片上水庫畢業(yè)設(shè)計(jì)11

河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄TOC\o"1-3"\h\u149841.樞紐狀況和工程目的 .壩坡穩(wěn)定分析及計(jì)算6.1設(shè)計(jì)說明6.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)對土石壩進(jìn)行穩(wěn)定分析的目的，是通過計(jì)算壩體剖面的穩(wěn)定安全度來檢驗(yàn)壩坡在各種工況下是否安全，斷面尺寸是否經(jīng)濟(jì)合理。壩坡坍滑失穩(wěn)滑裂面的形式主要與壩體結(jié)構(gòu)型式、壩基情況和壩的工作條件等因素有關(guān)。主要有以下幾種：(1)曲線形滑裂面。當(dāng)為黏性土壩坡時(shí)，其失穩(wěn)滑裂面呈上陡下緩的曲面，穩(wěn)定計(jì)算時(shí)常假定為一圓柱面，其在壩體剖面的投影是一個(gè)圓弧，稱滑弧?；衙娴奈恢?，如壩基為掩飾或堅(jiān)硬的土層時(shí)，多從壩腳處滑出；當(dāng)壩基土質(zhì)與壩體相近或更軟弱時(shí)，滑裂面可能深入壩基從壩腳滑出。(2)直線或折線形滑裂面。當(dāng)滑裂面通過由砂，沙礫石等材料構(gòu)成的無黏性土壩坡時(shí)，在壩坡剖面上的投影是一直線或折線。當(dāng)壩坡干燥或完全浸入水中時(shí)呈直線，部分浸水時(shí)為折線，斜墻壩上游失穩(wěn)時(shí)，常沿斜墻與壩體交界面滑動(dòng)。(3)復(fù)合斷裂面。當(dāng)壩坡由幾種不同性質(zhì)的土料組成或壩基存在軟弱層時(shí)，滑裂面往往是由直線和曲線組成的復(fù)合型，在黏土為曲線，在黏性土內(nèi)或軟弱層上為直線。6.1.2計(jì)算工況(1)不利水位的上游壩坡這種不利水位大致在壩底以上1/3壩高處，上游為砂礫料，采用折線法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。(2)穩(wěn)定滲流期的下游壩坡上游為正常蓄水位，下游為相應(yīng)最低水位，形成穩(wěn)定滲流時(shí)的下游壩坡，采用折線法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。(3)穩(wěn)定滲流期加地震影響的上游壩坡。采用折線法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。6.1.3荷載組合對于前兩種工況僅需計(jì)土自重，壩體浸潤線以上的部分按濕容重計(jì)，浸潤線以下與壩外水位之間的部分按飽和容重計(jì)，壩外水位以下部分按浮容重計(jì)。6.1.4計(jì)算斷面取最大剖面進(jìn)行計(jì)算。樁號0+245斷面。6.1.5控制標(biāo)準(zhǔn)表6.1容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)運(yùn)用條件工程級別ⅠⅡⅢⅣ正常運(yùn)用非常運(yùn)用正常運(yùn)用加地震1.301.201.101.251.151.051.201.101.051.151.051.006.2不利水位下上游壩坡穩(wěn)定分析6.2.1基本原理與計(jì)算方法屬于部分浸水的無黏性土壩坡穩(wěn)定分析。對于部分浸水的無黏性土壩坡，因水上水下土壤力學(xué)性能不同，滑裂面近似為一折面，折點(diǎn)高程大致在水位附近。（1）滑動(dòng)土體在折點(diǎn)處還形成塊間破裂面DE，破裂面的方位當(dāng)壩基土料內(nèi)摩擦角大于壩體土料內(nèi)摩擦角時(shí)傾向上游；反之傾向下游。為分析方便取為鉛直方向。（2）破裂面作用力P與該面法線的夾角等于土料的內(nèi)磨擦角，為方便計(jì)算，假定P與上滑塊底裂面平行。用折線法計(jì)算滑動(dòng)土體的穩(wěn)定安全系數(shù)時(shí)，采用“安全的極限平衡法”。所謂“極限平衡”是認(rèn)為滑動(dòng)面上的靜摩擦力達(dá)到最小值?！鞍踩笔侵干鲜鰳O限平衡是在一定安全儲(chǔ)備條件下的。假定各滑動(dòng)面上有相似的安全系數(shù)K?；瑒?dòng)面上土料的抗剪力除以K后作為計(jì)算抗剪力。設(shè)圖中ADC為任一滑動(dòng)面，折點(diǎn)在D點(diǎn)，塊間破裂面DE將滑動(dòng)土體分為兩塊，其重圖6-1無粘性土壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖量分別為W、W，兩塊間作用力為P，起方向平行與DC。