項(xiàng)目4土石壩學(xué)習(xí)內(nèi)容：1.掌握土石壩的特點(diǎn)及樞紐布置2.了解土石壩剖面設(shè)計(jì)3.理解土石壩滲流分析4.土石壩的壩坡穩(wěn)定分析5.掌握土石壩的地基處理6.了解面板堆石壩的構(gòu)造與設(shè)計(jì)教學(xué)方法：課堂教學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)參觀和分組討論任務(wù)1掌握土石壩的特點(diǎn)及樞紐布置土石壩是土壩與堆石壩的統(tǒng)稱。一、工作特點(diǎn)1.剖面較大，壩坡較緩。2.不能從壩頂溢流，需設(shè)河岸溢洪道。3.滲流影響大。4.沉陷量大。土石壩土石壩由于其對(duì)基礎(chǔ)條件良好的適應(yīng)性、能就地取材、能充分利用建筑物開挖料、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，是世界各國(guó)廣泛采用的壩型。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在壩高低于100m的壩型中，土石壩占80%以上。我國(guó)已建成的高度超過100m的心墻堆石壩共10座，其中以小浪底心墻堆石壩為最高，最大壩高160m。在建、似建的200m級(jí)心墻堆石壩5座，大都位于大渡河、雅礱江和瀾滄江上。

5.土石壩糯扎渡電站心墻堆石壩最大壩高261.5m，位居國(guó)內(nèi)同類壩型第一，世界第三。大壩所在峽谷地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、地震烈度高，特別是天然土料性能復(fù)雜、力學(xué)指標(biāo)偏低，工程建設(shè)難度大。（云南思茅市，瀾滄江，227.41億m3，585萬kw，312億元）二、土石壩的類型按施工方法分：碾壓式土石壩、水中填土壩、水力沖填壩、定向爆破壩。1.碾壓式土石壩（1）均質(zhì)壩：用同一土質(zhì)筑壩。（2）分區(qū)壩：心墻壩、斜墻壩、斜心墻壩。（3）人工材料防滲壩：瀝青砼、鋼筋砼防滲墻。2.水中填土壩3.水力沖填壩水布埡面板堆石壩高233m，為目前世界最高的面板壩洪家渡電站面板堆石壩洪家渡電站面板堆石壩圖4－1圖4－2羅貢土石壩剖面圖羅貢土石壩剖面圖任務(wù)2了解土石壩剖面設(shè)計(jì)

（三）壩坡土壩：1:2～1:4堆石壩：1:1.3～1:1.6圖4－3土壩壩頂超高計(jì)算圖二、土石壩的構(gòu)造（一）壩項(xiàng)：見圖4-4。（二）護(hù)坡：見圖4-13、4-14、4-15、4-16。（三）防滲體：粘土心墻、斜墻，瀝青砼防滲墻（四）排水設(shè)施貼坡排水：見圖4-8。1棱體排水：見圖4-9。2褥墊排水：見圖4-10。3管式排水：見圖4-11。4綜合式排水：見圖4-12。5圖4－4壩頂構(gòu)造砌石護(hù)坡壩面排水溝布置反濾層

任務(wù)3理解土石壩滲流分析一、滲流計(jì)算的任務(wù)與方法任務(wù)：計(jì)算滲流量；確定浸潤(rùn)線；校核是否發(fā)生滲透變形。方法：常用水力學(xué)法和流網(wǎng)法。水力學(xué)法假定：1.壩體是均勻的，各方向滲透系數(shù)相同。滲透水流為層流，符合達(dá)西定律v=kJ；2.漸變流，在任一鉛直面上的流速和水頭是常數(shù)。

