【非溢流壩計(jì)算與設(shè)計(jì)（論文）11000字】

非溢流壩計(jì)算與設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u3558一、基本資料 152891.1工程概況 1161781.2壩址概況 1185731.3當(dāng)?shù)夭牧戏植记闆r 53231.4交通運(yùn)輸情況及施工條件 5188751.5水利水能計(jì)算資料 51463二、調(diào)洪演算 625702.1調(diào)洪演算的目的 6109912.2調(diào)洪演算的基本原理和方法 6313812.3調(diào)洪演算的過(guò)程與結(jié)果 6211三、剖面設(shè)計(jì) 6107443.1剖面設(shè)計(jì)的的任務(wù) 6267783.2剖面設(shè)計(jì)的原則： 6300653.3工程等級(jí) 7204533.4壩頂高程和壩高 7276623.5壩頂寬度 7188693.6壩底寬度 7154403.7剖面尺寸設(shè)計(jì) 77164四、非溢流壩段穩(wěn)定分析 820314.1重力壩的主要荷載 8201934.2設(shè)計(jì)洪水位情況穩(wěn)定分析 957884.3校核洪水位情況穩(wěn)定分析 929418五、非溢流壩段應(yīng)力分析 10266125.1設(shè)計(jì)洪水位情況壩基面邊緣應(yīng)力分析 10157835.2設(shè)計(jì)洪水位情況壩基面內(nèi)部應(yīng)力分析 11261235.3設(shè)計(jì)洪水位情況上游折坡面邊緣應(yīng)力分析 12226825.4設(shè)計(jì)洪水位情況上游折坡面內(nèi)部應(yīng)力分析 13177085.5校核洪水位情況壩基面邊緣應(yīng)力分析 14236575.6校核洪水位情況壩基面內(nèi)部應(yīng)力分析 14170945.7校核洪水位情況折上游折坡面邊緣應(yīng)力分析 156755.8校核洪水位情況折上游折坡面內(nèi)部應(yīng)力分析 1517569六、溢流壩段設(shè)計(jì) 16109046.1泄水方式 1689076.2孔口設(shè)計(jì) 16292126.3溢流面體形設(shè)計(jì) 18311976.4消能防沖設(shè)計(jì) 1926920七、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 1942397.1壩頂構(gòu)造 19244997.2壩體分縫 19293577.3止水設(shè)計(jì) 2018577.4壩體排水 21135447.5廊道系統(tǒng) 2111769八、地基處理 21123258.1壩基的開(kāi)挖與清理 21182328.2壩基的固結(jié)灌漿 21143798.3帷幕灌漿 22220168.4壩基排水 22說(shuō)明書(shū)基本資料1.1工程概況凌江是我國(guó)大河流之一，其干流全長(zhǎng)700公里，流域面積17400平方公里，上游95%為是山地，河床狹窄，水流湍急；中游大部分為丘陵地帶，河床較寬；下游兩岸為沖積平原，人口最密，農(nóng)產(chǎn)豐富，為重要的農(nóng)業(yè)區(qū)域，且有一個(gè)中等工業(yè)城市，但下游河床淤高，主要靠堤防水，擋水，每當(dāng)汛期，常受洪水威脅。凌江流域內(nèi)的物產(chǎn)以農(nóng)業(yè)為主，有稻谷、小麥、棉花、玉米、甘薯等，礦產(chǎn)較少，燃料很缺乏。天香河是凌江的重要支流，流經(jīng)凌江的上下游地帶，全長(zhǎng)250公里，平均坡降為0.0009，流域的面積為7200平方公里，河道兩岸為山地丘陵，河道狹窄，水流湍急，能量蘊(yùn)藏甚大，但洪水漲落迅速，對(duì)凌江中下游的防洪相當(dāng)不利。天香河開(kāi)發(fā)計(jì)劃是配合凌江而制定的，為減輕天香河洪水對(duì)凌江中下游農(nóng)田的威脅，且開(kāi)發(fā)天香河能夠供應(yīng)凌江中下游工農(nóng)業(yè)日益增長(zhǎng)的動(dòng)力需要，擬在天香河和凌江匯流處興建水利樞紐，本樞紐的防洪任務(wù)為：要求設(shè)計(jì)洪水時(shí)，下泄流量不大于2000立米/秒，校核洪水時(shí)不大于2500立米/秒。樞紐的裝機(jī)容量為72000千瓦，為適應(yīng)今后國(guó)家建設(shè)事業(yè)的要求，樞紐建成后，應(yīng)能維持80噸船只的通行。1.2壩址概況1.2.1壩址地形在本壩址地區(qū)，河床狹窄，僅一百多米寬，但隨著高程之增高兩岸便趨于平坦，兩岸高度在200米以上，海拔高程在400米以上，在壩址處右岸較左岸為陡，右岸平均坡度為0.5左右，右岸為0.4左右，在壩址位于河彎的下游，在壩址上游十余公里有開(kāi)闊地帶，為形成水庫(kù)的良好條件。1.2.2壩址地質(zhì)該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要巖層為黑色硅質(zhì)頁(yè)巖和燧石，上有3～9米左右的覆蓋層，系河沙卵石，近風(fēng)化泥土層及崩石，其巖層性質(zhì)為：黑色硅質(zhì)頁(yè)巖：屬沉積巖，為硅質(zhì)膠結(jié)物之頁(yè)巖，根據(jù)勘測(cè)結(jié)果，該巖層性堅(jiān)硬致密，僅巖石上層10～18米深度存在有裂隙和節(jié)理，不很?chē)?yán)重，但需加以處理。