【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 本設(shè)計(jì)的防滲體分為壩體防滲部分和壩基防滲部分。 壩體防滲本設(shè)計(jì)采用人工材料防滲體中的瀝青混凝土防滲體，它是由一定級(jí)配的碎石或卵石、砂、石料和瀝青按一定比例配合，并加熱拌和成均勻的混合物，經(jīng)攤鋪、碾壓達(dá)到一定密實(shí)度形成的防滲體，有心墻和斜墻兩種形式，本設(shè)計(jì)采用心墻形式。心墻可以是垂直的或向下游傾斜的，也可以設(shè)計(jì)成下部垂直、上部?jī)A斜的。垂直心墻防滲面積最小，也最經(jīng)濟(jì)。當(dāng)壩體高度小于70米時(shí)，一般采用垂直心墻。在已建工程中，垂直心墻較多，積累了較豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。本設(shè)計(jì)壩高小于70米，故采用垂直心墻。~，且不低于校核洪水位，故墻頂高程為：+=。頂部設(shè)置砂礫保護(hù)層，=德國(guó)規(guī)程《大壩和蓄能水庫(kù)瀝青防滲》中規(guī)定瀝青混凝土心墻的厚度至少應(yīng)為最大壩高的1/100，但最小厚度不應(yīng)低于50厘米，且推薦心墻的厚度不變，因?yàn)閴误w上部三分之一處的橫向變形最大。有根據(jù)我國(guó)瀝青混凝土防滲工程施工技術(shù)水平，建議中等高度的壩心墻厚度為50~80厘米。故本設(shè)計(jì)采用心墻厚度為70厘米，且厚度不變。 過(guò)渡層瀝青混凝土心墻兩側(cè)應(yīng)設(shè)置過(guò)渡層，其主要作用是為心墻提供一個(gè)良好和均勻的側(cè)向支撐，同時(shí)在施工中為攤鋪機(jī)提供穩(wěn)定的豎向支撐。過(guò)渡層屬于壩殼結(jié)構(gòu)，但在施工時(shí)與瀝青混凝土心墻同時(shí)鋪筑同時(shí)碾壓，因此在設(shè)計(jì)中過(guò)渡層與心墻一般同時(shí)考慮。過(guò)渡層材料應(yīng)致密、堅(jiān)硬、級(jí)配良好，最好使用人工破碎的硬巖，人工破碎的巖石帶有棱角，比天然巖石穩(wěn)定性好。過(guò)渡料的骨料最大粒徑與瀝青混凝土的最大骨料粒徑不宜相差太大，設(shè)計(jì)導(dǎo)則中規(guī)定其最大粒徑比值應(yīng)小于8：1。~，應(yīng)根據(jù)壩殼填筑材料、壩高和所在部位等因素來(lái)確定。 壩基防滲 對(duì)砂礫石地基處理主要是保證地基滲流穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)采用截水槽，與瀝青混凝土防滲心墻連成整體，連接處宜做成柔性的。 排水設(shè)備土石壩防滲體后仍有一定量的滲水，故在壩體下游部分還必須設(shè)置排水設(shè)備。本設(shè)計(jì)采用棱體排水。棱體排水的作用是：控制和引導(dǎo)滲流安全地排出壩外，降低壩體浸潤(rùn)線及孔隙水壓力，增強(qiáng)壩坡穩(wěn)定，保護(hù)下游壩坡免受凍脹破壞。棱體頂面高程應(yīng)高出下游最高水位，超出高度應(yīng)大于波浪爬高，且對(duì)Ⅲ，并應(yīng)保證壩體浸潤(rùn)線位于下游壩面凍層以下。，棱體內(nèi)坡設(shè)為1：，外坡設(shè)為1：，為使?jié)B流逸出坡降分布得更均勻，在棱體上游坡腳處應(yīng)避免出現(xiàn)銳角。 5 土石壩的滲流計(jì)算 設(shè)計(jì)說(shuō)明 滲流分析土石壩的剖面尺寸初步擬定后，必須進(jìn)行滲流分析，為確定經(jīng)濟(jì)可靠的壩體剖面提供依據(jù)，滲流分析的主要任務(wù)是：① 確定壩體浸潤(rùn)線和下游逸出點(diǎn)的位置，為壩體穩(wěn)定計(jì)算和排水體選擇提供依據(jù)；② 計(jì)算壩體與壩基的滲流量，以估算水庫(kù)滲漏損失和確定排水體尺寸；③ 計(jì)算壩體與壩基滲流逸出處的滲透坡降，以驗(yàn)算其滲透穩(wěn)定性。 