本科畢業(yè)設(shè)計(jì)——柳江水利樞紐——深入重力壩施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

1、.四川大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)柳江水利樞紐深入重力壩施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)目錄目錄11.水文水利計(jì)算21.1設(shè)計(jì)洪水和校核洪水過程線的推求21.2調(diào)洪計(jì)算31.1.2手算成果41.2.2機(jī)算成果82.重力壩設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算162.1 壩頂高程的計(jì)算162.2 非溢流壩段穩(wěn)定計(jì)算182.2.1 荷載與荷載組合192.2.2 穩(wěn)定計(jì)算方法202.2.3穩(wěn)定性計(jì)算成果212.3溢流壩相關(guān)計(jì)算272.3.1 堰面曲線計(jì)算272.3.2溢流壩穩(wěn)定性計(jì)算303施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)323.1 圍堰的立面設(shè)計(jì)323.2 圍堰的平面設(shè)計(jì)463.3 導(dǎo)流隧洞設(shè)計(jì)461.水文水利計(jì)算1.1設(shè)計(jì)洪水和校核洪水過程線的推求本工程中，為了簡化計(jì)算過

2、程，并結(jié)合工程實(shí)際，選用同倍比放大法以峰控制對(duì)洪水過程線進(jìn)行放大處理，計(jì)算過程如下：設(shè)計(jì)工況放大倍比：KQ=QmpQm=2186m3s1650m3s=1.325校核洪水工況放大倍比：KQ=QmpQm=2797m3s1650m3s=1.695各種工況洪水過程線如表1.1-1：表1.1-1 設(shè)計(jì)洪水、校核洪水工況洪水過程線時(shí)間t（h）01.252.53.7555.76.57.4流量Q（m³/s）5015050010001375150016501500放大后流量（設(shè)計(jì)洪水）66.24 198.73 662.42 1324.85 1821.67 1987.27 2186.00 1987.27

3、 放大后流量（校核洪水）84.76 254.27 847.58 1695.15 2330.83 2542.73 2797.00 2542.73 時(shí)間t（h）8.7101115202530流量Q（m³/s）10006335002501002525放大后流量（設(shè)計(jì)洪水）1324.85 838.63 662.42 331.21 132.48 33.12 33.12 放大后流量（校核洪水）1695.15 1073.03 847.58 423.79 169.52 42.38 42.38 圖像如下圖1.1-1：圖1.1-1設(shè)計(jì)洪水、校核洪水工況洪水過程線1.2調(diào)洪計(jì)算選擇堰型為WES剖面，依據(jù)溢

4、洪道設(shè)計(jì)規(guī)范 SL 253-2000，溢流計(jì)算公式如下：Q=cmsB2gH032 =1-0.2k+n-10H0nb 式中，Q流量，m3s；B溢流堰總凈寬，m；b單孔凈寬,m；n閘孔數(shù)目；H0計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上總水頭，m ；m二維WES實(shí)用堰流量系數(shù)；c上游堰坡影響系數(shù)；閘墩側(cè)收縮系數(shù)；0中墩形狀系數(shù)；k邊墩形狀系數(shù)；s淹沒系數(shù)；式中各子母意義如下圖1.1-2所示：圖1.1-2 溢流堰曲線此處不計(jì)行進(jìn)流速水頭，取H0=469.13m-466.00m=3.13m；工程開挖高程為415.00m，P1=466.00m-415.00m=51.00m,由于不及行進(jìn)流速水頭，H0Hd=1,P1Hd=P1

5、H0=513.13=16.29>1.33，由說明書表2.2.3-1查得，m=0.501；上游堰面坡度影響修正系數(shù)當(dāng)上游堰面鉛直時(shí)，c=1.0； 為閘墩側(cè)收縮系數(shù),；中墩形狀系數(shù)0查說明書表2.2.3-2，hzH00.75,墩頭形狀設(shè)為半圓形，故可取0=0.45；邊墩形狀見說明書圖2.2.3-2，本工程設(shè)計(jì)邊墩為半圓形，所以k=0.7；淹沒系數(shù)，查表A 2.1-3，取s=0.995。所以:=1-0.2k+n-10H0nb=1-0.2×0.7+4×0.45×3.1340=0.8Q=cmsB2gH032=1×0.501×0.8×0.9

