4第四章土石讲义坝第三节
土石坝施工的基本知识
本章重点：土石坝施工的挖运机械及 施工方案
本章难点：土料压实的机理――最优 含水量
增加内容：面板材料坝的施工 结合讲课安排2～3次录象教学
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§4－1 土石坝施工概述
一、土石坝的施工特点
1、土石坝建设方兴未艾的原因
①地质条件好的坝址已开发殆尽， 余下的只好建土石坝
4、非粘性土及石料
非粘性土的压实试验因与含水量无关，所以只作出n－D －h关系曲线，再确定……最佳值。 石料的压实试验（从略）
四、压实机械
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1、羊脚辗 P109图4－10
n羊—足插正接入压触足力应数＋力，挤：压n1A+力n—2＋—单揉插位压入是力排面两积适边，用排ma于数x 粘A性[n土Q (12掘(n重1 ) n2)]
从环境上来看，土石坝基本上不破坏生态。
3、从施工的角度来看土石坝的缺点（与砼坝相比）
①防渗问题 ②过水问题
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二、土石坝的施工方法
1、水中填土法：常用于修筑土石围堰 2、水力冲填法 3、定向爆破法 4、干填辗压法：施工内容和施工程序如下：
①准备工作：A――地基和岸坡的处理 主要清理：杂草杂树及乱石
对应于设计的γd值可求得n＝a、b、c及
对应的ω%值，并对h1／a、 h2／b、 h3／c
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进行比较，取其最大值――为最经济合理的 单位压实遍数的压实厚度。（试验目的） 上述试验中，h和n的取值应根据经验确定，且它们与压 实机械的功能有关，具体 可参考P114表4－5 由此可见：γd＝ƒ(n，ω%，h，机械种类……)
②土石坝设计和施工技术进步很快 特别是结合面板技术
③省工省料，施工简单（无模板、无温控） ④机械化施工，工期短 ⑤有环境保护方面的优势
水工建筑物_任旭华_第四章土石坝
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第四章 土石坝
• 计算的坝顶超高很大时，可设臵L型挡墙，以减少
工程量；
• 无论是否设L型挡墙，坝顶高程在正常运用条件下
都应高出静水位0.5m并且不得低于非常运用条件
下的静水位。 • 计算的坝顶高程是指包括坝基和坝身沉降稳定后 的坝顶高程；
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第四章 土石坝
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第四章 土石坝
②冲刷问题控制
• 不允许水流漫顶
• 要求：
a.要有足够的坝高，应预留沉陷值；
b.要设臵泄水能力足够大的泄水建筑物；
c.在上、下游坝坡应采取有效的防护措施及坝面
排水措施。
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第四章 土石坝
3.沉降问题及其控制
①沉降问题：
• 沉降过大会造成坝顶高程不足。 • 过大的不均匀沉降会引起坝体开裂，导致漏水。
二、坝体防渗设施 土石坝坝体防渗设施根据材料可分为：
1、人工材料防渗体：沥青砼，钢筋砼
2、土质防渗体
⑴土质心墙
⑵土质斜墙
⑶斜心墙
⑷粘土铺盖
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第四章 土石坝
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第四章 土石坝
⑴土质心墙：
• 位臵：位于坝体中央或稍偏上游； • 材料：透水性很小的粘土或壤土； • 厚度：自上而下逐渐加厚，底部厚度不宜小于水头的 1/4，顶部的水平宽度不宜小于3m；
水库大坝（河北，53m）等；
心墙坝：碧口水电站大坝（甘肃，101.8m），毛家
村水电站大坝（云南，82.5m）等；
斜墙坝：密云水库白河主坝（北京，66.4m）等； 定向爆破坝：南水水电站大坝（广东，80.2m），
石砭峪水库大坝（陕西，82.5m）等。
第三章_土石坝及碾压
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2、坝顶宽度 取决于交通需要、构造要求和施工条件。 当坝高在30m~100m时,B min = 0.1H ，不小于5m; 当坝高大于100m时， B min = H 0.5 .
