【正文】 ?c os22 ??????? gHDKve （ 45） 式中： K——綜合摩阻系數(shù)，取 ?? ； v ——多年平均風(fēng)速， sm/ ，正常情況下 V)~( ，非常情況下 V ； D ——水庫吹程，本設(shè)計(jì)取 mD 900? ； β——風(fēng)向與壩軸線方向所成的夾角， β=0176。； H——水庫的平均水深， m。 結(jié)果取正常、非常情況兩者之大者，并預(yù)留一定的沉降值 .結(jié)果見下表（ 42）。 表 42 壩頂高程計(jì)算成果表 計(jì)算情況 計(jì)算項(xiàng)目 設(shè)計(jì)情況 校核情況 上游水位（ m） 河地變程（ m） 壩前水深 H(m) 吹程 D(km) 風(fēng)向與壩軸線夾角 β0 0 風(fēng)速 v(m/s) 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) Kw 壩坡糙率系數(shù) KΔ 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 初擬上游壩坡 m 波浪爬高 R（ m） 風(fēng)壅水面高度 e（ m） 安全超高 A （ m） 地震涌浪高度（ m） 防浪墻（ m） 壩頂高程（ m） 壩高 壩頂高程加 1%沉陷 (m) 設(shè)計(jì)情況取壩頂高程為 ，壩高 ， 壩頂寬度 壩頂寬度取決于施工、交通、構(gòu)造、運(yùn)行、抗震與防風(fēng)等要求。如壩頂設(shè)置公路或鐵路時(shí)，應(yīng)按交通要求確定。 SL2742020《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：高壩頂寬可選 為 m1510～ ， 中、低壩頂寬選為m105～ 。對(duì)心墻或斜墻壩還需要滿足其墻頂和兩側(cè)反濾層的布置要求。在寒冷地區(qū)，還應(yīng)使心墻或斜墻至壩面的最小距離大于當(dāng)?shù)貎鐾翆雍穸?，以免防滲體凍融破壞。 查《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，當(dāng)壩高大于 m100 時(shí)，應(yīng)按 HB? 確定壩頂寬度，即mHB 8 1 ??? 。 確定壩頂寬 為 mB 13? 。 壩坡的確定 土石壩邊坡的大小取決于壩型、壩高、筑壩材料、荷載、壩基性質(zhì)等因素，且直接影響到壩體的穩(wěn)定和工程量的大小，邊坡選擇一般從以下幾方面選擇： （ 1）由于土石料在飽和狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度降低，且?guī)焖幌陆禃r(shí)，滲流力指向上游，對(duì)上游壩坡穩(wěn)定不利。所以土料相同時(shí)，上游坡應(yīng)比下游坡緩 ； （ 2）從壩型上看，心墻壩其下游坡穩(wěn)定受心墻土料特性影響較大 ，故下游坡一般較斜墻壩緩 ； 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （ 3）從受載情況看，為適應(yīng)越向底部荷載逐漸增加的特征，壩坡應(yīng)上陡下緩，且土石壩上下游一般做成變坡的，自上而下逐漸變緩，相鄰坡率差為 ～ 。 綜上，參考已建工程，擬定該土石壩坡分別為： 上游： 1： 1： 1： 下游： 1： 1： 1： 壩體排水設(shè)備 壩體排水主要是控制和引導(dǎo)滲流，降低浸潤線，加速孔隙水壓力消散，以增強(qiáng)壩的穩(wěn)定性，防止?jié)B透變形，并保護(hù)下游壩坡免遭凍脹破壞。 壩體排水有一下幾種形式： （ 1）棱體排水，又稱為濾水壩趾。是在下游壩腳處用塊石堆成的棱體。棱體與壩體以及 土質(zhì)之間均應(yīng)設(shè)置反濾層。在棱體上游坡腳出應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)銳角。棱體排水可以降低浸潤線，防止壩坡凍脹，保護(hù)尾水范圍內(nèi)的下游壩坡不受波浪淘刷，還可以與壩基排水相連。 （ 2）貼坡排水，又稱為表面排水。