土石壩設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)教案

1、土石壩設(shè)計(jì)土石壩設(shè)計(jì)(shj)第一頁，共84頁。第四節(jié)第四節(jié) 土石壩的穩(wěn)定土石壩的穩(wěn)定(wndng)(wndng)分析分析一、概述一、概述(i sh)第1頁/共84頁第二頁，共84頁。第2頁/共84頁第三頁，共84頁。第3頁/共84頁第四頁，共84頁。tgCtguCeuuetgCcuccuetgC 土體的抗剪強(qiáng)度土體的抗剪強(qiáng)度(qingd)(qingd) 孔隙水壓力；孔隙水壓力； 不排水剪的總強(qiáng)度指標(biāo)不排水剪的總強(qiáng)度指標(biāo)(zhbio)(zhbio)； 固結(jié)不排水剪的總強(qiáng)度指標(biāo)固結(jié)不排水剪的總強(qiáng)度指標(biāo)(zhbio)(zhbio)。 euuCucuCcu二、土料抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選取二、土料抗剪強(qiáng)度指

2、標(biāo)的選取第4頁/共84頁第五頁，共84頁。二、土料抗剪強(qiáng)度二、土料抗剪強(qiáng)度(qingd)指標(biāo)的選取指標(biāo)的選取第5頁/共84頁第六頁，共84頁。三、壩坡穩(wěn)定計(jì)算工況和安全系數(shù)三、壩坡穩(wěn)定計(jì)算工況和安全系數(shù)(nqun xsh)的采用的采用第6頁/共84頁第七頁，共84頁。第7頁/共84頁第八頁，共84頁。第8頁/共84頁第九頁，共84頁。四、壩坡穩(wěn)定四、壩坡穩(wěn)定(wndng)分析方法分析方法第9頁/共84頁第十頁，共84頁。 1 1圓弧法圓弧法 圓弧法是假定壩坡滑動面為一圓弧，取圓弧圓弧法是假定壩坡滑動面為一圓弧，取圓弧面以上土體作為分析對象。常用于均質(zhì)壩、厚心面以上土體作為分析對象。常用于均質(zhì)壩

3、、厚心墻壩和厚斜墻壩；圓弧法由瑞典人彼得森提出，墻壩和厚斜墻壩；圓弧法由瑞典人彼得森提出，故稱瑞典圓弧法。該法把分滑動體分若干土條，故稱瑞典圓弧法。該法把分滑動體分若干土條，不考慮不考慮(kol)(kol)土條間的作用力，把滑動土體土條間的作用力，把滑動土體相對圓弧圓心的總阻滑力矩相對圓弧圓心的總阻滑力矩MrMr與總滑動力矩與總滑動力矩MTMT的的比值定義為壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)。后來，畢肖普提比值定義為壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)。后來，畢肖普提出考慮出考慮(kol)(kol)用用 。eK 第10頁/共84頁第十一頁，共84頁。iiiiiiiiiWLCtgLuWKsin)cos(第11頁/共84頁第十二頁，共

4、84頁。圖圖3-143-14表示一均質(zhì)壩坡滑動面和其中任一土條的作用表示一均質(zhì)壩坡滑動面和其中任一土條的作用(zuyng)(zuyng)力，為土條自重；及分別表示作用力，為土條自重；及分別表示作用(zuyng)(zuyng)在土條底部的法向反力和切向阻力。在土條底部的法向反力和切向阻力。第12頁/共84頁第十三頁，共84頁。計(jì)算時計(jì)算時: :若采用若采用b = 0.1Rb = 0.1R，則、，則、sin1=0.1,cos1=(1-0.1)sin1=0.1,cos1=(1-0.1)在每個滑弧計(jì)算時均為固定值，可使計(jì)算工作簡化。當(dāng)端土條寬度在每個滑弧計(jì)算時均為固定值，可使計(jì)算工作簡化。當(dāng)端土條寬度

