重力式攔渣壩是依靠其本身的自重來保持穩(wěn)定的一種壩型，平面上呈“一”字形，具有構(gòu)造簡單、就地取材、施工簡便等優(yōu)點，可用于高、中、低壩，是目前我國泥石流防治中使用最為廣泛的壩型。（一）壩體在進行壩體設(shè)計時，應考慮攔渣壩的功能、結(jié)構(gòu)、施工養(yǎng)護以及經(jīng)濟等問題。泥石流攔渣壩和蓄水壩不同，因有砂石溢過壩頂，對壩頂和溢流背水坡都有強烈的磨損沖擊作用，必須加以特別考慮。因此，采取的背水坡和斷面形狀與蓄水壩相反，背水面宜陡，頂寬較大，經(jīng)穩(wěn)定驗算后，按最不利情況選用壩體斷面形式。1.背水坡設(shè)計為使泥石流固體物質(zhì)過壩后不損壞背水面，通常的處理方法有兩種：1）把背水坡度做得比落下石塊的軌跡坡陡，如圖3－12所示。背水坡度可按下式求算：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：vg為在損壞背水面的石塊中最小石塊的臨界流速（m/s）；β為石塊的形狀系數(shù)， ，一般取K1＋K2為1.0左右；b為石塊流動方向上的長度（m）；f為摩擦系數(shù)；ρH為石塊的密度（kg/m3）；θ為河床坡度（°）；其他符號意義同前。實際上，大多數(shù)壩都將背水坡設(shè)計成1∶0.2的標準。低壩和流出泥沙的粒徑小，而且其量也少時，可以把背水坡度放緩到1∶0.3。2）放緩背水坡，將溢流壩頂做成托盤式，如圖3－13所示?？墒鼓嗍髁黧w挑出壩體背水坡外跌落，使背水坡免遭沖損磨蝕，確保其穩(wěn)定性。圖3－12 背水坡示意圖m、n—坡比中的水平距離圖3－13 托盤式溢流壩頂2.壩頂寬壩頂寬度設(shè)計，除應滿足受力需要外，還應考慮壩址附近河床物質(zhì)組成，泥石流固體物質(zhì)運動狀態(tài)和設(shè)計對象的流量、流速等水文、泥沙要素來決定壩體頂寬。通常頂寬可按表3－5所列值選取或通過計算決定。表3－5 壩頂寬度3.溢流頂防磨泥石流攔渣壩溢流頂由于有固體物質(zhì)通過，溢流頂磨損一般都很嚴重，為了加強防磨措施，通常按流速和顆粒大小來考慮選取加固辦法。若為V形斷面，可在溝心的0.5 B寬范圍加固。1）vc<8.0m/s時，溢流頂可用堅硬的塊石漿砌鑲面加固；2）8.0<vc<12.0m/s時，溢流頂可用鋼纖維混凝土或鑄石鑲面加固；3）vc>12.0m/s時，溢流頂可用鋼板、廢鋼軌、型鋼等鋼材作面層加固。溢流頂加固要因地制宜、因害設(shè)防、就地取材，以經(jīng)濟實惠、解決實際問題為原則。（二）壩體結(jié)構(gòu)在保證攔渣壩結(jié)構(gòu)安全性能方面，必須滿足以下3個結(jié)構(gòu)設(shè)計條件，以免失事后造成更大災害。1）傾覆安全是重力壩的首要條件，即在壩體受力后，壩底不能產(chǎn)生拉應力，作用于壩體的合力作用線必須在壩底中心1/3范圍內(nèi)。2）壩體內(nèi)、壩底與地基的接觸面或者地基內(nèi)均不產(chǎn)生滑動。3）壩體內(nèi)產(chǎn)生的最大應力不超過壩體材料的容許應力，同時，地基受到的最大應力也不得超過地基的允許承載力。（三）重力壩受力特征使壩體產(chǎn)生傾覆、滑動及應力超過壩體所能承受的最大應力而潰裂的荷載組合有下述幾種情況。1.空庫時的過流情況前期空庫或少量積水，然后突發(fā)設(shè)計泥石流流量沖擊壩體，躍過壩頂溢流，泥位達到設(shè)計高程。這種情況應考慮泥石流的沖擊力，而不計入土壓力和超荷載。然而這種情況常成為控制設(shè)計的最不利條件。2.滿庫時過流情況在多次泥石流淤滿庫后，發(fā)生設(shè)計流量的泥石流，壩頂溢流達到設(shè)計高程，這種情況考慮淤滿的土壓力和超荷載而不考慮沖擊力。圖3－14為滿庫過流示意圖。滿庫過流一般偏于安全狀態(tài)。3.介于上述兩種情況之間多次小泥石流在壩前逐次淤高不滿庫。