最新土石坝稳定计算幻灯片.ppt

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1、第四节第四节 土石坝的稳定分析土石坝的稳定分析一、概述一、概述二、土料抗剪强度指标的选取二、土料抗剪强度指标的选取三、坝坡稳定计算工况和安全系数的采用三、坝坡稳定计算工况和安全系数的采用四、坝坡稳定分析方法四、坝坡稳定分析方法（2 2）非常运用条件）非常运用条件1 1）施工期的上、下游坝坡；）施工期的上、下游坝坡；2 2）上游校核洪水位与下游相应最高水位可能形成稳）上游校核洪水位与下游相应最高水位可能形成稳定渗流期的上、下游坝坡；定渗流期的上、下游坝坡；3 3）水库水位的非常降落，即库水位从校核洪水位降）水库水位的非常降落，即库水位从校核洪水位降至死水位以下或大流量快速泄空的上游坝坡。至死水位

2、以下或大流量快速泄空的上游坝坡。（3 3）非常运用条件）非常运用条件 正常运用水位遇地震的上、下游坝坡。正常运用水位遇地震的上、下游坝坡。 2 2稳定安全系数的采用稳定安全系数的采用 按照我国按照我国碾压式土石坝设计规范碾压式土石坝设计规范，当用计，当用计及条块间作用力的计算方法时，坝坡稳定安全及条块间作用力的计算方法时，坝坡稳定安全系数应不小于表系数应不小于表3-113-11规定的数值；当采用不计规定的数值；当采用不计条块间作用力时，对条块间作用力时，对I I级坝正常运用：级坝正常运用：K1.30K1.30，其他情况应比表其他情况应比表3-113-11规定的数值减少规定的数值减少8%8%。圆

3、圆 弧弧 法法瑞典圆弧法瑞典圆弧法简化毕肖普法简化毕肖普法讨论与分析讨论与分析 最小安全系数确定最小安全系数确定 坝坡稳定计算坝坡稳定计算: :刚体极限平衡法。极限平衡稳定刚体极限平衡法。极限平衡稳定分析时，按滑动面形状分圆弧法和滑楔法两种。分析时，按滑动面形状分圆弧法和滑楔法两种。 四、坝坡稳定分析方法四、坝坡稳定分析方法滑楔法滑楔法无粘性土坝坡无粘性土坝坡稳定计算稳定计算斜墙与保护层一起斜墙与保护层一起滑动的稳定计算滑动的稳定计算复合滑动面的复合滑动面的坝坡稳定计算坝坡稳定计算 1 1圆弧法圆弧法 圆弧法是假定坝坡滑动面为一圆弧，取圆弧面圆弧法是假定坝坡滑动面为一圆弧，取圆弧面以上土体作为

4、分析对象。常用于均质坝、厚心墙坝以上土体作为分析对象。常用于均质坝、厚心墙坝和厚斜墙坝；圆弧法由瑞典人彼得森提出，故称瑞和厚斜墙坝；圆弧法由瑞典人彼得森提出，故称瑞典圆弧法。该法把分滑动体分若干土条，不考虑土典圆弧法。该法把分滑动体分若干土条，不考虑土条间的作用力，把滑动土体相对圆弧圆心的总阻滑条间的作用力，把滑动土体相对圆弧圆心的总阻滑力矩力矩MrMr与总滑动力矩与总滑动力矩MTMT的比值定义为坝坡稳定安全的比值定义为坝坡稳定安全系数。后来，毕肖普提出考虑用系数。后来，毕肖普提出考虑用 。eK (1(1）瑞典圆弧法）瑞典圆弧法 图图3-143-14表示一均质坝坡滑动面和其中任一土条的作表示一

5、均质坝坡滑动面和其中任一土条的作用力，为土条自重；及分别表示作用在土条底部的用力，为土条自重；及分别表示作用在土条底部的法向反力和切向阻力。法向反力和切向阻力。 由毕肖普对安全系数的定义，对滑动体进行分条。由毕肖普对安全系数的定义，对滑动体进行分条。 然后将各力向土条底部中心简化：计算极限平衡状然后将各力向土条底部中心简化：计算极限平衡状态时阻滑力与滑动力比值态时阻滑力与滑动力比值 K:K:iiiiiiiiiWLCtgLuWKsin)cos( SL274-2001SL274-2001新规范的公式见新规范的公式见P159160P159160图图3-143-14表示一均质坝坡滑动面和其中任一土条的

6、作表示一均质坝坡滑动面和其中任一土条的作用力，为土条自重；及分别表示作用在土条底部的用力，为土条自重；及分别表示作用在土条底部的法向反力和切向阻力。法向反力和切向阻力。计算时计算时: :若采用若采用b = 0.1Rb = 0.1R，则、，则、sin1=0.1,cos1=(1-0.1)sin1=0.1,cos1=(1-0.1)在每个滑弧计算时均为固定值，可使计算工作简化。当端土条宽度在每个滑弧计算时均为固定值，可使计算工作简化。当端土条宽度时，可将该土条的实际高度换算为等效高度时，可将该土条的实际高度换算为等效高度h h（h= bh/bh= bh/b）进行）进行计算。采用总应力法计算时，可在公式

