【《石洞水库小型土石坝工程设计》17000字（论文）】

PAGE"PageNumber"PageNumber石洞水库小型土石坝工程设计目录TOC\o"1-3"\h\z摘要 _1_3_0000000001\h11.基本资料 _1_3_0000000003\h41.1水文基本资料 _1_3_0000000004\h41.1.1流域概况 _1_3_0000000005\h41.1.2气象 _1_3_0000000006\h41.2地质基本资料 _1_3_0000000007\h41.2.1水库区地质情况 _1_3_0000000008\h41.2.2水库区工程地质条件 _1_3_0000000009\h42.坝址及其坝型的选择 _1_3_0000000010\h52.1坝址选择 _1_3_0000000011\h52.2坝型选择 _1_3_0000000012\h52.2.1土石坝的优缺点 _1_3_0000000013\h52.2.2土石坝类型选择 _1_3_0000000014\h62.3枢纽的布置枢纽建筑物 _1_3_0000000015\h62.3.1挡水建筑物--粘土心墙土石坝 _1_3_0000000016\h62.3.2泄水建筑物--溢洪道 _1_3_0000000017\h62.3.3引水建筑物 _1_3_0000000018\h63.坝工设计 _1_3_0000000019\h73.2坝顶高程 _1_3_0000000020\h83.2.1坝顶高程的有关计算 _1_3_0000000021\h83.2.2波浪在坝坡的最大爬高R和最大风浪壅高e的确定 _1_3_0000000022\h93.2.4考虑地震影响计算坝顶高程 _1_3_0000000023\h103.2.5确定坝顶高程的坝高 _1_3_0000000024\h113.3坝顶宽度 _1_3_0000000025\h113.4坝顶长度 _1_3_0000000026\h113.5坝体防渗设计 _1_3_0000000027\h123.6排水体设备 _1_3_0000000028\h133.7马道和护坡设计和反滤层 _1_3_0000000029\h133.8坝面排水 _1_3_0000000030\h144.土石坝渗流分析 _1_3_0000000031\h144.1土石坝渗流的目的 _1_3_0000000032\h144.2渗流计算 _1_3_0000000033\h141.上游正常蓄水位与下游相应的最低水位 _1_3_0000000034\h142.上游设计洪水位与下游相应水位 _1_3_0000000035\h153.校核洪水位与下游相应的水位 _1_3_0000000036\h154.水库水位降落时对上游坝坡稳定最不利的因素 _1_3_0000000037\h154.3渗流稳定分析 _1_3_0000000038\h185.土石坝坝坡稳定分析及计算 _1_3_0000000039\h185.1设计说明 _1_3_0000000040\h185.1.1设计任务 _1_3_0000000041\h185.1.2基本原理及目的 _1_3_0000000042\h185.1.3计算断面 _1_3_0000000043\h195.2稳定计算 _1_3_0000000044\h215.2.1坝坡稳定计算图 _1_3_0000000045\h216.坝基处理 _1_3_0000000046\h246.1地基清理 _1_3_0000000047\h246.2坝基的防渗处理 _1_3_0000000048\h246.3裂缝处理 _1_3_0000000049\h241.干缩和冻融裂缝 _1_3_0000000050\h242.变形裂缝 _1_3_0000000051\h243.滑坡裂缝 _1_3_0000000052\h254.水力劈裂缝 _1_3_0000000053\h257.溢洪道设计 _1_3_0000000054\h257.1进水渠 _1_3_0000000055\h257.2控制段 _1_3_0000000056\h257.3溢流孔口尺寸拟定 _1_3_0000000057\h267.4泄槽 _1_3_0000000058\h267.4.1泄槽的布置 _1_3_0000000059\h267.4.2泄槽的水力计算 _1_3_0000000060\h275.1对外交通 _1_3_0000000061\h325.2场内交通 _1_3_0000000062\h32参考文献 _1_3_0000000063\h33PAGEpage_numberpage_number1.基本资料1.1水文基本资料1.1.1流域概况石洞水库在峡江县罗田镇石洞村。坝址位于西施河的中上游，距峡江县水边镇35公里。，石洞水库是一个综合性的水利工程，有多种功能，主要是以灌溉为主要的作用。石洞水库建成以后要承当罗田镇和巴邱镇3.14万亩的农田灌溉任务1.1.2气象石溪水流域处在亚热带湿润季风气候区。多年的平均降雨量为1578mm。雨水主要集中在四、五、六月，这三个月的降雨量就占每年降雨量的47%，在十月份到次年的二月份为枯水期，这时的降雨量是全年降雨量的百分之十七；多年的平均气温为18°C，多年平均相对湿度百分之八十二，多年平均最大风速14.4m/s，多年平均风速3.1m/s，年平均水温20.0是°C。1.2地质基本资料1.2.1水库区地质情况该地区位于华南折叠系统-中南部隆隆声-西南（玉州-吉安）在武功山-玉华山长断层结构单元，地质构造背景比较稳定。库区为丘陵低山地形，库区上、下游岩性为厚层、中厚层变质砂岩、石英片岩夹石英岩，绢云母石英片岩等，无明显的不良物理地质现象发育，库岸边坡较为稳定。库区分水岭雄厚，永久渗漏问题在水库蓄水后不会发生。库区有一定的淹没损失，库周边无工矿企业，无浸没问题。未发现矿产、文物古迹。1.2.2水库区工程地质条件库区为丘陵低山地形，地势总体W高E低，河流蜿蜒曲折，库盆大致呈NWW—SEE向展布，河谷狭窄，河谷以“V”字型为主，河床坡降较大，地表水系及冲沟发育，两岸除在下坝址上游附近地形较平坦分布有Ⅰ级阶地外，一般岸坡较陡峭，基岩多裸露。