[碩士論文精品]水利水電工程畢業(yè)設(shè)計.pdf

西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 1 目錄 摘要. 1 1前言 3 2 基本資料. 1 2.1 流域概況及樞紐任務(wù) 1 2.2 氣象 1 2.2.1 氣溫 1 2.2.2 濕度 2 2.2.3 降雨量 2 2.2.4 蒸發(fā)量 2 2.2.5 風(fēng)速、風(fēng)向 2 2.3 水文特征 3 2.4 設(shè)計洪水 4 2.5 水庫面積、容積 5 2.6 泥沙5 2.7 工程地質(zhì)6 2.7.1 水庫區(qū)工程地質(zhì) 6 2.7.2 壩址地質(zhì) 7 2.7.3 地下水 8 2.8 天然建筑材料9 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 2 2.8.1 土料 9 2.8.2 砂石料 9 2.9 工程效益.10 2.9.1 發(fā)電. 10 2.9.2 防洪. 10 2.9.3 航運(yùn)與木、竹流放. 10 2.9.4 漁業(yè). 10 3 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)11 3.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn). 11 3.2 設(shè)計依據(jù). 13 4 樞紐布置 14 4.1 壩型選擇. 14 4.2 壩址的選擇. 15 4.3 壩軸線的選擇.16 4.4 樞紐的總體布置.16 5 非溢流壩段設(shè)計18 5.1剖面尺寸的擬定18 5.1.1 壩頂高程的擬定.18 5.1.2 下游水位的擬定.19 5.1.3 壩頂寬度的擬定.21 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 3 5.1.4 壩坡的擬定.21 5.2 荷載計算.22 5.2.1 自重.22 5.2.2 靜水壓力.23 5.2.3 揚(yáng)壓力.24 5.2.4 浪壓力.24 5.2.5 淤沙壓力. 25 5.2.6 地震慣性力.25 5.3 抗滑穩(wěn)定分析.29 5.3.1 抗滑穩(wěn)定的計算方法.29 5.3.2 抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)法. 31 5.4 應(yīng)力分析.33 6 溢流壩段設(shè)計38 6.1 泄水方式的選擇. 38 6.2 水力計算.38 6.2.1 洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定.38 6.2.2 確定設(shè)計流量.38 6.2.3 單寬流量 q 的確定.39 6.2.4 孔口尺寸的確定和布置.39 6.2.5 溢流堰頂高程的確定.40 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 4 6.2.6 定型設(shè)計水頭的確定.41 6.2.7 閘門高度的確定.42 6.2.8 泄流能力校核.42 6.3 消能防沖設(shè)計. 43 6.3.1 挑流鼻坎設(shè)計. 43 6.3.2 挑距和沖坑的估算.44 6.4 溢流壩剖面設(shè)計. 46 6.4.1 橢圓曲線方程.46 6.4.2 冪曲線方程. 47 6.4.3 溢流壩剖面繪制.47 6.5 抗滑穩(wěn)定分析. 49 7 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計57 7.1 壩頂構(gòu)造. 57 7.1.1 非溢流壩頂構(gòu)造. 57 7.1.2 溢流壩頂構(gòu)造. 58 7.2 閘墩設(shè)計.58 7.3 閘門設(shè)計.59 7.3.1 工作閘門的布置. 59 7.3.2 檢修閘門的布置. 59 7.3.3 工作閘門與檢修閘門自重的估算. 60 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 5 7.4工作橋梁的設(shè)計60 7.5壩體分縫61 7.5.1 橫縫及止水. 61 7.5.2 縱縫. 62 7.6 廊道系統(tǒng). 63 7.6.1 基礎(chǔ)灌漿廊道. 63 7.7 壩體排水. 64 7.8 壩體材料分區(qū).64 8地基處理.66 8.1 地基開挖與清理.66 8.2 固結(jié)灌漿. 66 8.3 帷幕灌漿. 67 8.3.1 帷幕的深度設(shè)計. 68 8.3.2 帷幕厚度的確定. 68 8.3.3 帷幕伸入到兩岸的范圍. 68 8.4 壩基排水. 68 9結(jié)論. 70 10總結(jié)與體會. 71 11致謝. 72 參考文獻(xiàn). 73 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 1 摘摘摘摘要要要要 緊水灘水電站在甌江支流龍泉溪上，壩址以上流域面積 2761 平方公里。龍 泉溪發(fā)源于浙閩交界仙霞嶺，洞官山，河流長度 153 公里，直線長度 77公里， 平均寬度 36 公里。 本樞紐工程等別為一等，工程規(guī)模為大（1）型，以防洪和發(fā)電為主，兼有 航運(yùn)等綜合效益。水庫有 1.53 億立方米的防洪庫容，用以減輕下游麗水、碧湖 地區(qū)防洪的負(fù)擔(dān)。 樞紐按千年一遇洪水設(shè)計，萬年一遇洪水校核。水庫正常蓄水位 290.64 米， 設(shè)計洪水位 284.0 米，校核洪水位 291.8 米。電站裝機(jī) 4 臺 5 萬千瓦，總裝機(jī) 20 萬千瓦。 主體建筑物實體重力壩壩頂高程 294.5 米，泄洪采用表孔，共 8 孔，每孔寬 15 米，堰頂高程 276.86 米；放空采用深孔，設(shè)兩孔，寬 5 米，高 6 米，進(jìn)口高 程 215.0 米；電站引水采用壩內(nèi)壓力鋼管，鋼管直徑 5 米；電站廠房為壩后式。 