7、（计算。采用总应力法计算时，可在公式（3-363-36）中令孔隙压力）中令孔隙压力u=0u=0，同时把同时把 cc、换成总应力强度指标即可导出用总应力法计算的换成总应力强度指标即可导出用总应力法计算的瑞典圆弧法公式瑞典圆弧法公式. .瑞典圆弧法计算示意图 (2) (2)简化毕肖普法简化毕肖普法 如图如图3-153-15所示，图中所示，图中E Ei i、E Ei+1i+1、X Xi i、X Xi+1i+1 分别表示分别表示土条两侧的法向力和切向力，假设侧摩力土条两侧的法向力和切向力，假设侧摩力X Xi i、X Xi+1i+1 =0. W=0. W为土条自重，为土条自重，N N、T T分别表示土条

8、底部的总法分别表示土条底部的总法向反力和切向反力，其余符号见图中表示。向反力和切向反力，其余符号见图中表示。0EiEi+1WiliXi+1NiXi-Xi+1bihiRxiEi-Ei+1XiTiiNulWTN 国内外广泛应用的简化毕肖普公式国内外广泛应用的简化毕肖普公式: : 式中式中：iiiiiiiiaiWbCtgbuWmKsin1Ktgmiiiaisincos以上式中两端均含未知量以上式中两端均含未知量K K 值值, ,需采用迭代法或试算法需采用迭代法或试算法求解。可在计算机运算。采用手工试算时，一般可先求解。可在计算机运算。采用手工试算时，一般可先假设假设K=1K=1代入代入m maiai

9、= k,= k,重复到相等重复到相等， (3 (3）讨论与分析）讨论与分析 1 1）施工期计算）施工期计算 计算时，施工期的土条重为实重。地下水位以上湿容计算时，施工期的土条重为实重。地下水位以上湿容重，以下为浮容重。重，以下为浮容重。 2 2）稳定渗流期计算）稳定渗流期计算 稳定渗流期应采用有效应力法计算。式中的土条容重：稳定渗流期应采用有效应力法计算。式中的土条容重：浸润线至下游水位之间用饱和容重。浸润线至下游水位之间用饱和容重。 3 3）库水位降落期计算）库水位降落期计算 粘性土在库水位降落期可用总应力法计算。粘性土在库水位降落期可用总应力法计算。 四、坝坡稳定分析方法四、坝坡稳定分析方

10、法 (4 (4）最小安全系数确定（略）最小安全系数确定（略） 最小安全系数的滑动面需反复试算才能确定。粘最小安全系数的滑动面需反复试算才能确定。粘性土由于其土粒间具有粘聚性，滑动面切入坝体性土由于其土粒间具有粘聚性，滑动面切入坝体或坝基一般都比较深；无粘性土则切入较浅。对或坝基一般都比较深；无粘性土则切入较浅。对于均质（包括粘性或无粘性）的简单坝坡，可认于均质（包括粘性或无粘性）的简单坝坡，可认为最小安全系数对应的滑动面圆心在坝坡中点上为最小安全系数对应的滑动面圆心在坝坡中点上方一封闭的曲线形范围内（如图方一封闭的曲线形范围内（如图3-183-18），而且只），而且只有一个极小值点。对于非均质

11、多土层（各层土料有一个极小值点。对于非均质多土层（各层土料性质不同）的复杂坝坡，则存在着多极值问题。性质不同）的复杂坝坡，则存在着多极值问题。下面以瑞典圆弧法为例介绍均质单层土料坝坡寻下面以瑞典圆弧法为例介绍均质单层土料坝坡寻找最小安全系数的试算方法。找最小安全系数的试算方法。 最小安全系数试算最小安全系数试算 第一步，设坝脚第一步，设坝脚 B1B1点为滑出点，在点为滑出点，在egeg线上任拟三线上任拟三点点O1O1、O2O2、O3O3为圆心，分别画出通过为圆心，分别画出通过B B1 1点的三个弧点的三个弧形滑动面计算形滑动面计算k k值，并按比例标在对应的圆心位置值，并按比例标在对应的圆心位

12、置上，连成曲线，从中找出最小值上，连成曲线，从中找出最小值K K的位置的位置O O点。点。 第二步，通过第二步，通过O O点取点取egeg线的垂线线的垂线NNNN线，在线，在NNNN线线上任取三圆心上任取三圆心O4O4、O5O5、O6O6，仿照第一步的方法，从，仿照第一步的方法，从中求出最小安全系数中求出最小安全系数K K1 1。可认为，该系数即为通过。可认为，该系数即为通过B1B1点的最小安全系数。点的最小安全系数。 第三步，根据坝基土质情况，在坝坡或坡外再选第三步，根据坝基土质情况，在坝坡或坡外再选B B2 2、B B3 3点为坝坡滑出点，重复第一、第二步骤，又可分点为坝坡滑出点，重复第一

13、、第二步骤，又可分别求出对应于别求出对应于B B2 2、B B3 3点的最小安全系数点的最小安全系数K2K2、K K3 3。 第四步，把第四步，把K K1 1、K K2 2、K K3 3 按比例标在对应的位置上，按比例标在对应的位置上，连成曲线，从中求出的连成曲线，从中求出的k k值即可认为是坝坡的最小值即可认为是坝坡的最小安全系数安全系数k kminmin。 2 2滑楔法滑楔法 无粘性土坝坡，如心墙坝的上、下游坝坡、斜墙坝无粘性土坝坡，如心墙坝的上、下游坝坡、斜墙坝的下游坝坡或上游保护层以及保护层与斜墙等可能的下游坝坡或上游保护层以及保护层与斜墙等可能形成折线形滑动面。稳定分析时可按滑楔法计