6、95×B×2×9.81×H032=1.7665BH0321.1.2手算成果擬定三種方案,分別是方案1：5孔×7m/孔，凈寬35m；方案2：5孔×8m/孔，凈寬40m；方案3:7孔×6m/孔，凈寬42m。對(duì)方案1設(shè)計(jì)洪水工況進(jìn)行手算，為提高計(jì)算效率，其余方案進(jìn)行機(jī)算，方案1手算過程如下：（1）由基本資料，水庫庫水位Z（m）與庫容V（萬m3）關(guān)系如下表1.1.2-1：表1.1.2-1 水位庫容曲線V(萬立方米)050100150200300400水位(m)428433437439441443444.7V(萬立方米)6009001

7、5002300330044005000水位(m)447.8451456.6462467.5472.5474.7繪制Z-V圖像如下圖1.1.2-1:圖1.1.2-1 水位庫容曲線Z-V圖（2）列表計(jì)算q-V曲線 在堰頂高程466.00m以上，假設(shè)不同的庫水位Z用它們分別減去堰頂高程466.00m，得第（2）欄所示的堰頂水頭H，帶入公式Q=1.7665×BH32選擇溢流堰總凈寬為40m，算出各H相應(yīng)的溢洪道泄流能力，加上發(fā)電量（計(jì)算公式：N=9.81QH，得Z值相應(yīng)的水庫泄流能力q=q溢+q電，列于第（3）欄。再由第（1）欄的Z值查Z-V曲線，得Z值相應(yīng)庫容V，見表1.1.2-2中第（4

8、）欄。表1.1.2-2水庫q-V關(guān)系計(jì)算表水庫q-V關(guān)系計(jì)算表庫水位Z（m）(1)461463465467469471473475堰頂水頭H（m）(2)02468101214泄洪能力q(m³)q電14 213 578 1050 1610 2245 2948 3711 q溢0 200 565 1038 1599 2234 2937 3701 q泄(3)14 213 578 1050 1610 2245 2948 3711 庫容V（萬m³）(4)2100 2400 2800 3250 3500 4050 4450 5000 （3）繪制q-V曲線，由上表中第（3）、（4）欄對(duì)應(yīng)值

9、，繪制該水庫的泄流曲線q-V，如下圖1.1.2-2：圖1.1.2-2 q-V曲線（4）推求下泄流量過程線q（t），按下表的格式逐時(shí)段進(jìn)行試算。試算公式如下：Q1+Q22t-q1+q22t=V2-V1式中，Q1、Q2時(shí)段t始、末的入庫流量，m3s；q1、q2時(shí)段t始、末的出庫流量，m3s；V2、V1時(shí)段t始、末的水庫蓄水量，m3；t計(jì)算時(shí)段，h；對(duì)于第一時(shí)段，按起始條件V1=2262.75m3s,q1=13.49m3s和已知值Q1=66.24m3s、Q2=480m3s進(jìn)行試算求V2,q2,與q-V曲線進(jìn)行對(duì)比，使之與q-V曲線相符，試算結(jié)果如下表1.1.2-3：表1.1.2-3 試算列表時(shí)間t(

10、h)時(shí)段t（h）Q(m3s)Q1+Q22(m3s)Q1+Q22t(m3s)q(m3s)q1+q22(m3s)q1+q22t(m3s)V（萬m³）Z（m）066132263 461.82273546192 383 24803702860 462.629401880560 1120 414007503500 468.22175035001050 2100 6210013503570 468.52190038001165 2330 817009803089 467212692539775 1550 108395702629 46427241449460 920 126103502580 4

11、63.52580 1160340 680 145503302360 4622420840290 580 162902502150 4612245490220 440 182001902092 460.22166332170 340 20132150上表的計(jì)算數(shù)據(jù)繪制設(shè)計(jì)洪水過程線及下泄流量過程線，如下圖1.1.2-3：圖1.1.2-3 洪水及下泄流量過程線最終求得設(shè)計(jì)洪水時(shí)最高水位為468.50m,對(duì)應(yīng)最大下泄流量為1350m3s。1.2.2機(jī)算成果為進(jìn)行多方案比較，以便于采用更優(yōu)方案，繼續(xù)選擇多個(gè)泄洪方案進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，由于計(jì)算過程復(fù)雜，故采用計(jì)算軟件，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算（注：為簡化計(jì)算及預(yù)留

