国家规划重点图书
水王设计手册
（第2版）
主编索丽生刘宁
副主编高安泽王柏乐刘志明周建平
第6卷土石坝
主编单位水利部水利水电规划设计总院
主编关志诚
主审林昭曹克明蒋国澄
.@. ！！！~！~：o~！！
定的帮助
本手册编成之后，我们感到仍有许多不足之处，例如：个别章的设
置和顺序安排不尽恰当；有的章字数偏多，内容上难免存在某些重复；
对现代化的设计方法如系统工程、优化设计等，介绍得不够；在文字
体例、繁简程度等方面也不尽一致。所有这些，都有待于再版时叫
改进
本手册自筹备编写至今，历时已近5年，前后参加编写、审订工作
的有30多个单位100多位同志。接受编写任务的单位和执笔同志都肩负
繁重的设计、科研、教学等工作，他们克服种种困难，完成了手册编写
任务，为手册的顺利出版作出了贡献。在此，我们向所有参加手册工作
的单位、编写人、审订人表示衷心的感谢，并致以诚挚的慰问。已故水
力发电建设总局副总工程师吴景岳同志和水利出版社社长林晓同志，他
们生前参加手册发起并做了大量工作，谨在此表示深切的怀念
最后，我们诚恳地欢迎读者对手册中的疏漏和错误给予批评指正
水利电力部水利水电规划设计院
华东水利学院
1982年5月
目录
水利水电建设的宝典一一一《水工设计手册》（第2版）序…陈雷
序……··…...….....….........…·…….........潘家铮
第2版前言
第1版前言
第1章土质防渗体土石坝
1. 1 概述…·
1. 2 设计基本要求8
1. 2. 1 土石坝安全和功能的基本要求…8
1. 2. 1. 1 坝顶高程……8
1. 2. 1. 2 抗滑稳定…
1. 2. 1. 3 渗流·
1. 2. 1. 4 变形－
1. 2. 1. 5 抗震·
1. 2. 2 最大坝离及坝高划分……9
1. 2. 2. 1 最大坝高·
1. 2. 2. 2 坝高划分·
1. 2. 3 土石坝的运用条件9
1. 2. 3. 1 运用条件划分9
1. 2. 3. 2 三种运用条件的区分界限…9
1. 2. 3. 3 三种运角条件下的工况……9
1. 3 坝轴线及坝型选择…10
1. 3. 1 坝址选择…
1. 3. 2 坝轴线选择…
1. 3. 3 坝型比较与选择…
1. 3. 3. 1 坝型…
1. 3. 3. 2 坝型选择……12
1. 4 筑坝材料的基本性质……14
1. 4. 1 筑坝材料的物理性质……14
1. 4. 1. 1 工程分类··
1. 4. 1. 2 密度试验方法16
1. 4. 1. 3 比重测定方法16
1. 4. 1. 4 颗粒级配…..17
1. 4. 1. 5 界限含水率…17
1. 4. 1. 6 相对密度……
1. 4. 1. 7 结构性秸土的崩解…17
1. 4. 2 筑坝材料的矿化性质……17
1. 4. 3 筑坝材料的抗剪强度……17
1. 4. 3. 1 库仑（Coulomb）强度公式17
1. 4. 3. 2 非线性抗剪强度……18
1. 4. 4 筑坝材料的变形特性……18
1. 4. 5 粗粒材料的浸水变形特性18
1. 4. 6 粗粒材料的流变特性……19
1. 4. 7 筑坝材料的渗透特性….19
1. 4. 8 筑坝材料的动力特性……20
1. 4. 8. 1 动强度20
1. 4. 8. 2 动力变形特性20
1. 5 筑坝材料选择与填筑设计21
1. 5. 1 基本原则和料场规划要求21
1. 5. 2 防渗土料选择和填筑设计21
1. 5. 2. 1 对防渗土料的一般要求……21
1. 5. 2. 2 一般蒙古性土选择……22
1. 5. 2. 3 砾石土23
1. 5. 2. 4 特殊士31
1. 5. 2. 5 填筑设计……43
1. 5. 3 反滤料、过渡层料和排水体料的选择
及填筑设计……··：44
1. 5. 3. 1 基本要求……44
1.5.3.2 级配设计……44
1.5.3.3 防止分离要求45
1. 5. 3. 4 设计步骤……45
1. 5. 3. 5 填筑设计……47
1. 5. 4 坝壳料的选择及填筑设计48
1. 5. 4. 1 坝壳料的选择及分区48
1. 5. 4. 2 坝壳料的一般要求…48
1.5.4.3 堆石料48
1. 5. 4. 4 砂砾石料……56
1. 5. 4. 5 砂类土59