库区未发现区域性大断层，但岩层中的构造裂隙较发育，裂隙倾角多为陡倾角。因为库区两岸植被茂密，库岸稳定，固体径流来源少，所以不用考虑库区淤积问题。库区未发现山坡变形等不稳定迹象库岸边坡较为稳定。库区地下水一般为潜水，主要有基岩裂隙水与松散堆积物中的孔隙水。库区分水岭雄厚，库周无低矮天然垭口，库岸岩体的渗透性能差；库区无大的透水构造破碎带通向库外或下游；地下水的出露点高程普遍高于150m。永久渗漏问题不会发生。工程区属相对稳定地块，无大的区域性断层发育。从区域构造、地震史、库盆地质构造和水库蓄水等方面考虑，不会产生破坏性水库诱发地震。库区正常蓄水位以下多为无经济价值的灌木杂林或荒地，仅石洞南近河床部分地段及下坝址上游一带有部分农田，故库区有一定的淹没损失。库区正常蓄水位附近基本无台地发育，也无民居，故库区基本无浸没问题。2.坝址及其坝型的选择2.1坝址选择在一个坝段内，地形和地质条件决定坝址，满足地质和地形的同时，必须结合枢纽布置，水库淹没、技术与经济、建筑的材料分布、储备，还有施工条件等因素，需要进行充分的研究调查，同时权衡利弊，考虑多方因素最后选定合理的坝址。（1）坝址的选择要考虑好两边的山体及其上游能否集水，同时本地的岩体渗漏不是太严重，两岸岩石结构完整，能够承受一定的压力。同时考虑是否有巨大的滑坡体存在；（2）两岸山体走向应该向下游侧收缩，呈现“V”字形，这样既可以节约材料，同时又可以方便施工截留；（3）同时考虑交通及其建筑材料的料场能否满足此次工程的运行，汛期来临时能否影响坝体工程；（4）另外还需要从经济角度来衡量工程的开销，寻找一个既经济，又合理得地点来作为大坝的坝址；在材料中已给出综合分析流域地形、地质条件，将坝址选择范围确定在中游河段。，通过实地勘察，选择了上坝址（狮子井坝址）和下坝址（丁家村坝址）两个坝址，作为本阶段的比较坝址。上坝址（狮子井坝址）在石洞村下游1千米处，而下坝址（丁家村坝址）在丁家村上游550m处，上下坝址沿河相距约1.6km。两坝址都可以用作水库坝址；两岸地形上坝址较陡较对称且基岩裸露、河谷宽30m，下坝址相对平缓不甚对称且基本无基岩裸露、河谷宽达80140m。两坝址间河段河流流向大体由W—E向（之间有5处大转折），河床标高上游101.5102.5m、下游88.387.5m。综合分析下坝址比上坝址更加合适。所以本阶段开发坝址宜选择下坝址。2.2坝型选择坝型的选择决定了施工期的长短、材料的选择、汛期影响、截留方式、建筑方法和投入的机械人员数量等。地形地质、坝基的处理、气候，抗震等都是影响土石坝坝址的选择的因素，通过比较研究工程量、施工时间，技术要求等条件，最后我们确定土石坝的坝型选择。2.2.1土石坝的优缺点 由于本次大坝属于小型的小坝，我们选择土石坝；土石坝的优点有①土体是主要材料，可以用本地材料，节约材料，同时也可以减少投入机械的运输数量和距离；②土石坝不需要考虑温控措施，所以可以减少许多繁琐的措施；③对地质地形要求低，所以它施工不易受温度和气候的影响；④土石坝由于坝身主要为土体，在施工过程中经济环保，在大坝竣工后可以在坝下游进行绿化处理，符合国家的生态建设理念；土石坝的缺点：①土石坝最怕的莫过于水库漫顶，这对于土石坝来说是灾难性的，水库顶意味着大坝随时都会发生溃坝；②土石坝坝顶不能过水所以需要在其它地方设置溢洪道，增加了工程造价；③土石坝的粘土心墙的土质要求比较高，施工过程处理比较复杂；2.2.2土石坝类型选择根椐野外勘察成果及本工程的实际情况：上、下两坝址沿河相距约1.6km左右，两坝址都能作为石洞水库坝址；两岸地形上坝址较陡较对称且基岩裸露、河谷宽仅30m左右，下坝址相对平缓不甚对称且基本无基岩裸露、河谷宽达80140m；在相同库容情况下，坝高下坝址稍矮，工程量下坝址比上坝址大；上坝址宜修建重力坝等，下坝址宜修建土石坝等。经设计多方面综合考虑，建议以下坝址为本阶段的开发坝址。据上述地形地质条件，下坝址宜修建土石坝等。因坝体坝型较长，且坝基坝肩强风化岩体及相对不透水层顶板埋深较大，修建面板堆石坝的开挖处理工程量相对过大，考虑到工程区附近的天然建筑材料的实际情况，以及经济的综合比较，在附近符合设计要求的黏土料场共有三处，且相对于其他料场运距较小且费用较低，从经济的角度来说尤宜修建土石坝，土石坝分为心墙和斜墙两种，但由于该水库区两岸较为陡峭，斜墙坝与之连接比较困难，心墙更加合适故本次设计选用了粘土心墙土石坝型。2.3枢纽的布置枢纽建筑物2.3.1挡水建筑物--粘土心墙土石坝应根据坝址的地形地质条件、坝基处理方式来确定坝轴、坝轴线应根据当地条件选定宜采用不同直线,当采用数据折线时，在坝址区域，地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应的基本地震烈度小于Ⅵ度。工程建设无需抗震设防。2.3.2泄水建筑物--溢洪道溢洪道进口位于距右坝肩上游约145m的垭口处并顺冲沟展布，溢流净宽30m，是无闸控制实用堰，堰顶高程129.00m，进水渠长度为73m，控制段长7.0m，泄槽段长为144.5m，消力池池长40m，总长284.7m。2.3.3引水建筑物引水建筑物布置于右岸的山体中，明渠进水口位于大坝上游260m处山坳，然后隧洞进口位于右坝肩上游约105m处的山坡处，出口处于下游山坡脚接灌溉渠首和发电厂房，全长363m，其中隧洞段长193.4m，为圆形有压隧洞，洞径1.8m。发电尾水与灌溉渠首衔接。3.坝工设计3.1表3-1石洞水库工程特征表序号及名称单位数量备注一、水文1.流域面积全流域km256.5坝址以上km234.72.利用的水文系列年303.多年平均年径流量万m332484.代表流量多年平均流量m3/s1.03设计洪水流量(P＝2％)m3/s345校核洪水流量(P＝0.1％)m3/s191施工导流流量(P＝5％)m3/s14.910～3月5.泥沙多年平均悬移质年输沙万t3896坝址多年平均含沙量kg/m30.122二、水库1.水库水位校核洪水位m131.77设计洪水位m130.93正常蓄水位m129死水位m97.0/105.2灌溉/发电2.