【正文】 本次設(shè)計壩型為心墻壩，出現(xiàn)失穩(wěn)情況多為心墻壩非黏性土壩坡形成拆線滑動面，故采用折線滑動法進(jìn)行土石壩穩(wěn)定計算。 （ 2）折線滑動法適用于能夠形成折線滑動面的非黏性土的壩坡，如：心墻壩的壩坡、斜墻壩的下游 壩坡，以及斜墻上游保護(hù)層連同斜墻一起滑動的情況。 穩(wěn)定計算 穩(wěn)定計算目的、方法及原理 1. 穩(wěn)定計算的目的是：保證壩體在自重、各種情況下的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，即核算所擬壩的剖面是否安全經(jīng)濟(jì)。 16 計算得， mmPg ????，判別可能產(chǎn)生管涌。 3. 計算總滲流量 Q ??? ni iilqQ 1 （ 36） ? ? ? ? ? ?? ?smQ / 3466????? ?????????? 滲透穩(wěn)定驗算 ：大壩在校核洪水位 的庫容 108m3，設(shè)計洪水位的庫容 108m3；日滲漏量 34 mQ ?????? ? ，故滿足防滲要求。 2）單寬滲流量 上游水位 ，壩底高程為 ，下游無水，無排水設(shè)備， 用下式計算通過心墻的 15 單寬滲流量： ?2 221 hHKqo ??（ 34） 已知心墻的滲透系數(shù) Ko=1 106cm/s；上游水深 H1==；心墻的平均厚度為σ =[() 2+4+4]/2=，代入公式得： ? ?hfhq 122261 ?? ???? ?? 按下式計算通過下游壩殼的單寬滲流量： LhmLKhq??? 222222（ 35） 已知壩殼滲透系數(shù) K=1 102cm/s。 （ 1） 11 斷面的滲流計算 1）計算簡圖如圖 所示 2）計算單寬滲流量 14 通過防滲心墻和地基截水槽的單寬滲流量 q1: ? ? ? ??2 2211 ThTHkq o ???? （ 33） 式中： Ko — 心墻滲透系數(shù)， m/s； H1 — 壩前水深， m； T — 地基厚度， m； h — 心墻后水深， m； б — 心墻平均厚度，心墻與截水墻厚度的加權(quán)平均值， m； 已知： Ko=1 106cm/s； H1==； T==4m；心墻厚度為 ? ? ? ? ? ? ? ?22??????????? 將σ代入公式得 ? ? ? ? ? ?hfhq 122261 ?? ?????? ?? 為確 定式中的 q1 及 h 值，用下式計算通過墻后段的滲流量 q2 ? ?? ? ? TTL HhKHmL HhKq T )2 222 2222 ???? ?? 式中： K — 壩殼滲透系數(shù)， m/s； H2 — 下游水深， m； L — 計算長度， m； M2 — 下游壩坡坡率； KT — 壩基滲透系數(shù)， m/s； 已知 K=1 102cm/s； H2==； KT=1 102cm/s； T=4m； 計算長度 L=+； m2= ? ?? ? ? ? ? ?hfhhq 22222222 ???????????? ???? ???? 根據(jù)水流連續(xù)條件， q1=q2=q，聯(lián)立等式 f1(h)、 f2(h)，用試算法求得 h=，將 h 分別代入 q q2，解得 q1= 106≈ q2= 106m3/，故 h=， q= 106 （ m3/） 3）繪制浸潤線：由于 h=，而下游水深 H2=，故浸潤線近似一直線，如圖 所示。如附圖 7Ⅰ Ⅰ壩線工程地質(zhì)剖面圖所示。 本次設(shè)計選取第（ 2）種水位組合情況進(jìn)行滲流計算，即上游設(shè)計洪水位 ，相應(yīng)下游的水位 。 用水力學(xué)法進(jìn)行土石壩滲流分析時，常做如下假定： （ 1）壩體土是均質(zhì)的，壩內(nèi)各點(diǎn)在各方向的滲透系數(shù)相同； （ 2）滲透水流為二元穩(wěn)定層流狀態(tài)，符合達(dá)西定律，即 V=KJ； （ 3）滲透水流是漸變的，任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)的滲 透坡降和流速相等，即 q 上 =q 下。