【導(dǎo)讀】面線計算、壩體滲流分析及壩體穩(wěn)定計算等幾個方面。本設(shè)計中河岸溢洪。道布置在河流右岸，為正槽溢洪道。大壩高，上游壩坡坡度為，下游坡度為壩軸線長度為，布置在河流轉(zhuǎn)彎處。析和滲流計算，本方案滿足要求。

　　

【正文】 式中 ： δ—— 面板平均厚度， δ=； δ1—— 防滲墻厚度， δ1=2m； m2—— 下游邊坡， m2=； H1—— 上游水深； H2—— 下游水深； h—— 面板后滲流水深 。 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 由水流連續(xù)條件 q1=q2聯(lián)立求解上兩式可求得 239。 39。 39。 39。2 1 3 239。1h A A A AA??? （ 43） 式中 ： 39。 01 22s in mK KA LH???? ? （ 44） 39。 02 1 KT KTA LT??? ? （ 45） TLTHKTHKHmL KHHKA T i n 2112222213 ?????? ?? ??? （ 46） K、 K0、 KT—— 分別為壩身、面板和砼防滲墻、地基的滲流系數(shù)，其 值見下表： 表 41 滲流系數(shù) 面板與砼防滲 墻 K0 壩身堆石 K 基巖 KT 滲流系數(shù) K（ cm/s） 109 102 5105 . 圖 41 堆石壩滲流總示意圖 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 全壩的總滲流量為： Q=1/2[q1 l1+（ q1+q2） l2+…+(q n1+qn) ln+qn ln+1] （ 47） 式中 ： q q …q n—— 斷面 2….n 的單寬滲流量； l l …l n、 ln+1—— 相鄰兩斷面之間的距離。 二． 滲流計算 圖 42 堆石壩滲流計算剖面 計算斷面取為 AA 斷面 滲流計算包括以下水 位組合情況： 最低 水位 最低 水位 （ 1）正常蓄水位 已知： 正常蓄水位 270m；下游相應(yīng)的最低水位為 ； 壩前水深： H1=270216=54m；壩后水深： H2==； 地基厚度 T＝ 10m； 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 L=?+?+8= 根據(jù)水流連續(xù)條件有 q1=q2，將以上數(shù)據(jù)代入兩個公式中聯(lián)立可解得 : h=； q1=q2=?108 m3/（ sm） 。 （ 2）設(shè)計洪水位 已知： 設(shè)計洪水位 ；下游相應(yīng)的最低水位為 ； 壩前水深： H1==；壩后水深： H2== 地基厚度 T＝ 10m； L=?+?+8=。 根據(jù)水流連續(xù)條件有 q1=q2，將以上數(shù)據(jù)代入兩個公式中聯(lián)立可解得 ： h=； q1=q2=?108 m3/（ sm） 。 （ 3）校核洪水位 已知： 校核洪水位 ；下游相應(yīng)的最低水位為 ； 壩前水深： H1==， 壩后水深： H2==， 地基厚度 T＝ 10m； L=?+?+8=， 根據(jù)水流連續(xù)條件有 q1=q2，將以上數(shù)據(jù)代入兩個公式中聯(lián)立可解得 ： h=； q1=q2=?107 m3/（ sm） 。 表 42 滲流計算表格 參數(shù) 正常狀況 設(shè)計狀況 校核狀況 K0（ m/s） δ 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 34 sinα L H2 T 10 10 10 δ1 2 2 2 KT K H1 54 m2 A1 A2 A3 h q1=q2 Q J 根據(jù)上表得最終結(jié)果如下表： 表 43 各狀況滲流計算結(jié)果 設(shè)計工況 上游水深H1（ m） 下游水深 H2（ m） 浸潤線高程 h(m) 單寬流量 q（ m3/s） 總滲流量 Q（ m3/s） 正常狀況 54 設(shè)計狀況 校核狀況 如上表所示，各工 況這下計算所得單寬流量，總滲流量都非常小，符合防滲要求，因此不需要對大壩進行滲流處理。 