土石坝设计参考

土石坝设计参考

1.土石坝尺寸设计1.1基本资料1.1.1地形地质情况在进行土石坝尺寸设计前，需要对周边地形地质情况进行详细的调查和分析，以了解地质构造、地层结构、地貌特征等因素对土石坝建设的影响。1.1.2水位水位是土石坝尺寸设计的重要参数之一，需要根据设计要求和实际情况确定坝顶高程和坝体截面形状等参数。1.1.3气象资料气象资料对土石坝尺寸设计也有一定的影响，需要考虑降雨量、降雨分布、气温、风速等因素，以确定坝体排水和防渗措施等。1.1.4筑坝材料及坝基砂砾物理力学性质筑坝材料的物理力学性质和坝基砂砾的物理力学性质对土石坝的稳定性和安全性有着重要的影响，需要进行详细的实验和分析。1.1.5工程等级土石坝的工程等级也是尺寸设计的重要考虑因素之一，需要根据工程等级确定坝顶高程、坝体截面形状和防洪标准等。1.1.6其它除了以上因素外，还需要考虑土石坝的用途、周边环境、施工条件等因素，以确定土石坝的尺寸设计方案。1.2大坝轮廓尺寸的拟定1.2.1坝顶高程计算坝顶高程是土石坝尺寸设计的重要参数之一，需要根据设计要求和实际情况确定。计算方法包括静力平衡法、有限元法等。1.2.2坝顶宽度坝顶宽度是土石坝尺寸设计的另一个重要参数，需要根据坝顶上的设施、使用要求、施工条件等因素进行综合考虑。1.2.3坝坡与马道坝坡和马道的设计是土石坝尺寸设计的重要组成部分，需要根据设计要求和实际情况确定坝坡比、坝顶宽度、马道宽度等参数。1.2.4坝体排水坝体排水是土石坝尺寸设计中的重要问题，需要考虑坝体内部的水流动情况和排水设施的设计，以确保土石坝的稳定性和安全性。1.2.5大坝防渗体大坝防渗体是土石坝尺寸设计中的另一个重要问题，需要根据设计要求和实际情况确定防渗体的类型、厚度、材料等参数，以确保土石坝的防渗性能。2.土石坝渗流分析土石坝渗流分析是土石坝尺寸设计中的重要环节，需要进行详细的实验和分析，以确定土石坝的防渗措施和排水设施等。2.1渗流分析计算的目的是为了确定土石坝的稳定性和防渗性能。2.2计算方法包括有限元方法和有限差分法等。2.3渗流分析的计算情况应该包括坝体渗流场分布、渗流通量等参数。2.4选择合适的土石坝类型需要考虑地质条件、坝址地形、设计洪水等因素。2.5方案的选择需要综合考虑经济性、技术可行性、环境影响等因素。3土质心墙坝稳定分析3.1计算目的是为了确定土质心墙坝的稳定性。3.2计算方法包括有限元法、有限差分法等。3.3计算过程包括确定边界条件、建立数学模型、求解模型等步骤。3.4稳定成果分析需要对计算结果进行分析和评价，确定是否满足设计要求。4细部构造设计4.1坝的防渗体排水设备需要考虑渗流通道、防渗层、排水管等因素。4.2反滤层设计需要考虑反滤效果、材料选择等因素。4.3护坡设计需要考虑护坡材料、坡度、护坡结构等因素。4.4坝顶布置需要考虑坝顶建筑物、坝顶道路、排水设施等因素。5设计小结本文介绍了土石坝的渗流分析计算、土质心墙坝的稳定分析、细部构造设计等方面的内容。在设计过程中需要综合考虑多种因素，确保土石坝的稳定性和防渗性能。附录：参考文献1.《水工建筑物设计规范》2.《水利水电工程施工质量验收规范》3.《水工结构物基础设计规范》1.1基本资料1.1.1地形地质情况应该包括坝址地形、地质构造、地质灾害等信息。某坝址处的河床宽度约为190米，河床覆盖层上层为粘土黄土夹杂有砾石，下层为沙砾层。该坝址基岩为透水性很小的花岗岩，最低高程为302米。水位方面，死水位为321米，正常蓄水位为334米，设计洪水位（1%）为337米，校核洪水位（0.1%）为338米，正常蓄水时下游水位为302米，校核洪水时下游水位为309米。气象方面，该水库多年平均最大风速为16m/s，吹程为1.5公里。筑坝材料及坝基砂砾的物理力学性质如上表所示。该工程为二等，主要建筑物为二级。地震基本烈度为7度。在确定大坝轮廓尺寸时，需要考虑坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡和防渗体等排水设备。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）规定，坝顶高程的计算应分别按照正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高、设计水位加正常运用条件下的坝顶超高、校核水位加非常运用下的坝顶超高进行计算。由于该地区地震烈度为7，还需考虑正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四种工况最大值，并保留一定的沉降值。坝顶高程在水库正常运用和非常运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶。超高值y按下式计算：y=R+e+A，其中R为最大波浪在坝坡上的爬高，e为最大风壅水面高度，A为安全加高。根据坝的等级，设计运用条件时取1.0米，非常运用条件时取0.7米。根据规范，计算大坝波浪爬高时采用设计风速。在正常运用条件下，风速为多年平均最大风速的1.5倍。在非常运用条件下，采用多年平均最大风速。根据气象资料统计，该水库多年平均最大风速为16.0m/s，最大吹程为1.0km。1)平均波高及平均波长的计算公式如下：e=(KV^2D)/(2gHmcosβ)-6K=3.6×10^(-6)其中，K为综合摩阻系数，一般取；V为计算风速，m/s，正常运用条件下3、4、5级坝采用多年平均最大风速的1.5~2.0倍。非正常运用条件下，采用多年平均最大风速；D为风区长度，即为有效吹程，m；H为坝前水域平均水深，m；β为风向与水域中线的夹角。