青海沟后粘土斜墙土石
坝设计
学院：水电学院
专业班级：水利水电工程（1）班
姓名：王亮
学号：100292137
指导老师：李彦军
摘要：本文主要是有关沟后水库土石坝枢纽的设计，沟后水库土石坝枢纽工程位于青海省共和县恰卜恰镇沟后村附近的黄河一级支流——沟后河上，系小（1）型四等工程，主要建筑物为三级，由大坝、泄洪兼引水隧洞两部分组成。枢纽的主要任务是以灌溉为主，可灌溉共和县农田二万亩，林地五千亩，同时解决恰卜恰镇三万多居民生活及城镇工业用水，其为安置龙羊峡水库库区移民的配套工程。
设计内容主要包括：
一、大坝设计：
充分分析己知资料，确定洪水标准及工程级别，在此基础上进行坝型选择的论证，确定坝型、枢纽布置方案和建筑物形式；在坝型、枢纽布置及建筑物基本尺寸拟定后，进行坝工设计、渗流计算、稳定计算、沉降量计算、细部构造进行详细的设计且做好地基处理，坝与岸和地基的连接工作。
二、遂洞设计：
因时间限制，本设计中将隧洞设计省略。
关键词：大坝渗流计算稳定计算细部构造
Abstract: After this design mainly is the related ditch the Gou hou stone dam key position design, after the ditch the Gou hou stone dam key project is located the Qing hai Province Gonghe County divination exactly town ditch nearby a village Yellow River level of branches - - Gou hou the river bank, the project for is exactly small (1) four and so on the project, the main building is three levels, by the dam, the flood discharge concurrently derivation tunne ltwo parts is composed. The key position primary mission is by irrigates primarily, may irrigate the Gonghe County farmland 30,000Chinese acres, the forest land 5,000 Chinese acres, simultaneous lysolves exactly the divination exactly town more than 30,000inhabitants lives and the cities process water, it for places the Long yang Xia reservoir storehouse district immigrant's conveyan cesystem. Design features include :
1.The Dams Design :
Based on the known information, flood-level standards and engineering analysis, On this basis for dam-choice and comparison, Pa-based, programs and the general layout of buildings form; Pa-prepared, The general layout of buildings and the basic size, calculating its crest elevation, then seepage, the settlement terms, Ground handling, and the sides of dam and foundation work connected.
2.The Tunnels design :
Because of time limited, this design left out the tunnel design.
Keywords : dam Seepage calculation Stability calculation features Design
目录
第1节概述 (5)
1.1工程概况及作用 (5)
1.2设计的主要任务及基本要求 (5)
1.2.1设计任务 (5)
1.2.2基本要求 (5)
第 2 节资料分析与整理 (5)
