土石坝毕业设计资料

1、1、设计任务书及原始资料是工作的依据，因此首先要全面了解设计任务，熟 悉该河流的一般自然地理条件，坝址附近的水文和气象特性，枢纽及水库的地形、 地质条件，当地材料，对外交通及有关规划设计的基本数据，只有在熟悉基本资料 的基础上才能正确地选择建筑物的类型，进行枢纽布置、建筑物设计及施工组织设 计。因此，应把必要的资料整理到说明书中。通过对资料的了解和分析，初步掌握 原始资料中对设计和施工有较大影响的主要因素和关键问题，为以后设计工作的进 行打下良好的基础。2、本次设计内容及要求：（1）坝轴线选择。（2）坝型选择。（3）枢纽布置。（ 4）挡水建筑物设计：包括土坝断面设计、平面布置、渗流计算、稳定计

2、算、 细部构造设计、基础处理等。（ 5）泄水建筑物设计：溢洪道或导流洞设计（仅选其中一项） ，以水利计算为 主。选取溢洪道设计。（ 6）施工导流方案论证（选作内容） 。仅作简单的阐述。3、工程设计概要ZH水库位于 QH河干流上，水库控制流域面积 4990km2，库容 5.05 108m3。水 库以灌溉发电为主，结合防洪，可引水灌溉农田 71.2 104亩，远期可发展到 10.4 105亩。灌区由一个引水流量 45m3/s 的总干渠和 4 条分干渠组成，在总干渠渠首 及下游 24km处分别修建枢纽电站和 HZ电站，总装机容量 31.45MW，年发电量 1.129 108kwh。水库防洪标准为百年

3、设计，万年校核。枢纽工程由挡水坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。摘要：土坝设计 渗流计算 稳定计算 细部结构第一章 基本数据第一节 工程概况及工程目的本水库建成后具有灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人畜吃水等多方面的效 益，是一座综合利用的水库。 水库近期可灌溉农田 71.2 104亩，远期可发展到 10.4 105亩。枢纽电站和 HZ电站，总装机容量 31.45MW，年发电量 1.129 108kwh。除 满足农业提水灌溉用电外，还剩余 50%的电力供工农业用电。防洪方面，水库控制 流域面积 4990km2，占全流域面积的 39%，对下流河道防洪、削减洪峰、减轻防汛负 担也有

4、一定的作用， 可将下游 100年一遇的洪水流量 6010m3/s 削减到 3360m3/s ，相 当于 17 年一遇；可将 50 年一遇洪水流量 6000m3/s 削减到 2890m3/s ，相当于 12 年 一遇。另外，每年还可供给城市及工业用水 0.63 108m3。由于市库区沿岸山峰重迭，村庄零散，耕地不多，故淹没损失较小。按库区移 民高程 770m统计，共需迁移人口 3115 人，淹没耕地 12157 亩，房屋 1223间，窑 洞 1470 孔。第二节 基本数据2.12.1 工程等别及建筑物的级别1、工程等别ZH水库工程，水库总库容 5.05 108m3，灌溉农田 71.2 104亩，

5、远期可发展到10.4 105亩。水电站总装机容量 31.45MW，年发电量 1.129 108kwh。根据以上数据，参照水利水电枢纽工程等级划分 SL252-2000 的规定，本工 程等别为 II 等工程。2、建筑物级别 根据本工程的等别及水工建筑物级别划分的规定知，永久性主要建筑物为 2 级 建筑物；永久性次要建筑物为 3级建筑物；临时建筑物为 4 级建筑物。2.22.2 地形和地质图ZF 坝区地形图见附图， ZF 土坝坝线工程地质剖面图见附图 6。2.32.3 工程地质条件1、库区工程地质条件库区两岸分水岭高程均在 820m以上，基岩出露高程大部分在 800m 左右，主 要为紫红色砂岩，间

6、夹砾岩、粉砂岩和砂质叶岩。新鲜基岩透水性不大。未发现大 的构造断裂，水库蓄水条件良好。QH 河为山区河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没 问题不大，库区也未发现重要矿产。2、坝址区工程地质条件QH 河在 ZF 水库坝址区呈一弯度很大的 S形。坝段位于 S形的中、上段。坝段 右岸为侵蚀河岸，岸坡较陡，基岩出露。上下坝线有约 300m 长的低平山梁（单薄 分水岭），左岸为侵蚀堆积岸，岸坡较缓，有大片土层覆盖。右岸单薄分水岭是 QH 河环绕坝段左岸山体相对侧向侵蚀的结果。坝址区基岩以紫红色、紫灰色细砂岩为主，间来件砾岩、粉砂岩和少数砂质叶 岩。地层岩相变化剧烈，第四系除厚度不大的

7、砂层、卵石层外，主要是黄土类土， 在大地构造上处于相对稳定区，未发现有大的断裂构造迹象。坝址区左岸有一大塌滑体，体积约 45 104m3，对工程布置有一定的影响。本区地震基本烈度为 6 度，建筑物按 7 度设防。（1）上坝址上坝址位于坝区中部背斜的西北， 岩层倾向 QH 河上游。河床宽约 300m，河床 -2砂卵石覆盖层平均厚度 5m，渗透系数 110-2cm/s。一级阶地（ Q4）表层具中偏强 湿陷性。左岸 730m高程以上为三级阶地（ Q2），具中偏弱湿陷性。岩基未发现大范围的夹层，基岩的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿 113-111-115-104-114各钻孔联机方向， 在岩面下

