水工建筑物02教案下载

'水工建筑物02教案下载-样章.doc课件教案下载授课日期年 月 日  节年 月 日  节授课班级   课题与主要内   容 4-1土石坝----概述教学目的与要求掌握土石坝的特点、了解土石坝的分类。 教学重、难点 土石坝的特点和设计要求。教学内容与步骤时间导论：l土石坝是指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压方法堆筑成的挡水坝。l土坝当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝；l堆石坝以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；l土石混合坝当两类材料均占相当比例时，称土石混合坝。由于筑坝材料主要来自坝区，因而也称当地材料坝。土石坝得以广泛应用和发展的主要原因是：（1）可以就地取材，节约大量水泥、木材和钢材，几乎任何土石料均可筑坝。（2）能适应各种不同的地形、地质和气候条件。（3）大功率、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了高土石坝建设的发展。（4）岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。（5）高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等设计和施工技术的综合发展，对加速土石坝的建设和推广也起了重要的促进作用。一、土石坝的特点和设计要求（1）稳定方面。土石坝不会产生水平整体滑动。土石坝失稳的形式，主要是坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动。（2）渗流方面。土石坝挡水后，在坝体内形成由上游向下游的渗流。渗流不仅使水库损失水量,还易引起管涌、流土等渗透变形。坝体内渗流的水面线叫做浸润线。浸润线以下的土料承受着渗透动水压力，并使土的内磨擦角和粘结力减小，对坝坡稳定不利。10（50）1515 （3）冲刷方面。土石坝为散粒体结构，抗冲能力很低；l工程措施：①在土石坝上下游坝坡设置护坡，坝顶及下游坝面布置排水措施，以免风浪、雨水及气温变化带来有害影响；②坝顶在最高库水位以上要留一定的超高，以防止洪水漫过坝顶造成事故；③布置泄水建筑物时，注意进出口离坝坡要有一定距离，以免泄水时对坝坡产生淘刷。（4）沉陷方面。由于土石料存在较大的孔隙，且易产生相对的移动，在自重及水压力作用下，会有较大的沉陷。为防止坝顶低于设计高程和产生裂缝，施工时应严格控制碾压标准并预留沉陷量，使竣工时坝顶高程高于设计高程。可按坝高的（1～2）％预留沉陷值。二、土石坝的类型（一）按坝高分类土石坝按坝高可分为：高度在30m以下的为低坝，高度在30~70m之间的为中坝，高度超过70m的为高坝。土石坝的坝高均从清基后的地面算起。（二）按施工方法分类（1）碾压式土石坝。（2）水力冲填坝。（3）水坠坝。（4）水中填土坝或水中倒土坝。（5）土中灌水坝。（6）定向爆破堆石坝。（三）按坝体材料的组合和防渗体的相对位置分类1．土坝（1）均质坝：（2）粘土心墙坝和粘土斜墙坝：（3）人工材料心墙和斜墙坝：（4）多种土质坝：2．土石混合坝上述多种土质坝中，粗粒土改用砂砾石料筑成的坝，或用土石混合在一起的材料筑成的坝，称为土石混合坝。3．堆石坝除防渗体外，坝体的绝大部分或全部由石料堆筑起来的称为堆石坝。 101040101020　布置作业教学总结 授课日期年 月 日  节年 月 日  节授课班级  课题与主要内      容4-2-1土石坝的基本剖面教学目的与要求坝顶高程的确定，上下游坝坡的确定 教学重、难点 坝顶高程的计算教学内容与步骤时间复习并导入新课土石坝剖面设计的主要内容是确定坝高和边坡。其基本剖面是梯形。一、坝顶高程l坝顶高程根据正常运用和非常运用的静水位加相应的超高Y予以确定。l计算情况：①设计洪水位+正常运用情况的坝顶超高；②校核洪水位+非常运用情况的坝顶超高；最大值为坝顶高程③正常高水位+非常运用情况的坝顶超高+地震安全加高坝顶设防浪墙时，超高值Y是指静水位与墙顶的高差。计算的坝顶高程是指坝体沉降稳定后的数值。Y按下式计算。