水工建筑物_土石坝_
《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
水利工程12-2
水工建筑物土石坝
参数
土石坝计算成果正常蓄水位(m):2821.4设计洪水位(P=1%)(m):2822.98校核洪水位(P=0.05%)(m):2824.15
正常蓄水位时坝迎水面前水深H(m):9.4设计洪水位时坝迎水面前水深H(m):10.98校核洪水位时坝迎水面前水深H(m):
12.18
多年平均年最大风速W 10(m/s):
28.65
计算风向与坝轴线法线夹角β(º):
20风区长度D(m):15000
大坝级别:
Ⅱ上游坝坡护面类型代码:
6大坝上游坝坡m:
2.73
上游坝坡护面类型代码
•取值如下：
1.光滑不透水护面(沥青混凝土)：填“1”
2.混凝土或混凝土板护面：填“2”
3.草皮护面：填“3”
4.砌石护面：填"4"
5抛填两层块石(不透水地基)护面：填“5”
6.抛填两层块石(透水地基)护面：填“6”
上游护坡用400mm 厚干砌块石所以选“6”
坝迎水面水深H
1.正常蓄水位时坝迎水面前水深H:
2821.4-2812=9.4m
2.设计洪水位时坝迎水面前水深H：
2822.98-2812=10.98m
3.校核洪水位时坝迎水面前水深H：
2824.15-2812=12.15m
堰前水位-堰顶高程
风浪要素平均波高hm的确定
水位（m）正常水位设计水位校核水位平均波高h（m） 2.55 5.69 3.68安全加高（m）10.5。
水工建筑物有哪些
水工建筑物有哪些水工建筑物，作为人类利用水资源的一种形式，是为了应对水文环境变化、满足社会需求而修筑的各种工程。
它们的建设既有助于防洪抗灾，保护生态环境，也为水资源的可持续利用提供了有效手段。
以下将介绍几种常见的水工建筑物。
一、大坝类建筑物大坝是水工建筑的重要组成部分，主要用于拦截河流流域的水，形成坝体蓄水，实现多种目的。
常见的大坝类型有重力坝、拱坝、土石坝等。
重力坝是最常见的大坝类型之一，其设计依靠坝体本身的重量来抵抗水压。
采用大量的混凝土建筑而成，可以有效抵御河流水压，保护下游地区免受洪水侵袭。
拱坝则是一种具有一定曲线形状的建筑物，它可以将来自水体的压力通过曲线分散到坝的两侧，以此增加了坝体的稳定性。
拱坝常见于陡坡河流和峡谷，其建造需要对地质条件进行充分考虑。
土石坝是以土壤和岩石作为材料建造而成的坝体。
它通常将填筑物均衡地分布在坝体两侧，以均衡水压。
土石坝相对于混凝土坝来说，成本较低，修建比较快捷，适用于一些中小型水利工程。
二、水闸类建筑物水闸作为控制河流水位、调整河道流量的建筑物，在水利工程中起着重要的作用。
它主要分为溢流闸和节制闸两类。
溢流闸主要用于控制河道的流量，它通常位于河口或者河流的中段，利用闸门的开闭来控制水流的大小，防止洪水泛滥或者干旱期的水位过低。
节制闸则是为了均衡河道两岸的水位差，以便于供水、灌溉等用途而建造的。
它根据需要通过开闭闸门来调整河道两侧的水位，供应水资源的均衡利用。
三、水利工程类建筑物水利工程类建筑物主要包括渠道、水库、引水渠等。
它们与大坝、水闸等结合构成了完整的水利体系。
渠道是用于引导水流的线性结构，通常分为开挖渠和挡水坝渠。
开挖渠是在地面上或者地下开挖形成的，用于引导和分配水资源。
挡水坝渠是在河道上建设的混凝土坝，可提高基底高程，增加水压力。
水库是为了储存水资源、调节河流流量而建设的。
它通常由大坝将河流拦截，形成人工湖泊，以储存水源，调节水量，满足下游需求。
水工建筑物-土石坝(第三章)
三、设计的基本要求 1.要有足够的断面，保持坝的稳定 土石坝的边坡和坝基稳定是大坝安全的基本
保证。国内外土石坝的失事，约1/4是由滑坡造
成的。施工期、稳定渗流期、水库水位降落期以
及地震作用时，作用在坝上的荷载以及土石料的
c、φ值都将发生变化，应分别核算，以保障坝 体和坝基的稳定要求。
坝基的漏水量。
3.选择坝型、结构型式及土石料的配置
根据现场土石料的物理力学性质，选择坝体各 部分的压实标准。 4.坝基稳定 地震区兴建的土石坝，坝基和坝坡均应有足够 的抗液化能力。坝基中存在有可液化土壤时，应予 清除或采取加固措施。
5. 不允许洪水漫顶，造成大坝的失事 泄洪建筑物具有足够的泄洪能力，坝顶在洪
第三章
本章的主要内容：
3.1概述
