山沟治理工程课件

1、1山沟治理工程 2山沟治理工程 3山沟治理工程 4山沟治理工程 5山沟治理工程 6山沟治理工程 7山沟治理工程 8山沟治理工程 9山沟治理工程 10山沟治理工程 11山沟治理工程 12山沟治理工程 13山沟治理工程 14山沟治理工程 15山沟治理工程 16山沟治理工程 17山沟治理工程 18山沟治理工程 3 2 2 501.0 b Q h 3 1 355. 0 h Qb 19山沟治理工程 山沟治理工程20 分项目二谷坊分项目二谷坊 山沟治理工程21 谷坊的概念 v谷坊是水土流失地区沟道治理山洪与泥石流谷坊是水土流失地区沟道治理山洪与泥石流 的一种主要工程措施。一般布设在小支沟、的一种主要工程措

2、施。一般布设在小支沟、 冲沟或切沟上，以稳定沟床，防止沟床下切、冲沟或切沟上，以稳定沟床，防止沟床下切、 岸坡崩塌和溯源侵蚀为主，坝高岸坡崩塌和溯源侵蚀为主，坝高3 35 5米，拦米，拦 沙量小于沙量小于10001000方，以截流固床护坡为主。方，以截流固床护坡为主。 谷坊是指在山区沟道内为谷坊是指在山区沟道内为 防止沟床冲刷及泥沙灾害防止沟床冲刷及泥沙灾害 而修筑的横向挡拦建筑物。而修筑的横向挡拦建筑物。 又名防冲坝、沙土坝、闸山沟。又名防冲坝、沙土坝、闸山沟。 山沟治理工程22 一、谷坊的作用一、谷坊的作用 v1 1、固定与抬高侵蚀基准面，防止沟床、固定与抬高侵蚀基准面，防止沟床 下切。下

3、切。 2 2、抬高沟床，稳定山坡坡脚，防止沟、抬高沟床，稳定山坡坡脚，防止沟 岸扩张及滑坡。岸扩张及滑坡。 3 3、减缓沟道纵坡，减小山洪流速，减、减缓沟道纵坡，减小山洪流速，减 轻山洪或泥石流灾害。轻山洪或泥石流灾害。 4 4、逐渐淤平沟道，形成坝阶地，为当、逐渐淤平沟道，形成坝阶地，为当 地农林生产创造条件。地农林生产创造条件。 山沟治理工程23 v谷坊的主要作用是防止沟床下切谷坊的主要作用是防止沟床下切 冲刷。沟道内是否修筑谷坊以沟冲刷。沟道内是否修筑谷坊以沟 道内是否会发生沟床下切为主。道内是否会发生沟床下切为主。 v沟床发生下切与沟床的土壤、地沟床发生下切与沟床的土壤、地 质条件、植

4、被状况、纵坡、山洪质条件、植被状况、纵坡、山洪 流速、流量等关系密切。当洪水流速、流量等关系密切。当洪水 流速大于沟道允许最大流速时须流速大于沟道允许最大流速时须 修建谷坊。修建谷坊。 山沟治理工程24 二、谷坊的种类二、谷坊的种类 v（一）根据所用材料可分为（一）根据所用材料可分为 土谷坊土谷坊干砌石谷坊干砌石谷坊枝梢谷坊枝梢谷坊 插柳谷坊插柳谷坊浆砌石谷坊浆砌石谷坊竹笼装石谷坊竹笼装石谷坊 木料谷坊木料谷坊混凝土谷坊混凝土谷坊 钢筋混凝土谷坊钢筋混凝土谷坊钢料谷坊钢料谷坊 （二）根据使用年限可分为永久性谷坊（二）根据使用年限可分为永久性谷坊 （）和临时性谷坊（）和临时性谷坊（） （三）按谷