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 浸潤線分析：面板后滲流水深（ h）比下游水深（壩后水深 H2）深 2～3cm，故浸潤線近似一直線如圖 43。 圖 43 浸潤線示意圖 面板之后的壩體，由于水頭大部分在防滲體內(nèi)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。在壩體逸出點 ,滲透坡降較大 ,予以驗算。 對于非粘性土，滲透破壞形式可用壩體材料不均勻系數(shù) η來判別： 當 η10時易發(fā)生流土； 當 η20時易發(fā)生管涌，允許坡降 J=； 當 10η20時不定，允許坡降 J=。 該壩的壩體材料不均勻系數(shù) 10η20，故其允許坡降應(yīng)小于 J=。 滲透坡降計算公式： HJ L??? 式中： △ H—— 逸出水深減下游水深； △ L—— 計算長度， △ L=L1=L m2 H2。 表 44 滲流逸出點坡降表 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 36 斷面 AA 計算情況 正常狀況 設(shè)計狀況 校核狀況 坡降 J 經(jīng)計算，各種工況均滿足要求，因此認為不會發(fā)生滲透破壞。 壩體穩(wěn)定分析 概述 一．穩(wěn)定分析目的 保證壩體在自重、孔隙壓力和外荷載作用下，具有足夠的穩(wěn)定性，不致發(fā)生通過壩體或壩體連同地基的剪切破壞。 二．破壞形式 常見的滑動破壞形式有：圓弧滑動面，折線滑動面和復(fù)合滑動面。 三．荷載作用 面板堆石壩穩(wěn)定計算考慮的荷載主要有自重和地震荷載力。 四．穩(wěn)定分析方法 壩坡穩(wěn)定分析的方法大致可分為強度分析法和剛體極限平衡法兩大類。強度分析法是應(yīng)用土力學(xué)理論通過某種數(shù)值計算（如有限單元法）求出土壩剖面內(nèi)各點的應(yīng)力分量，然后與土體具有的強度比較，以判定是否坍滑；剛體極限平衡法則根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)及壩基情況，假定滑動面形狀，然后計算滑動面上是否具有足夠抵抗滑動體坍滑能力，目前應(yīng)用最廣的仍是后一種方法。剛體極限平衡法依據(jù)滑動面形狀不同，又可分為圓弧滑動法、折線滑動法和復(fù)式滑動法等。 五．控制標準 壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)，應(yīng)不小于下表規(guī)定的數(shù)值。 表 45 壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù) 運 用 條 件 工 程 等 級 1 2 3 4， 5 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 37 正常運用條件 非常運用條件 計算方案選擇 混凝土面板堆石壩的壩坡一般在 1: 左右，堆石體重量可達水平庫水壓力的 67 倍，因而壩體的整體抗滑穩(wěn)定是足夠的，穩(wěn)定分析通常只針對上下游邊坡，保證壩體在正常運用時不發(fā)生局部滑動破壞。由于面板堆石壩的防滲面板設(shè)于壩體上游面，其后堆石體透水性大，因而堆石體內(nèi)侵潤線很低，不存在水的滲透壓力和孔隙水壓力等問題。這對壩坡穩(wěn)定非常有利?；炷撩姘宥咽瘔畏€(wěn)定分析通?？刹捎谜劬€法。 圖 44 非粘性土壩穩(wěn)定分析圖 如圖 44 所示，假定任意滑動面 ADC， D 點在上游水位線延長線上。將滑動體分為 DEBC 和 ADE 兩塊，各塊重量分別為 W1， W2，兩塊土體底面的抗剪強度分別為 1? ， 2? 。采用折線滑動靜力學(xué)計算法，假定條塊間的作用力為 P1，其方向平行于 DC 面。則 DEBC 的平衡式為 0t a nc o sWK1s i nWP 111111 ?? ??? （ 48） ADE 的平衡式 為 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 38 0c o sPs i nWta ns i nPK 1ta nc o sWK 1 211222211c222c ?? ）（）（ ???????? （ 49） 以上兩式中安全系數(shù) cK 應(yīng)相等，因此聯(lián)立方程得 cK 。 