[工程科技]面坂堆石坝设计说明书.doc

06届水利水电工程专业毕业设计目 录摘 要1ABSTRACT51 工程概述611 工程概况612工程特性表62 设计任务及意义821设计任务822 设计阶段823 设计目的及意义83 基本资料1031 水文气象10311 流域水文概况10312 洪水分析计算10313气象12314泥沙14315坝址下游水位流量关系及库容曲线1432工程地质16321 区域地质概况16322 库区工程地质条件17323坝址工程地质条件17324其他主要建筑工程地质条件19325库区滑坡及不稳定岩体19326 水库渗漏20327 水库浸没20328大坝基础工程地质条件204 设计标准及依据2341 设计标准2341 设计依据245 兴利调节和调洪计算2651死库容确定2652起调水位的分析与选择2653调洪计算26531调洪计算的目的：26532调洪计算的原理27533调洪计算的方案28534调洪计算的结果及分析34535设计洪水位和校核洪水位的确定346 枢纽布置3561坝址选择3562坝轴线选择3663坝型选择38631初步选择38632综合分析3864枢纽布置3965 溢洪洞设计40651 简述40652 工程总体布置40653 溢洪洞设计41654 平洞段水面线44655挑距和冲坑深度计算：4666 泄洪洞设计46661 简述46662工程总体布置47663泄洪洞设计计算48664平洞段水面线51665 挑距和冲坑深度计算537 坝体设计5471 坝顶高程54711风浪要素计算:54712坝顶高程计算5472 坝顶结构及坝坡5573坝面排水5674 坝体分区与坝料设计5675 混凝土面板设计5876 趾板5877 分缝和止水设计5978坝体沉降计算6079渗流计算61710坝坡稳定计算638地基处理6581趾板区基础开挖及处理6582堆石体坝基处理6583地质缺陷处理6584基础固结灌浆与帷幕灌浆66841基础固结灌浆孔距布置及灌浆深度。66842防渗帷幕设计标准669 总结与讨论679.1 未设底孔问题67911 作为排沙67912 作为放空洞6792未设置坝体排水6793环境评价6810致谢69参考文献70摘 要本毕业设计题目为黑河水利枢纽布置及面板堆石坝设计，题目来源于黑河水利水利枢纽工程实际。设计的目的及意义主要在于巩固、扩大和提高所学水利水电理论知识，使其得到实际运用， 并使之系统化，锻炼和培养运用所学专业基础理论知识解决工程实际，并进行设计、计算、制图的能力,提高撰写专业技术报告的水平。设计的主要内容有：坝址、坝型选择和枢纽布置，调洪计算，面板堆石坝设计，泄水建筑物设计，构造设计，地基处理等。此外还进行了混凝土面板堆石坝的断面设计以及材料分区、面板、趾板、止水构造、面板分缝等设计。设计过程中，采用的主要方法有关于调洪计算的半图解法、坝坡稳定计算的简化毕肖普法和瑞典圆弧法、渗流计算的水力学法、坝顶垂直沉降的工程类比估算法，以及相关规范、手册所推荐的方法。具体设计详见设计说明书，另外除了设计说明书外 ，还有反映本次设计成果的9张图纸，以及设计过程中攥写的开题报告、文献综述、外文翻译报告各一份。关键词： 混凝土面板堆石坝 ， 调洪计算， 面板， 趾板， 枢纽布置ABSTRACTThe design is about the project layout of the Heihe hydraulic complex and concrete face rock-fill dam . The topic of the design comes from the Heihe Engineering. The purpose of the design mainly is making the knowledge we learned for water resources and hydraulic engineering into practice and making it systematize, and the ability for designing, computing and writing.The design mainly includes dam site selection ,choice of dam type ,project layout, routing , concrete face rock-fill dam design, outlet works design , structure design and ground-handing. Besides, I also deal with the problem in section of concrete face rock-fill dam design , zoning ， face slab , toe slab , water stop and slab joints. In process of the design, the methods mainly include the half illustrated manual table for routing, Bishop and the Swedish slip-circle method for the dam slope stability ,the hydraulics for seepage, and estimating techniques for dam crest vertical settlement and design code、manual of the design mentioned above. Besides of having design instruction to describe the details, there are nine drawings to reflect the design achievements.KEY WORDS： concrete face rock-fill dam , routing , face slab , toe slab , project layout.1 工程概述11 工程概况 黑河水利枢纽工程位于西安市周至县马召镇黑河干流秦岭峪口处，北距周至县城约12km，黑河金盆水利枢纽是西安市黑河引水工程的重要水源工程，是一项以西安城市供水为主，兼顾灌溉，结合发电、防洪等综合利用的大型水源工程。12工程特性表黑河水利枢纽的工程特性列与表1-1表11 黑河水利枢纽工程特性表名称单位数量或特性水文泥沙坝址控制流域面积km21481多年平均流量亿m36.67设计洪峰流量m35100校核洪峰流量m37400最大洪峰流量m39100工程等别等大(2)主要建筑物级别1级水库正常蓄水位m594设计洪水位m593.73校核洪水位m599.36死水位m520总库容亿m32.1调节库容亿m30.39大坝坝形混凝土面板堆石坝地震基本烈度度坝顶高程m601.15坝顶轴线长m453最大坝高m129.15坝顶宽度m12续表1-1溢洪洞堰顶高程m578孔口尺寸12m16m设计洪水位下泄流量m3/s1492校核洪水位下泄流量m3/s2361消能方式挑流消能进水口形式表孔溢流堰进水口洞长632.937泄洪洞进口底板高程孔口尺寸10m10m设计洪水位下泄流量m3/s2490校核洪水位下泄流量m3/s2645消能方式挑流消能进水口形式塔式洞长687.6092 设计任务及意义21设计任务 (1)了解黑河工程概况，熟悉设计所需的地形、地质、水文等资料进行黑河水利枢纽整体布置，确定坝轴线位置和泄水、排沙、取水、发电等建筑物的位置、形式和尺寸； (2)进行调洪演算，确定下泄流量和水库设计洪水位、校核洪水位等特征水位，确定特征库容，初拟泄水建筑物的形式与尺寸，并进行相关水力计算，确保设计与校核情况下的安全泄洪能力； (3)拟订排沙、取水等其它建筑物的形式和尺寸，并进行相关的结构计算和设计，在此基础上完成整体枢纽布置； (4)拟订可用的坝型方案，进行坝型方案的比较与选择； (5) 进行大坝、泄水等枢纽建筑物的结构设计和细部设计，并画出相应草图； (6) 进行专题深入部分，分析确定面板坝的断面尺寸、材料分区及地基处理措施等，进行坝体断面设计、细部设计等； (7) 绘制相关设计图纸。包括：枢纽平面布置图、大坝典型横剖面图、横剖面图，各主要建筑物的细部设计图，专题深入部分细部设计图等。 22 设计阶段 本毕业设计为黑河水利枢纽布置及面板堆石坝设计其中黑河水利枢纽布置为初步设计阶段；面板堆石坝设计达到施工图设计阶段。