土石坝课设讲课稿

1、精品文档第一章课程设计目的课程设计包括土石坝设计的主要理论与计算问题， 通过课程设计可以达到综合训练的目的。学会融会贯通 “水工建筑物” 课程所学专业理论知识， 完成土石坝较完整的设计计算过程， 以加深对所学理论的理解与应用。 培养综合运用已学的基础理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能， 全面分析考虑问题的思想方法、工作方法。培养设计计算、绘图、编写设计文件、使用规范手册和应用计算机的能力。提高查阅和应用参考文献和资料的能力。第二章课程设计题目描述和要求（一）课程设计题目描述1、流域概况及枢纽任务某水库枢纽位于某河上游，全河流域面积 5863km2，流向自西向东，干流的平均比降为

2、 2%-3%。流域内多石山，小部分为丘陵，水土流失不严重。本枢纽工程是以发电为主兼顾灌溉和供水的综合利用工程，水库的总库容为 1450 万 m3，发电引水高程为 197.5m，最大引水流量为 73m3/s，发电装机容量 3 万 kW。灌溉下游左岸耕地 2.3 万 m2，灌溉最大引水流量 35m3/s，引水高程202.5m。2、地形地质坝址处的岩体可大致分为新鲜岩石、弱风化、强风化及河床卵石覆盖层。河槽高程为 181.8m，河槽处卵石覆盖层为4m，强风化层厚度为3m，弱风化层厚度为 6m，基岩岩体较完整，无特殊不利地质构造。两岸风化较深呈带状，覆盖层较少，厚度一般地 2-3m ，强风化层厚 12

3、m，弱风化层厚度为 58m，坝址两岸均为花岗岩，岩石坚硬，裂隙不发育。3、建筑材料粘土料、砂料、石料在坝址上、下游均有，坝址下游 5 公里以内砂储量丰富，可供建筑使用。土石料计算参数材料重度含水量孔隙摩擦角凝聚力渗透系数kN/m 3%(度)kPaK(cm/s)精品文档精品文档粘土18.728e=0.6518153.6 10-4砂砾料19.519n=25%3506.0 10-2土石料2022e=0.4527101.8 10-3堆石料2215n=25%3804、水文坝址以上控制集雨面积 128km2，多年平均流量 3.5m3/s，平均年径流量 9776.2 m3。经水文水利规划 ( 工程等别为三等

4、，经调洪演算 ) 得：上游设计洪水位为235.0m，相应的下游水位为 184.2m，库容为 1135 万 m3，岸边溢洪道相应的泄量为 1238 m3；上游校核洪水位为，相应的下游水位为185.3m，库容为/s236.5m1243 万 m3，岸边溢洪道相应的泄量为1675 m3 ；上游正常高水位为，/s233.5m相应的下游水位为183.5m，库容为 898 万 m3；死水位为200m，相应的库容为42 万 m3。5、气象本地区洪水期多年平均最大风速 12m/s，水库的风区长度（吹程）为 2.6km。6、其他有关资料坝基弱风化上限高程为174.8m，岸边溢洪道堰顶高程取为226.5m。（二）设

5、计内容本课程设计选择粘土心墙土石坝， 对土石坝最大剖面进行剖面设计并绘制设计图。课程设计的内容包括：1、确定合理经济土石坝剖面尺寸。2、计算施工期（竣工时）上游坝坡的稳定安全系数。3、 分别计算正常高水位、 设计洪水位、 校核洪水位下游坝坡的稳定安全系数和坝体的浸润线4、计算正常高水位骤降至死水位上游坝坡的稳定安全系数和坝体的浸润线。5、最后要求绘制土石坝剖面设计图及部分细部构造图。（三）成果要求课程设计结束时提交的成果为：设计2 号图纸一张，设计计算说明书一份。A 设计图纸：设计 2 号图纸一张，提倡学生用计算机绘图。精品文档精品文档设计图纸要求布局合理、设计正确，图面整洁、清晰，图幅尺寸、

