毕业设计（论文）-峁水河水库土石坝设计说明书

华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第1页共48页目录目录1第一章基本资料311枢纽概况及工程目的312基本资料3121水文资料3122气象条件4123工程地质条件5124当地建筑材料6125交通条件6126施工条件7第二章枢纽布置921坝轴线的选择922坝型的确定9221各种坝型的特点9222坝型的确定1123枢纽布置12第三章坝体剖面设计1431坝顶高程的确定1432坝体结构设计15321坝顶宽度15322坝坡与戗道16323坝顶高程16324坝体排水设备选择及尺寸拟定1733坝体渗流计算18333土料的计算193331粘性土料的设计193332坝壳砂砾料设计2134渗流计算22341计算方法23342计算断面及计算情况的选择24343计算结果25344渗透稳定演算26345成果分析与结论2635坝坡的稳定计算26351计算原理26352计算工况28第四章细部结构设计3141坝基处理设计31411河床部分31412坝肩处理3142抗震设计32华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第2页共48页421拟静力法抗震稳定分析32422计算工况及方法32423计算成果分析32424三维地震反应分析33425抗震设计3443坝体与坝基、岸坡及其他建筑物的连接36431坝体的布置36432泄水方案选择404321隧洞选择与布置404322隧洞的体型设计404323隧洞水力计算424324隧洞的细部构造444325放空洞设计45华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第3页共48页第一章基本资料11枢纽概况及工程目的峁水河水库位于甘肃省礼县境内的峁水河上，距下游礼县县城30KM，峁水河是长江流域嘉陵江水洗西汉水上游的一条支流，控制流域面积167平方公里，峁水河水库总容量是1532万M3,灌溉面积为4万亩，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的中型水库。水库枢纽工程的主要建筑物有大坝、输水洞、溢洪道等。根据工程的规范及其在国民经济中的作用，按水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）规定，水库属等中型工程，主要建筑物按3级设计，其他建筑物按4级设计。12基本资料121水文资料1、年径流；峁水河发源于北秦岭西部的尖山、土棚、芦子滩三个地区，自西北向东南流，于坝址下游16KM处，流入盐关河再汇入西汉水。年径流由年降雨产生。年径流在地区与时间上的分布与年降雨量基本一致。年径流在年际间的变化悬殊，经分析采用的数据19591999年的资历，多年的平均流量为0591M3/S，CV027,CS2CV。不同频率的年径流量见表11。表11不同频率的年径流量表频率（）255075多年平均Q（M3/S）0701058204700591华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第4页共48页W（万M3）2239061834601482191863782、洪水；本流域洪水均由暴雨形成，暴雨历史短，均不足一天，实测到得最大日降水量1417MM（1966年7月21日）。暴雨以69月为最多，迟至十月份，早期在四月份也有出现。洪水过程与暴雨历时相应，洪水大小决定暴雨强度。由于上有河道及支沟较陡，故洪水多陡涨陡落，总历时约为一天，涨水历时仅23小时，大都呈单洪峰型，但如遇连续暴雨则呈多洪峰型，（如1966年7月末的洪水）；另外，本流域为双干型，当暴雨走向先支后干，自南而北，则干支流汇流时间略有错峰，亦会表现为上峰型式。由频率分析法求得计算成果见表12。表12洪水计算成果表洪量（万M3）项目洪峰流量（M3/S）12H均值115116CV122135特征值CS/CV2501113022430299220751685157425591378频率539611233、泥沙；峁水河泥沙来源在地区上分布和洪水在地区上分布时一致的。本地区泥沙在年内分配比年径流更集中。汛期输沙量占年输沙量的95以下，而汛期沙量又集中在几次大洪水。年际之间沙量变化悬殊。由统计分析得知，峁水河坝址以上多年平均输沙量为3734万M3，多年平均含沙量为200KG/M3。华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第5页共48页122气象条件全流域地处甘肃省东南部，冬季为蒙古高压气流控制，夏季受太平洋、阿留申、孟加拉湾低压气流的影响，冷气流的相对运动，尤其是西南部暖湿水气沿嘉陵江河谷北上，均降雨量为455MM。流域多年的平均气温为9OC，日温度变化大。离坝址较近的红河雨量站实测最高气温34OC（61年8月8日），最低气温245OC（72年2月9日），多年平均无霜期162天，河道一般为12月初封冻，次年3月上旬解冻，冻厚20CM。多年平均最大风速15M/S，水库风区长度为3KM。123工程地质条件1、区域地质概况峁水河河谷开阔，河道两侧为剥蚀型黄土低山区，两岸发育级阶地。级阶地紧贴河床不太发育；级阶地为现代主要耕作川区；级阶地在坝址区仅见左岸有残缺不全的分布，并有明显的二元结构表层位黄土状重粉质壤土，下位12M厚的沙砾石层，基下为第三系红色沙砾岩。