峁水河水库土石坝设计说明书

1、目录目录1第一章 基本资料31.1枢纽概况及工程目的31.2 基本资料31.2.1 水文资料31.2.2气象条件41.2.3工程地质条件51.2.4 当地建筑材料61.2.5交通条件61.2.6施工条件7第二章 枢纽布置92.1 坝轴线的选择92.2 坝型的确定92.2.1各种坝型的特点92.2.2坝型的确定112.3枢纽布置12第三章 坝体剖面设计143.1 坝顶高程的确定143.2坝体结构设计153.2.1坝顶宽度153.2.2 坝坡与戗道163.2.3 坝顶高程163.2.4 坝体排水设备选择及尺寸拟定173.3 坝体渗流计算183.3.3 土料的计算193.3.3.1 粘性土料的设计1

2、93.3.3.2 坝壳砂砾料设计213.4 渗流计算223.4.1 计算方法233.4.2计算断面及计算情况的选择243.4.3 计算结果253.4.4渗透稳定演算263.4.5 成果分析与结论263.5坝坡的稳定计算263.5.1计算原理263.5.2 计算工况28第四章 细部结构设计314.1 坝基处理设计314.1.1.河床部分314.1.2 坝肩处理314.2 抗震设计324.2.1 拟静力法抗震稳定分析324.2.2 计算工况及方法324.2.3 计算成果分析324.2.4 三维地震反应分析334.2.5抗震设计344.3 坝体与坝基、岸坡及其他建筑物的连接364.3.1 坝体的布置

3、364.3.2 泄水方案选择404.3.2.1 隧洞选择与布置404.3.2.2 隧洞的体型设计404.3.2.3 隧洞水力计算424.3.2.4 隧洞的细部构造444.3.2.5 放空洞设计45第一章 基本资料1.1枢纽概况及工程目的峁水河水库位于甘肃省礼县境内的峁水河上，距下游礼县县城30km，峁水河是长江流域嘉陵江水洗西汉水上游的一条支流，控制流域面积167平方公里，峁水河水库总容量是1532万m3,灌溉面积为4万亩，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的中型水库。水库枢纽工程的主要建筑物有大坝、输水洞、溢洪道等。根据工程的规范及其在国民经济中的作用，按水利水电工程等级划分及洪水标

4、准（sl252-2000）规定，水库属等中型工程，主要建筑物按3级设计，其他建筑物按4级设计。1.2 基本资料1.2.1 水文资料1、年径流；峁水河发源于北秦岭西部的尖山、土棚、芦子滩三个地区，自西北向东南流，于坝址下游16 km处，流入盐关河再汇入西汉水。年径流由年降雨产生。年径流在地区与时间上的分布与年降雨量基本一致。年径流在年际间的变化悬殊，经分析采用的数据1959-1999年的资历，多年的平均流量为0.591m3/s，cv=0.27,cs= 2 cv 。不同频率的年径流量见表1-1。表1-1不同频率的年径流量表频率（%）255075多年平均q（m3/s）0.7010.5820.4700

5、.591w（万m3）2239.061834.601482.191863.782、洪水；本流域洪水均由暴雨形成，暴雨历史短，均不足一天，实测到得最大日降水量141.7mm（1966年7月21日）。暴雨以6-9月为最多，迟至十月份，早期在四月份也有出现。洪水过程与暴雨历时相应，洪水大小决定暴雨强度。由于上有河道及支沟较陡，故洪水多陡涨陡落，总历时约为一天，涨水历时仅2-3小时，大都呈单洪峰型，但如遇连续暴雨则呈多洪峰型，（如1966年7月末的洪水）；另外，本流域为双干型，当暴雨走向先支后干，自南而北，则干支流汇流时间略有错峰，亦会表现为上峰型式。由频率分析法求得计算成果见表1-2 。表1-2 洪水

6、计算成果表项目洪峰流量（m3/s）洪量（万m3）12h特征值均值115116cv1.221.35cs / cv2.5频率%0.1113022.430.299220.75168515.74255913.78539611.233、泥沙；峁水河泥沙来源在地区上分布和洪水在地区上分布时一致的。本地区泥沙在年内分配比年径流更集中。汛期输沙量占年输沙量的95%以下，而汛期沙量又集中在几次大洪水。年际之间沙量变化悬殊。由统计分析得知，峁水河坝址以上多年平均输沙量为37.34万m3，多年平均含沙量为20.0kg/m3。1.2.2气象条件全流域地处甘肃省东南部，冬季为蒙古高压气流控制，夏季受太平洋、阿留申、孟加

7、拉湾低压气流的影响，冷气流的相对运动，尤其是西南部暖湿水气沿嘉陵江河谷北上，均降雨量为455mm。流域多年的平均气温为9o c，日温度变化大。离坝址较近的红河雨量站实测最高气温34 o c（61年8 月8日），最低气温-24.5 o c（72年2月9日），多年平均无霜期162天，河道一般为12月初封冻，次年3月上旬解冻，冻厚20cm。多年平均最大风速15m/s，水库风区长度为3km。1.2.3工程地质条件1、区域地质概况峁水河河谷开阔，河道两侧为剥蚀型黄土低山区，两岸发育-级阶地。级阶地紧贴河床不太发育；级阶地为现代主要耕作川区；级阶地在坝址区仅见左岸有残缺不全的分布，并有明显的二元结构表层位

