范文一:粘土心墙
粘土料场的选择:为确保粘土心墙的防渗效果必须选好粘土料场。通过土工试验,确定参数。大坝粘土料场选定在交通方便、运距较近的地方。
心墙及心墙下截水墙的填筑采用优质粘土,压实前分层厚度30cm,压实度P=0.93,要求砾石含量<><><2%,渗透系数≤1*10-5cm>2%,渗透系数≤1*10-5cm>
粘土碾压技术:现场施工方案根据选施工机械设备及现场施工条件等进行填筑前粘土碾压试验,以便确定施工技术控制指标。粘土心墙坝的填筑施工机械一般选羊足碾,凸块碾压。选用光轮振动胶轮驱动的压路机与农用21KW旋耕犁配合进行粘土心墙碾压施工。为了保证施工质量,粘土心墙填筑施工前阀门参照光轮振动碾在筑路工程中的施工方法,进行研究论证,并在现场进行碾压试验。粘土碾压试验依据:《碾压式土石坝施工技术规范》( SDJ213-83)、《土工试验规程》(ISDJ01-79)进行。在坝下选择10m×30m的场地,铺料前对场地进行平整、洒水碾压处理。埋设12个水准标点,以检测碾压后对地基变形影响:(1)YZ14B轮胎驱动光轮振动压路机,碾重14t、标准功率3758KW、振动频率30HZ,碾压时采用行速Ⅰ档20km/h。(2)铺设粘土厚度分别为30、40、50cm,采用2、4、6、8遍4种碾压遍数,碾压过程中粘土料须无牯碾,表层土布随碾压而翻动,无弹簧土现象,各项指标须满足设计要求。
粘土心墙填筑结束后,及时提请业主、监理单位组织验收,验收前我单位将认真按施工规范和设计要求做好自检工序。
范文二:大坝心墙心墙粘土灌浆
第八章 心墙粘土灌浆
8.1 概述
本工程大坝心墙及冲洪积层灌浆造孔1407m,粘土灌浆1407m。
8.2粘土灌浆施工
(1)灌浆原则
稀浆开路,浓浆灌注,分序施灌,先疏后密,少灌多复,控制浆量。
(2)钻孔、灌浆工序
心墙及坝基冲洪积层粘土灌浆共分Ⅲ序孔,由下而上分段灌浆。采用150型地质钻机钻孔,灌浆压力根据现场灌浆试验确定。
(3)粘土技术参数
粘土由指定料场供应。粘土灌浆技术参数如表8-1: 表8-2-1 粘土灌浆技术参数表
(2)粘土灌浆孔轴线及孔距
心墙和坝基冲洪积层粘土灌浆单排布置,灌浆孔轴线同心墙轴
线,沿心墙全线布孔灌浆。孔距根据已建工程经验,暂定2.0m,与基础帷幕灌浆同孔布置,按静压灌浆影响半径1.5m计算,考虑1%~5%钻孔孔斜率偏差,灌浆设计有效成墙厚度0.6m。待工程开工前,现场试验确定灌浆影响范围和实际孔距。
(3)灌浆压力
灌浆压力的选择是整个灌浆工艺的关键。压力太小,细小裂缝充填不实,造成“不吸浆”的假象。压力过大,往往造成冒浆、裂缝扩展,引起滑坡,威胁大坝安全。初始灌浆压力估算:
P?
r0
KH 10
P—允许最大灌浆压力(kg/cm2)
r0—孔段以上复盖层容重。取r0=1.5t/m
3
K—粘滞系数。粘土取2
H—孔段埋藏深度。最大孔深Hmax=21m。
p?
1.5
?2?21?6.3kg/cm2 10
初选单孔最大初始灌浆控制压力为6kg/cm2,通过现场试验予以修正。
(4)灌浆深度
灌浆孔深以达到基岩顶面为准。 (5)灌浆方式
因坝体较松软,裂缝分布较广。为使孔壁固结和密实上层土体,防止孔壁塌落,使用较大压力灌注深层缝穴,不致冒浆、串浆,采用自下而上分段灌浆,每孔段长5-7m。
(6)灌浆材料
粘土是灌浆的主要材料,其物理性质指标范围按表8-2选用。粘
土灌浆浆液的配制,掺合料的选用根据现场实验确定。基岩顶部粘土灌浆掺和一定数量水泥。
表8-2-2 粘土物理性质选择范围表
⑦灌浆控制
包括灌浆控制,灌浆压力控制、横向水平位移控制、裂缝开展控制,灌浆控制施行于灌浆过程的始终。
灌浆量控制:灌浆采用定量灌注法,而不是灌至不吃浆为止,坚持“少灌多复”每孔每次平均灌注量以孔深计,每米孔深控制在0.2-0.3m3。
灌浆压力控制:控制在最大允许孔口压力以内。灌浆开始时,宜采用1.5~2倍设计压力作为起始压力,疏通造孔时被堵塞的缝隙后恢复正常的压力进行灌浆。
横向水平位移控制:灌浆时,坝顶上、下游两坝肩处横向水平位移一般要求控制在3cm以内。
裂缝开展宽度与长度控制:裂缝限制度根据试验确定,坝面一般控制在1cm以内,要求在停灌后坝体裂缝能基本闭合。裂缝长度一般控制在Ⅰ序孔间距内,并要求尽量避免坝面出现裂缝。
⑧复灌
心墙粘土灌浆采用三序孔布置,灌浆次数及顺序为: 次数:Ⅰ序孔8-10次;Ⅱ、Ⅲ序孔5-6次,不少于5次。 间隔时间:主要以灌入坝体裂缝中浆体的固结状态来确定,应待前次灌入的泥浆基本固结后,并根据坝体的变形情况,再确定进行复
灌,每次间隔时间不少于5天。
⑨心墙灌浆观测工作
根据《土坝坝体灌浆技术规范》(SD266-88)要求,为保证坝体灌浆质量和坝体安全,检验灌浆效果,在灌浆期间应进行观测,观测项目包括表面变形、坝体深部位移、坝顶裂缝、坝体冒浆观测、渗流监测等。在灌浆过程中,应有专职观测人员负责观测工作,全面控制灌浆质量,及时发现和解决施工中出现的问题。
水平位移(横向)观测:根据选定的观测断面,布设观测位移桩可用木桩或砼柱。在灌浆期间,每天观测2-4次。非灌浆期间,每5天观测1次。
竖向位移(沉陷)观测:竖向位移应与水平位移桩相结合,并同时进行观测,以便进行资料分析。在灌浆前,至少应观测2次。灌浆期间,每天观测1~2次,非灌浆期间,每5天观测1次。
在灌浆时,坝顶上下游坝肩允许横向水平位移量要求控制在3cm以内,并在停灌后能够基本复原。
范文三:土石坝粘土心墙
目录
1 基本资料 ................................................................................................................................ 4
1.1工程概况 .......................................................................................................................... 4
1.2水文气象 .......................................................................................................................... 4
1.3地形地质 .......................................................................................................................... 4
1.4茅坪溪防护大坝 .............................................................................................................. 5
1.4.1 设计标准 ................................................................................................................... 5
1.4.2 平面布置 ................................................................................................................... 5
1.5其它设计资料 ................................................................................................................... 5
1.1.1 1.5.1 工程特征水位 ........................................................................................... 5
1.5.2 地震烈度 ................................................................................................................. 5
1.5.3 筑坝材料的技术指标 ............................................................................................. 5
1.6 设计内容与要求 .............................................................................................................. 6
1.6.1 设计目的 ................................................................................................................... 6
1.6.2 设计内容 ................................................................................................................... 7
2 坝址及坝型的选择 ................................................................................................................ 7
2.1 坝址的选择 ...................................................................................................................... 7
2.2 土坝对地基的要求 .......................................................................................................... 8
2.3 坝型选择 .......................................................................................................................... 8
2.3.1 各种坝型的比较 ....................................................................................................... 8
2.3.2土石坝类型的选择 .................................................................................................... 9
3 坝工设计 .............................................................................................................................. 10
3.1 坝顶高程 ........................................................................................................................ 10
3.1.1 按正常情况下计算坝顶高程 ................................................................................. 11
3.1.2 按非常情况计算坝顶高程 ..................................................................................... 12
3.1.3 考虑地震影响计算坝顶高程 ................................................................................. 13
3.1.4 确定坝顶高程及坝高 ............................................................................................. 13