Y=R+e+Al波浪爬高:波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度（由风壅水面算起）称为波浪爬高，波浪爬高R的计算，土石坝设计规范推荐采用蒲田试验站公式，其具体计算方法如下：（1）计算波浪的平均爬高：当坝坡系数m=1.5～5.0时，平均爬高计算公式：式中——斜坡的糙率渗透性系数——经验系数，由计算风速v0(m/s)、水域平均水深（m）和重力加速度g1030 组成的无维量；M——单坡的坡度系数，若单坡坡角为，则m=ctg；、——平均波高和波长，m;（2）计算设计爬高值R：不同累计频率的爬高与的比，可根据爬高统计分布表确定。当风向与坝轴的法线成一夹角时，波浪爬高应乘以折减系数,其值由表确定。二、坝顶宽度坝顶宽度应根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合研究后确定。坝顶宽度应按照交通规定选定。当无特殊要求时，高坝的坝顶最小宽度可选用10～15m，中低坝可选用5～10m。坝顶宽度必须考虑心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要。在寒冷地区，坝顶还须有足够的厚度以保护粘性土料防渗体免受冻害。三、坝坡（1）上游坝坡常比下游坝坡为缓，但堆石坝上、下游坝坡坡率的差别要比砂土料为小。（2）土质防渗体斜墙坝上游坝坡的稳定受斜墙土料特性的控制，斜墙的上游坝坡一较心墙坝为缓。而心墙坝，特别是厚心墙坝的下游坝坡，因其稳定性受心墙土料特性的影响，一般较斜墙坝为缓。（3）粘性土料的稳定坝坡为一曲面，上部坡陡，下部坡缓，所以用粘性土料做成的坝坡，常沿高度分成数段，每段10～30m,从上而下逐渐放缓，相邻坡率差值取0.25或0.5。砂土和堆石的稳定坝坡为一平面，可采用均一坡率。由于地震荷载一般沿坝高呈非均匀分布，所以，砂土和石料有时也做成变坡形式。（4）由粉土、砂、轻壤土修建的均质坝，透水性较大，为了保持渗流稳定，一般要求适当放缓下游坝坡。（5）当坝基或坝体土料沿坝轴线分布不一致时，应分段采用不同坡率，在各段间设过渡区，使坝坡缓慢变化。土石坝坝坡确定的步骤是：根据经验用类比法初步拟定，再经过核算、修改以及技术经济比较后确定。马道——碾压式土石坝上下游坝坡常沿高程每隔10～30m设置一条马道，其宽度不小于1.5～2.0m，用以拦截雨水，防止冲刷坝面，同时也兼作交通、检修和观测之用，还有利于坝坡稳定。马道一般设在坡度变化处。 204055105510　布置作业教学总结 授课日期年 月 日  节年 月 日  节授课班级   课题与主要内      容4-2-2土石坝的构造教学目的与要求掌握土石坝的细部构造 教学重、难点 土石坝防渗体和排水设施的构造要求土石坝上下游护坡的构造要求教学内容与步骤时间复习并导入新课：土石坝的构造主要是防渗体与排水体的布置。一．坝顶护面：坝顶一般都做护面。坝肩：坝顶上游侧常设防浪墙，防浪墙可用混凝土或浆砌石修建。防浪墙的高度一般为1.0～1.2m，下游侧宜设缘石。排水：坝顶应做成向一侧或两侧倾斜的横向坡度，坡度宜采用2%～3%。二．防渗体（一）粘性土心墙心墙一般布置在坝体中部，有时稍偏上游并稍为倾斜。心墙坝顶部厚度一般不小于3m。心墙厚度常根据土壤的允许渗透坡降而定。《碾压式土石坝设计规范》规定心墙底部厚度不宜小于作用水头的1/4。粘土心墙两侧边坡多在1:0.15~1:0.3之间。心墙的顶部应高出设计洪水位0.3~0.6m，且不低于校核水位，当有可靠的防浪墙时，心墙顶部高程也不应低于设计洪水位。心墙顶与坝顶之间应设有保护层，厚度不小于该地区的冰结或干燥深度，同时按结构要求不宜小于1m。心墙与坝壳之间应设置过渡层，岩石地基上的心墙，一般还要设混凝土垫座，或修建1~3道混凝土齿墙。齿墙的高度约1.5~2.0m，切入岩基的深度常为0.2~0.5m,有时还要在下部进行帷幕灌浆。（二）粘土斜墙顶厚（指与斜墙上游坡面垂直的厚度）也不宜小于3m。底厚不宜小于作用水头的1/5。墙顶应高出设计洪水位0.6~0.8m，且不低于校核水位。同样，如有可靠的防浪墙，斜墙顶部也不应低于设计洪水位。斜墙顶部和上游坡都必须设保护层，厚度不得小于冰冻和干燥深度，一般用2~3m。一般内坡不宜陡于1:2.0，外坡常在1:2.5以上。斜墙与保护层以及下游坝体之间，应根据需要分别设置过渡层。（三）非土料防渗体将在堆石坝一节中介绍。三．排水设施101535 25 1.贴坡排水顶部应高于坝体浸润线的逸出点贴坡排水构造简单、节省材料、便于维修，但不能降低浸润线。