第二章-水利水电工程建筑物授课教案

水利水电工程建筑物授课教案章节名称第二章土石坝与堤防教学日期第一学期授课教师姓名职称授课时数22本章的教学目的与要求掌握土坝的工作原理、工作特点和分类；掌握作用在土坝坝顶高程计算方法和土坝的剖面拟定的方法；掌握土坝渗流计算及渗透变形型式；土石坝的稳定分析的基本方法；掌握土坝地基的处理方法；掌握土石坝的细部构造及土料选用和施工要求、土坝排水设施构造；掌握土坝地基的处理方法；熟悉河道治理和堤防结构工程。授课主要内容及学时分配掌握土坝的工作原理、工作特点和分类（2学时）；掌握作用在土坝坝顶高程计算方法和土坝的剖面拟定的方法（2学时）；掌握土坝渗流计算及渗透变形型式（4学时）；土石坝稳定分析的基本方法（4学时）；掌握土石坝的细部构造及土料选用和施工要求、土坝排水设施构造（6学时）；掌握土坝地基的处理方法（2学时）；熟悉河道治理和堤防结构工程（2学时）。重点和难点如何确定土坝坝顶高程和土坝的剖面；土坝渗流计算及渗透变形型式；土石坝的细部构造及土料选用和施工要求、土坝排水设施构造；土坝地基的处理方法。思考题和作业1、土坝的适用条件是什么？2、如何选用土坝坝型？3、土坝设计的基本步骤是什么？4、查阅有关资料，了解土坝坝顶高程计算时的风速如何取得？不同高程的风速如何换算？陆地和水面风速如何换算？复杂水域的吹程如何确定？5、查阅有关资料，了解土坝、堤防和渠道等坝（堤）顶高程确定方法。6、参考其他教材和专著，了解各种土坝渗流的水力学计算方法，了解其他渗流计算方法和程序。7、土坝稳定分析方法如何确定？抗剪强度指标如何选用？8、查阅有关资料，了解面板堆石坝的结构和计算方法。9、查阅有关资料，了解堤防选线和河道治理的要求。10、查阅有关资料，了解海堤设计的基本要求。

第二章土石坝和堤防第一讲讲授第一节§2～1概述一、概述1、土石坝：利用当地材料（土石料）填筑而成的挡水坝，又称当地材料坝。2、堤防：沿河岸修建的护岸建筑物，一般采用土石坝的结构形式。3、优点：eq\o\ac(○,1)就地取材，可节约大量水泥，钢材和木材。eq\o\ac(○,2)适应地基变形能力强。eq\o\ac(○,3)施工技术简单，工序少，便于机械化快速施工。eq\o\ac(○,4)结构简单，工作可靠，便于管理，维修，加高和扩建。4、缺点①坝顶不能溢流。②施工导流不如砼坝方便。③当采用粘土填筑时，受气候影响大。二、土石坝的工作原理（一）滑坡1、坝坡稳定：坝坡主要依靠土石颗粒之间的摩擦和粘聚力来维持稳定，没有支撑的边坡是填筑体稳定问题的关键。渗流也是影响坝体稳定的重要因素2、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。3、稳定条件：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，通常1:1.5～1:3.5。（二）渗流1、危害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。在坝体与坝基、两岸以及其他非土质建筑物的结合面，还会产生集中渗流现象。2、防止渗流破坏的原则：是“前堵后排”，在坝前（迎水面）采取防渗、防漏的工程措施，减少渗流量，同时要尽量排除渗入坝体的水量，降低渗流对坝体的不利影响。（三）沉陷1、危害：沉降变形、不均匀会产生裂缝，破坏坝体结构，也会降低坝顶高程，使坝的高度不足。2、防止措施：土石坝设计需要考虑土石材料选用、坝基处理、填筑工艺等因素，筑坝时应有适量的超填。（四）冲刷1、危害：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。2、防止措施：1）土石坝坝坡要设置护面结构，特别是迎水面要防止波浪影响，是护面的重点。2）背水坡面要设置排水沟，防止雨水对坝面的冲刷。3）土石坝的溢洪道和引水涵一般远离坝区布置，以面冲刷坝体。