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土石坝范文10篇

时间：2023-04-03 13:09:53

土石坝范文篇1

1．1现状

土石坝在我国具有悠久的历史，主要是有由当地土料和石料组成。按照高度可分为低坝、中坝和高坝，按照施工方法可分为冲填式、碾压式等。土石坝可在当地直接取材，使得水泥、钢材等其他材料大大节省，施工简单，因适应变形能力强，对地基无太高要求，且结构简单方便扩建维修。其不足之处在于由于坝身不能溢流，所以在施工导流方面作用较弱，而且施工成本相对较高。从20世纪50年代起，近代土石坝技术迅速发展，在我国许多中小型水库中都有应用。

1．2险情

首先是渗漏，主要是指坝身渗漏和坝基渗漏，对水库安全影响较大。其原因是多方面的，如基础材料质量不合格，里面杂质太多;坝身设计不合理，厚度没达到要求以至于渗径不足;坝基不合理，一旦出现不均匀沉降，在其挤压下坝基很容易变形;排水体堵塞不能发挥正常作用，甚至忽视了排水体设计;截水槽大小和工艺都不合格。其次是裂缝，出现裂缝极易导致水源流失，当达到一定量时，甚至有冲垮坝身的可能。其原因与清淤不彻底、泄洪操作不当、坝基防渗措施不合理等因素有关。此外坝体滑坡也是土石坝面临的一大险情，可能是建设不到位、勘验设计不合理、碾压不到位等因素造成。

2实际案例分析

某乡镇为加快发展速度，计划建一小型水库A，负责周围3265亩农田灌溉的工作。A水库集水面积35．6m2，总库容386万m3，以灌溉为主，另外还具有防洪、水产养殖等综合功能。大坝建设备受重视，总结以往经验，为降低大坝风险，工程采用土石坝，从当地直接取材。设计环节是前提，最终设计人员设计了帷幕和排水相结合的防渗结构形式。坝身渗漏和坝基渗漏是最为常见的险情，且危害重大，设计过程中必须考虑如何除险加固。

3关于中小型水库土石坝的除险加固设计

3．1土石坝坡加固设计

某水库在过去几十年中因断面有过数次维修，以至于抛石过高，超过了最危险滑弧的范围，以至于抗滑动力作用大大下降，反而还促进了大坝进一步滑动。在最近一次整治时，经严密商讨将部分砌石拆除并予以控制，确保不会超出最危险滑弧的范围，而且对上部陡度较大的坝坡也进行适当削减，以减小滑动力。在上游削坡减载后，原来的坝轴线会有所下降，此时坝顶高度和宽度均应满足规定要求，并做好坝顶和下游坝坡的加固工作。该工程为避免重蹈覆辙，在设计时结合实地勘察资料及工程需求对上游进行合理地设计，具有良好的抗滑力作用。而在下游坝坡加固中，因为下游坝坡通常要比上游稍抖，所以仔细选择填筑材料和坝坡形式，风化石渣料可设计为1∶2—1∶2．5。坝顶建有马道，主要为检查观测及维护工作服务，坝脚则设置有排水棱体。土石坝在使用中可能会受到各种内外界因素影响，所以按照最不利情况下的标准精确计算其承载力、耐久性等，若不符合要求则需重新设计计算，直至达到最初要求。该水库设计有放空底洞，放干水后确保其不会对灌溉产生较大影响，也不会引起大坝滑落的基础上放空水库，完成上下游的培厚加固工作，从而减轻上游削坡减载造成的防渗体破坏程度以及工程量，同时也避免了不必要的经济损失。在今后使用中如果大坝出现安全问题，同样也可采取此类方法进行解决。

3．2土石坝防渗设计

首先是对坝基、坝肩和接触带的防渗设计。对于前两处渗漏而言，适宜采用帷幕灌浆法，以纯水泥或纯水泥砂浆灌入，设置一排间距为1．5m左右的灌浆孔，深度控制在相对不透水层以下3－5m。如果是基岩破碎带，灌浆孔需要设置两排甚至更多。对于基岩和坝体的接触带渗漏而言，可在帷幕灌浆将要结束时以水泥黏土浆灌入，根据实际需要由稀到浓调整浆液浓度，并适当调整灌浆压力和粘土使用量，最终确保帷幕和坝身形成统一的整体。坝肩帷幕顶部灌至水库正常蓄水位，两边则延伸至水库正常蓄水位与相对不透水层在两岸的相交处，以提高整体的防渗性。其次是对坝体渗漏进行防渗设计。如果坝体孔隙率较大，采用其他防渗方式都很难起到理想的效果，此时可沿着坝轴线建防渗墙，墙体厚度在65－85cm间，底部深入基岩2m，余基础帷幕灌浆相连，往往能起到较好的防身效果。如果坝体局部孔隙率较大或者存在明显的渗漏薄弱面，可考虑充填灌浆法，以粘土水泥浆灌入坝体孔隙中，达到防渗目的。此外还有一种防渗设计方式，即在上游坝面铺设复合土工膜，该方式对各种原因导致的渗漏都比较适用，但在设计时需注意，复合土工膜和上游坝脚防渗体结合处不得出现防渗空挡，否则会降低防渗效果。

3．3土石坝排水设计

首先是坝体排水。大坝整治坝体排水多采用棱柱体和贴坡式排水，要注意处理好原排水体及新老排水棱体的连接设计，设计时拆除原棱体失效部分。当新增排水体距原排水体较远时，为节约排水材料，降低投资，同时又能利用原有排水体，可在两者之间设水平排水带，将其连接起来。为节约投资，同时又使棱体外观平整美观，可在干砌块石外面砌条石。其次是坝面排水。坝面排水属于常规设计，应该注意的是，如果上下游护坡采用现浇混凝土或浆砌混凝土预制块，应每2m～3m设一个排水孔，直径5cm左右，呈梅花形布置，孔内采用土工布袋作反滤层，施工方便快捷，排水孔应水平或略向下倾斜。另外，还有白蚁防治、大坝护坡设计、外观和观测设施设计等，需根据实际情况而采取相应的设计方案。

4结束语

土石坝范文篇2

关键词:土石坝;GeoStudio;渗透稳定;边坡稳定

在土石坝中，土质心墙防渗体是常有防渗结构。土石坝挡水后，在坝体内形成渗流，饱和区内土石料承受上浮力，减轻了抵抗滑动的有效重量，浸水后作用在坝上的荷载和土石料的抗剪强度都将发生变化，故在施工期、稳定渗流期、水库水位降落期及地震等不同时期，渗流力可能引起管涌、流土等渗流破坏，也可对坝坡形成不利作用，引起坝边坡失稳。土石坝的渗流稳定及坝坡稳定是实际工程中值得思考的问题。

1工程概况

水库等别为Ⅲ等，包括溢洪道、土石坝和放水洞，溢洪道进水渠底板顶高程17.20m，土石坝为壤土心墙砂壳坝，工程级别3级，坝顶长400m，坝顶宽7.0m，坝顶高程29.80m，最大坝高20m。防浪墙顶高程30.80m，高1.5m，厚0.5m。上游坝坡在高程19.00m处设2.0m宽戗台，戗台以上坡比1∶2.5，以下为1∶2.75;坝脚设堆石压重体，顶高程14.0m，顶宽10.0m，边坡1∶3.0;下游坝坡在高程20.00m处设2.0m宽戗台，戗台以上坡比1∶2.5，以下为1∶2.75;心墙顶高程29.10m，顶宽2.0m，上下游坡比1∶0.4。上游坝坡为干砌块石护坡，下游坝坡为草皮护坡，坝后设纵横向排水沟，坝脚设贴坡排水。坝基砂采用混凝土防渗墙防渗(0+180.0～0+340.0)，底高程－4.0m，平均深度13.0m，确定压重平台高程16.00m，上游平台宽25m，下游平台宽10m，采用弃渣料填筑，压重平台设干砌块石护面。土石坝从上游到下游分别由上游护坡、碎石、反滤层、细砂、含砂壤土心墙、细砂、下游草皮护坡组成，坝基从上到下分别由①粗砂、淤泥质中细砂;②粗砂，黑云斜长片麻岩组成，坝基粗砂允许渗流坡降建议值为0.15，地震设防烈度7度，土石坝的典型横断面如图1所示。

2土石坝设计

2.1土石坝渗流及渗透稳定计算

计算渗流量时，土的渗透系数采用大值平均值，计算水位降落时采用小值平均值，渗流及渗透稳定计算采用GeoStudio有限元软件的Seep/w分析模块来进行分析，结合实际情况，选取0+100断面作为典型断面进行计算，对以上断面分别建立二维有限元模型进行计算，计算工况如下:(1)上游正常蓄水位25.43m，相应下游水位10.0m(2)上游设计洪水位27.95m，相应下游水位10.0m(3)上游校核洪水位28.84m，相应下游水位平地面11.0m(4)库水位自设计洪水位(27.95m)降落至死水位(15.03m)。上述工况计算结果见表1，0+200不同水位下渗流等势线及浸润线如图2—3。根据地质结论，坝基砂允许水力比降建议值0.15。由表1可知，土石坝渗透稳定性满足要求。

