土石坝的渗流分析与控制

第4章　土石坝

【学习指导】

目标：掌握土石坝的特点、主要类型及其优缺点，土石坝渗透变形的类型、发生原理及其区别，防止渗流变形的措施，土石坝坝坡滑裂面的形状类型及产生的条件；掌握土石坝的剖面设计及其构造特点。理解重力坝与土石坝稳定概念的区别；影响土石坝稳定的因素；土石坝设防渗体的作用、种类及其设置方法；了解土石坝设置排水设备的作用、类型及其优缺点；土石坝设置反滤层的作用及其应遵循的原则；土石坝对地质条件的要求与重力坝、拱坝相比较的区别；地基处理的目的及常用方法。

重点：土石坝的渗流变形及形式，土石坝的边坡抗滑稳定原理及其分析方法。

4.1　概　述

土石坝又称当地材料坝，主要由坝址附近的土石料填筑而成。土石坝是传统的坝型，历史悠久，使用较为普遍。至19世纪已具有较高的水平，最大高度达50m。到20世纪，特别是50—60年代，由于土石坝施工技术的发展，大型碾压设备如振动碾的出现，各种粒径的土、砂、砂砾、石渣、堆石能方便地碾压密实，因此土石坝建造的数量不断增加，高度也越来越高。在25座坝高超过200m的大坝中，土石坝占9座；在25座库容超过354亿m3的水库中，土石坝有16座；在86座装机容量大于100万kW的水电站水库中，有59座大坝是土石坝。这说明土石坝在坝工建设中所占的比重越来越大。目前，世界上两座最高的坝均为土石坝，一座为罗贡斜心坝，高325m，另一座为努列克心墙坝，高300m，均在塔吉克斯坦共和国内。我国已建成的最高土石坝为黄河上的小浪底水库，坝高154m；陕西石头河坝，坝高105m；水布垭混凝土面板堆石坝，坝高233m；瀑布沟心墙堆石坝，坝高188m。

土石坝能适应各种不同的地形、地质条件和气候条件，有着悠久的历史和丰富的建造经验。现代岩石（土）力学理论、试验手段和计算技术的发展使土石坝设计的安全可靠性得到了极大的提高，大容量、高效率施工机械的发展降低了土石坝的建坝造价，提高了土石坝的施工质量，高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等工程设计和施工技术的不断进步促进了土石坝（尤其是高土石坝）的建设和推广。目前，我国已建成的高土石坝（坝高大于100m）见表4.1。

表4.1　我国已建成的高土石坝（坝高大于100m）

4.1.1　土石坝的特点

土石坝被广泛采用并不断发展与其下列优越性是分不开的：

①筑坝材料就地取材，可节省大量钢材、水泥、木材等建筑材料。

②适应地基变形能力强，土石坝散粒体结构具有适应地基变形的良好条件，对地基的要求比混凝土坝低。

③施工方法选择灵活性大，能适应不同的施工方法，从简单的人工填筑到高度机械化施工都可以，且工序简单，施工速度快，质量也易保证。

④结构简单，造价低廉，运行管理方便，工作可靠，便于维修加高。

当然，土石坝也有以下不足：

①坝顶不能溢流，常须另外修建泄水建筑物。

②相比混凝土坝而言，施工倒流条件差。

③坝体断面大，土料填筑量大，土料填筑易受天气影响，往往导致工期延长，造价增加。

4.1.2　土石坝的类型

（1）按坝高分类

按坝高，土石坝可分为低坝、中坝和高坝。我国《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2002）规定：高度在30m以下的为低坝，高度在30～70m的为中坝，高度超过70m的为高坝。土石坝的坝高应从坝体防渗体（不含混凝土防渗墙、灌浆帷幕、截水墙等坝基防渗设施）底部或坝轴线部位的建基面算至坝顶（不含防浪墙），取其大者。

（2）按施工方法分类

按施工方法可分为碾压式土石坝、水力冲填坝、水中填土坝和定向爆破堆石坝。

1）碾压式土石坝

碾压式土石坝是分层铺填土石料、分层压实填筑的，坝体质量良好，目前最为常用。世界上现有的高土石坝都是碾压式的。本章主要讲述碾压式土石坝。

按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，碾压式土石坝可分为以下6种主要类型：

①均质坝（见图4.1（a））。均质坝坝体断面不分防渗体和坝壳，坝体基本上是由均一的黏性土料（壤土、砂壤土）筑成，整个坝体用以防渗并保持自身的稳定。由于黏性土抗剪强度较低，对坝坡稳定不利，坝坡较缓，体积庞大，使用的土料多，铺土厚度薄，填筑速度慢，易受降雨和冰冻的影响，故多用于低、中坝，且坝址处除土料外，缺乏其他材料的情况下才采用。

图4.1　碾压式土石坝类型

②土质心墙坝（见图4.1（b））。用透水性较好的砂或砂砾石做坝壳，以防渗性较好的黏性土作为防渗体设在坝的剖面中心位置。优点：坡陡，坝剖面较均质坝小，工程量少，心墙占总方量比重不大，因此施工受季节影响相对较小。缺点：要求心墙与坝壳大体同时填筑，干扰大，一旦建成就难修补。

③土质斜墙坝（见图4.1（c））。黏土防渗体置于坝剖面的上游侧。优点：斜墙与坝壳之间的施工干扰相对较小，在调配劳动力和缩短工期方面比心墙坝有利；缺点：上游坡较缓，黏土量及总工程量较心墙坝大，抗震性及对不均匀沉降的适应性不如心墙坝。

当黏土防渗体位于坝中心而略微倾向上游时叫斜心墙坝（见图4.1（i））。

④多种土质坝（见图4.1（d）、图4.1（e））。坝址附近有多种土料用来填筑的坝。

⑤人工材料心墙坝（见图4.1（j））。坝主体由强度高的粗粒料组成，用沥青混凝土、混凝土等做成防渗心墙。

⑥人工材料面板坝（见图4.1（k）、图4.1（l））。防渗体为钢筋混凝土、沥青混凝土等人工材料建成的上游坝面。

均质坝、心墙坝、斜墙坝和面板坝是土石坝的四种基本类型。

2）水力冲填坝

水力冲填坝是以水力为动力完成土料的开采、运输和填筑全班工序而建成的坝。其施工方法是用机械抽水到高出坝顶的土场，以水冲击土料形成泥浆，然后通过泥浆泵将泥浆送到坝址，再经过沉淀和排水固结而筑成坝体。这种坝因筑坝质量难以保证，目前在国内外很少采用。

