[工学]水工建筑物课程设计.doc

知水爱水 上善若水 - 1 - 目 录 第第一一章章 设计基本资料设计基本资料 3 1.1 工程概况3 1.2 设计基本参数3 1.3 气象水文资料3 1.4 坝址工程地质条件6 1.5 设计用图纸7 第第二二章章 总体布置总体布置 8 2.1 工程等级确定8 第第三三章章 非溢流坝段非溢流坝段坝体设坝体设 3.1 拟定基本剖面8 3.2 拟定实用剖面8 3.3 荷载计算及其组合.12 3.4 稳定分析.18 3.5 边缘应力计算及其强度校核.21 第第四四章章 溢流坝剖面的拟定溢流坝剖面的拟定 .24 4.1 泄水方式的选择.25 4.2 溢流坝剖面设计.25 第第五五章章 消能设计消能设计 .28 5.1 孔口设计.28 5.2 消能功的选择.29 5.3 挑流鼻坎设计.29 第六章第六章 地基处理地基处理 .32 6.2 软弱带处理 32 6.1 清基开挖 32 第第七七章章 细部构造设计细部构造设计 .34 7.1 纵横缝构造及止水 34 7.2 坝体排水 35 知水爱水 上善若水 - 2 - 7.3 廊道系统 36 7.4 固结灌浆 37 7.5 防渗排水 37 附表及参考文献附表及参考文献 39 知水爱水 上善若水 - 3 - 第一章第一章 设计基本资料设计基本资料 1.11.1 工程概况工程概况 通过综合各相关资料可知该水库是一座以灌溉为主,兼乡镇农村供水的小（一）型 水利工程，水库设计灌面 5250 亩，灌区农村人饮 5775 人和牲畜 1.3 万头。水库坝型 上、下坝址均采用混凝土重力坝。 1.21.2 设计基本参数设计基本参数 工程基本参数见表 1-1。 表表 1-11-1 工程基本参数工程基本参数 1.31.3 气象水文资料气象水文资料 1.3.11.3.1 流域概况流域概况 水库所在流域位于彭水县西北张家坝村，是乌江左岸一条岩溶性断头河流，地理 坐标介于东经 1080510806、北纬 29182920之间。流域内河谷深 切，分水岭高程大约在 570800mm 之间。 流域形状大致呈“树叶形”形态，源头位于流域西北角的韭菜岩一带，河流呈西 东走向，干流分别流经樱桃坪、老房子、大溪口等地，最后在张家坝西一带消潜于地 下，又于张家坝东北出露地表。何家沟全流域面积 18.4km，干流长度 7.36km。拟建 的水库坝址位于大溪口一带的峡谷收缩段，坝址上游河谷开阔，在地形及地质上均具 备成库条件。大溪口上坝址以上控制流域面积 3.246km，干流长度 2.549km，平均比 坝址方案 正常蓄 水位 (m) 设计洪 水位 (m) 校核洪 水位 （m） 死水位 (m) 总库容 （万 m3） 备注采用规范 方案 1414.00415.06415.851621 班单号 方案 2415.00415.75416.671782 班单号上坝址 方案 3416.00416.87417.56 405.00 1953 班单号 混凝土重力坝 设计规范 (SL319-2005) 方案 1409.00409.85410.881021 班双号 方案 2410.00410.65411.681132 班双号下坝址 方案 3411.00411.95412.75 403.50 1253 班双号 混凝土重力坝 设计规范(DL 5108-1999) 知水爱水 上善若水 - 4 - 降 93.67。下坝址以上控制流域面积 4.352km，河道长度 3.275km，平均比降 64.87。大溪口上坝址上游 500m 处存在山坪塘，山坪塘以上集雨面积为 2.51km， 成库后将淹没该处，因此洪水和径流计算不考虑山坪塘的阻水作用。 1.3.21.3.2 气象气象 水库所在流域属中亚热带湿润季风性气候，处于四川盆地、贵州高原、长江中下 游南区三个气候区的过渡地带。由于地貌影响，导致温、光、水的重新分配，气候垂 直差异明显。气温随海拔高程的增高而降低。海拔高程 700m 以下,每升高 100m 平均气 温递减 0.46,海拔高程 700m 以上地区，每升高 100m 年平均气温递减 0.55。海拔 700m 以下地区，年大于 0以上的积温 61006500；700m 以上的地区，年大于 0以上的积温 61004600；积温在年内的分配情况是冬季占总量的 5%，春季占 29%， 夏季占 41%，秋季占 25%。 根据流域附近的彭水县气象站多年（1951 年2004 年）实测资料统计：多年平均 气温 17.4，极端最高气温 44.1（1953 年 8 月 19 日），极端最低气温-3.8 （1977 年 1 月 29 日）；多年平均相对湿度 78%；多年平均降雨量 1217mm，最大年降 水量 1567mm（1973 年），最小年降水量 833mm(2006 年)；多年平均蒸发量（20cm 蒸 发器）944mm；多年平均风速 0.8m/s，多年平均最大风速 13.2m/s，瞬时最大风速 33m/s（1992 年 8 月 16 日）；多年平均无霜期 320d，平均年日照时数 1035.4h。 1.3.31.3.3 设计洪水及下泄流量设计洪水及下泄流量 设计流域无实测洪水资料，且流域面积较小，本次设计采用手册中推理公式 法推求设计洪水，成果见表 1-2。 