《水土保持工程学》淤地坝设计课件.ppt

1、.1流域分水线分水线 为固定沟床为固定沟床, ,防治沟蚀，减轻山洪及防治沟蚀，减轻山洪及泥沙危害，合理开发利用水沙资源而泥沙危害，合理开发利用水沙资源而在沟道中修筑的工程设施。在沟道中修筑的工程设施。.3n沟道治理工程主要有沟头防护工程、谷坊工程、沟道治理工程主要有沟头防护工程、谷坊工程、淤地坝、小水库和拦渣工程等。其主要作用在于：淤地坝、小水库和拦渣工程等。其主要作用在于：拦截沟道内的径流泥沙，减少下游洪灾和泥沙淤拦截沟道内的径流泥沙，减少下游洪灾和泥沙淤积；抬高侵蚀基准面，控制沟道向长、向宽和向积；抬高侵蚀基准面，控制沟道向长、向宽和向深发展；合理配置和利用沟道内的水沙资源，为深发展；合理

2、配置和利用沟道内的水沙资源，为农林牧业发展奠定基础。农林牧业发展奠定基础。 .4第一节第一节 沟头防护工程沟头防护工程一、沟头防护工程的形式一、沟头防护工程的形式 黄土高原黄土高原沟头防护工程的形式很多，常见形沟头防护工程的形式很多，常见形式可归纳为四类。式可归纳为四类。 （一）沟埂式沟头防护（一）沟埂式沟头防护 1. 连续围堰式连续围堰式 2. 断续围堰式断续围堰式 （二）池埂结合式（二）池埂结合式（三）排水式沟头防护（三）排水式沟头防护 1悬臂式悬臂式 5.6.7.8.92.台阶式台阶式3.陡坡式陡坡式10.11.12.13（四）分段蓄水式沟头防护（四）分段蓄水式沟头防护二、工程设计二、工

3、程设计（一）沟埂设计（一）沟埂设计 1沟埂位置的确定沟埂位置的确定 L=（23）h 2沟埂尺寸确定沟埂尺寸确定 埂长、埂断面尺寸以来水量确定埂长、埂断面尺寸以来水量确定 来水量来水量 沟埂断面尺寸可根据经验定沟埂断面尺寸可根据经验定: b0.5m，侧坡，侧坡1：1 6高度高度0.50.8m ； =1525高度高度0.61.2m 埂长根据地形情况定埂长根据地形情况定 1000iAtW14.15每米埂长蓄水容积每米埂长蓄水容积: H=ho+h h=0.2m左右左右 全部蓄水量：全部蓄水量：V=VL V=W时，设计合理；时，设计合理；VW时，设计尺寸偏大；时，设计尺寸偏大；VW时，应设第二道沟埂拦蓄

4、剩余水量，但须在时，应设第二道沟埂拦蓄剩余水量，但须在第一道沟埂上设溢水口，并注意采取防冲措施。第一道沟埂上设溢水口，并注意采取防冲措施。)1(212tgmhVo.16（二）沟头蓄水池设计（二）沟头蓄水池设计（三）排水管（槽）设计（三）排水管（槽）设计 1. 沟头来水流量沟头来水流量Qm的确定的确定 Qm0.278IpF 2. 排水管（槽）断面尺寸确定排水管（槽）断面尺寸确定 （四）台阶式排水设计（四）台阶式排水设计 1. 跌水的结构构造跌水的结构构造进口进口跌水墙跌水墙陡槽陡槽消力池消力池出口出口 2. 跌水水力尺寸计算跌水水力尺寸计算19.20.24.25（1）进口）进口 矩形矩形缺口可按

5、宽顶堰公式计算缺口可按宽顶堰公式计算 ： Qm=MbcH03/2 （2）陡槽水力尺寸计算）陡槽水力尺寸计算 小型陡槽可不必计算水面曲线，只计算临界水小型陡槽可不必计算水面曲线，只计算临界水深和正常水深即可，以此确定陡槽的断面尺寸。深和正常水深即可，以此确定陡槽的断面尺寸。 （3）消力池水力尺寸计算）消力池水力尺寸计算 要求：要求：在消力池中产生淹没式水跃，淹没系数在在消力池中产生淹没式水跃，淹没系数在1.051.10之间之间 确定池深确定池深d、池宽、池宽b和池长和池长L dh-h下下 b b水水26.27.28.2930.31.32.33一、谷坊工程的种类及适用条件一、谷坊工程的种类及适用条

6、件 谷坊种类较多，按建材分，有土谷坊，石谷谷坊种类较多，按建材分，有土谷坊，石谷坊、生物谷坊、混凝土谷坊等。坊、生物谷坊、混凝土谷坊等。（一）土谷坊（一）土谷坊（二）石谷坊（二）石谷坊 1. 干砌石谷坊干砌石谷坊 2. 浆砌石谷坊浆砌石谷坊 3. 石笼谷坊石笼谷坊 （三）生物谷坊（三）生物谷坊34.35.36.37.3839.40.41二、谷坊设计 任务任务：确定谷坊位置、高度、结构尺寸、溢水口尺寸、确定谷坊位置、高度、结构尺寸、溢水口尺寸、座数座数（一）谷坊布设位置确定（一）谷坊布设位置确定 布设原则布设原则：顶底相照、小多成群，工程量小、拦蓄效顶底相照、小多成群，工程量小、拦蓄效益大。益大