8、 2147m深度范围内， 有一强透水 带，w=5.4630L/（smm），下限最深至基岩下约 80m。基岩透水性从上游向下 游有逐渐增大的趋势，左岸台地黄土与基岩交界处的砾岩（最大厚度6m）透水性强，渗透系数 K=10m/d 。左岸单薄分水岭岩层仍发属于中强透水性， 平均 w=0.48 30L/（smm），应考虑排水，增加岩体稳定。（2）下坝址位于上坝址同一背斜的东南翼，岩层倾向下游；河床宽约120m，左岸为二、三级阶地，右岸 731m 高程以下为基岩，以上为三级阶地。土层的物理力学性质见 附图 6“工程地质剖面图”。左岸基岩有一条宽 200250m呈北东方向的强透水带， 右岸 Z 沟单薄分水

9、岭的 透水性亦很大， 左右岸岩石中等透水带下限均可达岩面下 80m左右。河床地段基岩 透水性与中等透水带厚度具有从上游向下游逐渐变小的趋势。 下游发现承压水， 二、 三级阶地砾石层透水性与上坝线相同，左岸坝脚靠近塌滑体。3、坝址区其它建筑物地段的工程地质条件 坝址区其它建筑物包括导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站。按上坝线方案， 导流泄洪洞、溢洪道均布置在左岸单薄分水岭，灌溉发电洞则布置在左岸东凹沟附 近三级阶地上。下坝线方案溢洪道可布置在右岸 Z 沟，灌溉发电洞移至上坝线溢洪 道轴线西侧 40m 左右，导流泄洪洞位置与上坝线位置相同。（1）导流泄洪洞沿洞线周围岩石厚度大于 3 倍开挖洞径，出口

10、段已避开塌滑体的东边界，沿线 岩层、岩性主要为粉砂岩、细砂岩及砾岩，岩石较为坚硬，坚固系数Fk=4，单轴弹性抗力系数 K0=20MPa/cm，弹性模量 E=0.4 104 MPa，透水性较大。岩层倾向下 游，出口段节理发育，应采取有效措施予以处理。为进一步保证出口段岩体稳定， 免除由内水压力引起的后果，建议该段修建无压洞。（2）溢洪道 上坝线方案溢洪道堰顶高程 757m，沿建筑物轴线岩层倾向下游。岩性主要为 坚硬的细砂岩，其中软弱层多为透镜体，溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的。下 坝线溢洪道堰顶高程 750m。基础以下 10m 左右为砂质叶岩及夹泥层，且单薄分水 岭岩层风化严重，透水性大，对建

11、筑物安全不利。（3）灌溉发电洞及枢纽电站 上坝线方案沿线基岩以厚层粉砂岩为主，岩石完整，透水性不大，洞顶以上岩 层厚度较小。 在建筑物的基岩岩面上有 05m 厚的砾岩及厚度不等的亚黏土层， 电 站厂房处岩石风化厚度约 56m，对其产生的渗漏及土体坍塌应采取必要的工程措 施。下坝线方案沿线全为基岩，工程安全比较可靠。4、施工区地质地形地质条件ZF 水库的右岸坡较陡，坡度为 30左右，大部分基岩出露高程为 770 810m。 主河槽在右岸，河宽约 100m；左岸为堆积岸，左岸台地宽 200m 左右，山岭高程在 775m 左右，岸坡较平缓，大都为土层覆盖。水库枢纽处施工场地狭窄，枢纽建筑 物全部布置

12、在左岸，施工布置较为困难。坝区为上二迭系石千峰组的紫红色、紫灰色细砂岩，间夹同色砾岩及砂质叶岩 等岩层。右岸全部为基岩，河床砂卵石总厚度约 50m，覆盖层厚度约 5m。高漫滩 表层亚砂土厚 515m，左岸 728m 高程以下为基岩。 基岩面向下游逐渐降低， 土层 增厚。砂卵石层透水性不会很强，施工开挖排水作业估计不会很困难。2.42.4 水文气象条件1、气象流域内年平均降雨量 686.1mm，70%集中在 69 月，多年平均最高气温 29.1 （6 月），多年平均最低气温 -14.3（ 1月），多年年平均气温 89。多年平均师 大风速 9m/s，水位 768.1m 时水库吹程 5.5km。（1

13、）气温资料ZF 水库坝址处没有建立水文气象站， 根据附近气象站 1958 年至 1963年和 1970 年至 1972 年共 9 年资料统计分析，最高气温 29.1（ 6 月），最低气温 -14.3（ 1 月），多年平均日气温 424，多年年平均气温 89。历年各月气温特征值见表 2-1表 2-12-1 各月气温特征值 月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10 月11月12 月多年平 均气温4.51.14.611.318.121.723.621.716.410.318.92.1多年最 高气温4.67.21722.225.029.123.026.530.122.418.98.1多年最 低气温

14、-14.30.05.81.03.110.518.914.41.91.90.70.0（2）降雨资料根据附近气象站 1958年至 1963年和 1970年至 1972年共 9 年资料统计分析， 得出多年的平均各月降雨天数见表 2-2。表 2-22-2 多年平均各月降雨天数项目平均日降雨平均日降雨平均日降雨平均日降雨平均日降雨月份5 10mm 天数10 20mm 天数20 30mm 天数30 40mm 天数 40mm 天数1月0.622月0.370.133月1.000.080.254月1.000.630.500.250.135月2.001.120.250.500.256月1.371.000.630.

