水工建筑物的课程设计—斜墙坝

选取4中运用条件中的最大值作为坝顶高程，即坝顶高程为595.33m。 考虑水库综合利用情况，取596m。
2、 坝顶构造：
（1） 坝顶宽度：
SL 274—200J《碾压式土石坝设计规范》规定： 高坝顶宽可
选为10--15m，中、低坝顶宽可选为5--10m。
由于该设计中无交通要求时，仅考虑抢险防汛及检修灌浆和运
（1） 防渗体： 防渗体的厚度主要决定于土料的质量，如容许渗流比降、塑性、 抗裂性能等。在设计中通常采用平均容许比降作为控制标准，它 等于作用水头H与防渗体厚度T的比值，斜墙的不宜大于5。防渗体 顶部的水平宽度不应小于3m，自上而下逐渐加厚，在坝底部不低 于容许比降所规定的要求。 此斜墙坝顶部宽度定为3m，上游坡度取为1:2.5，上下游作用最大 水头差H=596-560=36m，故墙厚，斜墙底宽取为10m＞7.2m,斜墙下 游与水平面夹角为，，则其坡度为。 斜墙上游应设置保护层，以防止冰冻和干裂。保护层可采用砂或 碎石，其厚度不小于该地区的冻结和干燥深度，此处取1.0m，分 别铺0.5m厚的碎石和砂砾石。 5、 坝基防渗设置：
运用条件 水位 波浪爬高R 风壅水高e 安全加高A 地震安全加高
单位：m 坝顶高程
（1）
592 1.81 0.015
1.0
-
594.83
（2）
590 1.81 0.015
1.0
-
592.83
（3）
593 1.81 0.015
0.5
-
595.33
（4）
590 1.81 0.015
0.5
1.0 593.33
行管理要求，坝顶宽度8m。
（2） 坝顶构造：
坝顶盖面材料应根据当地材料情况及坝顶用途确定，一般采用
密实的砂砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土等柔性材料。本设计
采用碎石路面。
坝顶上游侧宜设防浪墙，墙顶一般高出坝顶1.0--1.20m。防浪
墙应坚固不透水，用砌石浆建造,取1.2m。
3、 坝坡构造：
（1） 坝坡坡度：
铺盖是均质坝体心墙或斜墙上游水平的延伸，可以延长坝基渗流 的渗径，以控制渗透坡降和渗流量在允许的范围内。铺盖土料的 渗透系数应小于10-5cm/s,且至少要小于坝基透水层渗透系数的100 倍以上，此坝周围的砂石料符合这一要求。铺盖向上游伸展的长 度一般最长不超过6—8倍水头，铺盖的厚度，上游端按构造要 求，不小于0.5m，取为1m，向下游逐渐加厚使某断面处在顶、底 水头差作用下其渗透比降在允许范围内，在与坝体防渗体连接处 要适当加厚以防断裂。铺盖上应设保护层，以防止蓄水前干裂、 冻蚀和运用期的风浪或水流冲刷，铺盖底应设置反滤层保护铺盖 土料不流失。 6、 土坝排水设置： 坝体排水用堆石棱柱体排水，它是在下游坝脚处用块石堆成的棱 体。棱体顶宽不小于1.0m，顶面超出下游最高水位的高度，对2级坝 不小于1.0m，而且还应保证浸润线位于下游坝坡面的冻层以下，因 下游无水，故取棱体顶高3m,顶宽2m。棱体内坡根据施工条件决定， 一般为1:1.0—1:1.5，外坡取为1:1.5—1:2.0，在此处取内坡 1:1.5，外坡1:2.0。在棱体与坝体及土质地基之间均应设置反滤 层，在棱体上游坡脚处应尽量避免出现锐角。 7、 反滤层和过滤层
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。灌区位于左岸，灌溉 输水渠渠首设计水位572m。
方向相反。
根据以上作用力，可求得边坡稳定安全系数为
式中，为i土条底面上的弧长，。
若计算时考虑孔隙水压力作用，可采用总应力法或有效应力 法。总应力法计算抗滑力时采用快剪或三轴不排水剪强度指 标；有效应力法计算滑动面的滑动力时，采用有效应力指标 和，根据以往实际工程经验取，，，，， 此时， 坝坡稳定安全系数为
土坝坝坡比参考值
坝高/m
上游坝坡
下游坝坡
(1:2.00)～(1:2.50) (1:1.50)～(1:2.00)
10～20 (1:2.25)～(1:2.75) (1:2.00)～(1:2.25)
20～30 (1:2.50)～(1:3.00) (1:2.50)～（1:2.75）
（1:3.00）～ （1:3.50）
的孔隙。
8、 坝型剖面图（见图纸）
(2) 土石坝防渗分析
渗流分析的内容包括：①确定坝体内浸润线；②确定渗流主要参
数——渗流流速与比降；③确定渗流量。
在渗流分析中，一般假定渗流流速和比降的关系符合达西定律，
即。斜墙采用粘土料，渗透系数，坝壳采用砂土料，渗透系数，两
者相差倍，可以把粘土斜墙看做相对不透水层，因此计算时可以不
2、 设计报告
(1) 土石坝的剖面尺寸及构造 经分析，该设计选择斜墙坝。
