第四章土石坝工程课件
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《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
土石坝
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。
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。
4(4).土石坝(第五、六、七节)PPT优秀课件
3、土石坝与砼建筑物的连接
多用翼墙连接
10
一、土石坝对地基的要求
➢控制渗流 ➢控制稳定 ➢控制变形
6
常见的土石坝的地基有： 岩基，土基 砂砾石地基 细砂、软粘土和湿陷性黄土地基
1.砂砾石地基的处理
粘性土截水槽 混凝土防渗墙 帷幕灌浆 防渗铺盖 排水减压措施
7
2．细砂地基处理
均匀饱和的细砂地基受振动时（遇地震时）极易液 化，必须进行处理。 1)全部挖除:当易液化地基厚度小且范围不广时。 2)振动压密:当挖除困难或很不经济时，可进行振 动压密或重锤夯实，其有效深度在1～2m之间， 如采用重型振动碾，则可达2～3m，压实后土层 可达中密或紧密状态。 3)振冲强夯:当易液化细砂地基厚度较深时，宜采 用振冲(碎石桩)、强夯等方法加密。
第五节 筑坝土料选择与填土标准确定
就地取材是土石坝的主要特点，坝址附近土石 料的种类。料场的分布，储量，开采及运输等 等条件是土石坝设计的重要依据。
筑坝土石料的主要种类：防渗体的防渗料，坝 壳料，反滤料或者过渡料。
对筑坝土料最一般的要求：
1、满足工程要求，如：防渗体要有足够的防渗性能， 坝壳料要有足够的强度，反滤料要有良好的排水性能。 2、满足工程安全和正常运用的要求，抗风化，不漏水 且坝坡稳定 3、满足施工要求，施工过程中易压实。：粘土，壤土等细粒土，红土， 膨胀土，黄土等
2、砾石土防渗料：砾石土或含砾粘土性，是一种 粗粒砾土（粒径大于5mm）大于20%以上的含砾 土，粘土质砾，人工掺配的砾石土。，也含有一 定数量的细粒土（粒径小于0.1mm）的混合料。
3、填筑标准
粘土土料用压实干容重作为设计指标。
4
2、填筑标准 砂砾的压实与级配和压实功有关； 填筑标准应以相对密度为设计控制指标。
多用翼墙连接
10
一、土石坝对地基的要求
➢控制渗流 ➢控制稳定 ➢控制变形
6
常见的土石坝的地基有： 岩基，土基 砂砾石地基 细砂、软粘土和湿陷性黄土地基
1.砂砾石地基的处理
粘性土截水槽 混凝土防渗墙 帷幕灌浆 防渗铺盖 排水减压措施
7
2．细砂地基处理
均匀饱和的细砂地基受振动时（遇地震时）极易液 化，必须进行处理。 1)全部挖除:当易液化地基厚度小且范围不广时。 2)振动压密:当挖除困难或很不经济时，可进行振 动压密或重锤夯实，其有效深度在1～2m之间， 如采用重型振动碾，则可达2～3m，压实后土层 可达中密或紧密状态。 3)振冲强夯:当易液化细砂地基厚度较深时，宜采 用振冲(碎石桩)、强夯等方法加密。
第五节 筑坝土料选择与填土标准确定
就地取材是土石坝的主要特点，坝址附近土石 料的种类。料场的分布，储量，开采及运输等 等条件是土石坝设计的重要依据。
筑坝土石料的主要种类：防渗体的防渗料，坝 壳料，反滤料或者过渡料。
对筑坝土料最一般的要求：
1、满足工程要求，如：防渗体要有足够的防渗性能， 坝壳料要有足够的强度，反滤料要有良好的排水性能。 2、满足工程安全和正常运用的要求，抗风化，不漏水 且坝坡稳定 3、满足施工要求，施工过程中易压实。：粘土，壤土等细粒土，红土， 膨胀土，黄土等
2、砾石土防渗料：砾石土或含砾粘土性，是一种 粗粒砾土（粒径大于5mm）大于20%以上的含砾 土，粘土质砾，人工掺配的砾石土。，也含有一 定数量的细粒土（粒径小于0.1mm）的混合料。
3、填筑标准
粘土土料用压实干容重作为设计指标。
4
2、填筑标准 砂砾的压实与级配和压实功有关； 填筑标准应以相对密度为设计控制指标。
土石坝施工的基本知识
第四章 土石坝的施工
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
2019/5/11