正常蓄水位时水库面积km20.593.回水长度(P＝5％)km3.644.水库容积总库容万m31154正常蓄水位库容万m3979.5死库容万m327.17兴利库容万m3952.35.库容系数％0.2936.调节特性多年调节7.水量利用系数％71.6三、下泄流量及相应下游水位1.设计洪水位时最大泄量m3/s162相应下游水位m91.192.校核洪水时最大泄量m3/s292相应下游水位m91.773.最大引用流量m3/s2.07相应下游水位m91.5渠首水位3.2坝顶高程3.2.1坝顶高程的有关计算由于土石坝的高程除了洪水还受其它的因素影响，例如波浪爬高，地震的震动也会抬高水位，为了安全起见还需要考虑其它因素的影响，最后再来确定土石坝坝顶的修筑高程。最后取最大值为坝顶的高程：正常蓄水位加正常常运用条件下的坝顶超高正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高加地震安全加高坝顶超高Y的计算简图（3--2），最后由公式来计算着超高值，公式见（3--3）、（3--4）图3--2坝顶超高计算图Y=R+e+A(3--3)（3--4）式中R—波浪在坝坡上的爬高，m；e—最大风壅水面高度，m；—坝前水域平均水深，由图中可与看到标注的水位高度，计算水位情况下与相应的设计状况下的静水位一致，42m；K—综合摩阻系数，计算时一般取K=3.6×β—风向与水域中线(或坝轴线的法线)的夹角，(度)—计算风速，m/s；本设计在正常运用条件下为3级坝，取多年平均最大风速的1.5倍为21.6m/s。D—风区长度或吹程，m；A—安全加高，m；根据坝的等级和运用情况，按表3—5确定。表3—5 安全加高A值运用条件坝的级别1234、5正常1.51.00.70.5非常1.00.70.50.33.2.2波浪在坝坡的最大爬高R和最大风浪壅高e的确定根据《碾压式土石坝设计规范》DL5395-2008附录A,可查到R和e的计算公式。即（3--6）（3--7）式中—斜坡的糙率渗透性系数，可查照表3—8,取0.9；K—经验系数，由计算风速v0(m/s)，水域平均水深Hm(m)和重力加速度，组成的无维量，可查表3--9确定，经计算本设计K正常情况下为1.02，非常情况下为1.0。m—单坡的坡度系数，土质心墙坝坝壳采用堆石，本设计m=2.5。hm、Lm—平均波高和波长，m；表3--8糙率渗透性系数护面类型光面不透水护面（沥青混凝土）1.0混凝土或混凝土板0.9草皮砌石0.85~0.90砌石0.75~0.80抛填两层块石（不透水基础）0.60~0.65抛填两层块石（透水基础）0.50~0.55表3--9经验系数K≤11.52.02.53.03.54.0>5.0K11.021.081.161.221.251.281.30吹程的确定由于地形图可知B=110m，吹程D=5B=550m。3.2.3平均波高和平均波长的确定石洞村是丘陵低山地形，风速W<26.5m/s，吹程D<7.5km,波高和波长可采用鹤地水库公式计算，即按《碾压式土石坝设计规范》DL5395-2008附录A,式A.7和式A.8，将其化简后如下：(m)(3--10)(m)(3--11)式中：——计算风速，m/s，Ⅲ级坝正常运用下采用多年平均最大风速的1.5倍，非常运用下取多年平均最大风速D.-水库吹程550m3.2.4考虑地震影响计算坝顶高程，本设计不用进行防震处理，在资料中已经给出。即，地震安全护高=0m坝顶高程的计算，要有以下基本数据：设计洪水位130.93m相应下游水位91.19m校核洪水位131.77m相应下游水位91.77m多年平均最大风速14.4m/s吹程550m①计算最大风壅水面高度e在设计情况下：在校核情况下：②计算波浪在坝坡上爬高R由上表3--8可知粗糙渗透性系数设计：校核：设计：P=2%校核：P=2%③安全加高A本工程为3级建筑物，由表3--5可知设计：A=0.7校核：A=0.5④坝顶超高y设计：校核：3.2.5确定坝顶高程的坝高表3--12坝顶高程的计算单位m计算工况静水位ReAY地震加高坝顶高程设计洪水位130.930.6040.00110.71.4140132.34正常蓄水位129.000.6040.00110.71.4140130.41校核洪水位131.770.3540.00050.50.8550132.62正常蓄水位129.000.3540.00050.50.8551.0130.86表可知校核洪水位出的坝顶高程H=132.62m，为了施工方便，可取H=133m，在竣工时的坝顶高程应预留坝高的1%，约为0.5m的沉降量，即坝顶高程H=133.5m。3.3坝顶宽度石洞水库土石坝坝高46.5m属于中型坝，按《碾压式土石坝设计规范》DL5395-2008可取5~10m坝宽，考虑经济因素取坝顶宽度为5m。3.4坝顶长度由其设计资料所给出大坝长度为395.0m。3.5坝体防渗设计坝的防渗体必须满足将渗透坡降，下游坝体浸润线及渗流量减低到允许范围内,还要满足结构及施工的要求。防渗体的尺寸以满足构造、施工及防止开裂等要求为原则，也要满足稳定要求。本设计采用的是粘性土心墙防渗体，防渗体设在坝中，其各分区的渗透性宜向上下游方向逐步增大，在心墙顶部应考虑机械化施工的需要，防渗体分区坝的防渗体尺寸应该根据下列因素研究确定：1、防渗土料的允许渗透坡降、塑性、抗裂等性能2、防渗体土料的数量和施工难易程度3、防渗体下面坝基的性质及处理措施4、防渗土料与坝壳材料单价的比值本工程粘土心墙顶部宽度按照规范要求不宜小于3.0m，考虑经济原因，本次设计取3.0m，底部不宜小于大坝水头的1/4，心墙防渗体顶部要比设计洪水位高，按照《碾压式土石坝设计规范》DL5395-2008规范其超高应在0.6~0.3之间，本设计取0.5m。坝顶高程为133.5m，设计洪水位为130.93m，所以将心墙的高程定为131.43m，心墙高为44.43m，心墙顶距坝顶2.07m，其间应设保护层。心墙上下游的的边坡我们取1:0.2。在坝顶上游应设防浪墙，墙顶高于坝顶1.0~1.2m，防浪墙高为1.1m。