23 设计目的及意义(1)巩固、扩大和提高所学理论知识， 并使之系统化； (2)锻炼和培养运用所学到的专业基础理论知识解决工程实际 问题的能力，并初步掌握设计水利枢纽工程的内容、原则、方法和步骤； (3)提高工程制图能力,掌握CAD制图的基本方法,提高撰写专业技术报告的水平； (4)掌握水利枢纽布置设计及面板坝设计的基本原理和方法； (5)使学生进一步树立正确的设计思想，进一步树立热爱社会主义祖国、热爱祖国水利水电建设事业的高尚情操，培养学生勇于攀登高峰、刻苦钻研、实事求是、谦虚谨慎、 认真负责的工作作风。 3 基本资料31 水文气象311 流域水文概况黑河为渭河南岸较大支流，位于东经107 73108 24，北纬33 4234 13之间，属于黄河二级支流，发源于秦岭太白山北麓，由西南流向东北，至周至县马召镇附近出峪，向东北汇入渭河，流域面积2258 km2，干流总长125.8km，河道平均比降8.77。流域最高为太白山主峰，海拔3767m，流域分水岭平均高程海拔为2400m。黑河流域为扇状，东西最大宽度约60km,主要支流有陈家河、大蟒河、清水河、太平河、板房子河、虎豹河、王家河等（支流多汇集于右岸，右岸支流集水面积约为左岸的3倍），陈家河以下黑河干流较为顺直，无较大支流汇入，流域平均宽度约6km。峪口以上干流长91.2km，控制流域面积1481km2，约占全流域面积的65 ，干流经高山深谷，河床比降大，约为147峪口以上为秦岭林区，流域内植被良好，森林覆盖率为46.5 ，含沙量小，水质无污染，符合国家饮用标准。黑峪口水文站实测径流资料较长，但解放前有4年21个月资料缺失。由于黑河径流主要是由降雨形成，降雨径流对应较好，因此采用降雨资料相关插补。黑河径流主要由降雨形成，据43年的实测资料统计，实测年最大径流量12.2亿m3，最小年径流量量3.04亿m3，多年平均径流量6.67亿m3，径流年内分配不均匀,79月的径流量占全年径流量的50.2，实测最大流量3040 m3/s，最小流量1.0 m3/s，多年平均流量21.0 m3/s。312 洪水分析计算(1) 洪峰流量黑河流域洪水主要由暴雨形成，洪水最早出现在45月，但一般洪峰较小。年最大洪水出现在78月。10月亦有洪水发生。黑屿口水文站43年实测资料中，最大洪峰流量为Q=3040 m3/s(发生于1980年7月2日),相当于50年一遇洪水，再加上历史调查洪水，经过频率分析得到洪水特征参数及各种频率得计算值见表31。表31 洪峰流量统计参数及频率值 单位：m3/s 统计参数频率P%Q0CVCS/CV0.010.020.10.20.51258200.853.580007400580051004300360030002200 (2) 洪水总量洪量设计采用24小时及72小时作为设计阶段。另外采用19401953年1日及3日洪量插补出相应年份的24小时，72小时洪量，使洪量资料延长至42年。统计参数及频率计算见表32。表32 洪水统计参数及频率值 单位：亿m3项目统计参数频率P%W0CVCS/CV0.010.10.20.512W 240.460.653.02.8812.2062.0031.7341.531.326W 720.8020.552.53.8073.0342.8082.4812.2381.991(3)分期设计洪水分期设计洪水按不跨期原则选取年最大值法。根据洪水季节变化规律及施工期防洪需要分别计算枯水期113月，春汛及夏枯46月以及10月三个时段的洪水量值。详见表3-3。 (4)可能最大洪水估算设计暴雨采用典型暴雨水汽与效率放大求得。典型暴雨选取1980年7月2日与1981年8月21日两场（相应为实测最大洪水及次大洪水的暴雨）。可能最大暴雨及频率计算值见表34。由可能最大暴雨，经产汇流计算求得最大可能洪水及洪水总量：PMF Q=9100m3/s72小时洪水总量W72=4.37亿m3 24小时洪水总量W24=3.62亿m3。表33 分期洪水计算成果表 单位：m3/s分期时段统计参数频率P%Q0CVCS/CV0.5123.351046月2350.96Cs/Cv0.5123.351010月1601.202.51270109091784069052011月次年3月401.152.51110940765690540390表3-4 可能最大暴雨及频率计算值 雨量单位：mm项目可能最大频率计算法“80.7典型均值CVCS/CV 0.010.1H24295570.473.5256202H12235430.493.5203159(5)洪水过程线选择1980年7月2日洪水过程线作为放大典型，采用分时段同频率控制放大法，绘制处Kt关系曲线，放大过程及结果见图3-1。