前坪水库黏土心墙坝变形协调分析方法及应用

    第1章  绪  论1．1土石坝的发展

    我国于2 600年前建成的高家堰是洪泽湖大堤的雏形，历经加固翻修，保留至今。但这些小坝、矮坝只能修在小河上或形成旁侧水库。由于泄洪或渗透稳定问题没有解决，直到20世纪20年代尚未出现100 m高的土坝。相对于土石坝，混凝土坝由于混凝土材料技术和施工工艺的发展．百米级的混凝土坝陆续建成。1910年美国建成100 m高的拱坝．1915年建成106 m高的重力坝。到20世纪50年代末，高土石坝在高坝中所占的比重仅31％。随着土石坝碾压施T技术的发展，到20世纪60年代，高土石坝在高坝中的比重逐渐上升，到20世纪70年代．高土石坝所占的比重大大超过重力坝和拱坝。在全球1130

 m以上的高坝中．20世纪70年代．土石坝所占比重比50年代增长l倍，而拱坝和重力坝所占比重逐年下降．重力坝所占比重下降150％，拱坝则下降了50％。2()世纪60年代中期，日本高坝中，重力坝占压倒优势(占高坝总数的67．50h，)。在20世纪70年代，日本100m以上高坝中，土石坝和拱坝占优势，重力坝所占比重较低。2I】世纪70年代，巴西80 m以上的坝中，土石坝占75％。美国60 m以上的坝中，土石坝占80％以上。

    从高坝发展趋势来看，坝高越高，土石坝所占比重越大。截至20世纪80年代末，全球230m以上的高坝15座，其中9座是土石坝，占60％，5座是拱坝。300 m以上的高坝有2座。都是土石坝。土石坝在高坝中所占比重较大的原因有：①土石坝经济性好，造价较混凝土重力坝低。土石坝坝断面为双曲薄拱坝断面的10—16倍，拱坝的施工导流工程量比土石坝小，所以当坝址地质条件较好时，薄拱坝和土石坝可以竞争，而重力坝已无竞争能力。②岩土力学、计算基数的进步，大型施T机械和施lT技术的发展，使建造的高土石坝安全可靠。③在北美和欧洲，地质条件较好的坝址已经开发，而对于覆盖层厚，或基l漱弱．或地质缺陷多的坝址，混凝土坝比土石坝的基础处理复杂，丁作量大，造价高。而发展中国家并非如此．很多优良的混凝土坝坝址，多采用土石坝，这是因为土石坝经济可靠。

    1910—1930年．建造比较高的土石坝大多是木面板堆石坝和混凝土面板堆石坝，堆石是由高栈桥抛投的，或者是码砌。坝高不超过50 m。抛投堆石变形大，会导致面板开裂，如美国盐泉(Salt Springs)坝。在平原或丘陵区，采用水力冲填坝和半水力冲填坝，该坝型在20世纪30年代盛行于美国和南美洲。1910年墨西哥就建成内忙科萨(Neeaxa)水力冲填坝，高55 m。20世纪40年代，苏联在平原河道筑坝也盛行水力冲填坝，如伏尔加河各梯级都是这种坝型。最高的冲填坝是苏联明哥桥乌尔坝和美国福特培克坝，前者坝高78．5 m。后者坝高74 m。20世纪50年代以后，因为大型运输车辆和重型碾压设备的出现。碾压式土石坝单价降低；又因水力冲填坝在施工期常发生滑坡事故，筑坝上升速度受到限制．故这种筑坝技术不再采用。

    现代的高土石坝，不论土、砂或堆石都是经过碾压的。我国在20世纪60年代，在黄土和黄土类壤土地区曾盛行水中填土筑坝，风化碎砾石也可用于水中填土坝，最高的水中填土坝高60m。20世纪70年代以来，这些地区盛行自流式水力冲填坝(水坠坝)，坝高已超过50 m。水中填土坝和自流式水力冲填坝与水力冲填坝一样，施工期常发生滑坡事故。

    由于采用抛投形式建造的混凝土面板堆石坝变形过大，导致面板开裂，到20世纪40年代美国转向修建黏土心墙或斜墙高土石坝。1941年开工修建的130 nl高的泥山(MudM01．113tal。)坝．是一座黏土心墙堆石坝。堆石仍是抛投法施工，19．48年建成。该坝变形很大．裂缝很多。20世纪40年代及50年代，除欧洲采用拱坝外，世界各国大多采用黏土心墙或斜墙土石坝。凡是碾压密实的砂卵石坝壳。心墙很少出现裂缝。凡是抛投式堆石坝壳，都不够密实，变形太大，很多坝坝肩和心墙产生裂缝，但经修补后尚能使用。这个时期建成的最高的坝是156 m高的斯威夫特(Swift)坝。20世纪