1、 坝顶高程： 坝顶高程=水库静水位+坝顶超高，取4种运用条件：
1) 设计洪水位+坝顶正常超高值 2) 正常蓄水位+坝顶正常超高值 3) 校核洪水位+坝顶正常超高值 4) 正常蓄水位+坝顶正常超高值+地震安全加高 中的最大值。 坝顶超高值： 式中：d—坝顶超高，m；R—波浪在坝坡上的设计爬高，m；e—风浪 引起的坝前水位壅高，m；A—安全加高，m。 1) 风壅水面高度： 式中，K—综合摩阻系数，取；D—风区长度，取吹程5km；—计算 风向与坝轴线的法线间的夹角，该坝；—风区内水域平均深度，设 为35m；—计算风速，m/s，2级坝采用多年平均最大风速的1.5— 2.0倍，此处取2倍。 算得，e=0.015m 2) 波浪爬高的计算： 平均波浪爬高：当坝坡系数m=1.5～5.0时，
y 0 1.16 1.64 2.32 2.84 3.27 3.66 4.01 4.33 4.63
浸润线轮廓如图示：
水力坡降 渗漏总量约为 渗漏量控制 平均流速 (3) 土坝稳定性计算
1、 土坝失稳的形式，主要是坝坡或坝坡连同部分坝基沿某一剪切 破坏面的滑动。稳定计算的目的是核算初拟的坝剖面尺寸在各 种运用情况下坝坡是否安全、经济。
合理的反滤层设计要满足的要求：
（1） 被保护土层不发生管涌等有害的渗流变形，在防渗体出
现裂缝的情况下，土颗粒不会被带出反滤层，而且能促
进使裂缝自行愈合。要求反滤层有足够小的孔隙，以防
土粒被冲入孔隙或通过孔隙而被冲走。
（2） 透水性大于被保护土层，能畅通的排除渗透水流，同时
不致被细粒土淤塞而失效。这要求反滤层必须有足够大
（1） 土条自重，方向垂直向下，其值为，其中分别表示该土条 中对应土层的重度；分别表示相应的土层高度，b为土层 宽度，可以将沿滑弧面的法向和切向进行分解，得法向分 力，切向分力。
（2） 作用于该土条底面上的法向反力与大小相等、方向相反。 （3） 作用于土条底面上的抗剪力，其可能发挥的最大值等于土
条底面上土体的抗剪强度与滑弧长度的乘积，方向与滑动
考虑上游楔形降落的水头作用。
坝体渗透计算
斜墙的平均厚度：
通过斜墙的：
…………………(1)
通过坝壳的：
…………………(2)
由公式（1）、（2）相等得：
下游无水，， 堆石棱柱体排水体高度为3m，计算L的长度：
则，，
坝壳浸润线方程，， 则坝壳浸润线方程可写为
坝壳浸润线方程坐标点 x 0 10 20 40 60 80 100 120 140 160
反滤层的作用是滤土排水，防止土工建筑物在渗流溢出处遭受 管涌、流土等渗流变形的破坏以及不同土层界面外的接触冲刷。反 滤层一般由1--3层级配均匀，耐风化的砂、砾。卵石和碎石构成， 每层粒径随渗流方向而增大。水平反滤层的最小厚度可采用0.3m； 垂直或倾斜反滤层的最小厚度可采用0.5m。
过渡层主要对其两侧土料的变形起协调作用。反滤层可以起到 过渡层的作用，而过渡层却不一定能满足反滤的要求。
5、 土石坝的稳定分析： 对于该坝来说，滑动面接近于圆弧，故采用圆弧滑动法进行坝坡稳 定分析。为了简化计算和得到较为准确的结果，常采用条分法。规 范采用的圆弧滑动静力计算公式有两种：一是不考虑条块间作用力 的瑞典圆弧法，一是考虑条块间作用力的毕肖普法。此坝用瑞典圆 弧滑动法。 1) 计算原理：
假定滑动面为圆柱面，将滑动面内土体是为刚体，边坡失稳时该土 体绕滑弧圆心O作转动。分析计算时常沿坝轴线取单宽坝体，按平 面问题采用条分法，将滑动土体按一定的宽度（通常宽度b=0.1R） 分为若干个铅直土条，不计相邻土条间的作用力分别计算出土条对 圆心O的抗滑力矩和滑动力矩，再分别求其总和。当土体绕O点的抗 滑力矩大于滑动力矩，坝坡保持稳定，反之，坝坡则丧失稳定。 2) 计算步骤： 将滑弧内土体用铅直线分成12个条块，为方便计算，取各土条块宽 度，对各土条进行编号，以圆心正下方的一条编号为i=0,并依次向 上游为i=1,2,3,……向下游为i=-1,-2,-3,……如图示 不计相邻条块间的作用力，任取第i条为例进行分析，作用在该条 块上的作用力如下：
精品
水工建筑物
课程设计
班级： 姓名： 学号：
水工建筑物课程设计——斜墙坝
1、 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。
式中，为作用于i土条底面的孔隙压力。部分计算结果见下表
（1） 截水槽： 截水槽是坝体防渗体向透水地基中的延伸，是构造简单、防渗有 效、稳妥可靠的坝基防渗设施。槽底宽度应根据回填土料的容许渗 透比降、与基岩接触面抗渗流冲刷的容许比降以及施工条件确定。 槽的边坡一般不陡于(1:1)～(1:1.5)，槽两侧设置反滤层或过渡