排水頂部必須高于浸潤線逸出點(diǎn)，對(duì)于 1 級(jí)、 2 級(jí)壩不小于 2m，對(duì)于 3~5 級(jí)壩不小于 。貼坡排水可以防止壩坡土發(fā)生滲流破壞，保護(hù)壩坡免受下游波浪淘刷，但不能有效的降低浸潤線，且易因冰凍而失效。 （ 3）壩內(nèi)排水。包括褥墊排水層，網(wǎng)狀排水層、網(wǎng)狀排水帶、排水管、豎式排水體等。當(dāng)下游無水時(shí)，褥墊排水能有效地降低浸潤線，有助于壩基排水，加速軟粘土地基的固結(jié)。 主要缺點(diǎn)是對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)性差，易斷裂 .，且難以檢修。當(dāng)下游水位高于排水設(shè)施時(shí)，降低浸潤線的效果將顯著降低。 本地區(qū)石料比較豐富，采用堆石棱體排水比較適宜，它可以降低壩體浸潤線，防止壩坡凍漲和滲透變形，保護(hù)下游壩址免受尾水淘刷，并可支撐壩體，增加下游壩坡的穩(wěn)定性。 按規(guī)范棱體頂面高程高出下游最高水位 1m 為原則，上游校核洪水時(shí)下游為最高水位水位 最后取 ，堆石棱體內(nèi)坡取 1:，外坡取 1:2，頂寬 。 在下游壩坡設(shè)縱橫連通的排水溝，沿壩與岸坡的結(jié)合處，也設(shè)置排水溝，一般設(shè)于馬道內(nèi)側(cè)，沿壩軸線方向每隔 100m 設(shè)置排水溝。 大壩防滲體 所謂防滲體，就是該部分土體比壩殼其他部位更不透水，它的作用是控制壩體內(nèi)浸潤線的位長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 置，并保持滲流穩(wěn)定。 均質(zhì)壩的整個(gè)壩體都是防滲體。分區(qū)壩防滲體的主要形式為心墻和斜墻。 SL2742020《碾式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：心墻的 aJ 不宜大于 4，斜墻 的 aJ 不宜大于 5。國內(nèi)外土石壩的建設(shè)實(shí)踐中，后心墻的的底部常取為水頭的 30%~50%，薄心墻的底部厚度常取為水頭的 15%~20%。 大壩防滲體的設(shè)計(jì)主要包括壩體防滲和壩基防滲兩個(gè)方面 。 （ 1） 壩體的防滲 壩體防滲的結(jié)構(gòu)和尺寸必須滿足減小滲透流量、降低浸潤線控制滲透坡降的要求，同時(shí)還要滿足構(gòu)造、施工、防裂、穩(wěn)定等方面的要求 .該壩體采用粘土心墻，其底部最小厚度由粘土的允許坡降而頂， 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 本設(shè)計(jì)允許滲透坡降 取 [J]=4， 參考以往工程的經(jīng)驗(yàn)，心墻的頂部寬度取為 3ｍ， 粘土心 墻壩坡的坡度為 1:， 粘土心墻的頂部高程以設(shè)計(jì)水位加一定的超高（超高 ）并高于校核洪水位為原則，最終取其 心 墻頂高程為 ， 墻頂?shù)纳喜款A(yù)留有 的保護(hù)層，心墻兩側(cè)設(shè) 厚的粗砂層。 （ 2） .壩基防滲體 這個(gè)大壩壩基不設(shè)壩基防滲體。材料給出壩址區(qū)露巖層主要為黑云角閃石英片巖，該巖石致密堅(jiān)實(shí)，不透水，乃風(fēng)化性強(qiáng)。由材料可以知道，壩基巖體非常好，不透水，所以不用做壩基防滲體。見 大壩剖面 簡(jiǎn) 圖 (41)。 圖 41 大壩剖面圖 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 5 土料設(shè)計(jì) 筑壩材料的設(shè)計(jì)與土壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方法及工程造價(jià)有關(guān)，一般力求壩體內(nèi)的材料分區(qū)簡(jiǎn)單，就地就近取材，因材設(shè)計(jì)。