7、。 布设点布设点：直段、防拐弯、坎上、沟窄处布设。直段、防拐弯、坎上、沟窄处布设。（二）谷坊高度和断面尺寸（二）谷坊高度和断面尺寸 土谷坊小于土谷坊小于5m 干砌石谷坊干砌石谷坊1.5m左右左右 浆砌石谷坊：浆砌石谷坊：35m左右左右 柳谷坊柳谷坊1m左右左右尺寸可参考表尺寸可参考表3-2.42（三）谷坊数量及间距（三）谷坊数量及间距 1在宽的干沟内在宽的干沟内谷坊间距：谷坊间距： h=Li h谷坊底到溢水的高度；谷坊底到溢水的高度； i沟道比降。沟道比降。 H最下游谷坊底到最上淤谷坊溢水口底的地形高最下游谷坊底到最上淤谷坊溢水口底的地形高差。差。 2底坡不均，有台阶或跌坎时底坡不均，有台阶或

8、跌坎时 根据地形高差确定座数及高度根据地形高差确定座数及高度ihL hHn .433. 在比降大的冲沟、干沟内在比降大的冲沟、干沟内 淤积有翅尾巴现象，谷坊间距可按下式求得：淤积有翅尾巴现象，谷坊间距可按下式求得： i沟床原比降；沟床原比降；ic淤积物比降。淤积物比降。 粗砂兼卵石粗砂兼卵石: ic=0.02 ；粘土：；粘土：ic=0.01 ； 粘壤土：粘壤土：ic=0.008；砂土：；砂土：ic=0.005 ciihL44.45 若采用谷坊高度相同若采用谷坊高度相同, 则：则： 当当i、ic、h已知时，已知时，则可由其绘图求得谷坊的则可由其绘图求得谷坊的位置和座数。位置和座数。（四）谷坊溢流

9、口尺寸确定（四）谷坊溢流口尺寸确定 （一）设计洪水标准（一）设计洪水标准 规范：规范：1020一遇一遇36h最大暴雨最大暴雨 （二）水力计算（二）水力计算 用堰流公式：用堰流公式： Q=MBH3/2（宽顶堰不淹设自由出流公式）（宽顶堰不淹设自由出流公式） 谷坊顶流速不能太大，太大会冲刷，故应校核谷坊顶流速不能太大，太大会冲刷，故应校核谷坊顶流速。谷坊顶流速。cLihHn.46根据试验：根据试验：hk（0.460.64）H hk临界水深临界水深 H溢流口顶水深溢流口顶水深允许流速允许流速允允见见P59表表3-4。kkkBhQQV.47淤地坝设计淤地坝设计一、已知基本资料一、已知基本资料 1. 流

10、域沟道坝址地形图一张（流域沟道坝址地形图一张（1/1000）；）； 2. 坝址以上集水面积坝址以上集水面积5km2; 3. 经勘测计算，求得坝高经勘测计算，求得坝高H与库容与库容V、淤地面积、淤地面积A的关系见图；的关系见图； 4. 流域年侵蚀模数流域年侵蚀模数K=10000t/km2, 20年一遇设计洪水流量年一遇设计洪水流量Q20=105m3/s，洪水总量，洪水总量W洪洪10万万m3， 200年一遇设计洪水年一遇设计洪水流量流量Q200=180m3/s，洪水总量，洪水总量W洪洪17万万m3； 5. 沟道无常流水；沟道无常流水； 6. 坝址附近有充足的筑坝土料，土壤内摩擦角坝址附近有充足的筑

11、坝土料，土壤内摩擦角20，内聚力，内聚力c=0.8t/m2; 7. 放水洞设计流量放水洞设计流量Q=0.5m3/s.48二、设计任务、要求二、设计任务、要求 1. 掌握中小型淤地坝设计方法、步骤；掌握中小型淤地坝设计方法、步骤； 2. 在在1/1000地形图上进行枢纽布置；地形图上进行枢纽布置； 3. 拟定淤地坝断面形状及尺寸；拟定淤地坝断面形状及尺寸； 4. 进行坝坡稳定分析计算；进行坝坡稳定分析计算； 5. 设计溢洪道及放水建筑物；设计溢洪道及放水建筑物； 6. 绘制设计图；绘制设计图； 7. 编写设计计算说明书。编写设计计算说明书。.49第三节 淤地坝工程一淤地坝的概念一淤地坝的概念 在

12、沟道中拦泥淤地所打的坝叫在沟道中拦泥淤地所打的坝叫淤地坝淤地坝。在水土。在水土流失沟壑治理中还有一种型式的淤地坝叫流失沟壑治理中还有一种型式的淤地坝叫拦洪淤拦洪淤地坝（骨干淤地坝或治沟骨干工程），地坝（骨干淤地坝或治沟骨干工程），它除了具它除了具有淤地坝的作用外，还有控制坝系洪水保护下游有淤地坝的作用外，还有控制坝系洪水保护下游淤地坝、水库等运用安全的作用。淤地坝、水库等运用安全的作用。二淤地坝枢纽工程的组成及作用二淤地坝枢纽工程的组成及作用 （一）淤地坝工程的组成及作用（一）淤地坝工程的组成及作用 淤地坝工程一般由三大件组成，即淤地坝工程一般由三大件组成，即大坝、溢洪大坝、溢洪道，放水洞道，