本区内所见最古老的底层为上泥盆统大草滩群浅海相之碎屑岩，另外还分布有下第三系红层、第四系堆积物。2、地址构造与地震工程区在大地构造单元上属北秦岭地槽之山钱拗陷带。本地区地质构造复杂，全区地震频繁，特别是盐关、礼县一带的地震对峁水河水库的影响大。根据甘肃省地震烈度图（50年超越概率10），本区基本烈度为9度。3、库区工程地质条件库区两岸基岩为下第三系红色砂砾岩、粘土岩及上泥盆统黄色紫色泥质页岩夹石英砂岩、黑色炭质页岩夹石英砂岩。库内无区域性的通向邻谷的深大断层。一般小的断裂均在库内发生和尖灭，影响不大。库区及支沟内均有不透水的第三系红色粘土岩，砂砾岩出露，此种岩石胶结致密，不会漏水，经过对库区内断层的勘探分析，水库向外流域及下游漏水的可能性很小。华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第6页共48页4、坝址区工程地质条件1地形地貌水库库区河谷教开阔，宽度一般为500600M，库区两岸山坡平缓。2覆盖层河床311M为冲洪积砂砾石层。3底层岩性大坝左端与毛芦山接肩，毛芦山整体岩石较完整，基本抗水，作为坝肩是稳定可靠的，亦无绕坝渗漏之患。大坝右坝肩为厚达29M的黑色淤泥质重粉质壤土，结构致密，土质较硬，垂直渗透系数24105CM/S，不会产生绕坝渗漏现象。124当地建筑材料当地建筑材料主要为坝体填筑土料，混凝土粗、细骨料、块石料等。1、土料大坝所需土料取自水库下游约3KM右岸山坡和山顶上，为黄土状中粉质重粉质土壤，粉粒含量69左右，易溶盐含量0041，有机质含量097，属低中压缩性壤土，层厚510M左右，开采储量1015万M3，可满足工程需要。2、砂、砾石料砂料分布在库下游4KM石嘴河床中，该处河道开阔，沙砾石层最厚达11M，潜水埋深1115M，沙砾石中砾石约60左右，砂占30，砂料平均粒径06064，细度模数为32336，储量满足工程需求。3、块石料块石料场位于水库上游25KM的白草沟中，主要为上泥盆统厚层石英砂岩，质地坚硬，表面微分化，其质量技术指标及储量均满足工程要求。4、壤土试验有关指标干重度165KN/M3，湿重度185KN/M3，浮重度106KN/M3，饱和重度206KN/M3，粘结力19KPA，内摩擦角18O，渗透系数24105CM/S；5、可供作堆石排水体的石料有关指标干重度1950KN/M3，饱和重度2230KN/M3，浮重度1230KN/M3，湿重度2030KN/M3，内摩擦角31O，渗透系数12102CM/S；华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第7页共48页6、河槽底部沙砾石的有关指标干重度1020KN/M3，饱和重度2230KN/M3，浮重度1230KN/M3，湿重度2030KN/M3，内摩擦角30O，粘结力为0，渗透系数17103CM/S；125交通条件峁水河水库距礼县县城30KM。自库区有公路通往盐关、礼县、杨家寺、天水等地，施工交通尚属便利，坝顶无交通要求。126施工条件大坝右岸及坝下游地形较平坦、开阔，便于布置施工场地，本库区已有10KV变压器一台，只需架设05KM输电线路至坝面，并增设250KVA变压器一台即可。表13水库规划及建筑物特性指表项目单位数量备注校核洪水位M22970P01设计洪水位M22887P1正常蓄水位M22890汛期限制水位M22830水位死水位M22625总库容万M3153200调洪库容万M326791兴利库容万M339686库容死库容万M395200坝型土石坝坝顶高程M23189主坝最大坝高M3189孔数孔5华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第8页共48页堰顶高程M22570闸孔尺寸（宽高）MM553单宽流量M3/SM168消能方式挑流设计泄洪流量M3/S29374溢洪道校核泄洪流量M3/S41922型式圆形压力洞进口底部高程M2160洞径M40洞长M1000闸孔孔数（进口）孔1闸孔孔数（出口）孔2输水洞最大输水量M3/S116华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第9页共48页第二章枢纽布置坝型选择根据坝址特点，各种坝型特点，比较各种坝型是否适合坝址特点确定。枢纽布置按照便于施工，利用地形的原则，合理布置。包含水利枢纽建筑物的确定，各建筑物适合不同地形确定枢纽布置。21坝轴线的选择经过比较选择地形图所示河弯地段作为坝址，并选择II、IIII两条较有利的坝轴线，两轴线河宽基本相近，从而大坝工程量基本相近，从地质剖面图上可以看出II剖面，跨度较小上游市开阔的河道便以蓄水，所以将坝轴线选择II处。图21坝址纵剖面图华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第10页共48页22坝型的确定221各种坝型的特点考虑比较四种比较常用的坝型混凝土拱坝坝型；混凝土重力坝坝型；土坝坝型；支墩坝；土石坝。其中土石坝又分为土石心墙坝，土石斜墙坝，心墙堆石坝，混凝土面板堆石坝。1、混凝土拱坝坝型拱坝依靠两岸岩体承担拱推力，抗滑稳定由两岸岩体决定，拱内应力分布均匀，有利于材料强度的发挥。节约材料，坝身可以开孔过流，不需要另外设置泄洪建筑物，坝身轻，抗震性能好。但是导流不方便，并且要求坝址河岸岩体要好，要是V型河谷。所以对坝址要求比较高，对防渗，温度要求比较高。根据坝址地质情况，不适合布置拱坝。