金家坝课程设计金家坝上坝线斜墙坝方案

水利水电工程专业专项设计说明书水 工 建 筑 物 课 程设计题目： 土坝设计（金家坝水利枢纽） 班 级： 水电1141 姓 名 韩 磊 指导教师： 孙立宇 长春工程学院水利与环境工程学院水 工 教 研 室2013 年 12 月 22 日目 录1.设计基本资料11.1工程概况11.2水文气象11.2.1 流域概况11.2.2 气象资料11.3地形地质条件21.3.1 水库区工程地质条件21.3.2 坝址区的地质概况21.3.3 上坝线工程地质评价21.3.4 坝址区的物理地质现象与边坡稳定评价31.3.5 坝址基岩物理力学参数31.4金家坝大坝41.4.1 设计标准41.4.2 平面布置41.4.3 溢洪道布置51.5 其他设计资料51.5.1 工程特征水位51.5.2 地震烈度61.5.3 筑坝材料的技术指标61.6 设计内容与要求71.6.1 设计目的71.6.2 设计内容81.6.3 设计成果82 坝址及坝型的选择92.1 坝址的选择92.2 坝型选择93 坝工设计123.1 坝顶高程的确定123.2坝顶宽度143.3坝坡的确定153.4坝体分区153.5趾板163.6坝体排水163.7分缝和止水173.8坝基处理174 渗流计算184.1 水库特征水位184.2 计算原理184.3 计算结果：195 土石坝坝坡稳定分析及计算215.1设计说明215.1.1 设计任务215.1.2 计算工况215.1.3 计算方法215.2 .稳定计算225.2.1基本原理与计算方法225.2.2上游水位大约在坝底以上1/3坝高处的上游坝坡226. 土石坝细部构造设计及土料的选择256.1坝顶256.2护坡256.3 排水体256.4坝体与坝基防渗设计266.5土石坝土料的选择266.5.1 坝壳对土石料要求266.5.2防渗体对土石料的要求276.5.3 排水设施和护坡的结构布置276.5.4 反滤层的结构布置277.地基处及裂缝处理277.1 坝基清理277.2 土石坝的防渗处理287.3 土石坝与坝基的连接287.4土石坝与岸坡的连接287.5裂缝处理288.主要参考文献30谢辞3131 / 35文档可自由编辑打印1.设计基本资料1.1工程概况 金家坝水电枢纽工程位于重庆市酉阳县双河镇官清乡、小河乡境内，由枢纽区、引水系统和电站厂房等组成。根据甘龙河的流域规划，水电开发分四级开发，即营盘岭、堰塘湾、金家坝和五堆电站，金家坝水电枢纽工程为第三级。坝址位于乌江的支流甘龙河下游，距金家坝镇1.0km，距酉阳县城47km，枢纽位于官清乡。水库大坝地理坐标东经108419北纬283728，北距酉阳县城47km，南距李溪镇23km，坝址和厂房均有乡村公路与国道319和326线相连，交通较方便。金家坝水电枢纽工程是重庆市“十一五”重点能源建设项目之一，工程任务以发电为主，兼有潜在的防洪、灌溉功能，并为人畜饮水、水产养殖及旅游等综合利用提供有利条件。金家坝水电枢纽工程建成后，将加快甘龙河流域其他梯级电站的开发进程，有效缓解重庆统调电网电力供应紧张局面，提高电网的可靠性和经济性，促进酉西片区产业结构调整和库区旅游快速发展。1.2水文气象1.2.1 流域概况水电枢纽工程位于乌江流域下游一级支流甘龙河的中游。河流全长106km，河道天然落差804m，平均比降7.1，流域总集水面积1700km2。1.2.2 气象资料本工程所在流域属于中亚热带湿润季风气候区，全年四季分明，气候温和而冷暖不均，雨量充沛而分布不均，云雾多、霜雪少、日照少，冬季干冷、夏季多雨常有伏旱、秋季凉爽多绵雨。据流域内酉阳县气象站1959-2001年资料统计多年平均降雨量1355mm、最大年降雨量1928.mm（1967年）、最小年降雨量849.8mm（1988年）；多年平均蒸发量949.4mm（20cm蒸发皿），多年平均气温14.9、极端最高温度37.5、极端最低气温-7.8；多年平均风速0.8m/s、多年平均最大风速18m/s。