第五章5.1 何为土石坝?其能广泛应用的原因何在?答土石坝:土石坝是指由土、石料等当地材料经碾压建成的大坝。土石坝广泛应用的原因:①可以就地、就近取材,大量节约三材和材料运输费;②能适应各种地形、地质及气候条件;③可充分利用大容量、多功能、高效率施工机械;④计算方法、试验手段的发展为土石坝设计提供了安全保障;⑤高边坡、地下工程及溢流防冲等配套设施的发展解决了土石坝的难题。5.2 简述土石坝设计的基本要求。答⑴具有足够的断面维持坝坡的稳定⑵设置良好的防渗和排水设施以控制渗流⑶选择与现场适应的良好土石种类及配置和坝型结构⑷泄洪建筑物具有足够的泄洪能力⑸采取使大坝运用可靠和耐久的构造措施5.3 详述土石坝的分类情况。答主要按坝高、施工方法、土料配置和防渗材料三种方式分:㈠按坝高分⑴低坝:坝高<30m;⑵中坝:坝高=30~70m;⑶高坝:坝高>70m。㈡按施工方法分⑴碾压式土石坝;⑵冲填式土石坝;⑶水中填土坝;⑷定向爆破堆石坝㈢按土料配置和防渗体材料分,将碾压土石坝分为⑴均质坝:稳定和防渗均采用一种土料⑵土质心墙坝:由不透水土料中央防渗体和透水土料坝壳组成⑶土质斜墙坝:由不透水土料防渗体和下游透水土料支撑体组成⑷多种土质坝:由多种土料组成⑸人工材料心墙坝:以沥青砼、砼等为心墙的坝⑹人工材料面板坝:由沥青砼、砼、塑料薄膜等为防渗面板的土石坝5.4通常选用的土石坝坝坡坡度是多少?答⑴中低均质坝:平均坡度1:3;⑵土质心墙坝:下游1:1.5~1:2.5,上游1:1.7~1:2.7(坝壳堆石)下游1:2~1:3,上游1:2.5~1:3.5(坝壳土料)⑶人工材料面板坝:上游1:1.4~1:1.7,下游1:1.3~1:1.6(可随堆料优劣适当变化)⑷人工材料心墙坝:可参照人工材料面板坝选用5.5 土石坝渗流分析的主要内容包括哪三项?分析的目的是什么?答分析的主要内容:⑴确定浸润线的位置;⑵计算渗流流速和比降;⑶确定渗流流量。分析的目的:⑴依据渗流力确定稳定的坝体型式和尺寸;⑵作为坝体防渗布置和土料布置的依据;⑶确定渗流量以估计水流损失和确定排水系统的容量。5.6简述土石坝渗流的特性。答主要有以下特性:①均为无压流,有浸润线存在;②大多为稳定渗流,偶有非稳定渗流;③土质坝体渗透通常遵循达西定律;砾石、卵石有一定偏差;④均质土坝渗透系数各向同性,非均质坝需考虑各向异性;⑤宽谷河段土石坝渗流场接近二维,峡谷河段则为三维渗流场;5.7 掌握二维渗流控制方程各变量的含义,掌握水力学分析法矩形断面单宽流量和浸润线的计算公式。答中的H为水头,kx为x方向的渗透系数,ky为y方向的渗透系数。5.8简述土石坝渗流分析中流网法流网绘制的基本特性。答①等势线与流线相互正交;②流网各个网格的长宽比保持为常数;③上、下游坝坡面为等势线,其差为总水头;④坝下不透水层为一流线;⑤浸润线均为一流线,且水头等于其位置水头;⑥下游坝面逸出段与浸润线一样,水位为其位置水头;⑦两种土层交界面流线夹角关系为 。5.9详述渗透变形的类型和危害。答渗透变形主要有四类:①管涌:坝体和坝基的土体颗粒被渗流带走的现象。内部管涌的颗粒移动只发生在坝体内部,外部管涌可将土粒带出坝外,管涌仅发生在无粘性土。②流土:渗流作用下,粘土和均匀无粘性土被浮动的现象。常见于渗流在坝下游逸出。③接触冲刷:在粗、细土粒交界面上,细颗粒被渗流冲动的现象。④剥离:粘性土与粗粒土接触面上,渗流使粗颗粒脱离整体结构的现象。多发生在粘性土与反滤层的交界面上。⑤化学管涌:土体中的盐类被渗流水溶解而带走的现象。5.10简述土石坝渗透变形防护的措施。答渗透变形的危害主要表现为:导致坝体沉降、坝坡塌陷或形成集中的渗流通道等,危及大坝安全。①防渗结构:控制渗流,减小逸出坡降和渗流量,为第一道防线;②过渡区:实现防渗体与坝壳体可靠连接,防止刚度突变和渗流变形;③反滤层:实现坝体、坝基与排水的良好连接,滤土排水,防止管涌和流土;④排水孔:进一步降低地下水位,减小渗流力,排水为第二道防线。5.11管涌和流土的防护标准主要取决于什么?答管涌的防护标准:取决于颗粒组成和渗流坡降流土的防护标准:取决于粗、细层的粒径组合5.13土石坝稳定分析的计算工况有哪几种?答①施工期;②稳定渗流期;③库水位降落期;5.14土石坝稳定分析的方法有哪几种?各种分析方法的安全系数是否一样?答分析方法有瑞典圆弧法和简化的毕肖普法两种。简化的毕肖普法的安全系数需在瑞典圆弧法安全系数的基础上提高5~10%。5.15何为固结?常用的固结理论有哪些?