3.2 坝顶宽度 ........................................................................................................................ 13
3.3 坝坡 ................................................................................................................................ 14
3.5 排水体设备 .................................................................................................................... 15
4 渗流计算 .............................................................................................................................. 16
4.1 设计说明 ........................................................................................................................ 16
4.1.1 土石坝渗流分析的任务 ......................................................................................... 16
4.1.2 渗流分析的工况 ..................................................................................................... 16
4.1.3 渗流分析的方法 ..................................................................................................... 16
4.2 渗流计算 ........................................................................................................................ 16
4.2.1 基本假定 ................................................................................................................. 16
4.2.2 渗流计算基本公式 ................................................................................................. 16
4.3 渗流计算过程 ................................................................................................................ 18
4.4渗流稳定结果分析 ......................................................................................................... 21
4.4.1 正常蓄水位下渗流稳定分析 ................................................................................. 21
4.4.2 校核洪水位下渗流稳定分析 ................................................................................. 22
5 土石坝坝坡稳定分析及计算 .............................................................................................. 22
5.1设计说明 ......................................................................................................................... 22
5.1.1 设计任务 ................................................................................................................. 22
5.1.2 计算工况 ................................................................................................................. 22
5.1.3 计算断面 ................................................................................................................. 23
5.1.4 控制标准 ................................................................................................................. 23
5.2 稳定计算 ........................................................................................................................ 23
5.2.1库水位最不利时的上游坝坡 .................................................................................. 23
5.2.2 施工或竣工期的上下游坝坡稳定计算及稳定渗流期的计算 ............................. 28
6.土石坝的构造设计 .............................................................................................................. 41
6.1 坝顶 ............................................................................................................................... 41
6.2护坡与坝坡排水 ............................................................................................................ 41
6.3坝体排水设备 ................................................................................................................ 43
7. 沉降量计算 ......................................................................................................................... 44
7.1坝体的沉降量计算 ......................................................................................................... 44
7.2坝基沉降量计算 ............................................................................................................. 45
8.地基处理 .............................................................................................................................. 48
8.1坝基清理 ........................................................................................................................ 48
8.2坝的防渗处理 ................................................................................................................ 48
8.3土石坝与坝基的连接 .................................................................................................... 48
9.土石坝土料的选择 .............................................................................................................. 49
9.1坝壳的土石料选择要求 ................................................................................................ 49
9.2防渗体土石料的选择要求 ............................................................................................ 49
9.3对排水设施和护坡的结构布置 .................................................................................... 49
9.4反滤层的结构布置 ........................................................................................................ 50
10. 工程量计算 ...................................................................................................................... 50 10.1 坝基开挖工程量计算 ................................................................................................. 50 10.2 坝体工程量计算 .......................................................................................................... 50
谢 辞 ........................................................................................................................................ 53
参考文献 .................................................................................................................................. 54
1 基本资料
