土石壩課程設(shè)計(jì)

1、水工建筑物課程設(shè)計(jì)平山水利樞紐指導(dǎo)老師：劉依松 姓名：張勇強(qiáng) 班級(jí)：20071015 學(xué)號(hào)：2007101532 專業(yè)：水利水電工程一 基本資料及數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)第一節(jié) 基本資料1 概況平山水庫位于G 縣縣城西南3公里處的平山河中游，該河系睦水的主要支流，全長28公里，流域面積為556平方公里，壩址以上控制流域面積為431平方公里；沿河道有地勢(shì)比較平坦的小平原，地勢(shì)自南向東由高變低。最低高程為、62.5m ；河床比降3，河流發(fā)源于蘇塘鄉(xiāng)大源錠子，這個(gè)流域物產(chǎn)豐富，土地肥沃，下游盛產(chǎn)稻麥，上游蘊(yùn)藏著豐富的竹子、木材等土特產(chǎn)。由于平山河為山區(qū)性河流，雨后山洪常給農(nóng)作物和村鎮(zhèn)造成災(zāi)害，另外，當(dāng)雨量分布不均勻

2、時(shí)，又易造成干旱現(xiàn)象，因此有關(guān)部門對(duì)本地區(qū)做了多次勘測(cè)以開發(fā)著棵的水利資源。2 樞紐任務(wù)樞紐主要任務(wù)以灌溉發(fā)電為主，并結(jié)合防洪、航運(yùn)、養(yǎng)魚及供水等任務(wù)進(jìn)行開發(fā)。據(jù)初步規(guī)劃，本工程灌溉面積為20萬畝（高程在102m 以上），裝機(jī)容量9000千瓦。防洪方面，由于水庫調(diào)洪作用，使平山河下游不致洪水成災(zāi)，同時(shí)配合下游睦水水利樞紐，對(duì)睦水下游也能起到一定的防洪作用，在流域規(guī)劃中規(guī)定本樞紐通過設(shè)計(jì)洪水流量時(shí)，控制最大瀉流流量不超過900m ³/s。在航運(yùn)方面，上游庫區(qū)能增加航運(yùn)里程20公里，下游可利用發(fā)電尾水等航運(yùn)條件，使平山河下游四季都能筏運(yùn)，并擬建竹木最大過壩能力為25噸的筏道。3 地形地質(zhì)

3、概況地形情況：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(shì)陡峭，河谷邊坡一般為60°70°，地勢(shì)高差都在80120m ，河谷沖割很深，山脈走向大約為東西方向，巖基出露很好，河床一般為100m 左右，河道彎曲相當(dāng)厲害，尤其樞紐布置處更顯著形成S 形，沿河灘及坡積層發(fā)育，尤以壩址下游段的平山咀下游一帶及壩下陳家上游一嗲更為發(fā)育，其他地方則很少，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。地質(zhì)情況：靠上游有泥盆五通沙巖，靠下游有二疊紀(jì)灰?guī)r，幾條壩軸線皆落在五通沙巖上面。地質(zhì)構(gòu)造特征有：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，其走向近

4、東南，傾向大致向北西，在第一壩軸線左側(cè)的為五通沙巖，特別破碎，在100多米范圍內(nèi)就有三、四處小斷層，產(chǎn)狀凌亂，壩區(qū)右岸破碎深達(dá)60多米的鉆空巖芯獲得率僅為20%，可見巖石裂隙十分發(fā)育。 巖石的滲水率都很小，右岸一般為0.0010.01，個(gè)別達(dá)到0.070.08，而左岸多為0.0010.01。 壩區(qū)下游石灰?guī)r中，發(fā)現(xiàn)兩處溶洞，平山咀大溶洞和大泉眼大溶洞，前者對(duì)大壩及庫區(qū)無影響，但后者朝東南方向發(fā)展的話，則可能通向庫壁，待將來蓄水后，庫水可能順著溶洞流到庫外，為此，目前正加緊勘測(cè)工作，以便得出明確結(jié)論和處理意見。壩址覆蓋層沿壩軸線厚度達(dá)1.55.0m ，K=1×104 cm/s，浮容重V

5、 浮=10.4KN/m³，內(nèi)摩擦角=35°。 4 水文、氣象1）水文：由于流域徑流資料缺乏，設(shè)計(jì)年月徑流量及洪水量不能直接由實(shí)測(cè)徑流分析得到，必須通過降雨徑流見解推求。根據(jù)省水文站由C 城站插補(bǔ)延長得三天雨量計(jì)算頻率；千年一遇雨量498.1mm ，二百年一遇雨量348.2mm ，五十年一遇雨量299.9mm ，雨洪峰流量Q 1. 0%=1860m³/s，Q 5. 0%=1550 m³/s ，Q 1%=1480 m³/s，多年平均來水量為4.55億³。2）氣象：多年平均風(fēng)速10m/s，水庫吹程D=9Km，多年平均降雨量430mm/年，庫

