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土石坝设计分析

发布时间:2018-07-09

土石坝设计分析,具体包括哪些内容呢?下面鲁班乐标为大家带来相关内容介绍以供参考。

土石坝就是指由土、石料等当地材料填筑而成的坝。在各地建成的大坝中,土石坝占了95%以上,尤其是小型水库工程中的大坝基本上是土石坝。正因为数量如此之多,也就成了除险加固工程的重头戏。土石坝设计的重点在坝基坝体防渗、坝坡抗滑稳定及泄洪建筑物(溢洪道、泄洪洞)设计。在正常运用与非常运用的情况下,都不能出现渗透与滑动破坏,发生洪水时不能出现泄洪受阻,乃至造成坝顶漫水等灾难性事故。土石坝渗流分析内容包括:确定坝体浸润线;确定渗流流速与渗透比降;确定渗流量。土、石料属于散粒材料,具有较大的孔隙率,存在渗流不可避免。土石坝的防渗体包括心墙、斜墙、铺盖、面板等,其材料常用黏土、砼、沥青砼等;随着土工材料技术的发展,利用土工薄膜做防渗体的工程已有建成。黏土材料防渗体的设计倒不是关键所在(在土石坝设计书籍中都有介绍),而是取决于工程施工质量,尤其是干密度、含水率、压实度等的控制是施工成败的关键。在土石坝除险加固设计中,采用较多的是增设黏土斜墙,或砼防渗墙,或黏土井柱(又称为黏土套井回填)等,其防渗效果都比较明显。关于渗流允许坡降的计算,规范中的推荐公式只适用于无黏性土,对黏性土其计算结果明显偏小,过于保守。事实上黏性土存在的黏聚力是有利于渗流稳定的,根据有关文献,可以考虑黏聚力的三分之一参与渗流允许坡降的计算。从现有大量的小型土石坝运行情况看,用黏性土建造的土坝,下游坝坡的渗流稳定性是能满足要求的,不需要进行特别处理。关于坝坡的抗滑稳定性,显然无黏性土要好于黏性土,这是因为无黏性土的内摩擦角比黏性土大,其自然休止角大,故坝坡坡度相对可陡一些,像砼面板堆石坝的坝坡一般不大于1:1.5,从而筑坝工程量大幅减少,投资也较省,但对防渗要求就高得多。在土石坝尤其是土坝的设计中,对上游坝坡在水位骤降期的稳定性应引起足够重视,其局部滑坡问题并不鲜见,这就需要设计人员正确对待,尽量将不利因素考虑得周全一点,并且应在设计说明中明确提出水库的调度运行原则,对水位的降幅与时间提出控制标准。(注:在水闸设计中也有这个问题,对闸孔的开闭顺序、开度调节等也要提出明确的要求。)此外,在农林开发热潮中,部分水库成了旅游景点,坝顶兼作交通道路,因此在坝坡的抗滑稳定分析中应计入车辆荷载的作用。土石坝的泄洪建筑物主要采用岸边溢洪道。采用正槽还是侧槽取决于地形条件,并尽量采用正槽溢洪道。在相同溢流宽度的条件下,正槽比侧槽的过水能力要大。在溢洪道设计规范及设计教科书中,对泄槽段的布置,建议不用或少用弯道;在条件允许时当然应该这样做,但从大量的小型水库情况看,这一要求往往很难满足。曾有一座小型水库的溢洪道对着一座民房,感觉非常惊讶,据了解由于多年没来大洪水,溢洪道出流量不大,未威胁到民房的安全;虽然如此,但一颗心肯定是悬着的。后在加固设计时,采用弯道泄流以避开房子。所以,受地形条件制约,将泄槽布置成弯道是不可避免的,关键是如何合理地选择弯曲半径(有条件时可设置缓和曲线)及设置两侧导墙,保证水流平顺,留足安全超高。在溢洪道设计中,应该密切关注泄槽底板及消力池底板的抗冲与抗浮稳定问题。某省一座大型水库的溢洪道,因设计考虑不周,建成投用不到十年,其消力池底板便出现了严重的冲刷破坏,不得不花费100多万元进行加固。在泄槽段,由于流速大,动水压力作用显著,抗冲问题不容忽视。同时,为避免底板浮动,无论是岩基还是土基都应在底部设置良好的纵向与横向排水系统,其中一般土基上可设置直径10~500px的排水管,岩石地基可开挖0.3m×0.3m左右的沟槽,并回填碎石;对岩基上的底板在必要时可在底部增设直径不小于25mm的锚固钢筋以保证底板的稳定性。与土石坝设计,尤其是除险加固设计密切相关的还有坝下涵管的设计问题。受历史条件制约,大量的小型水库工程的灌溉取水都是采用的坝下涵管,在水库安全认定当中,涵管部位的渗漏问题尤其突出;一方面是管材质量本身存在问题,另一方面是当时施工质量存在隐患。目前常用的处理方法包括三类:一是在条件允许时将其封堵,另行开挖输水隧洞,这种方法比较保险,但投资较大(因施工需要有最小洞径限制);二是采用拆除重建的方法,投资相对较少,但在施工质量上必须引起高度重视,尤其是涵管周围的截渗体;三是采用虹吸管取水,施工方便,投资较省,但在操作管理上有一定的技术要求,同时要满足一个前提条件,虹吸管顶部(最高处)与上游水面的距离再加上水头损失后必须小于7m(理论极限是10m,但实际的真空压强达不到理论值),否则虹吸作用形成不了,所以其使用场合受到限制。

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