12、一定安全度，機(jī)算時(shí)未計(jì)入電站發(fā)電引用流量），使用軟件為試算法計(jì)算調(diào)洪演算程序。水庫水位-庫容關(guān)系曲線如圖1.2.2-1：圖1.2.2-1 水庫水位-庫容關(guān)系曲線(1) 方案1：采用5孔7m，總凈寬35m，設(shè)計(jì)洪水工況下,溢洪道下泄流量關(guān)系表如下表1.2.2-1:表1.2.2-1 溢洪道下泄流量關(guān)系水庫水位（m）461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 下泄流量（m³/s）0 85 175 315 495 700 909 1115 1399 1660 1955 2230 設(shè)計(jì)洪水工況溢洪道下泄流量計(jì)算表如表1.2.2-2：表1.2.

13、2-2 設(shè)計(jì)洪水工況溢洪道下泄流量計(jì)算表方案1水庫設(shè)計(jì)情況下溢洪道下泄流量計(jì)算表時(shí)段序號(hào)（h）來水流Q(m3/s)平均流量 Qp(m3/s)來水量Qp×dt(萬m3)調(diào)洪下泄流量 q (m3/s)下泄平均流量qp(m3/s)下泄水量qp×dt(萬m3)余虧水量dV(萬m3)總庫容 V總(萬m3)水庫水位（m)0.0 0.0 0.0 2100.0 461.0 2.0 662.0 331.0 238.5 88.1 44.0 31.7 206.8 2306.0 462.0 4.0 1600.0 1131.0 814.5 578.2 333.1 239.9 574.6 2881.0

14、 465.4 6.0 2186.0 1893.0 1363.0 1328.6 953.4 686.4 676.5 3558.0 468.8 8.0 1300.0 1743.0 1255.0 1588.7 1458.6 1050.2 204.7 3763.0 469.7 10.0 730.0 1015.0 730.8 1224.3 1406.5 1012.7 -281.9 3481.0 468.4 12.0 510.0 620.0 446.4 877.8 1051.0 756.7 -310.3 3170.0 466.9 14.0 360.0 435.0 313.2 636.7 757.3 545

15、.2 -232.0 2938.0 465.7 16.0 285.0 322.5 232.2 467.7 552.2 397.6 -165.4 2773.0 464.9 18.0 185.0 235.0 169.2 344.7 406.2 292.5 -123.0 2650.0 464.2 20.0 120.0 152.5 109.8 234.5 289.6 208.5 -98.7 2551.0 463.4 22.0 90.0 105.0 75.6 166.9 200.7 144.5 -68.9 2482.0 462.9 設(shè)計(jì)洪水工況下洪水下泄過程線如下圖1.2.2-2：圖1.2.2-2 水庫水

16、位-庫容關(guān)系曲線求得設(shè)計(jì)洪水工況下最高水位為469.727m，最大泄流量為1588.73m³/s；校核洪水工況下，溢洪道下泄流量關(guān)系表如下表1.2.2-3:表1.2.2-3 溢洪道下泄流量水庫水位m461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 下泄流量（m³/s）0 85 175 315 495 700 909 1115 1399 1660 1955 2230 校核洪水工況下溢洪道下泄流量計(jì)算表如下表1.2.2-4：表1.2.2-4 校核洪水工況下溢洪道下泄流量計(jì)算表方案1水庫校核情況下溢洪道下泄流量計(jì)算表時(shí)段序號(hào)（h）來水

17、流Q(m3/s)平均流量 Qp(m3/s)來水量Qp×dt(萬m3)調(diào)洪下泄流量 q (m3/s)下泄平均流量qp(m3/s)下泄水量qp×dt(萬m3)余虧水量dV(萬m3)總庫容 V總(萬m3)水庫水位（m)0 0 0 2100 461 2 848 424 305 114 57 41 264 2364 462 4 2047 1447 1042 786 450 324 718 3082 466 6 2797 2422 1744 1756 1271 915 829 3911 470 8 1663 2230 1606 2015 1886 1358 248 4159 471 1

18、0 934 1299 935 1618 1817 1308 -373 3786 470 12 653 793 571 1095 1357 977 -406 3381 468 14 461 557 401 803 949 683 -282 3098 466 16 365 413 297 591 697 502 -205 2894 465 18 237 301 216 435 513 370 -153 2741 465 20 154 195 140 308 372 268 -127 2614 464 22 115 134 97 205 256 185 -88 2526 463 校核洪水工況洪水下泄

