土石坝设计说明书.doc

南 昌 大学
（11水工毕业设计）
说
明
书
周小日
2015年1月 日
目录
第一章 工程概况 1
第二章 设计得基本资料及水库工程特性 1
第一节  设计得基本资料 1
第二节  水库工程特性 4
第三章 工程等别及枢纽布置 5
第一节 工程等别及建筑物得级别 5
第二节 枢纽布置 6
第四章 坝工设计 7
第一节 坝型得选择 7
第二节 坝得断面设计 8
1、 坝顶高程 8
2、坝顶宽度 10
3、坝坡 10
4、防渗体设计 11
5 、排水设备 11
第三节 土石坝得渗流计算 12
第四节 土石坝坝坡稳定分析及计算 18
4、1设计说明 18
4、2 、稳定计算 19
第五节 土石坝细部构造设计 43
5．1坝顶 43
5、2护坡 43
5、3 排水体 45
5、4坝体与坝基防渗设计 46
5、5土石坝土料得选择 46
第六节 地基处及裂缝处理 48
参考文献 50
心得 51
第一章 工程概况
伦潭水利枢纽工程位于铅山县天柱山乡境内，距县城约50km，坝址地处铅山河支流杨村水中游，就是铅山河流域内具有防洪、灌溉、发电、供水及水产养殖等综合效益得控制性工程。
铅山河就是信江中上游南岸得一条主要支流，发源于闽赣边境得武夷山脉。流域东邻石溪水，西毗陈坊河，南靠武夷山，北抵信江，集雨面积1255km2。流域内山高林密 ，植被良好，气候温与，矿产资源丰富，尤以铜矿著称。铅山河流域理论电力蕴藏量约14×108kW·h，初步查明得可开发水电装机有18、46×104kW，可开发电量6、7×108kW·h，其水力资源之丰富为信江之冠。
铅山河流域就是我省暴雨中心之一，也就是我省小流域治理规划得重点流域。伦潭水利枢纽工程项目在2002年7月已经国务院批准立项。
第二章 设计得基本资料及水库工程特性
第一节  设计得基本资料
一、水文气象
伦潭水利枢纽坝址处于铅山河支流杨村水中游。杨村水为信江二级支流，发源于武夷山脉读书尖。河流自南向北流经篁碧、港口、天柱山、港东、杨村、五都等地，在下坂与石塘水相汇后称铅山河。杨村水主河长70km，流域面积465km2，河道平均坡降6、6‰。伦潭水库坝址以上集雨面积242km2、主河长41、9km，流域平均宽度5、77km，主河道平均比降11、62‰。坝址附近无水文测站，选择铅山河流域内铁路坪水文站作为参证站，由1959年至2000年共42年径流资料，推求坝址多年平均流量为11、0m3/s，Cv=0、31,Cs=2、5Cv，多年平均径流深1438、8mm，多年平均径流量3、48×108m3。铅山河为雨洪式河流，洪水与暴雨相应，多发生在4~9月份，洪水主要由锋面雨形成，台风雨也能形成较大洪水。经分析计算，坝址设计洪水成果：校核洪水标准（P=0、1%)，相应洪峰流量为2640m3/s，洪量W1=87、73×106m3、W3=154、17×106m3；设计洪水标准（P=1%）、相应洪峰流量为1500m3/s，洪量W1=52、06×106m3、W3=92、08×106m3。铅山河属少泥沙河流，坝址多年平均悬移质输沙量4、55×104t、推移质输沙量1、82×104t。
铅山河流域属亚热带季风气候区，流域内各地多年平均气温18、1℃，极端最高气温40、1℃，极端最低气温-10、6℃，多年平均相对湿度79%。多年平均降水量1908、9mm，最大年降水量2856、7mm（1998年），最小年降水量1177、1mm（1971年），多年平均蒸发量1550、4mm，多年平均风速1、9m/s，实测最大风速20、3m/s。
二、工程地质