5、坊的透水性质可分为透水性（三）按谷坊的透水性质可分为透水性 （）和不透水性谷坊）和不透水性谷坊 （）。透水性谷坊只起拦沙挂淤作）。透水性谷坊只起拦沙挂淤作 用。用。 山沟治理工程25 干砌石谷坊 山沟治理工程26 山沟治理工程27 干砌石谷坊干砌石谷坊 山沟治理工程28 石谷坊石谷坊 山沟治理工程29 干砌石谷坊干砌石谷坊 山沟治理工程30 浆砌石谷坊 山沟治理工程31 混凝土谷坊混凝土谷坊 山沟治理工程32 枝梢谷坊 山沟治理工程33 插柳谷坊 山沟治理工程34 木料谷坊 山沟治理工程35 石笼谷坊 山沟治理工程36 枝条谷坊枝条谷坊 山沟治理工程37 钢料谷坊 山沟治理工程38 三、谷坊位

6、置的选择三、谷坊位置的选择 v1 1、谷口狭窄；、谷口狭窄； 2 2、沟床基岩外露；、沟床基岩外露； 3 3、上游有宽阔平坦的贮砂场所；、上游有宽阔平坦的贮砂场所； 4 4、在有支流汇合的情形下，应在汇合、在有支流汇合的情形下，应在汇合 点的下游修建谷坊；点的下游修建谷坊； 5 5、谷坊不能设置在天然跌水的上下游，、谷坊不能设置在天然跌水的上下游， 但可设置在有崩塌危险的山脚下。但可设置在有崩塌危险的山脚下。 山沟治理工程39 判断基岩埋藏深浅的依据判断基岩埋藏深浅的依据 v当两岸或沟底的部分基岩外露时，可当两岸或沟底的部分基岩外露时，可 估计基岩较浅；估计基岩较浅； 两岸及附近的基岩外露，坝

7、址处沟底两岸及附近的基岩外露，坝址处沟底 虽被砂砾覆盖，可估计砂砾层较薄；虽被砂砾覆盖，可估计砂砾层较薄； 沟底有大石堆积，埋深浅；沟底无大沟底有大石堆积，埋深浅；沟底无大 石堆积，埋深深；石堆积，埋深深； 沟底狭窄，呈沟底狭窄，呈“V”V”字形的地方，砂字形的地方，砂 砾层较厚；砾层较厚； 坡度大的沟道上游部分，埋深不大。坡度大的沟道上游部分，埋深不大。 山沟治理工程40 四、谷坊设计四、谷坊设计 v（一）谷坊间距的确定（一）谷坊间距的确定 谷坊间距与谷坊高度及淤积泥沙表面的临界不冲谷坊间距与谷坊高度及淤积泥沙表面的临界不冲 坡度有关。坡度有关。 谷坊淤满后淤积泥沙的表面坡度称为稳定坡度。谷

8、坊淤满后淤积泥沙的表面坡度称为稳定坡度。 稳定坡度的估算：稳定坡度的估算： 根据坝后淤积土的土质决定淤积物表面的稳定根据坝后淤积土的土质决定淤积物表面的稳定 坡度。坡度。 沙土沙土0.0050.005粘壤土粘壤土0.0080.008粘土粘土0.010.01粗沙粗沙 0.020.02 根据瓦兰亭公式计算稳定坡度根据瓦兰亭公式计算稳定坡度 I I0 00.093d/H0.093d/H dd砂砾的平均砾径砂砾的平均砾径H H平均水深平均水深 山沟治理工程41 四、谷坊设计四、谷坊设计 v日本学者认为稳定坡度是原有坡度的一半；日本学者认为稳定坡度是原有坡度的一半； 修建实验谷坊，淤满后实测稳定坡度。修

9、建实验谷坊，淤满后实测稳定坡度。 L LH/H/（I I I I0 0 ） L L谷坊间距；谷坊间距；H H谷坊高度；谷坊高度； I I天然坡度；天然坡度；I I0 0稳定坡度。稳定坡度。 L L（1.5-2.01.5-2.0）n n在日本在日本n=1/In=1/I L L（1.5-2.01.5-2.0）b bb b沟宽沟宽 山沟治理工程42 山沟治理工程43 山沟治理工程44 四、谷坊设计四、谷坊设计 v（二）谷坊贮砂量的计算（二）谷坊贮砂量的计算 V V贮砂量贮砂量 h h谷坊溢流口顶缘距地面的高度谷坊溢流口顶缘距地面的高度 B B1 1堆积地的平均宽度堆积地的平均宽度 E E旧沟床的倾斜