1. 5. 4. 6 坝壳料填筑设计….59
1. 5. 5 填筑施工控制……59
1. 5. 6 工程实例…62
1. 5. 6. 1 设计指标……62
1.5.6.2 施工碾压参数62
1.5.6.3 坝体填筑质量检测成果……62
1. 6 坝体结构…..62
1. 6. 1 坝顶宽度…62
1. 6. 2 坝顶超高…62
1. 6. 2. 1 坝顶超高定义62
1.6.2.2 风率水面高度确定..64
1. 6. 2. 3 坝顶安全加高……..64
1. 6. 3 设计波浪爬高计算64
1. 6. 3. 1 累积频率……64
1.6.3.2 年最大风速…64
1. 6. 3. 3 风向和风区长度……64
1. 6. 3. 4 波浪要素计算64
1. 6. 3. 5 平均波浪爬高65
1. 6. 3. 6 设计波浪爬高确定…66
1. 6. 3. 7 坝前库区两岸发生滑坡
的涌浪高……66
1. 6. 4 坝坡和马道“
1. 6. 4. 1 影响坝坡的因素……66
1. 6. 4. 2 坝坡坡率的确定……66
1. 6. 5 坝体分区…66
1. 6. 6 防渗体结构“
1. 6. 6. 1 一般要求……66
1. 6. 6. 2 斜墙和心墙断面……67
1. 6. 7 反滤层和过渡层…68
1. 6. 8 坝体排水…四
1. 6. 8. 1 棱体排水……69
1. 6. 8. 2 贴坡排水……69
1. 6. 8. 3 坝内排水…··70
1. 6. 8. 4 综合型排水…70
1. 6. 9 护坡71
1.6.9.1 上游护坡……71
1.6.9.2 下游护坡……73
1. 6. 10 坝顶、坝面排水73
1.6.10.l 坝顶排水…73
1. 6. 10. 2 坝面排水…73
1. 6. 11 坝顶构造74
1.6.11.1 坝顶路面…74
1. 6. 11. 2 防浪墙和路缘石…74
1. 6. 11. 3 栏杆和路灯76
1. 7 砂砾石坝基处理……76
1. 7. 1 处理目的及处理措施……76
1.7.1.1 处理目的和方案选择76
1.7.1.2 渗流控制措施的方式76
1.7.l.3 渗流控制措施的适用条件…76
1. 7. 2 混凝土防渗墙……78
1.7.2.1 防渗墙设计需具备的基本资料……78
1.7.2.2 墙体结构设计78
1. 7. 3 灌浆帷幕…82
1.7.3.1 砂砾石地基的可灌性82
1.7.3.2 帷幕设计原则83
1.7.3.3 灌浆方法……83
1.7.3.4 灌浆材料……3
1.7.3.5 灌浆试验……84
1. 7. 4 铺盖与下游排水设施……84
1. 7. 4. 1 铺盖设计……84
1. 7. 4. 2 下游排水设施及透水盖重…85
1. 8 岩石坝基处理…
1. 8. 1 岩石坝基处理要求86
1. 8. 2 坝基软弱带的处理87
1. 8. 3 坝基灌浆帷幕…·
1. 8. 3. 1 灌浆的目的和基本要求……88
1. 8. 3. 2 灌浆帷幕设计88
1. 8. 3. 3 灌浆试验…·
1. 8. 4 团结灌浆…·
1. 8. 4. 1 团结灌浆的目的……90
1. 8. 4. 2 固结灌浆设计90
1. 8. 5 岩溶（喀斯特）处理……90
1. 8. 5. 1 开挖·
1. 8. 5. 2 铺盖…91
1. 8. 5. 3 堵塞溶洞…
1. 8. 5. 4 .灌浆…
1. 8. 5. 5 筑墙隔离…
1. 8. 5. 6 截堵导排…
1. 9 特殊土坝基处理……92
1. 9. 1 软土…
1. 9. 1. 1 工程特性及建坝问题92
1. 9. 1. 2 软土地基处理设计的主要内容……94
1.9.l.3 软土坝基处理方法…94
1. 9. 2 湿陷性黄土97
1. 9. 2. 1 湿陷性黄土特性……97
1. 9. 2. 2 湿陷程度的判别标准97
1. 9. 2. 3 湿陷性黄土坝基处理97
1.10 大坝防渗体与坝基岸坡
及混凝土建筑物的连接100
1. 10. 1 防渗体与坝基（含坝肩）的结合……100
1.10.1.1 土质防渗体与土质坝基
及岸坡连接100
1.10.1.2 土质防渗体与岩石坝基
及岸坡连接100
1. 10. 1. 3 岸坡的开挖要求…101
1. 1 o. 2 大坝防渗体与其他建筑物的结合……102