6、比例、线条、标注高程、符号和说明等均符合工程制图标准。B设计说明书编写内容1设计题目；2目录与前言；3正文 ( 包括工程概况、计算原理与方法、计算过程及结果汇总) ；4结束语：成果评价、问题展望（成果的分析及结论一定要有分析和判断，并说明存在的问题和改进措施） ；5参考文献。C设计说明书编写要求1课程设计计算说明书要求条理清楚、文字通顺、整齐美观、格式规范。2课程设计计算说明书不少于5 千字，并有必要的图表。3课程设计计算说明书纸张用统一的毕业设计纸张，并尽可能用计算机打印。第三章确定合理经济土石坝剖面尺寸土石坝的基本剖面根据坝高、坝的等级、坝型、筑坝材料特性、坝基情况以及施工、运行条件等参照

7、现有工程的时间经验初步拟定， 然后通过渗流和稳定分析检验，最终确定合理地剖面形状。第一节基岩高程的确定土石坝底面积大， 坝基应力较小， 坝身具有一定的适应变形的能力， 坝身断面分区和材料的选择也具有灵活性。 所以，土石坝对天然地基的强度和变形要求，以及地基处理的标准等， 都可以略低于混凝土坝。 但是，土石坝坝基本身的承载力、强度、变形和抗渗能力等条件一般远不如混凝土坝，所以，对坝基处理的要求丝毫不能放松。坝基（包括坝头）处理应满足渗流控制（包括渗流稳定和控制渗流量）、静精品文档精品文档力和动力稳定、 允许沉降量和不均匀沉降量等发面要求，保证坝的安全运行。 处理的标准与要求应根据具体情况在设计中

8、确定。竣工后的坝顶沉降量不宜大于坝高的 1%。对于特殊土的坝基，允许总沉降量应视具体情况确定。本设计工程坝址处的岩体可大致分为新鲜岩石、弱风化、强风化及河床卵石覆盖层。河槽高程为 181.8m，河槽处卵石覆盖层为 4m，强风化层厚度为 3m，弱风化层厚度为 6m，基岩岩体较完整，无特殊不利地质构造。两岸风化较深呈带状，覆盖层较少，厚度一般地 2-3m ，强风化层厚 1 2m，弱风化层厚度为58m，坝址两岸均为花岗岩，岩石坚硬，裂隙不发育。为了满足坝基稳定的要求，开挖掉河槽处卵石覆盖层为4m，强风化层厚度为 3m，即确定基岩高程为 181.8-4-3=174.8m。第二节坝坡坡率、马道和心墙尺寸

9、的确定I ）坝坡坡率的确定土石坝的坝坡初选可参照已有工程的实践经验拟定。中、低高度的均质坝，其平均坡率约为1:3 。上游坝坡长期处于饱和状态，加之水库水位有可能快速下降，使坝坡稳定处于不利地位， 故其坡率应比下游坝坡为缓。土质防渗体的心墙坝， 当下游坝壳采用堆石时，常用坡率为为1:1.5 1:2.5 ，采用土料时，常用1:2.0 1:3.0 ；上游坝壳采用堆石时，常用1:1.7 1：2.7 ，采用土料，常用 1:2.5 1:3.5 。斜墙坝下游坝坡的坡率可参照上述数值选用，取值宜偏陡； 上游坝坡可适当放缓， 石质坝坡放缓 0.2 ，土质坝坡放缓0.5 。本设计为粘土心墙土石坝，粘土料、砂料、石