14、算。形成折线形滑动面。稳定分析时可按滑楔法计算。对厚斜墙坝和厚心墙坝还应按圆弧法校核。图对厚斜墙坝和厚心墙坝还应按圆弧法校核。图 3-19 3-19 按滑楔法计算时，常将滑动体以折点为界分为若干按滑楔法计算时，常将滑动体以折点为界分为若干滑楔。滑楔间的相互作用力方向一般按两种方向拟滑楔。滑楔间的相互作用力方向一般按两种方向拟定：一种是水平方向；另一种是平行于滑动斜面，定：一种是水平方向；另一种是平行于滑动斜面，前者计算的稳定安全系数比后者小。因此，假定滑前者计算的稳定安全系数比后者小。因此，假定滑楔间作用力的方向不同，对稳定安全系数的要求也楔间作用力的方向不同，对稳定安全系数的要求也不同。不同

15、。 (1 (1）无粘性土坝坡稳定计算）无粘性土坝坡稳定计算 以图以图3-193-19所示的心墙坝上游坝坡为例，假设任一所示的心墙坝上游坝坡为例，假设任一滑动面滑动面ADCADC，折点，折点D D在坡外水位附近，一般取在坡外水位附近，一般取1/31/3上上游水位附近。将滑动土体分为游水位附近。将滑动土体分为BCDEBCDE和和ADEADE两块，重两块，重量分别为量分别为W W1 1、W W2 2，抗剪强度指标分别为，抗剪强度指标分别为1 1、2 2。滑楔间假设作用力滑楔间假设作用力P1P1按平行按平行CDCD面，则面，则BCDEBCDE和和ADEADE滑滑块的极限平衡方程式为块的极限平衡方程式为

16、: :0cossin111111KtgWWP0cos)sin(sin)cos(222221121211KtgWKtgPWP联解两式可求出安全系数联解两式可求出安全系数 K K 解：首先固定水位在解：首先固定水位在12.0m12.0m，取滑动面折点，取滑动面折点D D设在与设在与上游水位附近，假设上游水位附近，假设1 1=40 =40 度，度，2 2=14=14度，作出滑度，作出滑动面动面ADEADE。取。取D D点垂线将滑动土体分为点垂线将滑动土体分为DCEDCE和和ADCADC两条两条块，条块间相互作用力按平行块，条块间相互作用力按平行EDED面方向假定，并计面方向假定，并计算两条块土重分别

17、为算两条块土重分别为W W1 1=5552.3KN=5552.3KN；W W2 2=16836.1KN(=16836.1KN(水上部分取湿重，水下部分取浮重水上部分取湿重，水下部分取浮重) )。把把1 1、2 2、tgtg1 1、tgtg2 2代入式（代入式（3-343-34）和（）和（3-3-3535）可得：）可得：02 .30909 .35681KP0)8.110182957.0(140738988.011PKP联解得：联解得：K=1.98K=1.98 四、坝坡稳定分析方法四、坝坡稳定分析方法 (2 (2）斜墙与保护层一起滑动的稳定计算）斜墙与保护层一起滑动的稳定计算 斜墙与坝体接触面，是

18、两种抗剪强度不同土料的接斜墙与坝体接触面，是两种抗剪强度不同土料的接触面。计算时，应计算两种情况：一是保护层沿斜触面。计算时，应计算两种情况：一是保护层沿斜墙表面滑动，二是斜墙与保护层一起沿斜墙底面滑墙表面滑动，二是斜墙与保护层一起沿斜墙底面滑动。前者可按无粘性土坝坡计算，后者按如下方法动。前者可按无粘性土坝坡计算，后者按如下方法计算。计算。 (3) (3)复合滑动面的坝坡稳定计算复合滑动面的坝坡稳定计算 如图如图3-243-24所示，坝坡的任一滑动面所示，坝坡的任一滑动面abcdabcd，其中，其中abab、cdcd为圆弧滑动面。分析的思路是将滑动体分为三为圆弧滑动面。分析的思路是将滑动体分

19、为三个区域，土块个区域，土块abfabf的推动力为，的推动力为，cdecde的阻滑力为，的阻滑力为，分别作用在分别作用在fbfb和和ecec面上，土块面上，土块bcefbcef产生的阻滑力产生的阻滑力为，作用在为，作用在bcbc面上，建立稳定极限平衡方程式为面上，建立稳定极限平衡方程式为: :anSK第五节第五节 土料选择与填土标准确定土料选择与填土标准确定一、筑坝材料选择一、筑坝材料选择二、土料填筑标准的确定二、土料填筑标准的确定 坝址附近各种天然土石料和枢纽建筑物开挖料的坝址附近各种天然土石料和枢纽建筑物开挖料的性质、种类、储量、运距等因素。性质、种类、储量、运距等因素。 1 1筑坝土石料

