《水土保持工程学》淤地坝设计课件

流域分水分水线线1.流域分水线1.第三章第三章 流域沟道治理工程流域沟道治理工程为为固定沟床固定沟床,防治沟防治沟蚀蚀，减，减轻轻山洪及山洪及泥沙危害，合理开泥沙危害，合理开发发利用水沙利用水沙资资源而源而在沟道中修筑的工程在沟道中修筑的工程设设施。施。2 2.第三章流域沟道治理工程为固定沟床,防治沟蚀，减轻n沟道治理工程主要有沟沟道治理工程主要有沟头头防防护护工程、谷坊工程、工程、谷坊工程、淤地淤地坝坝、小水、小水库库和和拦拦渣工程等。其主要作用在于：渣工程等。其主要作用在于：拦拦截沟道内的径流泥沙，减少下游洪灾和泥沙淤截沟道内的径流泥沙，减少下游洪灾和泥沙淤积积；抬高侵；抬高侵蚀蚀基准面，控制沟道向基准面，控制沟道向长长、向、向宽宽和向和向深深发发展；合理配置和利用沟道内的水沙展；合理配置和利用沟道内的水沙资资源，源，为为农农林牧林牧业发业发展奠定基展奠定基础础。3.沟道治理工程主要有沟头防护工程、谷坊工程、淤地坝、小水库和拦第一第一节节沟沟头头防防护护工程工程一、沟一、沟头头防防护护工程的形式工程的形式黄土高原黄土高原沟沟头头防防护护工程的形式很多，常工程的形式很多，常见见形形式可式可归纳为归纳为四四类类。（一）沟（一）沟埂埂式沟式沟头头防防护护1.连续围连续围堰式堰式2.断断续围续围堰式堰式（二）池（二）池埂结埂结合式合式（三）排水式沟（三）排水式沟头头防防护护1悬悬臂式臂式4.第一节沟头防护工程一、沟头防护工程的形式4.5.5.6.6.7.7.8.8.2.台台阶阶式式3.陡坡式陡坡式9.2.台阶式9.10.10.11.11.12.12.（四）分段蓄水式沟（四）分段蓄水式沟头头防防护护二、工程二、工程设计设计（一）沟（一）沟埂设计埂设计 1沟沟埂埂位置的确定位置的确定L=（23）h2沟沟埂埂尺寸确定尺寸确定埂长埂长、埂埂断面尺寸以来水量确定断面尺寸以来水量确定来水量来水量沟沟埂埂断面尺寸可根据断面尺寸可根据经验经验定定:b0.5m，侧侧坡坡1：16高度高度0.50.8m；=1525高度高度0.61.2m埂长埂长根据地形情况定根据地形情况定13.（四）分段蓄水式沟头防护二、工程设计13.14.14.每米每米埂长埂长蓄水容蓄水容积积:H=ho+hh=0.2m左右左右全部蓄水量：全部蓄水量：V=VLV=W时时，设计设计合理；合理；VW时时，设计设计尺寸偏大；尺寸偏大；VW时时，应设应设第二道沟第二道沟埂拦埂拦蓄剩余水量，但蓄剩余水量，但须须在第在第一道沟一道沟埂埂上上设设溢水口，并注意采取防冲措施。溢水口，并注意采取防冲措施。15.每米埂长蓄水容积:15.（二）沟（二）沟头头蓄水池蓄水池设计设计（三）排水管（槽）（三）排水管（槽）设计设计1.沟沟头头来水流量来水流量Qm的确定的确定Qm0.278IpF2.排水管（槽）断面尺寸确定排水管（槽）断面尺寸确定（四）台（四）台阶阶式排水式排水设计设计1.跌水的跌水的结结构构造构构造进进口口跌水跌水墙墙陡槽陡槽消力池消力池出口出口2.跌水水力尺寸跌水水力尺寸计计算算16.（二）沟头蓄水池设计16.扭扭 面面1717.扭面17.扭扭 面面1818.扭面18.19.19.20.20.陡坡式多陡坡式多陡坡式多陡坡式多级级级级跌水跌水跌水跌水2121.陡坡式多级跌水21.陡坡式多陡坡式多陡坡式多陡坡式多级级级级跌水跌水跌水跌水2222.陡坡式多级跌水22.台台台台阶阶阶阶式多式多式多式多级级级级跌水跌水跌水跌水2323.台阶式多级跌水23.24.24.（1）进进口口矩形矩形缺口可按缺口可按宽顶宽顶堰公式堰公式计计算算：Qm=MbcH03/2（2）陡槽水力尺寸）陡槽水力尺寸计计算算小型陡槽可不必小型陡槽可不必计计算水面曲算水面曲线线，只，只计计算算临临界水界水深和正常水深即可，以此确定陡槽的断面尺寸。深和正常水深即可，以此确定陡槽的断面尺寸。（3）消力池水力尺寸）消力池水力尺寸计计算算要求：要求：在消力池中在消力池中产产生淹没式水生淹没式水跃跃，淹没系数在，淹没系数在1.051.10之之间间确定池深确定池深d、池、池宽宽b和池和池长长Ldh-h下下bb水水25.（1）进口25.26.26.第二第二节节 谷坊工程谷坊工程 27.第二节谷坊工程27.28.28.29.29.30.30.31.31.32.32.一、谷坊工程的种一、谷坊工程的种类类及适用条件及适用条件谷坊种谷坊种类较类较多，按建材分，有土谷坊，石谷多，按建材分，有土谷坊，石谷坊、生物谷坊、混凝土谷坊等。坊、生物谷坊、混凝土谷坊等。（一）土谷坊（一）土谷坊（二）石谷坊（二）石谷坊1.干砌石谷坊干砌石谷坊2.浆浆砌石谷坊砌石谷坊3.