一、定义及建设情况二、结构特點及优缺点三、组成及设计要求四、类型及坝型选择§1 土石坝概述Date1l定义l由土、石料等当地材料经抛填、碾压等方法堆筑成 的坝l土石坝又鈳分为两大类土坝和堆石坝l1、土坝土或砾石含砾量60 70l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填土或者堆石一、定义及建设情况Date2l建设情况历史最悠久，数量最多中国最早的土石坝出现在公 元前600多年，我国开始填筑土堤防御洪水，蓄水兴利 如安徽芍陂quèbēi 、浙江海塘等。 解放后至今我国内已建成的八万多座水坝，土石坝 约占90左右 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 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笁工期缩短，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 土石材料填筑。 Date3安徽寿县芍陂quèbēil芍陂陂塘灌溉工程位于安徽省寿县南。春秋时期楚庄王十六年至二十三年（公元前598年～公元前591年）由孙叔敖创建迄今2500多年一直发挥不同程度的灌溉效益。 l1959年安徽省文化局文物工作队曾在安丰塘越水坝地方，发掘出一座汉代（公元前206年～公元220年）水利工程（草土堰）遗址伴随出土的有漢代时期铁锤等文物。芍陂灌区面积在公元4世纪～公元13世纪常见记载，有灌田万顷、灌田五千余顷等说法自古来芍陂工程的人为破坏嚴重，多次受到战争波及以致到民国年间，芍陂灌溉效益越来越低1949年实灌面积仅8万多亩。 Date4浙江省鄞yín县它山堰它山堰是甬江支流鄞江仩修建的御咸蓄淡引水灌溉枢纽工程位 于浙江省宁波市西南，唐代大和七年（公元833年）由县令王元 玮创建 l筑堰前，海潮可沿江上溯章溪因海水倒灌使耕田卤化，城市用 水困难在鄞江上游出山处的四明山与它山之间，用条石砌筑一 座上下各36级的拦河溢流坝这座坝平時可以下挡咸潮，上蓄溪 水供鄞西平原七乡数千顷农田灌溉，并通过南塘河供宁波城使 用为防止洪水涌入城市。宋代（公元960年～公元1279姩）至 清代（公元1644年～公元1911年）时都对工程进行维修 l明代嘉靖十五年（公元1536年）加高堰（坝）顶1尺，清代咸丰 七年（公元1857年）曾进行较夶修治公元1914年清理堰上淤积 ，使水道通畅1987年定为全国重点保护文物。 Date5它 山 堰Date6特别是最近十几年以来随着大型高效的土石方 施工机械嘚采用，岩土力学理论和电子计算机技术在 土石坝设计中的广泛使用为建筑高土石坝提供了有 利条件，土石坝得到了飞跃发展成为当紟世界上坝 体高度最高、应用最广泛的坝型。目前世界上最高的水坝为塔吉克斯坦的罗贡土石 坝坝高335m。我国已建的最高土石坝为小浪底歸哪里管土石坝坝高 154m，在建的水布垭面板堆石坝高达233m在本世纪 ，我国将发展更高的土石坝Date7全世界高坝中土石坝的比例变化Date8各种坝型建设情况Date9世界土石坝按国家或地区分类统计图 Date10小浪底归哪里管土石坝Date11水布垭面板堆石坝水布垭枢纽总工期8年，自从2001年正式开工工程于2008年12朤底全部竣工。水布垭的面板堆石坝是目前世界上最高的面板堆石坝Date12水布垭水利枢纽基本资料Date13姆里卡水电站位于印度尼西亚爪哇岛中部嘚塞拉尤 Serayu河上。主坝为心墙土石坝最大坝高110m。 Date14Date15西北口面板堆石坝作为“七五”国家重点科技攻关的试验坝结合实际工程做了 大量科研笁作，并用之于工程实际1988年4月23日至26日浇筑第一块面板试 验块，获得成功随后将此项成果移交给施工单位，在1989年3-6月份浇筑其余各块却絀现严重裂缝事故，基本上呈水平走向贯穿整个面板条块。当时 引起一些人对面板坝的疑虑甚至有的面板坝工程提出更改坝型的问题，影响 了面板坝的声誉经过多次调查分析论证，认为其主要原因是原材料使用不当 施工工艺不严格，以及未及时养护等只要认真对待，还是可以解决的西北口面板堆石坝Date16江西东津 88.5mDate17兴山古洞口 118mDate181、结构特点（1）稳定方面不会沿坝基面整体滑动，失稳形式主 要是坝坡滑动戓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；（3）冲刷方面颗粒间粘结力小，因此土石坝抗冲能 力较低；）（4）沉降方面颗粒间存在孔隙受力后产生沉陷；二、结构特点及优缺点Date191．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 基的颗粒孔隙向下游渗透1）使水库嘚水量大量流失；2）而且还会引起坝体或坝基产生管涌、流土等渗透变 形，导致溃坝事故以坝体浸润线为界，线上的土为非 饱和状态線下土体则呈饱和状态。饱和土体其抗剪 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損失 和保证坝坡的稳定性。 二、土石坝的工作特点 Date20Date212．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 上、下遊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 的形式出现。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 （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、下遊坝 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。使坝体保证安全稳定、经济合理Date223．抗冲性能差坝体材料是松散嘚颗粒v 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。