3、坝坡 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。 土料相同时上游坡缓于下游坡；水下缓于水上； 粘土均质坝的坝坡与坝高有关，坝高越大坝坡越缓； 均质坝的上下游坡度比心墙坝的坝坡缓； 粘土斜墙坝的上游坡比心墙的坝坡缓，而下游坝坡 可比心墙坝陡些； 变坡处设 马道，宽1.5~2.0m。 17
碾压混凝土坝的特点： 运输、浇筑均可实现机械化；因此，施工速 度快，工期短。
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单位水泥用量和用水量少，每m3砼水泥用 量一般不超过100kg，较常态砼节约30%~50%， 用水量也少30%~40%，相应地可大大简化混凝 土的温控措施；
砂率大，且要求有一定的粉粒含量；
采用通仓薄层浇筑，一般不设纵缝，可节 省模板及接缝灌浆等费用； 工程造价省。
坝体是由透水性不同的多种土料分区填筑而成。
（5）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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三、筑坝土料的性质
1、粘性土：颗粒小，结构紧密，颗粒间有凝聚
力，水流渗过这种土壤时，遇到的阻力大，因 此其防渗性能好。 2、非粘性土：砂粒、卵石等 颗粒大，颗粒间基本无凝聚力，但颗粒间摩 擦力大，因而其自然稳定坡度比粘性土陡。粒 间空隙大，容易透水，防渗性能差。
PP.25
第三节 土石坝
( the Rock-fill Dam ）
土石坝是利用坝址附近土料、石料及砂砾料填筑 而成的一种挡水坝；
第四章土石坝工程
土石坝工程
土石坝是一种当地材料坝。随着大 型高效的施工机械的使用，施工条件改 善，施工人员减少，施工工期缩短，施 工费用降低。土石坝的应用越来越广泛。
1980年至2000年
天生桥一级 小浪底水库 乌鲁瓦提 浙江珊溪 面板堆石坝 土石坝 面板堆石坝 面板堆石坝 102.6m 154 m 138 m 130 m
QT t n q(T1 T2 )
式中，QT—运输强度（每台班需运输的总方量），m3。 q—运输工具装载的有效方量，m3； T1—一台班的时间，min； T2—一台班内运输工具的非工作时间，min； t — 运输工具周转一次所需时间，min 。
带式运输机的生产率P (m3/h)
P 3600 KB2vK B K H K p K d K0
第一节 土石料场规划
第二节 土石坝的综合机械化施工
第三节 坝面作业
第四节
第五节 第六节
土石坝施工的质量控制
面板堆石坝施工 土石坝的冬雨季施工
第一节
土石料场规划
土石坝是用土料和石料堆砌起来的， 所以，土石料的用量很大。 在选坝阶段，就应对土石料场进行全 面调查，深入勘察，从空间、时间、质和 量等方面进行规划。
廿 一 世 纪
瀑布沟 水布垭 苗家坝 洪家渡 心墙堆石坝 面板堆石坝 心墙堆石坝 面板堆石坝 186 227 263 182 m m m m
根据施工方法的不同，土石坝可分为 干填碾压、水中填土、水力冲填和定向爆 破等类型。 碾压式土石坝的施工，包括准备作业， 基本作业，辅助作业和附加作业。
准备作业：‚一平三通‛指平整场地、通 车、通水、通电；架设通讯线路；建房 （生产、办公、福利用房）；排水清 基。 基本作业：土石料开采；挖、装、运、卸； 坝面铺平、压实、质检。 辅助作业：清除施工场地和料场的覆盖； 从上坝土料中剔除超径石块、杂物；坝 面排水；层间刨毛和加水。 附加作业：坝坡修整、铺砌护面石块；铺 植草皮。
土石坝稳定分析
一、概述 二、荷载及组合 三、稳定分析方法 四、提高稳定的工程措施
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一、稳定分析概述
土石坝在自重、水荷载、渗透压力和地震荷载作用下， 若剖面尺寸不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或 坝体连同部分地基发生滑动，造成失稳。坝基内有软弱夹层 时，也可能发生塑性流动。饱和细沙受地震作用还可能发生 液化失稳。 分析目的：
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四、提高稳定的工程措施
如果稳定复核后安全系数不满足设计要求，可在设计 中放缓坝坡或提高土石料的填筑标准以增加坝体稳定性。
对已建土石坝，可采用下列措施： •坝脚加压重或放缓坝坡； •加强防渗、导渗措施； •加固地基
