土石壩設(shè)計(jì)說明書

南昌大學(xué)（11水工畢業(yè)設(shè)計(jì)）說明書小日2015年1月日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章工程概況 1第二章設(shè)計(jì)的基本資料及水庫工程特性 1第一節(jié)設(shè)計(jì)的基本資料 1\o"CurrentDocument"第二節(jié)水庫工程特性 4第三章工程等別及樞紐布置 5第一節(jié)工程等別及建筑物的級(jí)別 5第二節(jié)樞紐布置 6第四章 壩工設(shè)計(jì) 7第一節(jié)壩型的選擇 7\o"CurrentDocument"第二節(jié)壩的斷面設(shè)計(jì) 8\o"CurrentDocument"1、 壩頂高程 8\o"CurrentDocument"2、 壩頂寬度 10\o"CurrentDocument"3、 壩坡 10\o"CurrentDocument"4、 防滲體設(shè)計(jì) 11\o"CurrentDocument"5、 排水設(shè)備 11第三節(jié)土石壩的滲流計(jì)算 12第四節(jié)土石壩壩坡穩(wěn)定分析及計(jì)算 184.1設(shè)計(jì)說明 184.2.穩(wěn)定計(jì)算 19\o"CurrentDocument"第五節(jié)土石壩細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 43\o"CurrentDocument"5.1壩頂 43\o"CurrentDocument"5.2護(hù)坡 43\o"CurrentDocument"5.3排水體 45\o"CurrentDocument"5.4壩體與壩基防滲設(shè)計(jì) 46\o"CurrentDocument"5.5土石壩土料的選擇 46\o"CurrentDocument"第六節(jié)地基處及裂縫處理 48參考文獻(xiàn) 50心得 51第一章工程概況倫潭水利樞紐工程位于鉛山縣天柱山鄉(xiāng)境內(nèi)，距縣城約50km,壩址地處鉛山河支流楊村水中游，是鉛山河流域內(nèi)具有防洪、灌溉、發(fā)電、供水及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的控制性工程。鉛山河是信江中上游南岸的一條主要支流，發(fā)源于閩贛邊境的武夷山脈。流域東鄰石溪水，西毗陳坊河，南靠武夷山，北抵信江，集雨面積1255km2。流域內(nèi)山高林密，植被良好，氣候溫和，礦產(chǎn)資源豐富，尤以銅礦著稱。鉛山河流域理論電力蘊(yùn)藏量約14x108kW?h，初步查明的可開發(fā)水電裝機(jī)有18.46x104kW，可開發(fā)電量6.7x108kW?h，其水力資源之豐富為信江之冠。鉛山河流域是我省暴雨中心之一，也是我省小流域治理規(guī)劃的重點(diǎn)流域。倫潭水利樞紐工程項(xiàng)目在2002年7月已經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)立項(xiàng)。第二章設(shè)計(jì)的基本資料及水庫工程特性第一節(jié)設(shè)計(jì)的基本資料一、 水文氣象倫潭水利樞紐壩址處于鉛山河支流楊村水中游。楊村水為信江二級(jí)支流，發(fā)源于武夷山脈讀書尖。河流自南向北流經(jīng)篁碧、港口、天柱山、港東、楊村、五都等地，在下坂與石塘水相匯后稱鉛山河。楊村水主河長70km，流域面積465km2，河道平均坡降6.6%。。倫潭水庫壩址以上集雨面積242km2、主河長41.9km，流域平均寬度5.77km，主河道平均比降11.62%。壩址附近無水文測(cè)站，選擇鉛山河流域內(nèi)鐵路坪水文站作為參證站，由1959年至2000年共42年徑流資料，推求壩址多年平均流量為11.0m3/s，Cv=0.31,Cs=2.5Cv，多年平均徑流深1438.8mm，多年平均徑流量3.48x108m3。鉛山河為雨洪式河流，洪水與暴雨相應(yīng)，多發(fā)生在4~9月份，洪水主要由鋒面雨形成，臺(tái)風(fēng)雨也能形成較大洪水。經(jīng)分析計(jì)算，壩址設(shè)計(jì)洪水成果：校核洪水標(biāo)準(zhǔn)（P=0.1%），相應(yīng)洪峰流量為2640m3/s，洪量W1=87.73x106m3、W3=154.17x106m3；設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)（P=1%）、相應(yīng)洪峰流量為1500m3/s，洪量W1=52.06x106m3、W3=92.08x106m3。鉛山河屬少泥沙河流，壩址多年平均懸移質(zhì)輸沙量4.55x104t、推移質(zhì)輸沙量1.82x104t。鉛山河流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，流域內(nèi)各地多年平均氣溫18.1°C，極端最高氣溫40.1°C，極端最低氣溫-10.6C，多年平均相對(duì)濕度79%。多年平均降水量1908.9mm，最大年降水量2856.7mm（1998年），最小年降水量1177.1mm（1971年），多年平均蒸發(fā)量1550.4mm，多年平均風(fēng)速1.9m/s，實(shí)測(cè)最大風(fēng)速20.3m/s。二、 工程地質(zhì)本區(qū)處華南褶皺系、贛中南褶隆、饒南拗陷區(qū)。區(qū)內(nèi)地勢(shì)東南高、西北低，下游為低山丘陵區(qū)，中上游屬中低山一一中高山構(gòu)造剝蝕地貌，不良物理地質(zhì)現(xiàn)象不甚發(fā)育。區(qū)內(nèi)出露地層主要為燕山早期花崗巖。樞紐及庫區(qū)處于次一級(jí)的陳坊?永平?八都區(qū)域隆起構(gòu)造帶，未發(fā)現(xiàn)孕震斷裂分布，不存在產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的可能性，根據(jù)GB18306-2001《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜周期小于0.35s，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。水庫區(qū)地層巖性單一，組成庫盆、庫岸的花崗巖體巖性堅(jiān)硬，透水性弱，庫周分水嶺雄厚，庫區(qū)產(chǎn)生永久性滲漏的可能性小，庫岸穩(wěn)定性較好。未來庫區(qū)淤積問題不大。庫區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有工業(yè)開采價(jià)值的礦產(chǎn)資源及古文化遺址分布，淹沒影響較小。不存在浸沒問題。壩區(qū)含上、下兩個(gè)壩址，均屬構(gòu)造剝蝕中低山地貌，位于燕山早期侵入的倫潭巖體上巖性，為細(xì)粒花崗巖，巖性單一，一般弱風(fēng)僧微新巖體為中等?較好質(zhì)量巖體。地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn)較大的斷裂構(gòu)造及順河斷層。構(gòu)造節(jié)理主要為北東向和北西向兩組，卸荷裂隙發(fā)育不明顯。壩區(qū)的地下水主要為基巖裂隙潛水。地下水埋深多受大氣降水和地形條件及季節(jié)變化等因素所控制。巖體透水性則受地形條件、節(jié)理裂隙的密度與貫通，節(jié)理裂隙充填狀況及巖體風(fēng)化程度等多種因素影響，一般遵循自上而下，由大到小的規(guī)律。據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，壩區(qū)河水和地下水對(duì)混凝土具中等溶出型侵蝕性。上、下壩址存在的工程地質(zhì)問題，主要為滲漏及壩肩穩(wěn)定問題。由于巖體風(fēng)化及節(jié)理裂隙的影響，壩址基礎(chǔ)開挖以后，建基面以下一般為弱?中等透水巖體，需作防滲處理。上壩址可利用基巖埋深較大，建基面以下透水巖體厚度也較大。下壩址拱壩方案右壩肩，由于局部分布有緩傾角節(jié)理裂隙，其與壩區(qū)較發(fā)育的北西或北東向兩組陡傾角結(jié)構(gòu)組合，存在與拱肩推力方向夾角很小的不利組合面，有沿該組面產(chǎn)生滑動(dòng)的可能，對(duì)拱肩穩(wěn)定不利。就工程地質(zhì)條件而言，上、下壩址均具備修建90m左右大壩的條件。而下壩址的工程地質(zhì)條件優(yōu)于上壩址。據(jù)本階段對(duì)三條引水隧洞、一條導(dǎo)流隧洞、一個(gè)溢洪道及三個(gè)發(fā)電廠房和下壩址上、下游圍堰作的地質(zhì)勘探工作，這些建筑物均處于中低山地貌，圍巖為細(xì)?；◢弾r，洞室大部分置于弱風(fēng)化?微新巖體，地下水量不豐，地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，洞線進(jìn)出口及廠房區(qū)未見較大的滑坡、崩塌等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。各引水隧洞線及廠房均未發(fā)現(xiàn)大的工程地質(zhì)問題。上、下游圍堰不存在大的工程地質(zhì)問題。三、筑壩材料及其物理力學(xué)性質(zhì)（一）水庫樞紐工程所需天然建材，石料可就地取材，儲(chǔ)量及質(zhì)量均可滿足要求。砂礫料在壩址區(qū)缺乏，需在壩區(qū)下游較遠(yuǎn)處采運(yùn)，其中砂料質(zhì)量可滿足規(guī)范要求，但粗