取 ??? ?? 21 ，并令 fKtanc ??，211 11sinm???；2111 1cos mm???；222 11sinm???； 2222 1c os mm??? （ 410） 并再將以上兩式聯(lián)解得 )()2(222 CmBBABAf ?????? （ 411） 式中： 12122mmmm m1A ??? （ 412） AWWB 12? （ 413） )(1 121 21 mmm mmC ??? （ 414） 安全系數(shù)： ftanKc ?? （ 415） 為求得壩坡的穩(wěn)定安全系數(shù)，應(yīng)假定不同的 1? 、 2? 和上 游水位，即先求出在某一水位和 2? 下不同 1? 值時的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，然后在同一水位下再假定不同的 1? 值，重復(fù)上述計算可求出在這種水位下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)。一般還必須至少再假設(shè)兩個水位，才能最后確定壩坡的最小穩(wěn)定安全系數(shù)。 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 39 注： 1）對于壩體自重，在浸 潤線以上的土體按濕重度計算，浸潤線以下、下游水位以上按飽和重度計算，下游水位以下按浮重度計算； 2）壩體邊坡的抗剪強度 ? 1=? 2= ? 本設(shè)計中濕重度 γ1=（ N/m3），飽和重度 γ2=（ N/m3)，浮重度γ3=（ N/m3)。 工況選擇 正常運用情況下，包括水庫蓄滿水時下游壩坡的穩(wěn)定計算，上游庫水位最不利時上游壩坡的穩(wěn)定計算，這種最不利水位大致在壩底以上 1/3 壩高處。 穩(wěn)定計算中需選取不利工況和不利部位進行穩(wěn)定計算，本設(shè)計中對上下游坡分別計算以下幾種工況下的安全系數(shù)： 上游坡： 1） 1/3 壩高水位 2）正常蓄水位 3）正常蓄水位 +七級地震 下游坡： 4）設(shè)計洪水位 5）正常蓄水位 6）正常蓄水位 +七級地震 穩(wěn)定計算 1．計算過程公式推導(dǎo) 如圖 45 所示，線段 AB 為壩坡的平均邊坡 ，設(shè)其坡度為 m。建立如圖所示 xy 坐標系。 圖 45 穩(wěn)定計算分析圖 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 40 易知 ,直線 AD 的方程為 ： xm1y 2?，線 AB 的方程為： xm1y? ， 直線DC 的方程為：1m1y? 。 各點坐標可表示為： A 點坐標為（ 0， 0）； B 點坐標為（ ， ）； C 點坐標為（（ ） m1+m2H， ）； D 點坐標為（ m2H， H）； E 點坐標為（ m2H， ）； F 點坐標為（ m2H， m2H/m）； G 點坐標為（ mH， H）； I 點坐標為（ mh， h）； L 點坐標為（ m2h， h）。 有以上坐標可得： EB=； BC=（ ） m1+； DF=m2H/mH； GD=m2HmH； IL=m2hmh； DE=。 最終得滑體塊的重量為： 濕濕 ?? ???? ?? B C D1 SW B F DS （ 416） 濕濕浮 ??? ?????? ??? G D FSG D I LA I L2 SSW （ 417） 以上式中： EBDF21S BFD ?? （ 418） DEBC21S BCD ?? （ 419） 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 41 hILAIL 21S ?? （ 420） ）（）（ hHILGD21S G D I L ???? （ 421） GDDFGD F 21S ?? （ 422） 為簡化計算，本計算用 Excel 進行計算。 有地震作用下的平衡式如下： 0ta ns i nFc o sW1c o sFs i nP 1111111111 ???? ????? ）（cKW （ 423） 0Kt a ns i nFKt a nc o sWKt a ns i nPc