本科畢業(yè)設(shè)計(jì)-褒河水庫(kù)單曲拱壩設(shè)計(jì)說(shuō)明書1含圖紙

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEPAGE12目錄0緒論 11概述 22已知資料 32.1流域概況 32.2水文氣象資料 32.3工程地質(zhì)資料 32.4工程規(guī)劃 32.5工程材料設(shè)計(jì)指標(biāo) 42.6施工、天然建材、交通情況 43樞紐布置 53.1壩型的選擇 53.1.1土石壩 53.1.2支墩壩 53.1.3重力壩和拱壩 53.2樞紐布置方案的選擇 63.2.1壩軸線的選擇 63.2.2引水隧洞的布置 73.2.3東、西干渠渠首布置 73.2.4泄洪方案的選擇 73.2.4.1壩頂泄流 83.2.4.2壩面泄流 83.2.4.3滑雪道式泄流道 83.2.4.4壩身開孔泄洪 84 拱壩設(shè)計(jì) 104.1拱壩體型設(shè)計(jì) 104.1.1基本原則 104.1.2拱壩基本尺寸的擬定 104.1.2.1拱壩分層 104.1.2.2壩頂厚度 104.1.2.3壩底厚度 114.1.3拱冠梁剖面設(shè)計(jì) 124.1.3.1基本原則 124.2拱壩的平面布置 134.2.1基本原則及假定 134.2.1.1基本原則 134.2.2拱圈中心角的確定 134.2.3拱圈的平面布置 145拱壩應(yīng)力計(jì)算和內(nèi)力計(jì)算 165.1荷載和荷載組合 165.1.1荷載 165.1.2荷載的組合 165.1.2.1基本組合 165.1.2.2特殊組合 165.2應(yīng)力計(jì)算方法（拱冠梁法） 165.2.1拱冠梁法的基本原理 165.2.2拱冠梁法的主要步驟 175.3應(yīng)力和內(nèi)力計(jì)算過(guò)程 175.3.1計(jì)算拱冠梁在垂直力等作用下產(chǎn)生的徑向變位 175.3.2計(jì)算拱冠梁?jiǎn)挝蝗切螐较蜃饔孟聫较蜃兾幌禂?shù) 275.3.3拱冠梁徑向變位、的求解 345.3.4拱梁分荷值的求解 355.3.5拱冠梁應(yīng)力計(jì)算 365.3.6拱圈應(yīng)力計(jì)算 385.4其他方案的計(jì)算 385.5方案計(jì)算結(jié)果和分析 386壩肩穩(wěn)定計(jì)算 406.1穩(wěn)定分析 406.2穩(wěn)定計(jì)算 416.2.1當(dāng)不考慮凝聚力c時(shí) 426.2.2考慮凝聚力c時(shí) 436.3計(jì)算成果和分析 447壩身孔口的設(shè)計(jì) 467.1中孔的設(shè)計(jì) 467.2底孔的設(shè)計(jì) 467.2.1孔口的形狀和尺寸（體形設(shè)計(jì)） 467.2.1.1進(jìn)口控制段 467.2.1.2洞身段 477.2.1.3出口控制段 477.2.2底孔的應(yīng)力計(jì)算 477.2.2.l作用于孔口的荷載 477.2.1.2應(yīng)力計(jì)算 477.2.3底孔的配筋計(jì)算 498拱壩的構(gòu)造及結(jié)構(gòu) 518.1壩頂 518.2廊道與壩體排水 518.3壩體臨時(shí)收縮縫 518.4壩體內(nèi)廊道及交通 529拱壩的地基處理 539.1壩基開挖 539.2拱端開挖 539.3固結(jié)灌漿和接觸灌漿 539.4防滲帷幕 539.5壩基排水 5410結(jié)論 55附錄及參考文獻(xiàn) 56謝辭 570緒論本次設(shè)計(jì)為畢業(yè)設(shè)計(jì)，是對(duì)大學(xué)五年來(lái)所學(xué)知識(shí)的一次綜合性的總結(jié)概括；是考察學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐能力的一次演練；是為學(xué)生走向工作崗位打下一定基礎(chǔ)的關(guān)鍵一步；是學(xué)生走向社會(huì)工作的第一步；是了解自我，自我定位的好機(jī)會(huì)。本次設(shè)計(jì)的主要目的是讓學(xué)生們體會(huì)在工作實(shí)踐中所必須具備的精神，了解工程設(shè)計(jì)的過(guò)程程序，鍛煉學(xué)生們的實(shí)踐能力，為走向工作崗位打下一定基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)主要是混凝土拱壩設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題，要求設(shè)計(jì)成果合理，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家規(guī)范要求。拱壩是固接于基巖的空間殼體結(jié)構(gòu)，因在平面上呈凸向上游的拱形而得名，其拱冠剖面呈豎直的或向上游凸出的曲線形。據(jù)現(xiàn)有資料，最早的圓筒面圬工拱壩可追溯到羅馬帝國(guó)時(shí)代。到20世紀(jì)，美國(guó)開始修建較高的拱壩。并于1936年建成了高221米的胡佛重力拱壩。1939年意大利建成了高75米，設(shè)有墊座及周邊縫的奧·西列塔薄拱壩，對(duì)雙曲拱壩建設(shè)起到了很大的推動(dòng)作用。目前世界上最高的是格魯及亞的英古里拱壩，最大壩高272米，T/H=0.19。中華人民共和國(guó)成立后，水利事業(yè)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，取得了舉世矚目的成就。繼葛洲壩水利樞紐建成后，三峽水利樞紐的開工、南水北調(diào)工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)等壯舉進(jìn)一步展示出人民水利蓬勃發(fā)展的強(qiáng)勁勢(shì)頭。目前，我國(guó)在水利工程規(guī)模、水利人才素質(zhì)以及水利科技水平等方面已達(dá)到世界前列。中國(guó)的拱壩歷史：我國(guó)在拱壩建設(shè)取得了很大的進(jìn)展。截止到1988年底的不完全統(tǒng)計(jì)，已建成15米壩高以上的各類拱壩已達(dá)800座，約占全世界已建拱壩總數(shù)1/4強(qiáng)。中國(guó)之最：最高的拱壩——臺(tái)灣省德基雙曲拱壩，高181米，T/H=0.112；最高的砌石拱壩——河南省群英重力拱壩，高100.5米；最薄的砌石拱壩——浙江省方坑雙曲拱壩，高76米，T/H＝0.147。本設(shè)計(jì)主要是讓同學(xué)們了解工程設(shè)計(jì)的過(guò)程程序，知道工程實(shí)踐中所牽涉的工作環(huán)節(jié)，應(yīng)注意的關(guān)鍵問(wèn)題，為以后走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)；同時(shí)鍛煉同學(xué)們的實(shí)踐動(dòng)手能力和操作能力，改變思維方法，提高工作效率。1概述褒河水庫(kù)位于陜西省漢中平原褒河下游。褒河規(guī)劃作五級(jí)開發(fā)，其中樞紐在最下游。漢中地區(qū)氣候溫和、濕潤(rùn)，土地開闊肥沃，是著名的糧倉(cāng)，現(xiàn)有漢惠渠、褒惠渠等渠道，均系無(wú)壩引水，故灌溉保證率低；本地區(qū)又屬三線，近年來(lái)大量工礦企業(yè)紛紛建立，電力負(fù)荷急劇增長(zhǎng)，故在本地區(qū)修建褒河等一批水利樞紐，開發(fā)水力資源，對(duì)于促進(jìn)工農(nóng)業(yè)發(fā)展都有著重要意義。根據(jù)規(guī)模、效益，參照相關(guān)規(guī)范將褒河水庫(kù)定為三級(jí)，建筑物級(jí)別：主要建筑物為三等，次要建筑物為四等，臨時(shí)建筑物為五等。褒河水利樞紐主要任務(wù)為灌溉、發(fā)電，其次為防洪。為此，樞紐定為：渠首電站、攔河壩（拱壩）、中孔泄洪、底孔、電站引水渠道等。褒河水利樞紐對(duì)于漢中地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起著相當(dāng)重要的作用。2已知資料2.1流域概況褒河屬于山溪性河流，發(fā)源于秦嶺南麓玉皇山及太白山，匯入漢江，整個(gè)流域面積上寬下窄呈漏斗狀。流域內(nèi)植被尚好，水土流失不嚴(yán)重。褒河水利樞紐控制流域面積3861平方公里，擬裝機(jī)4.12萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量1.42億度，可將原灌區(qū)19.5萬(wàn)畝農(nóng)田灌溉保證率由50%提高到73.8%，并擴(kuò)澆32萬(wàn)畝耕地。褒河庫(kù)區(qū)壩址為“U”形河谷，水面寬40，水深2～7，河床砂礫石2～8，壩址兩岸山坡陡峭，590高程以上強(qiáng)風(fēng)化巖石厚度為5，以下為3～5，河床2～4。迴水17，面積3.2，壩址附近平均水面寬度300。2.2水文氣象資料褒河水庫(kù)壩址下游三公里河?xùn)|店站水文有1935～1970共36年資料。=1\*GB3①該地區(qū)多年平均降雨量為905.6，其中6～9月雨量約占全年75%。