近年來，隨著計算機(jī)的快速發(fā)展，數(shù)值解法在滲流分析中得到了廣泛的應(yīng)用，對于復(fù)雜和重要的工程，多采用數(shù)值計算方法來分析。 計算方法和原理 分析方法主要有流體力學(xué)法、水力學(xué)法、流網(wǎng)法、試驗法和數(shù)值解法。如兩岸山坡有強(qiáng)風(fēng)化層時，可采用截水槽方式將心墻深入到弱風(fēng)化層內(nèi)。 土石壩與岸坡的連接 兩岸岸坡應(yīng)進(jìn)行清基（坡 比 1： 1～ 1： ），岸坡應(yīng)大致平順，不應(yīng)成臺階狀、反坡或突然變坡，岸坡上緩下陡時，變坡角小于 20176。對于保證填土質(zhì)量、便于施工碾壓，防止接觸沖刷，特別是便于帷幕灌漿等，都是必要的有效措施。因此，必須妥善處理土石壩與壩基、岸坡的連接。 初擬壩體剖面圖 壩體剖面圖如圖 所示。排水溝的橫斷面，深 ，寬 。 為了防止雨水的沖刷，在下游壩坡上設(shè)置縱橫向連通的排水溝，沿土石壩與岸坡的接合處，也設(shè)置排水溝以攔截山坡上的雨水。護(hù)坡在馬道及坡腳 處適當(dāng)加厚，嵌入壩體或壩基內(nèi)以增加護(hù)坡的穩(wěn)定性。上游壩面的工作條件較差，承受風(fēng)浪的淘刷和冰層、漂浮物的損害，我國建造的土石壩的上游面多采用干砌石護(hù)坡。 壩體排水如圖 所示。 依據(jù) SL2742020 中有關(guān)棱體排水設(shè)計規(guī)定及參考教材書中有關(guān)規(guī)定，棱體排水頂部高程應(yīng)保證壩體浸潤線距壩坡面的距離大于該地區(qū)的冰凍深度，并保證超出下游最高水位，超出的高度，對 2 級壩不小于 ，故棱體排水頂部高程為： +=；棱體排水體頂部寬 ，內(nèi)坡 1:1，外坡 1:。 不能降低浸潤線 適用條件 較高的壩或石料較多的地區(qū) 浸潤線較低和下游無水的中小型土石壩。 用料較少，便于檢修，能夠防止?jié)B流逸出處的滲透變形，并可保護(hù)下游壩坡不受沖刷。 下面將棱體排水和貼坡排水進(jìn)行列表比較，如表 所示。排水設(shè)備應(yīng)具有足夠的排水能力，同時應(yīng)按反濾原則設(shè)計，保證壩體和地基土不發(fā)生滲透破壞，設(shè)備自身不被淤堵，且便于觀測和檢修。土石壩設(shè)置壩身排水的目的主要是： （ 1）降低壩體浸潤線及孔隙壓力，改變滲流方向，增加壩體穩(wěn)定； （ 2）防止?jié)B流逸出處的滲透變形，保護(hù)壩坡和壩基； （ 3）防止下游波浪對壩坡的沖刷及凍漲破壞，起到保護(hù)下游壩坡的作用。 壩體及壩基防滲構(gòu)造，詳見圖 。 截水槽底寬 =（ 699695） 2= 11 因基巖節(jié)理發(fā)育，需在砼底板下進(jìn)行灌漿處理，深度應(yīng)達(dá)到弱透水層，鉆也兩排，梅花交錯布置，間距 3m，排距 3m。為加強(qiáng)截水槽與巖石的連接，在截水槽底部澆筑砼蓋板，并設(shè)置砼齒墻。黏性土截水槽適用于：當(dāng)透水砂卵石覆蓋層深度在 10— 15m 以內(nèi)，最多不超過 20m 時，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，防滲效果好；當(dāng)砂卵石深度小于 30m 時，如果采用黏性土截水槽，則開挖工程太大，施工排水比較困難，此時可用混凝土截水墻防滲措施；當(dāng)壩基砂卵石層深度大于 30m 時，如果仍采用混凝土截水墻，則施工困難，工期較長，造價也相應(yīng)增加，因而可采用機(jī)械造孔的方法，澆筑混凝土防滲墻，以控制壩基滲流；當(dāng)砂卵石層很深時，用上述處理方法都較困難或不經(jīng)濟(jì)，可采用帷幕灌漿防滲。