本設(shè)計對樞紐的擋水建筑物進(jìn)行了認(rèn)真的方案比選和詳細(xì)的尺寸設(shè)計，并對 所設(shè)計的建筑物進(jìn)行了安全校核，保證建筑物的安全運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：緊水灘 水利樞紐 實體重力壩 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 2 abstract purple water beach in the oujiang river tributaries of hydropower station, the dam longquan creek basin of 2761 square kilometers above the longquan creekoriginatedinxianxiaridge,zhejiangandfujianborderofficials mountain, river length hole 153 km, linear length 77 kilo meters, theaverage width 36 kilometers。 this hub project for a minute, such dont project scale for big (1) type, flood control and power generation.reservoir 1.53 billion cubic meters of flood control are used to reduce capacity, green lake region downstream lishui flood burden. according to the design flood, qiannianyiyu hub in a flood normal high water level 290.64 meters, design flood level 284.0 meters, water level of checkflood291.8meters.installedpowertofloodfourtaiwan5million kilowatts, total installed 20 million kilowatts. theconcretegravitydamofcrestlength294.5meters,waterrelease holes,a total of eight holes,every holes 15 meters wide,water release structure crest elevation 276.86 meters;vent adopt deep hole,set two hole,5 meters wide,6 metres high ,inlet elevation 215.0 meters.power by steel pressure in water dam, steel pipe diameter of 5 meters; for the power plant dam type. the design of the building of hub retaining water carried on the earnest than choose and detailed scheme of the size of the design, and the design of buildings, ensure the safety check safe operation of the building. keywords：purple water beachhydrauliccomplexsolid gravity dam 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 3 1 1 1 1前言前言前言前言 根據(jù)教學(xué)要求，對水利水電工程專業(yè)學(xué)生進(jìn)行最后一項教學(xué)環(huán)節(jié)。本次 設(shè)計內(nèi)容為緊水灘水利樞紐擋水建筑物設(shè)計， 它基本包括了一般水利樞紐所需進(jìn) 行的水工初步設(shè)計過程。 本次設(shè)計的基本內(nèi)容包括根據(jù)地形圖對水電站進(jìn)行整體布置，對擋水建 筑物體型進(jìn)行布置，要求能滿足建筑物的基本功能，對建筑物的穩(wěn)定進(jìn)行驗算， 并對部分地方進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗算。大壩細(xì)部構(gòu)造及地基處理，重力壩非溢流壩和溢流 壩段得設(shè)計。 本次設(shè)計經(jīng)過 2 個半月，在此過程中得到了各位老師的指導(dǎo)，在此對他 們表示衷心的感謝。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 1 2 2 2 2 基本資料基本資料基本資料基本資料 2.1流域概況及樞紐任務(wù)流域概況及樞紐任務(wù)流域概況及樞紐任務(wù)流域概況及樞紐任務(wù) 緊水灘水電站在甌江支流龍泉溪上，壩址以上流域面積 2761 平方公里。龍 泉溪發(fā)源于浙閩交界仙霞嶺，洞官山，河流長度 153 公里，直線長度 77公里， 平均寬度 36 公里。除龍泉縣城附近及赤石、仁三處有小片盆地外，奇其余地段 多為峽谷，河床覆蓋多以大塊石和卵石組成，險灘較多。 本流域東側(cè)與甌江支流小溪相鄰，西側(cè)與錢塘江支流烏溪江相鄰，南側(cè)為閩 江支流松溪，北側(cè)為甌江支流松陰溪。河流周圍均為嶺南山系洞官山脈所包圍， 山脈走向與河流流向一致，最高峰黃茅尖高達(dá) 1921 米，流域平均高度 662米 ， 河道坡降上游陡、下游緩，平均坡降為 6.32 0.97，因河道陡，河槽調(diào)蓄 能力低，匯流快，由暴雨產(chǎn)生的洪水迅漲猛落，歷時短，傳播快，所以一次洪水 過程尖瘦，屬典型的山區(qū)性河流。 龍泉溪是浙江省木材主要產(chǎn)地，境內(nèi)森林茂盛，植被良好，水土流失不嚴(yán)重 。 本工程為甌江干支流規(guī)劃的五個梯級開發(fā)中的一級， 一發(fā)電為主， 兼顧航運(yùn) ， 放木 （竹） 以及防洪等綜合效益。 電站造成后主要擔(dān)任華東電網(wǎng)調(diào)峰并供電麗水 、 溫州，將使麗、溫兩地區(qū)通過 220 千伏輸電線路聯(lián)系，形成浙南電力系統(tǒng)。為解 決建壩后龍泉溪木材（竹）的流放和航運(yùn)的發(fā)展，大壩左岸專門設(shè)置有貨筏過壩 建筑物。水庫有 1.53 億立方米的防洪庫容，用以減輕下游麗水、碧湖地區(qū)防洪 的負(fù)擔(dān)。 