19、過程線如下圖1.2.2-3：圖1.2.2-3 校核洪水工況洪水下泄過程線求得校核洪水工況下最高水位為471.251m，最大泄流量為2024.14m³/s。(2) 方案2：采用5孔7m，總凈寬35m，設(shè)計(jì)洪水工況下,溢洪道下泄流量關(guān)系表如下表1.2.2-5:表1.2.2-5 設(shè)計(jì)洪水工況下,溢洪道下泄流量關(guān)系表水庫水位m461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 下泄流量（m³/s）0 100 200 370 565 800 1038 1300 1599 1915 2234 2595 設(shè)計(jì)洪水工況溢洪道下泄流量計(jì)算表如下表1

20、.2.2-6：表1.2.2-6 設(shè)計(jì)洪水工況溢洪道下泄流量計(jì)算表方案2水庫設(shè)計(jì)情況下溢洪道下泄流量計(jì)算表時(shí)段序號(hào)（h）來水流Q(m3/s)平均流量 Qp(m3/s)來水量Qp×dt(萬m3)調(diào)洪下泄流量 q (m3/s)下泄平均流量qp(m3/s)下泄水量qp×dt(萬m3)余虧水量dV(萬m3)總庫容 V總(萬m3)水庫水位（m)0 0 0 2100 461 2 662 331 238 101 51 36 202 2302 462 4 1600 1131 814 629 365 263 552 2854 465 6 2186 1893 1363 1415 1022 736

21、 627 3481 468 8 1300 1743 1255 1639 1527 1099 155 3637 469 10 730 1015 731 1219 1429 1029 -298 3338 468 12 510 620 446 848 1034 744 -298 3040 466 14 360 435 313 602 725 522 -209 2831 465 16 285 323 232 443 523 376 -144 2687 464 18 185 235 169 317 380 274 -105 2583 464 20 120 153 110 206 262 188 -79

22、2504 463 22 90 105 76 172 189 136 -60 2444 463 設(shè)計(jì)洪水工況洪水下泄過程線如下圖1.2.2-4：圖1.2.2-4 設(shè)計(jì)洪水工況洪水下泄過程線求得設(shè)計(jì)洪水工況下最高水位為469.126m，最大泄流量為1638.3m³/s；校核洪水工況下，溢洪道下泄流量關(guān)系表如下:校核洪水工況下,溢洪道下泄流量關(guān)系表如下表1.2.2-7:表1.2.2-7 校核洪水工況下,溢洪道下泄流量關(guān)系表水庫水位m461462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 下泄流量（m³/s）0100 200 370 565 8

23、00 1038 1300 1599 1915 2234 2595 校核洪水工況溢洪道下泄流量計(jì)算表如下表1.2.2-8：表1.2.2-8 校核洪水工況溢洪道下泄流量計(jì)算表方案2水庫校核情況下溢洪道下泄流量計(jì)算表時(shí)段序號(hào)（h）來水流Q(m3/s)平均流量 Qp(m3/s)來水量Qp×dt(萬m3)調(diào)洪下泄流量 q (m3/s)下泄平均流量qp(m3/s)下泄水量qp×dt(萬m3)余虧水量dV(萬m3)總庫容 V總(萬m3)水庫水位（m)0002100461284842430512965472592359462420471447104285549235468830464666

24、27972422174418891372988756380247081663223016062092199014331733975471109341299935157218321319-38435914691265379357110591315947-376321546714461557401756907653-253296346616365413297553655471-174278946518237301216411482347-131265846420154195140274342247-10625524632211513497191232167-702482463校核洪水工況洪水下泄過

25、程線如下圖1.2.2-5：圖1.2.2-5 校核洪水工況洪水下泄過程線求得校核洪水工況下最高水位為470.57m，最大泄流量為2097.24m³/s。(3)方案3：采用7孔6m，總凈寬42m，設(shè)計(jì)洪水工況下,溢洪道下泄流量關(guān)系表如下表1.2.2-9:表1.2.2-9 溢洪道下泄流量關(guān)系表水庫水位m461462463464465466467468469470471472下泄流量（m³/s）0100210395593810109013601680200023462720設(shè)計(jì)洪水工況溢洪道下泄流量計(jì)算表如下表1.2.2-10：表1.2.2-10 設(shè)計(jì)洪水工況溢洪道下泄流量計(jì)算表方

