第6讲 第三章 土石坝设计1
土石坝设计答案
土石坝设计答案（一）名词解释1、浸润线；渗透水流在坝体内的自由水面与垂直坝轴线的剖面的交线成为浸润线。
2、管涌；管涌是在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒从骨架孔隙中连续移动和流失的现象。
3、等效矩形；用一个等效矩形体代替上游楔形体，把此矩形体与原三段法的中间段和而为一，成为第一段，下游楔形体为第二段。
虚拟上游面为铅直的，距原坝坡与设计水位交点A 的水平距离为ΔL ，11121H m m L +=∆4、流土；流土是在渗流作用下，土体从坝身或坝基表面隆起、顶穿或粗细颗粒同时浮起而流失的现象。
5、波浪爬高；指波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度（从风雍水面算起）。
6、最优含水量；指在一定功能的压实作用下，能使填土达到最大干密度时相应的含水量。
7、最危险滑弧；抗滑稳定安全系数最小的面为最危险滑动面，最危险滑动面与垂直坝轴线的剖面交线称为最危险滑弧。
8、流网；渗流场内由流线和等势线构成的网格称为流网。
（二）填空1、贴破排水、棱体排水、褥垫式排水和综合式排水；2、变形裂缝、干缩和冻融裂缝、水力劈裂裂缝；3、土的颗粒组成、级配；4、流土、管涌、接触冲刷和接触流失；5、设计干重度、含水量；相对密度、孔隙率；6、等势线与流线互相正交、流网各个网格的长宽比保持为常数时，相邻等势线间的水头差相等、各相邻流线间通过的渗流量相等；7、渗流；8、坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动（或滑坡）；9、碾压式土石坝、抛填式土石坝、定向爆破式土石坝；10、正常蓄水位、相应最低水位；11、黏性土截水墙、混凝土防渗墙、帷幕灌浆、防渗铺盖；12、100；13、高、小；14、抛物线、不利；15、滤土排水、渗透变形；16、1%坝高；17、碾压式土石坝；18、土料各向同性、渗流看作层流、渗流符合连续定律；达西定律；()L K q H H 22221-=；19、1×10-6；20、内摩擦角φ、粘聚力c ；（三）辨析题1、×；2、 ×；3、×；4、×；5、×；6、√；7、×；8、×；9、×；10、√。
挡水坝设计
温泉水库枢纽——挡水坝初步设计（2-13）
第一章 基本资料
列。
代表性水文年 年径流量(m3)
表 1-1 代表性水文年的年径流量
丰水年（P=25%）
平水年（P=50%）
91.4104
55.1104
枯水年（P=75%） 30.5104
（2）洪水 历史资料说明，洪水多发生在 7~8 月，洪水过程多为单峰型，一次洪水历时
22.25
22.8
20.6
1×10-3 1.12×10-2 水上 35°
水上 28° 水下 32°
3.7×10-7
4
温泉水库枢纽——挡水坝初步设计（2-13）
1.5 其他资料
第一章 基本资料
（1）外来材料 工程使用的主材——水泥、钢材等，均可市购。其他生活、生产资料，均可
由当地采购。 （2）交通 工程场区位于白家疃村南 1.0km，距温（泉）颐（和园）干线公路 1.5km，
附录 设计指导书............................................... 26
0
温泉水库枢纽——挡水坝初步设计（2-13）
第一章 基本资料
第一章 基本资料
1.1 枢纽任务
本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成 60000~70000m2 面积的水域，蓄水 30 万 m3，可以在一定程度上减少流域内的水土流失，减轻山 洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周 边植物生长条件。同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。
坝址区呈“U”形河谷，谷底宽约 35m，高程 84.50m。上部（高程 100m 处） 宽约 120m，主河道由南向北流经库区后，改向为由南东向北西方向穿过坝址。 谷底沉积有深达 19.60m 的第四系沉积层。左坝头亦为山前冲积——洪积阶地沉 积物。右坝头为古生代二叠纪板岩，其产状为倾向南，倾角 50。未发现较大规 模断裂构造。
