河海函授E江水利枢纽说明书土石坝设计

毕业设计设计题目: E 江水利枢纽工程 专业班级: 水工 2 班 学 号: ahslG14011 姓 名: 陈礼倩 指导老师: 评阅老师: 2016 年 3 月摘要毕业设计一般说明(一) 教学目的毕业设计是学生函授期间最后的、总结性的重要教学环节，其目的是：1巩固、加深、扩大学生所学的基本理论和专业知识，并使之系统化；2培养学生运用所学理论知识解决实际技术问题功能力，初步掌握设计原则、 方法和步骤；3培养学生具有正确的设计思想，树立严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风；4锻炼学生独立思考、独立工作的能力，并加强计算、绘图、编写说明书及使用规范、手册等技能训练。目 录1 综合说明 .41.1 枢纽任务 .41.2 水文 .41.3 工程地质 .61.4 工程任务和规模 .111.5 工程布置及主要建筑物 .112 调洪演算 .132.1 调洪演算 .133 工程布置及主要建筑物 .153.1 工程等级及设计标准 .153.2 坝址及坝型选择 .153.3 工程布置及主要建筑物型式 .153.4 拦河坝设计 .163.5 泄水建筑物设计 .243.6 过木建筑物 .28计算书 .2901 综合说明1.1 枢纽任务本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。1. 发电装机 24MW，多年平均发电量为 1.05 亿度。本电站装 3 台 8MW 机组。正常蓄水位为 2820.5m，汛期限制水位可取与正常蓄水位相等，死水位为 2795.0 m， 3 台机组满发时的流量为 45.0 m3/s，尾水位为 2751.0 m。厂房型式为引水式厂房 ，厂房平面尺寸为 3213 mm，发电机高程为 2760.0 m，尾水管底高程为 2748.0 m，厂房顶高程为 2772.0 m。副厂房平面尺寸为增加保灌面积 10 万亩。3. 防洪可减轻洪水对下游城镇、厂矿和农村的威胁。根据防洪要求，设计洪水时最大下泄流量限制为 860m 3/s。4. 渔业正常蓄水位时，水库面积为 15.16 km 2，为发展养殖业创造了有利条件。5其它引水隧洞进口底高程为 2789.00 m，出口底高程为 2752.30 m；引水隧洞直径为 4 m，压力钢管直径为 2.3 m，调压井直径为 12.0m；放空洞直径为 2.5m。可放空水库至水位 2770.00m。1.2 水文1.2.1 流域概况E 江位于我国西南地区，流向自东南向西北，全长约 122km，流域面积 2558km2，在坝址以上流域面积为 780km 。本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地交错于其间，地形变化剧烈，流域内支 流很多，但多为小的山区流河流，地表大部分为松软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰 岩的风化层，汛期河流的含沙量较大。冲积层较厚，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的 20，林木面积约占全区的 30，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。1.2.2 气象 1. 气温：年平均气温约为 12.8，最高气温为 30.5，发生在 7 月份，最低气温为-5.3，发生在 1 月份。各月平均气温见表 1，平均温度的天数见表 2。表 1 月平均气温统计表月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年平均平均气温 4.8 8.3 11.2 14.8 16.3 18.0 18.8 18.3 16.0 12.4 8.6 5.9 12.8( )表 2 平均温度日数日数 月份1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12平均温度 0 6 1.2 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 3.10 30 25 26.8 30.7 30 31 30 31 31 30 31 30 27.9 30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 012. 湿度：本区域气候特征是冬干夏湿，每年 11 月至次年和 4 月特别干燥，其相对湿度为 5173 之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为 6786。3. 降水量：最大年降水量可达 1213mm，最小为 617mm，多年平均降水量为905mm。各月降雨天数见表 3。表 3 各月降雨日数统计表月日份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12数平均降雨量30mm 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 04. 风力及风向：一般 14 月风力较大，实测最大风速为 19.1 m/s，相当于 8 级风力，风向为西北偏西。水库吹程为 15km 。1.2.3 水文特性E 江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据实测短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。E 江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为 700m3/s，而最小流量为 0.5 m3/s。