防浪顶高程为134.6m粘土心墙结构图如下3.5所示图3.5心墙结构图3.6排水体设备坝体排水主要是控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔腺水压力消散，以增强坝的稳定性，防止渗透变形，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。就土石坝而言，有以下几种排水常见的排水方式：1.棱体排水，又称为滤水坝趾。是在下游坝脚处用块石堆成的棱体。棱体与坝体以及土质之间均应设置反滤层.在棱体上游坡脚出应该尽量避免出现锐角。棱体排水可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护尾水范围内的下游坝坡不受波浪淘刷，还可以与坝基排水相连。2.贴坡排水，又称为表面排水。可以防止坝坡土发生渗流破坏，保护坝坡免受下游波浪淘刷，但不能有效的降低浸润线，且易因冰冻而失效。3.坝内排水。当下游无水时，褥垫排水能有效地降低浸润线，有助于坝基排水，加速软粘土地基的固结。主要缺点是对不均匀沉降的适应性差，易断裂，且难以检修。当下游水位高于排水设施时，降低浸润线的效果将显著降低。位于坝址附近的区域有足够多的石料可以提供开采，且这些石料质地坚硬为花岗岩，方便利用，综合考虑后，本设计决定选用棱体排水。棱体的顶宽不小于1.0m，堆石棱体顶部高程应高出下游最高水位不小于0.5m，本工程下游最高尾水位91.77m，因此初拟棱体顶部高程为93m，堆石棱体高为6m。把棱体顶部作为马道使用，去顶部宽度为1.5m，满足规范不小于1.5m的要求。棱体内坡根据施工条件确定，一般为1:1.0~1:1.5，外坡为1：1.5~1:2.0.所以本设计堆石棱体内坡选取1:1.0，外坡选取1:2.0。在下游可以支撑坝体，增加下游的稳定性。在棱体和坝体以及土质地基之间均应设置反滤层，其最小厚度为30cm。棱体排水结构如下图3.6所示：图3.6棱体结构图3.7马道和护坡设计和反滤层（1）马道本枢纽中，坝高约为46.5m，为了便于施工和检修，既考虑排水和稳定的需要，因此在下游坝面设置宽度为1.5m的马道。（2）护坡上游坝坡采用较常用的浆砌块石护坡，从坝顶到坝脚布置厚度为70cm的浆砌块石护坡，以保证上游有一定的抵御风浪的强度，护坡下部设厚度为均为20cm的碎石和粗砂垫层；对下游要求更低，可以采用草皮护坡，厚度为6cm，在草皮下先铺设一层30cm厚的腐殖土。（3）反滤层3.8坝面排水在每条马道内部设置一条排水沟，与大坝轴线呈平行状的横向排水沟，为了避免雨水将坝面土料带走从而影响坝的稳定性，在纵向也要设置排水沟，垂直于坝轴线。根据规范，每50-100m之间要设置一条，在本设计中采用每50m设置一条纵向排水沟，横纵交向，彼此连通。横纵排水沟断面深0.2-0.3m，本设计采用0.2m，坡率为1：0.2，材料选择为浆砌石块石。

4.土石坝渗流分析4.1土石坝渗流的目的断面尺寸拟定了后我们必须进行渗流和稳定分析，但是由于稳定需要渗流计算结果提供一个理论依据，所以必须要先进行渗流分析才能进行稳定分析。同时由于心墙也不能百分之百的保证大坝一滴水都不漏，所以渗流计算要求出浸润线和渗流总流量。渗流的主要目的如下：（1）确定坝体内浸润线及其下游逸出点的位置；（2）确定坝体和坝基各个部位的渗流坡降，以及不同土层之间的渗透坡降，以判断该出的渗透稳定性；（3）确定通过坝体、坝基以及绕坝的渗流量，以便估计水库渗漏损失和确定坝体排水设备的尺寸；4.2渗流计算本次我们采用公式法之中的水力学法，计算用水力学法。进性渗流计算时，应考虑水库运行可能出现的不利条件，《碾压式土石坝设计规范》DL5395-2008规定，需计算下列工况：1.上游正常蓄水位与下游相应的最低水位2.上游设计洪水位与下游相应水位3.校核洪水位与下游相应的水位4.水库水位降落时对上游坝坡稳定最不利的因素4.2.1计算参数的选取心墙使用黏土，渗流系数，心墙与坝壳可过渡层使用良配极好的、抗风化的砂砾石料（含黏土16%），其渗透系数4.2.2渗流计算断面和计算情况渗流基本定律——渗流量Q处于流体断面内表面积A直接的长度成正比外，正比与流体水头损失的长度，反比于流体的渗径Q和长度L，引入了决定流体土粒结构和流体水力运动性质的一个基本常数渗透量k则：（4--1）或（4--2）式中：k称为渗透系数。达西渗透定律为：（4--3）上式达西定律表明在均质工程中的孔隙和介质中，渗流的流速以坡降水力运动梯度的一次方成立较小的比例，并与混凝土的水利运动性质和厚度有关。但是达西渗透基本定律仅在一定的范围内流体才能投入使用，除了堆石坝、堆石排水体等大孔隙流体和介质工程中的渗流为湍流之外，绝大多数的渗流均属于混凝土的层流水力运动范围。在土石坝的计算中可以假定任意铅直过水的流体在断面内个点的平均渗透量和坡降水力梯度相等。渗流流量计算：(4--4)（4--5）浸润线方程：（4--6）式中，——分别是心墙土料和坝壳土料的渗流系数，黏土=，含黏土16%砂砾=；——分别是上下游水深；——h是心墙下游浸润线逸出高度；——是心墙上下部的平均厚度，=10.39m；——s是渗流区长度.如下图4.1所示图4.1棱体排水的心墙坝渗流计算①设计洪水位+相应下游水位设计洪水位130.93m，下游最低水位91.19m在另取h，用上述方法，直到解出的和假设的值相近，即为本次逸出高度。经计算，h=19.63m，q=。此时，浸润线方程为②校核洪水位+相应下游水位校核洪水位131.77m，相应下游水位91.77m。在经试算，h=20.16m，。此时，浸润线方程为③正常蓄水位+相应下游水位正常蓄水位129.00m，相应下游水位91.10m。在经试算，h=18.75m，。此时，浸润线方程为表（4--6）渗流结果汇总计算情况设计洪水位校核洪水位正常蓄水位上游水深H1（m）130.93131.77129下游水深H2（m）91.1991.7791.10逸出水深h（m）19.6320.1618.75单宽流量q（1*10-6m3/s.m)5.96.25.4浸润线方程y=√（358.34-4.72x）y=√（406.43-4.96x）y=√（351.56-4.32x)4.3渗流稳定分析根据太沙基公式，黏性土发生流土破坏是的临界逸出坡降为：，其中：为下游坝坡材料沙壤土容重，为水的容重；n为下游坝坡的土体孔隙率，沙壤土的孔隙率为n=0.38。