粘土心墙毕业设计模板

年4月19日粘土心墙毕业设计文档仅供参考目录1基本资料 41.1工程概况 41.2水文气象 41.3地形地质 41.4茅坪溪防护大坝 51.4.1设计标准 51.4.2平面布置 51.5其它设计资料 51.1.1 1.5.1工程特征水位 51.5.2地震烈度 51.5.3筑坝材料的技术指标 51.6设计内容与要求 61.6.1设计目的 61.6.2设计内容 72坝址及坝型的选择 72.1坝址的选择 72.2土坝对地基的要求 82.3坝型选择 82.3.1各种坝型的比较 82.3.2土石坝类型的选择 93坝工设计 103.1坝顶高程 103.1.1按正常情况下计算坝顶高程 113.1.2按非常情况计算坝顶高程 123.1.3考虑地震影响计算坝顶高程 133.1.4确定坝顶高程及坝高 133.2坝顶宽度 133.3坝坡 143.5排水体设备 154渗流计算 164.1设计说明 164.1.1土石坝渗流分析的任务 164.1.2渗流分析的工况 164.1.3渗流分析的方法 164.2渗流计算 164.2.1基本假定 164.2.2渗流计算基本公式 164.3渗流计算过程 184.4渗流稳定结果分析 214.4.1正常蓄水位下渗流稳定分析 214.4.2校核洪水位下渗流稳定分析 225土石坝坝坡稳定分析及计算 225.1设计说明 225.1.1设计任务 225.1.2计算工况 225.1.3计算断面 235.1.4控制标准 235.2稳定计算 235.2.1库水位最不利时的上游坝坡 235.2.2施工或竣工期的上下游坝坡稳定计算及稳定渗流期的计算 286.土石坝的构造设计 416.1坝顶 416.2护坡与坝坡排水 416.3坝体排水设备 437.沉降量计算 447.1坝体的沉降量计算 447.2坝基沉降量计算 458.地基处理 488.1坝基清理 488.2坝的防渗处理 488.3土石坝与坝基的连接 489.土石坝土料的选择 499.1坝壳的土石料选择要求 499.2防渗体土石料的选择要求 499.3对排水设施和护坡的结构布置 499.4反滤层的结构布置 5010.工程量计算 5010.1坝基开挖工程量计算 5010.2坝体工程量计算 50谢辞 53参考文献 541基本资料1.1工程概况茅坪溪防护工程的缘由：茅坪溪是长江上的小支流，其出口位于三峡大坝上游约1km的右岸。流域面积113.24km2,在茅坪溪防护坝址以上的流域面积为98.54km。该流域属底山丘陵区，流域内人口约3.1万人，耕地3.43亩。茶园1601.4亩，果园11.4亩，直接淹没人口6561人。淹没区内有成片的良田，是湖北省秭归县重要的产量田区和农业经济区。该县人多地少，坡多田少，移民难度大。经中央部门审定，修建茅坪溪防护工程。茅坪溪防护工程包括泄水建筑物（遂洞接涵洞）和防护坝（沥青混凝土心墙堆石坝）。本设计是针对防护大坝。1.2水文气象长江流域气候温暖，雨量丰沛，多年平均降水量1100mm，雨季4—10月占全年降水的85%。也经常发生洪，涝，旱，冰雹，滑坡，泥石流等自然灾害。多年平均气温是16—18。夏季最高超过40，冬季-4，无台风灾害，降水集中形成暴风雨区，流域内较大日暴风雨覆盖面约3万—15万。最大达21.3万。1.3地形地质坝址基岩为前震旦纪闪云斜长花岗岩。岩体中有岩俘虏体和闪长岩包裹体，以及后期侵入的酸基性岩脉。闪云斜长花岗岩岩性均一，完整，力学强度高。微风化和新鲜岩石的饱和抗压强度达100Mpa,变性模量达30-40Gpa。坝区主要有两种断裂构造，一组走向北北向，另一组走向北被动，倾角多在60以上。断层规模不大，且胶结良好。经过坝基规模较大的断层有F7及F23，，出露在左漫滩上。缓倾角裂隙不甚发育，仅占裂缝总数的13%，其中北北东组占缓倾角裂缝总数的68.5%,倾角东南为主，倾角为15—30。花岗岩的风化层分为全，强，弱，微4个风化带。风化壳厚度（全，强，弱3个风化带），以山脊部位最厚，可达20—40米。山坡与一级阶地次之，沟谷，漫滩较薄，主河床中一般无风化层或风化层厚度很小，平均厚度21.5米。坝基除利用微风化岩体外，部分弱风化下亚带岩体亦可用作建基岩体。混凝土与建基岩面间的抗剪（断）强度，摩擦系数（F）取值1.0—1.3。凝聚力（C）为1.2—1.5Mpa。建基岩体岩石与岩石间的抗剪断强度，视不同的结构类型的岩体F与C值分别为1.0—1.7Mpa和1.2—2.0Mpa。第四纪松散堆积物主要是河流冲积层，葛洲坝水库蓄水后，主河槽及后河普遍淤积有原5—18米的细沙。坝址水文地质条件简单，微风化和新鲜岩体的透水性微弱，有80%以上的压水试验段的岩体单位透水率小于1Lu，其余试验段主要为弱，中等透水位。坝之区域地壳稳定条件好，不具备发生强烈地震的背景，为典型的弱震构造环境，基本烈度为Ⅳ度。经过多年的勘测研究，三峡工程坝址地质条件甚为优越，是一个难得的好坝址。1.4茅坪溪防护大坝1.4.1设计标准茅坪溪防护大坝与三峡大坝共同拦挡三峡库水，挡水水头为80米。经审定茅坪溪防护大坝等级与三峡大坝相同，为一等工程。防护大坝按1级建筑物设计。大坝正常蓄水位为175米。校核水位为180.4米。地震设计烈度为7度，均与三峡大坝相同。背水侧茅坪溪设计洪水位（20年一遇）106.4米，校核洪水位（1一遇）为107.3米，非常洪水位（万年一遇）考虑调蓄后为114.6米。1.4.2平面布置茅坪溪防护大坝位于陈家冲到板桥和韩家嘴之间。坝址处河谷地形较为开阔，河谷走向约为25。坝轴线峪河谷走向交角约65o，自右岸的吴家湾经过茅坪溪与左岸松柏坪以上的山包相接。河谷两岸不对称，右岸山体雄厚，坝肩头（吴家湾）高程232米，冲沟较发育。坝轴线斜跨一冲沟，其余段基本沿山梁展开，其平均坡度角约8o，跨沟谷处坡角35o。左岸坝肩山头（吴家湾）高程192.86米，谷坡基本顺直，自让坡角较陡一般为30o—50o。局部达50o。坝轴线基本沿分水岭脊线布置，地形高程190米—200米，最高209.72米（松茅坪）。左坝肩两侧冲沟对应发育，在山脊汇合形成鞍部，最低高程184.3米。山体较单薄，高程175米处最小山脊宽40米。在此垭口处设一副坝，轴线长80米，走向为东南165o。1.5其它设计资料1.5.1工程特征水位上游正常蓄水位175.0m相应下游水位106.4m防洪限制水位145.0m枯季消落水位155.0m10一遇洪水水库水位157.5m100一遇洪水水库水位180.4m相应下游水位107.31.5.2地震烈度场地基本烈度为6度，防护大坝设计烈度为7度。