2.1工程地质 (5)
2.1.1库区工程地质条件 (6)
2.1.2坝址区工程地质条件 (6)
经国家地震局兰州地震研究所鉴定，沟后水库的基本地震烈度为六度。 (6)
2.1.3 泄洪隧洞的工程地质条件 (6)
2.2水文气象 (7)
2.2.1气象 (7)
2.2.2径流 (7)
2.2.3洪水 (8)
2.2.4泥沙 (8)
2.2.5水文分析成果 (8)
2.3筑坝材料及物理力学性质 (8)
2.4水利和水库 (9)
2.4.1径流调节 (9)
2.4.2死水位选择 (9)
2.4.3正常高水位选择 (10)
2.4.4洪水标准及防洪淹没原则 (10)
2.4.5水库回水及淹没 (10)
第3节枢纽布置及坝型选择 (12)
3.1工程标准的确定 (12)
3.1.1枢纽等别 (12)
3.1.2主要建筑物级别 (12)
3.1.3洪水标准 (12)
3.2枢纽布置 (13)
3.2.1设计参数的确定 (13)
3.2.2总体布置 (13)
3.2.3枢纽组成 (13)
3.3坝型选择 (13)
3.3.1 地质条件 (13)
3.3.2地形条件 (13)
3.3.3筑坝材料及施工条件 (13)
3.3.4气候条件 (14)
3.3.5综合分析 (14)
3.4剖面基本尺寸的拟定 (14)
3.4.1坝顶高程 (14)
3.4.2正常运用情况的坝顶高程Y (15)
3.4.4坝顶高程的确定及坝高的确定 (17)
3.4.5坝顶宽度 (17)
3.4.6坝坡 (17)
3.5防渗体 (18)
3.5.1坝体防渗 (18)
3.5.2坝基防渗 (18)
3.7地基处理 (19)
第4节渗流计算 (19)
4.1上游为校核洪水位3278.0m，下游为最高水位3214.85m的渗流计算 (19)
4.1.1分段情况 (19)
4.1.2 2-2断面的渗流计算 (20)
4.1.3 3-3断面的渗流计算 (21)
4.1.4 1-1断面的渗流计算 (22)
4.1.5总渗流计算 (23)
4.1.6校核 (24)
第5节稳定计算 (24)
5.1荷载 (24)
5.1.1土体自重 (24)
5.1.2渗流力 (24)
5.1.3孔隙压力 (24)
5.1.4地震力 (25)
5.2稳定计算 (25)
5.2.1计算工况 (25)
5.3综合分析 (35)
第6节沉降计算 (35)
6.1概述 (35)
6.2坝体沉降计算 (35)
6.2.1精确的计算坝体沉陷 (35)
6.2.2方法与步骤 (35)
6.3坝基沉陷量计算 (36)
6.3.1基本假定 (36)
6.3.2沉降量计算： (36)
第7节基本构造 (38)
7.1坝顶 (38)
7.2防渗体 (38)
7.3地基处理 (39)
7.4坝壳的结构布置 (39)
7.5排水设施及护坡的结构布置 (39)
7.6 护坡及坝面排水 (39)
7.6.1上游护坡 (39)
7.6.2下游护坡 (40)
7.7反滤层的结构布置 (40)
7.8土坝与地基、岸坡的连接 (40)
7.8.1土坝与地基的连接 (40)
7.8.2土坝与两岸的连接 (40)
谢辞 (40)
参考文献 (41)
第1节概述
1.1工程概况及作用
沟后水库枢纽工程位于青海省共和县恰卜恰镇沟后村附近的黄河一级支流-----沟后河上。水库坝址以上控制流域面积为197.8平方公里，库容330万立方米。
本水库为安置龙羊峡水库库区移民的配套工程。水库以灌溉为主，可灌溉共和县农田二万亩，林地五千亩，同时解决恰卜恰镇三万多居民生活及城镇工业用水。
枢纽工程包括大坝、泄洪兼引水隧洞两部分，在本设计中，只进行大坝设计。
1.2设计的主要任务及基本要求
1.2.1设计任务
1. 确定洪水标准、工程级别。
2. 坝型选择，坝型方案比较，对斜墙土石坝进行论证。
3．进行枢纽方案布置比较确定枢纽布置，绘制枢纽布置平面图、上、下游立视图。
4．斜墙防渗体进行断面设计。
5．坝体计算、渗流计算、稳定计算、沉降量计算。
6．细部构造设计。
7．基础处理坝与两岸的连接。
1.2.2基本要求
1．设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定的时间内按要求完成设计。
2．从工程实际出发，严格执行技术规范的要求，尽量采用国内外先进技术和经验。
3．每个参加设计的学生必须独立思考，发挥自己的创造性独立完成设计任务。
4．理论依据正确充分，布置合理，计算准确，绘图正确、清晰。
5．成果设计说明书一份，图纸4-5张。
第 2 节资料分析与整理
2.1工程地质
沟后河发源于共和县青海南北山麓，沟后水库位于沟后河的上游，坝址以上为高山峡谷区，以下为广阔的共和盆地，该河在坝址下游35公里处注入黄河。