3）水中填土坝

水中填土坝用易于崩解的土料，一层一层倒入由许多小土堤分隔围成的静水中填筑而成的坝。这种施工方法无须机械压实，而是靠土的重量进行压实和排水固结。该法施工受雨季影响小，工效较高，且不用专门碾压设备。但由于坝体填土干容重低，抗剪强度小，要求坝坡缓，工程量大等原因，仅在我国华北黄土地区、广东含砾风化黏性土地区曾用此法建造过一些坝，未广泛应用。

4.1.3　土石坝的设计原则及要求

①不允许水流漫顶。由于对洪水估计偏低，坝顶高程不足，溢洪道尺寸偏小，或水库控制运用不当等，都会造成土石坝漫顶溃坝的严重事故。因此，在土石坝枢纽中应设置容量足够大的泄水建筑物，绝对不允许洪水漫顶。设计时，要充分估计水库风浪及坝的沉陷值，预留足够的超高。库区滑坡要查勘清楚，滑坡体在水库内坍滑产生的涌浪对土石坝极为不利。除对设计标准洪水有足够的泄洪建筑物外，对于可能发生的特殊洪水，也应有应急的泄洪保坝措施。据国外对土石坝失事资料的分析，由于水流漫顶而失事的占30％。

②满足渗流控制要求。土石坝蓄水后，一般会在坝体和坝基中形成渗流，有时还会有绕坝渗漏：若不进行有效的控制，将会引起多方面的问题：渗流量过大，影响水库效益；坝体和坝基产生危害渗透变形，导致大坝失事，例如，美国93m高的提堂坝（1975年建成）建成不足一年，由于坝基透水性大，防渗帷幕施工质量不佳而导致溃坝。浸润线过高也会降低坝的稳定性，为此应特别注意土石坝防渗体的合理设计，并保证其施工质量，加强坝与地基、岸坡或其他建筑物的连接，合理布置排水及反滤设施，以避免事故的发生。

③坝体坝基稳定可靠。土石坝为散粒体结构，局部范围内土体的抗剪强度不足时，土体开始滑动。因此，应有足够的断面维持坝坡的稳定。边坡稳定是坝安全的基本保证。据统计，过去失事的土石坝中1/4是由于滑坡破坏造成的。如何结合土石坝的类型、材料、构造选择适宜的坝坡，使之既能保持稳定又最为经济，是土石坝设计的主要内容。

④应根据现场的土料条件选择好土料的填筑标准，以防止发生过大的沉陷，一般要求施工阶段应完成总沉降量的70％～80％。

⑤土石坝须能抵抗其他自然界的破坏作用

对库水风浪淘刷坝坡，雨水冲刷坝体，冬季冰冻膨胀影响产生裂缝，夏季日晒龟裂，南方有些省份还有白蚁蛀空坝脚等自然界的破坏作用，可采取适当的构造措施提高土石坝的可靠性和耐久性。

⑥应提高土石坝的机械化施工水平。

4.2　土石坝的渗流分析与控制

4.2.1　土石坝的渗透变形及其防止措施

（1）土石坝的渗透变形及其形式

我国目前有各类水库大坝8万多座，数量居世界之首，它们90％以上为土石坝，其中病险坝占很大比例（大约一半以上），主要都是渗透问题。垮坝失事的案例也大多为土石坝，其中渗透破坏为主要原因。建于1989年的青海沟后水库混凝土面板砂砾石坝，由于防浪墙与坝体接触处漏水而使库水大量渗流，同时由于渗流的各向异性，坝体的浸润线很高，导致坝体失稳，在1993年8月7日发生溃坝，造成300多人死亡。美国的第顿坝（Teton）在1976年6月5日由于渗透引起（水力劈裂）溃坝，造成14人死亡和2.6亿美元的经济损失。

土石坝在上下游水位差即水头的作用下，坝体内会产生渗流，从而可能引起土体渗透变形，亦称渗透破坏。从宏观上看，渗流力将影响坝的应力和变形状态，从微观上看，渗流力作用于无黏性土的颗粒以及黏性土的骨架上，可使其失去平衡而产生局部变形破坏，称为渗流变形。一般有以下几种形式：

1）流土

流土指在向上渗流作用下，表层一定范围的黏性土或均匀无黏性土体同时悬浮、移动的现象，流土常见于渗流从坝下游逸出处。开挖河道或基坑工程施工时遇到的一般称为“流砂”的现象，就属于渗流变形的流土形式，如图4.2（a）、（b）所示。

图4.2　流土的危害

2）管涌

坝体和坝基土体中部分颗粒被渗流水带走后，孔隙扩大，形成管状通水道，即为管涌。一般分为内部与外部两种情况，前者颗粒移动只发生于坝体内部，后者颗粒可被带出坝体之外，渗透流速越来越大，乃至将大颗粒冲走而垮坝，管涌只发生于无黏性土中。图4.3所示为坝基发生管涌。

图4.3　坝基发生管涌

3）接触流失

渗流垂直于渗透系数相差较大的两相邻土层的接触面流动时，将渗透系数较小土层中的细颗粒带入渗透系数较大的另一土层的现象即接触流失。一般发生于黏土心墙与坝壳料、坝体与坝基或下游坝体与坝体排水之间，如图4.4（a）所示。

4）接触冲刷

当渗流沿着粗细两种土层的接触面或建筑物与地基的接触面流动时，沿层面带走细颗粒的现象即接触冲刷，如图4.4（b）所示。

图4.4　土层接触面的渗流变形

1—渗流；2—黏性土；3—砾石；4—砂土

5）化学管涌

化学管涌指土体中的盐类被渗流水溶解带走的现象。

工程中以流土和管涌两种渗流破坏较为常见。

土石坝的防渗设计在于选择好筑坝土料及坝的防渗结构形式、过渡区和排水反滤等，防止渗流变形对坝的危害。防渗体用以控制渗流，减小逸出坡降和渗流量。过渡区用以实现心墙或斜墙等防渗体与坝壳土料的可靠连接，并防止渗流变形。反滤则是实现坝体、坝基与排水的连接，防止管涌及流土。防渗设施构成防止渗流变形的第一道防线，但不易做到完全有效，所以必须同某种形式的反滤和排水设施相结合，以增加第二道防线，并保护第一道防线。

（2）土石坝渗透变形的判别标准

根据渗透变形的机理可知，土体发生渗透破坏的原因有两个：一是渗流特征，即上、下游水位差形成的水力坡降；二是土的类别及组成特性，即土的性质及颗粒级配。因黏性土土粒间黏结较紧，一般不发生管涌，只在渗透坡降较大时发生流土，而无黏性土因颗粒间黏结较弱，管涌和流土都可能发生。因此，渗透变形的判别标准对黏性土主要看水力坡降，而对无黏性土既要看水力坡降，也要看土的类别及组成特性。

