水庫土石壩水利工程論文（Word42頁）

1、 PAGE I 畢業(yè)論文（設計）論文題目 水庫土石壩水利工程規(guī)劃與設計學 生 指導教師 專 業(yè) 水利水電工程 獨 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設計）是我個人進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文（設計）中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中國農業(yè)大學或其它教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在畢業(yè)論文（設計）中作了明確的說明并表示了謝意。學生簽名： 胡興偉 時間： 關于論文（設計）使用授權的說明本人完全了解中國農業(yè)大學網絡教育學院本、?？飘厴I(yè)論文（設計）工作條例（暫行規(guī)定）對

2、：“成績?yōu)閮?yōu)秀畢業(yè)論文（設計），網絡教育學院將有權選取部分論文（設計）全文匯編成集或者在網上公開發(fā)布。如因著作權發(fā)生糾紛，由學生本人負責”完全認可，并同意中國農業(yè)大學網絡教育學院可以以不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播畢業(yè)論文（設計）的全部或部分內容。中國農業(yè)大學網絡教育學院有權保留送交論文（設計）的復印件和磁盤，允許論文（設計）被查閱和借閱，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編論文（設計）。保密的畢業(yè)論文（設計）在解密后應遵守此協(xié)議學生簽名： 時間： 密級：（請注明密級及保密期限）PAGE 摘要本設計以實例系統(tǒng)闡述了水庫土石壩水利工程規(guī)劃與設計的內容與方法，通過基本資料確定工程的等別、水

3、工建筑物級別，壩軸線的位置，壩型的選擇，剖面擬定詳細確定了壩頂的寬度、壩頂的高程、壩坡及平臺以及路面、排水、防浪墻、緣石等的型式和尺寸，并采用水力學法對壩體進行了滲透穩(wěn)定分析，采用折線滑動法對壩坡進行了抗滑穩(wěn)定計算，最后確定了溢洪道形式和細部尺寸。本次設計中重點闡述了滲流計算的任務、方法和原理，并列出了詳細的計算過程。關鍵詞：土石壩 溢洪道 水利工程 PAGE 13目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc189468512 摘 要 HYPERLINK l _Toc189468513 1 設計區(qū)域概況 PAGEREF _Toc189468513 h 2 HYPER

4、LINK l _Toc189468514 1.1 工程任務和效益 PAGEREF _Toc189468514 h 2 HYPERLINK l _Toc189468515 1.2 基本資料 PAGEREF _Toc189468515 h 2 HYPERLINK l _Toc189468517 2樞紐布置 PAGEREF _Toc189468517 h 3 HYPERLINK l _Toc189468518 2.1 工程標準 PAGEREF _Toc189468518 h 3 HYPERLINK l _Toc189468521 2.2 壩軸線選擇 PAGEREF _Toc189468521 h 4

5、 HYPERLINK l _Toc189468522 2.3 壩型選擇 PAGEREF _Toc189468522 h 5 HYPERLINK l _Toc189468523 2.4 樞紐布置 PAGEREF _Toc189468523 h 5 HYPERLINK l _Toc189468524 3壩工設計 PAGEREF _Toc189468524 h 6 HYPERLINK l _Toc189468525 3.1 擋水壩體斷面設計 PAGEREF _Toc189468525 h 6 HYPERLINK l _Toc189468531 3.2 細部構造設計 PAGEREF _Toc18946

6、8531 h 9 HYPERLINK l _Toc189468538 3.3 土壩與壩基、岸坡的連接 PAGEREF _Toc189468538 h 12 HYPERLINK l _Toc189468541 3.4 滲流計算 PAGEREF _Toc189468541 h 12 HYPERLINK l _Toc189468546 3.5穩(wěn)定計算 PAGEREF _Toc189468546 h 16 HYPERLINK l _Toc189468550 4泄水建筑物布置 PAGEREF _Toc189468550 h 20 HYPERLINK l _Toc189468551 4.1溢洪道的布置 P

7、AGEREF _Toc189468551 h 20 HYPERLINK l _Toc189468552 4.2溢洪道的設計 PAGEREF _Toc189468552 h 20 HYPERLINK l _Toc189468556 4.3溢洪道的結構設計 PAGEREF _Toc189468556 h 23 HYPERLINK l _Toc189468557 參考文獻 PAGEREF _Toc189468557 h 24 HYPERLINK l _Toc189468558 致 謝 PAGEREF _Toc189468558 h 24 HYPERLINK l _Toc189468558 1 設計區(qū)

8、域概況1.1 工程任務和效益Z水庫位于QH河干流上，水庫控制面積4990km2，庫容5.05億m3。水庫以灌溉發(fā)電為主，結合防洪。灌溉面積104萬畝，總裝機容量3.145萬Kw。1.2 基本資料1.2.1 地形、地質資料. 地形資料QH河為山區(qū)性河流，庫區(qū)兩岸分水嶺高程均在820m以上，河床底高程在700m以下。右岸山高坡陡，左岸岸坡較緩，對樞紐工程布置有利，筑壩在河段較窄處，上游開闊，蓄水量大，蓄水條件好。. 地質資料壩基為砂卵石，平均厚度5m，滲透系數10-2cm/s。砂卵石下為砂巖、粉砂巖，新鮮基巖透水性不大。未發(fā)現大的構造斷裂，地層分布詳見ZF土壩壩線工程地質剖面圖，如附圖6。1.2.