表表 1-21-2 水库上下坝址设计洪峰流量成果表水库上下坝址设计洪峰流量成果表 经调洪演算求得对应的设计洪水下泄流量和校核洪水下泄流量见表 1-3。 设计洪峰流量（m/s） 坝址 P=0.2%P=0.33%P=0.5%P=1.0%P=2.0%P=3.3%P=5.0%P=10.0% 上坝址 96.589.984.475.366.259.654.245.0 下坝址 10810093.883.573.265.759.649.2 知水爱水 上善若水 - 5 - 表表 1-31-3 水库下泄洪水流量表水库下泄洪水流量表 坝址设计洪水下泄流量（m3/s）校核洪水下泄流量（m3/s） 上坝址 35.455.7 下坝址 32.354.5 1.3.41.3.4 水位流量关系水位流量关系 水库各坝址附近无实测水位流量关系资料，水位流量关系曲线本阶段采用水力学 公式 Q=AR2/3J1/2/n 推算。水力要素由实测大断面计算；水面比降，中、低水采 用实测河段枯水比降；糙率根据河道形态，河床组成等特征从 天然河道糙率表 中选定为 0.042。水库上、下坝址处水位流量关系曲线见表 1-4、表 1-5。 表表 1-41-4 水库上坝址处天然水位流量关系表水库上坝址处天然水位流量关系表 水位（m）399.40 399.60 399.80 400.00 400.20 400.40 400.60 400.80 流量（m/s）0.00 0.03 0.46 1.81 4.34 8.49 14.7 22.9 水位（m）401.00 401.20 401.40 401.60 401.80 402.00 402.20 402.40 流量（m/s）33.446.5 62.7 82.1 104 131 164 200 水位（m）402.60 402.80 403.00 403.20 403.40 403.60 403.80 404.00 流量（m/s）240 282 331 381 436 492 555 620 水位（m）404.20 404.40 404.60 404.80 流量（m/s）695 775 856 940 表表 1-51-5 水库下坝址处天然水位流量关系表水库下坝址处天然水位流量关系表 水位（m）396.80 397.00 397.20 397.40 397.60 397.80 398.00 398.20 流量（m/s）0.00 0.64 4.11 12.2 28.1 48.7 74.3 104 水位（m）398.40 398.60 398.80 399.00 399.20 399.40 399.60 399.80 流量（m/s）139 177 218 264 315 368 426 486 水位（m）400.00 400.20 400.40 400.60 400.80 401.00 流量（m/s）551 626 703 780 866 952 1.3.51.3.5 泥沙泥沙 水库上下坝址多年平均悬移质年输沙量分别为 0.114 万 t、0.152 万 t，根据设计 流域的地质、地貌等实际情况，推移质来沙量按悬移质输沙量的 15估算，据此计算磨 知水爱水 上善若水 - 6 - 围山水库上下坝址多年平均推移质输沙量应为0.017 万 t、0.023 万 t。 按 50 年淤积年限全淤法计算，泥沙容重取1.4，上、下坝址淤沙体积分别为4.68 万 m3、6.25 万 m3，相应淤沙高程402.00m、400.45m。 1.41.4 坝址工程地质条件坝址工程地质条件 1.4.11.4.1 坝址工程地质条件坝址工程地质条件 河流在大溪口河段为蜿蜒状流过，河流总体由北西流向南东，为横向谷。 上坝址河床底宽约 5055m，河床标高 398399m，正常蓄水位 415m 高程时谷宽 约 95m；两岸为切向坡，地形坡度较一致，坡角 4045，两岸地形较顺直，左、右 岸地形基本对称，左岸陡于右岸约 35。河谷形态为下部狭窄，中上部开阔。坝段 区出露三叠系中统巴东组(S2b)地层，岩性以页岩、砂质页岩及灰岩、泥质灰岩为主。 河床残积层厚度 6.07.0m。 下坝址河床宽约 6065m，河床标高 397398m，正常蓄水位 410m 时高程谷宽 107.8m；两岸为切向坡，地形坡度较一致，坡角 3040，两岸地形较顺直，左、右 岸地形基本对称。河谷形态为下部狭窄，中上部开阔。坝段区出露三叠系中统巴东组 (S2b)地层，岩性以灰岩、泥质灰岩为主。河床残积层厚度 7.08.5m。 坝址位于普子向背斜北西翼，岩层产状 N10EN76W/SENE116岩层倾向 下游。坝区岩体节理裂隙较发育，岩体属较完整。 上坝址坝基岩体强风化层厚度 0.81.0m，弱风化带厚度约 1015m，两岸水平强卸 荷带厚度 35m。 下坝址坝基岩体强风化层厚度 5.06.5m，弱风化带厚度约 1520m，两岸水平强卸 荷带厚度 68m。 坝址区地下水主要为裂隙水，推测坝基相对隔水层埋深约 2030m。据区域资料， 地下水化学类型为重碳酸硫酸钙镁型水，对砼无腐蚀性。 坝址区未见滑坡、崩塌及危岩体，坝区物理地质作用主要表现为岩体风化与卸荷。 