4）土石堤防还要采用各种护脚措施，例如抛石和模袋混凝土护脚，或设置丁坝。三、土石坝的类型按坝高分高坝H＞70m中坝H＞30～70mSL274-2001《碾压式土石坝设计规范》低坝H=30m按施工方法分1、碾压式土石坝：由土石料分层填筑碾压而成的坝。2、水力冲填坝：用水力机械抽水到比坝顶高的土场，并用水力将土体冲成泥浆，沿布置的沟渠流入围埂内的填筑面后分层填筑，经脱水固结成密实的坝体。3、水中填土坝：在填土面上修筑围埂将填土面分格，在分格内灌水形成水池，在静水中填筑，逐层填筑，依靠土自身重力进行压实和排水固结而形成的坝。4、定向爆破堆石坝：在河谷两岸或一岸对岩体进行定向爆破，将砌填到坝址，堆筑起大部分坝体，然后修整坝坡，加高碾压至坝顶所形成的坝。（在上游面填筑反滤层，斜墙防渗体，保护层和护坡）。5、抛填式堆石坝：将石块从先修好的栈桥上距仓面10～30m高处抛填下来，靠石块自重的冲击力将石块压实所形成的坝。图2－1土石坝的类型按坝体材料所占比例分土坝；土石混合坝；堆石坝碾压式土石坝分类1、均质土坝：坝体基本上由一种透水性较小的土料（壤土，砂壤土）等填筑而成。2、土质防渗体土石坝：3、人工防渗体土石坝：4、过水土石坝三、土石坝的发展1、最早的土石坝：修建于5000年前的古埃及。我国大约在公元前600年开始填筑土坝。近代土石坝凭经验确定上、下游坝坡，在20世纪初形成了土石坝的三大基本坝型：均质坝，心墙坝，斜墙坝。3、现代土石坝设计理论逐渐成熟，坝高迅速发展，坝型不断发展。最高土石坝：前苏联罗贡坝H=325m另一座为前苏联努列克坝H=317m国内：龙门220小浪底151m

第二章土石坝和堤防第二讲讲授第二节§2～2土石坝剖面设计土坝剖面设计的主要内容：包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗结构、排水结构及其细部构造。设计步骤：计算坝顶高程，根据具体要求和经验拟定剖面，进行渗流计算，最后进行坝坡稳定分析，根据稳定分析的结果判断坝剖面的合理性。一般需要多次重复以上步骤，直至得到合理的剖面。一、坝顶高程1、超高：坝顶高程要保证挡水需要，同时要防止波浪超越坝顶，有些海堤允许波浪越顶，但也需要控制。坝顶高程按水库静水位加上防浪超高来确定，碾压式土石坝设计规范（SL274－2001）规定，按下列运用条件计算，取其大者：（1）设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；（2）正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；（3）校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；（2）正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全超高。当上游设防浪墙时，以上确定的坝顶高程改为防浪墙顶高程。此时，在正常运用情况下，坝顶高程应高于静水位0.5m；在非常运用情况下，坝顶高程应高于静水位。堤防堤顶高程按设计洪水位或设计高潮位加超高，且1、2级堤防的超高不应小于2.0m。超高的计算公式如下：式中R为波浪在坝坡上的爬高，m；e为最大风壅水面高度，m；A为安全加高，m。1）、波浪爬高R（Rp）波浪爬高与累积频率有关，一般用Rp表示，P为累积频率（％）。对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土石坝取累积频率P＝1％的波浪爬高值R1%，对于Ⅳ、Ⅵ级土石坝取累积频率P＝5％的波浪爬高值R15。对于不允许越浪的堤防取累积频率P＝2％的波浪爬高值R2%；对于允许越浪的堤防取累积频率P＝13％的波浪爬高值R31%。