9、2 水文、水利計算資料1、設計洪水位768.1m，下游水位700.55m。2、校核洪水位770.4m，下游水位705.60m。3、設計下泄流量2000m3/s(其中溢洪道815m3/s)，校核下泄流量6830m3/s(其中溢洪道5600m3/s)。4、死水位737.0m，死庫容1.05108m3。1.2.3 氣象、地理資料1、多年平均最大風速9m/s，相應于設計洪水位的吹程為5.5Km，相應于校核洪水位的吹程為7.5Km。2、多年平均最大凍土深度1.0m。3、地震烈度6度。1.2.3 建筑材料. 土石料分布、儲藏情況庫區(qū)及壩址下游土石料豐富，滿足修建當地材料壩要求。壩址上游均有土料場，平均運距

10、小于1.5Km。砂礫料主要分布在河灘上，儲量為205104m3。. 筑壩材料物理力學指標表1.1 筑壩材料物理力學指標表筑壩材料壩體壩基土料砂礫料堆石砂礫料黃土比重2.752.70重度濕重度(KN/m3)16.518.018.018.016.0飽和重度(KN/m3)19.820.820.319.1孔隙率0.330.33內摩擦角施工期總應力10有效應力22穩(wěn)定滲流期有效應力2331403120水位降落有效應力23粘聚力C(KPa)20滲透系數K(cm/s)110-6110-2110-22樞紐布置2.1 工程標準2.1.1 樞紐等別查水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000），根據設計

11、基本資料可知本工程：水庫總庫容5.05億立方米，灌溉面積104萬畝，總裝機容量3.145萬KW，水庫以灌溉發(fā)電為主，結合防洪，綜合此四方面考慮，按水利水電工程等級劃分及洪水標準SL252-2000中表2.1.1，確定本工程等別為等，規(guī)模屬于大（2）型。2.1.2水工建筑物級別及防洪標準土石壩樞紐設計的主要水工建筑物有：土壩、溢洪道，且以上已論證本工程等別為等，由此查SL252-2002中表2.2.1，確定土壩、溢洪道均為2級。按SL252-2002中表3.2.1，擋水建筑物（土壩、溢洪道等）的防洪標準為500年設計，5000年校核。2.2 壩軸線選擇壩軸線根據壩址區(qū)的地質、地形條件、壩型、壩基

12、處理方式、樞紐中各建筑物（特別是泄洪建筑物）的布置、施工條件等，經多方案的技術經濟比較確定。按照給定的資料，主要考慮上壩線和下壩線兩個方案。該部分內容列表2.1進行對比說明。如下表所示：表 2.1 壩軸線對比分析選擇說明表方案因素上壩線下壩線地形條件壩址位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向QH河上游，河床寬約300m。壩址位于上壩址同一背斜的東南翼，河床寬120m，巖層傾向QH河下游。下游左岸有體積約4.5104m3的塌滑體，對工程布置有一定影響。地質條件砂卵石覆蓋層平均厚度5m，左岸730m高程以上為三級階地具有中偏弱濕陷性。巖基未發(fā)現大范圍的夾層，基巖透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿113

13、-111-115-104-114各鉆孔連線方向，在巖面下2147m深度范圍內，有一透水帶，下限最深至基巖下約80m?；鶐r透水性從上游向下游有逐漸增大趨勢，左岸臺地黃土與基巖交界處的礫巖透水性強。左岸單薄分水嶺巖層應考慮排水，增加巖體穩(wěn)定。左岸基巖有一條寬200250m呈北北東方向的強透水帶，右岸單薄分水嶺的透水性亦很大，左右岸巖石中等透水帶下限均可達巖面下80m左右。河床地段基巖透水性與中等透水帶厚度具有從上游向下游逐漸變小的趨勢。下游發(fā)現承壓水，二、三級階地礫石層透水性與上壩線相同，左岸壩腳靠近塌滑體，對壩體穩(wěn)定不利。筑壩材料庫區(qū)及壩址下游土石料儲量豐富，平均運距小于1.5km，有利于修建當

14、地材料壩。施工條件河道較寬，便于施工河道較窄，施工困難樞紐布置導流泄洪洞有一定巖石厚度，出口段避開塌滑體的東邊界，透水性較大，巖層傾向下游，出口段節(jié)理發(fā)育，宜采取措施予以處理。出口段宜修建無壓洞，保證出口段巖體穩(wěn)定。溢洪道巖性主要為堅硬的細砂石，溢洪道各部分的抗滑穩(wěn)定條件好?；A以下10左右為砂質巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風化嚴重，透水性大，對建筑物安全不利。灌溉發(fā)電洞及樞紐電站基巖以厚層粉砂巖為主，巖石完整，透水性不大，洞頂以上巖層厚度較小。電站廠房處巖石風化厚度約56m，對其產生的滲漏及土體坍塌需采取必要的措施比較結果選用2.3 壩型選擇根據所給出的基本資料，大壩壩型選用土石壩。根據防滲