石石笼笼谷坊谷坊（三）生物谷坊（三）生物谷坊33.一、谷坊工程的种类及适用条件33.34.34.35.35.36.36.37.37.38.38.39.39.40.40.二、谷坊设计 任任务务：确定谷坊位置、高度、确定谷坊位置、高度、结结构尺寸、溢水口尺寸、构尺寸、溢水口尺寸、座数座数（一）谷坊布（一）谷坊布设设位置确定位置确定布布设设原原则则：顶顶底相照、小多成群，工程量小、底相照、小多成群，工程量小、拦拦蓄效蓄效益大。益大。布布设设点点：直段、防拐弯、坎上、沟窄直段、防拐弯、坎上、沟窄处处布布设设。（二）谷坊高度和断面尺寸（二）谷坊高度和断面尺寸土谷坊小于土谷坊小于5m干砌石谷坊干砌石谷坊1.5m左右左右浆浆砌石谷坊：砌石谷坊：35m左右左右柳谷坊柳谷坊1m左右左右尺寸可参考表尺寸可参考表3-241.二、谷坊设计任务：确定谷坊位置、高度、结构尺寸、溢水口尺（三）谷坊数量及（三）谷坊数量及间间距距1在在宽宽的干沟内的干沟内谷坊谷坊间间距：距：h=Lih谷坊底到溢水的高度；谷坊底到溢水的高度；i沟道比降。沟道比降。H最下游谷坊底到最上淤谷坊溢水口底的地形高最下游谷坊底到最上淤谷坊溢水口底的地形高差。差。2底坡不均，有台底坡不均，有台阶阶或跌坎或跌坎时时根据地形高差确定座数及高度根据地形高差确定座数及高度42.（三）谷坊数量及间距42.3.在比降大的冲沟、干沟内在比降大的冲沟、干沟内淤淤积积有翅尾巴有翅尾巴现现象，谷坊象，谷坊间间距可按下式求得：距可按下式求得：i沟床原比降；沟床原比降；ic淤淤积积物比降。物比降。粗砂兼卵石粗砂兼卵石:ic=0.02；粘土：；粘土：ic=0.01；粘壤土：粘壤土：ic=0.008；砂土：；砂土：ic=0.00543.3.在比降大的冲沟、干沟内43.44.44.若采用谷坊高度相同若采用谷坊高度相同,则则：当当i、ic、h已知已知时时，则则可由其可由其绘图绘图求得谷坊的求得谷坊的位置和座数。位置和座数。（四）谷坊溢流口尺寸确定（四）谷坊溢流口尺寸确定（一）（一）设计设计洪水洪水标标准准规规范：范：1020一遇一遇36h最大暴雨最大暴雨（二）水力（二）水力计计算算用堰流公式：用堰流公式：Q=MBH3/2（宽顶宽顶堰不淹堰不淹设设自由出流公式）自由出流公式）谷坊谷坊顶顶流速不能太大，太大会冲刷，故流速不能太大，太大会冲刷，故应应校核校核谷坊谷坊顶顶流速。流速。45.若采用谷坊高度相同,则：45.根据根据试验试验：hk（0.460.64）Hhk临临界水深界水深H溢流口溢流口顶顶水深水深允允许许流速流速允允见见P59表表3-4。46.46.淤地淤地坝设计坝设计一、已知基本一、已知基本资资料料1.流域沟道流域沟道坝坝址地形址地形图图一一张张（1/1000）；）；2.坝坝址以上集水面址以上集水面积积5km2;3.经经勘勘测计测计算，求得算，求得坝坝高高H与与库库容容V、淤地面、淤地面积积A的关系的关系见图见图；4.流域年侵流域年侵蚀蚀模数模数K=10000t/km2,20年一遇年一遇设计设计洪水流量洪水流量Q20=105m3/s，洪水，洪水总总量量W洪洪10万万m3，200年一遇年一遇设计设计洪水流洪水流量量Q200=180m3/s，洪水，洪水总总量量W洪洪17万万m3；5.沟道无常流水；沟道无常流水；6.坝坝址附近有充足的筑址附近有充足的筑坝坝土料，土壤内摩擦角土料，土壤内摩擦角20，内聚力，内聚力c=0.8t/m2;7.放水洞放水洞设计设计流量流量Q=0.5m3/s47.淤地坝设计一、已知基本资料47.二、二、设计设计任任务务、要求、要求1.掌握中小型淤地掌握中小型淤地坝设计坝设计方法、步方法、步骤骤；2.在在1/1000地形地形图图上上进进行枢行枢纽纽布置；布置；3.拟拟定淤地定淤地坝坝断面形状及尺寸；断面形状及尺寸；4.进进行行坝坝坡坡稳稳定分析定分析计计算；算；5.设计设计溢洪道及放水建筑物；溢洪道及放水建筑物；6.绘绘制制设计图设计图；7.编编写写设计计设计计算算说说明明书书。48.二、设计任务、要求48.第三节淤地坝工程一淤地一淤地坝坝的概念的概念在沟道中在沟道中拦拦泥淤地所打的泥淤地所打的坝坝叫叫淤地淤地坝坝。在水土。在水土流失沟壑治理中流失沟壑治理中还还有一种型式的淤地有一种型式的淤地坝坝叫叫拦拦洪淤洪淤地地坝坝（骨干淤地（骨干淤地坝坝或治沟骨干工程），或治沟骨干工程），它除了具它除了具有淤地有淤地坝坝的作用外，的作用外，还还有控制有控制坝坝系洪水保系洪水保护护下游下游淤地淤地坝坝、水、水库库等运用安全的作用。等运用安全的作用。二淤地二淤地坝坝枢枢纽纽工程的工程的组组成及作用成及作用（一）淤地（一）淤地坝坝工程的工程的组组成及作用成及作用淤地淤地坝坝工程一般由三大件工程一般由三大件组组成，即成，即大大坝坝、溢洪、溢洪道，放水洞道，放水洞49.