第四章 挡水--土石坝

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结构特点：
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；
坡度大，断面大，体积大。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
土石坝广泛应用的原因：
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优点：
就地取材，节省三材，减少运量，造价低 适应地基变形能力强 施工方法灵活，技术简单，便于组织机械化快速施工。 结构简单，维护方便
①增大渗径，降低渗透破坏或截阻渗流。 ②设排水沟或减压井，降低下游渗流出口处的渗透压力。 ③在可能发生管涌地段，需设反滤层，拦截细粒。 ④可能发生流土地段，加设盖重。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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（3）沉降问题
土粒间存在孔隙，土体颗粒之间易产生相对位移， 在坝体自重和水压力作用下，土石坝会有明显的沉 降变形。 危害： ◎ 引起挡水高度不足； ◎ 不均匀沉降使坝体开裂，威胁坝安全。 设计要求： ◎ 确定坝顶高程时考虑所有可能的沉降； ◎ 可能产生不均匀沉降的结构部位提出措施。
设计要求：对上下游坝坡和坝顶采取有效防护措 施，设计出良好的护坡及坝顶结构；控制粉砂密 实度，防止液化。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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砂土液化是指饱水的粉细砂或轻亚粘土在地震力的作用下瞬时失掉强度， 由固态变成液体状态的力学过程。砂土液化主要是在静力或动力作用下， 砂上中孔隙水压力上 升，抗剪强度或剪切刚度降低并趋于消失所引起的。 有效应力降到0，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生液化。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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水力冲填筑坝 用机械抽水把水送到山坡土场上，然后用水冲土和人工、机 械挖土，使土、水拌和成很稠的泥浆，顺坡度很陡的造泥沟 快速流下，流进坝面冲填池内，经过泥浆脱水固结，成为密 实的坝体。
优点： １．工效高 冲填筑坝与碾压筑坝相比，省去了装土、运土、卸土、碾压４道工序 ２．成本低 ３．质量好 冲填泥浆脱水固结后，坝体质量均匀密实，泥浆具有无孔不入的特 点，坝体与坝基和岸坡结合紧密 ４．施工简便 冲填坝施工技术简单，只要有适宜筑坝土料，有水源，地形条件允许 缺点 坝体脱水固结不好，流态区过深，就有可能发生位移或滑坡事故。 冲填速度不能任意加快，特别是黏性土冲填坝更要控制好冲填速度 坝体较高的水库工程在运用期间，因固结沉陷量较大，坝体有时会产生 裂缝，这就要及时进行灌浆等加固处理。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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定向爆破堆石坝 当河谷狭窄，山体较厚，岸坡高陡，地质条 件比较简单时，在两岸或一岸的山体中预挖 药室，放置炸药，一次或分次爆破，使岩体 按照一定的方向抛掷到河谷中，堆积成坝。 然后再用一般方法填筑并修整到预定的断面 和高度，并在上游设置防渗层。
29974 4180 1592
%
82.7 11.5 4.4
土石坝 重力坝 拱 坝
支墩坝
总 计
489
36235
1.4
100
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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印 度 3.3%
南 美 2.1% 日 本 5.0%
其 他 9.2%
欧洲(含俄罗斯) 6.4% 中 国 58.3% 美 国 15.7%
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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206座土石坝事故原因分析
破坏原因 洪水漫顶 渗透破坏 滑 坡 护 坡 其 它 原因不明 占总溃坝的比例 30 % 38 % 15 % 5% 7% 5%
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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缺点：
坝身一般不能溢流； 施工导流不如砼坝方 便； 粘土防渗体施工受气 候影响。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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二 土石坝的工作特点和设计要求 散粒体结构，导致以下问题：
（1）稳定问题 （2）渗流问题 （3）沉降问题 （4）冲刷问题 （5）冻害、冰害、地震等
土质材料心墙坝
人工材料心墙坝
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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2）斜墙坝
◎ 定义：防渗体置于坝的上游面。
◎ 优点：斜墙与坝体施工干扰少。 ◎ 缺点：抗震性及适应不均匀沉陷能力不如心墙坝。
土质材料斜墙坝
人工材料斜墙坝
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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优点：材料单一，施工简单；
缺点：当坝身材料粘性较大时，雨季或冬季施工 较困难。
§3 土石坝（Earth-rockfiห้องสมุดไป่ตู้l dam）
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心墙坝 分区坝
斜墙坝 斜心墙坝 土石混合坝
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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粘土心墙和斜墙坝：用透水性较好的砂石料做坝 壳，以防渗性能较好的土质做防渗体。设在坝体 中央或稍向上游倾斜的称为心墙坝或斜心墙坝； 设在靠近上游面的称为斜墙坝。