多年平均徑流量138億立米，多年平均流量43.6。=2\*GB3②多年平均輸沙率為4.7，多年平均輸沙量為148萬(wàn)噸。=3\*GB3③多年平均氣溫14.4℃，絕對(duì)最高氣溫44℃，絕對(duì)最低氣溫13.4℃；絕對(duì)最高水溫33.3℃，絕對(duì)最低水溫02.3工程地質(zhì)資料褒河庫(kù)區(qū)在褒河峽谷出口段，大地構(gòu)造上位于南秦嶺褶皺帶中斷南緣，庫(kù)區(qū)出露地層為石炭系，三迭系前海相沉積物經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成的變質(zhì)巖，三迭系巖層為片巖、片麻巖，并夾有大理巖、白云巖，分布于將軍鋪至青橋鋪一帶，石炭系巖層為片巖及大理巖分布于壩區(qū)附近。第四紀(jì)松散堆積物為砂質(zhì)粘土沖擊礫石，區(qū)內(nèi)無(wú)大斷裂。經(jīng)科學(xué)院西北地質(zhì)大隊(duì)判定該地區(qū)地震烈度為7度。庫(kù)區(qū)內(nèi)雖有大理巖等露頭，但兩岸山勢(shì)雄厚，水平方向溶洞發(fā)育不深，壩址處基巖透水性弱，單位吸水量小于0.01升/秒，故不存在滲漏問(wèn)題。庫(kù)區(qū)內(nèi)岸坡地段基巖裸露，不會(huì)產(chǎn)生塌岸。2.4工程規(guī)劃根據(jù)梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)用規(guī)劃，褒河正常高水位定為618米，相應(yīng)庫(kù)容1.05億立米。死水位595。死庫(kù)容0.443億立米。該水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水=4290，校核洪水位=5590?？赡茏畲蠛樗髁?0000。河床最低高程535，基巖高程532。三十年淤積高程565。下游水位：設(shè)計(jì)洪水位：548.75，校核洪水位：550.05電站進(jìn)口高程567，最大引水流量68.1。東干渠進(jìn)口高程588.5，引用流量30，灌溉27萬(wàn)畝農(nóng)田。西干渠進(jìn)口高程592，引用流量6，灌溉5萬(wàn)畝農(nóng)田。淤沙浮容重7.5，水下摩擦角10°。2.5工程材料設(shè)計(jì)指標(biāo)壩址區(qū)巖石容重模量26.5，彈性模量16，泊桑比0.2，摩擦系數(shù)0.6?；炷寥葜?4，彈模16，線膨脹系數(shù)0.00001，泊松比0.2。2.6施工、天然建材、交通情況=1\*GB3①施工、交通情況。峽口地勢(shì)開闊，有公路可通寶成鐵路線上略陽(yáng)。壩址下游20公里聯(lián)接寶成和襄與鐵道德陽(yáng)（平關(guān)）安（康）鐵路即將建成通車。承擔(dān)褒河水利樞紐工程的水電三局擁有較強(qiáng)的技術(shù)力量和機(jī)械設(shè)備。=2\*GB3②天然建筑材料。壩址下游3.5～8.0的中灘、紅廟等儲(chǔ)有砂礫石116萬(wàn)。礫石成分主要為花崗巖、石英巖，砂子以石英、長(zhǎng)石為主，質(zhì)地較好，交通運(yùn)輸便利。土料很少，運(yùn)距約4。3樞紐布置3.1壩型的選擇經(jīng)過(guò)各方面的分析比較，擬訂修建拱壩，下面從幾方面說(shuō)明修建拱壩的優(yōu)越性。由地質(zhì)條件及地形資料可知能在這個(gè)壩址修建土石壩，重力壩，拱壩，支墩壩?，F(xiàn)分別比較如下：3.1.1土石壩土石壩僅靠壩身自重與地基接觸而產(chǎn)生的抗滑力維持穩(wěn)定，因存在滑坡的問(wèn)題，土石壩在各種壩型中體積最大，底寬最長(zhǎng)，工程量也較大。壩身不能泄流，須另外設(shè)置溢洪道，泄洪安全性不可靠，施工導(dǎo)流也不方便。計(jì)算方法多采用材力法，手算占相當(dāng)大的比例，為防止?jié)B透變形須設(shè)置防滲心強(qiáng)，防滲材料的填筑受氣候條件的影響較大。另外，最主要原因?yàn)樵摰貐^(qū)的土料較少，沒(méi)有足夠的筑壩材料。因此該壩址不選擇修建土石壩。3.1.2支墩壩支墩壩與重力壩相比，混凝土用量小，能充分利用材料的強(qiáng)度，但側(cè)向穩(wěn)定性差，對(duì)地基的要求比重力壩更加嚴(yán)格，鋼筋用量較多，施工散熱條件好，溫控措施簡(jiǎn)易，但模板復(fù)雜，用量大，混凝土標(biāo)號(hào)要求高，每方混凝土的代價(jià)也高。且單寬流量較大，但容易引起壩體振動(dòng)，如果要在這里修建大壩，選擇重力壩而不選擇支墩壩，故也不修建支墩壩?，F(xiàn)在在下面的小節(jié)重點(diǎn)比較重力壩和拱壩的選擇。3.1.3重力壩和拱壩=1\*GB2⑴兩種壩型均可滿足樞紐布置的總體要求，也都適合壩址的地質(zhì)及地形條件。但是從地形圖上可知道，該河谷為上寬下窄的喇叭形河口谷，修建拱壩更有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)拱壩方量比重力壩的少，可節(jié)省1/3~1/2的方量。=2\*GB2⑵拱壩的工期比重力壩約可節(jié)約1/4。=3\*GB2⑶對(duì)大壩工程的總投資，拱壩可節(jié)約15%左右。=4\*GB2⑷重力壩重要依靠自重產(chǎn)生的抗滑力維持穩(wěn)定，無(wú)疑壩體的工程量大，壩體內(nèi)鋼筋用量較多，未能很好的利用混凝土的抗壓強(qiáng)度。=5\*GB2⑸重力壩的底寬較大，揚(yáng)壓力大，對(duì)壩身穩(wěn)定不利，壩體過(guò)大，施工期溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力較大。拱壩除了有上述優(yōu)點(diǎn)外，還有自身的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：=1\*GB2⑴具有雙向傳力的性能，由拱梁共同承擔(dān)受力。=2\*GB2⑵拱是推力結(jié)構(gòu)，主要產(chǎn)生軸向壓力，有利于充分發(fā)揮材料的抗壓性能。=3\*GB2⑶拱壩具有較高的超載能力和抗震能力，可達(dá)到設(shè)計(jì)荷載的5~11倍。=4\*GB2⑷不設(shè)永久性伸縮逢，整體性能好。當(dāng)外荷載增大或壩體的某一部位發(fā)生局部開裂時(shí)，壩體的梁和拱將自行調(diào)節(jié)，抗?jié)B性能好，彈性韌性好，抗震性能高。=5\*GB2⑸計(jì)算方法多采用材力法和有限元法，計(jì)算繁瑣，但計(jì)算機(jī)和計(jì)算程序的普及與推廣已大大的解決這一難題。=6\*GB2⑹可壩身泄水。雖然拱壩的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但綜合比較后，選擇拱壩為設(shè)計(jì)壩型。由于該地的巖石均為一些片巖等整體性能不太好的巖石，又該處砌石料難找，而在該處交通發(fā)達(dá)，壩址下游3.5~8.0公里處有足夠的沙礫石，能充分提供3.2樞紐布置方案的選擇3.2.1壩軸線的選擇從地形圖可確定三種修建拱壩的壩址。現(xiàn)分析比較選擇中間合理的方案。由于在兩岸處都有一個(gè)凸出的山包，而總體河流彎道為順時(shí)（）。=1\*GB2⑴圖3-1中2處處于山包中間位置，該處不僅施工面狹窄開挖量大，最主要的原因不利于壩端的抗滑穩(wěn)定。=2\*GB2⑵圖3-1中3處的位置=1\*GB3①離兩山包較遠(yuǎn)，未能充分利用山包的抗滑能力。=2\*GB3②該處軸線較長(zhǎng)，工程量大，造成浪費(fèi)。=3\*GB3③對(duì)于梯級(jí)開發(fā)電站，造成了庫(kù)容圖3-1壩址選擇地形圖的浪費(fèi)。=4\*GB3④在整體布置中，不利于隧洞的洞線布置，增加了洞線的長(zhǎng)度，從而增加了工程量，增加了工期，造成浪費(fèi)。=3\*GB2⑶圖3-1中1的位置=1\*GB3①充分利用了抗滑作用，且壩軸線不長(zhǎng)。=2\*GB3②軸線與地形線垂直，能充分起抗滑作用。=3\*GB3③有利于整體樞紐的布置。綜合以上幾點(diǎn)，故選擇在1處修建拱壩。3.2.2引水隧洞的布置由于修建的是拱壩，而拱壩有一個(gè)突出的特點(diǎn)是不能分期修建，只能采用全斷面截流后修筑。故必須在兩岸山體中開挖隧洞作為施工導(dǎo)流和引水之用。隧洞可布置在兩岸山體中。由于該河道為順時(shí)針彎曲的彎道河流，左岸為凹岸，如果在左岸開鑿隧洞，其洞線很長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)。且繞了幾個(gè)大彎，不滿足快速泄流和引水的條件。而右岸為凸岸，引水隧洞短而直，泄水迅速，經(jīng)濟(jì)合理，故擬在右岸修建隧洞。引水隧洞為前期施工導(dǎo)流隧洞，為了充分利用該導(dǎo)流隧洞，把該隧洞做成電站的引水隧洞。為便于電站進(jìn)水口與下游電站廠房的布置和水流條件，隧洞的進(jìn)出口不能太過(guò)靠近大壩，進(jìn)口距大壩200左右，出口距大壩300左右，在距大壩50左右的地方修建電站引水口，利用彎道和導(dǎo)流隧洞連接。水庫(kù)開始蓄水前，電站進(jìn)水口與隧洞連接的前部用混凝土塞子封堵。