水利工程設(shè)計(jì)資料

1、天津農(nóng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)名稱(chēng) 水利工程學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目 重力壩設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間2013年6月17日系另寸水利工程系專(zhuān)業(yè)水文與水資源工程班級(jí)水文一班姓名黃偉民指導(dǎo)教師李炎2012 年 6_ 月 _d9_ 日目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)3第一章重力壩設(shè)計(jì)基本資料5第二章非溢流重力壩設(shè)計(jì) 5第一節(jié)確定壩頂高程 5第二節(jié)剖面設(shè)計(jì)6第三節(jié)荷載計(jì)算6第四節(jié)穩(wěn)定分析7第三章溢流壩設(shè)計(jì)8第一節(jié)溢流孔d設(shè)計(jì) 8第二節(jié) 溢流重力壩剖面設(shè)計(jì) 8第三節(jié) 溢流重力壩消能設(shè)計(jì) 10參考文獻(xiàn)12附錄12水利工程學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等)：某山區(qū)水庫(kù)擋水建筑物為混凝土重力壩，定為3

2、級(jí)建筑物。經(jīng)水文水利計(jì)算，確定:正常蓄水位176.0m,相應(yīng)下游水位155.0m；設(shè)計(jì)洪水位177.0m,校核洪水位178.5m, 相應(yīng)下游水位156.0m。溢流壩設(shè)在河床中間，其左右兩邊均為非溢流壩，非溢流壩段壩 基清基后最低點(diǎn)高程為149m地基為花崗巖，摩擦系數(shù) f=0.65。壩前淤沙高程求出為 160m；泥沙干容重f 3KN/m，孔隙率n = 0.35，進(jìn)而算得泥沙浮容重3n =6.5KN/m (“3 10 0.35-10)。內(nèi)摩擦角18 0樞紐所在地區(qū)多年平均最大風(fēng) 速v=13m/s，水庫(kù)吹程D= 1km,地震基本烈度為7度。請(qǐng)進(jìn)行非溢流壩及溢流壩的設(shè)計(jì)。由于課程設(shè)計(jì)時(shí)間短，將設(shè)計(jì)說(shuō)明

3、書(shū)和計(jì)算書(shū)合二為一，按設(shè)計(jì)順序，統(tǒng)一編寫(xiě)， 稱(chēng)為設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)。設(shè)計(jì)說(shuō)明部分要求說(shuō)明設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法、設(shè)計(jì)依據(jù)與成果 的文字說(shuō)明，而不是計(jì)算公式與運(yùn)算的流水帳。它要求立論正確，數(shù)據(jù)可靠，分析合理， 論證充分，結(jié)論明確。計(jì)算部分要求公式正確，計(jì)算精確，判定和判別成果無(wú)誤。設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)要求做到內(nèi)容充實(shí)，文理通順，條理清楚，字跡工整，還應(yīng)有必要的插 圖、計(jì)算簡(jiǎn)圖、表格等，做到圖文并茂。常用公式直接列出，非常用公式應(yīng)做說(shuō)明。計(jì) 算過(guò)程分為：公式、填寫(xiě)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)、計(jì)算成果。設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)1、學(xué)生課程設(shè)計(jì)一律在教室進(jìn)行，各組建立點(diǎn)名制度。2、學(xué)生在老師指導(dǎo)下擬定自己的設(shè)計(jì)實(shí)施計(jì)劃，草圖經(jīng)指導(dǎo)老師審查后再加深

