平山水利樞紐設(shè)計說明書

1、.平山水利樞紐設(shè)計計算書學(xué)院：水利水電學(xué)院班級：水電5班姓名：張遠(yuǎn)金學(xué)號：29.目錄一、綜述31.1 工程概況31.2 樞紐任務(wù)31.3 設(shè)計基本資料3二、壩址水文特性4三、 樞紐及庫區(qū)地形地質(zhì)條件53.1 壩址、庫區(qū)地形地質(zhì)及水文地質(zhì)53.2 筑壩材料5四、 樞紐建筑物選型及樞紐總體布置64.1工程等級及主要建筑物的級別、洪水標(biāo)準(zhǔn)64.2 樞紐建筑物選型8五、土石壩設(shè)計105.1 選擇土石壩的類型105.2 土石壩的剖面設(shè)計115.5 土石壩的構(gòu)造設(shè)計145.3 滲流穩(wěn)定計算165.4 壩坡穩(wěn)定分析計算195.6地基處理及與岸坡連接25六、正槽溢洪道設(shè)計256.1 正槽式溢洪道的位置選擇25

2、6.2 溢洪道的孔口尺寸確定266.3 溢洪道泄槽設(shè)計296.4 溢洪道消能設(shè)計336.5 溢洪道細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計35一、綜述1.1 工程概況 平山水庫位于湖北省某縣平山河中游，該河系睦水的主要支流，全長284公里，流域面積為556平方公里，壩址以上控制流域面積為491平方公里；平山河是山區(qū)性河流，河床比降3，沿河道有地勢比較平坦的小平原，地勢自南向東由高變低。最低高程為62.5左右。1.2 樞紐任務(wù) 該樞紐以灌溉發(fā)電為主，并結(jié)合防洪、航運(yùn)、養(yǎng)殖、給水等進(jìn)行開發(fā)。1.3 設(shè)計基本資料1.水庫規(guī)劃資料（1）正常蓄水位：113.0m （2）設(shè)計洪水位：113.1m （百年一遇）（3）校核洪水位：113

3、.5m （千年一遇）（4）死水位：105.0m（發(fā)電極限工作深度為8m）（5）灌溉最低庫水位：104.0m（6）水庫總庫容：2.0億m （7）水庫有效庫容：1.15億m（8）發(fā)電調(diào)節(jié)保證流量Q =7.35 m/s，相應(yīng)的下游水位63.20m；（9）發(fā)電最大引用流量Q=28 m/s，相應(yīng)的下游水位68.65m；（10）設(shè)計情況下，溢洪道下泄流量Q=840 m/s，相應(yīng)下游水位72.65m。（11）校核情況下，溢洪道下泄流量Q=1340m3/s，相應(yīng)下游水位75.30m。（12)水庫淤積高程85.00m。2.樞紐組成建筑物設(shè)計條件（1）主壩：沿壩軸線布置。（2）河岸溢洪道：堰頂高程為107.5m。

4、（3）水電站：裝機(jī)容量為9000kw，三臺機(jī)組，廠房尺寸為30.09.0，引水隧洞直徑3.50m，尾水底板高程62.0m。（4）放空建筑物可利用導(dǎo)水隧洞，洞底高程為70.0m，洞直徑5.0m，上游土石圍堰頂部高程85.0m，下游土石圍堰頂部高程70.0m.3. 力學(xué)參數(shù) 基巖允許抗壓強(qiáng)度2MPa，混凝土與基巖摩擦系數(shù)f=0.58?；鶐r的內(nèi)摩擦系數(shù)f=0.7,凝聚力C=0.5MPa，容重=26KN/m。4. 其他 壩頂設(shè)有公路，樞紐工程的對外交通有水路、公路、鐵路。 壩區(qū)地震烈度56度，設(shè)計時不考慮。二、壩址水文特性 暴雨洪峰流量Q=1860m/s，Q=1550 m/s ，Q=1380 m/s。

5、多年平均流量13.34m/s，多年平均水量4.22億m，多年平均最大風(fēng)速10m/s，水庫吹程8km，多年平均降雨次數(shù)48次/年，庫區(qū)氣候溫和。三、樞紐及庫區(qū)地形地質(zhì)條件3.1 壩址、庫區(qū)地形地質(zhì)及水文地質(zhì)平山河流域多為丘陵山區(qū)，在平山河上游都為大山區(qū)，河谷山勢陡峭，河谷邊坡一般為6070，地勢高差都在80120m，河谷沖割很深，河床一般為100m左右，河道彎曲相當(dāng)厲害，樞紐布置處成S形，沿河灘及坡積層發(fā)育，在壩軸下游300m處的兩岸河谷呈馬鞍形，起覆蓋物教厚，巖基產(chǎn)狀凌亂?？繅沃飞嫌斡心嗯栉逋ㄉ硯r，壩址下游有二疊紀(jì)灰?guī)r，壩軸線位于五通沙巖上。在平山咀以南，即石灰?guī)r與沙巖分界處，發(fā)現(xiàn)一大斷層，其

