《水利水电工程概论》第四章4节土石坝.pptx
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1、2024/3/29 周五1l定义:定义:l由土、石料等由土、石料等当地材料当地材料经抛填、碾压等方法堆筑成经抛填、碾压等方法堆筑成的坝的坝。l土石坝又可分为两大类土石坝又可分为两大类土坝土坝和和堆石坝堆石坝:l1、土坝土坝:土或砾石:土或砾石(含砾量含砾量60%70%)l渗透系数较高、砾石起骨架作用渗透系数较高、砾石起骨架作用l关键:控制坝体强度和稳定的是关键:控制坝体强度和稳定的是填土或者堆石填土或者堆石一、定义及建设情况一、定义及建设情况2024/3/29 周五2l建设情况:建设情况:历历史史最最悠悠久久,数数量量最最多多。中中国国最最早早的的土土石石坝坝出出现现在在公公元元前前60060
2、0多多年年,我我国国开开始始填填筑筑土土堤堤,防防御御洪洪水水,蓄蓄水水兴兴利利。如:如:安徽芍陂安徽芍陂(qubi)(qubi)、浙江海塘浙江海塘等。等。解解放放后后至至今今,我我国国内内已已建建成成的的八八万万多多座座水水坝坝,土土石石坝坝约占约占90%90%左右。左右。国际上:古印度、古埃及等,也很早开始修建土坝。国际上:古印度、古埃及等,也很早开始修建土坝。土石是水利工程建设中最被广泛利用的当地材料,这土石是水利工程建设中最被广泛利用的当地材料,这不仅有利于群众性施工,而且随着大型高效施工机具的采不仅有利于群众性施工,而且随着大型高效施工机具的采用,施工人数大幅度减少,施工工期缩短,施
3、工费用大大用,施工人数大幅度减少,施工工期缩短,施工费用大大降低。因此,在国内外水利工程建设中,绝大多数堤坝均降低。因此,在国内外水利工程建设中,绝大多数堤坝均土石材料填筑。土石材料填筑。2024/3/29 周五3安徽寿县芍陂安徽寿县芍陂(qubi)l芍芍陂陂陂陂塘塘灌灌溉溉工工程程,位位于于安安徽徽省省寿寿县县南南。春春秋秋时时期期楚楚庄庄王王十十六六年年至至二二十十三三年年(公公元元前前598598年年公公元元前前591591年年)由由孙孙叔叔敖敖创创建建,迄迄今今25002500多年一直发挥不同程度的灌溉效益。多年一直发挥不同程度的灌溉效益。l19591959年年,安安徽徽省省文文化化局
4、局文文物物工工作作队队曾曾在在安安丰丰塘塘越越水水坝坝地地方方,发发掘掘出出一一座座汉汉代代(公公元元前前206206年年公公元元220220年年)水水利利工工程程(草草土土堰堰)遗遗址址,伴伴随随出出土土的的有有汉汉代代时时期期铁铁锤锤等等文文物物。芍芍陂陂灌灌区区面面积积,在在公公元元4 4世世纪纪公公元元1313世世纪纪常常见见记记载载,有有灌灌田田万万顷顷、灌灌田田五五千千余余顷顷等等说说法法。自自古古来来芍芍陂陂工工程程的的人人为为破破坏坏严严重重,多多次次受受到到战战争争波波及及,以以致致到到民民国国年年间间,芍陂灌溉效益越来越低,芍陂灌溉效益越来越低,19491949年实灌面积仅
5、年实灌面积仅8 8万多亩。万多亩。2024/3/29 周五4浙江省鄞浙江省鄞(yn)县它山堰县它山堰 它它山山堰堰是是甬甬江江支支流流鄞鄞江江上上修修建建的的御御咸咸蓄蓄淡淡引引水水灌灌溉溉枢枢纽纽工工程程。位位于于浙浙江江省省宁宁波波市市西西南南,唐唐代代大大和和七七年年(公公元元833833年年)由由县县令令王王元元玮创建。玮创建。l筑筑堰堰前前,海海潮潮可可沿沿江江上上溯溯章章溪溪,因因海海水水倒倒灌灌使使耕耕田田卤卤化化,城城市市用用水水困困难难。在在鄞鄞江江上上游游出出山山处处的的四四明明山山与与它它山山之之间间,用用条条石石砌砌筑筑一一座座上上下下各各3636级级的的拦拦河河溢溢流
6、流坝坝。这这座座坝坝平平时时可可以以下下挡挡咸咸潮潮,上上蓄蓄溪溪水水,供供鄞鄞西西平平原原七七乡乡数数千千顷顷农农田田灌灌溉溉,并并通通过过南南塘塘河河供供宁宁波波城城使使用用。为为防防止止洪洪水水涌涌入入城城市市。宋宋代代(公公元元960960年年公公元元12791279年年)至至清代(公元清代(公元16441644年公元年公元19111911年)时都对工程进行维修。年)时都对工程进行维修。l明明代代嘉嘉靖靖十十五五年年(公公元元15361536年年)加加高高堰堰(坝坝)顶顶1 1尺尺,清清代代咸咸丰丰七七年年(公公元元18571857年年)曾曾进进行行较较大大修修治治。公公元元19141
