土石壩課程設(shè)計

目錄中文摘要 境主廟水庫電站工程擋水壩摘要：境主廟水庫位于桐城市龍眠河上游，屬于長江一級支流菜子湖水系，是一座具有灌溉、防洪、城鎮(zhèn)供水和發(fā)電等綜合利用功能的中型水庫工程。工程區(qū)位于大別山區(qū)東南邊緣，整個地勢西北高，東南低。通過對工程處地形地質(zhì)的研究確定壩址及壩型；根據(jù)設(shè)計洪水位和校核洪水位確定壩高，并確定壩體的其他尺寸；根據(jù)設(shè)計洪水位和校核洪水位確定滲流浸潤線并用水力學法分析是否滿足要求；用折線法和瑞典圓弧法計算壩坡個工況下是否滿足穩(wěn)定要求；對地基處、大壩與山體連接處進行處理。關(guān)鍵詞：境主廟水庫；擋水壩；龍眠河。Abstract：JingzhutempleReservoirislocatedinthetheTongchengWyrmrestRiver,belongstotheYangtzeRiveratributaryofrapeseedLakeisamedium-sizedreservoirprojectoncomprehensiveutilizationofirrigation,floodcontrol,urbanwatersupplyandpowergeneration.TheprojectareaislocatedinthesoutheastedgeoftheDabieMountainarea,thetopographyofthenorthwest,southeastandlow.DeterminedbytheAgency'stopographyandgeologyofthedamsiteanddamtype;damheightisdeterminedaccordingtothedesignfloodlevelandthecheckfloodlevel,andtodeterminetheotherdimensionsofthedam;accordingtothedesignfloodlevelandcheckfloodseepagesaturationlineandwaterforthemechanicalanalysistomeettherequirements;foldlineandtheSwedisharcmethodtocalculatethedamslopeconditionstomeetthestabilityrequirementsforprocessing;rightatthebaseofthedamandmountainjunction.Keywords：Jingzhutemple；Dams；WyrmrestRiver.1緒論境主廟水庫位于桐城市城區(qū)北約1.5km，是一座具有灌溉、防洪、城鎮(zhèn)供水和發(fā)電等綜合利用功能的中型水庫工程，水庫始建于上世紀50年代末，1973年初步建成，1979～1990年水庫大壩實施了第一次除險加固，2003年實施第二輪除險加固工程，并于2008年竣工驗收。水庫電站建于1985年，同年7月正式投入運行，現(xiàn)裝機400kW，累計發(fā)電1350萬kW.h2設(shè)計基本資料2.1工程概況境主廟水庫位于桐城市城區(qū)北約1.5km，是一座具有灌溉、防洪、城鎮(zhèn)供水和發(fā)電等綜合利用功能的中型水庫工程?，F(xiàn)裝機400kw，電站始建初期，受水庫自身續(xù)建、加固及資金籌措等因素制約，裝機容量與水庫來水及調(diào)節(jié)能力不相匹配。未響應(yīng)水利部“全面提高農(nóng)村水電增效減排能力，增強工程安全保障，有效發(fā)揮惠農(nóng)效應(yīng)”的號召，現(xiàn)對境主廟水庫電站工程進行擴建。境主廟水庫電站工程包括引水建筑物、擋水壩和發(fā)電廠房，本設(shè)計是針對擋水壩。2.2水文氣象境主廟水庫位于桐城市龍眠河上游，屬于長江一級支流菜子湖水系，壩址以上流域面積63，水庫屬淺山區(qū)，植被覆蓋良好，流域地處亞熱帶季風氣候區(qū)，氣候溫和。流域多年平均降雨量1262mm，多年平均氣溫15.9,極端最高氣溫39.9，極端最低溫-13.5，多年平均無霜期218天，多年平均入庫徑流量4586，多年平均流量1.45/s。境主廟水庫洪水由暴雨形成，大洪水一般發(fā)生在5~8月，水庫100年一遇設(shè)計洪水和5000年一遇校核洪峰流量分別為1231/s和2481/s。2.3地形地質(zhì)條件工程區(qū)位于大別山區(qū)東南邊緣，整個地勢西北高，東南低。區(qū)內(nèi)出露的主要是前震旦系大別山群的雜巖地層。地表則多為第四系覆蓋層，零星出露基巖為第三系紅層。震旦系大別山群變質(zhì)巖主要為劉畈組地層，主要巖性為中粗粒黑云二長片麻巖、淺粒巖、黑云（角閃）斜長片麻巖、花崗片麻巖、斜長角閃巖等；第三系地層巖性為紫紅、棕褐色細砂巖，粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖、泥巖互層，夾泥灰?guī)r和含礫砂巖。廠房處巖石主要為二長片麻巖、花崗片麻巖及角閃巖。片麻理產(chǎn)狀為N50~60oW，SW∠60o。附近未見較大規(guī)模斷層，地質(zhì)構(gòu)造以裂隙為主，裂隙較為發(fā)育。弱風化基巖強度尚可，滿足廠房地基的強度要求。2.4工程任務(wù)和規(guī)模境主廟水庫電站始建于1985年，主要任務(wù)是結(jié)合灌溉用水發(fā)電。電站始建初期，受水庫自身續(xù)建、加固及資金籌措等因素制約，裝機容量與水庫來水及調(diào)節(jié)能力不相匹配，裝機容量不足，經(jīng)過二十多年運行后，現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備老化陳舊，高能耗，低效率，電能質(zhì)量差，安全隱患嚴重。2000年桐城市水利局相繼編制了《桐城市境主廟水庫水電站擴建工程項目建議書》和《桐城市境主廟水庫發(fā)電站增容改造工程簡明設(shè)計書》，同年，安慶市水利局安水農(nóng)電[2000]10號“關(guān)于桐城市境主廟水庫電站增容改造工程的復(fù)函”同意水庫電站增容改造立項。依據(jù)該批復(fù)意見，同時，為合理利用水資源，根據(jù)水利部開展的“全面提高農(nóng)村水電增效減排能力，增強工程安全保障，有效發(fā)揮惠農(nóng)效應(yīng)”要求，電站有必要進行增容擴建改造。受桐城市境主廟水庫管理處委托，由安徽省水利水電勘測設(shè)計院承擔編制《桐城市境主廟水庫電站技術(shù)改造工程可行性研究報告》的任務(wù)。電站技改將不改變水庫現(xiàn)狀規(guī)模和灌溉、防洪、供水等功能。境主廟水庫電站技改后主要任務(wù)仍是結(jié)合灌溉用水多發(fā)電。境主廟水庫電站主要規(guī)劃特征值：正常蓄水位（汛限）92m，死水位70m，最低發(fā)電水位82m，總庫容2480萬m3。水庫壩址100年一遇設(shè)計洪水位為96.42m，5000年一遇校核洪水位為98.84m，水庫10年一遇、20年一遇洪水壩前最高洪水位分別為94.2m和94.94m。水庫電站技改實施后，發(fā)電運行方式為等出力控制運行，年發(fā)電量為287萬kW·h(按月調(diào)節(jié))，保證電量178萬kW.h，保證出力222kW。水庫調(diào)節(jié)庫容910萬m3，電站選定裝機容量1260kW，最低發(fā)電尾水位為58m，電站加權(quán)平均水頭29.69m2.5其它設(shè)計資料2.5.1地震烈度場地基本烈度為6度，防護大壩設(shè)計烈度為7度。2.5.2筑壩材料的技術(shù)指標表2.1筑壩材料的技術(shù)指標建筑材料名稱比重容重（t/）孔隙率抗剪強度滲透系數(shù)（cm/s）γγγ摩擦角?