1.4.21.4.2 坝址地质条件评价坝址地质条件评价 （1）上、下坝址河谷下窄上宽，按抗压强度划分坝基持力层岩体属中硬岩，工程 地质分类 B2。适宜兴建混凝土重力坝、混凝土面板堆石坝。 （2）坝基、坝肩渗漏是坝段存在的主要工程地质问题，需进行帷幕灌浆防渗。 知水爱水 上善若水 - 7 - （3）据工程经验，坝基岩体物理力学性质参数建议值见表 6。 1.4.31.4.3 地质勘察结论地质勘察结论 (1)工程区构造稳定性较好，适宜兴建水利工程。1990 年版中国地震烈度区划 图(1:400 万)将工程区划为度地震区，按 2001 年版中国地震动峰值加速度区划 图(1:400 万)划分，工程区地震动峰值加速度为 0.05g。 (2)库水不存在向邻谷及下游渗漏的可能性，除局部存在零星小方量坍塌外，库岸 稳定性较好；库内无重要文物及矿产，且不存在水库浸没问题；水库库周植被良好， 固体径流量不大，水库淤积不突出；水库产生常见水库诱发地震的可能性小，总之具 备建库条件。 (3)坝址河谷下窄上宽，以页岩、砂质页岩及灰岩为主。按抗压强度划分坝段岩体 属中硬岩，工程地质分类 B2。根据地形地质条件比较，适宜兴建混凝土重力坝、混 凝土面板堆石坝。 (4)工程区天然砂砾石料贫乏，块石料丰富。 表表 1-61-6 坝址岩石物理力学参数建议值坝址岩石物理力学参数建议值 岩石名称 风 化 程 度 颗粒密度 （g/cm3 ） 干抗压 强度 (Mpa) 饱和抗 压强度 （Mpa） 软化系数 变形 模量 （Gpa） 弹性 模量 （Gpa） 泊桑比 灰岩弱风化 2.8350400.8028300.20 砂质页岩弱风化 2.6750.711.51.80.35 混凝土/岩体岩体/岩体 岩石名称 f C(MPa) ff C(MPa) f C (MPa) 承载力 （Mpa） 灰岩 1.00.70.651.10.80.6503.0 砂质页岩 0.700.300.400.700.300.4001.0 1.51.5 设计用图纸设计用图纸 1.5.11.5.1 河道地质地形图河道地质地形图 1.5.21.5.2 工程地质剖面图工程地质剖面图 知水爱水 上善若水 - 8 - 第第 2 章章 工程总体布置工程总体布置 2.12.1 工程等别及建筑物级别工程等别及建筑物级别 根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），确定工程规模、工 程等别、防洪标准及设计标准。 该水库是一座以灌溉为主，兼乡镇农村供水的工程；工程建成后，可增加保灌面 积 5250 亩，可以列为小型工程，属于等小（1）型工程。保护某城镇和某平原，属 于一般，属于等小（1）型工程。 根据规范，按各指标中最高等级确定工程等别：该水利枢纽水库工程等级为等 小（1）型工程。 由于确定了水利工程等别为等小（1）型工程，根据水利水电工程等级划分及 洪水标准（SL252-2000）中“永久性水工建筑物级别”表确定主要建筑物级别为 4 级，次要建筑物级别为 5 级，临时建筑物级别为 5 级。 第三章第三章 非溢流坝坝体设计非溢流坝坝体设计 3.1 拟定基本剖面拟定基本剖面 非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶 附近，基本断面上部设坝顶结构。根据工程经验，一般 情况下，上游坝坡坡率 n=00.2，常做成铅直或上部铅 直下部倾向上游；下游坝坡坡率 m=0.60.8；底宽约为 坝高的 0.70.9 倍。本设计拟定：上游坝面为上部铅直 下部倾向下游，下游坝坡坡率 0.7。重力坝剖面的下游 坡向上延伸应与校核洪水位相交。 图 3-1 重力坝的基本剖面图示 知水爱水 上善若水 - 9 - 3.23.2 拟定实用剖面拟定实用剖面 3.2.13.2.1 拟定坝基高程拟定坝基高程 由混凝土重力坝设计规范可知，坝高小于 50m 时，重力坝可建在弱风化中部 至上部基岩上，本工程坝高小于 50m，查图纸，可确定坝基面高程为 370m。 3.2.23.2.2 确定坝顶高程确定坝顶高程 1、超高值 h 的计算 （1）基本公式 坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，防浪墙 顶至设计洪水位或校核洪水位的高差 h，可由下式计算 h = + + 1% h z h c h h防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m； 累计频率为1%时的波浪高度，m； 1% h 波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m； z h 安全加高，按表 31 采用，3 级工程，设计情况0.4m，校核情况 c h c h 0.3m。 c h 表表 3-13-1 坝的安全加高坝的安全加高 c h 坝 的 级 别运 用 情 况 123 设计情况（基本情况）0.70.50.4 校核情况（特殊情况）0.50.40.3 本水库处于内陆峡谷地区，下面按官厅水库公式（适用于20m/s 及 D20km 0 v 计算和。 