6、走向近東西，傾向大致向北西，在壩軸線左側(cè)的為五通沙巖，特別破碎，產(chǎn)狀凌亂，兩岸巖石破碎，巖石的隱裂隙很發(fā)育。 巖石的滲水率都很小，兩岸多為0.0010.01升/分。壩址覆蓋層沿壩軸線厚度達(dá)1.55.0m，K=10cm/s，浮容重=10.4KN/m，內(nèi)摩擦角=35。3.2 筑壩材料 壩軸線下游1.53.5km，土料儲量豐富，質(zhì)量可滿足筑壩要求，砂料在壩軸線上下游1.03.0km的河灘開采，石料可在壩軸線下游左岸的山溝里開采，材料的性質(zhì)及各項指標(biāo)如下表所示：土壤類別干容重（KN/m）最優(yōu)含水率（%）孔隙率n（%）內(nèi)摩擦角（干/濕）凝聚力（）（干/濕）滲透系數(shù)K（cm/s）粘土15.4252520/

7、1837110壤土15.8154224/2012110坡土16.0233933/227.5/10110覆蓋層16.0350110砂料16.040300110堆石18.033380四、樞紐建筑物選型及樞紐總體布置4.1工程等級及主要建筑物的級別、洪水標(biāo)準(zhǔn)4.1.1 樞紐建筑物組成 根據(jù)設(shè)計資料中規(guī)定的樞紐任務(wù)來確定。主要有攔洪蓄水的擋水建筑物，宣泄洪水的泄水建筑物，灌溉用的引水建筑物，檢修用的放空建筑物，發(fā)電、變電、配電的廠房、開關(guān)站等建筑物，等等。4.1.2 工程等級及主要建筑物的級別、洪水標(biāo)準(zhǔn) 水利水電工程的等別，應(yīng)根據(jù)其工程規(guī)模、效益及在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性確定。永久性建筑物的級別，應(yīng)根據(jù)其

8、所屬工程等別及其重要性確定。 由水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及所給資料中的指標(biāo)確定工程規(guī)模、洪水標(biāo)準(zhǔn)如下： （1）分項等別：根據(jù)總庫容為2.0億m3，在101.0億m3之間，屬等工程；根據(jù)電站裝機(jī)容量9000千瓦即9MW，小于10MW，屬等工程；。 （2）樞紐等別：根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對具有綜合利用效益的水電工程，各效益指標(biāo)分屬不同等別時，整個工程的等別應(yīng)按其最高的等別確定，故本水庫樞紐為等工程。 （3）水工建筑物的級別：根據(jù)水工建筑物級別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，等工程的主要建筑物為2級水工建筑物，次要建筑物為3級水工建筑物。故本樞紐中的土石壩、溢洪道、發(fā)電建筑物、導(dǎo)流隧洞、放空隧洞均為2級水工建筑物。

9、 （4）水工建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)（重現(xiàn)期），2級水工建筑物的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為500100年，土石壩校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50002000年。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，選取該樞紐永久性水工建筑物的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)取100年（P），校核洪水標(biāo)準(zhǔn)取2000年（P），該水庫規(guī)劃成果中校核洪水位為千年一遇。4.2 樞紐建筑物選型4.2.1 壩軸線選擇 根據(jù)壩址地形圖中給定的壩軸線布置大壩。4.2.2 樞紐各建筑物的選型 1. 擋水建筑物：在該壩址可能采用的壩型有重力壩、拱壩、土石壩。 （1）重力壩方案：重力壩主要依靠自身重量在地基上產(chǎn)生的摩擦力和壩與壩基之間的凝聚力來抵抗壩前水