三、土壩滲流計(jì)算的流網(wǎng)法流網(wǎng)：滲流場(chǎng)中流線和等勢(shì)線組成的網(wǎng)狀圖形。流線：滲透水流某一水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。等勢(shì)線：滲流場(chǎng)中測(cè)壓管水頭相同點(diǎn)的連線。流網(wǎng)特性：網(wǎng)格為曲線正方形，壩面是等勢(shì)線，浸潤(rùn)線和壩基面為流線。流網(wǎng)法優(yōu)缺點(diǎn)：不能求出浸潤(rùn)線，但可求出滲流場(chǎng)中任一點(diǎn)的滲流要素。土石壩的流網(wǎng)四、土石壩的滲透變形及防止措施（一）滲透變形的型式（1）管涌（2）流土（3）接觸沖刷（4）接觸流土（二）滲透變形的臨界坡降和允許坡降（三）防止?jié)B透變形的措施降低滲透坡降；增加土體抵抗?jié)B透變形的能力。任務(wù)4土石壩的壩坡穩(wěn)定分析一、穩(wěn)定計(jì)算的目的：校核壩坡是否失穩(wěn)，為確定壩坡提供依據(jù)。二、滑裂面形狀：1.圓弧滑裂面；2.直線或折線滑裂面；3.復(fù)合滑裂面。三、穩(wěn)定計(jì)算情況和安全系數(shù)的采用穩(wěn)定計(jì)算情況：正常運(yùn)用情況和非常運(yùn)用情況。安全系數(shù)的采用：P110表4－7。四、土壤抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選取土壤抗剪強(qiáng)度指標(biāo)主要指土體的凝聚力c和內(nèi)摩擦角。圖4－27土石壩滑裂面的型式五、壩坡穩(wěn)定分析方法（一）圓弧滑動(dòng)法基本原理：在粘性土中，滑裂面近似為圓弧，阻滑力矩與滑動(dòng)力矩之比即為穩(wěn)定安全系數(shù)?；竟剑阂奝112（4-37）式。最危險(xiǎn)滑裂面圓心位置：方捷耶夫法和費(fèi)南鈕斯法。見P113圖4-30。（二）折線滑動(dòng)法在非粘性土中，滑裂面近似為直線或折線，采用剛體極線平衡法求安全系數(shù)。圖4－28壩坡穩(wěn)定計(jì)算圓弧法任務(wù)5掌握土石壩的地基處理土石壩的壩基處理的任務(wù)：防滲、防滑、防沉一、砂卵石地基處理1.粘性土截水槽（圖4-34）2.混凝土防滲墻（圖4-35）3.帷幕灌漿4.防滲鋪蓋5.排水減壓措施（圖4-36）砼防滲墻平面布置圖二、細(xì)砂與淤泥地基處理1.淤泥層地基處理：挖除、壓重法或設(shè)置砂井排水法。2.細(xì)砂地基處理：挖除、強(qiáng)夯法、振沖器加固。三、軟粘土和黃土地基處理軟粘土：挖除、強(qiáng)夯法、砂井排水法。黃土：預(yù)先浸水；換土壓實(shí)；夯實(shí)表層土。巖石地基防滲處理與重力壩地基處理相同。四、土石壩與壩基、岸坡及其它建筑物的連接（一）壩體與土質(zhì)地基及岸坡的連接（二）壩體與巖石地基及岸坡的連接

1.土石壩與溢洪道的連接2.土石壩與壩下埋管的連接任務(wù)6了解面板堆石壩的構(gòu)造與設(shè)計(jì)一、概述定義：用堆石或砂礫石分層碾壓填筑成壩體，用混凝土面板作防滲體的壩，簡(jiǎn)稱“面板堆石壩”或“面板壩”。面板堆石壩的特點(diǎn)：1.抗滑穩(wěn)定性好。分層碾壓的堆石密實(shí)度高，抗剪強(qiáng)度大。壩坡1:1.3或1:1.4，對(duì)應(yīng)坡角37.6°或35.5°,接近松散拋填堆石的自然休止角，大大低于碾壓堆石的內(nèi)摩擦角(大于45°)。2.壩坡陡，斷面小，樞紐布置緊湊?；炷撩姘宥咽瘔位炷撩姘宥咽瘔斡捎谄淞己玫倪m應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，在我國(guó)得到了迅速發(fā)展。我國(guó)已建和在建的面板壩已達(dá)150余座，其中百米以上的有37座，超過150m的有14座，有15座面板壩建在深厚覆蓋層上。于2006年底建成蓄水的紫坪鋪面板堆石壩高156m，位于都江堰市境內(nèi)，汶川發(fā)生里氏8級(jí)地震，距震中僅17km，大壩實(shí)際承受的地震烈度已遠(yuǎn)超過了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。震后初步查明，大壩壩頂沉陷了20～30cm，壩頂與溢洪道連接處有裂縫，混凝土面板有局部損傷，壩頂防浪墻有斷裂，但大壩滲漏量無明顯變化，表明大壩整體是穩(wěn)定、安全的、抗震性能好。混凝土面板堆石壩水布埡水電站（湖北省巴東縣）已建成發(fā)電，其面板堆石壩高233m，為世界同類大壩之最。針對(duì)上世紀(jì)末建設(shè)的200m級(jí)面板壩出現(xiàn)的面板結(jié)構(gòu)性裂縫、墊層料與面板脫空、面板壓縫混凝土壓損等問題，我國(guó)壩工界總結(jié)國(guó)內(nèi)外筑壩的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出了控制變形為重點(diǎn)的綜合措施。3.透水性好，抗震性能強(qiáng)。地震時(shí)不會(huì)產(chǎn)生孔隙水壓力，不會(huì)液化或壩坡失穩(wěn)。4.施工導(dǎo)流比土壩方便，壩體可過水。施工受雨季影響小。5.壩身不能泄洪，一般需另設(shè)泄洪和導(dǎo)流建筑物。二、面板堆石壩的剖面設(shè)計(jì)（一）壩頂（二）壩坡三、面板堆石壩的構(gòu)造江西東津水電站壩高88.5m混凝土面板堆石壩壩體結(jié)構(gòu)混凝土面板堆石壩主要由堆石體和防滲系統(tǒng)組成。1.堆石體由墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)組成。名稱位置作用要求墊層區(qū)面板下方平整面板，避免應(yīng)力集中；減少水荷載引起的變形；輔助防滲粒徑不能太大，有較多細(xì)料；良好級(jí)配過渡區(qū)墊層區(qū)和主堆石區(qū)之間保護(hù)墊層并起過渡作用級(jí)配連續(xù)，最大粒徑≤300mm，低壓縮性和高抗剪強(qiáng)度，自由排水性能