15、251.007月2.751.881.001.001.388月1.372.270.250.252.609月1.450.880.130.630.7510 月0.870.880.380.250.1311 月0.730.880.1312 月0.132、水文分析（1）洪水洪水由暴雨形成，据统计 7 8 月发生最大洪峰流量的机会占 88%，而且年际 变化很大，实测最大洪峰流量 2200m3/s （1954 年），最小洪峰流量 184m3/s （ 1965年），相差 12 倍。流域洪水的特点是峰高，历时短，陡涨陡落。一次洪水持续时间般 3 5d。各种频率的设计洪水过程线见表 2-3。表 2-32-3 各种频

16、率的设计洪水过程线流量 /（m3s-1）流量 /（ m3 s-1）时间 /hP=1%P=5%P=5%（10 月 ）时间/hP=1%P=5%P=5%（10 月 ）1222133394516701002330218142471520912534020451491500900750030055511400830970042066531280768118475038155122013950550105571160159756501055910806481713508101746110201917601060220639802122701362202659202329001740178679005402

17、540002360160698752733502010148718492929601770138738004803126701602130757803324701380101777603523001380101797203721601290988170042039202012108183676411930115076854318201090（2）年来水量水量的年内分配，汛期 710 月约占全年水量的 62%，水量年际变化很大，实 测最大年来水量 1968108m3（1963年7月至 1964年6月）。最小年来水量 3.34 108m3（1965年7月至1966年6月）。相差5.9 倍。从历年来

18、水量过程来看约 7年一 个周期，其中连续枯水段为 4 年。（3）年输沙量汛期 710 月的来沙量约占全年输沙量 94%，其中 7、8 两月约占 83%。输沙 量的年际变化很大，实测最大年输沙量 1240104t（1969年 7月至 1970年 6月）。 最小年输沙量 173104t（1969年 7月至 1970年 6月）。相差 7倍。（4）水文分析成果表水文分析成果表见表 2-4表 2-42-4 QHQH 河水文分析成果序号名称单位数量备注1利用水文系列年限年222代表性流量多年平均流量m/s21.9调查历史最大流量m/s3980设计洪水洪峰流量（ P=1% ）3 m/s4000校核洪水洪峰流

19、量（ P=0.1%）m/s6550保坝洪水洪峰流量（ P=0.01%）m/s91003洪量设计洪水洪量（ P=1%）3 m85.00 1085d校核洪水洪量（ P=0.1%）3 m87.95 1085d4多年平均径流量3 m86.94 105多年平均输沙量t4431 103、水利计算（1）死水位选择为尽可能增加自流灌溉面积，并使电站水头适当增加，力求达到电源自给以及 为今后水库淤积留有余地，按 20 年淤积高程考虑，并根据今后运用情况加以计算 调整。（2）调节性能的选定灌溉保证率选取 P=75%，水库上游来水，首先满足灌区工农业用水，电站则利 用余水发电。按上述原则，并按近期灌溉面积 71.2

20、 104亩进行水库调节计算。年 调节和多年调节两个方案的水量利用系数和坝高都相关不大，但是多年调节性能的水库能提供的电量和装机利用小时数都较年调节性能水库提高20%。故确定本水库为多年调节性能水库。利用 1949年7月至1971年6月共 22年插补水文系列，采 用“时历法”进行多年调节计算。（3）兴利水位的确定原则和指标根据 QH 河洪水特性，汛期限制水位在 7、8 月定为 760.7m。7、8 月以后可重 复利用一部分防洪库容蓄水兴利，以防洪为主，兼顾兴利为原则，确定9、10 月限制水位为 766.1m。汛末可以多蓄水。 但蓄水位按不超过百年设计洪水位考虑，确定 汛末兴利水位为 767.2m

21、。电站的主要任务是满足本灌区提灌用电的要求。因此在保证灌区工农业用水的 基础上，确定电站的运用原则：灌溉季节多引水发电，非灌溉季节少引水发电，遇 丰水处则充分利用弃水多发电，提高年水量的利用系数。（4）防洪运用原则及设计洪水的确定 本水库属二级工程。水库建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。由 于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响，故用万年一遇洪水作为非常 保坝标准对水工建筑物进行复核。工程泄洪建筑物胡溢洪道和导流泄洪洞。溢洪道净宽 60m，分设 5 孔闸门，每 孔闸门净宽 12m，堰顶高程 757m。通过施工导流、拦洪、泄洪度汛、非常时期放 空水库以及在可能情况下有利于排沙等