§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
2019/5/11
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
2019/5/11
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
2019/5/11
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
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
2019/5/11
§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
2019/5/11
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
2019/5/11
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
2019/5/11
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
第四章 挡水--土石坝
-10-
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：
-11-
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）
-23-
（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）
-26-
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）
-32-
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。
第四章4节土石坝-精品文档
2019/3/13
11
水布垭面板堆石坝
水布垭枢纽总工期8年，自从2019年正式开工，工程于2019年12月底全 2019/3/13 部竣工。水布垭的面板堆石坝是目前世界上最高的面板堆石坝。
12
水 布 垭 水 利 枢 纽 基 本 资 料
2019/3/13 13
姆里卡水电站位于印度尼西亚爪哇岛中部的塞拉尤 (Serayu)河上。主坝为心墙土石坝，最大坝高110m。
2019/3/13 3
安徽寿县芍陂(quèbēi)
芍陂陂塘灌溉工程，位于安徽省寿县南。春秋时期楚庄王十六年至
二十三年（公元前 598 年～公元前 591 年）由孙叔敖创建，迄今 2500
多年一直发挥不同程度的灌溉效益。
1959 年，安徽省文化局文物工作队曾在安丰塘越水坝地方，发掘出 一座汉代（公元前 206 年～公元 220 年）水利工程（草土堰）遗址， 伴随出土的有汉代时期铁锤等文物。芍陂灌区面积，在公元4世纪～ 公元13 世纪常见记载，有灌田万顷、灌田五千余顷等说法。自古来 芍陂工程的人为破坏严重，多次受到战争波及，以致到民国年间，
§1
土石坝概述
一、定义及建设情况 二、结构特点及优缺点
三、组成及设计要求
四、类型及坝型选择
2019/3/13
1
一、定义及建设情况
定义：
由土、石料等当地材料经抛填、碾压等方法堆筑成 的坝。
土石坝又可分为两大类土坝和堆石坝: 1、土坝：土或砾石(含砾量< 60% ~ 70%) 渗透系数较低 2、堆石坝：块石或砾石(含砾量>60% ~ 70%) 渗透系数较高、砾石起骨架作用 关键：控制坝体强度和稳定的是填土或者堆石
第四章 土石坝
第四章土石坝第一节概述●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分析土石坝的四大问题（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。
(水利水电工程概论课件)第4章4节土石坝
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2020/7/8