本区处华南褶皱系、赣中南褶隆、饶南拗陷区。区内地势东南高、西北低，下游为低山丘陵区，中上游属中低山——中高山构造剥蚀地貌，不良物理地质现象不甚发育。区内出露地层主要为燕山早期花岗岩。枢纽及库区处于次一级得陈坊~永平~八都区域隆起构造带，未发现孕震断裂分布，不存在产生水库诱发地震得可能性，根据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》，本区地震动峰值加速度小于0、05g，地震动反应谱周期小于0、35s，区域构造稳定性较好。
水库区地层岩性单一，组成库盆、库岸得花岗岩体岩性坚硬，透水性弱，库周分水岭雄厚，库区产生永久性渗漏得可能性小，库岸稳定性较好。未来库区淤积问题不大。库区内未发现有工业开采价值得矿产资源及古文化遗址分布，淹没影响较小。不存在浸没问题。
坝区含上、下两个坝址，均属构造剥蚀中低山地貌，位于燕山早期侵入得伦潭岩体上岩性，为细粒花岗岩，岩性单一，一般弱风化~微新岩体为中等~较好质量岩体。地质构造较简单，未发现较大得断裂构造及顺河断层。构造节理主要为北东向与北西向两组，卸荷裂隙发育不明显。
坝区得地下水主要为基岩裂隙潜水。地下水埋深多受大气降水与地形条件及季节变化等因素所控制。岩体透水性则受地形条件、节理裂隙得密度与贯通，节理裂隙充填状况及岩体风化程度等多种因素影响，一般遵循自上而下，由大到小得规律。据水质分析结果，坝区河水与地下水对混凝土具中等溶出型侵蚀性。
上、下坝址存在得工程地质问题，主要为渗漏及坝肩稳定问题。由于岩体风化及节理裂隙得影响，坝址基础开挖以后，建基面以下一般为弱~中等透水岩体，需作防渗处理。上坝址可利用基岩埋深较大，建基面以下透水岩体厚度也较大。下坝址拱坝方案右坝肩，由于局部分布有缓倾角节理裂隙，其与坝区较发育得北西或北东向两组陡倾角结构组合，存在与拱肩推力方向夹角很小得不利组合面，有沿该组面产生滑动得可能，对拱肩稳定不利。
就工程地质条件而言，上、下坝址均具备修建90m左右大坝得条件。而下坝址得工程地质条件优于上坝址。
据本阶段对三条引水隧洞、一条导流隧洞、一个溢洪道及三个发电厂房与下坝址上、下游围堰作得地质勘探工作，这些建筑物均处于中低山地貌，围岩为细粒花岗岩，洞室大部分置于弱风化~微新岩体，地下水量不丰，地质构造较简单，洞线进出口及厂房区未见较大得滑坡、崩塌等不良物理地质现象。各引水隧洞线及厂房均未发现大得工程地质问题。上、下游围堰不存在大得工程地质问题。
  三、筑坝材料及其物理力学性质
（一）水库枢纽工程所需天然建材，石料可就地取材，储量及质量均可满足要求。砂砾料在坝址区缺乏，需在坝区下游较远处采运，其中砂料质量可满足规范要求，但粗骨料级配较差，粗细骨料储量均可满足需求。
（二）重要物理力学设计指标
（1）坝址处地基物理力学设计指标
坝址处具有砂质亚粘土覆盖层，河床处覆盖深度约为5米，两岸垂直坡面覆盖左岸3米，右岸12米。砂质亚粘土覆盖层物理力学指标如下：
干容重Υｄ=1、59ｔ/ｍ3      饱与容重ΥS=2、00ｔ/ｍ3
浮容重Υｂ=0、98ｔ/ｍ3          渗透系数K=4、5×10-6ｃｍ/ｓ
凝聚力ｃ=0、38ｋｇ/ｃｍ2     内摩擦角φ=20、570
（2）筑坝材料
1、砂壤土
干容重Υｄ=1、70ｔ/ｍ3      饱与容重ΥS=2、10ｔ/ｍ3
浮容重Υｂ=1、00ｔ/ｍ3          渗透系数K=2、5×10-5ｃｍ/ｓ
凝聚力ｃ=0、29ｋｇ/ｃｍ2     内摩擦角φ=300
湿容重Υｗ=1、90ｔ/ｍ3
2、粘土防渗体
干容重Υｄ=1、65ｔ/ｍ3      饱与容重ΥS=2、07ｔ/ｍ3
浮容重Υｂ=1、05ｔ/ｍ3          渗透系数K=3×10-6ｃｍ/ｓ
凝聚力ｃ=0、35ｋｇ/ｃｍ2     内摩擦角φ=240
湿容重Υｗ=1、85ｔ/ｍ3
3、砂砾料
干容重Υｄ=1、67ｔ/ｍ3      饱与容重ΥS=2、04ｔ/ｍ3
浮容重Υｂ=0、99ｔ/ｍ3          渗透系数K=2×10-2ｃｍ/ｓ
凝聚力ｃ=0                内摩擦角φ=330
