第一、二节概述、基本剖面

2023/12/181第五章土石坝Earth-RockDam2023/12/182第一节概述什么是土石坝？利用坝址附近的土石料填筑（碾压或夯实）而成的挡水建筑物。亦称当地材料坝。历史久远：公元前600多年，我国开始填筑土堤，防御洪水，蓄水兴利。如：安徽芍陂、浙江海塘等。解放后至今，我国内已建成的八万多座水坝，土石坝约占90%左右。国际上：古印度、古埃及等，也很早开始修建土坝。

2023/12/183土石坝优点就地取材，节省三材；筑坝经验丰富；对地形、地质条件适应性强；施工技术简单；便于快速施工、便于维修、加高、培厚和扩建。因此，在国内外应用十分广泛。据统计，国内已建成的八万多座水坝，土石坝约占90%左右。2023/12/184土石坝建设情况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，土石坝得到了飞跃发展，成为当今世界上坝体高度最高、应用最广泛的坝型。目前世界上最高的水坝为塔吉克斯坦的罗贡土石坝，坝高335m。我国已建的最高土石坝为小浪底土石坝，坝高154m，在建的水布垭面板堆石坝高达233m。在本世纪，我国将发展更高的土石坝。2023/12/1852023/12/1862023/12/187“黄龙”飞泻小浪底黄河小浪底现“黄龙咆哮”奇观2013年7月5日，含有大量泥沙的小浪底库水直泻黄河下游。当日，按照黄河防总2013年汛前调水调沙的部署，小浪底水库异重流排沙出库。小浪底水库按2600立方米/秒流量控泄，含有大量泥沙的黄河水，从小浪底大坝的出水口直泻下游。黄河2013年汛前调水调沙从6月19开始，历时约20天。期间，小浪底水库总计下泄量约57亿立方米，库区水位将降至215米左右。黄河小浪底现“黄龙咆哮”奇观小浪底再现调水调沙奇观"万马奔腾"2023/12/1812小浪底参数

2023/12/1813水布垭水布垭水库（湖北清江）2023/12/1821水布垭水库2023/12/1822施工中的水布垭水库

2023/12/1823一、土石坝的工作特点1．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颗粒孔隙向下游渗透。

1）使水库的水量大量流失；

2）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。以坝体浸润线为界，线上的土为非饱和状态，线下土体则呈饱和状态。第一节概述2023/12/1824土石坝的工作特点饱和土体，其抗剪强度指标也将相应降低，对坝坡稳定不利。为此，应设置防渗和排水措施，以减少水库的渗漏损失和保证坝坡的稳定性。2、土石坝的局部失稳破坏形式以局部坝坡坍塌的形式出现，剪切破坏—滑坡—选择适宜的坡度。使坝体，保证安全稳定，经济合理。2023/12/1825工作特点3．抗冲性能差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，从而引起坝体局部破坏或整体溃决。例如，1975年8月，我国淮河上游两座土坝，因溢洪道泄洪能力不足发生洪水漫顶而溃坝。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。2023/12/1826土石坝的工作特点设计中，要求：

1）坝体应有足够的超高

2）坝坡应有相应的防冲措施。

3）保证泄洪措施有足够的泄洪能力。4、坝体沉陷量大(竣工时预留1.0%H)过大沉陷将会降低坝顶的设计高程，而不均匀沉陷将会使坝体产生纵向、横向和各种走向的裂缝，危及坝身安全。2023/12/1827二、土石坝的类型土石坝的类型，从不同的角度有不同的分类方法。下面主要按施工方法、筑坝材料和坝体防渗型式进行分类。1．按筑坝材料分类2．按施工方法分类3．按防渗体的型式分类2023/12/1828土石坝的类型

1．按筑坝材料分类按筑坝材料分类:

分为:1)土坝

2)土石混合坝

3)堆石坝。

(坝体绝大部分由土料筑成时称为土坝；绝大部分由石料筑成时称为堆石坝；由土石混合堆筑时称为土石混合坝。)2023/12/18292．按施工方法分类1）碾压式土石坝碾压式土石坝是由适宜的土石料分层填筑，并用压实机械逐层碾压而成的坝型。近二十多年来，随着大型碾压机械的采用，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。第一节概述土石坝的类型2023/12/1830土石坝的类型

2）水力冲填坝

水力冲填坝是利用水力和简易的水力机械完成土料开采、运输和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、沉淀、排水和固结后形成的坝型。2023/12/1831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体，泥浆输送是利用浆液的重量经沟渠自流到坝面，因而有学者也把水坠坝归类为水力冲填坝。这种坝型因施工质量难以保证.

