河北工程大学毕业设计(论文)开题报告题目S水库均质土石坝学生姓名李炜强班级学号110290215 专业水利水电工程毕业设计开题报告题目 S水库均质土石坝设计专业水利水电工程班级 11级水工本2班学生李炜强指导教师李飞学校河北工程大学2015 年1.毕业设计(论文)课题来源、类型根据专业培养要求和毕业设计的目的，本设计的课题来源于S水库枢纽的工程实际,本设计的课题类型属于设计类。

2.选题的目的及意义1.选题目的：(1) 本设计主要解决S水库枢纽布置，以及均质土石坝的设计；(2) 培养综合运用所学的基础理论，专业知识和掌握基本技能，创造性的分析和解决实际问题的能力；培养严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风，全面提高综合素质，培养出具有水利水电工程规划、设计、施工和管理能力的全面人才。

2.选题意义：(1) 本设计主要是有关沟S水库土石坝枢纽的设计，S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。

工程为小（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，可灌溉共和县农田三万亩，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，本工程为安置龙羊峡水库库区移民的配套工程。

(2) 通过对已知资料、洪水标准及工程级别分析，在此基础上进行坝型选择和比较，确定坝型、枢纽布置方案和建筑物形式；拟定坝型、枢纽布置及建筑物基本尺寸后，计算其坝顶高程，然后进行渗流计算、沉降量计算、地基处理，坝与岸和地基的连接工作。

(3) 通过本次毕业设计，要求学生在教师的指导下，独立完成设计课题所规范的全部内容；一方面培养了学生综合运用已学过的理论知识和技能，分析和解决本专业范围内的实际工程问题的能力，树立正确的设计思想，掌握现代设计方法，培养我们勇于创新和开拓进取的精神；另一方面通过调查研究，查阅文献资料，陪养了学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风，使学生综合能力全面升高，为我国以后的水利工程事业发挥更大的价值。

1.本课题在国内外的研究状况及发展趋势2. 1．土石坝的建设现状3.土石坝是一种应用最广的坝型，在具有适宜的地形、地质和建筑材料的前提下，土石坝极可能是一种结构简单、较为经济和对地基要求较宽松,施工简单方便,适应性强,抗震性能良好,工作可靠、寿命长、管理简便的坝型，因此，在水工设计的坝型比较中，土石坝往往是不可缺少的。

同时土石坝也是世界上最古老的坝型之一,有着悠久的建造历史。

据统计,全世界超过15m的土石坝共有29000余座,仅在中国就有15000余座[1]。

土石坝也是当今世界建造数量最多(据1986年统计,坝高15m以上的土石坝占总数的82.7%,坝高100米以上的土石坝占总数的46%)、体积最大、高度最高的坝型。

20世纪以来，土石坝工程在发达国家（如美国、加拿大、前苏联等）和部分发展中国家得到快速的发展，并出现了300m以上的高土石坝。

美国建设的高土石坝最多,己建和在建的高于150米的土石坝就有12座 [2]。

我国也建成了大量的土石坝，但绝大多数为70m以下的中低坝，建成的少数高坝其最大高度仅在180m以下。

截止2000年底,我国共兴建各类水库8.5万余座,其中土石坝占90%以上[3]。

进入21世纪后，随着我国水利水建设的快速发展和实施“西电东送”水电工程的要求，众多高土石坝的建设被提上议程,特别在深厚覆盖层河谷、地质条件较差、地震烈度较高、坝高较大（尤其250m以上）的坝址，多数选择了或拟选择土石坝。