由于時(shí)間關(guān)系，引水隧洞不進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，采用原設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，進(jìn)口高程為544.0，電站引水口的進(jìn)口高程為567.0。隧洞直徑采用經(jīng)驗(yàn)值，取為7。在隧洞的出口電站前面修建一個(gè)直徑為10的壓力前池。3.2.3東、西干渠渠首布置東干渠引水口高程588.5，引用流量為30，河流為東南走向，布置在河流的左岸每一位置。根據(jù)壩軸線和地形地質(zhì)條件，擬利用引水渠引水到壩端，再以引水道引水到下游東干渠渠首。西干渠引水口高程592.0，引用流量為6，根據(jù)地形地質(zhì)條件及、引水隧洞及廠房的位置，西干渠渠首布置在壩端右岸下游100處，引水隧洞右側(cè)，為了不影響電站進(jìn)水口的布置，故把西干渠的引水道進(jìn)口修建在壩體上面。因此渠道的引水洞和引水隧洞在空間上交叉，引水隧洞在渠道引水道的上面。為滿足水流運(yùn)行條件以及引水方便，渠首引水道在壩身處直線引水到壩后利用彎道至西干渠渠首。在本次設(shè)計(jì)中，隧洞、電站廠房、引水道都未進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)圖紙上為一個(gè)大體形象，多數(shù)引用了原設(shè)計(jì)。3.2.4泄洪方案的選擇褒河水利樞紐的主要的任務(wù)是灌溉，其次是發(fā)電、防洪。而泄洪建筑物的布置是拱壩設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，拱壩泄洪分壩外泄洪與壩體泄洪兩種。但拱壩多修建在峽谷河段上，一般無(wú)合適的埡口可供利用，因此多數(shù)情況下采用壩體泄洪。而壩體泄洪有壩頂泄流、壩面泄流、滑雪道式和壩身泄水孔等幾種，現(xiàn)對(duì)他們進(jìn)行分析比較。3.2.4.1壩頂泄流壩頂泄流是指洪水經(jīng)過(guò)壩頂自由跌落或經(jīng)外懸臂挑坎往下游挑落的過(guò)流形式,優(yōu)點(diǎn)是：=1\*GB2⑴結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)施工較容易。=2\*GB2⑵對(duì)壩體的應(yīng)力影響較小。=3\*GB2⑶一般水頭不大，起閉設(shè)備易于檢修。=4\*GB2⑷工程造價(jià)較低。=5\*GB2⑸用表孔排水時(shí)還可以排漂。=6\*GB2⑹對(duì)于調(diào)洪庫(kù)容較小的水庫(kù)，還可以通過(guò)超標(biāo)準(zhǔn)洪水，有利于工程安全。壩頂泄流的缺點(diǎn)是：=1\*GB2⑴堰上水頭低時(shí)泄流能力小，溢流前沿較長(zhǎng)，而當(dāng)全線溢流時(shí)，又容易沖刷岸坡。=2\*GB2⑵壩頂下泄水流的挑流速小，挑距近，容易沖刷壩腳，需對(duì)岸坡和壩腳采取一定的保護(hù)措施。=3\*GB2⑶不能適應(yīng)低水位的泄流要求，因而壩頂泄流孔口通常與底孔和隧洞配合使用。壩頂泄流由于水舌跌落較近，入對(duì)角大。對(duì)壩基的沖刷力大，所以一般采用跌流消力池或在下游設(shè)二道壩抬高水位，形成水墊消能。3.2.4.2壩面泄流壩面泄流指水流過(guò)堰頂后繼續(xù)沿壩身下泄，最后以挑流或與下游尾水相接。與壩頂溢流相比優(yōu)點(diǎn)之處不同在于壩面溢流的落差較大，流速較高。采用挑流形式與尾水相接時(shí)，挑距較大，對(duì)壩體安全更為有利，但壩面溢流存在水流同心集中的特點(diǎn)，水舌寬度沿程縮窄，無(wú)疑下游要增設(shè)消能設(shè)備，加大工程量，同時(shí)由于壩面泄流的挑距近，沖刷力大，難于滿足安全泄流的要求。3.2.4.3滑雪道式泄流道滑雪道式泄流道，即緊接壩體之后用支墩或混凝土排架將“滑雪式”支撐起來(lái)泄流。若將滑雪道布置在拱壩的兩側(cè)，由于拱壩有向心集中和河床狹窄的特點(diǎn)，因此水舌能夠在空中沖擊消能。同時(shí)，滑雪式在高速水流的作用下，震動(dòng)的比較嚴(yán)重，因此安全泄洪性不高。3.2.4.4壩身開孔泄洪壩身開孔泄洪就是在壩體上一定的位置開設(shè)孔口用來(lái)滿足泄洪要求。按孔口設(shè)置的位置不同可以分為表孔，中孔和深孔。壩身開孔泄流除節(jié)省工程量，經(jīng)濟(jì)外還具有以下的優(yōu)點(diǎn)：=1\*GB2⑴泄流流量隨水位的變化關(guān)系不大。=2\*GB2⑵若采用中、深孔泄流尚可結(jié)合施工導(dǎo)流或放空水庫(kù)，比單獨(dú)開挖隧洞更經(jīng)濟(jì)。=3\*GB2⑶如采用挑流消能，則一般起挑流速大，挑距遠(yuǎn)，有利于壩體安全。=4\*GB2⑷如采用中，深孔泄洪，不但工程建成后可嚴(yán)格控制蓄水速率，泄洪時(shí)又可按預(yù)報(bào)提前騰空庫(kù)容，保證安全泄洪。 壩身開孔泄流的缺點(diǎn)是：=1\*GB2⑴壩身開孔過(guò)大或過(guò)多，不利于壩體受力，同時(shí)也會(huì)引起震動(dòng)。=2\*GB2⑵閘門和起閉設(shè)備的容量一般較大，檢修較困難。=3\*GB2⑶如果水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能不好，當(dāng)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，可能漫頂，不利于安全，為此，最好設(shè)置必要的表孔泄流并結(jié)合排漂。隨著應(yīng)力實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)一些壩身開孔工程的模擬實(shí)驗(yàn)表明，壩身開孔除對(duì)孔口周圍的局部應(yīng)力有影響外，對(duì)整個(gè)壩體的應(yīng)力影響不大，此外，隨著閘門制造技術(shù)的發(fā)展以及大容量起閉設(shè)備的制造，修建大孔口或深孔泄流已成為一種慣例。壩身開孔泄流，一般布置于河心或?qū)ΨQ的布置于河心中央的兩側(cè)。由以上分析并根據(jù)褒河庫(kù)區(qū)地質(zhì)、地形資料，擬建一般拱壩。并采用中孔，底孔聯(lián)合泄流。另外，由于時(shí)間的關(guān)系，本次設(shè)計(jì)未進(jìn)行調(diào)洪驗(yàn)算。所以中孔泄洪的形式、尺寸、高程、數(shù)目均沿用原設(shè)計(jì)。壩頂高程也沿用原設(shè)計(jì)，確定為620.0。拱壩設(shè)計(jì)4.1拱壩體型設(shè)計(jì)4.1.1基本原則=1\*GB2⑴對(duì)與U形河谷，拱壩頂?shù)卓缍冉咏瑒偠认嗖畈淮?，因而沿水深增加的水壓力需要由懸臂梁增加截面厚度承?dān)壩體應(yīng)力，從這個(gè)方面說(shuō)較適合單曲拱壩的修建。但是，單曲拱壩厚度過(guò)大，應(yīng)力條件不好，造成了浪費(fèi)不經(jīng)濟(jì)。雙曲拱壩雖然各層拱圈的剛度變化不大，但剛度條件已經(jīng)能夠滿足受力條件，且能充分發(fā)揮混凝土的強(qiáng)度。另外，雙曲拱壩根據(jù)地形條件變化明顯，開挖量比一般的單曲拱壩少。但是，本設(shè)計(jì)要求做單曲拱壩。從地形圖上可看出，該U形河谷對(duì)稱程度高，選擇圓弧拱就可以滿足設(shè)計(jì)的要求。故本設(shè)計(jì)采用等中心角、等外半徑的等截面圓弧單曲拱壩。=2\*GB2⑵由于河床最低高程535.0，基巖高程為532.0。故以532.0處為壩底高程，則壩高為88.0（=620-532=88）。=3\*GB2⑶由已知資料中可知，590高程上風(fēng)化層厚5，590高程以下為3~5米，則取5為開挖深度。故在拱壩開挖后的河谷地形等高線要比原地形等高線的相同處少5高程，也就是說(shuō)，以前是625的高程，在開挖后變成了620高程。由于壩頂高程為620，現(xiàn)在前面3-1圖中1處的適宜位置布置壩軸線，與620的等高線相交，量出兩交點(diǎn)的連線長(zhǎng)=200.0。4.1.2拱壩基本尺寸的擬定4.1.2.1拱壩分層在拱壩的應(yīng)力計(jì)算和拱壩的平面布置的時(shí)候一般把拱分成5~7層。本設(shè)計(jì)采用6拱圈5不等段，從上而下每段的高度分別是20、20、20、20、8。則每截面的高程分別為620.0、600.0、580、560.0、540.0、532.0。這樣分段是為便于地形圖上開挖后的河谷地形的繪制以及每層拱圈的拱端之間的弦長(zhǎng)的求解。從地形圖上可得每層拱圈弦長(zhǎng)：=191.4,=169.7,=134.3,=97.4,=73.6。上面的數(shù)據(jù)只能作為初步設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，最后的各層拱圈的弦長(zhǎng)得由拱壩平面布置上得到。4.1.2.2壩頂厚度選擇時(shí)，應(yīng)該考慮工程的規(guī)模，交通和運(yùn)行要求。如無(wú)交通要求，一般取3~5，但至少不得小于3。