15、結構的類型，常見土石壩的形式有心墻土石壩、斜墻土石壩、面板壩、均質壩等。心墻壩是將土質防滲體設在壩體中央；斜心墻壩是土質防滲體向上游傾斜；斜墻壩是將防滲體設在壩體上游面或接近上游面。斜心墻壩介于心墻壩與斜墻壩之間，同時具有兩種壩的優(yōu)缺點，施工難度大，多用于高土石壩，故本設計不選用此種型式。下面就針對均質壩、土質防滲心墻壩和土質防滲斜墻壩，這三種壩型列表進行比較，選定壩型，如表2.2所示。表2.2 壩型對比分析選擇說明表 方案因素均質壩土質防滲心墻壩土質防滲斜墻壩地形條件多用于低壩適用于中高壩適用于高壩地質條件適應變形能力較強，對地質條件要求低其抗震性能和不均勻沉陷的適應性比心墻壩差工程量壩體由

16、均一的抗?jié)B性能好的土料筑成，壩體整個斷面起防滲作用，故防滲體工程量大。防滲體工程量降低。土質斜墻壩的上游壩坡較緩，防滲體的粘土用量和壩體總工程量一般要比土質心墻壩大。建筑材料壩體絕大部分由大體均一的抗?jié)B性能好的土料筑成，對土料要求高。壩體內設置專門防滲體，較于均質壩對材料性能要求低。施工條件結構簡單，施工方便，施工碾壓困難，在多雨的條件下受含水量影響，則更難壓實。心墻壩由于心墻設在壩體中部，施工時就要求心墻與壩體大體同時填筑，因而兩者相互干擾大，影響施工進度。斜墻壩的斜墻支承在壩體上游面，可滯后壩體施工，兩者相互干擾小。比較結果依據原始資料，本設計土石壩為中高壩，則不適宜修建均質壩。粘土心墻壩

17、比粘土斜墻壩用的粘土少，適應變形能力強。冬季施工暖棚跨度小,移動和升高方便，抗震性能好，抗御炸彈能力強，與兩岸的連接方便。由于該壩址上下游都有料場,粘土心墻壩的施工干擾相對會減少,綜合考慮選擇粘土心墻壩。2.4 樞紐布置根據選定的壩軸線從地形、地質、施工、運用等方面大致確定建筑物（包括大壩、溢洪道等）的相對位置和建筑物型式，確定樞紐工程的等級及建筑物等級。1、導流泄洪洞：其布置主要考慮地質情況，避開可能的塌滑體，并保證出口和進口的穩(wěn)定，此外還應考慮巖體破碎程序及其對巖體滲漏的影響。布置在左岸單薄分水嶺，沿洞線周圍巖石厚度大于3倍開挖洞徑，出口段已避開塌滑體的東邊界，沿線巖層、巖性主要為粉砂巖、

18、細砂巖及礫巖，巖石較為堅硬，堅固系數Fk=0.4104Mpa,透水性較大。巖層傾向下游，出口段節(jié)理發(fā)育，在導流泄洪洞出口及邊坡應采取有效措施予以處理。由于導流洞沿線巖體透水性較大，為保證導流泄洪洞巖體穩(wěn)定，建議該段修建無壓洞。2、溢洪道：其布置主要考慮地質情況和水流情況，不僅要保證建筑物的安全，還應盡量減小開挖工程量。布置在左岸單薄分水嶺，沿建筑物軸線巖層傾向下游。巖性主要為堅硬細砂巖，其中軟弱層多為透鏡體，溢洪道擋水部分的抗滑穩(wěn)定條件較好。對溢洪道左側的挖邊坡要采取加固穩(wěn)定的措施。3、灌溉發(fā)電洞布置在左岸東凹溝附近三級階地上。沿線基巖以厚層粉砂巖為主，巖石完整，透水性不大，洞頂以上巖層厚度較

19、小。電站廠房處巖石風化層厚度約56m，對其產生的滲漏及土體坍塌應采取必要的工程措施。具體布置詳見樞紐平面布置圖附圖5(ZF壩址區(qū)地形圖)3壩工設計3.1 擋水壩體斷面設計土石壩基本剖面尺寸主要包括：壩頂高程、壩頂寬度、上下游邊坡、防滲和排水設備基本尺寸等。3.1.1 壩頂寬度依據碾壓式土石壩設計規(guī)范SL274-2001規(guī)定：壩頂寬度應根據構造、施工、運行和抗震等因素確定。如無特殊要求，高壩的頂部寬度可選用1015m，中低壩可選用510m。根據原始資料，該壩為中壩，壩頂無交通要求，故該壩壩頂寬度擬定為10m。3.1.2 壩頂高程壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，應考慮正常蓄水情況、校核洪水情

20、況和地震情況，取其最大值。本次設計不考慮地震情況。 1. 計算正常運用情況下的壩頂超高 Y壩頂高程由水庫靜水位加上風壅增水高度、壩面波浪爬高、壩體沉降量、防浪墻高及安全超高決定。YReA 式中：Y壩頂超高，m；R最大波浪在壩坡上的爬高，m；e最大風雍水面高度，m；A安全加高，m；（1）最大波浪在壩坡上的爬高 R平均爬高值Rm按下式計算：（3-1）式中：Rm平均波浪爬高，m；K斜坡的糙率滲性系數，根據護面類型查得；KW經驗系數；hm、Lm波浪的平均波高和平均波長，m，按莆田試驗公式確定；m坡度系數。1)波浪的平均波高 hm波浪的波高h和平均波長Lm可采用官廳水庫公式計算 g(2hl)/V2=0.