或建筑物与地基的接触面流动时，将渗透系数较小 土层中的细颗粒带入渗透系数较大的另一土层。
接触冲刷： 当渗流沿粗细两种土层的接触面或建筑
物与地基的接触面流动时，沿层面带走细颗粒的现 象。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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设计要求：按“上堵下排”的原则采取有效防渗、 排水措施。
2）浸润线 土石坝横断面和浸润面的交线称浸润线。
浸润线
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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3）饱和区、湿区、干区
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。
湿区：毛细水，处于变化中。
干区：干燥，可能出现裂缝。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
碧口土石坝
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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南水水电站（广东乳源的南水） 主坝坝型为粘土斜墙堆石坝， 最大坝高81.3m，坝顶长度215m。 主要泄洪方式为隧洞，大坝特 点是定向爆破筑坝。
密云土坝
密云水库（北京密云潮白河） 主坝坝型为粘土斜墙土坝， 最 大 坝 高 66m ， 坝 顶 长 度 960m 。 主 要 泄 洪 方 式 为 岸 边溢洪道，大坝特点是坝基 混凝土墙和灌浆防渗。
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管涌： 坝体或地基中的土壤细颗粒被渗透水流带走，
并逐步形成渗流通道的现象。在缺乏中间粒径的非 粘性土中极易发生。
流土： 渗透坡降足够大时，渗流出逸处的土体被掀
动浮起的现象。它主要发生在粘性土及均匀非粘性 土体的渗流出口处。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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接触流失：渗流垂直于渗透系数相差较大的接触面
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
土 石 坝 (earth
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and rockfill dam)
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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一 概述 土石坝是土坝与堆石坝的总称。 利用坝址附近的土石料填筑而成的挡水建筑物。 又称 “当地材料坝”。
坝 型 已建坝数量
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4）渗流的主要危害：
① 渗漏； ② 减轻土体有效重力，降低摩擦角及凝聚 力，渗透动水压力，增加滑坡的可能； ③ 渗透变形：土石坝及地基中的渗流，由 于物理和化学作用，土体颗粒流失，导致土壤发 生局部破坏，称为渗透变形。 5）常见渗透变形的型式： 管涌、流土、接触流失、接触冲刷等。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
岳城土坝
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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土石坝的发展：
20世纪50~60年代，大型振动碾出现，高土 石坝产生 世界上高度超过300m的大坝仅2座，都是土 石坝，一座是塔吉克斯坦的努列克坝，高 317m，另一座是该国的罗贡坝，高325m。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
3）斜心墙坝
综合心墙坝和斜墙坝的优点，克服心墙坝可能产生 的拱效应和斜墙坝对变形敏感，对改善坝体应力状 态、避免裂缝有利。
小浪底斜心墙坝典型断面图
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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4）多种土质坝与土石混合坝
多种土质坝：坝体是由透水性不同的多种土料分区 填筑而成。
土石混合坝：如坝址附近砂、砂砾不足，而石料较 多，上述的多种土质坝的一些部位可用石料代替砂 料。
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黄河小浪底水利枢纽大坝为粘土斜心墙堆石坝, 最大坝高154m,坝顶长度1667 m.
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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水布垭面板堆石坝
碧口大坝（甘肃文县白龙 江）为壤土心墙土石坝。 最大坝高 101 m，坝顶长 度 297m 。 主 要 泄 洪 方 式 溢洪道和隧洞。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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（1）稳定问题 坝体为散粒结构，抗剪强度低，易滑动。 土石坝的失稳一般是坝坡滑动或坝坡连同地基 一起滑动的剪切破坏（特有）。
设计要求：应保证在施工期和各种可能的工作条 件下都是稳定的。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
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（4）冲刷问题
土颗粒间的凝聚力很小，其抗冲能力很低。
设计要求：
◎ 坝顶应有足够的超高，不允许漫顶；
◎ 上下游坝面和坝顶需采取保护措施， 保证坝体安全。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）