123456：均质土石坝枢纽建筑物设计
Rm=
0.8?1.011?32?1.31?40.26=1.86 m
非正常运用情况：hm=0.61m lm=18.78m Rm=
0.8?1.011?32?0.61?18.78=0.86 m
故 正常运用情况： R=2.23?1.86=4.15 m
非正常运用情况： R=2.23?0.86=1.92 m
综合以上可以得到：
y正常=R正常+ e正常+ A正常=4.15+0.022+1.0=5.172 m
y非正常= R非正常+ e非正常+ A非正常=4.15+0.022+1.0=2.425 m
坝顶高程计算计入表3-5中
表3-5 坝顶高程计算表
设计洪水位
正常蓄水位 校核洪水位 正常蓄水位
波浪爬高
R 4.15 4.15 1.92 1.92
风雍高度
e 0.002 0.002 0.005 0.005
安全超高
A 1.0 1.0 0.5 0.5
地震波 浪高度 - - - 0.5
水位 (m) 142.0 142.0 143.3 141.0
坝顶高程 (m) 147.172 146.172 145.725 143.925
由以上可得坝顶高程为147.172m。由平面布置图可知坝址处河床高程为84.0m,向下开挖7m清除砂卵石覆盖层后期高程为77.0m，则坝高为147.2-77.0=70.2m，考虑到要预留1%的沉降里，则坝高为70.2?（1+1%）=70.9m，取坝高为71.0m，坝顶高程为148.0m。
3.3坝顶宽度确定
坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和地震等方面的要求综合考虑确定。
SL 274-200《碾压式土石坝设计规范》规定：高坝坝顶可选10～15m，中、低坝坝顶可选5～10m。该设计大坝坝高71m属于高坝，坝顶高度拟定为12m.
3.4 坝坡选定
坝坡坡率关系到坝体稳定以及工程量大小。上游坝坡长期处于饱和状态，加之水库水位有可能快速下降，是坝坡稳定处于不利地位，故其坡率比下游坡率缓。
粘性土料的稳定坝坡为一曲面，上不破窦，下部坡缓，所以用粘性土料做成的坝坡，常沿高度分成数段，每隔10～30m，从上而下逐段放缓相邻坡率差值取0.25或0.5.
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由粉土、砂、轻壤土修建的均质坝，透水性较大，为了保持渗流稳定，适当放缓下游坡度。
当坝基或坝体土料延坝轴线分布不一致时，分段采用不同坡率，在各段过渡区，使坝坡缓慢变化。上下游边坡比见表3-6
坝高(m) 〈10 10～20 20～30 〉30
表3-6 上下游边坡比
上游 1：2～1：2.5 1：2.25～1：2.75 1：2.5～1：3 1：3～1：3.5
下游 1：1.5～1：2 1：2～1：2.5 1：2.25～1：2.75 1：2.5～1：3
该坝坝高71m，上游坝坡为1:2.75、1:3.0、1:3.25，下游坝坡1:2.25、1:2.5。如图3-1所示。
3.5马道
为防止坝面冲刷，同时便于交通、检测、观测维修并且有利于坝坡稳定，沿高程每隔10～30 m设置一条马道，其宽度不小于1.5 m，马道设在边坡坡度变化处。
该坝在上下游每隔25 m设置一条马道，其宽度为2 m，高程分别为102 m、127 m.。
3.6坝体排水
坝体排水有棱体排水、贴破排水、坝内排水三种形式。棱体排水适用于下游有水坝型，故该坝使用棱体排水，它可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护尾水范围内下游坝脚不受波浪淘刷，还可与坝基排水想连接。当坝强度足够时，还可发挥支撑作用，增加稳定作用。 棱体排水体内坡坡率为1:1.0，外坡坡率为1:1.5，顶部宽度为2.0 m。
图3-1 坝体剖面示意图
4渗流分析 4.1渗流分析的目的
在于：①土中饱水程度不同，土料的抗剪强度等水力学特性也相应的发生变化，渗流
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分析将为坝体内各部分土的饱水状态的划分提供依据；②确定对坝坡稳定有较重要影响的渗流稳作用力；③进行坝体防渗布置与土料配置，根据坝体内部的渗流参数与渗流逸出比降，检验土体的渗流稳定性，防止发生管涌和流土，在此基础上确定坝体及坝基中防渗体的尺寸和排水设施的容量和尺寸；④确定通过坝体和河岸的渗水量损失并社会排水系统的容量。渗流分析可为坝型初选和坝坡稳定分析打下基础。
4.2分析内容
①确定坝体内浸润线；②确定渗流量。
4.3渗流分析方法
在众多渗流分析方法中，较水力学法和流网法比较简单实用，同时也具有一定的精度。本设计采用水力学方法进行渗流分析。
根据电拟试验结果，上游三角形可用高为H、宽为?H的矩形来代替，这一矩形和上游三角形消耗同样的水头，而且通过同样的渗流量，?值由式4-1计算：
