02第二章土石坝与堤防.ppt

《02第二章土石坝与堤防.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《02第二章土石坝与堤防.ppt（39页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第二章 土石坝与堤防,第一节 概述 第二节 土石坝剖面设计 第三节 细部构造与坝体材料 第四节 渗流分析 第五节 土石坝稳定分析 第六节 土石坝的坝基处理 第七节 堤防与河道整治建筑物,第一节 概述,土石坝是指由土料、石料或土石混合料，采用抛填、碾压等方法堆筑成的挡水坝。由于筑坝材料主要来自坝址区，因而也称为当地材料坝。堤防是沿河岸修建构筑的护岸建筑物，大多数采用土石坝的结构形式，在许多方面土石坝与堤防都存在共性。 土石坝历史悠久，是应用最为广泛和最有发展前途的一种坝型。,一、土石坝的工作特点和设计要求 （一）稳定 土石坝失稳的型式，主要是坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动，影响坝体的正常工

2、作，甚至导致工程失事。为确保土石填筑体的稳定，土石坝断面一般设计成梯形或复合梯形，而且边坡较缓。 （二）渗流 渗流不仅使水库损失水量，还会使背水面的土体颗粒流失、变形，引起管涌和流土等渗透破坏。 防止渗流破坏的原则是“前堵后排”。,（三）沉陷 由于土石颗粒之间存在较大的孔隙，在外荷载的作用下，易产生移动、错位，细颗粒填充部分孔隙，使坝体产生沉降，也使土体逐步密实、固结。 （四）冲刷 土石坝为散粒结构，抗冲能力低，受到波浪、雨水和水流作用，会造成冲刷破坏。 （五）其他 冬季结冰、夏季干裂、地震影响、穴居动物影响等。,二、土石坝的类型 （一）按坝高分类 土石坝按其坝高可分为低坝、中坝和高坝。 （二

3、）按施工方法分类 1、碾压式土石坝 2、水力冲填坝 3、定向爆破堆石坝 （三）按防渗材料及结构不同 1、均质坝 2、土质防渗体分区坝 3、人工防渗材料坝 4、过水土石坝 （四）按坝体材料所占比例 1、土坝 2、土石混合坝 3、堆石坝,第二节 土石坝剖面设计,剖面设计是土坝设计的主要内容，包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗结构、排水结构及其细部构造。 设计步骤：计算坝顶高程，根据具体要求和经验拟定剖面，进行渗流计算，最后进行坝坡稳定分析，根据稳定分析的结果判断坝剖面的合理性。一般需要多次重复以上步骤，直至得到合理的剖面。,一、坝顶高程 坝顶高程按水库静水位加上防浪超高来确定，规范规定，按下

4、列运用条件计算，取其大者。 （1）设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高。 （2）正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高。 （3）校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高。 （4）正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全超高。 坝顶超高的计算公式如下,（二）坝顶宽度 坝顶宽度主要满足运行、施工、交通和人防等要求。 （三）坝坡 同种土质的坝体，上游坡要比下游坡缓些。 心墙坝上下游坝壳一般比均质坝陡。斜墙坝的上游坝坡较缓，而下游坝坡和心墙坝相仿。 地基条件好、土料碾压密实的，坝坡可以陡些，反之则应放缓。 用黏性土料做成的坝坡，常沿高度分成数段，从上而下逐渐放缓。砂土和堆石可采用均一坡率。,第三节 细部构

5、造与坝体材料,一、防渗体 设置防渗设施的目的是减少通过坝体和坝基的渗漏量，降低浸润线，以增加下游坝坡的稳定性；降低渗透坡降以防止渗透变形。 （一）土质心墙 （二）土质斜墙 （三）非土料防渗体 1、沥青混凝土防渗体 2、钢筋混凝土防渗体,二、坝体排水 土石坝坝身排水设施的主要作用是：降低坝体浸润线，防止渗流逸出处的渗透变形，增强坝坡的稳定性；防止坝坡受冰冻破坏；有时也起降低孔隙水压力的作用。 （一）堆石棱体排水 （二）贴坡排水 （三）褥垫排水 （四）组合式排水,三、坝顶及护坡 （一）坝顶 坝顶一般采用碎石、单层砌石、沥青或混凝土路面。如坝顶有公路交通要求，坝顶结构应满足公路交通路面的有关规定。