1.1工程概况
茅坪溪防护工程的缘由:茅坪溪是长江上的小支流,其出口位于三峡大坝上游约1km的右岸。流域面积113.24km2,在茅坪溪防护坝址以上的流域面积为98.54km。该流域属底山丘陵区,流域内人口约3.1万人,耕地3.43亩。茶园1601.4亩,果园11.4亩,直接淹没人口6561人。淹没区内有成片的良田,是湖北省秭归县重要的产量田区和农业经济区。该县人多地少,坡多田少,移民难度大。经中央部门审定,修建茅坪溪防护工程。
茅坪溪防护工程包括泄水建筑物(遂洞接涵洞)和防护坝(沥青混凝土心墙堆石坝)。本设计是针对防护大坝。
1.2水文气象
长江流域气候温暖,雨量丰沛,多年平均降水量1100mm,雨季4—10月占全年降水的85%。也经常发生洪,涝,旱,冰雹,滑坡,泥石流等自然灾害。多年平均气温是16oC—18oC。夏季最高超过40oC,冬季-4oC,无台风灾害,降水集中形成暴风雨区,流域内较大日暴风雨覆盖面约3万—15万。最大达21.3万。
1.3地形地质
坝址基岩为前震旦纪闪云斜长花岗岩。岩体中有岩俘虏体和闪长岩包裹体,以及后期侵入的酸基性岩脉。闪云斜长花岗岩岩性均一,完整,力学强度高。微风化和新鲜岩石的饱和抗压强度达100Mpa,变性模量达30-40Gpa。
坝区主要有两种断裂构造,一组走向北北向,另一组走向北被动,倾角多在60oC以上。断层规模不大,且胶结良好。通过坝基规模较大的断层有F7及F23,,出露在左漫滩上。缓倾角裂隙不甚发育,仅占裂缝总数的13%,其中北北东组占缓倾角裂缝总数的68.5%,倾角东南为主,倾角为15oC—30oC。
花岗岩的风化层分为全,强,弱,微4个风化带。风化壳厚度(全,强,弱3个风化带),以山脊部位最厚,可达20—40米。山坡与一级阶地次之,沟谷,漫滩较薄,主河床中一般无风化层或风化层厚度很小,平均厚度21.5米。坝基除利用微风化岩体外,部分弱风化下亚带岩体亦可用作建基岩体。混凝土与建基岩面间的抗剪(断)强度,摩擦系数(F)取值1.0—1.3。凝聚力(C)为1.2—1.5Mpa。建基岩体岩石与岩石间的抗剪断强度,视不同的结构类型的岩体F与C值分别为1.0—1.7Mpa和1.2—2.0Mpa。第四纪松散堆积物主要是河流冲积层,葛洲坝水库蓄水后,主河槽及后河普遍淤积有原5—18米的细沙。
坝址水文地质条件简单,微风化和新鲜岩体的透水性微弱,有80%以上的压水试验
段的岩体单位透水率小于1Lu,其余试验段主要为弱,中等透水位。
坝之区域地壳稳定条件好,不具备发生强烈地震的背景,为典型的弱震构造环境,基本烈度为Ⅳ度。经过多年的勘测研究,三峡工程坝址地质条件甚为优越,是一个难得的好坝址。
1.4茅坪溪防护大坝
1.4.1 设计标准
茅坪溪防护大坝与三峡大坝共同拦挡三峡库水,挡水水头为80米。经审定茅坪溪防护大坝等级与三峡大坝相同,为一等工程。防护大坝按1级建筑物设计。大坝正常蓄水位为175米。校核水位为180.4米。地震设计烈度为7度,均与三峡大坝相同。背水侧茅坪溪设计洪水位(20年一遇)106.4米,校核洪水位(100年一遇)为107.3米,非常洪水位(万年一遇)考虑调蓄后为114.6米。
1.4.2 平面布置
茅坪溪防护大坝位于陈家冲到板桥和韩家嘴之间。坝址处河谷地形较为开阔,河谷走向约为25oC。坝轴线峪河谷走向交角约65o,自右岸的吴家湾通过茅坪溪与左岸松柏坪以上的山包相接。河谷两岸不对称,右岸山体雄厚,坝肩头(吴家湾)高程232米,冲沟较发育。坝轴线斜跨一冲沟,其余段基本沿山梁展开,其平均坡度角约8o,跨沟谷处坡角35o。左岸坝肩山头(吴家湾)高程192.86米,谷坡基本顺直,自让坡角较陡一般为30o—50o。局部达50o。坝轴线基本沿分水岭脊线布置,地形高程190米—200米,最高209.72米(松茅坪)。左坝肩两侧冲沟对应发育,在山脊汇合形成鞍部,最低高程184.3米。山体较单薄,高程175米处最小山脊宽40米。在此垭口处设一副坝,轴线长80米,走向为东南165o。
1.5其它设计资料
1.5.1 工程特征水位
1.5.2 地震烈度 场地基本烈度为6度,防护大坝设计烈度为7度。
1.5.3 筑坝材料的技术指标
表1.1筑坝材料的技术指标
1.6 设计内容与要求
1.6.1 设计目的
1、通过设计巩固、加深、扩大所学的基础理论和专业知识,并达到进一步系统化。
2、培养学生运用所学知识,解决实际工程技术问题的能力,能初步掌握设计原则,设计方法和步骤。
3、培养学生独立思考、独立工作能力,通过毕业设计加强计算、绘图、编写设计文件、使用规范等方面能力的培养。
1.6.2 设计内容
1、枢纽布置
根据有关资料进行枢纽布置,阐明枢纽中建筑物的作用、布置原则、布置方案的比较,选择与确定,本设计坝轴线已知。
2、坝工设计
包括坝型选择、剖面设计、平面布置、绘出坝体平面图及坝体中最大剖面图。
3、根据地形、地质坝型等因素,沿坝轴线选取若干典型剖面,计算坝体渗流流量,总渗流流量及坝内浸润线。
计算工况:上游正常蓄水位与下游相应最底水位
上游校核水位与下游相应最低水位
4、稳定计算
对坝体最大剖面、典型剖面,采用圆弧滑动法或折线法验算下列情况的坝坡稳定性。
计算工况:库水位最不利时的上游坝坡(折线法)
上游正常蓄水位,下游相应最低水位的下游坝坡(圆弧法) 校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡(圆弧法) 施工期或竣工期下游坝坡(圆弧法)
5、细部构造设计
包括:坝顶、护坡、防渗体、排水体、马道、坝面排水沟等。
6、地基处理
包括:开挖、清理、防渗、加固处理等布置措施等。
7、石料结构布置
8、工程量计算
1.6.3 设计成果
包括:设计说明书、计算书各一份,(时间关系也可说明书、计算书合并写) 设计成果图3~4张,内容为大坝平面布置图,下游立视图,坝体最大剖面及典型剖面图细部构造图。
2 坝址及坝型的选择
2.1 坝址的选择
(1) 首先,应尽量选择地形上最有利的坝址,如坝轴线较短,河谷较窄,便于布
置泄水建筑物等。
(2) 坝址与地质条件是影响坝址选择的最重要因素之一。
(3) 坝址附近的建筑物分布情况,影响到坝址的选择。
(4) 水库区的淹没情况也是选择坝址的重要因素。
(5) 坝址还必须结合河流规划统一考虑。
(6) 施工条件也是选择坝址的因素之一。
(7) 水库及水利枢纽的管理条件也应在选择坝址时予以应有注意。
(8) 施工工期长短也影响着坝址的选择。
对以上所有因素充分进行调查研究,权衡利弊,综合考虑后方能选定最合适的坝址。
2.2 土坝对地基的要求
在所有的坝型中,土坝和土石坝对地基的要求最低,这是因为土坝由于基础面积较大,承担的应力较低。
本设计坝轴线已知,故不用细细说明了。
2.3 坝型选择
坝型选择关系到整个枢纽的工程量、投资和工期,其影响因素主要坝高、筑坝材料,地质、地形、气候、施工、运行条件等。
2.3.1 各种坝型的比较
1、选用重力坝
重力坝基本形状呈三角形,上游面铅直或稍微倾向上游,坝底与基岩固结,建成挡水后依靠自重维持稳定。
重力坝的优点:①筑坝材料强度高,耐久性好,抵抗洪水漫顶,渗漏冲刷,地震破坏等的能力强;②对地质、地形条件适应性强,一般建与基岩上;③重力坝可做成溢流的,也可在坝内设置泄水孔,枢纽布置紧凑;④结构作用明确;⑤施工方便。
重力坝的缺点:①由于坝体剖面尺寸往往由于稳定和坝体拉应力强度条件控制而做的较大,材料用量多,坝内压应力较低,材料强度不能充分发挥,且坝底面积大,因而扬压力也较大,对稳定不利;②因坝体体积较大,施工期混凝土温度收缩应力也较大,为防止温度裂缝,施工时对混凝土温度控制的要求较高。
2、选用拱坝
拱坝是三面固结与基岩上的空间壳体结构,拱向上游凸出,且不设永久性分缝。 拱坝的优点:①具有双向传力的性能;②拱是推力结构;③拱坝具有较高的超载能力;④拱坝轻韧,富有弹性而整体性好,借助岩基对地质功能的吸收,它又具有较强的抗震能力。
拱坝的缺点:①拱坝是不设永久性横缝的整体朝静定结构,设计时需计入温度变化和地基位移对坝体应力的影响;②拱坝体形复杂;③设计施工难度大,对施工质量、筑坝材料强度和防渗要求,以及对地形地质条件及地基要求均较高。
3、选用土石坝
土石坝是指由当地土料石料或土石混合料填筑而成的坝。
土石坝的优点:①就地取材,与混凝土相比,节省大量水泥,钢材和木材,且减少了筑坝材料远途运输费用;②对地质地、形条件要求较低,任何不良地基经处理后也均可筑土坝;③施工方法灵活,技术简单,且管理方便,易于加高扩建。
土石坝的缺点:①不允许坝顶溢流,所需溢洪道或其他泄水建筑物与造价往往很大,;②在河谷狭窄,洪水流量大的河道上施工导流较混凝土坝困难;③采用粘性土料施工受气候条件影响较大。
4、确定坝型
由于茅坪溪的防护坝地处山区交通条件差,公路标准低,运输不方便,如从外运入筑坝材料,工程投资大大增加,因此不运用重力坝。拱坝应力分布均匀,利于发挥材料强度,节省工程量,但对地质和地形要求严格,通常要求对称均匀,因此地形不对称,且地形地质条件也不甚好,如采用拱坝,坝体相对条件差,不利于坝体强度稳定,设计施工复杂。因此不宜选拱坝,茅坪溪防护坝因当地土料、沙砾料、石料丰富,可就地取材,节省大量运输费用,并且综合考虑土坝与其他坝型相比具有的特点,最终选择土石坝。
2.3.2土石坝类型的选择
影响土石坝坝型选择的因素很多,其主要的是坝址附近的筑坝材料,还有地形与地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。通过对各种因素进行比较,选定技术上可行,经济上合理的坝型。
均质坝材料单一,施工简单,坝身粘性较大,坝基的透水性较大。将发生较大渗漏,故首先舍弃均质坝。钢筋混凝土斜墙坝容易因坝体沉陷而开裂,且费用高,故也放弃。
心墙坝与斜墙坝可在深厚的覆盖层上修建,两种坝型造价相差不大,优缺点也无显著差别,但心墙坝比斜墙坝适应不均匀变形的能力和抗震的能力较强,且心墙坝工程量较小,基础处理深度也小,故初步选定黏土心墙坝。
本设计选用黏土心墙坝,主要原因有几下几点:
① 黏土心墙坝对坝基和坝体的不均匀沉降比较容易适应,对坝基条件要求
较低;
② 黏土心墙坝施工设备比较简单,施工质量也比较容易控制;
③ 黏土心墙坝可以在早期蓄水,提前发挥水库作用;
④ 黏土心墙坝位于坝体内部,暴露面小,保温条件好,受气候影响小,在
冬季也可以施工,黏土心墙可全年施工;
⑤ 黏土心墙坝受外界气候影响较小,受温度的影响也较斜墙小,耐老化,因而能获得较长的工作寿命;
⑥ 在地震地区心墙在防止塌滑与地震破坏方面比斜墙有利。
除此之外,黏土心墙具有极佳的防渗性能及其较佳的适应变形能力。且在产生裂缝后有一定的自愈能力,故黏土心墙坝是一个不错的方案。
3 坝工设计
土石坝剖面的基本尺寸包括:坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡,防渗体与排水体的形式与尺寸等。
3.1 坝顶高程
为防止库水浸溢坝顶,坝顶水库静水位以上应有足够的波浪超高。《碾压式土石坝设计规范》,(SDJ218-84)规定,其值按下式计算:
Y?R?e?A(3?1)
KV2De?cos?(3?2)2gH
式中:e——风沿水面吹过所形成的水面升高 即风壅水面超出库水位的高度,m R——自风壅水面算起的波浪沿倾斜坝坡爬升的垂直高度,简称波浪爬高,m D——水库吹程,km或m
H——沿水库吹程方向的平均水域深度,初拟时可近似取坝前水深,m
k——综合摩阻系数,其值变化在(1.5~5.0)×10?3之间。计算一般
取3.6×10?3 (D以km计)或3.6×10?6(D以m计)
年平均最大风速),正常运用条件下的 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级坝采用v=1.5v多,
非常运用条件下的各级土石坝采用v?v多。
?——风向与坝轴线的夹角,(1°>) β=0
A——安全加高,见附表一 正常A=1.5 非常A=1.0
~v多(多 v——计算风速,m/s 正常运用条件下的Ⅰ、Ⅱ级坝采用v=(1.5~2.0)~~
图3-1 坝顶超高计算简图
3.1.1 按正常情况下计算坝顶高程
V?9.6 V?1.5?1.5?9.6?14.4m/s h?100 D=10km
KV2D3.6?10?3?14.42?10
e?cos???0.003 8
2gH2?9.81?100
h1.1
波浪爬高R?0.440.6
mn
式中: h——设计波浪高
m——上游坝坡坡率
规范(SDJ218-84)推荐采用蒲田验站统计分析公式计算R ⑴ 计算波浪平均爬高R
KK
R???hl
(3-3)
?m2
式中:K?---与坝坡的糙率和渗透性有关的 查表3-2 K?=0.9
K?---经验系数,由风速V、坝前水深H及重力加速度g组成,
14.4
?0.459 Kw?1
9.81?100
m——坡系数,m=3.0 h,l——平均坡高与坡长 表3.2
查表3-3 v
表3.3 经验系数
K
① 用下式计算平均坡高hT
gh2gH
2?0.13th[0.7(2)2]th{
vV
?gD?