凝聚力土料2.721.681.982.05240.31×砂礫料2.681.801.802.10水上36水下345.79×堆石2.701.801.802.050.3340砂礫料壩基2.681.801.802.10351×備注：瀝青混凝土滲透系數(shù)為1×表2.2土料顆粒級配粒徑mm<0.2<<<<0.01<<%84.575.058.043.526.016.211.0表2.3砂料顆粒級配粒徑mm<5.2<<<<0.6<<%10097.869.443.520.46.21.7表2.4砂料顆粒級配粒徑mm<<80<40<20<5<2.5<1.2<0.6<<0.15%10084.56551.334.827.12011.73.01.52.6設(shè)計內(nèi)容和要求2.6.1設(shè)計目的1、通過畢業(yè)設(shè)計，使學生將在校期間所學的知識融會貫通，提高學生提出問題、分析問題并解決問題的能力。2、通過畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)學生利用所學知識，獨立工作、創(chuàng)造性地工作的能力。3、通過畢業(yè)設(shè)計，使學生熟悉現(xiàn)行水利水電工程建設(shè)項目實施的基本程序、基本規(guī)則和項目設(shè)計的基本要求與基本內(nèi)容。4、通過畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)學生應(yīng)用技術(shù)規(guī)范與規(guī)程、查閱文獻資料、體會協(xié)作共事的能力。2.6.2設(shè)計內(nèi)容1、樞紐布置根據(jù)有關(guān)資料進行樞紐布置，闡明樞紐中建筑物的作用、布置原則、布置方案的比較，選擇與確定，本設(shè)計壩軸線已知。2、壩工設(shè)計包括壩型選擇、剖面設(shè)計、平面布置、繪出壩體平面圖及壩體中最大剖面圖。3、根據(jù)地形、地質(zhì)壩型等因素，沿壩軸線選取若干典型剖面，計算壩體滲流流量，總滲流流量及壩內(nèi)浸潤線。計算工況：上游正常蓄水位與下游相應(yīng)最低水位上游校核水位與下游相應(yīng)最低水位4、穩(wěn)定計算對壩體最大剖面、典型剖面，折線法驗算下列情況的壩坡穩(wěn)定性。計算工況：庫水位最不利時的上游壩坡（折線法）上游正常蓄水位，下游相應(yīng)最低水位的下游壩坡（圓弧法）校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流時的下游壩坡（圓弧法）施工或竣工期的上下游壩坡穩(wěn)定計算（圓弧法）5、細部構(gòu)造設(shè)計及土料的選擇包括：壩頂、護坡、防滲體、排水體、馬道、壩面排水溝等。6、地基處理，及裂縫的處理包括：開挖、清理、防滲、加固處理等布置措施等。7、工程量計算3壩址及壩型的選擇3.1壩址的選擇選址的原則地形要肚大口小。肚大是壩址內(nèi)的地形要寬廣平坦，可以多蓄水量，口小是壩短，修建時工程經(jīng)濟。水源要充足。即是谷口以上集雨面積要比較大，能夠聚集所需要的水量。谷地和山坡要不漏水。若有漏水，也必須容易修補。一般如有不能塞堵的巖層裂縫洞口，則不宜選作壩址。壩址地基要穩(wěn)固，不會有下陷危險。巖石層也不應(yīng)有下滑的現(xiàn)象。壩址附近要有足夠的適宜住吧用的土料和石料，能做到就地取材。最好選用水庫四周或土石壩的兩頭山邊，或適當?shù)牡桶紙嚎冢蚱骄彴镀?，高程適當?shù)呐_地、河道彎道處的單薄分水嶺等來做溢洪道的位置。水庫集雨面積的范圍內(nèi)最好是草木茂盛的山區(qū)，如果必須在光山地區(qū)筑壩，最好同時著手造林和水土保持工作。淹沒損失要少，包括水庫淹沒區(qū)的房屋、城鎮(zhèn)、人口、田畝數(shù)量，交通線路，工業(yè)原料，基地等。綜合以上所有因素和境主廟水庫電站工程技術(shù)改造工程可研報告，權(quán)衡利弊，選定壩址如下圖所示圖2.1境主廟水庫俯視圖由于壩址處地形條件所限，壩軸線無法采用直線，需用“L”形，如上圖所示。3.2壩型的選擇壩型選擇關(guān)系到整個地形的工程量、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行研究比較，最后選定技術(shù)上可靠、經(jīng)濟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)對各種壩型進行比較：1、重力壩重力壩基本形狀呈三角形，商業(yè)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：①筑壩材料強度高，耐久性好，抵抗洪水漫頂，滲漏沖刷，地震破壞等的能力強；②對地質(zhì)、地形條件適應(yīng)性強，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：①由于壩體剖面尺寸往往由于穩(wěn)定和壩體拉應(yīng)力強度條件控制而做的較大，材料用量多，壩內(nèi)壓應(yīng)力較低，材料強度不能充分發(fā)揮，且壩底面積大，因而揚壓力也較大，對穩(wěn)定不利；②因扒體體積較大，施工期混凝土溫度收縮應(yīng)力也較大，為防止溫度裂縫，施工時對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：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，借助巖基對地質(zhì)功能的吸收，它又具有較強的抗震能力。缺點：①拱壩是不設(shè)永久性橫縫的整體朝靜定結(jié)構(gòu)，設(shè)計時需計入溫度變化和地基位移對壩體應(yīng)力的影響；②拱壩體形復(fù)雜；③設(shè)計施工難度大，對施工質(zhì)量、筑壩材料強度和防滲要求，以及對地形地質(zhì)條件及地基要求均較高。3、土石壩土石壩是指由當?shù)赝亮鲜匣蛲潦旌狭咸钪傻膲巍Ｍ潦瘔蔚膬?yōu)點：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途運輸費用；②對地質(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)簡單，且管理方便，易于加高擴建。缺點：①不允許壩頂溢流，所需溢洪道或其他泄水建筑物與造價往往很大，；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)計中，境主廟水庫的擋水壩地處山區(qū)交通條件差，公路標準低，運輸不方便，如從外運入筑壩材料，工程投資大大增加，因此不運用重力壩。拱壩應(yīng)力分布均勻，不利于發(fā)揮材料強度，節(jié)省工程量，但對地質(zhì)和地形要求嚴格，通常要求對稱均勻，因此地形不對稱，且地形地質(zhì)條件也不甚好，如采用拱壩。壩體相對條件差，不利于壩體強度穩(wěn)定，設(shè)計施工復(fù)雜。因此不宜選拱壩，境主廟水庫擋水壩因當?shù)赝亮?、沙礫料、石料豐富，可就地取材，節(jié)省大量運輸費用，并且綜合考慮土壩與其他壩型相比具有的特點，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。通過對各種因素進行比較，選定技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理的壩型。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)計采用瀝青混凝土斜墻壩。4壩工設(shè)計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。