313气象黑河流域于1938年10月在黑峪口设立水文站，基本断面位于峪口黑惠渠首上游800m处，即黑峪口（二）站，1939年内下移500m，又恢复至（二）断面，1966年下移100m，即黑峪口（三）断面，观测至今。黑河水库水文站基本断面位于黑惠渠首上游700m处。累计观测资料47年。黑河流域先后设有13个雨量站，系列长短不一，早在1940年黑峪口水文站就有雨量观测资料，1953年设立板房子雨量站，1954年设立王涧雨量站，1955年设立金井、老水磨、庙哑子等雨量站，另外1960年设立双庙气象站，观测降雨、气温、湿度等项目。图31 洪水过程线黑河流域属于暖温带半干旱、半湿润大陆性气候，山川气温相差较大，山区气温较低，据双庙气象站资料统计，多年平均气温6.4，最低气温19最高气温29.7。出山口后平川地区气温较高，据周至县气象站资料统计，年平均气温13.2。最低气温-18.1，最高气温42.4。多年平均最大风速20m/s，主风向为WNW，最大冻土深度24cm。流域内降雨南多北少，山区年降雨900mm以上，黑峪口水文站多年平均降雨量841.3mm，周至县年平均降雨为670mm，为黑峪口降雨的80.2。多年平均径流深472.8mm。降水年内分布很不均匀，据统计多年平均710月四个月内降水为全年降雨量的60。实测月最大降雨为342.9mm（1981年8月）。由黑峪口水文站水文资料，多年平均水温11.3，最高水温36 ,最低水温为。由32年蒸发资料统计，蒸发皿多年蒸发量1100.5mm，折算水面蒸发强度825.4mm。黑河流域属于暖温带半干旱、半湿润大陆性气候，山川气温相差较大，山区气温较低，据双庙气象站资料统计，多年平均气温6.4，最低气温19最高气温29.7。出山口后平川地区气温较高，据周至县气象站资料统计，年平均气温13.2。最低气温-18.1，最高气温42.4。多年平均最大风速20m/s，主风向为WNW，最大冻土深度24cm。流域内降雨南多北少，山区年降雨900mm以上，黑峪口水文站多年平均降雨量841.3mm，周至县年平均降雨为670mm，为黑峪口降雨的80.2。多年平均径流深472.8mm。降水年内分布很不均匀，据统计多年平均710月四个月内降水为全年降雨量的60。实测月最大降雨为342.9mm（1981年8月）。由黑峪口水文站水文资料，多年平均水温11.3，最高水温36 ,最低水温为。由32年蒸发资料统计，蒸发皿多年蒸发量1100.5mm，折算水面蒸发强度825.4mm。314泥沙黑河流域植被良好，河水清澈，河流悬移质的含量较小，泥沙主要为推移质。据黑屿口水文站19561983年实测悬移质泥沙资料统计，多年平均输沙量30.62万t，每年平均含沙量0.387kg/m2，实测年最大输沙量151万t，年最小输沙量0.75万t，泥沙的年际变化较大，年内分布不均，主要集中在汛期的大洪水中。悬移质泥沙的测验符合水文测验规范。黑河多年平均输沙量39.78万t，其中推移质9.81万t。推移质及悬移质年输沙量28.8万m3。315坝址下游水位流量关系及库容曲线（1）坝址下游水位流量关系曲线水位流量关系采用黑峪口水文（三）断面19661983年共十八年实测的水位流量资料及1980年洪水（3040 m3/s）、1981年洪水（2530 m3/s）及1983年洪水（1510 m3/s）时的过水断面面积、最大水深、水面比降及糙率等资料。断面糙率 n=0.035 水面比降 J=39.50 断面水深 h=6.2m断面流速 V=7.4m/s 黑河水文（三）断面水位流量关系曲线见图3-2。黑河泄洪建筑物出口距水文（三）断面距离分别为180300m，而此段河流平顺，过水断面变化不大，因此水文（三）断面的水深按39.50的水面比降上抬1m即代表泄洪建筑物处的水位流量关系。图32 下游河道水位流量关系曲线(2) 库容曲线黑河水库水位库容曲线见图3-3。