垂直防滲設(shè)施能可靠而有效地截斷壩基滲透水流，解決壩基防滲問題，在技術(shù)條件可能而又經(jīng)濟(jì)合理時，應(yīng)優(yōu)先采用。總的說來，對砂卵石地基的處理主要是解決防滲問題，通過采取“上堵”、“下排”相結(jié)合的措施，達(dá)到控制地基滲流的目的。 反濾層構(gòu)造如圖 所示。水平反濾層的最小厚度為 ，鉛直或傾斜反濾層的最小厚度為 。過渡層或反濾導(dǎo)層，從心墻底部一直延伸到頂部。 根據(jù)以上規(guī)定，結(jié)合原始資料所給：設(shè)計洪水位 ，多年平均最大凍土深度 ，壩底高程 ，校核洪水位壩前水頭為 ，所擬定壩頂高程 ，且上游側(cè)設(shè)置防滲墻，由此確定防滲心墻頂部保護(hù)層厚度 ，則心墻頂部高程為 （ ）超過設(shè)計洪水位 ，則防滲心墻高 H==；防滲墻頂寬度取 ，心墻兩側(cè)邊坡取1:，則防 滲墻底部寬度為： ???? 。 土質(zhì)心墻一般布置在壩體中部，有時稍偏向上游，以便于和防浪墻相連接，通常采用透水性很小的黏性土筑成。 壩體防滲 常見的防滲體形式有心墻、斜墻、斜墻 +鋪蓋、心墻 +截水墻、斜墻 +截水墻等。 壩底寬 L=（ ） +（ ） +（ 723699） +3+10+（ ） +（ ） +（ ） +（ ） +（ ） +8 L= (m) 擋水壩體斷面圖 擋水壩體斷面圖如圖 所示 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計 壩頂構(gòu)造 壩頂無交通要求，采用單層砌石厚 ，為便于排除壩頂雨水，壩頂路面設(shè)直線橫坡，坡度采用 3%，并在壩頂下游側(cè)沿壩軸線布置集水溝，集水溝斷面尺寸 ；在壩頂上游側(cè)設(shè)置防浪墻高 ，用漿砌石筑成，墻頂寬 ，防浪墻基礎(chǔ)伸入防滲體 ；壩頂下游側(cè)設(shè)漿砌石路緣石，斷面尺寸 ，超出壩頂面 。 碾壓式土質(zhì)防滲體心墻壩，當(dāng)下游壩殼采用堆石時，常用坡度為 1:～ 1:，采用土料時，常用坡度為 1:～ 1:，常沿高程每隔 10～ 30m 設(shè)置一道寬 ～ 寬的馬道，以攔截壩坡雨水，防止沖刷壩面，同時兼作交通、檢修、觀測之用。 9 壩坡及平臺 碾壓式土質(zhì)防滲體心墻壩，上游壩殼采用堆石時，常用坡度為 1:～ 1:，采用土料時，常用坡度為 1： ～ 1： 。壩頂高程 符合正常情 況的要求，也符合非常運(yùn)用情況的要求。 防浪墻高度取 ，上述高程為防浪墻頂部高程，則壩頂高程為 772－ ＝ ，壩高為 － ＝ 。本設(shè)計取 %。 3. 壩頂高程 計算成果列于表 ，如下所示： 表 壩頂高程計算表 計算工況 水庫靜水位 （ m） 計算風(fēng)速 W （ m/s） 吹程 D （ m） 波浪爬高R （ m） 風(fēng)壅高度 e （ m） 安全加高A （ m） 壩頂超高Y （ m） 計算壩頂高程（ m） 設(shè)計洪水 5500 校核洪水 9 7500 以上壩頂高程指的是壩體沉降穩(wěn)定后的數(shù)值，因此竣工時的壩頂高程應(yīng)有足夠的預(yù)留沉降值。 已知： W=， D=5500m， Hm=，代入公式 32： )( o me ???? ????? （ 3）安全超高 A 依據(jù)設(shè)計洪水期，山區(qū)、丘陵區(qū) 2 級壩，查得 A=。 3）經(jīng)驗系數(shù) KW 依據(jù) W/（ gH） 1/2= ( )1/2=,查得 KW=。 h =2 h L=(1/12)(gD/V2)1/3 V2/g = (1/12) ( 5500/)1/3 （ m） gD/V2= 5500/=296 所求 2 h L 為 10%累計頻率的波高。本次設(shè)計正常情況風(fēng)速采用多年平均最大風(fēng)速的 倍， 9= m/s，校核情況采用多年平均最大風(fēng)速 9m/s。 1)波浪的 平均波高 hm 波浪的波高 h 和平均波長 Lm 可采用官廳水庫公式計算