水利工程土石坝与堤防培训讲义

第二章土石坝与堤防第一节概述第二节土石坝剖面设计第三节细部构造与坝体材料第四节渗流分析第五节土石坝稳定分析第六节土石坝的坝基处理第七节堤防与河道整治建筑物第一节概述土石坝是指由土料、石料或土石混合料，采用抛填、碾压等方法堆筑成的挡水坝。由于筑坝材料主要来自坝址区，因而也称为当地材料坝。堤防是沿河岸修建构筑的护岸建筑物，大多数采用土石坝的结构形式，在许多方面土石坝与堤防都存在共性。土石坝历史悠久，是应用最为广泛和最有发展前途的一种坝型。一、土石坝的工作特点和设计要求（一）稳定土石坝失稳的型式，主要是坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动，影响坝体的正常工作，甚至导致工程失事。为确保土石填筑体的稳定，土石坝断面一般设计成梯形或复合梯形，而且边坡较缓。（二）渗流渗流不仅使水库损失水量，还会使背水面的土体颗粒流失、变形，引起管涌和流土等渗透破坏。防止渗流破坏的原则是“前堵后排”。（三）沉陷由于土石颗粒之间存在较大的孔隙，在外荷载的作用下，易产生移动、错位，细颗粒填充部分孔隙，使坝体产生沉降，也使土体逐步密实、固结。（四）冲刷土石坝为散粒结构，抗冲能力低，受到波浪、雨水和水流作用，会造成冲刷破坏。（五）其他冬季结冰、夏季干裂、地震影响、穴居动物影响等。二、土石坝的类型（一）按坝高分类土石坝按其坝高可分为低坝、中坝和高坝。（二）按施工方法分类1、碾压式土石坝2、水力冲填坝3、定向爆破堆石坝（三）按防渗材料及结构不同1、均质坝2、土质防渗体分区坝3、人工防渗材料坝4、过水土石坝（四）按坝体材料所占比例1、土坝2、土石混合坝3、堆石坝第二财节炉土石买坝剖肾面设虾计剖面份设计咸是土识坝设医计的防主要低内容插，包图括坝付顶高香程、塞坝顶腔宽度绢、上扮下游岔坝坡篇、防舞渗结疗构、吉排水浙结构榨及其街细部拒构造冤。设计途步骤纹：计仆算坝亏顶高拜程，浙根据疾具体虑要求成和经歪验拟款定剖吸面，恼进行巾渗流隆计算迎，最友后进凳行坝栗坡稳娇定分许析，极根据难稳定食分析差的结怕果判蚊断坝耽剖面理的合迹理性炒。一亲般需猜要多哗次重苗复以搞上步僻骤，白直至孝得到绣合理爱的剖承面。一、尖坝顶脆高程坝顶宋高程腹按水蒜库静究水位砌加上淘防浪誓超高客来确警定，姨规范较规定决，按拉下列陪运用总条件星计算衰，取望其大球者。（1）设保计洪比水位走加正根常运馒用条落件的米坝顶拜超高卧。（2）正微常蓄格水位忧加正德常运核用条皱件的帐坝顶介超高星。（3）校哑核洪倦水位谎加非掉常运隔用条脑件的柿坝顶屠超高片。（4）正怜常蓄映水位登加非峰常运踩用条薯件的企坝顶坑超高颈，再遭加地去震安展全超拥高。坝顶蓄超高抢的计我算公汤式如苹下（二惰）坝治顶宽环度坝顶进宽度西主要冷满足刊运行辩、施负工、免交通臂和人伶防等斗要求炊。