【正文】 因此，本方案可行。 有地震作用下的平衡式如下： 0t a ns i nFc osW1c osFs i nP 1111111111 ???? ????? ）（cKW （ 423） 0Kt a ns i nFKt a nc osWKt a ns i nPc oss i n)(c osP c 222c 222c 22112222211 ????? ??????????? ）（FW （ 424） 在以下式中： 2221121 m1m1 mmA ??? ；2221211 m11 1mmB ?? ?? m ；211 1 1C m?? ； 2111 1 mmD ?? ；221 m1 1E ?? ； 2221 m1mF ?? 。 有以上坐標(biāo)可得： EB=； BC=（ ） m1+； DF=m2H/mH； GD=m2HmH； IL=m2hmh； DE=。 33 圖 45 穩(wěn)定計(jì)算分析圖 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? 。 穩(wěn)定計(jì)算中需選取不利工況和不利部位進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，本設(shè)計(jì)中對(duì)上下游坡分別計(jì)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(jí)地震 下游坡： 4）設(shè)計(jì)洪水位 5）正常蓄水位 6）正常蓄水位 +七 級(jí)地震 穩(wěn)定計(jì)算 1．計(jì)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。 注： 1）對(duì)于壩體自重，在浸 潤線以上的土體按濕重度計(jì)算，浸潤線以下、下游水位以上按飽和重度計(jì)算，下游水位以下按浮重度計(jì)算； 2）壩體邊坡的抗剪強(qiáng)度 ? 1=? 2= ? 本設(shè)計(jì)中濕重度 γ1=（ N/m3），飽和重度 γ2=（ N/m3)，浮重度 γ3=（ N/m3)。 取 ??? ?? 21 ， 并 令 fKtanc ??，211 11sinm???；2111 1cos mm???；222 11sinm???； 2222 1cos 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） 32 )(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(shí)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(jì)算可求出在這種水位下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)。采用折線滑動(dòng)靜力學(xué)計(jì)算法，假定條塊間的作用力為 P1，其方向平行于 DC 面。 31 圖 44 非粘性土壩穩(wěn)定分析圖 如圖 44 所示，假定任意滑動(dòng)面 ADC， D 點(diǎn)在上游水位線延長線上。這對(duì)壩坡穩(wěn)定非常有利。 表 45 壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù) 運(yùn) 用 條 件 工 程 等 級(jí) 1 2 3 4， 5 正常運(yùn)用條件 非常運(yùn)用條件 計(jì)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(dá)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(duì)上下游邊坡，保證壩體在正常運(yùn)用時(shí)不發(fā)生局部滑動(dòng)破壞。剛體極限平衡法依據(jù)滑動(dòng)面形狀不同，又可分為圓弧滑動(dòng)法、折線滑動(dòng)法和復(fù)式滑動(dòng)法等。 四．穩(wěn)定分析方法 壩坡穩(wěn)定分析的方法大致可分為強(qiáng)度分析法和剛體極限平衡法兩大類。 二．破壞形式 常見的滑動(dòng)破壞形式有：圓弧滑動(dòng)面，折線滑動(dòng)面和復(fù)合滑動(dòng)面。 表 44 滲流逸出點(diǎn)坡降表 斷面 AA 計(jì)算情況 正常狀況 設(shè)計(jì)狀況 校核狀況 坡降 J 經(jīng)計(jì)算，各種工況均滿足要求，因此認(rèn)為不會(huì)發(fā)生滲透破壞。 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=。在壩體逸出點(diǎn) ,滲透坡降較大 ,予以驗(yàn)算。 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。m） 。m） 。 （ 2）設(shè)計(jì)洪水位 已知： 設(shè)計(jì)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=。 二． 