8、黄土状重粉质壤土，下位1-2m厚的沙砾石层，基下为第三系红色沙砾岩。本区内所见最古老的底层为上泥盆统大草滩群浅海相之碎屑岩，另外还分布有下第三系红层、第四系堆积物。2、地址构造与地震工程区在大地构造单元上属北秦岭地槽之山钱拗陷带。本地区地质构造复杂，全区地震频繁，特别是盐关、礼县一带的地震对峁水河水库的影响大。根据甘肃省地震烈度图（50年超越概率10%），本区基本烈度为9度。3、库区工程地质条件库区两岸基岩为下第三系红色砂砾岩、粘土岩及上泥盆统黄色紫色泥质页岩夹石英砂岩、黑色炭质页岩夹石英砂岩。库内无区域性的通向邻谷的深大断层。一般小的断裂均在库内发生和尖灭，影响不大。库区及支沟内均有不透水的

9、第三系红色粘土岩，砂砾岩出露，此种岩石胶结致密，不会漏水，经过对库区内断层的勘探分析，水库向外流域及下游漏水的可能性很小。4、坝址区工程地质条件1) 地形地貌：水库库区河谷教开阔，宽度一般为500-600m，库区两岸山坡平缓。2) 覆盖层：河床3-11m为冲洪积砂砾石层。3) 底层岩性：大坝左端与毛芦山接肩，毛芦山整体岩石较完整，基本抗水，作为坝肩是稳定可靠的，亦无绕坝渗漏之患。大坝右坝肩为厚达29m的黑色淤泥质重粉质壤土，结构致密，土质较硬，垂直渗透系数2.410-5cm/s，不会产生绕坝渗漏现象。 1.2.4 当地建筑材料当地建筑材料主要为坝体填筑土料，混凝土粗、细骨料、块石料等。1、 土

10、料：大坝所需土料取自水库下游约3km右岸山坡和山顶上，为黄土状中粉质重粉质土壤，粉粒含量69%左右，易溶盐含量0.041%，有机质含量0.97%，属低中压缩性壤土，层厚5-10m左右，开采储量10-15万m3，可满足工程需要。2、 砂、砾石料：砂料分布在库下游4km石嘴河床中，该处河道开阔，沙砾石层最厚达11m，潜水埋深1.1-1.5m，沙砾石中砾石约60%左右，砂占30%，砂料平均粒径0.6-0.64，细度模数为3.2-3.36，储量满足工程需求。3、 块石料：块石料场位于水库上游25km的白草沟中，主要为上泥盆统厚层石英砂岩，质地坚硬，表面微分化，其质量技术指标及储量均满足工程要求。4、

11、壤土试验有关指标：干重度16.5kn/m3，湿重度18.5 kn/m3，浮重度10.6 kn/m3，饱和重度20.6 kn/m3，粘结力19kpa，内摩擦角18o，渗透系数2.410-5cm/s；5、 可供作堆石排水体的石料有关指标：干重度19.50kn/m3，饱和重度22.30kn/m3，浮重度12.30 kn/m3，湿重度20.30 kn/m3，内摩擦角31o，渗透系数1.210-2cm/s；6、 河槽底部沙砾石的有关指标：干重度10.20kn/m3，饱和重度22.30kn/m3，浮重度12.30 kn/m3，湿重度20.30 kn/m3，内摩擦角30o，粘结力为0，渗透系数1.710-3

12、cm/s；1.2.5交通条件 峁水河水库距礼县县城30km。自库区有公路通往盐关、礼县、杨家寺、天水等地，施工交通尚属便利，坝顶无交通要求。1.2.6施工条件 大坝右岸及坝下游地形较平坦、开阔，便于布置施工场地，本库区已有10kv变压器一台，只需架设0.5km输电线路至坝面，并增设250kva变压器一台即可。表1 -3水库规划及建筑物特性指表项目单位数量备注水位校核洪水位m229.70p=0.1%设计洪水位m228.87p=1%正常蓄水位m228.90汛期限制水位m228.30死水位m226.25 库容总库容万m31532.00调洪库容万m3267.91兴利库容万m3396.86死库容万m39

13、52.00主坝坝型土石坝坝顶高程m231.89最大坝高m31.89溢洪道孔数孔5堰顶高程m225.70闸孔尺寸（宽高）mm55.3单宽流量m3/(sm)16.8消能方式挑流设计泄洪流量m3/s293.74校核泄洪流量m3/s419.22输水洞型式圆形压力洞进口底部高程m216.0洞径m4.0洞长m100.0闸孔孔数（进口）孔1闸孔孔数（出口）孔2最大输水量m3/s116 第二章 枢纽布置坝型选择根据坝址特点，各种坝型特点，比较各种坝型是否适合坝址特点确定。枢纽布置按照便于施工，利用地形的原则，合理布置。包含水利枢纽建筑物的确定，各建筑物适合不同地形确定枢纽布置。2.1 坝轴线的选择经过比较选择