經(jīng)過(guò)壓水實(shí)驗(yàn)，巖石之間單位吸水量為0.1公升/分鐘。燧石：其巖層不寬，分布于左岸，巖性較黑色硅質(zhì)巖為弱，巖層走向：左岸為南30°西，傾角為50°～70°，傾向正向上游：在壩址處，據(jù)目前資料未發(fā)現(xiàn)斷層。硅質(zhì)頁(yè)巖的力學(xué)性質(zhì)：（1）天然含水時(shí)的平均容重 2500公斤/立方米（2）極限抗壓強(qiáng)度： 1000～1200公斤/立方厘米（3）牢固系數(shù) f=10～121.2.3水文氣象本樞紐位于我國(guó)中部，氣候溫和，雨量豐富，雨量多集中于6～9月，此四個(gè)月為豐水期，多暴雨，流域及河流坡度較陡，故洪水來(lái)勢(shì)兇猛，枯水期在10～5月，1～4月為最枯季節(jié)，本河流自1954年開(kāi)始建立水文站，本樞紐距該站不遠(yuǎn)。1.2.3.1多年月平均流量表2-1多年月平均流量月份123456789101112流量605080100180420650600440240150951.2.3.2推算得的各種類(lèi)型時(shí)洪峰值表2-2各種類(lèi)型的洪峰值頻率0.010.020.11.02.0510洪水期洪峰(m3/s)5090560047503630330028002500枯水期洪峰(m3/s)2702502081.2.3.3降雨量資料表2-3各月降雨資料月份123456各月平均降雨量5.28.818.534.032.680.3各月平均降雨日數(shù)2.43.73.96.38.18.1月份789101112各月平均降雨量118.0140.0123.260.128.28.0各月平均降雨日數(shù)6.33.310.18.87.82.21.2.3.4氣溫記錄及冰凍情況，單位℃表2-4氣溫記錄及冰凍情況月份123456多年月平均氣溫4.26.511.517.022.125.9最高氣溫13.520.028.530.435.239最低氣溫-7.0-4.7-2.31.58.013.0月份789101112多年月平均氣溫28.627.722.716.810.44.7最高氣溫38.537.2.6.028.021.115.3最低氣溫17.516.010.02.5-2.1-4.8年平均氣溫為16.5℃。河道常年不結(jié)冰，在很冷的情況下，地面有冰凍情況現(xiàn)象，但歷時(shí)短。1.2.3.5河道泥沙情況根據(jù)壩址附近水文站的統(tǒng)計(jì)，本河流年平均輸沙量1.8×106米3，在河流的上游山區(qū)有部分山區(qū)有部分森林，其他地方亦在進(jìn)行造林工作和其他水土保持工作。水土保持生效年限可采用30年，泥沙飽和容重取1.4噸/立方米，泥沙內(nèi)摩擦角為0°。淤沙高程152.00m。1.2.3.6水庫(kù)吹程、風(fēng)速吹程為3.0公里，多年平均最大風(fēng)速為15米/秒1.2.3.7典型洪峰過(guò)程線(xiàn)；水庫(kù)水位——庫(kù)容曲線(xiàn)。1.2.3.8壩址流量——水位關(guān)系如下表表2-5流量-水位關(guān)系流量(m3/s)20050010002000水位(m)141.45143.13144.8146.94流量(m3/s)3000400050005500水位(m)148.68150.41152.1152.961.3當(dāng)?shù)夭牧戏植记闆r在壩址上下游兩岸有大量的河沙和較多的卵石，據(jù)初步調(diào)查河沙的儲(chǔ)量為820000立方米，滲透系數(shù)K=4×10-2厘米/秒，卵石儲(chǔ)量有580000立方米，大部分在上游。在壩址下游三公里左右沒(méi)有部分土壤；儲(chǔ)量不多，約在52000立方米，k=1×10-3厘米/秒。在本河流上游地區(qū)，有部分山區(qū)森林，可做建壩所需木材之用。1.4交通運(yùn)輸情況及施工條件1.交通運(yùn)輸（1）水路：目前50噸木船可直通壩址（2）陸路：目前已有公路通過(guò)本山區(qū)，距離壩址150公里處有鐵路，且與公路銜接。外地材料之運(yùn)輸，主要靠鐵路、公路，部分可用木船，運(yùn)輸較方便。2.施工動(dòng)力與施工機(jī)械應(yīng)用：施工動(dòng)力大部分可由壩址下游處的縣城供給，不足之?dāng)?shù)由離壩址70公里的縣城供給，施工機(jī)械之供應(yīng)是方便的。3.勞動(dòng)力：壩址所在專(zhuān)區(qū)，有足夠的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力；在滿(mǎn)足的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求下，可以抽調(diào)一部分參加樞紐之修建工作。