7、914年年清清理理堰堰上上淤淤积积,使水道通畅。使水道通畅。19871987年定为全国重点保护文物。年定为全国重点保护文物。2024/3/29 周五5它它 山山 堰堰2024/3/29 周五6 特特别别是是最最近近十十几几年年以以来来,随随着着大大型型高高效效的的土土石石方方施施工工机机械械的的采采用用,岩岩土土力力学学理理论论和和电电子子计计算算机机技技术术在在土土石石坝坝设设计计中中的的广广泛泛使使用用,为为建建筑筑高高土土石石坝坝提提供供了了有有利利条条件件,土土石石坝坝得得到到了了飞飞跃跃发发展展,成成为为当当今今世世界界上上坝坝体高度最高、应用最广泛的坝型。体高度最高、应用最广泛的坝
8、型。目目前前世世界界上上最最高高的的水水坝坝为为塔塔吉吉克克斯斯坦坦的的罗罗贡贡土土石石坝坝,坝高,坝高335m335m。我我国国已已建建的的最最高高土土石石坝坝为为小小浪浪底底土土石石坝坝,坝坝高高154m154m,在在建建的的水水布布垭垭面面板板堆堆石石坝坝高高达达233m233m。在在本本世世纪纪,我国将发展更高的土石坝。我国将发展更高的土石坝。2024/3/29 周五7全世界高坝中土石坝的比例变化全世界高坝中土石坝的比例变化2024/3/29 周五8各种坝型建设情况各种坝型建设情况2024/3/29 周五9世界土石坝按国家或地区分类统计图世界土石坝按国家或地区分类统计图 2024/3/
9、29 周五10小浪底土石坝小浪底土石坝2024/3/29 周五11水布垭面板堆石坝水布垭面板堆石坝水布垭枢纽总工期水布垭枢纽总工期8年,自从年,自从2001年正式开工,工程于年正式开工,工程于2008年年12月底全月底全部竣工。水布垭的面板堆石坝是目前世界上最高的面板堆石坝。部竣工。水布垭的面板堆石坝是目前世界上最高的面板堆石坝。2024/3/29 周五12水水布布垭垭水水利利枢枢纽纽基基本本资资料料2024/3/29 周五13姆里卡水电站位于印度尼西亚爪哇岛中部的塞拉尤姆里卡水电站位于印度尼西亚爪哇岛中部的塞拉尤(Serayu)河上。主坝为心墙土石坝,最大坝高河上。主坝为心墙土石坝,最大坝高
10、110m。2024/3/29 周五142024/3/29 周五15西西北北口口面面板板堆堆石石坝坝作作为为“七七五五”国国家家重重点点科科技技攻攻关关的的试试验验坝坝,结结合合实实际际工工程程做做了了大大量量科科研研工工作作,并并用用之之于于工工程程实实际际。1988年年4月月23日日至至26日日浇浇筑筑第第一一块块面面板板试试验验块块,获获得得成成功功,随随后后将将此此项项成成果果移移交交给给施施工工单单位位,在在1989年年3-6月月份份浇浇筑筑其其余余各各块块,却却出出现现严严重重裂裂缝缝事事故故,基基本本上上呈呈水水平平走走向向,贯贯穿穿整整个个面面板板条条块块。当当时时引引起起一一些
11、些人人对对面面板板坝坝的的疑疑虑虑,甚甚至至有有的的面面板板坝坝工工程程提提出出更更改改坝坝型型的的问问题题,影影响响了了面面板板坝坝的的声声誉誉。经经过过多多次次调调查查分分析析论论证证,认认为为其其主主要要原原因因是是原原材材料料使使用用不不当,施工工艺不严格,以及未及时养护等,只要认真对待,还是可以解决的。当,施工工艺不严格,以及未及时养护等,只要认真对待,还是可以解决的。西北口面板堆石坝西北口面板堆石坝2024/3/29 周五16江西东津江西东津 88.5m88.5m2024/3/29 周五17兴山兴山古洞口古洞口 118m118m2024/3/29 周五18 1、结构特点:、结构特点