14、地形图所示河弯地段作为坝址，并选择ii、iiii两条较有利的坝轴线，两轴线河宽基本相近，从而大坝工程量基本相近，从地质剖面图上可以看出：ii剖面，跨度较小上游市开阔的河道便以蓄水，所以将坝轴线选择ii处。图2-1 -坝址纵剖面图2.2 坝型的确定2.2.1各种坝型的特点考虑比较四种比较常用的坝型：混凝土拱坝坝型；混凝土重力坝坝型；土坝坝型；支墩坝；土石坝。其中土石坝又分为土石心墙坝，土石斜墙坝，心墙堆石坝，混凝土面板堆石坝。1、混凝土拱坝坝型：拱坝依靠两岸岩体承担拱推力，抗滑稳定由两岸岩体决定，拱内应力分布均匀，有利于材料强度的发挥。节约材料，坝身可以开孔过流，不需要另外设置泄洪建筑物，坝身轻

15、，抗震性能好 。但是导流不方便，并且要求坝址河岸岩体要好，要是v型河谷。所以对坝址要求比较高，对防渗，温度要求比较高。根据坝址地质情况，不适合布置拱坝。2、混凝土重力坝坝型：混凝土重力坝依靠大坝自身与岩基之间的摩擦力来平衡水压力从而维持稳定。所以重力坝要求建在岩基上，所以要求有坝址有坚硬的基岩。混凝土重力坝要求防渗要好，重力坝适应性广，并且安全可靠，对地形地质调教适应性强，可以使用大体积混凝土机械施工，施工工艺简单。稳定和应力计算简单，在基岩上适于建混凝土重力坝。根据地形地质情况，可以考虑建混凝土重力坝。3、土坝坝型：土坝利用土质当水，防渗比较差。土坝不能过水，需要另外设置坝外泄水建筑物。土坝

16、对坝基要求不高，但是坝址区要有大量的土，要有建筑防渗心墙的土料。根据坝址情况，没有土料，有大量的石料，不适合建筑土坝。4、支墩坝 支墩坝由一系列支敦和挡水面板所组成，支墩沿坝轴线排列，前面设挡水面板。支墩坝也是依靠重力维持稳定的挡水建筑物，自重较轻，坝体工程量小。由于支墩坝的应力较高，对地基的要求比重力坝还高，特别是连拱坝，因其整体结构，对地基的要求就更加严格，因此不能选用。大头坝和宽缝重力坝接近，也不宜采用。平板坝由于钢筋用量大，且面板容易产生裂缝。也不适合修建该坝。5、 土石坝坝型：土石坝要求土料与石料以一定的比例筑坝。也要求当地坝址有足够的土料与石料，防渗材料。土石坝可以利用机械化快速施

17、工，土石坝也不能在坝身过水，需要设置坝外泄水建筑物。在地形给予符合的情况下，可以考虑修建土石坝。根据坝址情况，有少量的沙土，或壤土，河谷不是很宽，可以考虑修建土石坝。土石坝可以分为土石心墙坝，土石斜墙坝，心墙堆石坝，混凝土面板堆石坝。心墙土石坝，土石斜墙坝和心墙堆石坝需要有建筑心墙的土料，利用心墙防渗，防渗性能不是很好。混凝土面板堆石坝，可以充分利用当地丰富的石料，混凝土面板防渗比较好，混凝土面板堆石坝是近年来迅速崛起的一种坝型，可以使用机械化快速施工，造价低，一般坝身不能泄水，堆石坝要求当地有丰富的石料。坝址区有丰富的石料，是建造堆石坝的有利条件，河谷不是很宽，是适合修建堆石坝的有利地形。由

18、上面的方案选择可知，在该地区最好采用的坝型就是堆石坝型。主要有几个方面的原因：1、采用当地的材料筑坝，还可以充分利用枢纽中其他建筑物开挖的土料。2、某工程坝址石料材料丰富，土料相对较少，适合建堆石坝，堆石坝的断面较小，即使在当地有土料的情况堆石坝也是可以考虑的坝型。3、从施工机械来看，大型堆石坝施工机械为加快施工、降低造价提供了保证条件。特别是重型振动碾的使用，可把堆石坝体碾压的密实，沉降量很小，有利于坝的稳定。4、堆石坝对地基的要求比混凝土坝为低，可以建在地质条件略差的坝址上。而某覆盖层比较少，下面是石英砂岩，适合建堆石坝。5、某工程所在地，交通比较方便，有公路通往县城，建造堆石坝可以减少外