4.1壩頂高程土石壩的壩頂應(yīng)高出壩前水庫水域的計算靜水位，能防止風浪濺越壩頂，并具有一定的安全度，所以土石壩的壩頂高程可用下式表示=+R+e+A(4-1)式中：——土石壩壩頂高程（m）；——壩前水域的計算靜水位（m），在水庫正常運用的情況下是指設(shè)計洪水位，在水庫非常運用情況下是指校核洪水位；R——自風壅水面算起的波浪沿傾斜壩坡爬升的垂直高度，簡稱波浪爬高，（m）；e——由于風的作用壩前靜水位產(chǎn)生的雍高值（k）；A——風波面以上的安全加高（m），根據(jù)巴德等級和水庫的運用情況按表4-1采用；表4.1風波面以上壩頂?shù)陌踩痈哌\用情況堤頂級別1234、5安全超高設(shè)計情況1.51.00.70.5校核情況山區(qū)、丘陵區(qū)0.70.50.40.3平原、濱海區(qū)1.00.70.50.3由于的作用，壩前靜水位產(chǎn)生的雍高值e可按下式計算(4-2)式中：e——由于風的作用壩前靜水位產(chǎn)生的雍高值（k）；K——綜合摩擦系數(shù)，其值約為（1.5~5.0）×，計算式一般可取K=3.6×；V——水面以上10m處的風速（m/s）；D——從計算點作水域中線的平行線與對岸的交點到計算點的距離，即水庫吹程（m）；G——重力加速度（m/）；H——水域的平均水深（m）；β——風向與壩軸線中點處法線的夾角。1.正常運用情況下計算壩頂高程壩前多年平均最大風速為13.7m/s，正常運行情況下采用1.5倍風速，即v=1.5×13.7=20.55m/s；死水位為70m，設(shè)計洪水位為96.42m，96.42-70=26.42m，取水深為H=32m；為安全考慮，β鈞取為；水庫吹程D取800米。波浪爬高(4-3)式中：m=3.0n=0.0155A=0.7(查表)則R設(shè)=+R+e+A=96.42+1.2323+0.7+0.0019=98.35m2.非常運行情況下計算壩頂高程壩前多年平均最大風速為13.7m/s，正常運行情況下采用1倍風速，即v=13.7m/s；死水位為70m，設(shè)計洪水位為98.84m，98.84-70=28.84m，取水深為H=34m；為安全考慮，β鈞取為；水庫吹程D取800米。波浪爬高式中：m=3.0n=0.0155A=0.4(查表)則R設(shè)=+R+e+A=96.42+0.7423+0.4+0.0008=99.98m比較正常和非常運行情況可知，壩頂高程應(yīng)取為非常運行期計算的99.98m。由于桐城市距離地震區(qū)較近，考慮到由于地震作用而產(chǎn)生的附加沉降以及壩前水域產(chǎn)生涌浪的影響。地震涌浪高度可根據(jù)壩前水深和地震設(shè)計烈度的大小采用0.5~1.5m，本工程采用1.0m。為使土石壩在萬一潰決是不首先從壩的中部漫溢，以便減緩潰決速度，應(yīng)在巴德中間段增大預(yù)留超高0.3~0.5m，本工程采用0.4m。當壩體在運用期可能產(chǎn)生較大沉降，或者是當壩體建筑在壓縮性地基上時，在按公式（4-1）計算得的壩頂高程，還應(yīng)加上雨露的沉降加高，才是設(shè)計的壩頂高程。預(yù)留的沉降加高值等于壩體和壩基在運用期的最終沉降值，在說明書后面會詳述，先暫取為0.2m。為了降低壩頂?shù)母叨龋瑴p小壩體的土石方量，常常在壩頂?shù)纳嫌蝹?cè)設(shè)置不透水的防浪墻，以抵御風浪的作用，防止其濺上壩頂。此時防浪墻的頂部高程等于公式（4-1）計算得得壩頂高程，而實際的壩頂高程則率高于壩前水域的計算靜水位，即在正常運行情況高于壩前設(shè)計洪水位不小于0.5m，在非常運用情況下高于壩前校核洪水位不小于0.3m。且防浪墻的高度，一般不超過1.2m。本工程防浪墻高度取為0.8m。則防浪墻頂部高程=99.98+1.0+0.4+0.2=101.58m壩頂高程H=101.58-0.8=100.78m4.2壩頂設(shè)計土石壩的壩頂通常由防浪墻、路面和下游欄墻（或欄桿）所組成，防浪墻通常設(shè)置在上游壩肩處，強頂高于壩頂1.0-1.2m，其底部應(yīng)與壩體防滲設(shè)備（心墻或斜墻）上游部分的頂面緊密連接，以防在風波作用下庫水越過墻底流向下游。對于斜墻壩，為了便于防浪墻與斜墻的連接，斜墻頂部處的坡度可適當變陡（如下圖）。為了保證防浪墻的穩(wěn)定性及其基底應(yīng)力不致過大（下游端）和過?。ㄉ嫌味耍?，以及防浪墻與防滲體接觸面的防滲效果，防浪墻的地面課適當加寬。根據(jù)照明的要求，每隔30——50m課在防浪墻頂部設(shè)置一根燈柱。防浪墻應(yīng)堅固不透水，其結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定、強度計算確定，冰球每隔一定長度應(yīng)設(shè)置伸縮縫，縫中設(shè)置止水。土石壩的壩頂寬度應(yīng)滿足壩體的構(gòu)造、施工、運行和地震的要求。根據(jù)已建成的土石壩的經(jīng)驗，滿足壩體構(gòu)造要求和施工條件的壩頂最小寬度，對于高壩可選用10——15m，對于中、低高度的壩可選用5——10m。本工程無交通要求，壩頂寬度可選用8m。壩頂路面可根據(jù)當?shù)氐牟牧锨闆r做成碎石路面或瀝青路面。本工程為山區(qū)水庫，采用碎石路面，其表層厚約0.2m用碎石黃泥漿做成路面。坡度一般為2%——3%，本工程采用3%。壩頂?shù)南掠螇渭缣?，設(shè)置欄墻，欄墻的頂寬為20cm，高出壩頂25cm。為了便于排除壩頂?shù)挠晁?，欄墻上每?0m設(shè)一排水孔，孔徑選用15cm，排水孔應(yīng)與壩面排水溝相接。圖4.1壩頂結(jié)構(gòu)圖4.3壩坡設(shè)計土石壩的邊坡通常都設(shè)計成直線形或折線形，前者用于高度較低的土石壩，后者用于高度較大的土石壩。土石壩邊坡坡率的大小與壩的高度、涂料的性質(zhì)和工作條件有關(guān)。根據(jù)邊坡穩(wěn)定性的要求，對于較高的土石壩，或者是土料抗剪強度較低的土石壩，邊坡的坡率應(yīng)該較大；對于較低的土石壩，或者是土料抗剪強度較高的土石壩，邊坡的坡率可以較小。對于較高的土石壩，上下游邊坡從坡頂?shù)狡碌卓梢苑譃閹锥?，各段采用不同的坡率值，通常是沿邊坡高度每?——15m分為一段，各段的坡率值自壩頂?shù)綁蔚字鸲卧龃?，形成一個折線形的邊坡，各段邊坡坡率的差值約為0.25——0.5。在一般情況下，為了便于施工和檢修，以及考慮到邊坡排水的需要，在不同坡率的邊坡點處，設(shè)置寬度為2.0——3.0m的平臺，稱為馬道，也稱為戧臺或戧到。綜上所述，本工程上下游邊坡均分為三段，上游邊坡三段的坡率分別為2.5、2.7、3.0，頂部段高13m，中部段高15m，其余為下部段；下游邊坡三段的坡率分別為2.0、2.25、2.5頂部段高15m，中部段高15m，其余為下部段。馬道寬定為2.0m，上游側(cè)馬道高程風別為87.78m和72.78m，下游側(cè)馬道高程分別為85.78m和70.78m。圖4.2壩坡結(jié)構(gòu)示意圖4.4防滲體設(shè)計本設(shè)計采用瀝青混凝土防滲體，瀝青混凝土斜墻按其構(gòu)造分為有排水層和無排水層兩種類型，本工程采用有排水層的瀝青混凝土斜墻。有排水層的瀝青混凝土斜墻通常由5——6層組成，如下圖所示。圖4.3瀝青混凝土斜墻的構(gòu)造（1）表面防護層在上部防滲層的頂面鋪設(shè)厚度為3cm的瀝青瑪?shù)僦鳛闉r青混凝土斜墻的表面防護層，起著填塞上部防滲層和增強上部防滲的作用，并使斜墻表面在冬季不易凍壞。（2）上部防滲層上部防滲層是瀝青混凝土的主要防滲層，有厚度為12cm緊密的細粒（粒徑<12mm）瀝青混凝土做成，可分為1——3層鋪設(shè)。（3）中間排水層中間排水層的作用是排除通過上部防滲層滲入斜墻的滲水，有厚度為12cm疏松的粗粒瀝青混凝土做成，這種瀝青混凝土通常用直徑為12——15mm單一粒級的石子拌合而成，瀝青用量一般為石子用量的2%——3%，壓實后的孔隙率保持在30%——40%左右。為了有效的排除滲水，通常沿壩軸線方向每隔10——12m，用緊密的細粒瀝青混凝土從壩頂向壩腳方向在排水層中鋪設(shè)一條瀝青隔水帶，將排水成分隔成幾段，以便進入排水層中的滲水在各排水段內(nèi)分別排入設(shè)在上游壩腳處的排水廊道中。（4）底部防滲層底部防滲層是瀝青混凝土斜墻的第二道防滲層，一般由厚度為4——6cm緊密的細粒瀝青混凝土做成。通常在平整層的表面涂刷一層瀝青瑪?shù)僦驗r青乳劑，以便使底部防滲層與整體平整易于結(jié)合。（5）整平層整平層鋪設(shè)在底部防滲層的下面和過渡層的上面，其作用是使底部防滲層有一個平整的接觸面，以保證底部防滲層的效果。通常由粘結(jié)瀝青的石子或碎石組成，厚度為4——8cm。