水利大坝介绍

§1 概述
一、定义及建设情况
二、结构特点及优缺点
三、工作特点
四、地基基本要求
五、组成及设计要求
六、类型及坝型选择
一、定义及建设情况
●定义：
由土、石料等当地材料经抛填、碾压等方法堆筑成的坝
●建设情况：
历史最悠久，数量最多。

高土石坝：前苏联的罗贡坝(335m)、努列克坝(300m)。

坝型已建坝数量%
土石坝29974 82.7
重力坝4180 11.5
拱坝1592 4.4
支墩坝489 1.4
总计36235 100
世界土石坝按国家或地区分类统计图
水布垭面板堆石坝
二、结构特点及优缺点
2.1结构特点：
☐土石坝是散粒体结构，稳定靠土体的抗剪强度来控制；
☐只会出现局部滑动而失稳，不会出现整体滑动失稳或倾覆失稳问题；
☐为维持坝坡稳定，坡度大，断面大，体积大。

2.2优点：
☐就地取材，节省三材，减少运量，降低造价；
☐适应不同的地形、地质、气候条件；
☐结构简单，便于维修、加高和扩建。

2.3缺点：
a.坝身一般不能溢流，需另设溢洪道；
b.施工导流不如混凝土坝方便；
c.粘性土料的填筑受气候条件影响；
d.断面大，体积大。

2.4影响我国高土石坝建设的原因
坝址河谷狭窄，洪水流量大，施工导流和泄洪布置工程量大；
防渗土料的选择局限于粘性较大的细粒土，施工要求偏严，单价较高；
缺乏大容量，高效率的施工机械。

2.5高土石坝发展的机遇：
•施工机械的发展，提高了施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了高土石坝的发展；
•理论、试验及计算技术发展提高了大坝分析计算水平，加快了设计进度，保障了大坝设计的安全可靠性；
•高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等土石坝配套工程设计和施工技术的综合发展，对加速土石坝的建设和
发展也起了重要促进作用。

三、土石坝工作特点
3.1工作特点：
☐坝基与坝身是透水的。

☐上下游水位对土石坝边坡的影响。

波浪、冰层能冲刷和
破坏坝坡，上下游水位升降对坝坡稳定有不利影响。

☐大气降水与温度对坝体的影响。

大气降水使坝面土石流失，冬季结冰使土料膨胀，融化时形成孔穴及裂缝，夏季
炎热坝坡干燥出现裂缝
☐坝基及坝身沉降。

一般施工质量好的土石坝沉陷量为坝高的0.2～0.4%，1～2m，不均匀沉降要产生裂缝，均匀
沉降影响坝高。

渗透水流的表面——浸润面
浸润面与垂直面的交线——浸润线
饱和区：土体受上浮力和渗透水压力，在荷载作用下可能滑动倒塌
受动水压力作用，造成下游坡滑动
动水压力产生渗透变形（物理，化学）
冻融情况下对稳定不利
渗漏造成水量损失
湿区：毛细水，处于变化中
干区：干燥，可能出现裂缝
影响浸润线位置的因素：（浸润线越高越不利）
上下游水位;防渗设备位置;坝体内的排水设备位置.
四、地基基本要求
4.1岩石地基：
•具有足够的强度（一般都能满足，但对页岩与粘土岩应做软基处理）
•岩石的整体性，避免断层，不能有大裂隙
•无造成滑动的软弱夹层
•岩石具有足够的抗水性，岩石浸水后不致溶解和软化石灰岩、石膏
4.2土基：
•有足够的地基承载力，尤其对细砂、淤泥、软粘土
•均匀性好，压缩性不能过大，且能均匀变形
•无造成坝体滑动的软弱层
•有足够的抗水性，不被溶解或软化
•部分土体不能因渗透水压作用被冲刷或浮起
五、土石坝组成及设计要求
5.1.土石坝组成：
土石坝一般有四部分：坝身、防渗体、排水设备和护
坡。

坝身是土石坝的主体，坝的稳定主要靠它维持；
防渗体的作用是降低浸润线，防止渗透破坏和减少渗透水量；
排水设备的作用是安全地排除渗透水，增强下游坝坡的稳定性；
护坡的作用是防止波浪、冰层、温度变化、雨水和水流等对坝坡的破坏。

5.2．设计基本要求：
◆具有足够的断面维持坝坡的稳定。

边坡稳定和坝基稳定是土石
坝安全的基本保证。

施工期、水库水位降落以及地震作用在坝坡的荷载和土石料的抗剪强度指标都将发生变化，应分别计算。

◆设置良好的防渗和排水设施以控制渗流。

土石坝挡水后，坝体
内形成渗流，饱和区土石料承受上浮力，减轻了抵抗滑动的有效重量；浸水后土石料的抗剪强度降低；渗流力可对坝坡形成不良作用；渗流从坝坡、坝基或河岸逸出时可能引起管涌、流土等渗流破坏。

设置防渗和排水设施可以控制渗流范围、改变渗流方向、减小渗流的逸出坡降以增加坝坡、坝基和河岸的抗滑和抗渗稳定，还有利于减小坝体和坝基的渗流量。

◆根据现场条件选择好土石料的种类、坝的结构以及各种土石料
在坝体内的配置，选择好坝体各部分的填筑压实标准，达到技
术经济合理性；
◆具有足够的泄洪能力，坝顶在洪水位以上要有足够的安全超
高，以防洪水漫顶，造成大坝失事。

◆适当的构造措施，使坝运用可靠、耐久。

在库水位变化范围内，
上游坝面应有坚固的护坡，防止波浪冲击和淘刷。

下游坝坡应能防止雨水的冲刷破坏作用。

保护坝内粘性土料，防止夏季日晒、冬季冻胀等形成裂缝。

对压缩性大的土料应采取工程措施减少沉降和不均匀沉降，避免裂缝的形成和发展。

206座土石坝事故原因分析
六、类型及坝型选择
6.1分类：
•按坝高分：低坝、中坝和高坝。

•按施工方法分：碾压式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝和定向爆破堆石坝等。

碾压式土石坝应用最广。

•碾压式土石坝按土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类分为：均质坝、土质防渗体分区坝（土质心墙坝、土质斜墙坝、多种土质坝）、非土质材料防渗体坝（人工材料心墙坝、人工材料面板坝）
低坝多采用均质坝
6.2坝型的选择：
◆高山峡谷覆盖层很厚，砼坝不经济，宜修土坝；
◆高山峡谷覆盖层不厚，但基岩缓倾角裂隙，泥化夹层很多，宜
修土坝；
◆宽河谷小流量的坝址修土石坝有利；
◆坝型选择与筑坝材料有关：
黄土地区用水中填土
东北地区多雨、冰冻，粘土施工不方便，适宜修薄心墙坝、薄斜墙坝，坝壳料采用砂卵石
西南地区粘土压实难，采用薄心墙坝
中南华南（湖北、广东）风化岩做坝壳料
定向爆破可缩短施工道路，节省运输，节省劳力，节省碾压设备，但需大量炸药
中等高度的坝采用水力冲填法
高土坝，一般修心墙，斜墙不稳定。