2、混凝土重力坝坝型混凝土重力坝依靠大坝自身与岩基之间的摩擦力来平衡水压力从而维持稳定。所以重力坝要求建在岩基上，所以要求有坝址有坚硬的基岩。混凝土重力坝要求防渗要好，重力坝适应性广，并且安全可靠，对地形地质调教适应性强，可以使用大体积混凝土机械施工，施工工艺简单。稳定和应力计算简单，在基岩上适于建混凝土重力坝。根据地形地质情况，可以考虑建混凝土重力坝。3、土坝坝型土坝利用土质当水，防渗比较差。土坝不能过水，需要另外设置坝外泄水建筑物。土坝对坝基要求不高，但是坝址区要有大量的土，要有建筑防渗心墙的土料。根据坝址情况，没有土料，有大量的石料，不适合建筑土坝。4、支墩坝支墩坝由一系列支敦和挡水面板所组成，支墩沿坝轴线排列，前面设挡水面板。支墩坝也是依靠重力维持稳定的挡水建筑物，自重较轻，坝体工程量小。由于支墩坝的应力较高，对地基的要求比重力坝还高，特别是连拱坝，因其整体结构，对地基的要求就更加严格，因此不能选用。大头坝和宽缝重力坝接近，也不宜采用。平板坝由于钢筋用量大，且面板容易产生裂缝。也不适合修建该坝。5、土石坝坝型土石坝要求土料与石料以一定的比例筑坝。也要求当地华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第11页共48页坝址有足够的土料与石料，防渗材料。土石坝可以利用机械化快速施工，土石坝也不能在坝身过水，需要设置坝外泄水建筑物。在地形给予符合的情况下，可以考虑修建土石坝。根据坝址情况，有少量的沙土，或壤土，河谷不是很宽，可以考虑修建土石坝。土石坝可以分为土石心墙坝，土石斜墙坝，心墙堆石坝，混凝土面板堆石坝。心墙土石坝，土石斜墙坝和心墙堆石坝需要有建筑心墙的土料，利用心墙防渗，防渗性能不是很好。混凝土面板堆石坝，可以充分利用当地丰富的石料，混凝土面板防渗比较好，混凝土面板堆石坝是近年来迅速崛起的一种坝型，可以使用机械化快速施工，造价低，一般坝身不能泄水，堆石坝要求当地有丰富的石料。坝址区有丰富的石料，是建造堆石坝的有利条件，河谷不是很宽，是适合修建堆石坝的有利地形。由上面的方案选择可知，在该地区最好采用的坝型就是堆石坝型。主要有几个方面的原因1、采用当地的材料筑坝，还可以充分利用枢纽中其他建筑物开挖的土料。2、某工程坝址石料材料丰富，土料相对较少，适合建堆石坝，堆石坝的断面较小，即使在当地有土料的情况堆石坝也是可以考虑的坝型。3、从施工机械来看，大型堆石坝施工机械为加快施工、降低造价提供了保证条件。特别是重型振动碾的使用，可把堆石坝体碾压的密实，沉降量很小，有利于坝的稳定。4、堆石坝对地基的要求比混凝土坝为低，可以建在地质条件略差的坝址上。而某覆盖层比较少，下面是石英砂岩，适合建堆石坝。5、某工程所在地，交通比较方便，有公路通往县城，建造堆石坝可以减少外来材料的运输，并且可以充分利用当地石料，比较有利。6、建造堆石坝施工导流问题较土石坝容易解决，可部分利用未建完的堆石体坝顶在汛期溢流，从而可减小导流隧洞的尺寸，减少投资，但这种情况需注意对坝顶、下游坝坡和下游坝基加以保护。7、堆石坝设计理论和施工经验的积累和发展，为修建即安全，又经济的堆石坝提供了另一保证条件。华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第12页共48页8、堆石坝施工比均质土坝可少受雨天的影响，比混凝土坝可减少受温度变化的影响。222坝型的确定堆石坝几种防渗分区坝型比较1、钢筋混凝土斜墙坝对于施工有利，但由于厚覆盖层，势必引起坝体的不均匀沉陷，从而引起混凝土的开裂，为防止其发生，对于工程质量的要求就很高，很难达到；且需要的钢筋混凝土又较心墙坝多，故放弃钢筋混凝土斜墙坝。混凝土斜墙坝的理由类似。2、钢筋混凝土心墙坝钢筋混凝土心墙坝虽比混凝土重力坝节省砼量，又能有效利用当地的土石料，但当地处于偏远山区，混凝土的生产、运输费用高，筑心墙坝工期受心墙浇筑的影响。不宜采用。3、沥青混凝土心墙坝沥青混凝土有较好的塑性和柔性，当产生裂缝时，尚有自行愈合的性能；施工简单、造价低；心墙受气候条件、日照影响少，长期老化问题也较少，施工可以与两侧填石同时进行。但是，沥青混凝土防渗墙与其它混凝土建筑物的连接十分重要，往往会出现裂缝和漏水，以至影响大坝安全。4、混凝土面板防渗的面板坝防渗面板坝依靠坝体上游面防渗以蓄水，抗滑稳定性高；坝面坡度可比其它坝型陡些，减少坝体体积；面板兼有上游面护坡的作用；堆石体施工不受防渗结构施工的影响；防渗面板设在坝体表面，维护、检修比土防渗墙容易。当然，由于坝体不均匀沉降会直接影响到防渗面板，使其发生裂缝，降低防渗功能，有损大坝安全；但是可以对防渗面板进行分缝，就可以降低面板的集中应力。即使沉降使得面板产生裂缝，可以在坝体内设置排水，下游可以设置排水棱体。所选的坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩石透水性大，基岩的强度较底，且不完整。从地质条件看不宜建拱坝。支墩坝本身的应力较高，对地基的要求也很高，在这种地质条件下修建支墩坝也是不可能的。较高的混凝土重力华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第13页共48页坝也要求修建在岩石基础上，因此也是不可行的。而土石坝适应地基变形能力较强，对地基的要求较低。从当地的材料来看材料比较丰富，土石坝又有就地取材特点。通过各种不同的坝型进行定性的分析比较，综合考虑地形条件、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝的方案。