⅱ等工程以防洪发电为主校核洪水位为116m水库最低高程为62.5m坝高至少53.5m预估为中高坝故本坝采用三级变坡1）上游坝坡坡率：从坝顶至坝踵依次为1：1.75；1：2.0；1：2.252）下游坝坡坡率：从坝顶至坝趾依次为1：1.5；1：1.75；1：2.03）马道：因土石坝高程相隔10~30m之间设马道故第一级马道高程为80.50m第二级马道高程100.50m马道宽度取2.0m3.2.2坝顶宽度坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和地震等方面的综合研究后确定本坝属于中坝坝顶无交通规定SL274-《碾压式土石坝设计规范》 规定：中低坝的坝顶宽度可选5-10m考虑到心墙顶宽必须超过3m为便于心墙的施工本设计坝顶宽度取B=8.0m3.2.3坝顶高程坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和应按如下运用条件计算取其最大值：1)设计水位加正常运用条件下的坝顶超高;2)正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高;3)校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高；4)正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高加地震安全加高注：本设计不考虑地震因此不考虑第四工况最终需预留一定的坝体沉降量此处取坝高的1%计算公式采用下列三式：(3.1)(3.2)(3.3)式中：Y--坝顶超高；R--波浪在坝坡上的最大爬高m；采用黄河水利水电出版社出版的《碾压式土石坝设计》推荐的计算波浪在坝坡上的爬高计算公式式中：--设计波高m；m--上游坝坡平均坡率取m=3；n--坝坡护面糙率上游拟采用浆砌石勾缝取n=0.025则e--最大风壅水面高度即风壅水面超过原库水位高度的最大值m；mHm--坝前水域平均水深由于坝高不低于53.5m粗略估计Hm为50m；K--综合摩阻系数其值由于变化在（1.5～5.0）×10-6之间计算时一般取K=3.6×10-6；--风向与水域中线的夹角本设计为0°；V0--计算风速本设计为15m/s；D--水库吹程本设计为10Km；A--安全加高m根据坝的等级和运用状况其中非常运行条件（a）合用于山区、丘陵区非常运用条件（b）合用于平原区、滨海区按表3.1确定表3.1土石坝安全加高（单位：m）坝的级别

1

2

3

45

正常运行条件

1.50

1.00

0.70

0.50

非常运行条件（a）

0.70

0.50

0.40

0.30

非常运行条件（b）

1.00

0.70

0.50

0.30

平山土石坝属于2级水工建筑物平山河流域多为丘陵山区在平山枢纽上游均为大山区河谷山势陡峭河谷边坡一般为600~700地势高差都在80~120m河谷冲沟切割很深安全加高分别取：正常运用状况下1.0m非常运用状况下0.5m计算成果见表3.2表3.2坝顶高程计算成果（单位：m）运用状况

静水位（m）

波浪爬高R（m）

壅高e(m)

安全超高A（m）

坝顶高程Z计（m）

最大值（m）

1)

114.3

1.45

0.01

1.0

116.76

117.96

2)

112.6

1.45

0.01

1.0

115.06

3)

116

1.45

0.01

0.5

117.96

其中：1）设计水位加正常运用条件下的坝顶超高；2）正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高；3）校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高设计的坝顶高程是针对坝沉降稳定后来的状况而言的因此竣工时的坝顶高程应留预留足够的沉降量根据以往工程经验土质防渗体辨别坝预留沉降量一般为坝高的1%则计算坝顶高程为117.8m坝基开挖高程最低位61.5m（清基深度1m）坝高则为56.3m则实际坝高为56.9m综合以上考虑初步设定坝顶高程取为：118.40m3.3防渗体设计本土石坝的防渗体为粘土心墙做成上下游面对称3.3.1防渗体尺寸1）心墙顶宽防渗体顶部的水平宽度考虑机械化施工的规定不应不不小于3.0m本心墙顶宽设计为4米2）心墙底宽SL274-《碾压土石坝设计规范》规定：心墙的容许坡降不适宜不小于4本心墙容许坡降设计为4考虑清基深度1m上下游最大作用水头差H=116-61.5=54.5m（下游无水工况）故防渗体墙厚T≥H/=54.5/4=13.625m考虑到坝体安全并参照有关类似工程经验本坝心墙底宽设计为24m3）防渗体超高防渗体顶部在正常蓄水位或设计洪水位以上的超高在正常运行条件下心墙应为0.3~0.6m；在非常运行状况下均不应低于该工况下的静水位并应计算风浪爬高的影响以防风浪形成的壅水通过防渗体顶部渗向下游当防渗体顶部设有稳定、结实、不透水且与防渗体紧密结合的防浪墙时可将防渗体顶部高程放宽至正常运用静水位以上即可本坝防渗体将于防浪墙紧密结合故防渗体高程设计为116m3.3.2防渗体保护层心墙顶部应设保护层防止冰冻和干裂保护层可采用砂、砂砾或碎石其厚度不不不小于该地区的冻深或干燥深度粘土心墙不不不小于1m此处取1.2m坝顶路面混凝土厚0.4m中部碎石厚0.4m下部砾石厚0.4m3.3.3坝顶路面高程确定因粘土心墙高程为116m心墙保护层为1.2m故坝顶路面高程为117.2m复核坝高:防浪墙高1.2m故坝顶路面高程与防浪墙的总高程是118.4m与3.2.3所计算的坝顶高程无误3.4土石坝渗流及稳定分析计算3.4.1计算条件根据《防洪原则》(GB50201-94)和《水利水电工程等级划分及洪水原则》(SL252-)平山水库枢纽工程等别为III等重要建筑物为2级建筑物根据《水库大坝安全评价导则》(SL258-)的规定本次复核采用的防洪原则为50年一遇洪水设计10一遇洪水校核设计洪水位为114.3m校核洪水为116m正常蓄水为112.6m死水位为103.2m根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-)并结合水库的运行状况计算工况取：(1)正常工况1)设计洪水位114.3m下形成稳定渗流时上、下游坝坡稳定计算工况；2)设计洪水位114.3m骤降至死水位103.2m时上游坝坡稳定计算工况(2)非常工况1)校核洪水位116m下形成稳定渗流时上、下游坝坡稳定计算工况；2)校核洪水位116m骤降至死水位103.2m时上游坝坡稳定计算工况3.4.2计算参数的选用计算参数见下表3.3表3.3水库大坝稳定分析计算参数表项目