1.5水利水能計(jì)算資料正常高水位 178.00米汛前水位 175.80米死水位 166.28米水庫(kù)最高洪水不得超過(guò) 181.28米設(shè)計(jì)洪水安全泄量 2000米3/秒校核洪水安全泄量 2500米3/秒電站總裝機(jī)容量 72000千瓦電站最大引用流量 240立方米/秒巖石與混凝土之間摩擦系數(shù) 0.65抗剪強(qiáng)度系數(shù) f′=0.8；c′=0.5Mpa調(diào)洪演算2.1調(diào)洪演算的目的在設(shè)計(jì)的開(kāi)始，我們需要根據(jù)基本資料中給出的相關(guān)信息包括水位-庫(kù)容曲線(xiàn)和典型狀況下的洪水過(guò)程線(xiàn)，擬定設(shè)計(jì)中孔口的一系列尺寸，有孔口的寬度和數(shù)目以及堰頂?shù)母叱蹋鶕?jù)已知以及擬定的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，演算出設(shè)計(jì)樞紐的設(shè)計(jì)洪水位與校核洪水位，為壩頂高程的計(jì)算提供數(shù)據(jù)。2.2調(diào)洪演算的基本原理和方法調(diào)洪演算的基本原理是在獲得相關(guān)的起始數(shù)據(jù)之后，對(duì)水庫(kù)的的下泄洪水過(guò)程線(xiàn)、庫(kù)容的變化、水位的變化進(jìn)行一系列推算。而本設(shè)計(jì)采用的計(jì)算方法是其經(jīng)典的方法——列表試算法。計(jì)算的步驟為：①根據(jù)資料中給的水庫(kù)水位-容積關(guān)系曲線(xiàn)V=f（Z）和相關(guān)的泄洪建筑物方案，用q=f（V）=AHB求出下泄流量同庫(kù)容的關(guān)系曲線(xiàn)②選取適當(dāng)?shù)挠?jì)算時(shí)間段，以秒為計(jì)算的單位。③先決定下開(kāi)始計(jì)算的時(shí)刻和此時(shí)的V1和q1值，然后對(duì)其進(jìn)行列表計(jì)算，在計(jì)算的過(guò)程中，要依次對(duì)每一個(gè)計(jì)算時(shí)段的V2④依據(jù)計(jì)算的結(jié)果將其繪制成曲線(xiàn)，以供方便查閱。2.3調(diào)洪演算的過(guò)程與結(jié)果調(diào)洪演算的過(guò)程呈現(xiàn)在計(jì)算書(shū)中。經(jīng)過(guò)列表試算，本文所得的設(shè)計(jì)洪水位為179.18m，校核洪水位為179.87m。剖面設(shè)計(jì)3.1剖面設(shè)計(jì)的的任務(wù)我們需要進(jìn)行選擇，爭(zhēng)取設(shè)計(jì)一個(gè)既滿(mǎn)足穩(wěn)定與強(qiáng)度要求，又使其體積達(dá)到最小并且施工相對(duì)簡(jiǎn)單、運(yùn)行比較方便的剖面。3.2剖面設(shè)計(jì)的原則：①首先需要滿(mǎn)足基本的穩(wěn)定和強(qiáng)度的要求，以此保證大壩不會(huì)失穩(wěn)導(dǎo)致危險(xiǎn)；②極力爭(zhēng)取斷面達(dá)到較小，節(jié)省工程工作量；③運(yùn)用比較方便；④斷面的輪廓外形簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行施工。3.3工程等級(jí)根據(jù)計(jì)算書(shū)2.1.1水庫(kù)為大（1）型水庫(kù)，工程等級(jí)為1級(jí)。3.4壩頂高程和壩高壩頂?shù)母叱虘?yīng)該大于校核情況的洪水位，而壩頂上游的防浪墻墻頂高程應(yīng)該大于波浪頂?shù)母叱?。根?jù)計(jì)算書(shū)2.1.2計(jì)算，壩頂高程為181.28m，壩高為37.78m。3.5壩頂寬度一般情況下，壩頂?shù)膶挾热胃叩?%-10%，并且應(yīng)不小于2m，經(jīng)計(jì)算書(shū)2.1.3計(jì)算取3.5m。3.6壩底寬度壩底寬度約為壩高的0.7-0.9倍，經(jīng)計(jì)算書(shū)2.1.3計(jì)算，取34m。3.7剖面尺寸設(shè)計(jì)根據(jù)真實(shí)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在一般的情況下，上游壩面折坡點(diǎn)下的坡率n的取值范圍為n=0～0.2，本文的坡率n取0.2。并且通過(guò)可靠的理論分析、實(shí)驗(yàn)證明以及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，混凝土重力壩的上游折坡點(diǎn)一般定在壩的中段，即其1/3~2/3壩高處，本文設(shè)計(jì)的壩高H為37.78m，那么相應(yīng)的取值范圍計(jì)算為1/3~2/3H=12.59~25.19m，本設(shè)計(jì)取值15m，折坡點(diǎn)高程就為157.5m。下游折坡點(diǎn)為校核洪水位點(diǎn)與壩地連線(xiàn)。據(jù)以上數(shù)據(jù)，下游壩坡坡率m=0.6～0.8，取m=0.83。為了使重力壩壩體的各項(xiàng)施工和功能如灌漿、檢查、交通等能滿(mǎn)足其相應(yīng)要求，需要在壩體的內(nèi)部設(shè)置相關(guān)用途的各種廊道。而廊道的剖面大部分會(huì)設(shè)計(jì)成近似城門(mén)洞的形狀，因?yàn)榇藬嗝娴母叨群蛯挾扰c其他類(lèi)型比較更符合灌漿作業(yè)的要求，一般廊道寬設(shè)計(jì)為2.5~3m，本設(shè)計(jì)的廊道寬度取值3m，一般廊道的高度設(shè)計(jì)為3~4m，本設(shè)計(jì)廊道高度取值3m。并且廊道的布置應(yīng)距上游壩面0.05~0.1倍作用水頭遠(yuǎn)，且不小于4~5m，本設(shè)計(jì)取6m。廊道的底部距離基巖面不宜小于1.5倍的廊道寬度，即4.5m，本設(shè)計(jì)取值5m。