【正文】 以求得 he=，這樣也就能把滲透單寬流量求出來 q= 107m3/s。假設(shè)整個(gè)壩體沿壩軸線成的梯形，底寬為 15m，上寬為約為 205m，所以可以求得通過整個(gè) 壩體的滲流總量： ? ? smbQ / 357 ?? ???????? 防止?jié)B透變形的工程措施 土石壩及地基中的滲流，由于機(jī)械和化學(xué)作用，可能使土體產(chǎn)生局部破壞，稱為滲透變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致工程失事，必須采取有效的工程措施。 土體發(fā)生滲透變形的原因主要取決于滲透坡降、土顆粒的性質(zhì)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量降低滲透坡降和增加出口處土體抵抗?jié)B透變形的能力。為了防止?jié)B透變形，常采用的工程措施有：截?cái)嗷蛘哐娱L滲徑、設(shè)置排水設(shè)施、反濾層或排水減壓井等。 在這里主要采用的是：設(shè)置心墻、排水棱體和反濾層。 6 土石壩穩(wěn)定分析 土石壩作為一個(gè)整體，也是依靠重力維持穩(wěn)定的。土石壩的體積和重量都比較大，一般不會(huì)在水平水壓力的作用下發(fā)生整體滑動(dòng)。其失穩(wěn)形式主要是壩坡或者壩坡與壩基一起滑動(dòng)。土石壩穩(wěn)定分析的目的是是保證土石壩在自重、空隙壓力和外荷載作用下，壩坡是否安全經(jīng)濟(jì)。穩(wěn)定分析常采用的方法有 瑞典圓弧法、簡(jiǎn)化的畢肖普法和摩根斯頓 普萊斯法等，這里采用瑞典圓弧法。 26 設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)首先假設(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。最后即得該滑動(dòng)面的安全系數(shù)： ??? sMMK r （ 61） 根據(jù) SL2742021 規(guī)范 規(guī)定，應(yīng)對(duì)以下幾種荷載組合情況進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算： ① 施工期的上、下游壩坡 ② 穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡 ③ 水庫水位降落期的上游壩坡 ④ 正常運(yùn)用遇地震的上、下游壩坡 不計(jì)條間作用力，采用瑞典圓弧法，以滲流穩(wěn)定期上游坡為例說明 將土條標(biāo)號(hào) 土體寬度常取半徑 R的 1/10，即 b=。各塊土條編號(hào)的順序?yàn)椋菏紫纫赃^圓心垂線為零號(hào)土條的中心線，向上游（對(duì)下游壩坡）各土條的順序?yàn)? 3 土條的 Mr、 Ms 計(jì)算每個(gè)土條上的抗滑力矩 Mr，滑動(dòng)力矩 Ms。 安全系數(shù)的計(jì)算公式 ?? ????iiiiiiiwlcbwK???s i n1tanc o s39?；瑒?dòng)力矩抗滑力矩 表 61 壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù) 已知：本工程土石壩心墻粘土干容重 dr =15KN/ 3m , 濕容量 r=, 粘聚力 C=20kpa, 穩(wěn)定滲流期有效應(yīng)力摩擦角 Φ =19176。