（三葵）坝能坡同种励土质基的坝虾体，语上游忧坡要竿比下碌游坡贡缓些守。心墙你坝上凉下游讽坝壳兔一般端比均段质坝辉陡。爬斜墙改坝的介上游远坝坡贵较缓养，而辅下游美坝坡殊和心营墙坝隔相仿室。地基辫条件雄好、区土料划碾压铃密实押的，僵坝坡蜻可以据陡些该，反吐之则拨应放钩缓。用黏莲性土配料做袋成的怕坝坡牧，常凉沿高疫度分酿成数迁段，摄从上返而下啊逐渐互放缓珍。砂美土和其堆石饱可采萝用均伏一坡刮率。第三哑节宗细部吐构造跨与坝狸体材蚂料一、哭防渗植体设置怪防渗收设施行的目房诚的是搞减少这通过穴坝体之和坝反基的勿渗漏猜量，勒降低扬浸润尘线，乱以增妈加下榆游坝毛坡的龙稳定渴性；摩降低雹渗透逢坡降铃以防增止渗腔透变弹形。（一络）土汤质心煌墙（二喂）土崇质斜当墙（三芬）非眨土料甲防渗喊体1、沥霞青混础凝土喊防渗捆体2、钢孕筋混扔凝土杯防渗杰体二、渴坝体声排水土石欲坝坝皂身排想水设哭施的义主要裹作用辞是：折①降品低坝基体浸桐润线猪，防逼止渗恭流逸掀出处岗的渗狭透变卵形，宴增强纺坝坡辫的稳牙定性驴；②侄防止锹坝坡喷受冰进冻破蛾坏；咐③有塞时也讨起降专低孔忧隙水解压力夏的作肾用。（一锹）堆必石棱狸体排农水（二蕉）贴访坡排婆水（三漏）褥蕉垫排遗水（四蜻）组省合式倡排水三、波坝顶鄙及护芬坡（一胜）坝圾顶坝顶杠一般碍采用河碎石垫、单冻层砌陕石、肚沥青坑或混眼凝土笛路面惹。如毒坝顶敏有公茧路交翅通要顺求，怠坝顶松结构质应满陶足公驼路交华通路否面的豪有关热规定台。（二爪）护哑坡护坡霞的主荣要作呼用是粪保护袖坝坡具免受扫波浪碧和降脑雨的纠冲刷仙；防置止坝概体的钳黏性陆土发偷生冰洽结、疫膨胀踩、收流缩现轮象。1、上青游护毯坡上游拴护坡倚可采诞用抛极石、岂干砌来石、道浆砌查石、面混凝辣土块右（板疗）或至沥青汪混凝衔土，祖其中担以砌述块石坡护坡料最常术用。2、下浊游护况坡下游妄护坡披可采殖用草虎皮、肾碎石戒或块趁石等饼，其黎中草霜皮护予坡是干最经通济的员形式功之一胳。四、肠坝体盐各部牢分对炊土料渣的要溜求（一炸）均创质坝均质兽坝的爪土料惯应具宝有一问定的府抗渗敞性能下；对情粒径舞及有趴机质欲含量反也有敌一定旗的要咽求。（二眯）心葡墙坝呆和斜衬墙坝差的坝染壳坝壳吹土石快料主伯要是陪为了俗保持糕坝体腊的稳性定性撤，一势般要单求有幸较高管的强主度。（三剪）土艺质防姨渗体对防纪渗性格、水纯溶盐拐含量悉及有豆机质啦含量胃有要线求。（四威）排梁水设师施和渔砌石净护坡锁用石袖料要求搭具有栽较高驳抗压压强度支，良毛好的时抗水图性、佛抗冻痒性和茧抗风邮化性脖的岩怀石。五、难填筑凉标准土石毕料的宅填筑榴标准似是指固土料伸的压蓄实程键度及舞其适颜宜含蹲水量踏。（一轮）黏筐性土秃的填跑筑标哪准对不愿含砾涉或含掏少量骗砾的削黏性密土料顶的填检筑标徒准应汗以压实父度和最优箱含水棍率作为翠设计约控制沾指标污。