19、来材料的运输，并且可以充分利用当地石料，比较有利。6、建造堆石坝施工导流问题较土石坝容易解决，可部分利用未建完的堆石体坝顶在汛期溢流，从而可减小导流隧洞的尺寸，减少投资，但这种情况需注意对坝顶、下游坝坡和下游坝基加以保护。7、堆石坝设计理论和施工经验的积累和发展，为修建即安全，又经济的堆石坝提供了另一保证条件。8、堆石坝施工比均质土坝可少受雨天的影响，比混凝土坝可减少受温度变化的影响。2.2.2坝型的确定堆石坝几种防渗分区坝型比较：1、钢筋混凝土斜墙坝：对于施工有利，但由于厚覆盖层，势必引起坝体的不均匀沉陷， 从而引起混凝土的开裂，为防止其发生，对于工程质量的要求就很高，很难达到；且需要的钢筋

20、混凝土又较心墙坝多，故放弃钢筋混凝土斜墙坝。混凝土斜墙坝的理由类似。2、钢筋混凝土心墙坝：钢筋混凝土心墙坝虽比混凝土重力坝节省砼量，又能有效利用当地的土石料，但当地处于偏远山区，混凝土的生产、运输费用高，筑心墙坝工期受心墙浇筑的影响。不宜采用。3、沥青混凝土心墙坝：沥青混凝土有较好的塑性和柔性，当产生裂缝时，尚有自行愈合的性能；施工简单、造价低；心墙受气候条件、日照影响少，长期老化问题也较少，施工可以与两侧填石同时进行。但是，沥青混凝土防渗墙与其它混凝土建筑物的连接十分重要，往往会出现裂缝和漏水，以至影响大坝安全。4、混凝土面板防渗的面板坝：防渗面板坝依靠坝体上游面防渗以蓄水，抗滑稳定性高；坝

21、面坡度可比其它坝型陡些，减少坝体体积；面板兼有上游面护坡的作用；堆石体施工不受防渗结构施工的影响；防渗面板设在坝体表面，维护、检修比土防渗墙容易。当然，由于坝体不均匀沉降会直接影响到防渗面板，使其发生裂缝，降低防渗功能，有损大坝安全；但是可以对防渗面板进行分缝，就可以降低面板的集中应力。即使沉降使得面板产生裂缝，可以在坝体内设置排水，下游可以设置排水棱体。所选的坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩石透水性大，基岩的强度较底，且不完整。从地质条件看不宜建拱坝。支墩坝本身的应力较高，对地基的要求也很高，在这种地质条件下修建支墩坝也是不可能的。较高的混凝土重力坝也要求修建在岩石基础上，因此也是不可行的

22、。而土石坝适应地基变形能力较强，对地基的要求较低。从当地的材料来看材料比较丰富，土石坝又有就地取材特点。通过各种不同的坝型进行定性的分析比较，综合考虑地形条件、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝的方案。2.3枢纽布置1、挡水建筑物土坝挡水建筑物按直线布置，坝布置在河弯地段上。2、泄水建筑物泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案，为缩短长度、减小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，这样对流态也较为有利，考虑到引水发电隧洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为宜。为减少泄洪时影响发电，进出口相距80100m以上。3、水电站建筑物引水隧洞、电站厂房布置于凸岸，在泄洪隧洞与大坝之间，由于风化

23、岩层较深，开关站布置在厂房旁边。第三章 坝体剖面设计3.1 坝顶高程的确定坝顶高程分别按设计工况、校核工况及正常加地震情况下的三种方案来计算大坝的高程，最后计算出数据取最大值，同时并保留一定的沉降值.坝顶高程在水库正常运用和非常运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高值按下式而定： （3-1）式中：波浪沿着坝坡的爬高（m），坝前库水因风浪引起的壅高，安全加高（m），根据坝的等级及运用情况按下表3-1选用表3-1 土坝坝顶的安全超高值运用情况坝的级别、正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3（cm） (3-2)式中：为风速（m/s）、为库面吹程（km），=1

24、5 km、风向与坝轴线方向所成的夹角，=25、为坝前的水深（m）。波浪的爬高可按下述公式计算： （3-3）式中： 为波高、为坝坡的粗糙系数，块石取=0.750.8，混凝土板取=0.91.0，为上游的坝面坡角，=arctan(1/2.5)=21.8。 （3-4）当计算为设计工况时，风速取多年平均最大风速的1.5倍；当计算为校核工况时，风速取多年平均最大风速。结果取两者之大者，并预留一定的沉降值.结果见下表3-2，设计竣工时坝顶高程为232m.表3-2坡顶高程计算成果表计算情况计算项目设计情况校核情况上游静水位（m）228.90229.70河地变程（m）201坝前水深h(m)29.7030.90吹

