河海大学水利水工建筑物复试-土石坝

土石坝一、土石坝得以广泛应用和发展的主要原因（优点）是：(1)可以就地、就近取材、节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量。(2)能适应各种不同的地形、地质和气候条件。(3)大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝故施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了高土石坝建设的发展。(4)由于岩土力学理论、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。缺点：（1）坝体不能泄流，需另开溢洪道（2）施工导流不便，增加了工程造价（3）坝体断面大，涂料填筑质量易受气候影响，给施工带来不便，甚至延长工期，增加造价二、土石坝的类型按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，碾压式土石坝可分为以下几种主要类型：(1)均质坝。坝体主要由一种土料组成．同时起防渗和稳定作用。(2)土质心墙坝。由相对不透水或弱透水土料构成中央防渗体．而以透水土石料组成坝壳(3)土质斜去墙坝。由相对不透水或弱透水土料构成上游防渗体，而以透水土石科作为下游支撑体(4)多种土质坝。坝体由多种土料构成，以细粒土料建成中央或靠近上游的防渗体．坝体其它部位则由各种粗粒土料构成(5)人工材料心墙坝。中央防渗体由沥青混授土或混凝土、钢筋混凝土构成，坝壳由透水或半透水土石料组成渗流分析的水力学方法和流网法(一)水力学方法水力学方法可用来近似确定浸润线的位置，计算渗流流量、平均流速和坡降。(二)流网法流网法是一种图解法。四、土坝的渗流变形及其防护(一)渗流变形形式(1)管涌。指坝体和坝基土体中部分颗粒被渗流水带走的现象。(2)流土。指在渗流作用下，粘性土及均匀无粘性土体被浮动的现象。(3)接触冲刷。指细粒土(砂土或粘土)与粗粒土交界面上，细粒土被渗流水冲动发生破坏的现象。此时渗流方向与交界面平行。土石坝的防渗设计在于选择好筑坝土料以及坝的防渗结构形式、过渡区和排水反滤等，以防止渗流变形对坝的危害。防渗体用以控制渗流，减小逐出坡降和渗流量。过渡区用以实现心墙或斜墙等防渗体与坝壳土料的可靠连接，并防止渗流变形。反滤则是实现坝体、坝基与排水的连接，防止管涌与流土。(二)渗流变形的防护标准(1)管涌。取决于土的颗粒组成和渗流坡降。(2)流土。土石坝的稳定分析一、概述作为稳定分析基础的土的强度与破坏理论，目前获得比较广泛应用的是摩尔一库伦理论，摩尔认为，土体主要发生剪切破坏，破坏面上法向应力和剪应力之间存在一定的函数关系tgc土的抗剪强度有两种计算方法：总应力法与有效应力法。三、稳定分析方法(一)简单条分法——瑞典圆弧法瑞典圆弧法假定土坡失稳破坏可简化为一平面应变问题，破坏滑动面为一圆弧形面，将面上作用力相对于圆心形成的阻滑力矩与滑动力矩的比值定义为土坡的稳定安全系数。计算时将可能滑动面以上的土体划分成若干铅直土条，略去土条间相互作用力的影响(二)简化的毕肖普(Bishop)法．简单条分法不满足每一土条力的平衡条件，一般使计算出的安全系数偏低，为使问题可解，毕肖普假设可略去土条间的切向力xi，，故称简化的毕肖普法(三)折线滑动面与复式滑动面的稳定分析无粘性土的坝坡：心墙坝的上、下游坝坡、斜墙坝的下游坝坡、斜墙的上游保护层以及保护层连同斜墙的滑动，常形成折线形的滑动面。四、提高土石坝抗滑稳定性的工程措施1、坝脚加压重或放缓坝坡2、加强防渗导渗措施3、加固地基三、反滤料、过渡料及排水材料应采用质地致密坚硬，具有高度抗水性相抗风化能力的材料，风化料一般不能用作反滤料。宜尽用天然砂砾料筛选。没有天然砂砾料时宜选用抗水性和抗风化性能力强的母岩材料土石坝的构造一、防渗体(一)土质防渗体防渗体：是指这部分土体比坝壳其他部分更不透水，它的作用是控制坝体内浸润线的位置．并保持渗流稳定。防渗体的主要结构形式为心墙和斜墙。心墙和斜墙的厚度，决定于土料的容许坡降。