2.2坝坡稳定计算

根据SL274—2020《辗压式土石坝设计规范》的规定，对所有工况均采用有效应力法;对竣工期及库水位降落期同时采用总应力法，以较小的安全系数为准。根据地质勘探和室内试验成果，结合原设计及竣工资料，选定坝体各土料的物理力学性指标。粘性土、坝壳砂及坝基砂的容重选用试验平均值;粘性土抗剪强度指标大于11组时采用小值平均值，小于11组时采用建议值，无粘性土抗剪强度指标均采用建议值。计算方法采用计及条间力的简化毕肖普法，计算软件采用加拿大GeoStudio软件的分析模块Slope/w，坝基及坝体物理力学计算选用指标表见表2。结合实际情况，选取0+200断面作为典型断面进行计算。(1)正常运用条件①库水位为正常蓄水位(25.43m)和相应下游水位(10.00m)时的上、下游坝坡稳定;②库水位为设计洪水位(27.95m)和相应下游水位(10.00m)时的上、下游坝坡稳定;③库水位自设计洪水位(27.95m)降落至死水位(15.03m)时的上游坝坡稳定。(2)非常运用条件①库水位为校核洪水位(28.84m)和相应下游水位时的上、下游坝坡稳定;②库水位自校核洪水位(28.84m)降落至进水渠底板顶(17.20m)时的上游坝坡稳定;③正常运用条件②+地震;④施工期。土石坝坝坡抗滑稳定安全系数计算成果详见表3，不同水位下最危险滑弧位置见图4—9。由表看出，计算断面各种工况下安全系数均大于规范允许值，满足设计要求。

3结论

(1)土石坝渗透和坝坡稳定分析可使用GeoStu-dio软件中的Seep/w和Slope/w分析模块，其应用已相当成熟，计算结果可靠，软件建模过程物理指标的选取要有据可依。(2)水力坡降大于允许水力坡降，安全稳定系数大于规范允许值，可认为土石坝渗流稳定和边坡稳定，选取的筑坝土石料的种类、坝的结构型式以及各种土石料在坝体内的配置基本合理。(3)本文对土石坝渗流和坝坡稳定设计具有参考价值，但只局限于此，在土石坝设计中，要根据土石料的物理、力学性能选择坝体各部分的填筑压实标准，达到经济技术上的可行性和合理性。

参考文献

［1］徐铭，张宇，赵敬，等．云峰水库土石坝渗流条件及其稳定性研究［J］．水利技术监督，2022(4):225-229．

［2］吕辉，简鸿福，戴霖，等．基于观测资料反演的土石坝渗流稳定计算分析［J］．水利规划与设计，2022(4):74-78．

［3］严雷光．土石坝渗流与稳定性的数值模拟分析［J］．陕西水利，2022(3):14-18．

［4］李雨洁，郑汉种，黄锦来．基于实测资料土石坝渗流稳定分析［J］．山西建筑，2021，47(22):175-177．

［5］杨敏．某土石坝渗流稳定有限元分析研究［J］．陕西水利，2021(6):31-33．

［6］李宏春．基于GeoStudio土石坝渗流稳定分析［J］．湖南水利水电，2020(5):58-59．

［7］贾庆稳．某水库土石坝渗流稳定安全计算与分析研究［J］．水利技术监督，2020(4):282-285．

土石坝范文篇3

土石坝二向稳定及非稳定渗流计算程序《DQB》，系由南京水利科学研究院水工所李祖贻、陈平等同志编制，用FORTRAN语言在TQ-16机及IBM-PC/XT机实现。该程序既可用于稳定渗流分析，又可用于非稳定渗流分析，并能适用于均质、心墙、斜墙土坝不同排水型式的变化。程序采用自动剖分单元，数据准备工作量小，算题速度快，是土石坝分析的有效工具之一，经1995年水电总局考核通过，列为在水电系统推广应用的土石坝计算程序包十个程序之一。

土石坝边坡稳定分析程序《STAB》是根据水利水电科学研究院陈祖煜同志所编M-16机土石坝边坡稳定分析程序《STAB》中的简化法。

编者应用以上二个程序于数座土石坝安全鉴定，均取得了满意效果。

2程序的使用范围及功能

《DQB》程序可用来计算土石坝上游坝壳水位降落期的非稳定渗流和具有不同排水型式的均质、心墙、斜墙土坝的稳定渗流，以及任意过流断面的渗流量。该程序具有自动部分功能，只要给出剖分信息、单元及结点信息即可由程序自动形成，并计算给出自由表面线（浸润线）位置，全部结点水头值、不同百分数的等势线等计算成果。

《STAB》程序可以同时用瑞典法、毕肖普法和改良瑞典圆弧法（罗厄法或工程师兵团法）算出圆弧滑裂面的安全系数，并找出相应于毕肖普法的最小安全系数及相应的滑弧位置。该程序能用总庆力法或有效应力法计算施工期、稳定渗流期、库水位骤降期以及以上各期遇有地震时的边坡稳定分析，强度有单强度及组合强度，使用者对程序功能的通过功能控制变量的赋值来实现。

3计算原理

3.1《DQB》程序计算原理

3.1.1数学方法与边界条件

土坝二向渗流问题在一定条件下，稳定渗流是求解拉普拉斯议程，非稳定渗流在土体可压缩时求固结议程，在土体不可压缩时求解拉普拉斯议程，同时自由面作渗流量补给边界。对上述议程用有限单元作渗流场离散，引用三结点的三角形单元和线性插值函数，线性代数方程组改进平方根法求解。离散后所得的线性代数议程组为：

（1）

（1）式为可压缩土体的非稳定渗流有限单元计算公式。当式中矩阵[S]=0时，得不可压缩土体的非稳定渗流公式：

（2）

在不计时间项，且[S]、[P]矩阵等于零，得稳定渗流有限单元计算公式：

（3）

在坝基无潜流时，其中[D]、项为零。

土坝渗流边界条件是：上、下游水位以下的入流和出流面及自由渗出段，其水头是已知的，属第一类边界；渗流自由面和不透水层面属第二类边界。稳定渗流的自由面和不透水层面一样，没有流量从该面流入和流出；而非稳定渗流则有流量从自由面流进坝体，此流量是取二连续自由面之间的一块水体表示补给流量。此外自由面上尚应满足其水头等于位置高程的条件。

3.1.2渗流量的计算

渗流量是采用中线法计算的，可计算任意过流断面的流量，渗流量计算公式为：

（4）

上式是具有方向性的，计算流量断面是取划分单元的初始坐标的方向，故计算时要规定其正向，然后相加得总渗流量。

3.1.3渗流自由面的确定

首先假定一渗流自由面位置。原则上依照渗流概念按“简化法”计算浸润线，同时对于不同排水设施的渗出段长度a，以及排水起点处的渗流水深h0作出粗估，尽量接近实际浸润线位置，以减少浸润线的修改迭代次数，节省机时，同时也可避免出错。

然后计算机程序将自由面结点计算水头值h*与其Z坐标比较，直到满足|A-h*|＜ε（ε为给定的计算精度），此时则获正确的理论自由面位置。

自由选代时，沿结点线上下调正移动，为此要求结点线上结点按顺序从上到下由小到大编号。为避免假定的自由面位置过高，或自由面穿过非均质区及非稳定渗流自由面变化范围时，使计算不能持续进行下去，程序采用丢结点（单元）的方法来处理，即自由面结点的计算水头h*小于其下结点Z坐标时，将该结点丢弃，取其下结点为自由面结点继续进行计算。

3.1.4渗出点的确定

自由面与坝坡的交点即渗出点，采用沿坡面滑动或二次曲线相交法求得，根据不同情况选用。渗出点一般是作为未知水头结点处理，也可按已知水头结点处理。调正渗出点的过程中可以由程序自动改变信息，反复试求得出渗出点的正确位置。

程序的关键在于合理地确定渗流场的计算范围、边界性质及单元信息。

3.2《STAB》程序计算原理

3.2.1程序采用的强度指标

（1）不固结不排水（三轴仪）或不固结快剪（直剪仪）简称Q剪，相应指标Cuu，фuu；

（2）固结排水（三轴仪）或固结慢剪（直剪仪）简称S剪，相应指标C′cd、фcd；

（3）固结不排水（三轴仪）或固结快剪（直剪仪）简称R剪，相应指标Ccu、фcu；

（4）不固结不排水或固结不排水，测孔压（三轴仪），简称；

（5）常用的现场强度试验所获得的强度指标为ф=0的C值，用qcu代表，成果与R剪指标等效，qcu值为现场被试验地点（坐标（x，y）的函数，程序要求将qcu（x，y）按坐标网格输入，然后自动进行内插，确定滑弧面上各点的qcu值即C值。

3.2.2有效应力法

有效应力法的强度表达式为：

τ=C′+（σ-u）tanф′（5）

强度指标C′和ф′是根据、S、剪切试验确定的，、S、试验结果分别用于施工期、稳定渗流期、库水位降落期。

用有效应力法计算滑弧稳定时，孔隙水压力u值事先已求出，可按网格逐点输入，程序自动内插，确定滑弧面上各点的孔压值。如果孔隙水压在某一区域内按静压分布，或浸润线较平缓，可近似假定等势线垂直，即孔压按静压分布，则只需输入浸润线位置即可，这种情况一般用稳定渗流期。

