2.土石坝设计-修改 - 图文

项目二 土石坝设计

【教学目标】

掌握土石坝的类型及其构造特点、土石料设计的基本原则和方法、土石坝的渗流和渗透稳定分析、坝坡抗滑稳定分析以及坝基处理等方面的基本知识，了解现代钢筋混凝土面板堆石坝的特点及其设计理论和方法。

【教学要求】 知识要点 土石坝剖面设计 土石坝渗流分析 土石坝坝坡稳定分析 土石坝的筑坝材料、构造要求及地基处理 能力目标 了解土石坝的特点、工作原理，能拟定土石坝剖面尺寸。 能根据土石坝剖面及防渗、排水设计计算土石坝浸润线和渗流量，并对渗流稳定进行分析。 能对土石坝进行坝坡稳定分析。 熟悉土石坝防渗体和坝壳对材料的要求和填筑标准、掌握土石坝地基处理方法。 权重 25% 25% 30% 20%

引例

某水库总库容1420万m3，灌溉农田面积4.5 万亩。水库正常蓄水位116.70m，设计洪水标准采用100 年一遇（p＝1％），设计洪水位117.90m，相应下游水位84.30，

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设计下泄流量110m/s；校核洪水标准采用2500 年一遇（p＝0.2％），校核洪水位119.60m，相应下游水位84.70m，最大下泄流量150m3/s。水库死水位93.60m，死库容115万m3。於沙高程91.94m，於沙库容98万m3。灌溉控制水位91.902m。涵管设计流量4m3/s，加大流量4.8m3/s。

坝基为砂卵石，层厚4～8m，渗透系数8×10-2cm/s。砂卵石下为花岗片麻岩，微风化层深1～2m，两岸为花岗片麻岩，微风化层深1～2m。库区多年平均最大风速15.0m/s，吹程2000m。地震烈度5度。库区雨季较长。

坝址附件沙砾料储量为600万m3，粘土储量为30万m3，均分布在坝址上、下游各一半，料场距大坝3km，交通运输方便。天然状态下粘土的物理力学指标为：粘粒含量30％～40％，天然含水量23％～24％，塑性指数15～17，不均匀系数50，有机质含量0.4％，水溶盐含量2％，塑限17％～19％，比重2.7～2.72；扰动后主要物理力学指标：干容重16.50kN/m3，饱和容重20.60kN/m3，浮容重10.60kN/m3，渗透系数2×10-6cm/s。

砂砾石物理力学指标：渗透系数3×10-3cm/s，内摩擦角：水上?1＝29o（总应力强度指标），?1'＝32o（有效应力强度指标）；水下：水上?2＝27o（总应力强度指标），

'＝30o（有效应力强度指标）。比重2.7，不均匀系数?＝15。 ?2坝轴线处河床底高程82.20m。浆砌块石容重取为22.54kN/m3.坝顶无交通要求。 设计该大坝。

知识点

本例是一个土石坝枢纽工程，下面我们将通过本例对土石坝的特点、工作原理、剖面尺寸拟定、渗流和稳定计算、细部构造设计、地基处理等相关知识进行讲解。

【基本知识学习】

2.1 土石坝概述

土石坝利用当地土石材料填筑而成，故又称当地材料坝。土石坝是最古老、应用最普遍的一种坝型，到目前为止，我国已建成大、中、小型坝8.6万多座，其中90％以上为土石坝。

例2-1：建在甘肃文县白龙江上的碧口水电站，控制流域面积26000平方公里，多年平均流量275秒立米，设计洪水流量7630秒立米。总库容为521亿立米，设计灌溉面积0.89万亩，装机容量30.0万千瓦。主坝坝型为壤土心墙土石坝。最大坝高101米，坝顶长度297米，坝基岩石为干枚岩和凝灰岩。坝体工程量424.1万立米，主要泄洪方式溢洪道和隧洞。

图2-1-1 碧口水电站

例2-2：建在北京密云潮白河上的密云水库,控制流域面积15788平方公里,多年平均流量50秒立米,设计洪水流量16500秒立米,总库容43.75亿立米,设计灌溉面积400万亩,装机容量8.8万千瓦。主坝坝型为粘土斜墙土坝,最大坝高66米(白河主坝),坝顶长度960米(白河主坝),坝基岩石为砂砾石复盖层,坝体工程量1105万立米。主要泄洪方式为岸边溢洪道,大坝特点是坝基混凝土墙和灌浆防渗。

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图2-1-2 密云水库

例2-3：建在广东乳源的南水水电站，控制流域面积608平方公里，多年平均流量33.4秒立米，设计洪水流量4190秒立米，总库容12.18亿立米，装机容量7.5万千瓦。主坝坝型为粘土斜墙堆石坝，最大坝高81.3米，坝顶长度215米，坝基岩石为砂岩，坝体工程量171.1万立米，主要泄洪方式为隧洞，大坝特点是定向爆破筑坝。

图2-1-3 南水水电站

例2-4：建在云南会泽的以礼河毛家村水电站，所在河流为，控制流域面积868平方公里，多年平均流量15.9秒立米，设计洪水流量1700秒立米，总库容5.53亿立米，设计灌溉面积74万亩，装机容量1.6万千瓦。主坝坝型为粘土心墙土石坝，最大坝高80.5米，坝顶长度467米，坝基岩石为玄武岩，坝体工程量664.3万立米，主要泄洪方式为隧洞。

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图2-1-4 以礼河毛家村水电站

例2-5：建在河北磁县漳河的岳城水库控制流域面积18100 平方公里，多年平均流量62.2秒立米，设计洪水流量19300秒立米，总库容10.9亿立米，设计灌溉面积200万亩，装机容量1.7万千瓦。主坝坝型为均质土坝，最大坝高53米，坝顶长度3570米，坝基岩石为砂砾石复盖层，坝体工程量2900万立米，主要泄洪方式岸边溢洪道，大坝特点是坝下泄洪洞（涵管）。

图2—1-5 岳城水库

2.1.1 土石坝的特点

优点：（1）筑坝材料可以就地取材，可节省大量钢材和水泥；

（2）较能适应地基变形，对地基的要求比砼坝要低； （3）结构简单，工作可靠，便于维修和加高、扩建； （4）施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工。

缺点：（1）坝顶不能过流，必须另开溢洪道；

（2）施工导流不如砼坝便利； （3）对防渗要求高；

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（4）因为剖面大，所以填筑量大而且施工容易受季节影响。

工作特点：

（1）稳定方面：不会沿坝基面整体滑动，失稳形式主要是坝坡滑动或连同部

分地基一起滑动；

（2）渗流方面：坝体为散粒体结构，在上下游水位差作用下经坝体和地基向

下游渗透，产生渗透压力和渗透变形，严重时会导致坝体失事； 冲刷方面：因颗粒间粘结力小，土石坝抗冲能力较低；

）沉降方面：颗粒间存在孔隙，受力后产生沉陷，施工时需预留沉降量； （5）其他方面：冰冻、地震、动物筑窝等.