6、區(qū)氣候溫和，年平均氣溫16.9，年最高氣溫40.5，年最低氣溫-14.9。 5 其他1）壩頂無交通要求；2）對(duì)外交通情況水路：由B 城至溪口為、南江段上水，自溪口至C 城系睦水主流，為內(nèi)河航運(yùn)，全長256公里，可通行36噸木船，枯水季節(jié)只能通行3噸以下的船只，水運(yùn)較為困難。公路：附近公路干線為AF 干道，B 城至C 城段全長為356KM ，晴雨無阻，但目前C 城至壩址尚無公路通行。鐵路：D 城為樂萬鐵路，由B 城至D 城180KM ，至工地還有53公里。 3）地震：本地區(qū)為56度，設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮。第二節(jié) 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1 工程等級(jí)：根據(jù)規(guī)范自定。 2 水庫規(guī)劃資料1）正常水位：113.10m 2）最

7、高洪水位（校核）：113.50m3）死水位：105.0m （發(fā)電極限工作深度為8m ） 4）灌溉最低庫水位：104.0m5）總庫容：2.00億m ³ 6）水庫有效庫容：1.05億m ³ 7）庫容系數(shù)：0.5758）發(fā)電調(diào)節(jié)流量Q p =7.35 m³/s，相應(yīng)的下游水位68.2m ； 9）發(fā)電最大引用流量Q max =28 m³/s，相應(yīng)的下游水位68.65m ；10）通過設(shè)計(jì)洪水位時(shí)（Q 1%），溢洪道最大瀉量Q max =1340 m ³/s，相應(yīng)下游最高洪水位74.3m 。通過校核洪水位流量時(shí)，溢洪道最大泄水量Qmax=1660m3/s，

8、相應(yīng)下游最高洪水位75.0m 。3 樞紐組成建筑物1）大壩：布置在1壩軸線上； 2）溢洪道：堰頂高程為107.50m ；3）水電站：裝機(jī)容量為9000千瓦，三臺(tái)機(jī)組，廠房尺寸為30×9平方米； 4）灌溉：主要灌溉區(qū)位于河流右岸，渠首底高程102m ，灌溉最大引用流量8.15 m ³/s，相應(yīng)最大渠道水深1.75m ，渠底寬為3.5m ，渠道邊坡1：15）水庫放空遂洞：為便于檢修大壩和其他建筑物，擬利用導(dǎo)流遂洞做放空洞，洞底高程為70.0m ，洞直徑為3.5m ；6）筏道：為干筏道，上游坡不陡于1：4，下游坡不陡于1：3，轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)高程115.0m ，平臺(tái)尺寸為30×

9、30m ²。 4 筑壩材料樞紐大壩采用當(dāng)?shù)夭牧现危鶕?jù)初步勘察，土料可才用壩軸線下游1.53.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲(chǔ)量很多，一般土質(zhì)尚佳，可做筑壩之用、。砂料可在壩軸線下游13公里河灘范圍內(nèi)及平山河出口出兩岸河灘開采。石料可利用采石場(chǎng)開采，采石場(chǎng)可利用壩22下游左岸山溝較合適，其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂巖，質(zhì)量較好，質(zhì)地堅(jiān)硬，巖石出露，覆蓋淺，易開采。1） 土料：主要有粘土和壤土，可采用壩下游1.53.0公里丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲(chǔ)量很多，一般土質(zhì)尚佳，可做筑壩之用。起性能見附表1；2） 砂土：從壩下游0.53.5公里河灘上開采，儲(chǔ)量多，可供筑壩使用，其性能見附表2；3）

10、 石料：可在壩址下游附近開采，石質(zhì)為石灰?guī)r及砂巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，儲(chǔ)量豐富，便于開采，其性能見附表3。 附表3 石料特性表 二 樞紐布置（一） 工程等別及建筑物級(jí)別1. 水庫樞紐建筑物組成根據(jù)水庫樞紐的任務(wù)，該樞紐組成建筑物包括：攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫放空隧洞（擬利用導(dǎo)流洞作放空洞）、筏道。 2. 工程規(guī)模 根據(jù)水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及該工程的一些指標(biāo)確定工程規(guī)模如下：（1）各效益指標(biāo)等別：根據(jù)樞紐灌溉面積為20萬畝，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；根據(jù)總庫容為2.00億m 3，在101.0億m 3，屬等工程。（2）水

11、庫樞紐等別：根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對(duì)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(shí)，整個(gè)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(jí)別：根據(jù)水工建筑物級(jí)別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，等工程的主要建筑物為2級(jí)水工建筑物，所以本樞紐中的攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉渠道，水庫放空隧洞為2級(jí)水工建筑物；次要建筑物筏道為3級(jí)水工建筑物。 （二） 各組成建筑物的選擇 1. 擋水建筑物型式的選擇在巖基上有三種類型：重力壩、拱壩、土石壩。 （1）重力壩方案從樞紐布置處地形地質(zhì)平面圖及1#壩軸線地質(zhì)剖面圖上可以看出，壩址基巖為上部為五通砂巖，下面為石英砂巖和砂質(zhì)頁巖，覆蓋層沿壩軸線厚1.55