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孔隙水压力随土料性质、填土含水量、填筑速度、 坝内各点荷载和排水条件不同，随时间变化，随排水 而变化。
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荷载组合 土石坝施工、蓄水和库水位降落的各个时期不同荷
载下，应分别计算其稳定性。控制稳定的有施工期（包 括竣工时）、稳定渗流期、库水位降落期和正常运用遇 地震四种工况，应计算的内容：
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二、荷载及荷载组合
荷载: 1、坝体自重
坝体内浸润线以上部分按湿容重计算，下游水位以上按 饱和容重，下游水位以下部分按浮容重计算。
湿容重：单位体积中土、水、空气的重量。 饱和容重：水占满了土中的空隙，单位体积内水和土的 重量。 浮容重：土的有效重量，等于饱和容重-1 2、渗透压力： 动水压力方向与渗流方向相同，作用于单位土体上的渗 流力可按下式计算：f=γ j 式中γ 为水的容重，j为渗透坡降 渗透压力对边坡稳定不利
土石坝介绍
土石坝介绍第一节概述土石坝是指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压方法堆筑成的挡水坝。
土坝当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝；堆石坝以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；土石混合坝当两类材料均占相当比例时，称土石混合坝。
由于筑坝材料主要来自坝区，因而也称当地材料坝。
土石坝得以广泛应用和发展的主要原因是：（1）可以就地取材，节约大量水泥、木材和钢材，几乎任何土石料均可筑坝。
（2）能适应各种不同的地形、地质和气候条件。
（3）大功率、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了高土石坝建设的发展。
（4）岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。
（5）高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等设计和施工技术的综合发展，对加速土石坝的建设和推广也起了重要的促进作用。
一、土石坝的特点和设计要求（1）稳定方面。
土石坝不会产生水平整体滑动。
土石坝失稳的形式，主要是坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动。
（2）渗流方面。
土石坝挡水后，在坝体内形成由上游向下游的渗流。
渗流不仅使水库损失水量,还易引起管涌、流土等渗透变形。
坝体内渗流的水面线叫做浸润线。
浸润线以下的土料承受着渗透动水压力，并使土的内磨擦角和粘结力减小，对坝坡稳定不利。
（3）冲刷方面。
土石坝为散粒体结构，抗冲能力很低；工程措施：①在土石坝上下游坝坡设置护坡，坝顶及下游坝面布置排水措施，以免风浪、雨水及气温变化带来有害影响；②坝顶在最高库水位以上要留一定的超高，以防止洪水漫过坝顶造成事故；③布置泄水建筑物时，注意进出口离坝坡要有一定距离，以免泄水时对坝坡产生淘刷。
（4）沉陷方面。
由于土石料存在较大的孔隙，且易产生相对的移动，在自重及水压力作用下，会有较大的沉陷。
为防止坝顶低于设计高程和产生裂缝，施工时应严格控制碾压标准并预留沉陷量，使竣工时坝顶高程高于设计高程。
第三节-土石坝的渗流分析
第三节 土石坝的渗流分析一、渗流分析的目的1) 确定浸润线的位置； 2) 确定坝体和坝基的渗流量； 3) 确定渗流逸出区的渗透坡降。
二、渗流分析方法常用的渗流分析方法：流体力学方法、水力学方法、流网法和试验法。
三、水力学方法水力学方法基本假定: 均质, 层流, 稳定渐变流。
1）渗流计算的基本公式图4－19表示一不透水地基上的矩形土体，土体渗透系数为k ，应用达西定律和假定，全断面内的平均流速v 等于：dxdykv -= （4-8） 设单宽渗流量为q ，则：dx dykyvy q -== （4-9）将上式分离变量后，从上游面（x=0，y=H 1）至下游面（x=L ，y=H 2）积分，得：L kqH H 22221=- 即： LH H k q 2)(2221-= （4-10）若将式（5-9）积分限改为：x 由0至x ，y 由H 1至y ，则得浸润线方程：xy H k q 2)(221-=即： x kqH y 221-= （4-11） 2）水力学法渗流计算用水力学法进行土坝渗流分析时，关键是掌握两点：一是分段，根据筑坝材料、坝体结构及渗流特征，把复杂的土坝形状通过分段，划分为几段简单的形状。