可由下面的經(jīng)驗(yàn)公式的求=0.012(+)（4?1）=0.0145(2+)（4?2）=0.4+0.01(+3)（4·3）式中：——最大壩高。——壩頂高程處，河谷開挖后兩拱端之間的直線距離，。等于——頂拱軸半徑，初估時(shí)可取=（0.61~0.70）L。本設(shè)計(jì)取=0.65=0.63×202.0=130.0由4?1得=0.012(88+200.0)=3.456由4?2得=0.0145(2×130+88)=5.046由4?3得=0.4+0.01(200.0+3×88)=5.04由于該壩上沒(méi)有交通要求，根據(jù)上面的數(shù)據(jù)取=5.0。4.1.2.3壩底厚度求壩底厚度的時(shí)候用下面的經(jīng)驗(yàn)公式。任德林公式：當(dāng)=60~100，=0.8~3.5時(shí)。=（0.0382）H（4?4）美國(guó)墾務(wù)局經(jīng)驗(yàn)公式：=（4?5）朱伯芳經(jīng)驗(yàn)公式：=（4?6）式中、的意義同前。——為第一層拱圈的弦長(zhǎng)，等于?！獮?.15處拱圈的弦長(zhǎng)，現(xiàn)取為與同長(zhǎng)。——為到數(shù)第二層處的拱圈弦長(zhǎng)，現(xiàn)取為與同長(zhǎng)。由4?4得：=88×（0.0382）=21.14由4?5得：可擬=，再折減。==14.94由《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》中查得=5Mpa.可擬=，再折減。由4?6得：==24.64由4?5得到的數(shù)據(jù)太小，現(xiàn)在不考慮，只比較4·4式和4·6式的數(shù)據(jù)。任德林方案適用于砌石壩，倒懸度小，應(yīng)力不易滿足條件；美國(guó)墾務(wù)局方案應(yīng)力易滿足條件，但壩體肥厚，倒懸度大。參考同類建筑和兩種方案故選擇=22.0米。則厚高比==0.25，屬于中厚拱壩。4.1.3拱冠梁剖面設(shè)計(jì)4.1.3.1基本原則由于時(shí)間關(guān)系本次設(shè)計(jì)將上下游面圓心線簡(jiǎn)化為一條直線，并將上游拱冠梁面定為鉛直面。這樣當(dāng)中心角確定后可計(jì)算出頂拱外半徑，再定底拱外半徑這樣根據(jù)各層拱圈厚和上游拱冠梁面為鉛直面按比例關(guān)系就可計(jì)算出各層拱圈內(nèi)外半徑。下游斜面斜率K=0.20.本次設(shè)計(jì)采用6拱5不等段法，各層拱圈尺寸見下圖。4.2拱壩的平面布置4.2.1基本原則及假定4.2.1.1基本原則=1\*GB2⑴控制梁的自重拉應(yīng)力不超過(guò)允許值，一般為0.3~0.5Mpa.=2\*GB2⑵控制壩面倒懸度不超過(guò)允許值，整體為0.3:1，局部在（0.2~0.25）:1范圍內(nèi)。=3\*GB2⑶壩體輪廓線應(yīng)光滑連續(xù)。=4\*GB2⑷壩體與基巖的接觸線應(yīng)光滑連續(xù)。4.2.2拱圈中心角的確定在外荷載和河谷形狀都相同的情況下，拱圈中心角越大，拱端應(yīng)力越小，應(yīng)力條件越好。若按與工程實(shí)際更為接近的兩端固端拱計(jì)算，當(dāng)中心角?120°時(shí)，拱圈截面將不出現(xiàn)拉應(yīng)力。因此，從減少拱圈厚度，改善壩體應(yīng)力考慮，選較大的中心角是比較有利的。但從穩(wěn)定條件考慮，選用過(guò)大的中心角將較難滿足壩肩的穩(wěn)定要求?，F(xiàn)代拱壩設(shè)計(jì)中，頂拱圈的中心角多為90°~110°之間，對(duì)于壩址河谷平面上是漏斗形，其中心角可適當(dāng)?shù)募哟蟮?10°~120°。本設(shè)計(jì)根據(jù)以上情況及地質(zhì)地形資料并結(jié)合設(shè)計(jì)要求，定各方案中心角為96°，100°，104°，110°。各方案保持拱壩在上下游面曲線與各拱圈的厚度不變，僅改變半徑，布置時(shí)保證兩個(gè)半中心角之差不超過(guò)2°。完成上下游面圓心線坐標(biāo)圖與拱壩的平面布置圖共四個(gè)方案。拱面力求光滑，現(xiàn)把四個(gè)方案各自的中心角與各層拱圈內(nèi)外半徑列入表4·1表4·1四個(gè)方案的中心角及半徑匯集表方案高程中心角外半徑內(nèi)半徑方案高程中心角外半徑內(nèi)半徑方案一62096°135130方案二620100135126.14600100°131122.1458096°135122.27580100°131118.2756096°135118.41560100°131114.4154096°135114.55540100°131110.5553296°135113532100°131109方案三620104°127122方案四620110°122117600104°127118.14600110°122113.14580104°127114.27580110°122109.27560104°127110.41560110°122105.41540104°127106.55540110°122101.55532104°127105532110°122100注=，=-(L=200)4.2.3拱圈的平面布置拱壩平面布置的方法及步驟如下：=1\*GB2⑴定出壩址，可利用基巖面等高線地形圖，這個(gè)工作前面已經(jīng)作完。=2\*GB2⑵定出拱壩的對(duì)稱中心線，該中心線即為頂拱外弧對(duì)應(yīng)弦的垂直平分線。做法：將頂拱外?。ü皦屋S線）和它的垂直平分線繪制在透明紙上，在地形圖上移動(dòng)調(diào)整位置，使拱軸線與等高線在拱端處的夾角不小于30°~35°，并使兩端夾角大致接近（其余各層拱圈也要求左右半中心角之差小于2°，且注意使拱軸的垂直平分線與河谷中心線大致重合。）=3\*GB2⑶根據(jù)頂拱的厚度可以繪制出內(nèi)弧。=4\*GB2⑷其他拱圈的布置方法。做法：在頂拱弦長(zhǎng)線的中點(diǎn)上量取各圈的弦長(zhǎng)（=191.4,=169.7,=134.3,=97.4,=73.6。），并于頂拱外弧交于一點(diǎn)，然后確定一點(diǎn)，量取各圈外半徑的長(zhǎng)度，畫圓于頂拱垂直平分線交于一點(diǎn)則就確定了該層拱圈的圓心，再根據(jù)各圈的外、內(nèi)半徑畫出來(lái)該外弧和內(nèi)弧。=5\*GB2⑸懸臂梁截片檢查，由于該拱壩對(duì)稱性較好，在左不拱切取三個(gè)懸臂（不包括拱冠梁），檢查壩面是否光滑，倒懸度是否滿足施工要求。=6\*GB2⑹根據(jù)以上布置的尺寸，計(jì)算壩體工程量，以做出不同方案比較的依據(jù)。由于拱壩應(yīng)力計(jì)算程序在進(jìn)行計(jì)算的同時(shí)，也算出了壩體工程量。因此，這一步驟也可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。上面四個(gè)方案的平面布置圖如附圖Ⅰ~Ⅴ所示。其中每個(gè)圖對(duì)應(yīng)一個(gè)方案。從輪廓線以及工程量判斷，得出其中較優(yōu)秀的方案。4-2方案四平面布置圖5拱壩應(yīng)力計(jì)算和內(nèi)力計(jì)算5.1荷載和荷載組合5.1.1荷載基本荷載主要有：靜水壓力，泥沙壓力，浪壓力，自重，水重，揚(yáng)壓力和溫度荷載。特殊荷載主要有：地震荷載，包括動(dòng)水壓力和地震慣性力，地震動(dòng)土壓力。在基本組合中，靜水壓力，泥沙壓力，浪壓力在拱梁分載法中由拱梁共同承擔(dān)。=1\*GB2⑴自重：對(duì)于分塊澆注的混凝土壩，自重全部由懸臂梁承擔(dān)，并不影響水平徑向荷載的分配，單獨(dú)計(jì)算自重應(yīng)力。=2\*GB2⑵水重：一般假定有梁承擔(dān)，通過(guò)梁的變化考慮對(duì)拱的影響。=3\*GB2⑶揚(yáng)壓力：對(duì)中厚拱壩和厚拱壩應(yīng)記入揚(yáng)壓力作用，對(duì)薄拱壩可不計(jì)。當(dāng)揚(yáng)壓力對(duì)拱座及壩基巖體穩(wěn)定影響較大時(shí)，必須計(jì)入其作用。=4\*GB2⑷溫度荷載：包括沿截面厚度的平均溫度變化，等效線性溫差，非線性溫差。一般情況下不考慮。對(duì)于一般中小型工程也可不考慮。在本設(shè)計(jì)中只考慮。荷載的具體計(jì)算方法見應(yīng)力計(jì)算過(guò)程中的公式一欄。5.1.2荷載的組合5.1.2.1基本組合=1\*GB2⑴水庫(kù)正常蓄水位+設(shè)計(jì)正常溫降情況計(jì)算荷載有：自重，揚(yáng)壓力，泥沙壓力，水壓力，溫降荷載。這種情況為壩體應(yīng)力控制條件。=2\*GB2⑵水庫(kù)運(yùn)行最低水位（死水位）+設(shè)計(jì)正常溫升情況計(jì)算荷載有：自重，揚(yáng)壓力，泥沙壓力，水壓力和相應(yīng)的設(shè)計(jì)正常溫升時(shí)的溫度荷載。這種情況為壩肩穩(wěn)定控制條件。5.1.2.2特殊組合=1\*GB2⑴非常泄洪：校核洪水位+設(shè)計(jì)正常溫升情況計(jì)算荷載有：自重，靜水壓力，泥沙壓力和設(shè)計(jì)正常溫升的溫度荷載。這種情況為壩肩穩(wěn)定的控制條件。=2\*GB2⑵基本組合=1\*GB2⑴+地震荷載由于時(shí)間關(guān)系，省略浪壓力和地震荷載。