土的类别

干重度(KN/m3)

湿重度(KN/m3)

浮重度(KN/m3)

Ｃu(KPa)

C'(KPa)

φc(°)

φ(°)

上游坝身

壤土

15.8

17.8

14

10

14

20

22

下游坝身

石料

19

21.5

13.5

3

10

24

38

心墙

粘土

16

19

13

18

40

17

19

3.4.3计算措施3.4.3.1渗流基本理论土是一种三相构成的多孔介质其孔隙在空间上相通在饱和土中水充斥整个孔隙当土中不一样位置存在水位差时土中水就会在水位能量作用下从水位高（即能量高）的位置向水位低（即能量低）的位置流动则液体（如土中水）从物质微孔（如土体孔隙）中透过的现象称为渗透流体在孔隙介质中的流动即为渗流由于渗流骨架的岩土性质与其中流体的性质较为复杂因此常用平均概念和综合性的参数代表其渗流性质1)渗流基本定律--达西定律最早法国工程师达西（H.Darcy）在垂直圆管中装砂进行渗透试验试验成果证明渗透量Q除与断面面积A直接成正比外正比于水头损失hw反比于渗径长度L引入决定土粒构造和流体性质的一种常数k则（3.4）或（3.5）式中：k为反应土的透水性质的比例系数称为渗透系数达西渗透定律为：（3.6）上式表明在均质孔隙介质中渗流流速与水力梯度的一次方成比例并与土的性质有关不过达西渗透定律仅在一定范围内才能使用即流体做层流运动时方可在水利工程中除了堆石坝、堆石排水体等大孔隙介质中的渗流为湍流之外绝大多数渗流均属于层流范围2)二维渗流的持续性方程当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间变化时这种渗流为稳定渗流对稳定渗流场中任意点A处的以微小单元面积为dxdz厚度为dy=1在x和z方向各有流速和单位时间内流入这个微小单元体的渗流量为则（3.7）单位时间内流出这个微小单元体的渗水量为则（3.8）假定水体不可压缩则根据水流持续原理单位时间内流入和流出微小单元体的水量应当相等即（3.9）由上得到：二维渗流持续方程（3.10）3)二维渗流的基本微分方程假设液体和固体骨架都不可压缩于是可得到不可压缩介质中的渗流基本微分方程也称为稳定渗流微分方程：根据达西渗透定律对于各向异性土：（3.11）（3.12）式中：--表达x和z方向的渗透系数；h--测管水头由上述可得：在二维平面渗流的状况下均匀各向异性土体的渗流基本微分方程为:（3.13）对于各向同性的均质土则可得到：著名的拉普拉斯方程也是平面稳定渗流的基本微分方程：（3.14）4)渗流有限元分析的基本措施有限(单)元法是数值计算措施中应用最广的一种有限单元法以剖分离散和分块插值为指导思想其基本措施是将持续的求解区域离散化为一组有限个、且按一定方式互相连接在一起的单元组合体运用每一种单元内假设的近似函数来分片地体现整个求解域上待求的未知场函数由于单元能按不一样的连接方式进行组合且单元自身又可以有多种形状因此可以模型化几何形状复杂的求解域单元内的近似函数一般由未知场函数或其导数在单元各个节点的数值和其插值函数来体现这样一来未知场函数或其导数在各个节点上的数值就成为新的未知量从而使一种持续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题一经求出这些未知量就可以通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值进而得到整个求解域上场函数的近似值显然伴随单元数目的增长或者伴随单元自由度的增长及插值函数精度的提高解的近似程度将不停改善只要单元满足收敛规定近似解最终将收敛于精确解有限元法虽然类似于有限差分法但其实行措施不一样有限差分法是直接从微分方程入手以离散格式逐渐近似迫近方程中的导数有限元法的实行则相反按照变分原理求泛函积分找其函数值即把微分方程及其边界条件转变为一种泛函求极值的问题有限元法是一种分块近似兹(Ritz)法的应用即首先把持续体或研究区域离散划分为有限个、且按一定方式互相连接一起的单元的组合体再以持续的分片插值函数建立一种个的单元方程后依托各节点把单元与单元连接起来集合为整体形成代数方程组进行求解有限单元法在模拟曲线边界和向异性渗透介质方面比有限差分法具有较大的灵活性3.4.3.2稳定基本理论稳定分析是确定大坝剖面和安全的重要根据稳定分析的可靠性对大坝的经济性安全性具有较为重要的影响作为稳定分析基础的土强度与破坏理论应用广泛的是摩尔-库仑理论在工程上采用的土坡稳定分析措