二是连续，渗流经上游面渗入、下游面渗出，通过坝体各段渗流量相等。
以此建立各段渗流之间的联系。
一、不透水地基上土坝的渗流计算 （一）均质土坝的渗流计算1．下游有水而无排水设备或有贴坡排水的情况如图4－20所示，可将土石坝剖面分为三段，即：上游三角形段AMF 、中间段AFB″B′以及下游三角形B″B′N。
根据流体力学原理和电模拟试验结果，可将上游三角形段AMF 用宽度为△L 的矩形来代替，这一矩形EAFO 和三角形AMF 渗过同样的流量q ，消耗同样的水头。
△L 值可用下式计算： 11121H m m L +=∆ （4-12）式中：m 1为上游边坡系数，如为变坡可采用平均值。
于是可将上游三角形和中间段合成一段EO B″B′,根据式(4-10），可求出通过坝身段的渗流量为：L H a H k q '+-=2])([220211 （4-13）式中：a 0 为浸润线逸出点距离下游水面的高度；H 2 为下游水深；L '为EO B″B′的底宽，见图5-20。
水利工程施工 第四章 土石坝工程
四. 坝面作业
• 施工程序（开采/运输）/铺土/平土/洒水/压 实/质检（平碾压实后需要刨毛4-5cm）卸 料、铺料、加水、压实、质检等坝面作业 应采用流水作业法组织施工，即将坝面分 成若干个大致相等的填筑块（2～4个）， 依次完成填筑的各道工序，使各工作面上 所有工序能够连续进行。分块长度一般 50～100 m
1. 卸料和铺料
• 卸料和铺料有三种，即进占法、后退法和综合法。 一般采用进占法，厚层填筑也可采用混合法铺料， 以减小铺料工作量。进占法铺料层厚易控制，表 面容易平整，压实设备工作条件好。一般采用推 土机进行铺料作业，其功率根据施工强度及料物 性质，一般应大于132.4 kw（180 HP）。铺料应 保证随卸随铺，确保设计的铺料厚度。
二.料场开采和坝料加工
料场开采前应做好以下准备工作： ①划定料场范围。 ②分区分期清理覆盖层。 ③设置排水系统。 ④修建施工道路。 ⑤修建辅助设施。坝料的开采和加工，应参考已建工程经验，结合 本工程情况，进行必须的现场试验，选择出合适的工艺过程。 一般包括： ①调整土料含水量试验。 ②堆石料爆破试验。 ③掺合料的掺合工艺试验。 ④各种料的碾压压实试验。
2. 填料加水
• 填料加水一般有两种，在运输道路上向自 卸车中加水和坝面上加水。还可以两种办 法综合应用。洒水与碾压的顺序要经试验 后确定，一般碾前加一次，然后边加边碾。 堆石洒水30％－50％，砂砾料20％－40％
3. 坝体压实
(1) 目的：γ干↗，σ压↗，e渗↘ (2) 机械：羊角碾/震动碾/气胎碾/夯板 (3) 标准：黏性土干容重γd；非黏性土-相对密度D—>干容重γd （垫层，堆石，坝壳γd 2.1～2.3， D 0.65～0.75） 大中型工程一般需要进行现场碾压试验，为设计和施 工提供切合实际工程情况的碾压参数。其任务是：核 实坝体填筑设计压实标准的合理性，如所规定的压实 干密度、孔隙率能否达到。设计阶段的碾压试验是确 定合理的压实标准，选择适合的填筑压实机械，确定 适宜、经济的压实参数，如铺层厚度、碾压速度、碾 压遍数、加水量等。施工初期的碾压试验是研究和完 善填筑的施工工艺和措施，并据此制定填筑施工的实 施细则。
土石坝课设
第一章课程设计目的课程设计包括土石坝设计的主要理论与计算问题，通过课程设计可以达到综合训练的目的。
学会融会贯通“水工建筑物”课程所学专业理论知识，完成土石坝较完整的设计计算过程，以加深对所学理论的理解与应用。
培养综合运用已学的基础理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能，全面分析考虑问题的思想方法、工作方法。
培养设计计算、绘图、编写设计文件、使用规范手册和应用计算机的能力。
提高查阅和应用参考文献和资料的能力。
第二章课程设计题目描述和要求（一）课程设计题目描述1、流域概况及枢纽任务某水库枢纽位于某河上游，全河流域面积5863km2，流向自西向东，干流的平均比降为2%--3%。
流域内多石山，小部分为丘陵，水土流失不严重。
本枢纽工程是以发电为主兼顾灌溉和供水的综合利用工程，水库的总库容为1450万m3，发电引水高程为197.5m，最大引水流量为73m3/s，发电装机容量3万kW。
灌溉下游左岸耕地2.3万m2，灌溉最大引水流量35m3/s，引水高程202.5m。
2、地形地质坝址处的岩体可大致分为新鲜岩石、弱风化、强风化及河床卵石覆盖层。
河槽高程为181.8m，河槽处卵石覆盖层为4m，强风化层厚度为3m，弱风化层厚度为6m，基岩岩体较完整，无特殊不利地质构造。