22、方面的综合分析和比较，泄洪洞洞径确定为 8m，进口底调和为 703.35m。调洪运用原则：当入库洪水为 20 年一遇时，为满足下游河道保滩淤地的要求， 水库控制下泄流量为 600m3/s；当入库洪水为百年一遇时，为提高下游河道的电站、 桥梁等建筑物的防洪标准，水库控制下泄流量为 2000m3/s；当入库洪水为千年一遇 时，溢洪道单宽流量以 70m3/s 控制泄流；当入库洪水为万年一遇时，按下述原则操 作：即库水位接近校核水位时，若水库水位仍持续上涨，为确保大坝安全，溢洪道 敞开泄洪，允许溢洪道局部破坏。（5）水库排沙和淤沙计算ZF 水库回水长 25km，河道弯曲，河床宽 300m 左右，河床比

23、降为 2.2%，是个 典型的河道型水库。 QH 河泥沙年内的 83%集中在 7、 8 两个月，平均含沙量为 13.8kg/m3，泥沙多年平均 D50 粒径为 0.0155mm，颗粒较细。虽然本水库有可能利 用异重流排沙，但由于流域的水文特性和下游工农业对水源的要求，决定了本水库 只能高水头蓄水运用。在蓄水过程中，只能用灌溉和发电的剩余水进行排沙。经计 算，多年平均排沙量只占 5.2%，其余大部分的泥沙都淤积在水库中， 从而减少兴利 库容。（6）水库工程特征值水库工程特征值见表 2-5表 2-52-5 ZFZF 水库工程特征值序号名称单位数量备注1设计洪水时最大泄流量3 m /s2000.00其

24、中溢洪道 815相应下游水位m700.552校核洪水时最大泄流量3 m /s6830.00其中溢洪道 5600相应下游水位m705.603水库水位校核洪水位（ P=0.1% ）m770.40设计洪水位（ P=1% ）m768.10兴利水位m767.20汛限水位m760.70死水位m737.004水库库容总库容3 m85.05 108校核洪水位设计洪水位库容3 m84.63 10防洪库容3 m81.36 10兴利库容3 m83.51 10其中共享库容3 m81.10 10死库容3 m81.05 105库容系数50.50%6调节特性多年7导流泄洪洞形式明流隧洞工作闸门前为有压隧洞直径m8城门洞型压

25、力隧洞 8m消能方式挑流表 2-52-5 ZFZF 水库工程特征值- 10 -序号名称单位数量备注最大泄量（ P=0.01%）m3/s1230.00最大流速3 m /s23.10闸门尺寸mm76.50弧形门启闭机t300.00油压启闭机检修门mm89.00斜拉门进口底部高程m703.358灌溉发电隧洞形式压力钢管内径m5.40灌溉支洞内径m3.00最大流量3 m /s45.00进口底部高程m731.649枢纽电站形式引水式厂房面积（长宽）mm3916.20装机容量kw5 1250每台机组过水能力3 m /s8.052.52.5 建筑材料及筑坝材料技术指标的选定库区及坝址下游土石丰富，有利于修建

26、当地材料坝。1、土料根据当地建筑材料调查报告， 坝址上、下游均有土料场， 共有 5 个，储量丰富， 平均运均小于 1.5km。根据试井和钻孔情况，从 12000地形图初步计算 4 个土场 的总储量为 2248.6104m3，为需要量的 4 倍多。各土料场储量见表 2-6。表 2-62-6 各土料场的储量土场南坪沟川坡上山大河滩合计高程（m）746 805720760710 749722778储量(10 4m3)913.6855.7119.9359.42248.6根据 155组试验成果统计，土料平均黏粒含量为 26.4%，粉粒 55.9%，粉砂 17.6%，其中 25%属粉质黏土， 60.7%属

27、重粉质壤土， 14.3%属中粉质壤土。平均塑性指数- 11 -11.1，最大干重度 16.7kN/m3，最优含水量 20.5%，渗透系数 0.44 104cm/s。具有中 等压缩性，强度特性见表 2-7。表 2-72-7 土料的强度特性抗剪强度指标试验方法统计方法()c(kPa)算术平均23.2728.0饱和固结快剪 （25 组 ）算术小值平均20.9619.3算术平均21.5429.3快剪（82 组）算术小值平均21.3029.3算术平均21.3029.3算术小值平均21.0019.4算术平均22.6858.3算术小值平均20.0335.6算术平均22.5058.3快剪 （18 组 ）算术小

28、值平均23.8035.6算术平均28.8045.1算术小值平均25.7529.3算术平均29.0045.1快剪 （8 组 ）算术小值平均28.7029.3算术平均20.0028.8三轴不排水剪 （10 组 ）算术小值平均25.2013.0算术平均13.3028.0三轴不排水剪 （6 组 ）算术小值平均25.208.0算术平均18.2042.0三轴饱和固结不排水剪 （6 组）算术小值平均22.3035.0算术平均35.70野外自然坡度角 （29 组 ）算术小值平均31.20算术平均31.10算术小值平均29.10算术平均31.00室内剪切试验算术小值平均29.00- 12 -2、砂砾料根据调查，