土石坝
3.2土石坝的基本剖面 3.3土石坝的渗流分析 3.4土石坝的稳定分析
3.5土石坝的固结、沉降与应力分析
3.6筑坝用土石料及填筑标准
第三章
本章的主要内容：
3.7土石坝的构造
土石坝
3.8土石坝的坝基处理 3.9土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接 3.10土石坝的抗震设计 3.11堆石坝
3.按土料配置和防渗体所用材料分 （3）非土质材料防渗体坝
以砼、沥青砼或土工膜作成防渗体，坝的其余部
分则用土石料进行填筑。当防渗体位于上游面时称为
面板坝，位于坝的中央时为心墙坝。
除均质坝外，都是将弱透水性材料布置在上游或中 央，以达防渗目的；将透水性强的材料布置在下游或两
侧，以维持坝的稳定。透水性强的材料布置在下游侧还
起到有利于排水以降低浸润线的作用。
坝壳
心墙
坝壳
土石坝—土石坝分类(水工建筑物课件)
水力冲填式
定向爆破式
广东省乳源县南水水电
土坝
堆石坝
土石混合坝
国内最高砾石土芯墙 堆石坝瀑布沟水电工 程
均质坝 粘土心墙、斜墙坝 人工材料心、斜墙坝
多种土质坝
谢谢各位！
水工建筑物
土石坝分类
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
（一）按坝高分类 坝高是指坝顶至清基后地面之间的高差。按照我国SL274-2001
《碾压式土石坝设计规范》规定：
高坝
中坝
低坝
坝高 H >70m
坝高 30≤H ≤ 70m
坝高 H< 30m
碾压式
水工建筑物知识点整理
水工建筑物知识点整理1.水坝水坝是指在河流中修建起来的人工堤防，用于调节水流、控制洪水、蓄水供水等。
水坝有重力坝、拱坝、弓形坝、土石坝等类型。
2.渠道渠道是指引导水流的人工通道，包括沟渠、沟槽、泵站、取水口等。
渠道的设计和施工需要考虑水流的速度、水位、渠道的横断面形状等因素。
3.河道河道是指河流自然形成的河床，用于引导和承载水流。
对于河道的维护和管理，可以采取清淤、加固河床、修建防护工程等措施。
4.堤坝堤坝是指河道两岸修建的土石堆积物，用于阻挡水流、保护沿岸地区等。
堤坝的设计需要考虑土石材料的稳定性、坡度、防渗等因素。
5.航道航道是指供船舶行驶的水道，包括河流、湖泊、海洋等。
航道的设计需要考虑水深、弯道半径、通航能力等因素，以保证船舶的安全通行。
6.泵站泵站是水利工程中用于提升水位或将水从低处转移到高处的设施。
泵站通常由水泵、输水管道、控制系统等组成，能够实现将水流引入渠道、水库等目的地。
7.水闸水闸是用于控制水流的设施，可以调整水位、防洪、防潮、船闸等。
水闸的结构包括闸门、溢流堰、水泵等，通过控制闸门的开闭来实现对水流的控制。
8.溢流堰溢流堰是修建在水坝上的设施，用于调节水流的流量和水位。
溢流堰的设计需要考虑水位的变化范围、溢流能力等因素，以达到安全和高效的目的。
9.喷射堰喷射堰是通过高速水流的喷射来改变水流的方向和流速的工程措施。
喷射堰可以用于水坝的冲刷控制、航道的导流、水库的排空等。
10.输水管道输水管道是用于输送水流的管道系统，包括钢管、混凝土管、塑料管等。
输水管道的设计需要考虑水流的压力、流量、管道的材料和施工工艺等因素。
《水工建筑物土石坝》PPT课件
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⑴土质心墙： • 位置：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； • 高程：顶部在静水位以上的超高，在正常运用情况下 不小于0.3-0.6m，非常运用情况下不得低于非常运用 的静水位；预留竣工后沉降超高。 • 坡度：1：0.15-1:0.3
• 坝高——坝高超过10-30m时，可从上到下分级放缓，变 坡处设马道。每隔15-20m变坡一次。
• 地质条件——地质条件较差时，坡度应缓些。
• 当上、下游坡为同一种土料时，上游坡应比下游坡缓。
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
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。