两岸风化较深呈带状，覆盖层较少，厚度一般地2---3m ，强风化层厚1—2m，弱风化层厚度为5－8m，坝址两岸均为花岗岩，岩石坚硬，裂隙不发育。
3、建筑材料粘土料、砂料、石料在坝址上、下游均有，坝址下游5公里以内砂储量丰富，可供建筑使用。
土石料计算参数粘土18.7 28 e=0.65 18 15 3.6⨯10-4砂砾料19.5 19 n=25% 35 0 6.0⨯10-2土石料20 22 e=0.45 27 10 1.8⨯10-3堆石料22 15 n=25% 38 04、水文坝址以上控制集雨面积128km2，多年平均流量3.5m3/s，平均年径流量9776.2 m3。
第三节土石坝的渗流分析
第三节土石坝的渗流分析土石坝是一种常见的水工结构，用于拦截水流，形成水库储存水资源。
而土石坝在水库的稳定性和安全性方面的最关键问题之一就是渗流问题。
土石坝的渗流分析是为了确定渗流路径和渗流量，从而评估土石坝的稳定性。
土石坝渗流分析的基本理论是达西定律和渗流理论。
根据这两个理论，土石坝的渗流规律可以用渗流方程描述：Q=K×A×i其中，Q是坝体中的渗流量，K是渗透系数，A是渗透面积，i是渗透坡度。
渗透系数是描述土体渗透性质的重要参数，可以通过实验或采样测试得到。
渗透面积是指单位时间内的水流面积，可以通过计算得到。
渗透坡度是指单位长度内的水头差，可以通过坝体的水头测量得到。
土石坝的渗流分析可分为两种情况：一种是均匀渗流情况，另一种是非均匀渗流情况。
对于均匀渗流情况，可以通过渗透方程计算渗流量。
首先需要确定渗透系数，可以采用实验数据或经验公式计算。
然后确定渗透面积和渗透坡度，可以通过坝体的几何和水头测量来计算。
最后代入渗透方程计算出渗流量。
对于非均匀渗流情况，渗流路径复杂，需要进行更详细的分析。
可以采用有限元或有限差分等数值方法进行渗流分析。
首先需要建立坝体的几何模型，包括土石的分层结构、渗透性质等。
然后根据渗透方程和边界条件进行数值计算，得到各点的水头和渗流量分布。
通过分析水头和渗流量的分布，可以评估渗流路径和渗流量，为土石坝的稳定性和安全性评估提供依据。
总之，土石坝的渗流分析是土石坝设计和安全评估的重要内容。
通过理论分析和数值计算，可以得到土石坝的渗流路径和渗流量，评估土石坝的稳定性和安全性，为工程设计和运行提供科学依据。
同时，渗流分析还可以指导渗流控制和排水措施的设计，提高土石坝的渗流性能。
第四章土石坝工程
第四章土石坝工程第四章土石坝工程本章重点：①料场规划内容和选用的原则；②土方工程挖运机械的类型及适用条件；③挖运机械配套方案的选择与计算；④坝面作业有的关问题；⑤土石坝施工的质量控制。
其中④、⑤是本章的重点和难点。
第一节土石料场的规划本节重点了解料场规划的内容和选用的基本原则。
料场的规划分为时间上的规划、空间上的规划、质与量的规划等。
一、时间上的规划所谓时间规划,就是要考虑施工强度和坝体填筑部位的变化。
随着季节及坝前蓄水情况的变化,料场的工作条件也在变化。
在用料规划上应力求做到上坝强度高时用近料场,低时用较远的料场,使运输任务比较均衡。
对近料和上游易淹的料场应先用,远料和下游不易淹的料场后用；含水量高的料场旱季用,含水量低的料场雨季用。
在料场使用规划中,还一部分近料场供合龙段填筑和拦洪渡汛高峰强度时使用。
此外,还应对时间和空间否则会产生事与愿违的后果。
二、空间上的规划所谓空间规划,系指对料场位置、高程的恰当选择,合理布置。
土石料的上坝运距尽可能短些,高程上有利于重车下坡,减少运输机械功率的消耗。
近料场不应因取料影响坝的防渗稳定和上坝运输；也不应使道路坡度过陡引起运输事故。
坝的上下游、左右岸最好都选有料场,这样有利于上下游左右岸同时供料,减少施工干扰,保证坝体均衡上升。
用料时原则上应低料低用,高料高用,当高料场储量有余裕时,亦可高料低用。
同时料场的位置应有利于布置开采设备、交通及排水通畅。
对石料场尚应考虑与重要建筑物、构筑物、机械设备等保持足够的防爆、防震安全距离。
三、质与量上的规划料场质与量的规划,是料场规划最基本的要求,也是决定料场取舍的重要因素。
在选择和规划使用料场时,应对料场的地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标进行全面勘探和试验。
勘探精度应随设计深度加深而提高。
在施工组织设计中,进行用料规划,不仅应使料场的总储量满足坝体总方量的要求,而且应满足施工各个阶段最大上坝强度的要求。
料尽其用,充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料是土石坝料场规划的又一重要原则。
《水电工程设计》第04章 土石坝设计