施重要是建立在极限平衡理论基础上假设到达极限平衡状态时土体将沿某一滑裂面产生剪切破坏而失稳滑裂面上各点土体均处在极限平衡状态满足摩尔-库仑强度条件伴随时间的推进对土石坝稳定分析的逐渐深入研究理论逐渐成熟本文重要简介如下四种：瑞典圆弧法、简化的毕肖（Bishop）法、滑楔法及满足所有力和力矩平衡的措施1)瑞典圆弧法计算原理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措施是条分法中最简朴的措施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自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%这种误差伴随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设得出的简便措施有缺陷可是该措施简朴明了轻易计算瑞典法的推导一般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--分别表达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--圆弧半径该措施计算简朴通过长时间运用积累了较丰富的经验基本能保证工程上的安全；不过该措施没有考虑土条间的作用力(2)简化的毕肖（Bishop）法计算原理毕肖普采用的静定化条件是假定土条间垂直方向的作用力相等考虑了条间力的作用并按照各土条对圆心的力矩和为零的安全系数来定义在1955年提出了一种安全系数计算公式毕肖普简化法使用圆弧滑裂面对多出未知力的假定该法假定土条两侧切向作用力均为0也就假定条间力的合力是水平的安全系数计算公式为：(3.16)式中：W--土条重量；Q、V--分别表达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--圆弧半径简化毕肖普法一般都能得出较为精确的答案不过在某些状况下有也许出现数值上的问题故常将毕肖普法和圆弧瑞典法的计算相比较若出现毕肖普发的计算值不不小于圆弧瑞典法的计算值时体现数值上有问题此时要变化滑动面毕肖普法的一种局限性是只合用圆弧滑动面(3)滑楔法计算原理无粘性土的坝坡如心墙坝的上下游坝坡、斜墙坝的下游坝坡、斜墙的上游保护层、保护层连同斜墙和坝基中有软弱夹层的滑动等常形成折线的滑动面这时可假设滑动面为若干个楔形体构成采用滑楔法计算稳定安全系数滑楔法只满足力的平衡条件不过不满足力矩平衡条件计算成果的精确性不够并且安全系数对所假定的块间作用力的变化比较敏感若选择不妥则误差较大有时还会出现数值计算上的问题难以收敛(4)力矩平衡法计算原理以极限平衡原理理论为基础的稳定分析措施属于超静定问题未知量的数目超过也许建立的方程数对于具有任意形状的滑动面根据总体力矩平衡以及滑动体水平和竖向力的平衡分别找出如下的安全系数体现式：（3.17）（3.18）3.4.3.2选择分析措施坝坡抗滑稳定计算应采用刚体极限平衡法对于均质坝、厚斜墙坝和厚心墙坝宜采用计及条块间作用力的简化毕肖普法；对于有软弱夹层、薄斜墙、薄心墙坝的坝坡稳定分析及任何坝型可采用满足力和力矩平衡的摩根斯顿－普赖斯等分析平山水库水库由于是薄心墙坝故可采用满足力和力矩平衡的摩根斯顿－普赖斯分析3.4.4GEO-SLOPE软件计算图3.4.4.1渗流分析计算图校核洪水位116m下形成渗流计算工况图见图3.1图3.1校核洪水位116m下浸润线、等势线、单宽流量图设计洪水位114.3m下形成渗流计算工况图见图3.2图3.2设计洪水位114.3m下浸润线、等势线、单宽流量图3.4.4.2稳定分析计算图1)校核洪水位116m下形成稳定渗流时上、下游坝坡稳定计算工况见图3.3（a）（b）图3.3（a）（b）校核洪水位116m下形成上下游稳定渗流分析2)设计洪水位114.3m下形成稳定渗流时上、下游坝坡稳定计算工况见图3.4（a）（b）图3.4（a）（b）设计洪水位114.3m下形成上下游稳定渗流分析3)校核洪水位116m骤降至死水位64.5m时上游坝坡稳定计算工况图3.5图3.5校核洪水位116m骤降至死水位64.5m下形成稳定渗流分析4)设计洪水位114.3m骤降至死水位64.5m时上游坝坡稳定计算工况图3.6图3.6设计洪水位114.3m骤降至死水位64.5m时上游坝坡稳定渗流分析3.4.5结论3.4.5.1渗流分析成果经计算大坝渗流计算成果见表3.5表3.5大坝渗流计算成果表计算工况