2.2 氣象氣象氣象氣象 ..1氣溫氣溫氣溫氣溫 本流域地處浙東南沿海山區(qū)，屬溫帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，壩址區(qū)歷年平均 氣溫 17.3，月平均氣溫以 1971 年 7 月份 30.7最高，1962 年 1 月份 13最 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 2 低，實測最高氣溫為 40.7（1966 年 8月） ，最低氣溫-8.1（1969 年 2月 ）。 ..2濕度濕度濕度濕度 流域內(nèi)氣候濕潤，歷年平均相對溫度 79%，其中以六月的 87%為最大，一月 的 84%為最小，實測最小相對濕度僅 8% 。 ..3降雨量降雨量降雨量降雨量 本流域距東海僅 120180 公里，水汽供應(yīng)充滯，壩址以上流域年平均雨量為 1833.8 毫米，但在年內(nèi)分配很不均勻，三九月份占年雨量為 80.5%，其中五 六月份為雷雨季節(jié)，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成連綿起伏的洪水，本 流域暴雨常出現(xiàn)在此期間，實測最大 24 小時雨量為 236.8毫米（道太站） 。七至 九月間臺風(fēng)侵襲， 也有暴雨出現(xiàn)， 最大 24 小時雨量曾達(dá) 145.4 毫米 （木岱口站）。 流域多年平均降水日數(shù)為 172 天，最多達(dá) 201 天，最少 145 天，根據(jù)壩址附 近云和站按雨量分級統(tǒng)計的歷年各月平均降水日數(shù)見表 2-1。 ..4蒸發(fā)量蒸發(fā)量蒸發(fā)量蒸發(fā)量 水庫區(qū)的蒸發(fā)量以道太站為代表，1957 年至 1972 年的平均蒸發(fā)量為 867.4 毫米（口徑 80 厘米蒸發(fā)皿所測） ，其中以 1957 年 7 月 185.7 毫米為最大，1970 年 12 月 16.7 毫米為最小，水庫水面年蒸發(fā)量以 80 厘米蒸發(fā)皿觀測的 109%計算 為 945.5 毫米。 ..5風(fēng)速、風(fēng)向風(fēng)速、風(fēng)向風(fēng)速、風(fēng)向風(fēng)速、風(fēng)向 本流域四至八月為東南風(fēng)，一至三月、九至十二月一般為東北風(fēng)及西北風(fēng)。 歷年平均風(fēng)速 1.15m/s，出現(xiàn)在 1970 年四月，風(fēng)向西北偏西。根據(jù)電站附近各 地實測最大風(fēng)速記錄，青田為西北風(fēng) 9 級，龍泉為北風(fēng) 7 級，麗水為西北偏西風(fēng) 5 級。由于浙江沿海地區(qū)以南北走向的山脈居多，估計壩址地區(qū)可能發(fā)生最大風(fēng) 力為 11 級，相當(dāng)于風(fēng)速 32m/s。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 3 2.3水文特征水文特征水文特征水文特征 緊水灘壩址與石富站流域面積僅差 41 平方公里，占控制流域面積的 15%，故 壩址處流量資料均不加改正，直接采用石富站資料。徑流石富站根據(jù)實測及插外 延長的 1951 至 1976 年共 26 年徑流資料，求得多年平均流量為 100 秒立方。 年月平均流量頻率計算， 采用p-四型線。 以適線法選配參數(shù)， 其成果見表2-1。 表 2-1頻率參數(shù)表 水量的年內(nèi)分配較不均勻，來水量最多為六月份，占全年來水量的 24.8%， 最少為十一月份、十二月份，占全年來水量的 2%。上半年來水穩(wěn)定，年際變化 不大，特別是四至六月梅雨季節(jié)，cv 值比較小，下半年各月來水量年際變化較 大，各月 cv 值相對較大。 月參數(shù)頻率（%） 份 均值 cvc5/c125102050809095 1280.90.2116 100 77.861.3 44.221 7.844.22.24 22.6723179141103 48.7 18.610.45.19 31030.70.2324 285235194 15.2 88.9 46.53121.7 41620.70.2499 4433643022381417350.135.6 52450.60.2680 60851043234821812793.168.6 62950.40.2679 620537469395277184145121 711510.2546 462352268186 77.6 22.410.95.18 861.310.2263 229177138 98.1 44.1 15.47.974.29 9671.10.2331 278210159109436 12.45.362.01 1010290 72.959.9464 26.3 12.98.345.56 1121 102 76.858.1 39.6 15.64371.70.93 1224.110.211396 73.355.939 16.4 4.822.412.21 年1000.30.2186 17415014112597 73.66355 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 4 本次所采用 1951 至 1976 年的資料示例中， 有1951 至 1954年的豐水段，1963 年至 1967 年的枯水段，所以有一定的代表性。 2.4 設(shè)計洪水設(shè)計洪水設(shè)計洪水設(shè)計洪水 實測資料統(tǒng)計與摘補(bǔ)：根據(jù)石富站實測洪水資料，以年最大值法，洪峰流量 及各時段流量，分別從各次洪水中獨立取樣進(jìn)行統(tǒng)計，又根據(jù)石富站均溪相關(guān) 及石富1/2(道太+均溪)相關(guān)，插補(bǔ)延長的 26 年資料系列見表 4。 歷史洪水：根據(jù)歷史記載與實地調(diào)查考證分析，推求得石富站： 洪峰流量為9870 秒立方米，重現(xiàn)期為 200年一遇， （1904 年） 6900 秒立方米，重現(xiàn)期為 50年一遇， （1912 年） 6400 秒立方米，重現(xiàn)期為 30年一遇， （1912 年） 頻率計算：根據(jù)實測及插補(bǔ)延長的 26 年洪水系列，并加入歷史洪水進(jìn)行頻 率計算，最后確定頻率計算成果見表 2-2。 