29、砂砾料主要颁布在河滩上，储量为 205104m3，坝址附近的 3 个砂 砾场，扣除漂石及围堰淹没部分，可利用的砂砾料约( 100151)104m3。其颗粒 级配不连续，缺少中间粒径，根据野外 29 组自然坡度角试验， 34 组室内试验分析， 统计成果分析如下： 天然重度 18.7 kN/m3，软弱颗粒含量 2.64%。颗粒组成见表 2-8。 表 2-82-8 砂砾料颗粒组成粒径 (mm)2008040 205210.50.250.05含量 (%)83.774.257.746.238.634.632.829.724.74.9砂的储量很少，且石英颗粒少，细度模数很低，不宜作混凝土骨料， 砂(D第三

30、章 坝工设计第一节 土石坝断面设计土石坝断面设计的基本尺寸主要包括：坝顶高程、坝顶宽、上下游坡度、防渗 结构、排水设备的形式及基本尺寸。根据设计规范的要求及参照已建工程的经验数 据，并考虑本工程的具体情况，对本工程的各项数据设计如下。1、坝坡 坝坡的确定应根据坝型、坝高、坝的等级、坝体和坝基材料的性质、坝所承受 以及施工和运用条件等因素，经技术经济比较确定。根据给定的基本资料及参照已建坝的经验和资料，选定上、下游坝坡如下： 上游坝坡从上而下为： 1:3.0 1:3.5下游坝坡从上而下为： 1:2.5 1:2.75 1:3.02、坝顶宽度 坝顶宽度主要取决于交通、运行、施工、构造、抗震、防汛及其

31、他特殊要求， 由于在本工程大坝上无特殊要求，因此只要满足高坝的最小坝顶宽度要求： Bmin =10m，取 B=12m。3、坝顶高程 由于土石坝是不允许漫项溢流的，因此坝顶高程由水库静水位加上风浪壅水增 加高度、坝面波浪爬高及安全超高确定，同时坝顶高程的计算，应同时考虑以下 种情况：（1）设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；（2）校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高；（3）正常高水位加非常运用情况的坝顶超高再加地震区安全超高。 坝顶超高按下式计算：Y=R+e+A式中： Y坝顶在水库静水位以上的超高； R最大波浪在坝坡上的爬高 e最大风壅水面高度；- 20 -A安全加高根据本工程给定的基本资料，按碾

32、压式土石坝设计规范 SL274-2001 中关于 以上各项的规定及说明进行计算取值，使得坝顶高程能够满足规定条件坝顶高程的计算成果见表 3-1表 3-13-1 坝顶高程计算表运用情况静水位波浪爬高 R风壅水面 高度 e安全加高 A坝项超高 Y坝顶高程设计+正常768.11.180.0021.02.182770.29校核 +非常770.41.180.0020.51.682772.09正常 +非常+ 地震767.21.180.0021.0+1.0（地 震）3.182770.39为了减少施工工程量，在大坝上游设置防浪墙，墙高取 1.5m，大坝坝顶高程设 计为 770.60m。验算：坝顶高程（ 770

33、.60m）设计洪水位 +0.5m，（ 768.1+0.5=768.6m）校核洪水位（ 770.4m）满足了坝顶高程的规范要求，因此取坝顶高程为 770.60m。4、马道设置根据碾压式土石坝设计规范 （ SL274-2001）的要求，土质防渗体分区坝和 均质坝上游坝坡宜少设马道；且马道宽度应根据用途确定，但最小宽度不宜小于 1.5m。根据以上要求， 上游坝坡在上游坝坡变坡处设置 1 道马道，高程设在 740m处 下游坝坡 4 道马道，分别在高程 755m、740m、725m、710m 处，且在高程 755m、 740m上的 2 处马道处变坡。马道的宽度设置为 2m。5、防渗体设计 坝的防渗体应满

34、足将渗透坡降、下游坝体浸润线及渗流量降低到允许范围内， 还要满足结构和施工的要求。作为为坝的防渗体的材料有土质防渗体和人工材料防 渗体，其中用的最多的是土质防渗体。土质防渗体分区坝的防渗体断面尺寸应根据防渗土料的质量（如允许渗透比- 21 - 降、塑性、抗裂性能等） ，防渗土料的数量和施工难易程度，防渗体下面坝基的性 质及处理措施，防渗土料与坝壳材料单价比值等因素研究确定。 设计地震烈度 8 度、 9 度的地区可适当加厚。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小于 3.0m；底部厚度，斜墙不宜小于水头的 1/5， 心墙不宜小于水头的

35、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，斜墙为0.8 0.6m，心墙为 0.6 0.3m。非常运用条件下，防渗体顶部不应低于非常运用条件的静水位， 并应核处风浪爬高。但当防渗体顶部设有防浪墙时，防渗体顶部调和可不受上述限 制，但不得低于正常运用的静水位。土质防渗体顶部和土质斜墙上游应设保护层，且保护层厚度应不小于该地区的 冻结和干燥深度，还应满足施工需要。斜墙上游保护层的填筑标准应和坝体相同， 其坡度应满足稳定要求。根据以上要求及本工程的具体情况，防渗尺寸设计的具体情况如下： 防渗体采用斜心墙，斜心墙的上游坡度设为 1:1.2，下游坡度设为 1:1.0。 防渗墙的顶部高程，由