第四章土石坝设计第一节概述一、土石坝类型（一）碾压式土石坝根据坝体横断面的防渗材料及其结构，辗压式土石坝分为以下三类：1. 均质坝坝体的绝大部分是由大体上均一的土料组成。
2. 分区坝坝体由土质防渗体及若干透水性不同的土料分区所构成，其中土质防渗体设在坝体中部或稍向上游倾斜的称为心墙坝或斜心墙坝，设在坝体上游面或接近上游面的称为斜墙坝。
此外，还有其它形式的分区坝，如上游断面为防渗土料、下游断面为透水料；由坝中心向外壳透水性逐渐增大的分区坝等。
3. 人工防渗材料坝坝的防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料组成，而其余部分由土石料构成。
其中防渗体在上游面的称为面板坝，防渗体在坝体中央的称为心墙坝。
沥青混凝土防渗体也可做成斜心墙。
震动辗的发明和应用极大地提高了坝体质量、目前大都采用碾压式土石坝。
本章以后所提到的土石坝指的就是这种坝型。
（二）水中填土坝在坝的填筑面筑畦埂，分成若干畦块，向畦块内灌水深几十厘米，然后向水中填土，填土厚度约为水深的2.5~4倍。
由运输工具压实或用拖拉机专门碾压。
所用土料宜为结块的但易于湿化崩解的，黄土类土及含砾风化粘性土最适宜。
筑这种坝应有充足的水源，每立方米填土需水约1m3。
与碾压坝相比，水中填土坝可省去碾压设备，对土料含水量限制不严，小雨可以施工，故填土单价较低，施工速度较快。
但填土干容重较低，孔隙压力较高，施工期对坝坡稳定不利。
故施工速度也受到一定限制，坝坡较平缓，工程量比碾压式坝大些。
对于高坝，应仔细研究，并与碾压式坝作经济比较然后选定。
水中填土坝一般采用均质坝。
如果坝址有多种土料，亦可采用多种土质坝，在坝壳部位填筑抗剪强度高的砂卵石、风化岩块或开挖基础和泄水建筑物的石渣，而将水中填土限制在心墙或斜墙部位。
这种坝型目前已较少采用。
（三）水力冲填坝在坝的填筑面上下游边筑围埂，把泥浆输送到围埂形成的沉淀池内，泥浆经脱水固结，形成均匀密实的坝体，称为水力冲填坝。
自流式冲填坝是将坝两岸高处的黄土或砾质风化土用水枪冲成泥浆，自流入沉淀池，我国俗称水坠坝。
《水利工程概论》第四章-4 土石坝
土石坝的剖面形状和构造
设置马道和排水沟，用以拦截雨水、防止坝面冲刷。
土石坝的剖面形状和构造
土石坝一般由以下几部分组成： 坝体 坝的主体 防渗体 控制坝体浸润线位置，保持坝体渗流稳定性 排水设施 安全地排出坝体的渗水，加速孔隙水压力的
消散，防止下游坝坡的渗透破坏 护坡 防止波浪、气温、雨水等自然现象对坝坡的危害
土及土力学基本知识
土：是岩石经风化后，产生崩解、破碎、变质，又经过 各种自然力搬运，在新的环境下沉积下来的颗粒状松散 堆积物。
土的作用是： （1）承受其上的结构载荷； （2）作为材料，修建坝堤、路基等。
土及土力学基本知识
材料的物理性4因素：粒度、密度、湿度、 构度
土 力 学
力学3性能：渗透性、压缩性、抗剪性 土体（地基、边坡、洞室）的
土及土力学基本知识
土的抗剪性
土的抗剪强度是土的重要力学性 质指标。土体的破坏，其本质是剪切 破坏。
例如边坡太陡、在雨季或受到震 动后，容易产生滑动破坏，滑动面显 然属剪切破坏面，这种情况比较常见， 具有直观性；又如地基破坏，直观上 是受压，但本质上也是剪切破坏，在 地基中形成两个大体对称的滑动破坏 面，这种情况较少见到，通常不具有 直观性。
土及土力学基本知识
在土的粒径级配曲线上纵坐标为 10所对应的粒径 称为 有效粒径； 与 的比值称为不均匀系数 ，即：
值越小，曲线越陡，土越均匀； 值越大，曲线越平缓，土越不均匀； 级配良好，作填方，砂垫层，易于获得较大密实度。 当 < 5时，曲线很陡，表示土均匀； 当 > 10 时，曲线很平缓，表示土的级配良好。
我国已建和在建高土石坝（坝高大于100m）
坝高（m） 133 133 101．8 107 102．5 100 114 103．8 120 122 178 154 138 133 123．5 120 110．7 104．5 104 103
第三节土石坝的渗流分析
q
q1
q2
K
h2 e
H2 2
2L
KT
he H 2 nL
T
根据流量连续，联解以上两式可求得 q 和 he
32
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3、设有截水墙的斜墙坝渗流计算
把斜墙和截水墙与下游坝体和坝基分别进行计算。 并取斜墙和截水墙的平均厚度为δe、δ，则通过 斜墙、截水墙的渗流量可按下式计算:
q Ke
H2 1
4
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渗流分析方法
（3）数值解法