23枢纽布置1、挡水建筑物土坝挡水建筑物按直线布置，坝布置在河弯地段上。2、泄水建筑物泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案，为缩短长度、减小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，这样对流态也较为有利，考虑到引水发电隧洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为宜。为减少泄洪时影响发电，进出口相距80100M以上。3、水电站建筑物引水隧洞、电站厂房布置于凸岸，在泄洪隧洞与大坝之间，由于风化岩层较深，开关站布置在厂房旁边。华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第14页共48页第三章坝体剖面设计31坝顶高程的确定坝顶高程分别按设计工况、校核工况及正常加地震情况下的三种方案来计算大坝的高程，最后计算出数据取最大值，同时并保留一定的沉降值坝顶高程在水库正常运用和非常运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高值按下式而定D（31）BHEA式中波浪沿着坝坡的爬高（M），坝前库水因风浪引起的壅高，BH安全加高（M），根据坝的等级及运用情况按下表31选用A表31土坝坝顶的安全超高值坝的级别运用情况、正常15100705非常07050403（CM）322036COS/FEVDH式中为风速（M/S）、为库面吹程（KM），15KM、FD华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第15页共48页风向与坝轴线方向所成的夹角，25、为坝前的水深（M）。H波浪的爬高可按下述公式计算（33）132TANBHKH式中为波高、为坝坡的粗糙系数，块石取07508，混凝土板1K取0910，为上游的坝面坡角，ARCTAN1/25218。K（34）5/41/31206FHVD当计算为设计工况时，风速取多年平均最大风速的15倍；当计算为校FV核工况时，风速取多年平均最大风速。结果取两者之大者，并预留一定的沉降值结果见下表32，设计竣工时坝顶高程为232M表32坡顶高程计算成果表计算情况计算项目设计情况校核情况上游静水位（M）2289022970河地变程（M）201坝前水深HM29703090吹程DKM12风向与坝轴线的夹角（）25O风浪引起坝前高EM0006300062风速VM/S1515波高2HM11221122护坡粗糙系数078上游坝面坡角218波浪沿坝坡爬高（M）11201120安全超高A（M）1005坝顶高程（M）2288722970坝顶高程加04沉陷M2318923232坝体结构设计华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第16页共48页大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程，坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体等排水设备。321坝顶宽度坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件，同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。根据以往工程经验的统计资料，坝高H在30100M的范围内时，坝顶的宽度最小取H/10，并不小于5M。最终本设计的坝顶宽度取为6M。322坝坡与戗道土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。一般是参考以建成类似工程的经验拟定坝坡，再通过计算分析，逐步修改确定。在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。坝坡根据规范规定与实际结合，坝高约32M，故采用三级变坡。上游坝坡1301325135。下游坝坡1251275130。马道第一级马道高程为211M，第二级马道高程为222M。在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置152宽的马道（戗道）以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，考虑这些因素其宽度取为20323坝顶高程坝顶高程等于水库静水位与超高之和，并分别按以下运用情况计算，取其最大值。设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高，校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第17页共48页（35）21WCCKRHLM（36）045208VGDHC（37）5/41/32516CCFL式中与糙率有关的系数，采用砌石护面，075，经验系数、KKW折减系数、计算坡度系数。代入数据，两种计算成果列表33。M表33坝顶高程计算表运用情况静水位MRMEMAMHM防浪墙顶高程M坝顶高程M设计情况228871853001307256623144校核情况22970116400050415692312723136232验算坝顶高程05,287052937M设计洪水位即校核洪水位324坝体排水设备选择及尺寸拟定常用的坝体排水有以下几种型式贴坡排水、棱体排水、褥垫式排水。