2.1.2土石坝的设计要求

为使土石坝能安全有效地工作，在设计方面的一般要求：

（1）不允许水流漫顶，要求坝体有一定的超高； （2）满足防渗及渗流稳定要求； （3）坝体和坝基必须稳定；

（4）应避免有害裂缝及必须能抵抗其他自然现象的破坏作用； （5）安全使用前提下，力求经济美观。

2.1.3 土石坝的类型

（1）按施工方法分类：可以分为碾压式土石坝、水力冲填式和水中填土坝、定向爆破

堆石坝，其中应用最广的是碾压式土石坝。

（2）碾压式土石坝按材料在坝体内的配置和防渗体的位置分类（图2-1-6）

①均质土坝：坝体剖面的全部或绝大部分由一种土料填筑，如图2-1-6（a）。

优点：材料单一，施工简单；

缺点：当坝身材料粘性较大时，雨季或冬季施工较困难。

②心墙坝：用透水性较好的砂或砂砾石做坝壳，以防渗性较好的粘性土作为防渗

体设在坝的剖面中心位置，心墙材料可用粘土也可用沥青混凝土和钢筋混凝土，如图2-1-6（b）；

优点：坝坡较均质坝陡，坝剖面较小，工程量少，心墙占总方量比重不大，因

此施工受季节影响相对较小；

缺点：要求心墙与坝壳大体同时填筑，干扰大, 一旦建成，难修补； ③斜墙坝：防渗体倾斜置于坝剖面的上游侧，如图2-1-6（c）。

优点：斜墙与坝壳之间的施工干扰相对较小，在调配劳动力和缩短工期方面比

心墙坝有利；

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①Ⅰ级、Ⅱ级坝和高坝的压实度应为98％～100％，3级及级以下的中、低坝压实度应为96％～98％。；

②设计地震烈度为8度、9度的地区，宜取上述规定的大值； ③有特殊用途和性质特殊的土料的压实度宜另行确定。

粘性土的施工填筑含水率应根据土料性质、填筑部位、气候条件和施工机械等情况控制在最优含水率的-2％～+3％偏差范围以内。有特殊用途和性质特殊的粘性土的填筑含水率应另行确定。在冬季负气温下填筑时，应使土料在填筑过程中不冻结，粘性土的填筑含水率宜略低于塑限；砂和砂砾料中的细料部分的含水率宜小于4％，并适当提高填筑密度。

(2)砂砾石和砂的填筑标准应以相对密度Dr为设计控制指标，并应符合下列要求： ①砂砾石的相对密度不应低于0.75，砂的相对密度不应低于0.70，反滤料宜为0.70； ②砂砾石中粗粒料含量小于50％时，应保证细料（小于5mm的颗粒）的相对密度也符合上述要求；

③地震区的相对密度设计标准应符合SL203-97《水工建筑物抗震设计规范》的规定。 ⑶堆石的填筑标准宜用孔隙率为设计控制指标并应符合下列要求：

①土质防渗体分区坝和沥青混凝土心墙坝的堆石料孔隙率宜为20％～28％； ②沥青混凝土面板坝堆石料的孔隙率宜在混凝土面板堆石坝和土质防渗体分区坝的孔隙率之间选择；

③采用软岩风化岩石筑坝时，孔隙率宜根据坝体变形、应力及抗剪强度等要求确定； ④设计地震烈度为8度、9度的地区，可取上述孔隙率的小值。

2.4 土石坝的渗流分析

2.4.1 渗流分析的目的及方法

水库蓄水后，由于上下游水位差的关系，水流会通过坝体土粒之间的空隙从上游向下游流动，即为渗流，如图2-4-1所示。坝体内渗透水流的自由水面称为浸润面，浸润面与坝体剖面的交线称为浸润线。

图2-4-1 渗流示意图

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土石坝渗流分析的目的是：

（1）确定坝体内浸润线和下游溢出点的位置，为坝体稳定核算、应力应变分析和排水设备的选择提供依据；

（2）确定坝体及坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失和确定坝体排水设备的尺寸； （3）确定坝体和坝基渗流逸出区的渗流坡降，检查产生渗透变形的可能性； （4）确定库水位降落时上游坝壳内自由水面的位置，估算由此产生的孔隙压力，为上游坝坡稳定分析提供依据。

常用的渗流分析方法：流体力学方法、水力学方法、流网法和试验法。SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》中规定对1级、2级坝和高坝应采用数值法计算确定渗流场的各种渗流因素，对其他情况可采用公式进行计算。

采用公式进行渗流计算时对比较复杂的实际条件可作如下简化

①渗透系数相差5倍以内的相邻薄土层可视为一层，采用加权平均渗透系数作为计算依据；

②双层结构坝基，如下卧土层较厚，且其渗透系数小于上覆土层渗透系数的1/100时，可将下卧土层视为相对不透水层；

③当透水坝基深度大于建筑物不透水底部长度的1.5倍以上时可按无限深透水坝基情况估算。

2.4.2 渗流计算水位组合情况

渗流计算应包括以下水位组合情况： ①上游正常蓄水位与下游相应的最低水位； ②上游设计洪水位与下游相应的水位； ③上游校核洪水位与下游相应的水位； ④库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。 2.4.3 渗流分析的水力学方法

水力学法是一种近似解法，因其计算简单，且可满足工程要求，是一种工程中常用的方法。但水力学法只能求得断面的平均渗透坡降和平均流速。计算时，假设：①坝体材料均质,坝内各点在各方向的渗透系数相同；②渗流为层流,符合达西定律；③渗透水流为渐变流，任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等，对不透水地基上的矩形土体（图2-4-1），流过断面上的平均流速为：

dy＝?kJ （2-4-1） dx式中 v—渗透流速，m/s；K—渗透系数，m/s；J—渗透坡降。

v＝?k对粘土、砂等细粒土，渗透系数较小，因此基本能满足达西定律；

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对砂砾石、砂卵石等粗粒土，渗透系数较大，因此只能部分满足达西定律； 对渗透系数达到或大于1～10 m/d的土石料，基本不满足达西定律。此时按达西定律计算时，计算结果与实际情况会存在较大差别。