21、0076V-1/12(gD/V2)1/3 g(2ll)/V2=0.331V-1/2.15(gD/V2)1/3.75式中：2hl當gD/V2=20250時，為累計頻率5%時的波高； 當gD/V2=2501000時，為累計頻率10%時的波高； V計算風速，m/s。正常情況采用50年一遇風速或多年最大風速的1.52.0倍，校核情況采用多年平均最大風速。本次設計正常情況風速采用多年平均最大風速的1.5倍，1.59=13.5 m/s，校核情況采用多年平均最大風速9m/s。D吹程，相應于設計洪水位的吹程為5500m，相應于校核洪水位的吹程為7500m。h =2 h L=0.0076V(-1/12)(gD/

22、V2)1/3V2/g =0.007613.5(-1/12) (9.805500/13.52)1/313.52/9.80=0.758（m） gD/V2=9.805500/13.52=296所求2 h L 為10%累計頻率的波高。Lm =2LL=0.331V(-1/2.15) (gD/V2)1/3.75V2/g =0.331 13.5(-1/2.15) (9.805500/13.52)1/3.7513.52/9.80=8.36（m）已知設計洪水位768.10m，由附圖6-壩線工程地質剖面圖查得，壩底高程取在699.00m處，則壩前水深 H=768.10-699.00=69.10m，水域平均水深Hm

23、=69.10/2 =34.55m；h/Hm=0.758/34.55=0.021971.4/6=11.9m。心墻與上、下游壩體之間，應設置足夠厚度的過渡層或反濾層，以防滲流將心墻粘土顆粒帶走，并利于與壩殼緊密結合。過渡層或反濾導層，從心墻底部一直延伸到頂部。反濾層一般由13層級配均勻、耐風化的砂、礫、卵石或碎石構成，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。本設計采取3層反濾層形式：d1=0.251mm厚0.15m，d2=15mm厚0.15m，d3=520mm厚0.25m。反濾層構造如圖3.3所示。3.2.3 壩基防滲土石壩修建在砂卵石地基上

24、時，地基的承載力通常是足夠的，而且地基因壓縮產生的沉降量一般也不大。總的說來，對砂卵石地基的處理主要是解決防滲問題，通過采取“上堵”、“下排”相結合的措施，達到控制地基滲流的目的。土石壩滲流控制的基本方式有垂直防滲、水平防滲和排水減壓。垂直防滲設施能可靠而有效地截斷壩基滲透水流，解決壩基防滲問題，在技術條件可能而又經濟合理時，應優(yōu)先采用。垂直防滲可采取黏性土截水槽、混凝土截水墻、混凝土防滲墻、水泥黏土灌漿帷幕等基本形式。黏性土截水槽適用于：當透水砂卵石覆蓋層深度在1015m以內，最多不超過20m時，其結構簡單、工作可靠，防滲效果好；當砂卵石深度小于30m時，如果采用黏性土截水槽，則開挖工程太大

25、，施工排水比較困難，此時可用混凝土截水墻防滲措施；當壩基砂卵石層深度大于30m時，如果仍采用混凝土截水墻，則施工困難，工期較長，造價也相應增加，因而可采用機械造孔的方法，澆筑混凝土防滲墻，以控制壩基滲流；當砂卵石層很深時，用上述處理方法都較困難或不經濟，可采用帷幕灌漿防滲。由壩線地質地形剖面圖分析可知，砂礫石厚度6.5m左右，未超過20m，所以采用黏性土截水槽，開挖邊坡1:1.5，底部高程695.00m，槽頂與心墻同寬。為加強截水槽與巖石的連接，在截水槽底部澆筑砼蓋板，并設置砼齒墻。在截水槽兩側邊坡鋪設反濾層，以免槽內回填土顆粒被滲透水流帶走，構造同防滲墻反濾層。截水槽底寬=32.12-（69

26、9-695）1.52=20.12m因基巖節(jié)理發(fā)育，需在砼底板下進行灌漿處理，深度應達到弱透水層，鉆也兩排，梅花交錯布置，間距3m，排距3m。左岸單薄分水嶺采用井點排水。壩體及壩基防滲構造，詳見圖3.4。3.2.4 壩體排水 排水設備是土石壩的一個重要組成部分。土石壩設置壩身排水的目的主要是：（1）降低壩體浸潤線及孔隙壓力，改變滲流方向，增加壩體穩(wěn)定；（2）防止?jié)B流逸出處的滲透變形，保護壩坡和壩基；（3）防止下游波浪對壩坡的沖刷及凍漲破壞，起到保護下游壩坡的作用。設計壩體排水設備需綜合考慮壩型、壩基地質、下游水位、氣候和施工條件等因素，通過技術經濟比較確定。排水設備應具有足夠的排水能力，同時應按