1年日常径流：坝址附近水文站有实测资料 8 年，参考临近测站水文记录延长 后有 22 年水文系列，多年年平均流量为 17 m 3/s。2洪峰流量：经频率分析，求得不同频率的洪峰流量如表 4。各月不同频率的洪峰流量见表 5。表 4 不同频率洪峰流量频率 0.05% 1% 2% 5% 10%流量（ m3 s） 2320 1680 1420 1180 1040表 5 各月不同频率洪峰流量（单位：m 3/s）月1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12频率1 46 19 12 19 600 1240 1550 1210 670 390 28 372 36 17 11 15 530 1120 1360 1090 600 310 23 335 23 14 9 11 420 850 1100 830 480 250 16 2810 19 11 7 9 370 760 980 720 410 210 15 2323固体径流：E 江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达 0.5kg/m3。枯水极少，河水清澈见底，初步估算 30 年后坝前淤积高程为 2765m。1.3 工程地质1.3.1 工程地质1水库地质：库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能坍方量约为 300 万立米。在考虑水库淤积问题时可作为参考。2坝址地质：坝址位于 E 江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大， 两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过，对其岩性分述 如下：(1) 玄武岩：一般为深灰色、灰色、含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉、石英脉等贯穿其中，这些小岩脉都是后来沿裂 隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之 增加，其矿物成份为普通辉石、检长石，副成分为绿泥石、石英、方解石等，由于 玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质也不同，可分为坚硬玄武岩、多气 孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩等，其物理力学性质见表 6 和表 7。渗透性：经试验得出 k 值为 4.147.36 米 / 昼夜。表 6 坝基岩石物理力学性质试验表容重 建议采用抗压强度岩石名称 比重（ kN/m3） （MPa）半风化玄武岩 3.01 29.6 50破碎玄武岩 2.95 29.2 50-60火山角砾岩 2.90 28.7 35-120软弱玄武岩 2.85 27.0 10-20坚硬玄武岩 2.96 29.2 100-160多气孔玄武岩 2.85 27.8 70-180E 江水利枢纽工程（土石坝）毕业设计 4 工程任务和规模3表 7 全风化玄武岩物理力学性质试验表塑性 压缩系数 a 浸水固结块剪天然含 干容重 液限 塑限比重 指数 00.5 34 内摩擦水率 凝聚力（ ） （ 3） lp I （ m2/kN （ m2/kN 角 （ ）% kN/m p kPa10-6） 10-6）2.5 16.3 2.97 47.3 32.26 16.9 5.97 1.51 28.38 24.0(2) 火山角砾岩：角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为 215cm，胶结物仍 为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至 35MPa。(3) 凝灰岩：成土状或页片状，岩性软弱，与近似，风化后成为碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。(4) 河床冲积层：主要为卵砾石类土，砂质黏土与砂层均甚少，且多呈透镜体状， 并有大漂石掺杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩与砂岩占极少数。沿河谷 内分布：坝基部分冲积层厚度最大为 32m，一般为 20m 左右；靠岸边最少为几米。 颗粒组成以卵砾石为主， 砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为 10100mm；砾石直径一般为 210 毫米；砂粒直径 0.050.2mm；细小颗粒小于 0.1mm。见表 8。冲积层的渗透性能：经抽水试验后得，渗透系数 k 值为 310 -2cm/s1102 cm/s。(5) 坡积层：在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运沉积后，形成黏土与碎石的混合物质。3地质构造坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育。可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大 致相同。倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填。节理间距，密者 0.5m 即有一条，疏者 35m 即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。