水工建筑物土石坝设计
《水工建筑物》第四章：土石坝的剖面设计构造、筑坝材料、渗流及稳定分析、裂缝控制及地基处理等基础知识
第四章 土石坝
土石坝
第一节 概述
一、 土石坝及其优缺点 土石坝是土坝与堆石坝的总称。
土坝：土和砂砾石为主； 堆石坝：石渣、卵石、爆破石料为主。 土石混合坝：上述材料按一定的比例选择。 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 土石坝 重力坝 拱坝 支墩坝 总计
各坝型数量的比价
天生桥一级
小浪底
土石坝
枢纽名称 糯扎渡 瀑布沟 苗家坝 三板溪 洪家渡
建成或在建的大型土石坝
省份 云南 四川 甘肃 贵州 贵州
河流 澜沧江 大渡河 白龙江 清水江 六冲河
坝型 最大坝高（m）
心墙堆石坝
258
心墙堆石坝 186（2009）
面板堆石坝
111
面板堆石坝 185.5 （2006）
面板堆石坝 179.5 （2004）
②为最大风雍高度，可按下式计算： e 0.036 v f 2 D cos
2gH
vf——风速；D——库面吹程；H——库前水深； α——风向与坝轴线法向方向夹角。
土石坝
土石坝
③安全超高A按坝的级别和运用情况根据下表确定（单位：m）
坝的级别
1
2
3 4、5
正常（设计、正常蓄 水位）
1.5
1.0
0.7
坝顶高程
静水位
风雍水面
1：m
R——波浪爬高；e——风雍高度；A——安全加高
土石坝
坝顶高程计算时应注意： ①《碾压式土石坝设计规范》中规定波浪爬高R按不规则波
进行计算： 计算出平均爬高Rm后，再根据爬高统计分布与平均 爬高之间的关系进行换算： 设计爬高按工程等级确定——对I、II、III级土石 坝，取累积频率为1%的爬高值，对IV、V级土石坝， 取累积频率为5%的爬高值。
土石坝边坡稳定性的设计与分析
土石坝边坡稳定性的设计与分析摘要：在我国水利工程的建设与施工过程中，土石坝属于一种极为常见的建筑结构，也是十分重要的水工建筑物，在水利工程建筑中有着举足轻重的地位。
通常而言，土石坝结构具有较强的稳定性，其施工工序也比较简单，因而在大部分水利工程中获得广泛应用，特别是北方地区。
同时，土石坝也存在一定缺点，土石坝边坡容易出现不稳定现象，而土石坝边坡的不稳定现象会影响整体工程的安全性。
本文根据水利工程中土石坝相关知识进行阐述，并指出存在的问题及原因，提出水利工程土石坝的设计与防治要点。
关键词：土石坝；边坡稳定；设计分析引言在所有结构工程领域，采用可靠度理论与方案进行分析与设计已经成为了当前的一种趋势，而关于《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》的可靠度理论已经在很多混凝土结构、混凝土重力坝等项目结构中得到广泛应用，但在土石坝工程中应用成功案例并不多，必须加大力度提高大坝安全度。
1稳定性理论分析土坝的稳定性破坏有滑动、液化及塑性流动三种状态。
（1）坝坡的滑动是由于坝体的边坡太陡，坝体填土的抗剪强度太小，致使坍滑面以外的土体滑动力矩超过抗滑力矩，因而发生坍滑或由于坝基土的抗剪强度不足，因而坝体坝基一同发生滑动。
（2）坝体的液化是发生在用细砂或均匀的不够紧密的砂料做成的坝体中，或由这种砂料形成的坝基中。
液化的原因是由于饱和的松砂受振动或剪切而发生体积收缩，这时砂土孔隙中的水分不能立即排出，部分或全部有效应力即转变为孔隙压力，砂土的抗剪强度减少或变为零，砂粒业就随着水的流动向四周流散了。
（3）土坝的塑性流动是由于坝体或坝基内的剪应力超过了土料实际具有的抗剪强度，变形超过了弹性限值，不能承受荷重，使坝坡或者坝脚地基土被压出或隆起，因而使坝体的坝基发生裂缝、沉陷等情况。
软黏性土的坝或坝基，如果设计不良，就容易产生这种破坏。
进行坝坡稳定计算时，应该杜绝以上三种破坏稳定的现象，尤其前两种，必须加以计算以及研究。
2土石坝边坡稳定参数的统计应用可靠度理论于土石坝稳定问题时应首先确定基本随机变量,这些基本变量可以是几何尺寸、材料性能指标和作用荷载等。
《水工建筑物设计原理》-土石坝设计
《水工建筑物设计原理》-土石坝设计水工建筑物设计原理 - 土石坝设计引言水工建筑物是指用来调节、储存、分派水资源的工程结构。
而土石坝作为其中一种常见的水工建筑物，具有重要的工程意义和应用价值。
本文旨在介绍土石坝设计的基本原理。
土石坝设计的目标土石坝设计的目标是确保工程结构的安全性、稳定性和耐久性。
在设计过程中，需要充分考虑坝体的承载能力、滑坡和决口的稳定性、渗流控制以及排洪能力等因素。
设计原则土石坝设计应遵循以下原则：1. 坝体结构合理布置：需要确保坝体布置合理，以便坝体能够充分承载水压力，并保持稳定性。
2. 坝址选择：坝址选择应考虑地质条件、水文条件和河道特征等因素，以确保选择的坝址能满足工程的安全要求。