1. 10. 2. 1 与混凝土建筑物的连接…102
1. 10. 2. 2 坝、下埋涵管102
1.10.2.3 坝内廊道…103
1.11 渗流计算…105
1. 11. 1 概述……105
1. 11. 2 计算工况…….105
1. 11. 3 渗流计算的边界条件…105
1. 11. 4 计算方法105
1. 11. 4. 1 公式法……105
1. 11. 4. 2 数值解法…106
1. 11. 4. 3 试验方法…106
1. 11. 4. 4 图解法……106
1. 11. 4. 5 模型试验与数值模拟计算分析
相互验证法106
1. 11. 4. 6 计算模型建立和概化…··107
1. 11. 5 渗透稳定计算…108
1.11.5.1 渗透稳定计算的内容……108
1.11.5.2 渗透变形及其判别方法…108
1. 12 稳定分析…109
1. 12. 1 计算工况109
1. 12. 2 计算断面选取…109
1. 12. 3 土体抗剪强度指标及其选用…109
1. 12. 3. 1 土体抗剪强度指标的测定109
1. 12. 3. 2 土体抗剪强度指标的选用109
1. 12. 4 计算方法及其适用条件110
1. 12. 4. 1 计算方法…110
1. 12. 4. 2 适用条件…113
1. 12. 5 作用荷载的计算及选取114
1. 12. 5. 1 坝体的自重作用…114
1. 12. 5. 2 静水压力…114
1.12.5.3 孔隙水压力114
1.12.5.4 地震力……115
1. 12. 6 计算程序115
1. 12. 7 稳定安全系数标准……115
1. 12. 8 大坝抗滑稳定分项系数设计法116
1.12.8.1 概述……116
1.12.8.2 分项系数的确定…116
1.12.8.3 抗滑稳定计算方法117
1. 13 应力变形计算……119
1. 13. 1 概述……119
1. 13. 2 应力与应变以及破坏准则……119
1.13.2.1 应力119
1.13.2.2 应变119
1.13.2.3 破坏准则…120
1. 13. 3 计算模型的选择120
1. 13. 3. 1 非线性弹性模型…120
1. 13. 3. 2 弹塑性模型122
1. 13. 3. 3 本构模型的应用评价……124
1. 13. 4 计算参数的选取124
1. 13. 4. 1 邓肯一张模型……124
1. 13. 4. 2 K-G模型127
1. 13. 4. 3 修正剑桥模型……127
1. 13. 4. 4 南水模型…127
1. 13. 4. 5 河海大学椭圆一抛物双屈服面
模型127
1. 13. 5 各种运用期中大坝所承受的荷载……128
1. 13. 6 验算拉裂和剪切破坏…128
1. 13. 7 沉降计算130
1.13.7.1 沉降计算的任务…130
1.13.7.2 坝体和坝基的应力131
1.13.7.3 沉降量计算133
1.13.7.4 沉降随时间发展过程的计算……134
1. 14 大坝的抗震设计…135
1. 14. 1 抗震计算135
1. 14. 2 抗震设计原则和依据…136
1. 14. 2. 1 设计原则…136
1.14.2.2 设计烈度…136
1. 14. 3 地震区筑坝材料选择与填筑…137
1. 14. 3. 1 防渗土料…137
1.14.3.2 坝壳料……137
1.14.3.3 压实标准…137
1. 14. 4 坝体结构抗震设计……137
1. 14. 4. 1 坝顶超高…137
1. 14. 4. 2 坝型及坝坡138
1. 14. 5 坝体与其他建筑连接部位的
抗震措施139
1. 14. 5. 1 土质防渗体与岸坡和
混凝土建筑物的连接……139
1. 14. 5. 2 坝下埋管…140
1. 14. 6 坝基覆盖层地震液化处理……140
1. 14. 6. 1 主要设计工作内容和步骤140
1. 14. 6. 2 士的地震液化初判方法…140
1. 14. 6. 3 土的地震液化复判方法…141
1. 14. 6. 4 地震液化处理的措施……142
1. 15 土石坝的除险加固143
1. 15. 1 土石坝的病险及特征…143
1. 15. 2 产生病险的原因143