据流域内的酉阳气象站资料分析，暴雨发生在5月-9月，大暴雨多发生在6、7月份，一次暴雨持续时间为1d-3d，主要集中在1d以内，实测24h最大暴雨量达220.6mm(1955年)，大暴雨量占3d雨量的60%以上。1.3地形地质条件 1.3.1 水库区工程地质条件坝址属侵蚀地貌单元的低山地形。谷底高程348.2m352.3m，山顶高程460.0m550.0m以上，比高大于100m。左岸山体较宽厚，山坡一般坡度28-35；右岸山体呈北东南西向的半岛状山体，山坡一般坡度30-40。坝址甘龙河整体流向自东向西，河谷呈不对称的“U”字型，河水面宽50m-60m，水深0.5m-1.5m。水库与其邻谷榕西河和甘龙河下游河段之间分布有闭合的区域性隔水地层，封闭条件良好，故不存在库水向邻谷渗漏问题。水库属峡谷型水库，岸坡陡峻，在正常蓄水位附近，基本为岩质岸坡，不存在浸没问题。库区共发育滑坡体20处，由于方量有限且远离坝址，对大坝安全无影响。建库后，在正常蓄水位与消落水位之间的覆盖层将产生小面积的坍岸。 1.3.2 坝址区的地质概况坝址属侵蚀地貌单元的低山地形。谷底高程348.2m352.3m，山顶高程460.0m550.0m以上，河水面宽50m-60m，水深0.5m-1.5m。坝址区分布的地层主要是志留系浅海碎屑沉积岩和第四系松散堆积物。坝址位于鸡公岭复式背斜的北西翼，岩层走向N15-60E，倾向NW，倾角30-45。坝址区发育f40、F9断层。基岩主要发育三组陡倾角节理。坝址区一般岩石强风化带4m-5m，中等风化带厚度20m-38m。 1.3.3 上坝线工程地质评价（1）建基标准建议在中等风化岩带的上部，坝体部位需将两岸山坡覆盖层及左岸滑坡体清除后置于强风化岩体上。河床坝体可置于砂卵石上。（2）地基处理建议由于建基岩石完整性差，地基应进行固结灌浆处理。粉砂质页岩岩质软弱，风化速度快，开挖后应立即采取保护措施。（3）防渗帷幕建议防渗帷幕灌浆应深入到相对隔水层（q22-0.0750.075-0.00522-0.0750.075-0.005150150-8080-4040-2020-55-2.52.5- 1.251.25- 0.630.63- 0.3150.315-0.158 0.158级配含量%上游统计组数1010101010101010101010最大值33.315.821.428.9196.3441182.22.1最小值2.22.610108.32.21.71.80.70.30.3平均值21.86.916.218.617.83.92.85.441.41.2下游统计组数1010101010101010101010最大值3118.62224.824.210.87.921.422.83.21.4最小值03888.122.26.83.20.50.3平均值10.36.615.314.517.365.113.69.31.30.71.6 设计内容与要求1.6.1 设计目的通过设计巩固、加深、扩大所学的基础理论和专业知识，并达到进一步系统化。培养学生运用所学知识，解决实际工程技术问题的能力，能初步掌握设计原则，设计方法和步骤。培养学生独立思考、独立工作能力，通过毕业设计加强计算、绘图、编写设计文件、使用规范等方面能力的培养。1.6.2 设计内容枢纽布置根据有关资料进行枢纽布置，阐明枢纽中建筑物的作用、布置原则、布置方案的比较，选择与确定，本设计坝轴线已知。坝工设计包括坝型选择、剖面设计、平面布置、绘出坝体平面图及坝体中最大剖面图。根据地形、地质坝型等因素，沿坝轴线选取若干典型剖面，计算坝体渗流流量，总渗流流量及坝内浸润线。计算工况：上游正常蓄水位与下游相应最低水位 上游校核水位与下游相应最低水位稳定计算:对坝体最大剖面、典型剖面，折线法验算下列情况的坝坡稳定性。计算工况：库水位最不利时的上游坝坡（折线法）上游正常蓄水位，下游相应最低水位的下游坝坡（圆弧法）校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡（圆弧法）施工或竣工期的上下游坝坡稳定计算（圆弧法）细部构造设计及土料的选择包括：坝顶、护坡、防渗体、排水体、马道、坝面排水沟等。