小浪底水利枢纽工程的大坝设计

1.拦沙坝高度与间距

一般说来，坝体越高，拦沙库容就越大，固床护坡的效果也就越明显。但工程量及投资随之急增，因此，应有一个较为合理的选择。

1）按工程使用期多年累计淤积库容确定坝高，计算公式为

地质灾害防治技术

式中：Vs为多年泥沙累计淤积量（m3/a）；n为有效使用年数（a）；i为年序；Vsi为i年时的淤积量（m3/a）；Vsy为多年平均来沙量（m3/a）。

2）按预防一次或多次典型泥石流的泥沙量确定坝高，计算公式为

地质灾害防治技术

式中：n为次数（次）；其他符号意义同前。

3）根据坝高与库容关系曲线拐点法确定：该方法与确定水库坝高类似，不同点是水库水面基本是水平的，而拦沙库表面则是与泥石流性质有关的斜线或折线。因此计算得到的总库容大于同等坝高的水库库容。

4）对于以稳定岸坡为主的拦沙坝，可按回淤长度或回淤纵坡及需压埋坡脚的泥沙厚度确定。即淤积泥沙所具有的抗滑力，应大于或等于滑坡体的下滑力。计算公式为

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式中：Hs为泥沙厚度（m）；W为高出滑动面延长线的淤积物单宽质量（kg/m）；f为淤积物内摩擦系数，无量纲；γs为淤积物的容重（kg/m3）；φ为淤积物内摩擦角（°）。

拦沙坝的高度（H）可按下式计算：

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式中：H为拦沙坝的高度（m）；H1为沟床以下的拦沙坝高度（m）；i0为淤积后的沟床坡降（‰）；i为淤积前沟床坡降（‰）；Hs为泥沙淤积厚度（m）；L为淤积物尾部至拦沙坝的水平距离（m）。

5）根据坝址及库区的地形地质条件，按实际所需的拦淤大小确定坝高。

6）当单个坝库不能满足防治泥石流的要求时，则可采用梯级坝系。在布置中，各单个坝体之间应相互协调配合，使梯级坝系能构成有机的整体。梯级坝系的总高度及拦淤量应为各单个坝的有效高度及拦淤量之和。

泥石流拦沙坝的坝下消能防冲及坝面抗磨损等技术问题，一直未能得到很好解决。故从维护坝体安全及工程失效后可能引发的不良后果考虑，在泥石流沟内的松散层上修建的单个拦沙坝高，最好小于30m，对于梯级坝系的单个溢流坝，应低于10m。对于强震区及潜在危险（如冰湖溃决、大型滑坡的泥石流沟）区，拦沙坝的间距可根据坝高及回淤坡度计算确定。拦沙坝建成后，沟床泥沙的回淤坡度（i0）与泥石流活动的强度有关。可采用比拟法，对已建拦沙坝的实际淤积坡度与原沟床坡度（i）进行比较确定。即

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式中：C为比例系数，一般为0.5～0.9，或按表3－2取值。若泥石流为衰减期，坝高又较大时，则用表内的下限值；反之，选用上限值。

2.拦沙坝的结构设计

（1）拦沙坝的断面形式

对于重力拦沙坝，从抗滑、抗倾覆稳定及结构应力等比较，有利的合理断面是三角形或梯形。在实际工程中，坝的横断面的基本形式如图3－4所示，下游面近乎垂直。

表3－2 C值一览表

当坝高H<10m时，底宽B＝0.7 H，上游面边坡n1＝0.5～0.6，下游面边坡n2＝0.05～0.20。

当10m<H<30m时，底宽B＝（0.7～0.8）H，上游面边坡n1＝0.60～0.70，下游面边坡n2＝0.05～0.20。

当坝高H>30m时，底宽B＝（0.8～1.0）H，上游面边坡n1＝0.60～0.80，下游面边坡n2＝0.05～0.20。

为了增加坝体的稳定，坝基底板可适当增长，底板的厚度为（0.05～0.1）H，坝顶上、下游面均以直面相连接。

（2）坝体其他尺寸控制

1）非溢流坝坝顶高度（H）：等于溢流坝高（Hd）与设计过流泥深（Hc）及相应标准的安全超高（H0）之和。即

图3－4 重力拦沙坝横断面示意图

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2）坝顶宽度（b）：应根据运行管理、交通、防灾抢险及坝体再次加高的需要综合确定。对于低坝，b的最小值应为1.2～1.5m，高坝的b值则应在3.0～4.5m之间。