12、.0m ，五通砂巖厚達(dá)3080m ，若建重力壩清基開挖量大，目前C 城至壩址尚無鐵路、公路通行，修建重力壩所需水泥、鋼筋等材料運(yùn)輸不方便，且不能利用當(dāng)?shù)刂尾牧?，故修建重力壩不?jīng)濟(jì)。 （2）拱壩方案修建拱壩理想的地形條件是左右岸地形對(duì)稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的河谷段；而且壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支撐，以保證壩體的穩(wěn)定。該河道彎曲相當(dāng)厲害，尤其樞紐布置處更為顯著形成S 形，1#壩址處沒有雄厚的山脊作為壩肩，左岸陡峭，右岸相對(duì)平緩，峽谷不對(duì)稱，成不對(duì)稱的“U ”型，下游河床開闊，無建拱壩的可能。 （3）土石壩方案土石壩對(duì)地形、地質(zhì)條件要求低，幾乎在所有的條件下都可以修建，且施工技術(shù)簡(jiǎn)

13、單，可實(shí)行機(jī)械化施工，也能充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?，覆蓋層也不必挖去，因此造價(jià)相對(duì)較低，所以采用土石壩方案。 2. 泄水建筑物型式的選擇土石壩最適合采用岸邊溢洪道進(jìn)行泄洪，在壩軸線下游300m 處的兩岸河谷呈馬鞍形，右岸有馬鞍形埡口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽與堰上水流方向一致，水流平順，泄洪能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，適用于各種水頭和流量。3. 其它建筑型式的選擇（1）灌溉引水建筑物采用有壓式引水隧洞與灌溉渠首連接。進(jìn)口設(shè)有攔污柵、進(jìn)水喇叭口、閘門室及漸變段；洞身采用鋼筋混凝土襯砌；出口段設(shè)有一彎曲段連接渠首，并采用設(shè)置擴(kuò)散段的底流消能方式。主要灌區(qū)位于河流右岸，渠首底高程102m ，灌溉

14、最大引用流量8.15m 3/s，相應(yīng)渠道最大水深1.75m ，渠底寬3.5m ，渠道邊坡11。（2）水電站建筑物因?yàn)橥潦瘔尾灰瞬捎脡问剿娬?，而宜采用引水式發(fā)電，所以這里用單元供水式引水發(fā)電。（3）過壩建筑物主要是筏道，采用干筏道。起運(yùn)平臺(tái)高程115.00m 平臺(tái)尺寸為30×20m 2，上游坡不陡于14，下游坡不陡于13。（4）施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞，均采用有壓式。為便于檢修大壩和其它建筑物，擬利用導(dǎo)流隧洞作放空洞，洞底高程為70.00m ，洞直徑為3.50m 。（三） 樞紐總體布置方案的確定擋水建筑物土石壩（包括副壩在內(nèi)）按直線布置在河彎地段的1#壩址線上，泄

15、水建筑物溢洪道布置在大壩右岸的天然埡口處；灌溉引水建筑物引水隧洞緊靠在溢洪道的右側(cè)布置；水電站建筑物引水隧洞、電站廠房、開關(guān)站等布置在右岸（凸岸），在副壩和主壩之間，廠房布置在開挖的基巖上，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左岸的山體內(nèi)。綜合考慮各方面因素，最后確定樞紐布置直接繪制在藍(lán)圖上（地形地質(zhì)平面圖）。三 土壩設(shè)計(jì)（一） 壩型選擇影響土石壩壩型的因素有：壩高；建筑材料；壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件；施工導(dǎo)流、施工進(jìn)度與分期、填筑強(qiáng)度、氣象條件、施工場(chǎng)地、運(yùn)輸條件、初期度汛等施工條件；樞紐布置、壩基處理型式、壩體與泄水引水建筑物等的連接；樞紐開發(fā)目標(biāo)和運(yùn)行條件；土石壩以及樞紐的總工

16、程量、總工期和總造價(jià)樞紐大壩采用當(dāng)?shù)夭牧现?，?jù)初步勘察，土料可以采用壩軸線下游1.53.5公里的丘陵與平原地區(qū)的土料，且儲(chǔ)量特別多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用。砂料可在壩軸線下游13公里河灘范圍內(nèi)及平山河出口處兩岸河灘開采。石料利用采石場(chǎng)開采，采石場(chǎng)可用壩軸線下游左岸山溝較合適，其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂巖、質(zhì)量良好，質(zhì)地堅(jiān)硬、巖石出露、覆蓋淺，易開采。從建筑材料上說，均質(zhì)壩、多種土質(zhì)分區(qū)壩、心墻壩、斜墻壩均可。1. 均質(zhì)壩 壩體材料單一，施工工序簡(jiǎn)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(jiǎn)化防滲處理。但是，