单宽流量： q＝vy＝?kydy （2-4-2） dx

图2-4-1 不透水地基上矩形土体的渗流计算图

LH2将式（2-4-2）自上游向下游积分，即

?0qdx＝??kydy，得

H12k（H1?H22）q＝ （2-4-3）

2L将式（2-4-2）自上游向区域中某点（x,y）积分，得浸润线方程：

2y2＝H1?2qx （2-4-4） k⑴不透水地基上土石坝的渗流计算

如图2-4-2为不透水地基上均质坝，设上游水深为H1，下游水深为H2，上游坝坡平均值为m1，下游坝坡平均值为m2，a0为渗流溢出点c高出下游水位的高度，AEC为浸润线，k为坝体土料渗透系数。

为简化计算，通常以等效虚拟矩形ABOD代替三角形A’AD，即将坝的上游面假定为垂直面。虚拟矩形宽度?L按下式计算：

?L＝m1H1 （2-4-5）

2m1?1 18

这样将坝体简化为两段来处理，从下游渗流溢出点C作垂线CF，将坝体分成上游坝体段BOFC和下游坝体段CFG两段。

图2-4-2 不透水地基上均质坝渗流计算

①第一段渗流计算 将q＝vy＝?kydy在水头为H1的BO断面（首端）至水头为h0=a0+H2的CF断面（末dx端）之间进行积分，可得第一段的渗流量q1为：

K[H12?(a0?H2)2]q1? （2-4-6） ‘2L②第二段渗流计算

第二段为cfg段，该段的渗流量可以以下游水面为准，分水上、水下两部分进行计算。 水面以上部分：假设第二段水上部分渗流流线为水平直线，将水面以上部分划分为若干个厚度为dz的水平渗流通道，该通道过水断面为dz×1，长度为m2z，作用水头为z（z为以出逸点c为原点、以向下为正的竖直局部坐标轴，z呈直线变化），则每条渗流通道的渗透坡降为J?z1?，则通过该渗流通道的渗流量为 m2zm2dq??KJdz?Kdz m2于是，水面以上部分的渗流量为

q???dq??K0a0a0 （2-4-7） m2水面以下部分：同样地，将水面以下部分也划分为若干个厚度为dz的水平渗流通道，每条渗流通道的作用水头为常数a0，渗透坡降为J?a0，则通过该渗流通道的渗流量为 m2zdq???KJdz?Ka0dz m2z 19

于是，水面以下部分的渗流量为

q????a0?H2a0dq????a0?H2a0Ka0aa?H2 （2-4-8） dz?K0ln0m2zm2a0通过第二段的总渗流量为水面以上部分渗流量与水面以下部分渗流量之和，即：

q2?q??q???Ka0a?H2(1?ln0) （2-4-9） m2a0按流量连续的原则，通过第一段的渗流量与通过第二段的渗流量是相等的，即、（2-4-9），可以求出q?q1?q2。于是，联立式上述第一段和第二段渗流量公式（2-4-6）

浸润线在下游坝坡的逸出点与下游水位之间的高度a0。求出a0后，代入渗流量公式，即可求出该断面上坝体的渗流量。将求得的q代入（2-4-4）可得浸润线方程。

几点说明：

①当下游无水时，可取上述各式中的H2=0即得；

②当下游有贴坡排水时，由于贴坡排水不改变坝体渗流流线、坝体浸润线以及出逸点位置，因此上述各式也适用；

③进口部分浸润线调整：由于在两段法中用虚拟的矩形代替上游楔形体，因此按上述方法计算得出的浸润线在渗流的进口段应作适当的调整，使之与实际情况相符。具体方法是：从上游计算水位与上游坝坡的交点A出发，手绘一条曲线，与原浸润线相切，切点记为A，这样所得到的曲线AEC即为实际坝体中的计算浸润线。

⑵有限深透水地基上土石坝的渗流计算

如图2-4-3为一有限深透水地基上的均质坝，设坝体渗透系数为k，透水地基的深度为T、透水地基渗透系数为KT。

’

图2-4-3 透水地基上均质坝渗流计算

渗流计算方法是将坝体和坝基渗流量分开考虑，首先按不透水地基上均质坝的计算方法计算坝体的渗流量和浸润线的位置，再假设坝体不透水，按下式计算地基的渗流量：

q地基＝KTH1?H2T （2-4-10） nL0 20

图2-6-7 用盖重提高地基的抗渗稳定性

【引例分析】

1.枢纽等别与建筑物级别

根据水库总库容1420万m3，查表0-1，为三等工程；根据灌溉面积4.5万亩，查表0-1为四等工程，按最高级别确定为三等工程。大坝等主要建筑物为3级。 2.坝型选择

坝型选择要考虑地形条件、地质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件和坝基处理等各种因素进行比较，选择技术上可靠，经济上合理的坝型。

⑴地质条件：由于坝址河床覆盖的砂卵石厚度4～8m，如果修建混凝土坝，需要大量开挖，并相应增加混凝土方量，且施工时排水困难，故不宜修建混凝土坝。而适于修建土石坝。由于坝基砂卵石渗透系数为8×10cm/s，透水性较强，如果修建均质坝，坝基和坝

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体漏水较多，故不宜修建均质坝。

⑵地形条件：左岸有一高程适宜、距坝轴线不远且易解决归河的天然垭口，是修建溢洪道的好地方，为修建土石坝提供了有利的泄洪条件。

⑶筑坝材料：粘土储量仅30万m，不够修均质坝。沙砾料储量600万m，但渗透系数3×10cm/s，不宜修均质砂坝。

⑷施工条件：该地区雨季较长，不宜修粘土均质坝。 综合考虑选择粘土心墙坝。 2.剖面拟定

⑴ 坝顶宽度：该坝为中坝，无交通要求，确定坝顶宽为7m。 ⑵ 坝顶高程

-3

3

3

①正常运用情况

由莆田试验站公式计算波浪爬高R

土坝采用砌石护面，取k?＝0.8。坝前水深H＝117.90-82.20＝35.70m。

vgH

＝

22.59.81?35.70＝1.202，查表得kw＝1.01

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取风向与坝洲垂线的夹角为0o，k?＝1。初拟坝坡m＝2.5，则平均波高为

v2?gD? 2hL?0.0018?2?g?v?0.4522.52?9.81?2000??0.0018??9.81?22.52?0.45＝0.4816m

平均波长为：2LL?252hL?25?0.4816＝12.04m 平均波浪爬高为

R?k?kwk?1?m22hL2LL?0.8?1.01?11?2.520.4816?12.04＝0.7226m

设计爬高值的累积频率P按工程等级确定。对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土石坝取P＝1％的爬高值R1%，该坝属于Ⅲ级，故计算R1%。

