水工建筑物课程设计说明书

= （2-3） 式中：—与坝坡的粗糙率和渗透性有关=0.8
—经验系数，由风速V，坝前水深H及重力坝加速度g组成的无维量，=1
m—坝坡系数，m=ctg，为坝坡倾角，本设计平均坡率m=2.75
—平均波高与波长，m
①用下式计算平均坡高：=0.13th[0.7]th{}
在水深较大，吹程较小的情况下，即当时（1-4）可简化为=0.0018
y，3-3与H断面间的渗流区域应用式可求得浸润线方程为
（3-3）
断面1-1与2-2之间浸润线可由公式
x=
（3-4）
确定，但式中应代换为h .2 渗流计算
经计算得=14.06m，h=0.13m，q=2.3 .3 总的渗流量计算（示意图如上） Q=1/2（） （3-5） 式中 , ，…—各段坝长m
，，…—各坝段交界处的坝体单宽流量 .4 渗流计算结果汇总分析 .4.1 渗流计算结果(正常蓄水位)
地震安全加高=地震涌浪加高+地震附加沉陷值+安全加高 地震涌浪加高一般为0.5m～1.5m，应根据地震烈度大小和不同的坝 前水深取不同值，本设计取1m，地震附加沉陷值，本设计取1%的坝高， 即（343.717-306）×1%=0.37
安全加高A=1.0 地震安全加高=1+0.37+1.0=2.37m 坝顶高程=339+2.38=341.37m 2.2.1.4确定坝顶高程及坝高 坝顶高程取上述最大值，取坝高为345m，考虑在上游侧设置1.2m 的防浪墙，最终确定坝顶高程为345-1.2=343.8m(不考虑压缩沉降) 坝高=343.8-306=37.8m 2.2.2坝体宽度 坝顶宽度取决于施工、构造、运行、抗震及防洪等要求。如坝顶设 置公路或铁路时，应按交通要求确定，无特殊要求时，高坝最小顶宽为 10～15m,中低坝为5～10m。对心墙或斜墙坝还需要满足其墙顶和两次反 滤层的布置要求。在寒冷地区，还需要使心墙或斜墙至坝面的最小距离 大于当地冻土层厚度，以免防渗体冻融破坏。本设计坝高37.8m，属于 中坝，且坝顶无交通要求，拟定坝顶顶宽为6m. 2.2.3 上下游边坡 土石坝边坡的大小取决于坝型，坝高，筑坝材料、荷载、坝基性 质等因素，且直接影响到坝体的稳定和工程量大小。 （1）由于石料在饱和状态下抗剪强度低，水位下降时渗透力指向 上游，对上游坝坡稳定不利。即土石坝相同时上游坡比下游坡较
342m
校核洪水位0.1%
343m
正常蓄水位时下游水位 306m
校核洪水位时下游水位 313m
1.3 气象资料
多年平均最大风速 10m/s
冻土深
1.1m
1.4 筑坝材料及坝基沙砾物理学性质（见附表1）
1.5 其它
工程等级：枢纽为二等，建筑物为二级
水库次程 1Km 地震基本烈度 7度
附表1
筑坝材料及坝基砂砾石物理学性质
曲面，稳定计算时常假定为一圆柱面，其在坝体剖面的投影是一 个圆弧，称滑弧。滑裂面的位置，如坝基为岩石或坚硬的土层时 多从坝脚处滑出；当坝基土质与坝体相近或更软弱时，滑裂面可 能深入坝基从坝脚滑出。 （2） 直线或折线形滑裂面。当滑裂面通过由砂、砂砾石等材料组成的 无粘性土坝坡时，在坝坡剖面上的投影是一直线或折线。当坝坡 干燥或完全浸入水中时成直线，部分浸水时是折线，斜墙坝上游 失稳时，常沿斜墙与坝体交界面滑动。 （3） 复合断裂面。当坝坡由几种不同性质的土料组成或坝基存在软弱 层时，滑裂面往往是由直线和曲线组成的复合型，在粘土上为曲 线，在粘性土内或软弱层上为直线。 4.1.2荷载组合 土石坝应对以下几种荷载组合情况下的坝坡进行稳定计算。 正常运行情况下 （1） 上游为正常蓄水位，下游为相应最低水位或上游为设计洪水位， 下游为相应最高水位形成稳定渗流时的下游坝坡；