13、放水洞 .5051.52.53.54.55.56.57.58.59.60（二）淤地坝枢纽工程组成方案选择（二）淤地坝枢纽工程组成方案选择 1. 三种组成方案的特点三种组成方案的特点 (1)三大件三大件 (2)两大件两大件 (3)一大件一大件 2. 组成方案选择组成方案选择 三、淤地坝的分级及设计洪水标准三、淤地坝的分级及设计洪水标准 依据：重要性依据：重要性 ；失事后的危害性；失事后的危害性 关系到关系到技术安全技术安全、工程的、工程的造价造价和建设和建设速度。速度。 主要依据主要依据库容库容将淤地坝分为将淤地坝分为大（一）、大（二）大（一）、大（二） 、中、小中、小四级四级 。 .61四、淤

14、地坝库坝址选择 好的坝址，应淤地面积大、工程量小、运用好的坝址，应淤地面积大、工程量小、运用安全可靠安全可靠 （一）地形方面（一）地形方面（二）地质方面（二）地质方面（三）筑坝材料方面（三）筑坝材料方面（四）其它方面（施工、淹没损失、文物等）（四）其它方面（施工、淹没损失、文物等）五、枢纽工程布置五、枢纽工程布置（一）土坝布设（一）土坝布设 轴线短，分期加高，上下游，协轴线短，分期加高，上下游，协调调（二）溢洪道（二）溢洪道 长短、地形、进出口长短、地形、进出口 （三）放水洞布设（三）放水洞布设 卧管卧管 竖井竖井 输水洞输水洞 出口出口.62.63.64 取水建筑物：取水建筑物： 卧管卧管

15、竖井竖井 输水建筑物：输水建筑物：高程，消能高程，消能六、淤地坝坝高、库容及淤地面积的确定六、淤地坝坝高、库容及淤地面积的确定 （一）坝高、库容和淤地面积的关系（一）坝高、库容和淤地面积的关系（二）淤地坝坝高与库容的确定（二）淤地坝坝高与库容的确定 淤地坝坝高一般由拦泥坝高淤地坝坝高一般由拦泥坝高h拦，滞洪坝高拦，滞洪坝高h滞和安全超高滞和安全超高h三部分组成：三部分组成： 即坝高即坝高：H=h拦+h滞+h65.661拦泥库容和拦泥坝高的确定拦泥库容和拦泥坝高的确定 当流域面积、来沙量一定时，应把当流域面积、来沙量一定时，应把淤地面积淤地面积最大、工程量最小和达到最大、工程量最小和达到“水沙相

16、对平衡水沙相对平衡”时的时的相对坝高作为设计拦泥坝高。相对坝高作为设计拦泥坝高。 一般情况，可根据下式求出拦泥库容一般情况，可根据下式求出拦泥库容V拦拦 或或再以再以V拦拦查坝高查坝高库容曲线求得库容曲线求得h拦拦 ssrTnKFV)1 ( 拦ssrTnWsV)1 ( 拦.672滞洪坝高的确定滞洪坝高的确定 不设溢洪道不设溢洪道 ：一次设计洪水总量：一次设计洪水总量 定定 设溢洪道设溢洪道：调洪计算：调洪计算 3安全超高安全超高 通常不作计算，可按规范选取通常不作计算，可按规范选取 按上述方法求得坝高H后，应和现场实际地形对照，不合适应再调整。七、淤地坝库的调洪计算七、淤地坝库的调洪计算 （一

17、）调洪计算目的任务（一）调洪计算目的任务 确定溢洪道下泄流量（决定溢洪道尺寸）、确定溢洪道下泄流量（决定溢洪道尺寸）、滞洪库容和滞洪坝高。滞洪库容和滞洪坝高。.68（二）调洪计算方法（二）调洪计算方法 用简化三角形法（小坝不考虑滞洪作用）用简化三角形法（小坝不考虑滞洪作用）.69 V滞=Soac-Sobc = Q洪t3 Q泄t3 = t3（Q洪Q泄）洪水总量 W洪=Soac Q洪t3 t3= Q泄=Q洪（1 )调洪计算方法、步骤：21212121洪洪QW2洪滞iiWV.70 1 1由计划淹深假设由计划淹深假设h滞滞，再由，再由HV曲线求得曲线求得V滞滞 2按公式按公式Q泄泄=Q洪洪（1 ）求）

18、求Q泄泄 3按堰流公式按堰流公式Q=MBH3/2求溢洪道宽度求溢洪道宽度B。 经过多次假设计算，最终对工程作经济、技术经过多次假设计算，最终对工程作经济、技术比较，取一个合适的比较，取一个合适的B，该，该B所所对应对应的的h滞滞，Q泄泄，V滞滞即为调洪计算所求。即为调洪计算所求。 洪滞WV.71（三）溢洪道顶坎低于淤地面时的调洪计算（三）溢洪道顶坎低于淤地面时的调洪计算 适应条件：流域面积大，水土流失严重，沟道有适应条件：流域面积大，水土流失严重，沟道有常流水，须防盐碱化常流水，须防盐碱化 采取措施：溢洪道顶坎高程降低（比淤地面低采取措施：溢洪道顶坎高程降低（比淤地面低1.52.5m） 泄水滞