10、料在坝址上、下游均有。上、下游坝壳都采用砂粒料，上游坡率确定为1:3.0 下游坡率确定为1:2.5 。II ）从土石坝建设的发展情况看，土质防渗体分区坝和均质坝，上游坝坡除观测需要外，已趋向于不设马道或少设马道， 非土质防渗材料面板坝则上游坝坡不设马道。根据施工、交通需要，下游坝坡可设置斜马道，其坡度、宽度、转弯半径、弯道加宽和超高等要满足施工车辆的行驶要求。 斜马道之间的实际坝坡可局部变陡，但平均坝坡不应陡于设计坝坡。马道宽度按用途确定，一般不小于1.5m。本设计粘土心墙土石坝，上游不设马道，下游为了便于施工和满足交通需求设置一个马道，马道宽度取为3 米，马道上下坡度取一样，都为1:2.5

11、。III ）心墙和斜墙的厚度，主要取决于土料的质量，如容许渗流比降、塑性、精品文档精品文档抗裂性能等。渗流分析表明，土石坝防渗体中的水头损失并不是按直线分布的。在设计中通常采用平均容许比降 Ja 作为控制标准，它等于作用水头H 与防渗体厚度 T 的比值，这是一个半经验性的数据。 SL274-2001碾压式土石坝设计规范规定：心墙的 J a 不宜大于 4，斜墙的 Ja 不宜大于 5。在国内外土石坝的建设实践中，厚心墙的底部厚度常取为水头的 30%50%，薄心墙的底部厚度常取为水头的 15%20%。土质防渗体断面应满足渗透比降、 下游浸润线和渗透流量的要求。 应自上而下逐渐加厚，顶部的水平宽度不宜

12、小于 3.00m；底部厚度，斜墙不宜小于水头的 1/5 ，心墙不宜小于水头的 1/4 。土质防渗体顶部在正常蓄水位或设计洪水位以上的超高，应按表 5-2-1 的规定取值。非常运行条件下， 防渗体顶部不应低于非常运行条件的静水位。并应核算风浪爬高高度的影响。当防渗体顶部设有防浪墙时， 防渗体顶部高程可不受上述限制，但不得低于正常运用的静水位。防渗体顶部应预留竣工后的沉降超高。表 3-2-1正常运用情况下防渗体顶部超高（ m）防渗体结构形式超高防渗体结构形式超高斜墙0.80 0.60心墙0.60 0.30本设计粘土心墙土石坝，校核水位为236.5m，开挖掉河槽处卵石覆盖层为4m ， 强风 化 层

13、厚度 为3m 后确 定的 基 岩高 程174.8m ， 故 作 用水 头 为236.5-174.8=61.7m。故心墙顶部的水平宽度确定为4m，底部厚度取为 16m。由于坝顶设高为 1.2m 的防浪墙，故心墙顶部高程取为跟静水位一致，沉降超高暂不考虑，在心墙顶部暂不预留。第三节坝顶高程的确定坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和， 应按以下 4 种运用条件计算， 取其最大值： 设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高； 正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高； 校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高； 正常蓄水位加非常运用调价的坝顶超高， 再加地震安全加高。 当坝顶上游侧设有防浪墙时， 坝顶超高时值水库静水位

14、与防浪墙顶之间的高差， 但在正常运用条件下， 坝顶应高出静水位 0.5m，在非常运用条件下，坝顶不得低于静水位。坝顶超高 d 按照式： d=R+e+A计算，对特殊重要的工程，可取d 大于此计算精品文档精品文档值。式中： R 为波浪在坝坡上的设计爬高， m； e 为风浪引起的坝前水位雍高， m；A为安全加高， m，根据坝的级别按表 3-3-1 选用，其中非常运行条件（ a）适用于山区、丘陵区，非常运行条件（ b）适用于平原区、滨海区。表 3-3-1土石坝的安全加高单位： m坝的级别1234,5正常运行条件1.501.000.700.50非常运行条件（ a）0.700.500.400.30非常运行