图3-3黑河水库库容曲线32工程地质321 区域地质概况（1）地形地貌：该区位于秦岭北麓，地势南高北低，相对高差500m1000m，属侵蚀中高山区。区内河溪深断而众多，河谷狭窄，案坡陡峻，河流发育有残缺不全的15级侵蚀堆积基座阶地。在斜坡地带分布有3000多个崩塌和滑坡后重力堆积地形；在桃李坪和金盆村附近由于河流蛇曲作用而形成的古河道地形。(2)地层岩性：库区的地层岩性主体为前震旦系宽坪群教场组（AnZKj），甘峪湾组（AnZKg）及坝址区大镇沟组（AnZKd）变质片岩层，在库尾有二迭、三迭和侏罗系的沉积碎屑岩层。坝址区大镇沟组的主要岩性为：云母石英片岩（Se）,绿泥石片岩，钙质石英岩（Qu）。水库区地层岩性除第四系覆盖层外，基岩主要为前震旦系宽坪群教场组、口屿湾组及大镇沟组，浅变质的片岩夹少量钙质石英岩；在库尾有前震旦系秦岭群东流水组、双磨组变质较深片岩和混合岩。（3）地质构造：该区只位于秦岭纬向构造体系中段北部，主要受南北向压力作用。故近东西向的构造形际组成主体骨架，复式皱褶，断层及岩浆的出露， 大多呈东西向延伸。（4）水文地质：河谷两岸地下水以基岩裂隙水为主，地下水一般补给河水，以下降泉形式出露。该处水质无污染源。据水质分析，河水和地下水均属于低矿化水，水质良好，适合工业，农业和生活用水。(5)区域稳定性评价：库坝区地震基本烈度为度。据分析认为水库不大可能发生诱发地震，即使发生，其地震基本烈度不可能达到度，其理由是：a.库区无近期构造和活动性断层；b.无深大断层和温泉；c.无明显地貌反差；d.无深层渗漏问题；e.库区可溶岩不发育；f.库容小，仅2亿m3。322 库区工程地质条件库区基岩大多裸露，且植被良好，水库上游是森林区，水量下充沛，含沙量低，基本无污染，水质优良，适合工农业和生活用水，为良好的天然供水源地。水库淹没损失小，基本无渗漏问题。（1）东岭，位于古河道与黑河左岸之间，分水岭最大宽450m500m，正常蓄水位处宽240m，主要地质岩性为云母石英片岩（Se）,绿泥石片岩（Sc）和钙质石英片岩（Qu），呈互层状分布，岩层走向85110,与东岭走向基本正交，易沿层面产生渗漏邻谷渗漏。另外钙质石英岩中多有溶蚀洞及溶蚀裂隙，建库后形成漏水通道，危及大坝及泄洪洞安全。主要断层破碎带有F5、F20、F37、F75等，一般宽35m，其中、F37、F75宽1020m,最大单位吸水量=2030L/minmm，沿断层破碎带可能发生集中渗漏。（2）北岭，位于金盆古河道北端，地形上有一凹槽，宽130m150m,槽内地面最低高程593.0m，基岩顶板最低高程568.3m。凹槽中心钻孔ZK23及ZK77间有一条南北向发育的断层，宽度约6070m，北岭天然豁口的形成与该断层破碎带的发育有关。覆盖层为壤土及砂卵石，基岩强风化层很厚，且有发育宽大的断层破碎带，岩层渗透性较强，=0.0370.157L/minmm，局部=2030L/minmm槽内地下水位高程539549m,低于水库正常蓄水位，故必须构筑副坝挡。坝基下砂卵石层、断层破碎带及基岩表层和互状溶洞区，均为渗漏通道。323坝址工程地质条件（1）地质概况：A.地质岩性：基岩为变质岩，岩性主要有云母片岩（Se）绿泥石片岩（Sc）、和钙质石英岩（Qu）三种。第四系覆盖分布较广，其中河床卵石层厚8 m13 m，一级阶地卵石厚2 m5 m,上部壤土层厚2 m10 m；二级阶地卵石厚2 m10 m，上部壤土层较厚；其他还有坡积和重力堆积土。B.地质构造：坝址区位于西骆岭田峪北斜南翼，岩层走向近东西，倾向上游，倾角3040；据统计坝区有81条。大多属层间错动挤压形成的逆断层，断层破碎带宽度一般0.2 m5 m，大者可达到10 m20 m，主要为泥质角砾及碎岩组成。节理裂隙主要有NE、NW、近SN走向和一组缓倾角裂隙共四组。C.水文地质：地下水类型可分三种a.孔隙水。含水层为河床砂卵石，含水量大，透水性强，厚度817m左右。渗透系数K=88.591.7m/d。b.基岩裂隙水。受大气降水补给，该水层水量不大且不均一，分布高程不等，沿裂隙断层带渗水呈下降泉出露。c.基岩承压水。该含水层多以断层破碎岩为主，是局部存在，补给来源仍是两岸山体，水头高出河床0.34 m25 m，但流量甚微，由于埋深（44 m100 m）较大，故对建筑物不会产生影响。地下水、地表水对混凝土均无侵蚀性。D.