1）用土的类别及组成判别

试验研究表明，土壤中的细颗粒含量是影响土体渗透性能和渗透变形的主要因素。

南京水利科学研究院进行了大量研究，结论是粒径在2mm以下的细颗粒含量Pg＞35％时，孔隙填充饱满，易产生流土；Pg＜20％时，孔隙填充不足，易产生管涌；25％＜Pg＜35％时，可能产生管涌或流土。并提出产生管涌或流土的细颗粒临界含量与孔隙的关系为

式中　Pg——粒径等于或小于2mm的细颗粒临界含量；

　　　α——修正系数，取0. 95～1.0；

　　　n——土壤孔隙率，％。

2）用临界水力坡降判别

①管涌的临界水力坡降。在非黏性土中产生管涌的临界坡降icr，对于中小型工程及初步设计，可用下式计算（南京水利科学研究院经验公式）：

式中　d3——相应于粒径曲线上含量为3％的粒径，cm；

　　　k——渗透系数，cm/s；

　　　n——土壤孔隙率，％。

对于大中型工程，应进行管涌试验，求出实际产生管涌的临界坡降。

②流土的临界水力坡降。当渗流自下而上，根据土粒在渗流作用下的平衡条件推导的太沙基公式如下：

式中　γ′——土的浮容重；

　　　γw——水的容重；

　　　n——土壤孔隙率；

　　　Gs——土粒比重；

　　　e——土壤孔隙率。

（3）防止渗透变形的工程措施

渗透变形的工程措施基本可归纳为：延长渗径，减小下游溢出处水力坡降，降低渗透力，增强渗流溢出处土体抗渗能力。具体措施如下：

①上游设置垂直和水平防渗体，用于延长渗径，减小水力坡降，如图4.5至图4.7所示。

图4.5　心墙坝的黏土截水

图4.6　心墙坝混凝土

图4.7　水平黏土铺盖

②下游设置排水沟或减压井，降低下游渗流溢出口处的渗透压力，将渗水有计划地排除；对可能发生管涌的地段设置反滤层，拦截可能被渗流挟带的细颗粒；对可能产生流土的地段应设置压重，如图4.8所示。

图4.8　反滤层设置

4.2.2　土石坝的渗流分析

（1）渗流分析的主要内容及用途

水库蓄水后，土石坝坝体内将产生渗流，其渗透水面称为浸润面。在坝的剖面上显示为浸润线，如图4.9所示。土石坝渗流分析的主要目的是为确定安全经济的坝型及合理的结构尺寸提供重要理论依据。其主要内容及用途有如下4方面：

①确定坝体浸润线及其下游出逸点的位置，绘制坝体及地基内的等势线分布或流网图，供坝体稳定分析、应力计算与排水设备选择之用。

②确定坝体与地基渗流量，以便估计水库渗漏损失和确定坝体排水的尺寸。

③确定坝坡出逸段与下游地基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透坡降，以判断该处的渗透稳定性。

④确定库水降落时上游坝壳内自由水面的位置，估算由此产生的孔隙压力，供上游坝坡稳定分析之用。

图4.9　均质土坝渗流浸润线

（2）渗流分析方法

土石坝渗流分析通常是把一个实际比较复杂的空间问题近似转化为平面问题。土石坝的渗流分析方法主要有解析法、手绘流网法、实验法和数值法4种。

解析法分为流体力学法和水力学法。前者理论严谨，只能解决某些边界条件较为简单的情况；水力学法计算简单，精度可满足工程要求，并在工程实践中得到了广泛的验证。

手绘流网法是一种图解流网，绘制方便，当坝体和坝基中的渗流场不十分复杂时，其精度能满足工程要求，但在渗流场内具有不同土质，且其渗透系数差别较大的情况下较难应用。

遇到复杂地基或多种土质坝，可用电模拟实验法，它能解决三维问题，但需一定的设备。近年来由于计算机和有限元等数值分析法的发展，数值法在土石坝渗流分析中得到了广泛的应用，对1级、2级坝及高坝，规范提出用数值法求解。

（3）渗流分析的计算情况

①上游正常蓄水位与下游相应的最低水位。

②上游设计洪水位与下游相应的水位。

③上游校核洪水位与下游相应的水位。

④库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。

4.3　土石坝的剖面和构造

土石坝的设计，首先是根据坝址附近土石料的分布情况（种类、数量、运距）及地形地质条件选定合适的坝型。再拟定坝的基本尺寸，包括坝坡、坝顶高程、坝顶宽度、防渗体及排水设备、护坡等的尺寸，使之满足土石坝的工作要求。然后进行必要的计算校核，并根据其结果进一步修正原设计尺寸与构造，使之达到既安全又经济的目的。

4.3.1　土石坝剖面基本尺寸的拟定

（1）坝顶高程

坝顶高程由水库静水位加波浪爬高及安全超高确定。坝顶在静水位以上的超高按式（4.1）计算：

式中　d——水库静水位以上的超高，m，如图4.10所示；

　　　h1——波浪在坝坡上的爬高，m；

　　　e——风浪引起的坝前水位雍高，m；

　　　a——安全超高。

图4.10　坝顶超高计算图

2hl—波高；θ—水位处坡角

①波浪爬高h1，是指波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度（从风壅水面算起）。它与坝前的波浪要素（波高和波长）、坝坡坡度、坡面糙率、坝前水深、风速等因素有关。具体方法见《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）“附录A 波浪和护坡计算”。

②风浪引起的坝前水位雍高e可按下式计算：

式中　v——计算风速，m/s（正常运用情况下的1，2级坝，采用多年平均最大风速的1.5～2.0倍；正常运用情况下的3，4，5级坝，采用多年平均风速的1.5倍；非常运用情况下，采用多年平均最大风速）；

　　　D——吹程，krn；

　　　H——坝前水深，m；

　　　α——风向与坝轴线法线方向夹角，（°）。

③安全超高a按坝的等级及运用情况由表4.2确定。

表4.2　土石坝坝顶安全超高值　　单位：m

坝顶高程要分别计算正常情况和非常情况，得出两个坝顶高程计算值后取大值。坝顶设防浪墙时，d指静水位到墙顶的高差，并规定正常情况下坝顶心高出静水位0.5m以上，非常情况下不低于静水位。