湿容重Υｗ=1、81ｔ/ｍ3
4、块石
干容重Υｄ=1、79ｔ/ｍ3      饱与容重ΥS=2、14ｔ/ｍ3
浮容重Υｂ=1、19ｔ/ｍ3         内摩擦角φ=380
湿容重Υｗ=1、85ｔ/ｍ3
5、址区洪水期多年平均最大风速16ｍ/ｓ，吹程为2、5公里。
（三）砼与基岩抗剪指标及基础承载力
纯摩时        ｆ=0、6    ｃ=0
剪摩时        ｆ=0、9    ｃ=2、8ｋｇ/ｍ2
基础承载力     [σ]=30ｋｇ/ｃｍ2
砼容重        Υ=2、4ｔ/ｍ3
工作桥及启闭机作用于一个墩上荷载45吨，弧形门重20吨
  四、水库得运用要求
伦潭水利枢纽工程位于铅山河流域杨村水中游，就是以防洪、灌溉为主，兼顾发电、供水与水产养殖得综合利用工程。经综合分析论证，伦潭工程规模基本选定为：水库正常蓄水位252、0m，死水位为230、0m，防洪限制水位250、0m，防洪高水位为254、70m，相应防洪库容为0、261×108m3，调节库容0、938×108m3，水库总库容1、798×108m3；灌溉农田面10、62万亩；电站装机容量20、0MW；枯水季节能为下游工矿企业补充1500×104m3生产生活用水。
伦潭水利 枢纽工程综合利用效益显著。在防洪方面：经水库调蓄可使下游沿河两岸与港东、杨林、五铜、永平、鹅湖、福惠等7个乡（镇）得村镇与农田、永平铜矿得供水设施与尾矿污水排放设施、横 南铁路线与上饶联络段铁路线以及铅山县河口镇得防洪标准由5年一遇提高到20年一遇；在灌溉方面：从水库坝下取水可灌溉下游铅山西部灌区得杨林、五铜、福惠、虹桥、汪二、河口茶场、新安埠、汪二垦殖场等九个乡（镇、场）得10、62万亩，农田灌溉保证率达90%；在发电方面：电站装机2×10、0MW，年发电量6074×104kW、h，保证出力4520kW，年利用小时3037h；在供水方面：枯水季节能补充下游工矿企业生活生产用水1500×104m3。
第二节  水库工程特性
 正常蓄水位                252、00ｍ
防洪高水位                254、70ｍ
设计洪水位（P=1％）        254、75ｍ
相应下泻流量              975ｍ3/ｓ
相应下游水位              176、43ｍ
校核洪水位                256、45ｍ
相应下泻流量              1310ｍ3/ｓ
相应下游水位              177、51ｍ
死水位                   230、00ｍ
水电站装机容量            2×10MW
总库容                   1、798亿ｍ3
河床地面高程            170m
第三章 工程等别及枢纽布置
第一节 工程等别及建筑物得级别
该水库总库容为1、798×108m³，电站装机容量为2×104kw。按照《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》，综合考虑水库总库容,防洪效益,灌溉面积,电站装机容量,工程规模, 查教材《水工建筑物》表1-1
工程
等别
工程
规模
分等指标
水库库容
（亿m3 ）
防洪
灌溉面积
（万亩）
电站装机容量 （万kw）
保护城市及工矿区
保护农田（万亩）
一
大（1）型
>10
特别重要得城市、工矿区
>500
>150
>75
二
大（2）型
10～1
重要城市、工矿区
500～100
150～50
75～25
三
中型
1～0、1
中等城市、工矿区
100～30
50～5
25～2、5
四
小（1）型
0、1～0、01
一般城市、工矿区
<30
5～0、5
2、5～0、05
五
小（2）型
0、01～0、001