当坝坡为m=1.5～5.0时，Rp的计算公式为（2－2）式中为斜坡的糙率及渗透系数，见表2－1；为经验系数，与有关，见表2－2；为计算风速，见第二章；Hm为坝前水域平均水深，m；为爬高累积频率换算系数，见表2－3；、为平均波高和波长，由式（2－3）～（2－6）计算。表2－1斜坡的糙率及渗透系数护面类型护面类型光滑不透水护面（沥青混凝土）1.0砌石护面0.75～0.85混凝土板护面0.9抛填两层块石（不透水地基）0.6～0.85草皮护面0.85～0.90抛填两层块石（透水地基）0.5～0.55表2－2经验系数≤11.52.02.53.03.54.0>5.01.01.021.081.161.221.251.281.30表2－3爬高累积频率换算系数P（％）12513<0.12.232.071.841.540.1～0.32.081.941.751.48>0.31.861.761.611.40平均波高和波长采用莆田试验站的计算公式。1）平均波高hm用式（2－3）计算（2－3）式中D为风区长度，见第二章；其余同前。2）平均波长Lm采用式（2－4）～（2－6）计算当时，为深水波，其波长计算公式为（2－4）其中（2－5）当时，为浅水波，其波长计算公式为（2－6）2）、最大风壅水面高度e最大风壅水面高度用式（2－7）计算（2－7）式中K为综合摩阻系数，其值在（1.5～5.0）×10-6之间，计算时可取3.6×10-6；为风向与坝轴法线的夹角；其余同前。3）、安全加高A（1）土石坝安全加高，根据坝等级和运行情况确定，见表2－4。表2－4土石坝安全加高（m）运行情况坝的级别ⅠⅡⅢⅣ、Ⅴ正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3（2）堤防工程安全加高，根据堤防等级（见表2－5）和是否允许越浪来确定，见表2－6。表2－5堤防工程等级防洪标准［重限期（年）］≥100<100，且≥50<50，且≥30<30，且≥20<20，且≥10堤防工程级别12345表2－6堤防工程安全加高（m）堤防工程级别12345不允许越浪堤防工程的安全加高1.00.80.70.60.5允许越浪堤防工程的安全加高0.50.40.40.30.32、注意问题①地震涌浪高近似可取0.5～1.0m；②防渗体顶高正常运用：超岩静水位0.3～0.8m非常运用：不低于静水位。③必须预留足够沉降量；④坝顶可设防浪墙抵御风浪，即坝顶超高可改为对防浪墙的要求。但此时，正常运用时的坝顶仍应高出静水位至少0.5m。二、坝顶宽度1、有交通要求，按公路标准确定。2、无交通要求，根据防汛抢险，坝高，施工等因素确定。一般：高坝≥10～15m中低坝≥5～10m3、必须考虑心墙或斜墙顶部及反滤层，保护层的构造要求。三、坝坡1、影响因素：坝型，坝高，坝体，坝基材料性质，坝体承受荷载及施工运用条件。2、设计方法：工程类比法初拟边坡→坝坡稳定计算→满足稳定要求3、选择：按照经验值选取表2－8均质坝坝坡经验数据坝高（m）马道坝坡宽度（m）级数上游坡下游坡<15.01.511:2.50（上）1:2.75（下）1:2.25（上）1:2.50（下）15～252.021:2.75（上）1:3.00（下）1:2.50（上）1:2.75（下）25～352.031:2.75（上）1:3.00（中）1:3.50（下）1:2.50（上）1:2.75（中）1:3.00（下）表2－9心墙坝坝坡经验数据坝壳部分心墙部分坝高（m）马道坝坡顶宽（m）边坡宽度（m）级数上游坡下游坡<15.01.511:2.25（上）1:2.50（下）1:2.0（上）1:2.25（下）1.51:0.215～252.01～21:2.50（上）1:2.75（下）1:2.25（上）1:2.50（下）2.01:0.15～0.2525～352.031:2.75（上）1:3.00（中）1:3.50（下）1:2.50（上）1:2.75（中）1:3.00（下）2.51:0.15～0.25此外，对于面板堆石坝，上游坝坡采用1:1.4～1:1.7，下游坝坡为1:1.3～1:1.6。4、马道：在上、下游边坡变坡处设置的顶宽1.5～2.0m的平台。作用：a.截取雨水，防止坝坡冲刷。b.便于坝体观测，检修。C.增加坝坡稳定，有利于施工。