26、案3水庫設(shè)計(jì)情況下溢洪道下泄流量計(jì)算表時(shí)段序號(hào)（h）來水流Q(m3/s)平均流量 Qp(m3/s)來水量Qp×dt(萬m3)調(diào)洪下泄流量 q (m3/s)下泄平均流量qp(m3/s)下泄水量qp×dt(萬m3)余虧水量dV(萬m3)總庫容 V總(萬m3)水庫水位（m)000210046126623312381015136202230246241600113181464537326954628484656218618931363144810467536103458468813001743125516571552111813735954691073010157311214143

27、61034-3033292467125106204468191017732-286300646614360435313602710512-198280846516285323232443523376-144266446418185235169307375270-101256346420120153110204256184-742489463229010576171188135-592429463設(shè)計(jì)洪水工況洪水下泄過程線如下圖1.2.2-6：圖1.2.2-6 校核洪水工況洪水下泄過程線求得設(shè)計(jì)洪水工況下最高水位為468.928m，最大泄流量為1656.91m³/s；校核洪水工況下,溢

28、洪道下泄流量關(guān)系表如下表1.2.2-11:表1.2.2-11 校核工況溢洪道下泄流量水庫水位m461462463464465466467468469470471472下泄流量（m³/s）0100210395593810109013601680200023462720方案3校核洪水工況溢洪道下泄流量計(jì)算表如下表1.2.2-12：表1.2.2-12 校核洪水工況溢洪道下泄流量計(jì)算表方案3水庫校核情況下溢洪道下泄流量計(jì)算表時(shí)段序號(hào)（h）來水流Q(m3/s)平均流量 Qp(m3/s)來水量Qp×dt(萬m3)調(diào)洪下泄流量 q (m3/s)下泄平均流量qp(m3/s)下泄水量qp&#

29、215;dt(萬m3)余虧水量dV(萬m3)總庫容 V總(萬m3)水庫水位（m)000210046121286446201073921394614848488351168946728424234636204714471042915541390652307546682797242217441950143310327123787470101663223016062129204014691373925470129341299935156018451328-39335314691465379357110421301937-366316646716461557401732887639-238292846

30、618365413297552642462-165276346520237301216409481346-130263346422154195140260335241-1012533463校核洪水工況洪水下泄過程線如下圖1.2.2-7：圖1.2.2-7 校核洪水工況洪水下泄過程線求得校核洪水工況下最高水位為470.373m，最大泄流量為2129,17m³/s機(jī)算調(diào)洪過程如下：機(jī)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下表1.2.2-13：表1.2.2-13 機(jī)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表方案計(jì)算工況溢洪道最大泄量m³s最高水位/m孔數(shù)n孔寬/m總凈寬/m1設(shè)計(jì)洪水57351588.73469.727校核洪水2015.

31、38471.2192設(shè)計(jì)洪水58401638.79469.126校核洪水2092.03470.573設(shè)計(jì)洪水76421656.91468.928校核洪水2129.18470.373通過比較優(yōu)化（詳見說明書），采用方案2計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)洪水工況時(shí)最高水位為469.126m，取469.13m,對(duì)應(yīng)最大下泄流量為1638.79m³s,此時(shí)下游水位高程為426.63m；采用校核洪水工況時(shí)最高水位為470.57m，對(duì)應(yīng)最大下泄流量為2092.03m³s,此時(shí)下游水位高程為427.1m；正常高水位時(shí)，對(duì)應(yīng)的下游水位高程為422.05m。2.重力壩設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算2.1 壩頂高程的計(jì)算依據(jù)水工

32、建筑物,計(jì)算公式為h=h1%+hz+hc式中，h防浪墻至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，m； h1%累計(jì)頻率為1%時(shí)的波浪高差，m； hz波浪中心線高于靜水位的高度，m； hc安全加高，m；使用官廳水庫公式計(jì)算h2、 h1%。（1） 求雍高h(yuǎn)z1） 求hlhl=0.0166v054D13 式中，hl波高，m； v0計(jì)算風(fēng)速，m/s；指水面以上10m處10min的風(fēng)速平均值，水庫為正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)季節(jié)50年重現(xiàn)期出現(xiàn)的最大風(fēng)速校核洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)洪水期最大風(fēng)速的多年平均值，此處設(shè)計(jì)洪水位時(shí)取v0=16.9m/s,校核洪水時(shí)取v0=7.2m/s； D吹程，km；故設(shè)計(jì)洪水位時(shí)