1.5.3筑坝材料的技术指标表1.1筑坝材料的技术指标建筑材料名称比重容重（吨/立方米）孔隙率抗剪强度渗透系数k(cm/s)摩擦角凝聚力(kg/cm)土料（壤土）2.721.681.982.05=24=250.31×10砂砾料2.681.801.802.10水上36水下346×10堆石2.701.801.802.050.3340沙砾料坝基2.681.801.802.10水下35备注：沥青混凝土渗透系数0.5×10-8表1·2土料颗粒级配粒径（mm）<0.2<0.1<0.05<0.03<0.01<0.005<0.002％84.475.058.043.526.016.211.0表1·5砂料颗粒级配粒径（mm）<5.2<5<2.5<1.2<0.6<0.3<0.15％10097.869.443.520.46.21.7表1·6砂砾料颗粒级配粒径<150<80<40<20<5<2.5<1.2<0.6<0.3<0.15％10084.566.951.334.827.12011.73.01.51.6设计内容与要求1.6.1设计目的1、经过设计巩固、加深、扩大所学的基础理论和专业知识，并达到进一步系统化。2、培养学生运用所学知识，解决实际工程技术问题的能力，能初步掌握设计原则，设计方法和步骤。3、培养学生独立思考、独立工作能力，经过毕业设计加强计算、绘图、编写设计文件、使用规范等方面能力的培养。1.6.2设计内容1、枢纽布置根据有关资料进行枢纽布置，阐明枢纽中建筑物的作用、布置原则、布置方案的比较，选择与确定，本设计坝轴线已知。2、坝工设计包括坝型选择、剖面设计、平面布置、绘出坝体平面图及坝体中最大剖面图。3、根据地形、地质坝型等因素，沿坝轴线选取若干典型剖面，计算坝体渗流流量，总渗流流量及坝内浸润线。计算工况：上游正常蓄水位与下游相应最底水位上游校核水位与下游相应最低水位4、稳定计算对坝体最大剖面、典型剖面，采用圆弧滑动法或折线法验算下列情况的坝坡稳定性。计算工况：库水位最不利时的上游坝坡（折线法）上游正常蓄水位，下游相应最低水位的下游坝坡（圆弧法）校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡（圆弧法）施工期或竣工期下游坝坡（圆弧法）5、细部构造设计包括：坝顶、护坡、防渗体、排水体、马道、坝面排水沟等。6、地基处理包括：开挖、清理、防渗、加固处理等布置措施等。7、石料结构布置8、工程量计算1.6.3设计成果包括：设计说明书、计算书各一份，（时间关系也可说明书、计算书合并写）设计成果图3~4张，内容为大坝平面布置图，下游立视图，坝体最大剖面及典型剖面图细部构造图。2坝址及坝型的选择2.1坝址的选择(1)首先，应尽量选择地形上最有利的坝址，如坝轴线较短，河谷较窄，便于布置泄水建筑物等。(2)坝址与地质条件是影响坝址选择的最重要因素之一。(3)坝址附近的建筑物分布情况，影响到坝址的选择。(4)水库区的淹没情况也是选择坝址的重要因素。(5)坝址还必须结合河流规划统一考虑。(6)施工条件也是选择坝址的因素之一。(7)水库及水利枢纽的管理条件也应在选择坝址时予以应有注意。(8)施工工期长短也影响着坝址的选择。对以上所有因素充分进行调查研究，权衡利弊，综合考虑后方能选定最合适的坝址。2.2土坝对地基的要求在所有的坝型中，土坝和土石坝对地基的要求最低，这是因为土坝由于基础面积较大，承担的应力较低。本设计坝轴线已知，故不用细细说明了。2.3坝型选择坝型选择关系到整个枢纽的工程量、投资和工期，其影响因素主要坝高、筑坝材料，地质、地形、气候、施工、运行条件等。2.3.1各种坝型的比较1、选用重力坝重力坝基本形状呈三角形，上游面铅直或稍微倾向上游，坝底与基岩固结，建成挡水后依靠自重维持稳定。重力坝的优点：①筑坝材料强度高，耐久性好，抵抗洪水漫顶，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结构作用明确；⑤施工方便。重力坝的缺点：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，材料强度不能充分发挥，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要求较高。2、选用拱坝拱坝是三面固结与基岩上的空间壳体结构，拱向上游凸出，且不设永久性分缝。拱坝的优点：①具有双向传力的性能；②拱是推力结构；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收，它又具有较强的抗震能力。拱坝的缺点：①拱坝是不设永久性横缝的整体朝静定结构，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要求，以及对地形地质条件及地基要求均较高。3、选用土石坝土石坝是指由当地土料石料或土石混合料填筑而成的坝。土石坝的优点：①就地取材，与混凝土相比，节省大量水泥，钢材和木材，且减少了筑坝材料远途运输费用；②对地质地、形条件要求较低，任何不良地基经处理后也均可筑土坝；③施工方法灵活，技术简单，且管理方便，易于加高扩建。土石坝的缺点：①不允许坝顶溢流，所需溢洪道或其它泄水建筑物与造价往往很大，；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。4、确定坝型由于茅坪溪的防护坝地处山区交通条件差，公路标准低，运输不方便，如从外运入筑坝材料，工程投资大大增加，因此不运用重力坝。拱坝应力分布均匀，利于发挥材料强度，节省工程量，但对地质和地形要求严格，一般要求对称均匀，因此地形不对称，且地形地质条件也不甚好，如采用拱坝，坝体相对条件差，不利于坝体强度稳定，设计施工复杂。因此不宜选拱坝，茅坪溪防护坝因当地土料、沙砾料、石料丰富，可就地取材，节省大量运输费用，而且综合考虑土坝与其它坝型相比具有的特点，最终选择土石坝。2.3.2土石坝类型的选择影响土石坝坝型选择的因素很多，其主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形与地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。经过对各种因素进行比较，选定技术上可行，经济上合理的坝型。均质坝材料单一，施工简单，坝身粘性较大，坝基的透水性较大。将发生较大渗漏，故首先舍弃均质坝。钢筋混凝土斜墙坝容易因坝体沉陷而开裂，且费用高，故也放弃。心墙坝与斜墙坝可在深厚的覆盖层上修建，两种坝型造价相差不大，优缺点也无显著差别，但心墙坝比斜墙坝适应不均匀变形的能力和抗震的能力较强，且心墙坝工程量较小，基础处理深度也小，故初步选定黏土心墙坝。