10、壓力，維持自身穩(wěn)定。要求地基具有足夠的強(qiáng)度、整體性、均勻性、抗?jié)B性、耐久性。但由于壩址處兩岸坡積層發(fā)育，河谷覆蓋層厚達(dá)1.55.0m，若建重力壩清基開挖量大。并且重力壩體積大，需消耗大量水泥和材料，運(yùn)輸不便，當(dāng)?shù)夭牧弦参茨艹浞掷?，建重力壩不?jīng)濟(jì)。 （2）拱壩方案：拱壩對壩址的地形地質(zhì)條件要求比重力壩高。適合建于斷面為“V”字形的高山峽谷中，河谷對稱縮窄處，以使拱座下游有較多巖體保持抗滑穩(wěn)定。要求壩址巖石盡量堅硬致密、質(zhì)地均勻，兩岸壩座附近邊坡巖體穩(wěn)定、整體性好。而該樞紐壩址處河谷寬度和最大壩高之比L/H較大，不能發(fā)揮拱的作用；壩址位于“S”形河灣上，下游河谷斷面擴(kuò)大，右岸岸坡平緩，坡積層發(fā)育

11、，左岸下游存在一個大斷層，對拱壩穩(wěn)定極為不利。故不適宜建拱壩。（3）土石壩方案：土石壩對地形地質(zhì)要求低，幾乎任何不良的壩址地基和深層覆蓋層經(jīng)過處理后都可填筑土石壩，可就地取材，節(jié)省大量水泥、鋼材，施工速度快，經(jīng)濟(jì)效益好。該樞紐壩址附近砂土石料儲量豐富，質(zhì)量滿足筑壩要求。 通過上述論證，綜合考慮地形地質(zhì)、水文特性、建筑材料、施工周期等，擋水建筑物選用土石壩。2. 泄水建筑物 對于土壩，不宜通過壩身泄流，可考慮采用溢洪道或隧洞泄水。由于該樞紐壩址右岸有一埡口，故適宜在埡口處修建溢洪道。采用正槽式溢洪道，過堰水流與泄槽軸線方向一致，水流平順，泄洪能力大。結(jié)構(gòu)簡單，施工運(yùn)行方便。3. 水電站建筑物 土

12、石壩壩身不能開孔，不宜建壩式水電站，較好的方案是建引水式水電站。4. 放空建筑物 為布置方便和減小開挖量，可利用導(dǎo)流隧洞作為水庫放空洞，均為有壓隧洞。洞底高程70.0m，直徑5.0m。 4.3 樞紐總體布置擋水建筑物即土石壩，位于主河床，直線布置在地形圖所示壩址線處；泄水建筑物，即溢洪道布置在大壩右岸天然埡口處；發(fā)電建筑物中，廠房布置在大壩下游右岸地勢較平坦經(jīng)開挖的基巖上，開關(guān)站布置在廠房旁邊； 施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞：布置在右岸的山體內(nèi)，以減小隧洞長度和避開斷層。協(xié)調(diào)各建筑物布置要求，最后確定樞紐布置，繪制在平面布置圖上（見壩址地形圖）。五、土石壩設(shè)計5.1 選擇土石壩的類型土石壩根據(jù)施工方

13、法分為碾壓式土石壩、水力沖填壩、水中倒土壩。其飯中碾壓式土石壩便于機(jī)械化施工，速度快、縮短工期，質(zhì)量易保證，是應(yīng)用最廣泛的壩型，故采用碾壓式土石壩。碾壓式土石壩又分為均質(zhì)壩、心墻壩、斜墻壩等?，F(xiàn)結(jié)合本工程的實(shí)際情況對各種壩型優(yōu)缺點(diǎn)分析如下： 1.均質(zhì)壩：壩體材料單一，施工工序簡單，干擾少；壩體防滲部分厚大，滲透比降較小，有利于滲流穩(wěn)定和減少壩體的滲流量，此外壩體和壩基、岸坡及混凝土建筑物的接觸滲徑比較長，可簡化防滲處理。但是，由于土料抗剪強(qiáng)度比其他壩型壩殼的石料、砂礫和砂等材料的抗剪強(qiáng)度小，故其上下游壩坡比其他壩型緩，填筑工程量比較大。壩體施工受嚴(yán)寒及降雨影響，有效工日會減少，工期延長，故在寒