根据2hL＝0.4816m、H＝35.7m，得2hL/H＝0.4816/35.7＝0.0135，查得R/R＝2.23，则 R＝2.23R＝2.23×0.7226＝1.611m

Kv2D3.6?10?6?22.52?2000风壅水面高度 e?cos???cos0o＝0.01m

2gH2?9.81?17.85按Ⅲ级查得正常运用情况安全加高A＝0.7m

所以，正常运用情况的坝顶超高为 ?h＝1.611+0.01+0.7＝2.31m 正常运用情况的坝顶高程为 117.9+2.321＝120.221m ②非常运用情况

此时，坝前水深H＝37.4m，风速采用v＝15m/s，计算得

2hL＝0.3083m，2LL＝7.7075m，R＝0.458m，R＝1.021m，e＝0.004m

按Ⅲ级查得非常运用情况安全加高A＝0.4m

非常运用情况下坝顶超高?h＝1.021+0.004+0.4＝1.425m 正常运用情况的坝顶高程为 119.6+1.425＝121.025m

取上述两种情况最大值，即坝顶高程121.05m。考虑上游侧设1.2m高防浪墙，用防浪墙顶高程代替坝顶高程，则坝顶高程为 121.025—1.2＝119.825m，坝高为 119.825—82.20＝37.625m。以坝高的1％为预留沉降值，则坝顶施工高程为 119.825+37.625×1％＝120.201m。

⑶ 坝坡：参考已建工程，初拟上游坝坡由上而下为：1：2.5、1：2.75、1：3；下游坝坡为：1：2.25、1：2.5、1：2.75。

在上、下游变坡处设马道，宽2m。下游马道设集水沟。 3. 构造设计

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⑴ 坝顶构造：坝顶用碎石铺设路面，坝顶横向设向下游倾斜3％的坡度，上游设1.2m高的防浪墙，下游侧设缘石。

⑵ 坝体防渗：坝体防渗采用粘土心墙，心墙顶高程118.825m，高出设计洪水位0.925m，顶部保护层厚度为 119.825-118.825＝1m。心墙顶宽3m，自顶向下逐渐加厚，心墙两侧边坡为1：0.2。坝底处厚度为18.958m，作用水头H＝119.6-82.2＝37.4m，心墙允许渗透坡降[J]=4，H/[J]＝37.4/4＝9.35m，心墙底部实际厚度18.958m>9.35m，满足要求。 ⑶ 坝基防渗：坝基采用粘土截水墙，上部厚度与心墙等厚为18.958m，下部厚度取为9.5m。为加强截水墙与岩石的连接，在截水墙底部再挖0.5m深齿槽，开挖边坡为1：1，底部宽度为4m，两侧设0.4m的粗砂层。

⑷ 坝体排水：采用堆石棱体排水，排水体顶高程为85.7m，高出下游最高水位1m，顶宽2m，内坡1：1.5，外坡1：2. ⑸ 护坡及坝坡排水

上游坝面设干砌石护坡，厚度0.5m，下面设0.2m厚碎石垫层。护坡范围上至坝顶下至死水位以下1m处。

下游采用草皮护坡，草皮厚0.2m，草皮下铺一层0.2m厚的腐殖土。

坝坡排水：在下游坝坡设纵横连通的排水沟，沿坝与岸坡的结合处也设排水沟。纵向排水沟沿马道内侧布置，沿坝轴线方向每隔100m设一条横向排水沟。 初拟坝体剖面如下图所示。

图 2-6-8 土石坝剖面图

4.渗流计算：请同学们自己完成。 5.稳定计算：请同学们自己完成。

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【技能训练】

某水库是一宗以灌溉为主，兼顾防洪、发电和水产养殖的中型水库，水库设计灌溉

2

面积4.1 万亩。水库集雨面积36.4km，坝址以上河流长度8.5km，坝址以上河流平均坡降1％。河流从南向北流入横门水道出海。库区最大风速25m/s，多年平均最大风速16.5m/s，水库属于Ⅲ等中型水利水电工程，其主要水工建筑物为3 级建筑物，次要水工建筑物为4 级建筑物。水库大坝正常运用设计洪水标准采用100 年一遇（p＝1%），相应洪水位27.97m；非常运用校核洪水标准采用2000 年一遇（0.05%），相应洪水位29.61m。水库底平均高程取为9.62m。地震烈度：Ⅵ度 ；附近多粘性土，土样试验凝聚力C＝20.8kpa(慢剪)、内摩擦角Φ＝21.5°(慢剪)。天然重度17.54 (KN/m3)，饱和重度18.52(KN/m3)，渗透系数为1.0×10-4cm/s。坝基洪冲积层主要是砂层，级配不良的粗砂，平均厚度8.05m，渗透系数平均值K=6.47×10-3cm/s，天然重度17.15 (KN/m3)，饱和重度18.23(KN/m3)。设计该土坝。

【知识拓展】

2.7 土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接

2.7.1坝体与坝基及岸坡的连接

坝体与坝基及岸坡的连接处是土石坝的薄弱部位，必须妥善设计和处理。如处理不当，在连接面处易发生水力劈裂和邻近接触面岩石大量漏水，或形成影响坝体稳定的软弱层面，或引起不均匀沉降而导致坝体裂缝。SL274－2001《碾压式土石坝设计规范》规定：