17、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(huì)減少，工期延長，故在寒冷和多雨地區(qū)的使用受限制，故不選擇均質(zhì)壩。2. 多種土質(zhì)壩 該壩型顯然可以因地制宜，充分利用包括石渣在內(nèi)的當(dāng)?shù)馗鞣N筑壩；土料用量較均質(zhì)壩少，施工氣候的影響也相對(duì)小一些，但是由于多種材料分區(qū)填筑，工序復(fù)雜，施工干擾大，故也不選用多種土質(zhì)分區(qū)壩。3. 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

18、理要花費(fèi)很多時(shí)間，并且不容易準(zhǔn)確的預(yù)計(jì)，斜墻截水槽接近壩腳，處理時(shí)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(shí)間，工期較心墻壩有把握；土料及石料儲(chǔ)量豐富，填筑材料不受限制。4. 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(duì)小，粘土心墻冬季施工時(shí)暖棚跨度比斜墻小。移動(dòng)和升高較便利。綜合以上分析，最終選擇心墻壩。（二） 大壩輪廓尺寸的擬定大壩輪廓尺寸包括壩頂高程、壩頂寬度、上

19、下游壩坡、防滲排水設(shè)備等。1. 壩頂寬度本壩頂無交通要求，根據(jù)施工條件和防汛搶險(xiǎn)需要以及以往工程的統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)于中低壩取5-10m 。本設(shè)計(jì)壩頂寬度采用B=7.0m。2. 壩坡因最大壩高約115.0-62.50=52.5m,故采用三級(jí)變坡。（1） 上游壩坡 ： 從壩頂?shù)綁熙嘁来螢?:2.75；1:3;1:3.25（2） 下游壩坡 : 從壩頂?shù)綁熙嘁来螢?:2.5;1:2.75;1:3.0（3） 馬道: 第一級(jí)馬道高程為62.5+20=82.5m, 第二級(jí)馬道高程為102.5m, 馬道寬度取2.0m 。3. 壩頂高程壩頂高程等于水庫靜水位與超高Y 之和，并分別按以下運(yùn)用情況計(jì)算，取最大值：正常蓄

20、水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高。最后需預(yù)流一定的壩體沉降量，此處取壩高的1%。計(jì)算公式采用下列算式：Y R e A =+,20cos 2mKV D e b gH 式中：R 波浪在壩坡上的最大爬高，m ；e 最大風(fēng)壅水面高度，即風(fēng)壅水面超出原庫水位高度的最大e -=0.01m; A 安全加高，m ，根據(jù)壩的等級(jí)和運(yùn)用情況，按表1-1確定。 m H 壩前水域平均水深，粗略估計(jì)為50m ；K 綜合摩阻系數(shù)，其值變化在（612）310-之間，計(jì)算時(shí)一般取21.010K -=;b 風(fēng)向與水域中線的夾角，（00）；0V D 、計(jì)算風(fēng)速和水庫吹程3m /m s K 、； 該

21、壩屬于21.0m ，非常運(yùn)用情況下0.5m 。下面采用我國水利水電科學(xué)研究院推薦的計(jì)算波浪在壩頂上的爬高：式中：l h 設(shè)計(jì)波高，5/41/30.0166l h V D m =；m 壩坡坡率，取m=3.0；n 壩坡護(hù)面糙率 ，取n =0.025由所給的設(shè)計(jì)資料中只有多年平均風(fēng)速0V =10m/s，故取正常運(yùn)用情況和非正常運(yùn)用情況波高均為l h =5/41/30.0166109m =0.614m，則10. 60. 450. 6143. 00. 0250. 8423R m -=。 壩頂高程最后結(jié)果：116.10m 。所以滿足要求。（三） 滲流計(jì)算1. 滲流計(jì)算的基本假定1）心墻采用粘土料，滲透系數(shù)

22、61.010/k cm s -=, 壩殼采用砂土料，滲透系數(shù)21.010/k cm s -=, 兩者相差410倍，可以把粘土心墻看做相對(duì)不透水層，因此計(jì)算時(shí)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)西定律平均流速v 等于滲透系數(shù)與滲透比降i 的乘積，v=Ki ；3）發(fā)生滲流時(shí)土體的空隙體積不變，飽和度不變，滲流為連續(xù)的。2. 滲流計(jì)算條件：流計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮以下組合情況，取其最不利情況作為控制條件：1）上游正常水位，下游相應(yīng)的最低水位；2）上游校核洪水位相應(yīng)的下游最低水位；3）對(duì)上游壩坡最不利的庫水降落后的落差。由于缺乏資料所以擬定如下工況進(jìn)行計(jì)算：設(shè)計(jì)洪

23、水位（取與正常蓄水位）113.10m ，相應(yīng)的下游最低水位為74.3m ；校核洪水位113.50m ，相應(yīng)的下游水深為75.00m 。3. 滲流分析的方法采用水利學(xué)法進(jìn)行土壩滲流計(jì)算。將壩內(nèi)滲流分為若干等份，應(yīng)用維爾金斯公式和水流連續(xù)方程求解滲流流量和浸潤線方程。 大壩剖面圖4. 計(jì)算斷面及公式本設(shè)計(jì)僅對(duì)河槽截面處進(jìn)行最大斷面的滲流計(jì)算，并假設(shè)地基為不透水。采用的公式： y = 2222e h H q k L -= 5 單寬流量將心墻看作等厚的矩形，則平均寬度為 ：D =+-+-+-+- =1L=144.5-33.3-9.475=101.73（設(shè)計(jì)情況）L=144.5-32.5-9.475=1