0.0018?2?
?V?
0.45
?gH?
0.13th[0.7?2?]
?V?
0.7
(3-4)
在水深较大时,吹程较小的情况下,既当
0.7
????gH????
gD?1760??th?0.7?2???
??V????????
1
0.45
时,式(3-4)可简化为:
gh
?0.0018(
gD0.45
) 2v
式中水库吹程D以m计算经计算可知可用上式计算: h=0.61
② 计算波浪平均周期T 公式为 T?4.0h
=4.0.61=3.12
③ 计算平均波长L
gT2
L?=1.56T2?1.56×3.122=15.19m
2?⑵ 计算波浪设计爬高R
在工程设计中,波浪设计爬高R按建筑物的级别确定,若级别为Ⅰ级,土石坝取保证率P=1%的波浪爬高R1%作为爬高R= R1%,由其相应的波浪爬高保证率P,平均爬高R及俯表四所列数值设计波浪爬高R。
Rp0.61
??0.0061?0.1 ?2.23
H100R
KK0.9?1
?0.61?15.19?0.866 R??WhL?
22
?m?m R= 2.23×0.866=1.932m Y正常=0.0038+1.932+1.5=3.436m 坝顶高程=175+3.436=178.44m 3.1.2 按非常情况计算坝顶高程
非常运用情况下的坝顶超高计算公式与正常情况下的一样,所不同的是风速来用多年平均最大风速V=9.6,坝前水深H= 180.4-175+100=105.4
2KVD3.6?10?3?9.62?10
e?cos??co0s0?0.00 2
2gH2?9.8?10.54 ⑴ 计算波浪平均爬高R
V9.6
K??0.9 ??0.299?1 故取K?=1
gH9.81?105.4
gh?gD?
?0.0018?2?V2?V?
0.45
带入数据得 h=0.389
计算波长平均周期T T
=??2.495 计算平均波长L L=1.56T2?1.56×2.4952=9.718 K?KW0.9?1
hL??0.38?99.718?0.553 R? 22
?m?3h0.389?0.004?0.1 R=2.23×0.553=1.233m
H105.4
Y非常?R?e?A=1.233+0.002+1.0=2.235m 坝顶高程=校核洪水位+非常运用情况超高=180.4+2.235=182.64m 3.1.3 考虑地震影响计算坝顶高程
地震安全加高=地震涌浪加高+地震附加沉陷值+安全加高,
地震涌浪加高一般为0.5~1.5m,应根据地震烈度大小和不同的坝前水深,去大中小值,本设计去1米,地震附加沉陷值根据海域地震调查,对8-9度地震区,可取1.2%~1.44%,地震烈度较低时,取值相应减小,本设计取1%的大坝高度,即为:(178.44-75)×1%=1.03m
安全加高A=1.5
地震安全护高=1+1.03+1.5=3.53m 坝顶高程=175+3.53=178.53m 3.1.4 确定坝顶高程及坝高
坝顶高程取上述三种情况的最大值,故需坝顶高程为183m,考虑在上游侧设置1.2m的防浪墙,最终确定坝顶高程为183-1.2=181.8m,防浪墙高为183m,
坝高=181.8-75=106.8m 3.2 坝顶宽度
坝顶宽度取决于施工、构造、运行、抗震与防洪等要求。如坝顶设置公路或铁路时,应按交通要求确定。无特殊要求时,高坝最小顶宽10m~15m,中低坝为5m~10m。对心墙或斜墙坝还需要满足其墙顶和两侧反滤层的布置要求,在寒冷地区,还应使心墙或斜
墙至坝面的最小距离大于冻土层厚度,以防防渗体冻坏,本设计坝高为106.8m,属于高坝且坝顶有交通要求,拟定坝顶宽为12m。 3.3 坝坡
土石坝边坡的大小取决于坝型、坝高、筑坝材料、菏载、坝基性质等因素,且直接影响到坝体的稳定和工程量大小。
① 由于石料在饱和状态下抗剪强度降低,且库水位下降时,渗流力指向上游,对上游坝坡稳定不利,所以土料相同时,上游坡应比下游坡为缓。
② 从坝型上看,上游坝坡较下游为缓;
③ 从荷载情况上,为适应荷载向底部逐渐增加的特征,坝坡上陡下缓,故土石坝上、下游坡一般做成变坡时,由上至下逐渐放缓,相邻坝坡率差为0.25~0.5,若坝基较弱时,最后一级坝坡宜缓以利于坝坡稳定。
综上所述,对拟坝坡时,坡度一般为1:2~1:4,再下游坝面的变坡处一般而设置马道,其宽度长取1.5~2.0m,以拦截并排除雨水防止严重冲刷坝面,并兼作交通,检查观测之用,也有利于坝坡稳定。拟定上游坝坡为1:2.75,1:3.0,1:3.25,1:3.5,在高150、125、110各变坡一次,下游坡自上而下为1:2.5、1: 2.75、1:3.0,在高程为150、125处设宽为2米的马道。如图3-2示:
图3-2 土石坝剖面简图
3.4 坝体与坝基防渗设计
本设计采用黏土心墙防渗体,黏土心墙位于坝体中央。由囊土筑成,顶高程应高出设计洪水位0.3—0.6米,且不低于校核洪水位.故取墙顶高程为181米,考虑机械施工需要,墙顶厚度应不小于3.0米,取4米,两侧边坡取1:0.3
图6-5防渗体与坝基防渗
3.5 排水体设备
土石坝防渗体采用黏土心墙,虽然渗透系数很小,但仍会有一定的渗水,故在坝体下游侧设置排水设备,其作用是控制和引导渗流安全的排出坝体外,降低坝体浸润线和孔隙水压力,增强坝坡稳定保护下游坝坡免受冻涨破坏,排水体由块石及其流层组成,要求其具有充分地排水能力,不堵塞,以保证坝体和坝基不发生渗透破坏,并且便于观测和检修。
① 贴坡排水构造简单,便于维修,但不能降低浸润线且宜水冻失效; ② 棱体排水可降低浸润线,防止坝体冻涨,保护坝脚,免受尾水淘刷,且对坝坡有稳定作用,增加坝坡稳定性是一种可靠有效、应用广泛的排水形式,适用于坝体河槽部位,较高的坝成石料丰富的地区;
③ 褥垫排水对地基不均匀沉陷的适应性差,易断裂,维修困难,所以单独采用这种形式的不多;
④ 管网式排水较为复杂,不便采用; ⑤ 综合排水也较复杂,不便采用。
综上所述,本设计采用棱体排水,初拟定棱体顶高程为110.0m,其坝宽根据检查观测及施工要求确定不小于1.0m时,一般为1-2m,本设计取6m,棱体内坡由施工条件确定,一般为1:1~1:1.5,本设计取1:1.5,外坡根据坝基抗剪强度和施工条件确定,一般为1:1.5~1:2.0,本设计取1:2.0,为使渗流溢出坡降分布的更均匀,在棱体上游坡脚处应避免出现锐角,目的是为了使出的渗流坡降分布的更加均匀和减少最大水力坡降。
4 渗流计算
4.1 设计说明
4.1.1 土石坝渗流分析的任务
土石坝的剖面尺寸初步拟定后,必须进行渗流分析和稳定分析,为确定经济可靠的坝体剖面提供依据,渗流分析的主要任务是:
⑴ 确定坝体浸润线和下游溢出点的位置,为坝体稳定计算和排水体选择提供依据; ⑵ 计算坝体与坝基的渗流量,以计算水库渗漏损失,和确定排水体尺寸; ⑶计算坝体与坝基的渗流溢出处的渗透坡降,以验算其渗透稳定性。 4.1.2 渗流分析的工况
渗流计算时,应考虑水库运行中出现的不利条件,一般需考虑计算下列几种工况:
⑴ 上游正常蓄水位175.0m与下游相应最低水位106.4m,此时坝内渗流的坡降最大,易产生渗透变形;
⑵ 上游校核洪水位180.4m与下游相应最高水位107.3m,此时坝内浸润线最高,渗流也最大;
分析时,常根据河谷地形情况,选若干、单宽坝坡,按二元渗流问题考虑,坝坡柱号为0+118、 0+221、0+347、0+456、0+544、0+652、0+757、0+882。 4.1.3 渗流分析的方法
土石坝渗流分析的方法有公式计算法(流体力学法、水力学法、有限单元法)流网法和 电模拟法,本设计采用水力学法,水力学法建立在一些基本假定上,是一种近似解法,只能求得过水断面上渗流要素的平均值,但其计算简单,且精度一般可以满足工程要求。 4.2 渗流计算 4.2.1 基本假定
⑴ 坝体土料为均质,坝体内任一点在各方向上的渗透系数相同且为常数; ⑵ 渗流二元稳定层流,流动运动符合达西定律:V=KJ(V为渗透流速,K为渗透系数,J为渗透坡降)
⑶ 渗流为渐变流,任意过水断面上各点的坡降和流速相同。 4.2.2 渗流计算基本公式
一般心墙土料的渗透系数K0比坝壳土石料的渗透系数K小的多,这时可以忽略坝壳的渗透作用,认为心墙前水位与库水位齐平,计算时心墙和截水槽按平均厚度计算,可按(4-1)计算单宽流量
(H1?T)2?(h?T)2
q1?k0 (4-1)
2?