下游坝坡水力比降

溢出点高程

渗漏量(m3/d.m)

出口流速

工况

库水位（m)

出口段

容许坡降

校核洪水位

116

3.28e-5

1.24

70.83

1.74e-06

2.65e-8

设计洪水位

114.3

4.35e-5

1.24

68.96

1.28e-06

4.31e-8

注：下游坝坡（石料）容许比降=（Gs－1）（1－n）=(3.1－1)×（1－0.41）=1.243.4.5.2土石坝渗流分析结论通过计算分析可知在多种工况工作状况下平山水库的渗流状况符合规范的规定下游坝坡的渗透比降均在规范的规定之内3.4.5.3稳定分析成果1）稳定分析成果见表3.6表3.6稳定分析成果表计算工况

上游水位（m)

下游水位(m)

计算安全系数

安全系数

校核洪水位

116

70

1.85

1.25

设计洪水位

114.3

68.5

1.83

1.35

校核骤降至死水位

114.3-103.2

64.5

1.425

1.35

校核骤降至死水位

116-103.2

64.5

1.326

1.25

3.4.5.4土石坝稳定分析结论通过验算复核在校核、设计以及正常蓄水位的工况时安全系数均不小于所规定的范围设计符合规定在四种工况下边坡的滑坡型式为圆弧滑裂面3.5顶部构造本坝坝顶上游侧采用C25水泥浆砌块石防浪墙墙顶高于坝顶1.2m墙宽0.5m防浪墙应结实且不透水墙底应和坝体防渗体紧密连接插入防渗体保护层和防渗体2m坝顶下游侧设路肩石高0.3m宽0.5m墙身每隔15m布置一道设有止水的沉陷逢墙顶设有高2.8m的灯柱3.6护坡设计3.6.1上游护坡土石坝上游坡面要经受波浪淘刷、冰层和漂浮物的撞击等危害作用上游护坡的常用型式为干砌石、浆砌石或堆石考虑坝址附件石料丰富故采用浆砌石做上游护坡护坡范围从坝顶延伸至坝脚厚度为0.6m下部设厚度设碎石垫层垫层厚度与材料粒径有关一般碎石用0.3m~0.6m故本设计采用0.4m如图3-7所示图3-7上游坝坡和马道3.6.2下游护坡土石坝下游坝面为防雨水冲刷和人为破坏一般采用简化型式的护坡护坡的覆盖范围应延伸至坝址但排水棱体不需防护一般采用干砌石、碎石或砾石护坡考虑坝址附件石料丰富故下游设厚度为0.4m的碎石护坡如图3-8所示图3-8下游坝坡和马道3.7坝顶、坝面排水设计3.7.1坝顶排水坝顶设有防浪墙为了便于排水坝顶做成自上游倾向下游的坡坡度为3%路肩石底部每隔100m设直径6cm的排水孔将坝顶雨水排向下游坝面排水沟3.7.2坝面排水1）布置在下游坝坡设置纵横向排水沟纵向排水沟（与坝轴线平行）设在各级马道内侧沿坝轴线每隔100m设置1条横向排水沟（顺坡布置垂直于坝轴线）横向排水沟自坝顶直至棱体排水处的排水沟再排至坝趾排水沟纵横向排水沟互相连通横向排水沟之间的纵向排水沟应从中间向两端倾斜坡度取0.2%以便将雨水排向横向排水沟坝体与岸坡连接处应设置排水沟以排除岸坡上游下来的雨水2）排水沟尺寸及材料①尺寸确定：当地区10一遇雨量498.1mm2一遇雨量348.2mm50年一遇雨量299.9mm根据以往已建工程的经验排水沟宽度及深度一般采用20～40cm本设计取30cm②材料：排水沟一般采用浆砌石或混凝土预制块综合考虑选用浆砌石块石3.8坝体排水设计3.8.1排水设施选择常用的坝体排水有如下几种型式：贴坡排水、棱体排水、坝内排水以及综合式排水1）贴坡排水：贴坡排水又称为表面排水这种形式的排水构造构造简朴用料节省施工以便易于检修可以防止坝坡土发生渗流破坏保护坝坡免受下游波浪淘刷但不能有效地减少浸润线且易因冰冻而失效2）棱体排水：棱体排水又称滤水坝趾在下游坝脚处用堆石体堆成的棱体棱体排水合用于下游有水的多种坝型它可以减少浸润线防止坝坡冻胀保护尾水范围内的下游坝脚不受波浪淘刷还可以和坝基排水相连接当坝基强度足够时可以发挥支撑坝体、增长稳定的作用但所需石料用量大费用较高与坝体施工有干扰检修较困难3）坝内排水：坝内排水包括褥垫排水网状带排水排