5、時，可將該土條的實(shí)際高度換算為等效高度時，可將該土條的實(shí)際高度換算為等效高度h h（h= bh/bh= bh/b）進(jìn)行）進(jìn)行計(jì)算。采用總應(yīng)力法計(jì)算時，可在公式（計(jì)算。采用總應(yīng)力法計(jì)算時，可在公式（3-313-31）中令孔隙壓力）中令孔隙壓力u=0u=0，同時同時(tngsh)(tngsh)把把 c c、換成總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)即可導(dǎo)出用總換成總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)即可導(dǎo)出用總應(yīng)力法計(jì)算的瑞典圓弧法公式應(yīng)力法計(jì)算的瑞典圓弧法公式. .瑞典(ru din)圓弧法計(jì)算示意圖第13頁/共84頁第十四頁，共84頁。第14頁/共84頁第十五頁，共84頁。iiiiiiiiaiWbCtgbuWmKsin1Ktgmiiiai

6、sincos以上式中兩端均含未知量以上式中兩端均含未知量K K 值值, ,需采用迭代法或試算法求解。需采用迭代法或試算法求解?？稍谟?jì)算機(jī)運(yùn)算。采用手工試算時，一般可在計(jì)算機(jī)運(yùn)算。采用手工試算時，一般(ybn)(ybn)可先假可先假設(shè)設(shè)K=1K=1代入代入mai= k,mai= k,重復(fù)到相等重復(fù)到相等，第15頁/共84頁第十六頁，共84頁。四、壩坡穩(wěn)定四、壩坡穩(wěn)定(wndng)分析方法分析方法第16頁/共84頁第十七頁，共84頁。第17頁/共84頁第十八頁，共84頁。第18頁/共84頁第十九頁，共84頁。第19頁/共84頁第二十頁，共84頁。0cossin111111KtgWWP0cos)si

7、n(sin)cos(222221121211KtgWKtgPWP聯(lián)解兩式可求出安全系數(shù)聯(lián)解兩式可求出安全系數(shù)(nqun xsh) K(nqun xsh) K 第20頁/共84頁第二十一頁，共84頁。02 .30909 .35681KP0)8.110182957.0(140738988.011PKP聯(lián)解得：聯(lián)解得：K=1.98K=1.98 四、壩坡穩(wěn)定四、壩坡穩(wěn)定(wndng)分析方法分析方法第21頁/共84頁第二十二頁，共84頁。第22頁/共84頁第二十三頁，共84頁。anSK第23頁/共84頁第二十四頁，共84頁。第五節(jié)第五節(jié) 土料選擇與填土標(biāo)準(zhǔn)土料選擇與填土標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)(biozh

8、n)確定確定一、筑壩一、筑壩(zh b)材料選擇材料選擇二、土料填筑標(biāo)準(zhǔn)二、土料填筑標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)的確定的確定第24頁/共84頁第二十五頁，共84頁。第五節(jié)第五節(jié) 土料選擇土料選擇(xunz)(xunz)與填土標(biāo)準(zhǔn)確定與填土標(biāo)準(zhǔn)確定一、筑壩材料一、筑壩材料(cilio)選擇選擇第25頁/共84頁第二十六頁，共84頁。第26頁/共84頁第二十七頁，共84頁。對沖積粘土、膨脹土，開挖、凍土和分散性粘土不宜對沖積粘土、膨脹土，開挖、凍土和分散性粘土不宜作為防滲體的填筑土料。作為防滲體的填筑土料。紅粘土、濕陷性黃土、礫石土可用于防滲體。紅粘土、濕陷性黃土、礫石土可用于防滲體。（2 2）壩殼土石料

9、的要求）壩殼土石料的要求壩殼土石料應(yīng)滿足排水性能壩殼土石料應(yīng)滿足排水性能(xngnng)(xngnng)好、抗剪強(qiáng)好、抗剪強(qiáng)度高、易壓實(shí)和抗震穩(wěn)定性良好的要求。度高、易壓實(shí)和抗震穩(wěn)定性良好的要求。 料場開采和壩區(qū)開挖的砂、礫石、卵石、石料和風(fēng)料場開采和壩區(qū)開挖的砂、礫石、卵石、石料和風(fēng)化料及礫石均可作為壩殼的填筑材料?；霞暗[石均可作為壩殼的填筑材料。 均勻中細(xì)砂只能用于中、低壩壩殼浸潤線以上的干均勻中細(xì)砂只能用于中、低壩壩殼浸潤線以上的干燥區(qū)，高壩和地震區(qū)不宜采用這種土料。燥區(qū)，高壩和地震區(qū)不宜采用這種土料。 下游壩殼應(yīng)采用透水性能下游壩殼應(yīng)采用透水性能(xngnng)(xngnng)良好的