表 2-2流量頻率表 可能最大洪水： 洪峰流量20000 秒立方 三天洪水15.4 億立方 入庫洪水： 緊水灘入庫設(shè)計洪水， 采用示儲流量法推算， 根據(jù) 1960 年 6 月 10 日至 12 日實測洪水過程進(jìn)行分析，選取計算時段 項單參數(shù)頻率（%） 目位均值 cv c5/ cv0.010.10.5125102050 洪峰秒立米33 0.454 1490011700 9500 8540 7550 6260 5260 4270 2880 一日洪量 億立米 1.92 0.4137.035.74 4.28 4.413.993.422.97 2.491.77 三日洪量 億立米3.5 0.383 11.839.88.3 7.636.976.025.28 4.483.26 五日洪量 億立米4.4 0.353 13.7311.5 9.869.118.367.36.47 5.544.14 七日洪量 億立米 5.06 0.343 15.3812.9 11.1 10.279.468.37.39 6.384.76 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 5 t=4 小時，x=0.4，k=3886，得反演算公式 i1=1.219d2-0.093d1-0.126d2 將壩址設(shè)計洪水反演算至水庫末端龍泉，變成入庫洪水，現(xiàn)將壩址洪水與入 庫洪水對照如表 2-3。 表 2-3壩址洪水與入庫洪水對照表 由表 2-3 可以看出，壩址設(shè)計洪水與入庫設(shè)計洪水相差不大。這與緊水灘水 庫為峽谷型水庫，河道槽蓄量較小，洪水波沿程變化不大的特點相吻合。考慮到 入庫洪峰流量與壩址洪峰流量相差不超過 3%，在水文分析誤差范圍以內(nèi)，因而 建議采用壩址設(shè)計洪水為設(shè)計依據(jù)。 2.5 水庫面積、容積水庫面積、容積水庫面積、容積水庫面積、容積 2.6 泥沙泥沙泥沙泥沙 石富站于 1958 至 1966 年實測懸移質(zhì)含沙量。 實測最大日平均斷面含沙量 頻率壩址洪水（q壩 ）入庫洪水（ q入 ）q= q 入-q 壩 % 1%854087602202.61 0.1%+ 13200136004002.94 高程(m)205215220225230235240245250 面積 2 km011.613.6 容積 3 m00.050.20.350.60.9251.3751.92.5 高程（m）255260265270275280285290295300 面積（） 2 km15.918.321.324.527.748.158.4 容積（） 3 m3.24.055.056.257.759.1010.7512.715.517.7 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 6 2.81 公斤/立方米，最大日平均斷面輸沙率，1670 公斤/秒，平均年輸沙量 27.1 萬噸。從實測資料統(tǒng)計四-九月輸沙量占全年 85%，五-六月占全年 51%，這說明 了沙量于降水強(qiáng)度有密切關(guān)系，通過輸沙量與平均流量相關(guān)延長泥沙資料系列， 求得多年平均含沙量為 0.89 公斤/立方米，多年平均輸沙率 8.76 公斤/秒，多 年平均懸移質(zhì)輸沙總量 27.6 萬噸。 石富站于 1995 年至 1996 年進(jìn)行了為期三年的推移質(zhì)測驗，實測最大斷面推 移質(zhì)為 13.5 公斤/秒，實測最小粒徑為 0.05 毫米，最大粒徑為 120 毫米，起動 流速為 1.4-1.93 秒/米。全年產(chǎn)生推移質(zhì)天數(shù)為 73-93 天，推移質(zhì)輸沙率占懸 移質(zhì)輸沙率 20%計，估計得多年平均推移質(zhì)輸沙量為 5.52 萬噸。 石富站多年平均輸沙總量為 33.1 萬噸，多年平均侵蝕模數(shù) 120 噸/平方公里 左右，為浙江省水土流失最少的地區(qū)之一，因而泥沙對緊水灘水庫使用不會有嚴(yán) 重的影響。 2.7 工程地質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì) ..1水庫區(qū)工程地質(zhì)水庫區(qū)工程地質(zhì)水庫區(qū)工程地質(zhì)水庫區(qū)工程地質(zhì) 水庫周邊地勢高峻，無低矮分水嶺，巖石堅硬較完整，雖有部分?jǐn)鄬幽z結(jié)好 ， 山體雄厚，且地下水位分布較高，故無永久滲漏之慮。由于庫岸有第四系松散地 層分布，巖石節(jié)理發(fā)育，水庫暫時滲漏損失甚小，對水庫蓄水無影響。 庫區(qū)范圍內(nèi)，尚未發(fā)現(xiàn)有重要經(jīng)濟(jì)價值的工業(yè)礦床，只有一些小型礦點或礦 化點，如石礦、鉛鋅礦等，但工業(yè)價值不大，且大都分布在蓄水線以上，不影響 水庫建設(shè)。 庫區(qū)巖石以山巖未主，物理地質(zhì)現(xiàn)象以小型塌滑體居多，蓄水后小型的邊坡 再造雖有可能但不致產(chǎn)生大規(guī)模的邊坡不穩(wěn)定。 本地區(qū)地震烈度為 7 度。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 7 ..2壩址地質(zhì)壩址地質(zhì)壩址地質(zhì)壩址地質(zhì) 地貌 緊水灘峽谷長約 300 米，壩址上游河谷 為東西向，進(jìn)入壩址后轉(zhuǎn)為南北向， 水流湍急， 河流經(jīng)急灘折向南偏東流出峽谷， 在壩址上游轉(zhuǎn)變合下游急灘兩地段 ， 水流集中沖刷形成深潭。 河流深切， 河谷呈“v”型， 兩岸地形坡度：200-220 米高程為 35度，220-260 米高程為 45 度，260-340 米高程為 50-60 度，河谷高程約 200 米，谷寬 80-100 米，一般枯水期水面寬度：50 米，水深 1-3 米。在壩頭尚下游有北東向二條較 大的沖溝發(fā)育，延伸長，切割深；右岸壩頭下游有北西向和上游有北東向小沖溝 發(fā)育，延伸短，切割淺。在沖溝之間形成北東向展布的地形分水嶺，高達(dá) 240 米以上，回水線上下游分水嶺寬度 120-150 米，河流的發(fā)育系與近北東，北西節(jié) 理及小型壓碎破碎帶有關(guān)，據(jù)兩岸地形對稱、巖脈、花崗斑巖接觸線橫切河谷， 河中出露的基巖觀察以鉆孔勘探結(jié)果證實，未發(fā)現(xiàn)較達(dá)的斷層在河谷中通過。 