第三章_土石壩及堤防課件

1、第三章 土石壩與堤防教學(xué)要求：掌握土壩的工作原理、工作特點(diǎn)和分類；掌握作用在土壩壩頂高程計(jì)算方法和土壩的剖面擬定的方法；掌握土壩滲流計(jì)算的水力學(xué)方法和穩(wěn)定分析的基本方法；掌握土壩地基的處理方法；熟悉土壩土料選用和施工要求、土壩排水設(shè)施構(gòu)造和壩基處理方法。第一節(jié) 概述 土石壩是指由土料、石料或土石混合料，采用拋填、碾壓等方法堆筑成的擋水壩。堤坊是沿河岸構(gòu)筑的護(hù)岸建筑物，大多數(shù)采用土石壩的結(jié)構(gòu)形式，在許多方面土石壩與堤坊都存在共性。由于結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、可就地取材和投資低等特點(diǎn)，因而土石壩是應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型，也是歷史最為悠久的壩型。 一、土石壩的工作原理 土石壩是土石材料的堆筑物

2、，主要利用土石顆粒之間的摩擦、粘聚特性和密實(shí)性來維持自身的穩(wěn)定、抵御水壓力和防止?jié)B透破壞。一般來說，土石壩為維持自身穩(wěn)定需要較大的斷面尺寸，因而有足夠的能力抵御水壓力。因此，土石壩工程主要面對兩個問題：確保自身穩(wěn)定和防止?jié)B透破壞。其中自身穩(wěn)定包括滑坡、沉陷和沖刷問題。 1、滑坡 由于土石材料為松散體，抗剪強(qiáng)度低，主要依靠土石顆粒之間的摩擦和粘聚力來維持穩(wěn)定，沒有支撐的邊坡是填筑體穩(wěn)定問題的關(guān)鍵。所以，土石壩失穩(wěn)的型式，主要是壩坡的滑動或壩坡連同部分壩基一起滑動，影響壩體的正常工作，甚至導(dǎo)致工程失事。為確保土石填筑體的穩(wěn)定，土石壩斷面一般設(shè)計(jì)成梯形或復(fù)合梯形，而且邊坡較緩，通常1:1.51:3.

3、5。 此外，滲流也是影響壩體穩(wěn)定的重要因素。 2、滲流 水庫蓄水后，土石壩迎水面與背水面之間形成一定的水位差，在壩體內(nèi)形成由上游向下游的滲流。滲流不僅使水庫損失水量，還會使背水面的土體顆粒流失、變形，引起管涌和流土等滲透破壞。在壩體與壩基、兩岸以及其他非土質(zhì)建筑物的結(jié)合面，還會產(chǎn)生集中滲流現(xiàn)象。 防止?jié)B流破壞的原則是“前堵后排”，在壩前（迎水面）采取防滲、防漏的工程措施，減少滲流量，同時要盡量排除滲入壩體的水量，降低滲流對壩體的不利影響。 3、沉陷 由于土石顆粒之間存在較大的孔隙，在外荷載的作用下，易產(chǎn)生移動、錯位，細(xì)顆粒填充部分孔隙，使壩體產(chǎn)生沉降，也使土體逐步密實(shí)、固結(jié)。如果土石壩顆粒級配

4、不合理，沉降變形、不均勻會產(chǎn)生裂縫，破壞壩體結(jié)構(gòu)，也會降低壩頂高程，使壩的高度不足。土石壩的沉陷與壩體、壩基的土石材料有關(guān)，因此，土石壩設(shè)計(jì)需要考慮土石材料選用、壩基處理、填筑工藝等因素，筑壩時應(yīng)有適量的超填。 4、沖刷 土石壩為散粒結(jié)構(gòu)，抗沖能力低，受到波浪、雨水和水流作用，會造成沖刷破壞。因此，土石壩壩坡要設(shè)置護(hù)面結(jié)構(gòu)，特別是迎水面要防止波浪影響，是護(hù)面的重點(diǎn)。背水坡面要設(shè)置排水溝，防止雨水對壩面的沖刷。土石壩的溢洪道和引水涵一般遠(yuǎn)離壩區(qū)布置，以面沖刷壩體。土石堤防還要采用各種護(hù)腳措施，例如拋石和模袋混凝土護(hù)腳，或設(shè)置丁壩。 二、土石壩的類型 （一）按壩高分類 根據(jù)我國SL2742001碾

5、壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定：土石壩按其壩高可分為低壩、中壩和高壩。高度在30以下的為低壩，高度在3070m為中壩，高度在70m以上為高壩。（二）按施工方法分類1、碾壓式土壩碾壓式土壩的施工方法是用適當(dāng)?shù)耐亮?、以合理的厚度分層填筑，逐層壓?shí)而成的壩。碾壓填筑是應(yīng)用最廣的土壩施工方法，本章主要講述這類型土壩。2、水力沖填壩以水力為動力完成土料的開采、運(yùn)輸和填筑全部筑壩工序而建成的土壩。利用水力沖刷泥土形成泥漿，通過泵或溝槽將泥漿輸送到土壩填筑面，泥漿在土壩填筑面沉淀和排水固結(jié)形成新的填筑層，這樣逐層向上填筑，直至完成整個壩體填筑。3、定向爆破堆石壩利用定向爆破方法，將河兩岸山體的巖石爆出、拋向筑壩地

6、點(diǎn)，形成堆石壩體，經(jīng)過人工修整，澆筑防滲體，即可完成壩體建筑。（三）按壩體材料的組合和防滲體的材料、相對位置分類 按壩體材料可分為土壩、土石混合壩和堆石壩三種，見圖31。 1、土壩 土壩是用土料填筑而成的擋水壩。根據(jù)土料的分布情況，土壩還可分為均質(zhì)壩、粘土心墻壩或斜墻壩、人工材料心墻壩或斜墻壩和多種土質(zhì)壩。均質(zhì)壩采用單一土料填筑，要求土料具有一定的防滲性能。粘土心墻壩或斜墻壩是采用防滲能力強(qiáng)的粘土作防滲體，設(shè)在壩體中上游位置，兩邊用透水性較大但抗剪強(qiáng)度較大的土料填筑。人工材料心墻壩或斜墻壩則是采用防滲能力強(qiáng)的人工材料，如瀝青混凝土、鋼筋混凝土作防滲體，設(shè)在壩體中上游位置，兩邊用土料填筑。多種土