滲流分析方法土石壩滲流分析的方法有公式計(jì)算法（流體力學(xué)法，水力學(xué)法，有限單元法）、流網(wǎng)法和電模擬法。本設(shè)計(jì)采用水力學(xué)法，水力學(xué)法的基本假定：① 壩體土料為均質(zhì)，壩體內(nèi)任一點(diǎn)的各方向上的滲透系數(shù)K相同，且為常數(shù)；② 滲流為二元穩(wěn)定層流，滲流運(yùn)動(dòng)符合達(dá)西定律：V=KJ(V為滲透流速，K為滲透系數(shù)，J為滲透坡降)；③ 滲流為漸變流，任意過(guò)斷面上各點(diǎn)的坡降和流速相同。 滲流分析的工況滲流計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮水庫(kù)運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件，一般需計(jì)算下列幾種工況：① 上游正常蓄水位與下游相應(yīng)最低水位，此時(shí)壩內(nèi)滲流的坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形；② 上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)最高水位，此時(shí)壩內(nèi)浸潤(rùn)線高，滲流量大；③ 上游校核洪水位與下游相應(yīng)最高水位，此時(shí)壩內(nèi)浸潤(rùn)線最高，滲流量最大；④ 庫(kù)水降落時(shí)，對(duì)上游壩坡穩(wěn)定最為不利，應(yīng)確定其浸潤(rùn)線，為穩(wěn)定計(jì)算提供依據(jù)。本設(shè)計(jì)只對(duì)前三種情況進(jìn)行分析計(jì)算. 滲透系數(shù)的選擇壩殼砂礫石滲透系數(shù): 壩體防滲體滲透系數(shù): 壩基滲透系數(shù)：河床砂卵石層平均厚14米，透水性強(qiáng)，~ 米/晝夜，取平均值 = 計(jì)算剖面的選擇根據(jù)壩軸線地形剖面圖的地形、地質(zhì)情況，沿壩軸線選取3個(gè)特征剖面進(jìn)行滲流計(jì)算，各剖面的位置與樁號(hào)見(jiàn)地形剖面圖。 ， 最大（11）剖面滲流計(jì)算 樁號(hào)（0+）計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖51通過(guò)心墻與防滲墻的單寬滲流量為：通過(guò)心墻下游壩體和壩基的單寬流量為： 式中： 壩殼材料滲透系數(shù)，m/s ； 瀝青混凝土心墻滲透系數(shù)，m/s ； 透水地基滲透系數(shù)，m/s ； 心墻前水深， m ； 下游水深，m； 心墻后水深，m； 心墻與防滲體的平均厚度，m；下游壩坡平均坡度；相對(duì)不透水層埋深， m；滲徑，m。根據(jù)水流連續(xù)條件有 ，聯(lián)立求解可得h為: 式中： = T=14m 通過(guò)心墻與防滲墻的單寬流量為： = 通過(guò)心墻下游壩體和壩基的單寬滲流量為： 浸潤(rùn)線：由于h=，下游水深=，故浸潤(rùn)線近似為一直線，見(jiàn)圖51所示。 （22）剖面滲流計(jì)算 樁號(hào)(0+）計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖52通過(guò)心墻與防滲墻的單寬滲流量為：通過(guò)心墻下游壩體和壩基的單寬流量為： 式中： 壩殼材料滲透系數(shù)，m/s ； 瀝青混凝土心墻滲透系數(shù)，m/s ； 透水地基滲透系數(shù)，m/s ； 心墻前水深， m ； 下游水深，m； 心墻后水深，m； 心墻與防滲體的平均厚度，m；下游壩坡平均坡度；相對(duì)不透水層埋深， m；滲徑，m。