其中:K0——为心墙透水系数 1?10?6cm/s H1——坝前水深,m T——透水地基厚度 m h——心墙后水深,m ?——心墙的平均厚度,m 通过心墙下游坝体和坝基的单宽流量为:
h2?H2h?H2
(4-2) q2?K?KTT
2L?m2H2L?0.44T
其中:K——坝身材料的渗透系数 6×10-4m/s KT——透水地基透水系数 6.68×10-4m/s L——透水区域 m
H2——下游水深 m M3——排水体坡坡率
根据水流连续条件有q1?q2,联力求解式(4-1)和(4-2)可求得h为: h?
式中:A1=
2A2?A1A3?A2
2
A1
(4-3)
K0
?
?
K
L?m2H2
KT?K?
A2??0??T
L?0.44T???K?H1
A3?0?H1?2T??
?
2
KH22KTTH2
?
L?m2H2L?0.44T
将(4-3)带入(4-1)或(4-2)可求得q,心墙内浸润线可连成直线,心墙后,浸润线按式(4-4)计算,但式中H1应代换为h,
KTk
x?(H12?y2)?T(H1?y) (4-4)
2qq
计算简图如图所示:
浸润线
图渗流计算简图
4.2.3 总渗流量计算
总渗流计算时,一般是根据地形和地基,透水层分布情况,将坝体沿坝轴线分成若干曲边坝段,见图4-2,先计算各坡交界处的坝体单宽渗流量,然后按下式计算全坝的总渗流,:
1
Q??q1l1?(q1?q2)l2????(qn?2?qn?1)ln?1?qn?1ln? (4-5)
2
式中: l1,l2,??ln——各坝段长度 m
3
q1,q2??qn?1——各坝段交界处的坝体单宽流量 m
s.m?
断面 n-1
断面 n-2
断面 1
断面 2
图
总渗流量计算示意图
4.3 渗流计算过程
计算结果见表4-1,4-2。
表4-1稳定渗流期渗流计算成果表
Q=×10-7×[2.81×118+(2.81+6.59) ×106+(6.59+11.6) ×126+(11.6+13.2) ×109+(13.2+15.6) ×88+(15.6+11.2) ×108+(11.2+3.65) ×105+(3.65+0.699) ×
2
125+0.699×189=6.99×10-4m/s
3
- - 19
表4-2校核水位渗流计算成果表
Q=×10-7×[3.83×118+(3.83+7.90) ×106+(7.90+13.1) ×126+(13.1+14.6) ×109+(14.6+17.3) ×88+(17.3+12.7) ×108+(12.7+4.66) ×105+(4.66+1.29) ×
2
125+1.29×189=8.109×10-4 m/s
3
- - 20
4.4渗流稳定结果分析
4.4.1 正常蓄水位下渗流稳定分析 ① ②
渗流量:水库每日渗漏量12.17m3,故能满足防渗要求。
渗透稳定:对非黏性土,渗透破坏型式的判别可参考伊斯妥明娜法,根据土体
d
的不均匀系数??60
d10
[2]
来判定:
??10时为流土 ??20时为管涌
10???20时不定
根据砂砾料颗粒级配曲线查得d60?34mm;则;??d10?0.5mm ,渗透破坏型式为管涌。
管涌自上而下渗流的临界坡降公式为:
d6034
??68?20d100.5
Jc?
k——土壤的渗透系数,cm/s n——土壤孔隙率,初步拟定为0.33 对坝基内水平方向产生的临界坡降为:
[2]
(4-6)
式中:d3——相应于粘粒级配曲线上含量为3%的粒径,m
Jc'?Jctg?[2] (4-7)
式中:?——土的内摩擦角,(34) 管涌的允许坡降为:
J
[J]?c
K
[2]
(自下而上渗流) (4-8)
[2]
Jc''
[J]?
K
K?1.5,则有:
(水平向渗流) (4-9)
式中:K为安全系数,根据建筑物级别和土壤类别选用,一般取K?1.5~2.0,
42?0.3?10?3
Jc???0.098
?4
6?100.333
Jc'?Jctg?=0.098?tg350?0.069
[J]?
'
Jc0.098??0.065(自下而上渗流) 1.5K
Jc'0.069??0.046(水平向渗流) [J]?
1.5K
渗流逸出点的实际渗透坡降为:
H
(4-10) J?L
.9 则H?h?H?33.22?31?.4;1.L8近似取计算长度L?182m2
[2]
已知
J?
H1.8
??9.8?10?3 ;因为J?9.8?10?3?[J']?0.055,故满足渗透稳定要求。 L182.8
4.4.2 校核洪水位下渗流稳定分析
分析过程同正常蓄水位。
5 土石坝坝坡稳定分析及计算
5.1设计说明 5.1.1 设计任务
对土石坝进行稳定分析的目的,是通过计算坝体剖面的稳定安全度来检验坝坡在各种工况下是否安全,断面尺寸是否经济合理。
坝坡坍滑失稳滑裂面的形式主要与坝体结构型式、坝基情况和坝的工作条件等因素有关。主要有以下几种:
(1)曲线形滑裂面。当为黏性土坝坡时,其失稳滑裂面呈上陡下缓的曲面,稳定计算时常假定为一圆柱面,其在坝体剖面的投影是一个圆弧,称滑弧。滑裂面的位置,如坝基为掩饰或坚硬的土层时,多从坝脚处滑出;当坝基土质与坝体相近或更软弱时,滑裂面可能深入坝基从坝脚滑出。
(2)直线或折线形滑裂面。当滑裂面通过由砂,沙砾石等材料构成的无黏性土坝坡时,在坝坡剖面上的投影是一直线或折线。当坝坡干燥或完全浸入水中时呈直线,部分浸水时为折线,斜墙坝上游失稳时,常沿斜墙与坝体交界面滑动。
(3)复合断裂面。当坝坡由几种不同性质的土料组成或坝基存在软弱层时,滑裂面往往是由直线和曲线组成的复合型,在黏土为曲线,在无黏性土内或软弱层上为直线。 5.1.2 计算工况
(1)库水位最不利时的上游坝坡,这种不利水位大致在坝底以上1/3坝高处; (2)上游为正常蓄水位,下游为相应最低水位的下游坝坡; (3)校核洪水位下有可能形成稳定渗流的下游坝坡; (4)施工或竣工期的上下游坝坡;
5.1.3 计算断面
本设计只针对最大剖面。 5.1.4 控制标准
表5-1 容许最小抗滑稳定安全系数
5.2 稳定计算
5.2.1库水位最不利时的上游坝坡
5.2.1.1 基本与原理与计算方法(折线法)
属于部分浸水的无黏性土坝坡稳定分析。对于部分浸水的无黏性土坝坡,因水上水下土壤力学性能不同,滑裂面近似为一折面,折点高程大致在水位附近。
1)滑动土体在折点处还形成块间破裂面DE,破裂面的方位当坝基土料内摩擦角大于坝体土料内摩擦角时倾向上游;反之倾向下游。为分析方便取为铅直方向。 2)破裂面作用力P与该面法线的夹角等于土料的内磨擦角,为方便计算,假定P与上滑块底裂面平行。
用折线法计算滑动土体的稳定安全系数时,采用“安全的极限平衡法”。所谓“极限平衡”是认为滑动面上的静摩擦力达到最小值。“安全”是指上述极限平衡是在一定安全储备条件下的。假定各滑动面上有相似的安全系数K。滑动面上土料的抗剪力除以K后作为计算抗剪力。
设图中ADC为任一滑动面,折点在D点,块间破裂面DE将滑动土体分为两块,其
重量分别为W1、W2,两块间作用力为P,起方向平行与DC。两块土体底面土料内摩擦角分别为?1、?2。
E(a)
(b)
图5-2 无黏性土坝坡分块分析受力图
由于块BCDE沿DC方向力的平衡可得[见图5·2(a)]:
P-W1sin?1+
1
Wcos?1tg?1=0 (5-1) K1
由于土块ADE沿AD方向力的平衡得[见图5—2(b)]:
11
cos?2tan?2?Psin(?1??2)tan?2?W2sin?2?Pcos(?1??2)?0 (5 -2) KK
联立以上二式即可求得K。
若?1??2??,并令
tan?1
?f;sin?1? (5-3)
2K?m1
cos?1?