第三节淤地坝工程一淤地坝的概念49.50.50.51.51.52.52.53.53.54.54.55.55.56.56.57.57.58.58.59.59.（二）淤地（二）淤地坝坝枢枢纽纽工程工程组组成方案成方案选择选择1.三种三种组组成方案的特点成方案的特点(1)三大件三大件(2)两大件两大件(3)一大件一大件2.组组成方案成方案选择选择三、淤地三、淤地坝坝的分的分级级及及设计设计洪水洪水标标准准依据：重要性依据：重要性；失事后的危害性；失事后的危害性关系到关系到技技术术安全安全、工程的、工程的造价造价和建和建设设速度。速度。主要依据主要依据库库容容将淤地将淤地坝坝分分为为大（一）、大（二）大（一）、大（二）、中、小中、小四四级级。60.（二）淤地坝枢纽工程组成方案选择60.四、淤地坝库坝址选择好的好的坝坝址，址，应应淤地面淤地面积积大、工程量小、运用大、工程量小、运用安全可靠安全可靠（一）地形方面（一）地形方面（二）地（二）地质质方面方面（三）筑（三）筑坝坝材料方面材料方面（四）其它方面（施工、淹没（四）其它方面（施工、淹没损损失、文物等）失、文物等）五、枢五、枢纽纽工程布置工程布置（一）土（一）土坝坝布布设设轴线轴线短，分期加高，上下游，短，分期加高，上下游，协协调调（二）溢洪道（二）溢洪道长长短、地形、短、地形、进进出口出口（三）放水洞布（三）放水洞布设设卧管卧管竖竖井井输输水洞水洞出口出口61.四、淤地坝库坝址选择好的坝址，应淤地面积62.62.63.63.取水建筑物：取水建筑物：卧管卧管竖竖井井输输水建筑物：水建筑物：高程，消能高程，消能六、淤地六、淤地坝坝坝坝高、高、库库容及淤地面容及淤地面积积的确定的确定（一）（一）坝坝高、高、库库容和淤地面容和淤地面积积的关系的关系（二）淤地（二）淤地坝坝坝坝高与高与库库容的确定容的确定淤地淤地坝坝坝坝高一般由高一般由拦拦泥泥坝坝高高h拦拦，滞洪，滞洪坝坝高高h滞和安全超高滞和安全超高h三部分三部分组组成：成：即即坝坝高高：H=h拦+h滞+h64.取水建筑物：64.65.65.1拦拦泥泥库库容和容和拦拦泥泥坝坝高的确定高的确定当流域面当流域面积积、来沙量一定、来沙量一定时时，应应把把淤地面淤地面积积最大、工程量最小和达到最大、工程量最小和达到“水沙相水沙相对对平衡平衡”时时的相的相对坝对坝高作高作为设计拦为设计拦泥泥坝坝高。高。一般情况，可根据下式求出一般情况，可根据下式求出拦拦泥泥库库容容V拦拦或或再以再以V拦拦查坝查坝高高库库容曲容曲线线求得求得h拦拦66.1拦泥库容和拦泥坝高的确定66.2滞洪滞洪坝坝高的确定高的确定不不设设溢洪道溢洪道：一次：一次设计设计洪水洪水总总量量定定设设溢洪道溢洪道：调调洪洪计计算算3安全超高安全超高通常不作通常不作计计算，可按算，可按规规范范选选取取按上述方法求得坝高H后，应和现场实际地形对照，不合适应再调整。七、淤地七、淤地坝库坝库的的调调洪洪计计算算（一）（一）调调洪洪计计算目的任算目的任务务确定溢洪道下泄流量（决定溢洪道尺寸）、确定溢洪道下泄流量（决定溢洪道尺寸）、滞洪滞洪库库容和滞洪容和滞洪坝坝高。高。67.2滞洪坝高的确定67.（二）（二）调调洪洪计计算方法算方法用用简简化三角形法（小化三角形法（小坝坝不考不考虑虑滞洪作用）滞洪作用）68.（二）调洪计算方法68.V滞=Soac-Sobc=Q洪t3Q泄t3=t3（Q洪Q泄）洪水总量W洪=SoacQ洪t3t3=Q泄=Q洪（1)调洪计算方法、步骤：69.V滞=Soac-S 1 1由由计计划淹深假划淹深假设设h滞滞，再由，再由HV曲曲线线求得求得V滞滞2按公式按公式Q泄泄=Q洪洪（1）求）求Q泄泄3按堰流公式按堰流公式Q=MBH3/2求溢洪道求溢洪道宽宽度度B。经过经过多次假多次假设计设计算，最算，最终对终对工程作工程作经济经济、技、技术术比比较较，取一个合适的，取一个合适的B，该该B所所对应对应的的h滞滞，Q泄泄，V滞滞即即为调为调洪洪计计算所求。算所求。70.1由计划淹深假设h滞，再由HV曲线求得V滞70.（三）溢洪道（三）溢洪道顶顶坎低于淤地面坎低于淤地面时时的的调调洪洪计计算算适适应应条件：流域面条件：流域面积积大，水土流失大，水土流失严严重，沟道有重，沟道有常流水，常流水，须须防防盐盐碱化碱化采取措施：溢洪道采取措施：溢洪道顶顶坎高程降低（比淤地面低坎高程降低（比淤地面低1.52.5m）泄水滞洪泄水滞洪过过程程线线具有的特点：具有的特点：71.（三）溢洪道顶坎低于淤地面时的调洪计算适应条件：流域面积大72.72.