（6）過渡層過渡層位于整平層與堆石壩體之間，使材料的粒徑逐步由較細顆粒過渡到較大的堆石塊體，以便斜墻所受的誰何在能均勻的傳遞給堆石壩體。4.5排水設(shè)備為了排除進入壩體的滲水，降低壩體的浸潤線，以及防止?jié)B流出逸處產(chǎn)生滲透變形。在土石壩的下游壩體部分通常設(shè)置排水設(shè)備，起作用時控制和引導(dǎo)滲流安全的排除壩體外，降低壩體浸潤線和孔隙水壓力，增強壩坡穩(wěn)定保護下游壩坡免受凍脹破壞，排水體由塊石及其六層組組成，要求其具有充分的排水能力，不堵塞，以保證壩體和壩基不發(fā)生滲透破壞；并且便于觀察和檢修。本次設(shè)計采用貼坡排水，貼坡排水又稱表面排水，是沿壩體下游坡面筑一層堆石體，在堆石層與壩坡面之間和堆石層與透水壩基面之間設(shè)置反濾層，如下圖所示。貼坡排水體頂部的水平寬度為1.5——2.0m，其厚度應(yīng)大于當?shù)乇鶅錾疃?。本次設(shè)計無詳細資料，為安全起見，水平寬度去2.0m。貼坡排水的頂部應(yīng)高出壩體浸潤線的出逸點，其超高值應(yīng)使壩體浸潤線在該地區(qū)的凍結(jié)深度以下，本工程為Ⅲ級，浸潤線應(yīng)在凍結(jié)深度以下1.5m，同時不應(yīng)超過波浪沿坡面爬升的高度。圖4.4貼坡排水構(gòu)造圖這種排水設(shè)備施工比較方便，易于檢修，能防止壩體和壩基滲流出逸處產(chǎn)生滲透變形，保護下游壩坡，但不能起到降低壩體浸潤線的作用。5滲流計算5.1設(shè)計說明5.1.1土石壩滲流分析的任務(wù)土石壩的剖面尺寸初步擬定后，必須進行滲流分析和穩(wěn)定分析，為確定經(jīng)濟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的位置，為壩體穩(wěn)定計算和排水體選擇提供依據(jù)；⑵計算壩體與壩基的滲流量，以計算水庫滲漏損失，和確定排水體尺寸；⑶計算壩體與壩基的滲流溢出處的滲透坡降，以驗算其滲透穩(wěn)定性。5.1.2滲流分析的工況滲流計算時，應(yīng)考慮水庫運行中出現(xiàn)的不利條件，一般需考慮計算下列幾種工況：上游正常蓄水位96.42m時;上游校核洪水位98.84m時。5.1.3滲流分析的方法土石壩滲流分析的方法有公式計算法（流體力學法、水力學法、有限單元法）流網(wǎng)法和電模擬法，本設(shè)計采用水力學法，水力學法建立在一些基本假定上，是一種近似解法，只能求得過水斷面上滲流要素的平均值，但其計算簡單，且精度一般可以滿足工程要求。5.2滲流計算5.2.1基本假定⑴壩體土料為均質(zhì)，壩體內(nèi)任一點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，流動運動符合達西定律：V=KJ（V為滲透流速，K為滲透系數(shù)，J為滲透坡降）滲流為漸變流，任意過水斷面上各點的坡降和流速相同。5.2.2水力學分析方法選擇水力學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，應(yīng)用達西定律近似解土壩滲流問題，計算假定任一鉛直過水斷面內(nèi)各點滲透坡降均相等。壩下游霧水，滲流計算可將壩體分為三部分，即斜墻部分、中間壩段和下游三角形楔形體部分。本工程采用瀝青混凝土斜墻防滲，斜墻厚度較小，且厚度上下相等，擋水壩有屬于中、低高度的壩。在滲流計算時，通過斜墻的滲流流量q可以按下式計算（5-1）式中K1——斜墻的滲透系數(shù)，取1×h——壩體浸潤線與斜墻下游坡面交點處的浸潤線高度；δ——上游水面與斜墻相交點處斜墻的高度；α，γ通過中間壩段的滲流量可根據(jù)杜平公式計算（5-2）式中K——壩體的滲透系數(shù)；——浸潤線與斜墻內(nèi)坡交點到浸潤線與下游壩坡交點之間的水平距離；——在浸潤線與下游壩坡交點的垂直截面上浸潤線的高度；L——從浸潤線與斜墻內(nèi)邊坡交點到下游壩坡坡角的水平距離；——下游壩坡坡率。通過壩體下游三角形楔形體的滲流量可按下式計算（5-3）式中θ——壩的下游坡角,。上式可寫為(5-4)將公式（5-4）帶入到公式（5-2）中，經(jīng)整理后可得（5-5）綜上所述，滲流的計算公式可匯集于下（5-1）（5-5）（5-4）計算時先假定h，然后分別按公式（5-1）和公式（5-5）計算單位寬度滲流量q，如果這兩個公式計算得的滲流量相等，表示所假定的h是正確的，此時h和q即已確定；如果計算得的兩個滲流量不相等，則應(yīng)重新假定h值，直至兩式計算的q相等為止。當q確定以后，將q代入公式（5-4）中即可計算值。此時壩體浸潤線可按下式計算（5-6）圖5.1滲流浸潤線圖正常蓄水位時滲流計算斜墻部分計算壩基高程為60m則；查資料可得，即由前可知，瀝青混凝土斜墻防滲部分厚度為18cm，即0.18m,,又利用公式（5-1）即可求得通過斜墻部分的滲流量，計算表格如下表5.1正常蓄水位斜墻部分滲流計算水深（m）浸潤線高h（m）cosαsinα斜墻厚δ（m）Z（m）（m）通過斜墻q（m3/s）36.42300.9290.3710.180.1671316.83594511.00E-103.19E-0736.42280.9290.3710.180.1671322.22097471.00E-104.06E-0736.42260.9290.3710.180.1671327.60600431.00E-104.86E-0736.42240.9290.3710.180.1671332.99103391.00E-105.61E-0736.42220.9290.3710.180.1671338.37606351.00E-106.30E-0736.42200.9290.3710.180.1671343.76109321.00E-106.93E-0736.42180.9290.3710.180.1671349.14612281.00E-107.50E-0736.42190.9290.3710.180.1671346.4536081.00E-107.22E-0736.4219.10.9290.3710.180.1671346.18435651.00E-107.19E-0736.4219.080.9290.3710.180.1671346.23820681.00E-107.20E-0736.4219.070.9290.3710.180.1671346.26513191.00E-107.20E-0736.4219.060.9290.3710.180.1671346.29205711.00E-107.20E-0736.4219.050.9290.3710.180.1671346.31898221.00E-107.206E-07中間壩段計算查資料可得，即又下游坡率=2.5，即計算表如下表5.2正常蓄水位中間壩段部分滲流計算浸潤線高h（m）坡率sinθ（m）（m）中間壩段K中間壩段q（m3/s）302.50.37141.431093117.29646.00E-072.297E-06282.50.37141.820425122.68156.00E-071.909E-06262.50.37142.182907128.06676.00E-071.572E-06242.50.37142.518539133.45196.00E-071.281E-06222.50.37142.827319138.8376.00E-071.029E-06202.50.37143.10925144.22226.00E-078.119E-07182.50.37143.364329149.60746.00E-076.27E-07192.50.37143.240146146.91486.00E-077.157E-0719.12.50.37143.227358146.64556.00E-077.25E-0719.082.50.37143.229921146.69946.00E-077.231E-0719.072.50.37143.231202146.72636.00E-077.222E-0719.062.50.37143.232481146.75326.00E-077.213E-0719.052.50.37143.23376146.78026.00E-077.204E-07校核水位時滲流計算斜墻部分計算根據(jù)壩址處地質(zhì)、地形資料將壩基高程定為60m。