只計(jì)算基本組合=1\*GB2⑴和特殊組合=1\*GB2⑴。5.2應(yīng)力計(jì)算方法（拱冠梁法）5.2.1拱冠梁法的基本原理拱冠梁法是一種簡(jiǎn)化了的拱梁分載法，就是沿高程將壩體分成5~7層，在每層內(nèi)取1米高度的水平拱圈，以及取中面寬度為1米5.2.2拱冠梁法的主要步驟=1\*GB2⑴選定若干拱圈（5~7圈），分別計(jì)算各拱圈以及拱冠梁與各拱圈交點(diǎn)在單位徑向荷載作用下的變位，這些變位即為變位系數(shù)。=2\*GB2⑵根據(jù)各個(gè)交點(diǎn)拱梁徑向變位協(xié)調(diào)的關(guān)系以及各點(diǎn)拱梁荷載之和應(yīng)等于總荷載強(qiáng)度的要求建立變位協(xié)調(diào)方程組。=3\*GB2⑶將上述方程組聯(lián)立求解，可以得到各點(diǎn)的拱梁荷載分配。=4\*GB2⑷根據(jù)求出的荷載分配值分別計(jì)算拱冠梁與各拱圈的內(nèi)力和應(yīng)力。拱冠梁法按其荷載分配的計(jì)算方法不同可分為試載法和解聯(lián)立方程法兩種。5.3應(yīng)力和內(nèi)力計(jì)算過(guò)程計(jì)算方法：利用Excel解聯(lián)立方程法。下面只打出所選方案的設(shè)計(jì)水位+溫降的應(yīng)力和校核水位+溫升的拱端的內(nèi)力。5.3.1計(jì)算拱冠梁在垂直力等作用下產(chǎn)生的徑向變位=1\*GB2⑴拱冠梁的截面常數(shù)、梁自重及其彎矩、水重及其彎矩、淤沙重及其彎矩、揚(yáng)壓力及其彎矩等項(xiàng)目的計(jì)算，詳見表5·1。參數(shù)意義如圖5·1所示。參數(shù)圖如圖5·2所示。圖5·1拱冠梁參數(shù)意義示意圖表5·1垂直力的求解表分類名稱及算式截面123456拱冠梁截面常數(shù)計(jì)算高程620600580560540532拱厚58.8612.7316.5920.4522外半徑122122122122122122內(nèi)半徑117113.14109.27105.41101.55100平均半徑r=（+）/2119.5117.6115.6113.7111.81110.04180.07530.1100.14590.18290.1981中線弧長(zhǎng)111111外弧長(zhǎng)1.02091.0381.0551.0731.0911.099內(nèi)弧長(zhǎng)0.9790.9620.9450.9270.9080.901梁截面面積58.8612.7316.5920.4522梁截面慣性矩10.4257.93171.74379.83710.70884.43形心偏心距0.0170.0560.1170.2020.3120.363形心至上游面的距離2.4834.3746.2488.0939.91310.637形心至下游面的距離2.5174.4866.4828.49710.53711.363上核點(diǎn)至上游面的距離1.6552.9174.1675.3996.6157.099續(xù)表5·1分類名稱及算式截面123456拱冠梁截面常數(shù)下核點(diǎn)至下游面的距離1.6782.9914.3235.6687.0317.584形心至上核點(diǎn)的距離-0.83-1.46-2.08-2.69-3.29-3.54分段高度202020208分塊上游面水平投影分塊頂?shù)仔涡牡乃骄嚯x-1.89-1.87-1.85-1.82-0.72分塊重心至分塊底形心水平距-0.86-0.87-0.88-0.88-0.36自重及其彎矩分塊平均截面積6.9310.8014.6618.5221.23分塊重33265182703688894076分塊重對(duì)塊底形心的彎矩-2851-4529-6206-7814-1455分塊累計(jì)彎矩0-2851-7379-13586-21400-22855累計(jì)重量033268508155452443428510塊頂自重對(duì)塊底形心的彎矩00-6234-15697-28292-17691累計(jì)彎矩00-6234-21931-50223-67913自重總彎矩0-2851-13613-35517-71622-90768續(xù)表5·1分類名稱及算式截面123456上游壩面水重及其彎矩截面至水面深度01838587886平均水深928486882分塊上游面的水面寬度平均弧長(zhǎng)1.0291.0471.0641.0821.095分塊三角形水重塊頂上矩形水重分塊水重累積水重（從上而下）三角形水重重心到塊底形心的距離矩形水重重心到塊底形心的距離三角形水重對(duì)塊底形心的彎矩矩形水重對(duì)塊底形心的彎矩塊頂以上水重對(duì)塊底形心的彎矩計(jì)算改正值每塊水重對(duì)底部形心的總彎續(xù)表5·1分類名稱及算式截面123456累積水重的彎矩（從上向下）下游壩面水重及其彎矩截面至水面深度00008.7516.75平均水深0004.37512.75分塊上游面的水面寬度1.73.23平均弧長(zhǎng)0.9710.9540.9360.9180.904分塊三角形水重00068.28116.797塊頂上矩形水重0000255.493分塊水重00068.28372.29累積水重（從上而下）000068.28440.566三角形水重重心到塊底形心的距離4.4866.4828.4979.9710.286矩形水重重心到塊底形心的距離4.4866.4828.4979.6879.748三角形水重對(duì)塊底形心的彎矩000680.81201.5矩形水重對(duì)塊底形心的彎矩00002490.6塊頂以上水重對(duì)塊底形心的彎矩計(jì)算改正值0000-49.393續(xù)表5·1分類名稱及算式截面123456每塊水重對(duì)底部形心的總彎矩000680.73642.7累積水重的彎矩（從上向下）00006814323揚(yáng)壓力及其彎矩?zé)o防滲排水時(shí)的揚(yáng)壓力浮托力0000-1789-3685滲透壓力0-898-2593-5098-7534-8125揚(yáng)壓力0-898-2593-5098-9323-11810浮托力對(duì)塊底形心彎矩000000滲透壓力對(duì)塊底形心的力矩013095396137372484828744揚(yáng)壓力力矩013095396137372484828744設(shè)防滲排水時(shí)的揚(yáng)壓力排水點(diǎn)之上游面的距離6.5防滲排水后水頭折減系數(shù)0.3防滲排水減少的水頭28.93防滲排水減少的彎矩-318防滲排水減少的滲透壓力的力臂-1.14防滲排水減少的彎矩361.7續(xù)表5·1分類名稱及算式截面123456防滲排水時(shí)的揚(yáng)壓力0-898-2593-5098-9323-12171設(shè)防滲排水時(shí)的揚(yáng)壓力的彎矩013095396137372484828382總計(jì)總垂直力024305917104491518116781總垂直力彎矩0-1553-8268-21836-46163-58103注1.單位：力為，彎矩為，長(zhǎng)度為，截面面積為，截面慣性矩為。2.形心水平距離以塊頂形心對(duì)塊底形心偏向下游為正，偏向上游為負(fù)，力的符號(hào)以向下為正，向上為負(fù)。彎矩：順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，反時(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)。上下游面的分段水平長(zhǎng)上游面以指向下游為正，指向上游為負(fù)，而下游面則相反。3.分別為水和混凝土的容重。（2）根據(jù)五不等段徑向變位系數(shù)系數(shù)表和五不等段拱冠梁?jiǎn)挝蝗切螐较蚝奢d徑向變位系數(shù)的乘數(shù)值表算出與。見表5·2和表5·35·2垂直力作用下的徑向變位系數(shù)單位（）徑向變位系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積=00.25000=-107211-107210.25-26800=-192582-385161-192580.25-4814.5=-229963-689882-459921-22996=-259822.59-672931.89-491061.19-30919=-262780.84-220740.64-168180.44-11562=-130854.4-575743.4-444892.4-31404=-17701-17701-17701-1770總計(jì)-266936-180113-103465續(xù)表5·2徑向變位系數(shù)乘積系數(shù)系數(shù)乘積系數(shù)=0=-10721=-19258=-229960.25-5749=-259820.49-127310.04-1039=-262780.24-63070.04-1051=-130851.4-183190.4-5234=-17701-17701-17701-1770總計(jì)-44875.9-9094.4-1770注：1.==1=5.45=2.72=0.67=2.本表系數(shù)見《砌石壩設(shè)計(jì)》（廣西大學(xué)主編水利出版社出版）中表3-3-9中的方程計(jì)算。