物理地质现象：根据野外观察、平硐资料及声波测试等手段分析金盆坝址岩体风化特征如下：滑坡，坝区滑坡体共16处，其中以1、2滑坡规模较大。岩石中以云母石英片岩抗风化能力最低，绿泥石片岩次之，钙质石英岩最强。一般而言坝区右岸强风化深达1620m，河床部位35m，左岸720m。弱风化层厚度27 m90 m，卸荷裂隙发育带的卸荷带。另外由于平行岸边的高倾角构造裂隙及同时发育的两组缓倾角裂隙、组，形成了不利于岸坡稳定的结构面。（2）大坝基础岩石物理力学性质据试验资料，弱风化基岩干密度：d2.77g/cm32.39g/cm3,其中片岩（Se,Sc）湿抗压强度Rw35 MPa，钙质石英岩（Qu）Rw100 MPa。坝基岩体渗透性：据钻孔压水试验成果，坝基岩体渗透性很不均一，其中绿泥片石岩单位吸水率=0.130.163L/ L/minmm，云母石英片岩=0.020.94L/minmm，钙质石英岩=0.522L/minmm，断层破碎带=0.0290.152L/minmm 。324其他主要建筑工程地质条件（1）溢洪洞：进口引渠段位于2滑坡上，地基不稳定，进口洞脸岩层裂隙发育，岩性破碎，洞室段岩性主要为云母石英片岩，绿泥石片岩，钙质石英岩。洞室围岩按分类均为稳定性和极不稳定岩体。均在弱风化岩体中，但因岩体发育5组裂隙和6条断层破碎带，结构面互相结合，使洞顶及左侧洞壁切割成契形体，开挖时易发生塌方。（2）泄洪洞：围岩岩性主要为云母石英片岩，绿泥石片岩和中厚层钙质石英岩，呈互层状分布，片理和裂隙很发育，主要断层有F4 F5 F20 F21 F23 F31等。(3)引水洞该洞与溢洪洞相距很近，地层岩性基本相同，主要断层为F4 F53 F82 F38 和 F531共计13条，围岩分类为稳定性差到极不稳定岩体均有，一般地下水高于洞顶。(4)坝后电站发电支洞围岩岩性为云母石英片岩，受断层影响，极不稳定岩体较多。电站站址位于二级阶地与山坡之间坡斜带，厂房基土不均一，为强风化云母石英片岩及断层破碎带。325库区滑坡及不稳定岩体库区滑坡及不稳定岩体特征见表3-5。表3-5 库区滑坡及不稳定岩体特征表编号位置滑动类型滑动体形（m）形成时代及岩性估算方量（万m3）地点坝距616.0468169上更新统（Q3）161木匠河口10.5次生滑坡565.020395宽坪教场组变质岩夹千枚岩222桃园河口8.2崩塌550.0268210上更新统（Q3）1913望长沟口7.3滑坡550.0410174全更新统（Q4）1004水门沟口4.6滑坡560.0500185绿泥岩与云母之英片岩48/415.55仙马沟口3.0不稳定岩体640.0313176上更新统（Q3）176.06草坡洼2.1基岩滑坡616.0468169上更新统（Q3）16从表中可以看出，坝基岩石的渗透特性属于中等透水和较严重透水。除此之外，在河床左侧部有一条顺河向的石英岩脉，其两侧形成了4 m5 m的接触破碎带岩体，可成为渗透通道，左岸坡在高程550 m附近，出露有一条云煌斑岩脉。326 水库渗漏黑河水库可能的渗漏区集中于坝址区，其中包括：（1）古河道与现河谷之间的单薄分水岭。（2）古河道北岭。（3）近坝右岸水库与黄石沟间的分水岭。工程地质工作已查明，上述渗漏带的渗漏量值均不大。327 水库浸没主要分布于金盆、桃李坪两个村庄附近，但面积不大仅为0.045km2。328大坝基础工程地质条件（1）建基高程坝肩两岸地形不完全对称，为左陡右缓，左岸单宽山梁东岭，与金盆古河道毗邻,地形坡度5055,右岸地形坡度4045，直至黄石沟分水岭，河床高程487.0m，宽64m，坝顶高程处河谷宽368m。坝区岩性分类有第四系松散堆积物及前震旦系大镇沟组基岩。其中第四系堆积物有河床砂卵石层，厚815m。一级阶地堆积物，上部为壤土，厚115m,下部为砂卵石厚28m。以及坡积堆积物，左岸上覆于一级阶地，厚度最大14m，右岸覆盖于岸坡，厚度约5m左右。河床及坝肩基岩以云母石英片岩为主，视厚度达100122m，占基岩62.573.9%，其余为绿泥石片岩，钙质石英岩，岩脉及构造岩等。其中坝基下十余米的云母石英片岩，云母含量高，片理极为发育，较为软弱。根据室内外岩石饱和抗压强度Rw指标以及声波（纵坡速度）试验，从承载力条件的角度看，金盆坝址建基面的选择是可行的。强风化层波速15002500m/s,弹模10万16万t/m2，允许承载力1015kg/cm2。