设未计干睁密度胶应以业击实德最大执干密搏度乘谢以压武实度妹求得桐。（二极）非馒黏性吸土料蓬的填向筑标凡准它的南压实剪程度扫一般棒与含等水量宇关系荣不大尸，而招与粒笋径级痕配和赔压实恨功能卫有密住切关尘系。从压密丧程度捞一般柿用相对陆密度来表佣示。堆石近的填些筑标薄准，岸宜以孔隙蒜率为设恨计控甘制指滚标。第四段节在渗流寨分析一、敲渗流炭分析选的概旬述（一闲）渗代流分叹析的罪目的土石城坝的该基本锹剖面跟确定裕后，捆需要仓通过宵渗流损分析在检验铁坝体盒及坝原基的贯安全宋性，江并为表坝坡训稳定笔分析烧提供台依据立。计酬算内进容有蕉：坝序体浸伍润线磁、渗咳流出毫逸点续的位狡置、巴渗透电流量乔和各袜点的炎渗透行压力项或渗哀透坡长降，抗并绘伸制坝钟体及难坝基修内的乱等势贼线分还布图喝或流拖网图轰等。（二昨）计恢算工楼况一般霸需要票计算鼓的工承况有身：①横上游躬正常闷蓄水劫位与可下游窄相应旷的最商低水傅位；控②上兆游设拐计洪漆水位贷与下绳游相杰应的丽水位竖；③扁上游鞭校核伪洪水册位与猎下游沿相应楚的水半位；愿④库估水位矮降落遇时上问游坝竹坡稳平定最墙不利励的情缘瑞况。（三裕）计凉算方剩法（爸略）二、连渗流凭分析爷的水而力学晃法（息略）三、橡渗流雀分析拔的数萝值计债算法积（略档）四、高土石膛坝的恳渗流拢变形熔及其宽防治味措施（一挣）渗丸透变供形的执型式1、管作涌坝体恼或坝倍基中尺的细距土壤博颗粒穿被渗第流带铲走，旬逐渐符形成长渗流甜通道舞的现迹象称司为管挖涌或译机械蛛管涌馒。管线涌一穗般发尼生在畅坝的谁下游莲坡或哑闸坝钱的下虎游地维基面碰渗流贡逸出悠处。没有陪黏聚闹力的虽无黏慕性砂稿土、珠砾石押砂土肝中容梦易发某生管汽涌。2、流避土在渗断流作殖用下抬，成舞块的扔土体晒被掀凑起浮浑动的说现象移称为寸流土熊。主锅要发生镇在黏付性土膊及均铁匀非男黏性轻土体油的渗旷流出窄口处。3、接给触冲换刷当渗伙流沿强两种劲不同太土壤桐的接阿触面清或建鱼筑物除与地屡基的弃接触悔面流骗动时欣，把熔其中招细颗项粒带抢走的顽现象仅称为动接触呈冲刷恒。4、接觉触管只涌和伐接触贸流土渗流矮方向学垂直躲于两尸种不之同土筒壤的调接触秀面时被，可简能把查其中血一层配的细职颗粒摊带到阶另一他层的字粗颗纪粒中渗去，黎称为娃接触谱管涌般。当止其中诵一层框为黏究性土住，由黄于含泉水量会增大私致使涨凝聚那力降苏低而抚成块滩移动前，甚妥至形看成剥兵蚀时老，称携为接拐触流承土。（二把）渗借透变计形的症判别渗流姑变形叙的判强别包析括两宫个方留面：雾渗透爪类型返与发哨生条粱件。（三龟）防厕止发誉生渗做透变德形的闯措施防止碧渗透折变形咏的工童程措获施，宇一方池面是崭降低冤渗流俩坡降尺从而笨减小笋渗流皱速度赔和渗恒流压振力；浩另一匆方面誓是增钞强渗雷流逸和出处炉土体静抵抗载渗透惹变形睡的能唯力。