6、（二）护坡 护坡的主要作用是保护坝坡免受波浪和降雨的冲刷；防止坝体的黏性土发生冰结、膨胀、收缩现象。 1、上游护坡 上游护坡可采用抛石、干砌石、浆砌石、混凝土块（板）或沥青混凝土，其中以砌块石护坡最常用。 2、下游护坡 下游护坡可采用草皮、碎石或块石等，其中草皮护坡是最经济的形式之一。,四、坝体各部分对土料的要求 （一）均质坝 均质坝的土料应具有一定的抗渗性能；对粒径及有机质含量也有一定的要求。 （二）心墙坝和斜墙坝的坝壳 坝壳土石料主要是为了保持坝体的稳定性，一般要求有较高的强度。 （三）土质防渗体 对防渗性、水溶盐含量及有机质含量有要求。 （四）排水设施和砌石护坡用石料 要求具有较高抗压强

7、度，良好的抗水性、抗冻性和抗风化性的岩石。,五、填筑标准 土石料的填筑标准是指土料的压实程度及其适宜含水量。 （一）黏性土的填筑标准 对不含砾或含少量砾的黏性土料的填筑标准应以压实度和最优含水率作为设计控制指标。设计干密度应以击实最大干密度乘以压实度求得。 （二）非黏性土料的填筑标准 它的压实程度一般与含水量关系不大，而与粒径级配和压实功能有密切关系。压密程度一般用相对密度来表示。 堆石的填筑标准，宜以孔隙率为设计控制指标。,第四节 渗流分析,一、渗流分析的概述 （一）渗流分析的目的 土石坝的基本剖面确定后，需要通过渗流分析检验坝体及坝基的安全性，并为坝坡稳定分析提供依据。计算内容有：坝体浸润

8、线、渗流出逸点的位置、渗透流量和各点的渗透压力或渗透坡降，并绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图等。,（二）计算工况 一般需要计算的工况有：上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；上游设计洪水位与下游相应的水位；上游校核洪水位与下游相应的水位；库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。 （三）计算方法（略） 二、渗流分析的水力学法（略） 三、渗流分析的数值计算法（略）,四、土石坝的渗流变形及其防治措施 （一）渗透变形的型式 1、管涌 坝体或坝基中的细土壤颗粒被渗流带走，逐渐形成渗流通道的现象称为管涌或机械管涌。管涌一般发生在坝的下游坡或闸坝的下游地基面渗流逸出处。没有黏聚力的无黏性砂土、砾石砂土中容

9、易发生管涌。 2、流土 在渗流作用下，成块的土体被掀起浮动的现象称为流土。主要发生在黏性土及均匀非黏性土体的渗流出口处。,3、接触冲刷 当渗流沿两种不同土壤的接触面或建筑物与地基的接触面流动时，把其中细颗粒带走的现象称为接触冲刷。 4、接触管涌和接触流土 渗流方向垂直于两种不同土壤的接触面时，可能把其中一层的细颗粒带到另一层的粗颗粒中去，称为接触管涌。当其中一层为黏性土，由于含水量增大致使凝聚力降低而成块移动，甚至形成剥蚀时，称为接触流土。 （二）渗透变形的判别 渗流变形的判别包括两个方面：渗透类型与发生条件。,（三）防止发生渗透变形的措施 防止渗透变形的工程措施，一方面是降低渗流坡降从而减小

10、渗流速度和渗流压力；另一方面是增强渗流逸出处土体抵抗渗透变形的能力。 具体工程措施有：在上游侧设置水平与垂直防渗体，延长渗径，降低渗透坡降或截阻渗流；在下游侧设置排水沟或减压井，降低渗流出口处的渗流压力；对可能发生管涌的地段，需铺设反滤层，拦截可能被涌流携带的细粒；对下游可能发生流土的地段，应加盖重，盖重下的保护层也必须按反滤原则铺设。,第五节 土石坝稳定分析,一、概述 土石坝的稳定性主要是指边坡稳定问题。土石坝边坡的失稳形式主要有滑坡、塑性流动和液化三种形式。其中滑坡主要有以下几种形式。 （一）曲线滑动 曲线滑动面是一个顶部稍陡而底部渐缓的曲面，多发生在黏性土坝坡中。 （二）直线和折线滑动面

11、 在均质的非黏性土边坡中，滑动面一般为直线；当坝体的一部分淹没在水中时，滑动面可能为折线。在不同土料的分界面，也可能发生直线或折线滑动。 （三）复式滑动面 复式滑动面是同时具有黏性土和非黏性土的土坝中常出现的滑动面型式。,二、荷载及其组合和稳定安全系数的标准 （一）荷载及其组合 1、基本荷载 （1）自重。 土坝坝体自重分三种情况来考虑，即：在浸润线以上的土体，按湿容重计算；在浸润线以下、下游水面线以上的土体，按饱和容重计算；在下游水位以下的土体，按浮容重计算。 （2）渗透力。 是在渗流场内作用于土体的体积力。 （3）孔隙压力。 黏性土在外荷载的作用下产生压缩，由于土体内的空气和水一时来不及排出