土石坝设计规范
土石坝设计规范土石坝设计规范是用于指导土石坝设计的文件，其目的是确保土石坝的安全稳定运行。
以下是一份约1000字的土石坝设计规范：第一章：总则本设计规范适用于各类土石坝的设计工作。
设计人员必须具备相关资质，并按照国家相关法律法规和标准进行设计。
第二章：基本要求土石坝设计必须符合以下基本要求：坝体具有足够的稳定性和承载能力；坝体内部排水系统完备；坝体及坝基与土质稳定；工程对环境影响最小化。
第三章：勘察与设计依据设计必须基于坝址的勘察与调查结果，并充分考虑附近地质、水文、气象等因素以及设计场景和负荷情况。
第四章：交通通讯土石坝必须与周边地区的交通通讯网络相连，以便及时接收和传达信息。
第五章：坝堤结构土石坝的坝堤结构应保证其安全稳定性，考虑坝坡夯筑、排洪能力、挡水能力，确保整体结构的可靠性。
第六章：坝体设施土石坝的坝体设施包括溢流堰、泄水管、观测设备等，必须按照规划设计的需求进行设置，并具备可操作性和维护性。
第七章：溢洪道土石坝溢洪道的设计要满足设计洪水的净水能力，使坝体在超过设计洪水位时能正常运行，不发生渠道破裂、侵蚀等现象。
第八章：地基处理土石坝的地基处理应确保坝基的稳定性和承载能力，并采取相应的处理措施，如排水、加筋等。
第九章：护坡设计土石坝的护坡设计必须考虑坝体稳定性、抗滑性、抗冲刷能力等因素，并根据设计场景和地质条件选择合适的护坡形式。
第十章：监测与运行土石坝的监测系统必须能及时反映坝体的变化情况，包括坝体位移、应力、水位等，以便对坝体的运行进行及时调整和修复。
第十一章：安全措施土石坝设计必须考虑周边环境和社会安全因素，采取相应的安全措施，保证坝体的安全运行。
第十二章：完工验收土石坝完成施工后必须进行完工验收，包括检测坝体的物理性质等，确保坝体符合设计要求。
第十三章：维护与修复土石坝在运行中必须进行定期维护和修复，保证坝体稳定安全。
第十四章：盾构修复对于有盾构穿越的土石坝，必须按照相关规范进行修复，以保障坝体的功能和安全性。
土石坝课程设计最终稿
土石坝课程设计最终稿一、课程目标知识目标：1. 学生能理解土石坝的定义、结构及功能，掌握土石坝的组成部分及各部分的作用。
2. 学生能掌握土石坝的设计原则，了解影响土石坝稳定性的主要因素。
3. 学生了解我国土石坝的建设与发展历程，了解土石坝在水利工程中的应用。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析土石坝的稳定性，提出合理的改进措施。
2. 学生具备一定的土石坝设计能力，能够完成简单的土石坝设计图绘制。
3. 学生能够通过小组合作，进行土石坝模型的制作，培养动手实践能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对水利工程建设的兴趣，提高对水利学科的认识和热爱。
2. 学生通过学习土石坝知识，增强环保意识，认识到水利工程与环境保护的重要性。
3. 学生在小组合作中，培养团队协作精神，提高沟通与交流能力。
课程性质：本课程为水利工程学科的基础课程，旨在让学生了解土石坝的基本知识，培养学生的实践能力和创新意识。
学生特点：学生为初中生，具备一定的物理和数学基础，对水利工程有一定的好奇心，但实践经验不足。
教学要求：结合学生特点，注重理论联系实际，采用案例教学、小组合作等方法，提高学生的学习兴趣和参与度。
通过课程学习，使学生具备基本的土石坝知识，为后续相关专业课程打下坚实基础。
同时，注重培养学生的团队协作和沟通能力，提高学生的综合素质。
二、教学内容1. 土石坝基本概念：土石坝的定义、分类、结构及功能，重点讲解各部分的作用和相互关系。
教材章节：第一章 水利工程概述，第三节 土石坝简介2. 土石坝设计原则：讲解土石坝设计的基本原则，如稳定性、经济性、施工便利性等。
教材章节：第二章 水利工程设计，第四节 土石坝设计原则3. 影响土石坝稳定性的因素：分析影响土石坝稳定性的主要因素，如坝体材料、坝基处理、水文地质条件等。