多用于浸润线很低和下游无水的情况。2.棱体排水在下游坝脚处用块石堆成棱体，顶部高程应超出下游最高水位，超出高度应大于波浪沿坡面的爬高。棱体排水可降低浸润线，防止渗透变形，保护下游坝脚不受尾水淘刷，且有支撑坝体增加稳定的作用。但石料用量较大、费用较高，与坝体施工有干扰，检修也较困难。3.褥垫排水伸展到坝体内的排水设施，在坝基面上平铺一层厚约0.4~0.5m的块石，并用反滤层包裹。褥垫伸入坝体内的长度应根据渗流计算确定，对粘性土均质坝不大于坝底宽的1/2，对砂性土均质坝不大于坝底宽的1/3。当下游水位低于排水设施时，降低浸润线的效果显著，还有助于坝基排水固结。但当坝基产生不均匀沉陷时，褥垫排水层易遭断裂，而且检修困难，施工时有干扰。4.管式排水管式排水的构造。埋入坝体的暗管可以是带孔的陶瓦管、混凝土管或钢筋混凝土管，还可以是由碎石堆筑而成。平行于坝轴线的集水管收集渗水，经由垂直于坝轴线的管式排水的优缺点与褥垫式排水相似。排水效果不如褥垫式好，但用料少。一般用于土石坝岸坡及台地地段，因为这里坝体下游经常无水，排水效果好。5.综合式排水在实际工程中常根据具体情况采用几种排水型式组合在一起的综合式排水，四．土石坝的护坡与坝坡排水1．上游护坡l型式：抛石（堆石）护坡、砌石护坡、混凝土和钢筋混凝土板护坡、渣油混凝土护坡（５）水泥土护坡。l范围：从坝顶到最低水位以下2.5，或至坝底。2．下游护坡l型式：堆石、卵石和碎石、草皮等。l范围：为由坝顶护至排水棱体，无排水棱体时护至坝脚。3、坝坡排水l作用：为了防止雨水的冲刷，在下游坝坡上常设置纵横向连通的排水沟。l形式：纵沟，横沟和岸坡排水沟岸坡排水沟:沿土石坝与岸坡的结合处，也应设置排水沟以拦截山坡上的雨水。纵沟：坝面上的纵向排水沟沿马道内侧布置，用浆砌石或混凝土板铺设成矩形或梯形。若坝较短，纵向排水沟拦截的雨水可引至两岸的排水沟排至下游。横沟：若坝较长，则应沿坝轴线方向每隔50~100m左右设一横向排水沟，以便排除雨水。排水沟的横断面，一般深0.2m,宽0.3m15      布置作业教学总结 授课日期年 月 日  节年 月 日  节授课班级   课题与主要内      容4-3-1土石坝的渗流分析(1)教学目的与要求能用水力学法对土石坝进行渗流分析、正确绘出坝内的浸润线、计算坝体和坝基的渗流量、判断土体的渗透稳定性。教学重、难点渗流流量的基本公式、浸润线的基本方程均质坝的渗流分析、透水地基上土石坝的渗流分析教学内容与步骤时间 导论：土石坝的渗流对枢纽的经济性和安全性影响重大，渗流分析是土石坝设计的重要内容之一。一、渗流分析的目的和方法（一）渗流分析的目的(1)确定坝体浸润线和下游渗流出逸点的位置。（2）确定坝体与坝基的渗流量,以便估计水库渗漏损失和确定坝体排水设备的尺寸。（3）确定坝坡出逸段和下游地基表面的出逸坡降,,以判断该处的渗透稳定性。（4）确定库水位降落时上游坝壳内自由水面的位置,估算由此产生的孔隙水压力,供上游坝坡稳定分析之用。(二)渗流分析的方法解析法分为流体力学法和水力学法。本节主要介绍水力学法。手绘流网法是一种简单易行的方法,能够求渗流场内任一点渗流要素,并具有一定的精度,但在渗流场内具有不同土质,且其渗透系数差别较大的情况下较难应用。二、渗流分析的水力学法l计算情况:①上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；②上游设计洪水位与下游相应的最高水位；③上游校核洪水位与下游相应的最高水位；④库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。（一）渗流基本公式对于不透水地基上矩形土体内的渗流,由式可知,浸润线是一个二次抛物线。式当渗流量q已知时,即可绘制浸润线,若边界条件已知,即可计算单宽渗流量。（二）不透水地基上均质土石坝的渗流计算（1）土石坝下游有水而无排水设备的情况当下游无水时,以上各式中的H2=O;当下游有贴坡排水时,因贴坡式排水基本上不影响坝体浸润线的位置,所以计算方法与下游不设排水时相同。510 152535 以下游有水而无排水设备的情况为例。计算时将土坝剖面分为上游楔形体,中间段和下游楔形体三段l等效矩形宽度：，值由下式计算:l坝身段的渗流量为:通过下游楔形体的总渗流量为:l水流连续条件：l未知量的求解：两个未知数渗流量和逸出点高度，代入基本公式即得浸润线方程当下游无水时,以上各式中的H2=O;当下游有贴坡排水时,因贴坡式排水基本上不影响坝体浸润线的位置,所以计算方法与下游不设排水时相同。