第四章4节土石坝

为此，应设置防渗和排水措施，以减少水库的渗漏损失
和保证坝坡的稳定性。
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2．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、下游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。
§1 土石坝概述
一、定义及建设情况 二、结构特点及优缺点 三、组成及设计要求 四、类型及坝型选择
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一、定义及建设情况
定义： 由土、石料等当地材料经抛填、碾压等方法堆筑成
的坝。 土石坝又可分为两大类土坝和堆石坝: 1、土坝：土或砾石(含砾量< 60% ~ 70%) 渗透系数较低 2、堆石坝：块石或砾石(含砾量>60% ~ 70%) 渗透系数较高、砾石起骨架作用 关键：控制坝体强度和稳定的是填土或者堆石
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•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 迹抛到预定的设计位置，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面问题，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。
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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： 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、 人工材料面板坝）。
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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。
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 用浆液的重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。
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•水中填土坝:
水中填土坝是将易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，并在格中灌水倒土 逐层填筑。
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3、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 要有足够的安全超高，以防洪水漫顶，造成 大坝失事。
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5、适当的构造措施，使坝运用可靠、耐久。
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江西东津 88.5m
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兴山古洞口 118m
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二、土石坝的工作特点
1．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）使水库的水量大量流失；
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，线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。
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浙江省鄞(yín)县它山堰
它山堰是甬江支流鄞江上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。
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。这座坝平时可以下挡咸潮，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年）至 清代（公元1644年～公元1911年）时都对工程进行维修。
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。当坝基为土基时，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，危及坝身安全。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
为了保持坝坡稳定，需设置较平缓的上、下游坝 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。
2使021/1坝/25 体：保证安全稳定、经济合理。
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3．抗冲性能差
坝体材料是松散的颗粒：
❖ 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
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。
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全世界高坝中土石坝的比例变化
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各种坝型建设情况
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南美 印 度 629
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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 。
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四、土石坝组成及设计要求
1、土石坝组成
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；
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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，施工工期缩短，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。
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。
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振动碾
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坝面碾压
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•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， 是用高压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、排水和固结后形成 的坝型。
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2、设计基本要求：
1）具有足够的断面维持坝坡的稳定。 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的荷 载和土石料的抗剪强度指标都将发生变化，应分 别计算。
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2、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、坝基或河岸逸出时 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坝坡、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。
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。
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42岳城水库ຫໍສະໝຸດ 设地点在河北磁县，所在河流为漳河，控
值— (1.0%)H。
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三、土石坝的优缺点
优点：
（1）筑坝材料可以就地取材，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。
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安徽寿县芍陂(quèbēi)
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。
1959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， 伴随出土的有汉代时期铁锤等文物。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严重，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。
在库水位变化范围内，上游坝面应有坚固的护坡， 防止波浪冲击和淘刷； 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。
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五、类型
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
排水设备的作用是安全地排除渗透水，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。
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