25、程d(km)12风向与坝轴线的夹角（）25o风浪引起坝前 高e(m)0.00630.0062风速v(m/s)1515波高2h(m)1.1221.122护坡粗糙系数0.78上游坝面坡角21.8波浪沿坝坡爬高（m）1.1201.120安全超高a （m）1.00.5坝顶高程（m）22887229.70坝顶高程加0.4%沉陷(m)231.892323.2坝体结构设计大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程，坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体等排水设备。3.2.1坝顶宽度坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件，同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。根据以往工程经验的统计资料，坝高h在30100m 的范围内时

26、，坝顶的宽度最小取h/10，并不小于5m 。最终本设计的坝顶宽度取为6m 。3.2.2 坝坡与戗道土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。一般是参考以建成类似工程的经验拟定坝坡，再通过计算分析，逐步修改确定。在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。坝坡根据规范规定与实际结合，坝高约32m，故采用三级变坡。 上游坝坡：1:3.0; 1:3.25; 1:3.5。 下游坝坡：1:2.5; 1:2.75; 1:3.0。 马道：第一级马道高程为211m，第二级马道高程为222m。在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.52宽的马道（戗道）

27、以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，考虑这些因素其宽度取为2.03.2.3 坝顶高程坝顶高程等于水库静水位与超高之和，并分别按以下运用情况计算，取其最大值。设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高，校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。 （3-5）（3-6）（3-7）式中：与糙率有关的系数，采用砌石护面，=0.75，经验系数、折减系数、计算坡度系数。代入数据，两种计算成果列表3-3。表3-3 坝顶高程计算表运用情况静水位(m)r(m)e(m)a(m)h(m)防浪墙顶高程(m)坝顶高程(m)设计情况228.871.8530.0130.72.566231.44231.3623

28、2校核情况229.701.1640.0050.41.569231.27验算：坝顶高程3.2.4 坝体排水设备选择及尺寸拟定常用的坝体排水有以下几种型式：贴坡排水、棱体排水、褥垫式排水。贴坡排水不能降低浸润线。多用于润浸线很低和下游无水的情况。棱体排水可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，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，是效果较好的一种排水型式。褥垫排水，对不均匀沉陷的适应性差，不易检修。本土坝坝体排水设备可选用棱体排水，尺寸为顶宽2m，内坡1:1.5; 外坡1:2.0；顶部高程须高出下游最高水位1.02.0 m。在排水设备与坝体和土基接合处，设反滤层。做出坝体最大剖面如图

29、3-1所示： 图3-1 坝体最大剖面图（单位：m）3.3 坝体渗流计算3.3.1坝体的防渗坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求，同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面的要求.该坝体采用粘土斜心墙，其底部最小厚度由粘土的允许坡降而顶，本设计允许渗透坡降j=5，上游校核洪水时承受的最大水头为29.7，墙的厚度b29.89/5=5.978.参考以往工程的经验，斜心墙的顶部宽度取为5（满足大于3机械化施工要求），粘土斜心墙的上游坝坡的坡度为1:0.41:1.0之间，根据第十一届国际大坝会议上瑞典和南斯拉夫等论文介绍，斜心墙的上游坡度为1:0.41:0.6之间较好，最

30、后本设计取为1:0.6，下游坡度取为1:0.2,底宽取10.76,大于5.987.粘土斜心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高0.6m）并高于校核洪水位为原则，最终取其墙顶高程为230.1，墙顶的上部预留有1.9m的保护层，并将粘土斜心墙稍斜向上游.3.3.2坝基防渗体河床中部采用沥青混凝土防渗墙，两岸坡同样用混凝土防渗墙，厚度取0.8(由强度和防渗条件定)，防渗墙伸入心墙的长度由接触面允许渗透坡降而定.上下游最大水头差为29.7m （正常水位时），取 j =5.0，则l=29.7/5=5.94m,设计伸入3.5m.这样接触面长度为23.5+0.8=7.8防渗墙位置在心墙底面中心中部偏上，

31、岸坡混凝土防渗墙底厚沿岸坡，逐渐变化，大坝的剖面图如下图3-2所示：图3-2大坝剖面图3.3.3 土料的计算筑坝材料的设计与土坝的结构设计、施工方法及工程造价有关，一般力求坝体内的材料分区简单，就地就近取材，因材设计。土料设计的主要目的是确定粘土的填筑干容重、含水量，砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标，同时要使材料具有较高的强度，以减小坝体断面尺寸，防渗体较小的渗透性，以保证渗透稳定。3.3.3.1 粘性土料的设计1、计算公式：粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验求最大干容重、最优含水量（一般采用25击，其击实功能为86.3tm/m3）。由于最优含水量随

32、压实功能的大小而变，故在土料的设计中常根据土料的实际施工机具的压实功能，选择相应的最优含水量作为填筑土料的含水量。根据国内外的筑坝经验，常将粘土的填筑含水量控制在最优含水量的附近，其上下偏离最优含水量不超过（2%3%）。根据以上的击实次数和击实功能，得出的多组平均最大干容重和平均最优含水量.设计干容重为： （3-8）式中：设计干容重（/3），在相应击实功能下的平均最大干容重。施工条件系数（或称压实系数），对于一二级高坝，的值采用0.960.99之间，三四级坝或低坝可采用0.930.96，本设计取=0.96；粘性土的填筑含水量为： （3-9）式中：土的塑限、土的塑性指数、稠度系数，对高坝可取-0