3.2.3总应力法

总应力法是将土样在试验室模拟坝体实际工况条件下测定其强度指标，把超孔隙水压包涵在抗剪强度指标内的一种方法。本程序的决庆力法能计算施工期及库水位骤降期的坝坡稳定分析，施工期除用Q剪指标外，计算时与有效应力法相同。

库水位骤降时的总应力法有以下两种：

（1）采用现场快剪强度指标qcu；

（2）采用R—S组合强度包线。

3.2.4程序中地震惯性力的计算

按《水工建筑物抗震设计规范》SDJ10-78第16条和第23条规定计算。

3.2.5程序图形处理约定

土石坝断面被看成是由一系列边界线构成，土层不同界线及外边坡均看作边界线。程序规定任一铅直线均不得同时碰到两根浸润线，但在滑弧可能达到的范围内必须碰到一根浸润线；浸润线边界线都不允许是垂直线。当所计算的滑动边坡外有水时，程序要求将水位线以下的外边坡线作为浸润线。

3.2.6滑动圆弧控制参数及布置方式

圆弧可计算一个或多个。计算多个圆弧时有两种布置方式：一是圆弧始终通过上、下交点，半径则按一定步长变化；二是以圆心及滑弧深度为中心，给予它们变化的步长后，程序将自动算出所有组合情况下的安全系数。如果某圆弧不与坝坡相交，程序将自动识别，并打印出信息。

土石坝范文篇4

关键词：土石坝渗流原理及其控制工程质量

土石坝是目前世界坝工建设工程中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。与其他坝型相比较，无论从经济方面还是从施工方面，土石坝具有绝对的优势，据不完全统计世界土石坝占大坝总数的82.9%，而在中国土石坝数量占到大坝总数的93%。

因土石坝的施工所用材料一般采用就地开采，同时在施工中充分利用各种开挖料，包括当地土料、石料或混合料，土石坝的施工即是将这些材料经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝，故土石坝又称作当地材料坝，对于坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝；以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合坝。

土石坝按施工方法的不同，土石坝可分为：碾压式土石坝、冲填式土石坝、水中填土坝和定向爆破堆石坝等。其中应用最为广泛的是碾压式土石坝，其主要特点是对基础要求低、适应基础变形强。

土石坝按坝高可分为：低坝、中坝和高坝。而高坝筑坝技术是近代才发展起来的。

碾压式土石坝按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，又可分为均质坝、土质心墙坝、土质斜墙坝、多种土质坝、人工材料心墙坝、人工材料面板坝等。

土石坝是历史最为悠久的一种坝型。其优点包括：就地取材，节省钢材、水泥、木材等重要建筑材料，减少了建坝过程中的远途运输；结构简单，便于维修和加高、扩建；土石坝的坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低；施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工。其缺点是坝身一般不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便，粘性土料的填筑受气候条件影响较大等。土石坝建设最大的病害即是渗流。

一、如何控制和预防渗流是土石坝工程建设中最主要的工作之一

所谓渗流，即是指由于填筑土石坝的土料和坝基的砂砾是散粒体结构，颗粒间存在大量的孔隙，因此具有一定的透水性。当水库蓄水后，在水压力的作用下，水流必然会沿着坝身土料、坝基土体和坝端两岸地基中的孔隙渗向下游，造成坝身、坝基和绕坝的渗漏。假如这种渗流是在设计控制之下，大坝任何部位的土体就不会产生渗透破坏，则为正常渗流，此时渗流量一般较小，水质清澈透明，不含土壤颗粒，对坝体和坝基不致造成渗透破坏；反之对能引起土体渗透破坏，或渗流员过大且集中，水质浑浊，透明度低，使坝体或坝基产生管涌，流土和接触冲刷等渗透破坏，这种影响蓄水兴利的渗流则为异常渗流。

根据我国早期的土石坝工程的资料统计，由渗流而引起的破坏事故率约占31.7%。其中大型水库占11座，而对于中小型水库而言，漫坝冲垮者最多，占51.5%，其次就是渗漏导致垮坝，占29.1%，由此可见渗漏造成的溃坝问题是相当严重的。因此确保对坝体和坝基的渗流控制是保证土石坝安全的一项重要措施。

渗流控制的控制理论是在工程实践中的发展和运用起来的，是实践反馈的结果，其中渗流的基本原理、渗流场的分析方法、土体渗透稳定性三大部分，是渗流控制理论的基础。而渗流控制技术是渗流基础理论的实施措施，它主要包括灌浆技术、反滤坝技术、土石坝坝坡滑动破坏加固技术、土石坝坝体灌注粘土浆加固技术、坝体和坝基的密度加固技术、土工合成材料加固技术以及防渗墙及其坝体坝基加固技术等。

总结起来产生异常渗流的原因有以下几个方面：①坝体填土与排水体之间的反滤层设计不正确，层间系数过大，或施工时有错断混层现象，或填土不够密实，过大的渗流使填土向排水体流失，都会造成反滤层破坏失效。反滤层在整个防渗体系中是尤为关键的环节，即使前面的防渗体裂缝或出现渗漏通道，只要反滤层工作正常，排水降压，渗漏破坏就不会扩大。②防渗体没有直达基岩或底部连续可靠的粘土层，在开挖截水槽时，因施工困难，半途而废，从而留下隐患。③土石坝两岸岸坡产生台阶状。应该开抢成较平顺的坡度，为减少开挖可以变坡，在上下两坡度转折处，两坡角之差不应大于15°~20°，若有平台，则平台处填土高度与平台的两端的填土高度，高差悬殊沉陷量突变，容易产生裂缝，导致渗透破坏。如何组织科学有序的施工，提高工程质量，控制渗流是整个过程成败的关键。

二、土石坝过程在施工中应从以下几个方面进行控制：

①做好基础处理，必须万无一失。很多大型土石坝，必须要满足坝基承载力及基础防渗的情况下，完成基础处理的稳固后，方可进行填筑施工，特别是在深覆盖层上修建工程，基础处理工程量大、不可预见因素多，需要经常采用防渗墙、振冲、帷幕灌浆、固结灌浆等对地基进行综合处理。

②掌握当地地质、水文气象资料，控制好施工工期的季节性土石坝对水文气象的因素极为敏感，在雨季，土料的含水量影响极大，直接制约着大坝填筑，施工强度将受到影响；冬季，土料上冻，如不采取积极措施，也无法进行填筑，且冬雨季填筑施工，存在着高投入、低产出的窘境。对于度汛期的施工，应编制具有针对性的施工方案。土石坝工程，一般不允许漫顶过流，故土石坝工程“施工高峰期”应控制在工程实施截流后第一个汛前达到拦洪度汛断面挡水这一阶段，截流后均需加快施工进度，以确保在汛前将坝体全断面或度汛小断面填筑至拦洪度汛高程。因此给坝体填筑的施工工期有限，在北方地区采用冬季施工时，当月平均气温在0℃以下，有些地区河流结冰、土层冻结，对开挖工程、混凝土工程、灌浆工程以及填筑工程均有不利的影响，因此必须要提高月填筑强度，方能按安全渡汛的要求按期达到拦河高程。

③确保工程所用料场开采土、石料的材料质量料场对土石坝的重要性不言而喻，却也是最容易影响大坝顺利填筑的软肋。根据工程实践，一般而言，料场的地质勘探工作深度远不如坝址，特别是填筑量最大的堆石料，往往仅靠几个探洞或地形勘查进行地质描述，进场后，与招标文件发生变化的可能性很大，无法形成大规模开采（或台阶开采）条件，直接影响大坝填筑级配是否得到保证。在防渗土料方面，含水量的高低也成为大坝能否快速填筑的关键，因此，完善而慎重地进行料场复查及复勘工作显得尤为重要，搞好料场复查和储量计算，做到心中有数。

此外材料的碾压试验也是非常重要的一项工作。对土石坝而言，碾压试验是填筑前最为重要的技术参数论证工作，也是确定大坝能否顺利填筑及确保大坝安全的重要环节。碾压试验工作的好坏，直接影响坝体的填筑。

碾压试验中还需对防渗土料的含水量进行确定及调节，同时还应确定好对堆石料洒水量。此外，为确保土石坝填筑质量，土石坝工程的施工必须要求进行试坑取样，只有在填筑面碾压合格并能过验收后方可进行上一层填筑。

④确定合理的坝面分区，是填筑工作施工的关键由于土石坝体型较大，为坝面分区流水作业提供了必要的场面，土石坝工程一般在填筑工序上分为铺料、摊铺、洒水、压实、质检等工作。在坝面分区流水作业中，防渗土料的施工应根据填筑的需要，应根据实际情况合理划分填筑区域和进行流水作业，以及采用的机械设备及填筑情况进行调整。对采用平起填筑与临时断面填筑的土石坝工程，不可为一味减少临时断面填筑量而影响大型机械的正常施工，必须要确保填筑质量。公务员之家

土石坝范文篇5

由于国内很少有这方面的工程实例介绍，故本文采用西霞院河床段土石坝作为计算模型，应用邓肯模型对坝体、坝基进行三维有限元计算，分析坝基深层存在软岩对土石坝坝体变形的影响以及对防渗系统的影响。