贴坡排水不能降低浸润线。多用于润浸线很低和下游无水的情况。棱体排水可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚不受尾水淘刷，且有支撑坝体增加稳定的作用，是效果较好的一种排水型式。褥垫排水，对不均匀沉陷的适应性差，不易检修。本土坝坝体排水设备可选用棱体排水，尺寸为顶宽2M，内坡115外坡120；顶部高程须高出下游最高水位1020M。在排水设备与坝体和土基接合处，设反滤层。做出坝体最大剖面如图31所示华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第18页共48页图31坝体最大剖面图（单位M）33坝体渗流计算331坝体的防渗坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求，同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面的要求该坝体采用粘土斜心墙，其底部最小厚度由粘土的允许坡降而顶，本设计允许渗透坡降J5，上游校核洪水时承受的最大水头为297，墙的厚度B2989/55978参考以往工程的经验，斜心墙的顶部宽度取为5（满足大于3机械化施工要求），粘土斜心墙的上游坝坡的坡度为104110之间，根据第十一届国际大坝会议上瑞典和南斯拉夫等论文介绍，斜心墙的上游坡度为104106之间较好，最后本设计取为106，下游坡度取为102,底宽取1076,大于5987粘土斜心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高06M）并高于校核洪水位为原则，最终取其墙顶高程为2301，墙顶的上部预留有19M的保护层，并将粘土斜心墙稍斜向上游332坝基防渗体河床中部采用沥青混凝土防渗墙，两岸坡同样用混凝土防渗墙，厚度取08由强度和防渗条件定，防渗墙伸入心墙的长度由接触面允许渗透坡降而华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第19页共48页定上下游最大水头差为297M（正常水位时），取J50，则L297/5594M,设计伸入35M这样接触面长度为2350878防渗墙位置在心墙底面中心中部偏上，岸坡混凝土防渗墙底厚沿岸坡，逐渐变化，大坝的剖面图如下图32所示图32大坝剖面图333土料的计算筑坝材料的设计与土坝的结构设计、施工方法及工程造价有关，一般力求坝体内的材料分区简单，就地就近取材，因材设计。土料设计的主要目的是确定粘土的填筑干容重、含水量，砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标，同时要使材料具有较高的强度，以减小坝体断面尺寸，防渗体较小的渗透性，以保证渗透稳定。3331粘性土料的设计1、计算公式粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验求最大干容重、最优含水量（一般采用25击，其击实功能为863TM/M3）。由于最优含水量随压实功能的大小而变，故在土料的设计中常根据土料的实际施工机具的压实功能，选择相应的最优含水量作为填筑土料的含水量。根据国内外的筑坝经验，常将粘土的填筑含水量控制在最优含水量的附近，其上下偏离最优含水量不超过（23）。根据以上的击实次数和击实功能，得出的多组平均最大干容重和平均MAXR最优含水量0W华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第20页共48页设计干容重为DR（38）MAXR式中设计干容重（/3），在相应击实功能下的平均最大干容重。DRAX施工条件系数（或称压实系数），对于一二级高坝，的值采用096099之间，三四级坝或低坝可采用093096，本设计取096；粘性土的填筑含水量为W（39）PBI式中土的塑限、土的塑性指数、稠度系数，对高坝可取0101PB之间，低坝可取0102之间，本设计取07。设计最优含水量为（310）0W用下述公式计算最大干容重作为校核参考（311）MAXRSVA1式中土粒的比重，压实土的含气量，粘土可取005，砂质粘土取SA004，壤土可取003，本设计取为005。运用下式作校核102112（311）DR0DR式中土料场的自然干容重。0对一二级坝，还应该进行现场碾压试验，以便复核，并据以选定施工碾压参数。2、设计成果如表34所示表34粘性土料设计成果表华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第21页共48页类型下下上上下比重S267626726527427最优含水量220721072230238169设计干容重1536158414976147841648塑限含水量WP23142220250263200填筑含水量W21782068232924661902自然含水量2482422562631590塑性指数1946217024572350140孔隙此E0742068607695085305625湿密度187191218461843185浮密度09620991093250939106内摩擦角174018301610163018粘聚力024023025038019渗透系数K（）SCM/10643194819396243、土料的选用各类沙砾的物理性质、力学性质、和化学性质也存在一定的差异，土料的采用以“近而好”为原则III下类的渗透系数偏大（/S）不予采用，因为6103根据筑坝材料的填筑标准规定，渗透系数一般对均质坝不大于11043/S,对心墙或斜墙不大于11053/S其余几个料场力学性质相差不是太大，基本上能满足筑坝要求。