2.1.1库区工程地质条件
水库库区两岸分水岑，山顶高达3781米，山体宽厚不存在深切的邻谷和洼地，库内两岸斜坡面较平直，没有大型冲沟发育。坝址处河床高程为3211米，与两岸山顶相对高差达560米。
水库库区基岩全部为印支期致密、坚硬的闪长岩及花岗闪长岩，其微风化-----新鲜岩石的单位吸水量W＜0.01 升/分·米，为相对不透水层，两岸分水岑相对不透水层的最低高程都在3360米以上，库区未发现大的断裂、破碎带和节理裂隙密集带，即在地层岩性和地质构造上不存在集中渗漏的通道，从上述地形、地质条件判断，库区蓄水条件是比较好的。
库区两岸基岩面坡度一般在55度左右，岸边未发现规模较大的缓倾角结构面，水库蓄水后一般是稳定的。由于该区属大陆性高原气候区，日温差很大，物理风化严重，两岸崩塌现象较发育，故两岸斜坡基岩面上广泛分布着崩塌物质，其中崩积、坡积的块石、碎石一般是稳定的，而壤土极为疏松，属高压缩性，强失陷性土，对稳定不利，坝段部分须挖除，水库蓄水后估算总塌岸量约为15万立方米，将影响水库寿命。
水库库盆基底及库岸基岩属相对不透水层，故水库没有浸没问题。
2.1.2坝址区工程地质条件
坝轴线位于沟后河峡谷口上游500米处，河谷狭窄，所在河段南北走向，平均河宽60米，两岸岸坡左陡右缓，左岸坡度45度左右，右岸坡度35度左右。
基岩上分布着第四系全新统堆积物，其覆盖面积约占坝区的70%～80% 。河床砂卵石层厚12～14米，透水性强，渗透系数为20.9～94.5米/昼夜，且整层结构疏松，分选性差，存在渗透稳定问题，应作坝基防渗处理，河谷两岸基岩上分布着崩积，坡积块、碎石，层厚10～20米，边坡稳定性差，建坝前须作处理。
坝址区基岩为花岗闪长岩，属坚硬岩石类，基岩表层弱风化带裂隙发育，具有程度不同的透水性。左岸严重透水层（ω=1～10升/分·米）厚30～40米，相对不透水层埋深50～60米。右岸较严重透水层(ω=0.1～1升/分·米）厚10～40米。相对不透水层埋深50米左右。河床较严重透水层5～6米，相对不透水层埋深25米左右。坝基断层在下游邻沟出露，影响带宽4～6米，（单位吸水量ω=0.056～0.069升/分·米）属中等透水带。当水库蓄水后，将形成沿坝基和坝肩的渗漏，必须做防渗处理。
经国家地震局兰州地震研究所鉴定，沟后水库的基本地震烈度为六度。
2.1.3 泄洪隧洞的工程地质条件
泄洪隧洞布置在坝区河谷左岸，地形地质条件均优于右岸。沿地面高程3240～3290米，隧洞建基高程3237～3212米。穿越地层岩性为花岗岩闪长岩，围岩致密坚硬，牢固系数fｋ=7～9，岩石弹性抗力系数K=600～800kg/cm3。但围岩节理裂隙发育，岩体成块状砌体结构，隧洞沿线依次通过F35、F36、F12、F9四个断层。开挖毛洞时，可能产生坍塌或掉块，应采取支护措施。
2.2水文气象
流域内大部分地区人烟稀少，没有气象台站，仅在恰卜恰镇有气象站，也无实测系列水文资料，径流、洪水、泥沙计算系根据青海省水文手册及设计暴雨洪水图集等有关资料进行。
2.2.1气象
流域所在地区地势高，气温多变，年平均气温低，约为3.4℃，昼夜及地形温差大，无霜期短，年日照时间长，大部分地区寒冷而干燥，常冬无夏，春去秋来，纯属大陆性高原气候区。本区虽地处内陆，但因有青海湖调节作用，降水相对较丰富，年平均降雨为311.8毫米。降水量主要集中在6～9月，为全年的87.8%。暴雨历时短，据统计年最大6小时降雨量占24小时降雨量的70%左右，大部分地区年蒸发量是降水量的3～10倍，年平均蒸发量为117.18毫米。
主要气象要素特征值表表1
项目单位数值备注
年平均气温℃ 3.4
无霜期天99
年平均降水量毫米311.8
极端最低气温℃-28.9
最高气温℃31.3
年平均大于30℃的天数天 1.25
最大冻土深度米 1.33
年最大日照时间小时3290
年最短日照时间小时2794.8
年平均小于5℃的天数天180
年平均蒸发量毫米1171.8
多年平均最大风速米/秒25.25
水库吹程米820
2.2.2径流
沟后河虽为黄河一级支流，但水量很小，多年平均径流深为65毫米，相应多年平均径流量1285.9万立方米。径流来源主要是降水补给，6～9月份水量占全年来水量的
80%以上。
2.2.3洪水
沟后河洪水一般发生在6～9月份，由降雨形成。因本流域无实测洪水资料，故只能借助“设计暴雨洪水图集”和地区性经验公式计算设计洪水。
2.2.4泥沙
本水库推移质来源较少，对水库淤积不会产生很大的影响。悬移质是根据“青海省水文手册”中“多年平均侵蚀模数等值线图”查得“流域多年平均侵蚀模数等值图”查得流域多年平均侵蚀模数为70吨/平方公里，经计算其年输沙量为13846吨，折合体积为10651立方米。输沙量年内分布不均，主要集中在汛期（7、8、9）三个月。