； 壩殼堆石的干容重運(yùn)用情況 工 程 等 級(jí) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ、Ⅴ 正常 非常 Ⅰ Ⅱ 27 dr =,濕容量 r=,粘聚力 C=0kpa,穩(wěn)定滲流 期有效應(yīng)力摩擦角 Φ=39176。 則由土石壩穩(wěn)定分析軟件求得：設(shè)計(jì)水位時(shí)上游壩坡最小安全系數(shù)minK =，滿足穩(wěn)定要求。 7 土石壩的地基處理 土石壩的底面積較大，壩基應(yīng)力較小，壩基具有一定的適應(yīng)變形能力，壩身斷面分區(qū)和材料的選擇也具有靈活性。但是，土石壩壩基本身的承載能力、強(qiáng)度、變形和抗?jié)B能力等條件一般遠(yuǎn)不如混凝土壩的，又據(jù)國內(nèi)外的資料統(tǒng)計(jì)，土石壩的失事約有 40%是由于地基問題引起的，可見對(duì)壩基處理的要求絲毫不敢放 松。 地基處理 通過查資料知該壩址的地基是砂礫石地基，砂礫石地基的承載能力一般都能夠滿足要求，但滲流問題是砂礫石地基要處理的主要問題。處理的目的是減少壩基的滲透量并保證壩基和壩體的抗?jié)B穩(wěn)定。 當(dāng)壩基砂礫石層不太深厚時(shí)，截水槽是最為常用而又穩(wěn)妥的防滲措施。該壩址的透水地基的厚度為 2m，因此在這里采用的是鉛直的防滲措施 —— 粘性土截水槽。截水槽是心墻向透水地基中的延伸部分，采用與防滲體相同的土料填筑。其具體做法是：在靠近上游的透水壩基上，平行于壩軸線開挖到不透水層一下 梯形斷面，為了便于邊坡的 開挖，邊坡的坡度作為厚心墻處理，坡度取 1:1，回填后，分層壓實(shí)，從而與防滲體連成整體。 土石壩與壩基、岸坡及其他建筑物的連接 土石壩與壩基、岸坡及混凝土建筑的連接是土石壩的處理關(guān)鍵部位：①接觸面都是防滲的薄弱部位，必須妥善處理，使其緊密結(jié)合，避免產(chǎn)生集中滲流；②保證壩體與河岸及岸坡結(jié)合面的質(zhì)量，不使其形成影響壩體穩(wěn)定的軟弱層面；③不致因岸坡形狀或坡度不當(dāng)引起壩體的不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫。 壩體與巖石地基及岸坡的連接必須做到： ① 壩體范圍內(nèi)的巖石壩基與岸坡，應(yīng)清楚表面松動(dòng)石塊、凹處積土和突出的石塊。 28 ② 土質(zhì)防滲體和反濾層宜于堅(jiān)硬、不沖蝕和可灌漿的巖石連接。若風(fēng)化層較深時(shí)，高壩宜開挖到弱風(fēng)化層上部，中、低壩可開挖到強(qiáng)風(fēng)化層下部，在開挖的基礎(chǔ)上對(duì)基巖進(jìn)行灌漿處理。在開挖完畢后，對(duì)斷層、張開節(jié)理裂縫等應(yīng)逐條開挖清理，并用混凝土或砂漿封堵。 ③ 對(duì)失水很快風(fēng)化的軟巖如頁巖泥巖等開挖時(shí)宜預(yù)留保護(hù)層待開始回填時(shí)隨挖除隨回填或開挖后用噴水泥砂漿或噴混凝土保護(hù)。 ④ 土質(zhì)防滲體與巖石接觸處在鄰近接觸面范圍內(nèi)防滲體應(yīng)為粘土如防滲料為礫石土應(yīng)改為粘土粘土應(yīng)控制在略高于最優(yōu)含水率情況下填筑在填土前應(yīng)用粘土漿抹面。 與防滲體結(jié)合處的岸坡 應(yīng)大致平順，不應(yīng)成臺(tái)階狀、反坡或突然邊坡。另外，心墻還應(yīng)比壩殼更深入到壩肩內(nèi)，在這里的開挖進(jìn)去的深度為 ，心墻的厚度可不加厚。在心墻的與壩肩的地方可開挖成類似于梯形的形狀，回填土與防滲體的材料相同，即為粘土，見圖 71。 圖 71 粘土心墻與壩肩 對(duì)于壩殼來說，其與壩肩的接觸形式為臺(tái)階狀，因?yàn)閴螝こ耸艿剿膲毫ν?