教材章节：第三章 土石坝稳定性分析，第一节 影响因素4. 土石坝施工技术：介绍土石坝的施工方法、工艺及质量控制。
教材章节：第四章 土石坝施工，第一节 施工方法与工艺5. 土石坝案例分析：分析国内外典型土石坝工程案例，总结经验教训。
水利工程第三章三
（二）土石坝的剖面
土石坝的基本剖面是一 个梯形，它的尺寸主要应满 足挡水、边坡稳定和防渗的 要求。
坝顶高程、坝顶宽度、坝的
上下游边坡、防渗体和排水
设备的轮廓尺寸等。
坝顶高程
坝顶高程
坝顶宽度
H
Lα
四、筑坝土料的性质
一般土料原则上均可作为碾压式土石坝的筑坝材 料，或经处理后用于坝的不同部位。但下列土料 不宜采用：沼泽土、斑脱土、地表土及含有未完 全分解有机质的土料。
一、碾压砼坝 采用少灰超干硬性砼经碾压密实凝结而
成，它在形式和分析计算方法上与一般常规 砼坝基本相同，只是在材料和施工工艺上做 了重大的改进。
胶凝材料：常态砼：水泥 RCC砼：水泥、粉煤灰。
二、砼面板堆石坝
• 面板堆石坝迅速发展的原因 • 1、面板设计于堆石体上游面，水压力在上游
坝面的铅直分力有助于坝的稳定，坝体工程量 是土石坝中最小的； • 2、振动碾压使得高密实度堆石体变形小； • 3、面板兼有护坡防浪作用，经济合理； • 4、面板在上游面，便于检查维修； • 5、坝体填筑没有粘性土填方，施工干扰小， 气候影响也小，基本可全年施工。 • 弱点：面板对基础沉陷敏感，不抗漂浮物冲击。
2）土石坝设计的 一般要求
（1）不允许水流漫顶，要求坝体有一定 的超高； （2）满足渗流要求； （3）坝体和坝基必须稳定； （4）应避免有害裂缝及必须能抵抗其他 自然现象的破坏作用； （5）安全使用前提下，力求经济美观。
二、土石坝的类型
按坝体高度可分为：高 坝、中坝、低坝。按施工方 法可分为：碾压式土石坝， 抛填式土石坝，水力冲填坝 和定向爆破堆石坝等。
粘性土：防渗性能好，宜做土坝的防渗材料， 但不能用粘性土来做均质坝。
(完整版)水工建筑物土石坝课程设计
水工建筑物课程设计》土石坝设计水 工 （ 本科 ） 13-3袁 明 炜2016 年 7 月 1 日水利与环境学院课题名称： 专业班级： 姓 名： 编写日期：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 (1)1.1工程概况 (1)1.2水文与水利规划 (1)1 ．气象 (1)2 ．水利计算 (1)1.3地形地质条件 (1)1.库区工程地质条件 (2)2.坝址区工程地质条件 (3)1.4建筑材料及筑坝材料技术指标的选定 (4)3 ．当地建筑材料 (6)2 枢纽布置 (8)2.1坝轴线选择 (8)2.2工程等级及建筑物级别 (9)2.3枢纽布置 (10)2.3.1导流泄洪洞 (11)2.3.2 溢洪道 (11)2.3.3 灌溉发电洞及枢纽电站 (11)3.1坝型确定 (12)第 3 章坝工设计 (14)3.1土石坝断面设计 (14)3.1.1 坝顶高程 (14)3.1.2 坝顶宽度 (16)3.1.3上下游边坡 (16)3.1.4 坝底宽度 (17)3.2防渗体设计 (17)3.2.1.坝体的防渗 (17)3.2.2 防渗体的土料要求 (18)第 4 章坝体渗流计算 (19)4.1设计说明 (19)4.1.1 土石坝渗流分析的任务 (19)4.1.2 渗流分析的工况 (19)4.1.3 渗流分析的方法 (19)4.2渗流计算 (20)4.2.1 基本假定 (20)4.2.2 计算公式 (20)4.2.3三种工况计算 (21)4.2.4 渗流校核 (23)4.2.5 浸润线计算 (24)4.2.6 理正软件校核 (27)第 5 章土石坝坝坡稳定分析及计算 (30)5.1坝体荷载 (30)5.1.1 渗流力 (30)5.1.2 孔隙压力 (30)5.1.3 地震力 (30)5.2稳定分析方法 (30)5.3计算工况 (31)5.4稳定计算 (31)5.4.1 瑞典圆弧滑动法 (31)5.4.2理正软件计算 (33)第 6 章细部构造 (36)6.1坝顶构造 (36)6.2 护坡 (36)6.3反滤层 (37)6.4排水体 (40)6.5 马道 (42)第1 章基本资料1.1工程概况ZF 水库位于QH 河干流上，水库控制流域面积4990km2，库容5.05 ×108m3。