10、土石良好的土石料填筑。料填筑。對軟化系數(shù)低，不能壓碎成礫石土的風(fēng)化石料和軟巖對軟化系數(shù)低，不能壓碎成礫石土的風(fēng)化石料和軟巖宜在壩殼的干燥區(qū)填筑。宜在壩殼的干燥區(qū)填筑。第27頁/共84頁第二十八頁，共84頁。第28頁/共84頁第二十九頁，共84頁。二、土料填筑標(biāo)準(zhǔn)的確定二、土料填筑標(biāo)準(zhǔn)的確定第29頁/共84頁第三十頁，共84頁。第30頁/共84頁第三十一頁，共84頁。minmaxmaxDreeee第31頁/共84頁第三十二頁，共84頁。第六節(jié)第六節(jié) 土石壩的地基土石壩的地基(dj)(dj)處理處理 土石壩的地基處理土石壩的地基處理(chl)的目的的目的一、砂礫一、砂礫(sh l)石地基處理石地基

11、處理二、軟土地基處理二、軟土地基處理第32頁/共84頁第三十三頁，共84頁。土石壩優(yōu)點(diǎn)之一是對地基適應(yīng)能力較強(qiáng)，在各類地基土石壩優(yōu)點(diǎn)之一是對地基適應(yīng)能力較強(qiáng)，在各類地基上都可建造土石壩。上都可建造土石壩。資料表明資料表明: :土石壩有土石壩有40%40%是因地基失事的。是因地基失事的。土石壩的地基處理的目的：土石壩的地基處理的目的：控制滲流，要求處理后的地基不產(chǎn)生滲透變形和降控制滲流，要求處理后的地基不產(chǎn)生滲透變形和降低壩體浸潤線，壩坡和壩基在各種情況下均要滲透穩(wěn)低壩體浸潤線，壩坡和壩基在各種情況下均要滲透穩(wěn)定定(wndng)(wndng)，滲流量在允許的范圍內(nèi)；，滲流量在允許的范圍內(nèi)；控制穩(wěn)

12、定控制穩(wěn)定(wndng)(wndng)，處理使壩基具有足夠的強(qiáng)度，處理使壩基具有足夠的強(qiáng)度，不致因壩基產(chǎn)生滑坡，軟土層不致被擠出，砂土層不不致因壩基產(chǎn)生滑坡，軟土層不致被擠出，砂土層不發(fā)生液化等；發(fā)生液化等；控制變形，要求沉降量和不均勻沉降控制在允許的控制變形，要求沉降量和不均勻沉降控制在允許的范圍內(nèi)（竣工后，不應(yīng)大于壩高的范圍內(nèi)（竣工后，不應(yīng)大于壩高的1%1%），以免影響壩），以免影響壩的正常運(yùn)行。的正常運(yùn)行。土石壩的地基土石壩的地基(dj)處理的目的處理的目的第33頁/共84頁第三十四頁，共84頁。第六節(jié)第六節(jié) 土石壩的地基土石壩的地基(dj)(dj)處理處理 第34頁/共84頁第三十五頁

13、，共84頁。第六節(jié)第六節(jié) 土石壩的地基土石壩的地基(dj)(dj)處理處理 第35頁/共84頁第三十六頁，共84頁。一、砂礫一、砂礫(sh l)(sh l)石地基處理石地基處理1 1垂直截滲措施垂直截滲措施明挖回填粘土成截水槽明挖回填粘土成截水槽, ,結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、截結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、截滲效果好的防滲措施滲效果好的防滲措施. .適用適用: :砂礫土層砂礫土層(t cn(t cn) )深度在深度在15m15m以內(nèi)。以內(nèi)。位置位置: :一般設(shè)在大壩防滲體的底部（均質(zhì)壩則多設(shè)一般設(shè)在大壩防滲體的底部（均質(zhì)壩則多設(shè)在靠上游在靠上游1/31/31/21/2壩底寬處），橫貫整個河床并伸壩底寬處），