具体洋工程岛措施桑有：蹦①在理上游肝侧设兰置水遭平与奖垂直姨防渗捧体，赖延长熔渗径普，降烂低渗券透坡臣降或纲截阻竿渗流假；②塞在下宵游侧抽设置辛排水栗沟或额减压侦井，桥降低描渗流懂出口嚷处的蜓渗流厦压力逆；③对可边能发保生管赢涌的寻地段常，需趋铺设冬反滤赢层，注拦截颈可能穗被涌苦流携开带的净细粒汗；④浩对下播游可膝能发抚生流忠土的膀地段怀，应之加盖赶重，娃盖重拨下的劲保护茄层也示必须剪按反厦滤原号则铺刑设。第五败节堡土石梯坝稳因定分利析一、川概述土石柳坝的扩稳定狮性主钩要是津指边山坡稳惑定问条题。肢土石桐坝边贩坡的硬失稳休形式拿主要柱有滑卡坡、适塑性通流动浮和液摆化三脑种形问式。梨其中馅滑坡芦主要盘有以尸下几贤种形脏式。（一淡）曲今线滑扔动曲线殃滑动宅面是捏一个防顶部骆稍陡继而底堵部渐努缓的壁曲面冠，多薄发生督在黏树性土羽坝坡朋中。（二抚）直扔线和率折线兄滑动扶面在均芦质的垃非黏桑性土姥边坡洗中，帮滑动填面一公般为译直线陈；当杏坝体裹的一筐部分好淹没咬在水量中时谅，滑变动面盗可能品为折勿线。缓在不段同土避料的墙分界象面，对也可稠能发柴生直右线或茫折线垃滑动震。（三锁）复尤式滑计动面复式烤滑动慌面是督同时炒具有其黏性肥土和暂非黏桌性土栗的土遣坝中妨常出痛现的中滑动拣面型肚式。二、章荷载卫及其驶组合轻和稳押定安拘全系谈数的隔标准（一肢）荷低载及涛其组查合1、基叫本荷参载（1）自咸重。土坝婚坝体躺自重酒分三农种情炕况来惊考虑外，即袋：在邮浸润脑线以借上的好土体歇，按部湿容体重计天算；物在浸臣润线填以下蔬、下模游水颗面线役以上劳的土捎体，歉按饱蛛和容病重计沿算；某在下锅游水雀位以坚下的鹅土体许，按驰浮容专重计雨算。（2）渗遇透力恒。是在胜渗流怎场内普作用摩于土长体的帆体积哄力。（3）孔滤隙压洒力。黏性我土在抢外荷扔载的借作用拨下产颈生压惑缩，蛮由于覆土体乘内的嘱空气赛和水熊一时框来不答及排典出，券外荷缠载便赠由土村粒和僚空隙搅中的备空气匀与水挽来共乞同承愉担。凑其中让，由筹土粒屡骨架尺承担旱的应胡力称红为有矛效应月力，迟它在狱土体拨滑动茧时能念产生叠摩擦酿力；幅由空恶隙中较的水雕和空屠气承充担的允应力师称为俗孔隙视压力资，虽它不猾能产女生摩仇擦力拐。2、荷户载组碍合土石赖坝稳阀定分句析的贺荷载干组合限主要翠有正兼常工础作条刑件和洲非常铁运用针情况走。（1）正俊常工络作条慈件。渴①水闲库上探游水垦位处乒于正场常蓄永水位蠢和设榴计洪劲水位砌与死育水位名之间捉的各看种水透位的崖稳定汗渗流阵期。川②水傲库水衰位在筋上述犁范围虽内经愈常性亩的正读常降谅落情举况。绩③抽咸水蓄避能电挽站的灯水库转水位更的经到常性嘉变化触和降驼落。（2）非细常运支用情畏况。丈①施衡工期钞。②型校核柿洪水绣位有勉可能眨形成砍稳定升渗流眨的情芬况。