壩體剖面示意圖為下圖：非溢流壩段穩(wěn)定分析4.1重力壩的主要荷載重力壩的荷載主要有五種：自重、靜水壓力、浪壓力、泥沙壓力、揚(yáng)壓力。計(jì)算時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們常取b=1ｍ的壩長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。荷載組合一般分為兩種：基本荷載組合（設(shè)計(jì)情況）：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力；（2）特殊荷載組合（校核情況）：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力。4.2設(shè)計(jì)洪水位情況穩(wěn)定分析（1）設(shè)計(jì)洪水位情況荷載計(jì)算①自重：壩體自重的大小由壩體體積V與材料的容重γ相乘求得。②靜水壓力：靜水壓力是主要作用在重力壩上下游壩面的荷載，計(jì)算的時(shí)候我們經(jīng)常會(huì)將它分解為水平方向的水壓力P和垂直方向的水壓力W兩種，本設(shè)計(jì)的上游壩面有水平和垂直兩種壓力作用。因?yàn)橄掠蔚乃畨毫?duì)穩(wěn)定有利，所以將其當(dāng)作安全儲(chǔ)備，無(wú)需計(jì)算。③揚(yáng)壓力：根據(jù)規(guī)范，可設(shè)排水處揚(yáng)壓力的折減系數(shù)α=0.3成四部分進(jìn)行相關(guān)的壓力計(jì)算。④波浪壓力：由于水庫(kù)表面有風(fēng)的作用，在水庫(kù)內(nèi)經(jīng)常形成波浪，它會(huì)將浪壓力直接施加給閘壩等擋水建筑物，并且波浪的波峰所接觸到的高程也成為了決定壩高的重要因素。浪壓力的大小與波浪要素有著密不可分的關(guān)系，而波浪要素包含了波浪本身的長(zhǎng)度和高度以及波浪中心線(xiàn)高出靜水水位的高度。⑤泥沙壓力：已經(jīng)知道淤沙的浮容重γsb各荷載計(jì)算過(guò)程呈現(xiàn)在計(jì)算書(shū)2.2.1中。（2）設(shè)計(jì)洪水位情況穩(wěn)定分析我們進(jìn)行重力壩抗滑穩(wěn)定分析的目的是為了驗(yàn)算其壩體沿著壩基坐落的平面抗滑穩(wěn)定的安全程度，以判斷它是否會(huì)失穩(wěn)。重力壩的抗滑穩(wěn)定分析的方法有：?jiǎn)我话踩禂?shù)法、分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)將按照單一安全系數(shù)法驗(yàn)算，根據(jù)Ks′的值來(lái)判斷穩(wěn)定是否合格。按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算，設(shè)計(jì)情況的Ks′值不應(yīng)小于3.0根據(jù)計(jì)算書(shū)2.2.2計(jì)算Ks′等于3.92，值大于3.0，抗滑穩(wěn)定合格。4.3校核洪水位情況穩(wěn)定分析校核洪水位情況荷載計(jì)算各荷載計(jì)算過(guò)程呈現(xiàn)在計(jì)算書(shū)2.3.1中。（2）校核洪水位情況穩(wěn)定分析按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算，校核情況的Ks′值不應(yīng)小于2.5根據(jù)計(jì)算書(shū)2.3.2計(jì)算Ks′等于3.78，值大于2.5，抗滑穩(wěn)定合格。非溢流壩段應(yīng)力分析按照以往的經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)谶M(jìn)行重力壩的穩(wěn)定分析后要對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析。而應(yīng)力分析的目的是為了驗(yàn)算大壩在施工和運(yùn)用期時(shí)是否滿(mǎn)足其需要的強(qiáng)度要求，同時(shí)也帶著順便解決一些問(wèn)題的目的，如砼的標(biāo)號(hào)分區(qū)。

而重力壩的應(yīng)力狀態(tài)與許多因素有關(guān)系，如壩體的規(guī)格和尺寸、靜力荷載的大小、地基的性質(zhì)是否良好、工程的施工技術(shù)、溫度的相應(yīng)變化以及地震的影響等。而由于技術(shù)和各方面條件有限，所以在目前進(jìn)行的各種壩的應(yīng)力分析中，我們還不能全面地考慮到上訴所有因素，所以無(wú)論我們采取哪種因素的組合，結(jié)果都會(huì)有一定的相似度。