36、于大坝坝顶设有防浪墙时，防渗体顶部高程不得低于正 常运用的静水位。因此防渗墙的顶部高程设为 769.00m。防渗墙的断面设计为自上而下逐渐加厚，顶部的水平宽度设为4m，底部厚度18m。同时防渗墙上游保护层厚度设为 4.0m。6、地基处理 对于表层的腐殖土，以及可能造成集中渗流和可能发生滑动的表层土石，如草 皮、稀泥等先行清理。由于地基存在冲洪积之砂卵砾石层，故采用混凝土防渗墙。墙厚 1.0m，嵌入基 岩，顶部插入斜心墙 5.0m。由于防渗墙两侧冲击层有沉陷，易引起防渗墙顶部心墙 与两侧斜心墙的不均匀沉陷，故混凝土防渗墙顶部做成楔形体。同时由于有一部分 岩基具有中等透水带，因此需对此岩基做帷幕灌

37、浆，灌浆深度深入岩基中等透水带 下限 1.0m。以满足地基的渗漏要求。7、排水设计（1）排水形式的选择- 22 -排水形式的选择必须结合坝基排水的需要及形式，同时根据下列情况，以技术 经济比较确定：1）坝型、坝体填土和坝基土的性质，以及坝基的工程地质和水文地质条件；2）下游有水、无水、下游水位高低和持续时间，以及泥沙淤积影响；3）施工情况及排水设备的材料；4）筑坝地区的气候条件。均质坝和下游坝壳用弱透水材料填筑的土石坝，宜优先选用竖式排水，基底部 可用褥垫排水将渗水引出。若需要降低坝体内的孔隙压力，可在上、下游坡不同高 度设置坝体水平排水层。由于坝体排水有多种形式，结合本工程的特点及基本情况，

38、选定棱体排水为坝 体排水的形式。它的主要作用为能够降低坝体浸润线防止渗透变形，而且还可以支 撑坝体，增加坝体的稳定性和保护下游坝脚免遭淘刷。（2）棱体排水的构造要求棱体排水设计应遵循下列规定：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 级和 5 级坝应不小于 0.5m ，并超过波浪沿坡面的爬高；2）顶部高程应使坝体滑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。根据以上条件及本工程的实际工程情况，棱体排水的断面尺寸如下：顶部宽度为 3.0m，顶部高

39、程为 710m，棱体的边坡设为 1:2.0。- 23 -第二节 坝体的渗流分析一、坝体渗透计算1、渗流分析的主要目的（1）确定坝体浸润线和下游出逸点的位置，以便在不同部位正确采用土壤的 容重、抗剪强度等物理、力学指标，为坝体稳定、应力与变形的计算和排水设备的 选择提供依据，也为水上、水下分区设置土料提供依据。（2）确定坝体与坝基的渗流量，以便估计水库渗漏损失和确定坝体排水设备 的尺寸。（3）确定坝坡出逸段和下游地基表面的出逸坡降，以及不同土层之间的渗透 比降，以判断该处的渗透稳定性。（4）确定库水位降落时上游坝壳内自由水面的位置，估算由此产生的孔隙水 压力，供上游坝坡稳定分析之用。2、计算情况

40、选择渗流计算考虑下列水位组合情况：（1）上游正常高水位与下游相应最低情况；（2）上游设计洪水位与下游相应最高水位；（3）上游校核洪水位与下游相应的最高水位；（4）库水位降落时对上游坝坡稳定最不利的情况。本次设计中只考虑前三种情况，第四种情况暂不考虑。3、渗透分析的计算方法 根据碾压式土石坝设计规范 （SL274-2001）应用水力学法进行计算。4、计算断面及公式本次设计不仅对河槽处最大断面进行渗流计算，而且还左、右岸各取一个断面 进行渗流计算。其计算的基本公式采用：- 24 -K H12 H 222L通过斜心墙的渗流量为：斜心墙后的渗流量为：q = K 0 H12 h2 q1 =2 sinq2

41、 =K h2 H 222 L m2H 2斜心墙后的浸润线起点高度为：h0 = A1A3A1式 中：A1= K 0 +sin L m2 H 2K0H12A3=sinKHL m2H 2单宽渗流量浸润线方程5、单宽流量计算由于本工程地基处理中，上层冲积层采用混凝土防渗墙，下层透水性岩基采用帷幕灌浆处理，因此可近似地为不透水地基上的坝体的渗流计算。单宽渗流计算公式：其中： K0斜心墙粘土渗透系数；取 110-6cm/sK 土石坝坝壳料渗透系数；取 1.0 10-2cm/sa 斜心墙下游面角度； 451)上游正常高水位与下游相应最低情况其结果列于表 3-2。表 3-23-2 渗流单宽流量计算表计算 断面

42、水位 (m)地面高程(m)H 1(m)d (m)L(m)浸润线起点高度 h0单宽流量qm 3 (s m)-1备注最大 断面767.269968.211290.054.16-62.979 10 -6左岸 断面767.271453.27.5228.053.48-62.657 10 -6右岸 断面767.274324.24.6108.81.4-78.973 10 -7下游 无水 (H 2=0)- 25 -y =2qK(2) 上游设计洪水位与下游相应最高水位； 其结果列于表 3-3。表 3-33-3 渗流单宽流量计算表计算 断面水位 (m)地面高程(m)H 1(m)H 2(m)d (m)L(m)浸润线