巖性 壩區(qū)位于 90 平方公里的“牛頭山”花崗斑巖的南緣，其中有后期的細(xì)?；?崗巖和小型的石英巖脈、細(xì)晶巖脈、輝緣脈巖侵入穿插其間與圍巖接觸良好。 地質(zhì)構(gòu)造 兩岸風(fēng)化層零星分布，一般厚 0.5-2 米，右壩頭下游有北西向的 f1 斷層和 巖脈斜切分水嶺分布，在其上盤劈理和擠壓破碎帶，節(jié)理密集帶較發(fā)育，致使巖 是較破碎，而且河谷在壩上游近 90 度轉(zhuǎn)彎，形成向河谷突出的空面，所以右岸 巖石風(fēng)化破碎均較左岸嚴(yán)重， 右岸分水嶺 310 孔風(fēng)化層達(dá) 23 層， 左岸 405 洞口15 米亦較風(fēng)化破碎。 壩址下游產(chǎn)狀平緩的侏羅系中下緣的砂巖、 頁巖組成的小背斜 ， 風(fēng)化也較深。 花崗斑巖中斷層構(gòu)造形跡也不少，一般規(guī)模不大，為新華夏式構(gòu)造體系的產(chǎn) 物，主要的斷層和擠壓破碎帶有： (a) f1 斷層：從金水坑沖溝橫穿河谷，斜切右岸分水嶺，屬張扭性，呈 n45 度-n60 度 w,ne50015075 二大（2）型101.0 重 要 城 市、工礦 區(qū) 500100150507525 三中型1.00.1 中 等 城 市、工礦 區(qū) 10030505252.5 四小（1）型0.10.01 一 般 城 市、工礦 區(qū) = + 滿足要求。 安全系數(shù)荷載組合 壩的級別 123 k 基本組合1.101.051.05 特殊組合（1）1.051.001.00 特殊組合（2）1.001.001.00 k 基本組合3.0 特殊組合（1）2.5 特殊組合（2） 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 31 ..2抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)法抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)法抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)法抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)法 計算時對基本組合、偶然組合應(yīng)力分別進(jìn)行計算。其表達(dá)式如下， 基本組合 k m k d kkqg f rqgs , 1 , 1 k0 ）（ 偶然組合 k m k d kkqg f raqgs , 1 , 2 kk0 ）（ 式中結(jié)構(gòu)重要系數(shù)，對應(yīng)于結(jié)構(gòu)安全級別為、級的結(jié)構(gòu)， 0 其結(jié)構(gòu)重要系數(shù)分別為 1.1、1.0、0.9； 設(shè)計狀況系數(shù)，對應(yīng)于持久狀況、短暫狀況偶然狀況分別 為 1.0、0.95、0.85； 作用效應(yīng)函數(shù)，( )spqgs kkqg =）（, k 構(gòu)件及構(gòu)件抗力函數(shù)，( )racw f r k m k += f, 永久作用分項系數(shù)，見表 5-4； g 可變作用分項系數(shù)，見表 5-4； q 永久作用標(biāo)準(zhǔn)值，kn； k g 可變作用標(biāo)注值，kn； k q 幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，可作為定值處理； k 材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值，由實驗得到； k f 基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)，見表 5-6； 1d 偶然組合結(jié)構(gòu)系數(shù)，見表 5-6 2d 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 32 材料性能的分項系數(shù)，見表 5-7 m 偶然作用標(biāo)注值。 k a 表 5-6結(jié)構(gòu)系數(shù) 表 5-7材料性能分項系數(shù) m 基本組合時， 作用效應(yīng)函數(shù)s（）=p=44536kn 抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)r（）=w+a r f r c =80863.96+87.84 1 3 . 1 35. 1 3 1300 序號項目組合類型分項系數(shù) 1壩體抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)基本組合 偶然組合 1.2 1.2 2混凝土抗壓極限狀態(tài)基本組合 偶然組合 1.8 1.8 序號材料類別及強(qiáng)度抗剪斷強(qiáng)度分項系數(shù)備 注 1 混凝土/基巖 c ,f 1.3，3.0 混凝土/混凝土 c ,f 1.3，3.0常態(tài)混凝土層面 碾壓混凝土之間c ,f 1.3，3.0 碾壓混凝土層面 基巖/基巖 c ,f 1.4，3.2 軟弱結(jié)構(gòu)面 c ,f 1.5，3.4 2混凝土強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度1.5 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 33 = 122038.11kn 左邊等式，=48989.6kn445360 . 11 . 1 0 =）（s 右邊等式，=122038.11=101698.43kn k m k d f r , 1 1 2 . 1 1 故有 k m k d kkqg f rqgs , 1 , 1 k0 ）（ 滿足抗滑要求。 偶然組合時，取偶然狀態(tài)對應(yīng)的設(shè)計狀況系數(shù)=0.85，結(jié)構(gòu)系數(shù)d2=1.2。偶 然組合的極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式： ),( 1 ),( 2 0k m k d kkkqkg f raqgs 左邊等式， s() =1.10.8563233.63 = 53748.59kn 0 右邊等式， =119010.54kn k m k d f r , 1 2 +184.87 3 1300 52.77948 3 . 