【正文】 以求得 he=，這樣也就能把滲透單寬流量求出來 q= 107m3/s。假設整個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 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，由于機械和化學作用，可能使土體產(chǎn)生局部破壞，稱為滲透變形，嚴重時會導致工程失事，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)。設計時應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：截斷或者延長滲徑、設置排水設施、反濾層或排水減壓井等。 在這里主要采用的是：設置心墻、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，一般不會在水平水壓力的作用下發(fā)生整體滑動。其失穩(wěn)形式主要是壩坡或者壩坡與壩基一起滑動。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。穩(wěn)定分析常采用的方法有 瑞典圓弧法、簡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 設計計算時首先假設壩坡或壩坡連同部分壩基土體沿某一圓柱面滑動。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算。假設不同的圓心和半徑畫出一系列圓弧，對每一圓弧上的土體進行力的分析，分別求出各力對圓心的力矩。設∑ 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圓心的力矩代數(shù)和。最后即得該滑動面的安全系數(shù)： ??? sMMK r （ 61） 根據(jù) SL2742021 規(guī)范 規(guī)定，應對以下幾種荷載組合情況進行穩(wěn)定計算： 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 正常運用遇地震的上、下游壩坡 不計條間作用力，采用瑞典圓弧法，以滲流穩(wěn)定期上游坡為例說明 將土條標號 土體寬度常取半徑 R的 1/10，即 b=。各塊土條編號的順序為：首先以過圓心垂線為零號土條的中心線，向上游（對下游壩坡）各土條的順序為 3 土條的 Mr、 Ms 計算每個土條上的抗滑力矩 Mr，滑動力矩 Ms。 安全系數(shù)的計算公式 ?? ????iiiiiiiwlcbwK???s i n1tanc o s39?；瑒恿乜够? 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)定滲流期有效應力摩擦角 Φ =19176。； 壩殼堆石的干容重運用情況 工 程 等 級 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 期有效應力摩擦角 Φ=39176。 則由土石壩穩(wěn)定分析軟件求得：設計水位時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，壩基應力較小，壩基具有一定的適應變形能力，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、強度、變形和抗?jié)B能力等條件一般遠不如混凝土壩的，又據(jù)國內(nèi)外的資料統(tǒng)計，土石壩的失事約有 40%是由于地基問題引起的，可見對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。 當壩基砂礫石層不太深厚時，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，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，使其緊密結合，避免產(chǎn)生集中滲流；②保證壩體與河岸及岸坡結合面的質(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，應清楚表面松動石塊、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硬、不沖蝕和可灌漿的巖石連接。若風化層較深時，高壩宜開挖到弱風化層上部，中、低壩可開挖到強風化層下部，在開挖的基礎上對基巖進行灌漿處理。在開挖完畢后，對斷層、張開節(jié)理裂縫等應逐條開挖清理，并用混凝土或砂漿封堵。 ③ 對失水很快風化的軟巖如頁巖泥巖等開挖時宜預留保護層待開始回填時隨挖除隨回填或開挖后用噴水泥砂漿或噴混凝土保護。 ④ 土質(zhì)防滲體與巖石接觸處在鄰近接觸面范圍內(nèi)防滲體應為粘土如防滲料為礫石土應改為粘土粘土應控制在略高于最優(yōu)含水率情況下填筑在填土前應用粘土漿抹面。 與防滲體結合處的岸坡 應大致平順，不應成臺階狀、反坡或突然邊坡。另外，心墻還應比壩殼更深入到壩肩內(nèi)，在這里的開挖進去的深度為 ，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 對于壩殼來說，其與壩肩的接觸形式為臺階狀，因為壩殼除了受到水的壓力外，還受到本身的重力，兩個力的合力斜向下，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。臺階的寬度應不小于 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系到隧洞的造價、施工難易、工程進度、運行可靠性等方面。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，布置時候常常注意一下幾點 ： 29 ①充分利用地形條件，盡量縮短洞線長度； ②隧洞進出口布置力求使水流平順，有條件時，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，隧洞的進口應該與壩體或者其他建筑物有一定的距離，比如導流隧洞應與上下游圍堰堰腳保持必要的距離，一般大于 50m，以防進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。在堅硬完整的巖層中，臨時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； ④重要工程當流量或流速較大時，應注意采取出口消能措施。 ⑤對于長隧洞，選擇洞線時還應注意利用地形、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，加快施工進度。 導流隧洞 根據(jù)以上布洞的原則與條件，可以初步定出導流隧洞的布置。因為圍堰距主體工程的距離為 30m，導流隧洞的進口距圍堰的距離為 80m。通過地形圖上可以量出隧洞的進 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，則初步估計導流隧洞的長度為 650m。 導流隧洞是臨時建筑物，要計算隧洞的參數(shù)，首先要根據(jù)表 別。首先該庫容為 *108m3，雖說該土石壩的級別為 3級，但大壩為土石壩，不應漫壩，取級別的最高值，那么就可以初步定為導流隧洞的級別為 4級。 臨時性水工建筑物的級別 級別 保護對象 失事后果 使用 年限 （年） 導流建筑物的標準 圍堰高度（ m） 庫容 (108 m3) 30 3 有特殊要求的 1級永久性水工建筑物 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組發(fā)電，造成重大災害和損失 3 50 4 1 級、 2 級永久性水工建筑物級 淹沒一般城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)、或影響工程總工期及第一臺（批）機組發(fā)電而造成較大經(jīng)濟損失 3～ 50～ 15 ～ 5 3 級、 4 級永久性水工建筑物 淹沒基坑、但對總工期及第一臺（批）機組發(fā)電影響不大，經(jīng)濟損失較小 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 Q=125m/s3時，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=，又因為導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，又因為管道的坡降為 1%，則進口端的底高程為 。為了保證導流隧洞為有壓隧洞，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，因為水深只有 ，那么水利半徑只有 ，通過計算上游圍堰的高度要有 660m，顯然不符合實際，那么該導流隧洞為自由出流。通過表格 72可以求出導流隧洞的洞涇、上游圍堰的高度。 表 72 導流隧洞的計算 31 對于圍堰，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，不應小于 20～ 30m，以便布置排水設施、交通運輸?shù)缆芳岸逊挪牧虾湍０宓龋颂庍x取 30m?；拥拈_挖邊坡大小，則與地質(zhì)條件有關。根據(jù)設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 對于圍堰的高程，可通過公式（ 71）、（ 72）計算： 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，即進口段在正常蓄水位一下，隧洞的最高點取 925m，出口段的高程選擇在下游的最高水位處，隧洞的最高點取 。隧洞內(nèi)要設置工作閘門與檢修閘門，兩個閘門都放置在隧洞的進口段，檢修閘門在前，工作閘門在后，因為上下游的作用水頭為洞內(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，