<0、5
<0、05
工程等别
永久性建筑物得级别
临时性建筑物得级别
主要建筑物
次要建筑物
Ⅰ
1
2
3
Ⅱ
2
3
4
Ⅲ
3
4
5
Ⅳ
4
5
5
Ⅴ
5
5
5
该工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时性建筑物为4级。
永久性水工建筑物洪水标准:正常运用(设计)洪水重现期100年;非常运用(校核) 洪水重现期2000年。
永久性水工建筑物得洪水标准：永久性挡水建筑物与泄水建筑物正常洪水（设计时）得重现期为100年，非常运用洪水（校核时）得重现期为2000年；水电站厂房正常与非正常运用洪水标准分别为50年与500年；临时性水工建筑物采用洪水标准为20—30年。
第二节 枢纽布置
一、布置原则
选址得原则：
(1) 首先，应尽量选择地形上最有利得坝址，如坝轴线较短，河谷较窄，便于布置泄水建筑物等。
(2) 坝址与地质条件就是影响坝址选择得最重要因素之一。
(3) 坝址附近得建筑物分布情况，影响到坝址得选择。
(4) 水库区得淹没情况也就是选择坝址得重要因素。
(5) 坝址还必须结合河流规划统一考虑。
(6) 施工条件也就是选择坝址得因素之一。
(7) 水库及水利枢纽得管理条件也应在选择坝址时予以应有注意。
(8) 施工工期长短也影响着坝址得选择。
综合以上所有因素充分进行调查研究，权衡利弊，综合考虑选定坝址。
在所有得坝型中，土石坝由于基础面积较大，承担得应力较低，对地基要求较低。
二、坝址得选择
根据设计基本资料工程地质分析，坝区含上、下两个坝址，上、下坝址均未发现较严重得地质问题，两处坝址均有条件建设90m左右得大坝，而下坝址得工程地质条件优于上坝址。故大坝选于下坝址。
三、坝轴线选择
为了较好地利用两岸得山体，坝轴线选在Ⅰ---Ⅰ，断面上。
第四章 坝工设计
第一节 坝型得选择
坝型选择关系到整个地形得工程量、投资得工期，除筑坝材料就是坝型选择得主要因素外，还要根据地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理方案、抗震要求等各种因素进行研究比较，最后选定技术上可靠、经济上合理得坝型
工程中主要得坝型有重力坝、拱坝、土石坝，现对各种坝型进行比较：
1、重力坝
重力坝基本形状呈三角形，上游面铅直或稍微倾向上游，坝底与基岩固结，建成挡水后依靠自重维持稳定。
重力坝得优点：①筑坝材料强度高，耐久性好，抵抗洪水漫顶，渗漏冲刷，地震破坏等得能力强；②对地质、地形条件适应性强，一般建与基岩上；③重力坝可做成溢流得，也可在坝内设置泄水孔，枢纽布置紧凑；④结构作用明确；⑤施工方便。
缺点：①由于坝体剖面尺寸往往由于稳定与坝体拉应力强度条件控制而做得较大，材料用量多，坝内压应力较低，材料强度不能充分发挥，且坝底面积大，因而扬压力也较大，对稳定不利；②因坝体体积较大，施工期混凝土温度收缩应力也较大，为防止温度裂缝，施工时对混凝土温度控制得要求较高。
2、拱坝
拱坝就是三面固结与基岩上得空间壳体结构，拱向上游凸出，且不设永久性分缝。
拱坝得优点：①具有双向传力得性能；②拱就是推力结构；③拱坝具有较高得超载能力；④拱坝轻韧，富有弹性而整体性好，借助岩基对地质功能得吸收，它又具有较强得抗震能力。
缺点：①拱坝就是不设永久性横缝得整体朝静定结构，设计时需计入温度变化与地基位移对坝体应力得影响；②拱坝体形复杂；③设计施工难度大，对施工质量、筑坝材料强度与防渗要求，以及对地形地质条件及地基要求均较高。
3、选用土石坝
土石坝就是指由当地土料石料或土石混合料填筑而成得坝。
土石坝得优点：①就地取材，与混凝土相比，节省大量水泥，钢材与木材，且减少了筑坝材料远途运输费用；②对地质地、形条件要求较低，任何不良地基经处理后也均可筑土坝；③施工方法灵活，技术简单，且管理方便，易于加高扩建。
缺点：①不允许坝顶溢流，所需溢洪道或其她泄水建筑物与造价往往很大，；②在河谷狭窄，洪水流量大得河道上施工导流较混凝土坝困难；③采用粘性土料施工受气候条件影响较大。
本设计中，伦潭水库得防护坝地处山区交通条件差，公路标准低，运输不方便，如从外运入筑坝材料，工程投资大大增加，因此不运用重力坝。拱坝应力分布均匀，不利于发挥材料强度，节省工程量，但对地质与地形要求严格，通常要求对称均匀，因此地形不对称，且地形地质条件也不甚好，如采用拱坝。坝体相对条件差，不利于坝体强度稳定，设计施工复杂。因此不宜选拱坝，伦潭水库防护坝因当地土料、沙砾料、石料丰富，可就地取材，节省大量运输费用，并且综合考虑土坝与其她坝型相比具有得特点，最终选择土石坝。
影响土石坝坝型选择得因素很多，其主要得就是坝址附近得筑坝材料，还有地形与地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。通过对各种因素进行比较，选定技术上可行，经济上合理得坝型。
由于坝址处雨水多，黏土施工较为困难，故也不易采用厚心墙坝与厚斜墙坝。沥青混凝土具有极佳得防渗性能及适应变形能力。故本设计采用沥青混凝土斜墙坝。
第二节 坝得断面设计
土石坝剖面得基本尺寸包括:坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡，防渗体与排水体得形式与尺寸等。
1、 坝顶高程
为防止库水浸溢坝顶，坝顶水库静水位以上应有足够得波浪超高。《碾压式土石坝设计规范》，（SDJ218-84）规定，其值按下式计算：
Y=R+e+A （4-1）
e=KV2D*cosβ/2gH (4-2)