下游坝坡的允许渗透坡降：,此处取K=2.0，则下游坝坡渗透坡降计算结果见下表（4--7）计算工况设计洪水位校核洪水位正常蓄水位J0.1980.1960.188坡降均满足要求。心墙上下游最大落差为；则心墙的渗透坡降，有规范可知心墙的允许坡降为4，故心墙的渗透坡降满足要求。5.土石坝坝坡稳定分析及计算5.1设计说明5.1.1设计任务土石坝的的稳定和平衡与重力坝、拱坝稳定有很大的区别。土石坝因为截面比较大的缘故，因此一般不会轻易发生坝坡滑动或者失稳，它的稳定主要在坝坡的稳定上，我们首先需要的工作就是仔细计算上下游坝坡稳定平衡系数，看看他们的系数是否都满足了设计要求，截面结构尺寸的正确选择要看是否经济合理。5.1.2基本原理及目的土石坝稳定分析的目的是在许许多多的滑动面中寻找一个最危险的面，求出它的安全系数，用它来和规范规定的安全系数对比看是否满足要求。通过这个判断我们前面选定的坡度和大坝的结构尺寸是否安全，是否满足设计要求。坝体发生滑动失稳的类型主要有以下几种：（1）曲线型滑裂面具有黏性的土石坝坝坡上经常容易发生坝坡或坝坡连带着部分坝基土体沿某一滑动面滑动，形成弧形滑动面。这就是弧形滑动面最明显的特点。其中非常容易发生滑裂的地方是坝基上两种硬度不同的土质交界周围处。硬度不同的土质容易在坝脚处发生滑动失稳，并且容易延伸到土石坝的基础中，最后形成大规模的坝坡、坝体滑动。（2）直线或折线型滑裂面由砂砾石等没有粘性的无粘性材料构成的土石坝发生的滑动面，滑裂面通常为直面，在剖面上可以看到一条非常笔直的线或者是转折的折线。如果大坝的坝坡长时间受到太阳光的照射而又没有露水，则发生滑动的通常是直线。水面线以下的那一部分一般为折线。（3）复合滑裂面不同性质的土料组合而成，可能会使得坝基内出现软弱层，从而发生上述两种情况组合的滑动失稳，即土体内即有曲线滑动，又有直线和折线的滑动，具体的需要依据土质和地形来分析。5.1.3计算断面正是因为土石坝在坝坡处有许多地方可能是滑动点，所以土石坝稳定分析计算就需要我们通过不断的试算寻找出最危险的那个滑动面,进而找出安全系数最小的滑动点，而每一次的计算，各个点之间的高程都是不同的，因此，通过反复试算最后我们确定那些地方是稳定的，进而确定坝坡是否满足稳定要求。在满足要求的情况下，我们用瑞典圆弧法进行稳定计算。本设计中采用瑞典圆弧法进行稳定分析计算，假定土坡失稳破坏简化为一平面应变问题，破坏滑动面为一圆弧形面。根据B.B方捷耶夫法和费兰钮斯法确定最危险滑弧面。（1）B.B方捷耶夫法取下坝坡的中点为a点，从a点引出两条直线，一条与坝坡线成角，另一条为坝坡的铅垂线，接着以a点为圆心做两条弧线与两条直线相交，内外圆弧的半径根据坝坡坡率从表（5--1）取值，圆弧与两条直线连成一个封闭扇形，最危险圆弧面的圆心就在该扇形内。表（5--1）R内、外取值表坝坡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）费兰纽斯法定出距坝顶2倍坝高（竖直距离），距坝倍坝高（水平距离）的M1点，从坝顶A引出两条直线相交于M2点，两条直线分别与坝顶和坝坡的夹角为，的取值见表（5--2），在本设计，下游坝坡为1:2，故分别取值为25和35。最危险滑弧面的圆心在连接M1与M2的直线上。表（5--2）数值表根据上述两种方法，初步确定最危险滑弧面的圆心在线段eg附近。图5.1确定圆心辅助图假定滑动面为圆柱面，将滑动面内土体看作刚体脱离体，土体绕滑动面的圆心转动即为边坡失稳。分析时在坝轴线方向取单位坝长1m，按平面问题研究，工程实践中采用条分发，即将脱离体按一定的宽度分成若干铅直土条，分别计算各土条对圆心的抗滑力矩M，和滑动力矩Ms，在求和，最后即该滑动面的安全系数。下面以不计条块间作用力的瑞典圆弧法在渗流稳定期下游坝坡为例说明如下：（1）将土条编号。条宽度常取半径R的1/10，级b=0.1R。各条土块编号的顺序为：说先通过圆心的垂线为零号土条的中心线向上游（对下游坝坡）个图条的顺序为1、2、3...， 往下游的顺序为-1、-2、-3...如图5.2所示。图5.2圆弧滑动计算简图①-坝轴线②-浸润线③-下游水面④-地基面⑤-滑裂面（2）土条的重量。计算抗滑力时，浸润线以上部分用湿重度，浸润线以下的部分用浮重度。（5--1）式中—土条各分段的中线高度；—坝体土的湿重度、浮重度和坝基土的浮重度。计算滑动力时，下游水位与浸润线之间的土体用饱和重度，浸润线以下的部分仍用湿重度计算，下游水位以下土体仍用浮重度计算。（3）安全系数。计算公式为（5--2）（5--2）式中：W—土条重量；Q.V—水平和垂直地震惯性力（向上为负，向下为正）；u—作用于土条底面的孔隙压力；—条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；b—土条宽度；—土条底面的有效应力抗剪强度指标；—水平地震惯性力对圆心的力矩；R—圆弧半径。用总应力法分析坝体稳定时，略去公式含孔隙压力u的项，并将换成总应力强度指标。在本设计中，不考虑地震荷载，用此法计算，土石坝的坝坡安全系数计算可采用式（5--3）（5--3）（5--4）式中：—土条重量按（5--1）计算；—考虑渗流动水压力的土条重量，按式（5--4）计算；—土条各分段的中线高度；—坝体土的湿重度、饱和重度、浮重度和坝基土的浮重度。表（5--5）坝坡抗滑稳定最小安全系数运用条件工程等级1234正常运用条件1.31.251.21.15非常运用条件11.21.151.11.05非常运用条件21.11.051.051.05本设计土石坝为3级坝，。