2.2.5水文分析成果
序号名称单位数量备注
1 代表性流量
p=0.2%洪水洪峰流量立米/秒250
p=2%洪水洪峰流量立米/秒140
p=5%洪水洪峰流量立米/秒120
2 洪量
p=0.2%洪水洪量万立米470.76
p=2%洪水洪量万立米183.95
p=5%洪水洪量万立米183.46
3 多年平均年径流量万立米1285.9
4 多年平均年输沙量万吨 1.3846
2.3筑坝材料及物理力学性质
天然建筑材料贮量和质量均能满足要求，而且运距较近，开采、交通条件较好。各种材料的物理力学性质及设计指标见表3、表4、表5、表6。
筑坝材料技术指标表3
建筑材料名称比重
容重（吨/立方米）孔
隙
率
抗剪强度
渗透系数
K＇(cm/s）r干r湿r饱摩擦角φ°
凝聚力C＇
=C(kg/cm2)
土料(壤土) 2.72 1.68 1.98 2.05
φ =24°
φ′=25°
0.3
3.6×10-6
1×10-7
砂砾料 2.68 1.80 1.80 2.10 水上36
水下34
5.79×10-2
堆石 2.70 1.80 1.80 2.05 0.33 40
砂砾料
坝基
2.68 1.80 1.80 2.10 水下35 5.79×10-2
土料颗粒级配表4
粒径
（mm）
<0.2 <0.1 <0.05 <0.03 <0.01 <0.005 <0.002
% 84.5 75.0 58.0 43.5 26.0 16.2 11.0
砂料颗粒级配表5
粒径
（mm)
<5.2 <5 <2.5 <1.2 <0.6 <0.3 <0.15
% 100 97.8 69.4 43.5 20.4 6.2 1.7
砂砾料颗粒级配表6
粒径
（mm)
<150 <80 <40 <20 <5 <2.5 <1.2 <0.6 <0.3 <0.15 % 100 34.5 65.0 51.3 34.8 27.1 20 11.7 3.0 1.5
2.4水利和水库
沟后和自坝址以下出峡谷后注入共和盆地，共和盆地是共和县的主要农业区。坝址下游13公里处的恰卜恰镇是海南芷族自治州和共和县两级政府所在地，是海南政治、经济、文化的中心和少数民族的聚居地，有近3万各族同胞居住在这里，共和县所有的工业均集中在恰卜恰镇。
2.4.1径流调节
沟后水库以灌溉为主，要求灌溉农田2万亩，林地0.5万亩，根据“水利水电工程水利动能设计规范”，对缺水地区以旱作物为主的灌区，其灌溉设计保证率应为75%，据此，年灌溉供水量为33.6万立方米，总供水量为618.82万立米。按来水及供水保证率为75%进行调节计算，本工程兴利库容为252.09万立米。
2.4.2死水位选择
本工程死水位选择主要取决于灌溉引水高程，同时还应满足泥沙要求。引水渠进口位于坝址下游沟后村附近，为无坝自流引水无灌溉要求。本工程按泥沙水平15年计，泥沙量为15.975万立米，为延长水库寿命，汛期利用泄洪道异重流排沙（一次洪水的排沙
比为0.2）则淤库泥沙减少到12.8万立米，考虑到水库蓄水后总塌岸量中部分淤入死库容，最后确定死库容为21.3万立米，相应死水位为3241.0米。
2.4.3正常高水位选择
水库库区河谷狭窄。河道比降大，库容条件差，要想获得库容必须显著加大坝高，前已求得兴利库容为252.06万立米，考虑库区塌岸占去的库容，水库总库容为330万立米，相应正常高水位为3278.0米。总库容仅为多年平均年径流量的25.7%，库容系数较小，只能进行年内的洪枯径流分配，本水库为年调节水库。
2.4.4洪水标准及防洪淹没原则
根据“水利水电枢纽工程等级划分及设计标准”，本水库为小（1）型四等工程。主要建筑物为三级，洪水的设计标准为五十年一遇设计，五百年一遇校核。本工程因水库库容很小，在洪水期水库的调度运用原则是有水就蓄，保持库满，此时洪水来多少泄多少，用闸门控制，使其不超过正常高水位。设计洪水位、校核洪水位均与正常高水位一致。
由于水库库区无天然哑口地形修建溢洪道，故只在坝址左岸修建泄洪隧洞。对于小型水库，本着节约投资、缩短工期，便于集中管理的原则，尽量做到一洞多用。本工程泄洪隧洞兼作导流、引水、排沙、放空水库之用。进口高程充分照顾各方面的要求，确定为3237米。隧洞为圆形压力隧洞，按宣泄校核洪水时泄量设计，洞径4.3米，在隧洞出口工作闸门前左侧墙上设一管道，管径50厘米，引用流量1立米/秒。其出口又分为灌溉引水管及人畜引水管，由闸门控制。
2.4.5水库回水及淹没
正常高水位时水库回水长度为1.28公里，库区属高山峡谷区，气候寒冷，荒无人烟，淹没区没有移民及耕地。
1.2.19工程特性表
工程特性表表7