骨料級(jí)配較差，粗細(xì)骨料儲(chǔ)量均可滿足需求。（二）重要物理力學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)（1）壩址處地基物理力學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)干容重Yd=1.59t/m3浮容重Yb=0.98t/m干容重Yd=1.59t/m3浮容重Yb=0.98t/m3凝聚力c=0.38kg/cm2(2)筑壩材料1、 砂壤土干容重Yd=1.70t/m3浮容重Yb=1.00t/m3凝聚力c=0.29kg/cm2濕容重Yw=1.90t/m32、 粘土防滲體干容重Yd=1.65t/m3浮容重Yb=1.05t/m3凝聚力c=0.35kg/cm2濕容重Yw=1.85t/m33、 砂礫料干容重Yd=1.67t/m3浮容重Yb=0.99t/m3滲透系數(shù)K=4.5x10-6cm/s內(nèi)摩擦角9=20.570飽和容重YS=2.10t/m3滲透系數(shù)K=2.5x10-5cm/s內(nèi)摩擦角9=300飽和容重YS=2.07t/m3滲透系數(shù)K=3x10-6cm/s內(nèi)摩擦角9=240飽和容重YS=2.04t/m3滲透系數(shù)K=2x10-2cm/s凝聚力c=0 內(nèi)摩擦角9=330濕容重Yw=1.81t/m34、 塊石干容重Yd=1.79t/m3 飽和容重YS=2.14t/m3浮容重Yb=1.19t/m3 內(nèi)摩擦角9=380濕容重Yw=1.85t/m35、 址區(qū)洪水期多年平均最大風(fēng)速16m/s，吹程為2.5公里。（三）砼與基巖抗剪指標(biāo)及基礎(chǔ)承載力純摩時(shí) f=0.6 c=0剪摩時(shí) f=0.9 c=2.8kg/m2基礎(chǔ)承載力 ［。］=30kg/cm2砼容重Y=2.4t/m3工作橋及啟閉機(jī)作用于一個(gè)墩上荷載45噸，弧形門重20噸四、水庫的運(yùn)用要求倫潭水利樞紐工程位于鉛山河流域楊村水中游，是以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、供水和水產(chǎn)養(yǎng)殖的綜合利用工程。經(jīng)綜合分析論證，倫潭工程規(guī)模基本選定為：水庫正常蓄水位252.0m，死水位為230.0m，防洪限制水位250.0m，防洪高水位為254.70m，相應(yīng)防洪庫容為0.261x108m3，調(diào)節(jié)庫容0.938x108m3，水庫總庫容1.798x108m3；灌溉農(nóng)田面10.62萬畝；電站裝機(jī)容量20.0MW；枯水季節(jié)能為下游工礦企業(yè)補(bǔ)充1500x104m3生產(chǎn)生活用水。倫潭水利樞紐工程綜合利用效益顯著。在防洪方面：經(jīng)水庫調(diào)蓄可使下游沿河兩岸和港東、楊林、五銅、永平、鵝湖、?；莸?個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的村鎮(zhèn)和農(nóng)田、永平銅礦的供水設(shè)施和尾礦污水排放設(shè)施、橫南鐵路線和上饒聯(lián)絡(luò)段鐵路線以及鉛山縣河口鎮(zhèn)的防洪標(biāo)準(zhǔn)由5年一遇提高到20年一遇；在灌溉方面：從水庫壩下取水可灌溉下游鉛山西部灌區(qū)的楊林、五銅、?；?、虹橋、汪二、河口茶場(chǎng)、新安埠、汪二墾殖場(chǎng)等九個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、場(chǎng)）的10.62萬畝，農(nóng)田灌溉保證率達(dá)90%；在發(fā)電方面：電站裝機(jī)2X10.0MW，年發(fā)電量6074x104kW.h，保證出力4520kW，年利用小時(shí)3037h；在供水方面：枯水季節(jié)能補(bǔ)充下游工礦企業(yè)生活生產(chǎn)用水1500x104m3。第二節(jié)水庫工程特性正常蓄水位 252.00m防洪高水位 254.70m設(shè)計(jì)洪水位（P=1%） 254.75m相應(yīng)下瀉流量 975m3/s相應(yīng)下游水位 176.43m校核洪水位 256.45m相應(yīng)下瀉流量 1310m3/s相應(yīng)下游水位 177.51m死水位 230.00m水電站裝機(jī)容量2x10MW總庫容 1.798億m3河床地面高程 170m