7、質(zhì)壩采用多種土料填筑，一般要設(shè)防滲心墻或斜墻。 2、土石混合壩 多種土質(zhì)壩的下游部分采用砂礫石料時，就構(gòu)成土石混合壩。 3、堆石壩 壩體絕大部分采用石料堆筑的壩，需要設(shè)置防滲心墻或斜墻。 堤坊大多選用土石材料，其形式與土石壩類似，后文均稱土石壩。圖31 土石壩的類型第二節(jié) 土石壩剖面設(shè)計(jì) 土壩剖面設(shè)計(jì)是土壩設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，包括壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡、防滲結(jié)構(gòu)、排水結(jié)構(gòu)及其細(xì)部構(gòu)造。設(shè)計(jì)步驟：計(jì)算壩頂高程，根據(jù)具體要求和經(jīng)驗(yàn)擬定剖面，進(jìn)行滲流計(jì)算，最后進(jìn)行壩坡穩(wěn)定分析，根據(jù)穩(wěn)定分析的結(jié)果判斷壩剖面的合理性。一般需要多次重復(fù)以上步驟，直至得到合理的剖面。本節(jié)主要介紹土壩剖面尺寸擬定，滲流和

8、穩(wěn)定分析在后面介紹。 一、壩頂高程壩頂高程要保證擋水需要，同時要防止波浪超越壩頂，有些海堤允許波浪越頂，但也需要控制。壩頂高程按水庫靜水位加上防浪超高來確定，碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL2742001）規(guī)定，按下列運(yùn)用條件計(jì)算，取其大者：（1）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；（2）正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；（3）校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高；（2）正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再加地震安全超高。當(dāng)上游設(shè)防浪墻時，以上確定的壩頂高程改為防浪墻頂高程。此時，在正常運(yùn)用情況下，壩頂高程應(yīng)高于靜水位0.5m；在非常運(yùn)用情況下，壩頂高程應(yīng)高于靜水位。堤防堤頂高程按設(shè)計(jì)洪水位或設(shè)計(jì)

9、高潮位加超高，且1、2級堤防的超高不應(yīng)小于2.0m。超高的計(jì)算公式如下： （31）式中R為波浪在壩坡上的爬高，m；e為最大風(fēng)壅水面高度，m；A為安全加高，m。 1、波浪爬高R（Rp） 波浪爬高與累積頻率有關(guān)，一般用Rp表示，P為累積頻率（）。對于、級土石壩取累積頻率P1的波浪爬高值R1%，對于、級土石壩取累積頻率P5的波浪爬高值R15。對于不允許越浪的堤防取累積頻率P2的波浪爬高值R2%；對于允許越浪的堤防取累積頻率P13的波浪爬高值R31%。 當(dāng)壩坡為m=1.55.0時，Rp的計(jì)算公式為 （32）式中為斜坡的糙率及滲透系數(shù)，見表31；為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與有關(guān)，見表32；為計(jì)算風(fēng)速，見第二章；Hm為

10、壩前水域平均水深，m；為爬高累積頻率換算系數(shù)，見表33；、為平均波高和波長，由式（33）（36）計(jì)算。表31 斜坡的糙率及滲透系數(shù)護(hù)面類型護(hù)面類型光滑不透水護(hù)面（瀝青混凝土）1.0砌石護(hù)面0.750.85混凝土板護(hù)面0.9拋填兩層塊石（不透水地基）0.60.85草皮護(hù)面0.850.90拋填兩層塊石（透水地基）0.50.55表32 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)11.52.02.53.03.54.0>5.01.01.021.081.161.221.251.281.30表33 爬高累積頻率換算系數(shù)P（）12513<0.12.232.071.841.540.10.32.081.941.751.48>0.

11、31.861.761.611.40 平均波高和波長采用莆田試驗(yàn)站的計(jì)算公式。 1）平均波高h(yuǎn)m用式（33）計(jì)算 （33）式中D為風(fēng)區(qū)長度，見第二章；其余同前。 2）平均波長Lm采用式（34）（36）計(jì)算 當(dāng)時，為深水波，其波長計(jì)算公式為 （34）其中 （35） 當(dāng)時，為淺水波，其波長計(jì)算公式為 （36） 2、最大風(fēng)壅水面高度e 最大風(fēng)壅水面高度用式（37）計(jì)算 （37）式中K為綜合摩阻系數(shù)，其值在（1.55.0）×10-6之間，計(jì)算時可取3.6×10-6；為風(fēng)向與壩軸法線的夾角；其余同前。 3、安全加高A （1）土石壩安全加高，根據(jù)壩等級和運(yùn)行情況確定，見表34。表34 土

12、石壩安全加高（m）運(yùn)行情況壩的級別、正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3 （2）堤防工程安全加高，根據(jù)堤防等級（見表35）和是否允許越浪來確定，見表36。表35 堤防工程等級防洪標(biāo)準(zhǔn)重限期（年）100<100，且50<50，且30<30，且20<20，且10堤防工程級別12345表36 堤防工程安全加高（m）堤防工程級別12345不允許越浪堤防工程的安全加高1.00.80.70.60.5允許越浪堤防工程的安全加高0.50.40.40.30.3 二、壩頂寬度 壩頂寬度主要滿足運(yùn)行、施工、交通和人防等要求。無特殊要求時，高壩的最小壩頂寬度一般為1015m

13、，中低壩為5010；有交通要求時，應(yīng)按交通規(guī)定確定。堤防工程最小堤頂寬度見表37。表37 堤防工程堤頂寬度（m）堤防工程級別1235堤防工程的堤頂寬度>8.0>6.0>3.0 三、壩坡壩坡應(yīng)根據(jù)壩型、壩高、壩體材料和壩基情況，還要考慮壩體承受的荷載、施工和運(yùn)用條件等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較確定。一般方法是：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步擬定壩坡，再進(jìn)行滲流和穩(wěn)定分析，根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果修改壩坡，直至獲得合理的壩坡。較高的土石壩采用邊坡方式，一般每隔1030m高度邊坡，邊坡處設(shè)馬道，寬度1.52.0m。 一般壩坡為1:2.01:4.0，初擬壩坡時，可參照表38和39。表38 均質(zhì)壩壩坡經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)壩

14、高（m）馬道壩坡寬度（m）級數(shù)上游坡下游坡<15.01.511:2.50（上）1:2.75（下）1:2.25（上）1:2.50（下）15252.021:2.75（上）1:3.00（下）1:2.50（上）1:2.75（下）25352.031:2.75（上）1:3.00（中）1:3.50（下）1:2.50（上）1:2.75（中）1:3.00（下）表39 心墻壩壩坡經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)壩殼部分心墻部分壩高（m）馬道壩坡頂寬（m）邊坡寬度（m）級數(shù)上游坡下游坡<15.01.511:2.25（上）1:2.50（下）1:2.0（上）1:2.25（下）1.51:0.215252.0121:2.50（上）1:

15、2.75（下）1:2.25（上）1:2.50（下）2.01:0.150.2525352.031:2.75（上）1:3.00（中）1:3.50（下）1:2.50（上）1:2.75（中）1:3.00（下）2.51:0.150.25 此外，對于面板堆石壩，上游壩坡采用1:1.41:1.7，下游壩坡為1:1.31:1.6。第三節(jié) 滲流分析 一、滲流分析的概述 1、滲流分析的目的土石壩基本剖面確定后，需要通過滲流分析檢驗(yàn)壩體及壩基的安全性，并為壩坡穩(wěn)定分析提供依據(jù)。計(jì)算內(nèi)容有壩：體浸潤線、滲流出逸點(diǎn)的位置、滲透流量和各點(diǎn)的滲透壓力或滲透坡降，并繪制壩體及壩基內(nèi)的等勢線分布圖或流網(wǎng)圖等。 2、計(jì)算工況 根

16、據(jù)土石壩的運(yùn)行情況，滲流計(jì)算的工況應(yīng)能涵蓋各種不利運(yùn)行條件及其組合，一般需要計(jì)算的工況有：（1）上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位；（2）上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的水位；（3）上游校核洪水位與下游相應(yīng)的水位；（4）庫水位降落時上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。 3、計(jì)算方法 滲流分析的依據(jù)是大西定律和連續(xù)方程，各向同性的三維滲流分析基本方程為： （38） 穩(wěn)定流基本方程為： （39） 方程（38）或（39）在簡單滲流區(qū)域內(nèi)，可以解析求解，但絕大部分情況是難于解析求解的。比較成熟的計(jì)算方法是數(shù)值計(jì)算法，但需要專用程序計(jì)算。近似計(jì)算方法主要有水力學(xué)法，計(jì)算公式簡單，便于應(yīng)用，但精度較差。一般對于1、2級壩

17、和高壩應(yīng)采用數(shù)值法計(jì)算確定滲流場各因素，其它可采用水力學(xué)公式法計(jì)算。 二、滲流分析的水力學(xué)法 假設(shè)鉛直線上各點(diǎn)的滲流坡降均相等，并可用浸潤線導(dǎo)數(shù)來表示，即。那么，滲流的達(dá)西定律可以寫成微分方程表達(dá)式： （310）式中x為滲流沿程坐標(biāo)；y為浸潤線高度坐標(biāo)；k為滲透系數(shù)；v為滲透流速。 設(shè)滲流單寬流量為q，則由式（3）可得： （311） 式（311）為浸潤線微分方程，其解為 （312）式中H1為上游水深；q1為壩體單寬滲流流量。對于心墻壩和斜墻壩，上式變?yōu)椋?（313）式中h為防滲體后水深。 土壩浸潤線基本公式為式（312）或式（313），其中q1、h為待定常數(shù)，其求解方程見表310。 單寬滲流量

18、，q2為壩基滲流量，見表310。 水力學(xué)公式計(jì)算法對邊界條件進(jìn)行近似處理得到的，各種教科書提供的公式都有一定的差異，引用時需要仔細(xì)分析選用。對于特殊情況，可以按照以上基本原理和邊界條件進(jìn)行推求。表310 滲流計(jì)算基本方程壩型計(jì)算簡圖基本方程備注均質(zhì)壩，無排水設(shè)施，先求解a0。L0為壩底寬度。均質(zhì)壩，棱體排水，L0為上游壩腳至棱體上游點(diǎn)D的寬度。均質(zhì)壩，褥墊排水，心墻壩，先求解h。帶截水墻的斜墻壩 ，先求解h。帶水平鋪蓋的斜墻壩，先求解h。表中k、ke、kT分別為壩體、防滲體和壩基的滲透系數(shù)；T為透水地基深度；L0為排水體上游起點(diǎn)前的壩底寬度；n為壩基滲徑修正系數(shù)，見表312；m1、m2、m3分

19、別是上游壩坡、下游壩坡和排水棱體上游邊坡坡比；。表312 壩基滲徑修正系數(shù)L0/T2054321n1.151.181.231.301.441.87二、滲流分析的數(shù)值計(jì)算法（一）邊界條件滲流的數(shù)值計(jì)算法，就是用數(shù)值方法求解方程（38）或（39），待求函數(shù)為滲流水頭： （314）式中z為計(jì)算點(diǎn)位置高程；p為滲透水壓力；為水容重。求解邊界條件為：上下游水面以下的壩面是等水頭面，滲流水頭為常數(shù)，即 （315）；不透水地基是流面，滲透水透的法向?qū)?shù)為0，即 （316）；浸潤線滿足式（316）和；自由滲出段也滿足。利用專用程序計(jì)算，直接輸出浸潤線計(jì)算結(jié)果和等勢線圖。例如某土壩計(jì)算輸出的等勢線圖，見圖32。

20、圖32 某土壩浸潤線和滲流等勢線圖 圖中上下游水頭差為H，則。 （二）流網(wǎng)的應(yīng)用 （1）滲透坡降 滲透坡降是判別滲流安全與否的重要參數(shù)。設(shè)計(jì)算點(diǎn)等勢線的距離為，相應(yīng)兩等勢線的水頭（勢能）差為，則滲透坡降為 （317） 一般需要計(jì)算滲流出逸點(diǎn)、壩腳附近的滲透坡降。 （2）滲流量 滲流量是衡量土石壩防滲的重要指標(biāo)。計(jì)算時，取一等勢線量取流線的距離和相應(yīng)相交點(diǎn)等勢線的，那末單寬流量為 （318）三、土石壩的滲流變形及其防治措施 土壩及地基中的滲流，由于其機(jī)械或化學(xué)作用，可能使土體產(chǎn)生局部破壞，稱為“滲透破壞”。嚴(yán)重的滲透破壞可能導(dǎo)致工程失事，因此必須加以控制。（一）滲透變形的型式（分類）（一） 滲透

21、變形的型式及其發(fā)生、發(fā)展、變化過程，與土料性質(zhì)、土粒級配、水流條件以及防滲、排滲措施等因素有關(guān)，一般可歸納為：管涌、流土、接觸沖刷、接觸流土、接觸管涌等類型。最主要的是管涌和流土兩種類型。n 1、管涌壩體或壩基中的細(xì)土壤顆粒被滲流帶走，逐漸形成滲流通道的現(xiàn)象稱為管涌或機(jī)械管涌。管涌一般發(fā)生在壩的下游坡或閘壩的下游地基面滲流逸出處。沒有凝聚力的無粘性砂土、礫石砂土中容易發(fā)生管涌；粘性土的顆粒之間存在有凝聚力（或稱粘結(jié)力），滲流難以將其中的顆粒帶走，一般不易發(fā)生管涌。管涌開始時，細(xì)小的土壤顆粒被滲流帶走；隨著細(xì)小顆粒的大量流失，土壤中的孔隙加大，較大的土壤顆粒也會被帶走；如此逐漸向內(nèi)部發(fā)展，形成集