首先我們要確定需要的荷載并進(jìn)行計(jì)算，并確定各個(gè)情況需要的荷載并進(jìn)行相互組合，在我們進(jìn)行壩體的應(yīng)力計(jì)算后，也需要檢驗(yàn)壩體各部位的應(yīng)力強(qiáng)度，以判斷其是否符合要求。5.1設(shè)計(jì)洪水位情況壩基面邊緣應(yīng)力分析（1）水平截面上的正應(yīng)力正應(yīng)力計(jì)算上、下游邊緣應(yīng)力σyu和σ計(jì)算截面取壩底上下游方向的寬度，取壩底中點(diǎn)O為力矩作用的中心點(diǎn)。各荷載產(chǎn)生的彎矩計(jì)算過(guò)程見(jiàn)計(jì)算書(shū)2.4.1，匯總后見(jiàn)下表。經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.1計(jì)算，σ剪應(yīng)力在算得σyu和σyd后，就可依據(jù)邊緣微分體的平衡條件求解出上、下游邊緣剪應(yīng)力τu和τd。根據(jù)上、ττ式中：pu經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.1計(jì)算，τu水平正應(yīng)力上文求得τu和τd后，可以再按平衡條件得出上、下游邊緣的水平正壓力σxu和σxd。根據(jù)上經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.1計(jì)算，σ主應(yīng)力由上、下游壩面的微分體，根據(jù)平衡條件可以解出σ1u、σ1u、σ2u經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.1計(jì)算，σ1uσ2u5.2設(shè)計(jì)洪水位情況壩基面內(nèi)部應(yīng)力分析在壩體內(nèi)部取單位厚度的微元體，微分體的平衡方程為：??式中γc為材料的容重，取壩基面進(jìn)行應(yīng)力分析，取上游端點(diǎn)為坐標(biāo)基點(diǎn)O，x軸向右，y軸向下。壩內(nèi)水平截面上的正應(yīng)力σ根據(jù)σy在水平截面上大致呈現(xiàn)直線(xiàn)分布趨勢(shì)的假定，可以得出距下游面x處的σy式中系數(shù)a、b可由邊界條件和偏心受壓公式確定。經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.2計(jì)算，σy壩內(nèi)剪應(yīng)力τ將σy表達(dá)式代入?τ經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.2計(jì)算，τ=17.60+壩內(nèi)水平正應(yīng)力σ將τ表達(dá)式代入?σ從式中可看出沿水平方向，截面水平的正應(yīng)力σx呈現(xiàn)三次的曲線(xiàn)分布而我們根據(jù)實(shí)際的情況，σx的分布大致呈類(lèi)似直線(xiàn)的分布，因此本設(shè)計(jì)假定其呈直線(xiàn)分布，即σ經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.2計(jì)算，σx壩內(nèi)水平主應(yīng)力σ1和取壩基中點(diǎn)處為計(jì)算點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.2計(jì)算，σσ5.3設(shè)計(jì)洪水位情況上游折坡面邊緣應(yīng)力分析水平截面上的正應(yīng)力各荷載產(chǎn)生的彎矩計(jì)算過(guò)程見(jiàn)計(jì)算書(shū)2.4.3，匯總后見(jiàn)下表。經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.3計(jì)算，σ剪應(yīng)力經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.3計(jì)算，τ水平正應(yīng)力經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.3計(jì)算，σ（4）主應(yīng)力經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.3計(jì)算，σσ2u5.4設(shè)計(jì)洪水位情況上游折坡面內(nèi)部應(yīng)力分析取折坡面進(jìn)行應(yīng)力分析，取上游端點(diǎn)為坐標(biāo)基點(diǎn)O，x軸向右，y軸向下。（1）壩內(nèi)水平截面上的正應(yīng)力σ經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.4計(jì)算，σy（2）壩內(nèi)剪應(yīng)力τ經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.4計(jì)算，τ=（3）壩內(nèi)水平正應(yīng)力σ經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.4計(jì)算，σx（4）壩內(nèi)水平主應(yīng)力σ1和經(jīng)計(jì)算書(shū)2.4.4計(jì)算，σσ15.5校核洪水位情況壩基面邊緣應(yīng)力分析水平截面上的正應(yīng)力各荷載產(chǎn)生的彎矩計(jì)算過(guò)程見(jiàn)計(jì)算書(shū)2.5.1，匯總后見(jiàn)下表。經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.1計(jì)算，σyu剪應(yīng)力經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.1計(jì)算，τ水平正應(yīng)力經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.1計(jì)算，σ（4）主應(yīng)力經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.1計(jì)算，σσ2u5.6校核洪水位情況壩基面內(nèi)部應(yīng)力分析取壩基面進(jìn)行應(yīng)力分析，取上游端點(diǎn)為坐標(biāo)基點(diǎn)O，x軸向右，y軸向下。