15、条件（ b）1.000.700.500.30上式中 R 和 e 的计算公式很多， 主要都是经验和半经验性的， 适用于一定的具体条件，按照SL274-2001碾压式土石坝设计规范推荐的公式计算确定。本设计工程属于山区、 丘陵区地带， 查规范可知， 波浪的平均波高和平均周期宜采取莆田试验站公式，按下式计算：0.45ghmgH m0.70.0018gD0.13th0.7thW 2W 2W 2gH m0. 70.13th 0.7W 2Tm4.438hm0. 5式中hm 平均波高，m；Tm 平均波周期， s；W计算风速， m/s；D风区长度， m；H m 水域平均水深， m；g重力加速度，取9.81m/

16、 s2 。th （ x） =xxxx平均波长可按下式计算：2LmqTm th2H2Lm精品文档精品文档对于深水波，即当H0.5 Lm 时，上式可简化为qTm2Lm2式中Lm 平均波长，m；H 坝迎水面前水深， m。本设计工程：上游设计洪水位为235.0m，相应的下游水位为184.2m，库容为 1135 万 m3，岸边溢洪道相应的泄量为 1238 m3/s；上游校核洪水位为 236.5m，相应的下游水位为 185.3m，库容为 1243 万 m3，岸边溢洪道相应的泄量为1675m3/s；上游正常高水位为233.2m，相应的下游水位为183.5m，库容为 898万 m3；死水位为 200m，相应的

17、库容为 42 万 m3。得到各种工况下水域平均水深如表 3-3-2 所示表 3-3-2单位： m工况上游水位下游水位河槽高程水域平均水深校核洪水位236.5185.3181.854.7设计洪水位235.0184.2181.853.2正常高水位233.2183.5181.851.4根据 SL274-2001碾压式土石坝设计规范中下列规定：1. 正常运用条件下的1 级、 2 级坝，采用多年平均年最大风速的1.5 2.0倍；2. 正常运行条件下的3 级、 4 级、 5 级坝，采用多年平均年最大风速的1.5倍；3. 非常运用条件下，采用多年平均年最大风速。本设计工程所在地区洪水期多年平均最大风速 12

18、m/s，水库的风区长度（吹程）为 2.6km，且该工程等别为级。故正常运用条件下，设计风速为1.5 12=18 m/s；非常运用条件下， 设计风速为 12 m/s。得到 4 种运行条件下的平均波高计算表见表3-3-3所示表 3-3-3平均波高、平均周期、平均波长计算表工况运行条件g（ m2/s） W（ m/s ） H（m） Hm（ m） D（m） hm（ m） Lm（m）Tm(s)校核洪水非常运行条位件9.811254.754.726000.26948.28882.3035设计洪水正常运行条9.811853.253.226000.421612.97152.8816精品文档精品文档位件正常蓄水非

19、常运行条位件9.811251.451.426000.26948.28762.3034正常蓄水正常运行条位件9.811851.451.426000.421512.96942.8814正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按下式进行计算：上游坝坡坡率确定为1:3.0，即 m=1.55.0：K K Whm LmRmm21式中Rm 平均波浪爬高， m；m单坡的坡度系数，如坡角为，即等于 cot ；K斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型由表3-3-4 查得；KW 经验系数，按表3-3-5 查得。表 3-3-4糙率及渗透性系数K护面类型K光滑不透水护面（沥青混凝土）1.00混凝土或混凝土板0.90草皮0.85 0

20、.9砌石0.75 0.8抛填两层块石（不透水基础）0.6 0.65抛填两层块石（透水基础）0.5 0.55上游护坡的常用型式为干砌石、浆砌石或堆石。本设计工程粘土料、砂料、石料在坝址上、下游均有，坝址下游5 公里以内砂储量丰富。上、下游护面均采用砌石， K取定为 0.8。表 3-3-5经验系数K WW 11.522.533.545gHKW1.001.021.081.161.221.251.281.30本设计 4 种运行条件下的计算风速已知， 且各工况的上下游水位已知， 基岩高程已经定为174.8m，得到作用水头计算表如表3-3-6 所示。精品文档精品文档表 3-3-6作用水头计算表单位： m工