地基处理，及裂缝的处理包括：开挖、清理、防渗、加固处理等布置措施等。工程量计算1.6.3 设计成果 包括：设计说明书、计算书各一份，（时间关系也可说明书、计算书合并写） 设计成果图24张，内容为大坝平面布置图，下游立视图，坝体最大剖面及典型剖面图细部构造图。2 坝址及坝型的选择2.1 坝址的选择 选址的原则：首先，应尽量选择地形上最有利的坝址，如坝轴线较短，河谷较窄，便于布置泄水建筑物等。坝址与地质条件是影响坝址选择的最重要因素之一。坝址附近的建筑物分布情况，影响到坝址的选择。水库区的淹没情况也是选择坝址的重要因素。坝址还必须结合河流规划统一考虑。施工条件也是选择坝址的因素之一。水库及水利枢纽的管理条件也应在选择坝址时予以应有注意。施工工期长短也影响着坝址的选择。综合以上所有因素充分进行调查研究，权衡利弊，综合考虑选定坝址。在所有的坝型中，土石坝由于基础面积较大，承担的应力较低，对地基要求较低。本设计坝轴线已知，故不详细说明了。2.2 坝型选择坝型选择关系到整个地形的工程量、投资的工期，除筑坝材料是坝型选择的主要因素外，还要根据地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理方案、抗震要求等各种因素进行研究比较，最后选定技术上可靠、经济上合理的坝型工程中主要的坝型有重力坝、拱坝、土石坝，现对各种坝型进行比较： 1、重力坝重力坝基本形状呈三角形，商业面铅直或稍微倾向上游，坝底与基岩固结，建成挡水后依靠自重维持稳定。重力坝的优点：筑坝材料强度高，耐久性好，抵抗洪水漫顶，渗漏冲刷，地震破坏等的能力强；对地质、地形条件适应性强，一般建与基岩上；重力坝可做成溢流的，也可在坝内设置泄水孔，枢纽布置紧凑；结构作用明确；施工方便。缺点：由于坝体剖面尺寸往往由于稳定和坝体拉应力强度条件控制而做的较大，材料用量多，坝内压应力较低，材料强度不能充分发挥，且坝底面积大，因而扬压力也较大，对稳定不利；因扒体体积较大，施工期混凝土温度收缩应力也较大，为防止温度裂缝，施工时对混凝土温度控制的要求较高。 2、拱坝拱坝是三面固结与基岩上的空间壳体结构，拱向上游凸出，且不设永久性分缝。拱坝的优点：具有双向传力的性能；拱是推力结构；拱坝具有较高的超载能力；拱坝轻韧，富有弹性而整体性好，借助岩基对地质功能的吸收，它又具有较强的抗震能力。缺点：拱坝是不设永久性横缝的整体朝静定结构，设计时需计入温度变化和地基位移对坝体应力的影响；拱坝体形复杂；设计施工难度大，对施工质量、筑坝材料强度和防渗要求，以及对地形地质条件及地基要求均较高。 3、选用土石坝土石坝是指由当地土料石料或土石混合料填筑而成的坝。土石坝的优点：就地取材，与混凝土相比，节省大量水泥，钢材和木材，且减少了筑坝材料远途运输费用；对地质地、形条件要求较低，任何不良地基经处理后也均可筑土坝；施工方法灵活，技术简单，且管理方便，易于加高扩建。缺点：不允许坝顶溢流，所需溢洪道或其他泄水建筑物与造价往往很大，；在河谷狭窄，洪水流量大的河道上施工导流较混凝土坝困难；采用粘性土料施工受气候条件影响较大。本设计中，茅坪溪的防护坝地处山区交通条件差，公路标准低，运输不方便，如从外运入筑坝材料，工程投资大大增加，因此不运用重力坝。拱坝应力分布均匀，不利于发挥材料强度，节省工程量，但对地质和地形要求严格，通常要求对称均匀，因此地形不对称，且地形地质条件也不甚好，如采用拱坝。坝体相对条件差，不利于坝体强度稳定，设计施工复杂。因此不宜选拱坝，茅坪溪防护坝因当地土料、沙砾料、石料丰富，可就地取材，节省大量运输费用，并且综合考虑土坝与其他坝型相比具有的特点，最终选择土石坝。影响土石坝坝型选择的因素很多，其主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形与地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。通过对各种因素进行比较，选定技术上可行，经济上合理的坝型。由于坝址处雨水多，黏土施工较为困难，故也不易采用厚心墙坝和厚斜墙坝。沥青混凝土具有极佳的防渗性能及适应变形能力。