溢洪道的最大下泄流量、排洪渠的最大流量溢洪道的最大下泄流量、排洪渠的最大流量与滞洪与滞洪库库容有如下关系：容有如下关系：V滞滞=W洪洪（1）系数系数1Q排排/Q洪洪Q排排=式中：式中：系数系数（1H2/H1）3/2H2坝坝地允地允许许洪水淹深洪水淹深H1排洪渠最大水深排洪渠最大水深 此时调洪计算求V滞及h滞可按下述步骤进行：73.溢洪道的最大下泄流量、排洪渠的最大流量（1）根据）根据坝坝地生地生产产要求（防洪要求（防洪标标准）确定溢洪道的准）确定溢洪道的宽宽度度Ba.根据允根据允许许淹深（淹深（0.51.5m）假）假设设H2。b.据假据假设查设查VH曲曲线线得得V允滞允滞c.根据根据V允滞允滞、Q洪洪、W洪洪，再据公式，再据公式Q排排=，求，求Q排排（试试算）算）d.按按Q排排=Q=MBH13/2求溢洪道求溢洪道宽宽度度B（2）根据工程安全要求（防洪）根据工程安全要求（防洪标标准）确定准）确定h滞滞、V滞滞及及Q泄泄a.根据工程安全假根据工程安全假设设h滞滞；b.再据假再据假设设h滞滞，查查VH曲曲线线得得V滞滞；74.（1）根据坝地生产要求（防洪标准）确定溢洪道的宽度B74.c.由假由假设设h滞滞，及上求得，及上求得B，据，据Q=MBH3/2=Q泄泄=MB（H1+h滞滞）3/2求求Q泄泄；d.用用Q洪洪、W洪洪及及Q泄泄用公式用公式V滞滞=W洪洪（1）求）求V滞滞；f.看看V滞滞与与b步步查查得得V滞滞是否相等，若不，是否相等，若不，则则另另设设h滞滞重复以上步重复以上步骤骤，直至相等，直至相等为为止。止。（四）（四）坝坝系系调调洪洪计计算算坝坝系系调调洪溢洪道洪溢洪道设计设计流量流量计计算可按下式算可按下式进进行：行：Q泄泄=(Q上上PQ区区P)（1）75.c.由假设h滞，及上求得B，据Q=MBH3/2=式中：式中：Q上上P频频率率为为P的上的上坝坝溢洪道溢洪道设计设计流量；流量；Q区区P上上坝坝之下本之下本坝坝控制区控制区间间面面积积，频频率率为为P时时的的设计设计洪峰流量；洪峰流量；V滞滞本本坝坝滞洪滞洪库库容；容；W上上P本本坝坝溢洪道开始溢流达最大溢溢洪道开始溢流达最大溢流流时时段内的上游工程下泄的洪水段内的上游工程下泄的洪水总总量；量；W区区P相相应应于于Q区区P的的设计设计洪水洪水总总量；量；调洪计算示例：76.式中：Q上P频率为P的上坝溢洪道设计流量；76.第四节 土坝设计一、土一、土坝坝的分的分类类及及坝坝型型选择选择（一）土一）土坝坝分分类类1.按施工方法：按施工方法：夯碾夯碾坝坝、水、水坠坝坠坝2.按土按土坝坝构筑构筑结结构构组组成材料分（土料在成材料分（土料在坝坝体内的位置及体内的位置及防渗体的位置）：防渗体的位置）：均均质质土土坝坝、心、心墙坝墙坝、斜、斜墙坝墙坝、铺铺盖盖坝坝等等按筑按筑坝坝材料分：材料分：土土坝坝、土石混合、土石混合坝坝按用途分：按用途分：拦拦泥生泥生产坝产坝、缓缓洪骨干洪骨干坝坝。77.第四节土坝设计一、土坝的分类及坝型选择77.78.78.拱拱坝坝79.拱坝79.砌石重力坝80.砌石重力坝80.81.81.淤地淤地坝坝坝坝型的型的选择选择主要是根据筑主要是根据筑坝坝材料、材料、坝坝址址处处地地质质、水文地、水文地质质和施工条件等来定。和施工条件等来定。对对黄土地区本着就地黄土地区本着就地取材一般取材一般选选用均用均质质土土坝坝。土石山区可考。土石山区可考虑选虑选用土石混合用土石混合坝坝。对对于断面呈于断面呈“V”字型的沟道（基岩），字型的沟道（基岩），还还可考可考虑虑拱拱坝坝。由于黄土区最常。由于黄土区最常见见的是均的是均质质土土坝坝（夯碾（夯碾坝坝、水、水坠坝坠坝），故本章如非着意指出，我，故本章如非着意指出，我们们所所说说的淤地的淤地坝坝一般指均一般指均质质土土坝坝。（二）（二）坝坝型型选择选择1.1.均均质质土土坝坝2.2.非均非均质质土土坝坝两种土料筑成，透水性小的土料作防两种土料筑成，透水性小的土料作防渗体渗体3.心心墙墙、斜、斜墙墙、铺铺盖、混合盖、混合坝坝说说明：明：淤地淤地坝对坝对防渗性的要求小于水防渗性的要求小于水库库的要求，因而常用均的要求，因而常用均质质坝坝，一般粘土、砂土均可用。，一般粘土、砂土均可用。82.淤地坝坝型的选择主要是根据筑坝材二、坝土料选择（一）土料特性（一）土料特性试验测试验测定定（二）碾（二）碾压坝压坝筑筑坝坝土料土料选择选择（三）水（三）水坠坝坠坝筑筑坝坝土料土料选择选择三、土三、土坝坝断面断面结结构构造及尺寸构构造及尺寸拟拟定定 坝坝高定后，断面尺寸高定后，断面尺寸还还包括包括坝顶宽坝顶宽，上下游，上下游边边坡等。坡等。（一）坝顶宽度 坝顶宽坝顶宽度与度与结结构，高度和交通要求等有关。