第三章工程等別及樞紐布置第一節(jié)工程等別及建筑物的級(jí)別該水庫總庫容為1.798X108m3,電站裝機(jī)容量為2X104kw。按照《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，綜合考慮水庫總庫容，防洪效益，灌溉面積，電站裝機(jī)容量,工程規(guī)模，查教材《水工建筑物》表1-1工程等別工程規(guī)模分等指標(biāo)水庫庫容（億m3）防洪灌溉面積（萬畝）電站裝機(jī)容量（萬kw）保護(hù)城市及工礦區(qū)保護(hù)農(nóng)田（萬畝）一大（1）型>10特別重要的城市、工礦區(qū)>500>150>75二大（2）型10?1重要城市、工礦區(qū)500?100150?5075?25三中型1?0.1中等城市、工礦區(qū)100?3050?525?2.5四小（1）型0.1?0.01一般城市、工礦區(qū)<305?0.52.5?0.05五小（2）型0.01?0.001<0.5<0.05工程等別永久性建筑物的級(jí)別臨時(shí)性建筑物的級(jí)別主要建筑物次要建筑物I123II234m345W455V555該工程等別為II等，工程規(guī)模為大（2）型，主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)性建筑物為4級(jí)。永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn):正常運(yùn)用（設(shè)計(jì)）洪水重現(xiàn)期100年;非常運(yùn)用（校核）洪水重現(xiàn)期2000年。永久性水工建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)：永久性擋水建筑物和泄水建筑物正常洪水（設(shè)計(jì)時(shí)）的重現(xiàn)期為100年，非常運(yùn)用洪水（校核時(shí)）的重現(xiàn)期為2000年；水電站廠房正常與非正常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)分別為50年和500年；臨時(shí)性水工建筑物采用洪水標(biāo)準(zhǔn)為20—30年。第二節(jié) 樞紐布置一、 布置原則選址的原則：首先，應(yīng)盡量選擇地形上最有利的壩址，如壩軸線較短，河谷較窄，便于布置泄水建筑物等。壩址與地質(zhì)條件是影響壩址選擇的最重要因素之一。壩址附近的建筑物分布情況，影響到壩址的選擇。水庫區(qū)的淹沒情況也是選擇壩址的重要因素。壩址還必須結(jié)合河流規(guī)劃統(tǒng)一考慮。施工條件也是選擇壩址的因素之一。水庫及水利樞紐的管理?xiàng)l件也應(yīng)在選擇壩址時(shí)予以應(yīng)有注意。施工工期長短也影響著壩址的選擇。綜合以上所有因素充分進(jìn)行調(diào)查研究，權(quán)衡利弊，綜合考慮選定壩址。在所有的壩型中，土石壩由于基礎(chǔ)面積較大，承擔(dān)的應(yīng)力較低，對(duì)地基要求較低。二、 壩址的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)基本資料工程地質(zhì)分析，壩區(qū)含上、下兩個(gè)壩址，上、下壩址均未發(fā)現(xiàn)較嚴(yán)重的地質(zhì)問題，兩處壩址均有條件建設(shè)90m左右的大壩，而下壩址的工程地質(zhì)條件優(yōu)于上壩址。故大壩選于下壩址。三、 壩軸線選擇為了較好地利用兩岸的山體，壩軸線選在I---I，斷面上。第四章 壩工設(shè)計(jì)第一節(jié)壩型的選擇壩型選擇關(guān)系到整個(gè)地形的工程量、投資的工期，除筑壩材料是壩型選擇的主要因素外，還要根據(jù)地形地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理方案、抗震要求等各種因素進(jìn)行研究比較，最后選定技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的壩型工程中主要的壩型有重力壩、拱壩、土石壩，現(xiàn)對(duì)各種壩型進(jìn)行比較：1、 重力壩重力壩基本形狀呈三角形，上游面鉛直或稍微傾向上游，壩底與基巖固結(jié)，建成擋水后依靠自重維持穩(wěn)定。重力壩的優(yōu)點(diǎn)：①筑壩材料強(qiáng)度高，耐久性好，抵抗洪水漫頂，滲漏沖刷，地震破壞等的能力強(qiáng)；②對(duì)地質(zhì)、地形條件適應(yīng)性強(qiáng)，一般建與基巖上；③重力壩可做成溢流的，也可在壩內(nèi)設(shè)置泄水孔，樞紐布置緊湊；④結(jié)構(gòu)作用明確；⑤施工方便。缺點(diǎn)：①由于壩體剖面尺寸往往由于穩(wěn)定和壩體拉應(yīng)力強(qiáng)度條件控制而做的較大，材料用量多，壩內(nèi)壓應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，且壩底面積大，因而揚(yáng)壓力也較大，對(duì)穩(wěn)定不利；②因壩體體積較大，施工期混凝土溫度收縮應(yīng)力也較大，為防止溫度裂縫，施工時(shí)對(duì)混凝土溫度控制的要求較高。2、 拱壩拱壩是三面固結(jié)與基巖上的空間殼體結(jié)構(gòu)，拱向上游凸出，且不設(shè)永久性分縫。拱壩的優(yōu)點(diǎn)：①具有雙向傳力的性能；②拱是推力結(jié)構(gòu)；③拱壩具有較高的超載能力；④拱壩輕韌，富有彈性而整體性好，借助巖基對(duì)地質(zhì)功能的吸收，它又具有較強(qiáng)的抗震能力。缺點(diǎn)：①拱壩是不設(shè)永久性橫縫的整體朝靜定結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)需計(jì)入溫度變化和地基位移對(duì)壩體應(yīng)力的影響；②拱壩體形復(fù)雜；③設(shè)計(jì)施工難度大，對(duì)施工質(zhì)量、筑壩材料強(qiáng)度和防滲要求，以及對(duì)地形地質(zhì)條件及地基要求均較高。3、 選用土石壩土石壩是指由當(dāng)?shù)赝亮鲜匣蛲潦旌狭咸钪傻膲?。土石壩的?yōu)點(diǎn)：①就地取材，與混凝土相比，節(jié)省大量水泥，鋼材和木材，且減少了筑壩材料遠(yuǎn)途運(yùn)輸費(fèi)用；②對(duì)地質(zhì)地、形條件要求較低，任何不良地基經(jīng)處理后也均可筑土壩；③施工方法靈活，技術(shù)簡(jiǎn)單，且管理方便，易于加高擴(kuò)建。缺點(diǎn)：①不允許壩頂溢流，所需溢洪道或其他泄水建筑物與造價(jià)往往很大，；②在河谷狹窄，洪水流量大的河道上施工導(dǎo)流較混凝土壩困難；③采用粘性土料施工受氣候條件影響較大。本設(shè)計(jì)中，倫潭水庫的防護(hù)壩地處山區(qū)交通條件差，公路標(biāo)準(zhǔn)低，運(yùn)輸不方便，如從外運(yùn)入筑壩材料，工程投資大大增加，因此不運(yùn)用重力壩。拱壩應(yīng)力分布均勻，不利于發(fā)揮材料強(qiáng)度，節(jié)省工程量，但對(duì)地質(zhì)和地形要求嚴(yán)格，通常要求對(duì)稱均勻，因此地形不對(duì)稱，且地形地質(zhì)條件也不甚好，如采用拱壩。壩體相對(duì)條件差，不利于壩體強(qiáng)度穩(wěn)定，設(shè)計(jì)施工復(fù)雜。因此不宜選拱壩，倫潭水庫防護(hù)壩因當(dāng)?shù)赝亮?、沙礫料、石料豐富，可就地取材，節(jié)省大量運(yùn)輸費(fèi)用，并且綜合考慮土壩與其他壩型相比具有的特點(diǎn)，最終選擇土石壩。影響土石壩壩型選擇的因素很多，其主要的是壩址附近的筑壩材料，還有地形與地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震要求等。通過對(duì)各種因素進(jìn)行比較，選定技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。由于壩址處雨水多，黏土施工較為困難，故也不易采用厚心墻壩和厚斜墻壩。瀝青混凝土具有極佳的防滲性能及適應(yīng)變形能力。故本設(shè)計(jì)采用瀝青混凝土斜墻壩。第二節(jié)壩的斷面設(shè)計(jì)土石壩剖面的基本尺寸包括:壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡，防滲體與排水體的形式與尺寸等。壩頂高程為防止庫水浸溢壩頂，壩頂水庫靜水位以上應(yīng)有足夠的波浪超高?！赌雺菏酵潦瘔卧O(shè)計(jì)規(guī)范》，(SDJ218-84)規(guī)定，其值按下式計(jì)算：Y=R+e+A (4-1)e=KV2D*cosB/2gH(4-2)圖3_1壩頂超高計(jì)算簡(jiǎn)圖式中：e——風(fēng)沿水面吹過所形成的水面升高即風(fēng)壅水面超出庫水位的高度，mR——自風(fēng)壅水面算起的波浪沿傾斜壩坡爬升的垂直高度，簡(jiǎn)稱波浪爬高，mD 水庫吹程，km或mH 沿水庫吹程方向的平均水域深度，初擬時(shí)可近似取壩前水深，mk——綜合摩阻系數(shù)，其值變化在（1.5?5.0）X10一3之間。計(jì)算一般取3.6X10一3（D以km計(jì)）或3.6X10-6（D以m計(jì)）V——計(jì)算風(fēng)速，m/s正常運(yùn)用條件下的I、11級(jí)壩采用V=（1.5?2.0）P多（多年平均最大風(fēng)速），正常運(yùn)用條件下的III、W、V級(jí)壩采用v=1.5v多，非常運(yùn)用條件下的各級(jí)土石壩采用V=V多。P——風(fēng)向與壩軸線的夾角，（1°＞）3=0A——安全加高，見表3.1正常A=1.5非常A=1.0表4.1堤頂類型及運(yùn)用情況堤頂級(jí)別1234、5安全超高土壩、土堤正常1.51.00.70.5非常1.00.70.50.3混凝土閘壩、漿砌塊石閘壩正常0.70.50.40.3非常0.50.40.30.21.1.正常運(yùn)用情況下計(jì)算壩頂高程V=1.9ms V=2V=2X1.9=3.8叫,； h=254.75-170=84.75m D=2.5kmKV2D c 3.6x10-3x3.8x3.8x2.5e= cosP= =0.0000782gH 2x9.81x84.75波浪爬高R=0.45Rym-1n-0.65 1R設(shè)=0.0166V4D3式中：m=3.0n=0.0155 A=1.0（查表）貝R設(shè)=0.1195mR=0.218mY正常R+e+A=0.218+0.000078+1=1.218=1.22m壩頂高程K高=252+Y正常=254.75+1.22=255.97m1.2.非常情況下計(jì)算壩頂高程非常運(yùn)用情況下的壩頂超高計(jì)算公式與正常情況下的一樣，所不同的是風(fēng)速來用多年平均最大風(fēng)速V=20.39；，壩前水深H=254.75-170=86.45m