1.15.2.1 坝顶高程不满足要求……143
1. 15. 2. 2 渗流问题…143
1.5.6.3 坝体填筑质量检测成果……62
1. 6 坝体结构…..62
1. 6. 1 坝顶宽度…62
1. 6. 2 坝顶超高…62
1. 6. 2. 1 坝顶超高定义62
1.6.2.2 风率水面高度确定..64
1. 6. 2. 3 坝顶安全加高……..64
1. 6. 3 设计波浪爬高计算64
1. 6. 3. 1 累积频率……64
1.6.3.2 年最大风速…64
1. 6. 3. 3 风向和风区长度……64
1. 6. 3. 4 波浪要素计算64
1. 6. 3. 5 平均波浪爬高65
1. 6. 3. 6 设计波浪爬高确定…66
1. 6. 3. 7 坝前库区两岸发生滑坡
的涌浪高……66
1. 6. 4 坝坡和马道“
1. 6. 4. 1 影响坝坡的因素……66
1. 6. 4. 2 坝坡坡率的确定……66
1. 6. 5 坝体分区…66
1. 6. 6 防渗体结构“
1. 6. 6. 1 一般要求……66
1. 6. 6. 2 斜墙和心墙断面……67
1. 6. 7 反滤层和过渡层…68
1. 6. 8 坝体排水…四
1. 6. 8. 1 棱体排水……69
1. 6. 8. 2 贴坡排水……69
1. 6. 8. 3 坝内排水…··70
1. 6. 8. 4 综合型排水…70
1. 6. 9 护坡71
1.6.9.1 上游护坡……71
1.6.9.2 下游护坡……73
1. 6. 10 坝顶、坝面排水73
1.6.10.l 坝顶排水…73
1. 6. 10. 2 坝面排水…73
1. 6. 11 坝顶构造74
1.6.11.1 坝顶路面…74
1. 6. 11. 2 防浪墙和路缘石…74
1. 6. 11. 3 栏杆和路灯76
1. 7 砂砾石坝基处理……76
1. 7. 1 处理目的及处理措施……76
1.7.1.1 处理目的和方案选择76
1.7.1.2 渗流控制措施的方式76
1.7.l.3 渗流控制措施的适用条件…76
1. 7. 2 混凝土防渗墙……78
1.7.2.1 防渗墙设计需具备的基本资料……78
1.7.2.2 墙体结构设计78
1. 7. 3 灌浆帷幕…82
1.7.3.1 砂砾石地基的可灌性82
1.7.3.2 帷幕设计原则83
1.7.3.3 灌浆方法……83
1.7.3.4 灌浆材料……3
1.7.3.5 灌浆试验……84
1. 7. 4 铺盖与下游排水设施……84
1. 7. 4. 1 铺盖设计……84
1. 7. 4. 2 下游排水设施及透水盖重…85
1. 8 岩石坝基处理…
1. 8. 1 岩石坝基处理要求86
1. 8. 2 坝基软弱带的处理87
1. 8. 3 坝基灌浆帷幕…·
1. 8. 3. 1 灌浆的目的和基本要求……88
1. 8. 3. 2 灌浆帷幕设计88
1. 8. 3. 3 灌浆试验…·
1. 8. 4 团结灌浆…·
1. 8. 4. 1 团结灌浆的目的……90
1. 8. 4. 2 固结灌浆设计90
1. 8. 5 岩溶（喀斯特）处理……90
1. 8. 5. 1 开挖·
1. 8. 5. 2 铺盖…91
1. 8. 5. 3 堵塞溶洞…
1. 8. 5. 4 .灌浆…
1. 8. 5. 5 筑墙隔离…
1. 8. 5. 6 截堵导排…
1. 9 特殊土坝基处理……92
1. 9. 1 软土…
1. 9. 1. 1 工程特性及建坝问题92
1. 9. 1. 2 软土地基处理设计的主要内容……94
1.9.l.3 软土坝基处理方法…94
1. 9. 2 湿陷性黄土97
1. 9. 2. 1 湿陷性黄土特性……97
1. 9. 2. 2 湿陷程度的判别标准97
1. 9. 2. 3 湿陷性黄土坝基处理97
1.10 大坝防渗体与坝基岸坡
及混凝土建筑物的连接100
1. 10. 1 防渗体与坝基（含坝肩）的结合……100
1.10.1.1 土质防渗体与土质坝基
及岸坡连接100
1.10.1.2 土质防渗体与岩石坝基
及岸坡连接100
1. 10. 1. 3 岸坡的开挖要求…101
1. 1 o. 2 大坝防渗体与其他建筑物的结合……102
1. 10. 2. 1 与混凝土建筑物的连接…102
1. 10. 2. 2 坝、下埋涵管102