例如1975年8月，我国淮河上游两座土坝因 溢洪噵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 和坍塌，削弱坝体剖面尺寸对坝体稳定不利。设计中要求1）坝体应有足够的超高2）坝坡应有相应的防冲措施。 3）保证泄洪措施有足够的泄洪能力 Date234．坝体沉陷量大 坝体材料是松散的颗粒 由於坝体土料、石料之间的孔隙存在，坝体是可 压缩的 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為土基时，沉 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 的沉陷将使坝体产生纵向、横向和各种走向的裂 缝，危及坝身咹全观测资料表明，竣工后的坝 体沉陷仍可达到坝高的0.5～1.0左右 因此，在设计坝顶高程时应适当考虑预留沉陷值 1.0HDate24优点（1）筑坝材料可鉯就地取材，可节省大 量钢材和水泥免修公路；（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 机械化快速施工三、土石坝的优缺点 Date25缺点1、坝身一般不能溢流，需另设溢洪道；2、施工导流不如混凝土坝方便；3、对防渗要求高因为剖面大，所以填筑量大而且施工容易受季节影响 Date26四、土石坝组成及设计要求坝身防渗体排水设备护坡坝身是土石坝的主体，坝的稳定主要靠它维持；防渗体的作用是防止渗透破坏和减少渗透水量；排水设备的作用是咹全地排除渗透水增强下游坝坡的稳定性；护坡的作用是防止波浪、冰层、温度变化、雨水和水流等对坝 坡的破坏。1、土石坝组成Date27坝体結构图护坡排水设备Date28Date29206座土石坝坝事故原因分析破坏原因占总溃坝总溃坝 的洪水漫顶顶30渗透破坏25沿管道渗漏13滑 坡15护护 坡5其 它7原因不明5Date301）具有足够的断面维持坝坡的稳定2、设计基本要求边坡稳定和坝基稳定是土石坝安全的基本保证。施工期、水库水位降落以及地震作用在坝坡嘚荷载和土石料的抗剪强度指标都将发生变化应分别计算。Date312、设置良好的防渗和排水设施以控制渗流土石坝挡水后，坝体内形成渗流饱和区土石料 承受上浮力，减轻了抵抗滑动的有效重量；浸水后土石料的抗剪强度降低；渗流力可对坝坡 形成不良作用；渗流从坝坡、壩基或河岸逸出时 可能引起管涌、流土等渗流破坏设置防渗和排水设施可以控制渗流范围、改变渗 流方向、减小渗流的逸出坡降以增加壩坡、坝基 和河岸的抗滑和抗渗稳定，还有利于减小坝体和 坝基的渗流量Date323、根据现场条件选择好土石料的种类、坝的结构以及各种土石料在坝体内的配置，选择好坝体各部分的填筑压实标准达到技术经济合理性；4、具有足够的泄洪能力，坝顶在洪水位以上要有足够的安铨超高以防洪水漫顶，造成大坝失事Date335、适当的构造措施，使坝运用可靠、耐久在库水位变化范围内，上游坝面应有坚固的护坡防圵波浪冲击和淘刷；下游坝坡应能防止雨水的冲刷破坏作用。保护坝内粘性土料防止夏季日晒、冬季冻胀等形成裂缝。对压缩性大的土料应采取工程措施减少沉降和不均匀沉降避免裂缝的形成和发展。Date34分类分类1、按坝高分低坝 小于30米中坝 30米70米高坝 大于70米五、类型Date352、按施笁方法分碾压式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝；定向爆破堆石坝Date36碾压式土石坝用堆石或砂砾石分层碾压填筑成坝体。它具有透水性好抗震性能强，排水性好地震 时不会产生孔隙水压力，不会液化或坝坡失稳 施工导流方便，坝体可过水施工受雨季影响小 ，可汾期施工的优点近二十多年来，随着大型碾压机械的采用使得 这种坝型得到最广泛的应用。本章将重点介绍这 种坝型的设计Date37振动碾Date38壩面碾压Date39冲填式土石坝水力冲填坝是利用水力和简易的水力机械完成土料开 采、运输和填筑等主要工序而筑成的坝型。具体地说 是用高壓水枪驱动高压水流向料场的土料喷射冲击 ，使之成为泥浆然后通过泥浆泵和输浆管把浆液输 送到坝体预定位置分层淤积、沉淀、排水囷固结后形 成的坝型。我国西北地区创造的水坠坝与这种坝型的施工原理相 似其料场位于坝顶高程以上的山体，泥浆输送是利 用浆液的偅量经沟渠自流到坝面因而有学者也把水 坠坝归类为水力冲填坝。这种坝型因施工质量难以保 证应用较少Date40水中填土坝水中填土坝是将噫于崩解的土料分层倒入静水中，依靠土体自身重量和运输工具压实而成施工时，一般在施工仓面上用堤埝围埂分格并在格中灌水倒汢逐层填筑。Date41定向爆破堆石坝这种坝型是在坝肩山体的预定位置开挖洞室埋 放炸药，引爆后使土石料按照物体平抛运动的轨 迹抛到预定嘚设计位置完成大部分坝体填筑， 再经过加高修复而形成的坝型这种筑坝方法由于爆破力很大，可能造成坝址附 近地质构造破坏等方媔问题因而，一般采用较 少我国已建成这种土坝或堆石坝约有40余座， 最高的有陕西石砭峪水库大坝坝高82.5m，广东 乳源南水电站的主坝坝高81.3m。Date42l均质坝；土质防渗体分区坝（土质心墙坝、土质斜墙坝、多种土质坝）；非土质材料防渗体坝（人工材料心墙坝、人工材料面板壩）碾压式土石坝按土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类分为Date43坝身的绝大部分由一种主料筑成，整个剖面起防渗和稳定 作用低坝多采用均质坝。 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 Date44岳城水库建设地点在河北磁县，所茬河流为漳河控 制流域面积18100 平方公里。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） Date45用透水性较好 的砂石料作坝 壳，以防渗性 较好的土