I下类的塑性指数小于20，从压的角度宜采用I下料场的粘土料，所以可将I下料场作为主料场，其余几个料场作为辅助类型。3332坝壳砂砾料设计1、计算公式坝壳砂砾料设计指标以相对密实度表示如下式312所示，或（312）1MINAXEDRDDRRMINAXAX式中为最大孔隙比，；为最小孔隙比，AXI/1ESMINE；为填筑的沙、沙卵石、或地基原状沙、沙卵石的孔隙比，MIN/ESRE华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第22页共48页；为沙粒比重；、为最大和最小干容重，由试验求得/1DESRSMAXRIN为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的干容重。非粘性土料填筑一般要达到密实状态，对于砂土要求不小于070；对于RD砂砾石，则依坝的级别而定，I、级坝不小于075，、级坝不小R于070。在地震区要求更高。一般沙砾料的干容重KN/M3。217D2、设计成果如表35所示表35砂砾料设计成果表不均匀系数大于5MM砾石含量比重S设计干容重RA设计孔隙比E保持含水量湿容重RU浮容重R内摩檫角粘聚力渗透系数103CM/S43450751965904738519611930300245482751865904738519611930100245462751965904738519611931200234422731952404738519511743140023、砂砾料的选用。除类的不均匀系数不满足要求外，其余几个3上3类型，渗透系数、砾石含量、不均匀系数能满足要求，故而都可作为筑坝的砂砾料。施工时可考虑上游料填在坝的上游测，下游砂砾料填在下游测，这样有利于施工，减小相对干扰。从颗粒级配曲线可以看出、类级配较好，物4上1下理力学指标也较高，应优先采用。华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第23页共48页34渗流计算土石坝的渗流计算主要确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据；同时确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗漏损失，而且还要确定坝体和坝基渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便取适合的控制措施。341计算方法选择水力学解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近视解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。计算简图如下图33所示图33渗流示意图与渗流简图华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第24页共48页通过防渗体流量（313）TDHKBKQSIN21211通过防渗体后渗流量（314）TLTHKQ402112式313、314中防渗体渗透系数，上游水深、K,/398SMH逸出水深、防渗体有效厚度、防渗体等效和倾角、混凝土防渗墙渗1HB2K透系数，M/S、下游水深，冲积层厚度，取最大值32M、防渗墙1051TD厚度、防渗体后渗透系数，M/S、冲积层渗透系数；2104M/S。1K402T假设1、不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；2、由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水与下游水位相差不是很大，认为不会影响逸出高度；3、对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不是平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近视认为下游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端即为坝址。342计算断面及计算情况的选择对河床中间断面II,及左右岸坝肩处的两典型特殊断面IIII、IIIIII进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水及设计洪水时进行。华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第25页共48页图34均质土坝渗流计算图图35均质土坝（A）有水平排水时（B）有棱体排水时343计算结果渗流计算结果汇于表36所示表36渗流计算结果表计算情况计算项目正常情况设计情况上游水深H2892970华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第26页共48页54631231320000下游水深TM000675254300400438逸出水深H1M017280181658560843116381749渗流量Q（M3/SM）210495151总渗流量QM3/D1622417078344渗透稳定演算斜心墙之后的坝壳，由于水头大部分在防渗体损耗了坝壳渗透坡降及渗透速度甚小，发生渗透破坏的可能性不大，而在防渗墙与粘土斜墙的接触面按允许坡降设计估计问题也不大。