以上要求的坝顶高程是指沉降稳定后的数值，因此竣工时的顶坝高程应有足够的预留沉降值。一般施工质量良好的坝，坝体沉降值为坝高的0.2％～0.4％。重要的大坝要进行专门的沉降分析以确定预留值，具体计算可参考有关文献。

地震区安全超高应包括地震引起坝顶沉陷和涌浪高度，其值要满足表4.3所列数值。

（2）坝顶宽度

坝顶宽度与坝的稳定没有直接的关系，主要取决于构造、交通、施工及运行等要求。对于

表4.3　地震区土石坝的超高　　单位：m

有交通要求的坝顶宽，应按道路等级遵照交通部门的要求而定。一般坝高小于100m时，其坝顶最小宽度可采用式（4.2）确定：

高度在30m以下的坝顶最小宽度应不小于3.0m，100m以上的高坝，其最小宽度可按式（4.3）确定：

（3）坝坡

土石坝坝坡对坝的稳定和工程量有着直接的影响，主要取决于坝型、坝高、坝的等级、坝体及坝基的材料性质、所承受的荷载、施工和运用条件等因素。一般可先参照已建工程的实践经验或用近似方法初步拟定坝坡，然后进行稳定计算，确定合理的坝体断面。对碾压式土坝砂、壤土类坝坡，其平均坡度一般为1∶2.0～1∶4.0。当坝基较为软弱时还需适当放缓。

在拟定坝坡时，应考虑到上游坝坡长期浸泡于水中，土的抗剪强度降低。所以，当采用相同土料时，坝的上游坡比下游坡要缓；在一般情况下，土质斜墙坝的上游坡比心墙坝的缓，而下游坡则可比心墙坝陡些；砂壤土、壤土的均质坝坡比砂或砂砾料的坝坡缓些；黏性土均质坝的坝坡与坝高有一定关系，其高度越大，坝坡越缓。砂或砂砾料坝体的坝坡与坝高的关系则很小。

一般坝的下游坡每隔10～30m设置一条马道。当坝的坡度自上到下有变化时，马道则设在变坡处。马道的宽度视其用途而定，但其最小宽度不得小于1.5～2.0m。马道上设置排水沟以汇集雨水防止冲刷，还可用于观测、检修和交通。

初拟坝坡时，会大致参考表4.4所列统计数据。砂性土采用较小值，黏性土采用较大值。

表4.4　土石坝坝坡参数值

4.3.2坝的防渗体

坝的防渗体必须能将渗透坡降、下游坝体浸润线及渗流量降低到允许范围内，还要满足结构和施工上的要求。

作为坝的防渗体的材料有土质防渗体、人工材料（沥青混凝土、复合土工膜）等，其中用得最多的是土质防渗体。

（1）土质防渗体

1）土质心墙

心墙顶部在静水位以上的超高，正常运用时为0.3～0.6m，非常运用时则不低于校核洪水位。

心墙的顶宽考虑到机械施工的可能不应小于2.0～3.0m。心墙两侧的边坡一般为1∶0.15～1∶0.30。

防渗体底部的厚度取决于土料的允许渗透坡降，采用黏土、重壤土时，心墙底厚不应小于H/4，且不应小于3m，其中H为作用水头。

心墙顶面必须设砂砾保护层，其厚度不小于当地冰冻和干燥厚度，且不小于1.0m。心墙与地基及岸坡必须有可靠的结合，防止结合面漏水和产生集中渗流。心墙与岸坡结合处常需加大心墙剖面。

2）土质斜墙

斜墙顶部在静水位以上的超高，正常运用时为0.6～0.8m，非常运用时不低于校核洪水位。斜墙的顶厚（垂直于斜墙上游面的厚度）不小于2.0m。

斜墙底部的厚度应满足允许渗透坡降的要求，一般要求不小于水头的1/5。为防止斜墙断裂，其厚度常比按渗透稳定条件确定的数值大。

斜墙上游应设置保护层以防止冰冻和机械破坏。保护层材料可为砂砾、卵石、块石，其厚度不得小于当地冰冻及干燥深度，且不小于1.0m，一般取1.5～2.5m。

（2）人工材料防渗体

1）沥青混凝土防渗体

沥青具有良好的黏结性，适于做砂卵石级配材料的胶结料。沥青混凝土作为土石坝的防渗体具有较好的抗渗性、耐久性和适应变形的性能，较之普通混凝土等刚性材料具有较大的优越性。沥青混凝土是由一定级配的碎石（或卵石）、砂、石粉和沥青按比例配合，然后加热拌和成均匀的混合物，经摊铺、碾压达到一定的密实度。

沥青混凝土防渗体有两种形式：沥青混凝土心墙和沥青混凝土面板。

①沥青混凝土心墙。由于沥青混凝土渗透系数很小（10-10～10-9cm/s），所以断面很薄，一般采用底部厚、顶部窄的变厚心墙。对于中、低坝，其底部厚度采用坝高的1/60～1/40，但不小于40cm；顶部厚度可以减小但不得小于30cm。心墙的上下游面铺设过渡层，过渡层用砂砾石或碎石填筑，做成柔性的以调节坝体变形，厚度不要小于50cm以免心墙中的沥青在水压力作用下被挤出。由于心墙位于坝内，不受气候影响，不易受机械损伤，故其施工较沥青混凝土面板简单，但检查维修的条件较斜墙差。

②沥青混凝土面板。常见的有两种形式，一为设有排水层的复式断面；另一为无排水层的简式断面。前者由碎石垫层、整平胶结层、防渗底层、排水层、防渗面层和封闭涂层组成；后者由碎石（或干砌石）垫层、防渗层和封闭涂层组成。垫层一般为碎石或砾石，厚1～3m。有排水层的面板是在防渗层之下或两层防渗层之间，设置由粗粒级配沥青混凝土铺成的排水层，其厚度约20cm，分层铺压，每一铺压层厚3～6cm。许多工程的运用实践表明，无排水层的面板几乎不渗水，因此近年来倾向不设排水层。在防渗层的迎水面涂一层沥青胶砂保护层，以减轻沥青混凝土的老化，增强防渗效果。

2）混凝土（钢筋混凝土）防渗体

与沥青混凝土防渗体一样，混凝土（钢筋混凝土）防渗体也有两种形式：混凝土（钢筋混凝土）心墙和混凝土（钢筋混凝土）面板。

混凝土（钢筋混凝土）防渗体厚度必须满足抗渗、抗裂要求，顶部厚度不小于0.30m。混凝土标号不低于C20，S8，D150，配筋率按构造要求不低于0.4％。为防止面板开裂，一般需设置垂直坝轴线的沉降缝和与地基连接的周边缝，缝内设有可靠的柔性止水结构。考虑到坝面的不均匀沉降，在平行坝轴线方向也需设置水平沉降缝。