（1）壩內(nèi)水平截面上的正應(yīng)力σ經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.2計(jì)算，σy（2）壩內(nèi)剪應(yīng)力τ經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.2計(jì)算，τ=（3）壩內(nèi)水平正應(yīng)力σ經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.2計(jì)算，σx（4）壩內(nèi)水平主應(yīng)力σ1和經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.2計(jì)算，σσ15.7校核洪水位情況折上游折坡面邊緣應(yīng)力分析（1）水平截面上的正應(yīng)力各荷載產(chǎn)生的彎矩計(jì)算過(guò)程見(jiàn)計(jì)算書(shū)2.5.3，匯總后見(jiàn)下表。經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.3計(jì)算，σyu（2）剪應(yīng)力經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.3計(jì)算，τ（3）水平正應(yīng)力經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.3計(jì)算，σ（4）主應(yīng)力經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.3計(jì)算，σσ2u5.8校核洪水位情況折上游折坡面內(nèi)部應(yīng)力分析取折坡面進(jìn)行應(yīng)力分析，取上游端點(diǎn)為坐標(biāo)基點(diǎn)O，x軸向右，y軸向下。（1）壩內(nèi)水平截面上的正應(yīng)力σ經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.4計(jì)算，σy（2）壩內(nèi)剪應(yīng)力τ經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.4計(jì)算，τ=（3）壩內(nèi)水平正應(yīng)力σ經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.4計(jì)算，σx（4）壩內(nèi)水平主應(yīng)力σ1和經(jīng)計(jì)算書(shū)2.5.4計(jì)算，σσ1溢流壩段設(shè)計(jì)6.1泄水方式在計(jì)算完非溢流壩段的相關(guān)數(shù)據(jù)后，我們需要進(jìn)行溢流壩段的設(shè)計(jì)，溢流壩段的設(shè)計(jì)要求要同時(shí)有擋水和泄水的兩種功能，這意味著我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)不僅僅要讓它的穩(wěn)定度和強(qiáng)度達(dá)到擋水的相關(guān)指標(biāo)，還要滿(mǎn)足泄水功能的相關(guān)要求。據(jù)以上，設(shè)計(jì)的溢流壩段需要有足夠的孔口尺寸以及合適型式的堰形才能滿(mǎn)足泄水的相關(guān)要求。并且在設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡量使水流達(dá)到平順流出，才不會(huì)產(chǎn)生空蝕從而對(duì)壩體造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。重力壩主要的泄水方式有兩種，分別為開(kāi)敞式和孔口式。而其中，開(kāi)敞式的溢流堰體不但調(diào)節(jié)性能良好，而且對(duì)于設(shè)計(jì)方面和施工方面皆有其便利。并且，這種堰型在我國(guó)擁有廣泛的應(yīng)用，工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)比較豐富。經(jīng)考慮，本設(shè)計(jì)將采用表面溢流式泄水方法，因?yàn)樗男顾芰Ρ容^好，宣泄同樣的流量時(shí)，工程造價(jià)遠(yuǎn)小于深水泄水孔。6.2孔口設(shè)計(jì)溢流壩的孔口設(shè)計(jì)與許多因素有關(guān)，如洪水設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)、下游的防洪要求、水庫(kù)水位的回水水位有無(wú)限制、是否采用洪水預(yù)報(bào)、泄水的方式以及樞紐所在地區(qū)的地形地質(zhì)相關(guān)條件等。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，首先要選擇泄流方式，然后再制定一些與泄流有關(guān)的布置方案（除了表面的溢流孔口外，還可以配合壩身泄水孔或者泄洪隧洞），據(jù)此初步確定孔口大小，按照規(guī)定的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行調(diào)洪演算，再計(jì)算各方案的防洪庫(kù)容、設(shè)計(jì)和校核洪水位以及相應(yīng)的下泄流量，估算淹沒(méi)損失和工程造價(jià)，最后進(jìn)行綜合性比較，選出最適合的優(yōu)質(zhì)方案。