水管竖式排水体等不过重要问题：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减少浸润线的效果将明显减少；网状排水施工麻烦并且排水效果较褥垫排水差4）综合式排水：实际工程中常根据详细状况将几种不一样形式的排水组合在一起称为综合式排水以兼取各型式的长处由于坝址附近有丰富的石料可开采其石料质地坚硬可以运用做堆石料棱体排水的材料综合以上分析选择棱体排水方式3.8.2堆石棱体排水尺寸在下游坝脚处用块石堆成棱体根据SL274-《碾压式土石坝设计规范》规定：棱体顶宽宽度应根据施工条件及检查观测需要确定不不不小于1.0m；顶部高程应超过下游最高水位超过高度1级、2级坝应不不不小于1.0m3级、4级、5级坝应不不不小于0.5m并应超过波浪沿坡面的爬高；顶部高程应使坝体浸润线距坝面的距离不小于该地区的冻结深度；应防止在棱体上游坡脚处出现锐角；棱体内坡根据施工条件确定一般为1:1.0～1：1.5外坡为1:1.5～1:2.0；棱体与坝体以及土质地基之间均应设反滤层综合以上原因考虑：该设计顶宽取2.0m棱体内坡取1：1.5棱体外坡取1：2.0顶部高程不不不小于1.0m由于通过校核洪水位流量时溢洪道泄水量q=1000m3/s对应下游最高洪水位70m超高取1.5m因此顶部高程为71.50m棱体与坝体以及土质地基之间设0.55m的反滤层如图3-9所示图3-9棱体排水3.9反滤层和过渡层3.9.1设计规范及原则1）保护无粘性土料（粉砂、砂、砂砾、卵砾石、碎石等）《碾压式土石坝设计规范》规定对于与被保护土相邻的第一层反滤料提议按下述准则选用：D15/d85≤4~5D15/d15≥5同步规定两者的不均匀系数Cu=d60/d10及D60/D10≯5~8级配曲线形状最佳相似式中：D15--反滤料的特性粒径不不小于该粒径的土占总土重的15%；d15、d85--被保护土的控制粒径和特性粒径不不小于该粒径的土分别占总重的15%及85%上述两式同样合用于选择第二、三层反滤料当选择第二层反滤料时以第一层反滤料为被保护土二选择第三层反滤料时则以第二层反滤料为被保护土按此原则天然砂砾料一般不能满足规定须对土料进行筛选2）保护粘性土料粘性土有粘聚力抗管涌能力一般比无粘性土强一般不用上述两式设计反滤层而用如下措施设计①满足被保护粘性土的细粒不会流失根据被保护土的不不小于0.075mm含量的百分数不一样而采用不一样的措施当被保护土具有不小于5mm的颗粒时则取其不不小于5mm的级配确定不不小于0.075mm的颗粒含量百分数及计算粒径如被保护土不具有不小于5mm的颗粒时则按全料确定不不小于0.0075mm的颗粒含量百分数及a.对于不不小于0.075mm的颗粒含量不小于85%的粘性土按式D15≤9d85设计反滤层当取等于0.2mmb.对于不不小于0.075mm的颗粒含量为40%～85%的粘性土按式D15≤0.7mm设计反滤层c.对于不不小于0.075mm的颗粒含量为15%～39%的粘性土按式设计反滤层式中为不不小于0.075mm时颗粒含量1%若应取0.7mm②满足排水规定以上三种土还应符合式以满足排水规定式中应为被保护粘性土全料的若时不不不小于0.1mm3）护坡垫层同样应满足土粒不流失及足够的透水性规定但原则可减少些提议按下式的简便措施选择粒径3.9.2设计成果由于设计原始资料中没有提供各土、砂、石料的颗粒级配状况这里无法用计算的措施进行反滤层的设计只能参照有关规范和已建工程进行初步设计初步确定成果分述如下1）防渗体周围部位第一层：碎石D=5~20mm厚25cm；第二层：砾石D=1~5mm厚20cm；第三层：砂D=0.25~1mm厚20cm2）排水部位第一层：碎石D=5~20mm厚25cm；第二层：砾石D=1~5mm厚15cm；第三层：砂：D=0.25~1mm厚15cm3.10地基处理及坝体与地基岸坡的连接3.10.1地基处理大坝基础至坝脚线外10米范围内的树林、树根、、地表孤石、块石以及河床底的淤泥、沙壤土等都应在填筑坝体之前都要进行清基一般清