27、反濾原則設計，保證壩體和地基土不發(fā)生滲透破壞，設備自身不被淤堵，且便于觀測和檢修。常見的排水形式有：棱體排水、貼坡排水、褥墊排水和組合式排水，另外還有網狀排水帶、排水管和豎式排水體等形式。下面將棱體排水和貼坡排水進行列表比較，如表3.2所示。 表3.2棱體排水和貼坡排水對比表 內容形式棱體排水貼坡排水優(yōu)點能夠降低浸潤線，防止壩坡凍脹，保護壩坡不被沖刷，增加壩坡的穩(wěn)定性。用料較少，便于檢修，能夠防止?jié)B流逸出處的滲透變形，并可保護下游壩坡不受沖刷。優(yōu)點用石料較多，造價較高，與壩體施工有些干擾。不能降低浸潤線適用條件較高的壩或石料較多的地區(qū)浸潤線較低和下游無水的中小型土石壩。 綜合以上排水體特點，故

28、采用棱體排水形式。依據SL274-2001中有關棱體排水設計規(guī)定及參考教材書中有關規(guī)定，棱體排水頂部高程應保證壩體浸潤線距壩坡面的距離大于該地區(qū)的冰凍深度，并保證超出下游最高水位，超出的高度，對2級壩不小于1.0m，故棱體排水頂部高程為：705.60+1.00=706.60m；棱體排水體頂部寬1.5m，內坡1:1，外坡1:1.5。在排水棱體與壩體及壩基之間設反濾層二層，一層厚0.2m，二層厚0.3m。壩體排水如圖3.5所示。3.2.5 護坡及壩坡排水為保護土石壩壩坡免受波浪淘刷、冰層和漂浮物的損害及降雨沖刷，防止壩體土料發(fā)生凍結、膨脹和收縮，以及人畜破壞等，需設置護坡結構。上游壩面的工作條件較

29、差，承受風浪的淘刷和冰層、漂浮物的損害，我國建造的土石壩的上游面多采用干砌石護坡。本設計上游壩坡選取雙層干砌石護坡厚0.5m，干砌石下設碎石墊層厚0.2m，護坡范圍：上至壩頂，下至死水位以下2.5m，即737-2.5=734.50m；下游壩坡工作條件較好，選取單層干砌石厚0.3m，下鋪碎石墊層0.2m，護坡范圍自壩頂護至排水設備。護坡在馬道及坡腳處適當加厚，嵌入壩體或壩基內以增加護坡的穩(wěn)定性。壩體護坡見圖3.6、3.7。為了防止雨水的沖刷，在下游壩坡上設置縱橫向連通的排水溝，沿土石壩與岸坡的接合處，也設置排水溝以攔截山坡上的雨水。壩面上的縱向排水溝沿馬道內側布置，用漿砌石鋪設成梯形，沿壩軸線方

30、向每隔100m設一條橫向排水溝。排水溝的橫斷面，深0.2m，寬0.3m。壩坡排水見圖3.6所示。3.2.6 初擬壩體剖面圖壩體剖面圖如圖3.8所示。3.3 土壩與壩基、岸坡的連接土石壩的各種結合面都是防滲的薄弱部位，如處理不當，極易產生集中滲流，造成接觸沖刷；如結合的形狀及坡度不適宜，還可能引起壩體不均勻沉陷而裂縫；如結合面上存在軟弱、松散土層，可能影響壩體穩(wěn)定。因此，必須妥善處理土石壩與壩基、岸坡的連接。3.3.1 土石壩與壩基的連接土質防滲體與巖基連接時，在防滲體與巖石之間的接合面上澆筑砼底。對于保證填土質量、便于施工碾壓，防止接觸沖刷，特別是便于帷幕灌漿等，都是必要的有效措施。如壩基與壩

31、體土壤相近，可在清基后直接填土，土質不同時，在接合面作接合槽，槽深0.5，槽寬2m，布置在壩軸線處。3.3.2 土石壩與岸坡的連接兩岸岸坡應進行清基（坡比1：11：1.2），岸坡應大致平順，不應成臺階狀、反坡或突然變坡，岸坡上緩下陡時，變坡角小于20；巖石坡不陡于1：0.5，當岸坡有倒坡，可用砼或漿砌石補成正坡；防滲體隨岸坡的上升，逐漸放緩心墻的上、下游坡，以增加心墻與岸坡的接觸面積。如兩岸山坡有強風化層時，可采用截水槽方式將心墻深入到弱風化層內。3.4 滲流計算3.4.1 滲流計算的目的、方法和原理1. 土石壩滲流分析的目的（1）確定壩體浸潤線和下游溢出點位置，繪制壩體及地基內的等勢線分布圖

32、或流網圖，為壩體穩(wěn)定核算、應力應變分析和排水設備的選擇提供依據；（2）計算壩體和壩基滲流量，以便估算水庫的滲漏損失和確定壩體排水設備的尺寸；（3）確定壩坡出逸段和下游地基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降，以判斷該處的滲透穩(wěn)定性；（4）確定庫水位降落時上游壩殼內自由水面的位置，估算由此產生的孔隙壓力，供上游壩坡穩(wěn)定分析之用。2、計算方法和原理分析方法主要有流體力學法、水力學法、流網法、試驗法和數值解法。流體力學法只有在邊界條件簡單的情況下才有解，且計算較繁；水力學法是在一些假定基礎上的近似解法，計算簡單，能滿足工程精度要求，所以在實踐中被廣泛采用；流網法是一種簡單方法，能夠求解滲流場內