圖3－15為部分淤庫過流示意圖。圖3－14 滿庫過流圖3－15 部分淤庫過流淤高不滿庫時，暴發(fā)設(shè)計流量的泥石流，沖擊壩體上部，并躍過壩頂，達到設(shè)計高程溢流。這種情況應考慮泥石流沖擊壩體上部的沖擊力、土壓力以及超荷載，其安全度控制在兩者之間。（四）壩的荷載組合及各種荷載的計算1.壩的荷載組合圖3－16為重力壩荷載示意圖。圖中：P、P′為偶然堆積于壩上淤積的超荷載（N）；E為堆積物的土壓力，應分情況進行計算（N）；T為泥石流沖擊力（N）；W為水壓力（N），按設(shè)計泥位計算；W滲為壩基滲透壓力（N）；F為壩基底摩擦阻力（N）；μ為水的浮托力（N）；G為壩體重力（N）；R1為水平方向的合力（N），其值為R1＝P＋E＋W＋T＋W滲－F；R2為垂直方向的合力（N），其值為R2＝G＋P′－μ；H為壩高（m）；h為泥石流高出壩頂?shù)母叨龋╩）。此外，還應根據(jù)具體情況，考慮壩承受滲透壓力、地震力及溫度應力等的影響。2.各種荷載計算（1）堆積物的土壓力計算圖3－16 重力壩所受荷載示意圖1）堆積物滿庫與壩頂齊平時土壓力的計算公式如下：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：E為土壓力（N）；ρc為泥石流流體密度（kg/m3）；H為壩高或壩后堆積物高度（m）；φ為泥石流內(nèi)摩擦角（°）。當φ＝0時，地質(zhì)災害防治技術(shù)式中符號意義同前。2）堆積物不滿庫距壩頂深Z m處的土壓力計算公式如下：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：Ez為不滿庫距壩頂z m處的土壓力（N）；z為距壩頂z m的高度（m）；其他符號意義同前。如φ＝0時，地質(zhì)災害防治技術(shù)式中符號意義同前。3）堆積物滿庫泥石流溢過壩頂時土壓力（E）的計算公式如下：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：H為壩頂高度（m）；h為泥石流高出壩頂?shù)母叨龋╩），如取壩的單位長度進行計算時， ，vc為泥石流設(shè)計流速（m/s），g為自由落體加速度（m/s2），取值9.81m/s2；a為泥石流動能高度（m），其值為 ；其他符號意義同前。（2）靜水壓力靜水壓力的計算公式如下：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：W為靜水壓力（N）；ρw為水的密度（kg/m3）；Hw為從水面到壩底的水深（m）；其他符號意義同前。（3）壩基滲透壓力壩基滲透壓力的計算公式如下：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：P為壩基滲透壓力（N）；ρw為水的密度（kg/m3）；α為基礎(chǔ)接觸面積系數(shù)，取值0.8；B為壩底寬（m）；h為壩前淤積厚度（m）。其余特殊荷載，如地震、溫度等可參照有關(guān)規(guī)范計算。（五）重力壩的結(jié)構(gòu)驗算結(jié)構(gòu)計算主要有抗傾覆穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定、壩基應力和壩體應力等計算。在合理組合設(shè)計荷載并滿足斷面要求的條件下進行驗算。1.抗傾覆穩(wěn)定驗算重力式攔渣壩是靠其本身重量來保持穩(wěn)定的。因此，泥石流攔渣壩在設(shè)計年限內(nèi)必須保證穩(wěn)定不傾覆?？箖A覆穩(wěn)定驗算公式如下：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：K為抗傾覆安全系數(shù)，一般取1.30～1.60；My為抗傾覆力矩（N·m）；M0為傾覆力矩（N·m）。2.