14、橫貫整個河床并伸到兩岸到兩岸尺寸尺寸: :截水墻的底寬，應(yīng)按回填土料的允許比降確截水墻的底寬，應(yīng)按回填土料的允許比降確定（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，最小寬度，最小寬度3.0m3.0m。 插入相對不透層的深度應(yīng)不小于插入相對不透層的深度應(yīng)不小于0.50.51.0m1.0m（1 1）粘土）粘土(zhn t)(zhn t)截水槽截水槽第36頁/共84頁第三十七頁，共84頁。第37頁/共84頁第三十八頁，共84頁。第38頁/共84頁第三十九頁，共84頁。第39頁/共84頁第四十頁

15、，共84頁。（2）混凝土防滲墻）混凝土防滲墻第40頁/共84頁第四十一頁，共84頁。第41頁/共84頁第四十二頁，共84頁。第42頁/共84頁第四十三頁，共84頁。第43頁/共84頁第四十四頁，共84頁。第44頁/共84頁第四十五頁，共84頁。第45頁/共84頁第四十六頁，共84頁。第46頁/共84頁第四十七頁，共84頁。第47頁/共84頁第四十八頁，共84頁。第48頁/共84頁第四十九頁，共84頁。第49頁/共84頁第五十頁，共84頁。第50頁/共84頁第五十一頁，共84頁。當(dāng)砂礫石層很深或采用其他防滲截水措施不可行當(dāng)砂礫石層很深或采用其他防滲截水措施不可行時，可采用灌漿帷幕，或在深層灌漿帷

16、幕，上層粘時，可采用灌漿帷幕，或在深層灌漿帷幕，上層粘土截水墻或混凝土防滲墻等方法土截水墻或混凝土防滲墻等方法(fngf)(fngf)截滲。截滲。在灌漿前，先對地基的可灌性和可灌何種料漿進(jìn)在灌漿前，先對地基的可灌性和可灌何種料漿進(jìn)行評估，可灌性應(yīng)通過室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)確定。行評估，可灌性應(yīng)通過室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)確定。1 1）可灌比）可灌比M M d85d85灌注材料中小于其總土重的灌注材料中小于其總土重的85%85%所對應(yīng)的粒徑，所對應(yīng)的粒徑，mmmm。當(dāng)當(dāng)M M1515時時, ,可灌水泥可灌水泥(shun)(shun)漿；漿；M M1010時可灌水泥時可灌水泥(shun)(shun)粘土漿粘土漿85

17、15dDMD15D15受灌地層受灌地層(dcng)(dcng)中小于總土重的中小于總土重的15%15%所對應(yīng)的粒徑，所對應(yīng)的粒徑，mm mm （3）灌漿帷幕）灌漿帷幕第51頁/共84頁第五十二頁，共84頁。2 2）滲透系數(shù)）滲透系數(shù) 除了除了(ch le)(ch le)以可灌比評價之外，也可用滲透系數(shù)進(jìn)行評以可灌比評價之外，也可用滲透系數(shù)進(jìn)行評估。當(dāng)?shù)鼗臐B透系數(shù)估。當(dāng)?shù)鼗臐B透系數(shù) 10-1 cm/s 10-1 cm/s時灌水泥漿時灌水泥漿當(dāng)?shù)禺?dāng)?shù)?dngd)(dngd)基的滲透系數(shù)基的滲透系數(shù)10-2 10-2 灌水泥粘土漿灌水泥粘土漿. . 所有的砂層和砂礫石層，均可用化學(xué)漿材。所有的砂