33、，hl=0.0166v054D13=0.0166×16.954×213=0.717m；校核洪水位時(shí)，hl=0.0166v054D13=0.0166×16.97.254×213=0.247m；2） 計(jì)算波長L設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，L=10.4hl0.8=10.4×0.7170.8=7.97m;校核洪水位時(shí)，L=10.4hl0.8=10.4×0.2470.8=3.398m;3） 計(jì)算雍高h(yuǎn)zhz=hlLcth2HL 式中，L波長，m； hl波高，m； H壩前水深，m；設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，H=469.13m-415.00m=54.13m;hz=hlLct

34、h2HL=2××0.71727.97cth2××54.137.97=0.20cth42.67=0.20m 校核洪水位時(shí)，H=470.57m-415.00m=55.57m;hz=hlLcth2HL=2××0.24723.398cth2××55.573.398=0.056cth102.75=0.056m ;正常水位時(shí)，h=466.00m-415.00m=51.00m；hz=hlLcth2HL=×0.71727.97cth2××517.97=0.20cth40.21=0.20m 其中，cth

35、函數(shù)為雙曲余弦函數(shù)，cth z=ez+e-zez-e-z;(2)計(jì)算h1%gDv02=9.81m/s2×2×103m(16.9m/s)2=67.22;即gDv02=20250；故hl=h5%，需推算累計(jì)頻率1%的波高。設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，h1%=1.24h5%=1.24×0.20m=0.25m;正常洪水位時(shí)，h1%=1.24h5%=1.24×0.20m=0.25m;校核洪水位時(shí)，h1%=1.24h5%=1.24×0.056m=0.07m;（3）求超高h(yuǎn)c本工程為中型工程，大壩為重要永久性建筑物，壩的安全級(jí)別為3級(jí)，取hc=0.4m;由上述結(jié)果，h計(jì)算

36、如下：設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，h=h1%+hz=0.20m+0.25m=0.45m;正常運(yùn)行水位時(shí)，h=h1%+hz+hc=0.056m+0.25m+0.4m=0.706m=0.71m校核洪水位時(shí)，h=h1%+hz+hc=0.07m+0.056m+0.4m=0.53m;壩頂高程計(jì)算如下：設(shè)計(jì)洪水位：H=469.13m+0.45m=469.58m;正常運(yùn)行時(shí)：H=466.00m+0.71m=466.71m；校核洪水位：H=470.57m+0.53m=471.10m;整理在表格內(nèi)，結(jié)果如下表2.1：表2.1 壩頂高程計(jì)算統(tǒng)計(jì)表雍高h(yuǎn)z累計(jì)頻率為1%時(shí)的波浪高差h1%（m）超高h(yuǎn)c（m）防浪墻至設(shè)計(jì)洪水位或校

37、核洪水位的高差h（m）水位（m）壩頂高程（m）設(shè)計(jì)洪水工況0.200.250.40.45469.13469.58正常運(yùn)行工況0.200.250.40.71466.00466.71校核洪水工況0.0560.070.40.53470.57471.10最終結(jié)果壩頂高程取471.10m。2.2 非溢流壩段穩(wěn)定計(jì)算壩頂寬度一般取壩高的8%10%，且不小于2m，壩高為：471.10m-415.00m=56.1m，故d=4.49m5.61m,本工程壩頂有特殊要求，需設(shè)置門機(jī)，所以取壩頂寬度為8m。由水工建筑物壩上游取鉛直，下游坡率為0.60.8，此處取0.75進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，底寬約為壩高的0.70.9倍，取值

38、為39.27m50.49m，按上游垂直，下游邊坡1:0.75，計(jì)算底邊長為42.08；設(shè)計(jì)圖如下圖2.2-1（注：圖中尺寸單位為m）：圖2.2-1 初步設(shè)計(jì)非溢流壩段剖面圖在CAD繪圖軟件中測(cè)量得圖中相關(guān)參數(shù)得壩體面積為S1=1222.87m2；下游水重S2=50.72m2。計(jì)算示意圖如下2.2-2（圖中尺寸均以m計(jì)）：圖2.2-2 優(yōu)化設(shè)計(jì)非溢流壩段剖面圖2.2.1 荷載與荷載組合由水工建筑物，各種情況下的荷載組合按下表2.2.1進(jìn)行選?。罕?.2.1 荷載組合荷載組合主要考慮情況荷載附注自重靜水壓力揚(yáng)壓力泥沙壓力浪壓力冰壓力地震荷載動(dòng)水壓力土壓力其他荷載基本組合（1）正常蓄水位情況 土壓力