除深度为0.3-1.0m本设计清基深度初步设定为1m筑坝前所建造的地质勘探的钻孔、试坑、平洞井、泵等均应回填对坝基进行平整、振动碾压或夯板扎实特殊部位采用的措施如下：1）河槽处：水流常年冲刷基岩裸露抗风化能力强吸水量也较低故只需清除覆盖层即可挖至基岩即可2）右岸河滩：覆盖层和坡积物相对较厚坝区右岸破碎达60米的钻孔岩芯获得率仅为20%可见岩石裂隙十分发育拟采用局部帷幕灌浆3）平山嘴大溶洞和大泉眼大溶洞：前者对大坝及库区均无影响但后者朝南东方向延伸的话则也许通向库壁待未来蓄水后库水有也许顺着溶洞漏到库外为安全起见可修筑土铺盖用水泥砂浆填缝铺盖同步还应与粘土心墙相连向上库区及右岸延伸展布将岩溶封闭3.10.2坝体与地基的连接1）河槽部位：岩芯获得率及吸水量均能到达规定采用在心墙底端局部加厚的方式与地基相连2）右岸河滩：上部岩层裂隙较发育岩芯获得率只有20%而覆盖层也较左岸厚采用截水槽的方式与基岩相连截水槽可挖至基岩如下2.5m深处内填壤土截水槽横断面确定：边坡采用1：2.0；底宽渗径不不不小于（1/3～1/5）H其中H为最大作用水头（下游无水时为54.5m）底宽取1/4×54.5=13.625m则取14m3.10.3坝体与岸坡的连接左坝肩到左滩地坡积风化层及其岸坡杂物需彻底清除左岸坡不应成台阶状反坡或忽然变坡应修建混凝土齿墙由于岩石岸坡一般不适宜陡于1:0.5～1:0.75太陡会引起裂缝故左岸根据地形地质原因考虑开挖时基本与基岩大体平行坡度为1：0.7右坝肩到右滩地坡积风化层处理与左岸相似基岩开挖角不适宜太大心墙与岸坡连接处的断面应扩大1/3并设反滤层防渗体邻近岩质岸坡1.0m范围内采用粘土填筑且保持W=W最优岩面在填土前应采用粘土浆抹面且按规定设反滤层并可将心墙嵌入岸坡内3.11裂缝处理由于设计、施工不妥等诸多方面的原因土石坝中常常会出现裂缝而在渗流等原因作用下裂缝将深入发展威胁大坝安全平山水库作为Ⅱ等工程其裂缝处理愈加需要细致小心需要有其防治处理方案3.11.1裂缝的成因平山水库土石坝在建造和运行的过程中一般都要发生变形在不利的地形和坝基土质条件下也许产生局部过大的变形和应力当其超过坝体材料的承受能力时将产生裂缝3.11.2裂缝的防治措施3.11.2.1改善坝体构造或平面布置平山水库根据需要合理设计放缓坝坡同步在渗流处铺设足够厚的反滤层尤其是对易于出现裂缝的部位进行合适加厚此外在进行土料分区时采用粒径相差不大的两种土料相邻布置在黏土心墙和坝壳之间设置较宽的过渡区3.11.2.2重视坝基处理平山水库土石坝按3.11.1进行必要的坝基处理以防止过大的不均匀沉降及水力劈裂冲蚀3.11.2.3合适选用坝身土料平山水库土石坝防渗体是黏土心墙心墙的中上部对土料适应变形的能力规定较高但心墙的中下部所承受的荷载较大而不均匀的变形的也许性较小故对其适应变形的规定可合适减少故针对防渗体不一样部位选用不一样土料3.11.2.4采用合适的施工措施和运行措施在修筑平山水库土石坝的心墙或易于开裂的部位其建筑速率可合适放缓以使下部坝体有充足的时间到达预期的沉降量；在施工间歇期要妥善保护坝面防止干缩、冻溶裂缝的产生一旦产生及时处理；运行期尤其是初次蓄水时水位升降速度不适宜过快以免坝体各部位的变形来不及调整互不协调产生高应力同步防止出现水力劈裂3.11.3裂缝处理平山水库土石坝在设计和施工时应注意防备裂缝的形成和发展发现裂缝时要查明性状分析原因做好处理预案1）对表面裂缝先用沙土填塞再以低塑性黏性土封填、扎实对深度不大的裂缝也可以将裂缝部位的土体挖除回填含水率稍高于最优含水率的土料分层扎实2）对深层裂缝可进行灌浆处理用低塑性黏性土或在其中加少许中、细砂等做灌浆材料自流或加压灌注但要防止水力劈裂4溢洪道设计4.1溢洪道路线选择和平面位置确实定根据本工程地形地质条件运用枢纽右岸的马鞍形垭口采用正槽式溢洪道引水渠末端设置圆形渐变段泄槽不设收缩、弯曲段和扩散段不设尾水渠4.2溢洪道基本数据由于没有做调洪演算初步确定溢洪道水力计算成果见表4.1表4.1溢洪道水力计算成果计算状况