3. 材料选择：选择适合的土石材料，保证坝体结构的强度和稳定性。
4. 设计和施工阶段的监测：在设计和施工过程中，需要进行监测，及时发现和解决可能出现的问题，确保工程的正常进行。
5. 灌浆加固：对于土石坝的基础和坝体，可以采用灌浆加固的方法，提高工程结构的稳定性和安全性。
设计步骤土石坝设计的主要步骤包括：1. 坝址勘察：对可能的坝址进行勘察，分析地质、水文和河道特征等因素。
2. 设计洪水计算：根据设计洪水条件进行水力计算，确定设计洪水位和泄洪能力。
3. 坝体稳定性计算：进行坝体稳定性计算，考虑坝体受力特点和材料的力学性质。
4. 渗流计算与渗流控制：进行渗流计算，设计渗流控制措施，保证坝体的稳定性。
5. 坝顶和坝基排水设计：设计坝顶和坝基的排水系统，以控制地下水位和渗流压力。
6. 设计图纸和施工方案：根据设计结果，绘制施工图纸，并制定施工方案。
结论土石坝设计的原理包括合理布置坝体结构、选择适当坝址、合理选择土石材料、设计和施工过程的监测以及灌浆加固等。
在设计过程中，需要进行坝址勘察、洪水计算、稳定性计算、渗流计算与控制、排水设计以及制定设计图纸和施工方案等步骤。
通过遵循这些原理和步骤，可以设计出安全、稳定和耐久的土石坝工程。
水工建筑物-土石坝(第三章)
三、设计的基本要求 2.设置防渗和排水设施，控制渗流 土石坝挡水后，在坝体内形成渗流，在饱和
区，土石料承受上浮力，减轻了有效重量；浸水 使c、φ值减小；渗流力对坝坡稳定不利；渗流逸 出时可能引起管涌、流土等渗流破坏。设置防渗 和排水可以控制渗流范围、减小逸出比降，增加 抗滑和抗渗稳定。防渗设施还有利于减小坝体和 坝基的漏水量。
水布垭混凝土面板堆石坝
水布垭位于湖北巴东清 江上，坝高233m，坝 顶长576m。主体建筑 物有：混凝土面板堆石 坝、河岸式溢洪道、右 岸地下式电站厂房和放 空洞等。
土石坝
小浪底水电站位于 河南洛阳；大坝为 斜心墙土石坝，坝 高154m。
小浪底土坝
密云水库
土石坝
密云水库位于北京市密云县，水库库容 41．9亿m3 ，大坝为壤土斜墙土坝，总 长4559．5 m，最大坝高66m。密云水 库修建于上世纪50年代末，当时清华大学 组织了本科生、研究生、年青教师共计近 百人，分成近二十个组参与水位、地质、 水工、机电、环境、泥沙、专业的设计、 施工，前后历时2年。
2 gH m
式中 k——综合摩阻系数，其值在（1.5～5.0）
×10-6之间，计算时一般取3.6×10-6；
D ——风区长度（m）；
—H m—坝前风区水域平均水深（m）；
— —计算风向与坝轴线法线的夹角（°）；
w——计算风速（m/s），正常运用情况，1、2
w 级坝，取 =（1. 5～2.0） w，m3ax 、4级坝取
中、低坝 b=5～10m。 坝顶宽度必须考虑心墙或斜墙顶部及反滤层布 置的需要。在寒冷地区，坝顶还需有足够的厚度， 以保护粘性土料防渗体免受冻害。
以上、以下坝坡2系m数上 。m下
)
，m上
土石坝课程设计指导书
《水工建筑物》课程设计 土石坝设计指导书2011年3月《水工建筑物》课程设计土石坝设计指导书一、目的通过这次设计，综合运用工程制图、工程地质、水力学、土力学等课程知识，进一步掌握〈〈水工建筑物〉〉课程中“土石坝”的总体布置、土料设计、剖面拟定、渗流及坝坡稳定计算等内容。
定、渗流及坝坡稳定计算等内容。
二、资料及工程任务工程设计资料包括地形、地质资料，水文、水利计算资料、筑坝材料资料等。
地形地质资料提供电子版，其它资料见附录。
地形地质资料提供电子版，其它资料见附录。
三、设计要求和设计步骤1、考虑泄洪和输水要求进行总体枢纽布置，其建筑物包括土石坝、溢洪道、输水洞等。
水洞等。
2、综合分析比较确定土石坝坝型。
、综合分析比较确定土石坝坝型。
3、根据提供的料场资料，确定防渗料及坝壳堆石料填筑标准。
防渗粘土料按压实度98%控制，堆石料按孔隙率20%~28%控制。
控制。
4、利用已给的水库特征水位，考虑风浪及安全加高因素，按正常运行和非常运行情况中的最大值确定坝顶或防浪墙顶高程。
地震作用引起的沉降和涌浪综合考虑可取2.0m 。
5、按使用要求及工程经验确定坝顶宽度、上下游坝坡坡比，初步拟定大坝剖面尺寸。
尺寸。
6、选择最大横剖面进行渗流计算，确定单宽渗流量并绘制浸润线，同时进行渗透稳定性校核。
这部分可只进行正常蓄水位稳定渗流计算。
透稳定性校核。
这部分可只进行正常蓄水位稳定渗流计算。
7、以渗流计算剖面和相应工况为基准，进行下游坝坡稳定校核。
计算采用计及条块间作用力的简化毕肖普法，抗剪强度指标按表4-8选用。
注意为计算简便，堆石料强度指标不需按非线性强度包线修正；下游可按无水情况考虑。