4、。3、學(xué)生按指導(dǎo)老師規(guī)定的時(shí)間交設(shè)計(jì)成果，無(wú)故推遲者，降低課程設(shè)計(jì)成績(jī)。4、所發(fā)給學(xué)生的原始資料，學(xué)生應(yīng)愛(ài)惜使用，設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)必須隨成果全部交回。水利工程學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2 對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的要求包括圖表、實(shí)物等硬件要求：1完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)15頁(yè)左右。（含各部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖）。2、計(jì)算機(jī)繪圖若干張，包括非溢流壩及溢流壩縱剖面圖。 設(shè)計(jì)圖要求表達(dá)正確，尺 寸齊全，比例恰當(dāng)，布局合理，線條清晰，圖面整潔，圖例和標(biāo)注清楚。3. 主要參考文獻(xiàn):1、袁光裕水利工程施工北京：中國(guó)水利水電出版社.2002.2、祁慶和.水工建筑物.北京：中國(guó)水利水電出版社.2002.3、袁光裕.水利工程.北京：高等教育出版社.2002

5、年4. 課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃:序號(hào)起迄日期12013.6.132013.6.13工作內(nèi)容布置任務(wù)，熟悉指導(dǎo)書(shū)和基本資料22013.6.142013.6.1732013K172013K18420136172013619擋水建筑物設(shè)計(jì),（壩高,剖面尺寸擬定）泄水建筑物設(shè)計(jì),（溢流壩面擬定，泄流孔口尺寸擬定消能形式尺寸擬定）繪圖與成果整理主指導(dǎo)教師日期：2013年6月19日第一章重力壩設(shè)計(jì)基本資料我國(guó)是一個(gè)人均水資源緊缺的國(guó)家，價(jià)值水資源在時(shí)間和空間上分布不均， 導(dǎo)致水資源供需矛盾更加尖銳。缺水已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)進(jìn)步的重要制約因 素。某山區(qū)水庫(kù)擋水建筑物為混凝土重力壩，定為3級(jí)建筑物。經(jīng)水文水利計(jì)

6、算，確定：正常蓄水位176.0m相應(yīng)下游水位155.0m設(shè)計(jì)洪水位177.0m校核洪 水位178.5m相應(yīng)下游水位156.0m溢流壩設(shè)在河床中間，其左右均為非溢流壩， 非溢流壩壩段壩基最底點(diǎn)高程為149.0m,地基為花崗巖，摩擦系數(shù)f=0.65，壩 前淤積高程求出為160m ;泥沙干容重 Yf=13kn/m3,孔隙率為0.65。進(jìn)而算得 泥沙浮容重丫 n=6.53 kn/m3，(=13+10 x 0.35-10)。內(nèi)摩擦角 n=18。樞紐所 在地區(qū)多年平均最大風(fēng)速 V=l3m/s，水庫(kù)吹程D=1km地震基本烈度為7級(jí)。第二章非溢流重力壩設(shè)計(jì)第一節(jié)壩頂高程的確定以水庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位情況下設(shè)計(jì)壩

7、頂高程：壩頂高程由公式(1)求解壩頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+殆設(shè)(1)h殳=hc 2h ho(2)V0 = (1.5 - 2.0)Vmax -1.5Vmax =1.5 13= 19.5m/s2h =0.0166 勺9.5辦 心13 =0.68 . 2L =10.4(2h)0.8 = 7.63972 2 2h 二也=2!2hL=LI0_=0.192L|2L|7.639查表得he =0.4m;因此二 h設(shè)=he+2h|+ 0=0.68+0.19+0.4=1.27.、壩頂高程二設(shè)計(jì)洪水位h設(shè)=177+1.27=178.27m、水庫(kù)水位為校核洪水位情況下的壩頂高程：V0=Vmax=13m/s . 2h| =

8、0.01663%3 =0.41 . 2L = 10.4(2h)0.8 = 5.096772 2 2h0=亠=0411 “1042Ll2Ll5.096；查表札=0.3 m ;所以 h殳=hc+2h +h0 =0.41+0.104+0.3=0.814.此時(shí)，壩頂高程二設(shè)計(jì)洪水位+：h設(shè)=178.5+0.814=179.314m兩種情況下，取較大值，即壩頂高程=179.31m 第二節(jié)剖面設(shè)計(jì)一、基本剖面：初步擬定 n=0.04,m=0.6,H=179.31-149=30.31 取 31m,B=24m具體數(shù)值見(jiàn)表（1）。二、實(shí)用剖面：非溢流壩剖面設(shè)計(jì)基本尺寸擬定。見(jiàn)圖（1）表1壩頂寬度（m壩底寬度（m

