【正文】 39。 當條塊圓弧面位于兩土體的分界處時（如下圖所示） 其摩擦角采用加數(shù)平均值tg? 。 滑 動 面 上 總 滑 動 力 siniiW ?? ，總抗滑力為c o si i i iiW tg c l?? ???分 別 對 圓 心 O 取 力 矩 sins i iM R W ?? ? ， 抗 滑 力 矩( c o s )r i i i i iM R W tg c l????? 側(cè)壩坡穩(wěn)定安全系數(shù) k 為 c o s s ini i i i irs i iW tg c lMk MW ?? ???? ??? () 上式即為瑞典圓弧法的基本公式； 因為本設(shè)計填料為砂礫石為無黏性填料所以 ic 不予考慮， 即 c o ss ini i irs i iW tgMk MW ????? ?? () sin iii BbRR? ?? () h1 h2 h3 h4 0 B A C 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 i 代表計算土條的編號。式中 i? 為土條底部中點所在半徑與鉛直線的夾角， i? 是土條滑動面處的內(nèi)摩擦角。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 穩(wěn)定計算 1壩坡面； 2浸潤線； 3下游水位； 4地基面； 5滑裂面 圖 用總應(yīng)力法計算穩(wěn)定安全系數(shù) 簡 圖 為了簡化分析，現(xiàn)只考慮自重荷載如圖（ ）所所示 的壩坡，以土條 i 為例，其自重 i i iW rbH? 式中 iH 為土條高度， b 為土條寬度， ir 為土壤容重。 穩(wěn)定分析不利工 況 (1)施工期的上、下游壩坡，屬于非常運用情況； (2)庫水位驟降時上游壩坡的穩(wěn)定分析。 為計算簡單，使內(nèi)摩擦角減小 2～ 3度，按穩(wěn)定滲流期計算即可。 (4)地震力 在地震區(qū)建壩應(yīng)考慮地震慣性力，對設(shè)計烈度在 8度以上的Ⅰ、Ⅱ級壩，應(yīng)同時考慮水平和豎向地震慣性力，其余情況可只考慮水平地震力。 (3)孔隙壓力 對于黏性土壩坡，由于土體孔隙中的水或氣不易排出，當孔隙為水或氣飽和 且受壓時，上部傳來的荷重由孔隙水、氣和土粒骨架共同承擔(dān)，土粒骨料承擔(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，二者之和稱為總應(yīng)力。 本設(shè)計為面板堆石壩由于混凝土面板的防滲效果好壩體內(nèi)無水或浸潤線很低（在壩基以下），故本設(shè)計中的壩基以上按濕容重計，壩基以下按浮容重計。具體尺寸見細部構(gòu)造部分。貼坡排水 防止壩坡凍脹，保護壩腳免受尾水淘 刷，且對壩坡有支撐作用，增加壩坡穩(wěn)定性，是一種可靠有效簡單的排水型式 。因為砼面板防滲效果良好，根據(jù)已建壩的原型觀測資料表明，面板后壩體內(nèi)為干燥狀態(tài)，浸潤線在原河床以下。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 壩體 防滲 排水設(shè)計 因為 鋼筋 砼面板壩的壩體填筑料的顆粒從上游向下游是由細到粗進行分區(qū)布置，即滲透系數(shù)遞增，以滿足自 由排水的要求。 主次堆石區(qū)簡 圖 見圖 ： 次 堆 石 區(qū)主 堆 石 區(qū)圖 主次堆石區(qū)簡圖 本設(shè)計的Ⅲ C區(qū)采用隧洞等開挖的石渣料，設(shè)計 3/~, cmgrD dr ?? 。充分利用壩址附近的當?shù)夭牧虾烷_ 挖料，以降低工程造價，縮短工期。 Ⅲ C 區(qū)：為任意料區(qū)，或稱次堆石料區(qū)。2過渡層區(qū) 圖 過渡層簡圖 單位（ m） 實際施工前需作現(xiàn)場填筑碾實試驗。 本工程的主堆石區(qū)砂礫卵石料為不連續(xù)級配料，細料 含量僅為 15%左右；設(shè)計相對緊 密 度 ，相應(yīng)的 。