（2）有褥垫排水的均质坝（1）有棱体排水的均质坝当下游无水时,按上述褥垫式排水情况计算。10    布置作业教学总结 授课日期年 月 日  节年 月 日  节授课班级   课题与主要内      容4-3-2土石坝的渗流分析(2)教学目的与要求能用流网法对土石坝进行渗流要素计算、渗透变形的概念、防渗措施教学重、难点土坝渗透的防渗措施教学内容与步骤时间 （三）有限深透水地基上均质土石坝的渗流计算l渗流量：可先假定地基不透水,按上述方法确定坝体的渗流量和浸润线；然后再假定坝体不透水,计算坝基的渗流量；最后将和相加,即可近似地得到坝体和坝基的渗流量。l坝体浸润线：可不考虑坝基渗透的影响,仍用地基不透水情况下的结果。(四)总渗流量计算Q=渗流量计算图三、渗流分析的手绘流网法（一）流网的特性（二）流网的绘制以不透水地基上均质坝为例说明手绘流网的方法，如图所示。l首先确定渗流区的边界：上、下游水下边坡线AF和DE均为等势线，初拟的浸润线AC及坝体与不透水地基接触线FE均为流线。下游坡出逸段CD既不是等势线，也不是流线，所以流线与等势线均不与它垂直正交，但其上各点反映了该处逸出渗流的水面高度。l其次，将上、下游水头差分成n等分，每段为（如图中分为10等分，每段为0.1），然后引水平线与浸润线相交，从交点处按照等势线与流线正交的原则绘制等势线，形成初步的流网。l最后，不断修改流线（包括初拟浸润线）与等势线，必要时可插补流线和等势线，直至使它们构成的网格符合要求，通常使之成为扭曲正方形。（三）流网的应用（1）渗透坡降与渗透流速：510 152535 通过该网格两流线间（流带）的平均渗透流速为：(2)渗流量单宽渗流量q为所有流带流量的总和。网格i所在流带中的渗流量为：（3）渗透动水压力：五、土石坝的渗透变形及其防止措施（一）渗透变形的型式（1）管涌（2）流土（3）接触冲刷（4）接触流土和接触管涌（二）防止渗透变形的工程措施设置反滤层是提高抗渗破坏能力、防止各类渗透变形特别是防止管涌的有效措施。在任何渗流流入排水设施处一般都要设置反滤层。(1)反滤层的结构反滤层一般是由２～３层不同粒径的非粘性土、砂和砂砾石组成的。层次排列应尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径则按渗流方向逐层增加，如图所示。（２）反滤层的材料反滤层的材料首先应该是耐久的、能抗风化的砂石料。为保证滤土排水的正常工作，材料的布置和要求应满足如下原则：1）被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层。但对细小的颗粒（如粒径小于0.1mm的砂土），则可允许被带走。因为它的被带走不会使土的骨架破坏，不至于产生渗透变形。2）各层的颗粒不得发生移动。3）相临两层间，较小的一层颗粒不得穿过较粗一层的孔隙。4）反滤层不能被堵塞，而且应具有足够的透水性，以保证排水畅通。5）应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而遭受破坏。（３）反滤层级配的设计根据上述要求，《碾压式土石坝设计规范》中提出如下的设计方法：对于被保护的第一层反滤层，建议用：（４）土工织物简介10作业 教学总结授课日期年 月 日  节年 月 日  节授课班级   课题与主要内      容4-4土石坝的稳定分析 教学目的与要求学会分析判断土坝坝坡的稳定性教学重、难点稳定计算的原理和方法教学内容与步骤时间一．概述坝坡稳定计算时，应先确定滑裂面的形状，大体可归纳为如下几种：（1）曲线滑裂面当滑裂面通过粘性土的部位时，其形状常是上陡下缓的曲面，由于曲线近似圆弧，因而在实际计算中常用圆弧代替。（2）直线或折线滑裂面滑裂面通过无粘性土时，滑裂面的形状可能是直线或折线形。当坝坡干燥或全部浸入水中时呈直线形；当坝坡部分浸入水中时呈折线形[图。斜墙坝的上游坡失稳时，通常是沿着斜墙与坝体交界面滑。（3）复合滑裂面当滑裂面通过性质不同的几种土料时，可能是由直线和曲线组成的复合形状滑裂面。二、荷载组合及稳定安全系数的标准（一）荷载土石坝稳定计算必须考虑的荷载有自重、渗透动水压力和地震惯性力等。（1）自重坝体自重一般在浸润线以上的土体按湿重度计算，浸润线以下、下游水位以上的按饱和重度计算，下游水位以下的按浮重度计算。