水 布 垭 水 利 枢 纽 基 本 资 料
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姆里卡水电站位于印度尼西亚爪哇岛中部的塞拉尤 (Serayu)河上。主坝为心墙土石坝，最大坝高110m。
2020/7/8
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2020/7/8
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西北口面板堆石坝
西北口面板堆石坝作为“七五”国家重点科技攻关的试验坝，结合实际工程做 了大量科研工作，并用之于工程实际。1988年4月23日至26日浇筑第一块面板 试验块，获得成功，随后将此项成果移交给施工单位，在1989年3-6月份浇筑 其余各块，却出现严重裂缝事故，基本上呈水平走向，贯穿整个面板条块。当 时引起一些人对面板坝的疑虑，甚至有的面板坝工程提出更改坝型的问题，影 响了面板坝的声誉。经过多次调查分析论证，认为其主要原因是原材料使用不 当，202施0/7/工8 工艺不严格，以及未及时养护等，只要认真对待，还是可以解决的16 。
为此，应设置防渗和排水措施，以减少水库的渗漏损失
和保证坝坡的稳定性。
2020/7/8
20
2020/7/8
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2．土石坝的局部失稳定破坏形式
土石坝是松散的土石料填筑，坝体剖面需要做成 上、下游边坡较平缓的梯形断面。
由于由松散颗粒组成，其失稳是以局部坝坡坍塌 的形式出现。
当坝坡太陡或土体的抗剪强度指标较小时，在渗 透压力和土体上部重力的作用下，局部坝坡土体 （包括坝基土体）将向坡外滑移，简称滑坡。
明代嘉靖十五年（公元1536年）加高堰（坝）顶1尺，清代咸丰 七年（公元1857年）曾进行较大修治。公元1914年清理堰上淤积， 使水道通畅。1987年定为全国重点保护文物。
2020/7/8
5
2020/7/8
它山堰 6
第四章土石坝工程
第四章
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。
《土石坝工程》课件
《土石坝工程》PPT课件
本课程将介绍土石坝工程的定义和概述，设计和施工要点，分类和特点，安 全生态环境保护措施，监测与维护，案例分析和经验分享，以及结论和总结。
土石坝工程的定义和概述
1 什么是土石坝工程？ 2 土石坝工程的作用
与重要性
土石坝工程是一种利用 土石材料修筑的围堰结 构，通常用于水利工程、 水电工程和防洪工程。
3
滑坡和泥石流防治
采取滑坡和泥石流预警系统以及相应的防治措施，确保土石坝工程的安全。
土石坝工程的监测与维护
1 定期巡检与监测
定期进行巡检和监测，及时发现和处理坝体变形、渗漏等问题。
2 维护和修复
定期进行维护和修复工作，确保土石坝工程的长期安全和可靠性。
3 技术改进和创新
积极引入新技术和创新，提高土石坝工程的监测和维护效率。
选择适合的土石材料，并采用先进的施工工 艺，确保坝体的稳定性和耐久性。
坝体结构设计
坝体结构设计要考虑地质条件、坝基稳定性、 水力条件等因素。
监控与质量管理
通过实施监控和质量管理措施，确保土石坝 工程的安全和质量。
土石坝工程的分类和特点
ห้องสมุดไป่ตู้
重力坝
重力坝是以自身重力来抵抗水 压力的坝体，稳定性较好，适 用于各种地质条件。
长江二滩工程
长江二滩工程是中国长江上的一项重要工程， 采用了先进的土石坝工程技术，为电力产业 做出了重大贡献。
结论和总结
土石坝工程是一种重要的水利工程类型，它在水资源利用和洪水防治方面发 挥着重要作用。通过合理的设计、施工和维护，土石坝工程可以安全、可靠 地服务于人类社会。
拱坝
拱坝是以拱形结构来承受水压 力的坝体，具有较大的承载能 力，适用于较深的峡谷。
本课程将介绍土石坝工程的定义和概述，设计和施工要点，分类和特点，安 全生态环境保护措施，监测与维护，案例分析和经验分享，以及结论和总结。
土石坝工程的定义和概述
1 什么是土石坝工程？ 2 土石坝工程的作用
与重要性
土石坝工程是一种利用 土石材料修筑的围堰结 构，通常用于水利工程、 水电工程和防洪工程。