4.3.3坝体排水设备

排水设备是土石坝的一个重要组成部分，其主要目的是：

①防止渗流逸出处的渗透变形。

②降低坝体浸润线及孔隙压力，改变渗流方向，增加坝体稳定。

③保护坝坡，防止冻胀破坏。坝体排水设备须保证充分的排水能力，能自由地向下游排出全部渗水，同时应按排水反滤原则设计，保证坝体及地基土不发生渗透破坏。

坝体排水设备的形式与坝型、下游水位、材料、施工条件及筑坝地区的气候条件等因素有关，应通过技术经济比较确定，主要形式有棱体排水、贴坡排水、褥垫排水和综合式排水等。

（1）棱体排水

在坝脚处用块石堆筑而成，如图4.11所示。棱体排水设备适用于下游有水的情况，能降低坝体浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚，且有支持坝体增加稳定的作用，是一种可靠的排水形式。

图4.11　棱体排水

1—坝坡；2—浸润线；3—排水棱；4—反滤层

棱体排水的顶部高程应超出下游最高水位，应大于波浪滑坡面的爬高，且不小于下列数值：对1，2级坝不小于1.0m，对3～5级坝不小于0.5m。

棱体顶部高程应保证坝体浸润线距坡面的距离大于该地区的冻结深度。顶部宽度应根据施工条件及检查观测需要确定，且不得小于1.0m。棱体排水一般不做道路用，以免排水堵塞。棱体内坡根据施工条件确定，为1∶1.0～1∶1.5，外坡一般为1∶1.5～1∶2.0。在排水与坝体及坝基之间应设反滤层。

（2）贴坡排水

贴坡排水又称表层排水，如图4.12所示。排水设在下游坝坡底部，由1～2层堆石或砌石筑成。在石块与坝坡间应设反滤层。这种排水结构简单、省料，且便于检修，可防止渗透破坏，保护下游坝脚。但因未伸入坝体，不能降低浸润线，且防冻性较差，常用于中小型水库且下游无水的均质坝，以及有良好防渗体、坝体浸润线较低的中等高度的土石坝。

图4.12　贴坡排水

1—浸润线；2—护坡；3—反滤层；4—排水体；5—排水沟

贴坡排水层的顶部应高于坝体浸润线的逸出点，超出的高度务必使坝体浸润线位于该地区冻结深度以下，且不小于下列数值：对1，2级坝不小于2.0m，对3～5级坝不小于1.5m。

贴坡排水层的底脚处必须设置排水沟或排水体，其深度或厚度应使水面结冰后，排水沟（排水体）的下部仍有足够的排水断面。当下游有水时，应同时满足护坡稳定的要求。

（3）褥垫排水

将排水体平铺在坝下游的部分地基上，形似褥垫，故称褥垫排水。伸入坝体的长度一般不超过1/4～1/3坝底宽度，向下游做成0.005～0.01的坡度以利排水。排水的厚度可按式（4.4）计算：

式中　q——单宽流量；

　　　K——堆石的渗透系数，一般砾石为100～200m/d，块石为1.000～1.500m/d；

　　　i——堆石中的水力坡降。

排水的厚度一般不宜小于30cm。

褥垫排水体伸入坝体内部，降低浸润线效果显著，有利于坝基排水。但对地基不均匀沉陷的适应能力较差，易断裂，而且检修也比较用难。其只适用于下游无水或下游水位很低的情况。

（4）综合式排水

在实际工程中常将几种排水形式组合应用，兼有各种排水的优点，如图4.13所示。

图4.13　综合排水

4.3.4　护坡

土石坝的上、下游坝面一般要设置护坡。上游护坡的作用是防止波浪淘刷、冰层和漂浮物的损害、顺坝水流冲刷等危害；均质坝下游护坡的作用是防止雨水冲刷，风浪、冰层和水流作用，动物、冻胀干裂等对坝坡的破坏。如下游坡由堆石、卵石、碎石砌成，可不设护坡。

对上、下游护坡的要求是坚固耐久，能抵抗各种因素的破坏作用，并保证底层不受淘刷。尽可能就地取材，以降低造价；施工简单，维修方便。上游护坡的形式有堆石护坡、砌石护坡、混凝土或钢筋混凝土护坡、沥青混凝土护坡；下游护坡的形式有砌石、堆石、碎石和草皮护坡等。

护坡覆盖的范围，上游从坝顶起延伸至水库最低水位以下一定距离，一般为2.5m。下游则从坝顶至排水棱体，无排水棱体时则至坝脚。

（1）砌石护坡

砌石护坡由人工将块石铺砌而成，是土石坝中采用最多的一种。石块应力求紧密嵌紧。砌石所用石块要求质地坚硬、耐风化。石块的大小应根据风浪大小计算确定，单层厚为0.3～0.35m，双层厚为0.4～0.6m。砌石下设碎石或砾石垫层以防水流淘刷。垫层厚一般为0.15～0.25m，有时需铺2～3层，如图4.14所示。

图4.14　砌石护坡

1—堆石层；2—垫层；3—坝体

根据我国的经验，当水库波浪较大时（浪高大于2.0m）可在砌石护坡上用水泥砂浆或细骨料混凝土填缝，以形成整体，提高抗冲能力，但要留一定的缝隙或排水孔，以便排水。

（2）堆石护坡

堆石护坡是将适当级配的石块直接倾倒在坝面垫层上而成的，不加人工铺砌。因堆石抵抗风浪的能力低于砌石，所以厚度要大于砌石护坡，堆石护坡的厚度一般为05～0.9m。下面设厚度为0.4～0.5m的砂砾石垫层。

（3）其他形式的护坡

当坝址缺少石料或风浪过大，块石护坡不足以抵御风浪时可以采用混凝土或钢筋混凝土护坡。其既可以就地浇筑，也可以预制。混凝土板下应设厚度不小于0.15～0.20m的碎石或砾石垫层，粒径一般为2～8mm，也可采用沥青混凝土。

在国外，有些土石坝采用水泥土护坡。这种护坡的材料由土、水和水泥混合而成。水泥占干土重的7％～15％。用砂壤土或砾质土与水泥拌和，加水10％左右，分层压实。填筑后保持潮湿，养护1～2周。其防冲能力和柔性都较好。