第二章土石坝和堤防第三讲讲授第三节（上）§2～3渗流分析（上）一、渗流分析概述（一）渗流分析的目的通过渗流分析检验坝体及坝基的安全性，并为坝坡稳定分析提供依据（二）渗流计算任务1、计算通过坝体和坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失2、确定坝体浸润线位置，为坝坡稳定分析提供依据3、计算坝体和坝基逸出区的渗透坡降，判断其渗透稳定性（三）计算方法方法：解析法（流体力学法，水力学法）；手绘流网法；实验法；数值法二、渗流分析的水力学法（一）水利学法基本假设1、坝体土料是均质的，即每点各向渗透系数相同。2、渗流量是层流，符合达西定律V=KJ（）3、渗流为渐变流，即任意过水断面上各点的坡降和流速相等。（二）基本公式1、渗流基本公式：2、坝体单宽流量：3、浸润线方程：（心墙、斜墙坝：）4、单宽渗流量：，q2为坝基渗流量（三）总渗流量计算：Q=0.5[q1l1+(q1+q2)l2+…(qn+qn-1）ln-1+qn-1ln]三、渗流分析的数值法（一）边界条件（了解）（二）流网的应用（了解）

第二章土石坝和堤防第四讲讲授第三节（下）§2～3渗流分析（下）四、土石坝的渗透变形极其防止措施（一）渗透变形1、管涌：在具有一定坡降的渗流作用下，土体中的细颗粒在孔隙中移动并被带出土体以外的现象。2、流土：在粘性土及较均匀的非粘性土中，由于渗透水压力作用，使一定范围内的土体从坝坡或地基表面被掀起的现象。3、接触冲刷：当渗流沿着两种不同土料的接触面（包括建筑物与地基接触面）流动时，沿层面带走细颗粒土料的现象。4、接触流土：在层次分明，渗透系数相差悬殊的两层土中，当渗流垂直于层面而且具有一定水力坡降时，渗透系数较小一层中的细颗粒进入另一层土中的现象。（二）渗透变形的判别1、渗透变形的形式判断（1）管涌的临界坡降水利部和交通部共同管辖的南京水利科学研究院提出的也是以土体中的细粒（粒径小于2mm的）含量作为判断依据的方法，并提出了界限值的计算公式：（2－19）式中：n为土体孔隙率；为修正系数，一般取为0.95～1.00。判据：当土体中的细粒含量大于上式计算出的时，可能产生流土；当土体中的细粒含量小于上式计算出的时，可能产生管涌。本方法在实用上比较简便，相对较准确。2、渗透变形的临界坡降：对于大中型工程，应通过管涌试验来确定管涌的临界坡降。对于中小型工程及初步设计时，且当渗流方向由下向上时，可用南京水利科学研究院的经验公式计算：（2－20）式中d3为相应于粒径曲线上含量为3％的粒径，cm；其余同前。（2）流土的临界坡降当渗流方向由下向上时，常采用沙太基公式：（2－21）式中G为土粒比重；其余同前。南京水利科学院建议上式再乘上1.17。容许渗透坡降也要采用一定的安全系数，一般来说，对于粘性土，取1.5；对于非粘性土，取2.0～2.5。（三）防止渗透变形的工程措施方法：一、降低渗透坡降；二、增加逸出点处土体抵抗渗透变形的能力。1、设置截水设备：如上游铺盖，垂直防渗体。2、设置减压设备和盖重：在下游设排水沟，减压井，或设反滤层加盖重。3、设置反滤层1）作用：排水滤土2）要求：3）设置位置土质防渗体与坝壳或坝基透水层相邻处，渗流出口处。