33、.10.1之间，低坝可取0.10.2之间，本设计取=-0.7。 设计最优含水量为 （3-10）用下述公式计算最大干容重作为校核参考：= （3-11）式中：土粒的比重，压实土的含气量，粘土可取0.05，砂质粘土取0.04，壤土可取0.03，本设计取为0.05。运用下式作校核： 1.021.12 （3-11） 式中：土料场的自然干容重。对一二级坝，还应该进行现场碾压试验，以便复核，并据以选定施工碾压参数。2、设计成果如表3-4所示：表3-4粘性土料设计成果表类 型比 重s2.6762.672.652.742.7最 优 含 水 量22.0721.0722.3023.816.9设 计 干 容 重1.5

34、361.5841.49761.47841.648塑限含水量wp23.1422.2025.026.320.0填筑含水量w21.7820.6823.2924.6619.02自然含水量%24.824.225.626.315.90塑 性 指 数19.4621.7024.5723.5014.0孔隙此e0.7420.6860.76950.8530.5625湿密度1.871.9121.8461.8431.85浮密度0.9620.9910.93250.9391.06内摩擦角174018301610163018粘聚力0.240.230.250.380.19渗透系数k（）4.3194.81.93.96243、土料

35、的选用各类沙砾的物理性质、力学性质、和化学性质也存在一定的差异，土料的采用以“近而好”为原则.iii#下类的渗透系数偏大（/s）不予采用，因为根据筑坝材料的填筑标准规定，渗透系数一般对均质坝不大于110-43/s,对心墙或斜墙不大于110-53/s其余几个料场力学性质相差不是太大，基本上能满足筑坝要求。i#下类的塑性指数小于20，从压的角度宜采用i#下料场的粘土料，所以可将i#下料场作为主料场，其余几个料场作为辅助类型。3.3.3.2 坝壳砂砾料设计1、.计算公式.坝壳砂砾料设计指标以相对密实度表示如下式3-12所示：，或 （3-12）式中：为最大孔隙比，；为最小孔隙比，；为填筑的沙、沙卵石、

36、或地基原状沙、沙卵石的孔隙比，；为沙粒比重；、为最大和最小干容重，由试验求得：为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的干容重。非粘性土料填筑一般要达到密实状态，对于砂土要求不小于0.70；对于砂砾石，则依坝的级别而定，i、级坝不小于0.75，、级坝不小于0.70。在地震区要求更高。一般沙砾料的干容重kn/m3。2、设计成果如表3-5所示：表3-5砂砾料设计成果表不均匀系数大于5mm砾石含量%比重s设计干容重ra设计孔隙比e保持含水量%湿容重ru浮容重 r内摩檫角粘聚力渗透系数10-3cm/s43450.751.96590.473851.961.1930300245482.751.86590.4

37、73851.961.1930100245462.751.96590.473851.961.1931200234422.731.95240.473851.951.1743140023、砂砾料的选用。除类的不均匀系数不满足要求外，其余几个类型，渗透系数、砾石含量、不均匀系数能满足要求，故而都可作为筑坝的砂砾料。施工时可考虑上游料填在坝的上游测，下游砂砾料填在下游测，这样有利于施工，减小相对干扰。从颗粒级配曲线可以看出、类级配较好，物理力学指标也较高，应优先采用。3.4 渗流计算土石坝的渗流计算主要确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据；同时确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水

38、库的渗漏损失，而且还要确定坝体和坝基渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便取适合的控制措施。3.4.1 计算方法选择水力学解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近视解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。计算简图如下图3-3所示：图3-3渗流示意图与渗流简图通过防渗体流量： （3-13）通过防渗体后渗流量： （3-14）式3-13、3-14中：防渗体渗透系数，上游水深、逸出水深、防渗体有效厚度、防渗体等效和倾角、混凝土防渗墙渗透系数，m/s、下游水深，冲积层厚度，取最大值32m、防渗墙厚度、防渗体后渗透系数，m/s、冲积层渗

39、透系数；210-4m/s。假设：1、不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；2、由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水与下游水位相差不是很大，认为不会影响逸出高度；3、对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不是平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近视认为下游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端即为坝址。3.4.2计算断面及计算情况的选择对河床中间断面ii,及左右岸坝肩处的两典型特殊断面iiii、iiiiii进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水及设计洪水时进行。图3-4均质土坝渗流计算图图3-5 均质土坝（a

40、）有水平排水时 （b）有棱体排水时3.4.3 计算结果渗流计算结果汇于表3-6所示：表3-6渗流计算结果表计算情况计算项目正常情况设计情况上游水深h-28.929.70-5.46.3-12.313.2下游水深t(m)-00-00-00逸出水深h1(m)-0.6752.543-0.040.0438-0.17280.1816渗流量q（m3/s.m）-5.856.08431-1.6381.749-4.95.151总渗流量qm3/d162.24170.783.4.4渗透稳定演算斜心墙之后的坝壳，由于水头大部分在防渗体损耗了坝壳渗透坡降及渗透速度甚小，发生渗透破坏的可能性不大，而在防渗墙与粘土斜墙的接触