便，堆石料强度指标不需按非线性强度包线修正；下游可按无水情况考虑。
8、进行细部构造设计：坝顶、护坡、反滤过渡层。
、进行细部构造设计：坝顶、护坡、反滤过渡层。
9、坝基防渗处理，帷幕灌浆深度及灌浆孔距、排距确定。
、坝基防渗处理，帷幕灌浆深度及灌浆孔距、排距确定。
土石坝(堤)施工设计规范
土石坝的工作特点和设计要求.微课概要
（一）稳定方面 1.工作特点：土石坝是散粒体结构，故失稳型式：部分坝坡（或 连同坝基）失稳。 2.设计要求：故设计时必须保证其上、下游坝坡平缓。
Q&A：坝坡平缓对工程有什么不利影响？
（二）渗流方面 1.工作特点：土石பைடு நூலகம்在Δ H作用下，在坝体内形成有压渗流。不仅使水
库损失水量，还易引起渗透变形。
坝体内渗流的水面线叫做浸润线。 渗流危害：引起渗透破坏；引起渗漏；引起滑坡等。
2.设计要求：应注意防渗。怎么做？
（三）冲刷方面 1.工作特点：土石坝为散粒体结构，抗冲能力很低。易受降
雨水、波浪的冲刷和淘蚀。
2.设计要求： （1）设置上、下游护坡；
（2）预留超高；
（3）泄水建筑物远离大坝主体。
（四）沉陷方面 1.工作特点：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。 2.设计要求：保证施工质量；预留坝高沉陷值。 分析以上工作特点，土石坝共有4部分组成：坝体（坝壳）、 防渗体、排水体、护坡。
水工建筑物·微课
土石坝的工作特点和设计要求
主讲人 冯 峰 专业带头人 副 教 授 博 士 后 高级考评员
2014.09
穆阳溪芹山水电站
鲁布革水电站
小浪底水利枢纽
水布垭水电站
天生桥一级水利枢纽
西霞院反调节水库
土石坝的工作特点和设计要求 优点： 1.就地取材； 2.对地形、地质适应性强； 3.现代化机械施工大大提高了施工进度； 4.安全可靠； 缺点： 1.坝坡缓、体积大，工程量大； 2.坝顶不能过水； 3.雨季不能施工。
谢谢各位！
主持单位:
黄河水利职业技术学院
福建水利电力职业技术学院 湖南水利水电职业技术学院
水工建筑物土石坝课程设计
水工建筑物土石坝课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握土石坝的基本结构、功能和组成部分；2. 使学生了解土石坝的设计原理和施工方法；3. 帮助学生了解土石坝在水利工程中的作用及重要性。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析土石坝工程案例的能力；2. 提高学生运用绘图软件绘制土石坝结构图的能力；3. 培养学生通过小组合作，解决土石坝设计过程中遇到的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对水利工程建设的兴趣，激发学生热爱水利事业；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实际操作和工程实践；3. 培养学生的团队协作意识，提高沟通与交流能力。
课程性质分析：本课程为水利工程学科的基础课程，旨在让学生掌握土石坝的基本知识，培养学生的工程实践能力。
学生特点分析：高二年级学生对水利工程有一定的了解，具备基本的物理和数学知识，但缺乏实际工程经验，需要通过课程学习，提高实际操作能力。
教学要求：1. 结合课本知识，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 设计丰富的教学活动，激发学生的学习兴趣，培养学生的团队协作能力；3. 强化课程目标，关注学生的学习成果，为后续教学和评估提供依据。
二、教学内容1. 土石坝的基本概念- 土石坝的定义、分类及用途- 土石坝在我国水利工程中的应用案例2. 土石坝的结构与组成- 坝体、坝基、坝壳、排水系统等基本结构- 各组成部分的材料及性能要求3. 土石坝设计原理- 坝型选择、坝体稳定性分析- 坝体材料的选择与配合设计4. 土石坝施工技术- 施工准备、施工方法及工艺- 施工质量控制与验收标准5. 土石坝工程案例分析与评价- 分析典型土石坝工程案例，了解工程实际应用- 评价土石坝工程的优缺点，探讨改进措施6. 土石坝结构图绘制- 运用绘图软件，绘制土石坝结构图- 学会标注、注释及图纸规范教学内容安排与进度：第一周：土石坝基本概念、分类及用途第二周：土石坝结构与组成、材料性能要求第三周：土石坝设计原理、坝型选择第四周：土石坝施工技术、质量控制第五周：土石坝工程案例分析、评价第六周：土石坝结构图绘制、图纸规范教材章节关联：本教学内容与教材中“土石坝工程”章节相关，涵盖该章节的主要知识点。
水工建筑物课程设计土石坝