一般分為Ⅲ B區(qū)和Ⅲ C區(qū)。本設(shè)計過渡層寬度可與墊層區(qū)等寬均為 5m。從壩殼料中篩除〉 150mm 粒徑后的混合料，如為不連續(xù)級配，則需摻入中小石和粗砂，以滿足過渡料的級配要求。 一般將主堆石區(qū)Ⅲ B 中篩選小于某直徑的粗料進行填筑。 本設(shè)計墊層表面保護層采用 瀝青碎石保護層。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 對于墊層表面的凸凹處可用小碎石填平 ,然后在澆層瀝青碎石層 ,每 1 2m 約用瀝青80～ 100g 瀝青 。但與岸坡連接處（尤其是陡坡或強地震區(qū)），墊層寬度比非岸坡壩面段增加一倍。2墊層區(qū) 圖 墊層簡圖 (6)墊層的設(shè)計寬度：可采用上下等寬設(shè)計，一般為 3～ 5m，或自上至下漸變厚度設(shè)計。當 d5mm 含量達60～ 70%， d 含量小于 10%時，填充關(guān)系良好，孔隙率小，能達到最大壓實密度和半透水性要求。一般認為，在級配曲線上任一粒徑的粗組均能對其細組具有反濾作用，則此級配內(nèi)部是穩(wěn)定的，如粗組 D15與細組 d85滿足 D15/ d85=4。 (5)墊層料的級配要求：墊層料可盡量采用天然砂礫料，否則人工破碎料，或砂礫料摻人工破碎料，且質(zhì)地堅硬，新鮮的級配連續(xù)料，這樣方可滿足以上設(shè)計要求。 (4)墊層具有反濾作用：對混凝土板縫和趾板縫可能張開的滲水具有一定抗?jié)B水力坡降。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 (3)墊層具有一定的填筑高密度，施工期能擋水度汛，降低導(dǎo)流圍堰的工程等級和造價。410? cm/s,為第二道防線 K=179。 (2)墊層應(yīng)具有半透水性，能自由排水 (尤其在高寒地區(qū) )，滲透系數(shù) K=2179。外側(cè)壓重頂寬 4，上游邊坡 1： 填筑任意料設(shè)計 d? ≥ Ⅱ區(qū)：墊層區(qū)設(shè)計 因其重要性，該區(qū)的設(shè)計要求高，墊層區(qū)要滿足半透水性，抗?jié)B性，高抗剪強度，低壓縮變形和對粉沙，土料的反濾保護作用等要求。目前國外采用細粉質(zhì)砂和粉煤灰覆蓋周邊縫及靠近岸作為一種附加安全措施，其上填筑任意料作為壓重保護層Ⅰ區(qū)的設(shè)計要求較低，可就地取材。 IIIB主堆石區(qū) 。 II墊層 。 IA鋪蓋 。 3防浪墻 。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 壩體填料分區(qū)設(shè)計 IBIA12356IIIAIIIC4IIIIIB 1混凝土面板 。 面板壩填筑料的設(shè)計標準以變形為主要控制條件，為了減少壩體變形，要一定的碾壓干密度，相對密度不低于 。從壩體滲流方向而言，壩料從上游到下游滲透系數(shù)遞增，即粒經(jīng)由細到粗，滿足自由排水，有利于壩體穩(wěn)定。 壩體填筑料分區(qū)的目的 混凝土面板壩在自重和上游水荷載等作用下，壩體內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)不同，各部分對面板的影響也不同。 因此，砂礫石面板壩是最經(jīng)濟的壩型，其安全建壩高度將 高于堆石面板壩，天然砂礫料筑高壩日益受到工程界的重視。而卵礫石以渾圓形狀為主，單個顆粒一般無裂縫，高應(yīng)力時破壞量小。 研究表明，卵礫石的單個顆粒強度 高，其顆粒大量破壞的極限 Pa? ?? ，階地風(fēng)化卵石 ~ P a? ? ， 而 爆 破 料 堆 石 顆 粒 大 量 破 壞 的 平 均 應(yīng) 力 M Pa? ?? 。李浦斯的 ? ?f??? 對數(shù)形式公式： ? ?o 3 alg P? ? ? ?? ? ? ? （ ） 式中 :? 