兩塊土體底面土料內(nèi)摩擦角分別為、。 圖6-2無粘性土壩坡分塊分析受力圖由于塊BCDE沿DC方向力的平衡可得,見圖6-2（a）：P-Wsin+W=0(6-1)由于土塊ADE沿AD方向力的平衡得，見圖6-2（b）:(6-2)聯(lián)立以上二式即可求得K。若，并令；(6-3)，，由以上二式可解得：(6-4)式中，；；。則安全系數(shù)在上述計(jì)算中,水位及、都是任意假定的。為求得最小安全系數(shù),應(yīng)假設(shè)不同的水位和、值。具體計(jì)算時(shí),先假定若干個(gè)水位和、值具體計(jì)算時(shí)，先假定若干水位(至少3種個(gè))，在每一水位下假定至少3個(gè)，對每個(gè)至少假定3個(gè)，分別計(jì)算出安全系數(shù)，其中最小者即為所求壩體穩(wěn)定安全系數(shù)。6.2.2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135m，按下式計(jì)算安全系數(shù)(6-5)計(jì)算簡圖見附圖。已知：.為計(jì)算方便，上游壩坡m取平均，取單寬，重量W1、W2分別按下式計(jì)算：其中：已知:由于：帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得所以所以 將已知數(shù)據(jù)代入公式（6—5）有：經(jīng)計(jì)算可得Kc=1.71.假定上游水位為135m、150m，180m及不同的；同理可得安全系數(shù)Kc，計(jì)算結(jié)果如表6.2所示：表6.2不利水位情況下上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算表水位（m）(KN)(KN)135113926180.5442892.031.8238279131.83729645.461.79123525325.6432015.651.713329136.641.723133293.721.71132930329.3823933.661.712833102.141.712735872.841.75150112933472.9494634.952.352834995.282.352736519.682.39123640619.0870448.571.823542714.11.833444809.121.82133047505.6652722.991.773150171.31.73253028.521.6618019263551.4417857.561.712537081.62243899.581.7420223565.8610223.521.73213792.461.74204035.541.7821271001.164098.561.55261157.721.56251314.281.58根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，可得出結(jié)論：在此種工況下，當(dāng)時(shí)，取得Kmin=1.55>[K]=1.25，滿足要求。6.3穩(wěn)定滲流期的下游壩坡穩(wěn)定分析上游為正常蓄水位，下游為相應(yīng)最低水位或上游為設(shè)計(jì)洪水位，下游為相應(yīng)最高水位形成穩(wěn)定滲流時(shí)的下游壩坡。分析方法和部分浸水無粘性土壩坡穩(wěn)定分析方法一樣，采用折線法。計(jì)算簡圖見附圖。計(jì)算方法同上，詳細(xì)結(jié)果見表6.3所示表6.3穩(wěn)定滲流情況下下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算表水位（m）(KN)(KN)120123523479.8813793.721.443426648.161.433329289.081.44133420282.7610728.561.413322923.681.423226619.321.41143126620.3210730.561.423226621.321.393326622.321.36150112926626.3210736.561.582826627.321.612726628.321.69123626629.3210739.561.293526630.321.323426631.321.35133026632.3210742.561.483126633.321.433226634.321.4180183026635.3210745.561.372926636.321.152826637.3213210748.561.522526639.321.252426640.321.61202226641.3210751.561.752126642.321.782026643.321.87根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，可得出結(jié)論：在此種工況下，當(dāng)時(shí)，取得Kmin=1.15>[K]=1.15，滿足要求。