（2）渗透动水压力动水压力的方向与渗透方向相同，作用在单位土体上的渗透动水压力为γJ，γ为水的重度，J为该处的渗透坡降。（3）孔隙水压力这是粘性土体中常存在的一种力。粘性土在外荷载作用下产生压缩时，由于土内空气和水一时来不及排除，外荷载便由土粒及空隙中水和空气共同承担。土粒骨架承担的应力称为有效应力，它在土体滑动时能产生摩擦力，而水和空气承担的应力称为孔隙压力，它是不能产生摩擦力的。土壤中的有效应力为总应力与孔隙压力u之差，所以土壤的有效抗剪强度为：式中、分别为内摩擦角和凝聚力。（二）稳定计算情况根据经验，应对以下几种荷载组合情况进行稳定计算：（1）正常运用情况（设计情况）包括：①上游为正常蓄水位15 20 ，下游为相应的最低水位或上游为设计洪水位，下游为相应的最高水位时，在稳定渗流情况下的上、下游坝坡的稳定计算；②水库水位正常降落时，上游坝坡的稳定计算。（1）非常运用情况（校核情况）包括：①施工期，凡粘性填土均应考虑孔隙水压力的影响，考虑孔隙水压力消散的条件为填筑密度低，饱和度>80%,K在cm/s之间的大体积填土；②水库水位非常降落，如自校核洪水位降落、降落至死水位以下，大流量泄空等情况下的上游坝坡稳定计算；③校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡稳定计算。（三）稳定安全系数标准坝坡的抗滑稳定安全系数应不小于规定的数值。三、土料抗剪强度指标的选取稳定计算时应该采用粘性土固结后的强度指标。确定抗剪强度指标的方法有前述的有效应力法和总应力法两种，《碾压式土石坝设计规范》规定，对Ⅰ级坝和Ⅱ级以下高坝在稳定渗流期必须采用有效应力法作为依据。Ⅲ级以下中低坝可采用两种方法的任一种。四、稳定分析方法（一）圆弧滑动法土石坝设计中目前最广泛应用的圆弧滑动静力计算方法有瑞典圆弧法和简化的毕肖普法。1．基本原理假定滑动面为圆柱面，将滑动面内土体视为刚体，边坡失稳时该土体绕滑弧圆心O作旋转运动，计算时沿坝轴线取单宽按平面问题进行分析。由于土石坝工作条件复杂，滑动体内的浸润线又呈曲线状，而且抗剪强度沿滑动面的分布也不一定均匀，因此，为了简化计算和得到较为准确的结果，实践中常采用条分法，即将滑动面上的土体按一定宽度分为若干个铅直土条，分别计算各土条对圆心O的抗滑力矩和滑动力矩，再分别取其总和，其比值即为该滑动面的稳定安全系数K：2．不计条块间作用力的瑞典圆弧法现以渗流稳定期，用总应力法计算为例分析如下。（1）将土条编号土条宽度常取半径R的，即b=0.1R。各块土条编号的顺序为：零号土条位于圆心之下，向上游（对下游坝坡而言）各土条的顺序为1、2、3…n,往下游的顺序为-1、-2…-m。（2）分别计算各土条上的作用力（不包括底面反力）对圆心的力矩Ms；以土条i为例说明计算方法如下：由图可求得Wi为：Wi=[γ1h1+γ3(h2+h3)+γ4h4]b式中h1~h4——土条各分段的中线高度1540 γ1、γ3、γ4——分别为坝体土的湿重度、浮重度和坝基土的浮重度。将土条自重在土条底面中点处分解为两个分力：切线方向分力Ti=Wisin法线方向分力=Wicosl注意：在图示垂线左边为正，右边为负。通过圆心，对圆心不产生力矩，故该土条自重对圆心产生的力矩：(3)土条底部抗滑力产生的抗滑力矩Mr根据库伦定律可求得土条底部的抗剪力Si=CiLi+Nitg。其对圆心的抗滑力矩为：当土条底部为无粘性土时，Ci=0。(4)求稳定安全系数按上述方法可求得每个土条的Ms、Mr,由式可得如果两端土条的宽度不等于b，可将其高度换算成宽度为b的高度h=/b。若取b=0.1R,则sin=ib/R=0.1i,，对每个滑弧都是固定数，不必每次计算。当采用有效应力时，式中的应改为、应改用有效抗剪强度指标、，Ui为孔隙水压力。3．简化的毕肖普（Bishop）法瑞典圆弧法不满足每一土条力的平衡条件，一般计算出的安全系数偏低。毕肖普法在这方面作了改进，近似考虑了土条间相互作用力的影响，其计算简图如图所示。图中Ei和Xi分别表示土条间的法向力和切向力；Wi为土条自重，在浸润线上、下分别按湿重度和饱和重度计算；Qi为水平力，如地震力等；Ni和Ti分别为土条底部的总法向力和总切向力，其余符号意义如图4-14所示。 简化的毕肖普法为使问题可解，毕肖普假设Xi=Xi+1，即略去土条间的切向力，使计算工作量大为减少，而成果与精确法计算的仍很接近，故称简化的毕肖普法。