12、:(1)稳稳定定方方面面:不不会会沿沿坝坝基基面面整整体体滑滑动动,失失稳稳形形式式主主要是坝坡滑动或连同部分地基一起滑动;要是坝坡滑动或连同部分地基一起滑动;(2)渗渗流流方方面面:坝坝体体为为散散粒粒体体结结构构,在在上上下下游游水水位位差差作作用用下下经经坝坝体体和和地地基基向向下下游游渗渗透透,产产生生渗渗透透压压力力和和渗渗透变形,严重时会导致坝体失事;透变形,严重时会导致坝体失事;(3)冲冲刷刷方方面面:颗颗粒粒间间粘粘结结力力小小,因因此此土土石石坝坝抗抗冲冲能能力较低;)力较低;)(4)沉降方面:颗粒间存在孔隙,受力后产生沉陷;)沉降方面:颗粒间存在孔隙,受力后产生沉陷;二、结
13、构特点及优缺点二、结构特点及优缺点2024/3/29 周五191 1坝体、坝基的透水性坝体、坝基的透水性挡水时:由于上、下游水位差的作用,水将经坝体和坝挡水时:由于上、下游水位差的作用,水将经坝体和坝基的颗粒孔隙向下游渗透。基的颗粒孔隙向下游渗透。1 1)使水库的水量大量流失;)使水库的水量大量流失;2 2)而且还会引起坝体或坝基产生管涌、流土等渗透变)而且还会引起坝体或坝基产生管涌、流土等渗透变形,导致溃坝事故形,导致溃坝事故。以以坝体浸润线坝体浸润线为界,线上的土为非为界,线上的土为非饱和状态,线下土体则呈饱和状态。饱和土体,其抗剪饱和状态,线下土体则呈饱和状态。饱和土体,其抗剪强度指标也
14、将相应降低,对坝坡稳定不利。强度指标也将相应降低,对坝坡稳定不利。为此,应设置防渗和排水措施,以减少水库的渗漏损失为此,应设置防渗和排水措施,以减少水库的渗漏损失和保证坝坡的稳定性。和保证坝坡的稳定性。二、土石坝的工作特点二、土石坝的工作特点2024/3/29 周五202024/3/29 周五212 2土石坝的局部失稳定破坏形式土石坝的局部失稳定破坏形式土石坝是松散的土石料填筑,坝体剖面需要做成土石坝是松散的土石料填筑,坝体剖面需要做成上、下游边坡较平缓的梯形断面。上、下游边坡较平缓的梯形断面。由于由松散颗粒组成,其失稳是以局部坝坡坍塌由于由松散颗粒组成,其失稳是以局部坝坡坍塌的形式出现。的形
15、式出现。当坝坡太陡或土体的抗剪强度指标较小时,在渗当坝坡太陡或土体的抗剪强度指标较小时,在渗透压力和土体上部重力的作用下,局部坝坡土体透压力和土体上部重力的作用下,局部坝坡土体(包括坝基土体)将向坡外滑移,简称滑坡。(包括坝基土体)将向坡外滑移,简称滑坡。为了保持坝坡稳定,需设置较平缓的上、下游坝为了保持坝坡稳定,需设置较平缓的上、下游坝坡。因此,应根据地形、地质条件和筑坝材料等坡。因此,应根据地形、地质条件和筑坝材料等因素选择适宜的坡。因素选择适宜的坡。使坝体:保证安全稳定、经济合理。使坝体:保证安全稳定、经济合理。2024/3/29 周五223 3抗冲性能差抗冲性能差坝体材料是松散的颗粒:
16、坝体材料是松散的颗粒:v 当洪水漫过坝顶时,水流必然会携带土粒流当洪水漫过坝顶时,水流必然会携带土粒流失,从而引起坝体局部破坏或整体溃决。失,从而引起坝体局部破坏或整体溃决。例如,例如,19751975年年8 8月,我国淮河上游两座土坝,因月,我国淮河上游两座土坝,因溢洪道泄洪能力不足发生洪水漫顶而溃坝。溢洪道泄洪能力不足发生洪水漫顶而溃坝。v 由于波浪的作用,必然导致坡面土料的流失由于波浪的作用,必然导致坡面土料的流失和坍塌,削弱坝体剖面尺寸,对坝体稳定不利。和坍塌,削弱坝体剖面尺寸,对坝体稳定不利。设计中,要求:设计中,要求:1 1)坝体应有足够的)坝体应有足够的超高超高2 2)坝坡应有相
17、应的)坝坡应有相应的防冲措施防冲措施。3 3)保证泄洪措施有足够的)保证泄洪措施有足够的泄洪能力泄洪能力。2024/3/29 周五234 4坝体沉陷量大坝体沉陷量大坝体材料是松散的颗粒:坝体材料是松散的颗粒:由于坝体土料、石料之间的孔隙存在,坝体是可由于坝体土料、石料之间的孔隙存在,坝体是可压缩的。压缩的。尽管在筑坝时要求分层填筑、逐层压实,但坝体尽管在筑坝时要求分层填筑、逐层压实,但坝体的沉陷仍然是不可避免的。当坝基为土基时,沉的沉陷仍然是不可避免的。当坝基为土基时,沉陷值将更大。陷值将更大。过大的沉陷将会降低坝顶的设计高程;而不均匀过大的沉陷将会降低坝顶的设计高程;而不均匀的沉陷将使坝体产
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