9、壩咼（m上游面坡度n下游面坡度m上下游面起坡點(diǎn)咼度324310.040.6起坡圖1實(shí)用剖面第三節(jié)荷載計(jì)算不同時(shí)刻（時(shí)段）、不同情況下，作用在壩體上的荷載是不一樣的。須選取幾種不利的、起控制作用的組合情況分別進(jìn)行計(jì)算。受力情況如圖2。圖中表示的是非溢流重力壩最大剖面單位長(zhǎng)度（1米）壩段上的各種荷載。對(duì)正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、地震情況下作用與壩體的荷載計(jì)算，詳見(jiàn)附錄表一、表二、表二、表四。P0PLp1C -圖2大壩受力情況第四節(jié)穩(wěn)定分析按抗剪強(qiáng)度公式：音(3)并按要求得到的KK;該水庫(kù)為三級(jí)建筑物，因此基本組合時(shí)K=1.05，特殊組合時(shí)K=1.0 。1、正常蓄水位情況下:抗滑力 fC

10、W-U）06空8 “19 1.053619.562、設(shè)計(jì)洪水位情況下:抗滑力K =滑動(dòng)力fC w -U) P= 0.65 6444.32 十9 “a3825.363、校核洪水位情況下:抗滑力滑動(dòng)力f( W U)0.65 6608.445 .02 i.o4238.070.65 6615.084013.01-1.07 1.04、地震情況下：抗滑力K 二滑動(dòng)力第三章溢流壩設(shè)計(jì)第一節(jié)溢流孔口設(shè)計(jì)溢流孔口與溢流壩頂是否設(shè)置閘門(mén)有關(guān)。大型溢流壩一般要設(shè)置閘門(mén)；小 型溢流壩一般不設(shè)閘門(mén)，這時(shí)壩頂高程取為水庫(kù)正常洪水位。 本設(shè)計(jì)水庫(kù)擋水建 筑物為3級(jí)建筑物，視為小型溢流壩，因此壩頂高程 Q為正常洪水位。一、單

11、寬流量的取值該水庫(kù)地基為花崗巖，屬堅(jiān)硬巖石，因此假定通過(guò)溢流壩頂?shù)膯螌捔髁?q =80m /(m s)二、溢流壩段泄流總徑長(zhǎng)的求解溢流壩段泄流總凈長(zhǎng)：L二Q/q二2000/80 = 25m溢流堰采用WE實(shí)用堰。n =3 ； d =5。采用3孔溢流壩，孔口凈寬為3 5=15m因此溢流前緣總長(zhǎng)L0=L ,n-1)d =23.5 (3-1)33.5m ;其中每個(gè)孔口凈寬為 b = L / n = 23.5/ 3 = 7.8m ；溢流壩頂高程I的確定：二設(shè)計(jì)洪水位-H。，其中H。為堰頂水頭。按下式進(jìn)行計(jì)算：2800.90 0.45、2 9.8=12.58m2 亠下 .smU2g 一所以溢流壩頂高程 =

12、設(shè)計(jì)洪水位-H。=177-12.58 = 164.42m第二節(jié)溢流重力壩剖面設(shè)計(jì)溢流重力壩橫剖面圖的周邊輪廓線可劃分為兩段： 迎水段和溢流段。迎水段為一段直線或由幾段直線組成。 溢流段由頂部橢圓曲線段、頂部幕曲線段、 中間直線段和下部反弧段四部分組成。、橢圓曲線段橢圓曲線方程:X2(bHd-yf2 2aHdbHd(4)式（4）中Hd 定型設(shè)計(jì)水頭，值為堰頂最大作用水頭的75% 95% , m ；a = 0.28 0.3 ； a/ b 二 0.87 3a式（4）中取a =0.30，b= 0.1695。溢流面曲線坐標(biāo)x、y的原點(diǎn)取在堰頂aHd -0.30 3.89=1.17m，bH d =0.16