33、任一點的滲流要素，但對不同土質和滲透系數相差較大的情況難以采用；試驗法需要一定的設備，且費時較長。近年來，隨著計算機的快速發(fā)展，數值解法在滲流分析中得到了廣泛的應用，對于復雜和重要的工程，多采用數值計算方法來分析。本次設計采用水力學法進行滲流計算。用水力學法進行土石壩滲流分析時，常做如下假定：（1）壩體土是均質的，壩內各點在各方向的滲透系數相同；（2）滲透水流為二元穩(wěn)定層流狀態(tài)，符合達西定律，即V=KJ；（3）滲透水流是漸變的，任一鉛直過水斷面內各點的滲透坡降和流速相等，即q上=q下。3.4.2 滲流計算的水位組合情況進行滲流計算時，應考慮水庫運行中可能出現的不利情況，常需計算以下幾種水位組合

34、情況：（1）上游正常高水位與下游相應的最低水位；（2）上游設計洪水位與下游相應的最高水位；（3）上游校核洪水位與下游相應的最高水位；（4）庫水位驟降時對上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。本次設計選取第（2）種水位組合情況進行滲流計算，即上游設計洪水位768.10m，相應下游的水位700.55m。3.4.3 計算步驟、公式1. 分段情況根據壩軸線地質剖面圖的地形、地質情況，沿壩軸線分三段進行計算，中間段(0+150.60+443.5)，選取1-1斷面進行滲流計算；左段(0+443.50+662.0)的地形、地質及水頭情況與右段(0+000.00+150.6)大體相同，斷面2-2的滲流量與斷面3-3的滲流

35、量基本相同，故只計算2-2斷面。如附圖7-壩線工程地質剖面圖所示。2. 計算每段的單寬滲流量，并繪制浸潤線。（1）1-1斷面的滲流計算1）計算簡圖如圖3.9所示2）計算單寬滲流量通過防滲心墻和地基截水槽的單寬滲流量q1: （3-3）式中：Ko 心墻滲透系數，m/s； H1 壩前水深，m； T 地基厚度，m； h 心墻后水深，m； 心墻平均厚度，心墻與截水墻厚度的加權平均值，m；已知：Ko=110-6cm/s；H1=768.10-699.00=69.1m；T=699.00-695.00=4m；心墻厚度為將代入公式得為確定式中的q1及h值，用下式計算通過墻后段的滲流量q2 式中：K 壩殼滲透系數，

36、m/s；H2 下游水深，m；L 計算長度，m；M2 下游壩坡坡率；KT 壩基滲透系數，m/s；已知K=110-2cm/s；H2=700.55-699.0=1.55m；KT=110-2cm/s；T=4m；計算長度L=141.59+32.12/2-18.49/2=148.405m；m2=2.30根據水流連續(xù)條件，q1=q2=q，聯(lián)立等式f1(h)、f2(h)，用試算法求得h=1.93m，將h分別代入q1、q2，解得q1=1.4310-6q2=1.4710-6m3/s.m，故h=1.93m，q=1.4310-6 （m3/s.m）3）繪制浸潤線：由于h=1.93m，而下游水深H2=1.55m，故浸潤線

37、近似一直線，如圖3.10所示。（2）附圖3.10 2-2斷面的滲流計算1）計算簡圖如圖3.9所示。2）單寬滲流量上游水位768.10m，壩底高程為741.86m，下游無水，無排水設備，用下式計算通過心墻的單寬滲流量：（3-4）已知心墻的滲透系數Ko=110-6cm/s；上游水深H1=768.10-741.86=26.24m；心墻的平均厚度為=(769.3-741.86)0.22+4+4/2=9.49m，代入公式得：按下式計算通過下游壩殼的單寬滲流量：（3-5）已知壩殼滲透系數K=110-2cm/s; 下游壩坡系數m2=2.30，計算長度L=10+(770.8-755.80)2+(755.8-7

38、41.86)2.25+2-(9.49+4)/2=66.62，代入公式得：根據水流連續(xù)條件，q1=q2=q，聯(lián)立等式f1(h)、f2(h)，用試算法求得h=0.70m，將h分別代入q1、q2，解得q1=36.6910-8q2=36.7810-8m3/s.m，故h=0.70m，q=36.6910-8 m3/s.m3）繪制浸潤線：由于h=0.70m，而下游無水，故浸潤線近似一直線，如圖3.10所示。3. 計算總滲流量Q（3-6）3.4.4 滲透穩(wěn)定驗算1.滲流量：大壩在校核洪水位770.4m的庫容5.05108m3，設計洪水位的庫容4.63108m3；日滲漏量，故滿足防滲要求。2.滲透穩(wěn)定驗算： （

39、1）判別滲透破形式：由土體的不均勻系數和土體內的細粒含量根據經驗公式判別：（3-7）式中：a 修正系數，0.951.00，本設計取0.98；n 土體孔隙率，已知n=0.33；Pg 粒徑小于或等于2mm的細粒臨界質量分數，%。計算得，判別可能產生管涌。（2）計算滲透坡降并核算：滲流逸出點實際滲透坡降為：（3-8）已知：H=h-H2=1.93-1.55=0.38m，L=148.405m，計算得,所以滿足要求。3.5穩(wěn)定計算3.5.1 穩(wěn)定計算目的、方法及原理1. 穩(wěn)定計算的目的是：保證壩體在自重、各種情況下的孔隙壓力和外荷載作用下，具有足夠的穩(wěn)定性，不致發(fā)生通過壩體或壩體連同地基的剪切破壞，即核算