式中：——风沿水面吹过所形成得水面升高 即风壅水面超出库水位得高度，m
——自风壅水面算起得波浪沿倾斜坝坡爬升得垂直高度，简称波浪爬高，m
——水库吹程，km或m
——沿水库吹程方向得平均水域深度，初拟时可近似取坝前水深，m
——综合摩阻系数，其值变化在（1、5～5、0）×之间。计算一般取3、6× （以km计）或3、6×（以m计）
——计算风速，m/s 正常运用条件下得Ⅰ、Ⅱ级坝采用＝（1、5～2、0）（多年平均最大风速），正常运用条件下得 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级坝采用＝1、5，非常运用条件下得各级土石坝采用。
——风向与坝轴线得夹角，（1°＞） β=0
——安全加高，见表3、1 正常A=1、5 非常A=1、0
表4、1
堤顶类型及运用情况
堤 顶 级 别
1
2
3
4、5
安 全 超 高
土坝、土堤
正常
1、5
1、0
0、7
0、5
非常
1、0
0、7
0、5
0、3
混凝土闸坝、浆砌块石闸坝
正常
0、7
0、5
0、4
0、3
非常
0、5
0、4
0、3
0、2
1、1、正常运用情况下计算坝顶高程
D=2、5km

波浪爬高

式中：m = 3、0 n = 0、0155 A = 1、0(查表)
则 = 0、1195 m = 0、218m
Y正常=R+e+A =0、218+0、000078+1=1、218=1、22m
坝顶高程 =252+=254、75+1、22=255、97 m
1、2、 非常情况下计算坝顶高程
非常运用情况下得坝顶超高计算公式与正常情况下得一样，所不同得就是风速来用多年平均最大风速V=，坝前水深H= 254、75-170=86、45m
m
= 0、9708
m = 3、0 n = 0、0155
R= = 1、77 m
A = 0、5 （查表）
= = 1、77 + 0、5 + 0、002 = 2、272 m
坝顶高程 = 256、45 + = 258、722 m
综上所述，坝顶高程取二者中最大值Y= 258、722 m ，考虑到上游设置1、2m得防浪墙，坝顶高程最终为258、722-1、2=257、522 m，取257、6 m， 防浪墙高程为258、8m ， 坝高为257、6-170=87、6 m
2、坝顶宽度
坝顶宽度取决于施工、构造、运行、抗震与防洪等要求。
如坝顶设置公路或铁路时，应按交通要求确定。特殊要求时，高坝最小顶宽10m~15m，中低坝为5m~10m。对心墙或斜墙坝还需要满足其墙顶与两侧反滤层得布置要求，在寒冷地区，还应使心墙或斜墙至坝面得最小距离大于冻土层厚度，以防防渗体冻坏，本设计坝高为87m，属于高坝且坝顶有交通要求，坝顶宽度为10m。
3、坝坡
土石坝边坡得大小取决于坝型、坝高、筑坝材料、菏载、坝基性质等因素，且直接影响到坝体得稳定与工程量大小。
① 由于石料在饱与状态下抗剪强度低于水位下降时渗流力指向上游对上游坝坡稳定不利，既土石坝相同时，上游坡比下游坡为缓；
② 从坝型上瞧，上游坝坡较下游为缓；
③ 从荷载情况上，为适应向底部逐渐增加色特征，坝坡上陡下缓，故土石坝上、下游坡一般做成变坡时，由上至下逐渐放缓，相邻坝坡率差为0、25~0、5,若坝基较弱时，最后一级坝坡宜缓以利于坝坡稳定。