3
滑坡和泥石流防治
采取滑坡和泥石流预警系统以及相应的防治措施，确保土石坝工程的安全。
土石坝工程的监测与维护
1 定期巡检与监测
定期进行巡检和监测，及时发现和处理坝体变形、渗漏等问题。
2 维护和修复
定期进行维护和修复工作，确保土石坝工程的长期安全和可靠性。
3 技术改进和创新
积极引入新技术和创新，提高土石坝工程的监测和维护效率。
选择适合的土石材料，并采用先进的施工工 艺，确保坝体的稳定性和耐久性。
坝体结构设计
坝体结构设计要考虑地质条件、坝基稳定性、 水力条件等因素。
监控与质量管理
通过实施监控和质量管理措施，确保土石坝 工程的安全和质量。
土石坝工程的分类和特点
ห้องสมุดไป่ตู้
重力坝
重力坝是以自身重力来抵抗水 压力的坝体，稳定性较好，适 用于各种地质条件。
长江二滩工程
长江二滩工程是中国长江上的一项重要工程， 采用了先进的土石坝工程技术，为电力产业 做出了重大贡献。
结论和总结
土石坝工程是一种重要的水利工程类型，它在水资源利用和洪水防治方面发 挥着重要作用。通过合理的设计、施工和维护，土石坝工程可以安全、可靠 地服务于人类社会。
拱坝
拱坝是以拱形结构来承受水压 力的坝体，具有较大的承载能 力，适用于较深的峡谷。
土石坝施工的基本知识资料
施工时： γd要求的合格率为：Ⅰ、Ⅱ级心墙坝――90% Ⅲ、Ⅳ级心墙坝或Ⅰ、Ⅱ级均质坝80～90%
2、非粘性土的压实标准
压实标准由相对密度D来衡量 D与γd的换算关系式为：P113式4－17
2019/6/16
压实控制可以把D换算成γd进行，也可以直接用D来确定控 制标准：
无地震情况：D大于0.65 有地震情况：D大于------6度→0.65
干容重小于1.48的表层土 含有机物大于1%的表土 含可溶盐大于2%的表土 细沙及粉沙等易液化的土
2019/6/16
B――四通建设及临时设施
②基本作业：A――土石料的开采
B――土石料的挖运 C――土石料的铺、卸 D――土石料的平散与压实
③辅助作业： A――料场的清理：（先规划、选择）
B――土质检查 C――地下水位控制：主要是降低 D――压实过程中的刨毛、加水或翻晒等
ω%值、с值、φ值、γd值、料的成份、料的级配d等。 均质坝、斜心墙坝、心墙坝、……
提问：什么是土方石平衡？
3、质量与数量的规划要同时进行 4、控制料的质量，缩小坝体断面尺寸
2019/6/16
5、主料场与备用料场 ： 主料场――土质好，储量大，开采集中，距离近， 可常年开采
V主＝（150～200）%V设，考虑：勘测不准确 损耗土料 、废弃土料
5、运输机械
①循环式：自卸汽车 有轨机车――适用于运量大、运距长、料场集中的情况
缺点：不灵活，装拆不方便，敷设成本高
2019/6/16
②连续式：固定式皮带运输机 P102图4－6 移动式皮带运输机――正在被广泛使用
6、挖运方案的选择
影响挖运方案选择的因素： ①运输距离 ②料场性质 包括土质、含水量等 ③工地布置情况 ④管理状况 ⑤工程量的大小 ⑥施工强度要求 …………
2、非粘性土的压实标准
压实标准由相对密度D来衡量 D与γd的换算关系式为：P113式4－17
2019/6/16
压实控制可以把D换算成γd进行，也可以直接用D来确定控 制标准：
无地震情况：D大于0.65 有地震情况：D大于------6度→0.65
干容重小于1.48的表层土 含有机物大于1%的表土 含可溶盐大于2%的表土 细沙及粉沙等易液化的土
2019/6/16
B――四通建设及临时设施
②基本作业：A――土石料的开采
B――土石料的挖运 C――土石料的铺、卸 D――土石料的平散与压实
③辅助作业： A――料场的清理：（先规划、选择）
B――土质检查 C――地下水位控制：主要是降低 D――压实过程中的刨毛、加水或翻晒等
ω%值、с值、φ值、γd值、料的成份、料的级配d等。 均质坝、斜心墙坝、心墙坝、……
提问：什么是土方石平衡？
3、质量与数量的规划要同时进行 4、控制料的质量，缩小坝体断面尺寸
2019/6/16
5、主料场与备用料场 ： 主料场――土质好，储量大，开采集中，距离近， 可常年开采
V主＝（150～200）%V设，考虑：勘测不准确 损耗土料 、废弃土料