18、層和砂礫石層，均可用化學(xué)漿材。帷幕厚度帷幕厚度(hud)(hud)應(yīng)根據(jù)大壩承受的工作水頭和帷幕本身的應(yīng)根據(jù)大壩承受的工作水頭和帷幕本身的滲透比降確定，可按下式計(jì)算：滲透比降確定，可按下式計(jì)算： JHT 滲透系數(shù)等于滲透系數(shù)等于10-410-4- - 10-3 10-3 可灌超細(xì)水泥漿可灌超細(xì)水泥漿. .第52頁/共84頁第五十三頁，共84頁。第53頁/共84頁第五十四頁，共84頁。2水平水平(shupng)防滲鋪蓋防滲鋪蓋 第54頁/共84頁第五十五頁，共84頁。第55頁/共84頁第五十六頁，共84頁。JHxx鋪蓋的長度，主要取決于下臥土層的允許比降，國內(nèi)已鋪蓋的長度，主要取決于下臥土層的允

19、許比降，國內(nèi)已建工程建工程(gngchng)(gngchng)，一般取設(shè)計(jì)水頭的，一般取設(shè)計(jì)水頭的4 46 6倍，個倍，個別工程別工程(gngchng)(gngchng)最大取至最大取至1111倍水頭。倍水頭。第56頁/共84頁第五十七頁，共84頁。3排水減壓排水減壓(jin y)措施措施第57頁/共84頁第五十八頁，共84頁。第58頁/共84頁第五十九頁，共84頁。第59頁/共84頁第六十頁，共84頁。第60頁/共84頁第六十一頁，共84頁。第61頁/共84頁第六十二頁，共84頁。二、軟土地二、軟土地(td)(td)基處理基處理第62頁/共84頁第六十三頁，共84頁。沙井沙井(sh jn)第

20、63頁/共84頁第六十四頁，共84頁。第64頁/共84頁第六十五頁，共84頁。第65頁/共84頁第六十六頁，共84頁。2 2淤泥地基處理淤泥地基處理淤泥地基含水率大，抗剪強(qiáng)度低，承載能力小，一般不適宜淤泥地基含水率大，抗剪強(qiáng)度低，承載能力小，一般不適宜直接作為壩基，應(yīng)進(jìn)行處理。直接作為壩基，應(yīng)進(jìn)行處理。1)1)挖除挖除: :當(dāng)淤泥土層較淺和分布范圍不廣時；當(dāng)淤泥土層較淺和分布范圍不廣時；2)2)壓重法砂井排水法壓重法砂井排水法: :當(dāng)淤泥層較深，挖除難和不經(jīng)濟(jì)時，可當(dāng)淤泥層較深，挖除難和不經(jīng)濟(jì)時，可采壓重法或砂井排水法處理。采壓重法或砂井排水法處理。砂井尺寸砂井尺寸: :直徑為直徑為30304

21、0cm40cm，井距約為（，井距約為（6 68 8）倍的井徑，深）倍的井徑，深度應(yīng)伸入至潛在最危險滑動面以下。砂井的施工是在地基中打入度應(yīng)伸入至潛在最危險滑動面以下。砂井的施工是在地基中打入封底的鋼管，拔管后回填粗粒砂、礫石料。封底的鋼管，拔管后回填粗粒砂、礫石料。作用作用: :一方面是加密地基，另一方面是通過砂井把地基土料的一方面是加密地基，另一方面是通過砂井把地基土料的含水量從砂井中導(dǎo)出，從而加快地基固結(jié)含水量從砂井中導(dǎo)出，從而加快地基固結(jié)( ( ji) ji)，提高其承，提高其承載力和抗剪強(qiáng)度。載力和抗剪強(qiáng)度。第66頁/共84頁第六十七頁，共84頁。第67頁/共84頁第六十八頁，共84頁。第68頁/共84頁第六十九頁，共84頁。第69頁/共84頁第七十頁，共84頁。第七節(jié)第七節(jié)土石壩與壩基土石壩與壩基(b j)(b j)、岸坡及其他建筑物的連接、岸坡及其他建筑物的連接一、壩體與土質(zhì)一、壩體與土質(zhì)(t zh)壩基及岸坡壩基及岸坡的連接的連接二、壩體與巖石