41、面按允许坡降设计估计问题也不大。在斜墙逸出点渗透坡降较大，予以验算。渗透坡降的计算公式： （3-15）式中： 上游水深减逸出水深、防渗体的平均厚度。计算成果见表3-7所示：断 面计算情况正常设计正常设计正常设计坡 降 j3.3123.38662.58942.76523.2473.3868表3-7 各种工况渗流逸出点坡降填筑土料的安全坡降，根据实践经验一般为510，故而认为渗透坡降满足要求，加上粘土斜心墙有反滤层，故而认为不会发生渗透破坏。3.4.5 成果分析与结论以斜心墙、混凝土防渗墙与两岸坝肩开挖风化岩填以粘土形成粘土截水墙的垂直防渗带作为防渗措施。总渗流在正常蓄水时为162.24m3/s，

42、设计洪水时为170.78m3/s，与同类工程相比显然是很小的。在计算中并考虑绕坝渗流及岩基透水，混凝土防渗墙的渗透系数应取较大值， k2=1.510-9cm/s，这样取值估计的渗流量可能大于实际渗流量，但坝的渗透坡降仍满足设计要求，说明取值合理.3.5坝坡的稳定计算3.5.1计算原理假设abc为可能的滑动面，其中ab为下滑动面，bc为上滑动面，即斜心墙的上游面，bd为错动破裂面，本设计取为铅直断面。滑动土体abcda与bcedb之间的相互作用力为p，p与bd面的法线夹角为零度，如图5 保护层稳定计算简图所示，其中 a 图为滑动体断面图，b 图为bcedb滑动体的力多边形图，c 图为abcda滑

43、动体的力多边形图。由滑动体bcedb的平衡方程可知：当v=0 时：当v=0 时： 从以上两式联立求解，可得： （3-16）同理，从滑动体abcda的平衡方程可知： （3-17） 由式以上相等的条件，可得： （3-18） 图3-6 上游坝坡稳定计算受力分析简图计算时分别按施工期、稳定渗流期、，库水降落期核算土石坝的稳定。在已确定的滑动面的情况下，先假设安全系数k，然后将滑动面上由实验得到的土体抗剪强度指标c1、c2、tan、tan分别除以安全系数k，即：、 、然后将所求的c1、c2、值代入方程上式，如果等式两边相等，则假设的安全系数k 就是该滑动面的安全系数，反之，则还需重新计算，直至方程两边相

44、等为止。为了计算安全系数最小的滑动面，如图所示的步骤进行。先假设若干个不同水位hi ，对应与相应水位下再假设若干个不同的下部滑动面abcda的滑动坡角i ，分别计算其安全系数，绘成安全系数曲线后，从中求得某一水下的最小安全系数kmin 。3.5.2 计算工况为简化计算，过坝顶上游岸边点作斜率为1：m2的一条斜线交坝底线于o点，以o点作为坐标原点建立坐标系如图3-7所示： 图3-7 坐标系1、方程关系式如下（1）ao直线的方程为：令 ka=1/m2y=ka*x 0过o点作一条直线段ob，其与x轴的夹角为1，501160（2）ob的方程为：y0=tg(1)*x0 80cos(1) x0 160co

45、s91)过b点作三条直线：bc直线、be直线、bd直线（3）bc直线方程为：y=kb(x-x0)-y0 kb=tg(90-) -100100 （4）bd直线方程为：y=kc(x-x0)-y0 kc=tg() 3908 00 （5）be直线方程为：y=kd(x-x0)-y0 kd=tg(180+2-) 390800 2、计算单宽土体自重（1）联立oa与be方程求解得交点坐标x1=(kd*x0-y0)/(ka-kd)y1=ka*x1（2）联立oa与bc方程求解得交点坐标x2=(kb*x0-y0)/(ka-kb)y2=ka*x2（3）联立oa与bd方程求解得交点坐标x3=(kc*x0-y0)/(ka

46、-kc)y3=ka*x3（4）故两点间距离为doe=dcd=dbe=w1=0.5* doe * dbe *g*rw2=0.5* dcd * dbe * g*r令1=11/k0 2=21/k0 3=31/k0m=w1ctg(3-)/w2-ctg(1)-(1+w1/w2)tg(2-)若m0则重新假设k0直至满足要求。变换 、 、x0 计算出若干个k0值，作图求解最小的k0值。上下游坝坡稳定计算成果见表3-8所示：表3-8 坝坡稳定计算成果部位组合情况最小安全系数（kmin）上游坡1/3坝高水深1.34死水位1.31正常蓄水位1.3正常蓄水位+地震1.08死水位+地震1.08下游坡正常蓄水位时1.5