安全系数计算公式为式中符号意义同上。4、考虑渗透动水压力时的坝坡稳定计算当坝体内有渗流作用时，还应考虑渗流对坝坡稳定的影响。在滑动力矩中应增加一项，其中为总的渗透动水压力，为距滑动圆心的距离。渗透动水压力可用流网法求得，但总的渗透动水压力需将各网格的渗透动水压力按向量求和，比较繁琐，在工程中常采用替代法。例如，在审查下游坝坡稳定时，可将下游水位以上、浸润线与滑弧间包围的土体在计算滑动力矩时用饱和重度，而计算抗滑力矩时则用浮重度，浸润线以上仍用湿重度计算，下游水位以下土体仍用浮重度计算，其稳定安全系数表达式为：式中——土体的湿重度；——土体的浮重度；——土体的饱和重度；h1、h2——分别为浸润线以上和浸润线与滑弧之间的土条高度。替代法适用于浸润面与滑动面大致平行，而且角较小的情况，因而是近似的。5、地震作用下的稳定计算五、最危险圆弧位置的确定（1）B.B方捷耶夫法最小安全系数的滑弧圆心在扇形bcdf范围内。(2)费兰钮斯法如图所示，H为坝高，定出距坝顶为2H，距坝趾为4.5H的M1点；再从坝趾B1和坝顶A引出B1M2和AM2，它们分别与下游坡及坝顶成β1、β2，角并相交于M2点，连接M1M2线，费兰钮斯认为最危险滑弧的圆心位于M1M2的延长线附近。10 布置作业教学总结 授课日期年 月 日  节年 月 日  节授课班级   课题与主要内      容4-5筑坝材料选择与填筑标准教学目的与要求了解对筑坝材料的要求、掌握粘性土和非粘性土的填筑标准教学重、难点粘性土和非粘性土的填筑标准教学内容与步骤时间导论：不同的土石坝对材料的要求是不一样的，对于同一座大坝，不同的位置对土料的要求也可能不一样，粘性土和非粘性土的填筑标准是不一样的。一、坝体各组成部分对材料的要求(一)均质坝对材料的要求l均质坝土料应具有一定的抗渗性能，其渗透系数不宜大于10-4cm/s；l粘粒含量一般为10%～30%；l有机质含量（按重量计）不大于5%，最常用于均质坝的土料是砂质粘土和壤土。（二）心墙坝和斜墙坝对坝壳材料的要求l稳定性和透水性:多用粒径级配较好的中砂、粗砂、砂石、卵石及它透水性较高、抗剪强度参数较大的混和料。（三）防渗设施对土料的要求l防渗性:一般要求渗透系数不大于10－5cm/s,它与坝壳材料的渗透系数之比应最小，最好不大于1/1000，以便有效地降低坝体浸润线，提高防渗效果。l土质：防渗体对杂质含量的要求也比对坝体材料的要求为高，一般要求有机质含量不超过2％，水溶盐含量不超过3％（均按重量计）。（四）排水设施和砌石护坡对石料的要求l物理性能：较高的抗压强度，良好的抗水性、抗冻性和抗风化性。块石料的重度应大于22kN/m3;岩石孔隙率不应大于3％，吸水率（按孔隙体积比例计）不应大于0.8;块石料的饱和抗压强度不应小于30MPa，软化系数不应小于0.75～0.85.l几何尺寸：块石的形状要尽可能做成正方形，最大边长与最小边长之比不应大于1.5～2.0,以避免挠曲折断，保证工程质量。二．风化料的应用随着土石坝堆石体施工机械的改进，施工方法已由抛填改为薄层碾压，从而：①提高了碾压效率，降低了碾压费用；②碾压后堆石表面平整，可以减少运输车辆轮胎的磨损；③碾压的密实度高，碾压的堆石很少发生颗粒分离现象，沉降和扭曲变形都较小。为此，对堆石料的石质、尺寸、级配、细料含量等要求均大大放宽，并有可能采用风化岩、软岩等劣质石料修建高坝5（45）1015 15510 三、土石料的填筑标准（一）粘性土的压实标准对不含砾或含少量砾的粘性土料，以设计干重度作为设计指标，按击实试验的最大干重度乘以压实度确定。对于Ⅰ级坝和高坝压实度为0.98～1.00，对于II级、III级及其以下的中坝压实度为0.96～0.98。土料的压实度在一定的压实功能条件下达到最佳压实效果的含水量称为最优含水量。填土所能达到的干重度与击实功能和含水量的关系如图。最优含水量多在塑限附近。粘性土的填筑含水量控制在最优含水量附近。（1）填土含水量w式中w——土的最优含水量；——土的塑限；——土的塑性指数；—系数（高坝可取为0.1，中低坝可取0.1～0.2）。（2）填土的干重度根据最优含水量w，用下式计算：（二）非粘性土料的压实标准非粘性土料是填筑坝体或坝壳的主要材料之一，对它的填筑密度也应有严格的要求，以便提高其抗剪强度和变形模量，增加坝体稳定和减小变形，防止砂土料的液化。它的压密程度一般与含水量关系不大，而与粒径级配和压实功能有密切关系。压密程度一般用相对紧密度Dr来表示。