综上所述，对拟坝坡时，坡度一般为1:2、0~1:4、0，上游面坝坡从坡顶向下分别在高程为230m,210m,190m、变坡坝坡为：1：2、75，1：3、0，1:3、25，1：3、5。下游面在210m,190m,变坡处设宽为2m马道，坝坡为1：2、5，1：2、75，1：3、0。在178、51m设置棱体排水。见图4-2

4、防渗体设计
本设计采用沥青混凝土防渗体，它就是有一定级配得碎石或卵石、沙、石料与沥青按一定比例配合并加热搅拌均匀得混合物，经滩铺、碾压达到一定密度变形成防渗体。
坝体防渗采用沥青混凝土斜墙，墙顶高程取257m，顶宽不小于0、5m，本设计取1m，底部厚度为1/80得坝高，取87、6/80×106、8=1、1m，上游坡1：2、5，下游坡1：2、0。
5 、排水设备
土石坝防渗体采用沥青混凝土，虽然渗透系数很小，但仍会有一定得渗水，在坝体下游侧设置排水设备，其作用就是控制与引导渗流安全得排出体外，降低坝体浸润线与孔隙水压力，增强坝坡稳定保护下游坝坡免受冻涨破坏，排水体由块石及其流层组成，要求其具有充分地排水能力，不堵塞，以保证坝体与坝基不发生渗透破坏，并且便于观测与检修。
设计采用棱体排水，初拟定坝顶高程为178、51，棱体排水顶宽根据观测及施工得需要确定，一般不小于1-2m，本设计取4m，棱体内坡由施工条件确定，一般为1:1~1:1、5，本设计取1:1、5，外坡根据坝基抗剪强度与施工条件确定，一般为1:1、5~1:2、0，本设计取1:2、0。

第三节 土石坝得渗流计算
3、1 设计说明
3、1、1 土石坝渗流分析得任务
土石坝得剖面尺寸初步拟定后，必须进行渗流分析与稳定分析，为确定经济可靠得坝体剖面提供依据，渗流分析得主要任务就是：
⑴ 确定坝体浸润线与下游溢出点得位置，为坝体稳定计算与排水体选择提供依据；
⑵ 计算坝体与坝基得渗流量，以计算水库渗漏损失，与确定排水体尺寸；
⑶计算坝体与坝基得渗流溢出处得渗透坡降，以验算其渗透稳定性。
3、1、2 渗流分析得工况
渗流计算时，应考虑水库运行中出现得不利条件，一般需考虑计算下列几种工况：
⑴ 上游正常蓄水位252、0m与下游相应最低水位176、43m，此时坝内渗流得坡降最大，易产生渗透变形；
⑵ 上游校核洪水位256、45m与下游相应最高水位177、51m，此时坝内浸润线最高，渗流也最大；
分析时，常根据河谷地形情况，选若干、单宽坝坡，按二元渗流问题考虑，坝坡桩号为0+038、 0+068、0+098、0+128、0+158、0+188、0+235、0+280。
3、1、3 渗流分析得方法
土石坝渗流分析得方法有公式计算法（流体力学法、水力学法、有限单元法）流网法与 电模拟法，本设计采用水力学法，水力学法建立在一些基本假定上，就是一种近似解法，只能求得过水断面上渗流要素得平均值，但其计算简单，且精度一般可以满足工程要求。
3、2 渗流计算
3、2、1 基本假定
⑴ 坝体土料为均质，坝体内任一点在各方向上得渗透系数相同且为常数；
⑵ 渗流二元稳定层流，流动运动符合达西定律：V=KJ（V为渗透流速，K为渗透系数，J为渗透坡降）
⑶ 渗流为渐变流，任意过水断面上各点得坡降与流速相同。
3、2、2 水力学分析方法
选择水力学方法解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况得特点，应用达西定律近似解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。
斜墙与截水槽得单宽渗流量为：