渗流计算的数值解法一般采用有限单元法。有 限单元法是目前解决复杂渗流问题的最有效方 法，对I、II级坝和高坝应采用数值法计算渗流 场的要素。
（4）流网法
用手工绘制流网，利用流网求解平面渗流问题 的水力要素，也可用来解决较复杂的边界问题。
5
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L0/T 20 5 4 3 2 1 n 1.15 1.18 1.23 1.3 1.44 1.87
浸润线仍按式(5-6)计算，此时应将渗流量q
用坝体渗流量q1代替。
y 2 H（152 -6）2Kq1 x
29
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（2）有截水墙的心墙坝渗流计算
有限透水深度地基的心墙坝，一般可做 成有截水墙的防渗形式（图5-6）。计算 时假设上游坝壳无水头损失（因为坝壳 土料为强透水土石料），心墙上游面的 水位按水库水位确定。因此，只需计算 心墙、截水墙和下游坝壳两部分。
坝体、坝q基2 的K单T 宽(H渗1 n流LH0(总d2 ))量T q为：
q
q1
q2
K
H2 1
H2 2
2L
(5K-1T 4(H)
1
H nL0
2
第四章土石坝工程
根据施工方法的不同，可分：
干填碾压、水中填土、水力冲填（包括水坠坝）和
定向爆破修筑等。以碾压式土石坝最多。
碾压式土石坝的施工包括准备作业、基本作业、辅助作
业和附加作业。
准备作业：四通一平，架设通讯线路，修建生产、生活、 办公用房、排水清基等。 基本作业：料场土石料开采，挖、装、运、卸和坝面铺 平、压实、质检。
辅助作业：清除施工场地及料场的覆盖，从上坝土料中
剔除超径石块、杂物，坝面排水、层间刨毛和加水等。 附加作业：坝坡修整，铺砌护面块石及铺植草皮等。
一、土石坝（当地材料坝）筑坝材料及其要求 在选坝阶段应从空间与时间、质与量等方面进行全面规划。
料场土料的储量一般要求是设计工程量的1.5～2.0倍，并要求 提供备用料场。 粘性土料采用钻探或坑探取样。 砾石类土用 坑探取样，布孔间距50～100m。 防渗料的勘探要仔细按深度 查明天然含水量。 堆石料的勘探可以采用钻探及洞探。 ⒈ 防渗料 防渗性：渗透系数不大于1×10-5cm/s时，一般即可满足要 求。 施工性：土料的天然含水量在最优含水量附近，无影响压 实的超径材料，压实后的坝面有较高的承载力。
场地不同设计标高的比较
因此，在确定场地设计标高时，应结合现场的具体条件反复进
行技术经济比较，选择其中一个最优的方案。其原则是： （1）应满足生产工艺和运输的要求； （2）充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计 标高； （3）使挖填平衡，土方量最少； （4）要有一定泄水坡度(≥2‰)，使能满足排水要求； （5）要考虑最高洪水位的影响。
② 三填一挖或三挖一填方格，由式(2.13)： (+)
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0.5的等势线为分界面，下游水位以下部分以铅直面作为分界面，
筑
与实际情况更相近，则通过下游楔形体上部的渗流量 q 2 为：
q20 a0K m 2 y 0.5yd yK m 2a 00.5
物
水 工 建 筑 物
通过下游楔形体下部的渗流量 q 2 为
q2K (m2
a0H2
0.5)a0
m2H2 12m2
此处加标题
4第四章土石坝第三节
眼镜小生制作
渗流分析的目的和方法
（一）渗流分析的目的
水
(1)确定坝体浸润线和下游渗流出逸点的位置。 （2）确定坝体与坝基的渗流量,以便估计水库渗漏损
失和确定坝体排水设备的尺寸。
工
（3）确定坝坡出逸段和下游地基表面的出逸坡降, ,以 判断该处的渗透稳定性。
（4）确定库水位降落时上游坝壳内自由水面的位置,
估算由此产生的孔隙水压力,供上游坝坡稳定分析之用。
建
(二)渗流分析的方法
筑
解析法分为流体力学法和水力学法。本节主要介绍水力学法。 手绘流网法是一种简单易行的方法,能够求渗流场内任一点渗流要素
,并具有一定的精度,但在渗流场内具有不同土质,且其渗透系数差别
较大的情况下较难应用。
物
渗流分析的水力学法
（一）计算情况:
即
q K(H12 y2)
2x
y
H12
2q K
x
由式可知,浸润线是一个二次抛物线。式当渗流量q已知时,即可绘
制浸润线,若边界条件已知,即可计算单宽渗流量。
（二）不透水地基上均质土石坝的渗流计算
（1）土石坝下游有水而无排水设备的情况。 当下游无水时,以上各式中的H2=O;当下游有贴坡排水时,因贴坡