43、起点高度 h0单宽流量qm 3(s m) -1备注最大 断面768.169969.11.5511285.44.42-63.057 10左岸 断面768.171454.107.5228.053.54-62.748 10 -6右岸 断面768.174325.104.6108.81.45-79.652 10 -7下游 相应 水位 700.55(3) 上游校核洪水位与下游相应的最高水位； 其结果列于表 3-4。表 3-43-4 渗流单宽流量计算表计算 断面水位 (m)地面高程(m)H 1(m)H 2(m)d (m)L(m)浸润线起点高度 h 0单宽流量qm 3 (s m) -1备注最大 断面770.4

44、69971.46.611270.257.73-63.239 10-6左岸 断面770.471456.407.5228.053.69-62.986 10-6右岸 断面770.474327.404.6108.81.58-61.150 10下游 相应 水位 705.66、绘制浸润线(1) 上游正常高水位与下游相应最低情况 最大断面处：浸润线方程为： y = 17.56 0.06x x (4.16,290.05) ，计算结果列于下表3-5。表 3-53-5 最大断面正常高水位情况下浸润线x4.1620406080100120140160180200220240260280290.05y4.16 4.0

45、4 3.89 3.74 3.57 3.4 3.22 3.03 2.82 2.62.36 2.09 1.78 1.4 0.870- 26 -浸润线方程为： y = 12.29 0.053x x (3.48,228.05) ，计算结果列于下表3-6。表 3-63-6 左断面正常高水位情况下浸润线x3.4820406080100120140160180200228.05y3.483.353.193.022.842.642.442.211.951.661.30图 3-23-2 正常高水位左岸断面的浸润线右岸断面处：浸润线方程为：y = 1.98 0.018x x (1.4,108.8) ，计算结果列于

46、下表 3-7 。 表 3-73-7 右断面正常高水位情况下浸润线x1.4102030405060708090108.8y1.41.341.271.21.121.040.950.850.730.60767.2正常水位770.6743图 3-33-3 正常高水位右岸断面的浸润线- 27 -左岸断面处：(2) 上游设计洪水位与下游相应最高水位最大断面处：浸润线方程为： y = 19.81 0.061x x (4.42,285.4) ，计算结果列于下表3-8。表 3-83-8 最大断面设计洪水位情况下浸润线x4.4220406080100120140160180200220240260285.4y4.

47、42 4.31 4.17 4.02 3.86 3.7 3.53 3.36 3.17 2.97 2.76 2.53 2.27 1.991.55图 3-43-4 设计洪水位最大断面的浸润线左岸断面处：浸润线方程为： y = 12.73 0.055x x (3.54,228.05) ，计算结果列于下表3-9。表 3-93-9 左断面设计洪水位情况下浸润线x3.5420406080100120140160180200228.05y3.543.413.243.072.892.692.482.241.981.681.320图 3-53-5 设计洪水位左岸断面的浸润线右岸断面处：浸润线方程为： y = 2.

48、13 0.019x x (1.45,108.8) ，计算结果列于下表3-10- 28 -表 3-103-10 右断面设计洪水位情况下浸润线x1.45102030405060708090108.8y1.451.391.321.251.171.090.990.890.780.650图 3-63-6 设计洪水位右岸断面的浸润线(3) 上游校核洪水位与下游相应的最高水位；最大断面处：浸润线方程为： y = 60.26 0.065x x (7.73,270.25) ，计算结果列于下表3-11。表 3-113-11 最大断面校核洪水位情况下浸润线x7.732040608010012014016018020

49、0220240270.25y7.73 7.68 7.59 7.51 7.42 7.33 7.24 7.15 7.06 6.97 6.87 6.78 6.686.6图 3-73-7 校核洪水位最大断面的浸润线左岸断面处：浸润线方程为： y = 13.84 0.06x x (3.69,228.05) ，计算结果列于下表3-12- 29 -770.4校核洪水位770.6743表 3-123-12 左断面校核洪水位情况下浸润线x3.6920406080100120140160180200228.05y3.693.563.383.23.012.82.582.332.061.741.360右岸断面处：浸润

50、线方程为： y = 2.53 0.023x x （1.58,108.8） ，计算结果列于下表3-13。表 3-133-13 右断面校核洪水位情况下浸润线x1.58102030405060708090108.8y1.581.521.441.361.271.171.070.960.830.680图 3-93-9 校核洪水位右岸断面的浸润线、坝体渗透稳定计算1、渗透计算包括的内容（1）判别土的渗透变形形式，即管涌、流土、接触冲刷或接触流失等；（2）判明坝和坝基土体的渗透稳定；（3）判明坝下游渗流出逸段的渗透稳定。2、渗透变形形式的判别- 30 -770.4校核洪水位770.6图 3-83-8 校核洪

