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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,1,、土石坝概况,（,1,）土石坝定义,土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝，也称,当地材料坝,。,当坝体材料以土和砂砾为主时，称,土坝,；,以石渣、卵石、爆破石料为主时，称,堆石坝,。,土石坝是历史最为悠久的一种坝型。目前，土石坝是世界坝工建设中,应用最为广泛和发展最快,的一种坝型。,1、土石坝概况,1,历史最悠久，数量最多。,高土石坝：前苏联的罗贡坝,(335m),、努列克坝,(300m),。,世界土石坝按国家或,地区分类统计图,100,36235,总 计,1.4,489,支墩坝,4.4,1592,拱 坝,11.5,4180,重力坝,82.7,29974,土石坝,%,已建坝数,坝 型,历史最悠久，数量最多。世界土石坝按国家或10036235 总,2,小浪底水利枢纽开发目标以防洪、防凌、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电，是我国治理开发黄河的关键性工程。这座大坝高,154,米，总填筑量,5185,万立方米，是我国迄今为止最大的土石坝。,小浪底水利枢纽开发目标以防洪、防凌、减淤为主，兼顾供水、灌溉,3,小浪底,大坝心墙碾压,小浪底大坝心墙碾压,4,大伙房水库,大伙房水库,5,密云水库（土坝）,密云水库（土坝）,6,碧口水电站坝高,101.8,米，,1976,建成，为当初亚洲最高的土石混合坝。曾考虑拆除，后,2007,年开工改建成砼坝。,2008.5.12,汶川大地震出现整体位移。,碧口水电站坝高101.8米，1976建成，为当初亚洲最高的土,7,碧口（土石坝）,碧口（土石坝）,8,80,年代引黄济青棘洪滩水库大坝为亚洲最长的平原围坝，坝轴线长,14.27,公里，水库库容,1.45,亿立方米,80年代引黄济青棘洪滩水库大坝为亚洲最长的平原围坝，坝轴线长,9,利用风化岩混合料作心墙进行坝体填筑，节省投资,1946,万元,利用风化岩混合料作心墙进行坝体填筑，节省投资1946万元,10,（,2,）土石坝使用广泛的原因：,筑坝材料可以就地取材，,可节省大量钢材和水泥,，免修公路；,结构简单，工作可靠，便于维修和加高、扩建；,较能适应地基变形,，对地基的要求比砼坝要低；,施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工。,（,3,）土石坝的不足,坝顶不能过流,，必须另开溢洪道（散粒体结构）；,施工导流不如砼坝便利（不能分期导流，坝身不能过流）；,对,防渗要求高,；,因为剖面大，所以填筑量大而且施工容易受季节影响。,（2）土石坝使用广泛的原因：,11,2,、土石坝的工作条件和设计的一般要求,土石坝是一种,散粒体结构,。,特点：,颗粒间存在较大孔隙,渗流问题；,颗粒间相互粘结能力很差,冲刷问题；,各颗粒间易产生相对位移,沉陷问题。,2、土石坝的工作条件和设计的一般要求,12,（,1,）渗流问题,渗透水流的表面,浸润面,浸润面与垂直面的交线,浸润线,土石坝挡水后，在上游,水压力作用下,，坝体内形成渗流，饱和区土石料承受上浮力，减轻了抵抗滑动的有效重量；浸水后土石料的抗剪强度降低；渗流从坝坡、坝基或河岸逸出时可能引起,管涌,、,流土,等渗流破坏。,土坝浸润线示意图,（1）渗流问题土坝浸润线示意图,13,（,2,）冲刷问题,由于颗粒间相互粘结能力很差，土坝的抗冲能力很低。（雨水冲刷或风浪作用下，坝面易破坏或坍塌）。所以上下游边坡均需采取护坡措施。,护坡：占总体造价的,10%,上游坝坡受波浪淘刷、渗流、冰冻等破坏作用；,上游护坡：砌石护坡、堆石护坡、沥青砼护坡等；,下游面有雨水、风、动物、根部发达的植物以及干裂等破坏。,下游护坡：碎石或砾石护坡，还可采用草皮护坡。,丹江口大坝加高工程左岸土坝护坡,（2）冲刷问题丹江口大坝加高工程左岸土坝护坡,14,（,3,）沉陷问题,颗粒间存在较大孔隙，各颗粒间易产生相对位移。