土木工程概论 教学课件 ppt 作者 姜晨光 主编 第1篇 土木工程的学科分支第9章 水利水电工程.ppt

9.6.1 土石坝的设计原则及要求 土石坝的设计原则及要求主要有以下6点。 （1）、坝身不能泄洪。土石坝枢纽中应按洪水标准设置容量足够大的泄洪建筑物，绝对不允许洪水漫顶、造成失事。 （2）、需有适宜的坝坡维持坝坡及坝基的稳定性。 （3）、应设置良好的防渗和排水措施，控制渗流、防止坝体产生渗透变形。渗流会在坝体内产生自由水面线（称为浸润线，见图9-6-2）。渗流会造成水库的水量损失，减轻坝体渗流区内土体的有效重量，对坝坡稳定不利，使渗流逸出处土体产生渗透破坏。渗流的控制方法是设置防渗和排水设施。 （4）、根据现场的土料条件，选择好土料的填筑标准，防止过大的沉陷。施工压实过程应完成70～80%的总沉降量。 （5）、采取适当的构造措施保护坝顶、坝坡免受自然现象的破坏，提高坝运行的可靠性和耐久性。 （6）、提高土石坝的机械化施工的水平。 9.6.2 土石坝剖面尺寸的确定 土石坝剖面尺寸主要是坝顶高程、坝顶宽度和坝坡，土石坝的剖面尺寸应根据坝高、坝等级、筑坝材料、坝型、坝基情况及施工、运行等条件，参照已建工程经验初步确定，然后通过渗流、稳定分析，确定合理的剖面尺寸。 9.6.3 土坝的渗流分析与渗流控制 渗流分析的目的是对初选的坝的形式与剖面尺寸进行检验，为核算上下游坝坡稳定提供依据。根据坝体内部的渗流要素与渗流逸出坡降，检验土体的渗流稳定性，进行坝体防渗布置与土料配置，防止渗流逸出处发生管涌和流土。计算通过坝体和河岸的渗流水量损失，并设计排水系统的容量和尺寸。渗流分析的内容包括确定坝体浸润线的位置，确定渗流的要素（如渗流流速与渗透坡降），确定通过坝体和坝基的渗流量。 9.6.4 渗透变形及防止措施 渗流对土体的作用从宏观上看影响坝的应力和变形，从微观上看，使土体颗粒失去原有的平衡，而产生渗透变形。渗透变形的类型包括管涌、流土、接触冲刷、化学管涌、等。管涌的破坏形式是坝体和地基土体中的部分颗粒被渗流逐步带走，一般发生在无粘性砂土及砾石土中，从发生到破坏可持续较长的时间。流土的破坏形式是在渗流的作用下粘性土和均匀的非粘性土体被浮起，一般发生在粘性土及均匀非粘性土中，发生即破坏。接触冲刷的破坏形式是在细颗粒土和粗颗粒土的交接面上，渗流方向与与交接面平行，细颗粒土被渗流水冲动而发生破坏。化学管涌的破坏形式是土体中的盐类被渗流水带走。 渗透变形的防止措施包括降低坝体的浸润线（也就是减少渗流产生的渗透坡降）、提高土体的抗渗能力。一般的措施有全面截阻渗流（比如采取心墙、斜墙、截水槽及混凝土防渗墙等防渗措施）、延长渗径（比如采取水平铺盖等）、设置排水设施（比如在坝体下游设置排水沟等）、设置反滤层及排渗减压井、等。 9.6.5 土坝坝坡稳定分析 土坝坝坡稳定分析可采用在土力学中被广泛采用的强度理论摩尔---库伦强度理论。土坡的稳定分析方法，主要是建立在极限平衡理论基础之上，假定土体为理想塑性材料，达到极限平衡状态时，土体将沿某一滑裂面产生剪切破坏而失稳，即为刚体极限平衡法。对于由凝聚性土类组成的均质或非均质土坝，比较简单实用的稳定分析方法是条分法（包括不考虑土条间相互作用力的影响的瑞典圆弧法（简单条分法）、近似考虑了土条间相互作用力的影响的简化毕肖普法、等），计算时将可能滑动面以上的土体划分成若干铅直土条，对作用于各土条上的力进行力和力矩的平衡分析，求解出极限平衡状态下土坡稳定安全系数。对于无粘性土类组成的土坝，或以心墙、斜墙为防渗体的砂砾石坝体，其坝坡的稳定分析常采用楔体极限平衡理论。 土坝滑坡的型式包括圆弧滑裂面（当滑裂面通过粘性土边坡时，滑裂面的形式为圆弧滑裂面）、直线或折线滑裂面（当滑裂面通过非粘性土边坡时，滑裂面的形式为直线或折线。当坝坡干燥或全部浸入水中，滑裂面的形式一般为直线；当坝坡部分浸入水中，滑裂面的形式一般为折线。）、复式滑裂面（当滑裂面通过粘性土和非粘性土组成的边坡时，滑裂面的形式为复式滑裂面）。 土料的抗剪强度指标主要是指颗粒间的内摩擦角φ和凝聚力c，对同一种土料，其抗剪强度指标 c、φ并不是一个常量，它与土的性质、土料的固结度、应力历史，荷载条件等诸多因素有关。粘性土的抗剪强度指标测定的三种代表性试验是不排水剪（UU实验。试样不固结，在不排水条件下剪切，剪切前及过程都有孔隙水压力，用以模拟坝体竣工期情况）、固结不排水剪（CU实验。试样固结后，在不排水条件下剪切，剪切过程产生孔隙水压力）、排水剪（CD实验。试样固结后，在排水条件下缓慢剪切，不产生孔隙水压力）。 土石坝的稳定分析需要考虑以下具有代表性的工况：1）施工期与竣工；2）稳定渗流期；3）水库水位降落期。 9.6.6 土坝的材料 坝体各组成部分对材料的要求主要有以下3点： （1）、具有与使用目的相适应的工程性质。比如防渗料具有足够的防渗性能；坝壳料具有较高的强度；反滤