20、选择的原则筑坝土石料选择的原则 选择筑坝土石料应遵循下列原则：选择筑坝土石料应遵循下列原则： （1 1）具有（或经加工后具有）与其使用目的相适应）具有（或经加工后具有）与其使用目的相适应的工程特性和长期稳定性；的工程特性和长期稳定性； （2 2）就地、就近取材，减少弃料，少占或农田，并）就地、就近取材，减少弃料，少占或农田，并优先考虑利用枢纽建筑物开挖弃料；优先考虑利用枢纽建筑物开挖弃料； （3 3）便于开采、运输和压实。）便于开采、运输和压实。第五节第五节 土料选择与填土标准确定土料选择与填土标准确定一、筑坝材料选择一、筑坝材料选择2 2坝体不同部位对土石料的要求坝体不同部位对土石料的要求

21、土石坝材料的选用范围越来越广泛。风化料、软岩、土石坝材料的选用范围越来越广泛。风化料、软岩、砾石土均用于筑坝。砾石土均用于筑坝。（1 1）防渗体对土料的要求）防渗体对土料的要求: : 防渗土料用粘性土，防渗土料用粘性土， 1) 1) 渗透系数要求：均质坝应不大于渗透系数要求：均质坝应不大于1 11010-4-4cm/scm/s，心墙和斜墙应不大于心墙和斜墙应不大于1 11010-5-5cm/scm/s； 2)2)水溶盐含量：均质坝、心墙坝应不大于水溶盐含量：均质坝、心墙坝应不大于3%3%； 3) 3) 有机质含量（按质量计）：均质坝应不大于有机质含量（按质量计）：均质坝应不大于5%5%，心墙和

22、斜墙应不大于心墙和斜墙应不大于2%2%； 4) 4) 具有较好的塑性和稳定性；具有较好的塑性和稳定性； 5) 5) 浸水与失水时体积变化较小。浸水与失水时体积变化较小。对冲积粘土、膨胀土，开挖、冻土和分散性粘土不宜对冲积粘土、膨胀土，开挖、冻土和分散性粘土不宜作为防渗体的填筑土料。作为防渗体的填筑土料。红粘土、湿陷性黄土、砾石土可用于防渗体。红粘土、湿陷性黄土、砾石土可用于防渗体。（2 2）坝壳土石料的要求）坝壳土石料的要求p坝壳土石料应满足排水性能好、抗剪强度高、易压坝壳土石料应满足排水性能好、抗剪强度高、易压实和抗震稳定性良好的要求。实和抗震稳定性良好的要求。p 料场开采和坝区开挖的砂、砾

23、石、卵石、石料和风料场开采和坝区开挖的砂、砾石、卵石、石料和风化料及砾石均可作为坝壳的填筑材料。化料及砾石均可作为坝壳的填筑材料。p 均匀中细砂只能用于中、低坝坝壳浸润线以上的干均匀中细砂只能用于中、低坝坝壳浸润线以上的干燥区，高坝和地震区不宜采用这种土料。燥区，高坝和地震区不宜采用这种土料。p 下游坝壳应采用透水性能良好的土石料填筑。下游坝壳应采用透水性能良好的土石料填筑。对软化系数低，不能压碎成砾石土的风化石料和软岩对软化系数低，不能压碎成砾石土的风化石料和软岩宜在坝壳的干燥区填筑宜在坝壳的干燥区填筑。 （3 3）反滤层、过渡层和排水体的要求：）反滤层、过渡层和排水体的要求： 1 1）质地

24、致密、抗水性和抗风化性能满足工程运用的）质地致密、抗水性和抗风化性能满足工程运用的技术要求；技术要求； 2 2）具有符合使用要求的级配和透水性；）具有符合使用要求的级配和透水性； 3 3）反滤料和排水体料中粒径小于）反滤料和排水体料中粒径小于0.0075mm0.0075mm的颗粒含的颗粒含量应不超过量应不超过5%5%。 反滤料可利用天然或经过筛选的砂砾石料，也可采反滤料可利用天然或经过筛选的砂砾石料，也可采用块石、砾石轧制，或采用天然和轧制的混合料。用块石、砾石轧制，或采用天然和轧制的混合料。IIIVIIIV级低坝经论证可采用土工布作为反滤料。级低坝经论证可采用土工布作为反滤料。 土料的填筑标

25、准：较高密实度、均匀性、强度土料的填筑标准：较高密实度、均匀性、强度和较小的压缩性，在满足渗流条件和坝坡稳和较小的压缩性，在满足渗流条件和坝坡稳定要求下，取得经济合理的坝体剖面。定要求下，取得经济合理的坝体剖面。 确定填筑标准时，应考虑下列因素：确定填筑标准时，应考虑下列因素： 坝高、坝型、坝的级别和坝的不同部位；坝高、坝型、坝的级别和坝的不同部位； 坝体填料特性：土石料的压实特性、参数坝体填料特性：土石料的压实特性、参数 坝基土的强度和压缩性；坝基土的强度和压缩性； 当地气候、设计地震烈度和其他影响；当地气候、设计地震烈度和其他影响； 采用的压实机具、施工难易程度；采用的压实机具、施工难易程