⑴坝体与土质坝基及岸坡的连接必须遵守下列规定

①坝断面范围内必须清除坝基与岸坡上的草皮、树根、含有植物的表土、蛮石、垃圾及其他废料，并将清理后的坝基表面土层压实；

②坝体断面范围内的低强度、高压缩性软土及地震时易液化的土层，应清除或处理； ③土质防渗体应坐落在相对不透水土基上，或经过防渗处理的坝基上；

④坝基覆盖层与下游坝壳粗粒料如堆石等接触处，应符合反滤要求，如不符合应设置反滤层。

⑵坝体与岩石坝基和岸坡的连接应遵守下列原则

①坝断面范围内的岩石坝基与岸坡，应清除其表面松动石块、凹处积土和突出的岩石； ②土质防渗体和反滤层宜与坚硬不冲蚀和可灌浆的岩石连接。若风化层较深时，高坝宜开挖到弱风化层上部，中、低坝可开挖到强风化层下部，在开挖的基础上对基岩再进行灌浆等处理。在开挖完毕后，宜用风水枪冲洗干净，对断层、张开节理裂隙应逐条开挖清理，并用混凝土或砂浆封堵。坝基岩面上宜设混凝土盖板、喷混凝土或喷水泥砂浆；

③对失水很快风化的软岩（如页岩、泥岩等），开挖时宜预留保护层，待开始回填时，随挖除，随回填，或开挖后用喷水泥砂浆或喷混凝土保护；

④土质防渗体与岩石接触处，在邻近接触面0.5～1.0m范围内，防渗体应为粘土，如防

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渗料为砾石土，应改为粘土，粘土应控制在略高于最优含水率情况下填筑，在填土前应用粘土浆抹面。

⑶与土质防渗体连接的岸坡的开挖应符合下列要求

①岸坡应大致平顺，不应成台阶状、反坡或突然变坡，岸坡上缓下陡时，变坡角应小于20o；

②岩石岸坡不宜陡于1：0.5。陡于此坡度时应有专门论证，并采取相应工程措施； ③土质岸坡不宜陡于1：1.5； ④岸坡应保持施工期稳定。

土质防渗体与岸坡连接处附近，可扩大防渗体断面和加强反滤层。

2.7.2坝体与其他建筑物的连接

坝体与混凝土坝、溢洪道、船闸、涵管等建筑物的连接，必须防止接触面的集中渗流，因不均匀沉降而产生的裂缝，以及水流对上、下游坝坡和坡脚的冲刷等因素的有害影响。

SL274－2001《碾压式土石坝设计规范》规定：

⑴坝体与混凝土坝的连接，可采用侧墙式（重力墩式或翼墙式等）插入式或经过论证的其他形式。土石坝与船闸、溢洪道等建筑物的连接应采用侧墙式。土质防渗体与混凝土建筑物的连接面应有足够的渗径长度。

⑵坝体与混凝土建筑物采用侧墙式连接时，土质防渗体与混凝土面结合的坡度不宜陡于1：0.25，下游侧接触面与土石坝轴线的水平夹角宜在85～90之间。连接段的防渗体宜适当加大断面或选用高塑性粘土填筑并充分压实，且在接合面附近加强防渗体下游反滤层等，严寒地区应符合防冻要求。

⑶坝下埋设涵管应符合下列要求

①土质防渗体坝下涵管连接处，应扩大防渗体断面；

②涵管本身设置永久伸缩缝和沉降缝时，必须做好止水，并在接缝处设反滤层； ③防渗体下游面与坝下涵管接触处，应做好反滤层，将涵管包围起来。

⑷为灌浆、观测、检修和排水等方面的需要设置的廊道，可布置在坝底基岩上，并宜将廊道全部或部分埋入基岩内。

⑸地震区的土石坝与岸坡和混凝土建筑物的连接还应遵照SL203-97《水工建筑物抗震设计规范》有关规定执行。

o

o

40

式中 n—为由于流线弯曲对渗径长度的修正，与渗流区的几何形状有关，见表2-4-1。

表2-4-1 渗径修正系数

L0/T n

20 1.05

5 1.18

4 1.23

3 1.30

2 1.44

1 1.87

总渗流量为坝体和坝基渗流量之和。 其他情况渗流计算参阅水工设计手册。 2.4.4土石坝的渗透变形及其防护

土坝及地基中的渗流，由于其机械或化学作用，可能使土体产生局部破坏，称为“渗透破坏”。严重的渗透破坏可能导致工程失事，因此必须加以控制。

⑴渗透变形的型式（分类）

渗透变形的型式及其发生、发展、变化过程，与土料性质、土粒级配、水流条件以及防渗、排渗措施等因素有关，一般可归纳为：管涌、流土、接触冲刷、接触流土、接触管涌等类型。最主要的是管涌和流土两种类型。

①管涌：是坝体或坝基中的细土壤颗粒被渗流带走，逐渐形成渗流通道的现象。一般发生在坝的下游坡或闸坝的下游地基面渗流逸出处。没有凝聚力的无粘性砂土、砾石砂土中容易发生管涌；粘性土的颗粒之间存在有凝聚力（或称粘结力），渗流难以将其中的颗粒带走，一般不易发生管涌。

管涌开始时，细小的土壤颗粒被渗流带走；随着细小颗粒的大量流失，土壤中的孔隙加大，较大的土壤颗粒也会被带走；如此逐渐向内部发展，形成集中的渗流通道。使个别小颗粒土在孔隙内开始移动的水力坡降，称为管涌的临界坡降；使更大的土粒开始移动从而产生渗流通道和较大范围破坏的水力坡降，称为管涌的破坏坡降。单个渗流通道的不断扩大或多个渗流通道的相互连通，最终将导致大面积的塌陷、滑坡等破坏现象。

②流土：在渗流作用下，成块的土体被掀起浮动的现象。流土主要发生在粘性土及均匀非粘性土体的渗流出口处。发生流土时的水力坡降，称为流土的破坏坡降。

③接触冲刷：当渗流沿两种不同土壤的接触面或建筑物与地基的接触面流动时，把其中细颗粒带走的现象。

④接触管涌：当渗流垂直作用于两种不同土壤的接触面时，渗流可能将其中一层的细颗粒带到另一层的粗颗粒中去的现象。接触管涌一般发生在粘土心（斜）墙与坝壳砂砾料之间、坝体或坝基与排水设施之间、坝基内不同土层之间的渗流中。