22、中的滲流通道。使個別小顆粒土在孔隙內(nèi)開始移動的水力坡降，稱為管涌的臨界坡降；使更大的土粒開始移動從而產(chǎn)生滲流通道和較大范圍破壞的水力坡降，稱為管涌的破壞坡降。n 單個滲流通道的不斷擴(kuò)大或多個滲流通道的相互連通，最終將導(dǎo)致大面積的塌陷、滑坡等破壞現(xiàn)象。2、流土在滲流作用下，成塊的土體被掀起浮動的現(xiàn)象稱為流土。流土主要發(fā)生在粘性土及均勻非粘性土體的滲流出口處。發(fā)生流土?xí)r的水力坡降，稱為流土的破壞坡降。3、接觸沖刷當(dāng)滲流沿兩種不同土壤的接觸面或建筑物與地基的接觸面流動時，把其中細(xì)顆粒帶走的現(xiàn)象稱為接觸沖刷。4、接觸管涌當(dāng)滲流垂直作用于兩種不同土壤的接觸面時，滲流可能將其中一層的細(xì)顆粒帶到另一層的粗顆

23、粒中去的現(xiàn)象成為接觸管涌。接觸管涌一般發(fā)生在粘土心（斜）墻與壩殼砂礫料之間、壩體或壩基與排水設(shè)施之間、壩基內(nèi)不同土層之間的滲流中。5、接觸流土、當(dāng)滲流垂直作用的兩種不同土壤中的一層為粘性土?xí)r，滲流可能將粘性土成塊地移動，從而導(dǎo)致隆起、斷裂或剝蝕等現(xiàn)象成為接觸流土。（二）滲透變形的判別 滲流類型與土體的顆粒分布及其含量有關(guān)，是由內(nèi)在因素決定的；至于會不會發(fā)生滲透變形還要根據(jù)外部因素滲透坡降來判別。因此，滲透變形的判別包括兩個方面：滲透類型與發(fā)生條件。1、滲透變形型式的判斷1、判斷土體可能產(chǎn)生何種型式的滲透變形是比較困難的，目前尚無嚴(yán)格意義上的理論計(jì)算方法，主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料和工程經(jīng)驗(yàn)得出的一些經(jīng)

24、驗(yàn)性的判斷方法。水利部和交通部共同管轄的南京水利科學(xué)研究院提出的也是以土體中的細(xì)粒（粒徑小于2mm的）含量作為判斷依據(jù)的方法，并提出了界限值的計(jì)算公式： （319）式中：n為土體孔隙率；為修正系數(shù)，一般取為0.951.00。判據(jù)：當(dāng)土體中的細(xì)粒含量大于上式計(jì)算出的時，可能產(chǎn)生流土；當(dāng)土體中的細(xì)粒含量小于上式計(jì)算出的時，可能產(chǎn)生管涌。本方法在實(shí)用上比較簡便，相對較準(zhǔn)確。 2、滲透變形的臨界坡降 （1）管涌的臨界坡降 對于大中型工程，應(yīng)通過管涌試驗(yàn)來確定管涌的臨界坡降。對于中小型工程及初步設(shè)計(jì)時，且當(dāng)滲流方向由下向上時，可用南京水利科學(xué)研究院的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： （320）式中 d3為相應(yīng)于粒徑曲線上

25、含量為3的粒徑，cm；其余同前。 容許滲透坡降J，可由滲透變形的臨界坡降除以安全系數(shù)來確定。安全系數(shù)應(yīng)根據(jù)建設(shè)物的級別和土壤的類別選定，一般為23。 容許滲透坡降J也可參照不均勻系數(shù)選用：10<<20的非粘性土，J0.2；>20的非粘性土，J0.1。其中d60為土體的粒徑，表示土體中小于該粒徑的土體占總土重的60%；d10表示土體中小于該粒徑的土體占總土重的10%； （2）流土的臨界坡降 當(dāng)滲流方向由下向上時，常采用沙太基公式： （321）式中G為土粒比重；其余同前。 南京水利科學(xué)院建議上式再乘上1.17。 容許滲透坡降也要采用一定的安全系數(shù)，一般來說，對于粘性土，取1.5；

26、對于非粘性土，取2.02.5。第四節(jié) 土石壩穩(wěn)定分析一、概述 土石壩是由散顆粒體堆筑而成，依靠土體顆粒之間的摩擦力來維持其整體性，為此必須采用比較平緩的邊坡，因而形成肥大的斷面，以致有足夠的強(qiáng)度抵擋上游水壓力。所以，土石壩的穩(wěn)定性主要是指邊坡穩(wěn)定問題，如果土石壩的邊坡穩(wěn)定性能得到保證，則其整體穩(wěn)定性也就能得到保證。摩爾認(rèn)為：土體的破壞，主要是剪切破壞，即：一旦土體內(nèi)任一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到或超過了土體的抗剪強(qiáng)度時，土體就發(fā)生破壞。土石壩邊坡穩(wěn)定性就是邊坡的抗剪強(qiáng)度問題。土石壩結(jié)構(gòu)、土料和地基的性質(zhì)以及工況條件等因素決定邊坡的失穩(wěn)形式。通常主要有滑坡、塑性流動和液化形式。其中滑坡主要以下幾種形式：

27、 （1）曲線滑動（如圖33所示）。曲線滑動的滑動面是一個頂部稍陡而底部漸緩的曲面，多發(fā)生在粘性土壩坡中。在計(jì)算分析時，通常簡化為一個圓弧面。圖33 曲線滑動示意圖 （2）直線和折線滑動面（如圖34所示）。在均質(zhì)的非粘性土邊坡中，滑動面一般為直線；當(dāng)壩體的一部分淹沒在水中時，滑動面可能為折線。在不同土料的分界面，也可能發(fā)生直線或折線滑動。圖34 直線滑動示意圖 （3）復(fù)式滑動面（如圖35所示）。復(fù)式滑動面是同時具有粘性土和非粘性土的土壩中常出現(xiàn)的滑動面型式。復(fù)式滑動面比較復(fù)雜，穿過粘性土的局部地段可能為曲線面，穿過非粘性土的局部地段則可能為平面或折線面。在計(jì)算分析時，通常根據(jù)實(shí)際情況對滑動面的形