6.4正常運(yùn)用加地震情況上游壩坡穩(wěn)定分析此時(shí)考慮地震力的影響，本設(shè)計(jì)值考慮水平地震力的影響。沿土石壩高度作用于質(zhì)點(diǎn)i的水平地震慣性力可按下式計(jì)算：（6-6）[]式中：——水平地震系數(shù)，本設(shè)計(jì)烈度為8度，取值為0.2；——綜合影響系數(shù)，取1/4；——地震加速度分布系數(shù)，其值見圖6-3；——集中在質(zhì)點(diǎn)i的重量，KN。圖6-3地震加速度分布系數(shù)（其中40m<H150m）（6-7）（6-8）表6.4穩(wěn)定滲流加地震情況下上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算表水位（m）(KN)(KN)135113926180.5442892.031.338279131.323729645.461.36123525325.6432015.651.293329136.641.413133293.721.57132930329.3823933.661.712833102.141.852735872.841.97150112933472.9494634.951.42834995.281.432736519.681.45123640619.0870448.571.213542714.11.253444809.121.29133047505.6652722.991.493150171.31.473253028.521.45180183026635.3210745.561.952926636.322.032826637.322.07192626638.3210748.562.052526639.322.122426640.3223210751.562.22126642.322.222026643.322.26根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，可得出結(jié)論：在此種工況下，當(dāng)時(shí)取得Kmin=1.21>[K]=1.05，滿足要求。7.土石壩細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)7.1壩頂?shù)牟贾脼榉乐狗罎B體干裂和雨水沖蝕，滿足維修和防汛要求。壩頂應(yīng)做成護(hù)面，護(hù)面作成柔性護(hù)面，以適應(yīng)壩頂變形和及時(shí)發(fā)現(xiàn)壩體裂縫，護(hù)面多采用密實(shí)的黃泥灌漿碎石，其下設(shè)碎石墊層壩頂頂高程為：181.8m，為排除雨水，壩頂應(yīng)作成兩側(cè)或一側(cè)的橫坡，坡度為2%—3%坡面末端設(shè)縱向排水溝，以匯集壩頂雨水，排水溝端面尺寸為0.4m×0.4m在壩頂上游做穩(wěn)定堅(jiān)固和不透水的防滲墻，且基礎(chǔ)堅(jiān)固地埋入壩內(nèi)并于防滲體緊密結(jié)合，墻底與防滲體頂部接觸滲徑長度La,應(yīng)滿足(7-1)式中：防浪墻底面承受的水頭m，算至波浪水面，本設(shè)計(jì)中H為1.1m。；防浪墻底與防滲體接觸滲徑長度，m；L=(7-2)b，s—為水平和垂直滲徑萊因系數(shù)，見表7.1，取為2.5。則有：，滿足要求。表7.1萊因經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Ka墻基土類中砂粗砂細(xì)礫礫石粗礫石大塊、中塊碎石和礫石混合軟黏土中等硬度黏土硬黏土極硬黏土Ka6.05.04.03.53.02.53.02.01.81.6防浪墻用漿砌石，墻頂高出壩頂1.2米，高程為192.8米，墻厚為0.5米墻內(nèi)應(yīng)設(shè)伸縮縫，間距為15米，縫內(nèi)設(shè)止水。壩頂下游設(shè)邊石，采用漿砌石修筑，厚0.4米頂面高出路面約0.2米，邊石內(nèi)每隔60米設(shè)排水孔，以將壩頂排水溝的雨水經(jīng)壩面排水溝排至下游。防止壩頂積水。其具體布置見圖7.1。