10、角旧沟床的倾斜角 堆积倾斜角堆积倾斜角 b b贮留泥沙和旧沟床的相交点至谷坊的水平贮留泥沙和旧沟床的相交点至谷坊的水平 距离距离 bBV tgtgE h )()( 12 1 2 山沟治理工程45 四、谷坊设计四、谷坊设计 v( (三三) )谷坊断面规格谷坊断面规格 确定谷坊的断面，一要考虑稳固，确定谷坊的断面，一要考虑稳固， 二要考虑省工，三要考虑发挥作用，二要考虑省工，三要考虑发挥作用， 四要考虑就地取材，因地制宜。四要考虑就地取材，因地制宜。 ( (四四) )谷坊的溢流口设计谷坊的溢流口设计 山沟治理工程46 作业题作业题 1 1、谷坊稳定坡度、谷坊稳定坡度 2 2、简述谷坊的作用。、简述

11、谷坊的作用。 3 3、谷坊位置选择时应满足哪些条件？、谷坊位置选择时应满足哪些条件？ 山沟治理工程47 分项目三拦砂坝 山沟治理工程48 拦砂坝的定义拦砂坝的定义 v拦砂坝是指以拦蓄山洪泥石流沟拦砂坝是指以拦蓄山洪泥石流沟 道中固体物质为主要目的的挡拦道中固体物质为主要目的的挡拦 建筑物。建筑物。 v一般建在主沟或较大的支沟内，一般建在主沟或较大的支沟内， 通常坝高大于通常坝高大于5 5米，拦沙量在米，拦沙量在 10001000立方立方100100万立方。万立方。 山沟治理工程49 一、拦砂坝的作用与坝址选择一、拦砂坝的作用与坝址选择 v拦砂坝一般设置在泥石流沟道形成区或形拦砂坝一般设置在泥石

12、流沟道形成区或形 成区与流通区沟谷内，是泥石流综合治理成区与流通区沟谷内，是泥石流综合治理 的骨干工程。的骨干工程。 v（一）拦砂坝的主要作用（一）拦砂坝的主要作用 1 1、拦蓄泥沙，调节沟道内水沙，以免除对、拦蓄泥沙，调节沟道内水沙，以免除对 下游的危害，便于下游河道整治。下游的危害，便于下游河道整治。 2 2、提高坝址处的侵蚀基准，减缓坝上游、提高坝址处的侵蚀基准，减缓坝上游 淤积段河床比降，加宽河床，减小流速，淤积段河床比降，加宽河床，减小流速， 从而减小水流侵蚀能力。从而减小水流侵蚀能力。 3 3、稳定沟岸崩塌及滑坡，减小泥石流的、稳定沟岸崩塌及滑坡，减小泥石流的 冲刷及冲击力，防止溯

13、源侵蚀，抵制泥石冲刷及冲击力，防止溯源侵蚀，抵制泥石 流发育规模。流发育规模。 山沟治理工程50 一、拦砂坝的作用与坝址选择一、拦砂坝的作用与坝址选择 v1、天然坝址的选择 地质条件：无断裂、无滑坡、崩塌，岸坡稳定性 好，沟床有基岩外露，坝基岩石紧密坚硬； 地形条件：坝址处沟谷狭窄，坝上游沟谷开阔， 沟床纵坡较缓。 泥沙形成区，沟道断面狭窄处； 泥沙形成区与流过区交接段的狭窄处； 流过区开阔段下游狭窄处； 流过区与支沟汇合处下游狭窄处； 流过区与沉积区连接段的狭窄处。 建筑材料 坝址附近有充足的石料 施工条件 坝址距离公路较近，有充足的水源。 山沟治理工程51 v2 2、拦砂坝的布置原则、拦砂