則；查資料可得，即由前可知，瀝青混凝土斜墻防滲部分厚度為18cm，即0.18m又,,故又利用公式（5-5）即可求得通過中間壩段部分的滲流量，計算表格如下表5.3校核水位斜墻部分滲流計算水深H1（m）浸潤線高h（m）cosαsinα斜墻厚δ（m）Z（m）L（m）K1通過斜墻q（m3/s）38.84300.92850.37140.180.1671323.35181.00E-104.55E-0738.84280.92850.37140.180.1671328.73691.00E-105.42E-0738.84260.92850.37140.180.1671334.12191.00E-106.23E-0738.84240.92850.37140.180.1671339.50691.00E-106.97E-0738.84220.92850.37140.180.1671344.89191.00E-107.66E-0738.84210.92850.37140.180.1671347.58451.00E-107.98E-0738.84190.92850.37140.180.1671352.96951.00E-108.58E-0738.84200.92850.37140.180.1671350.2771.00E-108.29E-0738.8420.40.92850.37140.180.1671349.21.00E-108.17E-0738.8420.60.92850.37140.180.1671348.66151.00E-108.11E-0738.8420.50.92850.37140.180.1671348.93071.00E-108.14E-0738.8420.450.92850.37140.180.1671349.06531.00E-108.15E-0738.8420.480.92850.37140.180.1671348.98461.00E-108.14551E-07（2）中間壩段計算查資料可得K=6.0×10-5又下游坡率=2.5，即計算表如下表5.4校核水位中間壩段部分滲流計算浸潤線高h（m）坡率sinθ（m）（m）中間壩段K中間壩段q（m）302.50.37142.04237573123.8124286.00E-072.1706E-06282.50.37142.43170804129.1975936.00E-071.8067E-06262.50.37142.79418984134.5827586.00E-071.4895E-06242.50.37143.12982113139.9679236.00E-071.2136E-06222.50.37143.43860193145.3530886.00E-079.7454E-07212.50.37143.58292338148.045676.00E-078.6763E-07192.50.37143.85142842153.4308356.00E-076.7685E-07202.50.37143.72053222150.7382526.00E-077.6853E-0720.42.50.37143.6662942149.661226.00E-078.0726E-0720.62.50.37143.63877243149.1227036.00E-078.2708E-0720.52.50.37143.65256688149.3919616.00E-078.1713E-0720.452.50.37143.65943893149.526596.00E-078.1219E-0720.482.50.37143.65531771149.4458136.00E-078.1515E-075.3滲流穩(wěn)定結(jié)果分析5.3.1正常蓄水位下滲流穩(wěn)定分析滲流穩(wěn)定：對非粘性土，滲透破壞形式的判別課參考伊斯托明拿法，根據(jù)土體的不均勻系數(shù)來判定：時為流土時為管涌時不定根據(jù)砂礫料顆粒級配曲線查得；，則；，則滲透破壞型式為管涌。管涌自上而下滲流的臨界坡降公式為：（5-7）式中：——管涌土臨界水力坡降；——土的比重，kN/；——土壤孔隙率，初步擬定為0.33；——相應(yīng)于粘粒級配曲線上含量為5%的粒徑，m；——相應(yīng)于粘粒級配曲線上含量為20%的粒徑，m。對壩基內(nèi)水平方向產(chǎn)生的臨界坡降為：（5-8）式中：——土的內(nèi)摩擦角，（）管涌的允許坡降為：(自下而上滲流)（5-9）（水平向滲流）（5-10)式中：為安全系數(shù)，根據(jù)建筑物級別和土壤類別選用，一般取，，則有：(自下而上滲流)（水平向滲流）滲流逸出點的實際滲透坡降為：(5-11)已知；近似取計算長度L=146.8m，則；因為，故滿足滲透穩(wěn)定要求。5.3.2校核水位下滲流穩(wěn)定分析滲流穩(wěn)定：對非粘性土，滲透破壞形式的判別課參考伊斯托明拿法，根據(jù)土體的不均勻系數(shù)來判定：時為流土時為管涌時不定根據(jù)砂礫料顆粒級配曲線查得；，則；，則滲透破壞型式為管涌。管涌自上而下滲流的臨界坡降公式為：（5-7）式中：——管涌土臨界水力坡降；——土的比重，kN/；——土壤孔隙率，初步擬定為0.33；——相應(yīng)于粘粒級配曲線上含量為5%的粒徑，m；——相應(yīng)于粘粒級配曲線上含量為20%的粒徑，m。對壩基內(nèi)水平方向產(chǎn)生的臨界坡降為：（5-8）式中：——土的內(nèi)摩擦角，（）管涌的允許坡降為：(自下而上滲流)（5-9）（水平向滲流）（5-10)式中：為安全系數(shù)，根據(jù)建筑物級別和土壤類別選用，一般取，，則有：(自下而上滲流)（水平向滲流）滲流逸出點的實際滲透坡降為：(5-11)已知；近似取計算長度L=149.4m，則；因為，故滿足滲透穩(wěn)定要求。6穩(wěn)定分析及計算6.1設(shè)計說明6.1.1設(shè)計任務(wù)對土石壩進行穩(wěn)定分析的目的，是通過計算壩體剖面的穩(wěn)定安全度來檢驗壩坡在各種工況下是否安全，斷面尺寸是否經(jīng)濟合理。壩坡坍塌失穩(wěn)滑裂面的形式主要與壩體結(jié)構(gòu)形式、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。當為黏性土壩坡時，其失穩(wěn)滑裂面呈上陡下緩的曲面，穩(wěn)定計算時常假定為一圓柱面，其在壩體剖面的投影是一個圓弧，稱滑弧?；衙娴奈恢?，如壩基為掩飾或堅硬的土層時，多從壩腳處滑出；當壩基土質(zhì)與壩體相近或更軟弱時，滑裂面可能深入壩基從壩腳滑出。（2）直線或折線形滑裂面。當滑裂面通過由砂，沙礫石等材料構(gòu)成的無黏性土壩坡時，在壩坡剖面上的投影是一直線或折線。當壩坡干燥或完全浸入水中時呈直線，部分浸水時為折線，斜墻壩上游失穩(wěn)時，常沿斜墻與壩體交界面滑動。（3）復(fù)合斷裂面。當壩坡由幾種不同性質(zhì)的土料組成或壩基存在軟弱層時，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。6.1.2計算工況（1）庫水位最不利時的上游壩坡，這種不利水位大致在壩底以上1/3壩高處；（2）上游為正常蓄水位時的下游壩坡；（3）校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流的下游壩坡；（4）竣工期。6.1.3計算方法本設(shè)計只針對最大剖面。本設(shè)計為無黏性土壩殼材料，故采用折線法對土石壩進行穩(wěn)定分析計算。6.1.4控制標準表6.1容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)運用條件工程級別ⅠⅡⅢⅣ正常運用非常運用正常運用加地震1.301.201.101.251.151.051.201.101.051.151.051.006.2穩(wěn)定計算6.2.1上游壩坡穩(wěn)定計算的基本原理與計算方法屬于部分浸水的無黏性土壩坡穩(wěn)定分析。