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优点： 1 筑坝材料就地取材，造价低； 2 适应地基变形能力强； 3 施工方法灵活，技术简单； 4 结构简单，工作可靠，维护方便。
缺点： 1 坝顶不能溢流； 2 施工导流不如混凝土坝方便； 3 粘土防渗体施工受气候影响。
最大坝高（m） 258
186（2009） 111
185.5 （2006） 179.5 （2004）
水布垭 面板堆石坝 （2009，233m ）
四、 土石坝的工作特点和设计要求 散粒体结构，导致以下问题： （1）稳定问题 （2）渗流问题 （3）沉降问题 （4）冲刷问题 （5）冻害、冰害、地震等
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（4）冲刷问题 土颗粒间的凝聚力很小，其抗冲能力很低。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，因溢洪 道泄洪能力不足发生洪水漫顶而溃坝。
土石坝知识点总结
土石坝知识点总结土石坝是一种利用土石材料修筑而成的水利工程建筑，用于储水、防洪和发电等各种目的。
历史上，土石坝是最早出现的一种水坝形式，它将土石材料紧密地堆积在一起，以形成一个可容水的大坝。
土石坝的结构简单，施工方便，因此在古代就被广泛使用。
而如今，土石坝依然是世界各地重要的水利设施之一。
土石坝的类型土石坝有多种类型，根据其结构和材料可以分为土石坝、重力坝、砂石坝、砼面板坝等。
其中，土石坝是一种用土石料垒积而成的坝体，通常是采用采用天然土石料修筑而成的坝体。
而重力坝则是靠坝体自身的重力来抵抗水压力和地基稳定力的作用。
砂石坝由砂石混凝土组成，砂石拦河坝体可以用于固体废物填埋库的防渗线坝体、陡岸坝体等。
而砼面板坝则是由混凝土面板构成，它采用筏板基础的坝体、抛筑或摊铺混凝土表面的坝体、在碾压式混凝土底板上施工板体的坝体等。
土石坝的设计和施工土石坝的设计和施工需要经过严格的规划和实施。
首先，工程师需要根据地质条件和水文特征等因素，选择合适的坝址和种类，然后进行地质勘察和水文勘测，确定坝址和参数。
接下来，设计人员需要考虑到土石坝的主要结构和功能，包括坝顶、坝体和坝基等要素，确定坝顶宽度、坝体高度、坝基宽度等参数。
最后，设计人员需要进行坝体开挖和土石料回填等工程实施。
土石坝的特点和优势土石坝相比于其他类型的水坝有着独特的特点和优势。
首先，土石坝有着灵活的建筑方式和廉价的建筑成本，能够利用周边丰富的土石料资源，节约了大量的成本和时间。
其次，土石坝的安全性和稳定性较高，可以经受较大规模的自然灾害，如地震和山崩等。
再者，土石坝的环境适应性强，能够适应各种地质和水文条件，不受周边环境的影响。
最后，土石坝的使用寿命长，能够满足长期的水利需求和发电需求。
土石坝的养护和管理土石坝的养护和管理是保证其安全性和稳定性的关键。
首先，需要加强对土石坝坝址地质环境的监测和评估，定期对坝址地质环境、地震状况、水文特性等进行检测和分析。
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接触流失、接触冲刷等。
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土石坝
设计要求：按“上堵下排”的的原则采取有效防渗、排水 措施。
土石坝
（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。
土石坝
土 பைடு நூலகம் 坝 (earth
and rockfill dam)
土石坝
授课内容 • • • • • 第一节 概述 一、土石坝及其优缺点 二、土石坝的类型 三、土石坝的发展 四、土石坝的工作特点与设计原则
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。 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 已建坝数量 29974 4180 1592 489 36235 % 82.7 11.5 4.4 1.4 100
土石坝
南 美 印 度 629 998 日 本 1484 欧洲（含俄 罗斯） 1918
其 他 2778
中 国 17475 美 国 4694
世界土石坝按国家或地区分类统计图