相應(yīng)于 ? ?3n??或 的內(nèi)摩擦角； 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 o 3 aP? ? ?? 等于 時的 值 ； 3? 側(cè)壓應(yīng)力； Pa大氣壓力，取 1kg/cm2。實驗證明，砂礫石料在低應(yīng)力時強度包線也呈曲線關(guān)系， 3? 的增加可使 ? 值降低 oo15~20 。 通過三軸壓縮試驗的成果發(fā)現(xiàn)當側(cè)壓力 3 15kgcm? 時堆石料的抗剪強度定線呈線性關(guān)系 ，堆石料的抗剪強度定線呈線性關(guān)系，符合傳統(tǒng)的庫侖直線方程： fntg C? ? ???；對非粘性土 C? =0 ， n? 為極限平衡時作用在破壞面上的法向應(yīng)力， ? 和 C 值由直線強度包線確定。 58????， ? 密度在 0038~44 ，堆石料的 00m in m a x34 。 在設(shè)計和論證高堆石壩體時，由于壩體自重荷載變幅很大，堆石料的強度特性隨壩高而改變。 所以，馬道轉(zhuǎn)彎半徑為 10~15m，路面寬 12m。3節(jié)省的工程量 圖 防浪墻布置 碾壓式混凝土面板的壩坡坡度除滿足自身的穩(wěn)定要求外，根據(jù)目前的施工水平從混凝土面板的施工效果、施工人員的安全、機械操作和提高壓實效果方面來考慮，本設(shè)計上游坡的坡度為 1： ，下游壩坡的坡度為 1： 。防浪墻的的簡圖 見圖 ； 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 123 1上游水位 。 所以，壩頂寬度取 11m。如壩頂設(shè)置公路或鐵路時，應(yīng)按交通要求確定 ,同時考慮混凝土面板總體布置要求。 故壩頂高程取上述三種情況下的最大值，即壩頂高程為 ，壩體預(yù)留沉陷值為 50cm，最終確定壩頂高程為 。（ ）＝ ； 安全加高值按《水工建筑物》表 111 采用，取 A= 可得：地震安全加高＝ ++= 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 表 非常運用條件下壩頂高程計算成果表 項目 H（ m） v (ms ) h T L k? vgH wk m R 數(shù)值 19 項目 hH P (1％ ) pRR k? pR e A Y 壩頂高程（ m） 數(shù)值 ＜ 1％ ② 正常蓄水位下的壩 頂高程為： += 綜合以上三種情況下的壩頂高程： 正常運用條件下的壩頂高程： 非 正 常運用條件下的壩頂高程： 。 此 種 工況 下 的風(fēng) 速 采用 多年 平 均風(fēng) 速， 即 19 mvv s?多＝， 壩 前水 深 為H==,計算結(jié)果見表 ①正常蓄水位對應(yīng)下的壩頂高程計算 地震安全加高＝地震涌浪加高 +地震附加沉降值 +安全加高 地震涌浪加高 ?? ； 地震附加沉陷值，根據(jù)海域地震調(diào)查。 5 1 5 133440 .1 6 0 .0 1 6 3 8 3 2 .1 7 7h v D m? ? ? ? ?； 0. 8 0. h m? ? ? ?； ???LH ， 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 為深水波； 8 89Lm? ? ?； 則：21 . 0 1 . 0 1 1 . 0 2 9 2 5 . 6 8 9 2 . 8 7 91 1 . 5Rm?? ? ?? ②計算波浪設(shè)計爬高 在工程設(shè)計中，波浪設(shè) 計爬高 R 按建筑物的級別確定，對于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級土石壩取保證率 P＝ 1％的波浪爬高 1R％ 作為設(shè)計爬高，即 1RR％＝ ，本工程土石壩為Ⅰ級，由 ??