土石坝工程的建设，历史悠久，有丰富的成功经验。

自混凝土坝出现后，似乎总认为高坝大库最适合混凝土坝，其枢纽布置即方便，又安全可靠。

其实上从多数方面因素来衡量，土石坝仍有其特定优势，有更经济合理的枢纽布置条件，国际最高的坝则是土石坝[4]。

同混凝土坝相比，它的优点主要体现在以下几方面：(1) 筑坝材料来源直接、方便，能就地取材，能节省大量的钢材、水泥和木材等建筑材料。

(2) 适应地基变形的能力强。

土石坝为土料或石料填筑的散粒结构，能较好地适应地基的变形，对地基的要求在各种坝型中是最低的。

(3) 构造简单，施工技术容易掌握，适应于大型机械化施工。

(4) 运用管理方便，工作可靠，寿命长，维修加固和扩建均较容易。

另一方面，同其它的坝型类似，土石坝自身也有不足的一面：(1) 施工导流不如混凝土坝方便，因而相应地增加了工程造价。

(2) 坝顶不能溢流。

受散粒体材料整体强度的限制，土石坝坝身通常不允许过流，因此需在坝外单独设置泄水建筑物。

(3) 坝体填充工程量大，土料填筑质量受气候条件的影响大。

土石坝的发展，一直经久不衰。

随着科学技术的进步，今天的土石坝工程，涵盖了土料防渗、混凝土面板防渗、沥青混凝土防渗、土工膜防渗等土石坝工程,在我国，简单而有效地处理了宽达105米的断层破碎带[5.6]。

施工较简便，费用较省的泥浆防渗槽已被采用。

化学材料灌浆也被引入土石坝的坝基处理工程中。

在深厚的淤泥地基上，采用沙井加固或其他措施，也建成许多土坝。

其他种种新颖的施工工艺也还在不断地被发明创造。

按施工方法的不同，土石坝可分为：碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破坝、水力冲填坝和水中倒土坝，其中应用最广的是碾压式土石坝。

其中碾压式土石坝按坝体横断面的防渗材料及其结构，可划分为以下几种主要类型[7]:1. 均质坝坝体绝大部分由一种抗渗性能较好的土料筑成。

坝体整个断面起防渗和稳定作用，不再设专门的防渗体。

均质坝结构简单，施工方便，当坝址附近有适合的土料且坝高不大时可优先采用。

值得注意的是：对于抗渗性能好的土料（如粘土），因其抗剪强度低，且施工碾压困难，在多雨地区受含水量影响则更难压实，因而高坝中一般不采用此种型式。

2. 土石坝防渗透分区坝与均质坝不同，在坝体中设置专门起防渗作用的防渗体，采用透水性较大的砂石料作坝壳，防渗体多采用防渗性能好的粘性土，其位置可设在坝体中间（称为心墙坝）或稍向上游倾斜（称为斜心墙坝）；或将防渗体设在坝体上游或接近上游面（称为斜墙坝）。

作为本次研究设计的心墙坝由于心墙设在坝体中部，施工时就要求心墙与坝体答题同步上升，因而两者相互干扰大，影响施工进度。

又由于心墙料与坝壳料的固结速度不同，心墙内易产生“拱效应”而形成裂缝；斜墙的抗震性能和适应不均匀沉降的能力不如心墙。

斜心墙坝壳不同程度克服心墙坝斜墙坝的缺点，故我国154m高的小浪底水利枢纽即采用斜心墙型式。

3. 非土质材料防渗体坝防渗体采用混凝土、沥青混凝土、钢筋混凝土、土工膜或其他人工材料制成，其余部分用土石料填筑而成。

防渗体设在上游面的称为斜墙坝（或面板坝），防渗体设在坝体中央的称为心墙坝。

采用复合土工膜防渗的土石坝，坝坡可以设计得较陡，使土石工程量减小，从而降低工程造价。

这种坝施工方便工期短、受气候因素影响小，是一种很有发展前景的新坝型。

2. 土石坝发展趋势目前，土石坝是国际上应用最广泛的坝型1. 坝基覆盖层的防渗处理有重大突破坝基的防渗处理时土石坝工程设计的关键问题，它与坝体的设计、施工、安全可靠性、工期和造价有密切关系，甚至直接影响到工程方案的选择。