1工程概况

西霞院工程建于小浪底大坝下游16公里处的黄河干流上，坝址位于吉利区和孟津县白鹤镇之间，属于低山丘陵区。工程的开发任务是以反调节为主，结合发电，兼顾灌溉、供水综合利用。工程布置采用土石坝，坝长约2600m，坝体采用砂卵石坝壳复合土工膜防渗斜墙，坝基防渗采用砼防渗墙。

坝址地形呈宽阔"U"型河谷，宽约3km。河床两侧分布高漫滩及Ⅱ级阶地。坝址处两岸河漫滩表层为2m～7m的新近沉积的砂壤土、砂层等，结构松散，靠近两岸Ⅱ级阶地其上部多分布有粉质壤土。河漫滩下部为砂砾石层，一般厚20m～28m，中等密实状态。砂砾石层下部基岩由上第三纪砂岩与粘土岩互层组成，饱和抗压强度平均值为4.3MPa，属极软岩类岩体。

2计算模型及材料参数

2.1计算模型

西霞院土石坝坝顶高程139.0m，最大坝高21.0m，坝顶宽8米，上游边坡1：2.75，下游边坡1：2坝，上游设壤土铺盖与斜墙相连进行防渗。计算工况：上游水位134.75m，下游水位126.23m。取100m河床段作深部软岩对坝体变形的影响分析，河床段剖面示意图见图1。

图1河床段最大剖面图（单位：m）

2.2计算参数选择

坝基由表部松散粉细砂、中部砂砾石层及下部上第三系基岩地层组成。表部松散粉细砂，厚3.0m，粉细砂上部为砂壤土，厚1.0m，下部为砂层，厚2.0m，结构疏松；地层中部为砂砾石层，厚20m；地层下部为软岩，厚30m，弹性模量只有500Mpa（属于极软岩）。

坝体及坝基E～B模型计算参数见表1。

表1E～B模型计算参数

参数

材料

土粒

比重

KN/m3

(O)

Kur

nur

坝体压实砂砾

2.66

21.0

550

0.45

0.80

220

0.5

1100

0.45

地基砂砾石Q4

2.66

21.0

500

0.48

0.82

200

0.4

1000

0.48

地基砂砾石Q3

2.68

21.0

600

0.48

0.81

240

0.5

1200

0.48

砼防渗墙C15

24.0

E=22000MPa,ν=0.167

软岩

17.1

E=500MPa,ν=0.3

接触面

参数

KN/m3

(O)

n‘

Rf’

防渗墙与砂层

30000

1.0

0.9

防渗墙与砂砾层

36000

1.0

0.9

2.3单元剖分及计算坐标

空间模型坐标系建立如下：顺河向为X轴，指向下游为正；竖直向为Y轴，竖直向上为正；坝轴线为Z轴，指向河谷中心（右岸）为正，指向左岸为负。土坝的有限元计算网格见图3.2。整个结构共剖分单元5208个，结点总数6315个。

图2有限元计算网格图

2.4荷载分级情况

在有限元模拟分析中，结合施工顺序共分十级加荷。第一级为坝基砂卵石层；第二级为河槽段截流围堰体；第三级为围堰防渗墙及第一级坝身；第四及至第七级为坝身；第八级分别为复合土工膜及上游面混凝土护坡；第九级为上游校核洪水134.75m及相应的下游水位126.23m。

3计算结果及分析

3.1对坝体变形的敏感性分析

考虑软岩情况与不考虑软岩情况下坝体的最大水平位移值及沉降值见表2。在两种情况下水平位移、最大沉降的绝对值均不大，考虑软岩与不考虑软岩的水平位移最大值变化微小，但考虑软岩影响情况下最大沉降值比不考虑软岩影响情况大2.5cm，坝体最大沉降值增大约5.5%。从水平位移最大值和沉降最大值以及坝体水平位移及沉降变形图可以看出：软岩的存在增加坝体变形，但对土石坝本身来说影响不大。

表2考虑软岩与不考虑软岩坝体最大位移比较表

位移

工况

向上游最大

位移值(cm)

向下游最大

位移值(cm)

最大沉降值

(cm)

考虑软岩影响

-10.6

22.6

-45.1

不考虑软岩影响

-10.2

22.4

-42.6

3.2对坝坡面复合土工膜小主应变敏感性分析

上述讨论的变形值都是位于坝体内部，而对于坝体上游面由于其上铺设复合土工膜，是防渗系统的关键部位，也是设计比较关键的部位。这里分别列出两种情况下最大断面上坝坡面5个控制点应变值，控制点位置见图7，应变值见表3。

图7坝面控制点位置示意图

从表3可以看出:在上游坝脚附近应变值较大，沿着坝高应变值逐渐减小。考虑软岩与不考虑软岩在点1和点2位置应变值变化明显，应变分别增大0.9%和1.2%，点3、点4和点5位置的应变值相差不大。假定复合土工膜与坝坡面土体变形协调一致，那么考虑软岩情况下上游坝坡脚位置复合土工膜的拉应力明显增大，对复合土工膜受力十分不利，在设计过程中应该引起注意。

表3河床段剖面坝面复合土工膜控制点的小主应变值（单位：%）

点

位置

小主应变值

考虑软岩

不考虑软岩

差值

增大比例

x=-44.9y=125.0

9.62

8.72

0.9

9.4%

x=-43.3y=125.0

10.5

9.30

1.2

11.4%

x=-40.4y=125.8

4.33

4.18

0.15

3.5%

x=-38.4y=126.5

3.33

3.25

0.08

2.4%

x=-32.2y=128.8

2.88

2.79

0.09

3.1%

注：考虑软岩影响比较时，差值＝考虑软岩应变值-不考虑软岩应变值，

增大比例＝(考虑软岩应变值-不考虑软岩应变值)/考虑软岩应变值

3.3软岩对防渗墙变形和应力的影响

防渗墙变形及大小主应力计算结果见图8，考虑软岩影响计算出来防渗墙水平位移较大，底部105.0m高程附近二者相差1.4cm，沿着防渗墙高度方向，位置越高二者差值越大，到顶部125.0m高程处二者相差3.5cm。防渗墙大小主应力不考虑软岩影响情况的比考虑软岩影响的大。考虑软岩影响情况下防渗墙大、小主应力都有明显的减小，这对防渗墙的工作状态有利。但是考虑软岩情况下防渗墙的顶部位移明显增大，这将使防渗墙顶部与复合土工膜的连接部位发生破坏的可能性大大增强。因此在连接部位设计过程中宜将复合土工膜打折皱或者采用更加安全的措施--设置空腔式伸缩节等。

图8防渗墙水平位移和大小主应力比较图

4结论

当坝基覆盖层以下存在变形模量较小的软岩时（特别是坝基1倍坝高深度以下就存在软岩时），会增大坝体和防渗结构的变形和沉降，从而影响防渗系统的可靠性。在防渗体设计及计算过程中应考虑软岩的影响，而不能采取以往分析只考虑到覆盖层底部，而把软岩基岩作为完全刚性地基考虑。

由于水的力学作用和物理化学作用的相互影响，使得坝基软岩软化和受力变形情况更为复杂。本文只是对低土石坝进行分析，对于高土石坝坝基存在深层软岩的情况，应根据实际工程情况作更深入的研究。

参考文献：

土石坝范文篇6

土石坝的土石体介质内非渗流区的温度场分布受单纯的热传导控制，在土石体表层10~15m范围内，温度场受流体(空气、水)的季节性温度变化控制，越靠近表面区域与流体温度越一致。由于土体具有较低的热传导特性，土体导热率低，温度场分布较均匀，流体温度与土体内部的温度差别随深度而增加。

当土石体内存在大量水流动时，土石体热传导强度将随之发生改变，如渗透系数大于10-6m/s，土石体传导热传递将明显被流体运动所引起的对流热传递所超越。即使很少的水体流动也会导致土石体温度与渗漏水温度相适应，由此引起温度场的变化。

将具有较高灵敏度的温度传感器埋设在土石坝的土石介质的挡(蓄)水建筑物的基础或内部的不同深度。如测量点处或附近有渗流水通过(渗透流速一般必须大于10-6m/s)，水流的运动和迁移，土中热量传递的强度发生改变，将打破该测量点处附近温度分布的均匀性及温度分布的一致性。土体温度随渗水温度变化而变化。在研究该处正常地温及参考水温后，就可独立地确定测量点处温度异常是否是由渗漏水活动引起的，这一变化可作为渗漏探测的指征，从而实现对土体内集中渗漏点的定位和监测。

2渗流热监测技术的研究历史和现状

2.1利用点式热敏温度计测量温度进而监测渗流场

早期渗流热监测技术主要是通过在水工建筑物或其基础内埋设大量热敏温度计来进行温度测量的。美国加利福尼亚Occidental大学地质系的JosephH.Birman等人从1958年开始研究利用这一技术勘探地下水，1965年JosephH.Birman将这一技术用于水坝的漏水探查中，并申请了专利。美国垦务局也将这一技术成功地应用于一些病险土石坝的治理。前苏联将其扩展至混凝土坝，在水库蓄水后发现了地下集中渗漏通道。上述测量方法的致命缺陷是对土体内温度实施点式测量，因测量点有限，对温度场分布中的不规则区域集中渗漏往往漏检，因此增大了对渗漏通道的漏检概率。