對于部分浸水的無黏性土壩坡，因水上水下土力學性能不同，滑裂面近似為一折面，折點高程大致在水位附近。（1）滑動土體在折點處還形成塊間破裂面DE，破裂面的方位當壩基土料內(nèi)摩擦角大于壩體土料內(nèi)摩擦角時傾向上游；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，為方便計算，假定P與上滑塊底裂面平行。用折線法計算滑動土體的穩(wěn)定安全系數(shù)時，采用“安全的極限平衡法”。所謂“極限平衡”是認為滑動面上的靜摩擦力達到最小值?！鞍踩笔侵干鲜鰳O限平衡是在一定安全儲備條件下的。假定各滑動面上有相似的安全系數(shù)K。滑動面上土料的抗剪力除以K后作為計算抗剪力。上游壩坡被分為三段，且每段坡率都不同，穩(wěn)定計算采用簡化邊坡，坡率不變，坡率采用中段邊坡坡率，邊坡系數(shù)m取2.7。設(shè)圖（5-1）ADC為任一滑動面，折點在D點，塊間破裂面DE將滑動土體分為兩塊，其重量分別為、，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、。圖6.1無粘性土壩穩(wěn)定計算圖圖6.2無粘性土壩坡分塊分析受力圖由于塊BCDE沿DC方向力的平衡可得[見圖6-2（a）](6-1)由于土塊ADE沿AD方向力的平衡得[見圖6—2（b）](6-2)聯(lián)立以上兩公式即可得出以下一元二次方程（6-3）解出一元二次方程即可得到K值（3）在上述計算中,水位及、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、值。具體計算時,先假定若干個水位和、值具體計算時，先假定若干水位(至少3種)，在每一水位下假定至少3個，對每個至少假定3個，分別計算出安全系數(shù)，其中最小者即為所求壩體穩(wěn)定安全系數(shù)。6.2.2上游水位大約在壩底以上1/3壩高處的上游壩坡穩(wěn)定計算1.假定上游水位為75.6m，按下式計算安全系數(shù)計算簡圖如下圖6.3穩(wěn)定計算簡圖（上游水位在壩底以上1/3處的上游壩坡）已知：，上游壩坡邊坡系數(shù)，壩高為100.78m。(1)分別假設(shè)，、,和，。以為例計算，取單寬，重量、分別按下式計算：式中：水下部分滑裂面坡率為1：，則;H=75.6-60=15.6m;m=2.7。壩頂寬度為8m，所以計算簡圖應(yīng)為下圖圖6.4穩(wěn)定計算真實簡圖（上游水位在壩底以上1/3處的上游壩坡）為方便計算，計算簡圖仍按照6-3進行：。已知比重G＝2.68，，孔隙率則浮容重為：則將已知數(shù)據(jù)代入公式有：方程可簡化為：即：解1.321（其中值0.062舍去）計算表格如下：表6.2壩坡穩(wěn)定計算水位為75.6m時壩坡穩(wěn)定計算1m水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）31112.75.14475.615.614.12438.13512.05（m2）（m2）(m2)(m2)(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)362.58269.31297631.96402.598048.017.65811.069abc弧度弧度弧度弧度K1K211146.154789190.5410.191990.6280.59341.32630.062壩坡穩(wěn)定計算2m水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）30.5112.75.14475.615.614.124138.13512.89（m2）（m2）(m2)(m2)(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)373.17269.31297.642.46589.478048.0117.65811.069abc弧度弧度弧度弧度K1K211200.15806.928.0.5320.191990.628320.593411.349790.061壩坡穩(wěn)定計算3m水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）31.5112.75.14475.615.614.124138.13511.23（m2）（m2）(m2)(m2)(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)352.30269.31297621.66221.078048.0117.65811.069abc弧度弧度弧度弧度K1K211092151599100.5490.191990.628320.593411.303670.062（1）分別假設(shè)，、,和，。計算表格如下：表6.3壩坡穩(wěn)定計算水位為75.6m時壩坡穩(wěn)定計算1m水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）31132.74.3314875.615.69.4263125.451-0.6284（m2）（m2）(m2)(m2)(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)192.562119.955198.518312.5173400.264315.5517.65811.069abc弧度弧度弧度弧度K1K25981.338250.57441.3760.541050.226890.628320.593411.323640.05575壩坡穩(wěn)定計算2m水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）30.5132.74.3314875.615.69.4263125.4510.21218（m2）（m2）(m2)(m2)(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)203.145119.955198.518323.13587.144315.5517.65811.069abc弧度弧度弧度弧度K1K26052.138565.17455.4690.532330.226890.628320.593411.359890.05534壩坡穩(wěn)定計算3m水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）31.5132.74.3314875.615.69.4263125.451-1.4449（m2）（m2）(m2)(m2)(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)182.282119.955198.518302.2363218.734315.5517.65811.069abc弧度弧度弧度弧度K1K25910.657946.02426.7520.549780.226890.628320.593411.288310.05604（1）分別假設(shè)，、,和，。