故本设计采用粘土斜墙坝。3 坝工设计土石坝剖面的基本尺寸包括:坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡，防渗体与排水体的形式与尺寸等。3.1 坝顶高程的确定为防止库水浸溢坝顶，坝顶水库静水位以上应有足够的波浪超高。碾压式土石坝设计规范，（SDJ218-84）规定，其值按下式计算： Y=R+e+A （3-1） 式中：风沿水面吹过所形成的水面升高 即风壅水面超出库水位的高度，m 自风壅水面算起的波浪沿倾斜坝坡爬升的垂直高度，简称波浪爬高，m 水库吹程，km或m 沿水库吹程方向的平均水域深度，初拟时可近似取坝前水深，m 综合摩阻系数，其值变化在（1.55.0）之间。计算一般取3.6 （以km计）或3.6（以m计） 计算风速，m/s 正常运用条件下的、级坝采用（1.52.0）（多年平均最大风速），正常运用条件下的 、级坝采用1.5，非常运用条件下的各级土石坝采用。 风向与坝轴线的夹角，（1） =0 安全加高，见表3.1 正常A=1.0 非常A=0.7表3.1堤顶类型及运用情况堤 顶 级 别1234、5安 全 超 高土坝、土堤正常1.51.00.70.5非常1.00.70.50.3混凝土闸坝、浆砌块石闸坝正常0.70.50.40.3非常0.50.40.30.21.正常运用情况下计算坝顶高程 D=1km 波浪爬高 式中：m = 3.0 n = 0.0155 A = 1.0 (查表)则 =1.46 m = 3.435mY正常=R+e+A=3.435+0.002+1.0=4.437m坝顶高程 =445.00+ =449.44m 2. 非常情况下计算坝顶高程 非常运用情况下的坝顶超高计算公式与正常情况下的一样，所不同的是风速来用多年平均最大风速V=，坝前水深H=446.31-445+120=121.31m =0.59m m = 3.0 n = 0.0155 R= =1.08 m A = 0.7 （查表） = =1.08 + 0.7 + 0.0005 = 1.7805 m 坝顶高程 = 446.31 + = 448.09 m 3. 考虑地震影响坝顶高程 地震安全加高=地震涌浪加高+地震附加沉陷值+安全加高， 地震涌浪加高一般为0.51.5m，应根据地震烈度大小和不同的坝向水深，去大中小值，本设计取1.0米，地震附加沉陷值根据海域地震调查，对8-9度地震区，可取1.2%1.44%，本设计取1%的大坝高度，即为：（448.1-350）1%=0.98m 安全加高A=0.7m 地震安全加高=1+0.98+0.7=2.68m 坝顶高程=445+2.68=447.68m综上所述，坝顶高程取三者中最大值Y= 449.44m 考虑到上游设置1.2m的防浪墙，坝顶高程最终为449.44-1.2= 448.24 m 防浪墙高称为449.44m 坝高为448.24-350= 98.24 m。3.2坝顶宽度坝体最大高度为98.24m，属于高坝，并考虑交通、施工、运行的需要，坝顶宽度采用10m，上游侧设高出坝顶1.2m的防浪墙，墙厚0.5m，采用钢筋混凝土结构。下游侧设置高1m的护栏。坝顶路面采用C25混凝土路面，厚300mm，其下设300mm厚碎石层。坝顶路面向下游侧放2%的坡，并在坝顶路面下游侧做断面300mm300mm的排水沟。根据工程运行要求在坝顶设照明设备，路灯布置于防浪墙顶，间距50m。3.3坝坡的确定根据混凝土面板坝设计规范（DL/T501-1999），当筑坝材料为质量良好的硬岩堆石料时，上、下游坝坡可采用1：1.31：1.4；当筑坝材料为质量良好的天然砂砾料时，上、下游坝坡可为1：1.51：1.6，根据金家坝工程实际情况上游坝坡坡率取为1：1.5，下游坝坡坡率取为1;1.5。上游不设马道，下游在高程431.0m、401.0m处各设一级马道，马道宽3m，以便检修。同时下游面设置500mm厚的浆砌石护坡。3.4坝体分区根据混凝土面板坝设计规范（DL/T501-1999），在周边缝下应设特殊垫护层。本设计粘土斜墙坝最大坝高100m，因此在面板上游而应设上有铺盖及盖重区。