滲流計(jì)算 圖 42 堆石壩滲流計(jì)算剖面 計(jì)算斷面取為 AA斷面 滲流計(jì)算包括以下水位組合情況： 最低 水位 最低 水位 27 （ 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； 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(gè)公式中聯(lián)立可解得 : h=； q1=q2=? 108 m3/（ s 01 22s in mK KA LH???? ? （ 44） 39。2 1 3 239。 39。 由水流連續(xù)條件 q1=q2聯(lián)立求解上兩式可求得 239。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn)，將壩體分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定理近似解土壩滲流問題，計(jì)算假定任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等 。 滲流計(jì)算 一、計(jì)算原理 選擇水力學(xué)方法解堆石壩滲流問題。對(duì)中小型工程的土壩通常只用水力學(xué)法進(jìn)行滲流分析。 試驗(yàn)方法很多，最常用的是電模擬法，利用滲流場和電流場在數(shù)學(xué)上和物理上具有相似性，即都滿足拉普拉斯方程，從而用電流模擬滲 流，用電壓模擬滲流水頭，便可求解滲流問題。但此法計(jì)算簡單，所確定的浸潤線、平均流速、平均坡降和滲流量等，一般也能滿足工程設(shè)計(jì)要求的精度，所以在實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛。此法立論嚴(yán)謹(jǐn)，但只在幾種很 簡單的邊界條件下才有精確的理論解，在邊界條件比較復(fù)雜的實(shí)際工程中難于應(yīng)用。分析方法主要有流體力學(xué)法、水力學(xué)法、流網(wǎng)法和實(shí)驗(yàn)法。 24 第 4 章 壩體計(jì)算 滲流分析 概述 一、滲流分析計(jì)算目的 土石壩滲流分析的目 的有： ① 確定壩體的浸潤線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測設(shè)備提供依據(jù)； ② 確定壩體與壩基的滲透流量，以估算水庫的滲漏損失； ③ 確定壩體和壩底滲流區(qū)的滲透坡降，檢查產(chǎn)生滲透變形的可能性，以便采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?。壓性垂直縫底部設(shè)銅片止水；張性垂直縫底部設(shè)銅片止水，縫頂設(shè)柔性止水。 大壩面板只設(shè)垂直縫，不設(shè)水平縫，在兩壩肩附近的面板內(nèi)設(shè)張性垂直縫，其余部分的面板內(nèi)設(shè)壓性垂直縫，垂直縫內(nèi)不設(shè)填充料，縫面應(yīng)涂刷薄層瀝青乳劑，垂直縫在距周邊縫法線方向約 范圍內(nèi)，應(yīng)垂直于周邊縫布置。每一條塊從上到下為一整體結(jié)構(gòu)，便于面板澆筑時(shí)采用滑模施工。周邊縫內(nèi)部應(yīng)設(shè)置瀝青浸漬木板或其他有一定強(qiáng)度的填充板。底部銅止水片、中部 PVC 或橡膠止水帶、縫頂柔性填料應(yīng)自成封閉的止水系統(tǒng)，或?qū)⒅胁恐顾畮Ш晚敳咳嵝蕴盍线B接至垂直縫的銅止水片上，實(shí)現(xiàn)封閉。 本次設(shè)計(jì)中， 大 壩應(yīng)設(shè)底部銅止水片，并可在縫中部或縫頂部設(shè)一種止水。 周邊縫 周邊縫容易成為滲漏通道，是面板壩最重要的接縫。 分縫止水設(shè)計(jì) 大壩分周邊縫、面板垂直縫、面板與趾板間水平縫、防浪墻沉降縫和施工縫等。參照已建工程經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合施工要 求和設(shè)計(jì)規(guī)范，擬定厚度為，并將插入基巖 1m。 為加強(qiáng)趾板與基礎(chǔ)的連接，保證趾板在固結(jié)和帷幕灌漿壓力及其它外力作用下的穩(wěn)定，并組成完整封閉的防滲系統(tǒng)，趾板用錨桿錨固在基巖上，錨桿直徑為 28mm，深入基巖錨固深度 5m，孔、排雙向間距，呈梅花形布置。 4．趾板分縫 設(shè)計(jì) 目前有些工程沿趾板長度方向在一般地段不設(shè)永久伸縮縫，施工縫間鋼筋穿過，不設(shè)止水，可簡化周邊縫結(jié)構(gòu)，方便施工。 趾板應(yīng)用錨筋與基巖連接，錨筋參數(shù)可按經(jīng)驗(yàn)確定。 趾板宜采用單層雙向鋼筋，每向配筋率可采用 %～ %。趾板混凝土應(yīng)采用二級(jí)配骨料，石料最大粒徑應(yīng)不大于 40mm。所以本大壩趾板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C25；趾板混凝土的抗?jié)B等級(jí)應(yīng)為 W10。 板混凝土 根據(jù)水工設(shè)計(jì)規(guī)范，趾板混凝土可采用與面板混凝土一樣的標(biāo)準(zhǔn)。 (3) 趾板上游面垂直于面板底面的高度 a：規(guī)范規(guī)定 a 應(yīng)不小于 ，因此，取 a=1m。 (2) 趾板厚度：根據(jù)《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：巖基上趾板厚度可小于其連接的面板厚度，最小設(shè)計(jì)厚度應(yīng)不小于 。 1．趾板布置設(shè)計(jì) (1) 趾板寬度：巖石地基上的趾板寬度按容許水力梯度確定。（ 5）當(dāng)面板裂縫寬度大于 或判定為貫穿性裂縫時(shí)，應(yīng)采取專門措施進(jìn)行處理。（ 3）面板混凝土宜在低溫季節(jié)澆筑，混凝土人倉溫度應(yīng)加以控制，并加強(qiáng)混凝土面板表面的保濕和保溫養(yǎng)護(hù)，直到蓄水為止，或至少 90d。 （ 1） 面板建基面應(yīng)平整，不應(yīng)存在過大起伏差、局部深坑或尖角，側(cè)模應(yīng)平直。面板混凝土應(yīng)采用二級(jí)配骨料，石料最大粒徑應(yīng)不大于 40mm。所以本大壩面板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C25；面板混凝土的抗?jié)B等級(jí)應(yīng)為 W10。 面板宜采用單層雙向鋼筋，鋼筋宜置于面板截面中部，每向配筋率為 ％～ ％，水平向配筋率可少于豎向配筋率。 單塊面板寬度通常為 12m，本設(shè)計(jì)中單塊面板寬度采用 12m。 21 最終取 t=+。一般可采用 28天強(qiáng)度為 20MPa 的 混凝土。 混凝土面板、趾板設(shè)計(jì) 面板設(shè)計(jì) 面板是堆石壩防滲系統(tǒng)的重要組成部分，長期在高水力梯度作用下工作，因此混凝土面板應(yīng)具有較高的防滲性能，抗?jié)B標(biāo)號(hào)一般不低于 W6。 （ 3D） 下游護(hù)坡保護(hù)壩體下游坡面，增強(qiáng)壩體的抗滑穩(wěn)定性。級(jí)配連續(xù)，最大粒徑 800mm，小于 5 mm 的顆粒含量小于 35%，小于 mm 的顆粒含量小于 5%。設(shè)計(jì)干密度 ／ cm3，孔隙率20%，鋪料厚度 cm。為新鮮灰?guī)r料。 （ 3B） 位于壩軸線上游部位 ，對(duì)于主堆石區(qū) ， 堆石級(jí)配最大粒徑不得超過壓實(shí)層厚度和小于 5mm 顆粒含量不宜大于 20%。要求過渡區(qū)材料具有較高的密實(shí)度和較大的變形模量，同時(shí)還應(yīng)具有防止墊層內(nèi)細(xì)顆粒流失的反濾作用，并保持自身抗?jié)B穩(wěn)定性。同時(shí)對(duì)縫頂粉細(xì)砂、粉煤灰等能起到反濾作用。為了改善壩體與岸坡的連接，在壩基部位墊層向下游延伸 H（ H 為該處作用水頭）。設(shè)計(jì)干密度 g／cm3，孔隙率 1520%，滲透系數(shù) K=1104cm／ s，允許滲透坡降 J＞ 70。 墊層料由壩址上游 約 200m處 正開采的新鮮灰?guī)r巖料和碎石加工而成。同時(shí)，墊層與面板直接接觸，墊層本身在水壓力作用下產(chǎn)生的變形對(duì)面板影響更大，故還應(yīng)具有盡可能大的變形模量；為使墊層具有一定程度的臨時(shí)面板作用，以擋汛期洪水，還需有低透水性。 三、壩體填料設(shè)計(jì) （ 1A）（細(xì)粉砂鋪蓋區(qū)） 面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范要求 100m 以上的高混凝土面板堆石壩，在面板下部的上游側(cè)設(shè)置上游鋪蓋區(qū)， 而本設(shè)計(jì)壩體高度為 73m 屬于中壩，因此不需設(shè)專門的上游鋪蓋區(qū)。 一、壩體材料分區(qū)原則 壩體中應(yīng)有暢通的排水通道且壩料之間應(yīng)滿足水力過渡的要求，各區(qū)壩料的透水性宜按水力過渡要求從上游向下游增加，下游堆石區(qū)下游水位以上的壩料不受此限制；壩軸線上游側(cè)壩料應(yīng)具有較大的變形模量且從上游到下游壩料變形模量可遞減，以保證蓄水后壩體變形協(xié)調(diào)，盡可能減小對(duì)面板變形的影響，從而減小面板和止水系統(tǒng)遭到破壞的可能性；充分合理利用樞紐的開挖料，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的。設(shè)置馬道有利于壩坡穩(wěn)定，防止壩面沖刷，便于觀測和檢修、設(shè)置排水設(shè)備，也可作為交通之用，考慮這些因素其寬度取為 。所以當(dāng)材料相同時(shí)，上游坡常比下游坡緩，對(duì)于同一側(cè)的壩坡，水下部分常比水上部分緩，鋼筋混凝土面板堆石壩比土壩陡。在滿足穩(wěn)定要求的前提下，應(yīng)盡可能使壩坡陡些，以減少壩體工程量。壩坡的確定，常需綜合考慮壩型、壩高、壩的等級(jí)、壩體及壩基材料的性質(zhì)、所承受的荷載、施工和運(yùn)用條件等因素。綜合考慮各因素，本設(shè)計(jì)方案壩頂寬度采用8m。當(dāng)壩頂有交通要求時(shí)，其寬度應(yīng)按照道路等級(jí)要求遵照交通部門的有關(guān)規(guī)定來確定。 2. 壩頂寬度 壩頂寬度主要取決于交通、 運(yùn)行、施工、構(gòu)造、抗震、防汛及其他特殊要求。 壩頂高程的計(jì)算： ： h??? 設(shè)hH =+++= ：