40、所擬壩的剖面是否安全經濟。2. 穩(wěn)定計算的方法：基于極限平衡理論，采用假定滑動面的方法，依據滑弧的不同形式，可分為圓弧滑動法、折線滑動法和復合滑動法：（1）圓弧滑動法：由于這幾種壩型的滑動面接近于圓弧，適用于均質壩、厚斜墻壩和厚心墻壩。（2）折線滑動法適用于能夠形成折線滑動面的非黏性土的壩坡，如：心墻壩的壩坡、斜墻壩的下游壩坡，以及斜墻上游保護層連同斜墻一起滑動的情況。（3）復合滑動法多用于滑動面通過不同土料時，出現直線與圓弧組合的復合滑動面形式，如：壩基內有軟弱夾層時。本次設計壩型為心墻壩，出現失穩(wěn)情況多為心墻壩非黏性土壩坡形成拆線滑動面，故采用折線滑動法進行土石壩穩(wěn)定計算。折線滑動法穩(wěn)定計

41、算原理擬定若干可能滑裂面，分別進行計算，應用極限平衡分析法，算出每個可能滑裂面的安全系數，其中最小的安全系數即為所求，其值大于允許最小安全系數，即，則壩坡穩(wěn)定。3.5.2 計算情況上游水位大約在壩底以上1/3壩高處的上游壩坡；上游水位為校核水位，下游為相應水位的下游壩坡。3.5.3 穩(wěn)定計算1. 上游水位大約在壩底以上1/3壩高處的上游壩坡1）假定上游水位為723.00m，按下式計算安全系數式中：G1、 G2 土塊重量，KN； 1、2 兩塊土體底面的抗剪強度，； 1、2 滑動面與水平面夾角，； P1 假定條塊間作用力，KN；Kc 安全系數。已知：1=31；2=31；假定1=33；2=10，為計

42、算方便上游坡取平均值m=（770.8-746.9）2.5+（746.9-723）2.75+（723-699）3.25+1.52/（770.8-699）=2.876；其計算簡圖如圖3.11所示。取單寬，重量G1、G2分別由下式計算：上二式中已知 則已知濕重度，飽和重度，則浮容重則代入安全系數計算公式得整理后解得：Kc=1.8202）假定上游水位為723.00m、728.00m，718.00m，再假定不同1、2分別計算Kc值，計算結果見表3.3所示。經過比較，當上游水位為718.00m時，1=27、2=10時，Kcmim=1.750。2. 上游為校核洪水位及下游為相應水位的下游壩坡已知校核洪水位為

43、770.4m，相應的下游水位為705.60m，假設不同的 1、2，采用折線法分別計算Kc值，得：1=26、2=11時，Kcmim=1.40，計算成果列表3.4。3. 結論由上述計算成果知：該壩在正常工作條件下的最小穩(wěn)定安全系數為1.750，大于SL274-2001規(guī)定的數值1.35；在非常運用條件下的最小穩(wěn)定安全系數為1.40，大于SL274-2001規(guī)定的數值1.25。見表3.5壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數表。因此，所擬定的土壩斷面尺寸是合理的。Kc1.8201.8072.0931.7502.0801.8201.9271.8731.9871.401.451.57G2(KN)22921.84229

44、21.8432186.3214368.7428701.3520167.4933470.1517178.9133471.602028.745040.562705.89G1(KN)16157.8120107.04441442.1218743.4018606.2427998.2821901.1425382.7014123.7010296.0016545.9630083.582(KN/m3)10.991(KN/m3)18.0m25.6715.6716.3145.6717.1156.3145.6714.7055.6715.1447.1155.671m11.5391.7322.4751.9631.3762

45、.0501.6642.4751.1922.0501.8812.475m2.8762（）311（）2（）101091089101210118101（）333022273626312240262822H(m)2419296.6水位723718728705.6表3.5 壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數運用條件工程等級1234正常運用條件1.501.351.301.25非常運用條件1.301.251.201.15非常運用條件1.201.151.151.104泄水建筑物布置4.1溢洪道的布置 由于土石壩不容允從壩身溢流，需要在壩體以外的岸邊建造溢洪道，由于正槽溢洪道的過流能力大，結構簡單，施工方便，工作可靠，擬

46、采用正槽溢洪道。由提供的資料可知，溢洪道堰頂設計高程750m，其相應的地質情況為基礎以下10m左右為砂質頁巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風化嚴重，透水性大，對建筑物安全不利。IVIV溢洪道堰頂設計高程757m，其相應的地質情況為沿建筑物軸線巖層傾向下游，巖性主要為堅硬的細砂巖，其中軟弱層為透鏡體，溢洪道各部分的抗滑穩(wěn)定條件較好。由此可知，溢洪道沿IVIV軸線布置，其溢洪道堰頂高程為757m?？紤]到校核洪水位770.4m，溢洪道布置在高程為780m780m的等高線范圍內，具體布置見IVIV剖面圖。IVIV量得數據見下表4.1。表4.1 IVIV剖面數據表高程（m）71072072073073074