土料設(shè)計(jì)的主要目的是確定粘土的填筑干容重、含水量，礫質(zhì)土的礫石含量、干容重、含水量，砂礫料的相對(duì)密度和干容重等指標(biāo)，同時(shí)要使材料具有較高的強(qiáng)度，以減小壩體斷面尺寸，防滲體較小的滲透性，以保證滲透穩(wěn)定。 粘性土料的設(shè)計(jì) 計(jì)算公式： 設(shè)計(jì)初步階段，缺乏實(shí)驗(yàn)資料時(shí)，干容重按下式計(jì)算 GGd ???? ??? 1 （ 51） pp BL???? （ 52） 式中 ： d? —— 設(shè)計(jì)干容重，（ 3/cmg ）； ?? —— 水容重，取 G —— 土粒比重，取 ； ? —— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取 ； p? —— 土的塑限，取 18%； B ——稠度系數(shù)，取 ； pL —— 塑性指數(shù)，取 16% 。 非粘性土料設(shè)計(jì) 對(duì)于砂礫料，由于含有礫石，如果用一般砂土的干容重控制砂礫料施工，會(huì)使壩殼緊密度降低。可根據(jù)不同粗礫的含量，選擇設(shè)計(jì)干容重。參照下表 （ 51） ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇 3/20 mkNd ?? 。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 表 51 不同礫石含量設(shè)計(jì)干容重參考表 大于 5mm 的含礫量(%)P 10～ 20 21～ 30 31～ 40 41～ 50 51～ 60 61～ 70 設(shè)計(jì)干容重 （ 3/mkN ） 6 滲流計(jì)算 土石壩的滲流計(jì)算主要確定壩體的浸潤線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測(cè)設(shè)備提供依據(jù)；同時(shí)確定壩體與壩基的滲透流量，以估算水庫的滲漏損失，而且還要 確定壩體和壩基滲流區(qū)的滲透坡降，檢查產(chǎn)生滲透變形的可能性，以便取適合的控制措施。 計(jì)算方法 選擇水力學(xué)解土壩滲流問題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn)，將壩體分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定理近視解土壩滲流問題，計(jì)算假定任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等。 計(jì)算簡(jiǎn)圖如下 （ 61）： 圖 61 大壩滲流計(jì)算簡(jiǎn)圖 查《水力計(jì)算手冊(cè)》第二版，進(jìn)行滲流計(jì)算。 通過防滲體的滲流量： 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 ? ? ? ??2 222 ThTHkq ???? （ 61） 通過下游壩殼和壩基的滲流量： Ts hkshkq 32139。 ??? （ 62） 浸潤線方程： xshy 22 ? （ 63） 式中： H ——上游水深， m； 1k ——壩殼的滲透系數(shù)，取 sm/105 6?? ； 2k ——心墻的滲透系數(shù)，取 sm/102 6?? ； 3k ——壩基的滲透系數(shù)，取 sm/103 6?? ； ? ——心墻的平均厚度， 2/)( 21 ??? ?? ， 1? 、 2? 為心墻在水庫水位高 程上和在地基上的厚度， m； T ——透水地基深度， m； h ——心墻浸潤線的溢出高度， m； S ——浸潤線的水平投影長度， edS ?? ，其中 he ? ， m。 假設(shè)條件 1） .不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用； 2） 設(shè)心墻的上、下游水位分別等于壩的上、下游水位； 3） 按下游無水設(shè)計(jì)； 4） 總滲流量可按河床中間斷面滲流量的平均進(jìn)行計(jì)算。 