抗滑穩(wěn)定計算為使壩體內(nèi)或壩底與地基的接觸面不發(fā)生滑動，根據(jù)下式進行滑動驗算：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：K為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取1.05～1.15；∑V為作用于每單寬斷面上各垂直力的總和（N）；∑H為作用于每單寬斷面上的各水平力之和（N）；f為壩體與地基的摩擦系數(shù)，見表3－6；τ0為壩體或地基中最小的剪切強度（Pa）；l為有效抗剪長度（m）。當壩高不到15m時，剪切強度（τ）略去不計，用下式計算：地質(zhì)災害防治技術(shù)此時，取安全系數(shù)（K）為1.2；其他符號意義同前。當壩高大于15m時，且為巖石基礎(chǔ)時，在式（3－52）中可取K＝4；砂礫石基礎(chǔ)在不計剪切強度的情況下，在式（3－53）中可取K＝1.5。剪切強度要根據(jù)現(xiàn)場試驗等方法確定。3.壩體強度計算在設(shè)計荷載作用下，必須使壩體和地基承受的力不超過容許應力。（1）壩底垂直應力計算壩底垂直應力的計算公式如下：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：σ為壩底上游端或下游端的垂直應力（Pa）；∑V為作用于每單寬斷面上的垂直力的合力（N）：b為壩底寬（m）；l為荷載合力作用線與壩底交點到壩底中心的距離（m）， ，x為荷載合力作用點與壩底交點到壩底上游端的距離（m）。1）由式（3－54）計算的壩底下游端的正應力，應比表3－6所示的容許承載力小。表3－6 地基承載力和摩擦系數(shù)2）作用于壩的荷載之合力作用線通過從壩底下游端起的1/3點時，可用下式表示：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：σ2為壩的荷載合力，其他符號意義同前。3）合力作用點應位于截面的三分點以內(nèi)， ，滿庫時上游端、空庫時下游端的最小壓應力不容許出現(xiàn)負值。4）壩址位于Ⅶ度以上的地震區(qū)，壩高大于15m時，應參照《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》驗算。低壩則主要采取抗震結(jié)構(gòu)和加固工程措施。（2）邊緣主應力計算1）壩體上游面的一對主應力（σa1、σa2）計算公式如下：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：σ為同一水平截面上游邊緣正壓力（Pa）；ρc為泥石流密度（kg/m3）；y為計算斷面以上泥石流深度（m）；θ1為上游壩面與計算水平截面的交角（°）。地質(zhì)災害防治技術(shù)式中符號意義同前。2）壩體下游面的一對主應力（σb1、σb2）計算公式如下：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：σ′為同一水平截面的下游邊緣正應力（Pa）；θ2為下游壩面與計算水平截面的夾角（°）。地質(zhì)災害防治技術(shù)（3）邊緣剪應力（τ）的計算1）壩體上游面的邊緣剪應力（τa）計算公式如下：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：ρc為泥石流密度（kg/m3）；y為計算斷面以上泥石流深度（m）；θ1為上壩面與計算水平截面的夾角（°）；其他符號意義同前。2）壩體下游面的邊緣剪應力（τb）的計算公式如下：地質(zhì)災害防治技術(shù)式中：σ′為同一水平截面的下游邊緣正應力（Pa）；θ2為下壩面與計算水平截面的夾角（°）。上述邊緣應力計算值應低于建壩材料的容許應力。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。