土石坝剖面设计包含：坝顶高程，坝体长度，最大坝高，最大剖面 和特征剖面。 2.2.1 确定坝顶高程
为了防止库水漫溢坝顶，坝顶在水库静水位以上应有足够的波浪超 高，见图2-1，《碾压式土石坝设计规范》（SD7218-84）规定。其值按 下式计算
Y=R+e+A（2-1） e=cos（2-2）
式中：e—风沿水面吹过的所形成的水面升高，即风壅水面超出库水位的高度 （m）
4.1设计说明 4.1.1设计任务 对土石坝进行稳定分析的目的是通过计算坝体剖面的稳定安全度来 检验坝坡在各种工况下是否安全，断面尺寸是否经济合理。 坝坡坍滑失稳滑裂面的形式主要与坝体结构型式、坝基情况和坝的 工作条件等因素有关。主要有以下几种： （1） 曲线形滑裂面。当为粘性土坝坡时，其失稳滑裂面呈上陡下缓的
交点的垂线上，此时浸润线最低，设截水槽用平均厚度代替，
其渗透系数与坝体土料的相同，均为k，槽末端1-1断面渗流水
深为h，通过x=0和H断面间的渗流量为
（3-1）
同理可得1-1与2-2断面的渗流量为
（3-2）
联立（3-1）式与（3-2）式可求得h，进而可求得q
在1-1断面 上游侧任意距离x处取3-3断面，设该断面渗流水深为
第五章、土石坝的构造设计……………………… （20）
第一章 基本资料
.1 地形地质情况 坝址处河床宽约为190m，坝轴线处河床最低高程为306m，河床覆盖 层上层为湿陷性黄土夹有砾石，下部为沙砾石层，坝址岩为花岗岩，透
水性很小，详见坝轴线地质剖面图。
1.2 水位
死水位
325m
正常蓄水位
339m
设计洪水位1%
非常运用情况下的坝顶高程与正常情况一样，仅风速采用V=10m/s，坝前
水深H=343-306=37m
e=cos=
（1）计算波浪平均爬高 故取
（2）计算波长平均周期 （3）计算平均波长
， R=2.23×0.197=0.439 坝顶高程=343+1.14=344.14m 2.2.1.3 考虑地震影响计算坝顶高程
2.0m，本设计取1.5m。棱体内破由施工条件确定，一般为1：1～
1:1.5，本设计采用1：1.5。外破根据坝基抗剪强度和施工条件确
定，一般为1:1.5～1:2.0，本设计取1:2.0，为使渗流溢出坡降分
布的更均匀，在棱体上游坝脚处应避免出现锐角，目的是使渗出的
渗流坡降分布更加均匀和减少最大水利坡降。
本设计为碾压式土石坝且为均质坝，故不设置心墙防渗体。 但坝址处有一定的透水层厚度，只设置截水槽从而起到对坝基防渗 的作用。计算点的作用水头为H=343-313=30m。根据经验取渗透坡 降[J]=4，，取8m。截水槽的厚度为6.5m，其底部与地基相对不透 水层连接。 2.25排水体设备 本设计均质土石坝全断面防渗，但仍会有一定的渗水，故在坝体下 游侧设置排水设备。其作用是控制和引导渗流安全的排出体外，降 低坝体浸润线和空隙水压力，增强坝坡稳定保护下游坝坡免受冻胀 破坏。排水体由块石及其流层组成，要求其具有充分的排水能力， 不堵塞，以保证坝体和坝基不发生渗流破坏，并且便于观测和检 修。 （1）贴破排水构造简单，便于检修，但不能降低浸润线且易受水 冻胀失效； （2）棱体排水可降低浸润线，防止坝体冻胀，保护坝脚，免受尾 水冲刷，且对坝坡有稳定作用。对于增加坝坡稳定性是一种可靠有 效、应用广泛的排水形式，适用于坝体河槽部位，较高的坝，石料 丰富的地区； （3）褥垫排水对地基不均匀沉陷的适应性差，易断裂，维修困 难，故单独采用这种形式的不多； （4）管网式排水较为复杂，不便采用； （5）综合排水也较为复杂，不便采用。 综上所述，本设计采用棱体排水。初拟定坝顶高程为314.5m，其坝 顶根据检查观测及施工要求确定不小于1.0m时，一般为1.0～
式中水库吹程D以m计经计算可知用上式计算m
②计算波浪平均周期，公式为
③计算平均波长，
（2）计算波浪爬高R
在工程设计中，波浪设计爬高R按建筑物的级别确定，对 Ⅱ级土石坝取保证率P=1%的波浪爬高作为设计爬高即R=，由 其相应波浪爬高保证率P，平均爬高R及爬高统计分布表计算 爬高R
R=2.23×0.321=0.716 m 坝顶高程=342+1.717=343.717m 2.2.1.2 按非常情况计算坝顶高程
（2） 水库水位正常降落时的上游坝坡； （3） 库水位最不利时的上游坝坡，这种不利水位大致在坝底以上1/3
坝高处，对于复杂的坝剖面应进行试算。 非常运用情况包括： （1） 施工或竣工期的上下游坝坡； （2） 库水位骤降时的上游坡； （3） 校核洪水位下可能形成稳定渗流时的下游坝坡；
—风向与坝轴垂直线的夹角；（°）（大于1°，=0）
A—安全加高，根据坝的等级和运用，正常A=1.0 非常A=0.7
2.2.1.1按正常情况下计算坝顶高程
=10 m/s，V=1.5=15m/s H=33m D=1km
e=cos= 规范（SD7218-84）推荐采用莆田试验站统计分析公式计算R，其步骤 如下 （1）计算波浪平均爬高
尺寸。
⑶ 计算坝体和坝基的渗流溢出处的渗透坡降，以验算其渗透稳定
性。
.1.2 渗流分析方法
土石坝渗流分析的方法有公式计算法（流体力学法、水力学法、
有限元法、流网法和电模拟法），本设计采用水力学法，其计算
简单且精度可以满足工程要求
.1.3 渗流计算公式
根据试验资料，截水槽的最佳位置是位于水面与上游坝坡
项比 目重
含水 湿容 饱和 浮容 凝聚力
量
重 容重 重 （）
（%） （） （） （）
内摩擦角 Φ（度°）
粉 2.69 17 质 壤 土
19.3 20.5 10.5 16.0/12.0 22.0/18.0
砂 2.65
19.8 20.6 10.6
36
砾
坝 2.65
19.8 20.6 10从坝型上看，上游坝坡较下游为缓； （3）从荷载情况上，为适应从底部逐渐增加的特征，坝坡上陡下 缓，故土石坝上、下游坡一般做成变坡，由上至下逐渐放缓，相邻 坝坡率差为0.25～0.5。若坝基较弱，最后一级坝坡宜缓，以利于 坝坡稳定。 综上所述，对拟坝坡时，坡度一般为1:2～1:4，在下游坝面的边坡 处一般设置马道，其长度取1.5～2.0m ，以拦截并排除雨水，防止 严重冲刷坝面，并兼做交通、检查观测之用，也有利于坝坡稳定。 拟定上游坝坡自上而下为1:2.75和1:3.0，下游边坡自上而下为 1:2.5，1:2.75，在高程为326m处设置宽为1.5m的马道。 2.24 截水槽尺寸