14、坝的布置原则 与防治工程总体协调布置与防治工程总体协调布置 能满足拦砂坝本身的设计要求能满足拦砂坝本身的设计要求 有较好的综合效益有较好的综合效益 山沟治理工程52 二、坝型选择二、坝型选择 v拦砂坝坝型主要根据山洪或泥石流的规模及当地的拦砂坝坝型主要根据山洪或泥石流的规模及当地的 材料来决定。材料来决定。 （一）按结构分（一）按结构分 1 1、重力坝：依自重在地基上产生的摩擦力抵抗坝、重力坝：依自重在地基上产生的摩擦力抵抗坝 后产生的推力和冲击力。优点：结构简单，施工方后产生的推力和冲击力。优点：结构简单，施工方 便，就地取材，耐久性强。缺点：筑坝用料大。便，就地取材，耐久性强。缺点：筑坝用

15、料大。 2 2、切口坝：是重力坝的变形，又称缝隙坝，可拦、切口坝：是重力坝的变形，又称缝隙坝，可拦 截大砾石。截大砾石。 3 3、错体坝：坝肩处有活动滑坡。、错体坝：坝肩处有活动滑坡。 4 4、拱坝：优点：省工省料。缺点：对坝基要求较、拱坝：优点：省工省料。缺点：对坝基要求较 高，沟谷狭窄，两岸基岩坚固。高，沟谷狭窄，两岸基岩坚固。 5 5、格栅坝：良好的透水性、良好的选择性、坝下、格栅坝：良好的透水性、良好的选择性、坝下 冲刷下、十几年来坝后易于清淤、现场拼装、施工冲刷下、十几年来坝后易于清淤、现场拼装、施工 速度快。缺点：强度和刚度小。速度快。缺点：强度和刚度小。 6 6、钢索坝。、钢索坝

16、。 山沟治理工程53 重力坝重力坝 山沟治理工程54 重力坝重力坝 山沟治理工程55 山沟治理工程56 山沟治理工程57 切口坝切口坝 山沟治理工程58 山沟治理工程59 拱坝拱坝 山沟治理工程60 格栅坝格栅坝 山沟治理工程61 山沟治理工程62 山沟治理工程63 二、坝型选择二、坝型选择 v（二）按建筑材料分：（二）按建筑材料分： 1 1、砌石坝：干砌石、浆砌石。、砌石坝：干砌石、浆砌石。 2 2、混合坝：土石混合坝、木石混合坝。、混合坝：土石混合坝、木石混合坝。 3 3、铁丝石笼坝。、铁丝石笼坝。 4 4、格栅坝、格栅坝 山沟治理工程64 砌石坝砌石坝 山沟治理工程65 山沟治理工程66

17、 铁丝石笼坝铁丝石笼坝 山沟治理工程67 格栅坝 山沟治理工程68 山沟治理工程69 三、坝高与拦砂量确定三、坝高与拦砂量确定 v（一）坝高的确定（一）坝高的确定 1 1、拦沙效益：坝体愈高，拦沙愈多；、拦沙效益：坝体愈高，拦沙愈多； 2 2、工程量和工期：冬春进行，雨季前、工程量和工期：冬春进行，雨季前 完完工；完完工； 3 3、坝下消能措施、坝下消能措施: :坝体越高，修建消能坝体越高，修建消能 设施的费用就越高，可采用节节打坝。设施的费用就越高，可采用节节打坝。 （二）拦砂量计算（二）拦砂量计算（P115P115） 山沟治理工程70 四、拦砂坝的断面设计四、拦砂坝的断面设计 v（一）断面

18、轮廓尺寸（一）断面轮廓尺寸 坝高、坝顶宽度、坝底宽度、上下坝高、坝顶宽度、坝底宽度、上下 游边坡系数。游边坡系数。 v边坡系数：是指边坡的底宽与渠道边坡系数：是指边坡的底宽与渠道 深度或水深的比值。深度或水深的比值。 山沟治理工程71 v（二）坝的稳定与应力计算（二）坝的稳定与应力计算 重力拦砂坝遭破坏的情况：重力拦砂坝遭破坏的情况：坝基摩擦力不坝基摩擦力不 足以抵抗水平推力，因而发生滑动破坏；足以抵抗水平推力，因而发生滑动破坏； 在水平推力和坝下渗透压力的作用下，坝体在水平推力和坝下渗透压力的作用下，坝体 绕下游坝趾的倾覆破坏；绕下游坝趾的倾覆破坏；坝体强度不足以坝体强度不足以 抵抗相应的应