根據(jù)水流連續(xù)條件有 ，聯(lián)立求解可得h為: 式中： 在(22)剖面的計(jì)算中,、故公式可簡(jiǎn)化為： 通過(guò)心墻的單寬流量為：通過(guò)下游壩體的單寬流量： 浸潤(rùn)線方程：在0～，求得相應(yīng)的y值，列于表51中，將表中x，y值繪制于斷面圖51上并連成曲線，即為壩體浸潤(rùn)線。表51 22剖面浸潤(rùn)線坐標(biāo)10305070900．416 （33）剖面滲流計(jì)算 樁號(hào)(0+185） 計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖53在(33)剖面的計(jì)算中,、故公式可簡(jiǎn)化為： 式中： 通過(guò)心墻的單寬流量為：通過(guò)下游壩體的單寬流量：浸潤(rùn)線方程：在0～，求得相應(yīng)的y值，列于表52中，將表中x，y值繪制于斷面圖53上并連成曲線，即為壩體浸潤(rùn)線。表52 33剖面浸潤(rùn)線坐標(biāo)2040600．1290 總滲流量計(jì)算式中：各壩段長(zhǎng)度，m。 各壩段交界處的壩體單寬滲流量。 故 校核(1) 滲漏量由于每天的滲漏量?jī)H為 ，根據(jù)有關(guān)資料可知，該土石壩的滲漏滿足滲漏要求。(2) 滲透穩(wěn)定對(duì)于非粘性土，破壞形式的判別可參考伊斯妥明娜法，根據(jù)土體的不均勻系數(shù) 來(lái)判定： ，則為管涌。查教材《水工建筑物 》表55無(wú)粘性土的抗?jié)B破壞比降及允許比降參考值可知，~。滲流逸出點(diǎn)的實(shí)際坡降為 故滿足滲透穩(wěn)定要求。 ，，故此工況滿足滲流量與滲透穩(wěn)定的要求。 ， 最大（11）剖面滲流計(jì)算 樁號(hào)（0+）計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖54通過(guò)心墻與防滲墻的單寬滲流量為：通過(guò)心墻下游壩體和壩基的單寬流量為： 式中： 壩殼材料滲透系數(shù)，m/s ； 瀝青混凝土心墻滲透系數(shù)，m/s ； 透水地基滲透系數(shù)，m/s ； 心墻前水深， m ； 下游水深，m； 心墻后水深，m； 心墻與防滲體的平均厚度，m；下游壩坡平均坡度；相對(duì)不透水層埋深， m；滲徑，m。根據(jù)水流連續(xù)條件有 ，聯(lián)立求解可得h為: 式中： = T=14m 通過(guò)心墻與防滲墻的單寬流量為： 通過(guò)心墻下游壩體和壩基的單寬滲流量為： 浸潤(rùn)線：由于h=，下游水深=，故浸潤(rùn)線近似為一直線，見(jiàn)圖54所示。 （22）剖面滲流計(jì)算 樁號(hào)（0+）在(22)剖面的計(jì)算中,、故公式可簡(jiǎn)化為：  式中： 通過(guò)心墻的單寬流量為：通過(guò)下游壩體的單寬流量：浸潤(rùn)線方程：在0～，求得相應(yīng)的y值，列于表51中，將表中x，y值繪制于斷面圖51上并連成曲線，即為壩體浸潤(rùn)線。表53 22剖面浸潤(rùn)線坐標(biāo)10305070900．416由以上可知。 （33）剖面滲流計(jì)算 樁號(hào)（0+185）由分析可知， 的計(jì)算工況相同。 總滲流量的計(jì)算式中：各壩段長(zhǎng)度，m。 各壩段交界處的壩體單寬滲流量。 故 校核(1) 滲漏量由于每天的滲漏量?jī)H為 ，根據(jù)有關(guān)資料可知，該土石壩的滲漏滿足滲漏要求。(2) 滲透穩(wěn)定對(duì)于非粘性土，破壞形式的判別可參考伊斯妥明娜法，根據(jù)土體的不均勻系數(shù) 來(lái)判定： 則為管涌。 ， 查教材《水工建筑物》表55無(wú)粘性土的抗?jié)B破壞比降及允許比降參考值可知，~。滲流逸出點(diǎn)的實(shí)際坡降為 故滿足滲透穩(wěn)定要求。6 土石壩的穩(wěn)定分析 穩(wěn)定分析的目的對(duì)土石壩進(jìn)行穩(wěn)定分析的目的，是通過(guò)計(jì)算壩體剖面的穩(wěn)定安全度來(lái)確定壩的經(jīng)濟(jì)剖面。 作用在土石壩上的荷載 土體自重壩體浸潤(rùn)線以上的部分按濕容重計(jì)，浸潤(rùn)線以下與壩體外水位之間的部分按飽和容重計(jì)，壩外水位以下部分按浮容重計(jì)。 滲流力可由流網(wǎng)法求得，本設(shè)計(jì)不計(jì)滲流力。 孔隙壓力對(duì)易排出，當(dāng)孔于粘性土壩坡，由于土體孔隙中的水或氣不隙為水或氣飽和且受壓時(shí)，上部傳來(lái)的荷載將由孔隙水、氣和土粒骨架共同承擔(dān)，土料骨架承擔(dān)的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力，孔隙水氣承擔(dān)的應(yīng)力稱為孔隙壓力，二者之和為總應(yīng)力?？紫秹毫κ且环N張力，各向相等，其數(shù)值與土料性質(zhì)，填土含水量，受荷載與排水條件運(yùn)用工況有關(guān)，并隨時(shí)間而變化，隨荷載增加而變大，又隨孔隙水的排出面消散，精確計(jì)算較復(fù)雜，目前多為近似計(jì)算。由于本設(shè)計(jì)壩坡材料多為砂礫料，屬于無(wú)粘性土，故不計(jì)孔隙壓力。 地震力本工程所在地區(qū)基本烈度為六度，根據(jù)我國(guó)《水工建筑物抗震規(guī)范》（SDJ1078）設(shè)計(jì)在六度以下時(shí)，除對(duì)重要工程采取適當(dāng)?shù)目拐鸾Y(jié)構(gòu)和工程措施外，可不作抗震設(shè)計(jì)。本水庫(kù)為小（1）型四等工程，主要建筑物為三級(jí)，則可忽略地震力。 穩(wěn)定分析方法圓弧法可用于粘性土壩坡，也可用于非粘性土壩坡。本設(shè)計(jì)為無(wú)粘性土壩殼材料，采用圓弧法對(duì)土石壩進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算。圓弧法的基本原理是假定滑動(dòng)面為一圓柱面，將圓柱面內(nèi)土體視為剛體，失穩(wěn)時(shí)該土體繞圓弧的中心旋轉(zhuǎn)，沿壩軸方向取單寬壩段按平面問(wèn)題進(jìn)行分析。本設(shè)計(jì)采用不計(jì)土條間作用力的瑞典圓弧法。 穩(wěn)定分析的不利工況土石壩應(yīng)對(duì)以下幾種不利情況下的壩坡進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算：正常運(yùn)用情況包括：（1）上游為正常蓄水位，下游為相應(yīng)最低水位或上游為設(shè)計(jì)水位，下游為相應(yīng)最高水位形成穩(wěn)定滲流的下游壩坡；（2）水庫(kù)水位正常降落時(shí)的上游壩坡；（3）庫(kù)水位最不利時(shí)的上游壩坡，即不利水位大致在壩底以上1∕3壩高處的上游壩坡。非常運(yùn)用情況包括：（1）施工或竣工期的上下游壩坡；（2）庫(kù)水位驟降時(shí)的上游壩坡；（3）校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流時(shí)的下游壩坡；（4）正常運(yùn)用情況加地震影響的上、下游壩坡；（5）有時(shí)還要驗(yàn)算水庫(kù)蓄滿、排水設(shè)備失效時(shí)下游壩坡的穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)針對(duì)兩種不利工況進(jìn)行穩(wěn)定分