答固结:坝在施工和蓄水过程中荷载和应力不断发生变化,土体中的孔隙水压力和骨架应力也不断发生变化,当超过稳定渗流的孔隙水压力逐步消散,外载压力相应传到土骨架上使之发生压缩变形直到稳定,这一过程称为固结。5.16 土石高坝应力和变形特性分析常用什么方法?可分析什么内容?答常用固结理论:太沙基和比奥饱和土固结理论。常用计算方法:增量有限元法。可分析的内容:⑴坝体塑流区、拉应力区的范围;⑵裂缝发生的可能性部位;⑶防渗体出现水力劈列的可能性及部位;⑷防护工程措施后的效果。5.17 土石坝填筑料的一般要求是什么?坝壳料的基本要求是什么?答土石坝填筑料的一般要求:⑴具有与使用目的相适应的工程性质:防渗料具有足够的防渗性能,坝壳料具有较高的强度,反滤、过渡料等具有良好排水性能⑵土石料的工程性质在长时期内保持稳定:不风化,不浸蚀等⑶具有良好的压实性能:防渗体可降到最优含水量,无影响压实的超径材料,压实后承载力高,施工机械可正常运行。坝壳料的基本要求:⑴保持坝体的稳定,故需要较高的强度;⑵坝体水位下的筑料需良好的排水性能;如砂、砾石、卵石、漂石、碎石等。5.18防渗体土料选择应考虑哪些特性?答⑴防渗性;⑵抗剪强度;⑶压缩性;⑷抗渗稳定性;⑸含水量;⑹颗粒级配;⑺膨胀量和体缩值;⑻可溶盐、有机质含量。5.19“任意料”应放在什么位置?质量好坏的料应放置什么位置?答“任意料区”布置在干燥和贴近心墙区,其外包围排水过渡区。质量差、粒度小的放内侧;质量高、粒度大放外侧。5.20反滤、过渡和排水材料的主要要求是什么?答⑴质地致密坚硬;⑵具有高度抗水性和抗风化能力。5.21简述坝体排水和反滤的作用。答排水的作用:①控制和引导渗流;②降低浸润线;③加速孔隙水压力消散;④保护下游坝坡免遭冻胀破坏。反滤层的作用:①防护渗流出口;②防止坝体和坝基发生管涌、流土等渗透变形。5.22详述坝体排水的形式及其优缺点。答⑴棱体排水(滤水坝址):设置在坝趾的堆石棱体。优点是可降低浸润线,防止坝坡冻胀,保护坝脚不受淘刷,增加坝体稳定;缺点是石料用量大,费用高,与坝体施工有干扰,检修困难。⑵贴坡排水(表面排水):堆石或砌石直接铺放在下游坝坡表面。优点是结构简单,用料少,施工方便,易于检修;缺点是不能降低浸润线,易冰冻而失效。常用于下游无水的中小型均质坝和浸润线较低的中坝。⑶坝内排水:排水体设置在坝体内部。又分褥垫排水、网状排水、竖直排水体和水平排水层。优点是下游无水时可降低浸润线,加速软基固结;缺点是不均匀沉陷适用性差,易断裂,难以检修。⑷综合式排水:由棱体排水、贴坡排水、坝内排水等两种或两种以上的排水措施组合而成。具有以上各项排水的优点。5.23简述反滤层的类型,其颗粒大小随水流方向的变化如何?答反滤层分类:①Ⅰ型反滤:位于被保护土的下方,渗流自上而下,需承受自重和渗透压力。②Ⅱ型反滤:位于被保护土的上方,渗流自下而上,自重与渗透压力相反。反滤层一般铺设1~3层级配均匀且耐风化的砂、砾、卵石或碎石,每层粒径随渗流方向而增大。5.24简述土石坝裂缝类型和成因。答⑴纵缝:因坝壳与心墙、或多种土质坝固结速度的差异形成拉应力而裂缝⑵横缝:因岸坡陡峻或岸坡突变而致⑶内缝:因坝基与坝体的不均匀沉降而致5.25简述土石坝裂缝类型和成因。答砂砾石地基处理的主要问题是:渗流控制。主要措施:①垂直防渗设施;②上游水平防渗铺盖;③下游排水设施垂直防渗设施的目的在于完全阻断透水层;防渗铺盖的目的在于延长渗径,减小渗流比降到容许范围;下游排水设施的目的在于防排结合,控制渗流,降低浸润线。5.26土石坝体与砼建筑物的连接形式有哪几种?答主要有插入式和翼墙式两种型式。插入式连接是从砼坝与土石坝的连接部位开始,砼坝的断面逐渐减小,最后成刚性插入土石坝的心墙内,适用于低坝。翼墙式连接是在结合部作成砼挡墙并向上下游延伸成翼墙,适用于与船闸、砼溢流坝等建筑物的连接。5.27何为堆石坝?目前主要是什么堆石坝?答堆石坝以堆石体作为支撑,以土、砼、沥青砼等作为防渗体的一种坝型。目前主要钢筋混凝土面板堆石坝,简称面板坝。5.28面板坝的堆石体由有那四个分区?防渗体系由哪些构成?答面板坝的堆石体分为垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区等四个区。防渗体系由面板、址板、灌浆帷幕、周边缝、接缝止水等构成。作用效应组合:①基本组合,②施工、检修组合,③特殊组合。2.7 建筑物设计安全储备的表达形式有哪两类?并详述极限状态设计的概念和类型?