6.3 土料设计

筑坝土料的实际与土坝结构设计、施工方案以及工程造价有关，一般力求坝体内材料分区简单，就地、就近取材，因材设计。土料设计主要任务是确定粘壤土的填筑干容重、含水量，砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标。 6.3.1

粘性土料设计

（1） 计算公式

粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验求最大干容重、最优含水量（一般采用25击，其击实功能为86.3t·m/m3）。由于最优含水量随压实功能的大小而变，故在土料的设计中常根据土料的实际施工机具的压实功能，选择相应的最优含水量作为填筑土料的含水量。根据国内外的筑坝经验，常将粘土的填筑含水量控制在最优含水量的附近，其上下偏离最优含水量控制?2%～3%。

根据以上的击实次数和击实功能，得出的多组平均最大干容重γmax和平均最优含水量W0。

设计干容重γd为：

γd=mγmax

式中：

（ｇ/㎝3）； γd ——设计干容重，

（ｇ/㎝3）； γmax ——在相应击实功能下的平均最大干容重，

ｍ ——施工条件系数（或称压实系数）。对于1、2级高坝，ｍ的值

采用0.96～0.99之间，三四级坝或低坝可采用0.93～0.96，本设计取ｍ=0.98。

粘性土的填筑含水量Ｗ为：

Ｗ=ＷP＋Ｂ·ＩP

式中：

ＷP——土的塑限； ＩP——土的塑性指数；

B——稠度系数，对高坝可取-0.1～0.1之间，低坝可取0.1～0.2之

间，本设计取B=0.07。

设计最优含水量为：

W0?W0

用下述公式计算最大干容重作为校核参考：

rmax=

式中：

?s──土粒的比重；

?s(1?va)1??sW

va──压实土的含气量，粘土可取0.05，砂质粘土取0.04，壤土可取

0.03，本设计取为0.05。

运用下式作校核：

rd≥1.02～1.12(rd)0

式中：

(rd)0──土料场的自然干容重；

对1、2级坝，还应该进行现场碾压试验，以便复核，并据以选定施工碾压参数。

（2） 计算成果

粘土料的设计成果见表6.3.1

表6.3.1 粘性土料设计成果表

料 场 比重△s 最优含水量 设计干密度(g/cm3) 塑限含水量wp 填筑含水量w 自然含水量% 塑性指数 孔隙此e 湿密度ρ(g/cm3) 浮密度ρ(g/cm3) 内摩擦角Φ 粘聚力(kpa) 渗透系数k（10-6cm/s）

#下1 #下2 2.67 22.07 1.6 1.568 21.78 21.78 24.8 19.46 0.703 35.716 0.981 24.67 o 4.317 2.67 21.02 1.65 1.617 20.68 21.79 24.2 21.7 0.651 36.848 1.011 25.50 o 4.8 2.65 22.3 1.56 1.5288 23.28 22.30 25.6 24.57 0.733 35.617 0.952 23.17 o 1.9 #上1#上2 #下3 2.74 23.8 1.54 1.5092 24.66 23.72 26.3 23.5 0.816 37.300 0.958 21.5 o 3.96 2.7 16.9 1.8 1.764 19.02 18.88 15.9 14 0.531 35.068 1.111 28o 3.0

6.4 渗流计算

土石坝的渗流计算主要确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据；同时确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗漏损失，而且还要确定坝体和坝基渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便取适合的控制措施。 6.4.1

计算方法

选择水力学方法解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近视解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等，计算简图如图6.2。

大坝纵断面地质剖面图正常蓄水位：2821.4m设计洪水位：2822.41m坝顶高程：2825.20m1：21：.52.522800.20m1：2.521：32坝基防渗墙顶高程 2757.5m坝基：2750.0m2875.20m1：2.522756.3m2755.22m岩基：2715.0mI—I断面正常蓄水位：2821.4m设计洪水位：2822.41m坝顶高程：2825.20m1：1：2.52.52岩基：2715.0m22800.20m1：2.5岩基：2715.0mII—II断面正常蓄水位：2821.4m设计洪水位：2822.41m坝顶高程：2825.20m1：1：2.52.521：岩基：2715.0m2800.20m2.5岩基：2715.0mIII—III断面图6.2 渗流计算示意图

通过防渗体神流量：

k(H2?H1)K2(H1?T1)q1??T

2Bsin?D通过防渗体后渗流量：

2k(H?T1)KT(H1?T1)q2?11?T

2L1L?0.44T其中：

22

K——防渗体渗透系数，4.317×10-8m/s,； H——上游水深； H1——逸出水深； B——防渗体有效厚度； α——防渗体等效和倾角；

K2——混凝土防渗墙渗透系数，1.5?10?11m/s； T1——下游水深；

T——冲积层厚度，取最大值35m； D——防渗墙厚度；

K1——防渗体后渗透系数，2×10-4m/s； KT——冲积层渗透系数，2×10-4m/s； 假设：

①不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；

②由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水位与下游水位相差不是很大，认为不会形成逸出高度；

③对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不是平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下0游水位为零。

由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端即为坝趾。 6.4.2

计算断面及计算情况的选择

对河床中间断面I—I及左右对称的两典型断面II—II、III—III进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水及设计洪水的工况进行。 6.4.3

计算结果

渗流计算结果见表6.4.1。