28、狀和位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕D35 復(fù)式滑動示意圖二、荷載及其組合和穩(wěn)定安全系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn) （一）荷載及其組合1、基本荷載土石壩的荷載主要包括自重、水壓力、滲透力、孔隙壓力、浪壓力、地震慣性力等，大多數(shù)荷載的計(jì)算與重力壩相似，詳見第二章。其中土石壩主要考慮的荷載有：自重、滲透力、空隙壓力等，分述如下。（1）自重土壩壩體自重分三種情況來考慮，即：在浸潤線以上的土體，按濕容重計(jì)算；在浸潤線以下、下游水面線以上的土體，按飽和容重計(jì)算；在下游水位以下的土體，按浮容重計(jì)算。（2）滲透力滲透力是在滲流場內(nèi)作用于土體的體積力。沿滲流場內(nèi)各點(diǎn)的滲流方向，單位土體所受的滲透力，其中為水的容重；J為該點(diǎn)的滲透坡降。（3）

29、孔隙壓力粘性土在外荷載的作用下產(chǎn)生壓縮，由于土體內(nèi)的空氣和水一時來不及排出，外荷載便由土粒和空隙中的空氣與水來共同承擔(dān)。其中，由土粒骨架承擔(dān)的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力，它在土體產(chǎn)生滑動時能產(chǎn)生摩擦力；由空隙中的水和空氣承擔(dān)的應(yīng)力稱為孔隙壓力u，它不能產(chǎn)生摩擦力。因此，孔隙壓力是粘性土中經(jīng)常存在的一種力。土壤中的有效應(yīng)力為總應(yīng)力與孔隙壓力u之差，因此土壤的有效抗剪強(qiáng)度為： （322）式中：為內(nèi)摩擦角，c為凝聚力?？紫秹毫Φ拇嬖谑雇恋目辜魪?qiáng)度降低，從而使壩坡的穩(wěn)定性也降低。因此在土壩壩坡穩(wěn)定分析時，應(yīng)予以考慮?？紫秹毫Φ拇笮∨c土料性質(zhì)、土料含水量、填筑速度、壩內(nèi)各點(diǎn)荷載、排水條件等因素有關(guān)，且隨時間而變化

30、。因此，孔隙壓力的計(jì)算一般比較復(fù)雜，且多為近似估計(jì)。具體計(jì)算可參考有關(guān)文獻(xiàn)。 2、荷載組合根據(jù)SL2742001 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范，土石壩施工、建設(shè)、蓄水和水庫水位降落的各個時期在不同荷載作用下，應(yīng)分別計(jì)算其穩(wěn)定性。土石壩穩(wěn)定分析的荷載組合主要有：（1）正常工作條件。水庫上游水位處于正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位與死水位之間的各種水位的穩(wěn)定滲流期；水庫水位在上述范圍內(nèi)經(jīng)常性的正常降落情況；抽水蓄能電站的水庫水位的經(jīng)常性變化和降落。（2）非常運(yùn)用情況。施工期；校核洪水位有可能形成穩(wěn)定滲流的情況；水庫水位的非常降落，如自校核洪水位降落、降落至死水位以下、大流量快速泄空等。（二）土石壩壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)標(biāo)

31、準(zhǔn)根據(jù)SL2742001 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范第8.3.9條規(guī)定：對于均質(zhì)壩、厚斜墻壩和厚心墻壩，宜采用計(jì)及條間作用的簡化畢肖普法；對于有軟弱夾層、薄斜墻壩的壩坡穩(wěn)定分析及其他任何壩型，可采用滿足力和力矩平衡的摩根斯頓普賴斯等滑楔法。表313 按簡化畢肖普法計(jì)算時的容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)運(yùn)用條件工程等級1234、5正常運(yùn)用1.501.351.301.25非常運(yùn)用1.301.251.201.15正常運(yùn)用+地震1.201.151.151.10SL2742001 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范第8.3.11條還規(guī)定：采用不計(jì)條間作用力的瑞典圓弧法計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)時，對1級壩正常運(yùn)用條間最小安全系數(shù)應(yīng)

32、不小于1.30，對其他情況應(yīng)比表313規(guī)定值減小8。SL2742001 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范第8.3.12條還規(guī)定：采用滑楔法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算時，如假設(shè)滑楔之間作用力平行于坡面和滑底斜面的平均坡度，安全系數(shù)應(yīng)滿足上表中的規(guī)定；若假設(shè)滑楔之間作用力為水平方向，安全系數(shù)應(yīng)滿足上述第8.3.11條的規(guī)定。三、土料抗剪強(qiáng)度指標(biāo)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)主要指總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（凝聚力c和內(nèi)摩擦角）和有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（凝聚力和內(nèi)摩擦角）。通?？梢圆捎檬彝庠粶y試方法測定，或室內(nèi)剪切試驗(yàn)方法確定。SL2742001 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定了不同時期（施工期、穩(wěn)定滲流期和水庫水位降落期）、不同土類的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測定方法和

33、計(jì)算方法，見表314。表314 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測定和應(yīng)用控制穩(wěn)定的時期強(qiáng)度計(jì)算方法土類使用儀器試驗(yàn)方法與代號強(qiáng)度指標(biāo)試樣起始狀態(tài)施工期有效應(yīng)力法無粘性土直剪儀慢剪，填土用填筑含水量和填筑密度的土,地基用原狀土三軸儀排水剪（ S或CD）粘性土飽和度小于80%直剪儀慢剪三軸儀不排水剪測孔隙壓力(Q或uu)飽和度大于80%直剪儀慢剪三軸儀固結(jié)不排水剪測孔隙壓力(Q或cu)總應(yīng)力法粘性土滲透系數(shù)10-7 cm/s直剪儀快剪Cu，任何滲透系數(shù)三軸儀不排水剪(Q或uu) 穩(wěn)定滲流期和水庫水位降落期有效應(yīng)力法無粘性土直剪儀慢剪，Ccu，同上,但要預(yù)先飽和,而清潤線以上的土不需飽和三軸儀排水剪（ S或CD）粘

34、性土直剪儀慢剪水庫水位降落期總應(yīng)力法粘性土三軸儀固結(jié)不排水剪測孔隙壓力(Q或cu三、土石壩邊坡穩(wěn)定計(jì)算目前所采用的土石壩壩坡穩(wěn)定分析方法的理論基礎(chǔ)是極限平衡理論，即：將土看作是理想的塑性材料，當(dāng)土體超過極限平衡狀態(tài)時，土體將沿著某一破裂面產(chǎn)生剪切破壞，出現(xiàn)滑動失穩(wěn)現(xiàn)象。所謂極限平衡狀態(tài)是指土體某一面上導(dǎo)致土體滑動的滑動力，剛好等于抵抗土體滑動的抗滑力。計(jì)算的關(guān)鍵是滑動面的形式的選定，一般有圓弧、直線、折線和復(fù)合滑動面等。對粘性土填筑的均質(zhì)壩或非均質(zhì)壩多為圓弧；對非粘性土填筑的壩，或以心墻、斜墻為防滲體的砂礫石壩體，一般采用直線法或折線法；對粘性土與非粘性土填筑的壩，則為復(fù)合滑動面。（一）圓弧法