序
名称单位数量备注
号
一水文
1 流域面积
全流域平方公里663.2
坝址以上平方公里197.83
2 多年平均径流量万立米1285.9
3 代表性流量
调查历史最大流量立米/秒56.9
设计洪水（P=2%）洪峰流量立米/秒140.0
校核洪水（P=0.2%）洪峰流量立米/秒250.0 4 洪量
设计洪水（P=2%）洪量万立米183.95 校核洪水（P=0.2%）洪量万立米470.76 5 多年平均输沙量万吨 1.3846 二水库
1 水库水位
校核洪水位米3278.0 设计洪水位米3278.0 正常高水位米3278.0 死水位米3241.0 2 正常高水位时水库面积万平米15.7
3 回水长度公里 1.28 相应正常高水
位
4 水库容积
总库容万立米330.0
兴利库容万立米21.3
死库容万立米25.7
三下泄流量及相应下游水位
1 设计洪水下泄流量立米/秒140.0
相应下游水位米3214.25
2 校核洪水下泄流量立米/秒250.0
相应下游水位米3214.85
四工程效益指标
1 灌溉
面积万亩 2.5
最大引用流量立米/秒 1.0
年用水量（P=75%）万立米585.2
2 城镇及工业用水立米/秒0.01
最大引用流量万立米33.6
五泄水建筑物
1 形式压力隧洞
2 洞径米 4.3
3 洞长米302.0 水平长度
4 进口高程米3237 出口3212
5 洞内最大流速米/秒
6 最大泄量（P=0.2%）立米/秒
7 消能方式挑流
8 工作闸门3.4×3.4 弧门
9 检修闸门3.5×4.5 平板门
10 工作闸门启闭机 液压式QPPY Ⅱ 启门力80t 闭门力45t 11 检修闸门启闭机 固定卷扬式QPQ
启门力2×63吨
六 灌溉引水建筑物 1 形式 闸阀式 2
最大引用流量
立米/秒
1.0
第3节 枢纽布置及坝型选择
3.1工程标准的确定
3.1.1枢纽等别
根据水库总库容为330万立方米，灌溉农田面积为2万亩，查《水利水电枢纽工程划分及设计标准》知：按库容分为四等，按灌溉面积也分为四等。所以该枢纽为小（1）型四等工程。
3.1.2主要建筑物级别
本水库的主要建筑物为大坝和隧洞，查《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》知：主要建筑物为四级，由于工程位置特别重要，失事后将造成重大灾害，故适当提高一级，主要建筑物为三级。
3.1.3洪水标准
本水库为小（l ）型工程，主要建筑物为三级，查《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》知：洪水的设计标准为50 年一遇；校核洪水标准为500 年一遇。
本工程因水库库容很小，在洪水期水库的调度运用原则是有水就蓄，保持库满，此时洪水来多少泄多少，用闸门控制，使其不超过正常高水位，设计洪水位，校核洪水位
P
β
P
1
P
2
M
2
M
1
e
2
e
1
e
压缩曲线图
均与正常高水位一致。
3.2枢纽布置
3.2.1设计参数的确定
本水库为小（1）型工程，则洪水的设计标准为50 年一遇，校核洪水标准为500年一遇。本工程库容很小则设计洪水位，校核洪水位均与正常高水为一致，即为3278.0米。
3.2.2总体布置
该坝位于沟后河的上游，坝址以上为高山峡谷区，以下为广阔的共和盆地，该河在坝址下游35公里处注入黄河。坝址处河床高程为3211 米，与两岸山项相对高差达560米。坝轴线位于沟后河峡谷口上游500米处，河谷狭窄，所在河段南北走向，平均河宽60米，坝项高程3280.8米，坝高为69.8米，修筑在河段较窄处，坝轴线短，工程量小。具体布置见枢纽平面布置图。
3.2.3枢纽组成
本枢纽主要设计大坝，省去了隧洞部分，详见枢纽平面布置图。
3.3坝型选择
坝型选择须根据地形、地质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件及坝基处理等各种因素进行比较，选定技术上可行、经济上合理的坝型。
3.3.1 地质条件
由于坝址区基岩覆盖的砂卵石层厚12～14米，透水性强，整层结构疏松，分选性差，存在渗透稳定问题，如修建混凝土坝，需大量开挖并相应增加混凝土方量，且施工时排水困难，故不宜修建刚性坝，而适合修建土石坝．由于坝基砂卵石渗透系数为20.9～94.5米／昼夜，透水性强，且整层结构疏松不稳定，存在渗透等一系列问题，若修建均质砂坝，坝基和坝体漏水较多，影响坝体稳定，故也不宜修建均质砂坝。
3.3.2地形条件