19、力，发生拉裂或压碎。抵抗相应的应力，发生拉裂或压碎。 1 1、作用力计算：、作用力计算： 坝体重力坝体重力G G： G GVVd dbb b b单位宽度，单位宽度， 淤积物重量：作用在坝体上游面上的淤积淤积物重量：作用在坝体上游面上的淤积 物重量等于淤积体积乘以淤积物容重。物重量等于淤积体积乘以淤积物容重。 水压力水压力P P： P Phh2 2b b h h坝前水深坝前水深 山沟治理工程72 v泥沙压力泥沙压力P P泥 泥： 坝前泥沙压力：坝前泥沙压力： P P泥 泥c cH H2 2tgtg2 2(45(450 0-/2)b/2-/2)b/2 H H坝前淤积物的高度坝前淤积物的高度 淤积物

20、的内摩擦角。淤积物的内摩擦角。 7.247.24（cc1 1）5.82 5.82 下游坝基上的泥沙压力为被动土压力，下游坝基上的泥沙压力为被动土压力， E Ec cH H1 12 2tgtg2 2(45(450 0/2)b/2 /2)b/2 H H1 1坝基础深度坝基础深度 坝基扬压力：坝基扬压力： W W HBaHBa1 1b/2b/2 B B坝底宽度坝底宽度 H H坝高坝高a a1 1基础接触面积系数取值为基础接触面积系数取值为1 1 山沟治理工程73 v泥石流冲击力泥石流冲击力 P P冲 冲 KVKVc c2 2sinsin 泥石流流向与坝轴线的交角泥石流流向与坝轴线的交角 地震力地震力

21、 2 2、坝体抗滑稳定计算、坝体抗滑稳定计算 K K v3 3、坝基应力计算、坝基应力计算 上游面应力上游面应力上上 v下游面应力下游面应力下下 ve=M/Ne=M/N b e b N6 1 b e b N6 1 P fN 山沟治理工程74 v（三）溢流口设计（三）溢流口设计 溢流口设计的目的在于确定溢流口尺寸，即溢流口的宽度和溢流口设计的目的在于确定溢流口尺寸，即溢流口的宽度和 高度。其设计步骤如下：高度。其设计步骤如下： v1 1、确定溢流口形状和两侧边坡：一般为梯形，边坡坡度为、确定溢流口形状和两侧边坡：一般为梯形，边坡坡度为1 1： 0.750.751 1：1 1，固体含量多的泥石流沟

22、道，可为弧形。，固体含量多的泥石流沟道，可为弧形。 2 2、计算坝址处设计洪峰流量、计算坝址处设计洪峰流量Qc(Qc(第三节）第三节） 3 3、计算溢流口宽度：选定单宽溢流流量、计算溢流口宽度：选定单宽溢流流量q q，估算宽度，估算宽度B B。 4 4、计算过坝溢流深度：用试算法求出过坝溢流深度、计算过坝溢流深度：用试算法求出过坝溢流深度hoho。 5 5、计算溢流口高度：、计算溢流口高度：h=ho+ h=ho+ h h， h h一般为一般为0.50.51.01.0米。米。 山沟治理工程75 v（四）坝下消能与冲刷深度计算（四）坝下消能与冲刷深度计算 1 1、坝下消能、坝下消能 （1 1）子坝

23、（副坝）消能：适用于大中型山）子坝（副坝）消能：适用于大中型山 洪或泥石流荒溪。一般子坝的坝顶应高出原洪或泥石流荒溪。一般子坝的坝顶应高出原 沟床沟床0.50.51.01.0米，以保证子坝回淤线高于主米，以保证子坝回淤线高于主 坝基础顶面。子坝与主坝间的距离，可取坝基础顶面。子坝与主坝间的距离，可取2 2 3 3倍主坝坝高。倍主坝坝高。 （2 2）护坦消能：适用于小型沟道。一般用）护坦消能：适用于小型沟道。一般用 浆砌块石砌筑，长度为浆砌块石砌筑，长度为2 23 3倍的主坝高。厚倍的主坝高。厚 度用经验公式估算。度用经验公式估算。 2 2、坝下冲刷深度的计算、坝下冲刷深度的计算 坝下冲刷深度估