14、冷和多雨地區(qū)的使用受限制，故不選擇均質(zhì)壩。2.斜墻壩：斜墻壩與心墻壩，一般的優(yōu)缺點(diǎn)無顯著差別，粘土斜墻壩沙礫料填筑不受粘土填筑影響和牽制，沙礫料工作面大，施工方便；考慮壩址的地質(zhì)條件，由于壩基有破碎帶和覆蓋層，截水槽開挖和斷層處理要花費(fèi)很多時間，并且不容易準(zhǔn)確的預(yù)計，斜墻截水槽接近壩腳，處理時不影響下游沙礫料填筑，處理壩基和填筑沙礫料都有充裕的時間，工期較心墻壩有把握；土料及石料儲量豐富，填筑材料不受限制。 3.心墻壩：心墻位于壩體中間而不依靠在透水壩殼上，其自重通過本身傳到基礎(chǔ)，不受壩殼沉降影響，依靠心墻填土自重，使得沿心墻與地基接觸面產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，有利于心墻與地基結(jié)合，提高接觸面的滲

15、透穩(wěn)定性；使其因壩主體的變形而產(chǎn)生裂縫的可能性小，粘土用量少，受氣候影響相對小，粘土心墻冬季施工時暖棚跨度比斜墻小。移動和升高較便利。綜合以上分析，最終選擇粘土心墻壩。5.2 土石壩的剖面設(shè)計土石壩的斷面尺寸擬定包括壩頂寬度、上下游壩坡坡度、壩頂高程、壩高、心墻斷面尺寸、排水設(shè)施設(shè)置等。1.壩頂寬度 土石壩壩頂寬度根據(jù)運(yùn)行、施工、構(gòu)造、交通和人防等方面的要求綜合研究后確定。該工程壩頂寬度取為10m。2.壩頂高程土壩壩頂高程=水庫靜水位（設(shè)計洪水位或校核洪水位）+壩頂超高（1）壩頂超高=風(fēng)吹壅高+波浪爬高+安全超高（2）波浪爬高可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計算：式中：風(fēng)浪波高，m；設(shè)計洪水位時，取庫面風(fēng)速為

16、洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.5倍，即，水庫吹程； 土壩上游坡度，計算時取為3； 上游護(hù)坡糙率，對漿砌塊石護(hù)坡取0.025，對砌塊石護(hù)坡取0.0275。（3）風(fēng)浪引起的壩前水位壅高計算公式：式中：綜合摩阻系數(shù)，一般取值范圍為，計算時??； 風(fēng)向與壩軸線法線方向的夾角，計算中取最不利情況，即； 壩前水域平均水深，由相應(yīng)水位減高程得，m；（4）安全超高 根據(jù)壩的級別和運(yùn)行情況按下表選擇安全超高： 表1-1 安全加高的取值壩的級別1234、5正常運(yùn)行1.51.00.70.5非常運(yùn)行0.70.50.40.3現(xiàn)將水庫正常運(yùn)用和非常運(yùn)用情況，即設(shè)計洪水位和校核洪水位下的計算結(jié)果列于下表： 表1-2 壩頂高程計

17、算表 （單位：m）運(yùn)行情況水庫靜水位波浪爬高風(fēng)吹壅高安全超高壩頂超高壩頂高程考慮0.3%沉降后的壩高正常運(yùn)行113.11.340.0051.02.34115.44115.79非常運(yùn)行113.50.770.0050.71.47114.97115.31 由表中計算結(jié)果，壩頂高程應(yīng)取正常運(yùn)行、非常運(yùn)行兩者中的較大值，即115.80m。3.上下游壩坡坡度壩坡的選擇取決于壩型、壩高、壩的等級、壩體及壩基材料的性質(zhì)、承受的荷載、施工和運(yùn)行等因素。對粘土心墻壩，上下游壩坡在1:2、1:4之間選取，一般上游壩坡比下游壩坡稍緩；沿壩高2030m改變一次坡度，設(shè)置一級馬道，坡度相差0.250.5。根據(jù)壩高采用一次

18、變坡、一級馬道。 （1）上游壩坡坡度：從壩頂至壩底依次為1:2.75、1:3.25（2）下游壩坡坡度：從壩頂至壩底依次為1:2.5、1:3.0（3）馬道：馬道寬度取為2m；上游一級馬道高程：115.8m-30m=85.8m下游一級馬道高程：115.8m-25m=90.8m5.5 土石壩的構(gòu)造設(shè)計1. 防滲體防滲體的類型有土質(zhì)防滲體、瀝青混凝土或鋼筋混凝土防滲體。由于壩址附近有豐富的防滲涂料，故選擇土質(zhì)防滲體，并采用心墻壩。（1）心墻位置：土石壩斷面中心線部位；（2）心墻頂部寬度：應(yīng)滿足施工機(jī)械碾壓要求，一般不小于3m，取為4m。（3）心墻頂部高程：心墻頂部在水庫靜水位以上應(yīng)有超高，正常運(yùn)行條件