19、洪过程线具有的特点：泄水滞洪过程线具有的特点：72.73 溢洪道的最大下泄流量、排洪渠的最大流量溢洪道的最大下泄流量、排洪渠的最大流量与滞洪库容有如下关系：与滞洪库容有如下关系： V滞滞=W洪洪（1 ） 系数系数 1Q排排/ Q洪洪 Q排排= 式中：式中：系数系数 （1H2/H1）3/2 H2坝地允许洪水淹深坝地允许洪水淹深 H1排洪渠最大水深排洪渠最大水深 此时调洪计算求V滞及h滞可按下述步骤进行：洪泄排QQQ1)1 (洪滞洪WVQ.74（1）根据坝地生产要求（防洪标准）确定溢洪道的）根据坝地生产要求（防洪标准）确定溢洪道的宽度宽度B a. 根据允许淹深（根据允许淹深（0.51.5m）假设）

20、假设H2。 b. 据假设查据假设查VH曲线得曲线得V允滞允滞 c . 根据根据V允滞允滞、Q洪洪、W洪洪，再据公式，再据公式Q排排= ，求，求Q排排（试算）（试算） d. 按按Q排排=Q=MBH13/2求溢洪道宽度求溢洪道宽度B （2）根据工程安全要求（防洪标准）确定）根据工程安全要求（防洪标准）确定h滞滞、V滞滞及及Q泄泄 a. 根据工程安全假设根据工程安全假设h滞滞； b. 再据假设再据假设h滞滞，查，查VH曲线得曲线得V滞滞； 1)1 (洪滞洪WVQ.75 c. 由假设由假设h滞滞，及上求得，及上求得B，据，据Q=MBH3/2=Q泄泄=MB（H1+h滞滞）3/2求求Q泄泄； d. 用用Q

21、洪洪、W洪洪及及Q泄泄用公式用公式V滞滞=W洪洪（1 ）求）求V滞滞； f. 看看V滞滞与与b步查得步查得V滞滞是否相等，若不，则另设是否相等，若不，则另设h滞滞重复以上步骤，直至相等为止。重复以上步骤，直至相等为止。 （四）坝系调洪计算（四）坝系调洪计算 坝系调洪溢洪道设计流量计算可按下式进行：坝系调洪溢洪道设计流量计算可按下式进行： Q泄泄=(Q上上PQ区区P)（1 ）洪排泄QQQPPWWV区上滞.76式中：式中：Q上上P频率为频率为P的上坝溢洪道设计流量；的上坝溢洪道设计流量； Q区区P上坝之下本坝控制区间面积，上坝之下本坝控制区间面积，频率为频率为P时的设计洪峰流量；时的设计洪峰流量；

22、 V滞滞本坝滞洪库容；本坝滞洪库容； W上上P本坝溢洪道开始溢流达最大溢本坝溢洪道开始溢流达最大溢流时段内的上游工程下泄的洪水总量；流时段内的上游工程下泄的洪水总量； W区区P相应于相应于Q区区P的设计洪水总量；的设计洪水总量； 调洪计算示例：.77第四节 土坝设计一、土坝的分类及坝型选择一、土坝的分类及坝型选择（一）土坝分类一）土坝分类 1.按施工方法：按施工方法： 夯碾坝、水坠坝夯碾坝、水坠坝 2. 按土坝构筑结构组成材料分（土料在坝体内的位置及按土坝构筑结构组成材料分（土料在坝体内的位置及防渗体的位置）：防渗体的位置）： 均质土坝、心墙坝、斜墙坝、铺盖坝等均质土坝、心墙坝、斜墙坝、铺盖坝

23、等 按筑坝材料分：按筑坝材料分： 土坝、土石混合坝土坝、土石混合坝 按用途分：按用途分： 拦泥生产坝、缓洪骨干坝。拦泥生产坝、缓洪骨干坝。.78.79拱坝拱坝.80砌石重力坝.81.82 淤地坝坝型的选择主要是根据筑坝材料、坝址处地淤地坝坝型的选择主要是根据筑坝材料、坝址处地质、水文地质和施工条件等来定。对黄土地区本着就地质、水文地质和施工条件等来定。对黄土地区本着就地取材一般选用均质土坝。土石山区可考虑选用土石混合取材一般选用均质土坝。土石山区可考虑选用土石混合坝。对于断面呈坝。对于断面呈“V”字型的沟道（基岩），还可考虑拱字型的沟道（基岩），还可考虑拱坝。由于黄土区最常见的是均质土坝（夯碾

24、坝、水坠坝。由于黄土区最常见的是均质土坝（夯碾坝、水坠坝）坝） ，故本章如非着意指出，我们所说的淤地坝，故本章如非着意指出，我们所说的淤地坝一般指一般指均质土坝均质土坝。 （二）坝型选择（二）坝型选择 1.1.均质土坝均质土坝 2.2.非均质土坝非均质土坝 两种土料筑成，透水性小的土料作防两种土料筑成，透水性小的土料作防渗体渗体 3.心墙、斜墙、铺盖、混合坝心墙、斜墙、铺盖、混合坝说明：说明：淤地坝对防渗性的要求小于水库的要求，因而常用均淤地坝对防渗性的要求小于水库的要求，因而常用均质坝，一般粘土、砂土均可用。质坝，一般粘土、砂土均可用。 .83二、坝土料选择 （一）土料特性试验测定（一）土料