5.3.2計(jì)算拱冠梁?jiǎn)挝蝗切螐较蜃饔孟聫较蜃兾幌禂?shù)徑向變位，由梁內(nèi)各截面彎矩引起的、剪力引起的變位、以及梁基產(chǎn)生的變位、，所以拱冠梁在單位三角形徑向荷載作用下的徑向變位系數(shù)=+++。采用計(jì)算表格的形式，把他們列表計(jì)算，系數(shù)已經(jīng)給出，其具體計(jì)算過(guò)程見表5·3。由表5·3所列系數(shù)計(jì)算得=4448.8()，……=11.205(),共36個(gè)徑向變位系數(shù)。詳見表5·3中計(jì)算。其中、、、、采用與表5-2相同。、、見表5·1中的常數(shù)計(jì)算單元。=20m、m=0.4；如：，其余見表中算值。表5·3單位三角徑向荷載作用下徑向變位系數(shù)求解表單位徑向變位系數(shù)彎矩變位系數(shù)=229.884=77.72=35.18=18.85=15.221系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積4919.54201554481688.856.981074.220.53122459.77241865722533.393.241757.834.27521.7004310.9361266.662.161171.924.19368.200006211.1131.08585.9314.11214.80000005.1897.6554.2364.44000000000.274.0911229.8810777.2321125.941.58783.8815.62237.70.5114.9412932.6481688.868.041282.726.11397.5002155.424844.4245.36855.1418.43280.600004140.7422.68427.5710.75163.70000003.7871.2623.2349.1000000000.213.117002.5194.316562.9526.18493.5510.74163.4003233.224844.4242.84807.6317.95273.3000.538.8612422.2128.56538.4212.67192.90000270.36814.28269.217.392112.50000002.3844.8682.2233.75000000000.142.143續(xù)表5·3徑向變位系數(shù)彎矩變位系數(shù)=229.9=77.72=35.18=18.85=15.221系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積00004140.710.8203.25.85689.1300006211.117.6332.69.792149.000003105.611.8221.76.912105.200000.517.595.88110.94.03261.370000000.9818.481.2118.41000000000.0771.1690000000.8816.590.97614.860000001.4427.151.63224.840000000.9618.11.15217.540000000.489.0490.67210.230000000.081.5080.2023.069000000000.0130.195續(xù)表5·3徑向變位系數(shù)剪力變位系數(shù)=135=94=72=59=55系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積0.567.50.5470.5360.3520.650.15.45450.567.51941720.741.30.210.909000.5471720.741.30.210.90900000.5360.741.30.210.9090000000.3520.650.147.6364000000000.042.18180.2533.750.547.140.536.160.3520.650.15.45450.2533.75194.29172.330.741.30.210.909000.547.14172.330.741.30.210.90900000.536.160.741.30.210.9090000000.3520.650.147.6364000000000.042.1818000.2523.50.536.160.3520.650.15.4545000.523.5172.330.741.30.210.909000.2523.5172.330.741.30.210.90900000.536.160.741.30.210.9090000000.3520.650.147.6364000000000.042.1818續(xù)表5·3徑向變位系數(shù)剪力變位系數(shù)=135=94=72=59=55系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積000000000.084.400000.321.60.3520.650.15.454500000.536.1640.741.30.210.90900000.536.1640.741.30.210.90900000.321.60.741.30.210.9090000000.3520.650.147.6364000000000.04215.90.15.45450000000.211.80.210.9090000000.211.80.210.9090000000.211.80.210.9090000000.15.8670.147.6364000000000.042.1818續(xù)表5·3徑向變位系數(shù)基礎(chǔ)變位系數(shù)=90.1=12.18=12.18=54.4總計(jì)系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積8.95805.942.03324.772.226.80.527.26606151347.63.441.4184.453.6154.4891010.6951.272.429.2364.453.6154.443666.16554.911.417.0554.453.6154.417731.85166.470.425.11643.137.520.738.084450.1210.570.0270.32480.910.720.210.8837.866.91622.772.03324.771.720.7090.527.2398711.61041.43.441.4183.441.418154.458378.16735.072.429.2363.441.418154.431584.76428.791.417.0553.441.418154.413561.43128.640.425.11642.428.9930.738.083460.098.1670.0270.32480.78.28360.210.8832.064.88439.602.03324.771.214.6180.527.220008.16735.073.441.4182.429.236154.431575.76518.882.429.2362.429.236154.419653.36302.681.417.0552.429.236154.49391.0190.8030.425.11641.720.4650.738.08258.60.065.7650.0270.32480.55.84730.210.8826.11續(xù)表5·3徑向變位系數(shù)基礎(chǔ)變位系數(shù)=90.1=12.18=12.18=54.4總計(jì)系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積系數(shù)乘積2.85256.442.03324.770.78.52730.527.27514.76428.793.441.4181.417.055154.412753.36302.682.429.2361.417.055154.4919.81.96176.561.417.0551.417.055154.45390.5952.9690.425.1164111.9380.738.082170.043.3630.0270.32480.33.41090.210.8847.360.8173.2672.03324.770.22.43640.527.2158.11.36122.513.441.4180.44.8727154.4281.40.9686.4792.429.2360.44.8727154.4229.490.5650.4461.417.0550.44.8727154.4164.90.1715.1340.425.11640.33.41090.738.0885.920.010.9610.0270.32480.10.97450.210.8825.78002.03324.77000.527.251.53003.441.41800154.491.4002.429.23600154.480.4001.417.05500154.469.4000.425.1164000.738.0842.42000.0270.3248000.210.8811.13河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGEPAGE585.3.3拱冠梁徑向變位、的求解根據(jù)值和半中心角以及值查《砌石壩設(shè)計(jì)》中附表可得內(nèi)插系數(shù)，見表5·4中、欄所示。