1% h z h （3-2） 1 1 3 12 0 22 00 0.0076 ghgD v vv 知水爱水 上善若水 - 10 - （3-3） 1 1 3.75 2.15 0 22 00 0.331 m gLgD v vv （3-4） 2 2 l z hH hcth LL 试中:D吹程，取 0.8km。 平均波长，m。 m L 计算风速，m/s，是指水面以上 10m 处 10min 的风速平均值，水库为正常蓄 0 v 水位和设计洪水位时，宜采用相应季节 50 年重现期的最大风速，校核洪水 位时，宜采用相应洪水期最大风速的平均值。 h波高，m。当=20250 时，为累计频率 5%的波高；当 2 0 /gD v %5 h =250 2 0 /gD v 1000 时，为累计频率 10%的波高。 %10 h (2)设计洪水位时 h 计算 计算风速取相应季节50年重现期的多年平均最大风速的1.5倍，所以= o v 0 v ，D=800m，则=20.0,在20与250，所求出的hsm19.813.21.5 2 0 vgD 2 8 .198008 . 9 为累积频率5%的波高。将已知数据代入公式可得 5% h 31 2 121 2 5% ) 8 . 19 8008 . 9 ()8 .19(0.0076 19.8 9.8h 75 . 3 1 2 15 . 2 1 2 ) 8 . 19 8008 . 9 () 8 . 19(331 . 0 8 . 19 8 . 9 m L 解得=0.643m =7.34m 5% h m L 则=1.24,=0.797m 1% h 5% h 则=0.272m z h mm 2 1% L H2 cth L h =0.272+0.797+0.4=1.469m 正 h (3)校核洪水位时 h 计算 计算风速取相应季节重现期的多年平均最大风=13.2，D=800m，则 o v 0 vsm 知水爱水 上善若水 - 11 - =45.0，在 20 与 250 之间，故所求出的 h 为累积频率 5%的波高 2 0 vgD 2 13.28009.8 。将已知数据代入公式可得 5% h 31 2 121 2 5% ) 2 . 13 8008 . 9 ()2 .13(0.0076 13.2 9.8h 75 . 3 1 2 15 . 2 1 ) 2 . 13 8008 . 9 () 2 . 13(331 . 0 2 .13 8 . 9 m L 解得 =0.389m =4.89m 5% h m L 则=1.24=0.482m 1% h 5% h 则=0.149m z h mm 2 1% L H2 cth L h =0.149+0.482+0.3=0.931m 正 h 2、坝顶高程计算 坝顶高程按下式计算，并选用其中较大值 坝顶高程=设计洪水位+ h 设 坝顶高程=校核洪水位+ h 校 根据以上两种水位时 h 计算结果，得出两种状况下坝顶高程。 （1） 设计洪水位时的坝顶高程 =411.95+1.469=413.42mh 设设 设计洪水位 （2）校核洪水位时的坝顶高程： =412.75+0.931=413.68mh 校校 校核洪水位 为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值取整得 414m。 坝体高度=，取用 36m，在 50m 范围内，初拟坝基正确。418.4938335.49m 3.2.33.2.3 拟定坝顶宽度拟定坝顶宽度 坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗震， 特大洪水时维护等要求。因无特殊要求，根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的 8%10%取值，且不小于3m，并应满足交通和运行管理的需要。则（414-370） （8%10%）=3.524.4m，考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行 道等，取坝顶宽为4m，以满足大坝维修作业通行需要。 知水爱水 上善若水 - 12 - 3.2.43.2.4 拟定坝底宽度拟定坝底宽度 因为下游坝坡坡率为 0.7 且向上延伸与校核洪水位相交，可求得坝底宽度为 （412.75-370） 0.7=29.925m，取 30m。 3.2.53.2.5 基础灌浆廊道尺寸拟定基础灌浆廊道尺寸拟定 高、中坝内必须设置基础灌浆廊道，兼作灌浆、排水和检查之用。由于本坝坝高 不高，因此只设一层廊道。基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据钻灌机具尺寸及工作要 求确定，宽度可取 2.5m3.0m，高度可为 3.0m3.5m，本设计取 2.5 3.0m。纵向廊 道的上游壁离上游坝面的最小距离，应满足防渗要求（一般为 0.050.1 倍坝面作用 水头）且不小于 3m。因此取 4m。 3.33.3 荷载计算及其组合荷载计算及其组合 作用在坝基面的荷载有：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力、土压 力，常取坝长进行计算。 ，作用组合如表 3-2。 1m 表表 3-23-2 作用组合作用组合 作 用 设计状 况 作用 组合 主要 考虑 情况 自 重 静水 压力 扬 压 力 淤砂 压力 浪 压 力 冰 压 力 动水 压力 土 压 力 地震 作用 持久 状况 基本 组合 正常 蓄水 偶然 状况 偶然 组合 校核 洪水 注：1.应根据各种作用同时发生的实际可能性，选择计算中的最不利的组合； 2.分期施工的坝应按相应的荷载组合分期进行计算。 3.施工期的情况应作必要核算，作为特殊组合。 4.根据地质和其他条件，如考虑运用时排水设备，易于堵塞，须经常维修时，应 考虑排水失效 的情况，作为特殊组合。 5.地震情况的静水压力、扬压力、浪压力按正常蓄水位计算。 6.表中的“”表示应考虑的荷载,“”表示不应考虑的荷载。 坝体荷载如图 3-3 所示 知水爱水 上善若水 - 13 - 3.3.13.3.1 自重自重 c WVr 式中：V-坝体体积 -混凝土的重度，取 24 c r 3 mKN KN1337124 7 . 0 30 )430( 2 1 W1 图 3-3 坝体荷载 KN4224244)370414(W2 3.3.23.3.2 静水压力静水压力 计算时分和两个方向计算。正常蓄水位时下泄流量为 0，查表 4 可知下游水 H p v p 位 396.80m；校核洪水位时查表 3 可知下泄流量为 54.5.查表 4 用内插法可得下 3 /ms 游水位为 397.85m。结果如表 3-3 所示。 表 3-3 不同情况下上下游水深及水位差 特征水位 上游水深 1( ) H m下游水深 2( ) Hm上下游水位差( )H m 正常蓄水位4126.814.2 校核洪水位42.7527.8514.9 2 1 2 Hw Pr H 式中:计算点的作用水头，；Hm 水的重度，常取 w r 3 9.81/KN m VP wv 知水爱水 上善若水 - 14 - 式中:V-作用水体体积， 3 m 1.正常蓄水位时： = 1 PKN 3 . 82454181 . 9 2 1 2 = 2 PKN 0 . 35238 .2681. 9 2 1 2 = 3 WKN1 .246681 . 9 7 . 0 8 . 26 2 1 2 2.校核洪水位时: = 1 PKN 2 . 896475.4281 . 9 2 1 2 = 2 PKN 4 . 380485.2781 . 9 2 1 2 = 3 WKN1 .266381 . 9 7 . 085.27 2 1 2 3.3.33.3.3 扬压力扬压力 根据规范，扬压力折减系数 0.25 1.正常蓄水位时：= 1 UKN 2 . 7887308 .2681 . 9 = 2 UKN 7 . 452)430(2 .1425. 081. 9 2 1 = 3 UKN 3 . 1394 2 . 1425. 081 . 9 = 4 UKN 0 . 2094)25 . 0 2 . 14 2 . 14(81 . 9 2 1 = +U 1 U 2 U 3 UKNU 2 . 86880 .2093 .139 7 . 452 2 . 7887 4 2.校核洪水位时:= 1 UKN 3 . 81963085.2781. 9 = 2 U 475.0KN)430( 9 . 1425 . 0 81 . 9 2 1 = 3 U146.2KN4 9 . 1425. 081 . 9 = 4 U219.3KN4)25 . 0 9 .14 9 . 14(81. 9 2 1 = +U 1 U 2 U 3 U9036.8KN219.3146.2475.08196.3 4 U 3.3.43.3.4 浪压力浪压力 知水爱水 上善若水 - 15 - (1)基本数据表 （2）波浪形态判别 1.正常蓄水位时：=7.34m，=0.797m，=0.272m m L 1% h z h 坝前水深 H=411-370=41m 因为 H，所以为深水波。 2 m L 2.校核洪水位时：=4.89m，=0.482m，=0.149m m L 1% h z h 坝前水深 H=412.75-370=42.75m 因为 H，所以为深水波。 2 m L （3）波浪压力计算 按下式计算: 00 1 4 wm wkz L Phh 单位长度迎水面波浪压力标准（KN/m） wk P 1.正常蓄水位时：19.24KNPwk 2.校核洪水位时：7.57KPwk 3.3.53.3.5 泥沙压力泥沙压力 按 50 年淤积年限全淤法计算，泥沙容重取 1.4 倍水容重，淤沙高程为 400.45m。 = sk P) 2 45(tgh 2 1 022 ssb s 式中： - 淤沙的浮重度 sb - 坝前淤沙厚度 s h 计算风速 0( / )v m s 吹程 ( )D m 重力加速度 2 (/)g m s 水位高程 ( )m 坝基高程 ( )m 安全加高 ( ) c h m 迎水面水深 H( )m 正常蓄水位 19.88009.8411.003700.441 校核洪水位 13.28009.8412.753700.342.75 知水爱水 上善若水 - 16 - - 淤沙的内摩擦角 s =，=400.45-370=30.45m，=0.4 s 0 30 s h sb 3 mKN 220 1 tan45 22 s ssbs Ph =) 2 30 45(tan45.304 . 