25、特性试验测定 （二）碾压坝筑坝土料选择（二）碾压坝筑坝土料选择 （三）水坠坝筑坝土料选择（三）水坠坝筑坝土料选择 三、土坝断面结构构造及尺寸拟定三、土坝断面结构构造及尺寸拟定 坝高定后，断面尺寸还包括坝顶宽，上下游边坡等。坝高定后，断面尺寸还包括坝顶宽，上下游边坡等。 （一）坝顶宽度 坝顶宽度与结构，高度和交通要求等有关。可参坝顶宽度与结构，高度和交通要求等有关。可参考表考表38。 （二）坝边坡（二）坝边坡 与坝高、筑坝材料和施工方法等因素有关，参阅与坝高、筑坝材料和施工方法等因素有关，参阅表表38。然后经过上坡稳定分析计算最终确定。然后经过上坡稳定分析计算最终确定。 .84.85（三）坝坡马

26、道 当坡高超过当坡高超过1015m时，考虑到施工、行人、时，考虑到施工、行人、交通、排水和临时堆放材料之需，可在坝中部设交通、排水和临时堆放材料之需，可在坝中部设11.5m宽的人行马道（戗台）。马道上部坝坡宽的人行马道（戗台）。马道上部坝坡陡陡，下部下部缓缓。 （四）坝坡保护 上游坝面（淤地面以上）防风浪，常用干砌石上游坝面（淤地面以上）防风浪，常用干砌石保护。保护。 下游坝面防降雨冲刷，可种植牧草、灌木，还下游坝面防降雨冲刷，可种植牧草、灌木，还需作纵横向排水措施，特别是需作纵横向排水措施，特别是坝端与沟坡相接处。坝端与沟坡相接处。（五）坝体排水.86 淤地坝一般为土坝，其透水性和压实程度有

27、关（与土淤地坝一般为土坝，其透水性和压实程度有关（与土质也有关），压实性好，透水性小，压实差，透水性质也有关），压实性好，透水性小，压实差，透水性大。压实程度常用干容重表示，一般需要干容重大。压实程度常用干容重表示，一般需要干容重rd1.5rd1.5吨吨/m3/m3，低坝可小些。即便可满足要求，仍会，低坝可小些。即便可满足要求，仍会产生渗漏。产生渗漏。 浸润线：渗透水流在坝体中渗透形成的自由水面叫浸浸润线：渗透水流在坝体中渗透形成的自由水面叫浸润面，在横断面上形成的自由水面线叫浸润线。润面，在横断面上形成的自由水面线叫浸润线。 浸润线以下土体为饱和状，在浮力和渗透力作用下，浸润线以下土体为饱和

28、状，在浮力和渗透力作用下，土粒有效重量减少，可能会造成坝体破坏。因此，采土粒有效重量减少，可能会造成坝体破坏。因此，采取一些排水措施降低浸润线的位置有重要意义。取一些排水措施降低浸润线的位置有重要意义。 排水措施的作用就是有计划的将渗水导向坝体下游，排水措施的作用就是有计划的将渗水导向坝体下游，降低浸润线的位置，防止渗透破坏（流土，管涌）：降低浸润线的位置，防止渗透破坏（流土，管涌）：二是增加坝坡稳定，减小坝的断面尺寸。二是增加坝坡稳定，减小坝的断面尺寸。87.88 对反滤层的要求：对反滤层的要求： 相邻两层中，颗粒较小的一层颗粒不得穿过颗相邻两层中，颗粒较小的一层颗粒不得穿过颗粒较粗一层的孔

29、隙；粒较粗一层的孔隙； 各层内的颗粒不能发生位移；各层内的颗粒不能发生位移； 被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层，但允许细被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层，但允许细小的颗粒被渗流带走。因为只要土骨架不被破小的颗粒被渗流带走。因为只要土骨架不被破坏，就不致产生渗透变形；坏，就不致产生渗透变形； 反滤层不能被堵塞，即细小颗粒能自由通过各反滤层不能被堵塞，即细小颗粒能自由通过各层的孔隙；层的孔隙； 耐久、稳定，在使用其间，不会随着时间的推耐久、稳定，在使用其间，不会随着时间的推移和环境的影响而改变性质。移和环境的影响而改变性质。.89 排水措施的作用排水措施的作用 ：降低浸润线的位置，防止渗降低浸润线的位

30、置，防止渗透破坏（流土，管涌）；二是增加坝坡稳定，减透破坏（流土，管涌）；二是增加坝坡稳定，减小坝的断面尺寸。小坝的断面尺寸。 常见的排水措施有下面几种：常见的排水措施有下面几种： 1表面排水 优点优点：用料少、便于施工观察、维修，防止渗：用料少、便于施工观察、维修，防止渗透破坏。透破坏。 缺点：不能降低浸润线位置缺点：不能降低浸润线位置 适用于：中、小型淤地坝。适用于：中、小型淤地坝。反滤层：反滤层：一般由一般由2到到3层粒径不同的砂石料铺筑而成，层粒径不同的砂石料铺筑而成，层面与渗流方向近乎垂直，沿渗流方向粒径由小层面与渗流方向近乎垂直，沿渗流方向粒径由小逐渐加大。逐渐加大。 .902棱式