水工建筑物课程设计土石坝一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握土石坝的基本结构、工作原理及功能；2. 使学生了解土石坝的设计原则、施工方法及质量控制要点；3. 帮助学生认识土石坝在我国水利工程中的应用及其重要性。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析土石坝工程问题的能力；2. 提高学生设计土石坝方案并进行合理优化的能力；3. 培养学生运用专业软件进行土石坝结构分析的计算能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对水利工程专业的热爱，增强职业责任感；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与创新；3. 增强学生环保意识，认识到水利工程在保护生态环境中的重要作用。
课程性质：本课程为专业核心课程，以理论教学与实践操作相结合的方式进行，旨在培养学生具备土石坝工程设计、施工及管理等方面的专业素养。
学生特点：学生已具备一定的水利工程基础知识，具有较强的求知欲和动手能力，但缺乏实际工程经验。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调实际操作能力的培养，提高学生解决实际工程问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 土石坝概述- 土石坝的定义、分类及结构组成- 土石坝的工作原理及功能特点2. 土石坝设计原则与要求- 设计原则：安全、经济、环保、美观- 设计要求：坝体稳定性、渗流控制、结构强度、变形控制3. 土石坝施工技术- 施工准备：材料选择、施工组织设计- 施工方法：填筑、压实、防渗、排水、护坡- 施工质量控制：碾压、检测、验收4. 土石坝工程案例分析与评价- 国内外典型土石坝工程案例介绍- 案例分析与评价：结构设计、施工技术、工程效益5. 土石坝管理与维护- 管理制度与措施：巡视、监测、维修、加固- 维护方法：坝体加固、渗流控制、环境整治教学大纲：1. 土石坝概述（1课时）2. 土石坝设计原则与要求（2课时）3. 土石坝施工技术（3课时）4. 土石坝工程案例分析与评价（2课时）5. 土石坝管理与维护（1课时）教学内容安排和进度：1-2周：土石坝概述、设计原则与要求3-4周：土石坝施工技术5周：土石坝工程案例分析与评价6周：土石坝管理与维护教材章节：参考《水利工程概论》第3章“土石坝工程设计”相关内容。
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。
水工建筑物课程设计（土石坝设计）
⽔⼯建筑物课程设计（⼟⽯坝设计）⽔⼯建筑物课程设计任务书（Ⅱ）学院名称：能源与环境学院专业：⽔利⽔电⼯程年级：2008级1 设计题⽬⿊河⽔利枢纽⼟⽯坝设计2 主要内容本⼯程采⽤混合式开发，开发任务为发电，兼顾下游环境与⽣态⽤⽔。
该枢纽挡⽔建筑物为⼟⽯坝，坝体防渗体材料采⽤粘⼟；泄洪建筑物为布置在右岸的⽔⼯隧洞；引⽔发电隧洞亦布置在右岸。
枢纽主要⼯程参数：（⼀）发电及⽔库特征（1）、本电站装机容量_________万千⽡。
（2）、⽔库校核洪⽔位：_________m；⽔库设计洪⽔位：_________m；⽔库正常蓄⽔位：_________m，设计死⽔位：_________m；正常蓄⽔位以下相应⽔库库容________m3。
（3）、⼚房型式为引⽔式发电⼚房。
（4）、坝底⾼程为 ______ ___m。
（5）、多年平均最⼤风速__ ___m/s，库⾯吹程__ ___k m，风向与坝轴线垂直。
（6）、⼟⽯坝坝型为粘⼟__ ___堆⽯坝。
（⼆）地震设计烈度为度。
（三）河床处坝基相对不透⽔层埋深_____ ___m。
（四）其他___ __。
⿊河⽔利枢纽设计资料说明：⿊河⽔利枢纽位于四川省阿坝藏族羌族⾃治州九寨沟县境内，是⽩⽔江河⼲流⽔电规划“⼀库七级”开发⽅案的龙头⽔库梯级电站。
⾸部枢纽距九寨沟县县城约74km，⼚区距九寨沟县县城约54km，若尔盖—九寨沟公路从⼯程区通过，对外交通⽅便。
（⼀）⽔⽂（1）流域概况⽩⽔江系⽩龙江的⼀级⽀流，发源于岷⼭⼭脉东麓，分为⿊河和⽩河两源，两源于⿊河桥汇合后始称⽩⽔江，⾃西北向东南流，流经九寨沟县⽩河乡、安乐乡、城关、双河乡，⾃柴门关出四川境，流⼊⽢肃省⽂县，于碧⼝汇⼊嘉陵江⼀级⽀流⽩龙江。
⽩⽔江九寨沟县境内河道长约50km。
该河段南部与平武县境内的⽕溪河为界；西南部与松潘县岷江源头分⽔；西北毗邻黄河的⿊河流域；北接⽩龙江。
⽩河发源于岷⼭⼸杠岭⽃鸡台，由西南向东北流经九寨沟县的上四寨、塔藏乡后折向东南，右岸纳⼊九寨沟，于⿊河桥与西北流⼊的⿊河相汇。