土石坝的下游坡一般可用0.1～0.15m厚的碎石和砾石护坡。在气候适宜的地区也可用草皮护坡。

（4）坝顶构造

坝顶设路面，如坝顶有交通要求，则应按道路要求设计；如没有交通要求，则可用单层砌石或砾石护面，以防雨水冲蚀。

坝顶上游侧通常设防浪墙，下游侧设栏杆。防浪墙高度通常为1.0～1.2m，用浆砌石或钢筋混凝土筑成。墙的基础应牢固地埋入坝内，伸入防渗体内。为排除雨水，坝顶路面通常向两侧或一侧做1％～3％的斜坡。有防浪墙时坡向下游，并在坝顶下游侧设纵向排水沟，以便汇集雨水，经坡面排水沟排至下游。典型的坝顶布置如图4.15所示。

图4.15　典型的坝顶布置（单位：m）

4.4　土石坝的稳定分析

土石坝在自重、水荷载、渗透压力和地震荷载等作用下，若剖面尺寸不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或坝体连同部分坝基有可能发生坍滑，造成失稳。当坝基内有软弱夹层时，也有可能发生塑性流动。另外，饱和细沙受地震作用还可能发生液化失稳。土石坝稳定分析的目的在于分析坝体及坝基在各种不同的工作条件下可能产生的失稳形式，校验其稳定性，并经反复修改定出经济剖面。

本节所述的稳定分析，主要指边坡的抗滑稳定。对地震区的非黏性土有时需作液化分析；对于重要工程地基为软黏土时，应作塑流分析。关于液化及塑流问题可参阅有关文献。

4.4.1　土石坝滑动面的形状

土石坝滑坡滑动面的形状与坝体结构、地基地质条件以及坝的工作条件有关，大致有以下几种。

图4.16　土石坝滑动面的形状

1—坝壳或坝体；2—防渗体；3—滑动面；4—软弱夹层

①曲面滑动面，如图4.16（a）、（b）所示。滑动面为一顶部陡而底部渐缓的曲面，曲面近似圆弧。稳定分析中多以圆弧代替，多发生于黏性土坡中。

②折线滑动面，如图4.16（c）、（d）所示。多发生于非黏性土坡，如薄心墙坝、斜墙坝坝体中；当土坡浸水时，则常为图4.16（c）中近似折线的滑动面，折点一般在水面附近。

③复式滑动面，如图4.16（e）、（f）所示。厚心墙坝或由黏土及非黏土构成的多种土质坝形成复式滑动面。当坝基内有软弱夹层时，滑动面不再往下深切，而是沿夹层形成曲、直面组合的复式滑动面。

4.4.2　作用力与计算工况

在对土石坝的稳定性进行理论分析前，应首先分析要考虑的作用力、坝在各种工作条件下的计算即计算工况。

（1）作用力

1）坝体自重

自重为土石坝的主要荷载，应根据其位于水上、水下的情况分别选取湿容重、浮容重计算。

2）渗透压力

当渗透水流通过土体时，土体受有动水压力，方向与渗流方向相同。渗透压力对边坡稳定是不利的。

3）孔隙水压力

土石坝中的土体是可压缩的，而水是不可压缩的，且不能传递剪力，当土体孔隙被饱和后，其上所加荷载将全部为水所承担，在孔隙水因受压而逐渐排出时，所加的荷载才逐转移到土体骨架上。土体骨架所承担的应力为有效应力σ，孔隙水所承担的应力则称为孔隙水压力u，两者之和为总应力。

对于黏性土在以下3种情况下会产生孔隙水压力：

①施工期由于填土不断增加，土体产生压缩，已填土孔隙中的水、气来不及排出而产生孔隙水压力。随着填土的增加，已有的孔隙压力逐渐消散，而又因上部填土的增加而产生新的孔隙水压力，故其变化过程相当复杂。

②库水位降落时，坝体土料由浮容重变成饱和容重，土体重量增加，孔隙中的水、气来不及排出而产生孔隙水压力。

③地震时产生附加孔隙水压力。

孔隙水压力是影响土石坝稳定的关键性荷载。其大小与土料性质，填筑含水量、填筑速度、坝内各点的荷载及排水条件有关，并随时间而变，随荷载的增加而变大，又随孔隙水的排出而逐渐消散，因此很难精确计算。目前，考虑孔隙水压力有两种方法：一种是总应力法，即采用不排水剪的总强度指标来确定土的抗剪强度；另一种是有效应力法，即把孔隙水压力当成一组作用在滑动面上的外力来考虑。此时，采用与有效应力相应的指标，此值由排水剪或固结快剪试验提供。

4）地震荷载

地震区应考虑地震惯性力。

（2）计算工况

1）正常运用

①上游为正常蓄水位，下游为最低水位，或上游为设计洪水位，下游为相应最高水位，坝内形成稳定渗流时，上下游坝坡稳定验算。

②水库水位处于正常和设计水位之间的正常性降落，上游坝坡稳定验算。

2）非常运用情况Ⅰ

①施工期，考虑孔隙水压力时的上下游坝坡稳定验算。

②水库水位非常降落，如自校核洪水降落至死水位以下，以及大流量快速泄空等情况下的上游坝坡稳定验算。

③校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡稳定验算。

3）非常运用情况Ⅱ

正常运用情况遇到地震时上下游坝坡稳定验算。

（3）容许安全系数

土石坝坝坡抗滑稳定的容许安全系数按《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）规定应满足表4.5的要求。

表4.5　容许最小抗滑稳定安全系数

采用计入条块间作用力计算方法时，坝坡的抗滑稳定安全系数应不小于表4.5所规定的数值。采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法计算坝坡稳定时，对1级坝，正常应用情况下最小稳定安全系数应不小于1.30，其他情况应比表4.5中规定降低8％。

4.4.3　坝坡稳定分析方法

瑞典圆弧法是不计条块间作用力的方法，计算简单，已积累了丰富的经验，但理论上有缺陷，且当孔隙水压力较大和地基软弱时误差较大。其基本原理是将滑动土体分为若干铅直土条，不考虑条块间的作用力，求出各条土条对滑动圆心的抗滑力矩和滑动力矩，并求其总和，根据公式：

即求得稳定安全系数。图4.17所示为圆弧滑动计算简图。

当采用总应力法计算在渗流稳定期（即不计渗透动水压力）坝坡的稳定安全系数时，采用对渗透压力影响的近似计算方法，具体计算步骤如下：

①假定圆心、半径，绘制滑弧。

②将滑动面上的土体分条编号。为便于计算，土条宽取b=0.1R（圆弧半径），圆心以下的为0号土条；向上游为1，2，3，……，向下游为-1，-2，-3，……，如图4.17（a）所示。