由于两岸地形不对称，相对高差大，库区两岸基岩崩塌现象较严重，抗风化能力弱，透水性大则不予考虑拱坝；又由于无天然娅口及岩基不良则不考虑溢洪道；两岸岸坡左陡右缓，左岸坡度45度左右，右岸坡度35度左右，左岸地形地质条件均优于右岸，则适于在左岸修建溢洪隧洞，同时考虑到同一种建筑物多用的原则，则此泄洪隧洞兼做导流、引水、排沙、放空库水之用。
3.3.3筑坝材料及施工条件
由于当地缺少做混凝士的砂石料，则不考虑混凝土坝；坝址附近有充足的天然建筑祠料，而且运距较近，开采、交通条件较好，适宜修建土石坝；砂砾料渗透系数为5.79×10-2cm ／s ，而均质坝的渗透系数要求一般不大于1×10-4cm ／s ，故不宜修建均质坝，宜修建分区坝；又由于水中填上坝适用于土料是粘粒含量＜30%的轻、重粉质壤土、砾质风化土、冰渍士等；水中冲填坝适用于土料是粘粒含量＜20%的黄土；定向爆破坝对山体破坏作用大，恶化隧洞周边地质条件，所以在本设计中不予考虑以上三种，而采用碾压式土石坝中的分区坝。
3.3.4气候条件
由于流域所在地区地势较高，气温多变，年平均气温低，约为3.4℃ ，昼夜及地形温差大，无霜期短，年日照时间长，大部分地区寒冷而干燥，常冬无夏，春去秋来，属大陆性高原气候，则不宜修建混凝土坝和均质坝，适宜修建碾压式土石坝中的土质斜墙坝。
3.3.5综合分析
该坝区宜建黏土心墙坝或黏土斜墙坝，具体那一种进一步比较论：
心墙坝要求心墙与坝壳大体同时填筑，干扰大，一旦建成，难修补。斜墙坝防渗体置于坝剖面的一侧，其优点是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。坝的稳定性较高，墙后整个坝体对坝的稳定性都起作用，坝体传给地基的压力比较均匀，分期施工方便，第一期工程量少。
经综合考虑该坝型为：黏土斜墙坝。
3.4剖面基本尺寸的拟定
土石坝剖面的基本尺寸包括：坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体与排水体的型式与尺寸等。设计时，一般根据坝高、坝型、坝基筑坝材料等情况，参考已建工程初步拟定，通过渗流和稳定分析进行检验，最终确定安全经济的剖面。
3.4.1坝顶高程
坝顶高程一般分别按设计和校核两种工况来计算，取两者中较大者，并且预留一定的沉降值。
坝顶高程应分别按一下3种情况计算，并取最大值。 1.设计洪水位+正常运用情况超高Y 正常。 2.校核洪水位+非正常运用情况超高Y 非常 3.正常蓄水位+地震安全超高
为了防止库水漫溢坝顶，坝顶在水库静水位以上应有足够的波浪超高，《碾压式土石坝设计规范》（SD7218-84）规定，其值按下式计算：
Y=R + e + A
e=gH
D
KV 22cos
式中：
e —风沿水面吹过的所形成的水面升高，即风壅水面超出库水位的高度（m ）；
R —自风壅水面算起的波浪沿倾斜坝坡爬升的垂直高度（m ）； D —水库吹程（Km 或m ）；
H —沿水库吹程方向的平均水域深度，初拟时，可近似取坝前水深（m ）； K —综合摩擦阻力系数，其值变化在（1.5～5.0）×6
10-之间，计算时一般取
3.6×6
10-m
V —计算风速，正常运用条件下的ⅠⅡ坝条取V=（1.5～2.0）V 多（多年平均最
大风速）正常运用条件下的Ⅲ Ⅳ Ⅴ级采用V=1.5V 多，非常运用条件下的各级土石坝采用V=V 多，m/s ；
β—风向与坝轴垂直线的夹角，（°）（本坝取β=0）；
A —安全加高，根据坝的等级和运用，正常A=1.0 ，非常A=0.7 。
h ／2
h ／2
e
A
静水位
坝顶
坝顶超高计算图
Y
α
3.4.2正常运用情况的坝顶高程Y
V 多=25.25s m /，V=1.5V 多=37.875s m /，水库水深H=67m ，吹程 D=820m ，
e=gH
D
KV 22cos β=
m 00322.06781.92820875.37106.326=?????- 规范（SD7218-84）推荐采用蒲田试验站统计分析公式计算R ，其步骤如下：
（1） 计算波浪平均爬高R ，由于坡率未知，故不能采用经验公式，采用蒲田试验站统计分析公式
R =
L h m
K K w 2
1+?
式中：?K —与坝坡的糙率和渗透性有关的系数，本设计采用砌石护面，查教材《水工
建筑物》表5—1得：?K =0.75～0.80，取?K =0.75；
w
K —经验系数，由风速V=37.875m/s ，坝前水深H=67.0m 及及重力加速度g=9.8 m/s2组成的无维量37.875
1.4779.8*67
V
gH
=
=，查教材《水工建筑物》150P 表
5-2得w K =1.02 ；
m —坝坡系数，m=cot α，α为坝坡倾角，本设计平均坡率m =3.0；
h —平均坡高， 当吹程较小时，水深较大时，0.45
2
20.0018*gh
gD V v
??
