水利工程設(shè)計

1、天津農(nóng)學院課程設(shè)計說明書 設(shè)計名稱 水利工程學課程設(shè)計 設(shè)計題目 重力壩設(shè)計 設(shè)計時間 2013年6月17日 系 別 水利工程系 專 業(yè) 水文與水資源工程 班 級 水文一班 姓 名 黃偉民 指導(dǎo)教師 李炎 2012 年 6 月 19 日目 錄課程設(shè)計任務(wù)書 3第一章 重力壩設(shè)計基本資料5第二章 非溢流重力壩設(shè)計 5第一節(jié) 確定壩頂高程 5第二節(jié) 剖面設(shè)計 6第三節(jié) 荷載計算 6第四節(jié) 穩(wěn)定分析 7第三章 溢流壩設(shè)計 8第一節(jié) 溢流孔d設(shè)計 8第二節(jié) 溢流重力壩剖面設(shè)計8第三節(jié) 溢流重力壩消能設(shè)計10參考文獻 12附錄 12水利工程學課程設(shè)計任務(wù)書1課程設(shè)計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、

2、工作要求等）：某山區(qū)水庫擋水建筑物為混凝土重力壩，定為3級建筑物。經(jīng)水文水利計算，確定：正常蓄水位176.0m，相應(yīng)下游水位155.0m；設(shè)計洪水位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，孔隙率n0.35，進而算得泥沙浮容重。內(nèi)摩擦角。樞紐所在地區(qū)多年平均最大風速v=13m/s，水庫吹程D1km，地震基本烈度為7度。請進行非溢流壩及溢流壩的設(shè)計。由于課程設(shè)計時間短，將設(shè)計說明書和計算書合二為一，按設(shè)計順序，統(tǒng)一

3、編寫，稱為設(shè)計計算書。設(shè)計說明部分要求說明設(shè)計原則、設(shè)計內(nèi)容與方法、設(shè)計依據(jù)與成果的文字說明，而不是計算公式與運算的流水帳。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。計算部分要求公式正確，計算精確，判定和判別成果無誤。設(shè)計計算書要求做到內(nèi)容充實，文理通順，條理清楚，字跡工整，還應(yīng)有必要的插圖、計算簡圖、表格等，做到圖文并茂。常用公式直接列出，非常用公式應(yīng)做說明。計算過程分為：公式、填寫對應(yīng)數(shù)據(jù)、計算成果。設(shè)計注意事項1、學生課程設(shè)計一律在教室進行，各組建立點名制度。2、學生在老師指導(dǎo)下擬定自己的設(shè)計實施計劃，草圖經(jīng)指導(dǎo)老師審查后再加深。3、學生按指導(dǎo)老師規(guī)定的時間交設(shè)計成果，無故

4、推遲者，降低課程設(shè)計成績。4、所發(fā)給學生的原始資料，學生應(yīng)愛惜使用，設(shè)計結(jié)束時必須隨成果全部交回。水利工程學課程設(shè)計任務(wù)書2對課程設(shè)計成果的要求包括圖表、實物等硬件要求：1、 完成設(shè)計說明書15頁左右。（含各部分結(jié)構(gòu)簡圖）。2、 計算機繪圖若干張，包括非溢流壩及溢流壩縱剖面圖。設(shè)計圖要求表達正確，尺寸齊全，比例恰當，布局合理，線條清晰，圖面整潔，圖例和標注清楚。3主要參考文獻：1、袁光裕.水利工程施工.北京：中國水利水電出版社.2002.2、祁慶和.水工建筑物.北京：中國水利水電出版社.2002.3、袁光裕.水利工程. 北京：高等教育出版社.2002年4課程設(shè)計工作進度計劃：序號起 迄 日 期