表 8 冲积层剪力试验成果表项 三轴剪力 应变（拉制）土 代 目 容重 （块剪） （浸水固结快剪）含水量壤 号 计 （控制） 内摩（控制） 凝聚力 内摩 凝聚力名 算值 （kN/m3） 擦角 （kPa） 擦角 （kPa）称含 次数 17 12 8 8 2 2中最大值 24.3 8.66 4715 37.0 3243 10.5量细 最小值 22.2 4.27 3530 12.0 1755 0粒平均值 23.08 6.47 4034 18.2 2525 5.3的砾 小 值 3732 14.8石 平均值E 江水利枢纽工程（土石坝）毕业设计 4 工程任务和规模4备 三轴剪力土样系筛去大于 4mm 颗粒后制备的。注 试验时土样的容重为控制容重。应变控制土样容重系筛去大于 0.1mm 颗粒后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。4水文地质条件 本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩的透水性不同，裂隙少、坚硬完整的玄武 岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于 0.01 l/(minm)。夹于玄武岩中的凝灰 岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。至于节理很发育的破碎 玄武岩、半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩层。正因为这些隔水的与透水 的玄武岩存在，遂使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水。一般砂岩也是细粒至微 粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层数 多，难于形成泉水。石灰岩地区外围岩石多为不透水层，渗透问题也不存在。(5) 本地区地震烈度定为 7 度，基岩与混凝土之间的摩擦系数取 0.65。(六) 经济资料1库区经济流域内都为农业人口，多种植稻米、玉米等。库区内尚未发现有价值可开采的矿产。淹没情况如下表。表 13 各高程淹没情况高程（米） 2807 2812 2817 2822 2827 2832淹没人口（人） 3500 3640 3890 4060 5320 7140淹没土地（亩） 3000 3220 3410 3600 4600 61002交通运输坝址下游 120km 处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅 20km ，因此交通尚称方便。1.3.2 建筑材料 1料场的位置与储量各料场的位置与储量见坝区地形图。由于河谷内地地形平坦，采运尚方便。2物理力学性质(1) 土料：（见表 9表 12）石料：坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一 处，覆盖层浅，开采条件较好。E 江水利枢纽工程（土石坝）毕业设计 4 工程任务和规模5表 9 黏土的物理力学性质物 理 性 质 力学性质 化学性渗料 自然 稠度 颗粒级配（成分 %，粒径 d） 击实 剪力 有透自 固容重 机 可砂 系然 孔 黏 结场 最 最比 孔 饱 砾 含 溶数 凝含 隙 土 压流 塑 塑 粗中 细 粉 大 优隙 和 量 盐内摩 聚水 湿 干 率 缩名 量 比 限 限 性 度 0.05 干 含 (10-6 擦角 力 系 灼 含重指 2 0.5 2 cm/s) （ ）(%) 数称 (%) (kN/m3) (%0 (%) 数 mm 0.5 0.05 0.0050.005 度 3 量 kPa (cm2/kg) 法 (%)mm mm mm (g/cm ) (%) (%)mm#1下 24.8 18.9115.16 2.67 42.26 0.734 42.60 23.14 19.46 0.93 7.47 5.95 17.8735.4833.23 1.60 22.07 4.317 24.67 24.0 0.021 1.73 0.070#2下 24.2 18.9115.18 2.67 41.90 0.721 43.90 22.20 21.70 0.91 7.25 4.15 14.3541.7532.25 1.65 21.02 4.80 25.50 23.0 0.020 1.90 0.019#1上 25.6 17.3513.03 2.65 49.80 0.990 49.57 25.00 24.57 0.87 8.83 8.00 17.5031.0034.67 1.56 22.30 1.90 23.17 25.0 0.026 2.20 0.110#2上 26.3 16.3712.84 2.74 52.30 1.093 49.90 26.30 23.50 0.69 4.50 4.33 20.6736.2034.30 1.54 23.80 3.96 21.50 38.0 0.033 0.25 0.110#3下 15.9 19.1116.64 2.70 37.00 0.580 34.00 20.00 14.00 0.67 6.40 9.00 12.0035.0019.60 1.80 16.90 3.00 28.00 17.0 0.010 1.90 0.080- 16 -E 江水利枢纽工程（土石坝）毕业设计 4 工程任务和规模6表 10 砂砾石的颗粒级配颗 直 300 100 60 20 2.5 1.2 0.6 0.3粒 径 0.15含 100 60 20 2.5 1.2 0.6 0.3 0.15量 (mm)料 场 % (mm) (mm)