圖7-1壩頂細(xì)部構(gòu)造圖單位：cm7.2護(hù)坡及壩面排水的布置7.2.1上游護(hù)坡的布置上游壩面設(shè)計(jì)干砌石護(hù)坡，厚度0.4m，下面設(shè)厚度0.3m的碎石墊層，護(hù)坡范圍上至壩頂、下至壩腳，見細(xì)部構(gòu)造附圖7.2所示。圖7-2上游護(hù)坡構(gòu)造圖單位:cm7.2.2下游護(hù)坡的布置下游護(hù)坡也采用干砌石護(hù)坡，厚度為0.3m，下面設(shè)厚度為0.3m的碎石墊層，護(hù)坡范圍上至壩頂，下至排水體頂部，見圖7.3。圖7-3下游護(hù)坡構(gòu)造圖單位:cm7.2.3壩面排水為防止雨水沖刷，下游壩面常設(shè)置縱橫連通的排水溝，沿壩體與岸坡的結(jié)合處，也設(shè)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(nèi)側(cè)布置，用漿砌石做成梯形或矩形斷面。沿壩軸線方向每隔80m設(shè)一條橫向排水溝，見圖7.4。圖7-4壩面排水布置圖單位:cm7.3土石壩土料的選擇土石壩是就地取材的建筑物。筑壩地點(diǎn)大都貯藏著幾種土料，因此選擇一種或幾種土料作為筑壩材料，是設(shè)計(jì)土壩的一個(gè)重要組成部分。根據(jù)壩體各部位不同的工作條件，合理選擇性能相近的土石料及布置組成，不同的部位對土石料的選擇及布置有不同要求。7.3.1壩殼對土石料要求(1)填筑壩殼的土石料，應(yīng)具有較好的透水性，以減少壩體內(nèi)孔隙壓力和滲透力(2)具有較高的抗剪強(qiáng)度，以減少壩體工程量。(3)具有一定的抗?jié)B穩(wěn)定性，不易發(fā)生管涌，土石料級配要求好，不均勻系數(shù)宜大些。(4)應(yīng)具有較好的抗震穩(wěn)定性，不易遇震發(fā)生液化?；谏鲜鲆?，壩殼材料采用石渣料。7.3.2防滲體對土石料的要求(1)應(yīng)具有一定的不透水性，要求滲透系數(shù)K<cm/s。(2)應(yīng)具有一定的可塑性，以適應(yīng)壩身和壩基的變形而不致產(chǎn)生裂縫。(3)有機(jī)質(zhì)含量<2％（按重量計(jì)）；水溶鹽含量<3％基于以上要求，本設(shè)計(jì)防滲體采用瀝青混凝土，混凝土標(biāo)號為7.3.3排水設(shè)施和護(hù)坡的結(jié)構(gòu)布置用于排水設(shè)施和護(hù)坡的石料，應(yīng)具有較高的抗壓強(qiáng)度、良好的抗水性、不易溶蝕，并具有抗凍融性和抗風(fēng)化性。飽和抗壓強(qiáng)度應(yīng)不小于40或50，軟化系數(shù)（飽和抗壓強(qiáng)度與干抗壓強(qiáng)度之比）不小于0.75或0.85，巖石孔隙率不大于3％，吸水率（按孔隙體積比計(jì)算）不大于0.8，容重應(yīng)大于22，可采用塊石、碎石和礫石?；谏鲜鲆?，排水設(shè)施采用棱體排水，護(hù)坡采用干砌石。7.3.4反濾層的結(jié)構(gòu)布置反濾層應(yīng)具備以下要求：(1)未經(jīng)風(fēng)化與溶蝕，而且堅(jiān)硬，密實(shí)，耐風(fēng)化以及不易被水溶解；(2)透水性很大，要求其滲透系數(shù)至少大于被保護(hù)滲透系數(shù)的80-100倍；(3)具有一定的抗剪強(qiáng)度；(4)沒有塑性；(5)具有高度的抗水性和抗凍性，粗粒間應(yīng)有較好的透水性，粒徑d<0.1mm的顆粒含量應(yīng)小于5%?；谝陨弦?，反濾料采用砂礫料。地基處理土石壩地基處理應(yīng)力求做到技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理。筑壩前要完全清除表層的腐殖土，以及可能發(fā)生集中滲流和滑動(dòng)的表層土。8.1地基處理8.1.1壩基清理大壩基礎(chǔ)至壩腳線外10米范圍內(nèi)的樹林，樹根，耕枯土，垃圾，工廠廢料，地表孤石，梯田硬石及田邊塊石，河床底的淤泥，沙壤土等應(yīng)清理，地質(zhì)勘探的鉆孔，試坑，平洞井。泵等均應(yīng)回填。壩基清理后，應(yīng)平整密實(shí)，無明顯陡坎和臺(tái)階，坡度一般不陡于1:1.5，為避免土壩與岸坡的接觸面產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象，壩體岸坡應(yīng)削成斜面或接觸面，不應(yīng)成臺(tái)階狀，反坡或突然變坡。應(yīng)對壩基進(jìn)行平整，振動(dòng)碾壓或夯板夯實(shí)。