⑤接触流土：当渗流垂直作用的两种不同土壤中的一层为粘性土时，渗流可能将粘性土成块地移动，从而导致隆起、断裂或剥蚀等现象。

⑥散浸：渗流水渗出土体表面的现象，主要表现为土体表面潮湿、变软，并有少量水渗出。散浸出现清水时，为“渗”；散浸出现浊水时，为“漏”。

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散浸时一种较为普遍的渗流病害现象，但是它也是一种预示坝体可能出现渗透破坏的先兆。出现散浸应引起重视，及时查明原因，采取措施。

在实际工程中所发生的渗透变形，可能是单一型式的，也可能是多种型式同时出现于不同的部位。一定要进行仔细的分析判断，并采取适当的工程措施加以防护。

⑵渗透变形型式的判断

判断土体可能产生何种型式的渗透变形是比较困难的，目前尚无严格意义上的理论计算方法，主要是根据实验资料和工程经验得出的一些经验性的判断方法。

常用的判断渗透变形型式的方法主要有以下几种。

①伊斯托明娜法：前苏联的伊斯托明娜提出的以土体不均匀系数η为判断依据的方法。

??d60 （2-4-11） d10式中：d60为土体的粒径，表示土体中小于该粒径的土体占总土重的60%；d10表示土体中小于该粒径的土体占总土重的10%。

当土壤的不均匀系数η>10~20时，易产生管涌；当土壤的不均匀系数η<10时，易产生流土。本方法简单，但准确性较差。

②水利水电科学研究院的方法：中国水利水电科学研究院提出的以土体中的细粒（粒径小于2mm的）含量pz作为判断依据的方法。

当土体中的细粒含量pz>35%时，孔隙填充饱满，容易产生流土；当土体中的细粒含量

pz<25%时，孔隙填充不足，容易产生管涌；当土体中的细粒含量25%>pz >35%时，可能产生管

涌或流土，依土体的紧密度而定。本方法只适用于中间粒径的土，不适用于连续级配的土。

③南京水利科学研究院的方法：水利部和交通部共同管辖的南京水利科学研究院提出的也是以土体中的细粒（粒径小于2mm的）含量pz作为判断依据的方法，并提出了pz界限值的计算公式：

pz??n1?n （2-4-12）

式中：n为土体孔隙率；α为修正系数，一般取为0.95~1.00。

当土体中的细粒含量pz大于式（2-4-12）计算出的pz时，可能产生流土；当土体中的细粒含量pz小于式（2-4-12）计算出的pz时，可能产生管涌。评价：本方法在实用上比较简便，相对较准确。

⑶防止渗透变形的工程措施

土石坝和坝基中产生渗透变形的原因主要取决于渗透坡降、土体的颗粒组成和孔隙率等。因此，要防止渗透变形的产生，必须尽量降低坝体和坝基中的渗透坡降或增加渗流出入口处土体抵抗渗透变形的能力。

具体的措施主要有：全面截阻渗流，延长渗径，设置排水设施、反滤层、排渗沟、排渗减压井、盖重等。

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2.5 土石坝的稳定分析

2.5.1 概述

⑴土石坝失稳型式

土石坝依靠土体颗粒之间的摩擦力来维持稳定。摩尔认为：土体的破坏，主要是剪切破坏，即：一旦土体内任一平面上的剪应力达到或超过了土体的抗剪强度时，土体就发生破坏。土石坝体积肥大，如果土石坝的局部稳定性能能得到保证，则其整体稳定性也就能得到保证。因此，土石坝的稳定性问题主要是局部稳定问题。如果局部稳定得不到保证，或者局部失稳现象得不到控制，任其逐渐发展，也可能导致整体失稳破坏。

土石坝的局部失稳一般表现为三种型式：滑坡、塑性流动、液化。塑性流动是指由于坝体或坝基内局部地区的剪应力超过土料的抗剪强度，变形超过弹性限值，使坝坡或坝基发生过大的局部变形，从而引起裂缝或沉陷。塑性流动可能发生在设计不良的软粘性土的坝体或坝基中。液化是指饱和无粘性土体（特别是砂质土体）在动荷载（如地震荷载）等因素的作用下，孔隙水压力突然升高，土粒间的有效压力则随之减小，甚至趋近于零，土体完全丧失抗剪强度和承载能力，成为如粘滞的液体一样的现象。液化失稳一般发生在均匀细砂土的坝体或坝基中。本节主要介绍土石坝结构稳定中最为重要的、也是最为常见的失稳型式：坝坡滑动稳定问题。

⑵土石坝坝坡滑动失稳的型式

坝坡的滑动面形式主要与坝体结构型式、筑坝材料和地基情况、坝的工作条件等因素有关。可能的滑动型式大体上可以归纳为以下3种：

①曲线滑动面：曲线滑动的滑动面是一个顶部稍陡而底部渐缓的曲面，多发生在粘性土坝坡中。在计算分析时，通常简化为一个圆弧面，如图2-5-1（a）、（b）。

②折线滑动面：在均质的非粘性土边坡中，滑动面一般为直线；当坝体的一部分淹没在水中时，滑动面可能为折线。在不同土料的分界面，也可能发生直线或折线滑动，如图2-5-1（c）、（d）。

③复式滑动面：滑动面通过粘性土和非粘性土构成的多种土质坝时，可能是由直线和曲线组成的复合滑裂面。穿过粘性土的局部地段可能为曲线面，穿过非粘性土的局部地段则可能为平面或折线面。在计算分析时，通常根据实际情况对滑动面的形状和位置进行适当的简化。如图2-5-1（e）、（f）。

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图2-5-1 坝坡滑动破坏形式

1-坝壳或者坝体；2-防渗体；3-滑动面；4-软弱夹层

2.5.3 荷载及其组合

⑴土石坝的荷载：土石坝的荷载主要包括自重、水压力、渗透力、孔隙压力、浪压力、地震惯性力等，大多数荷载的计算与重力坝、拱坝相似。其中需要特殊考虑的荷载包括：自重、渗透力、空隙压力等。

①自重：土坝坝体自重分三种情况来考虑，即：浸润线以上的坝体、浸润线以下与下游水面线以上之间的坝体、下游水面线以下的坝体。在浸润线以上的土体，按湿容重计算；在浸润线以下、下游水面线以上的土体，按饱和容重计算；在下游水位以下的土体，按浮容重计算。