31、反滤体排水 优点优点：降低浸润线，支撑坝体，利于稳定：降低浸润线，支撑坝体，利于稳定 缺点缺点：用料多，检修麻烦。具体尺寸，见书上。：用料多，检修麻烦。具体尺寸，见书上。 适用于适用于：大、中型土坝和水库。：大、中型土坝和水库。3 3有水平砂沟的排水有水平砂沟的排水（褥垫排水）（褥垫排水） 适用于适用于：不透水地基或透水性较差的地基，对水：不透水地基或透水性较差的地基，对水坠法施工排除坝体水分非常有利。不太适应不均坠法施工排除坝体水分非常有利。不太适应不均匀沉陷，我国使用不多。匀沉陷，我国使用不多。.91四、土坝稳定分析计算 （一）土坝稳定分析计算的目的（一）土坝稳定分析计算的目的 体积大，一

32、般不会整体滑动。稳定分析计算体积大，一般不会整体滑动。稳定分析计算的目的是求稳定状态下，最的目的是求稳定状态下，最优的断面形状尺寸优的断面形状尺寸。 （二）土坝滑坡因素及滑坡形态（二）土坝滑坡因素及滑坡形态 滑坡形态：圆弧、直线或折线滑坡形态：圆弧、直线或折线 （三）土坝稳定分析计算的方法（三）土坝稳定分析计算的方法 图解法图解法：中小型坝：中小型坝 条分法条分法：大中型工程：大中型工程五、土坝分期加高设计问题 （一）分期加高设计的依据和设计方法（一）分期加高设计的依据和设计方法.92 分期加高设计应在坝系规划总方案的基础上进行。分期加高设计应在坝系规划总方案的基础上进行。实践中，加高多为两到

33、三次完成，实践中，加高多为两到三次完成，次间隔时间大次间隔时间大约约l0年，小型坝一次二至三年（完成）。年，小型坝一次二至三年（完成）。 （1） 当第一次坝高设计当第一次坝高设计不设溢洪道不设溢洪道时，坝高除考虑时，坝高除考虑完成工程量外，应为拦洪库容（不包括安全加高库完成工程量外，应为拦洪库容（不包括安全加高库容）大于一次设计洪水总量相应的坝高。容）大于一次设计洪水总量相应的坝高。（2）当第一次坝高设计）当第一次坝高设计设有溢洪道设有溢洪道时，先根据淤积期时，先根据淤积期限确定拦泥坝高，再根据设计洪水计算滞洪库容，限确定拦泥坝高，再根据设计洪水计算滞洪库容，确定滞洪坝高，最后加上安全加高，即

34、得第一次设确定滞洪坝高，最后加上安全加高，即得第一次设计坝高。这种设计的防洪计算，应考虑计坝高。这种设计的防洪计算，应考虑土坝加高后土坝加高后溢洪道设置溢洪道设置方案问题。方案问题。 .93 （二）分期加高设计与（二）分期加高设计与“三大件三大件”设计方案设计方案 1.1.土坝加高方案及设计要求土坝加高方案及设计要求 内坡加高法、外坡加高法、骑马式加高法。内坡加高法、外坡加高法、骑马式加高法。 2. 2. 加高坝时溢洪道设计要求加高坝时溢洪道设计要求 原形加高法、土渠加陡法、滚水坝法原形加高法、土渠加陡法、滚水坝法 3. 3. 加高坝时放水洞设计要求加高坝时放水洞设计要求 竖井：垂直加高法竖井

35、：垂直加高法 卧管：向上延伸加高法卧管：向上延伸加高法 .94第五节 淤地坝溢洪道 一、位置选择一、位置选择 1. 工程量小工程量小 2. 地质良好地质良好 3. 溢洪安全溢洪安全 4. 水力条件好水力条件好 二、布置形式二、布置形式 1明渠式明渠式 小型坝库，泄洪流量小小型坝库，泄洪流量小 2堰流式堰流式 跌水式跌水式 陡坡式陡坡式.95.9697.98三、水力计算（一）明渠式（一）明渠式 （二）陡坡式（二）陡坡式 1. 溢流堰尺寸计算溢流堰尺寸计算 2陡坡段尺寸计算陡坡段尺寸计算 计算临界水深，临界坡度计算临界水深，临界坡度ik ,判断是否属陡坡判断是否属陡坡 矩形：矩形： 后由后由 梯形

36、梯形 : (临界水深关系式临界水深关系式) 试算试算 2/30MBHQ洪RiwcQ洪32gqhkgQBWkK23kKKkRCWQi222洪.99 计算陡坡长度（用几何关系）计算陡坡长度（用几何关系） 计算正常水深计算正常水深 计算绘制水面曲线计算绘制水面曲线 确定陡坡终点的流速确定陡坡终点的流速Va 看其是否满足不冲流速看其是否满足不冲流速 确定侧墙高度确定侧墙高度 H=h+hB+h h水深水深 hB掺气时的水深增加值，可按下式计算：掺气时的水深增加值，可按下式计算： 流速流速V小于或等于小于或等于20m/s时时 ， hB= 流速流速V大于大于20m/s时，时， h安全加高，可取安全加高，可取

37、0.51.0m100VhgVhB2002100.1013消能段消能段 底流消能底流消能; 挑流消能挑流消能 （1）消力池消能）消力池消能 消力池消能水力计算的目的有两个：消力池消能水力计算的目的有两个： 确定是否修建消力池确定是否修建消力池 必须进行水跃的计算必须进行水跃的计算 如需修建消力池，确定消力池的深度和长度。如需修建消力池，确定消力池的深度和长度。 d =h-h下下 式中式中:淹没系数，一般取淹没系数，一般取1.05-1.1 h下下下游渠道的水深下游渠道的水深.102消力池的长度消力池的长度Lk：对于矩形的断面对于矩形的断面： LK=(4.34.9)h梯形断面梯形断面： Lk=5 h