水工建筑物课程设计——土石坝设计[1]
![水工建筑物课程设计——土石坝设计[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/ee5373642e60ddccda38376baf1ffc4ffe47e218.png)
水工建筑物课程设计——均质土坝设计一、设计目的：通过综合运用专业基础知识及水工建筑物课程的有关原理方法进行实际建筑物的设计，帮助学生加深对本课程知识的理解，提高学生理论联系实际的能力、绘图计算等能力，树立科学意识、责任意识和经济意识。
二、基本资料：1、河谷地形见附图。
2、天然材料。
在坝址附近3公里范围内渗透系数为k=10-5cm/s的土料储量丰富，砂石料分布较为广泛。
覆盖层厚度：岸坡3——5m，河床5——7m。
覆盖层渗透系数平均为10-2cm/s ——10-3cm/s.3、内外交通。
工程紧靠公路，与铁路线相距约10公里，交通便利，不需另外修建对外临时施工道路。
4、水库规划资料。
该工程主要为下游城市和农田供水，供水工程的最大引用流量为20m3/s。
水库正常蓄水位590 m、设计洪水位592 m、校核洪水位593m。
设计洪水流量1200m3/s,下泄允许最大单宽流量18m3/s。
水库最大风速12m/s，吹程D=5km。
三、设计任务：1、确定主要建筑物类型、尺寸并在地形图上进行布置；2、土坝渗流计算。
计算渗流坡降、，校核是否发生渗透变形，计算大坝总的渗流量。
根据需要设置防渗、排水、反滤层构造。
3、土坝稳定计算。
以圆弧滑动法或毕肖普法进行稳定分析。
4、其他细部构造设计，如护坡、马道、防浪墙等。
5、绘制设计图纸。
6、设计步骤：1、在分析基本资料的基础上拟定土坝的布置方案。
2、选定布置方案，拟定各部分的尺寸和构造；3、进行渗透、稳定和沉陷计算，确定满足设计要求的各项尺寸；4、各部分详细尺寸和细部构造设计；5、绘制设计图纸。
五、设计安排：1、提交成果：（1）每人提交设计计算书一份；（2）设计图纸一套（1号图纸）。
图纸内容：大坝建筑物总体布置图；大坝剖面图，护坡、防渗、排水、反滤层、防浪墙等细部构造图；溢洪道平面布置图，溢流堰设计图、下游消能防冲设施设计图。
引水隧洞纵、横剖面设计图。
2、设计时间：见设计任务安排。
水工建筑物土石坝课程设计
《水工建筑物课程设计》课题名称：土石坝设计专业班级：水工(本科） 13-3姓名：袁明炜编写日期： 2016年7月1日水利与环境学院摘要适当修建大坝可以实现一个流域地区发电、防洪、灌溉的综合效益.通过对地形地质、水文资料、气候特征的分析，结合当地的建筑材料，设计适合的枢纽工程来帮助流域地区实现很好的经济效益.根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄洪建筑物尺寸；通过分析，对可能的方案进行比较,确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；详细作出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸,拟定地基处理方案与坝身构造,进行水力、静力计算；对泄水建筑物进行设计，选择建筑物的形式、轮廓尺寸，确定布置方案。
水库配合下游河道整治等措施，可以很大程度的减轻洪水对下游城镇、厂矿、农村、公路、铁路以及旅游景点的威胁；可为发展养殖创造有利条件.目录第1章基本资料 01.1工程概况 01。
2水文与水利规划 01．气象 02．水利计算 01.3地形地质条件 01。
库区工程地质条件 (1)2.坝址区工程地质条件 (2)1.4建筑材料及筑坝材料技术指标的选定 (3)3．当地建筑材料 (5)2 枢纽布置 (7)2。
1坝轴线选择 (7)2。
2工程等级及建筑物级别 (8)2.3枢纽布置 (9)2。
3。
1 导流泄洪洞 (9)2.3.2 溢洪道 (10)2.3。
3灌溉发电洞及枢纽电站 (10)3.1坝型确定 (11)第3章坝工设计 (13)3.1土石坝断面设计 (13)3。
1.1坝顶高程 (13)3。
1。
2坝顶宽度 (15)3。
1。
3上下游边坡 (15)3。
1.4 坝底宽度 (16)3.2防渗体设计 (16)3。
2。
1。
坝体的防渗 (16)3。
2。
2防渗体的土料要求 (17)第4章坝体渗流计算 (18)4.1设计说明 (18)4.1.1土石坝渗流分析的任务 (18)4。
1.2渗流分析的工况 (18)4。
1。
土质心墙坝设计20120927
坝顶宽度确定
坝顶宽度确定： SL 274—2001及DLT 5295-2007《碾压式 土石坝设计规范》规定：高坝顶宽可选 为10~15m,中低坝顶宽可选5~10m.