2.2热脉冲方法（HPM）渗流监测技术

渗漏水流必然与对流热传输相伴产生，对流热传输是超出已存在的、流速不大于10-7m/s引起的传热以外的热量传递部分。使用一个线热源，可以在大坝内产生一个非常确定的热量扰动。根据所在处的热传导率和渗流流速，在热源范围内就可以获得随一个随时间的特定温升情况。通过测定这个作为时间函数的温升，并与数值模型得到的温度-时间曲线对比，就可能决定渗漏的流速，这就是热脉冲方法（HPM）渗流监测技术。热脉冲方法的探测深度取决于加热时间、热源强度和孔隙水的流速。一般情况下，如果加热周期在6到8个小时之间，小到10-6m/s量级的流速就可以被测到。

2.3分布式光纤热渗流监测技术

近年来，各种类型分布式光纤传感器系统有了迅速发展，现有的光纤温度测量系统能够沿长达40km的光纤上实时连续采样并能对测量点定位，测温精度和空间分辩率也都有很大的提高。目前，这种技术已广泛应用于工业领域，如高压输电线、化工厂的反应器等的温度分布探测等。光纤温度测量系统可望取代传统点式温度传感器应用于坝工、堤防的渗漏监测中，并可以大大提高发现水工建筑物及其基础集中渗漏通道的概率。

将分布式光纤温度测量应用于土石坝内部的渗漏探测有两种方式：即梯度方式和电热脉冲方式。梯度法即利用光纤系统直接测量土体内实际温度，不对光缆进行加热，其前提是河道或库水温与量测位置土体温度存在比较明显的温度差，从而在渗漏水周围就会产生局部温度异常。电热脉冲法是通过对光缆保护层的金属外壳或特制光缆中的电导体通电，使光缆加热到一定程度，可克服可能的各种不利影响。当存在渗漏水流时，光缆加热过程中可以看到渗漏区的明显温度分布异常。这两种方式用来探测集中渗漏均已试验成功，且后一种方式适用范围更广泛。

3土石坝的热学特性

土石坝的热学特性比较复杂，它包括诸如热传导、对流热传输和热辐射等基本热过程。其中，来自太阳的辐射和对大气层的辐射的影响仅局限在大坝表面，主要是昼夜间短时间脉冲，因此一般情况假定坝内部温度与坝表面的辐射无关。

在一个无渗漏的土石坝内，温度分布由纯热传导的方式控制的。坝内10~15m深处的温度场则主要受坝表面的季节性温度变化控制。坝表面以下部分，季节性温度的最大和最小值直接与空气和水的温度值相关。由于大坝通常是由低热传导的材料组成的，因此随深度的增加，大坝表面温度的变化与坝内土的温度变化的相位差也增大，而相位差的大小则与热扩散系数有关。

3.1热传导

热传导主要发生在垂直方向，因为地热的基流是向上运动的，空气温度变化引起的年温度脉冲是向下运动的。地热流动通常比较小，约0.1w/m2，大多数情况下可忽略不计。由于热传导仅沿一个方向进行，因此可以用解析法求解问题。根据瑞典SamJohansson博士的研究表明，在瑞典，当温度变幅为15℃且温度特性正常的情况下，地面以下5m处温度变幅是7.1℃，10m深度处为1.7℃。因此，对于高坝来说，垂直方向的热传导可以忽略。

3.2对流热传输

热的对流方式传输比纯热传导更有效，只要有小量的水流就会对温度分布产生相当大的影响。研究表明，在量级为l0-7m/s~10-6m/s的非常低的达西速度下，总的热传输也还是由对流部分所控制。在这种情况下坝内的温度分布主要受水流温度的影响。在坝内或坝基内，甚至小量水流也会引起土温的调整。由于在低流速下也会出现温度异常，因此温度是探测土石坝内渗漏的一个非常敏感的指标。

4土石坝温度与渗流的关系

坝体中渗流场与温度场是相互作用、相互影响的。坝体中渗流场与温度场双场相互作用、相互影响的结果，会使双场耦合到达某一动平衡状态，形成温度场影响下的渗流场及渗流场影响下的温度场。

温度场和渗流场耦合的过程实际上是热能和流体在介质中一个动态调整变化的过程，温度场和流场任何一种因素的不稳定均会导致另一个因素的变化。一方面从物理过程来看，热能通过介质的接触进行热交换，而渗流流体则因存在势能差在多孔介质的孔隙进行扩散和流动，同时流体也作为热能传播的介质，在多孔介质中携带热能沿运动迹线进行交换和扩散。另一方面从理化过程来看，热能的变化导致介质温度的变化，从而影响介质和流体本身的理化特性的改变，主要表现为介质和流体体积效应的改变，和流体流动特性参数的改变等方面。因此，渗流和温度相互影响的过程实际上包括了能量平衡和耗散过程，以及媒介物质发生理化反应等过程。

总体上来说，渗流场和温度场的相互影响、相互作用的过程是一个十分复杂的问题，目前综合考虑这两方面相互影响问题的研究还比较少，且大多处于定性研究的基础上。从工程技术应用的角度而言，通过对温度场的监测期望获得渗流场的变化情况，目前主要局限于定性分析，对定量监测问题方面的研究相对较少。本文将从渗流场合温度场耦合的角度进行定量的探讨。

4.1温度变化对渗流场的影响

温度变化时会影响水体和土体的物理和化学参数，从而影响渗流场在坝体内部的分布。土体中与渗流场和温度场密切相关的参数有孔隙率、比热容、热传导、导热系数等参数，这些参数中在温度变幅为10℃内变化极小或无变化，故可认为温度变化对土体的这些参数没有影响。水体物理化学参数中和温度场、渗流场密切相关的参数包括密度、重度、粘度、导热系数、热膨胀系数

水体导温系数、比热、运动粘滞系数等参数。

假定水温从=15℃上升到=20℃，各参数的变化量如下表所示：

表1：各参数变化量

参数

=15℃

998.987

9790.073

1.0907

0.011491

=20℃

997.966

9780.066

0.010152

变化量

-1.021

-10.007

-0.090

-0.00134

相对变化率

0.1%

8.25%

11.6%

注：相对变化率=变化量/=15℃时对应的量

参数

=15℃

4185.45

0.58691

14.02

1.617

=20℃

4178.30

0.59752

14.30

2.156

变化量

-7.15

0.01061

0.28

0.539

相对变化率

0.17%

1.8%

2.0%

33.3%

结合以上数据，在研究温度变化对水体的物理化学性质的影响过程中，比热、密度、导温系数、导热系数、重度在15℃至20℃之间变化较小，可以不计其影响；运动粘度系数、动力粘度系数和水体热膨胀系数的变化直接影响水体渗流特性，因此在耦合计算分析中需要考虑。

土石坝等水工建筑物土体饱和状态时，温度发生变化时，必然引起土石体和孔隙水的体积发生变化，通常情况下（对水而言大于4℃时）温度上升时，体积膨胀，孔隙水压力将上升。在总应力保持不变情况下，孔隙水压力上升必然会导致有效应力的相应减小，进而引起水体的体积及土体体积的进一步变化，因此在温度变化时，介质内固相体积、孔隙水体积，有效应力、孔隙水应力将进行调整，重新达到平衡状态，满足总体积不变和质量守恒的条件。可以定量地认为，当温度上升时，有效应力减小，孔隙水压力增大，即渗透压力增大，当温度下降时反之。又根据现有研究证明：由温度差形成的温度势梯度也会影响水的流动。由于温度势本身就是较为复杂的问题，因此，温度对水流运动的影响目前只能用温度梯度的一种经验表达式。例如，对一维情况，有[7]:

式中，为温度变化引起的水流通量，是温差作用下的水流扩散率，中已经包含水体和土体的热膨胀系数，物理化学变化系数的影响，

为温度沿x维坐标轴x方向的梯度。

所以

可推出温度场影响下的渗流场方程：

4.2渗流场对温度场的影响

水体从坝体中流过，当两种介质存在温度差时，必然产生热量交换。当我们把土石坝中的流动的水体和认为是相对不动的介质土体分开研究时（需要特别说明的是：渗流场处于稳定状态，其相对不动的介质仍为饱和状态的土体），坝体或坝基内部存在渗流时，其热量交换应包括两部分：一部分为本身的热传导作用，另一部分为渗流夹带的热量。

在一向导热的情况下，当土坝内部存在渗流时，热流量包括两部分:一部分是由于土体本身的热传导作用，等于另一部分是由渗流夹带的热量，等于，因此热流量为[8]：

式中，为沿一维坐标轴x方向的热流量;为水的比热;为水的密度;为土的导热系数。因此，在单位时间内流入单位体积的净热量为:

这个热量必须等于单位时间内坝体温度升高所吸收的热量，故

式中，为土体的比热，为土体的密度。

将该式推广到三向导热的情况下，可得到考虑渗流影响下的温度场三维导热方程：

根据渗流场对温度场的影响机理分析，可以知道渗流速度直接影响了温度场的变化。

4.3渗流场和温度耦合的一维求解

理论上，能同时满足两组数学模型的渗流场水头分布H(x,y,z,t)与温度场分布T(x,y,z,t)即为土坝渗流场与温度场耦合分析的精确解，这就需要联合求解两式。众所周知，在大多数情况下，目前在数学上要单独求解每式的解析解也是不可能的，联合求解则更是难上加难。所以我们有必要讨论一下双场在一维状态下的解析解，从而得出一些结论。