24、02.53（校核情況）已知6k 1.010/e cm s -= 2k 1. 010/c m s -=通過心墻的單寬流量 2211( ( 2e e k H H q -=其中為防滲體的等效寬度 通過心墻下游壩殼的單寬流量為2221( 2e k H H q L-= 6. 總的滲流量計(jì)算從地質(zhì)地形平面圖上可以看出大壩沿軸線大約長為400m ，沿整個(gè)壩段的滲流量為：Q=Lq 式中是考慮到壩寬，厚度，滲流量沿壩軸線的不均勻分布而加的折減系數(shù)，=0.8Q 正=0.8×400×6.50×107-=42.0810-m ³/sQ 校=0.8×400×6.

25、36×107-=42.0410-m ³/s6 浸潤線方程正常水位x H = 校核水位x H = （四）壩坡穩(wěn)定計(jì)算面板壩下游采用的是是堆石，所以C=0，常形成折線狀的滑弧面，形狀如圖所示： 圖中所示的各數(shù)據(jù)應(yīng)滿足以下關(guān)系：(21ctg v w 2´-）-ctg （-1´）-（1+21w w ）tg （3-）=0 1´=tg1-（tg 1/Kc ）2´= tg 1-（tg 2/ K c ） 3´= tg 1-（tg 3/ K c ） 查設(shè)計(jì)資料沙土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，1=2=3=30º，由于設(shè)計(jì)原始資料中無相關(guān)的數(shù)據(jù)，在

26、此也無法提供實(shí)驗(yàn)資料，所以假定 =25 º， =5 º， =10 º，1´=2´= 3´=13 º，帶入上面三個(gè)式子中解得K c =2.5> Kmin c =1.35。2級(jí)水工建筑物正常運(yùn)行情況下21w w =9. 31。因而該假定的滑動(dòng)坡面是穩(wěn)定的。（此處須 了解原因） （五）材料及構(gòu)造設(shè)計(jì)(1 防滲體設(shè)計(jì)1. 防滲體尺寸土質(zhì)防滲體的尺寸應(yīng)滿足控制防滲比降和滲流量要求, 還要便于施工。防滲體頂部考慮機(jī)械化施工的要求, 取3.5m, 土斜墻上下游坡度取1:0.3，。上下游最大作用水頭差，H=113.50-62.50=5

27、1.00（下游無水工況），根據(jù)規(guī)定，粘土心墻的容許滲透坡降J不宜大于4，這里取J=4，故墻厚T>=H/J=51.00/4=12.75m。心墻底寬為3.5+（51.00+0.5）0.32=34.4m>12.75m.，滿足要求。2. 防滲體尺寸防滲體頂部在靜水位以上超高，對(duì)于正常運(yùn)用情況心墻為0.3-0.6m ，取0.5m ，最后防滲體頂部高程取為113.10+0.50=113.60m 。（在非常運(yùn)用情況下，不應(yīng)低于該工況下的最高水位）3. 防滲體保護(hù)層心墻頂部以及心墻的上游側(cè)均應(yīng)設(shè)保護(hù)層，防止冰凍和干裂。保護(hù)層可采用砂或者碎石，其厚度不小于該地區(qū)的凍結(jié)或干燥深度，此處取1.0m ，上

28、部碎石厚0.50m ，下部礫石石厚0.50m 。心墻上游保護(hù)層應(yīng)分層碾壓填筑，達(dá)到和壩體相同的標(biāo)準(zhǔn)。其外坡坡度應(yīng)按穩(wěn)定計(jì)算確定，使保護(hù)層不至沿斜墻面或連同心墻一起滑動(dòng)。具體見壩頂構(gòu)造。(2 壩體排水設(shè)計(jì)1. 排水設(shè)施選擇常用的壩體排水有以下幾種形式：貼坡排水、棱體排水、壩內(nèi)排水以及綜合式排水。（1）貼坡排水：不能降低浸潤線，多用于浸潤線較低和下游無水的情況，故不選用。（2）棱體排水：可降低浸潤線，防止壩坡凍脹和滲透變形，保護(hù)上游壩腳不受尾水沖刷，且有支撐壩體增加壩體穩(wěn)定的作用，且易于檢修，是效果較好的一種排水形式。（3）壩內(nèi)排水：其中褥墊排水對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)性差，易斷裂，且難以檢修，當(dāng)下游水