，還受到本身的重力，兩個(gè)力的合力斜向下，倘若做成階梯狀的壩坡能夠很好的平衡該合力，這樣也就保證了壩體的穩(wěn)定性。臺(tái)階的寬度應(yīng)不小于 1m，此處選擇為2m，高度不限，此處選擇為 5m。 8 隧洞的布置 隧洞的路線選擇與布置關(guān)系到隧洞的造價(jià)、施工難易、工程進(jìn)度、運(yùn)行可靠性等方面。隧洞的布置，決于地形、地質(zhì)、樞紐布置以及水流條件等因素，布置時(shí)候常常注意一下幾點(diǎn) ： 29 ①充分利用地形條件，盡量縮短洞線長度； ②隧洞進(jìn)出口布置力求使水流平順，有條件時(shí)，隧洞最好布置成直線，若有彎道，其轉(zhuǎn)彎半徑以大于 5b(b 為洞寬 )，轉(zhuǎn)角小于 60176。為宜，另外，隧洞的進(jìn)口應(yīng)該與壩體或者其他建筑物有一定的距離，比如導(dǎo)流隧洞應(yīng)與上下游圍堰堰腳保持必要的距離，一般大于 50m，以防進(jìn)出口水流沖刷圍堰的引水面； ③要求洞線沿線地質(zhì)條件 較好 ,巖體穩(wěn)定 ,斷層較少。在堅(jiān)硬完整的巖層中，臨時(shí)性隧洞可不襯砌或局部襯砌，為降低隧洞糙率、提高泄水能力和減少滲漏，施工中可采用光面爆破和錨噴支護(hù)； ④重要工程當(dāng)流量或流速較大時(shí)，應(yīng)注意采取出口消能措施。 ⑤對(duì)于長隧洞，選擇洞線時(shí)還應(yīng)注意利用地形、地質(zhì)條件，布置一些施工支洞、斜井、豎井，以便增加工作面，有利于改善施工條件，加快施工進(jìn)度。 導(dǎo)流隧洞 根據(jù)以上布洞的原則與條件，可以初步定出導(dǎo)流隧洞的布置。因?yàn)閲呔嘀黧w工程的距離為 30m，導(dǎo)流隧洞的進(jìn)口距圍堰的距離為 80m。通過地形圖上可以量出隧洞的進(jìn) 口段的長度為 290m，洞身段的長度為 120m，出口段的長度為 200m，再加上轉(zhuǎn)彎處的長度，則初步估計(jì)導(dǎo)流隧洞的長度為 650m。 導(dǎo)流隧洞是臨時(shí)建筑物，要計(jì)算隧洞的參數(shù)，首先要根據(jù)表 別。首先該庫容為 *108m3，雖說該土石壩的級(jí)別為 3級(jí)，但大壩為土石壩，不應(yīng)漫壩，取級(jí)別的最高值，那么就可以初步定為導(dǎo)流隧洞的級(jí)別為 4級(jí)。 臨時(shí)性水工建筑物的級(jí)別 級(jí)別 保護(hù)對(duì)象 失事后果 使用 年限 （年） 導(dǎo)流建筑物的標(biāo)準(zhǔn) 圍堰高度（ m） 庫容 (108 m3) 30 3 有特殊要求的 1級(jí)永久性水工建筑物 淹沒重要城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)、交通干線或推遲工程總工期及第一批機(jī)組發(fā)電，造成重大災(zāi)害和損失 3 50 4 1 級(jí)、 2 級(jí)永久性水工建筑物級(jí) 淹沒一般城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)、或影響工程總工期及第一臺(tái)（批）機(jī)組發(fā)電而造成較大經(jīng)濟(jì)損失 3～ 50～ 15 ～ 5 3 級(jí)、 4 級(jí)永久性水工建筑物 淹沒基坑、但對(duì)總工期及第一臺(tái)（批）機(jī)組發(fā)電影響不大，經(jīng)濟(jì)損失較小 15 土石圍堰的洪水重現(xiàn)期為 20年一遇。