8.1.2土石壩與岸坡的連接土石壩的岸坡應(yīng)清理成緩慢的坡度，不應(yīng)為階梯狀或反坡。對不宜消除的反坡用貼補(bǔ)混凝土修整，填補(bǔ)凹坑，當(dāng)岸坡上緩下陡時(shí)，凹出部位的變坡角應(yīng)小于。開挖坡度不宜太陡，巖石岸坡不陡于1：0.5或1：0.75;土岸坡不陡于1：1.5；砂礫壩殼部位的岸坡以維持岸坡自身穩(wěn)定為原則。為延長滲徑，黏土斜墻在岸坡結(jié)合處應(yīng)適當(dāng)加寬。8.2土石壩的防滲處理滲流控制的原則是“上游堵，下游排”。學(xué)習(xí)過的壩基防滲措施有截水槽，板鋪蓋，混凝土防滲墻，帷幕灌漿化學(xué)材料灌漿等，由于本壩址基巖為閃云斜長花岡巖，屬怪硬巖石類。故本設(shè)計(jì)采用防滲墻與帷幕灌漿相結(jié)合。8.3裂縫處理土石壩裂縫按其產(chǎn)生的原因分為干縮和凍融裂縫、變形裂縫、滑動(dòng)裂縫和水力剪裂縫。(1)干縮和凍融裂縫干縮裂縫是由于土體表面失水發(fā)生收縮，而土體內(nèi)部不收縮或收縮很小使表層土受到約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力而形成裂縫。凍融裂縫是由于土體凍結(jié)后氣溫驟降，表層凍土收縮時(shí)受到內(nèi)部未降溫土的約束，因而發(fā)生在表層。此裂縫深度不大，但要注意不讓雨水進(jìn)入其中，以免發(fā)生沖蝕使裂縫擴(kuò)展，在寒冷地區(qū)，土石壩表層有足夠厚度的非粘性土保護(hù)層，可防止凍裂。(2)變形裂縫由于壩體不均勻沉降引起的，這種裂縫一般規(guī)模較大，深入壩體內(nèi)部，是破壞壩體完整性的主要裂縫。而引起壩體不均勻沉降的因素很多，有壩址、地形、筑壩材料等的性質(zhì)。壩基均勻變形，壩體內(nèi)部有無建筑物和施工質(zhì)量等對這種變形應(yīng)對其壩址做一定處理，對填筑材料的含水量應(yīng)控制在塑性附近，故這時(shí)土料壓塑性小，抗拉強(qiáng)度大，在施工過程中停歇時(shí)，應(yīng)在壩體表面、無粘性土或松土保護(hù)，防止發(fā)生干縮和凍融裂縫，這種裂縫如果不處理雖是表面的，但竣工后會(huì)2加速變形，有可能發(fā)生裂縫部位加原反濾層或外加反濾層防止漏水。(3)滑坡裂縫由于滑移土體發(fā)生位移而出現(xiàn)的裂縫。此裂縫與發(fā)生在滑坡頂部。此裂縫是滑坡的前兆，一旦發(fā)生將迅速延伸擴(kuò)展，應(yīng)密切注意和及時(shí)處理。(4)水力劈裂縫由于水壓力引起的水平或垂直裂縫。裂縫處理：1）當(dāng)裂縫位于內(nèi)部或延伸至深處時(shí)，可采取灌漿處理2）對于深度小于5m的裂縫，一般可采用人力挖除回填，深度大于5m的裂縫可用簡單機(jī)械開挖回填。謝辭懷著無限的憧憬，走進(jìn)了向往已久的大學(xué)生活，時(shí)光流逝，轉(zhuǎn)眼到了大四。在這四年時(shí)間里，除了學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程以外，還注重了時(shí)間的學(xué)習(xí)，而畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正是理論知識和實(shí)踐相結(jié)合的具體表現(xiàn)。它對我們今后的工作和學(xué)習(xí)有著十分重要的影響和作用。而這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是最好的說明。在將近三個(gè)月的時(shí)間的努力下，我較圓滿的完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，由于是初次接觸，再加上時(shí)間比較緊，又沒有任何的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所以只能憑借自己所學(xué)的理論知識和老師點(diǎn)點(diǎn)滴滴的指導(dǎo)來完成這份設(shè)計(jì)，其中存在的疏漏和錯(cuò)誤之處在所難免，敬請各位老師和同學(xué)不吝賜教，指正。最后我要特別衷心感謝馬文英老師，畢業(yè)設(shè)計(jì)小組其他同學(xué)。在他們的細(xì)心指導(dǎo)和幫助下，我才能按時(shí)的完成如此艱巨的畢業(yè)設(shè)計(jì)。他們的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的而工作作風(fēng)讓我敬佩，感動(dòng)，為了幫助我們做好每個(gè)工