29、位高過排水設(shè)施時(shí)，降低浸潤線的效果將顯著降低；網(wǎng)狀排水施工麻煩，而且排水效果較褥墊排水差。綜合以上分析選擇棱體排水方式。2. 堆石棱體排水尺寸頂寬2.0m ，內(nèi)坡1：1.5，外坡1：2.0，頂部最高水位須高出下游最高水位對(duì)1、2級(jí)壩不小于1.0m ，通過校核洪水位113.50m ，假設(shè)相應(yīng)下游最高洪水位為75.00m ，超高取1.5m ，所以頂部高程為75.00+1.5=76.5m。(3反濾層和過濾層1. 設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)1）保護(hù)無粘性土料（粉砂、砂、砂礫卵礫石、碎石等）碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于與被保護(hù)土相鄰的第一層反濾料，建議按下述準(zhǔn)則選用54/8515-d D ，15155D >

30、，同時(shí)要求兩者的不均勻系數(shù)6010d h =及6010D 不大于58，級(jí)配曲線形狀最好相似。式中：15D 反濾料的特征粒徑，小于該粒徑的土占總土重的15%； 15d 被保護(hù)土的控制粒徑和特征粒徑，小于該粒徑的土分別占總重的15%及85%。上述兩式同樣適用于選擇第二、三層反濾料, 當(dāng)選擇第二層反濾料時(shí)，以第一層反濾料為被保護(hù)土，二選擇第三層反濾料時(shí)，則以第二層反濾料為被保護(hù)土。按次標(biāo)準(zhǔn)天然砂礫料一般不能滿足要求，須對(duì)土料進(jìn)行篩選。2）保護(hù)粘性土料粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比無粘性土強(qiáng)，通常不用上述兩式設(shè)計(jì)反濾層，而用以下方法設(shè)計(jì)。滿足被保護(hù)粘性土的細(xì)粒不會(huì)流失根據(jù)被保護(hù)土的小于0.075mm

31、 含量的百分?jǐn)?shù)不同，而采用不同的方法。當(dāng)被保護(hù)土含有大于5mm 的顆粒時(shí)，則取其小于5mm 的級(jí)配確定小于0.075mm 的顆粒含量百分?jǐn)?shù)及計(jì)算粒徑85d 。如被保護(hù)土不含有大于5mm 的顆粒時(shí)，則按全料確定小于0.0075mm 的顆粒含量百分?jǐn)?shù)及85d 。a. 對(duì)于小于0.075mm 的顆粒含量大于85%的粘性土，按式85159d D . 設(shè)計(jì)反濾層，當(dāng)8590.2d mm <，取15D 等于0.2mm 。b. 對(duì)于小于0.075mm 的顆粒含量為40%85%的粘性土按式mm D 7. 015. 設(shè)計(jì)反濾層。c. 對(duì)于小于0.075mm 的顆粒含量為15%39%的粘性土按式25/ 7.

32、 04(40(7. 08515-+d A D 設(shè)計(jì)反濾層。式中，A 為小于0.075mm 時(shí)顆粒含量1%。若85407d mm <. ，應(yīng)取0.7mm 。滿足排水要求以上三種土還應(yīng)符合式15154D d <，以滿足排水要求。式中15d 應(yīng)為被保護(hù)粘性土全料的15d ，若1540.1d mm <時(shí)15D 不小于0.1mm 。3）護(hù)坡墊層墊層料的粒徑不能過大，而且含有適量的細(xì)料。本壩屬于中壩，取最大粒徑為80-100mm, 粒徑小于5mm 的顆粒含量宜選為30%-50%， 同樣應(yīng)滿足土粒不流失及足夠的透水性要求，但標(biāo)準(zhǔn)可降低些，建議按下式的簡(jiǎn)便方法選擇粒徑。10( (1515墊層

33、塊石d D . ， 5 (1515墊層下被保護(hù)的土（墊層）d D . 。 2.設(shè)計(jì)結(jié)果由于設(shè)計(jì)原始資料中沒有提供各土、砂、石料的顆粒級(jí)配情況，這里無法用計(jì)算方法進(jìn)行反濾層的設(shè)計(jì)，只能參考相關(guān)規(guī)范和已建工程進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。初步擬結(jié)果如下： (4護(hù)坡設(shè)計(jì)1. 上游護(hù)坡：采用目前最常用的漿砌石護(hù)坡。護(hù)坡范圍從壩頂一直到壩腳，厚度為40cm ，下部設(shè)厚度均為30cm 的碎石和粗沙墊層。見圖： 2. 下游護(hù)坡：下游設(shè)厚度為40cm 的碎石護(hù)坡，護(hù)坡下面設(shè)厚度為40cm 的粗沙墊層。見圖： (5頂部構(gòu)造1. 壩頂寬度對(duì)中低壩可取5-10m ，此處取B=7.0m2. 防浪墻采用C15水泥漿砌快石放浪墻，高為1

