一、土石坝剖面设计内容

优点：下游无水时，能有效降低浸润线，有助于坝基 排水。
缺点：对不均匀沉降适应性差，易断裂，难检修，下 游水位高时降低浸润线效果不明显。
适用：下游无水或水位较低的情况.
（4）混合式排水
混合式排水：将上述几种排水混合使用。
（5）反滤层
作用：滤土排水，防止水工建筑物在渗流 逸出处遭受管涌、流土等渗流变形的破 坏以及不同土层界面的接触冲刷。在下 游侧具有承压水的土层，还可起压重作 用。
常用坝坡： 中低坝 1:3 土质防渗体的心墙坝，下游坝壳为堆石时，坝 坡为1:1.5～1:2.5，采用土料时1:2.0～ 1:3.5 斜墙坝下游坝坡可略陡，上游略缓 面板坝：根据石料不同可选1:1.4～1:1.7 1:1.3～1:1.4 1:1.5～1:1.6
一般规律：
上游坝坡比下游坝坡缓—上游坝坡长期处于饱和状态， 水库水位也可能快速下降
2 土石坝剖面的基本尺寸
一、土石坝剖面设计内容
剖面设计包括：坝顶高程、坝顶宽度、坝 体坡度以及防渗体和排水设备等，
土石坝设计步骤：
（1）进行坝型比选 （2）拟定坝的各部分尺寸 （3）进行渗透、稳定、沉陷的校核计算 （4）细部构造设计，地基处理设计 （5）计算工程量，取最优方案
二、土石坝坝顶高程计算
主要内容：
坝顶、防渗体、排水设施和护坡等。
一、坝顶
坝顶路面和浆砌石防浪墙
钢筋混凝土防浪墙
1-浆砌石防浪墙；2-钢筋混凝土防浪墙；3-坝顶路面；4-沙砾坝壳； 5-心墙；6-方柱；7-排水管；8-回填土
二、防渗体
作用：降低浸润线，保证下游坡稳定；降低渗流 量，防止渗透变形。
类型： 按防渗体材料性质分：塑性材料（粘土、沥 青）和刚性材料（混凝土）； 按位置分：斜墙、心墙。
设计该土坝。
二、项目计划
（1）拟定何种坝型？ （2）坝顶高程计算需要哪些气象
和地形资料？ （3）土坝横剖面结构图包括那些
内容？
三、项目决策
（1）分组讨论选择坝型、计算方法； （2）确定设计方案； （3）表述设计方案。
四、项目实施
（1）对选定的坝型进行坝顶高程 计算；
（2）拟定坝顶宽度、坝坡坡度； （3）选定防渗和排水设施； （4）根据计算和选定的尺寸、型
式绘制结构图
五、项目检查
检查内容：
（1）坝型拟定是否合理 （2）坝顶高程计算公式是否正确 （3）风速、风区长度、水深等计算要素取值是否正确 （4）坝顶宽度是否合理 （5）坝坡取值是否合理 （6）坝壳填筑材料及填筑标准的确定是否合理 （7）防渗体填筑材料及填筑标准的确定是否合理 （8）排水设施填筑材料及填筑标准的确定是否合理 （9）坝顶细部构造是否正确 （10）护坡形式是否正确 （11）防渗体型式是否正确 （12）排水设施型式是否正确
一、土料选择的原则
（1）具有或经加工后具有与使用目的相适应的工 程性质，并具有长期稳定性；
（2）就地、就近取材，减少弃料（环境污染）， 少占或不占农田，并优先考虑枢纽建筑物开挖料 的利用；
（5）便于开采、运输和压实。
二、坝体不同部位对土石料的要求
（一）防渗土料
①渗透系数 ②水溶盐含量 ③有机质含量 ④有较好的塑性和渗透稳定性； ⑤浸水与失水时体积变化小。
检查方法（1）对设计过程进行汇报 （2）提交设计成果
六 项目评价及优化
（1）自评：学生对设计过程进行评价； （2）互评：以组为单位对其他组进行评价； （3）教师评价，指出优点和存在的问题。 （4）根据教师的评价修改和优化设计
坝顶高程＝水库静水位+相应超高Y， 取下列中的最大值
设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高 正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高 校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高 正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高，再加
地震安全加高
土石坝的坝顶超高计算
根据《碾压式土石坝设计规范》 SL274-2001规定
Y ReA
最大风壅水面高e
斜墙坝的上游坝坡比心墙坝缓—土质防渗体斜墙坝上游 坝坡的稳定受斜墙土料特性控制，下游坝坡相反
变坡与不变坡—粘性土料做成的坝坡沿高度分段，自上 而下放缓（地震加速度分布系数在坝顶较大）
均质坝放缓下游坝坡—透水性大，为维持渗流稳定；
坝基和坝体土料沿坝轴线分布不一致时，分段采用不同 坡率，坝坡缓慢过渡。
3 土料选择与填土标准
四、护坡
• 护坡原因 上游坡面受波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰
层和漂浮物等的危害作用；下游受雨水、大风、 尾水波浪、冰层和水流作用以及动物、冻胀干 裂。 • 护坡类型 • 上游：