2)最大波浪在坝面的爬高的计算公式为莆田公式。h=0.45gD(0.0018v^2/gHm)^(0.72)cos⁡hL=13.9(ghm/gTo)^0.5th其中，h为平均波高，m；T为平均周期，s；v为计算风速，m/s；D为风区长度，m；H为水域平均水深，m；g为重力加速度，取9.81m/s^2；L为平均波长，m。平均波浪爬高R的计算参照规范附录A.1.12。初步拟定水库大坝上游坝坡为m=3，故波浪平均爬高按规范附录A.1.12式计算。其中，KΔ为斜坡的糙率渗透性系数，护面类型为砌石护面确定KΔ=0.75；Kw为经验系数，由风速W、坡前水深H、重力加速度g所组成的无维量W/gH，查表A.1.12-2得设计条件：Kw=1.01；校核条件：Kw=1.00；m为斜坡的坡度系数。最大波浪在坝坡上的爬高设计值R按2级土石坝取累积概率P=1%爬高值R1%计算。根据计算该水库在设计条件下和校核条件下的累积概率P=1%的经验系数Kp值为2.23。根据以上公式及参数，坝顶超高的计算结果见表3.1.1。根据设计要求，水库的平均水位、风速、波长、波高等参数都已经确定。为了保证水库的安全性能，需要进行加高设计。根据规范要求，坝顶高程需要按照不同的运用情况进行计算，取最大值作为设计值。考虑到特殊需要，如防汛抢险、防空、防震等，需要对坝顶宽度和坝坡进行合理的设计。经过计算，确定了水库大坝的坝顶高程、坝顶宽度和坝坡与马道的设计参数。根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL293—97），水库建筑物的抗震计算需要考虑设计烈度和地震涌浪高度等因素。针对该水库所在地区地震基本烈度6°的情况，可以采用正常最高蓄水位作为上游水位，而地震涌浪高度则根据设计烈度和坝前水深进行计算。在这个过程中，不考虑地震作用的附加沉陷计算。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求，坝顶高程需要按照不同的运用情况进行计算，取最大值作为设计值。具体而言，需要考虑设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高、正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高、校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高以及正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高和地震安全加高等因素。经过计算，确定了该大坝的坝顶高程为339.55m，取340.0m。坝顶宽度的设计需要考虑交通需要、构造要求、施工条件以及防汛抢险、防空、防震等特殊需要。根据规范的要求，高坝的顶部宽度可选用10~15m，中低坝可选用5~10m。考虑到该水库大坝的坝基高程为302m，根据计算坝高为38m，属于中坝。综合各方面因素，确定了该土石坝坝顶宽度为8m。土石坝的坝面坡度需要考虑坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法以及坝型等因素。一般来说，需要参考类似工程的经验进行拟定，再通过计算分析逐步修改确定。为了保证稳定要求，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。根据规范的要求和实际结合，确定了上游坝坡取3.0，下游自上而下均取2.50，下游在330.0m高程处变坡一次。在坝坡改变处，尤其是下游坡，通常设置1.5～2m宽的马道，以汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用。综合各方面因素，确定了该水库大坝的马道宽度为2.0m。坝体排水：为了降低坝体浸润线，防止坝坡冻涨和渗透变形，保护下游坝址免受尾水淘刷，并增加下游坝坡的稳定性，本工程采用了堆石棱体排水。按照规范，棱体顶面高程应高出下游最高水位1m。在本次设计中，根据校核洪水时下游水位为309.0m的原则，取棱体顶面高程为310.5m，堆石棱体内坡取1:1.5，外坡取1:2.0，顶宽2.0m，下游水位以上采用贴坡排水。大坝防渗体：大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面。坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求，同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面的要求。本工程采用了粘土斜心墙，其底部最小厚度由粘土的允许坡降而定。上游校核洪水时承受的最大水头为36.0m，墙的厚度B应大于等于9.0m。心墙的顶部宽度取为4m，上游坝坡的坡度为1:0.4～1:1.0之间，底部厚度取10.0m，顶部高程以设计水位加一定的超高（超高0.3～0.6m）并高于校核洪水位为原则，墙顶高程为338.5m，底宽为10m，墙顶的上部留有1.0m的保护层。由于本土石坝基础为岩石基础，故不设坝基础防渗设施。土石坝渗流分析：土石坝的渗流分析通常是把一个实际比较复杂的空间问题转化为平面问题。本工程采用了水力学法进行渗流分析，主要目的包括确定坝体浸润线及下游出逸点的位置，绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图，确定坝体与坝基的渗流量，确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降，确