第五章土石坝讲述.ppt

第五章 土石坝 水工建筑物 按土料配置和防渗体材料分(Fig5-1) 均质坝：采用一种土料 土质防渗体分区坝 心墙坝 斜心墙坝 斜墙坝 非土质材料防渗体坝 人工材料心墙坝：以沥青砼、砼等为心墙的坝 人工材料面板坝：由沥青砼、砼、塑料薄膜等为防渗面板的土石坝 ⑴中低均质坝：平均坡度1:3； ⑵土质心墙坝：下游1:1.5～1:2.5，上游1:1.7～1:2.7（坝壳堆石），下游1:2～1:3，上游1:2.5～1:3.5（坝壳土料） ⑶人工材料面板坝：上游1:1.4～1:1.7,下游1:1.3～1:1.6(可随堆料优劣适当变化) ⑷人工材料心墙坝：可参照人工材料面板坝选用 作业 土石坝失稳破坏状态通常有三种形式： 滑坡：由于坝坡过陡或筑坝材料强度不够，使某一滑动面以上的土体所受滑动力或滑动力矩超过了其下相应土体可能施加的抗滑力或抗滑力矩。 液化：饱和松砂受振动或剪切而体积收缩，但空隙中的水分不能立即派出，砂砾相互接触的有效应力部分或全部转化为没有抗剪强度的孔隙水压力，沙粒就随水流而“液化”流动。 塑性流动：坝体或坝基的剪应力超过土体的抗剪强度，变形远超过弹性限值，失去承载能力，坝坡或坡脚土被压出或隆起，或坝体、坝基发生严重裂缝，过量沉陷等情况。 （二）沉降计算 沉降计算的内容 计算孔隙水压力：主要针对施工期 计算坝体和坝基的沉降量：预留超高、推算不均匀沉降、判断有无裂缝产生 沉降计算主要针对粘性土坝体、坝基进行。 土的压缩曲线：试验测量，注意土样的选取 坝基土采用原状土试样 坝体采用填筑土料，模拟施工情况击实至设计干密度 施工期计算：坝体采用非饱和状态的压缩曲线 最终沉降量计算：坝体、坝基采用浸水状态的压缩曲线 土的本构模型 土的本构模型是指土的应力－应变关系； 目前常用的本构模型 弹性模型 非线性弹性模型 弹塑性模型 邓肯－张模型：为一双曲线型非线性弹性模型，应用最广泛； 岩溶地基处理 开挖 铺盖 堵洞 灌浆 筑墙隔离 施工优点 堆石体分区填筑，开挖料可以得到充分合理利用； 垫层和过渡层具有半透水性和反滤作用，施工期没有面板的情况下可直接挡水或过水，简化了施工导流、渡汛，加快了施工进度，降低造价； 没有粘性土填方，施工受气候条件的影响较小，基本可全年施工。 运行和维护优点 薄层碾压使堆石体密度高、沉降变形小，面板抗裂防漏有了保证，坝的运行安全度高，即使面板有少许漏水，也不会危及大坝安全。面板易于检修维护。 黄河小浪底工程（1991年开工-2001年完工） 碧口水电站（1977年竣工） 黄河小浪底断面 土石坝坝顶安全加高表 Fig5-7b Fig5-12b 滑心位置 Fig5-19 Fig5-20 Fig5-21a Fig5-21b Fig5-21e Fig5-27a Fig5-27b Fig5-34 Fig5-26 Fig5-26yq Fig5-35 Fig5-36 Fig5-37 Fig5-38 Fig5-39 Fig5-40 Fig5-51 Fig5-54 沥青砼心墙坝防渗体的构造 心墙可竖直可倾斜,中低坝底厚=1/60-1/40H且40cm,顶厚30cm 两侧设过渡区 观测廊道 柔性连接 堆石坝壳 堆石坝壳 5.3 土石坝的渗流分析 5.3 土石坝的渗流分析 5.3 土石坝的渗流分析 等效渗流域 5.3 土石坝的渗流分析 5.3 土石坝的渗流分析 5.3 土石坝的渗流分析 斜墙渗流计算 y 斜墙渗流计算 心墙渗流计算 ΔH=(H1-H2)/m, Δq=q/n 初始渗流场 急降渗流场 急降前后的浸润线对比 3～6m渗坑 下游几百米有泥浆流出 孔径3～6m的连续渗流通道 土石坝坝坡滑动破坏形式 施工期 稳定渗流期 水位降落期 水位降落期 安全系数 土体重量计算参数的选择 湿容重 饱和容重 浮容重 L (1/2～3/4)L 初定圆心范围 F5-15 简化Bishop法 折线滑动面 复式滑动面 折线滑动面与复式滑动面 稳定渗流期 极限抗剪强度 破坏抗剪强度 初始变形模量 前苏联努列克坝竖直位移 ①心墙一般比坝壳大：心墙不仅压缩性大，且承受主要库水压力； ②最大竖向位移发生下部1/3H处； 前苏联努列克坝水平位移 ①最大水平位移出现在心墙上游面，且沿坝高基本均匀； ②下游坝壳部分的位移基本不衰减。 前苏联努列克坝安全系数的分布 易发生塑流的部位：上游坝壳下部、心墙底部和下游坝脚 护坡 护坡 护坡 沥青砼斜墙坝防渗体的构造 碎石或砾石垫层，厚1～3m，其上需3～4cm的沥青碎石基垫 致密沥青砼防渗层，厚约20cm，分层铺压，每层约3～6cm 迎水面涂沥青玛碲脂保护层，减缓沥青老化，增强防渗 在斜墙与地基防渗结构周边回填柔性材料，以适应变形或错动 上游坡不陡于1:1.