38、(1+ ) B1水跌前断面水面宽，B1=b+2mh B2水跃后断面水面宽，B2=b+2mh m边坡比 b底宽4112BBB 103.104水力计算的任务：1计算挑流射程;2确定挑流鼻坎高程;3鼻坎反弧半径R;4挑射角;5对冲刷坑深度t作估算.105四、溢洪道结构设计（一）溢洪道进口段（一）溢洪道进口段 1引水渠引水渠 基岩上基岩上 土基上土基上 2渐变段渐变段 3溢流堰溢流堰 为溢洪道的控制段为溢洪道的控制段 过水断面多为矩形过水断面多为矩形 108.109溢流堰建在溢流堰建在 土基上土基上 宽顶堰宽顶堰 岩基上岩基上 实用堰实用堰 底板底板 浆砌石，作齿墙浆砌石，作齿墙由三部分组成由三部分组

39、成 过水堰过水堰 浆砌石浆砌石 边墩边墩 浆砌石挡土墙，比溢流面高浆砌石挡土墙，比溢流面高 0.51.0m。 溢流堰上有时设工作桥，可用钢筋混凝土板建造，溢流堰上有时设工作桥，可用钢筋混凝土板建造，宽宽1.53.0 m。 110.111.112（三）陡坡段（三）陡坡段 建立在建立在 ：土基：土基 纵坡纵坡 1: 31：5 岩基岩基 纵坡纵坡1：11：3 1侧垟侧垟基础基础 断面形状断面形状 是否衬砌是否衬砌岩基岩基 矩形矩形 需凿平或用混凝土砂浆抹面需凿平或用混凝土砂浆抹面土基土基 梯形梯形 需用浆砌石或混凝土衬砌需用浆砌石或混凝土衬砌, 边边 坡比坡比 1：11：3 浆砌石衬砌浆砌石衬砌 厚

40、厚 0.30.4m 混凝土衬砌厚混凝土衬砌厚 0.10.15m 为防止不均匀沉陷及施工方便，沿水流方向每隔为防止不均匀沉陷及施工方便，沿水流方向每隔58m留留一沉陷缝。一沉陷缝。 .1132陡槽底板陡槽底板 基基 础础 是否衬砌是否衬砌 衬砌厚衬砌厚 岩基：良好岩基：良好 可不衬砌，仅凿平即可可不衬砌，仅凿平即可 不良，流速大不良，流速大 用块石或混泥土衬砌用块石或混泥土衬砌 浆砌块石衬砌浆砌块石衬砌 厚厚0.250.4m 混凝土衬砌厚混凝土衬砌厚 0.10.15 m 土基：土基： 必须衬砌必须衬砌 浆砌块石衬砌浆砌块石衬砌 厚厚0.30.5m 底板和侧垟统一分缝底板和侧垟统一分缝.114 对

41、于风化破碎的岩基底板用混凝土衬砌时，可加对于风化破碎的岩基底板用混凝土衬砌时，可加设适量锚筋设适量锚筋 对于土基上的陡槽底板，在底板下铺设一层厚约对于土基上的陡槽底板，在底板下铺设一层厚约0.10.2 m的碎石、砂卵石垫层，防冻的碎石、砂卵石垫层，防冻 底板下还应设置纵横向排水沟底板下还应设置纵横向排水沟 ，防扬压力，防扬压力 陡槽中流速较大，高速水流易使底板产生震动陡槽中流速较大，高速水流易使底板产生震动 ，对底板的厚度进行较核：对底板的厚度进行较核： =0.03aV (m) 要求底板的厚度要求底板的厚度（计算所得）（计算所得） h.115 底板厚底板厚 a地基条件系数地基条件系数 密实的粘

42、土和亚粘土密实的粘土和亚粘土 a=0.8 中等密实的粘土中等密实的粘土 a=1.0 亚砂土和砂亚砂土和砂 a=1.52.0 V流速（流速（m/s） h水深（水深（m）.116（四）消力池.117 强度高强度高 抗冻性能好抗冻性能好 浆砌块石建造，块石质地良好，砂浆标号不浆砌块石建造，块石质地良好，砂浆标号不小于小于M7.5，混凝土标号不小于，混凝土标号不小于 C15。 浆砌块石修筑，池底厚浆砌块石修筑，池底厚0.30.5m, 池前端设置池前端设置齿墙，深齿墙，深0.51.0m，厚，厚0.30.5m，底板下设反滤，底板下设反滤排水孔，侧墙构造同于陡槽，底板厚为可靠起见，排水孔，侧墙构造同于陡槽，

43、底板厚为可靠起见，可用下式校核：可用下式校核： KVc h收缩断面处水深，可取跃前水深；收缩断面处水深，可取跃前水深； Vc收缩断面处流速；收缩断面处流速； K系数，系数，Kc=0.03+0.17sin 陡槽未端射流与水平面夹角，陡槽未端射流与水平面夹角， h.118第五节 放水工程设计 设计主要包括以下几个方面的任务： 选择位置、型式布置、水力计算、结构设计一、放水洞的组成形式及作用一、放水洞的组成形式及作用（一）组成形式（一）组成形式 1. 卧管卧管 平孔、立孔、斜孔平孔、立孔、斜孔 2. 竖井竖井 孔：孔：2030cm 3. 卧管涵洞及输水涵洞卧管涵洞及输水涵洞 4. 输水涵洞出口段输水