= ???, 故
h =0.0018×5718.0875.3782081.981.9875.3745
.022
=??
? ????；
T —波浪平均周期，025.35718.00.40.4=?==h T ；
L —平均波长，假设m T T g L 293.14025.3562.1562.12222
=?===π
，为深水波；
R —平均爬高： R =m 7193.0293.145718.00
.3102.175.02
=??+?；
在工程设计中，波浪设计爬高R 按建筑物的级别确定，对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ土石坝取保
证率P=1%的波浪爬高值1%R
，该土石坝等级属于Ⅲ级，故P=1%。根据h =0.5718，H=67m 得h /H=0.5718/67=0.00853＜0.1查《水工建筑物》教材151P 表5-3得/ 2.23P R R =；则
R=2.23×0.7193=1.604m 。
（2） 安全加高
查《水工建筑物》教材
10
P 表1-1，三级坝正常运用时安全加高下限值为0.7m ，
非常运用时为0.5m 。
（3）由以上计算得出水库正常运用 + 设计洪水位时的超高
Y 正常 = R + A + e = 1.604 +3
1022.3-?+ 0.7=2.307m 3.4.3非常运用情况的坝顶超高
（1）V=多V =25.25m/s ；
h =0.0018×45
.022
25.2582081.981.925.25??
? ????=0.3661m ；
42.20.4==h T ， 1379.956.12
==T L ；
R =
1379.93661.00
.3102
.175.02
??+?=0.46 ；
按P=1%，H h =673661.0=0.0055＜0.1 ，R
R
=2.23
则R=2.23×0.46=1.0258 m 。
（2）e=
6233.61025.25820
1.4321029.867
m --???=??? （3）安全超高A=0.5m ；
则非常运用情况下坝顶超高为：
Y 非常 = R + A + e =1.0258 +3
10432.1-?+ 0.5=1.527m 。
地震安全加高 = 地震涌浪加高 + 地震附加沉陷值 + 安全加高 地震涌浪加高一般为0.5 m ～1.5 m ，应根据地震烈度大小和不同的坝前水深取不同值，本设计取 1.0m ，地震附加沉陷值，本设计取1%的坝高，本坝按67取，
h ?=67?1%=0.67 ；
安全加高 A=0.5 ；
地震安全加高 = 1.0+0.67+0.5=2.17m 。
3.4.4坝顶高程的确定及坝高的确定
设计洪水位 + 正常运用情况超高Y 正常 ：
3278+2.307 = 3280.307m ，
校核洪水位 + 非常运用情况超高Y 非常 ：
3278+ 1.527 =3279.527 m ，
正常蓄水位 + 地震安全加高 ：
3278 + 2.17 =3280.17 m ，
坝顶高程取上述最大值，取坝高为3280.307m ，
坝体施工沉陷超高，本设计取坝高的0.4％，即67×0.4％=0.268m 。考虑到上游坝段设置 1.2m 高的防浪墙，用防浪墙顶部高程代替坝顶高程，则坝高为：3280.307+1.2-3211+0.268=70.775m ，考虑到防渗体与坝面间的厚度应大于最大冻土厚度，则取坝高为71m 。则坝顶高程=3211+71=3282m 。
3.4.5坝顶宽度
坝顶宽度取决于施工交通，构造、运行、抗震与防风等要求，如坝顶设置公路或铁路时，应该按交通要求确定，《碾压式土石坝设计规范》SDJ218－84规定，如无特殊要求时，高坝坝顶宽度为10～15m ，中、低坝为5～10m ，对心墙或斜墙坝到坝面的最小距离大于当地冻土层厚度以免防渗体冻融破坏。此坝属高坝且无特殊要求，则确定坝顶宽度为10m 。
3.4.6坝坡
土石坝的边坡大小取决于坝型，坝高，筑坝材料，荷载，坝基地质等因素，并且直接影响到坝体的稳定和工程量大小，边坡选择一般从以下几个方面考虑：
（1）由于土石坝材料在饱和状态下得抗剪强度低，且库水位下降时渗流力指向上游，对下游坝坡稳定不利，所以土料相同时，上游坡率比下游缓；
（2）从受荷载情况来看，为适应愈向底部荷载逐渐增加的特征，坝坡应上陡下缓，尤其黏性土料的坝坡与坝高有关，坝高愈大坡度应愈缓，因此土石坝上下游一般做成变坡的，自上至下逐级放缓，每隔10~30m 变坡一次，相邻坡率差为0.25~0.5。若坝基软弱时，最末一级坝坡宜更缓些，以便坝坡稳定。