在斜墙逸出点渗透坡降较大，予以验算。渗透坡降的计算公式（315）BHJ式中上游水深减逸出水深、防渗体的平均厚度。计算成果见表37所示华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第27页共48页表37各种工况渗流逸出点坡降填筑土料的安全坡降，根据实践经验一般为510，故而认为渗透坡降满足要求，加上粘土斜心墙有反滤层，故而认为不会发生渗透破坏。345成果分析与结论以斜心墙、混凝土防渗墙与两岸坝肩开挖风化岩填以粘土形成粘土截水墙的垂直防渗带作为防渗措施。总渗流在正常蓄水时为16224M3/S，设计洪水时为17078M3/S，与同类工程相比显然是很小的。在计算中并考虑绕坝渗流及岩基透水，混凝土防渗墙的渗透系数应取较大值，K215109CM/S，这样取值估计的渗流量可能大于实际渗流量，但坝的渗透坡降仍满足设计要求，说明取值合理35坝坡的稳定计算351计算原理假设ABC为可能的滑动面，其中AB为下滑动面，BC为上滑动面，即斜心墙的上游面，BD为错动破裂面，本设计取为铅直断面。滑动土体ABCDA与BCEDB之间的相互作用力为P，P与BD面的法线夹角为零度，如图5保护层稳定计算简图所示，其中A图为滑动体断面图，B图为BCEDB滑动体的力多边形图，C图为ABCDA滑动体的力多边形图。由滑动体BCEDB的平衡方程可知当V0时111COSSINRWCI当V0时INCOP从以上两式联立求解，可得断面计算情况正常设计正常设计正常设计坡降J3312338662589427652324733868华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第28页共48页（316）111SINCOSCWCIP同理，从滑动体ABCDA的平衡方程可知（317）222SINCOSCOIP由式以上相等的条件，可得（318）11112222SINSSCOWCI图36上游坝坡稳定计算受力分析简图计算时分别按施工期、稳定渗流期、，库水降落期核算土石坝的稳定。在已确定的滑动面的情况下，先假设安全系数K，然后将滑动面上由实验得到的土体抗剪强度指标C1、C2、TAN、TAN分别除以安全系数K，即12、12K11TANRC22TANRC然后将所求的C1、C2、值代入方程上式，如果等式两边相等，1TAN2T则假设的安全系数K就是该滑动面的安全系数，反之，则还需重新计算，直至方程两边相等为止。华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第29页共48页为了计算安全系数最小的滑动面，如图所示的步骤进行。先假设若干个不同水位HI，对应与相应水位下再假设若干个不同的下部滑动面ABCDA的滑动坡角I，分别计算其安全系数，绘成安全系数曲线后，从中求得某一水下的最小安全系数KMIN。352计算工况为简化计算，过坝顶上游岸边点作斜率为1M2的一条斜线交坝底线于O点，以O点作为坐标原点建立坐标系如图37所示图37坐标系1、方程关系式如下（1）AO直线的方程为令KA1/M2YKAX0873Y过O点作一条直线段OB，其与X轴的夹角为1，501160（2）OB的方程为Y0TG1X080COS1X0160COS91过B点作三条直线BC直线、BE直线、BD直线（3）BC直线方程为YKBXX0Y0KBTG90100100华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第30页共48页（4）BD直线方程为YKCXX0Y0KCTG390800（5）BE直线方程为YKDXX0Y0KDT计算单宽土体自重（1）联立OA与BE方程求解得交点坐标X1KDX0Y0/KAKDY1KAX1（2）联立OA与BC方程求解得交点坐标X2KBX0Y0/KAKBY2KAX2（3）联立OA与BD方程求解得交点坐标X3KCX0Y0/KAKCY3KAX3（4）故两点间距离为DOE11XDCD32323232YYXDBE10101010W105DOEDBEGRW205DCDDBEGR令111/K0221/K0331/K0MW1CTG3/W2CTG11W1/W2TG2若M0则重新假设K0直至满足要求。变换、X0计算出若干个K0值，作图求解最小的K0值。上下游坝坡稳定计算成果见表38所示表38坝坡稳定计算成果华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第31页共48页由计算可知各种工况下的安全系数均满足要求，正常运用情况大于13，正常地震时大于1053、稳定成果分析由于上游坝坡较缓，稳定渗流期以及库水位降低期，不考虑地震时，KMIN131，考虑地震时，KMIN108；下游坡情况也类似，正常情况KMIN158,非常情况KMIN152，坝的稳定安全系数偏大，就此而言，可考虑加陡坝坡以减小工程量鉴于各种因素考虑不全，实际安全系数可能要小些，故而不改变坝坡，维持原拟订的剖面第四章细部结构设计41坝基处理设计411河床部分1、渗流控制方案。条件允许时优先考虑垂直防渗方案。