本设计选用黏土心墙坝，主要原因有几下几点：黏土心墙坝对坝基和坝体的不均匀沉降比较容易适应，对坝基条件要求较低；黏土心墙坝施工设备比较简单，施工质量也比较容易控制；黏土心墙坝能够在早期蓄水，提前发挥水库作用；黏土心墙坝位于坝体内部，暴露面小，保温条件好，受气候影响小，在冬季也能够施工，黏土心墙可全年施工；黏土心墙坝受外界气候影响较小，受温度的影响也较斜墙小，耐老化，因而能获得较长的工作寿命；在地震地区心墙在防止塌滑与地震破坏方面比斜墙有利。除此之外，黏土心墙具有极佳的防渗性能及其较佳的适应变形能力。且在产生裂缝后有一定的自愈能力，故黏土心墙坝是一个不错的方案。3坝工设计土石坝剖面的基本尺寸包括:坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡，防渗体与排水体的形式与尺寸等。3.1坝顶高程为防止库水浸溢坝顶，坝顶水库静水位以上应有足够的波浪超高。《碾压式土石坝设计规范》，（SDJ218-84）规定，其值按下式计算：式中：——风沿水面吹过所形成的水面升高即风壅水面超出库水位的高度，m——自风壅水面算起的波浪沿倾斜坝坡爬升的垂直高度，简称波浪爬高，m——水库吹程，km或m——沿水库吹程方向的平均水域深度，初拟时可近似取坝前水深，m——综合摩阻系数，其值变化在（1.5～5.0）×之间。计算一般 取3.6×（以km计）或3.6×（以m计）——计算风速，m/s正常运用条件下的Ⅰ、Ⅱ级坝采用＝（1.5～2.0）（多年平均最大风速），正常运用条件下的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级坝采用＝1.5，非常运用条件下的各级土石坝采用。——风向与坝轴线的夹角，（1°＞）β=0——安全加高，见附表一正常A=1.5非常A=1.0堤顶类型及运用情况堤顶级别1234、5安全超高土坝、土堤正常1.51.00.70.5非常1.00.70.50.3混凝土闸坝、浆砌块石闸坝正常0.70.50.40.3非常0.50.40.30.23.1.1按正常情况下计算坝顶高程D=10km波浪爬高式中：h——设计波浪高m——上游坝坡坡率规范（SDJ218-84）推荐采用蒲田验站统计分析公式计算R⑴计算波浪平均爬高(3-3)式中：与坝坡的糙率和渗透性有关的查表3-2=0.9经验系数，由风速V、坝前水深H及重力加速度g组成，查表3-3=m——坡系数，m=3.0,——平均坡高与坡长表3.2值护面类型护面类型光滑不透水护面混凝土及混凝土板护面草皮护面1.00.90.85~0.9砌石护面抛填两层块石（不透水基础）抛填两层块石（透水基础）0.75~0.850.60~0.650.50~0.55表3.3经验系数《11.52.02.53.03.54.04.511.021.081.161.221.251.281.30①用下式计算平均坡高T(3-4)在水深较大时，吹程较小的情况下，既当 时，式（3-4）可简化为：式中水库吹程D以m计算经计算可知可用上式计算：=0.61②计算波浪平均周期公式为=4.0=3.12③计算平均波长=1.56×=15.19m⑵计算波浪设计爬高R在工程设计中，波浪设计爬高R按建筑物的级别确定，若级别为Ⅰ级，土石坝取保证率P=1%的波浪爬高R1%作为爬高R=R1%，由其相应的波浪爬高保证率P，平均爬高R及俯表四所列数值设计波浪爬高R。R=2.23×0.866=1.932mY正常=0.0038+1.932+1.5=3.436m坝顶高程=175+3.436=178.44m3.1.2按非常情况计算坝顶高程非常运用情况下的坝顶超高计算公式与正常情况下的一样，所不同的是风速来用多年平均最大风速V=，坝前水深H=180.4-175+100=105.4⑴计算波浪平均爬高故取=1 带入数据得=0.389计算波长平均周期=计算平均波长=1.56×2.4952=9.718R=2.23×0.553=1.233m=1.233+0.002+1.0=2.235m坝顶高程=校核洪水位+非常运用情况超高=180.4+2.235=182.64m3.1.3考虑地震影响计算坝顶高程地震安全加高=地震涌浪加高+地震附加沉陷值+安全加高，地震涌浪加高一般为0.5~1.5m，应根据地震烈度大小和不同的坝前水深，去大中小值，本设计去1米，地震附加沉陷值根据海域地震调查，对8-9度地震区，可取1.2%~1.44%，地震烈度较低时，取值相应减小，本设计取1%的大坝高度，即为：（178.44-75）×1%=1.03m安全加高A=1.5地震安全护高=1+1.03+1.5=3.53m坝顶高程=175+3.53=178.53m3.1.4确定坝顶高程及坝高坝顶高程取上述三种情况的最大值，故需坝顶高程为183m，考虑在上游侧设置1.2m的防浪墙，最终确定坝顶高程为183-1.2=181.8m，防浪墙高为183m，坝高=181.8-75=106.8m3.2坝顶宽度坝顶宽度取决于施工、构造、运行、抗震与防洪等要求。如坝顶设置公路或铁路时，应按交通要求确定。无特殊要求时，高坝最小顶宽10m~15m，中低坝为5m~10m。对心墙或斜墙坝还需要满足其墙顶和两侧反滤层的布置要求，在寒冷地区，还应使心墙或斜墙至坝面的最小距离大于冻土层厚度，以防防渗体冻坏，本设计坝高为106.8m，属于高坝且坝顶有交通要求，拟定坝顶宽为12m。3.3坝坡土石坝边坡的大小取决于坝型、坝高、筑坝材料、菏载、坝基性质等因素，且直接影响到坝体的稳定和工程量大小。由于石料在饱和状态下抗剪强度降低，且库水位下降时，渗流力指向上游，对上游坝坡稳定不利，因此土料相同时，上游坡应比下游坡为缓。从坝型上看，上游坝坡较下游为缓；从荷载情况上，为适应荷载向底部逐渐增加的特征，坝坡上陡下缓，故土石坝上、下游坡一般做成变坡时，由上至下逐渐放缓，相邻坝坡率差为0.25~0.5,若坝基较弱时，最后一级坝坡宜缓以利于坝坡稳定。综上所述，对拟坝坡时，坡度一般为1:2~1:4，再下游坝面的变坡处一般而设置马道，其宽度长取1.5~2.0m，以拦截并排除雨水防止严重冲刷坝面，并兼作交通，检查观测之用，也有利于坝坡稳定。拟定上游坝坡为1:2.75,1:3.0,1:3.25,1:3.5,在高150、125、110各变坡一次，下游坡自上而下为1:2.5、1:2.75、1:3.0，在高程为150、125处设宽为2米的马道。如图3-2示：3.4坝体与坝基防渗设计本设计采用黏土心墙防渗体，黏土心墙位于坝体中央。