各区坝料的透水性宜按水利过渡要求从上游向下游增加。下游堆石区下游水位以上的材料不受此限制。垫层区：为平整上游坡面，避免出应力集中，为此要求垫层料的粒径不能过大，且有适量的细料；为能将水荷载引起的变形减至最小限度，以改善面板的受力情况，为此垫层料应级配良好；为发挥一定防渗作用，以维持大坝的防渗稳定性，满足半透水性要求，垫层料中含有足量的粒径在5mm以下的细料。垫层料要求用新鲜、坚硬、级配良好，相对密实度高，并具有低压缩性及半透水性，与过渡料间满足水力梯度要求。高坝垫层料应具有连续级配，最大粒径80100mm小于5mm粒径的含量约35%，小于0.075含量约5%，垫层区取3.5m。过渡层：上游过渡层位于面板和主堆石区之间，能起第二道防渗防线的作用，同时对防渗补强区的土料具有反滤保护作用。水平宽度3m，最小粒径不宜小于25mm，材料要求致密、坚硬及级配良好，最大粒径与混凝土骨料的最大粒径之比应小于8:1，压实后应具有内部渗透稳定性、低压缩性、高抗剪强度，并应有良好的施工特性。堆石区：要求：具有低压缩性、高抗剪强度、较好的透水性和耐久性。主堆石区采用砂砾料，下游区为堆石料。上游铺盖和盖重区：用粉土、粉细砂、粉煤灰或其他材料覆盖面板和周边缝上，其作用是当接缝和面板开裂时，防渗土料将随水流带进缝中，经面板下垫层的反滤作用，淤堵裂缝，恢复防渗性能，起辅助防渗作用。为防止防渗土料失稳，在其上覆盖任意料，即盖重。3.5趾板趾板通过设有止水的周边缝与面板为一体，形成坝基以上的防渗体，又与经过基础灌浆处理后的基岩连接，封闭地面以下的渗漏通道，从而使上、下游防渗结构连接为整体。根据公式：J=H/b与各种情况的J容许值相比较，就可以算出b，且趾板的宽度从底部至顶部可分级变窄。对于J取值：新鲜基岩可用2025；微风化岩可用10；强风化和破碎基岩可用5。有的面板坝趾板建在河床冲积层上，J=23。趾板的最小宽度，一般取为3m，趾板厚度常取为0.3m，或与面板等厚。对高坝，厚度应适当增加。根据以上规定可以确定本工程的趾板尺寸为12，因此趾板宽b=8m，厚d=0.8m。另外，还必须保证面板与趾板的连接处应使最大坝高处面板的堆石厚度a不小于0.9m。趾板配置温度筋，每向配筋率取0.35%，单层铺设，净保护层厚度1015cm，另设插筋，以加强与地基的连接，并可以用作温度筋的架立筋。3.6坝体排水本地区石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜。且下游水位以上用贴坡排水。棱体排水应满足下列要求：顶部高程应超出下游最高水位，超过的高度，对于1、2级坝不小于1.0m，对于本设计下坝址下游最高水位取校核洪水时的值为364.12m，棱体排水高程为366m满足要求；顶部宽度为2m，内坡1：1，外坡1：1.5，满足根据施工条件及检查观测的需要；棱体上游坡脚处不出现锐角；材料选用透水性较好的硬质块石。3.7分缝和止水面板与趾板间设置周边缝；面板设垂直缝与施工缝；趾板施工缝由施工单位自行设置；防浪墙与面板间设置水平缝。面板垂直缝在左右坝肩设张性缝，其余按压性缝设计。两种缝的递补均设有一道止水铜片，支持在砂浆垫层上，缝内涂刷沥青乳剂。为适应坝体变形和施工要求，需对面板分缝。垂直缝的间距取12m。为满足滑模连续浇筑的要求，可以不设水平向伸缩缝。另外还需要沿趾板设置周边缝，在周边缝采用两道止水，底部是铜片止水，上部采用橡胶波纹止水兜带保护的柔性嵌缝止水，另外，防浪墙和面板间的水平缝也设置成底部和顶部两道止水。3.8坝基处理金家坝左岸滑坡体在开挖的过程中残留部分不稳定建议挖除。通过防趾板基槽的断层和泥化夹层，应进行相应防渗处理，避免产生渗透破坏。由于建基岩石完整性差，作为趾板的地基，应进行固结灌浆处理。粉砂质页岩岩质软弱，风化速度快，开挖后应立即采取保护措施。粘土斜墙坝防渗帷幕灌浆应深入到相对隔水层（q1Lu），帷幕灌浆深度：左岸山坡22m52m；河床6m22m；右岸山坡6m52m。帷幕灌浆向两岸延伸长度由库水边算起，至正常蓄水位与地下水位相接处，左岸延伸86m，右岸延伸53m。