26、度； 不同填筑标准对造价的影响。不同填筑标准对造价的影响。二、土料填筑标准的确定二、土料填筑标准的确定 1 1粘性土的填筑标准粘性土的填筑标准 我国我国碾压式土石坝设计规范碾压式土石坝设计规范（SL2742001SL2742001）对粘性土的填筑标准作出如下规定对粘性土的填筑标准作出如下规定 l粘性土的填筑标准以压实度和最优含水率作为控制粘性土的填筑标准以压实度和最优含水率作为控制指标指标: :设计干容重应以击实最大干容重乘以压实度设计干容重应以击实最大干容重乘以压实度确定确定: d = P: d = Pmaxmaxl对于对于I I、IIII级坝和高坝的压实度级坝和高坝的压实度P P应取应取9

27、8%98%100%100%，IIIVIIIV级坝和中、低坝应取级坝和中、低坝应取0.950.950.980.98，V V级坝和级坝和低坝取小值，设计地震烈度为低坝取小值，设计地震烈度为8 89 9度时取最大值。度时取最大值。l对混凝土防渗墙顶部的高塑性土、湿陷性黄土，需对混凝土防渗墙顶部的高塑性土、湿陷性黄土，需根据工程实际情况确定合适的压实度根据工程实际情况确定合适的压实度. . 2 2砂和砾石的填筑标准砂和砾石的填筑标准 对砂、砂砾石等，通过击实可提高其抗剪强度和减对砂、砂砾石等，通过击实可提高其抗剪强度和减小压缩性、防止液化。小压缩性、防止液化。u 试验表明：砂砾的压实与级配和压实功有关

28、；填试验表明：砂砾的压实与级配和压实功有关；填筑标准应以相对密度为设计控制指标。筑标准应以相对密度为设计控制指标。 u对于砂料，相对密度不应低于对于砂料，相对密度不应低于0.70.7，反滤料宜为，反滤料宜为0.70.7，砂砾石不应低于砂砾石不应低于0.750.75。u对于砂砾石，根据室内结果整理出级配干容重对于砂砾石，根据室内结果整理出级配干容重相对密度关系，以便现场挖坑取样检查。相对密度关系，以便现场挖坑取样检查。 对于堆石料，宜用孔隙率为设计控制指标，孔隙率对于堆石料，宜用孔隙率为设计控制指标，孔隙率宜取宜取0.2%0.2%28%28%。minmaxmaxDreeee第六节第六节 土石坝的

29、地基处理土石坝的地基处理 土石坝的地基处理的目的土石坝的地基处理的目的一、砂砾石地基处理一、砂砾石地基处理二、软土地基处理二、软土地基处理土石坝优点之一是对地基适应能力较强，在各类地土石坝优点之一是对地基适应能力较强，在各类地基上都可建造土石坝。基上都可建造土石坝。资料表明资料表明: :土石坝有土石坝有40%40%是因地基失事的。是因地基失事的。土石坝的地基处理的目的土石坝的地基处理的目的：控制渗流，要求处理后的地基不产生渗透变形和控制渗流，要求处理后的地基不产生渗透变形和降低坝体浸润线，坝坡和坝基在各种情况下均要渗降低坝体浸润线，坝坡和坝基在各种情况下均要渗透稳定，渗流量在允许的范围内；透稳

30、定，渗流量在允许的范围内；控制稳定，处理使坝基具有足够的强度，不致因控制稳定，处理使坝基具有足够的强度，不致因坝基产生滑坡，软土层不致被挤出，砂土层不发生坝基产生滑坡，软土层不致被挤出，砂土层不发生液化等；液化等；控制变形，要求沉降量和不均匀沉降控制在允许控制变形，要求沉降量和不均匀沉降控制在允许的范围内（竣工后，不应大于坝高的的范围内（竣工后，不应大于坝高的1%1%），以免影），以免影响坝的正常运行。响坝的正常运行。土石坝的地基处理的目的土石坝的地基处理的目的第六节第六节 土石坝的地基处理土石坝的地基处理 一、砂砾石地基处理一、砂砾石地基处理1 1垂直截渗措施垂直截渗措施 2 2水平防渗铺盖

31、水平防渗铺盖3 3排水减压措施排水减压措施1 1垂直截渗措施垂直截渗措施（1 1）粘土截水槽）粘土截水槽 （2 2）混凝土防渗墙）混凝土防渗墙（3 3）灌浆帷幕）灌浆帷幕第六节第六节 土石坝的地基处理土石坝的地基处理 一、砂砾石地基处理一、砂砾石地基处理1 1垂直截渗措施垂直截渗措施明挖回填粘土成截水槽明挖回填粘土成截水槽, ,结构简单、工作可靠、截结构简单、工作可靠、截渗效果好的防渗措施渗效果好的防渗措施. .适用适用: :砂砾土层深度在砂砾土层深度在15m15m以内。以内。位置位置: :一般设在大坝防渗体的底部（均质坝则多设一般设在大坝防渗体的底部（均质坝则多设在靠上游在靠上游1/31/3

32、1/21/2坝底宽处），横贯整个河床并伸到坝底宽处），横贯整个河床并伸到两岸两岸尺寸尺寸: :截水墙的底宽，应按回填土料的允许比降确截水墙的底宽，应按回填土料的允许比降确定（砂壤土取定（砂壤土取3.03.0，壤土，壤土3.03.05.05.0，粘土，粘土5.05.010.010.0），一般取，一般取5m10m5m10m，最小宽度，最小宽度3.0m3.0m。 插入相对不透层的深度应不小于插入相对不透层的深度应不小于0.50.51.0m1.0m（1 1）粘土截水槽）粘土截水槽0.5-1.00.5-1.0心 墙(a)(b)适用适用: :砂砾石层深度在砂砾石层深度在151580m80m，高效经济的。，