弱风化层波速3000m/s，弹模40万t/ m2，允许承载力可以20kg/ cm2。坝基强风化岩体分布厚度见表3-6。表3-6 强风化岩体分布厚度表部位左岸河床右岸550以上550以下一级阶地一级阶地岸坡强风化厚度（m）101535565351218（2）防渗体与基岩结合部地质构造及处理建议结合部遇到的断层有F4、F53、F61、F5、F15、F62等，走向基本与坝轴线平行，其中规模较大者为F4断层，走向90102，倾向SW，倾角3158，为顺层挤压断层，破碎带宽5m，其出露平面位置恰好与面板坝底座轴线河床部位相重合。防渗体与基岩结合部的断层处，均应按规范开挖回填砼塞，以延长渗透途径。断层破碎带的管涌比降，根据现场试验结果，其临界比降为2.86，破坏比降为4.12。（3）坝轴线的渗透特性、渗漏量及帷幕设置建议坝址基岩主要由片岩类组成，透水性较小且呈层状分布。坝轴线各类岩石渗透性能统计结果见表3-7。表3-7 坝轴线各类岩石渗透性能统计表分区岩石名称指标左岸坝基右岸ScSeQu断层uSc断层ScSe断层单位吸水量()L/minm平均值0.1300.020.5220.0290.06450.0960.1630.0940.152小值平均值0.040.0070.0180.0170.0430.0310.0540.0160.034大值平均值0.470.0721.530.0540.1450.2270.2720.1500.325分类平均值较严重透水微透水严重透水中等透水中等透水中等透水较严重透水中等透水较严重透水由于坝基440m高程以下有一厚达2030m的相对隔水层，因此帷幕下限不超过440m，左右岸坡帷幕应与地下水位衔接，左岸地下水位埋深70m左右，右岸地下水位埋深近80m。 4 设计标准及依据41 设计标准为了贯彻执行国家的技术和经济政策，达到既安全又经济的目的，应该对水利枢纽按其规模、效益极其在国民经济中的重要性进行分等，再根据枢纽中各水工建筑物的作用大小及重要性，对建筑物进行分级。在设计和施工中，对不同级别的水工建筑物在安全系数、洪水标准、安全超高等技术方面则区别对待。具体划分依据为中华人民共和国行业标准SL252-2000 水利水电工程等级划分及洪水标准中的有关规定确定。结合枢纽任务（供水、灌溉、发电、防洪），考虑水库库容（最大库容）、供水对象重要性、防洪要求（保护重要城市），根据表4-1黑河水利枢纽定为等大（2）型工程。根据表4-2永久性水工建筑物级别，及表4-3水库大坝提级指标，本枢纽为等，其主要建筑物（大坝、溢洪洞、泄洪洞） 属于1级，次要建筑物（导流墙、工作桥、护岸等）属于2级，临时性建筑物（围堰、导流隧洞等）属于3级。根据枢纽等别和建筑物级别，对照规范， 山区、丘陵区水利水电程水工建筑物洪水标准表4-4，确定本枢纽设计洪水标准为500年一遇，校核洪水标准为5000年一遇。表4-1 水利水电工程分等指标工程等别工 程 规 模水 库 总库容（108m3）防洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田（104亩）治 涝 面 积 （104亩）灌 溉 面 积 （104亩）供 水 对 象 重要性装机容量（WM）大（1）型10特别重要500200150特别重要120大（2）型101.0重要5001002006015050重要12030中 型1.00.1中等100306015505中等305续表4-1小（1）型0.10.01一般30515350.5一般51小（2）型0.010.001530.51表4-2 永久性水工建筑物级别 工程等别主要建筑物次要建筑物1323344555表43 水库大坝提级指标 级别主要建筑物坝高（m）2土石坝90混凝土坝、浆砌石坝1303土石坝70混凝土坝、浆砌石100表4-4 山区、丘陵区水利水电程水工建筑物洪水标准运用情况水工建筑级别12345洪水重现期设计情况100050050010001005050303020校核情况土石坝可能最大洪水或1000050005000200020001000100000300200混凝土坝、浆砌石坝5000200020001000100050050020020010041 设计依据SL2522000 水利水电工程等级划分及洪水标准SL2742001碾压式土石坝设计规范SL20397水工建筑物抗震设计规范SL2972002水工隧洞设计规范SL22898混凝土面板堆石坝设计规范金盆水利枢纽初设报告 陕西省水利电力土木建筑勘测设计院 水工设计手册第六卷5 兴利调节和调洪计算51死库容确定 死库容的确定考虑城市暗渠引水高程要求为510.0m，又考虑水库淤积的要求，取死水位为520.0m。