土石坝

防渗体
(四)排水、护坡对土石料的要求
(1)良好的抗水性、抗冻性和抗风化性。 (2)具有一定的强度：抗压强度 ≥50Mpa (3)岩质：不宜用风化料，用新鲜岩石、卵 石、碎石。
(五)反滤料及过渡层土料
(1) 应具有必要的透水性、强度，具有高度的抗水 性和抗风化能力。 (2) 必须具有良好的级配，粒径小于0.1mm的颗 粒含量小于5%，不应含有粒径小于0.05mm的粉 土和粘粒。 (3) 土质：反滤料应尽量采用天然砂砾筛分，也可 用人工碎石。
一般要求Dr不低于0.7～0.75.
非粘性土料的施工合格率要求一般为 80%～85%。
第四节 土石坝的渗流分析
一、渗流的概念：水库蓄水后，由于上下游水位差 的关系，水流会通过坝体土粒之间的空隙从上游向下 游流动。
二、渗流分析的目的：

（1）确定坝体内浸润线的位置； （2）确定坝体及坝基的渗流量，以估算水库的 渗漏损失； （3）确定坝体和坝基渗流逸出区的渗流坡降， 检查产生渗透变形的可能性； （4）为坝体稳定分析和布置观测设备提供依据。
(三) 坝壳对土石料的要求
(1)强度指标Φ、c较大，具有抗震、抗滑稳定性。 (2)排水性能好，k>10^3×k 。→经过防渗体后， 迅速降低浸润线。 (3)有良好级配：级配连续；不均匀系数 Cu=d60/d10≈30～100。 (4)土质：级配良好的无粘性土（砂、砾石、卵石、 碎石等）
3、坝坡坡度
土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运 用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。 在满足稳定要求的前提下，尽可能使坝坡陡些，以 减小坝体工程量
坝坡坡度选择遵循的规律：
上游坡常缓于下游坝坡。 斜墙坝的上游坡比心墙坝缓，而下游坡比心墙坝陡。
碾压式堆石坝的坝坡比土坝陡。斜墙堆石坝，其下游坝坡可 用堆石的自然坡，上游坝坡则由斜墙的稳定而定， 砂壤土、壤土的均质坝坡比砂或砂砾组成的坝坡要缓些。 碾压式土石坝从上而下逐级变缓坝坡，在各段间设过渡区， 缓慢变化。 上部坡陡，下部坡缓。
§4-1
概述
土石坝
特点
分类
1.概念
土石坝：泛指由当地土料、石料或混合料， 经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。
2.分类
按坝高分
高（>70m）
大渡河长河坝水 电站大坝工程该 电站大坝工程高 240米
中（30~70）
低（<30m）
龙河口水库 均质土坝， 坝高33.4m，
一种透 水性弱 的土料 填筑
第四章 土石坝
主讲：魏继莲
工程实例
1997年10月28日，中国 治黄历史上最大的工程— —黄河小浪底水利枢纽工 程胜利截流
黄河小浪底水 利枢纽工程， 这座大坝高154 米，是我国当 年最大的土石 坝。
主要内容
§4-1 §4-2 §4-3 §4-4 §4-5 §4-6 §4-7 概述 土石坝的剖面设计和构造 筑坝土料设计 土石坝的渗流分析 土石坝的稳定分析 土石坝的地基处理与裂缝控制 混凝土面板堆石坝
护面（公 路）
上游护坡
抛尸，干砌石，浆砌石，混凝土或水泥土
2、护坡
下游护坡
砌石，堆石，卵石，碎石，草皮，土工合成材料 垫层
3、排水设备
目的：有计划的的排水，降低浸 润线，增加坝坡的稳定性，防止 土壤的渗透变形和冻胀破坏
对渗入坝体内的水量。应设置排水设施， 坝体排 水应满足如下三点要求： ①排水体能自动地向坝外排出全部渗水； ②排水体应便于观测和检修； ③排水体应按反滤要求设计。
三、土石料填筑标准设计： 1、粘性土料的填筑标准： (1)设计指标： 干重度,按压实度P确定。
I、II级坝及高坝的压实度P 不低于0.96～0.99，对III、IV、 V级坝应不低于0.93～0.96。
(2)施工时含水量ω= ωop±2%
2、非粘性土料的填筑标准： (1)非粘性土料压实程度主要与砂石料的级 配和压实功能有关。 (2)压实程度用相对紧密度Dr表示，
（2）棱体排水（滤水坝趾）
是在下游坡脚处用 块石堆筑而成的排水设施 顶面必须高出下游水位一定距离
棱体排水体特点： 安全可靠； 可以降低坝体浸润线；
而且有支持坝体，增加稳定性的作用。
缺点：需石料较多，造价也相对较高，且与坝体施工有干扰，检修有 一定的困难。
（3）坝内排水
坝内排水包括水平排水、竖式排水、网状排水 带、排水管等。
(二)防渗体对土料的要求
(1)渗透系数k较小，<10^-5cm/s。→抗渗性 (2)有较好的塑性以适应坝体及坝基变形，塑性 指数Ip大于10～12。 (3)有机杂质含量≤2%，水溶盐含量按重量比 ≤3%，有良好级配。 (4)浸水和失水时体积变化较小。 (5)土质：粘粒含量（粒径<0.005mm）为 15%~30%或塑性指数为10～17的土 粘粒含量30%~40%或塑性指数为17～20的土
三、渗流分析方法
1、流体力学法
流体力学从渗流的基本微分方程出发，引入特定问题 的边界条件，以求解渗流场内任意点的渗流要素，在边 界条件比较复杂的工程中难于应用。但是计算机的应用， 扩大了流体力学的应用。
2、水力学法
水力学法是在一些假定基础上的近似解法，只能求得某一断 面的平均渗透要素，不能准确求出任一点的渗透要素，此法 计算简单，所求值一般也能满足工程设计要求，应用广泛。
1、坝顶高程
1、坝顶高程：坝顶超高 其中，hB——最大波浪在坝坡上的爬高， e——坝前水位因风浪引起的壅高， a——安全加高。
1、坝顶高程
坝顶高程说明
取最大值
中小型水库，洪水资料不准确，按上式计算的超高值偏 小，可直接取1.5～2.0m。 坝顶设防浪墙时， △h指墙顶在静水位以上的超高，且 正常运行情况下，坝顶至少应高出静水位0.5m以上，非常 运行情况下坝顶不得低于静水位。 设计的坝顶高程是坝沉降稳定后的坝顶高程，故施工时 应预留足够的沉降量。一般施工质量良好的土石坝，坝体 沉降量约为坝高的0.2％－0.4％。 地震区，坝顶高程应在正常运行情况下的超高上附加地 震涌浪高度，一般取0.5～1.5m 。
1）水平排水
褥垫式排水是沿坝基表面由块石铺成的水平排水层。 将块石平铺在坝体下游部分的地基上，厚度约为0.40.5m，伸入坝体的长度不超过1/4-1/3的坝底宽度，并 布置成倾向下游的纵坡。
特点：能有效地降 低坝体浸润线； 增加坝基的渗透稳 定，造价也较低； 缺点：是不易检修， 施工时容易堵塞。
1:4.5
（2）非土质材料防渗体 沥青混凝土具有: 塑性和柔性好；防渗性能较好。
2）钢筋混凝土防渗体 在堆石坝中应用，少量土坝有采用。 如广东飞来峡水库的副坝就是用钢筋混凝土做成心墙防渗 体的土坝。 3）复合土工膜 利用土工膜作坝体防渗体材料： 可以降低工程造价，而且施工方便快速，不受气候影响。 对2级以下的低坝，可采用土工膜代替粘土、混凝土等， 作为坝体的防渗体材料。 1）沥青混凝土防渗体
反滤原则
1 被保护土料的颗粒不得穿过反滤层。 2．相邻两层中，颗粒较小的一层的颗粒不得穿过颗
；
粒较粗一层的孔隙。 3．同一层内的颗粒不得发生移动。 4．允许特细颗粒被渗流带定，但不许堵塞反滤层。
反滤层的材料
人工砂砾料； 天然砂砾料;
土工织物
二、基本尺寸
土石坝的基本剖面尺寸有：
坝顶高程， 坝顶宽度， 上下游坝坡
§4-2
一.构造
降低浸润线， 减少渗透水 量；
土石坝的构造和剖面设计
坝身
是土石坝的主体， 坝的稳定主要靠 它维持； 上游护坡
防渗体
土石坝 构造
护坡
下游护坡 防止波浪、冰 层、温度变化、 雨水和水流等 对坝坡的破坏。
排除渗透水， 增强下游坝坡 稳定性
排水体
1、坝身
防浪墙
碎石 砌石 混凝土 心墙 防浪墙 （灯饰 护栏）