5.2稳定计算5.2.1坝坡稳定计算图（1）设计洪水位情况，圆心为，滑动半径为82.193m，每条土块宽8.219m，土块为14条，石条高度为，如下图所示：表（5--6）稳定计算土条号WiWi'βicosβisinβiφitanφibciliMrMs9867.401693.49480.670.74200.368.2192717.20267.771258.5182887.344960.99360.810.59200.368.2192713.00892.972916.0074666.315620.95300.870.50200.368.2192711.121507.512810.4764924.086023.61250.910.42200.368.2192710.031657.392545.6954823.996216.37200.940.34200.368.219279.331680.682126.1344737.815687.84140.970.24200.368.219278.861702.441376.0134591.345430.0990.990.16200.368.219278.551678.74849.4524224.374921.2651.000.09200.368.219278.351559.24428.9213923.014496.1331.000.05200.368.219278.241453.10235.3103377.053826.38-41.00-0.07200.368.219278.231253.28-266.91-12728.113044.87-120.98-0.21200.368.219278.29998.57-633.06-21977.162167.18-180.95-0.31200.368.219278.45712.21-669.70-31242.711306.08-250.91-0.42200.368.219278.71438.57-551.97-4143.08143.08-330.84-0.54200.368.219278.2670.81-77.93总计136.6115973.2812424.83,满足要求。（2）校核洪水情况，与设计情况一样，浸润线不一样，如下图所示：表（5--7）稳定计算土条号WiWi'βicosβisinβiφitanφibciliMrMs9867.401693.49480.670.74200.368.2192717.20267.771258.5182505.034214.58360.810.59200.368.2192713.00780.392477.2774519.635545.36300.870.50200.368.2192711.121461.272772.6864889.616029.58250.910.42200.368.2192710.031646.012548.2154790.495886.90200.940.34200.368.219279.331669.222013.4444708.135674.69140.970.24200.368.219278.861691.961372.8334511.495348.1990.990.16200.368.219278.551650.04836.6424198.964905.8051.000.09200.368.219278.351550.03427.5713897.044474.0131.000.05200.368.219278.241443.66234.1503353.723800.84-41.00-0.07200.368.219278.231244.81-265.13-12710.543027.80-120.98-0.21200.368.219278.29992.32-629.51-21963.442151.65-180.95-0.31200.368.219278.45707.46-664.90-31231.991290.34-250.91-0.42200.368.219278.71435.03-545.32-4340.51340.51-330.84-0.54200.368.219278.26131.08-185.46总计136.6115671.0411836.43，满足要求。（3）正常蓄水位情况，如下图所示：表（5--8）稳定计算土条号WiWi'βicosβisinβiφitanφibciliMrMs9867.401693.49480.670.74200.368.2192717.20267.771258.5181731.782704.91360.810.59200.368.2192713.00552.691589.9174359.975233.65300.870.50200.368.2192711.121410.942616.8364806.765867.83250.910.42200.368.2192710.031618.682479.8554697.285703.29200.940.34200.368.219279.331637.341950.6444621.835504.55140.970.24200.368.219278.861661.481331.6734437.275201.6490.990.16200.368.219278.551623.35813.7224136.834782.8451.000.09200.368.219278.351527.50416.8513846.994374.6431.000.05200.368.219278.241425.46228.9503314.893723.37-41.00-0.07200.368.219278.231230.71-259.73-12683.792973.92-120.98-0.21200.368.219278.29982.79-618.31-21947.042118.00-180.95-0.31200.368.219278.45701.78-654.50-31227.671280.27-250.91-0.42200.368.219278.71433.61-541.07-4340.51340.51-330.84-0.54200.368.219278.26131.08-185.46总计136.6115205.1810613.32，满足要求。综上所述，所有情况K均小于最小值1.104，都满足要求。