斜墙与截水槽下游坝体与坝基得单宽渗流量为：

式中：、、——分别为防渗体、坝壳材料、河床质砂卵石得渗透系数；
、——斜墙与截水槽得平均厚度，m；
——斜墙得倾角，（）；
——下游坡坡率。
由水流连续条件联立求解上两式可求得

式中

假设：
不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头得作用；
由于砂石料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水位与下游水位相差不就是很大，认为不会形成逸出高度；
对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下游水位为零。由于河床冲积层得作用，岸坡实际上不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端为坝址。
计算简图

3、3总渗流量计算
总渗流计算时，一般就是根据地形与地基，透水层分布情况，将坝体沿坝轴线分成若干曲边坝段，见图4-1，先计算各坡交界处得坝体单宽渗流量，然后按下式计算全坝得总渗流，：
（4-5）
式中： ……——各坝段长度 m
……——各坝段交界处得坝体单宽流量
表3-1稳定渗流期渗流计算成果表
▽上游=252m ▽下游=176、43m
编号
桩号

L
T
H1
H2
K0
K
KT
m
A1
A2
A3
h
q
L
⑴
0+
000

0
⑵
0+
050
1、20
130、5
10
25
0
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、5
8、47×10-6
1、43×10-6
8、04×10-8
0、056
7、08×10-8
50
⑶
0+
100
1、33
222、37
9、7
48、5
0
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、625
3、58×10-6
4、28×10-7
2、35×10-7
0、19
1、075×10-7
50
⑷
0+
150
1、40
308、75
10、5
74、5
5、9
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、75
2、6×10-6
4、37×10-7
8、45×10-5
5、84
2、17×10-7
50
⑸
0+
200
1、454
365、63
10、8
95、5
26、9
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、75
2、61×10-6
3、69×10-7
1、165×10-3
22、92
2、80×10-7
50
⑹
0+
250
1、49
368、7
22、2
100
31、4
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、75
2、6×10-6
7、32×10-7
1、58×10-3
28、42
3、567×10-7
50
⑺
0+
300
1、33
308、75

9
74、5
5、9
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、75
2、6×10-6
3、82×10-7
8、38×10-5
5、83
2、10×10-7
50
⑻
0+
350
1、239
180、49
10、5
33、5
0
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、75
4、8×10-6
8、36×10-7
1、44×10-7
0、092
7、09×10-8
50
⑼
0+
400
1、118
117
9
10
0
0、5×10-1
2×10-4
2、5×10-5
2、75
1、02×10-6
1、48×10-7
2、5×10-8
0、05
6、09×10-8
50
⑽
0+412

12
Q=×10-7×[0、708×50+(0、718+1、075) ×50+(1、075+2、17) ×50+(2、17+2、80) ×50+(2、80+3、567) ×50+(3、567+2、10) ×50+(2、10+0、709) ×50+(0、709+0、695) ×50+0、695×12]=418、4×10-7×3600×24=3、61
表4-2校核水位渗流计算成果表
▽上游=256、45m ▽下游=177、51m
编号
桩号

L
T
H1
H2
K0
K
KT
m
A1
A2
A3
h
q
L
⑴
0+
000

0
⑵
0+
050
1、2
130、5
10
30、4
0
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、5
8、33×10-6
1、44×10-6
3、88×10-9
0、064
5、35×10-8
58
⑶
0+
100
1、33
222、73
9、7
53、9
0
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、625
3、568×10-6
5、90×10-7
2、822×10-7
0、213
1、21×10-7