（45）2520布置作业教学总结 授课日期年 月 日  节年 月 日  节学时授课班级   课题与主要内 容4-6土石坝的地基处理教学目的与要求掌握土石坝的地基处理方法和要求 教学重、难点 土石坝地基处理的目的砂砾石地基的防渗处理方法教学内容与步骤时间 复习并导入新课：任务：①控制渗流，使地基以至坝身不产生渗透变形，并把渗流流量控制在允许的范围内；②保证地基稳定不发生滑动；③控制沉降与不均匀沉降，以限制坝体裂缝的发生。一、砂砾石地基处理l主要问题：解决渗流问题。l措施：上防下排，上防包括水平和铅直防渗措施，下排主要是排水减压，铅直的防渗措施能够截断地基渗流，可靠而有效地解决地基渗流问题，在技术条件可能而又经济合理时应优先采用。（一）粘性土截水墙当覆盖层深度在15m以内时，可开挖深槽直达不透水层或基岩，槽内回填粘性土而成截水墙（也称截水槽），心墙坝、斜墙坝常将防渗体向下延伸至不透水层而成截水墙。截水墙底宽常根据回填土料的允许渗透坡降与基岩接触面抗渗流冲刷的允许坡降以及施工条件确定。截水墙内回填粘土、重壤土时不小于0.1H（H为作用水头），中、轻壤土不小于0.2H，且一般不小于3m，以利于施工。截水墙的土料应与其上部的心墙或斜墙一致。均质土坝截水墙所用土料应与坝体相同，其截水墙的位置宜设于距上游坝脚1/3~1/2坝底宽处。截水墙结构简单、工作可靠、防渗效果好，得到了广泛的应用。缺点是槽身挖填和坝体填筑不便同时进行，若汛前要达到一定的坝高拦洪渡汛，工期较紧。（二）板桩当透水的冲积层较厚时，可采用板桩截水，或先挖一定深度的截水槽，槽下打板桩，槽中回填粘土，即合并使用板桩和截水墙。通常采用的是钢板桩，木板桩一般只用于围堰等临时性工程。钢板桩可以穿过砾石类土和软弱或风化的岩石，在砂卵石层中打钢板桩时，由于孤石的阻力，可能使板桩歪斜，显著地增加透水性，加之造价较高，在我国用得不多。（三）混凝土防渗墙用钻机或其它设备在土层中造成圆孔或槽孔，在孔中浇混凝土，最后连成一片，成为整体的混凝土防渗墙，适用于地基渗水层较厚的情况。101010 1010 （四）灌浆帷幕当砂卵石层很厚时，用上述3种处理方法都较困难或不够经济，可采用灌浆帷幕防渗。灌浆帷幕的施工方法是：先用旋转式钻机造孔，同时用泥浆固壁，钻完孔后在孔中注入填料，插入带孔的钢管（图4-48），待填料凝固后，在带孔的钢管中置入双塞灌浆器，用一定压力将水泥浆或水泥粘土浆压入透水层的孔隙中。压浆可自下而上分段进行，分段可根据透水层性质采用0.33~0.5m不等。待浆液凝固后，就形成了防渗帷幕。砂卵石地基的可灌性，可根据地基的渗透系数，可灌比值M及小于0.1mm颗粒含量等因素来评判。M=，D15为某一粒径，在被灌土层中小于此粒径的土重占总土重的15%，d85是另一粒径，在灌浆材料中小于此粒径的重量占总土重的85%。一般认为，地基中小于0.1mm的颗粒含量不超过5%，或渗透系数k>10-2cm/s或M>10,可灌水泥粘土浆，当渗透系数k>10-1cm/s或M>15时，可灌水泥浆。（五）防渗铺盖这是由粘性土做成的水平防渗设施，是斜墙、心墙或均质坝体向上游延伸的部分。当采用垂直防渗有困难或不经济时，可考虑采用铺盖防渗。防渗铺盖构造简单，造价一般不高，但它不能完全截断渗流，只是通过延长渗径的办法，降低渗透坡降，减小渗透流量，所以对解决渗流控制问题有一定的局限性。（六）排水减压措施常用的排水减压设施有排水沟和排水减压井。排水沟在坝趾稍下游平行坝轴线设置，沟底深入到透水的砂砾石层内，沟顶略高于地面，以防止周围表土的冲淤。按其构造，可分为暗沟和明沟两种。两者都应沿渗流方向按反波层布置，明沟沟底与下游的河道连接。二、细砂与淤泥地基处理（一）细砂与淤泥地基处理饱和的均匀细砂地基在动力作用下，特别是在地震作用下易于液化，应采取工程措施加以处理。当厚度不大时，可考虑将其挖除。(二)淤泥层的地基处理淤泥层地基天然含水量大，重度小，抗剪强度低、承载能力小。当埋藏较浅且分布范围不大时，一般应把它全部挖除。三、软粘土和黄土地基处理软粘土层较薄时，一般全部挖除。当土层较薄而其强度并不太低时，可只将表面较薄的可能不稳定的部位挖除，换填较高强度的砂，称为换砂法。