本文設(shè)計(jì)的重力壩洪峰流量比較大，校核洪水最大下泄流量為2086m3/s，設(shè)計(jì)洪水下泄流量為1721m3/s。孔口型式的確定孔口的型式根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)主要有開(kāi)敞溢流式和大孔口溢流式。本設(shè)計(jì)選用開(kāi)敞溢流式。這種型式的溢流孔除了可以宣泄洪水外，還還可以用來(lái)清除冰凌等漂浮物。并且有必要設(shè)置一道閘門(mén)，閘門(mén)頂部需略高于正常蓄水位，堰頂高程應(yīng)相對(duì)較低，可以調(diào)節(jié)水庫(kù)水位和下泄流量，可以減少上游的淹沒(méi)損失和非溢流壩的工作量，并且當(dāng)大壩遭遇意外的洪水時(shí)，有較大的超泄能力?？卓诔叽绲拇_定①單寬流量的確定：之前通過(guò)調(diào)洪演算，可以由此得出樞紐的總下泄流量QQ式中：Q0計(jì)算結(jié)果在計(jì)算書(shū)3.1中，單寬流量q取60（②溢流段凈寬取28米，孔數(shù)n=4，每孔凈寬b=7m，閘墩厚度d=2m。經(jīng)計(jì)算書(shū)3.1求得堰頂水頭，設(shè)計(jì)情況的堰頂高程為170.09m。③閘門(mén)高度確定經(jīng)計(jì)算書(shū)3.1求得門(mén)高為8.1m。（3）閘門(mén)和啟閉機(jī)本設(shè)計(jì)選用平面工作閘門(mén)，它的結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單，并且閘墩的受力條件較好，各大孔口可以使用同一個(gè)活動(dòng)式啟門(mén)機(jī)。本設(shè)計(jì)選用活動(dòng)式的啟閉機(jī)，它可以用作啟吊工作閘門(mén)，也可以用為檢修閘門(mén)。（4）閘墩和工作橋閘墩的形狀上游端使用半圓形，下游端采用方形。工作閘的門(mén)槽深應(yīng)取0.5～2.0m，寬應(yīng)取1～4m，門(mén)槽處的厚度不可以小于1～1.5m。6.3溢流面體形設(shè)計(jì)溢流面是由頂部曲線(xiàn)段和中間直線(xiàn)段以及反弧段三部分組成。設(shè)計(jì)的要求有：①具有較高的流量系數(shù)、泄流能力；②水流應(yīng)通暢，無(wú)負(fù)壓和空蝕破壞；③具有體形簡(jiǎn)單、造價(jià)低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。（1）頂部曲線(xiàn)段溢流壩的壩頂曲線(xiàn)是控制水流的關(guān)鍵部位，它的形狀大多同銳緣堰泄流水舌下緣曲線(xiàn)重合，否則可能會(huì)導(dǎo)致泄流量減小或者堰面產(chǎn)生不利負(fù)壓。頂部曲線(xiàn)有很多類(lèi)型，常用的有克奧曲線(xiàn)以及WES曲線(xiàn)。我們國(guó)家早期大多使用克-奧曲線(xiàn)。后來(lái)，由于WES壩面曲線(xiàn)的流量系數(shù)較大而且其剖面比較薄，工程量比較少，壩面曲線(xiàn)可以用方程控制，比克奧曲線(xiàn)需要給定坐標(biāo)值的方法設(shè)計(jì)和施工都要方便，因此近些年來(lái)，WES曲線(xiàn)在我國(guó)已基本都采用。WES型曲線(xiàn)分為上游段和下游段兩部分，以堰頂為界。經(jīng)計(jì)算書(shū)3.2求得：上游段曲線(xiàn)方程：y下游段曲線(xiàn)方程：x反弧段溢流壩面的反弧段是為了讓沿溢流面下泄水流進(jìn)行平順轉(zhuǎn)向的工程設(shè)施，其型式一般采用圓弧曲線(xiàn)，反弧半徑應(yīng)該結(jié)合下游的消能設(shè)施來(lái)進(jìn)行確定。根據(jù)DL5108—1999《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：對(duì)于挑流消能，R=(4~10)h，h為校核洪水情況時(shí)閘門(mén)全開(kāi)的反弧段最低點(diǎn)處的水深。反弧處的流速越大，需要的反弧半徑越大，當(dāng)流速小于16m/s時(shí)，就取下限；當(dāng)流速大時(shí)，應(yīng)采用較大值。若采用底流消能，反弧段與護(hù)坦相互連接時(shí)采用其上限值。反弧半徑R的取值是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。而實(shí)際工程的反弧半徑R的取值大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了R=(4~10)h的限制范圍。經(jīng)計(jì)算書(shū)3.1求得反弧半徑為35m。（3）中間直線(xiàn)段