设置两排，排距1.5m，孔距2m。上游排帷幕灌浆最大深度是挡水高度的0.7倍，下游排帷幕灌浆是上游排帷幕灌浆深度的0.6倍。对坝基的断层和破碎带进行处理，处理办法：将断层破碎带和断层夹泥全部挖除，回填混凝土形成混凝土塞。4 渗流计算4.1 水库特征水位 表4.1主要特征水位列表正常蓄水位（m）445.00设计洪水位（m）445.00校核洪水位（m）446.31设计洪水下游水位（m）362.30校核洪水下游水位（m）364.124.2 计算原理渗流分析的目的在于对初选坝的形式与尺寸的检查，确定坝坡稳定有重要影响的渗流作用力，为核算坝坡稳定提供依据；进行坝体防渗布置与土料配置，根据坝体内部的渗流与渗流逸出坡降，检验土体的渗流稳定，防止发生管涌和流土，在此基础上确定坝体及坝基中防渗体的尺寸和排水体设施的容量和尺寸；确定通过坝和河岸的渗流水量损失并设计排水系统的容量。剖面图如下：图（41）:具体计算简图如下： 图（42）根据水利计算手册的斜墙坝的计算: 首先将斜墙转化为等厚斜墙，厚度取为： （41） 式中分别是上图所示。 对棱体排水（42），其浸润线溢出部分和心墙坝一样。单宽渗流量和斜墙后渗流水深h可由（42）、（43）联立试算得出： (42) (43)式中：k1、k2分别为坝身和斜墙的渗透系数； 其中e=0.050.06h，这里取0.05h； 其余符号见图（4-2）。浸润线方程为 (44)4.3 计算结果：表4.1 正常蓄水位渗流量H1H2m1k1k2h19512.31.470.7326672.80E-052.00E-0669.526100q1q2qSINhd69.5262000.0003002450.0003023915.13E-040.66885469.5266315.5269.5263000.0003002440.00030239212e69.5264000.0003002430.0003023932.4118.4620.873.47630569.5265000.0003002420.00030239469.5266000.0003002410.00030239569.5267000.000300240.00030239769.5268000.0003002390.00030239869.5269000.0003002380.00030239969.5270000.0003002370.000302469.5271000.0003002360.00030240169.5272000.0003002350.00030240269.5273000.0003002340.00030240369.5274000.0003002330.0003024040.0003002320.000302405由上表知道渗流量q=3.00x10-4cm/s。 y2=69.52-21.4x (45) 表4.2交河洪水渗流量H1H2m1k1k2h196.3114.121.470.7326672.80E-052.00E-0670.422100q1q2qSINhd70.4222000.0003092160.0003091985.13E-040.66885470.4229315.5270.4223000.0003092150.00030919912e70.4224000.0003092140.00030922.4118.4620.873.52110570.4225000.0003092130.00030920170.4226000.0003092120.00030920370.4227000.0003092110.00030920470.4228000.000309210.00030920570.4229000.0003092090.00030920670.4230000.0003092080.00030920770.4231000.0003092070.00030920870.4232000.0003092060.00030920970.4233000.0003092050.0003092170.4234000.0003092040.0003092120.0003092030.000309213由表可知渗流量q=3.09x10-4cm/s。 