由囊土筑成，顶高程应高出设计洪水位0.3—0.6米,且不低于校核洪水位.故取墙顶高程为181米,考虑机械施工需要,墙顶厚度应不小于3.0米,取4米,两侧边坡取1:0.33.5排水体设备土石坝防渗体采用黏土心墙，虽然渗透系数很小，但仍会有一定的渗水，故在坝体下游侧设置排水设备，其作用是控制和引导渗流安全的排出坝体外，降低坝体浸润线和孔隙水压力，增强坝坡稳定保护下游坝坡免受冻涨破坏，排水体由块石及其流层组成，要求其具有充分地排水能力，不堵塞，以保证坝体和坝基不发生渗透破坏，而且便于观测和检修。贴坡排水构造简单，便于维修，但不能降低浸润线且宜水冻失效；棱体排水可降低浸润线，防止坝体冻涨，保护坝脚，免受尾水淘刷，且对坝坡有稳定作用，增加坝坡稳定性是一种可靠有效、应用广泛的排水形式，适用于坝体河槽部位，较高的坝成石料丰富的地区；褥垫排水对地基不均匀沉陷的适应性差，易断裂，维修困难，因此单独采用这种形式的不多；管网式排水较为复杂，不便采用；综合排水也较复杂，不便采用。综上所述，本设计采用棱体排水，初拟定棱体顶高程为110.0m，其坝宽根据检查观测及施工要求确定不小于1.0m时，一般为1-2m，本设计取6m，棱体内坡由施工条件确定，一般为1:1~1:1.5，本设计取1:1.5，外坡根据坝基抗剪强度和施工条件确定，一般为1:1.5~1:2.0，本设计取1:2.0，为使渗流溢出坡降分布的更均匀，在棱体上游坡脚处应避免出现锐角，目的是为了使出的渗流坡降分布的更加均匀和减少最大水力坡降。4渗流计算4.1设计说明4.1.1土石坝渗流分析的任务土石坝的剖面尺寸初步拟定后，必须进行渗流分析和稳定分析，为确定经济可靠的坝体剖面提供依据，渗流分析的主要任务是：⑴确定坝体浸润线和下游溢出点的位置，为坝体稳定计算和排水体选择提供依据；⑵计算坝体与坝基的渗流量，以计算水库渗漏损失，和确定排水体尺寸；⑶计算坝体与坝基的渗流溢出处的渗透坡降，以验算其渗透稳定性。4.1.2渗流分析的工况渗流计算时，应考虑水库运行中出现的不利条件，一般需考虑计算下列几种工况：⑴上游正常蓄水位175.0m与下游相应最低水位106.4m，此时坝内渗流的坡降最大，易产生渗透变形；⑵上游校核洪水位180.4m与下游相应最高水位107.3m，此时坝内浸润线最高，渗流也最大；分析时，常根据河谷地形情况，选若干、单宽坝坡，按二元渗流问题考虑，坝坡柱号为0+118、0+221、0+347、0+456、0+544、0+652、0+757、0+882。4.1.3渗流分析的方法土石坝渗流分析的方法有公式计算法（流体力学法、水力学法、有限单元法）流网法和电模拟法，本设计采用水力学法，水力学法建立在一些基本假定上，是一种近似解法，只能求得过水断面上渗流要素的平均值，但其计算简单，且精度一般能够满足工程要求。4.2渗流计算4.2.1基本假定⑴坝体土料为均质，坝体内任一点在各方向上的渗透系数相同且为常数；⑵渗流二元稳定层流，流动运动符合达西定律：V=KJ（V为渗透流速，K为渗透系数，J为渗透坡降）⑶渗流为渐变流，任意过水断面上各点的坡降和流速相同。4.2.2渗流计算基本公式一般心墙土料的渗透系数K0比坝壳土石料的渗透系数K小的多，这时能够忽略坝壳的渗透作用，认为心墙前水位与库水位齐平，计算时心墙和截水槽按平均厚度计算，可按（4-1）计算单宽流量（4-1）其中：K0——为心墙透水系数cm/s——坝前水深，T——透水地基厚度m——心墙后水深，——心墙的平均厚度，经过心墙下游坝体和坝基的单宽流量为：（4-2）其中：K——坝身材料的渗透系数6×10-4m/sKT——透水地基透水系数6.68×10-4m/sL——透水区域mH2——下游水深mM3——排水体坡坡率根据水流连续条件有,联力求解式（4-1）和（4-2）可求得h为：（4-3）式中：=将(4-3)带入（4-1）或（4-2）可求得q，心墙内浸润线可连成直线，心墙后，浸润线按式（4-4）计算，但式中应代换为h，（4-4）计算简图如图所示：4.2.3总渗流量计算总渗流计算时，一般是根据地形和地基，透水层分布情况，将坝体沿坝轴线分成若干曲边坝段，见图4-2，先计算各坡交界处的坝体单宽渗流量，然后按下式计算全坝的总渗流，：（4-5）式中：……——各坝段长度m……——各坝段交界处的坝体单宽流量4.3渗流计算过程计算结果见表4-1,4-2。表4-1稳定渗流期渗流计算成果表▽上游=175m▽下游=106.4m编号桩号LTH1H2K0KKTmA1A2A3hqL⑴0+0000⑵0+1182060.5102501×10-86×10-46.68×10-42.59.92×10-61.1×10-45.63×10-70.00262.81×10-7118⑶0+22125146.59.748.501×10-86×10-46.68×10-42.6254.10×10-64.41×10-51.32×10-60．0156.59×10-7106⑷0+34730202.510.574.55.91×10-86×10-46.68×10-42.752.74×10-63.46×10-55.14×10-46.011.16×10-6126⑸0+45635.5248.9810.895.526.91×10-86×10-46.68×10-42.751.86×10-62.90×10-54.01×10-333.41.32×10-6109⑹0+54435.8261.3521.510031.41×10-86×10-46.68×10-42.751.73×10-65.49×10-56.71×10-338.21.56×10-688⑺0+65230202.5974.55.91×10-86×10-46.68×10-42.752.74×10-62.96×10-54.58×10-46.041.12×10-6108⑻0+75125135.710.533.501×10-86×10-46.68×10-42.754.42×10-65.15×10-57.3×10-70.0073.65×10-7105⑼0+882206091001×10-86×10-41×10-52.751×10-59.95×10-51.4×10-70.00076.99×10-8125⑽0+1071189Q=×10-7×[2.81×118+(2.81+6.59)×106+(6.59+11.6)×126+(11.6+13.2)×109+(13.2+15.6)×88+(15.6+11.2)×108+(11.2+3.65)×105+(3.65+0.699)×125+0.699×189=6.99×10-4m/s表4-2校核水位渗流计算成果表▽上游=180.4m▽下游=