0 2 1 0 022 =61.8KN 3.3.63.3.6 其它荷载其它荷载 土压力应根据具体情况来定。温度荷载一般可以采取措施来消除，稳定和应力分 析时可以不计入。风荷载、人群荷载等在重力坝荷载中所占比例很小，可以忽略不计。 表表 3-43-4 基本组合情况基本组合情况 知水爱水 上善若水 - 17 - 作用(每一坝段)KN力矩/(KNm 序号 作用名称计算式 重度 (KNm-3) 水平(H) 垂直(V) 力臂 (m)+- 1 自重 1 W v 24 133712.33 31154 2 自重 2 W v 24 42241354912 3 廊道换 算自重 v 24 -1809.75 1755 4 1 P 2 1 2 H9.88245.3 13.67 112713 5 2 P 2 1 2 H9.8-3523.0 8.93 31460 6 3 W v 2466.18.75 21578 7 1 U v 9.8 -7887.200 8 2 U v -452.72.33 1055 9 3 U v 9.8 -139.313 1811 10 4 U v 9.8 -209.013.67 2857 11 s P 220 1 tan45 22 s sbs h 0.461.8 10.15 627 12 wk P 00 1 4 wm z L hh 9.819.24 41.27 794 13作用之和 4803.3411192.9 -25664 知水爱水 上善若水 - 18 - 表表 3-53-5 偶然组合情况偶然组合情况 作用(每一坝段)KN力矩/(KNm 序号 作用名称计算式 重度 (KNm- 3) 水平(H) 垂直(V) 力臂 (m) +- 1 自重 1 W v 24 133712.3331154 2 自重 2 W v 24 42241354912 3 廊道换 算自重 v 24 -1809.75 1755 4 1 P 2 1 2 H9.88964.2 14.25 127740 5 2 P 2 1 2 H9.8-3804.4 9.2835305 6 3 W v 2683.18.50 22806 7 1 U v 9.8 -8196.300 8 2 U v -475.02.33 1107 9 3 U v 9.8 -146.213 1901 10 4 U v 9.8 -219.313.67 2998 11 s P 220 1 tan45 22 s sbs h 0.461.8 10.15 627 12 wk P 00 1 4 wm z L hh 9.87.57 42.90 325 13作用之和 5229.1711061.3 -37888 3.3.73.3.7 防渗帷幕设置防渗帷幕设置 据上游位置为 4m。 知水爱水 上善若水 - 19 - 3.43.4 稳定性分析稳定性分析 重力坝的抗滑稳定分析按单一安全系数法和分项系数极限状态设计进行计算和验 算，正常蓄水位情况和校核洪水位情况按承载能力极限状态验算,抗滑稳定计算时取单 宽作为计算单元。 3.4.13.4.1 单一安全系数法单一安全系数法 因坝体混凝土与基岩接触良好，本次设计单一安全系数法采用抗剪断强度计算公 式进行稳定分析，计算公式如下： s fWUc A K P 按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数 s K f 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数, 该工程地质分类是 三类，查表 D.2 得 f为 1.100.90，取 1.0。 c 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa，查表得 c为 1.100.70MPa，取 700KPa。 A 坝基接触面截面积 ， 2 m 2 30m130 W 作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，kN； P 作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN； 按上式抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数值应不小于下表3-6的规定。 s K 表表3-63-6 抗滑稳定安全系数抗滑稳定安全系数 s K 荷载组合 s K 基本组合 3.0 （1） 2.5 特殊 组合（2） 2.3 取3.0 s K 1.正常蓄水位时： 知水爱水 上善若水 - 20 - 19881.1KN2466.1180-422413371 W 4803.34KN P 8688.2KN U = s K 6.70 4803.3 307008688.2-19881.11.0 ）（ 故满足要求 2.