5、运输机械
①循环式：自卸汽车 有轨机车――适用于运量大、运距长、料场集中的情况
缺点：不灵活，装拆不方便，敷设成本高
2019/6/16
②连续式：固定式皮带运输机 P102图4－6 移动式皮带运输机――正在被广泛使用
6、挖运方案的选择
影响挖运方案选择的因素： ①运输距离 ②料场性质 包括土质、含水量等 ③工地布置情况 ④管理状况 ⑤工程量的大小 ⑥施工强度要求 …………
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。
第四章 土石坝工程(定稿)——工程施工课件PPT
1．低料低用，高料高用； 2．易于排除地面水和地下水； 3．坝的上下游、左右岸最好都选有料场； 4．近料场不应因取料影响坝的防渗稳定和上坝运输。
黄景忠
时间规划
1．近料先用，远料后用； 2．上游易淹的料场先用，下游不易淹的料场后用； 3．含水量高的料场旱季用，含水量低的料场雨季用； 4．上坝强度高时用近料场，低时用较远的料场。
黄景忠
• 质与量的规划
• 主要料场和备用料场之分， 质好、量大、运距近，且
有利于常年开采；
• 通常在淹没区外，做备用料场。
黄景忠
• 质与量的规划
• 施工前规划料场的实际可开采的总量时，应考虑料场
调查精度，料场天然容重与坝面压实容重的差值，以 及开挖与运输、雨后坝面清理、坝面返工及削坡等损 失。
• 其与坝体填筑数量的比例一般为:土料2-2.5;砂砾料
黄景忠
•
2． 多斗式挖掘机
•
多斗挖掘机是有多个铲土斗的挖掘机械，它能够 连续地挖土，是一种连续工作的挖掘机械，按其工作 方式不同，分为链斗式和斗轮式两种。
黄景忠
图 斗轮式挖掘机（单位：mm） 1—斗轮；2—升降机构；3—司机室；4—中心料仓； 5—卸料皮带机6—双槽卸料斗；7—动力装置；8—履带； 9—转台；10—受料皮带机；11—斗轮臂
黄景忠
• 4．超径处理 •
超径块石料的处理方法主要有浅孔爆破法和机械破 碎法两种。
浅孔爆破法：指采用手持式风动凿岩机对超径石进 行钻孔爆破。
机械破碎法：指采用风动和振冲破石、锤击破碎超 径块石，也可利用吊车起吊重锤，利用重锤自由下落 破碎超径块石。
黄景忠
• 二、挖运机械 • （一） 挖掘机械 • 1． 单斗式挖掘机
黄景忠
第四章4节土石坝 52页PPT文档
压缩的。
尽管在筑坝时要求分层填筑、逐层压实，但坝体
的沉陷仍然是不可避免的。当坝基为土基时，沉
陷值将更大。
过大的沉陷将会降低坝顶的设计高程；而不均匀
的沉陷将使坝体产生纵向、横向和各种走向的裂
缝，危及坝身安全。观测资料表明，竣工后的坝
体沉陷仍可达到坝高的0.5%～1.0%左右。
因此，在设计坝顶高程时应适当考虑预留沉陷
目前世界上最高的水坝为塔吉克斯坦的罗贡土石 坝，坝高335m。
我国已建的最高土石坝为小浪底土石坝，坝高 154m，在建的水布垭面板堆石坝高达233m。在本世纪， 我国将发展更高的土石坝。
23.08.2019
7
全世界高坝中土石坝的比例变化
23.08.2019
Hale Waihona Puke 8各种坝型建设情况
23.08.2019
9
23.08.2019
江西东津 88.5m
17
23.08.2019
兴山古洞口 118m
18
二、结构特点及优缺点
1、结构特点：
（1）稳定方面：不会沿坝基面整体滑动，失稳形式主 要是坝坡滑动或连同部分地基一起滑动；
（2）渗流方面：坝体为散粒体结构，在上下游水位差 作用下经坝体和地基向下游渗透，产生渗透压力和 渗透变形，严重时会导致坝体失事；
为了保持坝坡稳定，需设置较平缓的上、下游坝 坡。因此，应根据地形、地质条件和筑坝材料等 因素选择适宜的坡。
2使3.08.2坝019 体：保证安全稳定、经济合理。
22
3．抗冲性能差
坝体材料是松散的颗粒：
当洪水漫过坝顶时，水流必然会携带土粒流 失，从而引起坝体局部破坏或整体溃决。
例如，1975年8月，我国淮河上游两座土坝，因
《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
土石坝渗流与稳定ppt课件
dh
dh
k1d1tsg 1d1sk2d2st g 2d2s
tg1 k1 tg 2 k2
.