KV2D 3.6x10-3x20.3x20.3x2.52x9.81x86.45e= cosp= =0.002186m2x9.81x86.452gH5 1R設(shè)=0.0166V4D3=0.9708m=3.0n=0.0155R=0.45R設(shè)m-1n-0-6=1.77mA=0.5（查表）Y非常=R+A+e=1.77+0.5+0.002=2.272m壩頂高程 丫高=256.45+匕非常=258.722m綜上所述，壩頂高程取二者中最大值Y=258.722m,考慮到上游設(shè)置1.2m的防浪墻，壩頂高程最終為258.722-1.2=257.522m，取257.6m，防浪墻高程為258.8m，壩高為257.6-170=87.6m2、 壩頂寬度壩頂寬度取決于施工、構(gòu)造、運(yùn)行、抗震與防洪等要求。如壩頂設(shè)置公路或鐵路時(shí)，應(yīng)按交通要求確定。特殊要求時(shí)，高壩最小頂寬10m?15m，中低壩為5m?10m。對(duì)心墻或斜墻壩還需要滿足其墻頂和兩側(cè)反濾層的布置要求，在寒冷地區(qū)，還應(yīng)使心墻或斜墻至壩面的最小距離大于凍土層厚度，以防防滲體凍壞，本設(shè)計(jì)壩高為87m，屬于高壩且壩頂有交通要求，壩頂寬度為10m。3、 壩坡土石壩邊坡的大小取決于壩型、壩高、筑壩材料、荷載、壩基性質(zhì)等因素，且直接影響到壩體的穩(wěn)定和工程量大小。由于石料在飽和狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度低于水位下降時(shí)滲流力指向上游對(duì)上游壩坡穩(wěn)定不利，既土石壩相同時(shí)，上游坡比下游坡為緩；從壩型上看，上游壩坡較下游為緩；從荷載情況上，為適應(yīng)向底部逐漸增加色特征，壩坡上陡下緩，故土石壩上、下游坡一般做成變坡時(shí)，由上至下逐漸放緩，相鄰壩坡率差為0.25?0.5,若壩基較弱時(shí)，最后一級(jí)壩坡宜緩以利于壩坡穩(wěn)定。綜上所述，對(duì)擬壩坡時(shí)，坡度一般為1:2.0?1:4.0，上游面壩坡從坡頂向下分別在高程為230m,210m,190m.變坡壩坡為:1：2.75,1：3.0，1:3.25，1：3.5。下游面在210m,190m，變坡處設(shè)寬為2m馬道，壩坡為1：2.5，1：2.75，1：3.0。在178.51m設(shè)置棱體排水。見圖4-2

高程21000高程190.00 1：3高程21000高程190.00 1：3'251：3.5一高程230.001：3壩頂高程257.60_1:2.75 —1：2.5__高程210001：2-75高程170.00-高程190.00'1~ 一高程178.51圖4-24、 防滲體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用瀝青混凝土防滲體，它是有一定級(jí)配的碎石或卵石、沙、石料和瀝青按一定比例配合并加熱攪拌均勻的混合物，經(jīng)灘鋪、碾壓達(dá)到一定密度變形成防滲體。壩體防滲采用瀝青混凝土斜墻，墻頂高程取257m，頂寬不小于0.5m，本設(shè)計(jì)取1m,底部厚度為1/80的壩高，取87.6/80X106.8=1.1m，上游坡1：2.5，下游坡1：2.0。5、 排水設(shè)備土石壩防滲體采用瀝青混凝土，雖然滲透系數(shù)很小，但仍會(huì)有一定的滲水，在壩體下游側(cè)設(shè)置排水設(shè)備，其作用是控制和引導(dǎo)滲流安全的排出體外，降低壩體浸潤線和孔隙水壓力，增強(qiáng)壩坡穩(wěn)定保護(hù)下游壩坡免受凍漲破壞，排水體由塊石及其流層組成，要求其具有充分地排水能力，不堵塞，以保證壩體和壩基不發(fā)生滲透破壞，并且便于觀測(cè)和檢修。設(shè)計(jì)采用棱體排水，初擬定壩頂高程為178.51，棱體排水頂寬根據(jù)觀測(cè)及施工的需要確定，一般不小于1-2m，本設(shè)計(jì)取4m，棱體內(nèi)坡由施工條件確定，一般為1:1?1:1.5,本設(shè)計(jì)取1:1.5,外坡根據(jù)壩基抗剪強(qiáng)度和施工條件確定，一般為1:1.5?1:2.0，本設(shè)計(jì)取1:2.0。圖3.3第三節(jié) 土石壩的滲流計(jì)算3.1設(shè)計(jì)說明3.1.1土石壩滲流分析的任務(wù)土石壩的剖面尺寸初步擬定后，必須進(jìn)行滲流分析和穩(wěn)定分析，為確定經(jīng)濟(jì)可靠的壩體剖面提供依據(jù)，滲流分析的主要任務(wù)是：⑴確定壩體浸潤線和下游溢出點(diǎn)的位置，為壩體穩(wěn)定計(jì)算和排水體選擇提供依據(jù)；⑵計(jì)算壩體與壩基的滲流量，以計(jì)算水庫滲漏損失，和確定排水體尺寸；⑶計(jì)算壩體與壩基的滲流溢出處的滲透坡降，以驗(yàn)算其滲透穩(wěn)定性。3.1.2滲流分析的工況滲流計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件，一般需考慮計(jì)算下列幾種工況：⑴上游正常蓄水位252.0m與下游相應(yīng)最低水位176.43m，此時(shí)壩內(nèi)滲流的坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形；⑵上游校核洪水位256.45m與下游相應(yīng)最高水位177.51m，此時(shí)壩內(nèi)浸潤線最高，滲流也最大；分析時(shí)，常根據(jù)河谷地形情況，選若干、單寬壩坡，按二元滲流問題考慮，壩坡樁號(hào)為0+038、0+068、0+098、0+128、0+158、0+188、0+235、0+280。3.1.3滲流分析的方法土石壩滲流分析的方法有公式計(jì)算法（流體力學(xué)法、水力學(xué)法、有限單元法）流網(wǎng)法和電模擬法，本設(shè)計(jì)采用水力學(xué)法，水力學(xué)法建立在一些基本假定上，是一種近似解法，只能求得過水?dāng)嗝嫔蠞B流要素的平均值，但其計(jì)算簡(jiǎn)單，且精度一般可以滿足工程要求。3.2滲流計(jì)算3.2.1基本假定⑴壩體土料為均質(zhì)，壩體內(nèi)任一點(diǎn)在各方向上的滲透系數(shù)相同且為常數(shù)；⑵滲流二元穩(wěn)定層流，流動(dòng)運(yùn)動(dòng)符合達(dá)西定律：V=KJ（V為滲透流速，K為滲透系數(shù)，J為滲透坡降）⑶滲流為漸變流，任意過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的坡降和流速相同。3.2.2水力學(xué)分析方法選擇水力學(xué)方法解土壩滲流問題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn)，應(yīng)用達(dá)西定律近似解土壩滲流問題，計(jì)算假定任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等。斜墻與截水槽的單寬滲流量為：,H2-h2 H-hqi=氣2&+V十1斜墻與截水槽下游壩體與壩基的單寬滲流量為：泛h2-H2 h-H%=20-mH）+tL+0.4撲22式中：K0、K、Kt——分別為防滲體、壩殼材料、河床質(zhì)砂卵石的滲透系數(shù)；8 51——斜墻與截水槽的平均厚度，m；a——斜墻的傾角，（。）；m2——下游坡坡率。由水流連續(xù)條件qi=L聯(lián)立求解上兩式可求得式中A=^K+—K—5sinaL一mHA=KT+K?22=丁L+0T.44TA=K0H;+KH2+2K0TH1+2K?H5sinaL-mH5L+0.44T假設(shè)：不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用；由于砂石料滲透系數(shù)較大，防滲體又損耗了大部分水頭，逸出水位與下游水位相差不是很大，認(rèn)為不會(huì)形成逸出高度；

對(duì)于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流時(shí)由于橫向落差，此時(shí)實(shí)際上不為平面滲流，但計(jì)算仍按平面滲流計(jì)算，近似認(rèn)為下游水位為零。由于河床沖積層的作用，岸坡實(shí)際上不會(huì)形成逸出點(diǎn)，計(jì)算時(shí)假定浸潤線末端為壩址。計(jì)算簡(jiǎn)圖3.3總滲流量計(jì)算總滲流計(jì)算時(shí)，一般是根據(jù)地形和地基，透水層分布情況，將壩體沿壩軸線分成若然后按下式計(jì)算全壩的干曲邊壩段，見圖4-1，先計(jì)算各坡交界處的壩體單寬滲流量，然后按下式計(jì)算全壩的總滲流，:Q2式中:總滲流，:Q2式中:l+(q+q)l+ + (q+q)l +ql]11 1 22 n-2 n-1n-1 n-1nl],l2,q1,q（4-5）l—nqn-1各壩段長度m一各壩段交界處的壩體單寬流量m3sm）表3-1穩(wěn)定滲流期滲流計(jì)算成果表