坝坡坡率的确 定
土质方防渗体的心墙坝，
下游：坝壳采用堆石时，常用坡率为1:1.5~1:2.5， 坝壳采用土料时，常用坡率为1:2.0~1:3.0
SL274-2001：坝顶高程应高于坝体侵润线出逸点，超过的高度应使坝体侵润线在
该地区的冻结深度一下，1级，2级坝不小于2.0m，3、4级坝不小于1.5m，并应超 过波浪沿坡面的爬高；底脚应设置排水沟或排水体；材料应满足防浪护坡的要求。
DLT5395-2007：坝顶高程应超出下游最高水位，超过的高度，1、2级坝不应小
波浪爬高值ha计算
规范规定，设计波浪爬高值应根据工程等级确定，1~3级采用累计频率为1%
的爬高值，4~5级采用累计频率为5%的爬高值。需用相应的浪高h通过下式计
算波浪爬高值。
1)当上游坝坡参数m=1.5~5.0时，
2)当m≤1.2时，
ha=KΔKw[hL/(1+m2)]1/2
ha=KΔKwRoh 3)当1.25<m<1.5时，由m=1.25和m=1.5的计算值按内插法求得。
SL274-2001规定，当砂砾石层深度在15m以内，宜采用明挖回填粘土截
水槽； DLT-5395-2007规定，当砂砾石层深度在20m以内时，宜采用明挖回填粘 土截水槽，超过20m时经技术经济比较，也可采用明挖回填混凝土截水 槽；
水工建筑物（第5版），砂砾石层深度在10~15m以内，或不超过20m时
与基岩接触面抗渗流冲刷的容许比降以及施工条件确定。容许必将一般 对沙壤土取3，壤土取3~5，粘土取5~10.截水槽上部与坝的防渗体连成整 体，下部与基岩紧密结合，形成一个完整的防渗体系。截水槽的开挖深 度一般不超过20m。
水工建筑物课程设计---水库及大坝设计
水工建筑物课程设计---水库及大坝设计一、课程设计背景和目的水库和大坝是水工建筑物中非常重要的一类，涉及到人类工程建设中关键的水资源管理和利用。
本课程设计旨在通过设计一个水库和其附属的大坝结构，让学生深刻理解水库和大坝的设计原理和关键技术，掌握相关的设计方法和计算技巧，培养其工程实践能力和创新思维能力。
二、课程设计内容和要求（一）水库选址和水量计算1. 在某个地区选定一块土地，根据当地的地形和水文特点确定水库选址，绘制水库选址图。
2. 根据当地的水文气象数据，计算出水库的总库容、常水位和死水位。
3. 进行水量平衡计算，确定设计年径流量和设计灌溉面积。
（二）水库形状和结构设计1. 根据已有的水文特征和选址条件，确定水库的形状和尺寸，绘制水库的三维模型和平面图。
2. 根据水库的尺寸和水位高程，进行坝体和坝基的设计计算，包括坝的高度、宽度、厚度等参数，以及坝基的基础承载力和抗滑稳定性计算。
3. 设计水库取水口和泄洪口，包括取水设计流量和滤水设计流量的确定，以及泄洪水位和泄洪能力的计算。
（三）大坝材料和施工方法选择1. 根据水库选址条件和周边地质条件，选择合适的大坝材料和施工方法，包括土石坝、混凝土坝、拱坝等，以及相关的建造工艺和流程。
2. 对所选的大坝材料和施工方法进行技术经济评价和比较，确定最终方案。
（四）结构稳定性和安全评估1. 对设计的坝体和坝基结构进行力学计算，评估结构的稳定性和安全性。
2. 对大坝的地震响应进行分析和评估，计算地震力矩和地震引起的坝体位移等参数。
（五）施工图绘制和报告撰写1. 根据所设计的水库和大坝结构，绘制详细的施工图，包括平面图、立面图、剖面图、节点图等。
2. 撰写完整的课程设计报告，包括选址和水量计算、结构设计、材料和施工方法选择、结构稳定性和安全评估、施工图绘制等内容，以及分析和评价课程设计中遇到的问题和解决方法。
三、课程设计评价标准1. 设计方案切实可行，符合安全性和经济性要求。
水工建筑物——土石坝的特点和分类
水工建筑物——土石坝的特点和分类土石坝是指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、碾压等方法堆筑成的挡水坝。
当坝体材料以土和砂砾石为主时，称土坝；以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；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。
土石坝历史悠久，是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。
土石坝得以广泛应用和发展的主要原因包括以下几个方面：1、可以就地取材，节约大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量。
由于土石坝设计和施工技术的发展，放宽了对筑坝材料的要求，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。
任何不良的坝址地基，经处理后均可筑坝。
特别是在气候恶劣、工程地质条件复杂和高烈度地震区的情况下，土石坝实际上是唯一可取的坝型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推广也起了重要的促进作用。
世界上已建的高土石坝如苏联的努克列水库大坝，坝高达317m。
塔吉克斯坦的罗贡水库大坝，坝高达335m。
据统计，世界上在20世纪80年代末期兴建的百米以上的高坝中，土石坝的比例已达到75%以上。
由于多方面的原因，我国高土石坝的发展比较缓慢，我国坝高超过100m的土石坝有石头河水库大坝，坝高105m；碧口水库大坝，坝高101m；鲁布革水库大坝，坝高101m；小浪底水库大坝，坝高154m等。
随着我国能源和水利建设事业的发展，大型水利水电工程将日益增多，而水力资源丰富的黄河上游、长江中上游干支流、红水河等建坝地点，大都处于交通不便、地质条件复杂的地区，自然条件相对恶劣，施工困难，修建土石坝具有更强的适用性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四川大学课程设计报告题目土石坝设计专业班级学号姓名指导教师水利水电学院二〇一四年十二月第一章、设计基本资料拟建的朝阳水库工程区位于开县赵家镇朝阳村境内，属长江上游小江水系浦里河朝阳沟支流。