5、工 作 內(nèi) 容12013.6.132013.6.13布置任務(wù)，熟悉指導(dǎo)書和基本資料22013.6.142013.6.17擋水建筑物設(shè)計,(壩高,剖面尺寸擬定)32013.6.172013.6.18泄水建筑物設(shè)計,(溢流壩面擬定,泄流孔口尺寸擬定消能形式尺寸擬定)42013.6.172013.6.19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)計基本資料我國是一個人均水資源緊缺的國家，價值水資源在時間和空間上分布不均，導(dǎo)致水資源供需矛盾更加尖銳。缺水已成為我國經(jīng)濟和社會進步的重要制約因素。某山區(qū)水庫擋水建筑物為混凝土重力壩，定為3級建筑物。經(jīng)水文水利計算，確定：正常蓄

6、水位176.Om，相應(yīng)下游水位155.Om；設(shè)計洪水位177.Om，校核洪水位178.5m相應(yīng)下游水位156.Om。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高程為 149.Om，地基為花崗巖，摩擦系數(shù) f=0.65，壩前淤積高程求出為 l60m；泥沙干容重Yf=13kn/m3，孔隙率為 0.65。進而算得泥沙浮容重n=6.53 kn/m3，(=13+10×O.35-10)。內(nèi)摩擦角n=18°。樞紐所在地區(qū)多年平均最大風速 V=l3m/s，水庫吹程 D=1km，地震基本烈度為 7級。第二章 非溢流重力壩設(shè)計第一節(jié) 壩頂高程的確定一、 以水庫水位為設(shè)計洪水

7、位情況下設(shè)計壩頂高程：壩頂高程由公式（1）求解 （1） （2）； 因此 ；。 。二、水庫水位為校核洪水位情況下的壩頂高程：； ；所以；此時，兩種情況下，取較大值，即壩頂高程。第二節(jié) 剖面設(shè)計一、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)值見表（1）。二、實用剖面：非溢流壩剖面設(shè)計基本尺寸擬定。見圖（1）表1壩頂寬度（m）壩底寬度（m）壩高（m）上游面坡度n下游面坡度m上下游面起坡點高度324310.040.6起坡 圖1 實用剖面第三節(jié) 荷載計算不同時刻 (時段)、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

8、制作用的組合情況分別進行計算。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度(1米)壩段上的各種荷載。對正常蓄水位、設(shè)計洪水位、校核洪水位、地震情況下作用與壩體的荷載計算，詳見附錄表一、表二、表三、表四。圖2 大壩受力情況第四節(jié) 穩(wěn)定分析按抗剪強度公式：K=抗滑力滑動力=f(W-U)P （3）并按要求得到的K>K;該水庫為三級建筑物，因此基本組合時K=1.05，特殊組合時K=1.0。1、正常蓄水位情況下： 2、設(shè)計洪水位情況下：3、校核洪水位情況下：4、地震情況下： 第三章 溢流壩設(shè)計第一節(jié) 溢流孔口設(shè)計溢流孔口與溢流壩頂是否設(shè)置閘門有關(guān)。大型溢流壩一般要設(shè)置閘門；小型溢流壩一

9、般不設(shè)閘門，這時壩頂高程取為水庫正常洪水位。本設(shè)計水庫擋水建筑物為3級建筑物，視為小型溢流壩，因此壩頂高程為正常洪水位。一、 單寬流量的取值 該水庫地基為花崗巖，屬堅硬巖石，因此假定通過溢流壩頂?shù)膯螌捔髁?二、 溢流壩段泄流總徑長的求解溢流壩段泄流總凈長： 溢流堰采用WES實用堰。；。采用3孔溢流壩，孔口凈寬為35=15m。因此溢流前緣總長 ；其中每個孔口凈寬為；三、 溢流壩頂高程的確定：，其中為堰頂水頭。按下式進行計算：所以溢流壩頂高程=第二節(jié) 溢流重力壩剖面設(shè)計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、頂部冪曲線段