假定一维渗流场和温度场的边界条件为：

求解可得近似解析解，渗流场影响下的温度场分布和温度场影响下的渗流场分布为：

若取工程中的参数如下：

取时，分别计算，，，并用图表表示：

图1不考虑耦合情况、

图2考虑耦合情况不同K值下温度比较

图3考虑耦合情况不同K值下比较

图4考虑耦合情况不同K值下比较局部放大图

由图可以看出，耦合解析解(即T1(x)及H1(x))与非耦合解析解(即T0(x)及H0(x))有很大的不同，渗流场而对温度场的影响更为明显。还可以看出，随着渗透系数的增大，渗流场对温度场的影响更加明显，而温度场对渗流场的影响减弱；且渗流由高温向低温流动时，使温度场温度普遍升高，但使渗流场水头普遍减少。而且，当渗透系数大于10-6m/s时，温度由渗流水控制。

考虑主要因素，忽略次要因素，仅考虑渗流影响下的温度场，而不考虑温度场对渗流水头的改变、即不考虑就能满足工程精度要求，使得问题得以简化。

4.4利用温度场测值计算渗流场的渗透系数K

考虑二维情况下渗流场与温度场的耦合问题，假定渗流场为稳定场，不考虑温度场对渗流水头的改变，边界条件已知，渗流场方程为：

令渗流场影响下的土体二维温度场数学模型为:

选取坝体的典型截面，简化为平面问题，假定坝体的渗透系数K，结合渗流边界条件，利用有限元数值计算的方法计算坝体在一定的边界条件下的渗流场的水头分布H（x,y）；根据此已知渗流场，计算出渗流场各点的、，并结合该温度场的边界条件，用有限元程序计算出该坝体内各点的温度T，得出温度场。用此理论计算的温度场与用分布式光纤量测得到的温度场相比较，不断调整渗透系数K值，直至理论计算值与实际量测值很接近，此时对应的渗透系数即为坝体的渗透系数，就能利用对温度场的监测实现对渗流场的监测。

进一步推广到三维情况下，假定渗流场为稳定场，忽略虑温度场对渗流水头的改变，在渗流和温度边界条件已知的情况下，控制方程为：

同理，利用有限元数值计算的方法，由分布式光纤实际量测得到的温度场可以得出渗流场渗透系数K值。

5结论

利用分布式光纤温度测量系统这一先进的量测手段，我们可以较为准确地得到土坝内部温度场的空间分布，并且信息量大；对坝体渗流场和温度场耦合分析，得出二者的关系；借助有限元数值计算的方法，可以定量地得出渗流场的渗透系数，从而实现对渗流场的监测。

参考文献：

1李端有，陈鹏霄，王志旺.温度示踪法渗流监测技术在长江堤防渗流监测中的应用初探[J]，长江科学院院报，2000年增刊，48~50

2肖才忠,潘文昌.由温度场研究坝基渗流初探[J].人民长江,1999,30(5)：21-23

3王志远,王占锐,王燕.一项渗流监测新技术--排水孔测温法[J],大坝观测与土工测试,1997,21(5),10-13

4汤平，李端有，马水山.光纤渗压计实验研究[J]，长江科学院院报，2000年增刊，52~55

5.AuflegerM,FibreOpticalTemperatureMeasurementinDamMonitoring—FourYearsofExperience[R],Obernach:InstituteofHydraulicandWaterResourcesEngineering,2000,1~10

6马水山，王志旺，李端有，汤平，光纤传感器及其在岩土工程中的应用[J]，岩石力学与工程学报，2001.20（增刊）1692～1694

7．仵彦卿等、地下水动态观测网的优化设计，成都:成都科技大学出版社，1993

8．朱明善、林兆庄、刘颖、彭晓峰，工程热力学，北京:清华大学出版社，1995

StudyOnTheSeepageMonitoringTechnologyWithTempertureInEmbankmentDam

LIDuan-you1,XiongJian1,YUSan-Da2WANGZhi-wang1,,

(1YangtzeRiverScientificResearchInstitute,Wuhan430010China)

土石坝范文篇7

初期坝主要工程项目有：清基工程，排水盲沟工程，土石料筑坝工程，碎石反滤层工程，块石棱体排水工程，碎石排水盲体工程及坝面防护及排水工程。碾压式土石坝工程施工技术规范执行行业标准《工程测量规范》（GB50026-2007），《碾压式土石坝施工规范》（DL/T5129-2001）。

2施工技术控制要点

根据碾压式土石坝施工工艺流程，在施工过程中技术控制要点主要在于工程测量控制，由于根据土石坝施工技术规范及设计文件要求，坝体清基必须清至角砾料层，现场实际情况与设计文件难免有出入，且该设计中碎石排水盲体，块石排水棱体及坝角排水沟等结构物在设计文件中均线性及高程，设计文件中只对坝轴线及坝顶标高给出数据，其余数据要求施工单位根据现场情况确定，所以在施工前对工程测量控制非常重要，坝体清基线后整个坝体的结构物位置及高程方可确定，作为施工过程中的主要控制依据，方可根据实际情况划分施工段落循环施工。下面主要介绍本工程在施工过程中的工程测量控制要点：

2.1清基线测量控制

根据施工工序要求，在坝体填筑前需对坝基底的排水盲沟，坝角两侧的排水盲体及块石棱体进行施工，这些辅助工程完成后才能进行坝体填筑。针对工期较紧，施工工序斜街紧密的工程特点，在本次工程施工前需对整个初期坝的结构物线性及高程进行确定，这样才具备各项工程的施工条件，否则将会因为实际地质情况与设计不否造成反复返工的情况发生。为了能够保证设计文件中要求的坝基基础条件，在保证坝轴线及、坝顶高程及边坡及结构物尺寸的条件下，在清基前根据设计文件中的勘探数据计算出设计理论清基线，设计理论清基线确定之后根据设计要求在块石棱体及碎石盲体范围内延坝轴线方向用挖掘机开挖探坑，延坝轴线每100米一个断面开挖5-8个探坑，详细记录每个探坑的角砾料层高程。根据每100米处块石棱体及碎石盲体的角砾层高程按照坝轴线，坝底高程及设计文件中结构物的尺寸计算出坝体清基线位置。由于坝体较长，地质变化较大，等原因，该坝体清基线会出现折线情况非常不美观，为了保证结构物线性，高程顺畅及排水体流水方向，从而保证坝体坡度及坝角线顺畅，利用100米处块石棱体及碎石盲体中线位置作为控制点，采用EICAD软件对线性进行处理，确定坝体的块石棱体及碎石盲体的线性，根据设计文件中要求及实际情况从而计算出坝体清基线。

2.2结构物测量控制

块石棱体及碎石盲体线性确定之后，根据设计文件的坝轴线，坝顶标高及结构物尺寸要求，综合考虑排水盲沟纵坡及排水方向等因素，利用EICAD软件确定每20米断面的块石棱体及碎石盲体线性及高程，在测量放样及高程控制中，严格按照此线性及高程进行控制。

2.3断面图绘制及施工段落划分

根据已经确定的清基线，结构物线性高程控制数据每20米绘制坝体开挖及填筑断面图，断面图绘制完成后计算坝体填挖方工程数量，根据实际情况进行施工段落划分，这样才能对每个施工段落进行形象进度控制，提高施工效率，针对工期要求进行合理调整人员机械配置。

3工程质量控制要点

碾压土石坝施工工艺较为简单，但关键部位的质量控制非常重要，文章主要针对施工过程中的清基，填筑压实度控制及结合部处理作为重点阐述。

3.1清基

本工程清基工程主要内容有清除表面的草皮及灌木，挖除粉质土清至角砾层，清表按照清表线将清出的草皮杂物运至指定位置，挖除粉质粘土时派专人检测地质情况，认真做好泉眼，洞穴的处理。本工程在施工过程中地下水位较高，对整个开挖造成了一定的困难，在开挖顺序就进行调整，优先开挖地势较低的部位，并在开挖过程中两侧设置排水沟，利用地势将地下水引至坝体范围以外，如果地势情况不满足时采用抽水机集中将水引至坝体范围以外。开挖至设计要求的高程后，基底采用平地机平整，压路机碾压，工程试验人员对底基层地基承载力进行检测，满足要求是方可进行坝体填筑。

3.2填筑压实度控制

填筑工程正式开始前，选取一段施工场地作为筑坝工程试验段，根据试验段结果确定合理的机械配置，按照规范要求确定填料厚度，碾压遍数，合理的碾压顺序及碾压顺序。实验室根据填料的试验数据对现场压实度进行检测，本工程由于填料属于土石混合料，采用灌砂法检测压实度存在一定缺陷，所以在压实度检测过程中采用K30试验方法检测填料压实度，按照设计要求地基系数达150Kpa/m以上，填筑过程中对填料的含水量及料源进行严格控制，对不合格填料应全部清出场内。筑坝过程中，每层填料摊铺宽度比设计宽度超出0.8cm，以便碾压过程中坝体两侧压实度与坝体中间压实度一致，填高厚度达2.5m时采用挖掘机进行边坡修整。