,自重和水压力作用下，土石坝有明显沉陷变形，且是不均匀沉陷。,后果,挡水高度不够；,引起坝的裂缝。,（,4,）其他问题,冰冻,结冰（冻涨），融化（坍塌）；,地震,饱水细砂遇震液化；,动物筑窝,在坝身内筑造洞穴等。,（3）沉陷问题,15,（,5,）土石坝的设计要求,为使土石坝安全有效地工作，在设计方面的一般要求：,坝体和坝基在各种情况下必须稳定,合理坝身剖面尺寸，土石料的填筑质量要求，相应的地基处理；,满足防渗要求,（水库水量不过多损失，坝身坝基无渗透变形破坏）,上游堵下游排；,不允许水流漫顶,，要求坝体有一定的超高；,防止波浪、冰冻、暴雨及气温变化对坝的破坏,对边坡及坝顶采取防护措施；,安全使用前提下，,力求经济美观,。,（5）土石坝的设计要求,16,3,、土石坝的类型,（,1,）按筑坝的施工方法分类,干法,抛填式堆石坝，定向爆破堆石坝，碾压式土石坝；,湿法,水力冲填坝，水坠坝。（把水提引到两岸高处的取土场，将土形成泥浆，沿输泥渠道流入河谷，脱水固结，形成均匀密实的土坝）,（,2,）按土料在坝身内的配置和防渗体的材料分类,均质坝；,粘土心墙和斜墙坝；,人工材料心墙和斜墙坝；,多种土质坝；,土石混合坝。,3、土石坝的类型,17,均质坝,坝体剖面的全部或绝大部分由一种土料填筑（,各种壤土,）。,优点：材料单一，施工简单；,缺点：当坝身材料粘性较大时，,雨季或冬季施工较困难。,粘土心墙和斜墙坝,粘土心墙,用透水性较好的砂或砂砾石做坝壳，以防渗性较好的粘性土作为防渗体设在坝的剖面中心位置；,粘土斜墙坝,防渗体置于坝剖面靠近上游的一侧。,粘土心墙坝,粘土斜墙坝,均质坝粘土心墙和斜墙坝粘土心墙坝粘土斜墙坝,18,塑性心墙和斜墙坝各自优缺点：,心墙坝,优点：坡陡，坝剖面较均质坝小，工程量少，心墙占总方量比重不大，因此施工受季节影响相对较小；,缺点：要求心墙与坝壳大体同时填筑，干扰大,一旦建成，难修补；,斜墙坝,优点：斜墙与坝壳之间的施工干扰相对较小，在调配劳动力和缩短工期方面比心墙坝有利；,缺点：上游坡较缓，粘土量及总工程量较心墙坝大，抗震性及对不均匀沉降的适应性不如心墙坝。,塑性心墙和斜墙坝各自优缺点：,19,人工材料心墙和斜墙坝,防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料制成，其余部分用土石料构成。,人工材料心墙坝,人工材料斜墙坝,多种土质坝,坝身主要部分有多种土料填筑的坝。,土石混合坝,如坝址附近砂、砂砾不足，而石料较多，,上述的多种土质坝的一些部位可用石料,代替砂料。,多种土质坝,人工材料心墙和斜墙坝人工材料心墙坝人工材料斜墙坝多种土质坝多,20,上述五种基本结构型式只是大致分类，实际工程中，坝身有各种土料布置方式，坝与地基有各种连接方式和各种防渗、排水措施。,土坝型式不管如何变化，但有一个,基本布置原则,（除均质坝）,将,弱透水材料,布置在上游或中央起防渗作用，而将,透水性强（同时抗剪强度高）的材料,布置在下游或两侧起支撑作用，维持稳定并便于排除渗水。,1-,弱透水材料（防渗）,2-,透水性强且抗剪强度高材料（支撑）,上述五种基本结构型式只是大致分类，实际工程中，坝身有各,21,4,、筑坝土料的性质,(1),粘性土,颗粒小，结构密，水流不宜渗透，,适宜做防渗材料,。,但压实困难，干燥时易开裂，不能做均质坝。,(2),非粘性土,包括粉粒、砂粒、砾石、卵石等。凝聚力低但内摩擦力大，常用于坝体边坡稳定。,不能做防渗体，只能做支撑体,。,砾石、卵石颗粒间空隙很大，透水性强，,常做排水设备的材料,。,(3),壤土和砂壤土（粘粒、粉粒、砂粒按一定比例混合的土壤）,介于粘性土和非粘性土之间，既有粘性土的防渗性，又有非粘性土的稳定性（内摩擦力），也较易压实，,常用来做单种土质（均质）坝,。,4、筑坝土料的性质,22,5,、土石坝的剖面及构造,（,1,）土石坝的组成,土石坝一般有四部分：,1-,坝身、,2-,防渗体、,3-,排水设备和,4-,护坡,。