13、95 3.89 = 0.6594m其中 Hd =0.8Hmax =0.8 (178.5-164.42)= 11.264m取a=0.3，則代入數(shù)據(jù):x2(0.17X11.364-y)2(-= 1(03X11.264)2(0,17X11,264)2(1.91488-y)2”整理得：3.3 792 21.914662可知橢圓曲線的兩個(gè)半軸長(zhǎng)度分別為3.3792和1.91488、幕曲線段幕曲線段的方程為:nnVX 二 KH d y(5)其中n，K 取決于壩頂上游面的坡度，當(dāng)壩體上游面為鉛直面時(shí),n = 1.85，K =2.01.851.85y二而嚴(yán)對(duì)其求導(dǎo)得：y=（2HT亦）丨 1.85x085y =

14、2.0Hd085求得x=5.5 y=3.72可得溢流堰頂原點(diǎn)坐標(biāo)。嚴(yán)原點(diǎn)右側(cè)由曲線廠而構(gòu)成見(jiàn)表2表2x0.511.522.5y0.020.060.140.230.35x33.544.55y0.490.650.831.031.25下游反弧段半徑R= (4-10) h坎底水深h= (030.5)H H堰上水頭h=0.4 X 5.19=2.08代入R中得R=10.4取10m三、直線段與曲線段的切點(diǎn)計(jì)算中間直線段的坡度和非溢流重力壩的下游坡度相同(1:0.8 )中間直線段上 端與幕曲線相切。四、下游反弧段半徑的計(jì)算E0 = E =178.5 -156-1.5 = 21mJ!丄0.1 21 211=0.

15、945.85 壩前水位為校核洪水位，且閘門(mén)全開(kāi)時(shí)反弧最低點(diǎn)處水深整理得：21h2 二h3 365.273解得 h=4.74mR=(810)h=(8 10) X 4.74 取 38 米第三節(jié)消能防沖設(shè)計(jì)下游挑角采用45度，坎頂高程為下游最大水位(824m)+安全超高(取1m)=825m圓弧底到角頂距離為y二R(1 -cos30 ) = 1.34m見(jiàn)附錄溢流壩剖面圖。水舌的挑距L及可能最大沖坑的深度tk估算：亍7場(chǎng)攝高7k位Vi 2 sin答 2g hi h2L = v1 2 sin vcosv v1cos/ g(6)式中h2 坎頂至河床面咼差，m ;hi 坎頂垂直方向水深，m ; hi =hco

16、s ;Vi 坎頂水面流速，m/s，取平均流速的1.1倍。計(jì)算得出 h2 =i57.5-i49=8.5m，hi =hcos）- 4.74 cos30 =4.i05m，v= 2gH0 =0.952 9.8 （178.5-149-8.5）=19.27v/i.iv =1.1 19.27 = 21.2m/s代入以上參數(shù)計(jì)算得L=55.376m水墊厚度tk由式（7）計(jì)算t .q0.5H 025（7）沖坑深度t；由式（8）計(jì)算t；q0.5H0.25 -出（8）式中q 單寬流量，m3 / s m ；H 上下游水位差,H2 下游水深，m ;:-沖坑系數(shù)，堅(jiān)硬完整的基巖取 0.9 1.2，堅(jiān)硬但完整性較差的基巖取

17、1.2 1.5，軟弱破碎裂隙發(fā)育的基巖取1.5 2.0。計(jì)算得出：tk =1.0 800.5 22.50.25 =19.48m ；tk = 19.48(156-149) =12.48mL 55.376=4.4 2.5 滿(mǎn)足要求tk，12.48說(shuō)明挑流消能形成的沖坑不會(huì)影響大壩安全。參考文獻(xiàn)：1 .袁光裕.水利工 程施工.北京：中國(guó)水利水電出版社.2002.2 .祁慶和.水工建筑物.北京：中國(guó)水利水電出版社.2002.3 .袁光裕.水利工程.北京：高等教育出版社.2002附表一正常畜水位荷載類(lèi)型荷載（鉛直）或水平力計(jì)算式鉛直力的值水平力的值JJ自重G1/V1 = 24 漢 1 . 08 漢 27