②渗透力：渗透力是在渗流场内作用于土体的体积力，与渗透坡降有关。沿渗流场内各点的渗流方向，单位土体所受的渗透力p为

p?rJ （2-5-1）

式中：r—水的容重；J—该点的渗透坡降。

③孔隙水压力：粘性土在外荷载的作用下产生压缩，由于土体内的空气和水一时来不及排出，外荷载便由土粒和空隙中的空气与水来共同承担。其中，由土粒骨架承担的应力称为有效应力σ1，它在土体产生滑动时能产生摩擦力；由空隙中的水和空气承担的应力称为孔隙压力σ2，它不能产生摩擦力。因此，孔隙压力是粘性土中经常存在的一种力。

土壤中的有效应力σ1为总应力σ与孔隙压力σ2之差，因此土壤的有效抗剪强度为：

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??C?(???2)tg??C??1tg? （2-5-2）

式中：Ψ为内摩擦角，C为凝聚力。

孔隙压力的存在使土的抗剪强度降低，从而使坝坡的稳定性也降低。因此在土坝坝坡稳定分析时，应予以考虑。

④地震力：地震区应考虑地震惯性力。地震惯性力壳拟静力法计算。

⑵荷载组合：根据中华人民共和国行业标准SL274－2001《碾压式土石坝设计规范》的规定，土石坝设计条件划分为“正常工作情况”和“非正常工作情况”。

正常运用：

①水库上游水位处于正常蓄水位和设计洪水位与死水位之间的各种水位的稳定渗流期； ②水库水位在上述范围内经常性的正常降落情况。 非常运用Ⅰ： ①施工期；

②校核洪水位有可能形成稳定渗流的情况；

③水库水位的非常降落，如自校核洪水位降落、降落至死水位以下、大流量快速泄空等。 上述水位降落主要指水库水位降骤的情况。水库水位降骤一般是指土壤渗透系数K≤10cm/s时，水库水位下降速度V>3m/d的情况。

非常运用Ⅱ：正常运用条件＋地震作用情况。 2.5.4土坝坝坡稳定分析方法及安全系数的选取

⑴土石坝坝坡稳定分析方法

目前所采用的土石坝坝坡稳定分析方法的理论基础是极限平衡理论，即：将土看作是理想的塑性材料，当土体超过极限平衡状态时，土体将沿着某一破裂面产生剪切破坏，出现滑动失稳现象。

土石坝稳定分析方法与坝体结构型式和坝体填筑材料有关。对粘性土填筑的均质坝或非均质坝，一般采用圆弧滑动法（如图2-5-2）；对非粘性土填筑的坝，或以心墙、斜墙为防渗体的砂砾石坝体，一般采用直线法或折线法（如图2-5-3）。

圆弧滑动法是瑞典科学家于1927年提出的方法，因此又称“瑞典圆弧法”。该方法假定坝坡滑动面为一个圆弧面，将圆弧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，定义为坝坡的稳定安全系数。在计算时，将滑动面上的土体划分为若干铅直的土条，在不考虑土条之间的相互作用力的前提下，对作用在各土条上的力和力矩进行平衡分析，求解出极限平衡状态下坝坡的稳定安全系数，并通过一定的试算，找出最危险滑动面位置及其相应的最小安全系数。条分法简单使用，一直时土石坝坝坡稳定分析的主要方法之一。不少学者对其进行了改进，如著名的毕肖普法等。

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图2-5-2 粘性土坝坡稳定计算示意图

图2-5-3 非粘性土坡稳定计算示意图

⑵土石坝坝坡稳定安全系数选取

根据DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》，按瑞典圆弧法计算时坝坡容许最小抗滑稳定安全系数如表2-5-1.

表2-5-1 最小抗滑稳定安全系数

运行条件 基本荷载组合 特殊荷载组合（非常运用） 校核洪水 正常运用＋地震 土石坝的级别 1 1.3 1.2 1.1 2 1.25 1.15 1.05 3 1.2 1.1 1.05 4、5 1.15 1.05 1.0 上表中的安全系数适用于采用不计条间作用力的瑞典圆弧法计算的情况。

对于1、2级高坝以及复杂条件情况，可采用计入条间作用力的毕肖普法或其他较为严

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格的方法。此时，表中的安全系数应提高5％～10％，且对1级大坝，在正常运用条件下的安全系数不应小于1.5。

根据SL274－2001《碾压式土石坝设计规范》第8.3.9条规定：对于均质坝、厚斜墙坝和厚心墙坝，宜采用计及条间作用的简化毕肖普法；对于有软弱夹层、薄斜墙坝的坝坡稳定分析及其他任何坝型，可采用满足力和力矩平衡的摩根斯顿－普赖斯等滑楔法。按简化毕肖普法计算时，坝坡容许最小抗滑稳定安全系数如表2-5-2.

表2-5-2 最小抗滑稳定安全系数

运用条件 正常运用 非常运用（校核洪水） 正常运用+地震 工程等级 1 1.50 1.30 1.20 2 1.35 1.25 1.15 3 1.30 1.20 1.15 4、5 1.25 1.15 1.10 《SL274－2001 碾压式土石坝设计规范》第8.3.11条还规定：采用不计条间作用力的瑞典圆弧法计算坝坡抗滑稳定安全系数时，对1级坝正常运用条间最小安全系数应不小于1.30，对其他情况应比上表规定值减小8％。

SL274－2001《碾压式土石坝设计规范》第8.3.12条还规定：采用滑楔法进行稳定计算时，如假设滑楔之间作用力平行于坡面和滑底斜面的平均坡度，安全系数应满足上表中的规定。

⑶简单条分法 － 瑞典圆弧法

基本思路：假设滑动面为一个圆柱面，在剖面上表现为圆弧面。将可能的滑动面以上的土体划分成若干铅直土条，不考虑土条之间作用力的影响，作用在土条上的力主要包括：土条自重、土条底面的凝聚力和摩擦力。安全系数定义为：土条在滑动面上所提供的抗滑力矩与滑动力矩之比。安全系数计算公式为：

①按总应力法计算时 KC?抗滑力矩Mr?滑动力矩Ms?(RWcon?tg??RCl)??(Wcon?tg??Cl) （2-5-3）

?RWsin??Wsin?iiiiiiiiiiii式中：Wi为第i土条的自重；

Wi sinαi为由Wi产生的下滑力，则在滑动面上产生的滑动力矩为R Wi sinαi； Wi conαitg?i为由Wi产生的滑动面上的摩擦力，Cili为滑动面上的凝聚力，则在滑动

面上产生的抗滑力矩为R Wi conαitg?i+RCili。

?i、Ci分别为按总应力法计算时采用的抗剪强度指标摩擦系数和凝聚力。

li为第i土条的滑动面长度，αi为第i土条沿滑动面的坡角。

con?i?uili，?i、Ci应改为有效抗②按有效应力法计算时，上式中的Wi conαi应为Wi?