19、下，超高0.30.6m，頂部高程113.4113.7m；非正常運(yùn)行條件下，應(yīng)不低于對應(yīng)的水庫靜水位，即應(yīng)大于113.5m。綜合考慮，心墻頂部高程取為113.6m。（4）心墻兩側(cè)坡度：土質(zhì)心墻上下游兩側(cè)坡度一般為1:0.151:0.25，取為1:0.2。（5）心墻底部寬度：；此外，心墻頂部應(yīng)有保護(hù)層，防止冰凍和機(jī)械破壞，厚度一般為1.52.5m，取為2m。與上游連接處設(shè)置過渡帶，以緩和不同土料之間的沉陷差和減緩滲流的破壞作用；下游連接處設(shè)置反濾層，反濾截留隨滲流帶出的細(xì)小顆粒，促進(jìn)心墻裂縫的自愈。2. 壩體排水壩體排水的作用是控制引導(dǎo)滲流，降低浸潤線，加速孔隙水壓力消散，防止?jié)B流逸出處土的滲流破

20、壞，增強(qiáng)壩的穩(wěn)定性；在寒冷地區(qū)，保護(hù)下游壩坡免遭凍脹破壞。要求有充分的排水能力，設(shè)有反濾層保護(hù)壩體和壩基土，便于觀測和檢修。壩體排水的方式有壩趾棱體排水、壩址貼坡排水、褥墊排水層等，本工程采用堆石棱體排水。（1） 棱體頂部高程：棱體頂部高程應(yīng)超出下游最高水位，對于2級土石壩，超出高度應(yīng)大于波浪爬高（1.3m）且不小于1.0m，取棱體頂部高程=下游最低水位（74.30m）+超高（1.4m）=75.7m；（2） 棱體頂部寬度及內(nèi)外坡：頂部寬度不應(yīng)小于1.5m，內(nèi)坡坡度一般為1:1.01:1.5,外坡1:1.51:2.0；取頂部寬度3m，內(nèi)坡坡度1:1.25，外坡坡度1:1.75；3.護(hù)坡 為防止壩

21、上下游面被波浪淘刷、順坡水流沖刷、冰層和漂浮物撞擊、凍脹干裂等，需在上下游壩面設(shè)置護(hù)坡。該樞紐壩址處有堆石料可利用，故上下游護(hù)坡均采用堆石護(hù)坡。 （1）上游護(hù)坡： 采用堆石護(hù)坡，厚度為50cm的堆石，護(hù)坡下設(shè)置碎石墊層30cm。護(hù)坡范圍自壩頂起延伸至水庫最低水位以下一定距離2.5m。 （2）下游護(hù)坡：下游壩面除排水棱體外需全部護(hù)砌，堆石護(hù)坡厚度40cm，護(hù)坡下設(shè)置碎石墊層20cm。護(hù)坡范圍從壩頂護(hù)至堆石棱體。各護(hù)坡在馬道、壩腳、護(hù)坡末端均設(shè)置基座。3. 反濾層 反濾層的作用是濾土排水，防止水工建筑物滲流逸出處發(fā)生管涌、流土等滲透變形，以及不同土層接觸面的接觸沖刷。反濾層由13層級配均勻耐風(fēng)化的

22、砂、礫、卵石或碎石組成，每層粒徑隨滲流方向而增大，水平反濾層的最小厚度為0.3m，鉛直或傾斜反濾層的最小厚度為0.5m。 由于設(shè)計原始資料中沒有提供各土、砂、石料的顆粒級配情況，只能參考相關(guān)規(guī)范和已建工程進(jìn)行初步設(shè)計。初步擬定結(jié)果分述如下： （1）防滲體周邊部位：心墻與壩殼間、截水槽與覆蓋層間、水平鋪蓋與覆蓋層間，反濾層設(shè)置為，第一層細(xì)砂反濾層，厚20cm；第二層為碎礫石反濾層，厚30cm。 （2）排水部位：壩殼與堆石棱體間反濾層設(shè)置為，第一層細(xì)砂層厚30cm；第二層碎礫石層厚50cm。5.3 滲流穩(wěn)定計算1.滲流計算的基本假定 （1）心墻采用粘土料，滲透系數(shù),壩殼采用山皮土，滲透系數(shù),兩者相