由以上二式可解得:
m1?m
2
1
,sin?2?
1?m
22
,cos?2?
m2?m
22
f?
A?BA?B2B
?()?(?C) (5-4) 22m2
1?m1m21?m12m2W
式中,A?;B?2?A;C?。 ?
m1(m2?m1)W2m2?m1m1
则安全系数 K?
ta?n
f
在上述计算中,水位及、?2都是任意假定的。为求得最小安全系数,应假设不同的水位和?1、?2值。具体计算时,先假定若干个水位和?1、?2值具体计算时,先假定若干水位(至少3种个),在每一水位下假定至少3个?2,对每个?2至少假定3个?1,分别计算出安全系数,其中最小者即为所求坝体稳定安全系数。 5.2.1.2 计算过程 计算简图如下所示
图
稳定计算简图
① 假定上游水位109m按下式计算稳定安全系数:
P?W1sin?1?
1
W1cos?1tg?1?0 K
11
W2cos?2tg?2?Psin(?1??2)tg?2?W2sin?2?Pcos(?1??2)?0 KK
已知?1?36;?2?34; 假定?1?27;?2?10;为计算方便上游坡率取平均值
3.125, 取单宽,重量W1、W2,分别由下式计算:
W1?面积BCDEB?1??1
W2?面积EDNE?1??1+面积NDAN?1??2面积BCDEB?面积BNDCB?面积EDNE
1
面积BNDCB?(BC?ND)?(181?110.6)?35.6(BC?ND)
21
上二式中:面积EDNE?ND?ED
21
面积NDAN?ND?H
2H?m2
ED??H
m
?109已知m2?c1t0?g5;.6H71?75?34;m?3.125
?m??5.671?
ED?H?2?1??34???1??27.7
?m??3.125?
BC??181.8?109??ctg270??181.8?105?m?ND?1.94m 在?EDN中,ND?m?ED?3.125?24.44?86.56; 于是得:面积BNDCB?36.4??1.94?86.56??3221.33m2
1
面积NDAN??86.56?34?1471.52m2
21
?86.56?27.7?1198.86m2 面积EDNE
2
面积BCDE?B3221.33?1198.86?2022.47m2
则
则
由于已知干容重?d=湿容重?湿=18.0KN/m3;比重G?2.68;水容重
r18
?0.315;求得浮容重:???9.81KN/m3;孔隙率n?1?d?1?
Grw2.68?9.81
?浮??d?(1?n)???18?(1?0.315)?9.81?11.28KN/m3;即可求得滑动土体重:
W1?r湿?面积BCDEB?2022.47?18?340446KN
W2?r湿?面积BDNE?r浮?面积NDAN?1198.86?18?11.28?1471.52?38178.23KN
代入安全系数计算公式得:
10
P?36404.46sin27??36404.46cos270tg36?01
K
110000
?38178.23?cos100tg340?Ptg34?38178.23sin100?P1sin?27?10?1cos?27?10??0
KK整理后解得:KC?2.186
② 假定上游水位为111m、110m 及不同的?1、?2;同理可得计算结果如表5-1所示:
不利水位情况下上游坝坡稳定计算表
表5-1
结果分析:此种情况下坝坡稳定安全系数?2?11o,?1?24o时,K=Kmin=1.56〉[K]=1.2。满足稳定要求
5.2.2 施工或竣工期的上下游坝坡稳定计算及稳定渗流期的计算
此几种工况采用圆弧法。 5.2.2.1基本原理与计算方法
圆弧法主要用于黏性土坝坡如均质坝、厚斜墙坝、厚心墙坝等的稳定计算(于是也用于非黏性土质坝)。其基本原理是假定滑动面为一圆柱面,将滑动面内土体视为刚体,失稳是该土体绕圆弧的中心旋转,沿坝轴方向取单宽坝段按平面问题进行分析。计算时将滑动面以上的土划分成若干铅直土条,求出各土条对滑弧中心的抗滑力矩之和
Mr和滑动力矩之和Mr,二者之比为该滑弧的抗滑稳定安全系数K,即
M
K?r (5-5)
Ms
按是否计及土条间的作用力,圆弧法又分为两种:一是不计土条间作用力的简单方法,又称瑞典圆弧法;二是考虑土条间水平力作用,忽略竖向力作用的简化的毕肖普法。前者计算简单,偏于安全 ,单精度较差;后者较合理,结果较精确,但需迭代计算,较麻烦。我国规范规定,对Ⅰ、Ⅱ级高中坝以及一些比较复杂的情况,应同时采用瑞典圆弧法和计土条件作用力的方法(如简化的毕肖普法或其他严格的方法)。对于后者,最小安全系数的容许值应比附表五中规定值提高10%左右,对Ⅰ级坝的正常运用情况,安全系数不小于1.5。
5.2.2.2 最危险滑弧位置的确定
上述滑动圆弧的圆心和半径是任意选定的,求出的稳定安全系数不一定是最小的。最小安全系数必须经过试算才能得到。如何用最少的试算次数找到最小的安全系数,主要有两种方法。
(1)B.B方捷耶夫法。该法最小安全系数的滑弧圆心在扇形范围内,见图5-1。此扇形面积的两个边界为由坝坡中点a引出的两条直线,一条铅垂线,一条与平均坝坡线成85°角;另外两个边界为以a为圆心所作的两个圆弧,内外弧半径。内外弧半径R内R外,查附表5-2所示。
表5-2 R内、R外值表
(2)费兰纽斯法该法认为最危险的滑弧的圆心在图4—3所示直线M1M2的延长线附近,图中H为坝高?1、?2值查附表5-3。
图5-4求最小稳定安全系数
表5-3
上述两种方法,适用于均质坝,其它坝型也可参考。实际运用时常将二者结合应用 ,即认为最危险的滑弧圆心在扇形面积中eg线附近, 并安以下步骤计算最小安全系数。 1)首先定出距坝顶为2H、距坝址B为4.5H的M1点再从坝址B和坝顶A引出直线
BM2和AM2,它们分别与下游坝坡及坝顶成?1、?2角,并相交于M2点,连接直线M1M2,再用方捷耶夫法给出bcdf,这样即可定出eg线。
2)在eg线上选取几个圆心O1、O2、O3等,分别作通过B点的滑弧,然后按公式分别计算安全系数K,并按比值将K值标在相应的圆心上,且连成曲线找出最小的K值。
3)再通过eg线上K值最小的点,作eg的垂线N—N,并在N—N上选几个圆心如O4、O5等,分别过B
作圆弧并计算K,找出 N—N上最小值,一般认为该K值即为通
过B点的最小安全系数,按比例画在B点[ 有时为了更精确,还要通过N—N线上K值最小的点再做垂线N1—N2(图中未画出)求出其上最小K值。
4)而后根据坝基土质情况,在坝坡上或坝址外在选数点B、B2、B3等,同上方法求出最小安全系数K1、K2、K3等并按比例标在B、B2、B3点上,与B点K连成曲线找Kmin。
5.2.2.3瑞典圆弧法求坝体稳定安全系数
1.基本公式
图5-5 总应力法计算稳定安全系数
1-- 坝坡面;2 -- 浸润线;3 -- 下游水面 ;4 -- 地基面;5 -- 滑裂面
为简化分析,现只考虑自重荷载。对如图4—4,所示的坝坡,以i 土条为例,其自重Wi??ibHi,式中Hi为土条高度,为b土条宽度,?i为土壤容重。自重Wi在滑动面上的切向分力Ti?wisin?i起促滑作用,法向分力Ni?wicos?i在滑动面上产生摩擦力体抗滑作用。式中?i为土条底部重点所在半径与铅直线的夹角,?i是土条在滑动面处的内摩
ci为该土条在滑动面处土壤的单位凝聚力。擦角。滑弧li长度上的凝聚力cili起抗滑作用,在滑动面上总滑动力为?Wisin?i,总抗滑力为?Wicos?itan?i??cili,分别对圆心O取力矩Ms?R?Wisin?i,抗滑力矩Mr?R(?Wicos?itan?i??cili),则坝坡稳定系数K为
1321
河北工程大学毕业设计(论文)
MrWicos?itan?i?ciliK= ?