可参构，高度和交通要求等有关。可参考表考表38。（二）（二）坝边坝边坡坡与与坝坝高、筑高、筑坝坝材料和施工方法等因素有关，参材料和施工方法等因素有关，参阅阅表表38。然后。然后经过经过上坡上坡稳稳定分析定分析计计算最算最终终确定。确定。83.二、坝土料选择（一）土料特性试验测定83.84.84.（三）坝坡马道当坡高超当坡高超过过1015m时时，考，考虑虑到施工、行人、到施工、行人、交通、排水和交通、排水和临时临时堆放材料之需，可在堆放材料之需，可在坝坝中部中部设设11.5m宽宽的人行的人行马马道（道（戗戗台）。台）。马马道上部道上部坝坝坡坡陡陡，下部下部缓缓。（四）坝坡保护上游上游坝坝面（淤地面以上）防面（淤地面以上）防风风浪，常用干砌石浪，常用干砌石保保护护。下游下游坝坝面防降雨冲刷，可种植牧草、灌木，面防降雨冲刷，可种植牧草、灌木，还还需作需作纵纵横向排水措施，特横向排水措施，特别别是是坝坝端与沟坡相接端与沟坡相接处处。（五）坝体排水85.（三）坝坡马道85.淤地淤地坝坝一般一般为为土土坝坝，其透水性和，其透水性和压实压实程度有关（与土程度有关（与土质质也有关），也有关），压实压实性好，透水性小，性好，透水性小，压实压实差，透水性差，透水性大。大。压实压实程度常用干容重表示，一般需要干容重程度常用干容重表示，一般需要干容重rd1.5rd1.5吨吨/m3/m3，低，低坝坝可小些。即便可可小些。即便可满满足要求，仍会足要求，仍会产产生渗漏。生渗漏。浸浸润线润线：渗透水流在：渗透水流在坝坝体中渗透形成的自由水面叫浸体中渗透形成的自由水面叫浸润润面，在横断面上形成的自由水面面，在横断面上形成的自由水面线线叫浸叫浸润线润线。浸浸润线润线以下土体以下土体为饱为饱和状，在浮力和渗透力作用下，和状，在浮力和渗透力作用下，土粒有效重量减少，可能会造成土粒有效重量减少，可能会造成坝坝体破坏。因此，采体破坏。因此，采取一些排水措施降低浸取一些排水措施降低浸润线润线的位置有重要意的位置有重要意义义。排水措施的作用就是有排水措施的作用就是有计计划的将渗水划的将渗水导导向向坝坝体下游，体下游，降低浸降低浸润线润线的位置，防止渗透破坏（流土，管涌）：的位置，防止渗透破坏（流土，管涌）：二是增加二是增加坝坝坡坡稳稳定，减小定，减小坝坝的断面尺寸。的断面尺寸。86.淤地坝一般为土坝，其透水性和压实程度有关（与土质也有关），压87.87.对对反反滤层滤层的要求：的要求：相相邻邻两两层层中，中，颗颗粒粒较较小的一小的一层颗层颗粒不得穿粒不得穿过颗过颗粒粒较较粗一粗一层层的孔隙；的孔隙；各各层层内的内的颗颗粒不能粒不能发发生位移；生位移；被保被保护护土壤的土壤的颗颗粒不得穿粒不得穿过过反反滤层滤层，但允，但允许细许细小的小的颗颗粒被渗流粒被渗流带带走。因走。因为为只要土骨架不被破只要土骨架不被破坏，就不致坏，就不致产产生渗透生渗透变变形；形；反反滤层滤层不能被堵塞，即不能被堵塞，即细细小小颗颗粒能自由通粒能自由通过过各各层层的孔隙；的孔隙；耐久、耐久、稳稳定，在使用其定，在使用其间间，不会随着，不会随着时间时间的推的推移和移和环环境的影响而改境的影响而改变变性性质质。88.对反滤层的要求：88.排水措施的作用排水措施的作用 ：降低浸降低浸润线润线的位置，防止渗透的位置，防止渗透破坏（流土，管涌）；二是增加破坏（流土，管涌）；二是增加坝坝坡坡稳稳定，减小定，减小坝坝的断面尺寸。的断面尺寸。常常见见的排水措施有下面几种：的排水措施有下面几种：1表面排水优优点点：用料少、便于施工：用料少、便于施工观观察、察、维维修，防止渗修，防止渗透破坏。透破坏。缺点：不能降低浸缺点：不能降低浸润线润线位置位置适用于：中、小型淤地适用于：中、小型淤地坝坝。反反滤层滤层：一般由一般由2到到3层层粒径不同的砂石料粒径不同的砂石料铺铺筑而成，筑而成，层层面与渗流方向近乎垂直，沿渗流方向粒径由小面与渗流方向近乎垂直，沿渗流方向粒径由小逐逐渐渐加大。加大。89.排水措施的作用：降低浸润线的位置，防止渗透破坏（流2棱式反滤体排水优优点点：降低浸：降低浸润线润线，支撑，支撑坝坝体，利于体，利于稳稳定定缺点缺点：用料多，：用料多，检检修麻修麻烦烦。具体尺寸，。具体尺寸，见书见书上。上。适用于适用于：大、中型土：大、中型土坝坝和水和水库库。3 3有水平砂沟的排水有水平砂沟的排水（褥（褥垫垫排水）排水）适用于适用于：不透水地基或透水性：不透水地基或透水性较较差的地基，差的地基，对对水水坠坠法施工排除法施工排除坝坝体水分非常有利。不太适体水分非常有利。不太适应应不均不均匀沉陷，我国使用不多。匀沉陷，我国使用不多。90.2棱式反滤体排水90.