3.3结合部位处理

碾压式土石坝结合部位处理非常关键，本工程结合部位主要存在于尾矿库排水涵管两侧及施工段落结合部位，文章主要对该两处结合部位的质量控制要点进行阐述。（1）排水涵管两侧结合部位。该工程排水涵管两侧为老河床部位，在两侧清基工程中将河床内的淤泥全部清出，将河床内地下水及地表水进行截流，将水通过排水涵管引至下游河道，保证涵管两侧填筑前工作面干燥，两侧坝基满足规范设计要求。为了保证涵管砼与填料充分斜街，涵管两侧10米，高出涵管1米范围内采用粘土填筑，在涵管管身涂刷粘土泥浆，采用1t手扶式压路机每层按照30cm分层碾压，填筑碾压过程中保持两侧高程一致，每层严格控制填料压实度。（2）施工段落结合部位。由于工期较为紧张，将坝体填筑主要分为平整碾压段落，待检段落，检测段落，每个段落高差不得超过1.5米，压路机在段落结合部进行斜坡碾压，严格控制结合部位斜坡段压实度，待下一个段落填筑前，应对斜坡段按照按照锯齿状开台阶，下一段落平整碾压过程中应对结合部位进行严格控制，避免漏压现象发生，对结合部位的压实度数据每层进行严格控制。

4结束语

土石坝范文篇8

关键词：土石坝渗流原理及其控制工程质量

引言

一、土石坝按坝高可分为：低坝、中坝和高坝。而高坝筑坝技术是近代才发展起来的

二、土石坝建设最大的病害即是渗流。如何控制和预防渗流是土石坝工程建设中最主要的工作之一

碾压试验中还需对防渗土料的含水量进行确定及调节，同时还应确定好对堆石料洒水量。此外，为确保土石坝填筑质量，土石坝工程的施工必须要求进行试坑取样，只有在填筑面碾压合格并能过验收后方可进行上一层填筑。公务员之家

土石坝范文篇9

【关键词】水利工程；土石坝；施工技术

兰州新区西排洪渠刘家井滞洪调蓄水库工程的规划范围参数上，其北端起源为引大东二干渠电灌一支渠，向西到引大东二干渠电灌支渠，该系统的东侧临近刘家井村，南部距离引大东二干渠约250m。

1工程概况

整个工程项目包括水库工程、引水工程、供水工程以及山洪治理工程。该水库属于小型工程，主要的建筑物等级为四级，次要的建筑物以及临时建筑物为五级，水库的设计标准为30年一遇洪水，洪峰流量为256m3/s；对于300年一遇的洪水，运行中的最大洪峰流量为489m3/s；引水工程的洪峰防范标准为20年一遇，洪水洪峰流量为166m3/s；50年一遇的洪水校核情况下，洪峰流量为300m3/s。工程区50年内超越概率10%的地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应的频谱特征周期为0.45s，地震烈度为Ⅶ级，因此建筑物的抗震预防烈度采用Ⅶ级设计标准。水库的大坝结构中属于半挖半填围堤土石坝处理方法，全库盆采用复合土工膜防渗技术。围堤坝的轴线长度3.34km.堤坝的顶部高程为2189.00m，坝体的最大高度为15.5m，坝顶的宽度为6.0m。上游坝体的坡度比为1:3，下游坝体的坡度比为1:1.5，水库的最大蓄水深度为10.2m。

2水利施工中土石坝施工技术应用方法

2.1施工测量技术

在正式的施工之前，必须要经过专业化的实用测量，该过程中：①施工单位要满足施工要求，在施工区域建设专业的调蓄水库区的施工控制网，并且请监理工程师进行复测审核[1]。控制网要能够以大堤为主，同时也需要满足其他建筑物的要求；②能够对坝体的控制测量参数进行精度设置；③采用专业高程测量技术，确保整个系统的测量精度符合标准，并且根据整个工程项目的建设要求得到所有的关键性信息；④处理整个水库周边设置的平面和高程，使用专业的研究方法对这类结构进行数值分析处置；⑤确保整个高程的控制点设置位置符合系统的运行标准。在本文研究的工程项目中，平面控制的测设精度表现为，平面控制网必须符合四等测角网的精度要求，并且对于坝体的轴线测量也要符合四等测角网的精度要求。对于工程测量控制网，需要和国家的水准网进行连接，以符合测量规范要求。

2.2导流和度汛处理

在水利工程的设计中，无论是对于导流工作还是对于度汛工作，都必须采用专业化的方法对其进行核算。其中在本文研究的工程项目中，针对四眼井沙沟区域，平时并不存在地表径流，但是在遇有暴雨时极其容易出现山洪下泄。暴雨的表现为局部强降雨，范围小、强度大且具有突发性，需要开挖原沟道，并且将沟道的位置设置在坝基区域，使库底强度保持较高状态，同时要在其中预留保护层。而对于度汛工作，需要对沟道进行过水处理，四眼井沙沟中可承受的5年一遇最大洪峰流量为79.7m3/s。对于度汛施工处理，需要根据整个水库工程的施工区域，确定施工中所建立的各类设施的相关位置，同时针对开挖后的基坑结构，也要在其中设置集水井，并配备足够的潜水泵，使调蓄水库的基坑表层水得到排除。在本文研究的工程中，将调蓄水库工程的施工临建设施放置在水库的上游区域，汛期前要做好各类设施的安全检查和安全问题的预防工作，以全面消除安全隐患，并且在这类临时设施的周边外墙1m处开挖排水盲沟，盲沟的参数中宽度为30cm，深度为30cm，并统一汇集到集水井。

2.3料场施工方法

在料场的施工过程，要根据料场的施工特性对其进行协调，同时也要控制料场的相关质量指标。在本文研究的工程项目中，发现调蓄水库为半挖半填设计方法，大体的填筑料可以直接使用水库施工中开挖出的沙碎石，填充整个水库区域进行。其中最低的地面高程为2174.50cm，最高区域的高程为2188.30m，最大的填筑高度为15.5m，最大的挖深参数为14.3m，在料场的产品处理过程，也需要调整料场的质量指标。其中对于整个水库的填料工作，要采用砂碎石和碎石进行处理，其中碎石的含量为1.3%~8.6%，砾石的含量为14.7%~78.6%，砂粒的含量为10%~60.1%[2]。

2.4混凝土骨料处理

本文研究的工程项目中，通过测量发现黄土状的土夹层比例为30%~40%，而整个区域的土层处于不稳定状态。碎石的软弱颗粒、针片状的颗粒含量相对较高，含泥量的平均值为14.5%，因此在质量上不满足混凝土骨料的配置要求，因此该过程中必须要能够选择人工骨料厂。最终确定的骨料参数如表1所示。

2.5混凝土开采及运输方法

在混凝土的开采和运输过程中，开采阶段需要能够配置专业的混凝土骨料，并且在运输过程中使用专业的运输设备，直接将其运输到施工现场。本文研究的工程项目中，混凝土骨料距离施工区域的间距约25km，为防止混凝土骨料在运输过程中出现质量方面的问题，选择25t自卸车辆将混凝土骨料运输到施工现场的混凝土拌和站，块石料也采用这一方法进行运输。

3水利施工中土石坝施工技术应用要点

3.1设施使用方法

在水利施工中的土石坝施工技术中会采用大量的专业施工设备，而所有的施工设备无论是在操作过程还是在日常的运维过程，都必须要能够借助专业人员的专项操作以及经过专业化的管理工作，才可以防止在使用过程中出现较为严重的问题。所有设施在采购以及租赁时，要由专业的人员进行各类设施的运行状态检查。在各类设施的后期使用阶段，要能够通过各类设施专业化的配置流程和利用模式，实现对现有运行设施的专门性调整，并且日常的施工中安排专业人员参与各类专业设备的运维和检查过程。

3.2技术使用方法

施工技术的专业化利用，一方面要根据各类技术的本身操作原理，研究该项技术要达到相关的作用效果需要采用何种方法达到目的；另一方面针对相关技术的具体操作流程和后期的升级过程，也都要由专业的人员完成这一管理工作，从而分析所有的工作人员无论是在技术的应用方面，还是针对相关资源的协调方面，是否能够根据现有的管理工作方法，全面提高所有的技术应用质量。此外在对各类技术的后期使用过程，也必须要可以根据现有的技术处置规范和技术整理方法，实现所有的技术在使用的效果、使用的方法以及最终的利用模式上具有更高的便利度。

3.3质量保持方法

在施工质量的保持过程中，无论是在所有骨料的配制过程、混凝土的配制过程还是后续的混凝土浇筑过程中，首先要能够确保所有原材料的质量符合要求，该过程需要材料制备人员、一线施工人员以及监管人员三方共同完成管理任务，分析可能存在的质量影响要素并对其进行处理[3]。其次要求所有的施工参数都要能够经过专业化的记录，从而确保现场所配置的监理人员以及已经建立的信息化系统，可以通过对各类数据的跟踪和分析，找到目前工作中的问题并将其消除。最后是为了能够进一步提高管理质量，要求所有人员在参与正式的工作之前，都要经过专业化的培训，以防施工项目出现质量问题。

3.4资源配置方法

在各类工作的落实阶段，必须要能够实现所有资源的科学化配置。首先要了解所有资源的使用模式，尤其是针对骨料类的资源、水泥类的资源以及其他的各类资源，要根据区域内所取得的作用结果，分析这类资源可否直接使用。其次要研究各类资源的配置时机，该过程中主要是分析所有设备的使用时间以及入场时间，并对其做出科学协调。最后是要确定好所有设备的配置工作要求和方案。

4结论

综上所述，土石坝施工中的各类专业技术使用过程，需要完成的工作包括勘察工作、骨料的配制工作、运输工作以及现场管理工作等，所有工作都必须要根据整个工程项目的设计工作要求和结果处理方法得到专业化的成果。施工过程中的技术要点包括资源的配置要点、质量的保持要点、人员的管理要点等，所有要点都必须要能够得到体现。

参考文献

[1]聂斌.水利施工中土石坝施工技术研究[J].江西建材，2020（10）：142，144.