图4.17　圆弧滑动计算简图

①—坝坡线；②—浸润线；③—下游水面；④—地基面；⑤—滑裂面

③计算土条重量。

a.计算抗滑力时的土条重量W′i：浸润线以上部分用湿容重，浸润线以下部分用浮容重，即

W′i=γ1h1+γ3（h2+h3）+γ4h4

b.计算滑动力时的土条重量Wi：下游水面以上部分用湿容重，下游水面以下部分用饱和容重，即

Wi=γ1h1+γ2h2+γ3h3+γ4h4

④计算安全系数。

a.由自重产生的滑动力（滑弧切线方向）

Ti=Wisinβi

对圆心的滑动力矩

Ms=（Wisinβi）R；

b.由自重产生的抗滑力（滑弧切线方向）

Si=W′icosβitanΦi+cili

对圆心的抗滑动力矩

Mr=（W′icosβitanΦi+cili）R

安全系数公式如下（参照图4.17）：

式中　h1～h4——土条各分段的中线高度，m；

　　　li——各土条滑弧长度，m；

　　　γ1，γ2，γ3，γ4——分别为土条的湿容重、饱和容重、浮容重和坝基土的浮容重，kN/m3。

　　　ci、Φi——分别为土条底面的总应力和抗剪强度指标。

4.5　土料抗剪强度指标的选取

土料抗剪强度指标（内摩擦角f、黏聚力c）的选用影响到坝体的工程量和安全性。《碾压土石坝设计规范》提出了不同情况下确定抗剪强度指标的方法，见表4.6。

表4.6　抗剪强度指标的测定和应用

4.6　土料选择与填土标准确定

筑坝土石料选择应遵守下列原则：

①具有或经加工处理后具有与其使用目的相适应的工程性质，并具有长期稳定性；

②就地、就近取材，减少弃料，少占或不占农田，并优先考虑枢纽建筑物开挖料的利用；

③便于开采、运输和压实。

4.6.1　坝体不同部位对土石料的要求

坝体不同部位由于任务和工作条件不同，对材料的要求也有所不同。

（1）防渗体土料要求

①渗透系数：均质坝不大于1×10-4cm/s，心墙和斜墙不大于1×10-5cm/s；

②水溶盐含量（指易溶盐和中溶盐，按质量计）不大于3％；

③有机质含量（按质量计）：均质坝不大于5％，心墙和斜墙不大于2％，超过此规定需进行论证；

④有较好的塑性和渗透稳定性；

⑤浸水与失水时体积变化小。

以下几种黏性土不宜作为坝的防渗体填筑料，必须采用时，应根据其特性采取相应的措施。

①塑性指数大于20和液限大于40％的冲积黏土；

②膨胀土；

③开挖、压实困难的干硬黏土；

④冻土；

⑤分散性黏土。

目前，国内外对于土石坝材料的要求有逐步放宽的趋势。具体内容参照有关规范及设计资料。

（2）坝壳土石料

料场开采和建筑物开挖的无黏性土（包括砂、砾石、卵石、漂石等）、石料和风化料、砾石土均可作为坝壳料，并应根据材料性质用于坝壳的不同部位。均匀中、细砂及粉砂可用于中、低坝坝壳的干燥区。但地震区不宜采用。采用风化石料和软岩填筑坝壳时，应按压实后的级配研究确定材料的物理力学指标，并应考虑浸水后抗剪强度的降低、压缩性增加等不利情况。对软化系数低、不能压碎成砾石的风化石料和软岩宜填筑在干燥区。下游坝壳水下部位和上游坝壳水位变动区应采用透水料填筑。

（3）对排水体、护坡石科的要求

反滤料、过渡层料和排水体料应符合下列要求：质地致密；抗水性和抗风化性能满足工程运用条件的要求；具有要求的级配；具有要求的透水性；反滤料和排水体料中粒径小于0.075mm的颗粒含量应不超过5％。

反滤料可利用天然或经过筛选的砂砾石料，也可采用块石、砾石轧制，或天然和轧制的掺合料。3级低坝经过论证可采用土工织物作为反滤层。

护坡石料应采用质地致密、抗水性和抗风化性能满足工程运用条件要求的硬岩石料。

4.6.2　土石料的坝筑标准

坝体填土的压实是为了提高填土的密实度和均匀性，使填土具有足够的抗剪强度、抗渗性和抗压缩性，但压得越密实，越需要较大的压实功能，耗费越多的人力、财力和时间，有时反而不够经济合理。因此，设计时必须对选用的材料确定合理的填筑方法和恰当的填筑标准，以取得既安全又经济的设计效果。

填筑过程中，黏性土的填筑标准采用压实度控制。压实度即设计干容重与土料的平均最大干容重的比值。含水量、干容重和压实度之间有密切关系。在一定的压实度下，在相应最优含水量W0时可获得最大干容重（单位为kN/m3）。一般情况下，最优含水量多在塑限附近，如图4.18所示。标准击实数n=40、最大干容重γd=1.67g/cm3、最优含水率20％。同一压实度只有一个最优含水量及最大干容重；同一土料，压实度不同，其最大干容重也不同；对规定干容重只有土料含水量接近最优时，其所需的压实度最小；土在饱和状态下，所有击实作用均无法使填土达到最大干容重状态。

图4.18　黏性土含水量、干容重和压实度间的关系

为了保证土石料的填筑质量，我国《碾压土石坝设计规范》对填筑标准作了如下规定：

（1）黏性土的压实标准

含砾和不含砾的黏性土的填筑标准应以压实度和最优含水率作为设计控制指标。设计干重度应以击实最大干重度乘以压实度求得。

式中　γd——设计干重度；

　　　P——压实度；

　　　γdmax——标准击实试验平均最大干重度。

1级、2级坝和高坝的压实度应为98％～100％，3级中、低坝及3级以下的中坝压实度应为96％～98％；设计地震烈度为8度、9度的地区，宜取上述规定的大值；有特殊用途和性质的特殊土料的压实度宜另行确定。

（2）非黏性土料的压实标准

砂砾石和砂的填筑标准应以相对密度为设计控制指标，并应符合下列要求：①砂砾石的相对密度不应低于0.75，砂的相对密度不应低于0.70，反滤料宜为0.70；②砂砾石中粗粒料含量小于50％时，应保证细粒料（小于5mm的颗粒）的相对密度也符合上述要求；③地震区的相对密度设计标准应符合《水工建筑物抗震设计规范》（SL203—97）的规定。