計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇 計(jì)算斷面取 河床中間斷面 I—I 進(jìn)行滲流計(jì)算，計(jì)算主要針對(duì)正常蓄水 、校核洪水 及設(shè)計(jì)洪水長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 時(shí)進(jìn)行。 計(jì)算結(jié)果 滲流計(jì)算結(jié)果匯于下表 （ 61）： 表 61 滲流計(jì)算結(jié)果表 計(jì)算工況 計(jì)算項(xiàng)目 正 常（校核）情況 設(shè)計(jì)情況 上游水深 H（ m） 棱體排水內(nèi)坡 m 心墻平均厚度 δ（ m） 心墻單寬流量 q（ m3/ms） 107 107 壩頂長 （ m） 總滲流量 Q（ m3/天 ） 總滲流量 Q（ m3/年 ） 滲透穩(wěn)定演算 心墻之后的壩殼，由于水頭大部分在防滲體損耗了壩殼滲透坡降及滲透速度甚小，發(fā)生滲透破壞的可能性不大，而在防滲墻與粘土 心 墻的接觸 面按允許坡降設(shè)計(jì)估計(jì)問題也不大。在 心 墻逸 出點(diǎn)滲透坡降較大，予以驗(yàn)算。 滲透坡降的計(jì)算公式： HJ L??? （ 64） 式中 ： ??——減逸出水深 減下游水深， m； L?—— 滲流區(qū)長度， m。 對(duì)于非粘性土，滲透破壞形式的判別根據(jù)指導(dǎo)書可參考下式： η10 為流土 η20 為管涌 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 10η20 時(shí)不定 允許坡降可參考： 10η20， J允許 =； η20， J允許 =。 經(jīng)演算校核情況下 滲透逸出點(diǎn)的實(shí)際滲透坡降 為 ?? 小于其允許坡降 J 允許 =， 故而認(rèn)為滲透坡降滿足要求。 其計(jì)算詳見畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書。 成果分析與結(jié)論 以心墻、混凝土防滲墻作為防滲措施?？倽B流在正常蓄水時(shí)為 ，設(shè)計(jì)洪水時(shí)為 ，與 其總庫 容相比顯然是很小的。因此該斷面滿足設(shè)計(jì)要求。 7 穩(wěn)定分析計(jì)算 基本原理 工程上采用的土坡穩(wěn)定分析方法，主要是建立在極限平衡理論基礎(chǔ)之上的。假設(shè)達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土體將沿某一滑裂面產(chǎn)生剪切破壞而失穩(wěn)?；衙嫔系母鼽c(diǎn)，土體均處于極限平衡狀態(tài)，滿足摩爾 — 庫倫強(qiáng)度條件。 本次設(shè)計(jì)采用瑞典圓弧法。假設(shè)壩坡或壩坡連同部分壩基土體沿某一圓柱面滑動(dòng)。圓柱面在壩體橫剖面圖上為宜圓弧。通常取單位壩長按平面問題計(jì)算。假設(shè)不同的圓心和半徑畫出一系列圓 弧，對(duì)每一圓弧上的土體進(jìn)行力的分析，分別求出各力對(duì)圓心的力矩。設(shè)∑ Mr 為圓弧面上抗滑力產(chǎn)生的抗滑力矩總和，∑ Mg 為滑裂土體上的荷載對(duì)圓心的力矩代數(shù)和。每一個(gè)假設(shè)圓弧面的抗滑安全系數(shù)均可由下式計(jì)算： src MMK ??? （ 71） 比較一系列滑動(dòng)圓弧的 cK ，最小的安全系數(shù) mincK 即為該計(jì)算情況的安全系數(shù)，其值不得小于下表（ 71）所列數(shù)值。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 表 71 壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù) 運(yùn)用情況 工 程 等 級(jí) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 、 Ⅴ 正常 非常 Ⅰ Ⅱ 計(jì)算方法 圖 71 計(jì)算簡(jiǎn)圖