在透水层较浅（1015M以下）时，可采用回填粘土截水槽方案，由于坝址处河床冲积层平均深7M，最大达11M，施工比较困难而不予采用又由于河床有孤石，采用钢板桩也比较困难，造价也高帐幕灌浆在此地存在可灌性问题混凝土防渗墙方案，部位组合情况最小安全系数（KMIN）1/3坝高水深134死水位131正常蓄水位13正常蓄水位地震108上游坡死水位地震108正常蓄水位时158设计洪水时158下游坡正常地震152华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第32页共48页施工快、材料省、防渗效果好，对于这种深度透水层是比较合适的，决定采用这种方案按混凝土的允许坡降及水头定出厚度为08M防渗墙深入河床冲积层，底部嵌入基岩，上部则与斜心墙连接由于防渗墙两侧冲积层易沉陷，引起防渗墙顶部粘土心墙与两侧粘土心墙的不均匀沉陷而导致裂缝为此防渗墙顶部作成尖劈状，两侧以高塑性粘土填筑，伸入斜心墙的深厚度已经确定为35M，底部深入基岩05M,尖劈顶宽025宽，详见下文的构造设计2、防渗墙的型式、材料及布置根据以往经验，对于透水层厚度为3060M的情况，采用槽板式混凝土防渗墙比较合适，设计中采用这种型式。混凝土防渗墙要求材料有足够的抗渗能力及耐久性，能防止环境水的侵蚀和溶蚀；有一定的强度，满足压应力、拉应力、剪应力等各项强度要求有良好的流动性、和易性以便在运输中不发生离析现象而且能在水下施工。防渗墙布置于斜心墙之下，从防渗角度来看偏上游为好，但从防裂角度看偏下游一侧好，综合考虑布置于心墙底面中心偏上。412坝肩处理大坝左端与毛芦山接肩，毛芦山整体岩石较完整，基本抗水，作为坝肩是稳定可靠的，亦无绕坝渗漏之患。大坝右坝肩为厚达29M的黑色淤泥质重粉质壤土，结构致密，土质较硬，垂直渗透系数24105CM/S，不会产生绕坝渗漏现象。42抗震设计峁水河大坝顶高程23189M，最大坝高32M，坝顶宽6M，上游坝坡为1301325135。下游坝坡1251275130。坝体主要粘土心墙防渗体及坝壳堆石料组成，在心墙和坝壳土石之间设有碎石过渡层。心墙底部设钢筋混凝土垫座，垫座宽约3M、高3M；垫座下为混凝土防渗墙，墙厚度112M。左坝肩基岩埋深较浅，坝基采用全封闭防渗墙防渗，而河床及右岸则利用深厚覆盖层中延伸长、厚度较大的弱透水土层作为坝基相对隔水层。大华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第33页共48页坝抗震分析同时采用拟静力法和动力法。421拟静力法抗震稳定分析过去几十年，一直采用拟静力法进行土石坝的抗震稳定分析。拟静力法的实质，是在常规的静力稳定分析中，把坝体各质点的地震惯性力当作静力作用在该质点处，用以计算坝坡滑裂体的抗滑稳定安全系数。国内外的实践和研究表明，拟静力法适用于地震时强度不会有很大损失的材料修建的土石坝。冶勒大坝则是采用现代技术施工的沥青混凝土心墙堆石坝，坝体结构密实，大坝地基覆盖层结构密实，力学强度和变形指标较高。所以，拟静力法可以为冶勒大坝提供有价值的分析成果。422计算工况及方法为了对比反映地震作用对冶勒大坝坝坡稳定的影响，本文同时介绍大坝上、下游坡在稳定渗流期、稳定渗流遇度地震和稳定渗流遇度地震的稳定分析情况。地震工况下还对水平加速度代表值A045G进行了计算。各种工况的坝坡稳定分析均按简化毕肖普法5计算。423计算成果分析沥青混凝土心墙堆石坝上、下游坝坡在各种工况下计算得到的最小稳定安全系数，最危险滑弧位置如表41所示表41危险滑弧位置坝坡工况KK稳定渗流期210115稳定渗流加级地震181812稳定渗流加级地震1494下游坝坡水平加速代表值045G计算12990稳定渗流期255715上游坝坡稳定渗流加级地震189412华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第34页共48页稳定渗流加级地震1541水平加速代表值045G计算1345K坝坡稳定安全系数，K坝坡抗滑稳定最小安全系数计算表明，坝坡稳定的控制工况为地震作用工况，最终采用的坝体断面满足稳定要求。下游坝坡的最危险滑弧一般是从上游坝坡上部，经沥青心墙的中下部，在下游坝脚处通过层顶面从坝下游滑出。上游坝坡的最危险滑弧在上游坝体内，与一般工程类似。424三维地震反应分析大坝和地基地震动力反应等问题进行了研究。图41地震三维分析1、分析方法坝体及坝基可视为由许多质点组成的多自由度体系，经过有限元法离散后，其动力方程为（41）GMCKM式中、分别表示坝体及坝基的总质量矩阵、总阻尼矩阵和总劲度矩阵；、分别为坝体及坝基结点的加速度、速度和位移列阵；为地震加速度列阵。G质量矩阵可用集中质量法求得，即假定单元的质量集中在结点上；劲M华北水利水电学院兰州函授中心地址兰州东岗甘肃水利水电学校网址WWWGSSDEDUCN电话09318799109第35页共48页度矩阵可用常规的有限元法求得；总阻尼阵由各单元阻尼阵组成，单元阻K尼阵由下式计算EC、（42）EEIIAMIIA/II式中单元的阻尼比、土体振动基频。II式41采用WILSON法通过逐步积分求解，本计算中采用14，输入的地震加速度时程曲线时间间隔为001S。求解时，考虑堆石坝体和覆盖层地基的动力非线性，动剪切模量G和阻尼比与剪应变有很大的关系。剪切模量G采用公式（43）1MAXNGKP式中、相应于时的试验常数；平均有效应力；NAXNM为剪应变的函数。MAX/425抗震设计土石坝的抗震安全评价技术虽然已经取得了很大进步，但是，目前对土石坝的一些主要震害现象，如裂缝、沉降变形、渗漏等，还难以通过计算分析准