21、况上游水位下游水位河槽高程水域平均水深校核洪水位236.5185.3181.854.7设计洪水位235.0184.2181.853.2正常高水位233.2183.5181.851.4得到平均波浪爬高Rm 计算表如表 3-3-7 所示。表 3-3-7平均波浪爬高Rm 计算表工况运行条件W（ m/s ） H（ m）WKKWhm（m） Lm（ m）RmgH（ m）校核洪非常运行水位条件1254.70.51800.81.000.26948.28880.3780设计洪正常运行水位条件1853.20.78790.81.000.421612.97150.5916正常高非常运行水位条件1251.40.5344

22、0.81.000.26948.28760.3780正常高正常运行水位条件1851.40.80160.81.000.421512.96940.5915设计波浪爬高值应根据工程等级确定，1 级、 2 级和 3 级坝采用累积频率为1%的爬高值 R1% ，4 级、 5 级坝采用累积频率为5%的爬高值 R5% 。本设计工程等级为级，故设计波浪爬杆值采用累积频率为1 的爬高值R1% 。不同累积频率下的波浪爬高Rp 可由平均波高与坝迎水面前水深的比值和相应的累积频率 P(%)按表 3-3-8 规定的系数确定求得。表 3-3-8 不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值（Rp / Rm ）P（ %）hm / H0

23、.112451014203050 0.12.662.232.071.901.641.711.531.391.220.960.1 0.32.442.081.941.801.571.641.481.361.210.97 0.32.131.861.761.651.481.641.391.311.190.99根据表 3-3-8得到4 种运行情况下波浪在坝坡上的波浪爬高R1% 表如表精品文档精品文档3-3-9 所示。表 3-3-9波浪在坝坡上的波浪爬高R1% 表工况运行条件（ ）（ ）h/H（m）Rp / RmR1%H mhm mmRm校核洪水位非常运行条件54.70.26940.00490.37802

24、.230.8430设计洪水位正常运行条件53.20.42160.00790.59162.231.3193正常高水位非常运行条件51.40.26940.00520.37802.230.8430正常高水位正常运行条件51.40.42150.00820.59152.231.3190风雍水面高度可按下式计算：KW 2Decos2 gHm式中 e 计算点处的风雍水面高度，m；D 风区长度， m；W 计算风速， m/s；K综合摩阻系数，取3.6 10 6 ； 计算风向与坝轴线法线的夹角， （ o），取 0 o。D 已知为 2600m，4 种运行情况下W也都为已知，得到风雍水面高度计算表如表 3-3-10

25、所示。表 3-3-10风雍水面高度计算表工况运行条件K校核洪水非常运行条3.6 10位件设计洪水正常运行条3.6 10位件正常高水非常运行条3.6 10位件正常高水正常运行条3.6 10位件6666W（ m/s）Dg（m2/s） Hm（ m） e（m）1226009.8154.70.00131826009.8153.20.00291226009.8151.40.00131826009.8151.40.0030本设计工程所处地形为山区和丘陵区。确定土石坝的安全加高时，非常运行条件应查山区和丘陵区的相关数据，坝的级别为 3 级，查表 3-3-1 得到各种运行条件下的安全加高A 值如表 3-3-11

26、 所示。表 3-3-11各种运行条件下的安全加高A精品文档精品文档工况运行条件安全加高（ m）校核洪水位非常运行条件0.4设计洪水位正常运行条件0.7正常高水位非常运行条件0.4正常高水位正常运行条件0.7综合表 3-3-9 、3-3-10 、3-3-11 得到各种运行条件下的坝顶高程如表3-3-12所示。表 3-3-12各种运行条件下的坝顶高程上游安全加高坝顶超高坝顶高程工况运行条件水位R1%e（ m）（ m）（ m）（ m）（ m）校核洪水非常运行条236.50.84300.00130.41.2443237.7位件设计洪水正常运行条235.01.31930.00290.72.0222237