34、.2m ，基本尺寸見圖，墻身每隔15m 布置一道設(shè)有止水的沉陷縫，墻頂設(shè)有高2.8m 的燈柱。3. 壩頂蓋面(6馬道和壩頂，壩面排水設(shè)計(jì)1. 馬道：第一級(jí)馬道高層為82.50m ，第二級(jí)馬道高層為102.50m ，馬道寬為2.0m 。2. 壩頂排水：壩頂設(shè)有防浪墻，為了便于排水，把頂做成自上游傾向下游的坡，坡度為3%，將壩頂雨水排向下游壩面排水溝。3. 壩面排水（1）布置在下游壩坡設(shè)縱橫向排水溝?？v向排水溝（與壩軸線平行）設(shè)在各級(jí)馬道內(nèi)側(cè)。沿壩軸線每隔200m 設(shè)置1條橫向排水溝（順坡布置，垂直于壩軸線），橫向排水工自壩頂直至棱體排水處的排水溝，再排至壩址排水溝。縱橫排水溝互相連通，橫向排水溝

35、之間的縱向排水溝應(yīng)從中間向兩側(cè)傾斜，坡度取0.2%，以便將雨水排向橫向排水溝。壩體與岸坡連接處應(yīng)設(shè)計(jì)排水溝，以排除岸坡上游下來的雨水。（2）排水溝尺寸及材料1）尺寸擬定：由于缺乏暴雨資料，所以無法用計(jì)算的方法確定斷面尺寸，根據(jù)以往已建工程的經(jīng)驗(yàn)，排水溝寬度及深度一般采用20-40cm ，具體的尺寸見圖。2）材料：排水溝通常采用漿砌石或混凝土預(yù)制塊。綜合考慮選用漿砌石塊石。見圖 (7地基處理及壩體與岸坡的連接結(jié)合本壩壩基情況，從壩軸線剖面圖可知，地基處理如下： 1. 地基處理（1） 河槽處：水流常年沖刷，基巖裸露，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，且鉆1處巖芯獲得率都比較高。吸水量也較低，故只需清除覆蓋層即可，挖至

36、基巖即可。 （2） 鉆2及右岸河灘：覆蓋層和坡積物相對(duì)較厚，鉆2處的上層巖芯獲得率只有12%，巖層裂隙較為發(fā)育，擬采用局部帷幕灌漿。（3）平山咀大溶洞：經(jīng)勘探后分析對(duì)大壩及庫區(qū)均無影響，為安全起見，可修筑土鋪蓋，用水泥砂漿填縫。鋪蓋同時(shí)還應(yīng)與粘土斜墻相連，向上庫區(qū)及右岸延伸展布，將巖溶封閉。 2. 壩體與地基的連接（1） 河槽部位（即鉆1部位），巖芯獲得率及吸水量均能達(dá)到要求，采用在斜墻底端局部加厚的方式與地基相連。（2） 鉆2到右岸河灘：上部巖層裂隙較發(fā)育，巖芯獲得率只有12%。而覆蓋層也較左岸厚，采用截水槽的方式與基巖相連。截水槽可挖至基巖以下0.5m 深處，內(nèi)填壤土。截水槽橫斷面擬定：邊

37、坡采用1：2.0；底寬，滲徑不小于（1/31/5）H ，其中H 為最大作用水頭（下游無水時(shí)為51.00m ），底寬取1/3.4×51.00=15.0m。3. 壩體與岸坡的連接土壩與岸坡的接合面是工程中較軟弱的環(huán)節(jié)，應(yīng)妥加處理，避免沿接合面發(fā)生集中滲流，土壩裂縫等現(xiàn)象。左壩肩到左灘地，坡積風(fēng)化層510m ，需徹底清除，左岸坡上修建混凝土齒墻，岸坡較陡，開挖時(shí)基本與基巖大致平行。右壩肩到右灘地坡積風(fēng)化層處理與左岸相同，基巖開挖角不宜太大。四 溢洪道設(shè)計(jì)（一） 溢洪道路線選擇和平面位置的確定根據(jù)本工程地形地質(zhì)條件，選擇正槽式溢洪道，引水渠末端設(shè)置圓形漸變段，泄槽不設(shè)收縮、彎曲段和擴(kuò)散段，尾

38、水渠設(shè)護(hù)袒。成直線布置在右岸的天然埡口。 （二） 堰面形式及孔口尺寸1 采用WES 型堰面形狀max (75%95%6(0.750.95 4.55.7d H H m m =取5.0d H m = 10.3d p H > 20.5d p H > 取120p m = 122p m =坡度0.6C M =（與水平線段夾角為059）的下游直線段與曲線段相切點(diǎn)的坐標(biāo)值，做一階導(dǎo)數(shù)：0.85dy=1.667 切點(diǎn)坐標(biāo)為（10，9）反弧圓心的確定：反弧半徑(410 R h =，h 為校核洪水閘門全開時(shí)反弧水深，本設(shè)計(jì)中10R m =，反弧圓心o 點(diǎn)坐標(biāo)218059( cot( 23.462o c