3）坝身排水孔：单个排水孔的尺寸可用0.5m×0.5m。孔洞的横向间距，一般为4～5倍的孔径；纵向上的间距可为3～4倍的孔径，上下层之间可按品字形分布。起调节流量作用的大排水孔，孔径应大于1.5～2.0倍的最大漂砾直径。

4）坝顶溢流口宽度，可按相应的设计流量计算。为了减少过坝泥石流对坝下游的冲刷及对坝面的严重磨损，应尽量扩大溢流宽度，使过坝的单宽流量减小。

5）坝下齿墙具有增大抗滑、截止渗流及防止坝下冲刷等作用。齿墙深度应视地基条件而定，最大可达3～5m。齿墙为下窄上宽的梯形断面，下齿宽度多为0.10～0.15倍的坝底宽度。上齿宽度可采用下齿宽度的2.0～3.0倍。

3.重力拦沙坝的结构计算

重力拦沙坝应进行抗滑、抗倾覆稳定验算，坝体和坝基的应力计算及下游抗冲刷计算。

（1）抗滑稳定验算

抗滑稳定验算对拟定坝的横断面形式及尺寸起着决定性的作用。坝体沿坝基面滑动的验算公式为

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式中：K0为抗滑稳定性系数；∑W为作用于单宽坝体计算断面上各垂直力的总和（如坝体重、水重、泥石流体重、淤积物重、基底浮托力及渗透压力等）；∑F为作用于计算断面上各水平力之和（含水压力、流体压力、冲击力、淤积物侧压力等）；f为砌体同坝基之间的摩擦系数（可查表或现场实验确定）；Kc为抗滑稳定安全系数，一般取1.05～1.15。

当坝体沿切开坝踵和齿墙的水平断面滑动，或坝基为基岩时，应计入坝基摩擦力与粘结力，则

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式中：C为单位面积上的粘结力（kPa）；A为剪切断面面积（m2）；其他符号意义同前。

（2）抗倾覆稳定验算

抗倾覆稳定验算的计算公式为

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式中：K0为抗倾覆稳定性系数；∑My为坝体的抗倾覆力矩，是各垂直作用荷载对坝脚下游端的力矩之和；∑M0为使坝体倾覆的力矩，是各水平作用力对坝脚下游端的力矩之和；Ky为抗倾覆安全系数，一般取1.3～1.6。

（3）坝体的强度计算

由于拦沙坝的高度一般都不很高，故多采用简便的材料力学方法计算。

1）垂直应力的计算公式为

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或

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式（3－18）和式（3－19）中：σ为垂直应力（kPa）；∑M为截面上所有荷载对截面重心的合力矩（kN·m）；X为各荷载作用点至断面重心的距离（m）；b为断面宽度（m）；e为合力作用点与断面重心的距离（m）；J为断面的惯性矩（m4）；∑W为各荷载的垂直分量的总和（kN/m）；A为剪断断面面积（m2）。

为了满足合力作用点应在截面的1/3内 ，满库时在上游面坝脚或空库时在下游面坝脚的最小压应力（σmin）不变为负值，则需满足

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式中符号意义同前。

坝体内或地基的最大压应力（σmax）不得超过相应的允许值，即

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式中：［σ］为容许应力值；其他符号意义同前。

2）边缘主应力包括上、下游面两种计算公式。

坝体上游面的一对主应力（σa1、σa2）可按下面公式计算：

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坝体下游面的一对主应力（σb1、σb2）可按下面公式计算：

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式（3－22）～式（3～25）中：σ、σ′分别为同一水平截面的上、下游边缘正应力（×10kPa）；θ1、θ2分别为上、下游坝面与计算水平截面的夹角（°）；γc为泥石流的容重（kg/m3）；y为计算断面以上的泥架高度（m）。

3）边缘剪应力包括上、下游面两种计算公式。

坝体上、下游面的边缘剪应力可按以下公式计算：

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式（3－26）和式（3－27）中：τa、τb分别为低于筑坝材料的允许应力值（×10kPa）；其他符号意义同前。

步骤：

工程方案拟定；

坝址及坝型的选择；

坝址的选择 .；

坝型的选择；

坝工设计；

渗流计算 ；.