1 35. 1 2 . 1 1 故有， 左邊2.55.0。設(shè)計中符合要求，所以安全。 k tl/ 6.4溢流壩剖面設(shè)計溢流壩剖面設(shè)計溢流壩剖面設(shè)計溢流壩剖面設(shè)計 溢流壩的基本剖面為三角形。一般其上游面為鉛直或者折線面，溢流面由 頂部的中間的直線， 底部的反弧段等三部分所組成。 本設(shè)計采用開敞溢流的形式 。 ..1 橢圓曲線方程橢圓曲線方程橢圓曲線方程橢圓曲線方程 原點上游宜采用橢圓曲線如上圖，方程為： 1 2 2 )a( s h x 2 2 )( )( s s bh ybh 式中：a 和 b 為系數(shù)，a0.260.30，a/b0.873a，取a=0.3 可得，b=0.17 帶入數(shù)據(jù)可得， 1 2 2 )123 . 0( x 2 2 )1217. 0( )1217. 0( y 本次設(shè)計采用倒懸堰頂，應(yīng)該滿足 d，即 d14.94/27.5m， 2 max h 采用 d8m 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 47 表 6-3橢圓 oa 段坐標(biāo)值 ..2冪曲線方程冪曲線方程冪曲線方程冪曲線方程 溢流壩頂部常采用非真空剖面曲線。對于開敞溢流式，可以采用冪曲線,取 堰頂為坐標(biāo)圓點，則冪曲線方程為， x y n 1 k n s h 式中：n 和 k系數(shù)，上游面垂直時，n1.85，k2.0 h 定型設(shè)計水頭，m， s yyx53.16122 185.11.85 = 頂部的曲線段確定后，中部的直線段分別與頂部曲線及底部的反弧段相切， 其坡度一般與非溢流壩段下游的坡率相同，即為 1：m。直線段與冪曲線相切時， 切點 b 的橫坐標(biāo)為 x ： b x = 17.08m bs n h mn 1 1 k 12 85. 18 . 0 2 1 -85.1 1 y b m x 53.11 53.16 85 . 1 = 表 6-4冪曲線 ob 段坐標(biāo)值 x-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0-3.6 y0.0020.080.180.3430.570.9081.93 x136101517.08 y0.060.4621.6654.289.0711.53 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 48 ..3 溢流壩剖面繪制溢流壩剖面繪制溢流壩剖面繪制溢流壩剖面繪制 圓心坐標(biāo), =17.5+30 0.9063=44.69m）（ 挑坎堰頂 cos-yrhh+= =276.86-194.5-44.69=37.66my-h-y0 壩底堰頂 h= 直線段和反弧段切點 c 的坐標(biāo)為： 0 cosyyr c += 其中, 8 . 0 11 tg 1 = m m35.5066.3725sin30siny 0 =+=+= 。 yr c 計算坐標(biāo)公式為 c x 8 . 0 1y = bc bc xx y 帶入后可得，=48.126m c y c x 圓心到堰頂?shù)乃骄嚯x, mrxc306.75906. 030126.48cosx0=+=+= 反弧最低點 d, mx d 306.75x 0 = m36.64y= d 挑流尾部坐標(biāo)， m e 86.6221286.276y= m88. 186.6474.66y= 91.6-10-1=80.6m= e x 表 6-5溢流壩剖面主要特征點坐標(biāo) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 49 繪制溢流壩坡面圖如圖 6-2。 圖 6-2 溢流壩剖面圖 6.5抗滑穩(wěn)定分析抗滑穩(wěn)定分析抗滑穩(wěn)定分析抗滑穩(wěn)定分析 溢流壩抗滑穩(wěn)定分析也可分兩種工況來計算，分別是設(shè)計洪水位和校核洪水 位。其目的是核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑的安全度。因為重 力壩沿壩軸線方向用橫縫分隔成若干個獨立的壩段， 所以穩(wěn)定分析可以按平面問 題進(jìn)行。其中壩體分區(qū)如圖 6-3。本次設(shè)計以設(shè)計洪水位計算。 aobcde x-3.6o17.0848.12675.30680.6 y1.93o11.5350.3564.3662.86 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 50 表 6-6非溢流壩段壩基面荷載計算表 名稱符號 垂直力(kn)水平力(kn) 力臂(m) 對基礎(chǔ)中心力矩 (kn*m) 分 項 系 數(shù) 逆時針+順時針- 自重 w118035.864441.0 w2972.28836.635585.741.0 w35812.6426.61 154674.35 w4153.636.875662.72 w52572.835900481.0 w6600039.132347801.0 w739226.0422.82 781038.231.0 w821524.640.376114.121.0 w98419.645.16543487.44 1.0 w10986833.78333341.04 1.0 上游水平 水壓力 ph145336.429.831172160.6 1.0 下游水平 水壓力 ph21178.435.176092.481.0 上游垂直 水壓力 pv13874.9540.8158097.961.0 上游垂直 水壓力 pv22452.539.1395966.331.0 下游垂直 水壓力 pv3942.7449.9347071.01 1.0 浮托力u111861.470.000.01.0 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 51 名稱符號 垂直力(kn)水平力(kn) 力臂(m) 對基礎(chǔ)中心力矩 (kn*m) 分 項 系 數(shù) 逆時針+順時針- 滲透壓力u22919.1639.3114722.99 1.2 滲透壓力u38038.926.653056.87 