27、.0位件正常高水非常运行条233.20.84300.00130.41.2443234.4位件正常高水正常运行条233.21.31900.00300.72.022235.2位件由表确定坝顶高程初定为 237.7m 考虑到节省材料和便于施工，坝顶上游侧设置防浪墙，防浪墙高度定为 1.2m，当坝顶上游侧设有防浪墙时，坝顶超高值为水库静水位与防浪墙顶之间的高差， 但在正常运用条件下， 坝顶应高出静水位0.5m，在非常运用条件下，坝顶不得低于静水位。 237.7-1.2=236.5m ，校核水位在非常运行条件下运行，静水位为 236.5m，扣除防浪墙高的坝顶不得低于静水位，故坝顶高程定位 236.5m。

28、综上可得，最后坝顶高程确定为236.5m，坝顶设置防浪墙，防浪墙高度为1.2m。第四节坝顶宽度的确定坝顶宽度根据运行、 施工、构造、交通和地震等方面的要求综合研究后确定。SL274-2001碾压式土石坝设计规范规定：高坝顶宽可选为 10 15m，中、低坝顶宽可选为5 10m。坝顶宽度必须考虑心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要。在寒冷地区，坝顶还须有足够的厚度，以保护黏性土料防渗体免受冻害。精品文档精品文档本设计坝高为 236.5-181.8=54.7m ，高度在 3070m之间，为中坝。心墙顶部宽度已定为 4 米，再考虑反滤层布置需要， 故坝顶宽度确定为 8m。第五节坝体排水的确定土石坝应设置坝

29、体排水，降低浸润线和孔隙压力，改变渗流方向，防止渗流出溢处产生渗透变形，保护坝坡土不产生冻胀破坏。本设计坝体排水采用棱体排水。棱体排水适用于下游有水的各种坝型。它可以降低浸润线， 防止坝坡冻胀， 保护尾水范围内的下游坝脚不受波浪淘刷， 还可与坝基排水相连接。当坝基强度足够时，可发挥支撑坝体、增加稳定的作用。但所需石料用量大，费用较高，与坝体施工干扰，检修较为困难。依据 SL274-2001 碾压式土石坝设计规范棱体排水设计应遵守下列规定：1. 顶部高程应超出下游最高水位， 超过的高度，1 级、2 级坝应不小于 1.0m，3 级、 4 级、 5 级坝应不小于0.5m，并应超过波浪沿坡面的爬高；2

30、. 顶部高程应使坝体浸润线距坝面的距离大于该地区的冻结深度；3. 顶部宽度应根据施工条件及检查观测需要确定，但不宜小于1.0m；4. 应避免在棱体上游坡脚处出现锐角；5. 棱体内坡根据施工条件确定， 一般为 1:1.0 1:1.5 ，外坡 1:1.5 1:2.0 。由于坝的级别为 3 级，故棱体排水顶部高程定为超出下游水位 0.7m。校核水位对应的下游水位为 185.3m，故顶部高程确定为 186m。顶部宽度取为 2m，棱体内坡取为 1:1.5 ，外坡取为 1:2.0 。材料采用堆石 。细部构造图见 A2 图纸。第六节坝顶、护坡、反滤层的设计一、坝顶、坝顶护面可采用密室的沙砾土、碎石、单层砌石

31、或沥青混凝土等柔性材料以适应坝的变形，并对防渗体起保护作用，防止干裂和雨水冲刷。、坝顶上游侧宜设置防浪墙，墙顶高于坝顶 1.01.2m，防浪墙应坚固且不透水，采用浆砌石筑成，墙底与坝体防渗体紧密连接。、为了便于坝顶排水，坝顶面向下游侧倾斜，作成3%的坡度。、根据工程运行需要，坝顶常设照明设施。精品文档精品文档最后本设计坝顶设防浪墙，防浪墙材料采用浆砌石，高度定为 1.2m。坝顶作成 3% 的坡度，护面采用干砌石，厚 0.3 米。细部构造图见 A2 图纸。二、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；上游坡面受雨水、大风、尾水部的风浪、冰层和水流的损害以及动物、冻胀干裂等