1.10.2.3 坝内廊道…103
1.11 渗流计算…105
1. 11. 1 概述……105
1. 11. 2 计算工况…….105
1. 11. 3 渗流计算的边界条件…105
1. 11. 4 计算方法105
1. 11. 4. 1 公式法……105
1. 11. 4. 2 数值解法…106
1. 11. 4. 3 试验方法…106
1. 11. 4. 4 图解法……106
1. 11. 4. 5 模型试验与数值模拟计算分析
相互验证法106
1. 11. 4. 6 计算模型建立和概化…··107
1. 11. 5 渗透稳定计算…108
1.11.5.1 渗透稳定计算的内容……108
1.11.5.2 渗透变形及其判别方法…108
1. 12 稳定分析…109
1. 12. 1 计算工况109
1. 12. 2 计算断面选取…109
1. 12. 3 土体抗剪强度指标及其选用…109
1. 12. 3. 1 土体抗剪强度指标的测定109
1. 12. 3. 2 土体抗剪强度指标的选用109
1. 12. 4 计算方法及其适用条件110
1. 12. 4. 1 计算方法…110
1. 12. 4. 2 适用条件…113
1. 12. 5 作用荷载的计算及选取114
1. 12. 5. 1 坝体的自重作用…114
1. 12. 5. 2 静水压力…114
1.12.5.3 孔隙水压力114
1.12.5.4 地震力……115
1. 12. 6 计算程序115
1. 12. 7 稳定安全系数标准……115
1. 12. 8 大坝抗滑稳定分项系数设计法116
1.12.8.1 概述……116
1.12.8.2 分项系数的确定…116
1.12.8.3 抗滑稳定计算方法117
1. 13 应力变形计算……119
1. 13. 1 概述……119
1. 13. 2 应力与应变以及破坏准则……119
1.13.2.1 应力119
1.13.2.2 应变119
1.13.2.3 破坏准则…120
1. 13. 3 计算模型的选择120
1. 13. 3. 1 非线性弹性模型…120
1. 13. 3. 2 弹塑性模型122
1. 13. 3. 3 本构模型的应用评价……124
1. 13. 4 计算参数的选取124
1. 13. 4. 1 邓肯一张模型……124
1. 13. 4. 2 K-G模型127
1. 13. 4. 3 修正剑桥模型……127
1. 13. 4. 4 南水模型…127
1. 13. 4. 5 河海大学椭圆一抛物双屈服面
模型127
1. 13. 5 各种运用期中大坝所承受的荷载……128
1. 13. 6 验算拉裂和剪切破坏…128
1. 13. 7 沉降计算130
1.13.7.1 沉降计算的任务…130
1.13.7.2 坝体和坝基的应力131
1.13.7.3 沉降量计算133
1.13.7.4 沉降随时间发展过程的计算……134
1. 14 大坝的抗震设计…135
1. 14. 1 抗震计算135
1. 14. 2 抗震设计原则和依据…136
1. 14. 2. 1 设计原则…136
1.14.2.2 设计烈度…136
1. 14. 3 地震区筑坝材料选择与填筑…137
1. 14. 3. 1 防渗土料…137
1.14.3.2 坝壳料……137
1.14.3.3 压实标准…137
1. 14. 4 坝体结构抗震设计……137
1. 14. 4. 1 坝顶超高…137
1. 14. 4. 2 坝型及坝坡138
1. 14. 5 坝体与其他建筑连接部位的
抗震措施139
1. 14. 5. 1 土质防渗体与岸坡和
混凝土建筑物的连接……139
1. 14. 5. 2 坝下埋管…140
1. 14. 6 坝基覆盖层地震液化处理……140
1. 14. 6. 1 主要设计工作内容和步骤140
1. 14. 6. 2 士的地震液化初判方法…140
1. 14. 6. 3 土的地震液化复判方法…141
1. 14. 6. 4 地震液化处理的措施……142
1. 15 土石坝的除险加固143
1. 15. 1 土石坝的病险及特征…143
1. 15. 2 产生病险的原因143
1.15.2.1 坝顶高程不满足要求……143
1. 15. 2. 2 渗流问题…143。