第二章土石坝和堤防第五讲讲授第四节（上）§2～4土石坝的稳定分析（上）一、概述1、目的：核算土石坝在各种可能的工作条件下，坝坡是否安全，经济。2、特点：1）土石坝的稳定分析就是土石坝的边坡强度（抗剪）问题。2）土石坝的结构、土料、地基性质及工况等决定边坡的失稳形式。（滑坡、塑性流动、液化）。3）滑坡是土石坝的主要破坏形式。902、滑坡形式①圆弧滑裂面②直线或折线滑裂面③复合滑裂面二、荷载及其组合和稳定安全系数标准（一）荷载及其组合1、基本荷载土石坝的荷载主要包括自重、水压力、渗透力、孔隙压力、浪压力、地震惯性力等，大多数荷载的计算与重力坝相似。（1）自重土坝坝体自重分三种情况来考虑，即：在浸润线以上的土体，按湿容重计算；在浸润线以下、下游水面线以上的土体，按饱和容重计算；在下游水位以下的土体，按浮容重计算。★湿重度：即天然重度：γ＝W/V（也即三相重度）；饱和重度：土中孔隙完全被水充满时的重度:γsat；浮重度：土受淹没时的有效重度γ（2）渗透力渗透力是在渗流场内作用于土体的体积力。沿渗流场内各点的渗流方向，单位土体所受的渗透力，其中γ为水的容重；J为该点的渗透坡降。（3）孔隙压力粘性土在外荷载的作用下产生压缩，由于土体内的空气和水一时来不及排出，外荷载便由土粒和空隙中的空气与水来共同承担。其中，由土粒骨架承担的应力称为有效应力，它在土体产生滑动时能产生摩擦力；由空隙中的水和空气承担的应力称为孔隙压力u，它不能产生摩擦力。因此，孔隙压力是粘性土中经常存在的一种力。土壤中的有效应力为总应力σ与孔隙压力u之差，因此土壤的有效抗剪强度为：（3－22）式中：为内摩擦角，c为凝聚力。孔隙压力的存在使土的抗剪强度降低，从而使坝坡的稳定性也降低。因此在土坝坝坡稳定分析时，应予以考虑。孔隙压力的大小与土料性质、土料含水量、填筑速度、坝内各点荷载、排水条件等因素有关，且随时间而变化。因此，孔隙压力的计算一般比较复杂，且多为近似估计。具体计算可参考有关文献。2、荷载组合根据《SL274－2001碾压式土石坝设计规范》，土石坝施工、建设、蓄水和水库水位降落的各个时期在不同荷载作用下：（1）正常工作条件：①水库上游水位处于正常蓄水位和设计洪水位与死水位之间的各种水位的稳定渗流期；②水库水位在上述范围内经常性的正常降落情况；③抽水蓄能电站的水库水位的经常性变化和降落。（2）非常运用情况：①施工期；②校核洪水位有可能形成稳定渗流的情况；③水库水位的非常降落，如自校核洪水位降落、降落至死水位以下、大流量快速泄空等。（二）土石坝坝坡稳定安全系数标准根据《SL274－2001碾压式土石坝设计规范》第8.3.9条规定：对于均质坝、厚斜墙坝和厚心墙坝，宜采用计及条间作用的简化毕肖普法；对于有软弱夹层、薄斜墙坝的坝坡稳定分析及其他任何坝型，可采用满足力和力矩平衡的摩根斯顿－普赖斯等滑楔法（了解）。三、土料抗剪强度指标的选取1、各种计算工况土体抗剪强度均应采用有效应力法计算：2、粘性土库水位回落师采用总应力法计算：

第二章土石坝和堤防第六讲讲授第四节（下）§2～4土石坝的稳定分析（上）四、土石坝边坡稳定分析（了解）圆弧滑动法，折线滑动法，复合滑动法（一）圆弧滑动稳定计算1、计算原理假定任意圆弧滑动面，将圆弧滑动面以上的土体作为脱离离体进行受力分析（P70图2－6），以圆心为力矩旋转中心，当圆弧范围内的土体上的各力对圆心产生的滑动力矩Ms大于滑动面上的抗滑力矩Mr时，坝坡即丧失稳定；反之，则满足稳定要求。即要求2、不计条块间作用力的瑞典圆弧法。1）土条编号2）计算个土条上的作用力：Wi=[γ1h1+γ2(h2+h3)+γ3h4]b※γ1、γ2、γ3：坝体土的湿容重，浮容重及坝基土的浮容重；湿重度：即天然重度：γ＝W/V（也即三相重度）；饱和重度：土中孔隙完全被水充满时的重度:γsat；浮重度：土受淹没时的有效重度γ3）稳定安全系数：3、简化的毕肖普法（考虑条块见作用）4、危险滑弧的确定作M1点；作M2点：β1＝25β°、β2＝35°表2－15P72；从下游坝坡中点引直线ac,ad（ac铅直,ad与坝坡夹85°角）从表2－14中查R内，R外；以R内，R外为半径，a为圆心作圆弧，得扇形bcdf；延长M1，M2，与扇形bcdf交于e,g，则最危险滑弧的中心就在eg附近；在eg线上假定几个圆心O1，O2，O3……从每个圆心作滑弧通过坝脚B点，计算Kc，找出最小Kc值对应圆心，例如O2；通过O2作eg垂线NN，在NN线上取数点为圆心作滑弧任通过B点，求NN线上最小Kc值。在坝坡或坝脚外再选数点B1，B2，B3，重复前述步骤，求出相应最小安全系数Kc1，Kc2，Kc3……；则Kc=min{Kc1，Kc2，Kc3……}对应滑弧即为最危险滑弧（二）折线滑动面稳定分析（了解）（三）复合滑动面稳定分析（了解）