拱壩的均勻溫度變化，水，沙荷載，以及的計(jì)算見下表5·4。表5·4、、及的計(jì)算表截面123456高程（）620600580560540532水、沙壓力產(chǎn)生的徑向變位系數(shù)-52.8-26.6-17-10.2-7.50-6.53溫度荷載產(chǎn)生的徑向變位系數(shù)-1.85-1.80-1.73-1.63-1.61-1.55-6.67-3.6-2.73-2.34-2.15-2.11水沙壓力產(chǎn)生的徑向變位（）-6320-2992-1652-753-487-367溫度荷載產(chǎn)生的徑向變位（）238975116768717664084929266.122521.6上游水面至截面的高（）01838587886淤沙面至截面的高（）00052533沙產(chǎn)生的（）00026.4132.0174．2水、沙壓強(qiáng)之和（）0180380606.4912.01034注：溫度系數(shù)=0.00001，=16，=10°。5.3.4拱梁分荷值的求解建立拱冠梁的梁、拱徑向變位一致的關(guān)系式（5?1），求解拱梁分荷值及計(jì)算拱梁應(yīng)力將以上計(jì)算的變位及徑向荷載代入式（5?1）得：（）（5?1）式中——梁上j點(diǎn)的單位荷載使梁上點(diǎn)產(chǎn)生的徑向變位，稱為梁的徑向變位系數(shù)；——梁在j點(diǎn)處的荷載；——梁在截面處的水平荷載；——在垂直力作用下，梁上的徑向變位點(diǎn)的徑向變位系數(shù)；——水、沙壓力和產(chǎn)生的徑向變位系數(shù)；——在均勻溫度變化下的徑向變位系數(shù)。由Excel與線性代數(shù)解聯(lián)立方程式得梁各截面分荷:則拱冠梁分配到的荷載強(qiáng)度：拱圈分配到的荷載為，即：=80.58，=182.6，=273.4，=385.33，=222.87，=135.91。如圖5·2所示。1092.261092.26815.17129.5712.884-82.27263.64780.58182.6273.4385.33222.87135.91梁荷載分配圖5.25.3.5拱冠梁應(yīng)力計(jì)算拱冠梁應(yīng)力計(jì)算過(guò)程詳見表5·5。表5·5水平力作用下的彎矩和拱冠梁應(yīng)力的計(jì)算表截面123456（）0202020208對(duì)截面的荷載（）-82.2712.884129.57262.65815.1721092.3對(duì)截面的力臂（）5.4288-0.73612.597211.13111.70884.1937每分段的作用力（）-693.9-14.231438.773922.210778.27629.8對(duì)每一截面的彎矩為（）0-1011110355.93478689364.5120598每一截面的彎矩（）0-10111-3521.7-278691006.1308247垂直力總彎矩（）0-1578-8199.2-20822-43512-55237總垂直力（）02451.75940.621042415056.119964總力矩（）0-76592418.877638.3106062328211截面積（）58.863612.727316.59120.454522截面慣性矩（）10.41558171.555378.96707.252875.98形心之上游面的距離（）2.48264.37366.224827.98429.6897610.282形心之下游面的距離（）2.51744.49016.502468.606710.764811.718上游面應(yīng)力0854.14378.995467.39-717.04-2945下游面應(yīng)力0-316.3558.445801.82350.45298注1.表中力的單位為，彎矩的單位為，應(yīng)力的單位為。2．其中對(duì)截面的力臂從第三個(gè)截面開始都為下一個(gè)對(duì)上一個(gè)截面的力臂。5.3.6拱圈應(yīng)力計(jì)算拱圈的應(yīng)力計(jì)算詳見表5·6~5·9。利用純拱法的計(jì)算的應(yīng)力成果來(lái)計(jì)算拱圈的應(yīng)力。純拱法成梁中的水、沙壓產(chǎn)生的應(yīng)力乘以拱圈分荷強(qiáng)度比，即得分荷后的拱圈徑向均布荷載的應(yīng)力，再加上由均勻溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力就得到了拱圈應(yīng)力，如表中所示。由于第一和第二截面中的截面荷載為負(fù)，分荷強(qiáng)度不好確定，則以拱分荷強(qiáng)度作為值，以與純拱法計(jì)算的方法得到。5.4其他方案的計(jì)算由于四個(gè)方案的計(jì)算步驟是一樣的，故其他方案的計(jì)算過(guò)程不打印出來(lái)了，只打印計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)把四個(gè)方案的計(jì)算結(jié)果都列出來(lái)，如表5·10~5·14所示。5.5方案計(jì)算結(jié)果和分析通過(guò)前面幾部分的計(jì)算，四個(gè)方案的結(jié)果都已經(jīng)知道，把每個(gè)截面上最不力的荷載列出來(lái)，然后列表給出，如表5·16所示。從SD145-85規(guī)范中可以查出來(lái)在設(shè)計(jì)荷載情況下的，；從表5·16中可以看出來(lái)，四個(gè)方案的應(yīng)力都滿足條件?，F(xiàn)從應(yīng)力大小、拱端推力、工程量、平面布置以及倒懸度四個(gè)方面比較，具體見表5·15。表5·15方案比較表方案方案一方案二方案三方案四應(yīng)力大大大小拱端推力2341工程量4231平面布置好好好好倒懸度適中適中適中適中注拱端推力、及工程量中間的數(shù)據(jù)由小到大排列。從表5·15中看出，由于方案四應(yīng)力最小，推力小，工程量小。因此確定方案四為選定的方案。表5·16四個(gè)方案的結(jié)果匯總表最危險(xiǎn)處應(yīng)力方案一方案二方案三方案四設(shè)計(jì)水位溫降拱冠梁上游面-189.64-200.4-179.35-166下游面-56.36-54.64-48.64-54.31拱圈上游面-14.25-16.3-18.26-14.34下游面-2.95-3.78-3.62-3.15溫升拱冠梁上游面全為壓力全為壓力全為壓力全為壓力下游面-30.85-25.63-28.67-26.82拱圈上游面全為壓力-7.98-12.36-9.8下游面-1.86-2.03-3.21-2.91拱端推力2983.4513012.563012.862849.4813校核水位溫降拱冠梁上游面-175.61-164.56-201.48-183.03下游面-61.35-58.61-60.98-59.1拱圈上游面-14.3651-15.423-16.354-14.7下游面-2.962-3.32-3.0101-3.16溫升拱冠梁上游面全為壓力全為壓力全為壓力全為壓力下游面-30.32-32.3-33.451-31.63拱圈上游面全為壓力-14.4-12.89-10.16下游面-2.86-3.24-2.912.92拱端推力2948.30330012865.562934.261工程量206901200544194537189356注1.應(yīng)力的單位為，推力的單位為，工程量的單位。2.拉應(yīng)力為負(fù)，計(jì)算得到的壓應(yīng)力表中未列出。工程量的計(jì)算方法為：利用拱壩的中心角，壩厚及內(nèi)外半徑，計(jì)算出每個(gè)方案的工程量，計(jì)算公式如式5·2所示。（5·2）6壩肩穩(wěn)定計(jì)算壩址區(qū)巖性為片巖及大理巖，庫(kù)區(qū)出露地層為石炭系三疊系前海相沉積物經(jīng)區(qū)域變質(zhì)而成的變質(zhì)巖，庫(kù)區(qū)內(nèi)無(wú)大斷裂，則對(duì)壩肩穩(wěn)定無(wú)太大影響，所以滑坡以一般組合發(fā)生滑移，一個(gè)較陡的側(cè)裂面和一個(gè)平緩的底裂面。6.1穩(wěn)定分析拱壩的抗滑穩(wěn)定，主要取決于兩岸壩肩巖石的穩(wěn)定條件，如果兩岸基巖在拱推力作用下發(fā)生滑動(dòng)，勢(shì)必拉裂壩體，影響大壩的安全，壩肩巖體的穩(wěn)定分析是拱壩設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要內(nèi)容，只能在抗滑穩(wěn)定有保證的前提下，才能談到壓縮變形和壩體應(yīng)力的問(wèn)題。當(dāng)壩肩處在校核水位+溫升情況下時(shí)，其壩肩的穩(wěn)定條件是最差的，故以校核水位+溫升情況作為壩肩穩(wěn)定分析的原始依據(jù)。拱壩壩肩穩(wěn)定分析是個(gè)空間問(wèn)題。必須按空間抗滑穩(wěn)定計(jì)算才能反映實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)采用取單位寬度、單位高度的拱圈進(jìn)行分層計(jì)算。如各高程的拱圈能獨(dú)立穩(wěn)定，則整體穩(wěn)定便不存在問(wèn)題。