35、1、瑞典圓弧法瑞典圓弧法是目前土石壩設(shè)計(jì)中壩坡穩(wěn)定分析的主要方法之一。該方法簡單、實(shí)用，基本能滿足工程精度要求，特別是在中小型土石壩設(shè)計(jì)中應(yīng)用更為廣泛。假設(shè)滑動面為一個圓柱面，在剖面上表現(xiàn)為圓弧面。將可能的滑動面以上的土體劃分成若干鉛直土條，不考慮土條之間作用力的影響，作用在土條上的力主要包括：土條自重、土條底面的凝聚力和摩擦力。瑞典圓弧法安全系數(shù)定義為：土條在滑動面上所提供的抗滑力矩與滑動力矩之比。圖36 圓弧滑動法條分示意圖按有效應(yīng)力法計(jì)算時，瑞典圓弧法安全系數(shù)KC為 （323）式中：Wi為第i土條的自重；Q、V為水平和垂直地震慣性力；u為作用于土條上的孔隙水壓力；、Ci分別為按總應(yīng)力法計(jì)

36、算時采用的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)摩擦系數(shù)和凝聚力；i為第i土條沿滑動面的坡角；bi為土條寬度；Mc為水平地震慣性力對圓心的力矩；R為圓弧半徑。 按總應(yīng)力法計(jì)算時，上式中、Cii應(yīng)改為、C， 同時令ui為0。SL2742001 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范第8.3.2條規(guī)定：土石壩各種工況，土體的抗剪強(qiáng)度均應(yīng)采用有效應(yīng)力法；粘性土施工期和粘性土庫水位降落期，應(yīng)同時采用總應(yīng)力法。2、簡化的畢肖普法瑞典圓弧法的主要缺點(diǎn)是沒有考慮土條間的作用力，因而不滿足力和力矩的平衡條件，所計(jì)算出的安全系數(shù)一般偏低。畢肖普法是對瑞典圓弧法的改進(jìn)。其基本原理是：考慮了土條水平方向的作用力（與，即），忽略了豎直方向的作用力（切向力，與，

37、即令=0）。如圖。由于忽略了豎直方向的作用力，因此稱為簡化的畢肖普法。圖37 考慮條間作用力的畢肖普法土壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算示意圖畢肖普法是目前土壩壩坡穩(wěn)定分析中使用得較多的一種方法。畢肖普法的安全系數(shù)計(jì)算公式為： （324）式中符號同前。上式中，兩端均含有KC，必須用試算法或迭代法求解。3、最危險圓弧位置確定圓弧法計(jì)算需要選定圓弧位置圓心位置和圓弧半徑，但很難確定最危險圓弧位置（對應(yīng)最小安全系數(shù)），一般是在一定范圍內(nèi)搜索，經(jīng)過多次計(jì)算才能找到最小安全系數(shù)。確定搜索范圍有兩種方法：（1）B.B方捷耶夫法。最小安全系數(shù)范圍見圖38中的bcdf，a點(diǎn)為邊坡中點(diǎn)，ca為垂直線；R內(nèi)、R外見表315。（2）

38、費(fèi)蘭鈕斯法。最小安全系數(shù)范圍在M1M2連線上，參數(shù)、見表316。圖38 最小安全系數(shù)范圍圖表315 R內(nèi)、R外值壩坡1:11:21:31:41:51:6R內(nèi)0.750.751.01.52.23.0R外1.501.752.303.754.805.50表316 、值壩坡1:1.51:2.01:3.01:4.02625252535353536（三）折線滑動面的穩(wěn)定分析1折線滑動部位可能發(fā)生直線、或折線、或復(fù)合面滑動的部位包括： 發(fā)生在非粘性土的壩坡中。例如：心墻壩的上、下游壩坡，斜墻壩的下游壩坡，等； 發(fā)生在兩種不同材料的接觸面。例如：斜墻壩的上游保護(hù)層滑動，斜墻壩的上游保護(hù)層連同斜墻一起滑動，等。

39、2穩(wěn)定計(jì)算方法采用滑楔法分析計(jì)算。如圖3-11，ADC為滑動面（對上游壩坡，折點(diǎn)一般在上游水位對應(yīng)處），從折點(diǎn)鉛直向DE將滑動土體分為兩部分：BCDE楔形體和ADE楔形體。 對BCDE楔形體其作用力主要有：楔形體自重W1、平行于DC的兩土塊之間的作用力P（ADC楔形體對BCDE楔形體的抗滑力）、土體自重在滑動面DC上產(chǎn)生的摩擦力。則BCDE楔形體沿DC滑動方向的極限平衡方程為 （327） 對ADE楔形體其作用力主要有：楔形體自重W2、平行于DC的兩土塊之間的作用力P（BCDE楔形體作用在ADC楔形體上的滑動力）、土體自重在滑動面AD上產(chǎn)生的摩擦力。則ADE楔形體沿AD滑動方向的極限平衡方程為

40、（328）聯(lián)立式（327）和式（328），可求得滑動體的安全系數(shù)KC和土塊間的作用力P。圖39 滑楔法計(jì)算示意圖（四）復(fù)合滑動面的穩(wěn)定分析當(dāng)滑動面通過不同土料時，常有直線與圓弧組合的型式。例如：厚心墻壩的滑動面，通過砂性土的部分為直線，通過粘性土的部分為圓??；當(dāng)壩基下不深處存在軟弱夾層時，滑動面可能通過軟弱夾層而形成復(fù)合滑動面，等。圖310 壩基有軟弱夾層時的穩(wěn)定計(jì)算示意圖如圖，將滑動土體劃分為abf、bcef、cde三個區(qū)。取bcef為脫離體，土體abf作用于土體bcef的推力為Pa，土體cde作用于土體bcef的推力為Pn，土體bcef產(chǎn)生的抗滑力為Gtg+cl，則滑動面的穩(wěn)定安全系數(shù)為