107.3m编号桩号LTH1H2K0KKTmA1A2A3hqL⑴0+0000⑵0+1182060.51030.401×10-86×10-46.68×10-42.59.92×10-61.1×10-47.66×10-70.00353.83×10-7118⑶0+22125146.59.753.901×10-86×10-46.68×10-42.6254.10×10-64.41×10-51.58×10-60.0187.90×10-7106⑷0+34730202.510.579.96.81×10-86×10-46.68×10-42.752.71×10-63.46×10-56.14×10-46.9801.31×10-6126⑸0+45635.5248.9810.8100.927.81×10-86×10-46.68×10-42.751.84×10-62.89×10-54.27×10-334.91.46×10-6109⑹0+54435.8261.3521.5105.432.31×10-86×10-46.68×10-42.751.71×10-65.49×10-57.06×10-339.71.73×10-688⑺0+65230202.5979.96.81×10-86×10-46.68×10-42.752.71×10-62.96×10-55.50×10-47.021.27×10-6108⑻0+75125135.710.538.901×10-86×10-46.68×10-42.754.42×10-65.15×10-59.32×10-70.0094.66×10-7105⑼0+8822060915.401×10-86×10-46.68×10-42.751.00×10-59.95×10-52.57×10-70.00131.29×10-7125⑽0+1071189Q=×10-7×[3.83×118+(3.83+7.90)×106+(7.90+13.1)×126+(13.1+14.6)×109+(14.6+17.3)×88+(17.3+12.7)×108+(12.7+4.66)×105+(4.66+1.29)×125+1.29×189=8.109×10-4m/s4.4渗流稳定结果分析4.4.1正常蓄水位下渗流稳定分析渗流量：水库每日渗漏量，故能满足防渗要求。渗透稳定：对非黏性土，渗透破坏型式的判别可参考伊斯妥明娜法，根据土体的不均匀系数来判定：时为流土时为管涌时不定根据砂砾料颗粒级配曲线查得；，则；渗透破坏型式为管涌。管涌自上而下渗流的临界坡降公式为：（4-6）式中：——相应于粘粒级配曲线上含量为3％的粒径，——土壤的渗透系数，——土壤孔隙率，初步拟定为0.33对坝基内水平方向产生的临界坡降为：（4-7）式中：——土的内摩擦角，管涌的允许坡降为：(自下而上渗流)（4-8）（水平向渗流）（4-9)式中：为安全系数，根据建筑物级别和土壤类别选用，一般取，，则有：=(自下而上渗流)（水平向渗流）渗流逸出点的实际渗透坡降为：(4-10)已知；近似取计算长度则；因为，故满足渗透稳定要求。4.4.2校核洪水位下渗流稳定分析分析过程同正常蓄水位。5土石坝坝坡稳定分析及计算5.1设计说明5.1.1设计任务对土石坝进行稳定分析的目的，是经过计算坝体剖面的稳定安全度来检验坝坡在各种工况下是否安全，断面尺寸是否经济合理。坝坡坍滑失稳滑裂面的形式主要与坝体结构型式、坝基情况和坝的工作条件等因素有关。主要有以下几种：（1）曲线形滑裂面。当为黏性土坝坡时，其失稳滑裂面呈上陡下缓的曲面，稳定计算时常假定为一圆柱面，其在坝体剖面的投影是一个圆弧，称滑弧。滑裂面的位置，如坝基为掩饰或坚硬的土层时，多从坝脚处滑出；当坝基土质与坝体相近或更软弱时，滑裂面可能深入坝基从坝脚滑出。（2）直线或折线形滑裂面。当滑裂面经过由砂，沙砾石等材料构成的无黏性土坝坡时，在坝坡剖面上的投影是一直线或折线。当坝坡干燥或完全浸入水中时呈直线，部分浸水时为折线，斜墙坝上游失稳时，常沿斜墙与坝体交界面滑动。（3）复合断裂面。当坝坡由几种不同性质的土料组成或坝基存在软弱层时，滑裂面往往是由直线和曲线组成的复合型，在黏土为曲线，在无黏性土内或软弱层上为直线。5.1.2计算工况（1）库水位最不利时的上游坝坡，这种不利水位大致在坝底以上1/3坝高处；（2）上游为正常蓄水位，下游为相应最低水位的下游坝坡；（3）校核洪水位下有可能形成稳定渗流的下游坝坡；（4）施工或竣工期的上下游坝坡；5.1.3计算断面本设计只针对最大剖面。5.1.4控制标准表5-1容许最小抗滑稳定安全系数运用条件工程级别ⅠⅡⅢⅣ正常运用非常运用正常运用加地震1.301.201.101.251.151.051.201.101.051.151.051.005.2稳定计算5.2.1库水位最不利时的上游坝坡5.2.1.1基本与原理与计算方法（折线法）属于部分浸水的无黏性土坝坡稳定分析。对于部分浸水的无黏性土坝坡，因水上水下土壤力学性能不同，滑裂面近似为一折面，折点高程大致在水位附近。滑动土体在折点处还形成块间破裂面DE，破裂面的方位当坝基土料内摩擦角大于坝体土料内摩擦角时倾向上游；反之倾向下游。为分析方便取为铅直方向。破裂面作用力P与该面法线的夹角等于土料的内磨擦角，为方便计算，假定P与上滑块底裂面平行。用折线法计算滑动土体的稳定安全系数时，采用“安全的极限平衡法”。所谓“极限平衡”是认为滑动面上的静摩擦力达到最小值。“安全”是指上述极限平衡是在一定安全储备条件下的。假定各滑动面上有相似的安全系数K。滑动面上土料的抗剪力除以K后作为计算抗剪力。设图中ADC为任一滑动面，折点在D点，块间破裂面DE将滑动土体分为两块，其重量分别为W、W，两块间作用力为P，起方向平行与DC。两块土体底面土料内摩擦角分别为、。由于块BCDE沿DC方向力的平衡可得[见图5·2（a）]：P-Wsin+W=0(5-1)由于土块ADE沿AD方向力的平衡得[见图5—2（b）]:(5-2)联立以上二式即可求得K。若，并令；(5-3)，，由以上二式可解得：(5-4)式中，；；。则安全系数在上述计算中,水位及、都是任意假定的。为求得最小安全系数,应假设不同的水位和、值。具体计算时,先假定若干个水位和、值具体计算时，先假定若干水位(至少3种个)，在每一水位下假定至少3个，对每个至少假定3个，分别计算出安全系数，其中最小者即为所求坝体稳定安全系数。