砌石护坡（干砌）、 堆石护坡、浆砌石、 沥青混凝土、混凝土、钢筋混凝土等 • 下游：
碎石、砌石、草皮等
4 设计实例
一、基本资料：
情景3 土石坝剖面设计
（知识内容包括4.1，4.2，4.5，4.6）
1 土石坝基本概念
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。
土石坝的优缺点
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
（二）坝壳土石料
坝壳填料应使坝体具有足够的稳定性、 较高的强度，并具有良好的排水性。
砂、砾石、卵石、漂石、碎石等无粘性 土料，料场开采的石料、开挖的石渣 料，均可作为坝壳填料。
三、坝体不同部位对土石料的填筑标准
填筑标准主要由填筑密度控制。 （1）对不含砾石或砾石含量很少的 粘性土料，以压实干容重作为设计标准。 （2）对含砾石的粘性土料，以最大 干密度和最优含水量作为设计标准。
沉降方面：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。
其他方面：冰冻、地震等
土石坝组成及设计要求
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。
土石坝的设计要求
（1）坝顶在洪水位以上要有足够的安全超高； （2）具有足够的断面维持坝坡的稳定； （3）设置良好的防渗和排水设施以控制渗流及
（3）砂砾石和砂
砂砾石和砂的填筑标准以相对密度为 设计控制指标。
其中：砂砾石的相对密度不应低于 0.75，砂的相对密度不应低于0.70，反滤 料的相对密度宜为0.70。
（4）堆石料
堆石的填筑标准，宜以孔隙率为设 计控制标准。
其中：土质防渗体分区坝的堆石料， 其孔隙率宜为20％～28％。
4 土石坝的构造
0.5时, Lm
gTm2
2
1.56Tm2
Hm Lm
0.5时, Lm
gTm2
2
th
2 Hm
Lm
Tm 4.438hm0.5
三、土石坝的坝顶宽度确定
坝顶宽度： 坝顶宽度按构造、施工、运行和抗
震等因素综合确定。 （高坝可选用10～15m，中低坝选用
5～10m，常取H/10。）
四、土石坝的坝坡选择
坝坡与坝型、坝高、筑坝材料、坝基性质以及施 工方法有关。
thx
ex ex
ex ex
cthx
ex ex
ex ex
计算风速取值：正常运用情 况下的1、2级坝，采用多年 平均最大风速的1.5～2.0倍； 正常运用情况下的3、4级坝， 采用多年平均最大风速的 1.5倍；非常运用条件下， 采用多年平均最大风速。
求平均波长Lm（与周期T有关）
Hm Lm
（1）贴坡排水
结构：在下游坝坡表面用一二层堆石或砌石加反滤 层铺设成
优点：构造简单、用料省，施工方便，易检修 缺点：不能降低浸润线位置，受冰冻失效 适用于中小型工程下游无水均质坝或浸润线较低的
中等高度坝。
（2）棱体排水
结构：下游坡脚用块石堆成的棱体，顶宽1～2m，坝坡 （内1:1～1:1.5、外1:1.5～1:2.0）
澳洛维尔斜心墙坝 羊城子沥青混凝土斜墙坝
三、排水设备
作用：降低坝体浸润线，有利于下游坝坡稳定并防止 土坝可能出现的渗透破坏。
设计要求：
能自由地向坝外排出全部渗透水； 应按反滤要求设计； 便于观测和检修
常见的排水形式：
1、棱体排水； 2、贴坡排水； 3、坝体内排水； 4、综合排水：综合以上几种。
e Kv02D cos
2gHm
波浪平均爬高Rm（莆田公式）
R X gRm
Rm
KKw 1 m2
hm Lm
求平均波高hm
ghm v02
0.13th
0.7
gH m v02
0.7
th
0.0018
gD V02
0.45
0.13th
0.7th
gH m v02
0.7
优点：降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护下游不受尾 水淘刷，增加稳定.
缺点：石料用量大，费用高，与坝体施工干扰，检修 困难.
适用：较高的土坝及石料较多的地区。
（3）褥垫式排水
结构：用块石、砾石平铺在靠下游侧的坝基上，并在 其周围布置反滤层而构成的水平排水体，伸入坝体长 度 1/3～1/4坝底宽。
防止渗透变形； （4）根据现场条件选择好土石料的种类； （5）适当的构造措施，使坝运用可靠、耐久。
土石坝的类型
碾压式土石坝
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）
某土坝等级：2级；该地区多年平均最大 风速：16.90m/s。风区长度D=1.544km；洪 水标准：设计洪水标准100年（相应水位 ▽32.59m），校核洪水标准2000年（相应水 位▽33.73m）；水库底平均高程取为10m；地 震烈度：Ⅵ度 ；附近多粘性土，土样试验慢剪 C、Φ小值平均值分别为10.9kPa、28.3°。渗 透系数为8.79×10-4cm/s。