18、 漢 0.5349.9G2/V1 =24 X3X312232G3沏=24 0.5 匯(241.083 匯(24-1.08-3) /0.85952上游水平水壓 力P10.5丫0 H / = 0.5 x 9.8 x (176 - 149 )23572下游水平水壓 力P3O.5YoH22=O.5=B “仇H2)：0 =05x2x(1-0.25(27-6)x98154.4U22B1 兀口 沢(出 _H2)?0 =2X0.2527_6)X9.8102.9U23戲0H x0.5x(BBJ =Q25X9.8X(276)x0.5x(242)566水平向泥沙總 壓力Pnh0.5tV%ta帚(45%/2)=0.5

19、x112x6.5 咒 ta帚(45=9$207.6鉛直向泥沙總 壓力Pvh0.5nhn2Yf =0.5漢 0.04 12 331.46浪壓力P10.25?0L(h| +hz) =0.25 漢 9.8 漢 7.640.68 + 0.19)16.28地震慣性力Q1Q2Q3地震動(dòng)水壓力P0l匯總6615.083619.56溢流重力壩制圖 黃偉民 X 水號(hào)程系24.附表二設(shè)計(jì)洪水位荷載類(lèi)型荷載（鉛直）或水平力計(jì)算式鉛直力的值水平力的值自重G1YV1 = 24 x 1 .08 x 27 x 0 .5349.9G2：V1 = 24 x 3 x 312232G3M =2405x(241.08x(241.08

20、/085952上游水平水壓力P10.5Y0H=0.5天9.8天(177 149)23842下游水平水壓力P3O.5YoH 22 =0.5 漢9.8 漢(156 -149 )2240.1上游鉛直水壓力P20.5qH12n = 0.5X9.8X(177149)2 X0.04153.7下游鉛直水壓力P42 2O.5Y0H2 m =0.5 漢 9.8 疋(156 149)2 疋 0.8192.1浮托力U%H2B = 9.8漢(156 149)江 241646滲透壓力U21C5B%1-HI -H)0 =052(1-02列2870154.4U22HJf。=2025(287)98102.9U23曲0H 匯0

21、5 筆BB) =02598x(287) 85%242566水平向泥沙總壓 力PnhQ5lh2 X tan(4Pn =Q56.5tan(49)207.6鉛直向泥沙總壓 力Pvh34.162 20.5nhn Yf =0.5 汽 0.04 漢 112 匯 13浪壓力P10.25丄何*0) =0259.8疋7.64(0.6才01916.28地震慣性力Q1Q2 :Q3地震動(dòng)水壓力P0匯總6444,323825.36附表三校核洪水位荷載類(lèi)型荷載（鉛直）或水平力計(jì)算式鉛直力的值水平力的值TJJ自重G1/V 1 = 24 漢 1 . 08 漢 27 匯 0.5349.9G2； = 24 疋 3 疋 31223

22、2G3V =24X0.5 珂24 二.08d) X(24_1.08-3)/ 0.85952上游水平水壓力P1V220.5 Ah 1=0.5 X9.8 X (178 .5 149 )4264下游水平水壓力P30 .5Y0H 2 2 =0.5 X 9.8 X (156 -149 )2240.1上游鉛直水壓力P20.0H12n= 0.5匯9.8漢(178.5 _149)2 漢0.04170.6下游鉛直水壓力P40.5兔 H 22m =0.5X9.8X(156 _149)2 X0.8192.1浮托力U|Yo H 2 B = 9.8 X (156 -149 p 241646滲透壓力U2105EH1-o)H -H%=052