52起调水位的分析与选择 在不影响水库正常正常供水，不增加坝高的前提下，使用部分有效库容滞洪并给泄水建筑物争取一段开闸准备时间，需设汛限水位，并作为调洪验算的起调水位。此水位的选择应兼顾水库防洪与兴利的结合问题。经前一阶段设计，确定防洪限制水位591m，水库正常蓄水位为594m,死库容520m，兴利库容1.73亿m3，重叠库容0.13亿m3。53调洪计算531调洪计算的目的：无论在水库的规划阶段还是在已建水库的管理运用阶段,水库的调洪计算总是必须的。不过,由于不同阶或同一阶段所遇到的具体情况不同,其计算目的是不同的.水库在规划阶段,往往是根据水库的设计洪水,拟订若个泄洪措施方案,通过调洪计算,分别求出下泄洪水过程、防洪特征库容、特征水位、坝顶高程以及投资、效益等,然后在通过综比较,选择技术上可行且经济合理的水库、泄洪建筑物及下游防洪工程的规模和有关参数；而在水库的运用管理阶段,库容和泄洪建筑物的尺寸是定值,这时的调洪计算是根据某种频率的入库洪水或预报的入库洪水,在不同防洪限制水位时,求出水库的洪水位与最大下泄流量Qmax,为编制防洪调度规程、制订防洪措施提供科学依据,既要尽可能满足下游防洪要求,又要保证水工建筑物的安全。532调洪计算的原理根据水库的水量平衡原理和水库的蓄池关系组成方程组 （5.1） （5.2）用已知（设计或预报）的入库洪水过程线Qt,由起调水位开始，逐时段连续求解方程组，从而求得水库出流过程qt,这就是调洪演算的基本原理。这里采用双辅助曲线半图解法， （5.3）将改写成式(5-3)改写成 （5.4）式中、（）和（）均可与水库水位Z建立函数关系，因此，可根据选定的计算时段值、已知的水库水位容积关系曲线，以及根据水力学公式算出的水位下泄流量关系曲线，事先计算并绘出曲线组：、,其中即是水位下泄流量关系曲线，其余两条是半图解法所必需的两根辅助线，黑河水位库容曲线见图5-1。图5-1黑河水库库容曲线533调洪计算的方案根据坝址地址条件，为减少开挖量，泄洪建筑物选用水工隧洞的形式。考虑城市供水建筑物需要布置于右岸且城市暗渠引水高程要求为510m，故右岸不宜设进口高程较低的泄洪洞。为此在右岸设一进口高的溢洪洞，在左岸设进口较低的泄洪洞。考虑施工技术、运行等条件，隧洞尺寸不宜过大，具体设计如下。方案一左岸单薄分水岭上布设泄洪洞，进口高程540m，孔口尺寸1010m。右岸布设溢洪洞，堰顶高程578m，孔口尺寸1216m。方案二考虑施工技术上的可行性，水工隧洞尺寸不宜过大，比较方案对进口高程进行调整。左岸单薄分水岭上布设泄洪洞，进口高程530m，空口尺寸1010m。右岸设溢洪洞，堰顶高程575m，孔口尺寸1216m。其中，右岸溢洪洞进口为WES型实用堰，计算堰流流量系数n=0.4670.476，设计选用0.45；左岸泄洪洞，计算进口压力短管孔流流量系数=0.8850.89，设计选用0.85。泄流公式如下：溢洪洞：泄洪洞：式中：B溢流堰顶宽度（m）； W工作门孔口面积（m2）；H溢 H孔口底以上水头； h孔口高度。调洪过程：起调水位选为防洪限制水位591m，来洪量=下泄量之前，由闸门控制，先打开泄洪洞闸门，再打开溢洪洞闸门，使来多少泄多少水位保持在591m。在来洪量下泄量后，闸门全开，作为无闸门情况对待，水库水位逐渐上升到最高水位,随之水库水位回落，当水位降至591m时，由闸门控制,使水位保持在591m。对设计洪水情况，当下泄洪水流量5100m3/s时，利用调洪库容滞洪，保护下游安全；对校核洪水情况，则重点在保坝，保持闸门全开，不考虑下游安全泄量。方案一调洪计算表见表5-1、5-2、5-3、和5-5，计算图见图5-2。表5-1 泄水建筑物水位流量关系见表3-1 流量单位：m3/s水库水位（m）590591592593594595596597598599600库容17000174301787018310192301970020170206602115021