A1B=ds1tg1 AB1=ds2tg2 不同土层界面处的流线
（三） 各向异性土体内的流网
受施工与沉积因素影响，坝身、坝基的水平向渗透系数一般 大于竖直向，若达几倍以上则应考虑土体的各向异性。在绘制 流网时，先变换实际剖面，水平尺寸按 x1 ky /kx •x换算，然 后在变换的剖面上按一般方法绘制成网，最后将该剖面及流网 的水平尺寸乘以 ky / kx ，即可得实际剖面的流网。
确定坝体与地基渗流量，以便估计水库渗漏损失和确定坝体排水的尺寸 确定坝坡出逸段与下游地基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透坡降，
以判断该处的渗透稳定性 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压力，
供上游坝坡稳定分析之用
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。
将心墙简化成等 厚的矩形断面:
121 2
则通过心墙段的单宽 流量为：
q1
kc
H12 h2
2
心墙坝的渗流计算
.
心墙下游坝壳的单宽流量为：
q2
k
h2 t2 2L
根据 qq1 q2联立求解，可求得心墙后浸润线高度 h和渗流量 q 。下游坝壳的浸润线
仍按
H12
y2
2q x k
计算
。
3. 斜墙坝的渗流计算
第四节 土石坝的渗流分析
散粒体的渗流：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
图6-13 渗流示意图
.
第四节 土石坝的渗流分析
渗流计算目的：为确定经济可靠的坝型和合理的结构尺寸提供重要依据 渗流计算任务：
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2）多斗式挖掘机 连续式挖掘机械
(二)挖运组合机械---承担挖、运、卸，甚至铺土
1）推土机：方便，运转灵活； 经济运距60-100m；可多台并列推土，增大运距
2）铲运机---专用设备，运输距离远，效率 高 按行驶方式，分为牵引式和自行式 容量多用6-7m3
(三)运输机械
1）循环式---汽车(自卸式)，有轨列车 2）连续式---皮带机（带式运输机）
粒径较大的过渡料宜直接采用控制爆破技术开 采，对于较细的、质量要求高的反滤料，垫层 料则可用破碎、筛分、掺和工艺加工。
3．砂砾石料和堆石料开采 砂砾石料开采 陆上开采：一般挖运设备即可。 水下开采：采用采砂船和索铲开采。当水下
开采砂砾石料含水量高时，需加以堆放排水。 块石料开采：
结合建筑物开挖或由石料场开采，开采的布 置要形成多工作面流水作业方式。
均质、天然含水量偏高需翻晒减水的情况下，宜采用。 规划中应将料场划分成数区，进行流水作业。
2．土料加工 调整土料含水量 降低土料含水量的方法有挖装运卸中的自然
蒸发、翻晒、掺料、烘烤等方法。 提高土料含水量的方法有在料场加水，料堆
加水，在开挖、装料、运输过程中加水。
掺合、超径料处理 一般掺合办法有： ①水平互层铺料——立面(斜面)开采掺合法； ②土料场水平单层铺放掺料——立面开采
第二节 土石料的开挖与运输
一、土石料的开采与加工 料场开采前的准备工作：划定料场范围；分期分区 清理覆盖层； 设置排水系统；修建施工道路；修建辅助设施。
1．土料的开采 土料开采一般有立采和平采两种。 立面开采方法适用于土层较厚，天然含水量接近填
筑含水量，土料层次较多，各层土质差异较大时。 平面开采方法适用于土层较薄，土料层次少且相对
第四章 土石坝工程
重要提示:本章的重点和难点是土石坝的料场规 划、土石坝的坝面作业。主要的知识点包括： 料场空间规划和时间规划；流水作业；工段数 和工序数的关系；进退错距法；转圈套压法； 结合部位的施工；土料压实标准。
概述