式排水基本上不影响坝体浸润线的位置,所以计算方法与下游不设排 水时相同。
l 坝身段的渗流量为:
q1KH12(2H L2a0)2
(4-15)
水 式中 a 0 ——浸润线出逸点在下游水面以上高度；
K ——坝身土壤渗透系数；
工
H1 ——上游水深；
HL2
——下游水深； ——见图(4-6)。
建
l下游楔形体的渗流量：可分下游水位以上及以下两部分计算。 根据试验研究认为，下游水位以上的坝身段与楔形体段以1：
通过下游楔形体的总渗流量为 q 2 :
q2q2q2K m 2a 00.5(1a0 H a 2 m H 2)
式中
am
m2
2m2 0.52
l l
水流连续条件： q1 q2 q
未知量的求解：两个未知数渗流量 q 和逸出点高度
a
0。
浸润线由式(4-13)确定。上游坝面附近的浸润线需作适当修正:自 A点作与坝坡AM正交的平滑曲线,曲线下端与计算求得的浸润线相 切于A’点。
坝体浸润线：可不考虑坝基渗透的影响,仍用地基不透水情况下
的结果。
建
对于有褥垫排水的情况,因地基渗水而使浸润线稍有下降,可近似 地假定浸润线与排水起点相交。由于渗流渗入地基时要转一个90的弯,
流线长度比坝底长度L要增大些。根据实验和流体力学分析,增大的长
筑 度约为0.44T。(T为地基透水层的厚度)。这时,通过坝体和坝基的渗流 量可按下式计算:
① 上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；
水
② 上游设计洪水位与下游相应的最高水位；
③ 上游校核洪水位与下游相应的最高水位；
④ 库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。
工
1.渗流基本公式 对于不透水地基上矩形土体内的渗流,如图所示。
建
筑
物 渗流计算图
水 工 建 筑 物
q = K(H12 H22)
2L
x
筑
q2hL{H (12(H2h0)2}
物
当下游无水时,按上述褥垫式排水情况计算。
（三）有限深透水地基上土石坝的渗流计算
（1）均质土石坝
水 工
渗流量：可先假定地基不透水,按上述方法确定坝体的渗流量q 1和 浸润线；然后再假定坝体不透水,计算坝基的渗流量q 2 ；最后将 q 1 和q 2 相加,即可近似地得到坝体和坝基的渗流量。
以下游有水而无排水设备的情况为例。
计算时将土坝剖面分为上游楔形体,中间段和下游楔形体三段,如 图所示。
水
工
l 等效矩形宽度：，值由下式计算:
建
L H
m1
2m1 1
筑
式中 m 1 ——上游坝面的边坡系数,如为变坡则取平均值；
H 1 ——上游水深。
物
l 计算对象：坝身段(AMB”)及下游楔形体段(B’B”N)。
式中
Q= 1 2 q 1 l1 ( q 1 q 2 ) l2 ( q n 2 q n 1 ) ln 1 q n 1 ln
l 1 、 l2ln ——各段坝长； q 1 、 q2qn ——断
渗流分析的手绘流网法
（一）流网的特性
流量。
工
当下游有水时,可近似的假定浸润线逸出点在下游水面与堆石棱 体内坡的交点处,用上述同样的方法进行计算。
（3）斜墙土石坝 有限深透水地基上的斜墙土坝,一般同时设有
建
截水墙或铺盖。前者用以拦截透水地基,后者用以延长渗径、减小 渗透坡降,防止渗透变形,两种结构的布置如图所示。
1)有截水墙的情况 它与心墙土坝的情况类似,
物
qq1q2K2 H L 1 2KTL T0.1 4 H T 4
式中的q用坝身 q 1的渗流量。
（2）心墙土石坝
心墙、截水墙段:其土料一般是均一的,可取平均厚度进行计算。
若心墙后的浸润线高度为h，则通过心墙、截水墙的渗流量 q 1
水
下游坝壳和坝基段:由于心墙后浸润线的位置较低,可近似地取浸 润线末端与堆石棱体的上游端相交,然后分别计算坝体和坝基的渗
筑
当下游无水时，H2=0，L1=L。当T=0时，也可得出不透水地基 上斜墙坝的渗流计算公式。
2)有铺盖的情况 当铺盖与斜墙的渗透系数比坝体和坝基的渗
透系数小很多时，可近似地认为铺盖与斜墙是不透水的，并以铺
物
盖末端为分界线，将渗流区分为两段进行计算。
水 工
(四)总渗流量计算
计算总流量时，应根据地形及透水层厚度的变化情况，将土石坝沿 坝轴线分为若干段，如图所示，然后分别计算各段的平均单宽流量， 则全坝的总渗透流量Q可按下式计算：
当下游无水时,以上各式中的H2=O;当下游有贴坡排水时,因贴式排 水基本上不影响坝体浸润线的位置,所以计算方法与下游不设排水 时相同。
（1）有褥垫排水的均质坝
水
工
y
H12
2q k
x
建
h0 L2H12 L
筑
物
q2hL(H12 h02)
（2）有棱体排水的均质坝
水
工
h0L2(H1H2)2L
建
y
H12
2q k