24、算的目的在于合理确定坝基坝下冲刷深度估算的目的在于合理确定坝基 的埋设深度。的埋设深度。 山沟治理工程76 作业题 v1、简述拦砂坝的布置原则。 v2、拦砂坝坝型按结构分有哪几类？各具哪些 特点？ v3、如何计算拦砂坝的拦砂量？ v4、已知某拦砂坝坝址处设计洪峰流量为 25m3/s，设计溢流口形状为梯形，边坡系数 为1：1，拟定溢流口单宽流量为7m3/s，试求 该溢流口的过坝溢流深度，并按比例绘制溢 流口横断面图（安全超高为0.8m）。 山沟治理工程77 v格栅坝是指具有横向或竖向格格栅坝是指具有横向或竖向格 栏网格和整体格架结构的挡拦栏网格和整体格架结构的挡拦 泥石流新型坝。泥石流新型坝。

25、v最适用于拦蓄含巨石，大漂砾最适用于拦蓄含巨石，大漂砾 的水石流。的水石流。 格栅坝格栅坝 山沟治理工程78 一、格栅坝的特点及类型一、格栅坝的特点及类型 v（一）格栅坝的特点（一）格栅坝的特点 1 1、拦排结合：改变了拦沙坝以拦沙蓄水为部、拦排结合：改变了拦沙坝以拦沙蓄水为部 分挡拦，允许部分不会对下游造成危害的水沙分挡拦，允许部分不会对下游造成危害的水沙 下泻，维持下游河道输沙平衡，保证河道稳定。下泻，维持下游河道输沙平衡，保证河道稳定。 2 2、改善受力条件：承受的泥石流龙头冲击力、改善受力条件：承受的泥石流龙头冲击力 比实体坝小。比实体坝小。 3 3、结构简单，用材省，现场组装方便，可

26、实、结构简单，用材省，现场组装方便，可实 现工厂化生产，缩短施工周期。现工厂化生产，缩短施工周期。 山沟治理工程79 v（二）格栅坝的坝型（二）格栅坝的坝型 按结构受力形式可分为：按结构受力形式可分为： 1 1、平面型：结构简单，整体抗弯能、平面型：结构简单，整体抗弯能 力较差，抗泥石流冲击力较低。力较差，抗泥石流冲击力较低。 2 2、立体型：整体抗弯能力较强，承、立体型：整体抗弯能力较强，承 载力比平面型大，内部空框拦截泥载力比平面型大，内部空框拦截泥 石流石块后形成自然坝体，增加了石流石块后形成自然坝体，增加了 坝体的稳定性。坝体的稳定性。 山沟治理工程80 单式格栅坝单式格栅坝 山沟治理

27、工程81 立体型格栅坝立体型格栅坝 山沟治理工程82 卧式拦砂坝卧式拦砂坝 山沟治理工程83 v按建筑材料可分为：按建筑材料可分为： 1 1、钢筋混泥土格栅坝：沟道、钢筋混泥土格栅坝：沟道 中挟带的大石块较多时采用此中挟带的大石块较多时采用此 种坝型。种坝型。 2 2、金属格栅坝：在基岩峡谷、金属格栅坝：在基岩峡谷 段，采用此坝型。段，采用此坝型。 3 3、混合型格栅坝：、混合型格栅坝：112112页、页、 129129页。页。 山沟治理工程84 钢筋混凝土格栅坝 山沟治理工程85 金属格栅坝 山沟治理工程86 混合型格栅坝混合型格栅坝 山沟治理工程87 二、格栅坝设计 v（一）工程等级设计标准的确定：P129 v（二）格栅坝的数量与设计要求 v为防止溃坝对下游建筑物的危害，同一沟道 上建造格栅坝不宜少于2座，紧靠建筑物的第 1座坝必须按保证建筑物所需的条件条件设计， 而最上游的1座坝处于防治的前沿，其设计必 须首先满足防冲的要求。 山沟治理工程88 v（三）格栅坝间隙的确定 vD1：4d5% 山沟治理工程89 山沟治理工程90 山沟治理工程91 山沟治理工程92 山沟治理工程93 山沟治理工程94 山沟治理工