y2=70.42-22.1x （46）5 土石坝坝坡稳定分析及计算5.1设计说明5.1.1 设计任务对土石坝进行稳定分析的目的，是通过计算坝体剖面的稳定安全度来检验坝坡在各种工况下是否安全，断面尺寸是否经济合理。坝坡坍滑失稳滑裂面的形式主要与坝体结构型式、坝基情况和坝的工作条件等因素有关。主要有以下几种：（1）曲线形滑裂面。当为黏性土坝坡时，其失稳滑裂面呈上陡下缓的曲面，稳定计算时常假定为一圆柱面，其在坝体剖面的投影是一个圆弧，称滑弧。滑裂面的位置，如坝基为掩饰或坚硬的土层时，多从坝脚处滑出；当坝基土质与坝体相近或更软弱时，滑裂面可能深入坝基从坝脚滑出。（2）直线或折线形滑裂面。当滑裂面通过由砂，沙砾石等材料构成的无黏性土坝坡时，在坝坡剖面上的投影是一直线或折线。当坝坡干燥或完全浸入水中时呈直线，部分浸水时为折线，斜墙坝上游失稳时，常沿斜墙与坝体交界面滑动。（3）复合断裂面。当坝坡由几种不同性质的土料组成或坝基存在软弱层时，滑裂面往往是由直线和曲线组成的复合型，在黏土为曲线，在黏性土内或软弱层上为直线。5.1.2 计算工况（1）库水位最不利时的上游坝坡，这种不利水位大致在坝底以上1/3坝高处；（2）上游为正常蓄水位，下游为相应最低水位的下游坝坡；（3）校核洪水位下有可能形成稳定渗流的下游坝坡；（4）施工或竣工期的上下游坝坡；5.1.3 计算方法本设计只针对最大剖面。本设计为无黏性土坝壳材料，故采用折线法对土石坝进行稳定分析计算。控制标准表51 容许最小抗滑稳定安全系数运用条件工 程 级 别正常运用非常运用正常运用加地震1.301.201.101.251.151.051.201.101.051.151.051.005.2 .稳定计算5.2.1基本原理与计算方法属于部分浸水的无黏性土坝坡稳定分析。对于部分浸水的无黏性土坝坡，因水上水下土壤力学性能不同，滑裂面近似为一折面，折点高程大致在水位附近。滑动土体在折点处还形成块间破裂面DE，破裂面的方位当坝基土料内摩擦角大于坝体土料内摩擦角时倾向上游；反之倾向下游。为分析方便取为铅直方向。破裂面作用力P与该面法线的夹角等于土料的内磨擦角，为方便计算，假定P与上滑块底裂面平行。用折线法计算滑动土体的稳定安全系数时，采用“安全的极限平衡法”。所谓“极限平衡”是认为滑动面上的静摩擦力达到最小值。“安全”是指上述极限平衡是在一定安全储备条件下的。假定各滑动面上有相似的安全系数K。滑动面上土料的抗剪力除以K后作为计算抗剪力。5.2.2上游水位大约在坝底以上1/3坝高处的上游坝坡1. 假定上游水位为381.7m，按下式计算安全系数计算简图51：基本公式：设试算滑动面abcd，将滑动土体分成三条。设abb土体重量为W1，ab面的砂料内摩擦角为1，则abb土体作用在bb面上的土压力为P1，P1的方向假定与底面ab平行。令 51式中2、3分别是bc及cd面上的实际内摩擦角；c2为bc面上斜墙土料的实际单位凝聚力；f1、f2、f3分别为各滑动面上为维持土坡极限稳定时所需的摩擦系数，式51的意思：为维持滑动面极限稳定，所需要的各滑动面上的摩擦系数之比值应与堆石或土料的抗剪强度比值相等。也就是说，各滑动面上的安全系数相等。在计算之前，f1、f2、f3尚未知，而系数先用1、2、3及c2诸已知值计算出n1、n2、n3，然后进行计算。f3按下列各式计算：由图51可知:式中 l2bc面长度。