校核洪水位时： 20098.1KN2683.1180-422413371 W 5229.17KN P 9036.8KNU = s K 6.13 5229.17 307009036.8-20098.11.0 ）（ 故满足要求 3.53.5 边缘应力应力计算及强度校核边缘应力应力计算及强度校核 在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，应校核坝体边缘应力是 否满足强度要求。在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉 应力，坝趾垂直应力应小于坝基容许压应力9.8MPa（拟定大坝采用C10混凝土）。 基本公式: 上、下游坝面垂直正应力： 2 6 u y WM BB 2 6 d y WM BB 上、下游面剪应力: = u 1 )(mPP u y u u = d 2 )(mPP d u d y 上、下游面水平正应力： = u x 2 1 )()(mPPPP u y u u u u = d x 2 2 )()(mPPPP d u d y d u 上、下游面主应力： = u 1 )()1 ( 2 1 2 1 u u u y PPmm = u 2 u u PP 知水爱水 上善若水 - 21 - = d 1 )()1 ( 2 2 2 2 d u d y PPmm = u 2 d u PP W作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，kN； M作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和， kNm； B计算截面的长度，m。 上游坝坡； 1 m 下游坝坡； 2 m 计算截面在上、下游坝面所承受的水压力强度（如有泥沙压力时，应P 计 入在内）；泥沙压强为=4.06KPa 370-400.45 61.82 、计算截面在上、下游坝面处的扬压力强度； u u P d u P 1.正常蓄水位时： 上、下游坝面垂直正应力： 上游面垂直正应力: 2 6 u y WM BB 202.0KPa 30 25664-6 30 11192.9 2 ）（ 下游面垂直正应力: 2 6 d y WM BB 2 30 25664-6 - 30 11192.9）（ 544.19KPa 上、下游面剪应力: 上游面剪应力：= （由于 =0） u 1 )(mPP u y u u 0KPa 1 m 下游面剪应力：= d 2 )(mPP d u d y =7 . 0)8 .2681. 9 8 . 2681 . 9 19.544( 知水爱水 上善若水 - 22 - 380.9KPa 上、下游面水平正应力 上游面水平正应力: = u x 2 1 )()(mPPPP u y u u u u =0)4181 . 9 06 . 4 4181 . 9 ( 4.06KPa 下游面水平正应力: = d x 2 2 )()(mPPPP d u d y d u = 2 7 . 0)8 .2681 . 9 8 . 2681 . 9 19.544()8 .2681 . 9 8 . 2681 . 9 ( 266.65KPa 上、下游面主应力 上游面主应力： = u 1 )()1 ( 2 1 2 1 u u u y PPmm =0 0 . 202)01 ( 2 202KPa = u 2 u u PP =81. 94106. 481 . 9 41 4.06KPa 下游面主应力：= d 1 )()1 ( 2 2 2 2 d u d y PPmm =)81. 9 8 . 2681 . 9 8 . 26(7 . 019.544)7 . 01 ( 22 810.84KPa = u 2 d u PP =81 . 9 8 .2681 . 9 8 . 26 0KPa 知水爱水 上善若水 - 23 - 2.校核洪水位时： 上、下游坝面垂直正应力 上游面垂直正应力: 2 6 u y WM BB 2 30 37888-6 30 11061.3）（ 116.12KPa 下游面垂直正应力: 2 6 d y WM BB 2 30 37888-6 30 11061.3）（ 621.30KPa 上、下游面剪应力: 上游面剪应力：= u 1 )(mPP u y u u 0KPa 下游面剪应力：= d 2 )(mPP d u d y =7 . 0)85.2781. 985.2781. 9621.30( 434.91KPa 上、下游面水平正应力 上游面水平正应力: = u x 2 1 )()(mPPPP u y u u u u =0)75.4281 . 9 06 . 4 75.4281 . 9 ( 4.06KPa 下游面水平正应力： = d x 2 2 )()(mPPPP d u d y d u = 2 7 . 0)85.2781 . 9 85.2781 . 9 30.621()85.2781. 985.2781 . 9 ( 304.44KPa 上、下游面主应力： 知水爱水 上善若水 - 24 - 上游面主应力： = u 1 )()1 ( 2 1 2 1 u u u y PPmm =0116.12)01 ( 2 116.12KPa = u 2 u u PP =81 . 