計算表格如下：表6.4壩坡穩(wěn)定計算水位為75.6m時壩坡穩(wěn)定計算1m水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）31122.74.7046375.615.611.582331.27225.19279（m2）（m2）(m2)(m2)(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)277.992181.102243.923459.0954908.795897.8917.65811.069abc弧度弧度弧度弧度K1K28288.5711690.6671.3210.541050.209440.628320.593411.350480.05997壩坡穩(wěn)定計算2m水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）30.5122.74.7046375.615.611.582331.27226.03339（m2）（m2）(m2)(m2)(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)288.575181.102243.923469.6785095.675897.8917.65811.069abc弧度弧度弧度弧度K1K28350.712012.1682.7260.532330.209440.628320.593411.379180.05928壩坡穩(wěn)定計算3m水位h（m）H（m）ED（m）ND（m）BC（m）31.5122.74.7046375.615.611.582331.27224.37626（m2）（m2）(m2)(m2)(kN/m)(kN/m)(kN/m3)(kN/m3)267.712181.102243.923448.8144727.265897.8917.65811.069abc弧度弧度弧度弧度K1K28226.4111379.1659.3550.549780.209440.628320.593411.322640.06062.假定上游水位為76.2m時，假設(shè)不同的和進行計算3.假定上游水位為75.2m時，假設(shè)不同的和進行計算計算結(jié)果匯總于下表：表6.5上游水位為在壩底1/3壩高處上游壩坡的安全系數(shù)計算表水庫水位(m)75.611316402.598048.011.32631.56221.078048.011.30430.56589.478048.011.35012314908.795897.891.35031.54727.265897.891.32330.55059.675897.891.37913313400.264315.551.32331.53218.734315.551.35930.53587.144315.551.28876.211316400.488679.001.28931.56223.488679.001.26830.56582.918679.001.31112314986.946360.301.32031.54809.746360.301.29430.55196.376360.301.27413313527.574653.901.30431.53550.374653.901.27130.53709.994653.901.33875.211316378.927640.591.35131.56194.517640.591.32730.56568.767640.591.37512314837.275599.311.37031.54652.865599.311.34130.55027.125599.311.40013313300.394097.081.33531.53115.964097.081.29830.53490.234097.081.373根據(jù)表6-5的結(jié)果可知：當水位為76.2m時，時，滿足穩(wěn)定要求。6.2.3下游壩坡穩(wěn)定計算的基本原理與計算方法上游為正常蓄水位、上游校核洪水位形成穩(wěn)定滲流期的下游壩坡；施工或竣工期的上下游壩坡，此種工況采用圓弧法。6.2.3.1基本原理與計算方法圓弧法主要用于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)定計算（于是也用于非黏性土質(zhì)壩）。其基本原理是假定滑動面為一圓柱面，將滑動面內(nèi)的土體視為剛體，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行分析。計算時將滑動面以上的土劃分成若干鉛直土條，求出各土條對滑弧中心的抗滑力矩之和和滑動力矩之和，二者之比為該滑弧的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，即(6-4)按是否計及土條間的作用力，圓弧法又分為兩種：一是不計土條間作用力的簡單方法，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化的畢肖普法。前者計算簡單，偏于安全，單精度較差；后者較合理，結(jié)果較精確，但需迭代計算，較麻煩。我國規(guī)范規(guī)定，對Ⅰ、Ⅱ級中高壩以及一些比較復(fù)雜的情況，應(yīng)同時采用瑞典圓弧法和計土條件作用力的方法（如簡化的畢肖普法或其他嚴格的方法）。對于后者，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Ⅰ級壩的正常運用情況，安全系數(shù)不小于1.5。6.2.3.2最危險滑弧位置的確定當土的內(nèi)摩擦角時，土坡的最危險圓弧滑動面通過坡角，其圓心為D點，如圖6-5所示。D點是由坡角B與坡頂C分別作BD和CD線的交點，BD和CD線分別于坡面及水平面成及角。及角與土坡坡角有關(guān)，可由表6-6查得。表6.6及數(shù)值表土坡坡度（豎直：水平）坡角1：0.581：11：1.51：21：31：41：5土的內(nèi)摩擦角時，最危險滑動面也通過坡腳，其圓心在ED的延長線上，見圖6-5。E點的位置距坡腳B點的水平位置為4.5H。值越大，圓心越向外移。計算時，從D點向外延伸取幾個計算圓心、…，分別求得其相應(yīng)的滑動安全系數(shù)、…，繪制曲線可得到最小安全系數(shù)值，其相應(yīng)的圓心即為最危險滑動面的圓心。圖6.5確定最危險滑動面圓心的位置6.2.4下游壩坡穩(wěn)定計算6.2.4.1條分法的基本原理當時，抗滑力與滑動面上的法向力有關(guān)，這樣就不能直接應(yīng)用式（6-4）計算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)，通常采用條分法。條分法基本原理是將具有圓弧滑動面的滑體按豎直劃分成若干個條帶，把每一土條看做剛體，分別進行受力分析，然后根據(jù)總體力與矩平衡的方法求解整個土坡的穩(wěn)定性。如圖6-6（a）所示，可能的滑動面是一圓弧AD，圓弧為O，半徑為R?，F(xiàn)將該滑塊ABCDA分成幾個豎向土條。取第個土條分析，如圖6-6（b）所示。該土條底面中點的法線與豎直線的夾角為，寬度為，高度為，土條的重量取為，土條底的抗剪強度參數(shù)為和；土條兩側(cè)作用有水平力和，作用點為和，切向力和；滑動面上的反力有法向力，切向力，且作用在此土條滑動面的中點。這些力中，、和在分析前一土條時已出現(xiàn)，可視為已知量，因此待定的未知量有、、、和五個。每個土條可建立三個平衡方程（、和）和滑動面上的極限平衡方程,屬于二次超靜定問題。圖6.6條分法基本原理與條塊受力分析如果把滑動土體分成n塊，則條塊間的分界面有（n-1）個，則界面上有3（-1）個未知量，滑動面上有2n個未知量，加上待求的的安全系數(shù)K，總計未知量個數(shù)為（5n-2）個?？山⒌撵o力平衡方程和極限平衡方程個數(shù)為4n。待求未知量與方程之差為（n-2），無法求解，必須建立新的條件方程。因此，必須對條塊間的作用力做一些可以接受的簡化假定，以減少未知量個數(shù)或增加方程個數(shù)。目前有許多種不同的條分法，其差別在于采用了不同的簡化假定，大體分為以下幾種：不考慮條塊間的作用力或僅考慮其中一個，例如瑞典條分法和畢肖普條分法；假定條塊間力的作用位置，及規(guī)定了的大小，普遍條分法就屬于這一類。6.2.4.2瑞典條分法計算安全系數(shù)瑞典條分法是由瑞典的費倫紐斯提出的最古老最簡單的方法，應(yīng)用較廣泛。該方法假定滑動面為圓弧，如圖6-6所示，并假定，同時他們的作用線重合，由此可知，土條兩側(cè)的作用力相互抵消。在此假定下，第個土條上的作用力只有、和，根據(jù)力的平衡，應(yīng)有：（6-5）圖6.7瑞典條分法示意圖該土條滑動面上的抗剪強度為：（6-6）該土條對O點的滑動力矩為：（6-7）該土條對O點的抗滑力矩為：（6-8）整個滑體對O點的滑動力矩和抗滑穩(wěn)定力矩為：（6-9）（6-10）則，穩(wěn)定安全系數(shù)為：（6-11）式中，存在正負問題。當土條自重沿滑動面產(chǎn)生下滑時，為正；當產(chǎn)生抗滑力時，為負。