浅谈海南气候因素与土石坝坝坡比的关系.docx

1、浅谈海南气候因素与土石坝坝坡比的关系 摘要：在实际的生产实践中，人们一般是根据不同的影响因素来选择不同的坡比。本文主要讲述气候等外界条件对土石坝坡比的影响，同时，针对如何实现最优的土石坝坝坡比提出几点建议。 思想汇报 关键词：海南； 气候； 土石坝； 坡比 一、海南的气候特征： 1、海南的气候特征属于热带海洋气候，雨量充沛，干湿季节都很明显，全年暖热。但一般风较大，经常出现热带风暴、台风。 日照：海南岛的纬度比较低，太阳的投射角很大，而且日照时间很长。每年日照平均时间在 1750 小时到 2650 小时之间，光照率为 50%到 60%。 2、气温：各地的年年平均气温在 23 到 25 之间，一

2、般西南部的温度比较高，中部山区就相对的比较低。并且海南全年都没有冬季，即使是在最冷的 1 月和 2 月，平均温度也只是在 16 到 24 之间。夏季从三月中旬到十一月的上旬，其中，七月到八月的平均温度是一年中温 度最高的，在 25到 29 之间。西、南，中沙群岛属于热带海洋气候，并且常年都是夏季，平均气温在 26.5 左右。 3、降雨：海南岛大部分地区降雨都很充沛，全海南岛年平均降雨量在1600 毫米以上，大致表现为东湿西干。其中，多雨中心在中部偏东的山区，年降雨量约 2000毫米 2400毫米，一般的雨的种类有热雷雨、锋面雨、和台风雨等。 4、湿度：海南岛全年的湿度都很大，其中中部和东部是比

3、较湿润的地区，而西南部则是相对比较干燥的地区，其它的地方则都是半湿润区。 5、热带风暴和台风：海南岛是一个多热带风暴和台风 的地方，每年平均下来大概有 8 到 9 次，有时候情况比较严重的会有 11 次。 简历大全 6、雷暴：海南岛是全国雷暴活动最多的地方，南部沿海雷暴日数为 60 到85 天，其余地方一般在 100 天以上。一般雷暴会发生在午后，规律性比较强，时间大概为每年的 3 月到 10 月。 二、土石坝坝坡比的影响因素： 1、岩体结构以及结构面的影响：由于东西方向和南北方向的结构面纵横切割，特别是贯通性极好的近南北走向，岩体一般被切割成长轴方向，并且与边坡垂直，呈现出板状、楔形岩块和四

4、面体的形状。根据岩体结构面与边坡组合进行极射赤面投 影分析，可得出劈理面和层面等走向的节理，与边坡面斜交的角度比较大，有利于边坡的稳定，对于一些斜交角度比较小但倾角比较陡的，虽然没有塌滑条件，但是仍然存在着不利的楔形体，因此需要做锚固方面的处理。 2、地下水的影响：处在地下水位以上的边坡，其岩体的透水能力比较差，而且山坡比较陡峻，对大气的降水和滞留极为有害。一般库区蓄水后，边坡受到的相应的库水的渗透力会有所增加，但是在蓄水位以下的边坡并没有相对比较薄弱的结构面。一般情况下，可以通过坝基和岸坡的灌浆处理，结合边坡处相应的排水措施进行处理以后，地下水对坡比的 影响就不会很大。 3、地应力和地震的影

5、响：海南的地震相对比较少，而且根据相关的检测，在工程区的范围内没有看见很不好的地质现象，一般表现为山体完整，对于那些弹性模量比较高的石英砂岩和塑性泥岩，它们往往呈现相间分布，对于一些钻孔岩芯多表现为长柱状，由此表明地应力并不高，因此可以得出地应力和地震对边坡的影响并不大。 4、土石坝坝坡比的选择：根据水利水电工程地质手册可以得知，在微风或者中等风时，页岩和化砂都会产生相应的边坡，一般坡比选择在 1:0.3到 1:0.5 之间。 三、最优坡比的选择： 1、渗流计算分析：在确定土石坝的断面的时候，首先要考虑的就是在渗流的作用下，土石坝应该具有的渗透稳定性和防渗透的能力。因此在考虑土石坝坝坡比的时候

6、要考虑土料的抗渗透能力以及渗透系数的影响，大量的实验表明，若土石坝高于 100m，土石坝达到的平均水力就会相应的降到5.0。一般土的性质和水力坡降的关系联系的非常紧密，根据经验可知一般壤土是 4 到 6，而粘性的土质是 5 到 9。海南的土质是粉质粘性的，即在计算分析的时候，允许的水力坡降一般取 5.0。其中大坝的渗透量和渗透比都会随土石坝坝坡比的变缓而逐渐减小，即交换的坝坡比能 够减少相应的土石坝的渗透量。当坝坡比在 1:0.3到 1:0.5之间的时候，不会影响坝坡的稳定，计算分析表明，当坝坡比为 1:0.3的时候，即使是安全系数最小的滑弧也不会通过土石坝，而当坝坡比高于 1:0.3的时候，