10、、中間直線段和下部反弧段四部分組成。一、橢圓曲線段 橢圓曲線方程： （4）式（4）中 定型設(shè)計水頭，值為堰頂最大作用水頭的，； 式（4）中取，。溢流面曲線坐標、的原點取在堰頂點。，其中取 a=0.3，則 代入數(shù)據(jù)：x2(0.3×11.264)2+(0.17×11.264-y)2(0.17×11.264)2=1整理得：x23.37922+1.91488-y21.914882=1可知橢圓曲線的兩個半軸長度分別為3.3792和1.91488二、冪曲線段冪曲線段的方程為： （5）其中取決于壩頂上游面的坡度，當壩體上游面為鉛直面時， 即 求得x=5.5 y=3.72可得溢流

11、堰頂原點坐標。原點右側(cè)由曲線構(gòu)成見表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= (0.3-0.5) 堰上水頭h=0.4×5.19=2.08代入R中得R=10.4取10m。三、直線段與曲線段的切點計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）中間直線段上端與冪曲線相切。四、下游反弧段半徑的計算 =o.945壩前水位為校核洪水位，且閘門全開時反弧最低點處水深整理得：解得 h=4.74mR=(810)h=(810)×4.74取 3

12、8米第三節(jié) 消能防沖設(shè)計下游挑角采用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見附錄溢流壩剖面圖。水舌的挑距及可能最大沖坑的深度估算：圖3 挑流消能沖坑計算示意圖水舌的挑距由式（6）計算 （6）式中 坎頂至河床面高差，；坎頂垂直方向水深， ； ；坎頂水面流速，取平均流速的倍。計算得出，=代入以上參數(shù)計算得L=55.376m水墊厚度由式（7）計算 （7）沖坑深度由式（8）計算 （8）式中 單寬流量，；上下游水位差，；下游水深，；沖坑系數(shù)，堅硬完整的基巖取，堅硬但完整性較差的基巖取，軟弱破碎裂隙發(fā)育的基巖取。計算得出：； 滿足要求說明挑流消能形成的

13、沖坑不會影響大壩安全。參考文獻:1.袁光裕.水利工 程施工.北京：中國水利水電出版社.2002.2.祁慶和.水工建筑物.北京：中國水利水電出版社.2002.3.袁光裕.水利工程. 北京：高等教育出版社.2002附表一 正常蓄水位荷載類型荷載（鉛直）或水平力計算式鉛直力的值水平力的值自重G1349.9G22232G35952上游水平水壓力P13572下游水平水壓力P3176.4上游鉛直水壓力P2142.9下游鉛直水壓力P4141.1浮托力U1411滲透壓力U21154.4U22102.9U23566水平向泥沙總壓力Pnh207.6鉛直向泥沙總壓力Pvh31.46浪壓力P116.28地震慣性力Q1

14、Q2Q3地震動水壓力P0匯總6615.083619.56 附表二 設(shè)計洪水位荷載類型荷載（鉛直）或水平力計算式鉛直力的值水平力的值自重G1349.9G22232G35952上游水平水壓力P13842下游水平水壓力P3240.1上游鉛直水壓力P2153.7下游鉛直水壓力P4192.1浮托力U1646滲透壓力U21154.4U22102.9U23566水平向泥沙總壓力Pnh207.6鉛直向泥沙總壓力Pvh34.16浪壓力P116.28地震慣性力Q1Q2Q3地震動水壓力P0匯總6444,323825.36附表三 校核洪水位荷載類型荷載（鉛直）或水平力計算式鉛直力的值水平力的值自重G1349.9G22232G35952上游水平水壓力P14264下游水平水壓力P3240.1上游鉛直水壓力P2170.6下游鉛直水壓力P4192.1浮托力U1646滲透壓力U21165.4U22110.3U23606.4水平向泥沙總壓力Pnh207.6鉛直向泥沙總壓力Pvh40.19浪壓力P16.36地震慣性力Q1Q2Q3地震動水壓力P0匯總6408.4454238.07附表四 地震情況荷載類型荷