堆石的填筑标准宜用孔隙率为设计控制指标，并应符合下列要求：①土质防渗体分区坝和沥青混凝土心墙坝的堆石料，孔隙率宜为20％～28％；②沥青混凝土面板坝堆石料的孔隙率宜在混凝土面板堆石坝和土质防渗体分区坝的孔隙率之间选择。③采用软岩、风化岩石筑坝时，孔隙率宜根据坝体变形、应力及抗剪强度等要求确定。④设计地震烈度为8度、9度的地区，可取上述孔隙率的小值。

4.7　土石坝的地基处理

土石坝对地基的要求比混凝土坝低，可不必挖除地表透水土壤和砂砾石等，但地基性质对土石坝的构造和尺寸仍有很大的影响。据资料统计，土石坝约有40％的失事是由地基问题所引起。

土石坝地基处理的任务是：

①控制渗流，减小渗流坡降，避免管涌等有害的渗透变形，控制渗流量。

②保持坝体和坝基的静力和动力稳定，不产生过大的有害变形，不发生明显的均匀沉降，竣工后，坝基和坝体的总沉降量一般不宜大于坝高的1％。

③在保证坝安全运行的条件下节省投资。

4.7.1　砂砾石地基处理

砂砾石地基的主要问题：地基透水性大。处理的目的是减少地基的渗流量，并保证地基和坝体的抗渗稳定。处理方法是“上防下排”。

（1）垂直防渗设施

垂直防渗设施能比较可靠且有效地截断坝基渗流，是一种比较彻底的方法。

1）黏土截水墙

平行坝轴线方向，在坝体防渗体底部挖槽至不透水层，回填黏土。适用于透水层深度较小的情况，如图4.19所示。

图4.19　透水地基截水墙

2）混凝土防渗墙

沿坝轴线方向分段建造槽形孔，孔中浇混凝土成墙，适用于透水层深度大于50m的土石坝，如图4.20所示。

3）帷幕灌浆

采用高压定向喷射灌浆技术，通过喷嘴的高压气流切割地层成缝槽，在缝槽中灌压水泥砂浆，凝结后形成防渗板墙。其特点是可以处理较深的砂砾石地基，但对地层的可灌性要求高，地层的可灌性：①M＜5，不可灌；②M=5～10，可灌性差；③M＞10～15，可灌水泥黏土砂浆或水泥砂浆。

式中　D15——受灌地层中小于该粒径的土占总土重的15％，mm；

　　　d85——灌注材料中小于该粒径的土占总土重的85％，mm。

图4.20　混凝土防渗墙

（2）上游水平防渗铺盖

铺盖是一种由黏土做成的防渗设施，是斜墙、心墙或均质坝坝体向上游的延伸部分，一般应与下游排水设施联合作用。其不能阻截渗流，能延长渗径，结构简单，造价低，但防渗效果不如垂直防渗体。

（3）下游排水措施

坝基中的渗透水流有可能引起坝下游地层的渗透变形或沼泽化；或使坝体浸润线过高时，宜设置坝基排水设施。常用的减压排水设施有排水沟、减压井、透水盖重等。常用的基本措施有：

①透水性均匀的单层结构坝基以及上层渗透系数大于下层的双层结构坝基，可采用水平排水垫层，也可在坝脚处结合贴坡排水体做反滤排水沟。

②双层结构透水坝基，当表层为不太厚的弱透水层，且其下的透水层较浅，渗透性较均匀时，宜将坝底表层挖穿做反滤排水暗沟，并与坝底的水平排水垫层相连，将水导出。此外，也可在下游坝脚处做反滤排水沟。

③对于表层弱透水层太厚，或透水层成层性较显著时，宜采用减压井深入强透水层，如图4.21所示。

图4.21　排水减压设置

4.7.2　细砂与淤泥地基处理

（1）细砂地基

细砂地基的主要问题是液化。液化是在震动荷载作用下，土坝内孔隙水来不及排出，土体内孔隙水压力上升，使土体颗粒间的连接强度降低而处于流动状态。

常用的处理措施为：①打板桩封闭；②浅层土，可采用表面振动加密；③深层土，采用震冲、强夯的方式加固。

（2）淤泥地基

淤泥地基的主要问题是天然含水量高，抗剪强度低，承载能力低。

常用的处理措施为：①挖除；②设置砂井加速排水；③坝脚压重，以保持地基的稳定性。

4.7.3　软黏土和黄土地基处理

软黏土抗剪强度低，压缩性高，在这种地基上筑坝，会遇到下列问题。

①天然地基承载力很低，高度超过3～6m的坝就足以使地基发生局部破坏。

②土的透水性很小，排水固结速率缓慢，地基强度增长不快，沉降变形持续时间很长，在建筑物竣工后仍将发生较大的沉降，地基长期处于软弱状态。

③由于灵敏度较高，在施工中不宜采用振动或挤压措施，否则易扰动土的结构，使土的强度迅速降低而造成局部破坏和较大变形。

对软黏土，一般宜尽可能将其挖除。当厚度较大或分布较广，难以挖除时，可以通过排水固结或其他化学、物理方法，以提高地基土的抗剪强度，改善土的变形特性。常用的方法是：利用砂井加速排水，使大部分沉降在施工期内完成，并调整施工进度，结合坝脚镇压层，使地基土强度的增长与填土重量的增长相适应，以保持地基稳定。

4.7.4　岩石地基的防渗处理

岩石地基的强度大，变形小，其主要问题是渗流。处理目的主要是解决渗流问题，方法同重力坝地基处理。

复习思考题

1.土石坝的特点是什么？试与重力坝、拱坝作比较。

2.土石坝的主要类型有哪些？各有什么优缺点？

3.土石坝的基本剖面为什么是梯形的？

4.确定土石坝坝顶高程和重力坝坝顶高程的不同点是什么？

5.土石坝的上、下游坝坡通常采用什么值，值的范围如何？为什么上游坝坡比下游坝坡平缓？

6.土石坝渗流变形有哪几类？什么叫流土？什么叫管涌？什么叫接触冲刷？什么叫接触流土？

7.防止渗流变形的措施有哪些？

8.重力坝与土石坝的稳定概念有什么不同？影响土石坝稳定的因素有哪些？

9.土石坝坝坡滑裂面的形状有哪几种？在什么情况下易产生何种滑裂面？

10.土石料的填筑标准是什么？在土料设计中，何种土料主要控制何种指标？

11.土石坝为什么要设防渗体？坝身、坝基防渗有哪些方法？

12.土石坝为什么要设置排水设备？坝体排水有哪几种类型？各有什么优缺点？

13.土石坝为什么要设置反滤层？设置反滤层应遵循什么原则？通常应在哪些部位设置反滤层？

14.为什么要进行地基处理？地基处理的目的是什么？