23、差倍，可以把粘土心墻看做相對不透水層，因此計算時可以不考慮上游楔行降落水頭的作用。 （2）土體中滲流流速不大，且處于層流狀態(tài)，滲流服從達(dá)西定律： （3）發(fā)生滲流時土體的空隙體積不變，飽和度不變，滲流連續(xù)。2.滲流計算條件 按土石壩滲流計算規(guī)范，滲流計算時應(yīng)考慮以下組合情況，取其最不利情況作為控制條件：（1）上游正常高水位+下游相應(yīng)的最低水位；（2）上游設(shè)計洪水水位+下游相應(yīng)的最低水位；（3）上游校核洪水水位+下游相應(yīng)的最低水位；（4）對上游壩坡穩(wěn)定最不利的庫水降落后的水位。 為減小計算量，只選其中一種工況進(jìn)行計算：設(shè)計洪水位113.1m+下游相應(yīng)的最低水位72.65m 。3.滲流分析的方法 采

24、用水力學(xué)法進(jìn)行土壩滲流計算。將壩內(nèi)滲流分為若干部分，假定地基不透水，用等厚的虛擬矩形代替心墻，應(yīng)用達(dá)西定律和杜平公式，建立各段的運(yùn)動方程式，然后根據(jù)水流的連續(xù)性原理求解滲流要素。4.滲流計算過程 取土石壩最大斷面為計算斷面，簡圖如下（單位：m）圖11 不透水地基上心墻壩滲流計算簡圖 假定心墻上游浸潤線與水庫上游水位齊平，先假定壩基相對不透水，壩底高程62.5m，心墻后水深為H , 則 上游水深： 下游水深： 心墻等厚矩形寬度 滲流區(qū)長度：（1） 單寬滲流量通過心墻的滲流量 通過下游壩體的滲流量 根據(jù)流量連續(xù)性原理，解得心墻后水深，代入得單寬滲流量：（2） 浸潤線方程 將透水地基的厚度，即覆蓋層

25、厚度T取為3m，滲透系數(shù)，換算為與壩體滲透系數(shù)相同的土體厚度，并視為壩體的一部分，則根據(jù)有限深透水地基上的滲流計算浸潤線方程 對浸潤線方程進(jìn)行驗(yàn)算，當(dāng)時，帶入浸潤線方程得，與實(shí)際相符；心墻下游面（）浸潤高程，與實(shí)際心墻后水深相符。由此可知，心墻下游浸潤線近似為一條水平線。5.4 壩坡穩(wěn)定分析計算土石壩的穩(wěn)定分析是驗(yàn)算土石壩在自重和各種情況的孔隙水壓力及外荷載作用下，是否具有足夠的穩(wěn)定性。SL2742001碾壓式土石壩規(guī)定，對于凝聚性土類組成的均質(zhì)或非均質(zhì)土石壩，采用條分法即瑞典圓弧法較簡單實(shí)用。條分法假定滑裂面為一個圓柱面（剖面為一圓?。瑢⒖赡芑瑒用嬉陨系耐馏w劃分為若干鉛直條，不考慮土條間相

26、互作用力的影響，算出作用于土條底面的法向力和切向力；安全系數(shù)定義為土條在滑裂面上所提供的抗滑力矩與滑動力矩之比。1.計算方法及公式本次壩坡穩(wěn)定分析計算采用瑞典圓弧法，進(jìn)行總應(yīng)力分析?？倯?yīng)力分析穩(wěn)定安全系數(shù)的計算式為：式中：下標(biāo)，代表土條編號； 第塊土條重量，浸潤線以上以天然容重計，以下以浮容重計，kN； 第塊土條重量，浸潤線以上以天然容重計；浸潤線以，下游水位以上按飽和容重計，下游水位以下按浮容重計，kN； 第塊土條沿滑裂面的長度，m； 第塊土條沿滑裂面的坡角； 、總應(yīng)力抗強(qiáng)度指標(biāo)。2.計算工況 采用上游設(shè)計洪水位（113.1m）及對應(yīng)的下游相應(yīng)水位（72.65m）作為設(shè)計工況。3. 計算過程

27、 滑弧面選擇，需要確定最危險滑動圓弧位置，本次只做一個滑動面的穩(wěn)定計算，即：滑動面起點(diǎn)在壩頂、與心墻相交、與壩基接近或切入壩基、端點(diǎn)在壩腳附近。步驟：（1）假定圓心、半徑，畫出圓弧如圖所示；（2）圓弧半徑取為138m，起端點(diǎn)水平距離143m，分為10塊土條，每塊土條寬14.3m，編號；（3）計算土體各種狀態(tài)下的容重： 粘土天然容重： 山皮土天然容重：山皮土飽和容重：山皮土浮容重：覆蓋層浮容重：；（4）計算土條自重及在滑面上的反力；（5） 計算滑動力矩及抗滑力矩；（6） 計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。圖 12 壩坡穩(wěn)定計算簡圖 計算結(jié)果列于下表： 表1-3 條分法計壩坡穩(wěn)定分析算表土條編號1234567