土石坝的特点
第三章土石坝第一节土石坝的特点、分类、发展状况教学目的：掌握土石坝的特点和类型。
教学难点、重点：土石坝的特点和分类方法、碾压式土石坝的种类。
主要概念、名词：散粒体结构、碾压式土石坝、水力冲填坝、水中填土筑坝、定向爆破筑坝、均质坝、分区坝、人工材料防渗体坝。
教学内容：⑴复习巩固：前面介绍了重力坝和拱坝，它们有一个共同的特点，是都采用混凝土或浆砌石作为坝体材料，整体性好，抗渗能力和抗冲能力强，坝体剖面小，但材料价格高。
⑵引入新课：本节介绍土石坝的特点和类型。
⑶讲授新课：一、土石坝的特点(一)优点1.散粒体结构，就地取材。
2.对地质要求低，地基适应性强。
3.必须采取防渗措施。
4.一般不会整体滑动。
5.结构简单，工作可靠，便于维修，加高和扩建.6.施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工.(二)缺点1.坝顶不能溢洪，一般要另设溢洪道(洞).2.施工导流不如砼坝或浆砌石方便.3.粘性土料的填筑受气候影响较大.4.沉陷和不均匀沉陷大。
一般土石坝的体积约为重力坝的4～6倍，采用机械化施工的土石坝填筑单价一般为砼的1/10～1/20(美日等国仅为1/30左右)，(大坝浆砌石单价约比砼少15％左右)，因此土石坝一般比较经济，即使包括导流、溢洪道等费用，总造价常常仍是有利。
(我国浙江成屏面板堆石坝的填筑单价约为当地砼的1/15)。
中小型土坝若设计或运用管理不当，易失事。
我省1972年至1981年小(1)型土坝有14座发生滑坡，占当时小(1)型土石坝245座的4.9％。
唐山地震时陡河水库险些失事。
根据一些国家对土坝失事的统计，由于水流漫顶失事的占30％，坝坡坍滑失事的占25％，坝基渗漏失事的占25％。
二、碾压式土石坝的分类（一）、按坝高分：低坝：H<30m；中坝：H=30～70m；高坝：H>70m（二）、按施工方法分：１、碾压式土石坝(1).均质坝，多种土质坝，多用于低坝(2).分区坝a.心墙坝(斜心墙坝)b.斜墙坝墙坝c.人工材料防渗面板坝和心墙坝如：堆石坝(钢筋砼面板堆石坝)２、水力冲填坝３、水中填土筑坝４、定向爆破筑坝三、土石坝的发展状况随着施工技术的发展，土石坝变的比较经济，比重有提高的趋势。
第六章土石坝
第三节 土石坝的剖面
土石坝的基本剖面形状为梯形，所以土石坝剖面的 基本尺寸主要包括：坝顶高程、坝顶宽、上下游坡度、 防渗结构、排水设备的型式及基本尺寸等。 一、坝顶高程 坝顶高程为静水位与相应的超高之和，超高包括波 浪在坝坡上的最大爬高、 安全加高等。这里计算的坝 顶高程是指坝体沉降稳定后的数值。因此，竣工时的 坝顶高程还应有足够的预留沉陷值。对施工质量良好 的土石坝，坝顶沉降值约为坝高的1%。
下游护坡
下游护坡主要是为防止被水冲蚀和人为 破坏，一般宜采用简化形式。 适用于下游护坡的型式有堆石、卵石和 碎石、草皮、钢筋混凝土框格填石等。 其护坡范围为由坝顶护至排水棱体，无 排水棱体时护至坝脚。
下游护坡
下游护坡
下游护坡
下游护坡
下游护坡
四、排水措施
土石坝虽有防渗体，但仍有一定水量渗入坝 体内。设置坝体排水设施，可以将渗入坝体 内的水有计划地排出坝外，防止渗透变形， 增加坝坡的稳定性，防止冻胀破坏的目的。 排水设施应具有充分的排水能力，不至被泥 沙堵塞，以保证在任何情况下都能自由地排 出全部渗水。
3、冲刷方面
土石坝为散粒体结构，抗冲能力很低。坝体 上下游水的波浪冲刷坝坡；波浪可能沿坝坡爬升 很高甚至翻过坝顶；坝面的雨水沿坝坡下流，也 将冲刷坝坡；泄水建筑物在泄水时激起水面波动 ，对土石坝坡也有淘刷作用；季节气温变化，也 可能使坝坡受到冻结膨胀和干裂的影响。为避免 上述不良影响，应采以下工程措施：①设置护坡 ，坝顶及下游坝面布置排水措施；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泄水建筑物进出口离坝坡要有一 定距离。
二、坝顶宽度