6.坝基处理地基处理是为了给大坝提供一个良好稳定的基础，同时保证大坝不会发生渗漏和滑坡的重大危险事故。主要处理表层疏松土体和不稳定的岩石地基及可能存在的断层等危险地质薄弱地带。6.1地基清理坝基有云母片岩，其夹层厚度仅数厘米，水理性质较差，要全部清除，在坝基未见倾向下游的平缓裂隙或破碎夹泥层发育。还有因植被发育尚不存在厚达0.6-1.2m的根植土层，须全部清理。另外，坝基10m范围内的腐烂的土层、碎石、树叶、树枝、淤泥及其地基风化严重的岩石表层都必须清理干净。地质勘测所进行的作业应全部进行封堵回填。初期得到的坝基还要对其做相应的处理，进行平整、震动碾压、夯板夯实。6.2坝基的防渗处理坝基需要进行各方位的防渗措施，竖直方向上需要在上游坝脚处用粘土做成截水槽或设置混凝土防渗墙等，对应坝基地质条件较差的地点还要进行帷幕灌浆和化学材料灌浆等措施；水平方向上在坝上游坝脚处水平铺设铺盖等。做各种防渗的最终目的是要做到“上堵下排”。库区未发现区域性大断层，但岩层中的构造裂隙较发育，裂隙倾角多为陡倾角。库区两岸植被良好，库岸稳定，固体径流来源少，故未来库区淤积问题不大。库区未发现山坡变形等不稳定迹象，无明显的不良物理地质现象发育，库岸边坡较为稳定。工程区属相对稳定地块，无大的区域性断层发育，是一个比较理想的建坝地址。本次设计我们采用粘土心墙作为防渗体。6.3裂缝处理如果土石坝出现了裂缝，我们就需要根据成因把它分为气候影响的干缩裂缝和坝体应力变化引起的变形裂缝，同时还可能有气温引起的冻融裂缝，水力剪裂缝等问题。

1.干缩和冻融裂缝我们务必要防止雨水进入到了裂缝从而使裂缝发生扩张，引起裂缝宽度不断增加。在气候寒冷的区域，还要设置一非粘性土料的保护层，主要目的是防止内部的土料受冻融破坏影响而发生舒散，从而使裂缝变大影响大坝坝坡的稳定。

2.变形裂缝在土石坝竣工后，由于土料自身重力的分布不均匀以及每处的地基强度不尽相同，进而导致大坝坝基的不均匀沉降，不均匀沉降的破坏是非常巨大的，它甚至可以贯穿整个大坝，使大坝坝体内部的应力失稳，进而发生形变。与此同时，也有可能是因为建筑材料填充不均匀的缘故使得其引发变形裂缝，深度也可能很深。因此对填筑材料的含水量应该保持在塑性附近，因为塑性附近涂料的压性小，相对应的抗拉强度就会比较高，在工程施工或者停工过程中，常常需要对一些非粘性土料表面做一定的保护措施，其目的就是为了防止被冻融破坏，对具有粘性的土料，我们还要进行压实检测，对有其它材料结合处需要合理的进行压实密切接触，防止后期的不均匀沉降。3.滑坡裂缝出现在坝顶的滑坡裂缝一般都延伸的很长，为避免这种情况的发生就需要提前做好处理和检查，随后确定是否需要对坝坡进行加固；而如果出现在坝坡上，在某个小区域内也要检查一下，因为这是滑坡前的征兆，需要提前进行处理。

4.水力劈裂缝一般位于上游坡，由于水压力引起来的水平的或者是竖直的裂缝，对裂缝的处理措施如下：(1)当裂缝非常的深，有的延伸到了坝体的内部时，则进行灌浆处理；(2)当裂缝小于5m，可以人工把外侧部分挖掉重新进行填土；(3)当裂缝大于5m，可以采用机械来挖出掉再填进新的粘土。7.溢洪道设计开敞式溢洪道主要由引水渠、控制段、泄水槽、消能设施、尾水渠等几部分组成。本设计我们采用粘土矩形开敞宽顶堰设计方案，已有资料给出，溢洪道位于右坝肩上游约145m的垭口处，溢流净宽30m，为无闸控制实用堰，堰顶高程129.00m。7.1进水渠进水渠平面布置，进水渠底板为等宽或顺水流方向收缩，进口底宽与溢流堰宽之比宜在1.5~3之间。渠道设计流速宜采用3~5m/s。岩基上进水渠的横断面接近矩形边坡根据稳定要求确定，新鲜岩石一般为1：0.1~1：0.3，风化岩石可用1：0.5~1：1.0。在土基上采用梯形，边坡一般选用1：1.5~1：2.5。进水渠的纵断面一般做成平底坡或具有不大的逆坡。进水渠与控制段之间设置渐变段采用圆弧翼墙或扭曲面翼墙。7.2控制段溢洪道的控制段包括溢流堰及两岸连接建筑物，是控制溢洪道泄流能力的关键部位。图7.1宽顶堰、实用堰示意图开敞式实用堰，堰项下游堰面宜优先采用WES型幂曲线，堰顶上游可采用双圆弧、三圆弧或椭圆曲线。当采用低实用堰时上游堰高P1≥0.3Hd，下游堰高P2≥0.6Hd，Hd为堰面曲线的定型设计水头。堰面曲线下接直线段，坡度一般陡于1：1，本次设计，两岸坡度采用1：0.75。堰顶高程为129m。7.3溢流孔口尺寸拟定溢洪道消能防冲按30年一遇洪水设计，相应下泄流量292，水位91.77m。开敞式实用堰，用如下公式（7--1）（7--1）式中——包括行近流速水头的堰上水头，m；B——溢流前沿宽度，m；m——流量系数，平底板宽顶堰，m=0.385；——闸墩侧收缩系数，0.92；Q——流量，。计算结果列表表示（7--2）表（7--2）控制段尺寸计算表（忽略行近水头）水位（m）泄量（m3/s）堰上水头H0（m）孔口净宽B（m）设计洪水位1621.9338.506校核洪水位2922.7722.395故控制段净宽定为35m。7.4泄槽7.4.1泄槽的布置泄槽的平面布置应根据地形确定，由于泄槽中流速比较大，所以不设置渐变段以加大水深，减小流速，泄槽宽度和溢流堰总宽度相同，为35m。为保证溢流堰为自由出流且槽中不发生水跃，使水流始终处于急流状态，泄槽纵坡必须大于临界坡度。泄槽常见的纵坡为1%~5%，有时为了减少开挖工程量，泄槽可随地形、地质变坡，但由地形图可知，本工程泄槽若采取变坡，开挖量并未减小很多。为了防止水流紊乱，本设计泄槽不变坡，坡度采用i=0.32，大于临界坡度。泄槽的横断面拟定为矩形，因其流态较好，水流分布均匀，有利于下游消能。7.4.2泄槽的水力计算泄槽水面线根据能量方程，使用分段求和法计算，计算公式如下：（7--2）（7--3）式中：——泄槽分段长度——分段初始断面水深和末端水深——流速分布不均匀系数，取1.0——分段初始断面流速和末端流速——泄槽底坡的角度——泄槽坡降，。