5.2.1.2计算过程计算简图如下所示 ①假定上游水位109m按下式计算稳定安全系数：已知；；假定；；为计算方便上游坡率取平均值3.125,取单宽，重量，分别由下式计算：上二式中：已知；；则则在中，；于是得：由于已知干容重＝湿容重＝；比重；水容重；孔隙率；求得浮容重：；即可求得滑动土体重：代入安全系数计算公式得：整理后解得：②假定上游水位为111m、110m及不同的；同理可得计算结果如表5－1所示：不利水位情况下上游坝坡稳定计算表表5-1水位（m）(KN)(KN)10910273604.4638178.232.1827.534471.92.2028326692.22112742177.628506.91.8527.544579.11.912846443.71.85122253062.219903.82.1322.529017.32.182326402.42.18110.682739472.241855.222.1927.537571.872.1928370212.19103839755.5286620.822.493937701.12.514035732.72.23122233340520406.2,0722.530548.12.1623277881.12.15111102741281.3842551.952.2427.5393412.2628374942.28112438533.4724666.81.5624.536168.681.62253385.461.69122234432.221146.317422.53166.91.762328956.61.80结果分析：此种情况下坝坡稳定安全系数时，K==1.56〉[K]=1.2。满足稳定要求5.2.2施工或竣工期的上下游坝坡稳定计算及稳定渗流期的计算此几种工况采用圆弧法。5.2.2.1基本原理与计算方法圆弧法主要用于黏性土坝坡如均质坝、厚斜墙坝、厚心墙坝等的稳定计算（于是也用于非黏性土质坝）。其基本原理是假定滑动面为一圆柱面，将滑动面内土体视为刚体，失稳是该土体绕圆弧的中心旋转，沿坝轴方向取单宽坝段按平面问题进行分析。计算时将滑动面以上的土划分成若干铅直土条，求出各土条对滑弧中心的抗滑力矩之和和滑动力矩之和，二者之比为该滑弧的抗滑稳定安全系数，即(5-5)按是否计及土条间的作用力，圆弧法又分为两种：一是不计土条间作用力的简单方法，又称瑞典圆弧法;二是考虑土条间水平力作用，忽略竖向力作用的简化的毕肖普法。前者计算简单，偏于安全，单精度较差；后者较合理，结果较精确，但需迭代计算，较麻烦。中国规范规定，对Ⅰ、Ⅱ级高中坝以及一些比较复杂的情况，应同时采用瑞典圆弧法和计土条件作用力的方法（如简化的毕肖普法或其它严格的方法）。对于后者，最小安全系数的容许值应比附表五中规定值提高10%左右，对Ⅰ级坝的正常运用情况，安全系数不小于1.5。5.2.2.2最危险滑弧位置的确定上述滑动圆弧的圆心和半径是任意选定的，求出的稳定安全系数不一定是最小的。最小安全系数必须经过试算才能得到。如何用最少的试算次数找到最小的安全系数，主要有两种方法。(1)B.B方捷耶夫法。该法最小安全系数的滑弧圆心在扇形范围内，见图5-1。此扇形面积的两个边界为由坝坡中点引出的两条直线，一条铅垂线，一条与平均坝坡线成85°角；另外两个边界为以为圆心所作的两个圆弧，内外弧半径。内外弧半径RR，查附表5-2所示。表5-2R内、R外值表坝坡1：11：21：31：41：51：6R/HR内0.750.751.01.52.23.0R外1.501.752.303.754.805.50(2)费兰纽斯法该法认为最危险的滑弧的圆心在图4—3所示直线的延长线附近，图中H为坝高、值查附表5-3。表5-3、值表坝坡的坡度1:1.51:2.01:3.01∶4.0（o）26252525（o）35353536上述两种方法，适用于均质坝，其它坝型也可参考。实际运用时常将二者结合应用，即认为最危险的滑弧圆心在扇形面积中线附近，并安以下步骤计算最小安全系数。1）首先定出距坝顶为2H、距坝址B为4.5H的点再从坝址和坝顶引出直线和，它们分别与下游坝坡及坝顶成、角，并相交于点，连接直线，再用方捷耶夫法给出，这样即可定出线。2）在线上选取几个圆心O、O、O等，分别作经过B点的滑弧，然后按公式分别计算安全系数K，并按比值将K值标在相应的圆心上，且连成曲线找出最小的K值。3）再经过线上K值最小的点，作的垂线N—N，并在N—N上选几个圆心如O、O等，分别过B作圆弧并计算K，找出N—N上最小值，一般认为该K值即为经过B点的最小安全系数，按比例画在B点[有时为了更精确，还要经过N—N线上K值最小的点再做垂线N—N（图中未画出）求出其上最小K值。4）而后根据坝基土质情况，在坝坡上或坝址外在选数点B、B、B等，同上方法求出最小安全系数K、K、K等并按比例标在B、B、B点上，与B点K连成曲线找K。5.2.2.3瑞典圆弧法求坝体稳定安全系数1．基本公式为简化分析，现只考虑自重荷载。对如图4—4，所示的坝坡，以土条为例，其自重，式中为土条高度，为土条宽度，为土壤容重。自重在滑动面上的切向分力起促滑作用，法向分力在滑动面上产生摩擦力体抗滑作用。式中为土条底部重点所在半径与铅直线的夹角，是土条在滑动面处的内摩擦角。滑弧长度上的凝聚力起抗滑作用，为该土条在滑动面处土壤的单位凝聚力。在滑动面上总滑动力为，总抗滑力为，分别对圆心O取力矩，抗滑力矩，则坝坡稳定系数K为K=上式即为瑞典圆弧法的基本公式稳定渗流期坝坡稳定计算当采用总应力法时，由于稳定渗流期土体已经固结，应采用固结不排水剪试验的总应力强度指标、。途中计算时，浸润线以上采用湿容重，浸润线与坝外水位之间采用饱和容重，坝外水位以下采用湿容重见图4—3。则滑弧稳定系数为k但采用有效应力法时，可应用流网确定土条的超静空隙水压力，（为土条地面中心至坝外水面的高差，例如图4—4中土条，），从自重的法向分力中扣除，同时采用有效应力强度指标，则滑弧稳定安全系数为k详细计算如下表格所示表5-4瑞典圆弧法验算坝坡稳定计算表工况：正常蓄水位圆心：O1半径：268m土条宽度：24m滑坡位置：下游坡土条编号堆石体坝体坝基防渗体土条自重sinαcosαφtgφWcosαWsinαWcosαtgφKh1h2h3h1h2h3h1h2h3h1h2h3-4431899.84-0.3420.940340.675178.85-649.751205.452.09-318107601.76-0.2590.966340.6757473.30-1968.864956.73-22311613625.1-0.1740.985340.67513420.66-2370.769058.95-12321814438.4-0.1040.995340.67514366.211501.599697.1901611102017224.301