▽上游=252m▽下游=176.43m樁號(hào)K0ktA1A2A30001.130.52X2.5050200.2.8.47X10-110-410-510-6樁號(hào)K0ktA1A2A30001.130.52X2.5050200.2.8.47X10-110-410-510-61.4310-68.04X10-80.0567.0810-8500.5 2.22942.53.54.282.31.07⑶0+1.2..8.0X2XX68XX5X0.15X5010033377510-110-410-5210-610-710-7910-70510.53072.52.2.64.378.42.17⑷0+1.8.04.5.X2XX7XX5X5.8X501504075.5910-110-410-5510-610-710-5410-75010.51.11.36922.52.2.63.692.80⑸0+455.05.6.X2XX71XX6522.X50200463.5910-110-410-5510-610-7X9210-78010-320.536132.2.67.321.53.56⑹0+1.8.201.X2X2.57XX8X28.7X5025049.10-110-4X10-54272040510-610-710-310-7300.58.72.52.2.63.828.32.10⑺0+1.7594.5.X2XX7XX8X5.8X50300335910-110-410-5510-610-710-5310-7010.51.1832.52.4.88.361.47.09⑻0+230.03.0X2XX7XX4X0.0X50350949.510-110-410-5510-610-710-79210-8501.0.52.52.1.01.482.56.09⑼0+1111910X2XX72XXX0.0X5040087010-110-410-5510-610-710-8510-8⑽0+412121Q=5X10-7X[0.708X50+(0.718+1.075)X50+(1.075+2.17)X50+(2.17+2.80)X50+(2.80+3.567)X50+(3.567+2.10)X50+(2.10+0.709)X50+(0.709+0.695)X50+0.695x12]=418.4X10-7X3600X24=3.61m3d

表4-2校核水位滲流計(jì)算成果表▽上游=256.45m▽下游=177.51m編樁號(hào)HL編樁號(hào)HLTH1KK號(hào)200+⑴00010.5⑵0+.13010300X2X0502.5.410-110-4010.5⑶0+.2229.530X2X1003.737.910-110-430160.50+.3081079X2X⑷.1504.75.5.9810-110-400120.5.10⑸0+4365100.7X2X2005.63.89.10-110-480411030.50+.368222X2X⑹2504.7.25..10-110-44930⑺0+130897960.52X300..75.9.X10-4Km A1 A2 A3hqLT02.5.58.31.443.80.352.X3XX8X06X5851010-610-6 10-94 10-5-81.2.3.5 2.8 215 2.5.90 0.68 22 XX62X 21 50X X 1010510-7 310-6 10-7 -7-52.2.52.64.461.2 502.5.X3X X8X X5075961010-610-7 10-4 10-5-72.3.52.63.642.323102.X3XX1X.2X50751010-610-7 10-33 10-5-72.3.2.6 2.757.18 30462.34 88XX .0X5075XX1010-7 4 1010-6 10-3-5-72.2.2.63.821.26.2.505753XX8X08383810-1X10-610-710-4X301010-5-7⑻0+3501.239180.9410380.5.90.5X10-102X10-42.5X10-52.754.787X10-68.62X10-71.84X10-70.1069.05X10-850⑼0+4001.1181171590.40.5X10-102X10-42.5X10-52.751.00X10-51.538X10-64.61X10-80.0642.11X10-850⑽1Q=—Q20+412X10-7X[0.535X50+(0.535+1.21)X50+(1.21+2.5)X50+(2.5+3.1)X1250+(3.1+3.46)X50+(3.46+2.38)X50+(2.38+0.905)X50+(0.905+0.211)X50+0.211X12]=431.38x10-7x3600x24=3.73m3d3.4滲流穩(wěn)定結(jié)果分析3.4.1正常蓄水位下滲流穩(wěn)定分析滲流量：水庫每日滲漏量3.61，故能滿足防滲要求。滲透穩(wěn)定：對(duì)非黏性土，滲透破壞型式的判別可參考伊斯妥明娜法，根據(jù)土體的不均勻系數(shù)門=d^來判定：10門＜10時(shí)為流土門＞20時(shí)為管涌10〈門＜20時(shí)不定根據(jù)砂礫料顆粒級(jí)配曲線查得d=34mm；d=0.5mm，^。；門=^-60=^-=68＞2060 10 d0.510滲透破壞型式為管涌。c42d[2]c42d[2]（4-6）

式中：d3——相應(yīng)于粘粒級(jí)配曲線上含量為3%的粒徑，mk——土壤的滲透系數(shù)，cm/sn 土壤孔隙率，初步擬定為0.33(4-7)(4-8)(4-9)對(duì)壩基內(nèi)水平方向產(chǎn)生的臨界坡降為：(4-7)(4-8)(4-9)J'=Jtg^⑵式中：中——土的內(nèi)摩擦角，（34。）管涌的允許坡降為：[J]=，⑵（自下而上滲流）j⑵[j■]=K（水平向滲流）式中：K為安全系數(shù)，根據(jù)建筑物級(jí)別和土壤類別選用，一般取K=1.5?2.0，,42d 42x0.3X10-3J,42d 42x0.3X10-3J= = ckn3=0.099kn35.79x10-4\0.333-J'=Jtg^=0.099xtg35°=0.083CjC0.099c[j]=K=-^5-=°.06*自下而上滲流)[J，]=J=0083=0.055(水平向滲流)K1.5滲流逸出點(diǎn)的實(shí)際滲透坡降為：(4-10)T aH⑵(4-10)J= △L已知△〃=h-H=31.475-31.4=0.075；al近似取計(jì)算長度L=165.5m 則2J=旦=0075=4.5x10-4；因?yàn)镴=4.5x10-4<[J?]=0.055，故滿足滲透穩(wěn)定要求。L165.53.4.2校核洪水位下滲流穩(wěn)定分析分析過程同正常蓄水位。第四節(jié)土石壩壩坡穩(wěn)定分析及計(jì)算4.1設(shè)計(jì)說明4.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)土石壩進(jìn)行穩(wěn)定分析的目的，是通過計(jì)算壩體剖面的穩(wěn)定安全度來檢驗(yàn)壩坡在各種工況下是否安全，斷面尺寸是否經(jīng)濟(jì)合理。壩坡坍滑失穩(wěn)滑裂面的形式主要與壩體結(jié)構(gòu)型式、壩基情況和壩的工作條件等因素有關(guān)。主要有以下幾種：（1） 曲線形滑裂面。當(dāng)為黏性土壩坡時(shí)，其失穩(wěn)滑裂面呈上陡下緩的曲面，穩(wěn)定計(jì)算時(shí)常假定為一圓柱面，其在壩體剖面的投影是一個(gè)圓弧，稱滑弧?；衙娴奈恢?，如壩基為掩飾或堅(jiān)硬的土層時(shí)，多從壩腳處滑出；當(dāng)壩基土質(zhì)與壩體相近或更軟弱時(shí)，滑裂面可能深入壩基從壩腳滑出。（2） 直線或折線形滑裂面。當(dāng)滑裂面通過由砂，沙礫石等材料構(gòu)成的無黏性土壩坡時(shí)，在壩坡剖面上的投影是一直線或折線。當(dāng)壩坡干燥或完全浸入水中時(shí)呈直線，部分浸水時(shí)為折線，斜墻壩上游失穩(wěn)時(shí)，常沿斜墻與壩體交界面滑動(dòng)。（3） 復(fù)合斷裂面。當(dāng)壩坡由幾種不同性質(zhì)的土料組成或壩基存在軟弱層時(shí)，滑裂面往往是由直線和曲線組成的復(fù)合型，在黏土為曲線，在黏性土內(nèi)或軟弱層上為直線。4.1.2計(jì)算工況（1） 庫水位最不利時(shí)的上游壩坡，這種不利水位大致在壩底以上1/3壩高處；（2） 上游為正常蓄水位，下游為相應(yīng)最低水位的下游壩坡；（3） 校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流的下游壩坡；（4） 施工或竣工期的上下游壩坡；4.1.3計(jì)算方法本設(shè)計(jì)只針對(duì)最大剖面。本設(shè)計(jì)為無黏性土壩殼材料，故采用折線法對(duì)土石壩進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算。4.1.4控制標(biāo)準(zhǔn)表4?1 容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)運(yùn)用條件工程級(jí)別IIIIIIW正常運(yùn)用1.301.251.201.15非常運(yùn)用1.201.151.101.05正常運(yùn)用加地震1.101.051.051.00.穩(wěn)定計(jì)算4.2.1基本原理與計(jì)算方法屬于部分浸水的無黏性土壩坡穩(wěn)定分析。對(duì)于部分浸水的無黏性土壩坡，因水上水下土壤力學(xué)性能不同，滑裂面近似為一折面，折點(diǎn)高程大致在水位附近。1） 滑動(dòng)土體在折點(diǎn)處還形成塊間破裂面DE，破裂面的方位當(dāng)壩基土料內(nèi)摩擦角大于壩體土料內(nèi)摩擦角時(shí)傾向上游；反之傾向下游。為分析方便取為鉛直方向。2） 破裂面作用力P與該面法線的夾角等于土料的內(nèi)磨擦角，為方便計(jì)算，假定P與上滑塊底裂面平行。