土石坝坝坡稳定分析计算 ；

地基处及裂缝处理；

护坡设计 。

拦沙坝的坝址选择应考虑以下因素：

①在地形条件方面，应选择沟道狭窄、库内平坦广阔的地形，以提高单位坝体拦蓄泥沙的库容。

②地质条件和水文地质条件方面，力求坝基和山坡基础良好，不漏水，尽量避免地质松软及沟床向下倾斜较陡的地段，以免坝身发生塌陷、滑动等危险。坝址两侧山坡应稳定，无滑坡危险。

③坝址上游集水区土壤侵蚀严重时，有滑坡潜在危险。

④坝址附近应有足够的适宜筑坝用的材料，如粘性土、壤土、砂土、砂、石以及石料等。

⑤施工条件方便。拦沙坝的库容主要根据多年平均来沙量，单位坝体拦沙库容大小以及坝高库容曲线综合分析确定。

一般来说，坝高越高，库容越大，拦沙量越多，单位坝体的拦沙库容也越大。但是，库容增大则工程量增大，施工期限加长。应根据施工力量、施工条件及允许的施工期限合理确定坝高。此外，由于过坝山洪的消能设备造价随坝高增大而增加，在确定库容及坝高时还应考虑单位库容的造价。拦沙坝的断面形状与尺寸因坝型而异，在初步选定断面形状与尺寸后，应进行坝体抗滑稳定和应力验算。

没有水库设计规范，水库无非就是闸和坝，水闸就是水闸设计规范，坝就多了，有混凝土重力坝设计规范、混凝土拱坝设计规范、混凝土面板堆石坝设计规范、碾压式土石坝设计规范等。就看你用哪个了

堤防工程设计采用堤防工程设计规范,城市防洪工程设计规范,以及防洪标准.

水库大坝多为土石坝,采用碾压式土石坝设计规范.

百度百科：

平原水库工程设计规范

为了搞好平原水库建设，统一平原水库工程设计标准和技术要求，提高工程质量，做到技术先进、经济合理，能够安全有效地调蓄水量，满足工业、农业及城乡居民生活用水等需要，按照国家《标准编写的基本规定》、水利部《水利水电工程初步设计报告编制规程》(DL 5021—93)、 《水利技术标准编写规定》(SL 1—2002)、《山东省地方标准制修订管理规定》的要求，编制本规范。

1、通过实验，掌握一种工程实践找那个常用的坝坡（或边坡）稳定分析软件的应用方法。

2、熟悉坝坡（或边坡）稳定分析步骤，判断坝坡（边坡）的稳定性，并得出其稳定安全系数。

3、掌握各种参数对坝坡（或边坡）稳定性的影响，以便于今后的设计湖施工工作中更好地进行稳定控制，保证坝坡（或边坡）的安全。

1.地形，大坝通常建于峡谷出口处，出口狭窄，利于工程施工，峡谷面积大，能容蓄更多的水量。

2.地质，大坝处要求地质条件稳定，不能建于断层上，库区下防止有漏斗区。水库的建设会诱发地震，要加强工程防护。

3.生物，大坝的建设会对生物生存环境造成影响，要充分予以考虑。

4.水文，建大坝的时间通常选择在枯水期。

另外，库区的修建会对局地小气候，地下水、土壤盐碱化等都会有一定影响，要充分评估后再做决定。

1，考虑水库对当地自然环境的影响，如水库对当地原住民的影响，对当地气候的影响等等

2，考虑当地自然环境对水可得影响，如水库在恶劣环境下的生存情况

上图中A为重力坝，在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求。同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。重力坝的主要缺点是坝体体积大，耗用水泥多。

B为拱坝，从力学角度比较合理；在外荷作用下，拱主要产生压力，使构件摆脱了弯曲变形。拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。主要是利用拱端基岩的反作用来支承。拱圈截面上主要承受轴向反力，可充分利用筑坝材料的强度。其经济性和安全性都很好。而农村砖石或混凝土取材是比较便利的。

C虽也为拱形，但方向不正确，水荷载加在拱的下部，使拱体一侧受拉，而拱结构受压不能承受拉力。

D与C类似，受力不合理。