51、水位左岸断面的浸润线由于渗透变形的形式主要与土类和土粒级配等因素有关。一般粘性土，土粒间 具有一定的粘聚力，而且孔隙很小，在渗流作用下，其破坏形式为流土，但在斜心 墙的两侧都设置了反滤层，因此斜心墙的渗透稳定是安全的。对于坝壳料，根据细颗粒含量判别，此法以土体中细颗粒（粒径 dK=1.15。因此施工期土石坝的 下游坝坡是稳定的。（2）稳定渗流期下游坝坡的稳定计算 在稳定渗流期的稳定计算中，此次设计中只选取上游水库水位为正常，下游无 水一种情况进行坝坡稳定分析计算。 根据渗透稳定计算的浸润线及和流网图，计算坝体的孔隙水压力 u 。然后再 根据（ 1）中的方法和步骤计算坝坡的稳定安全系数。具体计算

52、步骤及过程见下表 3-21 至表 3-25 。及图 3-17 至图 3-23。- 45 -图 3-173-17 稳定渗流期正常水位下下游坝坡稳定计算图（ O O1 1）B图 3-183-18 稳定渗流期正常水位下下游坝坡稳定计算图（ O O2 2）- 46 -c图 3-193-19 稳定渗流期正常水位下下游坝坡稳定计算图（ O O3 3）- 47 -表 3-213-21 稳定渗流期正常水位下下游坝坡稳定计算表 (O(O1 1) )sin acosasecah1h2h3g 1h1g 2h2g 3h3WiWisin auf(Wi cosa - u bseca )tgf 图 条 编 号1234567

53、89101112131470.70.711.4002.3341.940041.9429.35803118.0060.60.801.250 12.37222.700222.7133.596031107.0350.50.871.155 19.8935800358179.01031186.3040.40.921.091 23.88429.800429.8171.936031236.7130.30.951.048 24.79446.200446.2133.866031255.7720.20.981.021 23.310.4419.68.4042885.5960.231249.4010.10.991.0

54、05 16.321.91.26293.839.912.6346.334.6260.9 31194.12001.001.0009.551.452.42171.930.4524.2226.600.731127.06-1-0.1 0.991.0052.540.881.2645.7218.4812.676.8-7.680.43140.31合计760.3081414.70- 48 -表 3-223-22 稳定渗流期正常水位下下游坝坡稳定计算表 (O(O2 2) )sin a cosasecah1h2h3g 1h1g 2h2g 3h3WiWisin auf( Wi c osa - u bseca )tg

55、f 图 条 编 号123456789101112131480.750.661.519.8176.400176.4132.33170.1170.70.711.4032.1577.600577.6 404.3331247.866 0.60.801.2544.2794.700794.7476.8231382.005 0.50.871.1549.3886.900886.9443.4331461.494 0.40.921.09493.57881.1 74.970956.1382.431.631505.7430.30.951.0541.92.927.85754.9 61.3278.5 894.7268.4

56、21.331496.642 0.20.981.0235.92.7113646.2 56.91129.6 832.7166.541.231475.5410.10.991.0129.52.4816531.5 52.08159.6 743.274.322131432.14001.001.0023.82.2317427.9 46.83169.5 644.20131375.77-1 -0.10.991.0117.51.9516315.5 40.95159.6 516.1 -51.6090.831298.74-2 -0.20.981.0211.31.5913203.2 33.39129.6 366.2 -

57、73.2420.731207.70-3 -0.30.951.055.661.287.85101.9 26.8878.5 207.3 -62.1780.531112.19-4 -0.33 0.941.060.440.210.457.92 4.414.516.83 -5.55390.1328.62合计21564074.52- 49 -Ko1=0 1414.7760.31=1.861Ko2=0 4074.522156=1.889Ko3=0 970.01503.97=1.905表 3-233-23 稳定渗流期正常水位下下游坝坡稳定计算表 (O(O3 3) )sin acosasecah1h2h3g 1

58、h1g 2h2g 3 h3WiWi sin auf( Wi cosa - u bseca )tg f 图 条 编 号123456789101112 131460.60.801.255.4397.740097.7458.64403146.9850.50.871.1513.6245.500245.5122.76031127.7640.40.921.0918.1326.500326.5130.608031179.8130.30.951.0519.2344.900344.9103.464031197.6820.20.981.0218323.800323.864.764031190.6410.10.99

59、1.0112.3 1.19222.124.990247.124.7110.531140.60001.001.005.21 1.25 0.7793.7826.257.7 127.700.53169.51-1 -0.10.991.010.41 0.21 0.157.384.411.5 13.29-1.3290.1 316.61合计503.622959.59197计算抗滑稳定安全系数 Kc按比例将 Kc值标在相应的圆心上，连成曲线找出相应最小Kc的圆心 O4 通过 O4作 eg的垂线 NN1，并在其上选 O5、O6、O7为圆心，分别通过 B 点 的滑弧。- 50 -图 3-203-20 稳定渗流期正

60、常水位下下游坝坡稳定计算图（ O O5 5）NN1bf767.2正常水位5-2M1O5 KM2O4O6-3- 51 -BN图 3-223-22 稳定渗流期正常水位下下游坝坡稳定计算图（ O O7 7）- 52 -表 3-243-24 稳定渗流期正常水位下下游坝坡稳定计算表 (O(O5 5) )sin a cosasecah1h2h3g 1h1g 2h2g 3h3WiWisin auf( Wi c osa - u bseca )tg f 图 条 编 号123456789101112131470.70.711.408.03144.500144.5101.183162.0260.60.801.253