MsWsin?ii
上式即为瑞典圆弧法的基本公式 2.稳定渗流期坝坡稳定计算
当采用总应力法时,由于稳定渗流期土体已经固结,应采用固结不排水剪试验的总应力强度指标ccu、?cu。途中计算时,浸润线以上采用湿容重,浸润线与坝外水位之间采用饱和容重,坝外水位以下采用湿容重见图4—3。则滑弧稳定系数为 ?Wicos?itan?cu??ccubsec?i k?
Wisin?i
但采用有效应力法时,可应用流网确定土条的超静空隙水压力,(ui??Z)bsec?(Zi
为土条地面中心至坝外水面的高差,例如图4—4中i土条,Z?h3?h4),从自重的法向分力中扣除,同时采用有效应力强度指标,则滑弧稳定安全系数为
Wicos?itan?cu?(ui??Z)bsec?i]tan?i'?ci'bsec?ik ?
Wsin?ii
详细计算如下表格所示
- 31 -
表5-4
- - 32
表5-5
- - 33
表5-6
- - 34
表5-7
- - 35
表5-8
- - 36
表5-9
- - 37
- - 38
- - 39
- - 40
6.土石坝的构造设计
6.1 坝顶
为防止防渗体干裂和雨水冲蚀,满足维修和防汛要求。坝顶应做成护面,护面作成柔性护面,以使用坝顶变形和及时发现坝体裂缝,护面多采用密实的黄泥灌浆碎石,其下设碎石垫层坝顶顶高程为:181.8,为排除雨水,坝顶应作成两侧或一侧的横坡,坡度为2%—3%坡面末端设纵向排水沟,以汇集坝顶雨水,排水沟端面尺寸为0.2m×0.2m 在坝顶上游做稳定坚固和不透水的防渗墙,且基础坚固地埋入坝内并于防渗体紧密结合,墙底与防渗体顶部接触渗径长度La,应满足La>KaH。
防浪墙用浆砌石,墙顶高出坝顶1.2米,高程为183米,墙厚为0.5米墙内应设伸缩缝,间距为15米,缝内设止水。
坝顶下游设边石,采用浆砌石修筑,厚0.4米顶面高出路面约0.2米,边石内每隔60米设排水孔,以将坝顶排水沟的雨水经坝面排水沟排至下游。
坝顶细部构造图
6.2护坡与坝坡排水
土石坝的上游要承受波浪套刷,冰层和漂浮物的撞击,顺坡水流的冲刷等破坏作用,下游坝面受雨水,大风动胀干裂尾水部位的风浪,冰层动植等的破坏作用,因此,上下游坝面上游坝面都设置护坡,
护坡范围,上游一般从把顶至水库最低水位以下2.5米处,四级以下的坝可以护至最低水位以下1.5米至2.0米。最低水位不确定或坝高不大的坝可以保护至排水体顶部,无排水体时护至坝脚。
1)上游护坡:上游采用混凝土板护坡。
该型式的护坡多用于石料缺乏的地区。采用正六边形的预制板,边长为0.3m,厚度为20cm,其下厚度30cm的碎石和厚度为30cm的砂砾石垫层,护坡范围至坝脚。见
图6-1.
1:3
.00
1:3
.25
1:
1.
50
200
.501:3
51100
130
图6-1上游混凝土板护坡
2)下游护坡
下游护坡工作条件较好,可以设置干砌石护坡,厚0.3米,下面设厚度为0.2米的碎石垫层,护坡范围上至坝顶下至坝脚。见图6-2.
3)坝面排水
为防止雨水冲刷,下游坝面常设置纵横连通的排水沟,沿着坝体与岸坡结合处,也设置排水沟以拦截山坡上的雨水。纵向排水沟沿马道内侧布置,沿着坝轴线方向,每隔100米设置一条横向排水沟。见图6-3.
()坝坡排水平面图
图6-3 坝坡排水图()()
图6-4 棱体排水体
6.3坝体排水设备
本设计采用棱体排水,排水体高程为110米,顶宽6米,内坡1:2 ,外坡1:如图6-4所示。
。
1.5
7. 沉降量计算
土石坝的沉降包括坝体和坝基两部分,计算内容于范围由工程等级,设计阶段与地基的特性而定,坝体沉降量的计算一般按单向压缩分层总和法计算,不要求十分精确,坝基沉降量计算一般也按单向压缩分层总和法计算不要求十分精确,在一定的假设条件下粗略计算就可以满足要求,由于本次设计提供的资料不全,坝体沉降量仅作简单的方法说明列出其步骤,坝基沉降计算作简单计算,以便掌握基本设计方法。 7.1坝体的沉降量计算
计算坝身最终沉降量时,需要有大的压缩实验的成果,即压缩曲线,因本次设计资料不全,缺少关键资料,在此仅作简单的方法说明,列举步骤,以使本设计系统化。 ⑴ 基本假定
① 坝体中任何一点因自重所引起的垂直应力等于该点上面土粒的重量。 ② 坝体中最大沉降量发生在坝轴线附近。 ③ 坝体土料在压缩时不发生侧向膨胀。 ⑵ 方法与步骤 ① 绘制压缩曲线
用计划采用的坝料,按设计填筑标准(设计含水量与干容重)制备击实试样,经饱和后,进行压缩试验,便可得压缩曲线,如图7-1所示
一般计算土坝压缩时为了简化计算起见,在压应力的一定范围内以直线代替压缩曲线如图3-8,显然开始压应力p1与终结压应力p2愈接近则误差愈小,根据图3-8得:
e2?e1?(p2?p1)tg??e2??p[4] (7-1)
式中:?——压缩系数(其值与p1及p2有关)
图7-1 压缩曲线
② 坝体分层
土坝坝体分层时,分层厚度可随坝高而变,其厚度一般不大于
11~坝高,在此510
设计坝高69m,可分为五层,逐层计算沉降量求其和。其计算公式如下:
aipihinai(pi2?pi1)hi
s????
11?e11?eii1
n
[5]
(7-2)
式中:hi——分层计算的土层厚度,cm
?1
pi1——第i层土1/2高度处本层土柱的有效重,等于hi?(1??),㎏/cm2
2
pi2——第i层土1/2高度处至坝顶或坝面的土柱自重,㎏/cm2
e?eai?i1i2
pi2?pi1
ei2——pi2压应力下的孔隙比 ?——填土的起始孔隙压力系数 ③ 沉降量计算
?
[5]
(7-3)
ei1——pi1有效重量压应力下的孔隙比,ei1可采用设计初始孔隙比e0
由于本设计缺少坝体材料的压缩曲线及其一些参数,故在此未作详细计算,只对其方法与步骤做详细阐述,以明白其具体过程。 7.2坝基沉降量计算 ⑴ 沉降计算的基本假定
① 坝基面上各点的压应力等于其上土坝的土柱自重。
② 坝基内应力分布系假定从坝基向下作45扩散,并在每个平面上按三角形分布,三角形顶点与坝身自重合力作用线吻合(如图3-9)。 ③ 压缩时不发生侧向膨胀。 ⑵ 沉降量计算
为了计算简便,将坝体视为单一材料-砂砾料,坝坡坡度采用平均坡率,只计算坝轴线处的沉降量。图7-2。
2
2
2
2
图
计算公式:
坝基沉降计算简图
2R1??2y10
(7-4)
L?x
p?pmax
L
pmax?