??式中： m1为坝的上游边坡系数
土石坝不透水地基渗透计算，下游有棱体排水时： (1)下游无水时：见图4-1a所示。
m1 （4-1）
1?2m
(a)下游无水 (b)下游有水
图4-1 有排水的均质土坝渗透计算见图
由于排水体的渗透系数大于坝体的渗透系数，故浸润线将进入排水体时下降加快，进入排水体后则骤降。坝体内浸润线为抛物线，选用O点做原点的坐标系且作为抛物线的焦点，原点处抛物线y的坐标值为h0，焦点至原点的水平距离Lg有抛物线性质可知Lg?抛物线的标准方程为y=2px+C根据已知条件可求得：
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2h02，
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y2?2h0?h02 （4-2）
此式满足边界条件x=l时y=H1代入得：
h0?H12?L2?L （4-3）
y2?h02q?通过x处断面的流量为： 即： K2x y2?2qx?h02 （4-4） Kq?h0 （4-5） K与式4-1联立可知：
由式（4-3）求h0，式（4-5）计算q，由式（4-4）绘制浸润线。 （2）下游有水时如图4-1b所示
近似把H2高度内的坝体视为不透水，即参照式（4-3）求出H0值。式中H1换为H1、
H2，即 h0?H12?(H1?H2)2?L （4-6）
qH2?(H2?h0)2?计算渗流量 （4-7） K2L用式4-1绘制浸润线(x轴与下游水面一致)。应假定H2高度内坝体不透水与实际不符，算出h0偏大，引起绘制的浸润线偏高，计算坝的稳定是偏于安全，q偏小。
4.4渗流计算
4.4.1正常蓄水位时的渗流分析
上游水位为141.0m，下游相应水位为86.1 m则上游水深H1=141.0-77.0=64.0 m，下游水深H2=86.1-77.0=9.1 m。
?L=
m13H1?64==27.43 m
1?2m11?2?3 L1=（148-141）×3+12+（148-102）×2.5-（102-86.1）×1.0=132.1 m L=?L+ L1=27.42+132.1=159.53 m
代入式4-5得h0?(H1?H2)2?L2?L=(64?9.1)2?159.532?159.53=9.18
q642?(64?9.18)2?代入式 4-6有 =11.79 K2?159.53由资料可知K=0.44?10?6㎝/s
则渗流量为：q=11.79×0.44?10?8=5.19?10?8㎡/s
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代入式4-1得浸润线方程为 y=18.36x+84.27 将渗流曲线坐标值列入表4-1中.
表4-1正常蓄水位时渗流曲线坐标值
X y
0 9.18
10
30
50
70
90
110
120
130
150
16.37 25.20 31.66 37.00 41.67 45.87 47.00 49.71 53.28
24.4.2设计洪水位时的渗流分析
上游洪水位为142.0m，下游相应水位为92.0 m则上游水深H1=142.0-77.0=65.0m， 下游水深H2=92.0-77.0=15.0m
?L=
m13H1=?65=27.86 m
1?2m11?2?3 L1=（148-142）×3+12+（148-102）×2.5-（102-92.0）×1.0=135 m L=?L+ L1=27.83+135=162.86 m
代入式4-5得h0?(H1?H2)2?L2?L=(65?15)2?162.862?162.86=7.5
q652?(15?7.5)2?代入式 4-6有 =11.41 K2?162.86则渗流将为：q=11.41×0.44?10?8=5.02?10?8㎡/s 代入式4-1得浸润线方程为 y=15x+56.25 将渗流曲线坐标值列入表4-2中.
表4-2设计洪水位时渗流曲线坐标值
x y
0 7.5
10 14.36
30 22.5
50 28.39
70 33.26
90 37.50
110 41.31
130 44.79
150 48.02
24.4.3校核洪水位时的渗流分析
上游校核洪水位为143.3 m，下游相应水位为92.4 m则，上游水深H1=1423.3-77.0=66.3 m ，下游水深H2=92.4-77.0=15.4 m
?L=
m13H1=?66.3=28.41 m
1?2m11?2?3L1=（148-143.3）×3+12+（148-102）×2.5-（102-92.4）×1.0=131.5 m
L=?L+ L1=28.413+131.5=159.91 m
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