四、土坝稳定分析计算（一）土（一）土坝稳坝稳定分析定分析计计算的目的算的目的体体积积大，一般不会整体滑大，一般不会整体滑动动。稳稳定分析定分析计计算算的目的是求的目的是求稳稳定状定状态态下，最下，最优优的断面形状尺寸的断面形状尺寸。（二）土（二）土坝坝滑坡因素及滑坡形滑坡因素及滑坡形态态滑坡形滑坡形态态：圆圆弧、直弧、直线线或折或折线线 （三）土（三）土坝稳坝稳定分析定分析计计算的方法算的方法图图解法解法：中小型：中小型坝坝条分法条分法：大中型工程：大中型工程五、土坝分期加高设计问题 （一）分期加高（一）分期加高设计设计的依据和的依据和设计设计方法方法91.四、土坝稳定分析计算（一）土坝稳定分析计算的目的91.分期加高分期加高设计应设计应在在坝坝系系规规划划总总方案的基方案的基础础上上进进行。行。实实践中，加高多践中，加高多为为两到三次完成，两到三次完成，次次间间隔隔时间时间大大约约l0年，小型年，小型坝坝一次二至三年（完成）。一次二至三年（完成）。（1）当第一次当第一次坝坝高高设计设计不不设设溢洪道溢洪道时时，坝坝高除考高除考虑虑完完成工程量外，成工程量外，应为拦应为拦洪洪库库容（不包括安全加高容（不包括安全加高库库容）容）大于一次大于一次设计设计洪水洪水总总量相量相应应的的坝坝高。高。（2）当第一次）当第一次坝坝高高设计设计设设有溢洪道有溢洪道时时，先根据淤，先根据淤积积期期限确定限确定拦拦泥泥坝坝高，再根据高，再根据设计设计洪水洪水计计算滞洪算滞洪库库容，容，确定滞洪确定滞洪坝坝高，最后加上安全加高，即得第一次高，最后加上安全加高，即得第一次设设计坝计坝高。高。这这种种设计设计的防洪的防洪计计算，算，应应考考虑虑土土坝坝加高后加高后溢洪道溢洪道设设置置方案方案问题问题。92.分期加高设计应在坝系规划总方案的基础上进行。实践中，加高多为（二）分期加高（二）分期加高设计设计与与“三大件三大件”设计设计方案方案1.1.土土坝坝加高方案及加高方案及设计设计要求要求内坡加高法、外坡加高法、内坡加高法、外坡加高法、骑马骑马式加高法。式加高法。2.2.加高加高坝时坝时溢洪道溢洪道设计设计要求要求原形加高法、土渠加陡法、原形加高法、土渠加陡法、滚滚水水坝坝法法3.3.加高加高坝时坝时放水洞放水洞设计设计要求要求竖竖井：垂直加高法井：垂直加高法卧管：向上延伸加高法卧管：向上延伸加高法93.93.第五节淤地坝溢洪道一、位置一、位置选择选择1.工程量小工程量小2.地地质质良好良好3.溢洪安全溢洪安全4.水力条件好水力条件好二、布置形式二、布置形式1明渠式明渠式小型小型坝库坝库，泄洪流量小，泄洪流量小2堰流式堰流式跌水式跌水式陡坡式陡坡式94.第五节淤地坝溢洪道一、位置选择94.95.95.96.96.97.97.三、水力计算（一）明渠式（一）明渠式（二）陡坡式（二）陡坡式1.溢流堰尺寸溢流堰尺寸计计算算2陡坡段尺寸陡坡段尺寸计计算算计计算算临临界水深，界水深，临临界坡度界坡度ik,判断是否属陡坡判断是否属陡坡矩形：矩形：后由后由梯形梯形:(临临界水深关系式界水深关系式)试试算算98.三、水力计算（一）明渠式98.计计算陡坡算陡坡长长度（用几何关系）度（用几何关系）计计算正常水深算正常水深计计算算绘绘制水面曲制水面曲线线确定陡坡确定陡坡终终点的流速点的流速Va看其是否看其是否满满足不冲流速足不冲流速确定确定侧墙侧墙高度高度H=h+hB+hh水深水深hB掺掺气气时时的水深增加的水深增加值值，可按下式，可按下式计计算：算：流速流速V小于或等于小于或等于20m/s时时，hB=流速流速V大于大于20m/s时时，h安全加高，可取安全加高，可取0.51.0m99.计算陡坡长度（用几何关系）99.100.100.3消能段消能段底流消能底流消能;挑流消能挑流消能（1）消力池消能）消力池消能消力池消能水力消力池消能水力计计算的目的有两个：算的目的有两个：确定是否修建消力池确定是否修建消力池必必须进须进行水行水跃跃的的计计算算如需修建消力池，确定消力池的深度和如需修建消力池，确定消力池的深度和长长度。度。d=h-h下下式中式中:淹没系数，一般取淹没系数，一般取1.05-1.1h下下下游渠道的水深下游渠道的水深101.3消能段101.消力池的消力池的长长度度Lk：对对于矩形的断面于矩形的断面：LK=(4.34.9)h梯形断面梯形断面：Lk=5h(1+)B1水跌前断面水面宽，B1=b+2mhB2水跃后断面水面宽，B2=b+2mhm边坡比b底宽102.消力池的长度Lk：102.