32、破坏作用，因此上下游坝面都要设置护坡，只有石质下游坡可以例外。、上游护坡的常用型式为干砌石、 浆砌石或堆石； 护坡范围应自坝顶或防浪墙起延伸至水库最低水位以下一定距离，一般为 2.5m；当最低水位不确定时，则应护至坝脚；此次设计中坝前死水位高程为 200m，故上游护坡底部高程为 197.5m，护坡厚都用 0.8 米，材料用浆砌石。砌石护坡下按反滤原则设置碎石或砾石垫层， 垫层厚度与材料粒径有关， 一般砂土用 0.150.3m，卵砾石和碎石用 0.300.60m。本设计中采用砂土作为垫层材料，厚度为0.2m。细部构造图见 A2 图纸。、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

33、，护坡的覆盖范围应延伸至坝脚， 但排水棱体不需。 通常采用干砌石、 碎石或砾石护坡，厚约 0.3m。本次设计中下游护坡采用干砌石，厚0.3 米。细部构造图见 A2 图纸三、反滤层反滤层一般由 13 层级配均匀，耐冈化的砂、砾、卵石或碎石构成，每层粒径随渗流方向而增大；水平反滤层的最小厚度可采用 0.3m,垂直或倾斜反滤层的最小厚度可采用 0.5m；反滤层应有足够的尺寸以适应可能发生的不均匀变形，同时避免与周围土层混渗。取水平反滤层厚度为0.5m,倾斜反滤层厚度为0.7m。细部构造图见 A2 图纸第七节确定土石坝剖面经上述计算，确定土石坝剖面如下。精品文档精品文档第四章各种工况下坝体的渗流分析渗

34、流分析的内容包括： 确定坝体内浸润线； 确定渗流的主要参数渗流流速与比降；确定渗流量渗流分析的目的在于： 土中饱水程度不同， 土料的抗剪强度等力学特性也相应地发生变化， 渗流分析将为坝体内各部分土的饱水状态的划分提供依据； 确定对坝坡稳定有较重要影响的渗流作用力；进行坝体防渗布置与土料配置，根据坝体内部的渗流参数与渗流逸出比降， 检验土体的渗流稳定性， 防止发生管涌和流土，在此基础上确定坝体及坝基中防渗体的尺寸和排水设施的容重和尺寸；确定通过坝和河岸的渗水量损失， 并设计排水系统的容重。 渗流分析可为坝型初选和坝坡稳定分析打下基础。在坝与水库失事事故的统计中约有 1/4 是由于渗流问题引起的，

35、 这表明深入研究渗流问题和设计有效的控制渗流措施是十分重要的。有许多方法可用来进行渗流分析， 其中，水力学方法和流网法比较简单实用，同时也具有一定的精度， 中低坝较为适用， 采用水力学法确定的浸润线、 平均流速、平均比降和渗流量能满足（级）土石坝工程的精度要求。对于高坝和较复杂的情况，则需要采用有限元等数值解法。本设计工程属于中坝， 工程等级为级， 下面分别计算正常高水位、 设计洪水位、校核洪水位、 正常高水位骤降至死水位情况下坝体的浸润线， 采用水力学方法，基本假定： 1）假设渗透系数 K 在同一或相近的土料中各向同性； 2）假设坝体内部渗流为层流，认为坝内渗流符合达西定律； 3）假设坝体内