33、高效经济的。 优点优点: :施工进度快，造价较低，防渗效果好。施工进度快，造价较低，防渗效果好。 尺寸尺寸: :厚度由坝高和防渗墙的允许渗透比降、墙体厚度由坝高和防渗墙的允许渗透比降、墙体溶蚀速度和施工条件等因素确定溶蚀速度和施工条件等因素确定. .据经验，一般允据经验，一般允许比降以许比降以8080100100为宜，并由最大工作水头除以允为宜，并由最大工作水头除以允许比降校核墙的厚度。许比降校核墙的厚度。 从混凝土溶蚀速度考虑，其在渗水作用下带走游离从混凝土溶蚀速度考虑，其在渗水作用下带走游离氧化钙而使强度降低，渗透性增加，因此，可按其氧化钙而使强度降低，渗透性增加，因此，可按其强度强度50

34、%50%的年限审核墙体厚度。的年限审核墙体厚度。 从施工和坝高考虑，用冲击钻造孔，从施工和坝高考虑，用冲击钻造孔，1.3m1.3m直径钻具直径钻具最大，一般将墙体厚度控制在最大，一般将墙体厚度控制在0.60.61.3m1.3m的范围内。的范围内。（2）混凝土防渗墙）混凝土防渗墙 防渗墙顶部和底部是防渗的薄弱部位，应慎重处理。防渗墙顶部和底部是防渗的薄弱部位，应慎重处理。防渗墙墙顶应做成光滑的楔形，插入土质防渗体的防渗墙墙顶应做成光滑的楔形，插入土质防渗体的深度为深度为1/101/10坝高；低坝应不小于坝高；低坝应不小于2.0m2.0m，并在墙顶填，并在墙顶填筑含水率大于最优含水率的高塑性土区。

35、墙底应嵌筑含水率大于最优含水率的高塑性土区。墙底应嵌入基岩入基岩0.50.51.0m1.0m。 高坝深砂砾石层防渗墙，应分析核算墙的应力，为高坝深砂砾石层防渗墙，应分析核算墙的应力，为选择混凝土的强度提供依据。选择混凝土的强度提供依据。 具有足够的抗渗性和耐久性，为此可在混凝土内掺具有足够的抗渗性和耐久性，为此可在混凝土内掺入适量的粘土、粉煤灰及其他外加剂。为了保证防入适量的粘土、粉煤灰及其他外加剂。为了保证防渗墙的施工质量，对高坝深砂砾石层的混凝土防渗渗墙的施工质量，对高坝深砂砾石层的混凝土防渗墙、宜采用钻孔、物探等方法做强度和渗透性的质墙、宜采用钻孔、物探等方法做强度和渗透性的质量检查。量

36、检查。 当砂砾石层很深或采用其他防渗截水措施不可行当砂砾石层很深或采用其他防渗截水措施不可行时，可采用灌浆帷幕，或在深层灌浆帷幕，上层粘时，可采用灌浆帷幕，或在深层灌浆帷幕，上层粘土截水墙或混凝土防渗墙等方法截渗。土截水墙或混凝土防渗墙等方法截渗。在灌浆前，先对地基的可灌性和可灌何种料浆进在灌浆前，先对地基的可灌性和可灌何种料浆进行评估，可灌性应通过室内及现场试验确定。行评估，可灌性应通过室内及现场试验确定。1 1）可灌比）可灌比M M d d8585灌注材料中小于其总土重的灌注材料中小于其总土重的85%85%所对应的粒径，所对应的粒径，mmmm。当当M M1515时时, ,可灌水泥浆；可灌水

37、泥浆；M M1010时可灌水泥粘土浆时可灌水泥粘土浆8515dDMD D1515受灌地层中小于总土重的受灌地层中小于总土重的15%15%所对应的粒径，所对应的粒径，mmmm （3）灌浆帷幕）灌浆帷幕2 2）渗透系数）渗透系数 除了以可灌比评价之外，也可用渗透系数进行评估。除了以可灌比评价之外，也可用渗透系数进行评估。当地基的渗透系数当地基的渗透系数 10-1 cm/s 10-1 cm/s时灌水泥浆时灌水泥浆当地基的渗透系数当地基的渗透系数10-2 10-2 灌水泥粘土浆灌水泥粘土浆. . 所有的砂层和砂砾石层，均可用化学浆材。所有的砂层和砂砾石层，均可用化学浆材。帷幕厚度应根据大坝承受的工作水

38、头和帷幕本身的渗透帷幕厚度应根据大坝承受的工作水头和帷幕本身的渗透比降确定，可按下式计算：比降确定，可按下式计算： JHT 渗透系数等于渗透系数等于10-4- 10-3 10-4- 10-3 可灌超细水泥浆可灌超细水泥浆. . 铺盖的作用是延长渗径，使渗漏损失和渗流比降减铺盖的作用是延长渗径，使渗漏损失和渗流比降减小。当坝基透水层深厚，用其他防渗措施经济不合小。当坝基透水层深厚，用其他防渗措施经济不合理时可考虑。理时可考虑。 特点特点: :就地取材，施工简单，多用于中小工程。巴基就地取材，施工简单，多用于中小工程。巴基斯坦的塔贝拉坝，坝高斯坦的塔贝拉坝，坝高148m148m，用粘性土铺盖防渗，