第二章土石坝和堤防第七讲讲授第五节（上）§2～5细部构造与坝体材料（上）土石坝的构造主要包括：防渗体、排水设施、护坡、坝顶等部位的构造。一、防渗体（一）土质心墙某粘土心墙坝1、位置：土质心墙位于土石坝坝体断面的中心部位2、厚度：心墙的厚度应根据土料的容许渗透坡降来确定，保证心墙在渗透坡降作用下不至于被破坏，有时也需考虑控制下游浸润线的要求。（轻壤土的容许渗透坡降为3～4，壤土为4～6，粘土为6～8。心墙顶部的水平宽度不宜小于3m3、顶部高程：1）心墙顶部的高程应不低于上游设计水位0.3～0.62）在非常运用情况下，心墙顶部的高程应不低于非常运用情况下的静水位；3）对设有可靠的防浪墙的土坝，心墙顶部的高程也应不低于正常运用情况下的静水位。4、顶部保护层：心墙顶部与坝顶之间应设置保护层，以防止冻结、干燥等因素的影响，并按结构要求不小于1m，一般为1.5～25、过渡层：心墙与坝壳之间应设置过渡层。过渡层的要求可以比反滤层的要求低，一般采用级配较好的、抗风化的细粒石料和砂砾石料。过渡层除取一定的反滤作用外，主要还是为了避免防渗体与坝壳两种刚度相差较大的土料之间刚度的突然变化，使应力传递均匀，防止防渗体产生裂缝，或控制裂缝的发展。6心墙与坝基及两岸必须有可靠的连接：对土基，一般采用粘性土截水墙；对岩基，一般采用混凝土垫座或混凝土齿墙。土质斜墙某粘土斜墙坝1、位置：土质斜墙位于土石坝坝体上游面。2、厚度：斜墙的厚度应根据土壤的容许渗透坡降和结构的稳定性两方面来确定，有时也需考虑控制下游浸润线的要求，以及渗透流量的要求。斜墙顶部的水平宽度不宜小于3m2、高程：1）斜墙顶部的高程应不低于上游设计水位0.6～0.82）在非常运用情况下，斜墙顶部的高程应不低于非常运用情况下的静水位；3）对设有可靠的防浪墙的土坝，斜墙顶部的高程也应不低于正常运用情况下的静水位。3、保护层：斜墙顶部与坝顶之间应设置保护层，以防止冻结、干燥等因素的影响，并按结构要求不小于1m，一般为1.5～2上游保护层的厚度不得小于冰冻和干燥深度，一般为2～3m。5、过渡层：斜墙及过渡层的两侧坡度，主要取决于土坝稳定计算的结果，一般外坡应为1:2.0～1:2.5，内坡为1:1.5～1:2.0。非土料防渗体某沥青混凝土心墙防护坝非土料防渗体，也称人工材料防渗体。主要包括沥青混凝土或钢筋混凝土做成的防渗体。1、沥青混凝土防渗体图2－13沥青混凝土可以作成心墙，也可以作成斜墙。2、钢筋混凝土防渗体钢筋混凝土心墙已较少使用。钢筋混凝土心墙底部厚度一般为坝高的1/20～1/40，顶部厚度不少于0.3m。心墙两侧应设置过渡层。钢筋混凝土面板一般不用于以砂砾石为坝壳材料的土石坝，因为土石坝坝面沉降大，而且不均匀，面板容易产生裂缝。钢筋混凝土面板主要用于堆石坝中。

第二章土石坝和堤防第八讲讲授第五节（中）§2～5细部构造与坝体材料（中）二、坝体排水土石坝坝身排水设施的主要作用是：a降低坝体浸润线，防止渗流逸出处的渗透变形，增强坝坡的稳定性；b防止坝坡受冰冻破坏；c有时也起降低孔隙水压力的作用。1、堆石棱体排水1）概念：在坝脚处用块石堆成的棱体状排水设备。 2）要求：①顶部高出下游水位0.5m以上。②坝体浸润线与坝面之间的最小距离大于本地冻深。③棱体内坡1:1.25～1:1.5，外坡1:1.5～1:2.0④顶部宽度应满足施工和观测要求，不宜小于1.0m。2、贴坡排水1）概念：在坝下游坝坡底部用块石，卵石，砂料等分层筑成的排水设备。