340.67517224.32011626.421127321922518.70.0870.996340.67522428.651959.1315139.3421610321825488.00.1910.982340.67525029.224868.2116894.7232016321228615.70.2760.961340.67527499.677897.9318562.284242032430193.90.3580.934340.67528201.1210809.4219035.76528242430689.30.4690.883340.67527098.6314393.2718291.58636281232912.60.5590.829340.67527284.5818398.1718417.097121030246960.6430.766360.72718917.1415879.5313752.76810104113280.7660.643360.7277283.908677.255295.409315120.8190.574360.727867.891238.33630.96∑77630.28162564.6表5-5瑞典圆弧法验算坝坡稳定计算表工况：正常蓄水位圆心：O2半径：256m土条宽度：24m滑坡位置：下游坡土条编号堆石体坝体坝基防渗体土条自重sinαcosαφtgφWcosαWsinαWcosαtgφKh1h2h3h1h2h3h1h2h3h1h2h3-5884341.12-0.4690.883340.6753833.21-2035.992587.422.20-422129230.88-0.3750.927340.6758557.03-3461.585775.99-34321815302.4-0.2760.961340.67514705.6-4233.469926.28-2181041916374.2-0.1910.982340.67516079.50-3127.4810853.66-14821621.15703.6-0.0870.996340.67515640.87-1366.2210557.590168322025021.401340.67525021.44016889.471201232182822440.1050.995340.67528082.882963.5218955.942242040833442.60.2080.978340.67532706.826956.0522077.103242440233834.20.2920.956340.67532349.369879.6021835.82430284037900.80.3910.921340.67534906.6414819.2123561.98536284040492.80.4850.875340.67535431.219639.0123916.06620403237347.80.5740.819340.67530587.8821437.6620646.827123010626754.70.6820.731340.67519557.7018246.7213201.458236190080.7310.656360.72712469.2513894.859065.149423040.8570.515360.7271186.561974.53862.63∑95586.42210713.3表5-6 瑞典圆弧法验算坝坡稳定计算表工况：正常蓄水位圆心：O3半径：272m土条宽度：24m滑坡位置：下游坡土条编号堆石体坝体坝基防渗体土条自重sinαcosαφtgφWcosαWsinαWcosαtgφKh1h2h3h1h2h3h1h2h3h1h2h3-4221085.28-0.3420.940340.6751020.16-371.17688.612.05-31686516.48-0.2760.961340.6756262.34-1798.554227.08-2281611945.2-0.1740.985340.67511766.10-2078.4879428-0.1050.995340.67515764.62-1663.6010641.120201482119337.301340.67519337.28013052.6613124212019115.30.0870.996340.67519038.821663.0312851.202168321924750.70.1740.985340.67524379.464306.6316456.1332012321226599.70.2590.966340.67525695.306889.3217344.324241632829260.80.3420.940340.67527505.1510007.1918565.98528203230839.00.4380.899340.67527724.3013507.5018713.90636242033062.40.5450.839340.67527739.3518019.0118724.067401221229773.40.6290.777360.72723133.9618727.4916818.3988461010975.20.7190.695360.7277627.767891.175545.3891260480.8090.588360.7273556.224892.832585.37∑79992.37164156.3表5-7瑞典圆弧法验算坝坡稳定计算表工况：校核水位圆心：O1半径：268m土条宽度：24m滑坡位置：下游坡土条编号堆石体坝体坝基防渗体土条自重sinαcosαφtgφWcosαWsinαWcosαtgφKh1h2h3h1h2h3h1h2h3h1h2h3-4221085.28-0.3420.940340.6751020.16-371.17688.612.23-31686516.48-0.2590.966340.6756294.92-1687.764249.07-2281611945.5-0.1910.982340.675117320.3-2281.5579171-0.0870.996340.67517231.92-1505.2011631.540201682120201.301340.67520201.28013635.8612024180.20.0870.996340.67519930.201740.8913452.88228281824549.20.1910.982340.67524