,坝身,是土石坝的主体，坝的稳定主要靠它维持；,防渗体,的作用是降低浸润线，防止渗透破坏和减少渗透水量；,排水设备,的作用是安全地排除渗透水，增强下游坝坡的稳定性；,护坡,的作用是防止波浪、冰层、温度变化、雨水和水流等对坝坡的破坏。,1,2,3,4,4,5、土石坝的剖面及构造12344,23,（,2,）土石坝的剖面,土石坝的基本剖面是一个,梯形,，它的尺寸主要应满足挡水、边坡稳定和防渗要求。,剖面的基本尺寸包括：坝顶高程、坝顶宽度、坝体坡度以及防渗体和排水设备的轮廓尺寸等。,坝顶高程,坝顶高程水库静水位,+,波浪爬高,+,安全超高,坝的级别,1,2,3,4,、,5,设 计（正常）,1.5,1.0,0.7,0.5,校核,（非常）,山区、丘陵区,0.7,0.5,0.4,0.3,平原、滨海区,1.0,0.7,0.5,0.3,（2）土石坝的剖面坝的级别1234、5设 计（正常）1,24,坝顶宽度,坝顶宽度按构造、施工、运行和抗震等因素综合确定。如无特殊 要求，高坝可选用,10,15m,，中低坝选用,5,10m,，常取,H/10,。,坝坡,坝坡与坝型、坝高、筑坝材料、坝基性质以及施工方法有关，一般参照工程实践类比拟定，然后核算、修改确定。在满足稳定的前提下，尽可能节约工程量。,均质坝,的上下游坡度比,心墙坝,的坝坡缓；,粘土斜墙坝,的上游坡比,心墙,的坝坡缓，而下游坝坡可比,心墙,坝陡些；,土料相同时上游坡缓于下游坡；,粘土均质坝,的坝坡与坝高有关，坝高越大坝坡越缓；,碾压式堆石坝,的坝坡比,土坝,陡。,坝顶宽度,25,（,3,）土石坝的主要构造,防渗体,均由渗透系数较小的,粘性土料,构成，其尺寸和结构需满足减小渗透量、降低浸润线和控制渗透坡降的要求。,顶部应在上游最高水位以上，厚度由上向下逐渐加厚。两侧应设反滤层保护，防止渗透变形。,（3）土石坝的主要构造,26,排水设备及反滤层,排水设备：,降低坝体浸润线，有利于下游坝坡稳定并防止土坝可能 出现的渗透破坏，常设在下游坝址处。,反滤层：,设在渗透坡降较大，流速较高，土壤易于变形的渗流出口处或进入排水处，沿水流方向由细粒到粗粒的砂土分层构成，保护坝体或地基土粒不被渗水带走。,常见的排水设施：,棱体排水,褥垫排水,贴坡式排水,综合式排水,排水设备及反滤层,27,棱体排水,棱体排水,在下游坝脚处用块石堆成棱体，需设反滤层，适合下游有水的所有坝型。,褥垫排水,平铺在下游侧的坝基上，周围布置反滤层构成水平排水体，伸入坝体长度,1/3,1/4,坝底宽。显著降低浸润线，适合下游无水或低水位的坝型。,贴坡式排水,又称表层排水。设置在下游坝坡底部，由,1,3,层堆石或砌石构成，在石块与坝坡之间应设反滤层。不能降低浸润线，适合下游无水的均质坝。,褥垫排水,贴坡式排水,棱体排水 棱体排水褥垫排水贴坡式排水,28,综合式排水,也称组合式排水，将上述几种排水混合使用。,综合式排水,综合式排水综合式排水,29,6,、土坝的渗流、稳定和沉陷,（,1,）渗流分析的概念,土坝渗流分析的目的,确定经济可靠的坝型和合理的结构尺寸提供重要依据。,土坝渗流分析的内容,确定坝身浸润线位置；,确定坝体及坝基渗流量，估算水库的渗漏损失；,确定坝体和坝基渗流逸出区的渗流坡降，检查产生渗透变形的可能性；,土坝浸润线示意图,渗流示意图,6、土坝的渗流、稳定和沉陷土坝浸润线示意图 渗流示意图,30,土坝的渗流及渗透破坏,浸润线以下土体空隙中充满渗透水，土体呈饱和状态，受到浮力和渗透力的作用。,浮力减少了土体的有效重量，降低土的抗剪强度；,渗透力沿渗透水流方向作用在土体上，使下游边坡可能产生坍塌。,土坝的渗流及渗透破坏,31,渗透变形,指由于渗流坡降太大或其他原因导致坝内土体或坝基土体的抗剪力不足以维持自身稳定而发生管涌、流土甚至坍塌的现象。,管涌,（小颗粒受渗透力作用在大颗粒间移动）,流土,（在渗流出口处，渗透力使一定范围土体或坝基表面掀动浮起）,在土坝设计中，应控制其渗透坡降，防止渗透变形的发生。,美国爱达荷州东南部,teton,河谷上的,teton,大坝破坏,渗透变形美国爱达荷州东南部teton河谷
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