上游水位（m）

下泄最大流量(m3/s)

对应的下游水位(m)

校核

116.0

1000

70.0

4.3工程布置4.3.1引水渠由于地形、地质条件限制溢流堰往往不能紧靠库区需在溢流堰前开挖引水渠将库水平顺地引向溢流堰为提高溢洪道的泄失流速应不小于悬移质不淤流速不不小于渠道的不冲流速设计流速宜采用3~5m/s本设计采用设计流速v为3m/s引水渠的横断面在岩基上靠近矩形边坡根据岩层条件确定新鲜岩石一般为1:0.1~1:0.3风化岩石为1:0.5~1:1.0本设计采用边坡坡率m为1:1.0从平山水库坝址地形图可知控制堰顶高程为108m堰高3m故引水渠水深H为11m根据计算公式：（4.1）（4.2）可以初步确定引水渠断面尺寸详细计算成果4.2表4.2引水渠断面尺寸计算成果计算状况

上游水位（m）

下泄最大流量Q(m3/s)

水深H（m）

边坡坡率m

底宽B(m)

校核

116

1000

11

1

20

由计算可以确定引水渠底宽B为32m（安全设计）在引水渠与控制堰之间设渐变段采用圆弧连接圆弧半径R=10m圆弧的圆心角为90°；引水渠前段采用梯形断面边坡采用1：1；引水渠总长L=30m4.3.2控制段溢洪道的控制段包括：溢流堰及其两侧的连接建筑本工程是以浇灌发电为主的大（2）型工程右岸岩石的渗水率小仅为0.001~0.01采用实用堰4.3.2.1实用堰剖面的设计溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三部分构成设计规定：①有较高的流量系数泄流能力大；②水流平顺不产生不利的负压和空蚀破坏；③体形简朴、造价低、便于施工等1)确定定型设计水头堰顶高程=108m；校核洪水位=116m；最大堰上水头=116-108=8m；定型设计水头：=（0.65~0.85）=（0.65~0.85）×8=5.2m~6.8m取=6m2)确定堰剖面上游段各圆弧参数为：；；；下游段满足方程：整顿得：（4.3）对于WES型原则堰面其大体范围是：X=（-0.282~0.85）HdY=(0~0.37)Hd故因此x最大取5.1对应的y取2.2如图4-1所示图4-1WES型原则堰面4.3.2.2孔口设计①WES剖面的流量系数mm的值重要取决于、的值=3/6=0.5；查表取值：m=0.49②溢流孔的设置为了调整水位和流量在溢流堰顶上设溢流孔两孔之间设置闸墩在与岸边连接处设置边墩以便安设闸门开敞式WES型实用堰的泄流能力公式：（4.4）式中：Q溢为校核洪水时最大下泄量1000m3/s；ε为闸墩侧收缩系数与墩头形式有关本设计取0.95；c为上游堰坡影响系数取1；m为堰流系数取0.49；σs为沉没系数不沉没取1；H0为堰上水头取校核洪水堰上水头8m；g为重力加速度取9.8；则溢流段净宽度L为21.45m为保证设计安全溢流段净宽度取24m单宽流量令：溢流孔孔数n=2则孔口宽b=12m溢流段前缘总长L0=nb+(n-1)d（4.5）由于b为孔口宽度d为中闸墩宽度取2.0m边墩宽度取3.0m则溢流前缘总长为L0=2×12+2+2×3=32m单宽流量4.3.2.3闸门设计1）闸门和启闭机闸门是可以闭合、用于控制孔口水流的挡水建筑物是水工建筑物的重要构成部分闸门装置于岸边溢洪道的孔口上控制流量宣泄洪水闸门分为工作闸门、检修闸门和事故闸门工作闸门用来调整下泄流量需要在动水中启闭规定有较大的启闭力；检修闸门用于短期挡水以便对工作闸门、建筑物及机械设备进行检修可以在静水中启闭启闭力较小；事故闸门是在建筑或设备出现事故紧急应用规定能在动水中关闭孔口工作闸门一般设在溢流堰顶检修闸门和工作闸门至少留有1~3m的净距以便进行检修常用的工作闸门有平面闸门和弧形闸门平面闸门的重要长处是：构造简朴闸门墩受力条件好各孔口可共用一种活动式启闭机；缺陷是：启闭力较大闸墩较厚设有门槽水流条件差弧形闸门重要长处是：启闭力较小闸墩较薄无门槽水流平顺；缺陷是：闸墩较长且受力条件较差本溢流堰工作闸门和检修闸门均采用直升式平面钢闸门选用活动式启闭机设检修闸门一扇两道闸门之间最小净距为1m不设事故闸门SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》推荐闸门尺寸（宽×高）为12m×9m如图4-2所示图4-2闸门2）闸墩和工作桥闸墩的平面形状在上游端应使水流平顺减小孔口水流的侧收缩下游端应减小墩后水流的水冠和冲击波本闸墩上下游端均采用半圆形设计闸墩厚2m工作门槽深0.5m宽0.7m闸墩长度和高度应满足布置闸门、工作桥、交通桥和启闭机械的规定本设计闸门采用活动式启闭机轨距为5m由于本设计对交通规定不高可将工作桥兼做交通桥门机高度为13米以便将闸门自由吊出门槽溢流堰两侧设边墩边墩从堰顶延伸到堰底边墩高度由溢流水深决定并应考虑溢流面上有水流冲击波和掺气所引起的水深增长值故边墩顶高出水面1.5m4.3.3泄槽正槽溢洪道在溢流堰后多用泄水陡槽与出口消能段相连接以便将过堰洪水安全地泄向下游河道泄槽一般位于挖方地段设计时要根据地形、地质、水流条件及经济等原因合理确定其形式和尺寸4.3.3.1泄槽的平面布置及纵、横剖面泄槽在平面上宜尽量采用直线、等宽布置不设置收缩段、扩散段和弯曲段这样使水流平顺、构造简朴、施工以便泄槽纵剖面设计重要决定纵坡泄槽纵坡必须保证泄流时溢流堰下为自由流和槽中不发生水跃使水流一直处在急流状态因此泄槽纵坡必须不小于临界坡度由地形地质平面图上得出实用堰底到下游水位70m高程处的水平距离为120m高差为30m故初定泄槽纵坡因泄槽纵坡须不小于临界坡度须对泄槽初定纵坡进行验算对于矩形断面泄槽临界坡度计算公式（4.6）临界水深和谢才系数按式（4.7）、式（4.8）计算（4.7）（4.8）式中：q-泄槽的单宽流量；α-动能修正系数可近似取为1；g-重力加速度；-对应临界水深的水力半径m；n-糙率取0.014将已知数据代入公式计算因此应地势而建的纵坡为0.25的泄槽符合规定故确定泄槽纵坡为0.254.3.3.2泄槽水力计算泄槽流段距离公式（4.9）（4.10）堰下收缩断面处起始计算水深(4.11）起始断面流速公式（4.12）水力半径（4.13）式中：φ-考虑从进口到计算起始断面间沿程和局部阻力损失的流速系数可取为0.95；q-断面单宽流量；θ-泄槽底板和水平面夹角；H0-计算断面渠底以上总水头试算法求的值=6m=4m=12mq=取几组值代入公式右边得到的成果与比较若不相等则继续取值代入公式进行计算直到等式两边的值相等表4.3试算法求h1的值（m）