2）要求：①厚度大于冻深；②顶部高出浸润线溢出点1.5～2.0m；③下游有水时，满足波浪爬高要求；④基础处设排水沟。3）优点：用料少，便于检修，能防止渗流溢出点处的渗透变形，保护下游坝坡不受冲刷。4）缺点：不能降低浸润线。5）材料：块石，卵石，砂料。6）适用：浸润线低的坝及下游无水的中小型土石坝。3）优点：能降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝坡不受冲刷，增加坝坡稳定。4）缺点：石料用量大，造价高。5）材料：块石，砂。6）适用：土石坝的河槽部分。3、褥垫排水是伸到坝体内的一种排水设备。按书P77图2-164、综合排水三、坝顶与护坡（一）坝顶1、护面：砌石，碎石，砾石，渣油，草皮等，有交通要求时按交通道路要求确定。2、防浪墙：材料：浆砌石或混凝土。要求：有足够坚固性，底部与防渗体紧密结合，墙身设伸缩缝。3、坝顶排水①坝顶坡向下游i=2～3﹪.②下游设路沿石，路沿石设排水口，与坡面排水沟相连。4、有条件时，在坝顶设置照明设备。（二）护坡1、作用：上游：防止风浪淘刷、顺坝水流冲刷、冰冻和漂浮物损害下游：雨水、水下部位的风浪、动物、冰冻、水流、干裂等因素破坏2、上游护坡抛石、砌石、混凝土、沥青混凝土等护坡范围：至最低水位一下2.5m以下，低坝护至坝底。3、下游护坡草皮、块石等4、坝坡排水:纵横向排水沟

第二章土石坝和堤防第九讲讲授第五节（下）§2～5细部构造与坝体材料（下）四、反滤层设置反滤层的主要目的是提高土体抗渗破坏能力，防止各类渗透变形，如管涌、流土、接触冲刷等。反滤层一般由2～3层不同粒径的、级配均匀的、耐风化的砂、砾石、卵石或碎石构成。层的排列应尽量与渗流的方向垂直，各层的粒径按渗流方向逐层增大。人工施工时：水平反滤层的最小厚度一般为0.15～0.30m；垂直或倾斜的反滤层的最小厚度为0.50采用机械化施工时：反滤层的最小厚度根据施工方法确定。五、坝体各部分对土料的要求（一）均质坝。要求渗透系数不大于1×10－4cm/s；要求粒径小于0.005mm的颗粒的含量不大于40％，以小于30％，一般为10％～30％宜；（二）心墙坝和斜墙坝的坝壳坝壳填料应使坝体具有足够的稳定性、较高的强度，并具有良好的排水性。砂、砾石、卵石、漂石、碎石等无粘性土料，料场开采的石料、开挖的石渣料，均可作为坝壳填料。均匀的中砂、细砂及粉砂，不均匀系数=1.5~2.6时，极易发生液化破坏，因此只可用于中、低坝坝壳的干燥区，但不宜用于地震区域的坝。（三）防渗体一般要求渗透系数不大于1×10－5cm（四）排水体采用具有较高抗压强度，良好的抗水性、抗冻性和抗风化性的块石。块石料重度应大于22kN/m3，岩石孔隙率不应大于3％，吸水率（按孔隙体积比）不应大于0.8；块石料饱和抗压强度不应小于30MPa，软化系数不应大于0.75～0.85。六、填筑标准填筑标准主要由填筑密度控制。※填筑标准：指土料的压实程度及其适宜的含水量。一般：碾压越密实→坝坡可越陡→剖面小→碾压费用高→不一定经济→故需确定合理的填筑方法和合适的填筑标准。1、粘性土→控制指标：设计干重度，含水量按书2、非粘性土→控制指标：相对密度1）对不含砾石或砾石含量很少的粘性土料，以压实干容重作为设计标准，等于击实试验的最大干重度乘以压实度。对于Ⅰ级坝和高坝压实度为0.98～1.00；对于Ⅱ、Ⅲ级及中坝压实度为0.96～0.98。2）对含砾石的粘性土料，以最大干密度和最优含水量作为设计标准。砂砾石和砂的填筑标准以相对密度为设计控制指标。其中：砂砾石的相对密度不应低于0.75，砂的相对密度不应低于0.70，反滤料的相对密度宜为0.70。堆石的填筑标准，宜以孔隙率为设计控制标准。其中：土质防渗体分区坝的堆。