39、 x x M p y R m -=+-+=0212y p R m =-=圓弧與直線相交點(diǎn)坐標(biāo)為：（1）、單寬流量的確定。 2302H g m q =q 單寬流量根據(jù)堰頂形式可選 48. 0=m 95. 0= 則 329.67/q m s =3max 1660/Q m s = max 16605629.67Q L m q = 取孔口寬度為10m5.610Ln = 則 6n = d n nb L 1(0-+=b 孔口寬度 d 中閘墩（取2.0m ），邊墩（取3.0m ） 則 溢流前緣總長為01(1 610252370L nb n d m =+-+=+= 333226100.9561780/Q nb

40、 m s =溢 閘墩側(cè)收縮系數(shù)，取0.95m 流量系數(shù)，取0.48g 重力加速度，9.81s m /3溢洪道在開挖的時(shí)候，為了增強(qiáng)防沖刷能力，需要設(shè)置襯砌，粗糙率取016. 0=n3、引水渠引水渠的作用是將水流平順的引至溢流堰前。為提高泄洪能力，渠內(nèi)流速4.0/v m s <。渠底寬度大于堰寬，渠底末端高程與控制堰頂高程相同，取為107.50m 。引水渠斷面尺寸的擬定，具體計(jì)算結(jié)果和過程見表1-5。 計(jì)算公式：Q vA =，( A B mH H =+，假設(shè)3.0/v m s =。由計(jì)算可以擬定引水渠底寬B=90m，引水渠與控制堰之間設(shè)漸變段，采用圓弧連接，圓弧半徑R=10m，圓弧的圓心角

41、為90°；引水渠前段采用梯形斷面，邊坡采用1：1.5；底坡均為1：10的逆坡。最后引水渠總長L=65m。進(jìn)水渠與控制堰之間20m 為漸變段，采用弧線連接。 4 控制段（1）擬定控制段的形式為了控制瀉流能力，設(shè)置平面鋼閘門，d H P 3. 01 d H P 5. 02 取 120P m = 222Pm = 查表：467. 0=m d H x 85. 0282. 0(-= d H y 37. 00(= 與泄槽底版相連采用反弧曲面，h R 63(=（其中h 為校核洪水位全開時(shí)的反弧最低點(diǎn)）5 泄 槽泄槽布置在基巖上，斷面為挖方，為適應(yīng)地形，瀉槽分為收縮段、瀉槽一段、瀉槽二段，根據(jù)已建的工

42、程擬定收縮段收縮角為12度。首端與控制堰同寬B=61m。末端采用矩形。5、出口消能溢洪道出口段為沖溝，巖石質(zhì)地較好，離大壩較遠(yuǎn)，采用挑流消能。水流沖刷不會(huì)危及大壩安全。（三）水力計(jì)算泄槽水面線計(jì)算：對(duì)稱布置由地質(zhì)平面圖可知堰頂?shù)较掠嗡娓叱蹋?4.3m ）處的水平距離是86m ，高差33.2m 。坡降i=33.2/86=0.386i K ，屬急流，槽內(nèi)形成b 型降水曲線，屬于明渠非均勻流的計(jì)算。 （1）、基本計(jì)算采用各段試算的方法計(jì)算 （2）、基本計(jì)算公式 流段距離：i gv h gv h l -+-+=-2cos ( 2cos (21112222213422n =式中收縮斷面處開始計(jì)算 co

43、s (2101h H g qh -=hq v = hL hL R 200+=（3）、用試算法進(jìn)行求1h' 06H m = 222P m = ' 00262228H H P m =+=+=3max 0166023.7/70Q q m s L = 取幾組1h 的值，進(jìn)行試算，使得兩公式算的1h 相等95. 0= cos 0.933= 列表如下： 經(jīng)計(jì)算11.0847h m =滿足要求。 ，A = bh V = Q A n = 0.015 i = 0.31623 x = b + 2h R= A x h 1.085 1.035 0.985 0.935 0.885 0.869 v 21.

44、843 22.899 24.061 25.348 26.780 27.273 v平均 R 1.052 1.005 0.958 0.911 0.863 0.848 R平均 v 2 2g 24.343 26.752 29.537 32.781 36.589 37.949 J 0.094 0.111 0.131 0.156 0.176 s 15.185 19.665 26.854 40.127 18.238 s 15.185 34.850 61.704 101.831 120.069 22.371 23.480 24.704 26.064 27.026 1.029 0.982 0.934 0.887 0.856 作出瀉槽水面線: X 1.85 4 摻氣水深 (1 ,摻氣發(fā)生的位置 按經(jīng)驗(yàn)公式: Lk = 14.7 q 0.53 = 14.7 × 23.7 0.53 = 78.69m q 單寬流量 理論上是不需要考慮的,但是一般還是在 4 段末考慮摻氣,從而減小影響. 從水面線上得到此點(diǎn)的流速 v = 26m / s , h = 0.91 ,代入 h 不計(jì)波動(dòng)和摻氣的水深 ha = (1 + v 100 h v 不計(jì)波動(dòng)和摻氣的計(jì)算斷面的平均流速 修正系數(shù),一般為 1.0 1.4 本題目中取 1.2 則 ha = (1 + 1.2 × 26 × 0.91