溢流壩的中間直線(xiàn)段與壩頂曲線(xiàn)和下部反弧段相切，坡度與非溢流壩段的下游坡相同。6.4消能防沖設(shè)計(jì)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，我們選擇消能工的依據(jù)也有很多種，包括地形和地質(zhì)、樞紐布置的位置以及型式、水頭的大小、流量大小、下游水的深度以及它的變幅等因素，再對(duì)其進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的比較，如若碰上重要的工程應(yīng)當(dāng)再做以其為依據(jù)的模型試驗(yàn)。因?yàn)橐缌鲏卧谛顾臅r(shí)候，下泄的水流會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，所以必須要對(duì)下泄水流進(jìn)行合適的處理，否則肯定會(huì)逐漸嚴(yán)重地沖刷下游的河，甚至可能會(huì)造成岸坡的坍塌和大壩失事事故。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)大壩時(shí)一定要合理地選擇消能型式和設(shè)計(jì)消能措施，這對(duì)樞紐的選擇和布置、大壩的安全以及工程量都有十分重要的意義。本設(shè)計(jì)綜合各類(lèi)消能型式的特點(diǎn)，決定選用挑流消能。挑流消能是利用設(shè)置在泄水建筑物出口的鼻坎將水流挑射出去，與鼻坎摩擦消耗一部分能量，將其拋向空中，與空氣摩擦進(jìn)行一部分消能，然后在遠(yuǎn)處的河床匯入下游水流，與下流水流又產(chǎn)生一部分摩擦進(jìn)行消能。該型式消能可以控制下落流量，對(duì)水位的變化適應(yīng)性比較強(qiáng)，并且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，施工維修都較方便，工程量也不大。根據(jù)計(jì)算書(shū)3.4計(jì)算，挑流效能的各大參數(shù)如下：鼻坎挑射角度取20°，水舌挑距為28.91m，沖刷坑深度為19.23m。細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)7.1壩頂構(gòu)造一般來(lái)說(shuō)，壩頂?shù)穆访鎽?yīng)該具有一定的傾向上游的橫向坡度，并有連通上游的排水管。為了防止壩頂積水，需要設(shè)置混凝土排水溝以排出壩頂?shù)挠晁?。為了抗擊波浪和漂浮物的作用位于壩頂上游的防浪墻也需要一定的?qiáng)度和剛度來(lái)維持穩(wěn)定。下游一側(cè)需要設(shè)置防護(hù)欄。壩頂也需要布置照明設(shè)備以供夜晚查巡使用。7.2壩體分縫1.橫縫：通常情況下橫縫是永久縫，但也有部分是臨時(shí)縫，它們垂直于壩軸線(xiàn),可以把壩體分成為多個(gè)相互獨(dú)立的壩段。設(shè)置目的是為了減小溫度應(yīng)力對(duì)壩體的影響，以適應(yīng)地基的不均勻沉降變形并且滿(mǎn)足施工相關(guān)要求。2.縱縫：設(shè)置目的是為了適應(yīng)混凝土的澆筑能力并且減小施工期的溫度應(yīng)力，一般設(shè)置為沿著平行于壩軸線(xiàn)的方向。縱縫是臨時(shí)縫，按照形態(tài)可分為鉛直縱縫、斜縫和錯(cuò)縫三種。縱縫的縫面應(yīng)該設(shè)置水平向鍵槽，鍵槽應(yīng)呈現(xiàn)斜三角形形態(tài)，槽面的方向大致沿主應(yīng)力方向，還要在縫面上布置灌漿的系統(tǒng)以進(jìn)行接縫灌漿，為了使灌漿時(shí)漿液不從縫中流出，還必須在縱縫的四周設(shè)置止?jié){片。3.水平施工縫：是上層和下層澆筑塊之間的接合面。澆筑塊的厚度一般為1.5～4.0m；在靠近基巖面附近的位置使用0.75～1.0m的薄層澆筑，有利于散發(fā)熱量，減少溫度的升高，防止它開(kāi)裂。7.3止水設(shè)計(jì)壩體的橫縫內(nèi)部需要設(shè)置止水材料，材料種類(lèi)包括金屬板、橡膠板、塑料板和瀝青板等等，特別是對(duì)于高壩，應(yīng)該設(shè)置兩個(gè)止水片，從第一個(gè)止水帶到上游表面的距離應(yīng)有利于改善壩體頭的應(yīng)力，一般厚為0.5～2.0m，本設(shè)計(jì)采用1.0m；每側(cè)埋入混凝土的長(zhǎng)度約為20～25cm，本設(shè)計(jì)采用25cm；在止水片的安裝時(shí)，應(yīng)該盡量保證施工的質(zhì)量，瀝青井一般為方形或者圓形，本設(shè)計(jì)采用方形；它的一側(cè)可以利用預(yù)制混凝土塊，塊長(zhǎng)1.0～1.5m，厚5～10cm，而本設(shè)計(jì)采用1m×10cm的預(yù)制混凝土塊規(guī)格；瀝青井尺寸大致為15cm～15cm至25cm～25cm，本設(shè)計(jì)采用20cm×20cm的瀝青井規(guī)格；鋼筋管徑可以為15～20cm，本設(shè)計(jì)采用20cm。7.4壩體排水為了減小滲水對(duì)壩體的不利影響，我們需要安排大壩排水?？拷鼔误w上游面的部位需設(shè)置排水管幕。排水管應(yīng)引至縱向排水管，其上部分布應(yīng)引至溢流面以下的上部走廊或壩頂部分，以便于維護(hù)。管距采用3m，排水管幕距離上游壩面的長(zhǎng)度，一般來(lái)說(shuō)要求不能小于壩前水深的1/10～1/12，并且不少于2m，因此，根據(jù)規(guī)定，本設(shè)計(jì)排水管設(shè)置在距離上游面9m遠(yuǎn)處，以此將滲透坡降控制在允許的范圍內(nèi)。排水管使用預(yù)制的多孔