早期在深透水坝基上建土石坝，常在坝基打设钢板桩防渗，由于常出现桩尖卷刀、板状倾斜、槽口撕开等问题，效果不是很理想。

1954年法国在坝高128m的谢尔·帮松土石坝对其110m厚砂卵石坝基进行了著名的覆盖层灌浆试验，随后埃及的阿斯旺大坝对深达225m的覆盖层采用深达174m的帷幕灌浆进行地基防渗处理，使其承受110m的水头，是世界上最深的基础防渗工程。

建成后的实测资料表明防渗帷幕承担96%的深透水头，工程运转良好。

实践证明深帷幕灌浆是处理深覆盖层防渗问题的一项有效措施，60年代中叶兴起的混凝土防渗墙、泥浆固壁、冲击钻造孔，防渗效果更加经济可靠，加拿大尼克3号土石坝水头为105m，防渗墙墙深131m，为最深的防渗墙。

从工程建成后实际运行情况看，防渗效果均良好。

当覆盖层深度较小时，还可以采用造价低廉的泥浆截水槽[16]。

坝基的各种防渗技术的发展和工程经验的积累为在不良的坝址上修建高土石坝开拓了广阔的前景，许多不宜修建混凝土坝的坝址经过适当的地基处理都能够修建土石坝[8]。

3. 高土石坝的计算理论和计算技术不断完善20世纪30年代以来，土力学的进展，大型计算机的出现和数值计算方法的发展，使土石坝的许多问题能在多种复杂情况下被模拟，诸如坝体的应力应变分析，边坡稳定、地震荷载作用下的动力分析，非均匀介质的坝体坝基渗流计算等课题均被深入研究[13]。

同时，计算技术的发展加快了设计进度，提高了设计质量，使土石坝可采用较陡的坝坡，并可在烈度为9度的强震区建设。

4.充分利用当地材料高土石坝需要的土石放量很大，通常为混凝土坝体的4～6倍左右，故充分利用一切材料筑坝，尽可能利用开挖的土石料上坝，使挖填方平衡，是土石坝设计能否经济合理的关键[15]。

随着土力学理论和重型振动碾压机的发展，对高土石坝的筑坝材料也放宽了要求，只要正确设计和精心施工，几乎所有的土石料均可用来筑坝[11]。

此外，为使心墙与坝壳材料的弹性模量尽可能协调，防止和降低坝壳对心墙的拱效应，防止水平裂缝和纵向裂缝，采用粘土和砾石掺合而成的人工混合料作为防渗材料[14]。

通过大量研究，劣质土料也能用于实际工程。

如红黏土、湿陷性黄土，膨胀土，各种含砾土、黏质的砾石土，风化料、残积冰积，洪积的碎石土等，只要有正确的土料设计，合适的机械施工设备，科学的压实参数，均可以作为防渗土料。

在建的瀑布沟工程（坝高186m）采用冰积洪积成因的碎石土做心墙，小浪底工程（坝高154m）以制备砾石土（砾石土，与黄土人工掺和料）等作防渗材料[20]。

在坝工技术不断发展的环境下，其填筑量大、工期长的问题又使其面临新的挑战。

加快土石坝的施工进度是土石坝坝型发展的必然趋势。

混凝土重力坝、拱坝技术不断提高，橡胶坝等新型坝型不断运用，而传统土石坝填筑量大、工期长，如何在充分发挥土石坝本身的技术要求低、对坝基适应性强，当地材料使用充分的传统优势下加快施工进度，成为坝型选择的一个重要方面，在确保填筑施工质量及安全运行的前提下能快速施工是土石坝最关心的问题[18]。

快速施工，可以使土坝提前发挥经济效益，对建设单位来说至关重要。

随着水利工程投资多元化的发展，水利建设的投资逐渐以企业为主，无需置疑，从企业追求利润最大化及提高内部收益率方面考虑，大坝加快施工进度，缩短建设周期，提前发挥效益，是每个业主考虑的重点[19]。

因此，如何提高施工强度、快速施工成为施工单位赢得市场从而生存下来的法宝。

新型施工设备及材料的拓展是快速施工的基础，同时需要重视设备及人力资源的投入，对填筑前的准备工作及坝面填筑控制，也需要高度重视，只有这样才能达到快速施工的目的[17]。