41、（329）求Pa和Pn，可以采用試算法。（1）將土體abf和土體cde分別分成若干條塊（圖中分為3塊），假設(shè)各條塊間的推力近似為水平。（2）先擬定一個安全系數(shù)KC，推求各條塊對下一條塊的推力。土體abf作用于土體bcef的推力為Pa；土體cde作用于土體bcef的推力為Pn。對Pa，從左邊開始推求，因?yàn)樽钭筮叺臈l塊的Pa=0；對Pn；從右邊開始推求，因?yàn)樽钣疫叺臈l塊的Pn =0。（3）將Pa和Pn代入式（857）中，求出滑動面的安全系數(shù)KC。如果求得的安全系數(shù)KC與假設(shè)的安全系數(shù)KC不同，則重新假設(shè)KC，重復(fù)計(jì)算，直至兩者相等為止。（4）為了得出最危險滑動面上的最小安全系數(shù)，一般要多假設(shè)幾個a

42、b弧和cd弧的位置，進(jìn)行多次試算。第五節(jié) 土石壩的壩基處理土壩對地基的要求比混凝土壩低，一般不必挖除地表透水土壤和砂礫石等。但是，為了滿足滲透穩(wěn)定、靜力和動力穩(wěn)定、容許沉降量和不均勻沉降等方面的要求，保證壩的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也必須根據(jù)需要對地基進(jìn)行處理。對所有土石壩的壩基，首先應(yīng)完全清除表面的腐殖土，可能形成集中滲流和可能發(fā)生滑動的表層土石，然后根據(jù)不同的地基情況采用不同的處理措施。一、巖基處理針對土石壩的特點(diǎn)，巖基的處理，主要應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1巖基上的覆蓋層對中、低土石壩，只需將防滲體坐落在基巖上，形成截水槽以隔斷滲流即可。對高土石壩，最好挖除全部覆蓋層，使防滲體和壩殼均建在基巖上。2防滲體與

43、基巖的連接防滲體與基巖的接觸面應(yīng)緊密結(jié)合。以前多要求在防滲體的基巖面上澆筑混凝土墊層或混凝土齒墻。但是，研究表面，混凝土墊層和齒墻的作用并不明顯，受力條件不佳，易產(chǎn)生裂縫，因此，現(xiàn)在的發(fā)展趨勢是將防滲體直接建在基巖上。圖311 心墻與基巖地連接型式3基巖內(nèi)部防滲處理主要是防滲帷幕。4對不良地質(zhì)構(gòu)造的處理對斷層、破碎帶等不良地基構(gòu)造，主要考慮起滲透穩(wěn)定性和抗溶蝕性能，而不太看重其承載力和不均勻沉降。處理方法主要有：水泥灌漿或化學(xué)灌漿、混凝土塞、混凝土防滲墻、設(shè)置防滲鋪蓋等。二、砂礫石地基處理砂礫石具有足夠的承載能力，壓縮性不大，干濕變化對體積的影響也不大。但砂礫石地基的透水性很大，滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重，

44、而且可能發(fā)生管涌、流土等滲透變形。因此，砂礫石地基的處理，主要是對地基的防滲處理。（一）垂直防滲設(shè)施垂直防滲是解決壩基滲流問題效果最好的措施。垂直防滲的效果，相當(dāng)于水平防滲效果的三倍。因此，在土石壩的防滲措施中，應(yīng)優(yōu)先選擇垂直防滲措施。垂直防滲措施主要有：粘性土截水墻、混凝土防滲墻、灌漿帷幕、板樁等。1粘性土截水墻（1）當(dāng)砂礫石透水地基的深度不大時，可將截水墻直接伸入巖基，并與巖基緊密相連。這種情況下的截水墻結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，防滲效果好；當(dāng)砂礫石透水地基的深度較大時，可將截水墻深入壩基一定深度，不與巖基相連，稱為懸掛式截水墻，但防滲效果較差。圖312 粘性土截水墻（2）截水墻的厚度L應(yīng)滿足容

45、許滲透坡降的要求，且一般不小于3m。 （330）式中，為運(yùn)行期最大水頭，為回填土料的容許滲透坡降。對輕壤土，34；對壤土，46；對粘土，510。（3）截水槽的開挖邊坡應(yīng)緩于1:1，以保持邊坡的穩(wěn)定。（4）截水墻一般位于心墻或斜墻的底部，截水墻的土料應(yīng)與心墻或斜墻一致。2混凝土防滲墻對深厚砂礫石地基，采用混凝土防滲墻是比較有效和經(jīng)濟(jì)的防滲設(shè)施。圖313 碧口土石壩防滲墻3灌漿帷幕當(dāng)砂礫石透水地基的深度很大時，可采用灌漿帷幕進(jìn)行防滲。圖314 灌漿帷幕4板樁當(dāng)砂礫石透水地基的深度較大時，可采用鋼板樁防滲。木板樁一般只用于臨時工程。由于鋼板樁在打入砂礫石地基中時可能產(chǎn)生彎曲，脫縫等現(xiàn)象，影響防滲效果

46、，且造價較高，因此目前已較少采用。（二）水平防滲設(shè)施土石壩中，水平防滲措施主要是設(shè)置防滲鋪蓋。防滲鋪蓋是位于上游壩腳、滲透系數(shù)很小的粘性土做成的水平防滲設(shè)施。水平鋪蓋的防滲效果遠(yuǎn)不如垂直防滲措施，但它結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，造價較低。因此，當(dāng)設(shè)置垂直防滲措施困難時，也是一種合適的防滲措施。鋪蓋的滲透系數(shù)一般應(yīng)小于10-5cm/s，鋪蓋的長度一般為46倍水頭，鋪蓋的厚度應(yīng)滿足鋪蓋材料的容許滲透坡降的要求，一般布小于0.51.0m。防滲鋪蓋很少單獨(dú)作為土石壩的防滲措施，一般與其他措施相結(jié)合。圖315 防滲鋪蓋示意圖三、細(xì)砂、軟粘土和濕陷性黃土地基處理（一）細(xì)砂地基處理細(xì)砂地基，特別是飽和的細(xì)砂地基，在

47、動力作用下容易產(chǎn)生液化現(xiàn)象，因此應(yīng)加以處理。對厚度不大的細(xì)砂地基，一般采用挖除的辦法。對于厚度較大的細(xì)砂地基，以前采用板樁加以封閉的辦法，但很不經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)在主要采用人工加密的辦法，即在細(xì)砂地基中人工摻入粗砂。近年來，我國采用振沖法加密細(xì)砂地基，從而提高細(xì)砂地基的相對密度，取得了較好的效果。（二）淤泥層地基處理淤泥夾層的天然含水量較大，容重小，抗剪強(qiáng)度低，承載能力差。當(dāng)淤泥層埋藏較淺時，一般將其全部挖除。當(dāng)淤泥層埋藏較厚時，一般采用壓重法或設(shè)置砂井加速固結(jié)的方法。（三）軟粘土和濕陷性黃土地基處理當(dāng)軟粘土層較薄時，一般全部挖除。當(dāng)軟粘土層較厚時，一般采用換砂法或排水砂井法。對黃土地基，一般的處理方法