28、891010101010/7.57.57.5/0000022.11917.21615.314.814.514.414.515.7221190172141.1114.863.1000020274618.960916756.362405621.84910.93622.32009.4697.720274618.960916756.362405621.84910.93622.32009.4697.7504-4-100.766 0.656 0.559 0.454 0.342 0.242 0.139 0.000 -0.070 -0.174 0.643 0.755 0.829 0.891 0.940 0.9

29、70 0.990 1.000 0.998 0.985 333333332222353535350.649 0.649 0.649 0.649 0.404 0.404 0.700 0.700 0.700 0.700 1067.1 2453.8 3451.3 4050.5 2483.9 2267.0 3405.2 2536.4 1403.6 481.1 23599.8 1552.8 3030.3 3406.0 3067.3 2134.2 1360.0 683.5 0.0 -140.2 -121.2 14972.8 由于浸潤線幾近水平且與下游水面線幾乎重合，壩殼山皮土飽和容重與天然容重相近，為簡便計

30、算，浸潤線以下、下游水面線以上部分以天然容重代替飽和容重，在表格中體現(xiàn)為與相等。 根據(jù)計算表格得抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為 按照設(shè)計規(guī)范，壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于下表中相應(yīng)值：表14 壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)表運(yùn)行條件工程等級1234正常運(yùn)行條件1.501.351.301.25非常運(yùn)行條件I1.301.251.201.15非常運(yùn)行條件II1.201.151.151.10 因,故壩坡滿足抗滑穩(wěn)定要求，剖面設(shè)計合理。5.6地基處理及與岸坡連接 土石壩壩底面積大，壩基應(yīng)力較小，具有一定的適應(yīng)變形的能力，故對天然地基的強(qiáng)度、變形要求、處理措施的標(biāo)準(zhǔn)較低，但仍需要經(jīng)過處理以提高壩基承載能力和抗?jié)B能力。壩建于

31、五通砂巖上，覆蓋層較薄，從防滲和穩(wěn)定安全考慮，可挖除部分覆蓋層，使防滲體與基巖接觸面結(jié)合緊密。垂直防滲設(shè)施科視情況采用截水槽回填粘土、混凝土防滲墻、灌漿帷幕等；水平防滲設(shè)施采用粘土土料修筑的鋪蓋與壩體防滲體相連；下游排水減壓設(shè)施可采用排水溝、減壓井、透水鋪蓋等。壩軸線兩岸巖體破碎，巖石隱裂隙很發(fā)育，為防止大壩蓄水后沿壩肩繞流和惡化岸坡穩(wěn)定條件，應(yīng)采取挖除回填截水槽，或灌漿、加設(shè)鋪蓋等防滲設(shè)施，使岸坡與壩基的防滲體系連成整體。六、正槽溢洪道設(shè)計6.1 正槽式溢洪道的位置選擇 溢洪道的位置選擇應(yīng)綜合考慮地形、地質(zhì)條件，樞紐總布置要求等因素。故將溢洪道布置在與水庫正常蓄水位高程相近的馬鞍形埡口上，壩

32、與溢洪道分開，有利于壩的安全；利用天然埡口，有利于減少工程開挖量。具體位置見樞紐布置平面圖。6.2 溢洪道的孔口尺寸確定1. 堰型選擇控制堰型可采用寬頂堰或?qū)嵱醚?，本工程采用流量系?shù)較大、過流特性較好的WES型實(shí)用堰。堰頂設(shè)計水頭：取為5m；根據(jù)埡口處的地形等高線，溢流堰底部高程約103.5m，堰高取，下游斜面坡度。 堰頂上游三圓弧半徑及水平控制長度為： 以堰頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，堰頂下游曲線方程為，即。對x求導(dǎo)，令導(dǎo)數(shù)等于下游斜面壩坡系數(shù)的倒數(shù)，求得下游曲線與直線段的切點(diǎn)坐標(biāo)為。壩下游反弧半徑，取為m，其中H為校核洪水位的堰上水頭。由以上計算結(jié)果繪制WES堰剖面如下圖：圖13 WES堰剖面2.堰頂