若在穩(wěn)定分析中，發(fā)現(xiàn)某些層的穩(wěn)定不足，且無(wú)把握判斷整個(gè)壩的安全時(shí)，則必須創(chuàng)造條件進(jìn)行岸坡的整體穩(wěn)定分析，最后的結(jié)果應(yīng)該使整體穩(wěn)定必須滿足要求，同時(shí)應(yīng)對(duì)局部不穩(wěn)定的部位采取必要的工程措施。根據(jù)工程規(guī)模和地質(zhì)條件，采用剛體極限平衡法進(jìn)行平面穩(wěn)定分析。采用剛體極限平衡法必須采用下列的假設(shè)。=1\*GB2⑴將滑移的各塊巖體視為剛體，不考慮其中各部分間的相對(duì)位移。=2\*GB2⑵只考慮滑移體上的力的平衡，不考慮力矩平衡，后者可由力的分布自行調(diào)整滿足。=3\*GB2⑶忽略拱壩內(nèi)力的重分布作用，認(rèn)為拱端作用在巖體上的力系為定值。=4\*GB2⑷巖體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，滑裂面上的剪力方向?qū)⑴c滑移方向平行，指向相反，數(shù)值達(dá)到極限值。由于做了各種假定，剛體極限平衡理論為半經(jīng)驗(yàn)性的，所得成果有一定的局限性，但因其具有長(zhǎng)期的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和安全系數(shù)配套，計(jì)算精度又與當(dāng)前的勘探和試驗(yàn)手段所獲取的原始數(shù)據(jù)的精度相當(dāng)，方法簡(jiǎn)便易行。因此本設(shè)計(jì)采用此方法。在各種荷載作用下，拱壩壩肩對(duì)山坡作用有一定的力，現(xiàn)切取單位高度（1m）和單位寬度（1m）水平拱進(jìn)行分析，作用在壩肩處的荷載可分解為：=1\*GB2⑴拱端反力——法向力，剪力=2\*GB2⑵梁底反力——垂直力，剪力以上力系以圖中的指向?yàn)檎Ａο岛?jiǎn)圖如圖6·1所示。圖6·1平面穩(wěn)定分析計(jì)算簡(jiǎn)圖6.2穩(wěn)定計(jì)算從地形圖上來(lái)看，某一高程拱圈與等高線相交，從該拱圈上游面交點(diǎn)任作對(duì)線四條，對(duì)線與等高線的交點(diǎn)即該線段的長(zhǎng)為L(zhǎng)，將拱端所受的力、分解為，，，。使分力作用在滑離面上，如圖6·2所示。圖6·2拱端力的分解圖作用在上述滑移體上的力有：=1\*GB2⑴1m高的水平拱圈傳來(lái)的拱端推力與徑向剪力。=2\*GB2⑵梁底傳來(lái)的鉛直壓力和徑向剪力（，為單位寬度的梁底鉛直壓力和徑向剪力）。=3\*GB2⑶滑移體自重（W為圖6·1中底裂面上相應(yīng)巖體的單位寬度自重）。=4\*GB2⑷側(cè)裂面和底裂面上的法向基巖反力、，滲透壓力、，抗滑力、。6.2.1當(dāng)不考慮凝聚力c時(shí)由圖6·1可知。將全部的力向ad面的法向和切向進(jìn)行分解。法向力：（6?1）切向力：（6?2）當(dāng)滑移體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，由靜力平衡條件可求得：（6?3）（6?4）根據(jù)基本假定=4\*GB2⑷，在側(cè)裂面和底裂面將產(chǎn)生指向上游的水平抗滑力，其大小分別為：（6?5）（6?6）作用在滑移體上的滑移力即為切向力Q，由于不考慮凝聚力c，則抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為：（6?7）——為通過(guò)上游拱端的一條陡傾角滑裂面與拱端徑向夾角?！獮榘镀屡c鉛垂線的夾角?！獮槎噶衙娴膬A角。、——分別為側(cè)裂面和底裂面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，本設(shè)計(jì)中都采用0.6。、——分別為側(cè)裂面和底裂面的滲透壓力。=（6?8）=(6?9）——為水頭折減系數(shù)，一般取0.4~0.5，本設(shè)計(jì)取為0.5?！肮诹簩?duì)應(yīng)高程處，截面以上荷載之和。與懸臂梁求解剪力一樣?！獮閱挝粚挾葔误w的自重=（6?10——為截面以上壩的高度，——分別為該截面以上的壩頂和底的厚度——底裂面和側(cè)裂面之間的單位寬度的土體重。=（6?11）從SD145-85規(guī)范中可查得：=1.30，=1.10。6.2.2考慮凝聚力c時(shí)當(dāng)6.2.1中的不滿足穩(wěn)定情況時(shí)，考慮凝聚力c。此時(shí)只要在6.2.1節(jié)中的6·5，6·6兩個(gè)公式中加入凝聚力就行了，即把6·5，6·6變成下面的公式。（6?12）（6?13）則K值變?yōu)椋海??14）、——為計(jì)算滑裂面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。本設(shè)計(jì)為0.8。其他數(shù)據(jù)和字母的含義與前面的一樣。從SD145-85規(guī)范中可查得，當(dāng)用6?14式做壩肩穩(wěn)定分析的時(shí)候，=3.00，=2.75。，由前面的內(nèi)力計(jì)算而得到。本次設(shè)計(jì)僅作620，600，580高程處的三拱圈的穩(wěn)定計(jì)算。具體的計(jì)算數(shù)據(jù)和計(jì)算過(guò)程見表6·1、6·2、6·3、6·4。6.3計(jì)算成果和分析從左右兩岸的壩肩穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果可以看出,在不考慮凝聚力時(shí)，左右兩岸的K值都小于允許值=1.1，故在其他的各部分必須考慮凝聚力C，得出的結(jié)果都大于該狀態(tài)下的允許值2.75?，F(xiàn)把這些數(shù)據(jù)繪在側(cè)裂面選擇圖（附錄Ⅵ和Ⅶ）上。按照一定的比例繪在上面，把線段的端點(diǎn)用光滑的曲線連接起來(lái)，從該圖中找出最小的K值，把它和對(duì)應(yīng)狀態(tài)下的值比較，如果>，則，認(rèn)為壩肩穩(wěn)定。計(jì)算結(jié)果及最小穩(wěn)定系數(shù)如表6·6所示。表6·6最小穩(wěn)定系數(shù)表地址右岸左岸高程620600580620600580不考慮凝聚力時(shí)3.6924.0113.9633.8984.0813.9671.7431.8191.7991.8341.8511.8021.0971.1481.1161.151.1491.1160.7620.790.7660.7970.790.765考慮凝聚力時(shí)12.6316.1519.2838.0831.7724.286.7137.9559.96317.8915.0314.775.1079.7488.76511.639.958.9694.6657.6037.7019.0037.6037.4274.6657.6037.7019.0037.6037.427若通過(guò)壩肩穩(wěn)定分析，一兩不連續(xù)滑移面不能滿足要求時(shí)，可采取如下的措施改善壩肩巖體的穩(wěn)定性。=1\*GB2⑴加強(qiáng)該處的壩基處理，挖除不利的軟弱部位和加強(qiáng)固結(jié)灌漿，以提高其抗剪強(qiáng)度。=2\*GB2⑵深開挖，將拱端嵌入壩肩深處，避開不利的結(jié)構(gòu)面及擴(kuò)大下游的抗滑巖體。這種方法往往是增加壩體穩(wěn)定的有效措施。=3\*GB2⑶加強(qiáng)壩肩的帷幕灌漿和排水措施，減少巖體內(nèi)的滲透壓力。=4\*GB2⑷可采用局部擴(kuò)大拱端或采用推力墩，人工擴(kuò)大基礎(chǔ)。（5）在壩體中打入錨筋。7壩身孔口的設(shè)計(jì)7.1中孔的設(shè)計(jì)由于中孔處所處的拱厚較薄，故在中孔位置前加引槽，后加泄板。所以在中孔泄洪處以上位置拱壩加厚。由于時(shí)間關(guān)系，沿用原設(shè)計(jì)中的所有中孔的相對(duì)和絕對(duì)數(shù)據(jù)。由于壩身泄水孔的工作閘門多采用的是弧形閘門。但如果在中孔處使用弧形閘門的話，則必須在壩的下游側(cè)加厚，必須有能夠支撐住牛腿的支墩，故增加了工程量和加大了工程的復(fù)雜程度，所以在這里選用平面鋼閘門。由于拱壩中孔處較薄，孔口上壁不設(shè)直線段，直接以拋物線到閘門處?？卓谙卤谇懊鏋橐粋€(gè)兩心圓弧，中間為一水平段，最后為一個(gè)反弧段。其具體數(shù)據(jù)和布置見設(shè)計(jì)圖紙。7.2底孔的設(shè)計(jì)7.2.1孔口的形狀和尺寸（體形設(shè)計(jì)）底孔位于水下深處，孔口尺寸往往受高壓閘門制作和起閉條件限制不能太大。合理的孔口形狀對(duì)壩體結(jié)構(gòu)的安全是很有利的?？卓谛螤钍紫纫紤]布置上的要求，對(duì)于承受內(nèi)水壓力的輸水管道一般采用圓形，作為泄洪洞的底孔一般設(shè)計(jì)為修圓角的矩形?？紤]設(shè)置閘門等設(shè)施及水力條件的特殊要求，今在閘門段采用矩形孔口。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)矩形孔口的高寬比一般取為1.5?，F(xiàn)擬孔口尺寸為1.6×2.4的矩形孔口。連接段由閘門處矩形漸變到洞身段。