[2]王友春.水利水电工程中土石坝施工技术的相关研究[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2019（12）：171-172.

土石坝范文篇10

关键词：水利工程；土石坝；防渗施工技术

1概述

对于水利工程项目而言，土石坝是在利用当地土石原料的基础上，对其做进一步的抛填与碾压堆筑等处理而成的。其优势主要体现在：结构简单、原料可就近获取、施工简便、造价低廉，对于施工建设区域的水文与地质条件等要求较低。而土石坝也有一个较大的缺陷，就是比较容易产生渗漏，一旦发生渗漏现象，如果不及时采取合理有效的处理措施，则会对人们的生命财产安全构成严重威胁。

2土石坝渗透变形的成因

2.1坝基的不透水层与截水槽未连通，地基的稳定性得不到有效保障，在坝基出现渗流现象以后，不加以处理就会导致坝基变形甚至溃坝。2.2没有正确认识所选取土石材料的力学性能，在土石坝建设过程中，在对储存水源部分进行设计时，没有科学合理地设置好浸润线，从而影响到了下游坝的安全性与稳定性。2.3在涵洞的施工过程中，存在所用浆液不均匀、混凝土比例错误等问题，从而导致周围黏土的密实程度不足，使得土石坝出现涵洞，并发生渗透变形问题。2.4没有采取合理有效的基础防渗措施，对土石坝建设标准不够严格，造成基础漏水现象频发，进而导致土石发生严重变形。

3石坝渗透变形的形式

在我国很多地区，尤其是降水量比较丰富的南方，导致土石坝出现渗漏与变形原因可以归结为两个方面：机械作用与化学作用。在土石长期作用下，坝体中的一部分结构可能遭受破坏。因为土石坝的土质、土料质量、防渗漏与排除渗漏的方式以及水流基本条件等存在一定的差异性，土石坝渗流现象可总结为以下四种情况：3.1流土。在发生土石坝渗流现象时，泥土颗粒会出现一定程度的增大，被水流带走，同时，从坝体表层也会观察到隆起或者冲出现象。该情况主要发生在土石粒径均一的粘性土壤，或者是粘性较低的土体。在发生渗流现象时，通常还会伴随着严重的土体断裂、凸起与掉落等不良现象。3.2管涌。管涌现象通常发生在土石坝的下方地基、下游坝坡出现渗流迹象的表层等常见位置，非粘性土壤的微小土粒在土石块的渗透作用下，不断地从孔洞中涌出，在达到一定速度以后，就会被冲刷带走。而如果不加干预，在长时间作用下，坝体中的土壤颗粒会被大量冲走，从而在原来位置留下一个空洞，当空洞增加到一定限度以后，则会导致土石坝的内部结构出现不可控制的变化，从而导致土石坝在渗透作用下发生不可控的变形问题。3.3接触流土。对于土石坝而言，相邻土层之间的接触面也会存在渗入现象，通常是渗透系数较小的土层向渗透系数较大的土层进行渗透，上述接触性流动的土壤也会对土石坝造成严重损坏。3.4接触冲刷。在土石坝的使用过程中，对接触冲刷现象所造成的损坏程度进行分析，可以得出土石坝使用年限等信息。在坝体渗流经过地基而产生接触的位置，以及与建筑物等接触系数存在差异的土层接触的过程中，粒径较小的土石会被冲走。对于接触冲刷现象而言，土石坝渗透变形的形式较为单一，只有在部分特殊情况下，才有可能出现两种或者两种以上并存的情况，而根据实际情况之间的差异性，包括渗透坡降情况、位置、土料状况等，需要对其进行针对性研究，并制定出合理有效的预防与保护措施。

4土石坝防渗技术

4.1混凝土防渗墙。混凝土防渗墙需要用到专门的造孔机械设备，在操作过程中，需要不断地在松散、透水的地基上造孔，以泥浆固壁，在泥浆下向孔内灌注混凝土，从而得到一整道直立且连续的防渗墙，以充分发挥拦截坝体与坝基渗漏的重要作用。就目前而言，该项技术不断趋于成熟，在砂层、淤泥层等多个领域都取得了一定的成果。混凝土防渗墙主要应用于地形复杂的基础防渗，同时在土石坝的坝身防渗等工作中也可以起到一定的作用，具备工艺先进化水平高、施工效率高、成墙效果直观、适应范围广、防渗效果显著以及节省成本等显著优势，在实际的施工过程中，需要对接缝质量等细节问题引起足够的重视。混凝土防渗墙的布置如图1所示。4.2高压喷射灌浆防渗。高压喷射灌浆需要用到钻探机钻孔完成具体操作，首先需要按照设计要求将安装有特制合金喷嘴的注浆管下到预定位置，然后使用高压泵喷射浆液破坏原有土体，实现土粒与浆液的充分混合并得到固结体，固结之间体交互连接即可得到连续性的防渗帷幕，主要发挥拦截渗漏的防渗作用。现阶段，该项技术广泛应用于众多防渗工程施工中，尤其在软基加固方面取得了一定的成果，而很少应用于全风化花岗岩地层方面的防渗工程。高压喷射灌浆防渗主要适用于以下土质：砂土、淤泥、软弱黏性土和粒径不超过5cm的砂卵石等，在灌浆过程中，其深度始终低于50m，具备施工效率高、防渗效果好、不受水位影响、安全性与可靠性高以及造价成本低廉等显著优势。4.3劈裂灌浆防渗。劈裂灌浆采取高压灌浆的处理方式，将浆液灌入土层以后，可以改变土层原本的性质，使土体发生剪切裂缝，浆液顺着所产生的裂缝，由强度低的地方向强度高的地方劈裂，顺利劈入的浆液固结形成防渗墙体，并与坝体紧密的连接在一起，起到有效的拦截渗漏的作用。劈裂灌浆防渗技术是一种新兴的土石坝防渗加固新技术，并逐渐得到推广与应用。该项技术主要适用于粉细砂与黏土层，对于这部分土体而言，颗粒浆材无法顺利顺入。该防渗施工技术的优点主要体现在原料易获取、施工简便、造价成本低廉以及防渗效果优良等方面。4.4帷幕灌浆防渗。帷幕灌浆需要在特定的压力条件下，将浆液压入坝身或者坝基内部，以填充各部分土体之间存在的大量空隙，在对原有土层的结构与组成进行改造的基础上，依靠胶结作用得到连续的防渗帷幕。就目前而言，帷幕灌浆已经成为水利工程对地基进行防渗处理的重要手段，为水工建筑物的安全性与可靠性提供了重要保障。该项施工技术主要应用于局部透水性较强的岩基防渗，可以取得良好的防渗效果，且施工操作相对简单，无需投入较大成本。4.5套井回填黏土防渗。在套井回填施工过程中，需要用到冲爪机进行造孔操作，将坝体渗漏的涂料取出以后，需要及时回填黏土，并将其夯实压平，得到具备防渗功能的黏土防渗墙。套井回填技术实现了对险堤险坝防渗处理，对于坝高较小的均质坝与宽心墙坝等相关类型而言，应用冲抓套井回填黏土防渗可以取得良好的防渗效果，具备施工设备要求低、施工便捷、材料来源广泛以及投资成本低等优点。4.6土工膜防渗。土工膜防渗需要用到链条开槽机完成开槽操作，并在垂直方向铺设土工膜防渗，通常情况下，所用原材料多为所料类，尤其是聚氯乙烯膜（PVC）与聚乙烯膜（PE）的应用最为广泛。在施工过程中，需要将开槽宽度控制在0.17~0.3m的范围内，且开槽深度不能超过12m。相较于黏土、混凝土、钢材等传统材料而言，土工膜是重要的大坝防渗构件，有着广阔的发展前景。该项防渗技术主要应用于砂性土地基，具备高度的经济性、可靠性、便捷性与防水性，且适应变形的能力较强。综上所述，随着科学技术的进步与发展，大量的新型技术、工艺与材料得到了广泛普及，土石坝防渗技术也处于不断的创新与完善的过程中。对于上述所提到各项防渗施工技术而言，其应用与发展都在一定程度上促进了水利工程所发挥效用的最大化，有利于水利建设领域的健康可持续发展。

参考文献

[1]王文中，等.防止土石坝渗透变形的技术措施[J].水利天地，2010（8）.

[2]保雪飞，卢昆生，向金宝.大坝防渗技术在某水库除险加固工程中的应用[J].中国水利，2012（6）：41.

[3]陈坤，吴志强.劈裂式灌浆技术在大坑水库除险加固工程中的应用[J].内蒙古水利，2015（3）：92-93.

[4]付海华.济南市卧虎山水库大坝防渗加固设计与实现[D].济南：山东大学，2014.