7、其安全系数也不会发生改变，因此采用这样的坡比不会影响土石坝坝坡的稳定性。 2、坡体应力应变：对于大坝的固结沉降有限元计算采用了 1:0.2（方案一）和 1:0.3（方案二）两个方案，计算的时候用大坝应力应变和固结沉降进行了耦合计算分析。（ 1）拱应力。坝体的主应力图表明方案一的拱效应比方案二明显的多。利用 三维的有限元的计算可得土石坝因为岸坡的约束作用会出现纵向拱效应现象，即导致土石坝在纵向和横向都发生拱效应，这种应力状态是不利的。所以方案二优于方案一，它出现水力劈裂的可能性比方案一低很多。虽然，计算结果显示，两个方案在蓄水期和竣工期都没有拉应力的出现，但是方案一对比方案二来说相对比较危险。综

8、上所述，方案一的出现水力劈裂的几率比方案二高很多。（ 2）应力水平。计算结果表明，两种方案的应力水平相差不大，但是在蓄水期，方案一的高应力区域比方案二大，因为高应力水平意味着出现剪切破坏的可能性相对来说比较大，即方案一比方 案二危险。（ 3）坝体沉降量。通过计算表明，方案一在实验过程中最大的沉降量是 158.3cm，而方案二在试验过程中最大的沉降量是 186.2cm。其中因为蓄水过程中造成的沉降增量分别是 9.6cm和 10.4cm。由上述可知，方案一与方案二在竣工之后的沉降量相差不大。 总结大全 3、抵御裂缝产生和开展能力的影响：很多的土石坝在建成之后都会出现大坝开裂的现象，比如墨西哥 14

9、8m高的石坝、奥地利 155m高的石坝还有美国 134m高的石坝等等都出现过石坝 发生裂缝的情况。其中裂缝的主要类型有以下几种：（ 1）坝体的 不均匀沉降，如两岸坡段和河床段坝体之间、坝体和坝壳之间、坝基等的不均匀沉降。（ 2）坝体的水力开裂，即因为岸坡基和坝壳之间的约束而在纵向和横向之间出现了拱效应，从而引起坝体的水力开裂。坝体的拱效应会随着坝体的刚度和坝壳的比值的上升而呈现上升的趋势。其中一个重要的影响因素是河谷的形状和土石坝坝坡比，这两者会对拱效应产生很大的影响，一般坡坡比越大，就越容易发生横向拱效应，相应的河谷越窄，越容易发生纵向拱效应。总而言之，坝体出现裂缝的主要原因 开题报告 是坝

10、体与坝壳之间的变形不协调所引起的，比如 Hyttejuvet 大坝，就是因为坝体比较薄，其中宽高比为 0.2，坝体土料的反虑性比压缩性大，因此在沉降的过程中，坝体上部被坝壳托住，而下部则会逐渐下沉，从而引发坝体内部的水平裂缝。 4、工程应用：从国内外大量的实验表明，采用粘土、壤土等类型的土料，土石坝坝体的坡比一般会低于 1:0.25。因此一般采用砾质土、残积土、风化岩石等类型土料的土石坝坝坡 比远远陡于采用壤土、粘土等土料的坡比，最主要的原因就是因为土料的本质不同。后面两种土料的压缩性比前面几种的压缩性大，也就是说后面两种土料产生拱效应的几率也比前 面几种土料的几率大得多，当然产生水力劈裂的可

11、能性也相对比较大，因此土石坝的坡比大一些比较好。如果是因为一些特殊原因，例如因为坝体过高或者土料的储运距离过长而需要增加相应的安全储备以及土料所允许的渗透坡降，在建造土石坝的时候一定要严格按照相关经验公式进行施工，否则会造成很多不必要的损失。如 Elinfernillo 大坝，坝体采用的是粘土进行填筑，但坡比仅仅为 1:0.13，主要原因就是因为土料运输的距离太长，因此需要采用比较薄的坝体； Mud Mountain 大坝，坝体采用的是冰土加上砂卵石进行的混合填筑，其中混 合料中的粘力含量仅为 2%到 3%，不仅没有粘性，而且渗透比仅为 0.1 到 0.3，因此要采用比较厚的坝体。综上所述，一

12、般在没有特殊原因的情况下，坝体会采用坡比小于 1:0.25 的壤土或者粘土进行填筑。这样会给设计者留下一定的空间，从而能够及时的应对突如其来或者没有考虑到的不利因素而带来危害。 思想汇报 总结： 土石坝作为大型水利工程的重中之重，其牢固程度直接影响到整个水利水电工程项目的成败与否。海南的气候属于典型的热带海洋气候，大部分地区降雨都很充沛，全海南岛年平均降雨量在 1600 毫米以上，而且热带 风暴引起的雷暴、台风等恶劣天气较多。在土石坝坝坡比的选取上综合考虑气候等因素，建议坡比值为 1:0.3。经过验证计算，在此坡比值下，土石坝不仅具有一定渗透稳定性和防渗透的能力，而且出现水力劈裂的可能性较低，并具有一定抵御裂缝产生和开展的能力。 参考文献： 海南省人民政府新闻办公室，海南 南中国海的天堂岛，外文出版社 ,2005年 07 月第 1 版 张杰青、徐德鑫， “ 中心岛法 ” 斜支撑基坑开挖坡比对周边环境的影响，工业建筑， 2009 年第 S1 期 龙文，黑河大坝心墙坡比选择的探讨，陕西水利水电技术， 2010 年 第 02期 陈卫平、虞炪，不同坡比水利最佳断面及实用经济断面，江苏水利， 2009年第 02 期