9 75.4206 . 4 81. 975.42 4.06KPa 下游面主应力：= d 1 )()1 ( 2 2 2 2 d u d y PPmm =)81 . 9 85.2781 . 9 85.27(7 . 030.621)7 . 01 ( 22 925.74KPa = u 2 d u PP =81. 985.2781 . 9 85.27 0KPa 应力计算结果 注：表中数据单位都是。KPa 由上表应力都小于9.8Mpa，故满足要求。 坝堹处坝趾处 计算情 况 u y u u x 1 u 2 u d y d d x 1 d 2 d 基本组 合（正 常蓄水 位） 202.004.062024.06544.19380.9266.65810.840 特殊组 合（校 核洪水 位） 116.1204.06116.124.06621.30434.91304.44925.740 知水爱水 上善若水 - 25 - 第四章第四章 溢流坝剖面的拟定溢流坝剖面的拟定 4.14.1 泄水方式的选择泄水方式的选择 溢流重力坝既要挡水又要泄水，不仅要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。 因此需要有足够的孔口尺寸、较好体型的堰型，以满足泄水的要求；且使水流平顺， 不产生空蚀破坏。重力坝的泄水主要方式有开敞式和孔口式溢流，开敞溢流式的堰除 了有较好的调节性能外,还便于设计和施工,同时这种形式的堰在我国应用广泛，有很 多的工程实践经验。故本设计采用开敞溢流式孔口，为了使水库具有较大的超泄能力， 采用开敞式孔口，WES 实用堰，由于是低坝泄流不大故堰顶不设闸门，堰顶高程与正 常蓄水位齐平。 4.24.2 溢流坝剖面设计溢流坝剖面设计 定型设计水头的确定： 堰顶最大水头=校核洪水位-堰顶高程 max H 即： max H1.75m411-412.75 定型设计水头=（75%95%）， d H max H 即:取=1.4m，/ d H d H max H0.81.4/1.75 4.2.1.4.2.1.堰坝曲线段堰坝曲线段 溢流坝顶部采用曲线形式，常用的有双圆弧曲线和三圆弧曲线,上游堰面铅直和椭 圆曲线。本工程选用三圆弧曲线,上游堰面铅直。开敞式堰面堰顶下游堰面采用WES 幂 曲线。取堰顶部最高点为坐标原点。堰顶O点上游三圆弧的半径及其坐标值为： =0.5=0.7； =-0.175=-0.245 1 R d H 1 X d H =0.2=0.28； =-0.276=-0.3864 2 R d H 2 X d H 知水爱水 上善若水 - 26 - =0.04=0.056；=-0.282=-0.3948 3 R d H 3 X d H 开敞式堰面堰顶下游堰面采用WES幂曲线,可按下式计算： 1nn d xkHy 式中：堰面曲线定型设计水头, m d H x，y原点下游堰面曲线横、纵坐标； n，k与上游堰坡有关的指数,见规范； 由于本设计上游面为铅直面，原点下游堰面曲线方程可用下面公式计算: 1.850.85 2.0 d xHy 按上式计算的坐标值入下表所示： 计算计算WESWES 下游曲面坐标值表下游曲面坐标值表 xyxyxy 1 0.376 610.336 1131.720 2 1.354 713.747 1237.260 3 2.867 817.599 1343.207 44.882 921.883 1449.556 57.377 1026.593 1556.303 4.2.2.4.2.2.中间直线段中间直线段 中间直线段与坝顶部下游曲线和下部反弧段相切，坡度和挡水坝一致，取1:0.7。 4.2.3.4.2.3.反弧段反弧段 知水爱水 上善若水 - 27 - 1.溢流堰下游反弧段半径，应结合下游消能设施来确定。本次设计选用挑流消能。 对于挑流消能，可按下式求得反弧段半径： R=(410)h 式中： h为校核洪水位闸门全开时反弧段最低点处的水深，m；反弧段流 速v 16m/s 时，可取下限，流速越大，反弧半径也宜选用较大值，以致取 上限。 0 2 () q h g Eh 上式为迭代公式，迭代初值取h=0。 单宽流量，本次设计取5q 3 /ms 上游最高水位与反弧段最低点的距离，反弧最低点与下游水位齐平。 0 E 0 E 16.26m401.3-417.560.9 初始令 0h 0 5 0.311 0.92 9.8 (16.260) h 1 5 0.314 0.92 9.8 (16.260.311) h 2 5 0.314 0.92 9.8 (16.260.314) h 故有 0.314h 又因为 5 15.9 0.314 q vm s h 16m s 弗劳德数 15.9 9.08 9.8 0.314 v Fr gh 3 2 2 5.7 3 RFr hm 取 6Rm 2.挑坎高度： 挑坎应高出下游水位，一般以12m 为宜。计算时按设计洪水位情况考虑，设 知水爱水 上善若水 - 28 - 计洪水位时，查水位流量曲线可知下游水位为401.03m。取挑坎最低高程等于下游水 位，挑坎最高点与最低点间距离为R(1-cos)。故挑坎高度=401.3-