39、用粘性土铺盖防渗，铺盖长铺盖长2.12km2.12km，最大厚度，最大厚度12.8m12.8m，最小厚度，最小厚度4.5m4.5m，虽，虽多次发生陷坑，最终是成功的。多次发生陷坑，最终是成功的。 粘性土防渗铺盖是从坝身防渗体向上游延伸，多用粘性土防渗铺盖是从坝身防渗体向上游延伸，多用于斜墙坝，如图于斜墙坝，如图3-353-35所示。所示。2水平防渗铺盖水平防渗铺盖 尺寸确定尺寸确定: : 前端最小厚度可取前端最小厚度可取0.50.51.0m1.0m，任截面厚度由下，任截面厚度由下式计算确定式计算确定: :JHxx铺盖的长度，主要取决于下卧土层的允许比降，国内铺盖的长度，主要取决于下卧土层的允许

40、比降，国内已建工程，一般取设计水头的已建工程，一般取设计水头的4 46 6倍，个别工程最大倍，个别工程最大取至取至1111倍水头。倍水头。 当用铺盖防渗时，因其不能有效地拦截渗水，当用铺盖防渗时，因其不能有效地拦截渗水，可引起坝下地层渗透变形或沼泽化。因此，采可引起坝下地层渗透变形或沼泽化。因此，采用铺盖防渗或采用其他措施防渗效果较差时，用铺盖防渗或采用其他措施防渗效果较差时，可在下游坝脚或以外处配套设置排水减压措施，可在下游坝脚或以外处配套设置排水减压措施，如图如图5-365-36所示。所示。 1) 1) 排水沟排水沟: :对双层结构透水地基，可将表层挖对双层结构透水地基，可将表层挖穿做成反

41、滤排水暗沟或明沟。穿做成反滤排水暗沟或明沟。 2)2)减压井减压井: :当表层弱透水层太厚或透水层成层性当表层弱透水层太厚或透水层成层性较显著时，宜采用减压井深入强透水层，将渗较显著时，宜采用减压井深入强透水层，将渗水导出，经排水沟排向下游。水导出，经排水沟排向下游。3排水减压措施排水减压措施 减压井布置减压井布置: :通常在靠近下游坝脚以外处并平行于通常在靠近下游坝脚以外处并平行于坝轴线方向布置一排，井距一般为坝轴线方向布置一排，井距一般为151530m30m。井径。井径（内径）宜大于（内径）宜大于150mm150mm。出口高程应尽量降低，一。出口高程应尽量降低，一般比沟底高程高般比沟底高程

42、高0.30.30.5m0.5m。 减压井构造减压井构造: :由沉淀管、进水花管和导水管三部分由沉淀管、进水花管和导水管三部分组成，渗水由进水花管四周孔眼进入管内，经导组成，渗水由进水花管四周孔眼进入管内，经导水管顶面的出水口排入排水沟，进入管内的土粒水管顶面的出水口排入排水沟，进入管内的土粒则靠自身重量淤落沉淀管内。进水花管可用石棉则靠自身重量淤落沉淀管内。进水花管可用石棉水泥管、无砂混凝土管等，贯入强透水层的水泥管、无砂混凝土管等，贯入强透水层的50%50%100%100%。进水花管孔眼可为条形或圆形，开孔率宜。进水花管孔眼可为条形或圆形，开孔率宜为为10%10%20%20%，管四周宜按反滤

43、要求布置反滤层或，管四周宜按反滤要求布置反滤层或用土工布反滤。用土工布反滤。 1 1细砂地基处理细砂地基处理 均匀饱和的细砂地基受振动时（遇地震时）极易液均匀饱和的细砂地基受振动时（遇地震时）极易液化，必须进行处理。化，必须进行处理。 1)1)全部挖除全部挖除: :当易液化地基厚度小且范围不广时。当易液化地基厚度小且范围不广时。 2)2)振动压密振动压密: :当挖除困难或很不经济时，可进行振动当挖除困难或很不经济时，可进行振动压密或重锤夯实，其有效深度在压密或重锤夯实，其有效深度在1 12m2m之间，如采之间，如采用重型振动碾，则可达用重型振动碾，则可达2 23m3m，压实后土层可达中，压实后

44、土层可达中密或紧密状态。密或紧密状态。 3)3)振冲强夯振冲强夯: :当易液化细砂地基厚度较深时，宜采用当易液化细砂地基厚度较深时，宜采用振冲振冲( (碎石桩碎石桩) )、强夯等方法加密。、强夯等方法加密。二、软土地基处理二、软土地基处理沙井沙井231122 2淤泥地基处理淤泥地基处理淤泥地基含水率大，抗剪强度低，承载能力小，一淤泥地基含水率大，抗剪强度低，承载能力小，一般不适宜直接作为坝基，应进行处理。般不适宜直接作为坝基，应进行处理。1)1)挖除挖除: :当淤泥土层较浅和分布范围不广时；当淤泥土层较浅和分布范围不广时；2)2)压重法砂井排水法压重法砂井排水法: :当淤泥层较深，挖除难和不经