当维持土体ccd极限平衡时，平衡方程为： 54将式52、53代入到54中整理得：式中：A=n1n2m1a1a2 B=n1nmab+n2m2a2c1+a2c1c2+n1m1a2b1+n2a1a2 C=n2m2b2c1+n3b2c1c2+n1m1b1b2+n2a1b2+a2c1+a2b1+m3c1c2D=c1c2+b2c1+b1b2而 a1= a2= b1= b2=c1= c2=显然其安全系数为： K= 带入数据得：表52稳定安全系数K的计算123tan1tan2tan30.5233330.4710.4710.5769960.5092250.509225a1a2b1b2c1c20.0492520.0533151.6873571.7605841.6243151.688076ABCDf3C20.0038080.91024727.353819.7179170.35956326n1n2n3m1m2m31.133088151.058021.281.361.45W1W2W3l2K1413.2842932.716418.994744.931.416231结果f3-1.1E-090.359563-7.9E-100.359563-5.2E-100.359563-2.5E-100.3595631.36E-110.3595632.81E-100.3595635.48E-100.3595638.15E-100.3595631.08E-090.3595631.35E-090.3595631.62E-090.359563根据表5.2的结果可得当上游水位为381.7m时K=1.41K=1.25。满足稳定要求。6. 土石坝细部构造设计及土料的选择根据坝体各部分的工作条件，合理的选择性能相应的石料布置区域。土石坝的构造主要包括坝顶、护坡、防身体、排水体。6.1坝顶坝体最大高度为98.24m，属于高坝，并考虑交通、施工、运行的需要，坝顶宽度采用10m，上游侧设高出坝顶1.2m的防浪墙，墙厚0.5m，采用钢筋混凝土结构。下游侧设置高1m的护栏。坝顶路面采用C25混凝土路面，厚300mm，其下设300mm厚碎石层。坝顶路面向下游侧放2%的坡，并在坝顶路面下游侧做断面300mm300mm的排水沟。根据工程运行要求在坝顶设照明设备，路灯布置于防浪墙顶，间距50m。6.2护坡土石坝的上游面要承受波浪淘刷，冰层和漂浮物的撞击，顺坡水流的冲刷等破坏作用。下游坝面受雨水，大风，冻胀干裂，尾水部位的风浪，冰层，动植物等的破坏作用。因此上下游坝面都应设置护坡。护坡范围：上游坝面护至坝底，下游坝面需全部护砌，由坝顶护至排水体顶部。上游护坡：上游采用浇混凝体防冲板护坡。迎水面护坡混凝土板厚0.3m。护坡下设垫层分别为0.3m厚的碎石和0.3m厚的砂砾石。护坡在底部和马道处应适当加厚 ，并嵌入坝体或坝基。下游护坡采用浆砌石，厚度为0.5m,下面设厚度为0.3m的碎石垫层，护坡范围至排水体顶。为防止雨水冲刷，下游坝面应设置纵横连接的排水沟，沿坝体与岸坡结合处，也设置排水沟以拦截山坡上雨水，纵向排水沟沿马道内侧布置，用浆砌石做成梯形。横向排水沟每隔100米设一条。6.3 排水体排水体设置土石坝防渗后仍有一定量的渗水,故在坝体下游部分还必须设置排水设备,其作用是控制和引导渗流安全地排水出坝外,降低坝体浸润线及孔隙水压力,增强坝 坡稳定,保护下游坝坡免受冻胀破坏。排水体由块石及其反滤层组成,要求其具有充分的排水能力,不堵塞,以保证在任何情况下都能自由地向下游排出全部渗水，块石与坝体,坝基结合处的反滤层应安全可靠,以保证坝体和坝基不发生渗透破坏,并应便于观测和坡度修。其常见坝体排水型式有:贴坡排水,棱体排水,褥垫排水,管网式排水及综合排水。综合考虑本设计采用棱体排水。 棱体排水可降低坝体浸润线防止坝坡冻胀,保护坝脚免受尾水淘刷。且对坝坡有支撑作用,增强坝坡稳定性,是一种可靠有效应用广泛的排水型式.而且其石料用量大,本地区石料丰富,恰好适用,节约造价。本设计下游坡脚用块石堆成棱体，棱体顶应高出下游水位超出高度应波浪爬高，且对于、级坝应不小于1.0m并应保证坝体浸润线位于下游坝面冻层以下。本设计取366m。棱体内坡由于施工条件确定坡度为1：1。外坡为1：1.5。6.4坝体与坝基防渗设计本设计采用粘土斜墙,将其布置于剖面偏上游处。墙顶高程为448.24,考虑机械施工要求,墙顶厚度为2m。顶部保护层厚度为1.5,大于当地多年平均最大冰冻厚度1m。两侧边坡取1:1.5，1：1.47。坝基设混凝土防渗墙，厚度1m。6.5土石坝土料的选择土石坝是就地取材的建筑物。筑坝地点大都贮藏着几种土料，因此选择一种或几种土料作为筑坝材料，是设计土坝的一个重要组成部分。根据坝体各部位不