用折線法計(jì)算滑動(dòng)土體的穩(wěn)定安全系數(shù)時(shí)，采用“安全的極限平衡法”。所謂“極限平衡”是認(rèn)為滑動(dòng)面上的靜摩擦力達(dá)到最小值?！鞍踩笔侵干鲜鰳O限平衡是在一定安全儲(chǔ)備條件下的。假定各滑動(dòng)面上有相似的安全系數(shù)K?；瑒?dòng)面上土料的抗剪力除以K后作為計(jì)算抗剪力。設(shè)圖（5-1）ADC為任一滑動(dòng)面，折點(diǎn)在D點(diǎn)，塊間破裂面DE將滑動(dòng)土體分為兩塊，其重量分別為W「W2，兩塊間作用力為P，起方向平行與DC。兩塊土體底面土料內(nèi)摩擦角分別為中:、中［由于塊BCDE沿DC方向力的平衡可得[見圖5-2(a)](5-1)P-W]Sina1+?W]COS以聲氣=0(5-1)由于土塊ADE沿AD方向力的平衡得[見圖5—2(b)]22 2[cosatana+Kpsin(a-a)tana-Wsina-Pcos(a-a)=0(5-2)22 2圖5-1無黏性土壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖ED(a)(b)ED(a)(b)圖5-2無黏性土壩坡分塊分析受力圖聯(lián)立以上兩個(gè)公式即可得出以下一元二次方程K[wcosdtgQ+wsindsin(合-d)tgQ+wcosdtgQcos(合-d)]2 2 2 1 1 1 2 2 1 1 1 1 2 /、(5-3)-K2[wsind+wsindcos(合-d)]-wcosdtgQsin(8-d)tg0=02 2 11 1 2 1 1 1 1 2 2解出一元二次方程即可的到K值3）在上述計(jì)算中，水位及、a2都是任意假定的。為求得最小安全系數(shù)，應(yīng)假設(shè)不同的水位和a「a?值。具體計(jì)算時(shí)「先假定若十個(gè)水位和a「a?值具體計(jì)算時(shí)，先假定若干水位（至少3種個(gè)），在每一水位下假定至少3個(gè)a2，，對(duì)每個(gè)a2至少假定3個(gè)a】，分別計(jì)算出安全系數(shù)，其中最小者即為所求壩體穩(wěn)定安全系數(shù)。4.2.2上游水位大約在壩底以上1/3壩高處的上游壩坡1.假定上游水位為110.6m，按下式計(jì)算安全系數(shù)〔…p一Wsina+—Wcosatgo=0^1 1 1k1 11c—Wcosatgo+-!-psin(a-a)tgo一Gsina一pcos(a-a)=0k2 2 2k1 1 2 2 2 2 1 1 2cc

計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：圖5-3穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖(上游水位在壩底以上1/3壩底處的上游壩坡)取平均:(1)已知：％=36。;％=34。;假設(shè)氣=31。，a2=11。為計(jì)算方便，上游壩坡mm=2.76取平均:取單寬，重量W］、W2分別按下式計(jì)算：W=sx1xy1 1W=sx1xy+sx1xy2 1 3 2s=s-ss=i(BC+ND)x(181.8-110.6)=71.2(BC+ND)42s2=2NDxEDs3=2NDxH其中：$1TSBCDEBITSEDNE$2TSNDANS3TSBNDCB已知：m=Ug11°=5.144;H=35.6m;m=2.76ed=Hx^=30.75mm由于：ND=mxED=2.76x30.75=84.89BC=(257.6-199.2)Xctg31°-m(257.6-199.2)+ND所以：BC=6.87S4=1/2X(84.89+6.87)X(257.6-199.2)=3266.83m2$3=2NDx(110.6-75)=1511.044m2s2=2NDxED=1305.495m2s=S-S=1961.337m2Y=1.8t/m3=17.658kN/m3;則濕容重y=y=17.658kN/m3。已知比重G=2.68,水容重y=9.81kN/m3,孔隙率n=1-L=1-17.658=0.328Gy 2.68x9.81W則浮容重為：y=y-(1-n)y2d w=17.658-(1-0.328)x9.81=11.069kN/m3貝Dw=sx1xy=21710.04kNw=sxy+sxy=51359.04kN2 113 2將已知數(shù)據(jù)代入公式有：p-14529.87sin250+上14529.87cos25°tg360=01k1L 1<—14805.308cos10otg34。+—p1sin(25。-10。)tg34。00-14805.308sin10。-pcos(25。-10。)=0方程可簡(jiǎn)化為：[(Wsinacos(。-a)+Wsina)]k2-[Wcosatg9cos(a-a)+Wsinasin(a-a)tg91 1 1 2 2 2c1 1 1 1 2 1 1 1 2 2+Wcosatg9]k+Wcosa.tg^sin(a.-a)tg9=0即：8711.505k2-20481.65k+1671.95=0解匕=~b±vb2~4ac=2.065(其中值0.086舍去)(2)假設(shè)a1=33。，a2=1F計(jì)算K值計(jì)算簡(jiǎn)圖如5-4

圖5-4穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖(上游水位在壩底以上1/3壩底處的上游壩坡)已知：m2=Wg11°=5.144; H=35.6m; m=2.76HxmED— 2=30.75mm由于：ND=mxED=2.76x30.75=84.89BC=(257.6-199.2)Xctg33°-m(257.6-199.2)+ND所以：BC=—1.983S4=1/2X(84.89-1.983)X(257.6-199.2)=1475.783m2S3=2NDx(110.6—75)=1511.044m2s2=2NDxED=1305.495m2s=S—S=170.243m2d已知y=1.8t/m3=17.658kN/m3;則濕容重y=y=17.658kN/m3d已知比重G=2.68,水容重y=9.81kN/m3，孔隙率n=1--!^=GyWn=1--!^=GyW浮容重為：y21— =0.3282.68x9.81=Y—(1—n)Y

d w=17.658—(1—0.328)x9.81=11.069kN/m3w=sx1xy=1884.421kNw=sxy+sxy=19731.9kN2 113 2

將已知數(shù)據(jù)代入公式有：TOC\o"1-5"\h\z[ L . 1 l，p-14529.87sin25。+一14529.87cos25otg36。=01 *1L 1<—14805.308cos10otg34。+廠p】sin（25。-10。）tg34。00-14805.308sin10。-p〔cos（25。-10。）=0方程可簡(jiǎn)化為：[（Wsin以cos（。-a）+Wsin以）]*2-[Wcos以tg^cos（a-a）+Wsin以sin（以一以）tg中1 1 1 2 2 2c1 1 1 12 1 1 1 2 2+Wcos以tg^]k+Wcosatg^sin（以一以）tg中=02a即：利用EXCEL解方程的出七二-b±32-4ac=2a在取不同的水深（最少3個(gè)）本設(shè)計(jì)選取199.2m201.2m200.0m分別取不同的匕和a?計(jì)算求得最小的安全系數(shù)。用計(jì)算如下表5?2