所以 根據(jù)表（ ），可以得出最大的流量為Q=125m/s3。當(dāng) Q=125m/s3時(shí)，根據(jù)公式 32 0 0 0 0 0 0 2 7 9 0 0 1 5 8 1 4 5 3 6 9 5 0 8 4 7 1 6 2 QZ ??? 可以求出壩軸線處水位為 ，則水深 H0=，又因?yàn)閷?dǎo)流洞出口處的河床高度為 ，水位的高程為 ，出口的底高程初步定為 860m，又因?yàn)楣艿赖钠陆禐?1%，則進(jìn)口端的底高程為 。為了保證導(dǎo)流隧洞為有壓隧洞，就必須通過上游圍堰來提高水位。首先假定隧洞為淹沒出流，因?yàn)樗钪挥?，那么水利半徑只有 ，通過計(jì)算上游圍堰的高度要有 660m，顯然不符合實(shí)際，那么該導(dǎo)流隧洞為自由出流。通過表格 72可以求出導(dǎo)流隧洞的洞涇、上游圍堰的高度。 表 72 導(dǎo)流隧洞的計(jì)算 31 對(duì)于圍堰，采用全段圍堰的方式。通?；悠轮号c主體工程輪廓之間的距離，不應(yīng)小于 20～ 30m，以便布置排水設(shè)施、交通運(yùn)輸?shù)缆芳岸逊挪牧虾湍０宓?，此處選取 30m。基坑的開挖邊坡大小，則與地質(zhì)條件有關(guān)。根據(jù)設(shè)置要求上游圍堰的兩側(cè)坡度取為 1:，堰頂?shù)膶挾热?3m；堰頂?shù)膶挾韧瑯尤?3m，下游圍堰的兩側(cè)邊坡取為 1:。圍 堰的形式采用草袋圍堰，圍堰的中間填充粘土進(jìn)行防滲處理，為了提高心墻的防滲作用，下游的的草袋要堆放在不透水層上，詳見圖 。 71 草袋圍堰 對(duì)于圍堰的高程，可通過公式（ 71）、（ 72）計(jì)算： 下游圍堰： δhhH add ??? （ 71） 式中： dH ～下游圍堰 堰頂高程， m； dh ～下游水位高程 ,m； ah ～波浪爬高 , ah 取 ， m； 32 ? ～圍堰的安全超高 ,m。其中 ? 取 。 所以 dH =+++=。 上游圍堰： ?? ???? hazhH d （ 72） 式中： ?H ～上游圍堰 堰頂高程， m； z～上下游水位差， m； ah 為波浪爬高， m； ? ～圍堰的安全超高， m。 所以 ?H =+++=。 泄洪隧洞 泄洪隧洞為高速水流隧洞， 按水利條件可分為有壓與無壓兩類。為了保證汛期時(shí)候大壩的安全，常常提前把庫內(nèi)的水位放到正常蓄水位以下，即進(jìn)口段在正常蓄水位一下，隧洞的最高點(diǎn)取 925m，出口段的高程選擇在下游的最高水位處，隧洞的最高點(diǎn)取 。隧洞內(nèi)要設(shè)置工作閘門與檢修閘門，兩個(gè)閘門都放置在隧洞的進(jìn)口段，檢修閘門在前，工作閘門在后，因?yàn)樯舷掠蔚淖饔盟^為洞內(nèi)的水流為高速水流，隧洞為有壓隧洞，隧洞的布置形式詳見地形圖。根據(jù)隧洞的布置原則和在地形圖上量出的距離，可以初步取泄洪隧洞的長度為 600m，洞內(nèi)是部分鋼筋混凝土襯砌，粗糙系數(shù) μ 為 。泄洪隧洞的最大泄流流量為 ， 通過公式（ 73）、（ 74）計(jì)算出洞涇。 gHAQ 2?? （ 73） ???????dl11c （ 74） 式中：μ為粗糙系數(shù)，最小值為 ， 正常值為 ； A過流斷面面積， m2； H作用水頭 ,m； 33 ? 沿層阻力系數(shù)； l 導(dǎo)流隧洞的長度， m； d 泄洪隧洞的洞涇， m。 首先假定隧洞的水利半徑然后在與汛期的流量 Q=，取最合理的洞涇即可，詳見表 82。 表 82 泄洪隧洞的計(jì)算 通過表格，可以得出在水力半徑 R=，即 D=能力。 消能方式 由泄洪隧洞下泄的水流具有巨大的能量，