47、8设计洪水时 1.58正常+地震1.52由计算可知各种工况下的安全系数均满足要求，正常运用情况大于1.3，正常+地震时大于1.05.3、稳定成果分析由于上游坝坡较缓，稳定渗流期以及库水位降低期，不考虑地震时，kmin=1.31，考虑地震时，kmin=1.08；下游坡情况也类似，正常情况kmin=1.58,非常情况kmin=1.52，坝的稳定安全系数偏大，就此而言，可考虑加陡坝坡以减小工程量.鉴于各种因素考虑不全，实际安全系数可能要小些，故而不改变坝坡，维持原拟订的剖面第四章 细部结构设计4.1 坝基处理设计4.1.1.河床部分1、渗流控制方案。条件允许时优先考虑垂直防渗方案。在透水层较浅（10

48、15m以下）时，可采用回填粘土截水槽方案，由于坝址处河床冲积层平均深7m，最大达11m，施工比较困难而不予采用.又由于河床有孤石，采用钢板桩也比较困难，造价也高.帐幕灌浆在此地存在可灌性问题.混凝土防渗墙方案，施工快、材料省、防渗效果好，对于这种深度透水层是比较合适的，决定采用这种方案.按混凝土的允许坡降及水头定出厚度为0.8m.防渗墙深入河床冲积层，底部嵌入基岩，上部则与斜心墙连接.由于防渗墙两侧冲积层易沉陷，引起防渗墙顶部粘土心墙与两侧粘土心墙的不均匀沉陷而导致裂缝.为此防渗墙顶部作成尖劈状，两侧以高塑性粘土填筑，伸入斜心墙的深厚度已经确定为3.5m，底部深入基岩0.5m,尖劈顶宽0.25

49、宽，详见下文的构造设计.2、防渗墙的型式、材料及布置.根据以往经验，对于透水层厚度为30-60m的情况，采用槽板式混凝土防渗墙比较合适，设计中采用这种型式。混凝土防渗墙要求材料有足够的抗渗能力及耐久性，能防止环境水的侵蚀和溶蚀；有一定的强度，满足压应力、拉应力、剪应力等各项强度要求有良好的流动性、和易性以便在运输中不发生离析现象.而且能在水下施工。防渗墙布置于斜心墙之下，从防渗角度来看偏上游为好，但从防裂角度看偏下游一侧好，综合考虑布置于心墙底面中心偏上。4.1.2 坝肩处理大坝左端与毛芦山接肩，毛芦山整体岩石较完整，基本抗水，作为坝肩是稳定可靠的，亦无绕坝渗漏之患。大坝右坝肩为厚达29m的黑

50、色淤泥质重粉质壤土，结构致密，土质较硬，垂直渗透系数2.410-5cm/s，不会产生绕坝渗漏现象。 4.2 抗震设计峁水河大坝顶高程231.89m，最大坝高32m，坝顶宽6m，上游坝坡为1:3.0; 1:3.25; 1:3.5。下游坝坡：1:2.5; 1:2.75; 1:3.0。坝体主要粘土心墙防渗体及坝壳堆石料组成，在心墙和坝壳土石之间设有碎石过渡层。心墙底部设钢筋混凝土垫座，垫座宽约3m、高3m；垫座下为混凝土防渗墙，墙厚度112m。左坝肩基岩埋深较浅，坝基采用全封闭防渗墙防渗，而河床及右岸则利用深厚覆盖层中延伸长、厚度较大的弱透水土层作为坝基相对隔水层。大坝抗震分析同时采用拟静力法和动力

51、法。4.2.1 拟静力法抗震稳定分析过去几十年，一直采用拟静力法进行土石坝的抗震稳定分析。拟静力法的实质，是在常规的静力稳定分析中，把坝体各质点的地震惯性力当作静力作用在该质点处，用以计算坝坡滑裂体的抗滑稳定安全系数。国内外的实践和研究表明，拟静力法适用于地震时强度不会有很大损失的材料修建的土石坝。冶勒大坝则是采用现代技术施工的沥青混凝土心墙堆石坝，坝体结构密实，大坝地基覆盖层结构密实，力学强度和变形指标较高。所以，拟静力法可以为冶勒大坝提供有价值的分析成果。4.2.2 计算工况及方法为了对比反映地震作用对冶勒大坝坝坡稳定的影响，本文同时介绍大坝上、下游坡在稳定渗流期、稳定渗流遇度地震和稳定渗流遇度地震的稳定 分析情况。地震工况下还对水平加速度代表值a045 g进行了计算。各种工况的坝坡稳定分析均按简化毕肖普法5计算。4.2.3 计算成果分析沥青混凝土心墙堆石坝上、下游坝坡在各种工况下计算得到的最小稳定安全系数，最危险滑弧位置如表4-1所示： 表4-1 危险滑弧位置坝坡工况k k 下游坝坡稳定渗流期2.1011.5稳定渗流加级地震1.8181.2稳定渗流加级地震1.494水