3）水中填土坝

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分格，并在格中灌水倒土逐层填筑。第一节概述二、土石坝的类型2023/12/1832

4）定向爆破土石坝

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，再经过加高修复而形成的坝型。这种筑坝方法由于爆破力很大，可能造成坝址附近地质构造破坏等方面问题，因而，一般采用较少。我国已建成这种土坝或堆石坝约有40余座，最高的有陕西石砭峪水库大坝，坝高82.5m，广东乳源南水电站的主坝，坝高81.3m。第一节概述二、土石坝的类型2023/12/1833第一节概述3．按防渗体的型式分类按防渗设施可分为均质坝、土质防渗体分区坝和非土质材料防渗体坝(碾压式)：1）均质坝：均质坝绝大部分由均一的土料分层填筑而成。筑坝料多用透水性较小的粘性壤土或砂质粘土，坝体具有防渗作用。因此，无需设置专门的防渗措施，如图5-1(a)所示。2023/12/1834按防渗体的型式分类2）土质防渗体分区坝：由透水性很小的土质防渗体和若干种透水土石料分区分层填筑而成。粘性土质防渗体设在坝体中部或上游，称为粘土心墙坝或粘土斜心墙坝，如图5-1(b)、(c)、(d)；设在坝体上游面的称为粘土斜墙坝，如图5-1(e)、(f)、(g)。此外，还有其他型式的分区坝，如坝体上游部分为防渗土料，下游部分为透水土料的分区坝等等，如图5-1(j)所示2023/12/1835

3）非土质材料防渗体坝这种坝型的防渗体一般由钢筋混凝土、沥青混凝土或其他非土质材料做成。其中防渗体布置在坝体中央附近的称为心墙坝，如图5-1(h)；防渗体布置在上游面的称为面板土石坝，如图5-1(i)。在堆石坝中，一般将防渗体设在上游坝面，又称面板堆石坝。

第一节概述按防渗体的型式分类2023/12/1836图5-1碾压式土石坝的类型2023/12/1837大坝典型剖面图

小浪底大坝位于70余m的覆盖层上，坝高160m，坝顶长度1667m，防渗线总长2900m，总填筑量5080万m3。垂直混凝土防渗墙最大深度84m，是中国第一壤土心墙堆石大坝。

2023/12/18392023/12/1840第二节土石坝剖面的基本尺寸土石坝的剖面设计影响因素：

1）坝址附近的土石料分布状况（包括土石料的种类、性能、储量、运距等）；

2）坝址的地形地质条件；3）运行要求和施工条件等；参照已建工程，初拟剖面的尺寸，然后计算和修正，使之成为安全、经济、合理的剖面。土石坝剖面包括坝顶高程、坝顶宽度、坝坡、防渗体。2023/12/1841

坝顶高程应为水库静水位加坝顶超高，坝顶超高可按式（5-1）计算,图5-2坝顶超高计算图

（5-1）式中——坝顶超高，m；

——最大波浪在坝坡上的爬高，m；

A——安全加高，m，按表5-1采用；

e——最大风雍水面高度，m，按式（5-2）计算。y=R+e+A一、

坝顶高程2023/12/1842图5-2坝顶超高计算图坝顶高程2023/12/1843

表5-1土石坝安全加高A

值(m)坝的级别IIIIIIIVV设计1.51.000.700.50校核山区、丘陵区0.700.500.400.30平原、滨海区1.000.700.500.30安全加高A值2023/12/1844

当坝顶上游侧设有稳定、坚固和不透水且与防渗体紧密接合的防浪墙时，坝顶高程可用防浪墙墙顶的高程；但此时在正常运用情况下，坝顶最少应高出相应的静水位0.5m；在非常情况运用情况下，坝顶应不低于相应的静水位。最后指出：确定坝顶高程应分别按正常运用和非常运用情况计算，取其最大值作为设计坝顶高程。当坝址地震烈度大于6度时，应考虑地震影响。防浪墙2023/12/1845二、坝顶宽度坝顶宽度取决于：交通：当坝顶有交通要求时，应按交通部门的有关规定执行。防汛抢险：车辆运输、人员工作等。施工：碾压机械宽度其他专门性要求；对于高坝，坝顶宽度可选用10～15m，对于中、低坝，可选用5～10m。一般情况下：顶宽Tm=0.1H2023/12/1846土石坝的坝坡主要取决于：坝型、坝高、坝基和坝体材料性质以及工作条件等因素；一般可参照已建工程初步拟定，然后由坝坡稳定计算确定合理的坝坡。规律：碾压式土石坝陡于水力冲填、水中填土坝；非粘性土分区坝陡于粘土均质坝坝坡。下游坝坡陡于上游坝坡。岩基坝坡陡于土基坝坡。坝的上部陡于下部。由上向下逐级变缓。每高差约15～20m，变化不宜大于0.25～0.50；常用坝坡一般取1:2.0～1:4.0。见表5-6。三、坝坡2023/12/1847第二节土石坝剖面的基本尺寸表5-6均质坝参考坝坡比值塑性指数较高的亚粘土塑性指数较低的亚粘土坝高（m）平台上游坡下游坡坝高（m）平台上游坡下游坡顶宽（m）级数由上而下由上而下顶宽（m）级数由上而下由上而下＜151.511:2.501:2.751：2.251：2.50＜151.511:2.251:2.501:2.001:2.2515~25221:2.751:3.001：2.501：2.7515~25221:2.501:2.751:2.251:2.5025~35231:2.751:3.001:3.501：2.501：2.751：3.0025~35231:2.501:2.751:3.251:2.251:2.501:2.752023/12/1848注：表中坝壳部分边坡变化范围可根据不同土质选用，土质较好可用较陡值。心墙部分边坡变化范围根据塑性材料透水性的强弱选用，透水性弱者可用陡值。

表5-7心墙坝参考坝坡比值坝壳部分心墙部分坝高（m）平台顶宽（m）平台级数上游坡（由上而下）下游坡（由上而下）顶宽边坡＜151.511:2~2.251:2.25~2.51:0.75~2.01:2.0~2.251.51:0.215~252.01~21:2.25~2.51:2.5~2.751:2.0~2.251:2.25~2