1.2 滲透壓力u43405.6941.47141222.61 1.2 浪壓力pl41.5689.53719.621.2 水平淤砂 壓力 psh147.0851413.61.2 垂直淤砂 壓力 psv27340.593896.641.2 地震慣性 力 f4492.72198701.4 1.0 上游面地 震動水壓 力 f012513.95515199.32 1.0 下游面地 震動水壓 力 f0 272.211652.831.0 正常使用 極限狀態(tài) 基本 組合 102227.8426225.24 45525.04 1178.431696004 1862428.4 74002.644346.61166424.4 承載能力 極限狀態(tài) 基本 組合 102530.872909845562.76 1178.431696783.31973022.9 73432.8744384.33276239.6 偶然 102530.872909864495.13 1450.641581538.72686923.6 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 52 圖 6-3 溢流壩體分區(qū)圖 抗剪斷強(qiáng)度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為： k= + p acwf 式中 f抗剪斷摩擦系數(shù)； c抗剪斷凝聚力；kn/m2 名稱符號 垂直力(kn)水平力(kn) 力臂(m) 對基礎(chǔ)中心力矩 (kn*m) 分 項 系 數(shù) 逆時針+順時針- 組合 73432.8763044.49989434.9 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 53 a滑動面面積；m2 u作用于滑動面上的揚(yáng)壓力； p作用于滑動面上壩體的力在水平方向的投影的代數(shù)和； w作用于滑動面上壩體的力在垂直方向的投影的代數(shù)和。 表 6-7重力壩沿建基面及深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)規(guī)定值 根據(jù)水利水電樞紐工程等級劃分標(biāo)準(zhǔn) ，1 級建筑物對應(yīng)水利水電工程結(jié) 構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)中的結(jié)構(gòu)安全級別為級，相應(yīng)結(jié)構(gòu)重要系數(shù)為 1.1。 由規(guī)范可得，混凝土/新鮮花崗班巖材料抗剪斷摩擦系數(shù)，35. 1f=pack1300= 由計算成果可得， w= 4321skv32v1321 uuuuppppwww vv + =74002.6kn p=+ 21hh pp kh ps l p =44536kn k= + p acwf 0 . 381. 4 44536 184.8713006 .7400235. 1 = + 滿足要求。 安全系數(shù)荷載組合 壩的級別 123 k 基本組合1.101.051.05 特殊組合（1）1.051.001.00 特殊組合（2）1.001.001.00 k 基本組合3.0 特殊組合（1）2.5 特殊組合（2）3 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 54 抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)法 計算時對基本組合、偶然組合應(yīng)力分別進(jìn)行計算。其表達(dá)式如下， 基本組合 k m k d kkqg f rqgs , 1 , 1 k0 ）（ 偶然組合 k m k d kkqg f raqgs , 1 , 2 kk0 ）（ 式中結(jié)構(gòu)重要系數(shù)，對應(yīng)于結(jié)構(gòu)安全級別為、級的結(jié)構(gòu)， 0 其結(jié)構(gòu)重要系數(shù)分別為 1.1、1.0、0.9； 設(shè)計狀況系數(shù)，對應(yīng)于持久狀況、短暫狀況偶然狀況分別 為 1.0、0.95、0.85； 作用效應(yīng)函數(shù)，( )spqgs kkqg =）（, k 構(gòu)件及構(gòu)件抗力函數(shù)，( )racw f r k m k += f, 永久作用分項系數(shù)，見表 6-4； g 可變作用分項系數(shù)，見表 6-4； q 永久作用標(biāo)準(zhǔn)值，kn； k g 可變作用標(biāo)注值，kn； k q 幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，可作為定值處理； k 材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值，由實驗得到； k f 基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)，見表 6-6； 1d 偶然組合結(jié)構(gòu)系數(shù)，見表 6-6 2d 材料性能的分項系數(shù)，見表 6-7 m 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 55 表 6-8結(jié)構(gòu)系數(shù) 表 6-9材料性能分項系數(shù) m 基本組合時， 作用效應(yīng)函數(shù)s（）=p=44346.61kn 抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)r（）=w+a r f r c =74002.6+87.84 1 3 . 1 35. 1 3 1300 序號項目組合類型分項系數(shù) 1壩體抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)基本組合 偶然組合 1.2 1.2 2混凝土抗壓極限狀態(tài)基本組合 偶然組合 1.8 1.8 序號材料類別及強(qiáng)度抗剪斷強(qiáng)度分項系數(shù)備 注 1 混凝土/基巖 c ,f 1.3，3.0 混凝土/混凝土 c ,f 1.3，3.0常態(tài)混凝土層面 碾壓混凝土之間c ,f 1.3，3.0 碾壓混凝土層面 基巖/基巖 c ,f 1.4，3.2 軟弱結(jié)構(gòu)面 c ,f 1.5，3.4 2混凝土強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度1.5 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 56 = 114912.85kn 左邊等式，=48781.27kn61.443460 . 