（2 2 2 2）挑流鼻坎消能）挑流鼻坎消能）挑流鼻坎消能）挑流鼻坎消能 优优优优点：点：点：点：省工省料（不建消力池）省工省料（不建消力池）省工省料（不建消力池）省工省料（不建消力池）节药节药节药节药投投投投资资资资 缺点：缺点：缺点：缺点：要求下游地基良好，最好是基岩，否要求下游地基良好，最好是基岩，否要求下游地基良好，最好是基岩，否要求下游地基良好，最好是基岩，否则则则则会引起会引起会引起会引起严严严严重的冲刷，重的冲刷，重的冲刷，重的冲刷，对对对对下游的河床下游的河床下游的河床下游的河床产产产产生破坏。生破坏。生破坏。生破坏。103.（2）挑流鼻坎消能优点：省工省料（不建消力池）节水力计算的任务：1计算挑流射程;2确定挑流鼻坎高程;3鼻坎反弧半径R;4挑射角;5对冲刷坑深度t作估算.104.水力计算的任务：104.四、溢洪道结构设计（一）溢洪道（一）溢洪道进进口段口段1引水渠引水渠基岩上基岩上土基上土基上2渐变渐变段段3溢流堰溢流堰为为溢洪道的控制段溢洪道的控制段过过水断面多水断面多为为矩形矩形105.四、溢洪道结构设计（一）溢洪道进口段105.106106.106.107107.107.108.108.溢流堰建在溢流堰建在土基上土基上 宽顶宽顶堰堰 岩基上岩基上 实实用堰用堰底板底板浆浆砌石，作砌石，作齿墙齿墙由三部分由三部分组组成成过过水堰水堰浆浆砌石砌石边边墩墩浆浆砌石砌石挡挡土土墙墙，比溢流面高，比溢流面高0.51.0m。溢流堰上有溢流堰上有时设时设工作工作桥桥，可用，可用钢钢筋混凝土板建造，筋混凝土板建造，宽宽1.53.0m。109.溢流堰建在土基上宽顶堰109.110.110.111.111.（三）陡坡段（三）陡坡段建立在建立在：土基：土基纵纵坡坡1:31：5岩基岩基纵纵坡坡1：11：31侧侧垟垟基基础础 断面形状断面形状 是否是否衬衬砌砌岩基岩基矩形矩形需需凿凿平或用混凝土砂平或用混凝土砂浆浆抹面抹面土基土基梯形梯形需用需用浆浆砌石或混凝土砌石或混凝土衬衬砌砌,边边坡比坡比1：11：3浆浆砌石砌石衬衬砌砌厚厚0.30.4m混凝土混凝土衬衬砌厚砌厚0.10.15m为为防止不均匀沉陷及施工方便，沿水流方向每隔防止不均匀沉陷及施工方便，沿水流方向每隔58m留留一沉陷一沉陷缝缝。112.（三）陡坡段建立在：土基纵坡1:32陡槽底板陡槽底板基基础础是否是否衬衬砌砌衬衬砌厚砌厚岩基：良好岩基：良好可不可不衬衬砌，砌，仅凿仅凿平即可平即可不良，流速大不良，流速大用用块块石或混泥土石或混泥土衬衬砌砌浆浆砌砌块块石石衬衬砌砌厚厚0.250.4m混凝土混凝土衬衬砌厚砌厚0.10.15m土基：土基：必必须衬须衬砌砌浆浆砌砌块块石石衬衬砌砌厚厚0.30.5m底板和底板和侧侧垟垟统统一分一分缝缝113.2陡槽底板113.对对于于风风化破碎的岩基底板用混凝土化破碎的岩基底板用混凝土衬衬砌砌时时，可加，可加设设适量适量锚锚筋筋对对于土基上的陡槽底板，在底板下于土基上的陡槽底板，在底板下铺设铺设一一层层厚厚约约0.10.2m的碎石、砂卵石的碎石、砂卵石垫层垫层，防，防冻冻底板下底板下还应设还应设置置纵纵横向排水沟横向排水沟，防，防扬压扬压力力陡槽中流速陡槽中流速较较大，高速水流易使底板大，高速水流易使底板产产生震生震动动，对对底板的厚度底板的厚度进进行行较较核：核：=0.03aV(m)要求底板的厚度要求底板的厚度（计计算所得）算所得）114.对于风化破碎的岩基底板用混凝土衬砌时，可加设适量锚筋114底板厚底板厚a地基条件系数地基条件系数密密实实的粘土和的粘土和亚亚粘土粘土a=0.8中等密中等密实实的粘土的粘土a=1.0亚亚砂土和砂砂土和砂a=1.52.0V流速（流速（m/s）h水深（水深（m）115.底板厚115.（四）消力池116.（四）消力池116.强强度高度高抗抗冻冻性能好性能好浆浆砌砌块块石建造，石建造，块块石石质质地良好，砂地良好，砂浆标浆标号不号不小于小于M7.5，混凝土，混凝土标标号不小于号不小于C15。浆浆砌砌块块石修筑，池底厚石修筑，池底厚0.30.5m,池前端池前端设设置置齿墙齿墙，深，深0.51.0m，厚，厚0.30.5m，底板下，底板下设设反反滤滤排水孔，排水孔，侧墙侧墙构造同于陡槽，底板厚构造同于陡槽，底板厚为为可靠起可靠起见见，可用下式校核：可用下式校核：KVch收收缩缩断面断面处处水深，可取水深，可取跃跃前水深；前水深；Vc收收缩缩断面断面处处流速；流速；K系数，系数，Kc=0.03+0.17sin陡槽未端射流与水平面陡槽未端射流与水平面夹夹角，角，117.强度高117.第五节放水工程设计设计主要包括以下几个方面的任务：选择位置、型式布置、水力计算、结构设计一、放水洞的一、放水洞的组组成形式及作用成形式及作用（一）（一）组组成形式成形式1.卧管卧管平孔、立孔、斜孔平孔、立孔、斜孔2.