當采用有效應(yīng)力分析法時，土條的抗剪強度參數(shù)為和，在計算土條自重時，土條在浸潤線一下部分應(yīng)取飽和重度計算，考慮到土條底孔隙水壓力的作用，，則式（6-11）可改為：（6-12）上面是對于某一個假定滑動面求得的穩(wěn)定安全系數(shù)，實際上它并不一定是真正的滑動面位置，而真正的滑動面對應(yīng)于最小安全系數(shù)的滑動面，即為最危險的滑動面。因此，欲求解其真正的滑動面位置，必須按照上述方法反復(fù)試算求取。計算表格如下：表6.7竣工期上游壩坡穩(wěn)定計算工況：正常蓄水位圓心：O1土條寬度12.5m滑坡位置：上游坡條塊編號壩體壩基土條寬度(m)土條自重kN角度sinαcosαWcosα(kN)φtanαWsinα（kN）Wcosαtanα（kN）H(m)K重度(kN/m3)H(m)重度(kN/m3)H(m)重度(kN/m3)-31.9417.6612.5427-22-0.370.927396360.73-160287.7132.03-2217.665.3617.6612.51624-16-0.280.9611561.4360.73-4481134.42-15.9817.667.5517.6612.52986-9-0.160.9882949.2360.73-4672142.72010.217.668.5417.6612.541350014134.8340.6702788.99114.617.668.217.6612.5503260.1050.9955004.3340.675263375.44219.117.666.3217.6612.55616130.2250.9745472.4340.6712633691.18323.417.663.1212.55170200.3420.944857.8340.6717683276.65425.717.6612.55676270.4540.8915056.9340.6725773410.93523.117.6612.55100340.5590.8294228.2340.6728522851.92618.517.6612.54081430.6820.7312984.5340.6727832013.06710.117.6612.52222530.7990.6021337.4340.671775902.08總和1262925587.4瑞典圓弧法驗算壩坡穩(wěn)定計算表工況：正常蓄水位圓心：O1土條寬度12.5m滑坡位置：上游坡條塊編號壩體壩基土條寬度(m)土條自重kN角度sinαcosαWcosα(kN)φtanαWsinα（kN）Wcosαtanα（kN）KH(m)重度(kN/m3)H(m)重度(kN/m3)-31.6717.6612.5369-21-0.360.934344.54360.73-132250.3232.02-21.1817.664.6317.6612.51281-16-0.280.9611231.2360.73-353894.554-1617.667.0717.6612.52886-9-0.160.9882850.2360.73-4512070.81010.217.668.1317.6612.540530014053340.6702733.75114.517.667.8817.6612.5493950.0870.9964920.1340.67430.53318.68218.917.666.1217.6612.55533120.2080.9785411.8340.6711503650.3323.317.662.8117.6612.55767200.3420.945418.9340.6719723655.09425.217.6612.55569270.4540.8914962.1340.6725283346.9952317.6612.55080350.5740.8194161.1340.6729142806.7618.417.6612.54066440.6950.7192924.8340.6728241972.8178.4317.6612.51860530.7990.6021119.3340.671485754.959總和1250025204.6瑞典圓弧法驗算壩坡穩(wěn)定計算表工況：正常蓄水位圓心：O1土條寬度12.5m滑坡位置：上游坡條塊編號壩體壩基土條寬度(m)土條自重（kN）角度sinαcosαWcosα(kN)φtanαWsinα（kN）Wcosαtanα（kN）KH(m)重度(kN/m3)H(m)重度(kN/m3)-31.5417.6612.5339-22-0.370.927314.35360.73-127228.3862.04-21.0517.664.3617.6612.51194-17-0.290.9561141.9360.73-349829.671-15.9717.667.2517.6612.52916-9-0.160.9882880.5360.73-4562092.8301017.667.9517.6612.539620013961.6340.6702672.11114.517.667.9917.6612.5497060.1050.9954943.1340.67519.53334.1321917.666.2417.6612.55575130.2250.9745432.2340.6712543664.0532317.662.7617.6612.55691200.3420.945348340.6719463607.24424.317.6612.55369260.4380.8994825.7340.6723543255.0152317.6612.55079340.5590.8294211340.6728402840.32618.617.6612.54110430.6820.7313005.8340.6728032027.4378.0317.6612.51772520.7880.6161090.7340.671396735.665總和1230825058.5表6.8正常蓄水位時下游壩坡穩(wěn)定計算瑞典圓弧法驗算壩坡穩(wěn)定計算表工況：正常蓄水位圓心：O1土條寬度12.5m滑坡位置：下游坡條塊編號壩體壩體（濕）壩基土條寬度土條自重（kN）角度sinαcosαWcosαfaiαtanαWsinα（kN）Wcosαtanα（kN）KH（m）重度H（m）重度H（m）重度-21.517.712.5331-12-0.20.98323.9360.73-68.8235.2931.747-12.620.63.717.712.51486-7-0.10.991474360.73-1811071.2605.420.63.817.712.522280012228340.6701502.7414.3186.320.63.217.712.5327670.120.993252340.67399.32193.2928188.220.6117.712.54096140.240.973974340.67990.92680.7312186.720.612.54416210.360.934123340.6715832781.05416182.720.612.54292280.470.883790340.6720152556.365171812.53664360.590.812964340.6721541999.426121812.52722430.680.731991340.6718571342.9175.41812.51196500.770.64768.5340.67915.9518.368總和966416881.4瑞典圓弧法驗算壩坡穩(wěn)定計算表工況：正常蓄水位圓心：O2土條寬度12.5m滑坡位置：下游坡條塊編號壩體壩體（濕）壩基土條寬度（m）土條自重（kN）角度sinαcosαWcosα（kN）faiαtanαWsinα（kN）Wcosαtanα（kN）KH（m）重度H（m）重度H（m）重度-21.517.712.5331-13-0.20.97322.6360.73-74.5234.3841.672-12.6217.712.5578-8-0.10.99571.9360.73-80.4415.54