44、涵洞出口段 注意消能注意消能.119.120.121.122.123.124.125（二）作用（二）作用二、工程布设二、工程布设（一）位置选择（一）位置选择 地质，进口高程，纵坡地质，进口高程，纵坡（二）放水洞布设（二）放水洞布设 纵坡，消能纵坡，消能三、水力计算三、水力计算 （一）卧管（一）卧管 卧管上端应高出坝库最高水位卧管上端应高出坝库最高水位12m。顶。顶部须设通气孔。卧管涵洞水流应保持无压自由部须设通气孔。卧管涵洞水流应保持无压自由流，为此其高度应比正常水深增大流，为此其高度应比正常水深增大34倍倍；若若为圆管，正常水深约为管径的为圆管，正常水深约为管径的40。.126.127水力计

45、算：水力计算： 确定进水孔尺寸；确定进水孔尺寸； 卧管涵洞断面尺寸。卧管涵洞断面尺寸。1卧管放水孔直径水力计算卧管放水孔直径水力计算 开启上下两孔时：开启上下两孔时： 设计卧管、涵洞、消力池应以加大流量Q加为设计依据。gHQ2)HH(g2QQQ2121.1282卧管涵洞尺寸计算卧管涵洞尺寸计算 按明渠均匀流公式计算按明渠均匀流公式计算 卧管高度应较正常水深大卧管高度应较正常水深大34倍，圆管水深不倍，圆管水深不超过其直径的超过其直径的40%。注意检修要求。注意检修要求。（二）消力池（二）消力池 池长：池长：L=（39）h 最小池深：最小池深：do=1.25(hho) ho输水洞水深输水洞水深

46、为保证池内产生淹没式水跃，还应满足：为保证池内产生淹没式水跃，还应满足： 水跃淹没系数水跃淹没系数 RicQ1 . 105. 1 hhdoo.129.130（三）竖井（三）竖井1放水孔尺寸放水孔尺寸 孔口出流公式：孔口出流公式：Q= 若采用上、下两对孔同时放水：若采用上、下两对孔同时放水： Q=Q上上+Q下下=2消力井尺寸消力井尺寸 可按每立方米容积水体消能可按每立方米容积水体消能7.58.0千瓦计算千瓦计算 当水流从放水孔跌入消力井，高度当水流从放水孔跌入消力井，高度H和流量和流量Q一定时，水流所具有的能量一定时，水流所具有的能量： N=9.81QrH=9.81QH（千瓦）（千瓦）消力池容积

47、：消力池容积： =1.23QH（m3） 1gH2)HH(g2218NV .131（四）输水涵洞（四）输水涵洞 方涵：适用于跨度小方涵：适用于跨度小 拱涵：适用于跨度和流量较大的情况拱涵：适用于跨度和流量较大的情况 混凝土管：适用中高坝和填土压力较大的坝下涵混凝土管：适用中高坝和填土压力较大的坝下涵管管.132 1无压流砌石涵洞无压流砌石涵洞 水深不大于洞高水深不大于洞高3/4，求出尺寸应，求出尺寸应便于检修便于检修。 2混凝土涵管混凝土涵管 无压：无压： 有压：有压： （短管自由出流的流量公式）（短管自由出流的流量公式） 涵洞出口的消能问题，同于溢洪道出口。涵洞出口的消能问题，同于溢洪道出口。

48、 四、工程结构设计四、工程结构设计（一）卧管与消力池的结构计算（一）卧管与消力池的结构计算RicQRicQ2gHQc.133.1341条石和砼盖板厚度条石和砼盖板厚度h可按下式计算取大值可按下式计算取大值 A 按最大弯矩计算按最大弯矩计算 B 按最大剪力计算按最大剪力计算 2混凝土盖板混凝土盖板 当按上式求得的砼或条石盖板当按上式求得的砼或条石盖板厚度较大时厚度较大时，应考虑采用钢筋混凝土盖板应考虑采用钢筋混凝土盖板（二）竖井的结构设计（二）竖井的结构设计 竖井通常用浆砌石建造，断面为圆形，一般竖井通常用浆砌石建造，断面为圆形，一般井壁厚井壁厚0.30.6m，根据井高，可等厚，可不等厚，根据井

49、高，可等厚，可不等厚（上薄下厚），其结构设计主要校核壁厚。（上薄下厚），其结构设计主要校核壁厚。 .135(三三)坝下输水涵洞坝下输水涵洞 输水洞常用盖板方形涵洞，拱形砌石涵洞，圆形输水洞常用盖板方形涵洞，拱形砌石涵洞，圆形钢筋混凝土涵洞钢筋混凝土涵洞 1盖板方涵盖板方涵 适用条件：填土较低，适用条件：填土较低，Q较小较小 断面：高而窄，应满足无压流及检修要求。断面：高而窄，应满足无压流及检修要求。 2拱型砌石涵洞拱型砌石涵洞 适用条件：坝高，适用条件：坝高，Q较大较大 3混凝土管混凝土管 适用条件：适用条件：Q较小，上部填土压力不大时用混较小，上部填土压力不大时用混 凝土管，断面圆形，常用凝土管，断面圆形，常用C15混凝混凝 土建造。土建造。此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！