10102010布置作业教学总结 授课日期年 月 日  节年 月 日  节学时授课班级   课题与主要内      容4-7土石坝与坝基、岸坡及其它建筑物的连接面板堆石坝教学目的与要求了解土石坝与坝基、岸坡及其它建筑物的连接的构造要求掌握堆石坝的构造要求 教学重、难点 土石坝于其它建筑物及岸坡的连接方法堆石坝的构造教学内容与步骤时间复习导入新课：土石坝的分类土石坝的组成及防渗方面的特点土石坝与坝基、岸坡及其它建筑物的连接一、坝体与土质地基及岸坡的连接要求：①清理地基表面，土层压实；②清除或处理低强度、高压缩性软土及地震时易于液化的土层；③防渗体必须座落在相对不透水土基上；④地基覆盖层与下游坝壳粗粒料接触处，要防止地基土流失到坝壳中。心墙和斜墙在与两端岸坡连接处应扩大其断面，加强连接处防渗性。坝体与地基连接处设反滤层。二、坝体与岩石地基及岸坡的连接①坝断面范围内的岩石地基与岸坡，应清除表面松动石块、凹处积土和突出的岩石；②土质防渗体和反滤层应与相对不透水的新鲜或弱风化岩石相连接。基岩面上一般宜设混凝土盖板、喷混凝土层或喷浆层，将基岩与土质防渗体分隔开来，以防止接触冲刷；③岩石地基开挖时应预留保护层（厚约10-15cm），待开始回填时，随挖除、随回填；④土质防渗体与岩石或混凝土建筑物相接处，填土前用粘土浆抹面。如防渗土料为砾石土，临近接触面应采用纯粘性土或砾石含量少的粘性土。三、坝体与混凝土建筑物的连接1.土石坝与重力坝的连接土石坝的坡脚要向混凝土坝方向延伸较长，中高坝不适于直接与混凝土溢流坝相连接。2.土石坝与溢流坝（或船闸）的连接土石坝与船闸、混凝土溢流坝和溢洪道连接时常采用翼墙式连接。3.土石坝与坝下埋管的连接土质防渗体与坝下埋管连接处，应适当扩大防渗体断面，以延长渗径。在防渗体下游面与坝下涵管接触处，一定要做好反滤层，将涵管包起来。堆石坝一．概述堆石坝组成：堆石支承体、防渗体及二者之间的垫层（或过渡层）组成。按防渗体的位置分为心墙坝和斜墙坝（面板堆石坝）。二．堆石坝的特点堆石坝的特点：(1)有广泛的适用性。(2)可就地取材，在经济上有较大的优越性。(3)施工机械的迅速发展和施工的高度机械化，大大加速了建坝的速度，减少了投资费用。515151055 (4)可承受水头不大的坝顶漫溢，较之土坝有更大的安全性，施工渡汛时也允许有少量漫水。三．堆石坝的构造52020(一)坝顶和坝坡堆石坝一般为梯形剖面，其坝顶宽度和坝顶高程的确定与土坝类似。堆石坝的坝坡与石料性质、坝高、坝型和地基条件有关，下游坡一般取1:1.25~1:1.4。(二)堆石体堆石体是支承堆石坝并使之稳定的一个主要部分。一般应采用新鲜、完整、坚硬和耐久的石料。对于混凝土和沥青混凝土防渗体堆石坝，当坝壳或坝体采用抛填式堆石施工时，要求尽可能采用新鲜、完整、坚实的大石料，并要求石块的最大边长与最小边长之比不大于3~5，细料不超过5%。对于土质防渗体堆石坝，可把粒径较小、强度较低、抗冻性也较差的石料填筑在坝体内部，两侧棱体则采用强度较高、粒径较大的材料。碾压堆石坝一般多采用薄层碾压填筑堆石。实践证明，经振动碾压的坝体，建成后的沉降量都不大。施工期的沉降一般都在碾压过程中基本完成，而运行期的沉降量仅为坝高0.2%左右。(三)防渗体主要介绍钢筋混凝土面板。钢筋混凝土面板的设计内容主要包括面板厚度、配筋、分缝和止水、垫层和底座等。①面板的厚度。面板是浇筑在已碾压密实的垫层上，面板只承受很小的弯矩。板厚主要由防渗性和耐久性两个条件确定。②面板的配筋。面板配筋的作用主要是承受蓄水前温度变化和干缩产生的拉应力，并有防止裂缝开展的作用。配筋率约为0.5%。③面板的分缝和止水。为了适应堆石体的变形，也考虑温度变化及施工设备等因素，面板必须分缝，一般有垂直缝、水平缝和周边缝。垂直缝又称伸缩缝，从坝顶沿坝面一直延伸到坝脚，方向与坝轴线垂直，间距一般为12~18m，所有垂直缝都不使用填充材料，以便接触紧密，最大限度地减少面板移动。水平缝可用坚硬木板作填充材料，填充深度为面板厚度的一半。在面板接缝处都应设置止水设备。④面板的垫层。碾压的钢筋混凝土面板堆石坝，堆石体的上游面则以碾压的级配料作为面板垫层。其颗粒级配应符合反滤层的规定，垫层的厚度为3~5m左右。⑤连接的垫板。这是接缝设计的一个重要项目。设置的目的是给紫铜片和模板接头提供一个平整的基底面。作法是将砂浆直接铺设在用沥青处理过的堆石表面上，垫板与止水片之间再涂上薄层沥青。⑥面板的底座（趾板）。底座是面板与河床和两岸基岩联接的混凝土板结构，面板底端即铰接在这个底座上。面板与底座之间设有周边止水缝，并通过锚筋，固结灌浆将底座与稳定基岩连接成整体，以形成止水封闭系统。(2)沥青混凝土防渗体（自学）布置作业教学总结'