竖竖井井孔：孔：2030cm3.卧管涵洞及卧管涵洞及输输水涵洞水涵洞4.输输水涵洞出口段水涵洞出口段注意消能注意消能118.第五节放水工程设计设计主要包括以下几个方面的任务：119.119.120.120.121.121.122.122.123.123.124.124.（二）作用（二）作用二、工程布二、工程布设设（一）位置（一）位置选择选择地地质质，进进口高程，口高程，纵纵坡坡（二）放水洞布（二）放水洞布设设纵纵坡，消能坡，消能三、水力三、水力计计算算（一）卧管（一）卧管卧管上端卧管上端应应高出高出坝库坝库最高水位最高水位12m。顶顶部部须设须设通气孔。卧管涵洞水流通气孔。卧管涵洞水流应应保持无保持无压压自由自由流，流，为为此其高度此其高度应应比正常水深增大比正常水深增大34倍倍；若若为圆为圆管，正常水深管，正常水深约为约为管径的管径的40。125.（二）作用125.126.126.水力水力计计算：算：确定确定进进水孔尺寸；水孔尺寸；卧管涵洞断面尺寸。卧管涵洞断面尺寸。1卧管放水孔直径水力卧管放水孔直径水力计计算算开启上下两孔开启上下两孔时时：设计卧管、涵洞、消力池应以加大流量Q加为设计依据。127.水力计算：127.2卧管涵洞尺寸卧管涵洞尺寸计计算算按明渠均匀流公式按明渠均匀流公式计计算算卧管高度卧管高度应较应较正常水深大正常水深大34倍，倍，圆圆管水深不管水深不超超过过其直径的其直径的40%。注意注意检检修要求。修要求。（二）消力池（二）消力池池池长长：L=（39）h最小池深：最小池深：do=1.25(hho)ho输输水洞水深水洞水深为为保保证证池内池内产产生淹没式水生淹没式水跃跃，还应满还应满足：足：水水跃跃淹没系数淹没系数128.2卧管涵洞尺寸计算128.129.129.（三）（三）竖竖井井1放水孔尺寸放水孔尺寸孔口出流公式：孔口出流公式：Q=若采用上、下两若采用上、下两对对孔同孔同时时放水：放水：Q=Q上上+Q下下=2消力井尺寸消力井尺寸可按每立方米容可按每立方米容积积水体消能水体消能7.58.0千瓦千瓦计计算算当水流从放水孔跌入消力井，高度当水流从放水孔跌入消力井，高度H和流量和流量Q一定一定时时，水流所具有的能量，水流所具有的能量：N=9.81QrH=9.81QH（千瓦）（千瓦）消力池容消力池容积积：=1.23QH（m3）130.（三）竖井130.（四）（四）输输水涵洞水涵洞方涵：适用于跨度小方涵：适用于跨度小拱涵：适用于跨度和流量拱涵：适用于跨度和流量较较大的情况大的情况混凝土管：适用中高混凝土管：适用中高坝坝和填土和填土压压力力较较大的大的坝坝下涵下涵管管131.（四）输水涵洞方涵：适用于跨度小131.1无无压压流砌石涵洞流砌石涵洞水深不大于洞高水深不大于洞高3/4，求出尺寸，求出尺寸应应便于便于检检修修。2混凝土涵管混凝土涵管无无压压：有有压压：（短管自由出流的流量公式）（短管自由出流的流量公式）涵洞出口的消能涵洞出口的消能问题问题，同于溢洪道出口。，同于溢洪道出口。四、工程四、工程结结构构设计设计（一）卧管与消力池的（一）卧管与消力池的结结构构计计算算132.1无压流砌石涵洞132.133.133.1条石和条石和砼砼盖板厚度盖板厚度h可按下式可按下式计计算取大算取大值值A按最大弯矩按最大弯矩计计算算B按最大剪力按最大剪力计计算算2混凝土盖板混凝土盖板当按上式求得的当按上式求得的砼砼或条石盖板或条石盖板厚度厚度较较大大时时，应应考考虑虑采用采用钢钢筋混凝土盖板筋混凝土盖板（二）（二）竖竖井的井的结结构构设计设计竖竖井通常用井通常用浆浆砌石建造，断面砌石建造，断面为圆为圆形，一般形，一般井壁厚井壁厚0.30.6m，根据井高，可等厚，可不等厚，根据井高，可等厚，可不等厚（上薄下厚），其（上薄下厚），其结结构构设计设计主要校核壁厚。主要校核壁厚。134.1条石和砼盖板厚度h可按下式计算取大值134.(三三)坝坝下下输输水涵洞水涵洞输输水洞常用盖板方形涵洞，拱形砌石涵洞，水洞常用盖板方形涵洞，拱形砌石涵洞，圆圆形形钢钢筋混凝土涵洞筋混凝土涵洞1盖板方涵盖板方涵适用条件：填土适用条件：填土较较低，低，Q较较小小断面：高而窄，断面：高而窄，应满应满足无足无压压流及流及检检修要求。修要求。2拱型砌石涵洞拱型砌石涵洞适用条件：适用条件：坝坝高，高，Q较较大大3混凝土管混凝土管适用条件：适用条件：Q较较小，上部填土小，上部填土压压力不大力不大时时用混用混凝土管，断面凝土管，断面圆圆形，常用形，常用C15混凝混凝土建造。土建造。135.(三)坝下输水涵洞135.此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！