＜ 及 P＝ 1％查《水工建筑物》表 53得 pRR ＝ ，當風(fēng)向與壩軸垂線夾角為 ? ＝ 45176。 R 按下式計算： R = Lhmkk w 21?? （ ） 式中： ?k — 與壩坡的糙率和滲透系數(shù)有關(guān)的系數(shù)，按《水工建筑物》表 51 查得 k?河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 ＝ ； wk — 經(jīng)驗系數(shù)，由風(fēng)速 v、壩前水深 H 及重力加速度組成的無維量gHv按《水工建筑物》表 52采用，由于 38 1 .1 89 .8 1 1 0 5vgH ???大于 ，內(nèi)插得， wk＝ ； m －壩坡系數(shù)，初擬時取 m ＝ ； h 、 L －平均波高與波長，其計算如下： 22 )(00 vgDv hg ? （ ） T = h （ ） 2 ??? （ ） 因為，此壩址為山區(qū)峽谷型； 所以，有《混凝土壩設(shè)計規(guī)范（試行）》（ SDJ2178）推薦的官 廳水庫公式計算波高 h 和波長 L ，計算公式如下： v D? （ ） ? （ ） 計算過程如下： 由 2 229 .8 1 0 .0 0 1 838 h g Dv? ??? ????得 h ＝ 。； A －安全加高，根據(jù)壩的等級和運用情況，按《水工建筑物》表 11 采用， 取 A ＝ 。 (6)面板堆石壩的壩頂高程應(yīng)分別按以下三種情況進行計算，并取其較大值： 1)正常運用情況下：設(shè)計洪水為 +正常運用情況超高 Y正 常 ； 2)非正常運用情況：校核洪水位 +非常運用情況超高 Y非 常 ； 3)常運用情況 :正常蓄水位 +非常運用情況的超高 Y非 常 +地震安全 加高 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第一種情況為例，進行詳細計算，過程如下： ： 為防止水庫漫頂，壩頂在水庫靜水位以上應(yīng)有足夠的波浪超高，《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（ SDJ21884）規(guī)定，其值按下式進行計算： Y R e A? ? ? （ ） 2 cos2Kv De gH ?? （ ） 式中： e －風(fēng)沿水面吹過形成的水面升高即風(fēng)壅水面超出水庫水位的高度， m； R －自風(fēng)壅水面算起的波浪沿傾斜壩坡爬升的垂直高度，簡稱波浪爬高， m； D －水庫吹程， km 或 m； H －沿水庫吹程方向的平均水域深度，初擬時近似取壩前水深， m； H ＝ ＝ 105m； K －綜合摩阻系數(shù)，計算時，一般取 10?? （ D 以 km 計）或 10?? （ D以 m計）； v －計算風(fēng)速， ms ，正常運用條件下Ⅰ、Ⅱ級壩采用 ? ? ~ ? 多，正常運用條件 下Ⅲ、Ⅳ級壩采用 ＝ ，非常運用條件下各級土石壩均采用 vv多＝ ，取 2 .0 2 .0 1 9 3 8 mvv s?多＝ ＝ ＝； ? －風(fēng)向與壩軸垂線的夾角（176。 (4)地震涌浪：地震涌浪高為 ~，可采用公式 0. 4 0. 76 ( 6)hJ? ? ? ?估算， J 為地震烈度。 壩頂高程計算 (1)靜水位一般包括 4 個，本設(shè)計有 3 個 ， 分別是： 表 水庫靜水位表 水庫的正常蓄水位 水庫的設(shè)計洪水位 水庫的校核洪水位 (2)壩頂超高 包括：波浪爬高 、風(fēng)壅水高和安全加高。 設(shè)計時，一般根據(jù)壩高、壩型、壩基、筑壩材料等情況。 壩 軸線的選擇 壩址左岸山體完整雄厚，右岸壩肩依托在右岸單薄山脊上，受古河槽切割使右岸山梁單薄故將古河槽做付壩處理，利用古河槽內(nèi)填充砂礫石作為壩體部分，混凝土面板主付壩軸線在平面上有一偏向上游的折角故主付壩是兩個單獨的壩體 ，中間用連接板連接右壩肩與古河槽左側(cè)山體相連接故二者的差異變形不會影響壩體的運用狀態(tài)。 (7)面板壩