3

3.2

3.26

3.22

3.25

3.26

由此可取=3.26m今以=3.26m=3.02m求两断面之间的水平距离；；；=5.05m其他各流段的计算完全相似为清晰起见采用列表法进行如下表所示：表4.4泄槽水面线表

3.26

12.78

13.29

2.71

2.62

8.33

0.0096

5.05

5.05

3.02

13.90

2.54

9.70

14.28

2.47

0.0120

5.48

10.53

2.82

14.78

2.40

11.13

15.34

2.32

0.0150

7.06

17.59

2.62

15.90

2.25

12.89

16.56

2.18

0.0191

9.26

26.85

2.42

17.22

2.10

15.11

17.99

2.02

0.0248

12.42

39.27

2.22

18.77

1.95

17.96

19.70

1.87

0.0330

17.18

56.45

2.02

20.63

1.79

21.69

21.80

1.71

0.0453

24.87

81.32

1.82

22.90

1.63

26.72

24.31

1.55

0.0644

38.63

119.94

1.62

25.72

1.47

33.72

25.80

1.46

0.0783

2.52

122.26

1.61

25.88

1.46

34.14

根据表中数据绘制水面线见图4-3：图4-3水面线4.3.3.3掺气减蚀水流沿泄槽下泄流速沿程增大水深沿程减小即水流的空化数沿程递减于是水流通过一段流程后将产生水流空化现象空化水流抵达高压区因空泡溃灭而使泄槽边壁遭到空蚀破坏为此必须采用抗空蚀措施：掺气减蚀、优化体形控制溢流表面的不平整度和采用抗空蚀材料等本设计采用自掺气工程实践证明临近固体边壁水流掺气有助于减蚀和免蚀沿陡槽泄流时的掺气水流可划分为：无掺气水流区、发展中掺气水流区和充足发展的掺气水流区三个区域计算掺气起点的经验公式诸多但理论上有待深入故本设计采用《水利学报》推荐的公式：(4.14)式中为掺气起点至堰顶的沿程距离m；q为单宽流量m3/（s?m）因此对照水面线图可的掺气起点处v为24.8m/s水深h为1.52mSL253-《溢洪道设计规范》规定：掺气水深可按下式计算（4.12）式中：--不计波动和掺气的水深m；--不计波动和掺气的计算断面的平均流速m/s；--修正系数一般为本设计取1.2则4.3.3.4泄槽边墙和泄槽衬砌