11 . 1 0 =）（s 右邊等式，=114912.85=95760.71kn k m k d f r , 1 1 2 . 1 1 故有 k m k d kkqg f rqgs , 1 , 1 k0 ）（ 滿足抗滑要求。 偶然組合時，取偶然狀態(tài)對應(yīng)的設(shè)計狀況系數(shù)=0.85，結(jié)構(gòu)系數(shù)d2=1.2。偶 然組合的極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式： ),( 1 ),( 2 0k m k d kkkqkg f raqgs 左邊等式， s() =1.10.8563044.49= 53587.82kn 0 右邊等式， =95267.65kn k m k d f r , 1 2 +184.87 3 1300 84.73432 3 . 1 35. 1 2 . 1 1 故有， 左邊右邊。 即：() k m k d kkkqg f raqgs , 1 , 2 k0 滿足抗滑條件。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 57 7 7 7 7 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計細(xì)部構(gòu)造設(shè)計細(xì)部構(gòu)造設(shè)計細(xì)部構(gòu)造設(shè)計 7.1 壩頂構(gòu)造壩頂構(gòu)造壩頂構(gòu)造壩頂構(gòu)造 ..1非溢流壩頂構(gòu)造非溢流壩頂構(gòu)造非溢流壩頂構(gòu)造非溢流壩頂構(gòu)造 壩頂高度應(yīng)高出水庫靜水位，并考慮浪高和一定的超高；壩頂寬度應(yīng)考慮實 際的交通要求。已經(jīng)計算為壩頂高程 294.5 米，壩頂寬度為 10 米。 壩頂路面應(yīng)有適當(dāng)?shù)臋M向坡度，設(shè)置相應(yīng)的排水管，并將集水引至上游水庫 或壩體排水管內(nèi)，引水管出口宜布置在水位以下，以免污染壩面；壩頂兩側(cè)為人 行道，宜高出路面 2030cm。壩頂?shù)纳舷掠卧O(shè)置欄桿和照明設(shè)備。具體的布置 如圖 7-1 所示。 圖 7-1 非溢流壩頂構(gòu)造圖（單位：m） 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 58 ..2溢流壩頂構(gòu)造溢流壩頂構(gòu)造溢流壩頂構(gòu)造溢流壩頂構(gòu)造 溢流壩頂高程為了保證交通的通暢和非溢流壩保持一致。 其寬度主要根據(jù)壩 頂?shù)臉?gòu)造而定。溢流壩頂主要的構(gòu)造有交通橋、工作橋、便橋和人行道。在可能 的情況下，可以將工作橋和交通橋結(jié)合使用。上面所有的構(gòu)造都通過 t 形梁支 承在閘墩上，t 形梁要求能夠承載上面所有的荷載。兩側(cè)同非溢流壩相同的布置 人行道和欄桿及照明設(shè)施。 圖 7-2 溢流壩壩頂構(gòu)造圖（單位：cm) 7.2 閘墩設(shè)計閘墩設(shè)計閘墩設(shè)計閘墩設(shè)計 閘墩承受閘門傳來的水壓力，也是壩頂橋梁的支撐。 閘墩的基本形狀，在上游端應(yīng)使水流平順，減小水流的側(cè)收縮；下游應(yīng)減小 墩后水流的水冠和沖擊波。 本設(shè)計閘墩的上游端采用半圓形， 下游端采用流線形 。 閘墩長度應(yīng)能夠滿足布置閘門、便橋、工作橋、公路橋和啟閉機(jī)械的要求。 初擬閘室長 25m。 閘墩的厚度與閘門形式有關(guān)，工作閘門采用的是弧形閘門，閘墩的最小厚度 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 59 為 1.52m，所以擬定中墩厚度為 3m，邊墩厚度為 4m，工作閘門前設(shè)置檢修閘 門，初步擬定檢修閘門門槽尺寸為。m5 . 05 . 0 為了改善水流條件，閘墩需向上游伸出一段長度，并將這一部分作到溢流壩 頂以下約一半堰頂水深，閘門的結(jié)構(gòu)尺寸見圖紙。 7.3 閘門設(shè)計閘門設(shè)計閘門設(shè)計閘門設(shè)計 ..1工作閘門的布置工作閘門的布置工作閘門的布置工作閘門的布置 目前工程中應(yīng)用比較廣泛的有平面閘門和弧形閘門。平面閘門的優(yōu)點如下： 門葉可以移出出口便于檢修閘門；所占順?biāo)鞣较虻目臻g尺寸較??；門葉 可以在孔口之間互換，故在孔數(shù)較多時，可兼做事故閘門或檢修閘門；對移動 式啟閉機(jī)的適應(yīng)性較好。缺點如下：需要較高的機(jī)架橋和機(jī)墩；具有影響水 流的門槽，容易引起空蝕現(xiàn)象；所需啟閉力較大，且受摩擦阻力的影響較大， 需要選用較大容量的起閉設(shè)備?；⌒伍l門的優(yōu)點如下：所需機(jī)架的高度和閘墩 的高度較??；沒有影響水流流態(tài)的門槽；所需啟閉力較小，且受摩擦阻力的 影響也??；埋設(shè)件的數(shù)量較少。缺點如下：需要較長的閘墩；門葉所占據(jù) 的空間位置較大；不能提出孔口進(jìn)行檢修維護(hù)，不能在孔口之間進(jìn)行互換； 門葉承受的水壓力集中在支鉸處，傳遞給土建結(jié)構(gòu)時要做特別處理。 經(jīng)過比較分析，工作閘門和檢修閘門均采用平面閘門。 ..2檢修閘門的布置檢修閘門的布置檢修閘門的布置檢修閘門的布置 露頂式閘門頂部應(yīng)在可能出現(xiàn)的最高擋水位以上 0.30.5 米，291.8+（0.3 0.5）=292.1292.3，取閘門頂部高程為 292.1m。閘門槽寬取 0.5m，深度取 0.5m 底部深 0.3m,閘門的高度定為 16m。為了方便檢修閘門的啟閉和移動，在溢流壩 檢修閘門頂部設(shè)置便橋。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說書 60 ..3工作閘門與檢修閘門自重的估算工作