(一) 均质坝对土料的要求
(1)强度指标Φ、c较大。 (2)渗透系数k较小，<10^-4cm/s。 (3)要有一定的塑性： 塑性指数Ip=ωL-ωP=7～17。 →能适应坝基变形而不会产生裂缝。 (4)有机杂质含量≤5%。 (5）
按材料在 坝体内的配置
防渗体位于上游 面，下游作支撑 体（沥青或钢筋 混凝土）
均质 土坝
土质 心墙坝
人工材料 心墙坝
土质 斜墙坝
人工材料 面板坝
3.优点
（1）就地取材，节省钢材﹑水泥﹑木材等重要建 筑材料， （2）结构简单，便于管理、维修、加高和扩建。 （3）坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好 性能，因此对地基的要求低。 （4）施工技术简单，工序少，便于组合机械快速 施工。 近30年理论，技术和机械的发展，为土石坝的发 展创造有利条件。
4、防渗体
按防渗体材料可分为： 土质防渗体：粘性土心墙和斜墙等； 非土质材料防渗体：沥青混凝土、钢筋混凝土心 墙、斜墙、面板和复合土工膜等。
（1）土质防渗体
顶部最小厚度宜取3.0m。 心(斜)墙顶部、上游墙面设保护层，其厚度大于1.0m。 土质防渗体与坝壳的上、下游接触面，满足反滤要求。 心墙与地基和两岸必须有可靠的连接。
2、坝顶宽度
坝顶宽度
坝顶宽度取决于交通、防汛抢险、施工、心墙或斜墙 顶部及反滤层布置。 当坝高小于100m时，Bmin = H /10;并不小于3米 当坝高大于100m时， Bmin = H^ 0.5 并不小于10米 对于中、低坝，可选用5～10m，对于高坝，坝顶宽度 可选用10～15m 。 有公路时，要满足交通防汛抢险要求。
2）竖式排水
(c) 1:2.5 4 1:3 5 3
图5-31 排水体的型式
(d)
(a)-棱体排水； (b)-褥垫式排水； (c)-坝内水平排水； (d)-坝内竖向