33、高程：根據(jù)設(shè)計資料給出為107.5m 。3.溢流前緣寬度L上游堰高與設(shè)計水頭之比，故該溢流堰為低堰；堰頂總水頭，式中為行近流速，一般為，取。堰頂總水頭與設(shè)計水頭之比，流量系數(shù)根據(jù)值和值從下圖中查取,得，所以（1）設(shè)計情況： 溢洪道下泄流量；堰頂水深；單寬流量；溢流前緣寬度；（2） 校核情況： 溢洪道下泄流量，計算得， 溢流前緣寬度取較大值并取整，即。4.單孔寬度b的確定 據(jù)要求孔數(shù)n取單數(shù),，則單孔寬度。5.閘門 堰頂控制泄流量可采用弧形閘門和平板閘門，本工程采用平板閘門，閘門頂部高程=正常高水位+安全超高。安全超高取值見下表。最終確定閘門頂部高程為。表15 安全超高下限值運(yùn)行情況控制段建筑物

34、級別123擋水0.70.50.4泄洪0.50.40.36. 閘墩： 采取墩中分縫，中墩寬度取為2.5m,邊墩寬度取為3m。6.3 溢洪道泄槽設(shè)計1. 泄槽的平面布置正槽溢洪道在溢流堰后采用泄水陡槽與消能段連接，以便讓過水流安全下泄。由于泄槽內(nèi)水流處于急流狀態(tài)，高速水流對邊界條件特別敏感，要求泄槽在平面上盡可能采取直線、等寬、對稱布置，以使水流平順、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便。2.泄槽橫斷面尺寸 為使泄槽內(nèi)水流流速、流量分布均勻，在巖基上泄槽的斷面形狀宜布置為矩形，泄槽寬度為式中，為中墩寬度，為邊墩寬度。3.泄槽縱斷面底坡泄槽的縱剖面設(shè)計主要是確定縱坡。泄槽縱坡必須保證槽中水位不影響溢流堰自由泄流和槽中

35、不發(fā)生水躍，使水流始終處于急流狀態(tài)，故泄槽縱坡必須大于臨界坡度。矩形斷面臨界坡度公式為式中：泄槽底坡糙率,對漿砌石底坡，取0.025； 臨界濕周； 泄槽寬度； 臨界水力半徑，對于矩形斷面，??； 臨界水深,。代入上式，求得,考慮山谷地形和上下游水位差并取單一坡度，確定，故槽內(nèi)水流屬急流，水面曲線為型降水曲線。4. 泄槽水面線計算（1）計算公式泄槽水面線根據(jù)能量方程用分段求和法計算，計算公式為式中：分段長度，； 分段始、末斷面水深，； 分段始、末斷面平均流速，； 流速不均勻系數(shù)，??； 槽底底坡； 槽底坡傾角，； 分段內(nèi)平均摩阻坡降； 泄槽槽身糙率系數(shù)，對漿砌塊石，； 分段平均流速，； 分段平均水力

36、半徑,；（2）起始斷面、起始水深、正常水深 起始斷面位置選擇堰下收縮斷面處，近似可認(rèn)為是在泄槽的起點(diǎn)。起點(diǎn)水深按下式計算：式中：泄槽單寬流量，； 流速系數(shù)，??；起始計算斷面渠底以上總水頭，代入上式，經(jīng)試算得，。水面線為降水曲線，若泄槽足夠長，泄槽水深最終將趨近于正常水深，的計算公式為，經(jīng)試算得，。（3） 計算過程 從水深為的斷面開始,以的水深步長向泄槽末端推進(jìn)，計算斷面間距，計算結(jié)果列表如下；表1-6 泄槽水面線計算表斷面邊墻高11.935 108.360 1.810 12.371 10.008 3.02221.835 102.760 1.722 1.766 13.046 12.708 0.0

37、47 10.833 0.825 0.333 2.478 2.922 31.735 97.160 1.634 1.678 13.797 13.422 0.056 11.820 0.988 0.324 3.053 2.822 41.635 91.560 1.545 1.589 14.641 14.219 0.068 13.013 1.192 0.312 3.823 2.722 51.535 85.960 1.455 1.500 15.595 15.118 0.083 14.464 1.452 0.297 4.891 2.622 61.435 80.360 1.365 1.410 16.682 16.139 0.103 16.250 1.786 0.277 6.445 2.522 71.335 74.760 1.274 1.320 17.932 17.307 0.129 18.473 2.224 0.251 8.871 2.422 81.235 69.160 1.183 1.229 19.383 18.658 0