综上所述，拟定的上游坝坡坡率由上至下为1:2.75 ，1:3.0 ，1:3.25 ；下游坝坡
坡率为1:2.5 ，1:2.75 ，1:3.0 。在上游与下游变坡处设平台，宽2.0m ，以拦截并排除雨水，防止严重冲刷坝面，并兼做交通、检修、观测之用，也有利于坝坡稳定，下游平台设集水沟。
3.5防渗体
本设计坝体防渗体初步确定采用土质防渗体，即黏土斜墙防渗体。坝基防渗采用截水槽。
3.5.1坝体防渗
斜墙位于坝体内靠近上游面，顶部不小于3.0m ，本坝顶部取4.0m 。斜墙顶高出设计洪水位0.6～0.8m ，本设计取0.7m ，即为67.0+0.7=67.7m ，斜墙上游坝坡坡率1:2.75，下游坝坡坡率为1:2.25。底部不宜小于大坝水头的1/5，底宽=67.7×2.75-67.7×2.25+4=37.85m＞67×1/5=13.4m。斜墙顶部和上游设置砂砾保护层，其厚度（3282-3211-1.2-67.7）=2.1m ，大于多年平均最大冻土厚度1.33m 。斜墙上下游均设过滤层，过滤层为0.4m 厚的粗砂。
1:2
.75
1:1
1:1
黏土斜墙
1:2
.25
粗砂厚0.04m
3.5.2坝基防渗
当砂砾石层深度不大，一般10~15m 以内时，可开挖深槽达不透水层或基岩，槽内回填黏土，与心墙连成整体。截水槽宽度根据回填土料容许坡降及槽底与基岩接触冲刷的容许坡降而定。
此坝基为砂砾石地基，对砂砾石地基处理主要是保证地基渗流稳定，控制渗流量。本设计采用黏土截水槽，与黏土斜墙连成整体，其上部厚度与斜墙底部厚度相同为37.85m ，由于河床砂卵石层厚12～14米，所以截水槽开挖深14m ，边坡为1:1，底部宽度取为9.85m 槽底开挖齿墙，以加强截水槽与基岩的连接。
3.6排水设备
本设计采用棱体排水，棱体顶面应高出下游最高水位，超出高度应大于波浪爬高且对Ⅲ级坝不小于0.5m ，并应保证坝体浸润线位于下游坝面冻层以下。确定棱体顶面高程3216.85m ，顶宽2m ，棱体内坡为1:1.5，外坡为1:2.0。
堆石
1:1
1:
1
3216.85
3211
1:2
.0
棱体排水构造图 单位：m
1
:1
.50.3
5m 厚
干砌
石
0.
2m 厚碎
石
层0.
4m
厚卵
石层
2
3.7地基处理
此坝基为砂砾石地基，对砂砾石地基处理主要是保证地基渗流稳定，控制渗流量。本设计采用黏土截水槽，与黏土斜墙连成整体，其上部厚度与斜墙底部厚度相同为37.85m ，下部宽度取为9.85m 槽底开挖齿墙，以加强截水槽与基岩的连接，截水槽开挖边坡为1:1。
第4节 渗流计算
渗流计算时，水库运行中出现的不利条件，即基本工况如下： （1）上游校核洪水位3278.0m ，下游相应水位3214.85m ； （2）水位降落时的渗流计算。
本设计仅对第（1）种工况做渗流计算。
4.1上游为校核洪水位3278.0m ，下游为最高水位3214.85m 的渗流计算
4.1.1分段情况
根据坝轴线地质剖面图的地形，地质情况，沿坝轴线分三段进行计算，中间段为河床平均宽60m 的范围，在其中选取1-1段面进行渗流计算；左段的地形，地质情况资料已给出，则在 此选取断面2-2进行渗流计算，取右段长为100m ；同法在右岸选取断面3-3，进行渗流计算，取左段长为70m 。
6070100
45°
30°
22
113
3
\
4.1.2 2-2断面的渗流计算 计算简图如下：
3278.0
2
10
浸润线
1
:2.7
51:2
.25
3211.0
1:3.
1:2.
5
3197.0
1:
2.75
1
:3.0
1:2.
75
14
3280.8
3257.0
3234.0
3216.85
h
2-2 断面渗流计算简图
K 0
K
用下式计算通过斜墙与截水墙的单宽流量为
1
1
022
101sin 2δαδh
H T K h H K q -+-=（h 为斜墙后渗水深） 已知斜墙渗透系数s
cm K /10170-?=；坝前水深H1=67m ，地基厚度T=14m ，斜墙的平
均厚度为：
925.202
85
.374=+=
δm ； 截水槽的平均厚度85.232
85
.3785.91=+=
δm 将δ、K 0、H 1、T 等代入上式有：
1
1
022
101s i n 2δαδh
H T K h H K q -+-= 用下式计算通过斜墙与截水槽下游坝体和坝基的单宽流量为