防渗体顶部在静水位以上,心墙、斜墙与坝壳和截水槽与坝基透水层之间．以及下游渗流逸出处，都必须设置反滤层。(二)沥青混凝土防渗墙沥青混凝土具有较好的塑性和柔性，渗透系数约为10-7一10-10cm/s，所以防掺和适应变形的能力均较好．产生裂缝时，有一定的自行愈合的功能，而且施工受气候的影响也小，故适于用作土石坝的防渗体材料。沥青混凝土防渗体可作成斜墙或心墙。二、坝顶和护坡(一)坝顶坝顶可采用碎石、单层砌石、沥青或混凝土路面。(二)护坡上游护坡的常用形式为砌石或堆石土石坝下游坝面除排水棱体外需全部护砌。为避免雨水漫流冲刷坝坡坡面三、坝体排水和反滤层土石坝渗流控制的基本原则是防、排结合，排水和反滤是其重要的组成部分。排水的作用是：①控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定②保护下游坝坡兔遭冻胀破坏。反滤层作用：滤土排水，保护渗流出口，防止坝体和坝基发生管涌、流土等不利渗透变形。(一)坝体排水(1)棱体排水。又称滤水坝趾，它是在下游坝脚处用块石堆成的棱体1）、注意：棱体与坝体以及土质地基之间均应设反滤层。在棱体上游坡脚处应尽量避免出现锐角。2）、特点：①可降低浸润线，②坝坡冻胀和渗透变形，③防止保护下游坝脚不受尾水淘刷④支持坝体和增加坝体稳定⑤石料用量大，费用高，检修困难。3）、适用：较高的土坝及石料较多的地区。(2)贴坡排水。又称表面排水，1）、形式：用一二层堆石或砌石加反滤层直接铺设在下游坝坡表面．不伸入坝体的排水设施2）、优缺点：构造简单，用料节省，施工方便，易于检修。但不能降低浸润线，且易固冰冻而失效。（3）褥垫排水：1)用块石、砾石平铺在靠下游侧的坝基上2）特点：下游无水时，能有效降低浸润线，有助于坝基排水，但对不均匀沉降的适应性较差，当下游水位高于排水设备时，降低浸润线的效果明显降低，我国应用较少。（4）混合式排水：将上述几种排水混合使用。四.裂缝处理1)对表面裂缝，先用砂土填塞，再以低塑性粘性土封填、夯实。对深度不大的裂缝，也可将裂缝部位的土体挖除。2)对深部裂缝，可进行程浆处理。3)对严重的裂缝，可在坝内做混凝土防渗墙(参见本章第八节)。土石坝的坝基处理处理的主要要求是：控制渗流，减小渗流坡降，避免管涌等有害的渗流变形，控制渗流量；一、岩基处理①当岩基上的覆盖层较薄时，只需将防渗体座落在岩基上形成截水槽②防渗体与基岩的接触面要求结合紧密，一般设。③帐幕灌浆，用以提高其不透水性、强度和完整性，减小惨流坡降，减少渗漏损失。④对断层破碎带等不良地质构造。处理方法可采用水泥或化学材料灌浆、混凝土塞、混凝土防渗墙，或加宽心墙，加设防渗铺盖，作好排水反滤等．用以阻截渗流，防止管涌和溶蚀。二、砂砾石坝基处理1、砂砾石地基特点：承载力一般也是足够的；而且压缩性不大。在砂砾石地基上建坝的主要问题是进行渗流控制，解决方法是做好防渗和排水，2、主要措施：1）粘土截水墙；①深度由透水层决定②宽度由渗流坡降决定当坝基砂砾石层不太深厚时，截水槽是最为常用而又稳妥可靠的防渗设施。2)砼防渗墙；深厚砂砾石地基采用混凝土防渗墙是比较有效和经济的防惨设施3）帷幕灌浆；4）防渗铺盖用粘性土料修筑铺盖与坝身防渗体相连接，并向上游延伸至要求的长度，也是土石坝常用的防渗设施。铺盖的作用是延长渗径（不能完全截断渗流），从而使坝基渗漏损失和渗流坡降减小至容许范围以内。5）下游排水减压设施6）盖重反压三、细砂、软粘土和湿陷性黄土坝基处理1、细砂等易液化土坝基⑴砂土层薄时：①挖除②在易液化土层的人工加密措施中，对浅层土进行表面振动加密⑵砂土层较厚：①对深层土则以振冲、强夯等方法较为经济和有效。②用上下游截水墙或板桩封闭③砂井：在坝址处降低渗透压力2、软粘上坝基必须做时可采用以下措施①对埋藏浅的软粘土：尽可能将其挖除。②对埋藏深的软粘土：设排水井、加速算秃的固结、振冲器3、湿陷性黄土坝基处理措施：挖除、翻压、通过强夯、预先浸水处理（使湿陷量大部在建坝前或施工期完成）四、淤泥层的处理1）特点：地基中的淤泥夹层，天然含水量高、容重小、承载力低。2）处理方法：①埋藏浅的挖除②埋藏深的用反压法