39、根據(jù)外是否填有土石而定（2）設(shè)計(jì)洪水位情況 土壓力根據(jù)外是否填有土石而定（3）冰凍情況靜水壓力及揚(yáng)壓力按相應(yīng)的冬季水庫水位計(jì)算特殊組合（1）校核洪水位情況（2）地震情況靜水壓力、揚(yáng)壓力和浪壓力按正常蓄水位計(jì)算。有論證時(shí)可另作規(guī)定2.2.2 穩(wěn)定計(jì)算方法壩體的穩(wěn)定性計(jì)算有兩種計(jì)算方法：（1）按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算k=f'W+c'AP式中，k按抗剪強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) f壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)，f=1.0； c壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，c=800Kpa； A壩基接觸面積，； W 作用于壩體上全部荷載（包括揚(yáng)壓力）對(duì)滑動(dòng)面的法向分值，KN；P作用于壩體上

40、全部荷載對(duì)滑動(dòng)面的切向分值，KN；（2） 按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算k=fWP式中，k按抗剪強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； f壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪摩擦系數(shù)，由基礎(chǔ)資料，f=0.65；重力壩的穩(wěn)定分析中,抗剪斷強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度系數(shù)按表2.2.2-1和表2.2.2.-1進(jìn)行取值.表2.2.2-1 壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K'荷載組合K'基本組合3.0特殊組合（1）2.5（2）2.3表2.2.2-2 壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K荷載組合壩的級(jí)別123基本組合1.101.051.05特殊組合（1）1.051.001.00（2）1.001.001.002.2.3穩(wěn)定性計(jì)算成果1.首先進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水工

41、況基本組合下的荷載計(jì)算，應(yīng)考慮自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、泥沙壓力、浪壓力、動(dòng)水壓力及基本荷載。a壩體自重及上下游水重壩體重力：W1=S1式中，W1壩體自重，KNm；壩體混凝土容重，KNm3; S1 壩體面積，；W1=S1=2.4×103kgm3×9.81Nkg×1222.87m2=28791.25KNm下游水自重：W2=S2式中，W2下游水重，KNm；水的容重，取9.81KNm3; S2 下游水重面積，；由剖面圖測(cè)量得下游水重面積為50.71；W2=S2=9.81KNm3×50.71m2=497.47KNm b靜水壓力Pw=12wH2式中，Pw上游靜水壓力

42、，KN/m； w水的重度，KN/m³，可采用9.81KN/m³；對(duì)泥沙多的河流，可視實(shí)際情況而定，本工程河水中泥沙含量不大，取9.81KN/m³； H計(jì)算總水頭，m；按計(jì)算水位與壩底高差確定；上游水壓力計(jì)算總水頭：H1 =469.13m-415.00m=54.13m下游水壓力計(jì)算總水頭：H2=426.63m-415.00m=11.63m；上游靜水壓力： Pw1=12wH12=12×9.81kNm3×54.132=14400KNm下游靜水壓力：Pw2=12wH22=12×9.81kNm3×11.632=663.44KNmc揚(yáng)壓

43、力 壩基未設(shè)防滲帷幕和上游排水孔時(shí)，計(jì)算如下圖2.2.3-1：H1=54.13m, H2=11.63m, H1-H2=54.13m-11.63m=42.5m;揚(yáng)壓力面積為：S=1400.3416；揚(yáng)壓力：P=水S=9.81KN/m³×1400.3416=13737.35KNm；圖2.2.3-1 揚(yáng)壓力計(jì)算圖d泥沙壓力PskPsk=12sbhstan2(45°-s2)式中，Psk淤沙壓力值，KNm； sb淤沙的浮重度，KNm3； hs壩前淤沙的淤積厚度，m； s淤沙的內(nèi)摩擦角，（°）；sb=0.75tm3=7.36KNm3hs=432.00m-415.00