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剪强度指标?i?、Ci， ui为孔隙压力。则

’KC?抗滑力矩Mr?滑动力矩Ms?[(W?con??ul)tg???C?l] （2-5-4）

?Wsin?iiiiiiiiSL274－2001《碾压式土石坝设计规范》第8.3.2条规定：土石坝各种工况，土体的抗剪强度均应采用有效应力法；粘性土施工期和粘性土库水位降落期，应同时采用总应力法。第8.3.3条还规定：对以粗粒料填筑的高坝，特别是高面板堆石坝，还应考虑其非线性抗剪强度指标问题。

几点说明：

ⅰ.当坝体内有渗流作用时，应考虑渗流对坝坡稳定的影响。设Wpi为第i条块的渗透力，

Rpi为Wpi距滑动圆心的距离，则在坝坡稳定计算中应增加一项滑动力矩∑(Rpi. Wpi)。由于各

条块的渗透力是一个向量，计算比较烦琐。因此在实际计算中一般采用替代法。即：在计算下游坝坡稳定时，将浸润线以下、下游水位以上的土体，在计算滑动力矩时，用饱和容重；在计算抗滑力矩时，采用浮容重；浸润线以上的土体，仍采用天然容重计算；下游水位以下的土体，仍采用浮容重计算。替代法一般只适用于浸润线与滑动面大致平行且αi较小的情况，因此是近似的。

ⅱ.坝坡可能存在多个可能的滑动面，每个滑动面均有一个安全系数。但是，控制坝坡稳定的，是安全系数最小的滑动面，即最危险滑动面。最危险滑动面的确定，通常采用试算法。

⑷简化的毕肖普法

瑞典圆弧法的主要缺点是没有考虑土条间的作用力，因而不满足力和力矩的平衡条件，所计算出的安全系数一般偏低。毕肖普法是对瑞典圆弧法的改进。考虑土条间的相互作用力。简化的毕肖普法考虑水平方向的作用力（Hi??Hi与Hi，即Hi??Hi≠Hi），忽略竖直方向的作用力（切向力，Xi??Xi与Xi，即令Xi??Xi=Xi=0）。如图2-5-4。

图2-5-4 考虑条间作用力的毕肖普法土坝坝坡稳定计算示意图

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毕肖普法是目前土坝坝坡稳定分析中使用得较多的一种方法。根据摩尔－库仑准则、土条竖向力平衡条件以及滑动体对圆心的力矩平衡条件，可以推导出简化的毕肖普法的安全系数计算公式为：

KC??m1a[(Wi?uilicon?i)tg?i??Ci?bicon?i]eiWsin??Q?ii?iR （2-5-5）

sin?itg?i? （2-5-6） ma?cos?i?KC式中：Wi—第i土条的自重；

?i?、Ci—分别为有效应力法计算时采用的抗剪强度指标摩擦系数和凝聚力；

ui—第i土条底部中点的孔隙水压力； li—第i土条的滑动面长度；

αi—第i土条沿滑动面的坡角；

Qi—水平力，如地震力； ei—Qi至圆心的距离。

上式中，两端均含有KC，必须用试算法或迭代法求解。即：先假设KC＝1，代入（2-5-6）求出ma；将求出的ma代入（2-5-5）求出KC；再将求出的KC代入代入（2-5-6）再次求出ma；将再次求出的ma代入（2-5-5）再次求出KC；直到KC收敛为止。

⑸折线滑动面的稳定分析

当心墙坝或斜墙坝的非粘性土坝壳发生直线或折线滑动时，采用滑楔法分析计算。如图2-5-5，ADC为滑动面，从折点作铅直线DE，将滑动土体分为BCDE和ADE两部分，其重力分别W1和W2（作用在相应面积的形心），两块土体底部的抗剪强度指标分别为tg?1、tg?2。

图2-5-5滑楔法计算示意图

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设两土块之间的作用力P平行于DC，则

对BCDE楔形体沿DC滑动方向的极限平衡方程为：

P?W1sin?1?1W1con?1tg?1?0 （2-5-7） KC对ADE楔形体沿AD滑动方向的极限平衡方程为：

11 W2con?2tg?2?Psin(?1??2)tg?2?W2sin??Pcon(?1??2)?0（2-5-8）

KCKC联立式（2-5-7）和式（2-5-8），可求得滑动体的安全系数KC和土块间的作用力P。 ⑹复合滑动面的稳定分析

当滑动面通过不同土料时，常有直线与圆弧组合的型式。

例如：厚心墙坝的滑动面，通过砂性土的部分为直线，通过粘性土的部分为圆弧； 当坝基下不深处存在软弱夹层时，滑动面可能通过软弱夹层而形成复合滑动面。

图2-5-6 坝基有软弱夹层时的稳定计算示意图

如图2-5-6，将滑动土体划分为abf、bcef、cde三个区。

取bcef为脱离体，土体abf作用于土体bcef的推力为Pa，土体cde作用于土体bcef的推力为Pn，土体bcef产生的抗滑力为Gtgψ+cl，则滑动面的稳定安全系数为

KC?抗滑力Gtg??cl? （2-5-9）

滑动力Pa?Pn⑺土料抗剪强度指标

土的抗剪强度指标主要指总抗剪强度指标（凝聚力c和内摩擦角?）和有效抗剪强度指标（（凝聚力c?和内摩擦角??）。通常可以采用室外原位测试方法测定，或室内剪切试验方法确定。室内抗剪强度指标测定方法有3种：不排水剪、固结不排水剪和排水剪。

SL274－2001《碾压式土石坝设计规范》第8.3.5条中规定：土的抗剪强度指标应采用三轴仪测定。对3级以下的中坝，可用直接慢剪试验测定土的有效强度指标；对渗透系数很小（小于10cm/s）或压缩系数很小（小于0.2MPa）的土，也可采用直接快剪试验或固结快剪试验测定其总强度指标。《规范》中第D.1.1条规定了不同时期（施工期、稳定渗流期和水库水位降落期）、不同土类的抗剪强度指标的测定方法和计算方法。

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