式中:pmax——层面上最大垂直压力,㎏/cm2 p——层面上各点的垂直压力,㎏/cm2 R——坝自重的合力,t ?——坝的底宽,m
y——计算层面至坝底面的垂直距离,m
L——由压应力三角形顶点至端点的水平距离,m x——由压应力三角形顶点至计算点的水平距离,m
计算坝基沉降量应用的公式与计算坝体沉陷量应用的公式相同,p系用上式求出,坝基土亦分层进行沉陷量计算,其总和即为总沉陷量。 即:
aph
s??iii (7-5)
11?ei1
n
[5]
式中:hi——分层厚度,cm
ai?
ei1?ei2
——用原状土进行压缩试验求得的压缩系数
pi2?pi1
ei1——该层原状孔隙比
ei2 ——筑坝后该层孔隙比(用原状土做压缩试验求得)
pi1——未筑坝前的压力,Pa
pi2?pi1?pi——筑坝后的压力,Pa pi——用上两式直接求得
坝基分层时,每层厚度应不大于坝基土层厚度的1/5~1/10。具体计算时,由于缺少原壮土的压缩曲线,未能做详细计算,故在此只对坝基沉降量进行估算,其公式为:
Ph
S= (7-6)
Eo 式中 : S——基础压缩变形
Eo——砂砾石弹性模量,一般随地基深度而增加,计算时可取平均值 P——基础表面承受上部坝体自重应力 h——沙砾层的厚度 受压区深度计算公式为:
y
a?0.25B (7-7)
当坝基内可可压缩土深度y?ya,其下面为不可压缩的土或岩盘时,则受压区的深度采用y
当计算的受压区深度ya?0.25?,垂直压力的采用可不必考虑其沿深度扩散的影响,而以坝基面的垂直压力作为坝基各层土的垂直压力。 ⑶ 计算过程 ① 坝体自重
取单宽,已知?干=1.8t/m3;坝顶宽b=12m;坝高h=106.8m;坝底长
??618.39m
11
则坝体自重:R?(??b)???(12?618.39)?106.8?1.8?60593.09t
22
② 受压区深度
ya?0.25B
?0.25?618.39 ?417.13m
由于坝基内可压缩土层y?21.5m;y?ya且ya?虑,垂直沿深度扩散的影响。 ③ 沉降量计算
1
?,则受压区深度采用y而考4
知h=22mE0?1?5a1k;0p2R12?6059309
Pmax????1893.86KPa
B?2y1010?618.39?2?21.5ph1829.53?22
则,s???0.407 5
E01?10 已④ 结论
;
由于坝轴线处沉降量最大达0.407, 满足要求,故其它位置也能满足要求,在此不作详细计算。
8.地基处理
8.1坝基清理
大坝基础至于坝脚线外10米范围内的树林,树跟耕枯土,垃圾,工厂资料地表块石,块体,梯田更及田边块石,河床池塘中的淤泥,沙壤土等的清理,地址勘探的钻孔,试坑平洞井等均需要回填,坝基清理后,应平整密实,无明显的陡坎和台阶,坡度应削成倾斜的接触面,不应成台阶状,边坡或突然变坡,岩石岸坡不陡于1:0.75,土质岸坡不陡于1:1.5地表平均清除厚度为1米,应对坝基进行平整,震动碾压或夯板夯实。 8.2坝的防渗处理
学习过的坝基防渗措施有截水槽,板铺盖,混凝土防渗墙,帷幕灌浆,化学材料灌浆等。渗流控制的原则是“上游堵,下游排”。由于本坝址基岩为闪云斜长花冈岩,属怪硬岩石类。故本设计采用截水槽与帷幕灌浆相结合。 8.3土石坝与坝基的连接
于坝体是建基岩上的所以本坝在坝底做混凝土齿墙与坝基连接。具体见图8-1
图8-1 土石坝与坝基的连接
9.土石坝土料的选择
土石坝是就地取材的建筑物,筑坝地点大都储藏着几种土料,因此选择一种或几种土料作为建筑材料是设计土坝的一个重要组成部分,根据坝体各部位不同的工作条件,合理的选择性的相应的土石料及布置区域。不同的部位土石料的选择及其布置有不同的要求。
9.1坝壳的土石料选择要求 使用于填筑坝壳的土料应满足:
1)填筑坝壳的土石料应有较好的透水性,以减小坝体内孔隙压力和渗透力。 2)具有较强的抗剪强度以减小坝体工程量。
3)具有一定抗渗稳定性,不易发生管涌,土料级配要好,不均匀系数宜大些。 4)应有较好的抗震稳定性,不宜遇震发生液化流动
基于以上考虑要求,坝壳材料采用沙砾石料,渗透系数为5.79×10-3cm/s. 9.2防渗体土石料的选择要求 防渗体对土石料的要求
1)具有一定的不透水性,要求渗透系数k
基于上述要求本设计防渗体采用黏土、重壤土等黏性土料,其渗透系数为10-6cm/s 9.3对排水设施和护坡的结构布置
用于排水设施和护坡石料,应具有较高的抗压强度,良好的抗水性,不宜溶蚀,并具有抗冻融性和抗风化性,饱和抗压强度应不小于40MPA或50MPA 软化系数(饱和抗压强度与抗压强度之比)不小于0.75或0.85,岩石孔隙不大于3%,吸水率(按孔隙体积比计算)不大于0.8,容重应大于22KN/m3 可以采用块石,卵石,砾石,沙石 。
基于以上要求,排水设施应采用棱体排水,护坡采用干砌石护坡。 9.4反滤层的结构布置 反滤层应具有下列的要求:
1)未经风化与溶蚀,而且坚硬,密实耐风化以及为水溶解. 2)透水性很大,要求渗透系数至少大于1×10-5cm/s 。 3)具有一定的抗剪强度. 4)没有塑性.
5)具有高度的抗水性和抗冻性.
6)砾粗间有较好的透水性,粒径d〈0.1mm 颗粒含量应小于5%.
基于以上要求,反滤料采用砂砾料。
10. 工程量计算
10.1 坝基开挖工程量计算
表10.1 坝基开挖工程量计算表
10.2 坝体工程量计算
范文四:什么是超轻粘土
一、超轻粘土介绍
超轻粘土只是纸黏土里的一种,简称超轻土,捏塑起来更容易更舒适,更适合造型,且作品很Q,是
一种新型环保、无毒、自然风干的手工造型材料。
二、超轻土的主要成分
超轻土成分包括发泡粉、水、纸浆、糊剂,由于膨胀体积教大,比重很小,一般为0.25~0.28,做出
来的作品干燥后的重量是干燥前的1/4,极轻而又不容易碎。
三、超轻土的特性
1、超轻、超柔、超干净、不粘手、不留残渣。
2、颜色多种,可以用基本颜色按比例调配各种颜色,混色容易,易操作。
3、作品不需烘烤,自然风干,干燥后不会出现裂纹。
4、与其它材质的结合度高,不管是纸张、玻璃、金属、还是蕾丝、珠片都有极佳的密合度。干燥定型以
后,可用水彩、油彩、压克力颜料、指甲油等上色,有很高的包容性。
5.干燥速度取决于制作作品的大小,作品越小,干燥速度越快,越大则越慢,一般表面干燥的时间为3小
时左右。
6.作品完成后可以保存4到5年不变质不发霉。
7.粘土本身安全无毒,但其组分含有有几发泡粉和防腐剂等,由于发泡粉质情被物体的吸附性强,防腐剂
吸入后也是有害的,故避免3岁小孩独立玩耍,以免小孩放进嘴里。
四、超轻纸粘土的用途
1、手工艺捏塑素材:适用于玩偶、公仔、胸针、发饰、浮雕壁饰、镜框、仿真花等的制作。
2、是制作宝宝手足印的绝佳素材,因为它无毒环保对宝宝的皮肤没有伤害。
3、美劳教育最佳素材:可以用于中小学美术教学,并可用于亲子DIY活动。它是家庭、个人、陶吧及
各类娱乐场所自娱自乐的手工艺捏塑材
五、超轻纸粘土使用方法与注意事项
1、产品使用前要充分揉捏。
2、产品使用后要密封保存,避免阳光直射。
3、产品使用时表面如有干硬状请喷洒少许水。
4、产品喷洒水时如有掉色请继续揉捏,使粘土吸收掉色。
5、产品制作完成后请自然干燥,无需加热干燥。
6、不适合三岁以下儿童使用,慎防儿童吞食。
六、超轻纸粘土
又称为弹跳泥,太空泥,创意泥,魔幻粘土,超轻粘土是一种无毒、无味、无刺激性新型环保工艺材
料(产品符合:GB21027-2007;EN-71,ASTM-D4236等标准。),属粘土类,弹跳泥最早诞生于德国并逐渐传
遍整个欧洲,后经日本、韩国、台湾传至中国大陆。该材料可塑性强、色彩艳丽,手工者可自由揉捏、随
意创作。是一种集陶土、纸粘土、雕塑油泥、橡皮泥等优点集于一身
的最新手工创作材料,它可与木头、
金属片、亮片、玻璃等材质完美结合使用,由弹跳泥制作的作品不需要烧烤,在24--48小时内可自然风干
且有弹性、不碎裂,可以永久保存。
范文五:粘土心墙堆石坝
近期完成的类似工程及正在施工承建的主要工程
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