土石坝 包括各种碾压式土坝、堆石坝和土石混合坝， 是一种充分利用当地材料的坝型。
风化料: 属于抗压强度小于30MPa的软岩类，往 往存在湿陷问题。
⒊反滤料和过渡料 反滤料一般要满足坚固度要求，要求级配
严格，一般采用混凝土砂石料生产系统生产， 但不要求冲洗。
二．空间规划 料场位置、高程的恰当的选择 1．高程上有利于重车下坡，低料低用，高料 高用； 2．易于排除地面水和地下水； 3．坝的上下游、左右岸最好都选有料场； 4．近料场不应因取料影响坝的防渗稳定和上 坝运输。
二．时间规划
考虑施工强度和坝体填筑部位的变化，随季节及 坝前蓄水情况的变化，料场的工作条件在变化。 1．近料先用，远料后用； 2．上游易淹的料场先用，下游不易淹的料场后 用； 3．含水量高的料场旱季用，含水量低的料场雨 季用； 4．上坝强度高时用近料场，低时用较远的料场。
三．质量和数量的规划 质量方面要对料场的地质成因、产状以及各种 物理力学指标进行全面勘探和试验。
分类（根据施工方法的不同） 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。
碾石式土石坝的施工 包括准备作业、基本作业、辅助作业和附加作 业。
准备作业：三通一平，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。
数量方面：
主要料场 备用料场
四．料场体积比坝体体积大的原因 1．大坝比重比料场土料比重大； 2．料场中的废料要挖除； 3．开挖、运输、填筑、削坡的损耗； 4．施工道路、废料占地不能开采； 5．施工中如遇雨天，要将填好的土料挖除。
五、料场优化
土石方平衡的原则：充分而合理地利用建筑物 开挖料。
1. 填挖料平衡计算 2. 土石方调度优化
壳料。 堆石: 按其型式可分为抛填、分层碾压、手工干砌
石、机械干砌石等； 按其材料及来源可分为采石场玄武岩、变质安山岩、
砂岩、砾岩、采石场花岗岩、片麻岩、石灰岩、冲击 的漂卵石、石渣料等。 堆石是最好的筑坝材料，现 广泛用于高土石坝的坝壳料。
砂砾石: 碾压砂砾石压缩性低，抗剪强度高，但易 冲蚀、易管涌 。
第一节 坝体材料与料场规划
一．坝体材料及其要求 ⒈防渗料 防渗的土料最基本的要求： 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
⒉坝壳料 工程实践中，堆石、砂砾石及风化料等均可作为坝
土石坝施工设备的选型对坝的施工进度、施工质量 以及经济效益产生重大影响。
（一） 设备选型的基本原则：
1．所选机械的技术性能能适应工作的要求、施 工对象的性质和施工场地特征，保证施工质量， 能充分发挥机械效率，生产能力满足整个施工过 程的要求。
开采方法一般采用深孔梯段爆破， 特定目 的使用洞室爆破。
4．超径处理 超径块石料的处理方法主要有浅孔爆破法和
机械破碎法两种。 浅孔爆破法：指采用手持式风动凿岩机对超
径石进行钻孔爆破。 机械破碎法：指采用风动和振冲破石、锤破
碎超径块石，也可利用吊车起吊重锤，利用重 锤自由下落破碎超径块石。
三、土石料开挖运输方案
掺合法； ③在填筑面堆放掺合法； ④漏斗——带式输送机掺合法。 第①、④种方法采用较多。
砾质土中超径石含量不多时，常用装耙的堆土
机先在料场中初步清除，然后在坝体填筑面上 进行填筑平整时再作进一步清除；当超径石的 含量较多时，可用料斗加设蓖条筛（格筛）或 其他简单筛分装置加以筛除，还可采用从高坡 下料，造成粗细分离的方法清除粗粒径。 粗
坝料的开挖与运输，是保证上坝强度的重要环 节之一。
开挖运输方案主要根据坝体结构布置特点、 坝料性质、填筑强度、料场特性、运距远近、 可供选择的机械设备型号等多种因素，综合分 析比较确定。
挖运机械介绍
(一)挖掘机械---开挖土料 1）单斗式挖掘机---正向铲，反向铲 循环式机械 ；斗容量常用0.5-4m3