水库距离开县县城28.7km。
1.1工程任务及规划数据本水利枢纽以灌溉为主，兼顾防洪。
设计灌溉面积为0.85万亩，设计放水流量0.8m3/s。
根据兴利及调洪演算，确定出该水库规划指标为：水库正常蓄水位：374.5+0.7*8=380.1m时相应有效库容186.48万m3；30年一遇设计洪水位：375.2+0.7*8=380.8m（溢洪道最大下泄流量约20m3/s）；300年一遇校核洪水位：376.1+0.7*8=381.7 m时相应总库容218.44万m3（溢洪道最大下泄流量32m3/s）；水库死水位362.00m。
1.2地形地质条件坝址处河谷断面河床宽度约20～30m，两岸岸坡基本对称，坡角约35°。
河床基岩高程350m，岩基为弱风化岩层，k=0.8×10-6cm/s。
地基表面高程354.6m，高程350m～354.6m为砂砾石覆盖层。
（351+0.9*4=354.6m）.地形地质情况详见图纸。
1.3水文气象水库集雨面积为3.67km2，流域属于亚热带湿润季风气候区，气候温和，雨量充沛。
多年平均降雨量1236.4mm，多年平均径流深590.0mm。
库区汛期多年平均最大风速10.5m/s，方向垂直坝面，水库吹程0.3km。
1.4天然建筑材料工程区附近土料及天然沙砾石、块石、石渣料均较为丰富。
上游1～1.5km范围内可供开采的土料，主要为棕红色砂质粘土，粘性很强，是很好的防渗材料，总储量约9万m3；坝址下游1～2km范围内有约6万m3的石料可供开采，该石料主要为石英砂岩；在坝址下游2～2.5km范围内有丰富的石渣料，储量约10万m3。
砂砾石覆盖层及天然材料物理力学性质见表1。
1.5其他资料当地有较丰富的土石坝施工经验，缺少混凝土坝施工经验。
工程单价可按下式估算：粘土填筑30元/m3；干砌块石88元/m3；石渣料填筑45元/m3；土石方开挖20元/m3。
表1 天然材料物理性质表1.6设计任务（1）根据提供的设计资料和图纸，确定较为合理可行的枢纽布置，即确定大坝、泄水建筑物、取水建筑物等枢纽建筑物的布置。
由于时间关系，大坝选定为土石坝，在此基础上确定泄水建筑物、取水建筑物的位置及形式。
（2）通过坝型方案比较，确定推荐坝型，并对推荐坝型进行计算分析和详细设计。
1.7提交成果（1）设计说明书（包括计算原理）一份。
论述枢纽布置；论证坝型选择并进行材料分区布置；计算坝顶高程；进行正常水位时的渗流计算，包括渗流量、浸润线和渗透变形分析；进行正常水位工况时下游坝坡一个滑移面的稳定分析；论述主要构造与尺寸，论述地基处理措施。
（2）设计图纸两张（2号图）枢纽平面布置图一张；土石坝横断面设计图一张，包括坝顶、护坡、马道、排水设备和坝基防渗等的细部构造。
1.8参考资料SL252—2000 《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》SL274-2001 《碾压式土石坝设计规范》SL189—96 《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》第二章、工程等别及建筑物级别根据水利水电工程等级划分依据，综合考虑水库的总库容、防洪库容、灌溉面积、电站的装机容量等，工程规模有库容决定，此水库工程的正常蓄水位时有效库容186.48万m3，校核洪水位时相应总库容186.48万m3，灌溉面积为0.85万亩，查参考资料可得其工程等别为Ⅳ，工程规模为小（1）型。
又由水工建筑物的级别划分依据得知，该类小（1）型的主要水工建筑物为4级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。
第三章、坝型选择及枢纽布置3.1、坝型选择（一）坝型选择论证所选的坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩石透水性大，基岩为弱风化岩层，强度较低，地基到地表为砂砾石覆盖层，地基不完整。
从地质条件看不宜建拱坝。
较高的混凝土重力坝要求修建在岩石基础上，且当地缺少混凝土坝施工经验，因此也是不可行的。
而土石坝适应地基变形能力较强，对地基的要求较低；从当地的材料来看土石材料比较丰富，况且土石坝有就地取材特点；当地有较丰富的土石坝施工经验，为修建土石坝提供了施工基础。
通过各种不同的坝型进行定性的分析比较，综合考虑地形条件、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝的方案。
（二）枢纽组成建筑物(1)、挡水建筑物;土石坝。
(2)、取水建筑物;取水隧洞。
(3)、泄水建筑物;该工程兼顾防洪，故其包括泄洪隧洞和冲沙放空洞，均与导流隧洞结合。
3.2、枢纽总体布置1、挡水建筑物─土石坝；挡水建筑物按直线布置，坝布置在河弯地段上。
2、取水建筑物—取水隧洞；进行灌溉的取水采用隧洞形式，取水口布置在凸岸，隧洞出口与总干渠相连接。
3、泄水建筑物—泄洪隧洞；泄洪采用隧洞方案，为缩短长度、减小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，这样对流态也较为有利，考虑到引水发电隧洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为宜。
综合考虑各方面因素，最后决定枢纽布置如地形图所示。
第四章、大坝设计4、1、土石坝坝型的选型影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的乃至起决定性的是附近的筑坝材料，还有地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理等。
应选择几种比较优越的坝型，拟定剖面轮廓尺寸，进行比选工程量、工期、造价、最后选定技术上可靠，经济上合理的坝型。