土石坝
世界最高的土石坝：罗贡坝(335m，塔吉克斯坦) 中国最高的土石坝：小浪底(154m) （中国建成的最高面板堆石坝，清江水布垭， 233m）
（2）分区坝 － 由不同渗透特性的料区组成
土石坝
分区坝： 心墙坝
—— 把防渗体放在坝体中部，断面比均质坝小。
斜墙坝 —— 把防渗体放在靠近上游坝面处，有效降低坝体浸润 线，但适应地基变形的能力比心墙坝差。易产生纵向裂 缝，抗震性能不如心墙坝。 土石混合坝 —— 土石各占相当比例；越靠近防渗体，土料性能越接 近防渗体。
1949-1957年
1958-1980年
1980年以来
土石坝
建成或在建的大型土石坝
枢纽名称 糯扎渡 瀑布沟 苗家坝 三板溪 洪家渡 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）
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土石坝
206座土石坝事故原因分析
破坏原因 洪水漫顶 渗透破坏 滑 护 其 坡 坡 它 占总溃坝的比例 30 % 38 % 15 % 5 % 7 % 5 %
原因不明
土石坝
第三组 主讲：程朝 评委：杨丹 组员:关贺伟、张棒棒、刘鑫 范利涛、郝鹏飞、袁帅
水布垭 面板堆石坝 （2009，233m ）
土石坝
四、 土石坝的工作特点和设计要求 •散粒体结构，导致以下问题： •（1）稳定问题 •（2）渗流问题 •（3）沉降问题 •（4）冲刷问题 •（5）冻害、冰害、地震等
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土石坝
（1）稳定问题 坝体为散粒结构，抗剪强度低，易滑动。 土石坝的失稳一般是坝坡滑动或坝坡连同地基一起滑 动的剪切破坏（特有）。
小浪底土石坝
土石坝
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。
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土石坝
优点： 1 筑坝材料就地取材，造价低； 2 适应地基变形能力强； 3 施工方法灵活，技术简单；
4 结构简单，工作可靠，维护方便。
设计要求：应保证在施工期和各种可能的工作条件下都 是稳定的。
土石坝
（2）渗流问题 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。
土石坝
•4）渗流的主要危害
① 渗漏； ② 减轻土体有效重力，降低摩擦角及凝聚力， 渗透动水压力，增加滑坡的可能； ③ 渗透变形：土石坝及地基中的渗流，由于物 理和化学作用，土体颗粒流失，导致土壤发生局部破 坏，称为渗透变形。 5）常见渗透变形的型式 • 管涌、流土；
土石坝
缺点： 1 坝顶不能溢流； 2 施工导流不如混凝 土坝方便； 3 粘土防渗体施工受 气候影响。
土石坝
二、 土石坝的类型 按施工方法分：
（1）碾压式土石坝－应用最多
（2）抛填式堆石坝 （3）定向爆破堆石坝 （4）水中填土坝 广东南水定向爆破堆石坝 (81.3m)
土石坝
按土石料在坝体中的配置及防渗设施位置和材料分： （1）均质坝 － 绝大部分由一种土料组成
土石坝
土质材料心墙坝
人工材料心墙坝
土石坝
土质材料斜墙坝
人工材料斜墙坝
土石坝
斜心墙坝
土石坝
三、我国土石坝的发展 ⑴我国历史上有文献记载的可追溯到公元前598-591年。 ⑵建国前用现代技术修建的土坝仅甘肃的鸳鸯池水库大 坝一座，50年代几次扩建后坝高37.8m。 ⑶建国后土石坝建设的三个阶段：
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土石坝
（4）冲刷问题
土颗粒间的凝聚力很小，其抗冲能力很低。
设计要求： ◎ 坝顶应有足够的超高，不允许漫顶； ◎ 上下游坝面和坝顶需采取保护措施，保证坝 体安全。
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土石坝
（5）其他问题 ◎ 冰压力 ◎ 冬天冻融，夏天干裂 ◎ 动物破坏
◎ 地震，粉砂地基的振动液化
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。