表4.2上游水位為在壩底1/3壩高處上游壩坡的安全系數(shù)計(jì)算表如下水庫水位(m)a2(°)a1(o)W(KN)1W(KN)KC199.2113121710.0451359.042.06530.518548.646315.73.455131.817358.644417.332.3641326.815920.8336420.611.92627.221246.4644916.42.03327.620321.5443440.912.15612231653540017.751.98323.524573.9852842.072.17024.122769.5249963.472.465201.21321.310420.7728530.542.2752214779.2535483.492.79420.918652.7941662.812.0731221.112872.3435268.752.32220.824357.9353591.322.16521.521826.7749553.452.5811120.7155411.4342652.462.3152129906.3265775.662.50021.428466.763479.082.643200.0122017399.7940941.421.7842122626.4449279.322.17621.620361.6745666.412.5541321.110984.2828177.092.09822.213023.7131430.522.94221.615171.7634857.232.3921019.521494.5654027.341.8612115251.1544067.432.6912019313.7250548.332.061根據(jù)表4.2的結(jié)果可得當(dāng)上游水位為200.0m時(shí)〃廣20。a廣12。時(shí)k.=1.784〉[K]=1.2。滿足穩(wěn)定要求4.2.3其他工況的穩(wěn)定計(jì)算上游為正常蓄水位，下游為最低水位下的壩坡；校核洪水位下形成穩(wěn)定滲流期的下游壩坡；施工或竣工期的上下游壩坡此幾種工況采用圓弧法。4.2.3.1基本原理與計(jì)算方法圓弧法主要用于黏性土壩坡如均質(zhì)壩、厚斜墻壩、厚心墻壩等的穩(wěn)定計(jì)算（于是也用于非黏性土質(zhì)壩）。其基本原理是假定滑動(dòng)面為一圓柱面，將滑動(dòng)面內(nèi)土體視為剛體，失穩(wěn)是該土體繞圓弧的中心旋轉(zhuǎn)，沿壩軸方向取單寬壩段按平面問題進(jìn)行分析。計(jì)算時(shí)將滑動(dòng)面以上的土劃分成若干鉛直土條，求出各土條對(duì)滑孤中心的抗滑力矩之和M和滑動(dòng)力矩之和M，二者之比為該滑孤的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K，即(5-5)「 ' 昭M(5-5)K= rMs按是否計(jì)及土條間的作用力，圓弧法又分為兩種：一是不計(jì)土條間作用力的簡(jiǎn)單方法，又稱瑞典圓弧法;二是考慮土條件水平力作用，忽略豎向力作用的簡(jiǎn)化的畢肖普法。前者計(jì)算簡(jiǎn)單，偏于安全，單精度較差；后者較合理，結(jié)果較精確，但需迭代計(jì)算，較麻煩。我國規(guī)范規(guī)定，對(duì)I、11級(jí)高中壩以及一些比較復(fù)雜的情況，應(yīng)同時(shí)采用瑞典圓弧法和計(jì)土條件作用力的方法（如簡(jiǎn)化的畢肖普法或其他嚴(yán)格的方法）。對(duì)于后者，最小安全系數(shù)的容許值應(yīng)比附表五中規(guī)定值提高10%左右，對(duì)I級(jí)壩的正常運(yùn)用情況，安全系數(shù)不小于1.5。4.2.3.2最危險(xiǎn)滑弧位置的確定上述滑動(dòng)圓弧的圓心和半徑是任意選定的，求出的穩(wěn)定安全系數(shù)不一定是最小的。最小安全系數(shù)必須經(jīng)過試算才能得到。如何用最少的試算次數(shù)找到最小的安全系數(shù)，主要有兩種方法。（1）B.B方捷耶夫法。該法最小安全系數(shù)的滑孤圓心在扇形范圍內(nèi)，見圖5-1。此扇形面積的兩個(gè)邊界為由壩坡中點(diǎn)。引出的兩條直線，一條鉛垂線，一條與平均壩坡線成85°角；另外兩個(gè)邊界為以a為圓心所作的兩個(gè)圓弧，內(nèi)外弧半徑。內(nèi)外孤半徑R內(nèi)R外，查附表5-2所示。表5-2R內(nèi)、R外值表壩坡1：11：21：31：41：51：6R/HR內(nèi)0.750.751.01.52.23.0R1.501.752.303.754.805.50外（2）費(fèi)蘭紐斯法該法認(rèn)為最危險(xiǎn)的滑弧的圓心在圖4—3所示直線MN的延長線附近，圖中H為壩高&、p值查附表5-3。 121 2表5-3p「P2值表壩坡的坡度1:1.51:2.01:3.01:4.0p（0）26252525

62⑹ 35 35 35 36圖5-5求最小穩(wěn)定安全系數(shù)圖5-5求最小穩(wěn)定安全系數(shù)1）首先定出距壩頂為2H、距壩址B為4.5H的M點(diǎn)再從壩址B和壩頂A引出直線1BM和AM，它們分別與下游壩坡及壩頂成6、6角，并相交于M點(diǎn)，連接直線2 2 1 2 2M1M2，再用方捷耶夫法給出bcdf，這樣即可定出％線。上））在％線上選取幾個(gè)圓心O「O2、03等，分別作通過B點(diǎn)的滑孤，然后按公式分別計(jì)算安全系數(shù)K，并按比值將K值標(biāo)在相應(yīng)的圓心上，且連成曲線找出最小的K值。3） 再通過％線上K值最小的點(diǎn)，作明的垂線N—N，并在N—N上選幾個(gè)圓心如04>05等，分別過B作圓弧并計(jì)算K，找出N—N上最小值，一般認(rèn)為該K值即為通過B點(diǎn)的最小安全系數(shù)，按比例畫在B點(diǎn)［有時(shí)為了更精確，還要通過N—N線上K值最小的點(diǎn)再做垂線N1—N2（圖中未畫出）求出其上最小K值］4） 而后根據(jù)壩基土質(zhì)情況，在壩坡上或壩址外在選數(shù)點(diǎn)B、B2、B3等，同上方法求出最小安全系數(shù)K「K2、K3等并按比例標(biāo)在B、B2、B3點(diǎn)上「與B點(diǎn)K連成曲線找K.。4.2.3.2瑞典圓弧法求壩體穩(wěn)定安全系數(shù)基本公式

圖5-6總應(yīng)力法計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)圖5-6總應(yīng)力法計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)1--壩坡面；2--浸潤線；3--下游水面；4--地基面；5—滑裂面為簡(jiǎn)化分析，現(xiàn)只考慮自重荷載。對(duì)如圖4—4,所示的壩坡，以/土條為例，其自重W=ybH，式中H為土條高度，為b土條寬度，y為土壤容重。自重即在滑動(dòng)面上iii i i i的切向分力T=w.sin七起促滑作用，法向分力%=w.cosa,在滑動(dòng)面上產(chǎn)生摩擦力體抗滑作用。式中七為土條底部重點(diǎn)所在半徑與鉛直線的夾角，七是土條在滑動(dòng)面處的內(nèi)摩擦角?；耹長度上的凝聚力cl起抗滑作用，c為該土條在滑動(dòng)面處土壤的單位凝聚力。i ii i在滑動(dòng)面上總滑動(dòng)力為乙Wsina?，總抗滑力為乙Wcosatan甲.+乙cl，分別對(duì)圓心O取力矩M=REwsina■，抗滑力矩M=R（^Wcosatan甲.+Scl），則壩坡穩(wěn)定' ''亍系數(shù)K為ZM 乙Wcosatan甲+乙clK=—-= Vi i LLM 乙Wsina上式即為瑞典圓弧法的基本公式穩(wěn)定滲流期壩坡穩(wěn)定計(jì)算當(dāng)采用總應(yīng)力法時(shí)，由于穩(wěn)定滲流期土體已經(jīng)固結(jié)，應(yīng)采用固結(jié)不排水剪試驗(yàn)的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)七、中cw。途中計(jì)算時(shí)，浸潤線以上采用濕容重，浸潤線與壩外水位之間采用飽和容重，壩外水位以下采用濕容重見圖4—3。則滑孤穩(wěn)定系數(shù)為乙Wcosatan甲+乙cbsecak= &gnaii但采用有效應(yīng)力法時(shí)，可應(yīng)用流網(wǎng)確定土條的超靜空隙水壓力，（氣-yZ）bseca（z為土條地面中心至壩外水面的高差，例如圖4—4中i土條，Z=h3+h4），從自重的法向分力中扣除，同時(shí)采用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，則滑弧穩(wěn)定安全系數(shù)為Wcosatan甲-(u-yZ)bseca]tan甲'+乙c'bseca