主堆石區(qū)壩體上游是承受水荷載的主要支撐體低壓縮性、高抗剪強(qiáng)度、較好的透水性和耐久性。硬巖堆石料或砂礫料

次堆石區(qū)壩體下游與主堆石區(qū)共同保持壩體穩(wěn)定，其變形對(duì)面板影響輕微軟巖堆石料2、防滲系統(tǒng)由鋼筋砼面板、趾板、趾板地基的灌漿帷幕、周邊縫和面板間的接縫止水組成。3、面板位于堆石壩體上游面起防滲作用的混凝土結(jié)構(gòu)。應(yīng)根據(jù)壩體變形及施工條件進(jìn)行面板分縫分塊。垂直縫的間距可為12～18m。在兩壩肩附近的面板應(yīng)設(shè)張性垂直縫（A縫），其余部分的面板設(shè)壓性垂直縫（B縫）。張性垂直縫的數(shù)量可根據(jù)地形地質(zhì)條件參照工程經(jīng)驗(yàn)或有限元計(jì)算確定。兩岸垂直縫在距周邊縫法線方向約0.6～1.0m范圍內(nèi)，應(yīng)垂直于周邊縫布置成折線形式。面板水平施工縫的設(shè)置宜考慮施工條件，滿足臨時(shí)擋水或分期蓄水的要求。繼續(xù)澆筑混凝土之前，施工縫的縫面應(yīng)經(jīng)鑿毛處理，清理干凈，縫面用水濕潤(rùn)，鋪一薄層高強(qiáng)度砂漿。面板鋼筋應(yīng)穿過縫面。分期澆筑的面板，其施工縫應(yīng)低于填筑體頂部高程，高差宜大于5m。如發(fā)現(xiàn)已澆筑面板與墊層間有脫空現(xiàn)象，應(yīng)以低標(biāo)號(hào)、低壓縮性砂漿等灌注密實(shí)后再澆筑面板混凝土，保證其良好結(jié)合。面板厚度的確定應(yīng)滿足下列要求：①便于布置鋼筋和止水，其相應(yīng)最小厚度為0.30m；②控制滲透水力梯度不超過200；③在達(dá)到上述要求的前提下，應(yīng)選用較薄的面板厚度，以提高面板柔性，降低造價(jià)。面板的頂部厚度宜取0.30m，并向底部逐漸增加，在相應(yīng)高度處的厚度：t＝0.30十(0.002～0.0035)H式中t—面板厚度，m；H—計(jì)算斷面至面板頂部的垂直距離，m。中低壩可采用0.3～0.4m等厚面板。4.趾板：連接地基防滲體與面板的混凝土板。保證面板與河床及岸坡間的不透水連接，同時(shí)是基礎(chǔ)帷幕的蓋板和滑模施工的起始工作面。巖基上趾板厚度可小于與其連接的面板厚度，最小設(shè)計(jì)厚度應(yīng)不小于0.3m。高壩底部趾板厚度應(yīng)不小于0.5m，可按高程分段采用不同厚度。趾板下游面垂直于面板底面的高度應(yīng)不小于0.9m趾板一般可不作穩(wěn)定分析。厚度超過2m時(shí)，需進(jìn)行穩(wěn)定和應(yīng)力分析。趾板穩(wěn)定分析用剛體極限平衡法。計(jì)算中不計(jì)趾板錨筋作用及面板與趾板之間的傳力。堆石壓力只能考慮堆石的主動(dòng)壓力，或考慮面板下的堆石在面板承受水庫(kù)壓力后產(chǎn)生的側(cè)向壓力。5.接縫止水周邊縫應(yīng)設(shè)置止水。底部止水銅片應(yīng)選為最基本的防滲線，中部PVC或橡膠止水片及頂部止水視情況選用。頂部止水系統(tǒng)一般由柔性填料、粉細(xì)砂(或粉煤灰)等材料構(gòu)成，可以是其中的一種止水材料，也可以是柔性填料和無粘性材料兩種止水材料。低壩和50m以下中壩可以只采用一道底部止水。中壩及100m以下高壩宜設(shè)置底、頂部?jī)傻乐顾?00m以上的高壩宜選用底、頂部?jī)傻乐顾?，或底、中、頂部三道止水。不同壩高的壓性垂直縫均應(yīng)采用硬平縫結(jié)構(gòu)，都只需采用一道底部止水?？p的一側(cè)縫面應(yīng)涂瀝青乳液等防粘劑。止水銅片下應(yīng)設(shè)置PVC墊片并粘合在水泥砂漿墊座上。止水銅片兩側(cè)底角應(yīng)設(shè)置瀝青止?jié){條。高壩張性垂直縫宜采用底、頂部?jī)傻乐顾?、低壩可只采用一道底止水，其結(jié)構(gòu)同壓性縫。面板水平施工縫須用鋼筋穿過，應(yīng)不設(shè)止水。趾板伸縮縫可采用銅片、PVC