均质坝：材料比较单一，施工简单，但坝身粘性较大，断面大，用料多，填筑施工易受将于和冰冻的影响。
除此之外，该坝址处无足够适宜的土料来作均质坝（坝址附近可筑坝的土料只有9万m3 ，远远不能满足要求），因此均质坝方案不可行。
堆石坝：坝坡较陡，工程量减小。
堆石坝施工干扰相对较小。
坝址附近有储量为6万m3 的石料，其主要为石英砂岩，开采条件较好，可作为堆石坝石料，从材料角度可以考虑堆石坝方案。
但是由于河床地质条件较差，岩基为弱风化岩层，如果用堆石坝可能导致大量的开挖，此方案不予考虑。
塑性心墙（以砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设置在坝剖面的中部作心墙，与斜墙坝相比工程量相对较小，适应不均匀变形，抗震性能较好，但要求心墙粘土料与坝壳沙砾料同时上升。
从筑坝材料来看，由于坝址上游1~1.5km内有可供开采的筑坝的土料9万m3 ，其粘性很强，是很好的防渗材料，可作防渗体之用；又坝址下游1~2km范围内有约6万m3 的石英砂岩和10万m3的石渣料作为坝壳，由此可知心墙坝是可行的，因而最终采用斜心墙坝的方案。
4.2、大坝轮廓尺寸的拟定大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程，坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体等排水设备。
1、坡顶高程坝顶高程分别按设计工况、校核工况来计算大坝的高程，最后计算出数据取最大值，同时并保留一定的沉降值。
坝顶高程在水库正常运用和非常─运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高值y按下式而定：y=R＋e＋hc式中 R───波浪在坝坡上的设计爬高（m）；e──最大风壅水面高度；hc ──安全加高（m ），根据坝的等级及运用情况按下表选用 土石坝坝顶的安全超高值：最大风雍水面高度按下式计算 20cos 2mv D e K gH β= 式中 K —综合摩阻系数，取3.6×10-6；0v —为计算风速（m/s ），本设计为多年平均最大风速10.5 m/s ；D ─风区长度（m ），D=0.3km=300m ；β─风向与坝轴线的法线方向所成的夹角，因风向垂直于坝面，故β=0°；m H —坝前水域的平均水深，可查地形剖面图得。
m gH D v K e m 426201022.512.268.9230075.15106.3cos 2--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==β m gH D v K e m 426201024.211.278.923005.10106.3cos 2--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==β 平均波浪爬高Rm 可按下述公式计算：m R =式中：K ∆───坝坡的糙率渗透性系数，块石为0.75～0.8；v K —经验系数，按《水工建筑物》取1.0。
,m m h L ──平均波高与平均波长，选用《水工建筑物》公式计算可得；m —边坡系数，据经验取2.5。
坝顶高程结果取两者之大者，并预留一定的沉降值.结果见下表，设计竣工时坝顶高程为383.70m.所以坝高为383.70－354.6=29.1m. 2、坝顶宽度坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件，同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。
坝顶的最小宽度按下面的方法确定：当坝高H小于lOOm时，坝顶最小宽度Bmin取为H／10，并不小于3m；本设计坝高为29.1m故拟定坝顶宽度为5.0m。
3、坝坡设计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。
其范围大致在1：2~1：4之间。
当坝较高时，可每隔8-15m变一次坡，相邻坡率差取0.25-0.5，变坡处下游通常设置1.5—2.0m宽的马道。
在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。
根据规范规定与实际结合，上游坡率取1:3.0。
此坝高度不大，可仅在下游设置变坡，下游上部坡度1:2.5，下部坡率1:3.0。
在下游坝坡改变处，设置2m宽的马道以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用。
4、坝体排水坝体浸润线位置不高，没有必要降低坝体浸润线，故采用贴坡排水。
此种排水形式石料用量少，施工方便，便于检修。
排水层厚度取为0.5m，顶部按规范要求高出浸润线逸出点1.5m。
5、大坝防渗体大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面. （1）、坝体的防渗坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求，同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面的要求.该坝体采用粘土心墙，心墙的顶部宽度取为4m（满足大于3m 机械化施工要求），粘土斜心墙的上游坝坡的坡度为1:0.15～1:0.25之间，本设计取为1:0.15，底宽为5+(380.8-354.6)*0.15*2=12.86m。
心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高0.6m）并高于校核洪水位为原则，最终取其墙顶高程为380.8m，墙顶的上部预留有0.5m 的保护层。
（2）、坝基防渗体坝址河床的砂砾石层深度不是很大，垂直防渗设置截水槽。
截水槽贯穿整个河床并延伸至两岸。
截水槽底宽由回填土料（与大坝防渗体。