47、0740750750760760770770780780780780770水平距離（m）121012483244689228高程（m）770760760750750740740730730720720710710690690680水平距離（m）18122420121220684.2溢洪道的設計4.2.1溢流堰尺寸的確定 溢流壩的孔口設計涉及很多因素，單寬流量是決定孔口的重要指標。根據國內外工程實踐資料可知；軟弱基巖常取q=2050m3/（sm），較好的基巖常取q=5070m3/（sm），特別堅硬完整的基巖常取q=100150m3/（sm），根據可知為較好基巖，q取70m3。 則溢流段凈寬（不包

48、括閘墩的寬度）：L=Q/q=1815/70=25.9m，取L=24m。由于閘墩厚度與閘門形式有關。采用平面閘門時設閘門槽。工作閘門槽深0.51.0m，寬14m，門槽處的閘墩厚度不得小于11.5m，以保證有足夠的強度，因此平面閘門閘墩的厚度約為2.04.0m?；⌒伍l門眨墩的最小厚度為1.52.0m；如果是縫墩，墩厚要增加0.51.0m。取閘墩厚度為3m。設孔口數為3孔，則孔口凈寬b=L/n=24/3=8m。則溢流前緣總寬度L=nb（n-1）d=3823=30m，考慮到便于施工，本工程擬采用駝峰堰。其最大作用水頭應為設計流量下的水頭Hmax。Q=mL（2g）0.5HMAX3/2其中：m=0.42

49、L=24m =0.95 g=9.8 Q=1815則HMAX=12.24m Hd=0.85HMAX=0.9512.24=11.63m P=0.24Hd=0.2411.63=2.79m取堰高3m，則駝峰研堰底高程為757-3=747m當在校核水量下，其堰上游水頭為：Q=mL（2g）0.5HMAX3/2其中：m=0.42 L=24m =0.95 g=9.8 Q=4530則H0=22.52m，其上游水位為75722.52=779.52770.4，滿足當上游校核洪水位時，溢流堰下瀉流量。其駝峰堰順水流方向長度為L=8P=83=24m4.2.2陡坡段的確定 由于駝峰堰堰底（高程757m）河道（河底高程為6

50、99m）落差很大，多用泄槽與消能防沖設施連接，由于槽內縱坡陡，槽內往往形成高速水流，槽內水流為不均勻流，其底坡類型為陡坡。為了使水流平順，泄槽在平面上沿水流方向，宜盡量采取直線、等寬、對稱的布置?？紤]到下游校核水位為705.60m，參考IVIV剖面圖，泄槽坡度采用1：3，陡坡段高程定為710.21，其水平長度為133.1m，陡坡長度為139.2m，由于是混凝土護面，則陡坡糙率為0.014。則i=（710.21-754）/139.2=0.314堰頂單寬流量：q=1815/24=75.625（m3/m*s）堰頂EO=P1HO（757754）12.2415.24m堰頂流速系數：=1-0.01515.

51、24/12.24=0.981hc=q/（2g（EO-hc）0.5hc的計算見表4.2表4.2 hc的迭代計算 hc（m）的迭代計算hcqgEOhc075.6250.9819.815.244.4604.46075.6250.9819.815.245.3035.30375.6250.9819.815.245.5245.52475.6250.9819.815.245.5865.58675.6250.9819.815.245.6045.60475.6250.9819.815.245.6095.60975.6250.9819.815.245.6115.61175.6250.9819.815.245.61

52、1則Hc=5.611m沿陡坡段每46.4m做一斷面，算出其各斷面水面流速及水面高度，具體見表4.3。由表4.3可知，則陡坡末端水面V=12.68m3/s h=4.77m，由hb=（1+v/100）h，可計算出各斷面計入波動及摻氣的水深，具體計算結果見表4.4。表4.4hVhb5.6111.410.786.4578125.28271.411.456.1295175.0071.412.085.8538744.77091.412.685.617359則邊墻高度：H=6.460.5=6.96m4.2.3消能段的設計1消能形式的選擇 形式內容底流式消能挑流消能優(yōu)點它具有流態(tài)穩(wěn)定，消能效果好，對地質條件和

53、尾水變幅適應性強及水流霧化小。工程量小，投資省、結構簡單、檢修施工方便。缺點工程量大，不宜排漂或排冰。當壩基有延伸至下游的緩傾角軟弱結構面，可能被沖刷切面而形成臨空面，危及壩基穩(wěn)定，或岸坡可能被沖塌危及壩肩穩(wěn)定時，均不宜采用挑流消能。適用條件中、低壩或基巖軟弱的河道，高壩采用底流消能需經論證?；鶐r比較堅固的高壩或中壩，低壩需經論證才能使用2. 反弧段的確定對于挑流消能，通常取反弧半徑R=（410）hc，其中hc為校核洪水位閘門全開時反弧段最低點處的水深。hc計算見表4.5。當為校核流量Q=4530m3/s時，則其上游水頭為22.52m，EO=P1HO（757754）22.5225.52m單寬流量：q=4530/30=151（m3/m*s）流速系數：=1-0.01525.52/22.52=0.983hc=q/（2g（EO-hc）0.5表4.5 反弧段hc迭代計算hc（m）的迭代計算hcqgEOhc01510.9839.825.526.8686.8681510.9839.825.528.0348