36、部渗流为渐精品文档精品文档变流（杜平假定），认为渗流场中任意过水断面各点的水流流速和比降都是相等的。本设计为粘土心墙土石坝， 心墙坝心墙后的渗流可看作缓变流动，其下游出口水深可假设为H 2 。心墙后的水深H 可按通过心墙的渗流量等于通过坝体的渗流量这一连续条件加以确定。22令心墙上、下部的平均厚度为 tc，则通过心墙的渗流量为qk1(H 1H )2tc22通过心墙下游坝壳的渗流量为q( HH 2)k22L通过心墙和心墙下游坝壳的渗流量相等，用Excel 试算得 H ,从而算出 q 。再用公示 H x222H 1(H 1H 2) xL算出各点处的H ,即可画出侵润线。本次设计中4164-1 得t

37、c210m ，心墙使用粘土，坝壳土料使用砂砾料，由表k1 3.6462410 cm/ s3.610 m / s ， k26.0 10 cm / s6.0 10 m / s表 4-1土石料计算参数材料重度含水量摩擦角凝聚力kN/m 3%孔隙渗透系数(度)kPaK(cm/s)28e=0.651715.33.6 10-4粘土18.7砂砾料193506.0 10-219.5n=25%土石料22e=0.45281020-31.8 10堆石料2215n=25%380第一节正常高水位坝体浸润线H 1233.2 174.858.4m, H 2183.5 174.8 8.7m ， 从 CAD图中量得L122.7

38、7m3试算得 H 17.5m ， q0.00056 ms精品文档精品文档心墙段 H x222H 1(H 1H ) x t cxH1HtcHx258.417.51052.82458.417.51046.57658.417.51039.34858.417.51030.451058.417.51017.5下游段 H xH2(H2H 22) xLxHH2LHx2017.58.7122.7716.394017.58.7122.7715.206017.58.7122.7713.918017.58.7122.7712.4910017.58.7122.7710.88画出正常高水位浸润线如下上游正常高水位 23

39、3.2: 3：下游正常高水位 183.5正常高水位侵润线第二节设计洪水位坝体浸润线H 1235.0174.860.2m, H 2184.2 174.8 9.4m ， 从 CAD图中量得L124.23m3试算得 H18.3m ， q 0.00059 ms心墙段 H x222t cH 1(H 1H ) xxH1HtcHx060.218.31060.20260.218.31054.46460.218.31048.05660.218.31040.63860.218.31031.51精品文档精品文档1060.218.31018.30下游段 H xH2(H2H 22) xLxHH2LHx018.39.41

40、24.2318.302018.39.4124.2317.184018.39.4124.2315.986018.39.4124.2314.698018.39.4124.2313.2710018.39.4124.2311.6812018.39.4124.239.84画出设计洪水位浸润线如下上游设计洪水位 235.0：: 3：下游设计洪水位 184.2设计洪水位浸润线第三节校核洪水位坝体浸润线H 1236.5 174.861.7m, H 21835.3 174.810.5m ， 从 CAD图中量得L126.56m3试算得 H19.3m， q 0.00062 ms心墙段 H x222t cH 1(H

41、1H ) xxH1HtcHx061.719.31061.70261.719.31055.86461.719.31049.33661.719.31041.79861.719.31032.551061.719.31019.30下游段 H xH2(H2H 22) x LxHH2LHx019.39.4124.2319.302019.39.4124.2318.084019.39.4124.2316.76精品文档精品文档6019.39.4124.2315.348019.39.4124.2313.7710019.39.4124.2311.9912019.39.4124.239.90画出校核洪水位浸润线如下上游校核洪水位 236.5：: 3：下游校核洪水位 185.3校核洪水位浸润线第四节正常高水位骤降至死水位坝体浸润线正常高水位骤降至死水位时， 粘土心墙土石坝由于心墙的存在， 水流没有渗流过心墙。浸润线的确定比较复杂， 这里只定性得确定出该情况下浸润线的大致形状，如下图。上游正常高水位 233.2：: 3死水位 200：下游正常高水位 183.5正常高水位骤降至死水位浸润线第五章部分工况下坝坡的稳