48、有：預(yù)先浸水，使其濕陷加固；將表層土挖除，換土壓實(shí)；夯實(shí)表層土，破壞黃土的天然結(jié)構(gòu)，使其密實(shí)等。第六節(jié) 細(xì)部構(gòu)造與壩體材料土石壩的構(gòu)造主要包括：防滲體、排水設(shè)施、護(hù)坡、壩頂?shù)炔课坏臉?gòu)造。一、防滲體（一）土質(zhì)心墻土質(zhì)心墻位于土石壩壩體斷面的中心部位，并略為偏向上游，有利于心墻與壩頂?shù)姆览藟ο噙B接；同時也可使心墻后的壩殼先期施工，壩殼得到充分的先期沉降，從而避免或減少壩殼與心墻之間因變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的裂縫。心墻的厚度應(yīng)根據(jù)土料的容許滲透坡降來確定，保證心墻在滲透坡降作用下不至于被破壞，有時也需考慮控制下游浸潤線的要求。輕壤土的容許滲透坡降為34，壤土為46，粘土為68。心墻頂部的水平寬度不宜小于3

49、m，心墻底部厚度不宜小于作用水頭的1/4。心墻的兩側(cè)坡度一般在1:0.151:0.3之間，有些兩側(cè)坡度可達(dá)1:0.41:0.5。在正常運(yùn)用情況下，心墻頂部的高程應(yīng)不低于上游設(shè)計(jì)水位0.30.6m；在非常運(yùn)用情況下，心墻頂部的高程應(yīng)不低于非常運(yùn)用情況下的靜水位；對設(shè)有可靠的防浪墻的土壩，心墻頂部的高程也應(yīng)不低于正常運(yùn)用情況下的靜水位。心墻頂部與壩頂之間應(yīng)設(shè)置保護(hù)層，以防止凍結(jié)、干燥等因素的影響，并按結(jié)構(gòu)要求不小于1m，一般為1.52.5m。心墻與壩殼之間應(yīng)設(shè)置過渡層。過渡層的要求可以比反濾層的要求低，一般采用級配較好的、抗風(fēng)化的細(xì)粒石料和砂礫石料。過渡層除取一定的反濾作用外，主要還是為了避免防滲

50、體與壩殼兩種剛度相差較大的土料之間剛度的突然變化，使應(yīng)力傳遞均勻，防止防滲體產(chǎn)生裂縫，或控制裂縫的發(fā)展。心墻與壩基及兩岸必須有可靠的連接。對土基，一般采用粘性土截水墻；對巖基，一般采用混凝土墊座或混凝土齒墻。圖316 某粘土心墻壩（二）土質(zhì)斜墻土質(zhì)斜墻位于土石壩壩體上游面。它是土石壩中常見的又一種防滲結(jié)構(gòu)。填筑材料土土質(zhì)心墻材料相近。斜墻的厚度應(yīng)根據(jù)土壤的容許滲透坡降和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性兩方面來確定，有時也需考慮控制下游浸潤線的要求，以及滲透流量的要求。斜墻頂部的水平寬度不宜小于3m；斜墻底部的厚度應(yīng)不小于作用水頭的1/5。在正常運(yùn)用情況下，斜墻頂部的高程應(yīng)不低于上游設(shè)計(jì)水位0.60.8m；在非常運(yùn)

51、用情況下，斜墻頂部的高程應(yīng)不低于非常運(yùn)用情況下的靜水位；對設(shè)有可靠的防浪墻的土壩，斜墻頂部的高程也應(yīng)不低于正常運(yùn)用情況下的靜水位。斜墻頂部與壩頂之間應(yīng)設(shè)置保護(hù)層，以防止凍結(jié)、干燥等因素的影響，并按結(jié)構(gòu)要求不小于1m，一般為1.52.5m。斜墻及過渡層的兩側(cè)坡度，主要取決于土壩穩(wěn)定計(jì)算的結(jié)果，一般外坡應(yīng)為1:2.01:2.5，內(nèi)坡為1:1.51:2.0。斜墻的上游側(cè)坡面和斜墻的頂部，必須設(shè)置保護(hù)層。其目的是防止斜墻被沖刷、凍裂或干裂，一般用砂、砂礫石、卵石或碎石等砌筑而成。保護(hù)層的厚度不得小于冰凍和干燥深度，一般為23m。斜墻與壩殼之間應(yīng)設(shè)置過渡層。過渡層的作用、構(gòu)造要求等與心墻與壩體間的過渡層

52、類似，但由于斜墻在受力后更容易變形，因此斜墻后的過渡層的要求應(yīng)適當(dāng)高一些，且常設(shè)置為兩層。斜墻與保護(hù)層之間的過渡層可適當(dāng)簡單，當(dāng)保護(hù)層的材料比較合適時，可只設(shè)一層，有時甚至可以不設(shè)保護(hù)層。圖317 某粘土斜墻壩（1粘土斜墻，2粘土鋪蓋，3沙礫石壩殼，4沙礫石地基，5混凝土齒墻）（三）非土料防滲體非土料防滲體，也稱人工材料防滲體。主要包括瀝青混凝土或鋼筋混凝土做成的防滲體。1、瀝青混凝土防滲體瀝青混凝土具有較好的塑性和柔性，滲透系數(shù)很小，約為1×1071×1010cm/s，防滲和適應(yīng)變形的能力均較好；產(chǎn)生裂縫時，有一定的自行愈合的功能；施工受氣候的影響小，是一種合適的防滲材料

53、。瀝青混凝土可以作成心墻，也可以作成斜墻。瀝青混凝土心墻不受氣候和日照的影響，可減少瀝青的老化速度，對抗震也有利，但檢修困難。瀝青混凝土心墻底部厚度一般為壩高的1/401/60，且不少于0.4m；頂部厚度不少于0.3m。心墻兩側(cè)應(yīng)設(shè)置過渡層。圖318 某瀝青混凝土心墻防護(hù)壩瀝青混凝土斜墻鋪筑在厚13cm的、由碎石或礫石作成的墊層和34cm厚的瀝青碎石基墊上，以調(diào)節(jié)壩體變形。瀝青混凝土斜墻一般厚20cm，分層鋪填碾壓，每層厚36cm。瀝青混凝土斜墻上游側(cè)坡度不應(yīng)陡與1:1.61:1.7。2、鋼筋混凝土防滲體鋼筋混凝土心墻已較少使用。鋼筋混凝土心墻底部厚度一般為壩高的1/201/40，頂部厚度不少于0.3m。心墻兩側(cè)應(yīng)設(shè)