107.244688.8816272.383361281226884.80.2760.961340.67525836.297420.2017439.50444228228137.60.3750.927340.67526083.5610551.617606.4055222028886.40.4380.899340.67525968.8712652.2417528.996603829597.80.5590.829340.67524536.5416545.1516562.1773012420630.40.6290.777360.72716029.8212976.5211653.68843489076.80.7430.669360.7276072.386744.064414.6292218720.8190.574360.7271074.531533.17781.18∑69007.03153834.8表5-8瑞典圆弧法验算坝坡稳定计算表工况：校核水位圆心：O2半径：272m土条宽度：24m滑坡位置：下游坡土条编号堆石体坝体坝基防渗体土条自重sinαcosαφtgφWcosαWsinαWcosαtgφKh1h2h3h1h2h3h1h2h3h1h2h3-411542.64-0.3420.940340.675510.08-185.58344.312.00-316127599.36-0.2590.966340.6757340.98-1968.234955.16-2321613032.9-0.1910.982340.67512798.37-2489.3086388-0.0870.996340.67517501.55-1528.7511813.550201682120201.301340.67520201.28013635.86120242020551.70.0870.996340.67520469.471787.9913816.89228281625090.60.1910.982340.67524638.93-4792.3016631.283321281225156.80.2760.961340.67524175.686943.2816318.59440228426951.10.3750.927340.67524983.6110106.6416863.9454832828745.30.4380.899340.67525842.0112590.4317443.3566042431184.60.5590.829340.67525852.0717432.2117450.14736124419420.80.6290.77360.72715089.9612215.6810970.40820620215040.7430.669360.72714386.1815977.4710458.75910463360.8190.574360.7273636.865189.182644.00∑80863.32161985.12表5-9瑞典圆弧法验算坝坡稳定计算表工况：校核水位圆心：O3半径：256m土条宽度：24m滑坡位置：下游坡土条编号堆石体坝体坝基防渗体土条自重sinαcosαφtgφWcosαWsinαWcosαtgφKh1h2h3h1h2h3h1h2h3h1h2h3-4221085.28-0.3420.940340.6751020.13-371.17688.612.02-316127599.36-0.2590.966340.6757340.98-1968.234955.16-2301612489.1-0.1910.982340.67512264.32-2385.2382784-0.0870.996340.67516962.28-1481.6411449.540201682120201.301340.67520201.28013635.86120242020551.70.0870.996340.67520469.471787.9913816.89228281824519.20.1910.982340.67524107.244688.8816272.383361281226884.80.2760.961340.67525836.297420.2017439.50442330428860.50.3750.927340.67526753.6610822.6818058.7254632427881.30.4380.899340.67525065.2712210.0016919.066603829597.80.5590.829340.67524536.5416545.1516562.167328419593.60.6290.777360.72715224.2312324.3711068.01816620197760.7430.669360.7271320.1414693.579618.3198664800.8190.574360.7273719.525307.122704.09∑79595.5161466.7表5-10瑞典圆弧法验算坝坡稳定计算表工况：施工期圆心：O1半径：260m土条宽度：20m滑坡位置：下游坡土条编号堆石体坝体坝基防渗体土条自重sinαcosαφtgφWcosαWsinαWcosαtgφKhγhγhγhγ-46186184320-0.3080.951360.7274108.32-1330.562986.72.26-31418141810080-0.2310.973360.7279807.84-2328.487130.3-22218161813680-0.1540.988360.72713515.8-2106.729826-13018241819440-0.0770.997360.72719381.68-1496.8814090.502018181820182088001360.72720880015179.76148182018244800.0770.997360.72724406.561884.9617743.56256181818280800.1540.988360.72726320.324102.5619055.9364181418288000.2310.973360.72727321.86486.4819862.947418618295200.3080.951360.72727388.88870.419911.6558218295200.3850.923360.72727246.9611365.219808.568218280800.4620.887360.72721146