12、，外荷载便由土粒和空隙中的空气与水来共同承担。其中，由土粒骨架承担的应力称为有效应力，它在土体滑动时能产生摩擦力；由空隙中的水和空气承担的应力称为孔隙压力 ，它不能产生摩擦力。,2、荷载组合 土石坝稳定分析的荷载组合主要有正常工作条件和非常运用情况。 （1）正常工作条件。水库上游水位处于正常蓄水位和设计洪水位与死水位之间的各种水位的稳定渗流期。水库水位在上述范围内经常性的正常降落情况。抽水蓄能电站的水库水位的经常性变化和降落。 （2）非常运用情况。施工期。校核洪水位有可能形成稳定渗流的情况。水库水位的非常降落。 （二）土石坝坝坡稳定安全系数标准（略） 三、土石坝边坡稳定计算（略）,第六节 土石

13、坝的坝基处理,根据土石坝地基条件，地基处理的目的大体可归纳为以下几个方面： 改善地基的剪切特性，防止剪切破坏，减少剪切变形，保证地基不发生滑动；改善地基的压缩性能，减少不均匀沉降，以限制坝体裂缝的发生；减少地基的透水性，降低扬压力和地下水位，使地基以至坝身不产生渗透变形，并把渗流流量控制在允许的范围内；改善地基的动力特性，防止液化。,一、砂砾石地基处理 砂砾石地基的处理，主要是对地基的防渗处理，通常采取“上堵下排”的措施，“上堵”包括水平和铅直防渗措施，“下排”主要是排水减压。 （一）垂直防渗设施 垂直防渗是解决坝基渗流问题效果最好的措施。垂直防渗的效果相当于水平防渗效果的3倍。因此在土石坝的

14、防渗措施中，应优先选择垂直防渗措施。 垂直防渗措施主要有：黏性土截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕、板桩等。,（二）水平防渗设施 防渗铺盖是由黏性土做成的水平防渗设施，是斜墙、心墙或均质坝体向上游延伸的部分。当采用垂直防渗有困难或不经济时，可考虑采用铺盖防渗。 （三）排水减压措施 常用的排水减压设施有排水沟和排水减压井。 二、细砂、软黏土和湿陷性黄土地基处理,第七节 堤防与河道整治建筑物,一、堤防工程 堤防是沿河流、湖泊、海洋的岸边或蓄滞洪区、水库库区的周边修筑的挡水建筑物，其作用是抵挡河道洪水、海潮，保护两岸或海岸不受洪水（海潮）威胁。同时，堤防也影响岸区雨洪的排泄，因此，必须设置穿堤排水建筑物

15、水闸和泵站。,（一）堤防的类型和作用 （1）堤防按其所在位置不同，可分为湖堤、河堤、海堤、围堤和水库中堤防五种。 （2）河堤按其所在位置和重要性，又分为干堤、支堤和民堤。 （3）在黄河上，河堤常分为遥堤、缕堤、格堤、越堤和月堤五种。 （二）堤线布置及堤型选择 1、堤线布置 2、堤型选择,二、河道整治工程 河流无论在自然状态下或在人类活动影响下，由于可动的边界条件和不恒定的来水来沙条件，总是处于不断的变化过程之中，这种变化在许多情况下可能会产生巨大的破坏作用，而必须采取工程措施加以控制，这类工程措施即是治河工程，或称为河道整治工程。 （一）河道治理的基本要求 （二）河道整治设计标准 1、设计流量

16、和设计水位 针对洪水、中水、枯水河槽的整治，应有各自相应的特征流量和水位，作为设计的基本依据。 2、整治线 又称为治导线，是河道经过整治后，在设计流量下的平面轮廓线。,（三）平原河流的整治措施 平原河流按其平面形态和演变特性的不同，可分为以下四种类型。 1、蜿蜒型河段 2、游荡型河段 3、分汊型河段 4、顺直型河段,（四）河道整治建筑物 河道整治建筑物，即河工建筑物，是以河道整治为目的所修筑的建筑物。按建筑材料和使用年限，可分为轻型的（或临时型的）和重型的（或永久型的）整治建筑物；按建筑物与水位的关系，可分为淹没式和非淹没式；按建筑物对水流的干扰情况，又可分为透水建筑物、非透水建筑物和环流建筑物。各种不同类型的建筑物常做成护岸、垛、坝等形式。,