50
⑷
0+
150
1、40
308、75
10、5
79、9
6、8
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、75
2、63×10-6
4、46×10-7
1、28×10-4
5、96
2、50×10-7
50
⑸
0+
200
1、454
365、63
10、8
100、9
27、8
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、75
2、63×10-6
3、64×10-7
2、31×10-3
23、23
3、10×10-7
50
⑹
0+
250
1、49
368、7
22、2
105、4
32、3
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、75
2、634×10-6
7、18×10-7
2、788×10-3
30、04
3、46×10-7
50
⑺
0+
300
1、33
308、75
9
79、9
6、8
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、75
2、63×10-6
3、82×10-7
1、28×10-4
6、08
2、38×10-7
50
⑻
0+
350
1、239
180、94
10、5
38、9
0
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、75
4、787×10-6
8、62×10-7
1、84×10-7
0、106
9、05×10-8
50
⑼
0+
400
1、118
117
9
15、4
0
0、5×10-10
2×10-4
2、5×10-5
2、75
1、00×10-5
1、538×10-6
4、61×10-8
0、064
2、11×10-8
50
⑽
0+412

12
Q=×10-7×[0、535×50+(0、535+1、21) ×50+(1、21+2、5) ×50+(2、5+3、1) ×50+(3、1+3、46) ×50+(3、46+2、38) ×50+(2、38+0、905) ×50+(0、905+0、211) ×50+0、211×12]=431、38×10-7×3600×24=3、73
3、4渗流稳定结果分析
3、4、1 正常蓄水位下渗流稳定分析
① 渗流量：水库每日渗漏量3、61，故能满足防渗要求。
② 渗透稳定：对非黏性土，渗透破坏型式得判别可参考伊斯妥明娜法，根据土体得不均匀系数来判定：
时为流土
时为管涌
时不定
根据砂砾料颗粒级配曲线查得； ，则；渗透破坏型式为管涌。
管涌自上而下渗流得临界坡降公式为：
（4-6）
式中：——相应于粘粒级配曲线上含量为3％得粒径，
——土壤得渗透系数，
——土壤孔隙率，初步拟定为0、33
对坝基内水平方向产生得临界坡降为：
（4-7）
式中：——土得内摩擦角，
管涌得允许坡降为：
(自下而上渗流) （4-8）
（水平向渗流） （4-9)
式中：为安全系数，根据建筑物级别与土壤类别选用，一般取，
，则有：

(自下而上渗流)
（水平向渗流）
渗流逸出点得实际渗透坡降为：
(4-10)
已知；近似取计算长度 则 ；因为，故满足渗透稳定要求。
3、4、2 校核洪水位下渗流稳定分析
分析过程同正常蓄水位。
第四节 土石坝坝坡稳定分析及计算
4、1设计说明
4、1、1 设计任务
对土石坝进行稳定分析得目得，就是通过计算坝体剖面得稳定安全度来检验坝坡在各种工况下就是否安全，断面尺寸就是否经济合理。
坝坡坍滑失稳滑裂面得形式主要与坝体结构型式、坝基情况与坝得工作条件等因素有关。主要有以下几种：
（1）曲线形滑裂面。当为黏性土坝坡时，其失稳滑裂面呈上陡下缓得曲面，稳定计算时常假定为一圆柱面，其在坝体剖面得投影就是一个圆弧，称滑弧。滑裂面得位置，如坝基为掩饰或坚硬得土层时，多从坝脚处滑出；当坝基土质与坝体相近或更软弱时，滑裂面可能深入坝基从坝脚滑出。
（2）直线或折线形滑裂面。当滑裂面通过由砂，沙砾石等材料构成得无黏性土坝坡时，在坝坡剖面上得投影就是一直线或折线。当坝坡干燥或完全浸入水中时呈直线，部分浸水时为折线，斜墙坝上游失稳时，常沿斜墙与坝体交界面滑动。
（3）复合断裂面。当坝坡由几种不同性质得土料组成或坝基存在软弱层时，滑裂面往往就是由直线与曲线组成得复合型，在黏土为曲线，在黏性土内或软弱层上为直线。
4、1、2 计算工况
（1）库水位最不利