i i cu i i i i2^Wsina詳細(xì)計(jì)算如下表格所示表5-4瑞典圓弧法驗(yàn)算壩坡穩(wěn)定計(jì)算表工況：正常蓄水位 圓心：O1半徑：258m二二條寬度：20m滑坡位置：下土條編號(hào)堆石體壩體壩基土條寬度土條自重sinacosaetgeWcosahYhYhY-4212202520-0.1030.951340.8392396.52-31012207440-0.2330.973340.6757239.12-2217.915122011520-0.1550.988340.67511381.76-14.617.917122014880-0.0780.997340.67514835.3608.117.9321269.8201704001340.6751704018.5117.92812149.820160800.0780.997340.67516031.7625212229.820204000.1550.988340.67520154.235312329.820242400.2330.973340.67523585.5244012409.820240000.3100.951340.6752282453312509.820259200.3880.922340.67523898.262412569.820259200.4650.885340.67522939.271212659.820262800.5430.840360.72722074.28769.820273600.6200.784360.72721450.249709.820252000.7000.716360.72718043.210549.820194400.7750.632360.72712286.111269.82093600.8530.522360.7274885.92E

表5-5瑞典圓弧法驗(yàn)算壩坡穩(wěn)定計(jì)算表工況：正常蓄水位 圓心：O2半徑：248m 土條寬度：20m滑坡位置土條編號(hào)堆石體壩體壩基土條寬度土條自重sinacosaetgeWcosahYhYhY-4612204320-0.3230.947340.8394091-32.117.91012208880-0.2420.970340.6758613.6-24.217.914122012360-0.1610.987340.67512199.32-17.817.922122015000-0.0810.997340.6751495508.5117.94012109.8201752001340.6751752015412189.820194400.0810.997340.67519381.6825212239.820207600.1610.987340.67520490.1234612369.820240000.2420.970340.6752328044412449.820264000.3230.947340.67525000.854012509.820276000.4030.915340.6752525462212609.820268800.4840.875340.6752352071012689.820268800.5650.825340.675221768729.820259200.6450.764360.72719802.889501220120000.7260.688360.72782561020122048000.8060.591360.7272836.8E

表5-6瑞典圓弧法驗(yàn)算壩坡穩(wěn)定計(jì)算表工況：正常蓄水位 圓心：O3半徑：238m土條寬度：20m 滑坡位置土條編號(hào)堆石體壩體壩基土條寬度土條自重sinacosaetgeWcosahYhYhY-41.517.9212204800-0.3360.942340.8394521.6-33.517.9812209120-0.2520.968340.8398828.16-2617.914122014160-0.1680.986340.67513961.76-18.517.9321279.82017400-0.0840.996340.67517330.405412149.8201800001340.6751800015012229.820199200.0840.996340.6751344625012309.820228000.1620.986340.67522480.834612409.820254400.2520.968340.67524625.944012489.820268800.3360.942340.67525320.953212569.820278400.4200.907340.67525250.862012649.820278400.5040.864340.67524053.7671012709.820292000.5880.809340.67523622.883012369.820201600.6720.740360.72714918.49421220100800.7560.654360.7276592.321016122026880.8400.542360.7271456.9E

表5-7瑞典圓弧法驗(yàn)算壩坡穩(wěn)定計(jì)算表工況：校核水位 圓心：O1半徑：258m二二條寬度：20m 滑坡位置：下土條編號(hào)_堆石體_壩體_土￥基土條寬度土條自重sinacosaetgeWcosahYhYhY-4212202520-0.1030.951340.8392396.52-31.517.91012207440-0.2330.973340.6757239.12-24.517.915122011520-0.1550.988340.67511381.76-17617917122014880-0.0780.997340.67514835.3608.517.9321269.8201704001340.6751704017.617.92812149.820160800.0780.997340.67516031.7625212229.820204000.1550.988340.67520154.235312329.820242400.2330.973340.67523585.5244012409.820240000.3100.951340.6752282453312509.820259200.3880.922340.67523898.262412569.820259200.4650.885340.67522939.271212659.820262800.5430.840360.72722074.28769.820273600.6200.784360.72721450.249709.820252000.7000.716360.72718043.210549.820194400.7750.632360.72712286.111269.82093600.8530.522360.7274885.92E

表5-8瑞典圓弧法驗(yàn)算壩坡穩(wěn)定計(jì)算表工況：校核水位 圓心：O2半徑：248m 土條寬度：20m滑坡位置土條編號(hào)堆石體壩體壩基土條寬度土條自重sinacosaetgeWcosahYhYhY-4617204320-0.3230.947340.8394091-31.617.91017208880-0.2420.970340.6758613.6-24.717.914172012360-0.1610.987340.67512199.32-17.917.922172015000-0.0810.997340.6751495508.317.94017109.8201752001340.6751752017.117.95417189.820194400.0810.997340.67519381.6825217239.820207600.1610.987340.67520490.1234617369.820240000.2420.970340.6752328044417449.820264000.3230.947340.67525000.854017509.820276000.4030.915340.6752525462217609.820268800.4840.875340.6752352071017689.820268800.5650.825340.67522176817729.820259200.6450.764360.72719802.889501720120000.7260.688360.72782561020172048000.8060.591360.7272836.8E

表5-9瑞典圓弧法驗(yàn)算壩坡穩(wěn)定計(jì)算表工況：校核水位 圓心：O3半徑：238m 土條寬度：20m滑坡位置土條編號(hào)堆石體壩體壩基土條寬度土條自重sinacosaetgeWcosahYhYhY-41217.9217204800-0.3360.942340.8394521.6-32017.9817209120-0.2520.968340.8398828.16-23017.914172014160-0.1680.986340.67513961.76-12017.9321779.82017400-0.0840.996340.67517330.405417149.8201800001340.6751800015017229.820199200.0840.996340.6751344625017309.820228000.1620.986340.67522480.834617409.820254400.2520.968340.67524625.944017489.820268800.3360.942340.67525320.953217569.820278400.4200.907340.67525250.862017649.820278400.5040.864340.67524053.7671017709.820292000.5880.809340.67523622.883017369.820201600.6720.740360.72714918.49421720100800.7560.654360.7276592.321016172026880.8400.542360.7271456.9E

表5-10瑞典圓弧法驗(yàn)算壩坡穩(wěn)定計(jì)算表工況：施.工期 圓心：O半徑：282m 土條寬度：20m 滑坡位置：土條編號(hào)劉體部分壩基部分度土條自重sinacosaetgeWcosahYhXyhYhXY-6617102141512-0.2980.9553660.7271443.96-51017170615.9108205760-0.3550.935360.7275385.6-420173401015.91802010800-0.2840.959360.72710357.2-330175101615.92882015360-0.2130.977360.72715006.7-226174422015.93602016560-0.1420.990360.72716394.4-150178502215.93962041540-0.0710.997360.72741415.4054179182315.9414202628001360.727262801601710202215.939620273600.0710.997360.72727277.92701711902015.936020288000.1420.990360.727285123701711901415.925220302400.2130.977360.72729544.54741712581215.921620309600.2840.959360.72729690.6582171394815.914420324000.3550.935360.7273029468017136020288000.4260.905360.7272606478217139420295200.4960.868360.72725623.3687617129220273600.5670.823360.72722517.397017119020252000.6380.770360.7271940410461778220165600.7090.705360.72711674.81118173061651840.7310.682360.72733535.49E表5-11瑞典圓弧法驗(yàn)算壩坡穩(wěn)定計(jì)算表工況：施:]匚期 圓心：O2半徑：294m 土條寬度：20m 滑坡位置：土條編號(hào)壩體部分壩基部分土條寬度土條自重sinacosaetgeWcosahYhXyhYh