坝顶宽度应根据运行、施工、构造、交通和人防等 方面的要求综合研究后确定。 当沿坝顶设置公路或铁路时，坝顶宽度应按照有关 的交通规定选定。当无特殊要求时，高坝的坝顶最小 宽度可选用10～15m，中低坝可选用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，坝顶还须有足够的厚度以保护粘 性土料防渗体免受冻害。
水库土石坝设计
工程泄洪建筑物有溢洪道和导流泄洪洞。溢洪道净宽60米，分设5孔闸门，每孔闸门净宽12米，堰顶高程762米。通过施工导流、拦洪、泄洪度汛、非常时期放空水库以及在可能情况下有利于排沙等方面的综合分析和比较，泄洪洞洞径确定为8米，进口底高程703.35米。
土石坝按坝高分为：低坝、中坝和高坝。按其施工方法分为：碾压式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝和定向爆破堆石坝等。碾压式土石坝是应用最为广泛的一种坝型。按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，碾压式土石坝有以下几种主要类型：
1、均质坝：坝体断面分防渗体和坝壳，基本上是由均一的黏性土料（壤土、砂壤土）筑成。
坝址区基岩以紫红色、紫灰色细砂为主，间夹砾岩、粉沙岩和少数砂质页岩。地层岩相变化剧烈，第四系除灰度不大的砂层、卵石层外，主要是黄土类土，在大地构造上处于相对稳定区，未发现有大的断裂构造迹象。
坝址区左岸有一大塌滑体，体积约45×104m3, 对工程布置有一定影响。
本区地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防。
本次我们的任务是设计挡水坝枢纽工程。
第二节 基本资料
一、地形和地质图
ZF坝址区地形图见附图5，ZF土坝坝线工程地质剖面图见附图6。
二、库区工程地质条件
库区附近分水岭高程均在820m 以上，基岩出露高程，大部分在800m 左右，主要为紫红色砂岩，间夹砾岩、粉沙岩和砂质页岩。新鲜基岩透水性不大。未发现大的构造断裂，水库蓄水条件良好。
QH河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区也未发现重要矿产。
土石坝构造与设计
1.解析法 （1）流体力学法（2）水力学法 2.手绘流网法 3.实验法 4.数值法 （遇到复杂地基或多种土质坝，可用电模拟实验法s）
土石坝的渗透变形及其防止措施
4.1 概述
以土石材料为主建筑的坝叫土石坝，一般由支撑坝体稳定的坝主体、防 渗体以及反滤、排水、过度层、护坡等部分组成。坝筑材料有黏性土、 砾质土、砂、砂砾石、堆石、块石和碎石等天然材料，以及混凝土、沥 青混凝土、土工合成材料等人工制备的料物。
土石坝的工作特点和设计要求
（五）其他方面
式
土石坝按坝体材料所占比例可分为三种：
1.土坝。坝体以土和沙砾为主。 2.土石混合坝。当两类材料均占相当比例时，称为土石混合坝。 3.堆石坝。以石渣，卵石，爆破石料为主，除防渗体外，坝体的绝大部分或
全部由石料堆筑起来的坝称为堆石坝。
4.2 土石坝剖面的基本尺寸
土石坝的剖面尺寸是根据坝高和坝等级、筑坝材料、坝形、坝基情况及施 工、运行等条件，参照工程经验初步拟定坝顶高程、坝顶宽度和坝坡，然 后通过渗流、稳定分析，最终确定合理的剖面形状。
严寒地区水库水面冬季结冰膨胀对坝坡产生很大的推力， 导致护坡的破坏；地震地区的地震惯性力也会增加滑坡 和液化的可能性
土石坝类型
土石坝坝高的确定
土石坝的坝高应从坝体防渗体（不含混凝土防渗墙,灌浆帷幕，截水墙等坝 基防渗设施）底部或坝轴线部位的建基面算至坝顶（不含防浪墙），取其 大者。
t
水中 填土
渗透变形分类与特点： 渗透变形是土体在渗透水流作用下的破坏变形，它与土料性质，土料级配， 水流条件以及防渗排水设施有关，一般有四种形式。 1.管涌：指坝体和坝基土体中部分细颗粒物被渗流水带走的现象。 2.流土：指在渗流作用下，黏性土及均匀无黏性土体被浮动的现象。 3.接触冲刷：指在细颗粒土与粗颗粒土的交面上（包括建筑物与地基的接触 面），渗流方向与交接面平行，细颗粒土被渗流水带走而发生破坏。一般发 生在非黏性土中。 4.接触流土：指渗流垂直于渗透系数相差较大的两相邻土层流动时，将渗透系 数较小的土层的细颗粒带入渗透系数较大的土层现象。