第二章土石坝和堤防第十讲讲授第六节§2～6土石坝地基处理一、目的1、改善地基剪切特性，防止剪切破坏，保证地基不发生滑动；2、改善地基的压缩性能，减少不均匀沉降，以限值坝体裂缝的发生；3、减少地基的透水性，保证地基及坝身不产生渗透变形，并坝把渗流量控制在允许的范围内；4、改善地基的动力特性，防止液化。二、岩基处理：1、岩基上的覆盖层对中、低土石坝，只需将防渗体坐落在基岩上，形成截水槽以隔断渗流即可。对高土石坝，最好挖除全部覆盖层，使防渗体和坝壳均建在基岩上。2、防渗体与基岩的连接防渗体与基岩的接触面应紧密结合。以前多要求在防渗体的基岩面上浇筑混凝土垫层或混凝土齿墙。但是，研究表面，混凝土垫层和齿墙的作用并不明显，受力条件不佳，易产生裂缝，因此，现在的发展趋势是将防渗体直接建在基岩上。3、基岩内部防渗处理主要是防渗帷幕。4、对不良地质构造的处理对断层、破碎带等不良地基构造，主要考虑起渗透稳定性和抗溶蚀性能，而不太看重其承载力和不均匀沉降。处理方法主要有：水泥灌浆或化学灌浆、混凝土塞、混凝土防渗墙、设置防渗铺盖等。三、砂砾石地基处理主要任务：控制渗流方法：上堵下排（一）粘土截水槽1）、适用于砂砾层厚度≤15m；＊加拿大下诺奇坝，坝高H=123.5m，覆盖层深槽开挖H=82.0m；2）、截水横土料及压实要求同坝体防渗体；3）、底宽满足施工及允许渗透坡降要求；4）、底部应嵌入相对不透水层以下至少0.5m；5）、边坡一般1:1.5～1:2.0。（二）板桩（三）砼防渗墙（圆孔型，板槽型）（按施工方法）按书P81＊加拿大马尼克坝H=107m，防渗墙深，H=131m（四）灌浆帷幕1、施工方法2、设计内容：评价其可灌性。M=D15/D85M：可灌比；符号按书P确定帷幕厚度TT=H/JJ≤3～4；确定孔距，排距，排数；确定灌浆配合比及压力。3、优点：灌浆深度大。缺点：对地基适应性差，耗浆量大。法国谢尔蓬松坝，坝高121m，帷幕H=110m，T=35m埃及阿斯旺心墙坝，坝高111m，帷幕H=170m（五）防渗铺盖1、防渗铺盖：是在坝踵处沿库底伸向上游的水平防渗结构。2、特点：不能完全截断渗流，只能延长渗径，降低渗透坡降，减小渗流量。3、优点：就地取材，施工简单，工作面大。4、缺点：地基透水性强时，无法满足防渗要求。5、基本构造：①长L≥5H；②厚度：上游0.5～1.0m；末端与防渗体连接处≥2.5m；③下部设反滤层；④上部设保护层（防冻裂或干裂）。（六）排水减压措施1、目的：导出渗水，降低渗透压力，确保土石坝及下游地区的安全，防止下游沼泽化。2、基本措施：排水沟或减压井按书P162①透水性均匀的单层结构坝基以及上层渗透系数大于下层的双层结构坝基，采用水平排水垫层，或在坝脚结合贴坡排水体作反滤排水沟②双层结构透水坝基，当表层为不太厚的弱透水层，且其下的透水层轿浅，渗透性轿均匀时，宜将坝底表层挖穿作反滤排水暗沟，并与坝底水平排水垫层相连，将水排出。③当表层弱透水层太厚，透水层层性轿显著时，宜采用减压井深入强透水层。*双层减压井二、细砂地基处理1、挖除；2、封闭：在坝的上，下游坝脚处用截水墙或板桩加以封闭，使其受震后不致液化流失；3、人工加密（振冲，强夯）；4、砂井排水。三、软粘土及黄土地基软粘土不宜作坝基。黄土地基可作低坝→挖除，翻压，强夯

第二章土石坝和堤防第十一讲讲授第七节§2～7堤防与河道整治工程一、概述1、堤防：是指河堤和海堤。2作用：抵挡河道洪水或海潮，保护两岸或海岸不受洪水（海潮）威胁。3、堤防完整体系的建立：应包括保护地区的外洪、内洪和内涝的防治体系。即要建立抵挡河道洪水的堤防，又要建立内河排洪水闸、排涝泵站的工程体系。一般来说，防外洪标准比较高，防内洪标准较低，而排涝标准是指提排的标准。4、堤防工程等级：要分外江（河）和内河，一般以外江防洪标准来确定。穿堤建筑物的工程级别应根据堤防等级来确定。5、堤防工程建设内容：包括河道治理和堤防结构工程。河道治理主要包括河道走向、河道形态和河道断面以及堤线布置。堤防结构工程与前面介绍的土石坝大体相同，其特殊的方面