洗③水登库水霜位的汁非常浅降落位。（二庭）土盲石坝饥坝坡鼓稳定纷安全察系数絮标准淡（略狗）三、荒土石陪坝边准坡稳忘定计士算（子略）第六壤节干土石羽坝的的坝基众处理根据选土石摘坝地判基条蜓件，规地基僚处理蔽的目劲的大君体可眨归纳碎为以思下几压个方谜面：翻①枯改善陪地基帮的剪福切特曾性，闲防止挺剪切姨破坏夏，减恨少剪询切变态形，姨保证灾地基茂不发鸡生滑船动；批②改丸善地究基的浅压缩铲性能如，减筹少不挪均匀告沉降始，以起限制急坝体挂裂缝绸的发辞生；也③减脊少地赛基的盲透水拖性，致降低柜扬压宜力和欠地下咏水位萄，使伴地基粮以至桥坝身岩不产尸生渗毅透变行形，吓并把坐渗流寺流量牵控制栗在允剪许的趴范围既内；栏④改莲善地搏基的龄动力币特性竹，防揉止液洽化。一、热砂砾饼石地太基处稻理砂砾档石地爷基的前处理挥，主贩要是展对地途基的巾防渗荐处理忆，通境常采乒取“半上堵幅下排旱”的中措施朽，“督上堵豆”包宣括水抚平和针铅直窜防渗寇措施危，“接下排连”主启要是应排水姥减压就。（一令）垂悦直防饱渗设此施垂直棚防渗替是解甜决坝启基渗随流问洽题效泳果最世好的苍措施堵。垂蹈直防仔渗的火效果移相当象于水浙平防馒渗效趁果的3倍。母因此秀在土灭石坝悲的防甚渗措蝇施中惭，应殿优先艺选择欲垂直召防渗卫措施梯。垂直茫防渗怠措施外主要漠有：冷黏性也土截贿水槽蜂、混看凝土善防渗览墙、赞灌浆堆帷幕君、板约桩等解。（二龟）水夕平防影渗设桶施防渗患铺盖逼是由魂黏性辜土做赔成的暑水平佩防渗脉设施殖，是开斜墙裳、心壁墙或程均质伞坝体拆向上孝游延津伸的梯部分渠。当苹采用鼻垂直嫌防渗兽有困跪难或趣不经叉济时毯，可担考虑坡采用污铺盖唐防渗验。（三烂）排婆水减盖压措房诚施常用钓的排征水减昌压设球施有杠排水送沟和巾排水简减压非井。二、岛细砂锯、软巧黏土度和湿夫陷性百黄土贯地基神处理第七焦节妥堤防叮与河林道整聚治建捆筑物一、潮堤防甘工程堤防买是沿楼河流具、湖批泊、捐海洋询的岸矮边或踩蓄滞告洪区士、水首库库命区的惠周边顷修筑御的挡滨水建两筑物补，其思作用理是抵妄挡河登道洪好水、把海潮摩，保遍护两雕岸或周海岸庸不受亿洪水傅（海得潮）赴威胁狗。同离时，分堤防太也影屿响岸牲区雨啦洪的烫排泄舟，因笼此，扔必须苹设置霞穿堤沙排水串建筑柿物——水闸尖和泵习站。（一宰）堤气防的详类型夜和作辩用（1）堤毙防按宿其所勉在位韵置不剖同，念可分骗为湖执堤、怀河堤屡、海南堤、搅围堤叛和水辛库中趣堤防勇五种闷。（2）河叹堤按长其所亩在位提置和论重要泛性，烧又分摇为干舌堤、揭支堤兽和民迷堤。（3）在层黄河抓上，港河堤弟常分弟为遥厦堤、寒缕堤琴、格议堤、脊越堤烘和月差堤五郑种。（二吓）堤辈线布裤置及您堤型愧选择1、堤袖线布期置2、堤东型选夕择二、盏河道尾整治汪工程河流描无论贤在自裁然状楚态下勺或在耳人类辅活动捎影响搞下，多由于