施工组织 第1章施工条件与天然建筑材料 天然建筑料：按设计要求，本工程需块石2.1万m³,砂、卵(砾)=石11.1万m³,粘土19.0万m³,石渣混合料77.0万m³.块石料场工程区附近无块石料场，所需块石料可到工程区东部沙坊大屋仔商品块石料场采购，中(细)粒似斑状黑云母二长花岗为其料石岩性，数量及质量可满足设计要求，料场在金巴公路边不远处，交通较为方便，运距约12km.砂及卵(砾)石料场工程区附近砂卵(砾)石料缺乏，须至工程区东部蒋沙商品砂砾料场采购，砂卵(砾)石料储量以及质量可以满足设计需求，运距约17km。本次土料勘探初选场地共6个，通过勘察和室内试验，3个土料勘探场地符合设计要求。下邹土料场：位于工程区东部下邹村北坡地带，该料场坡地形高差起伏不大，第四系全新统冲积含砂低液限粘土是主要土质，勘探钻孔(8孔)查明。移除上部根植层(0.5m)后，可用土层平均厚约3.5m.料场面积200X.250m2,贮藏约175万m3，土料质量符合设计要求，可直通坝址，运距约10km,运输方便。丁家村东土料场：位于丁家村东500~-600m路北一带的山坡上，坡面高差起伏不大，土质为第四系残坡积的棕红、棕黄色含砂低液限粘土，勘探钻孔(4孔)发现，在清除了上部根植层(0.5m)之后，可用土层平均厚度3.5m，料场面积100X40m²，储量约14万m3，土料质量符合设计要求(附表2)，可直通坝址，运距约1.2km，运输方便。江背坑岭口土料场：位于工程区南部的江背坑村至岭口村一带，该处为冲积台地，地形起伏不大，土质为第四系中更新统冲积砖红、紫红色网纹状含砂低液限粘土，勘探钻孔(4孔)查明，该处上部根植层(0.3m)后，可用土层平均厚度约4~-5m，料场面积250X450m²，储量大于50万m³，土料质量(详见附表2)符合设计要求，料场位于吉(安)一新(余)公路旁，运距约15km.采运方便。石渣混合料场石渣混合料建议自采，勘查坝址附近有以下两处料场可以开采：料场：位于坝下游正中的小山包，距离短，采运方便山体岩石同坝区，实方储量约16.5万m3,平均运距0.2m左右。料场：位于上下坝址之间，为一相对单薄的山脊，山体岩石同坝区，实方储量约100万m3以上，平均运距0.9km左右，采运方便。 第3章施工导截流 3.1施工导截流相应洪水标准：挡、泄水建筑物按50年一遇洪水设计，相应洪峰流量为191m3/s:1000年一遇洪水校核，相应洪峰流量为345m3/5.溢洪道消能防冲按30年遇洪水进行设计，相应下泄流量144m3/s.水位91.10m.水电站厂房按50年-遇洪水设计，相应洪峰流量162m3/s5(下泄)，水位91.19m:200年遇洪水校核，相应洪峰流量227m/5水位91.51m。 3.2导流方式采用全段围堰法导流方式。在主体工程建成前，采用明挖和隧洞相结合的导流方式。 3.3导流建筑物布置与设计工程总体布置如下：粘土心墙土石坝坝顶轴线长395.0m,防浪墙顶高程是134.6m,坝顶高程为133.5m,最大坝高是46.5m,坝底最大宽度是209m。坝顶宽度为5.0m,在高程为93m处设马道1.5m,粘土心墙位于坝顶上游侧，顶部高程131.43m,顶宽3m,上下游坡比1:0.2,大坝下游河床段安装排水棱体，顶高程为95.0m,顶宽3.0m。坝坡宽度为3.0米，水平排水沟设置在台阶两侧，坝顶下游侧，下游坝坡马道内侧，排水棱镜顶部为垂直排水沟，坝坡与岸坡相连。溢洪道控制进口选在距右坝肩上游企业约为145m的垭口处并顺冲沟展布，溢流净宽度30m,由进水渠、控制段、泄槽、底流消能组成其末端布置控制段长7.0m，为开敞式WES实用堰，堰顶高程129.00m:泄槽段长144.5m.下接底流式消力池长度是40m、消力池后设抛石海曼与河床相接。在右岸山体上设置引水建筑物，在大坝上游260米处的山坳上设立明渠入口，隧洞入口位于右坝肩上游约105米处的山坡上，出口位于下游坡脚上，和灌溉渠首水池相连接，其中隧洞为圆形隧洞，洞口直径1.8米。 3.4主要导流工程量 隧道和明渠开挖方量为923.3m/s。 3.5围堰工程由任务设计书资料可知，本工程围堰为5级临时性建筑，经设计计算，上游围堰为不过水土石围堰，下游围堰也为不过水土石围堰。采用单向进占立堵、上下游同时施工的截流方法，估算上游围堰需要3.75万m²，下游围堰需要0.93万m²。上游和下游围堰各配置3台20T自卸车，1台5t振动平碾，1台国产移山式120型推土机。持续时间为30天。 3.6导水隧洞及明渠施工1.在大坝上游260m的山坳上，有一条长163m的引水明渠，采用两台前铲挖掘机和4辆20T自卸车，用于装渣弃料。 2.导水隧洞开挖隧道入口处在右坝肩上游约105米处的斜坡上，隧道长194.7米，为圆形有压隧道，洞径1.8米。石英片岩、石英岩是该区地层主要岩性，属四级围岩。施工方法为全断面光面法，开挖断面为城门洞形，衬砌后为圆形，采用的机械主要有：空压机4L20/8供风:YT28型气腿式手风钻钻孔：炸药选用乳化炸药：出渣采用履带式扒渣机LWL-80配一台10t电动运渣车出渣。 总装药量Q=qsl q每立方米岩石所需炸药量，取1.6kg/m’ s为挖方面积，约4m² l为炮孔深度或设计循环进尺，取1.5m 据统计，总装量约为1237.76kg。一个周期的时间大约为4小时。 炮孔排布，由内至外布置三圈炮孔，依次为掏槽孔，崩落孔，周边孔。按次序进行爆破作业，顺序是测量放样，然后钻孔再装药连线之后起爆，通风排烟，洒水除尘和安全处理，初期支护废渣排除。全部的持续时间大约为一个月 第4章主体工程施工 4.1大坝施工 土方开挖方法(1)土方开挖主要是覆盖层、坡面粘性碎石夹层、粘性层和全风化坡积体的明挖施工，以及从永久排水沟至开挖开口线附近的坡面表土。(2)人工和装载机配合，使用用反铲挖掘机来满足施工强度，清除坝土开挖方量为36244m³。 施工工艺在接近设计坡面时，土方开挖坡面要按规定预留的削坡余量，然后经过人工修整，使其达到规定的坡度，和规定的平整度。在下雨天时，施工台阶因为要求方便排水，所以应该稍微向外倾斜一点。要时常对边坡设