45、当淤泥层较深，挖除难和不经济时，可采压重法或砂井排水法处理。济时，可采压重法或砂井排水法处理。砂井尺寸砂井尺寸: :直径为直径为303040cm40cm，井距约为（，井距约为（6 68 8）倍的）倍的井径，深度应伸入至潜在最危险滑动面以下。砂井的井径，深度应伸入至潜在最危险滑动面以下。砂井的施工是在地基中打入封底的钢管，拔管后回填粗粒砂、施工是在地基中打入封底的钢管，拔管后回填粗粒砂、砾石料。砾石料。作用作用: :一方面是加密地基，另一方面是通过砂井把地一方面是加密地基，另一方面是通过砂井把地基土料的含水量从砂井中导出，从而加快地基固结，基土料的含水量从砂井中导出，从而加快地基固结，提高其承载

46、力和抗剪强度。提高其承载力和抗剪强度。 3 3软粘性和淤泥地基处理软粘性和淤泥地基处理 挖除挖除: :软粘土地基土层较薄时宜全部挖除；软粘土地基土层较薄时宜全部挖除； 砂井砂井: :当软粘土层较厚、分布范围较广、全部挖当软粘土层较厚、分布范围较广、全部挖除难度较大或不经济时，可将表面强度很低的部除难度较大或不经济时，可将表面强度很低的部分挖除，其余部分可用打砂井（同上）分挖除，其余部分可用打砂井（同上）; ; 插塑料排水带插塑料排水带; ; 加载预压、真空预压、振冲置换，以及调整施工加载预压、真空预压、振冲置换，以及调整施工速率等措施处理。速率等措施处理。第七节第七节土石坝与坝基、岸坡及其他建

47、筑物的连接土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接一、坝体与土质坝基及岸坡的连接一、坝体与土质坝基及岸坡的连接二、坝体与岩石地基及岸坡的连接二、坝体与岩石地基及岸坡的连接三、土石坝与混凝土建筑物的连接三、土石坝与混凝土建筑物的连接v 土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接是土石土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接是土石坝设计的关键，应当高度重视并妥善处理坝设计的关键，应当高度重视并妥善处理; ;v 目的：避免产生水力劈裂；目的：避免产生水力劈裂； 接触面岩石大量漏水；接触面岩石大量漏水； 不均匀沉降而导致坝体产生裂缝。不均匀沉降而导致坝体产生裂缝。一、坝体与土质坝基及岸坡的连接一、坝体与土质坝基及岸

48、坡的连接 1 1、清基：、清基： 把建筑物范围内（包括坝基和岸坡）的草皮、树把建筑物范围内（包括坝基和岸坡）的草皮、树根、含有植物的表土、蛮石、垃圾和其他废料清除，根、含有植物的表土、蛮石、垃圾和其他废料清除，并将清理后的坝基表面土层压实。并将清理后的坝基表面土层压实。第七节第七节土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接2 2、清除或处理：、清除或处理：不符合设计要求的低强度、高压缩性软土和地震时不符合设计要求的低强度、高压缩性软土和地震时易液化的土层；易液化的土层；3 3、坝身防渗体应与坝基防渗设施连接：、坝身防渗体应与坝基防渗设施连接： 坝基防渗设施应座落在

49、相对不透水土基上；坝基坝基防渗设施应座落在相对不透水土基上；坝基覆盖层与下游坝壳粗粒料接触处，应符合反滤要求，覆盖层与下游坝壳粗粒料接触处，应符合反滤要求，否则必须设置反滤层，以保证该处不发生渗透稳定否则必须设置反滤层，以保证该处不发生渗透稳定问题。问题。4 4、坝基开挖：、坝基开挖：为使防渗体与岸坡紧密结合，岸坡开挖应当大致平为使防渗体与岸坡紧密结合，岸坡开挖应当大致平顺，避免做成台阶形状、反坡或突然变坡；顺，避免做成台阶形状、反坡或突然变坡；注意：对岸坡本身的整体性和稳定性要求，防止蓄水注意：对岸坡本身的整体性和稳定性要求，防止蓄水后岸坡稳定条件恶化，要求土质岸坡沿坝轴方向开挖后岸坡稳定条

50、件恶化，要求土质岸坡沿坝轴方向开挖坡度不宜陡于坡度不宜陡于1:1.51:1.5。 5 5、土质防渗与岸坡连接：、土质防渗与岸坡连接：如因防渗体底面较窄而不满足防渗要求时，应加厚防如因防渗体底面较窄而不满足防渗要求时，应加厚防渗体的断面和加强反滤层布置，以增加该处的防渗可渗体的断面和加强反滤层布置，以增加该处的防渗可靠性，渐变加厚断面。靠性，渐变加厚断面。 1.1.清基清基: :要求清除坝基表面的垃圾、废料要求清除坝基表面的垃圾、废料 和和杂物外，还应清除其表面松动的石块杂物外，还应清除其表面松动的石块, ,凹处清除积土凹处清除积土后应用混凝土回填。后应用混凝土回填。 2.2.冲洗冲洗: : 开