44、m=17.00mPsk=12sbhstan245°-s2=12×7.36×17.00×tan245°-13°2KNm=672.91KNm e浪壓力PwkPwk=14wLm(h1%+hz)hz=h1%2Lmcth2HLmHcr=Lm4lnLm+2h1%Lm-2h1%式中，Pwk單位長度迎水面的浪壓力，KNm；w水的重度，9.81KNm3；Lm平均波長，m；h1%累積頻率為1%的波高，m；H擋水建筑物飲水面前的水深，m；hz波浪中心線至計(jì)算水位的高度，m；Hcr使波浪破碎的臨界水深，m。由前面計(jì)算，Lm=7.97m, h1%=0.25m；

45、Hcr=Lm4lnLm+2h1%Lm-2h1%=7.974ln7.97+2×0.257.97-2×0.25=0.25m H=54.13m,Hcr=0.25m,Lm=7.97m；滿足HHcr且HLm2故浪壓力計(jì)算如下：h1%=0.25mhz=h1%2Lmcth2HLm=×0.2527.97cth2×54.137.97=0.02mPwk=14wLmh1%+hz=14×9.81×7.97×0.25+0.02=5.28KNmf穩(wěn)定性計(jì)算（1）按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算穩(wěn)定性k=f'W+c'AP=f'W1+W2-P+

46、c'APw1-Pw1+Psk+Pwk=1.0×28791.25+497.47-13737.35+800×42.0814400-663.44+672.91+5.28=3.41k=3.41>k=3.0抗剪斷強(qiáng)度滿足要求；（2）按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算k=fWP=fW1+W2-PPw1-Pw1+Psk+Pwk=0.65×28791.25+497.47-13737.3514400-663.44+672.91+5.28=0.70k=0.70<k=1.05不滿足穩(wěn)定性要求，故需對(duì)大壩優(yōu)化設(shè)計(jì)，并考慮基礎(chǔ)帷幕灌漿。1. 大壩剖面優(yōu)化方案 為增加大壩穩(wěn)定安全系數(shù),將

47、上游折坡取為0.15,并考慮帷幕灌漿，大壩剖面和揚(yáng)壓力及水重計(jì)算剖面如下圖2.2.3-2、圖2.2.3-3、圖2.2.3-4、圖2.2.3-5所示：圖2.2.3-2 壩體剖面圖圖2.2.3-3 設(shè)計(jì)工況揚(yáng)壓力計(jì)算圖圖2.2.3-4 校核工況揚(yáng)壓力計(jì)算圖圖2.2.3-5 正常工況揚(yáng)壓力計(jì)算圖依照前述原理，相關(guān)力的計(jì)算列成表格，計(jì)算成果如下表2.2.3-1、表2.2.3-2、表2.2.3-3表2.2.3-4：表2.2.3-1設(shè)計(jì)工況穩(wěn)定性計(jì)算成果表基本參數(shù)（設(shè)計(jì)工況）（基本組合）設(shè)計(jì)工況穩(wěn)定性計(jì)算上游水深H1（m）54.13壩體自重W1（KN/m）32164.59下游水深H2（m）11.63上游水

48、自重W2（KN/m）1727.44壩體面積（）1366.38下游水自重W3（KN/m）530.72混凝土容重（KN/m³）23.54揚(yáng)壓力P（KN/m）9738.68上游水自重面積（）176.09上游水壓力Pw1（KN/m）14371.93下游水自重面積（）54.1下游水壓力Pw2（KN/m）663.44抗剪斷摩擦系數(shù)f11泥沙壓力Psk（KN/m）672.91抗剪摩擦系數(shù)f20.65浪壓力Pwk（KN/m）5.28粘聚力c'(Pa)800大壩底寬（m）49.38抗剪斷強(qiáng)度穩(wěn)定系數(shù)k'4.46揚(yáng)壓力面積（）992.73抗剪強(qiáng)度穩(wěn)定系數(shù)k1.12表2.2.3-2 正常工況穩(wěn)定性計(jì)算成果表基本參數(shù)（正常工況）（基本組合）正常工況穩(wěn)定性計(jì)算上游水深H1（m）51壩體自重W1（KN/m）32164.59下游水深H2（m）6.05上游水自重W2（KN/m）1589.22壩體面積（）1366.38下游水自重W3（KN/m）143.62混凝土容重（KN/m³）23.54揚(yáng)壓力P（KN/m）6314.01上游水自重面積（）162上游水壓力Pw1（KN/m）12757.91下游水自重面積（）14.64下游水壓力Pw2（KN/m）179.54抗剪斷摩擦系數(shù)f11泥沙