瑶镇水库重力坝设计毕业论文.doc

重庆工贸职业技术学院毕业课程设计专业： 水利水电工程技术 班级： 2012级水工1班 学生姓名： 常 志 奎 指导教师： 程 媛 完成时间： 2019年2月28日 瑶镇水库重力坝设计第 1 页 共 51 页目 录第一章 基本资料4第一条 工程概况及工程目的4第二条 水文4第三条 地质5第一款 库区地质5第二款 水库渗漏6第三款 库岸稳定6第四款 水库地震6第五款 枢纽工程地质条件6第六款 天然建筑材料7第二章 枢纽布置10第一条 坝轴线选择10第二条 坝型确定11第三条 枢纽布置12第三章 坝体剖面设计12第一条 坝顶高程确定12第二条 坝体断面设计13第一款 基本资料13第二款 坝顶高程的确定14第三款 坝体断面设计15第四款 坝基面荷载作用的标准值计算（以单宽计算）15第五款 坝基面稳定计算18第六款 折坡面荷载作用的标准值计算（以单宽计算）24第七款 折坡面稳定计算26第三条 溢流坝剖面设计30第四章 挡水坝结构计算32第一条 荷载计算及其组合32第一款 设计水位情况33第二款 校核洪水位情况35第二条 稳定分析37第一款 设计水位时的稳定分析38第二款 校核洪水位时的稳定分析39第三条 应力分析40第一款 设计水位情况40第二款 校核洪水位情况42第五章 细部结构设计43第一条 混凝土分区及标号选择43第一款 混凝土43第二款 坝体砼分区44第三款 坝体分缝46第四款 廊道系统46第五款 止水和排水47第六章 地基处理49第一条 趾板区基础开挖及处理49第二条 帷幕灌浆与固结灌浆49第一款 坝基的帷幕灌浆49第二款 基岩固结灌浆49第三款 断层软弱夹层处理50第 51 页 共 51 页第1章 基本资料第一条 工程概况及工程目的 瑶镇水库位于榆林市神木县瑶镇乡境内秃尾河干流上游瑶镇村附近，枢纽距榆神二级公路约17 km，距神木县城约50 km，神木至尔林兔公路从坝肩通过，交通比较方便。瑶镇水库枢纽是提高秃尾河水资源利用率梯级开发规划中的第一级控制工程，建设瑶镇水库枢纽工程，对解决区域经济开发、城镇居民生活以及生态环境用水的需要具有重要作用。瑶镇水库是一座以城镇供水为主，兼顾农业灌溉、生态用水等综合利用的中型水利工程，是解决神木县锦界工业区工业用水和城镇居民生活用水的有效工程措施，同时兼顾瑶镇水库以下和采兔沟水库以上的农田灌溉面积3500亩，其中稻田1000亩，水浇地2500亩以及瑶镇水库以下公草湾处0.9万亩的生态林用水。第二条 水文 秃尾河属黄河一级支流，流域长度100km，流域宽度40km，为羽状水系，河流长度133 .9km（包括宫泊沟长度23km），河流高差512.3m，比降3.83%，总流域面积3373km2。100 km2以上支流右岸6条，左岸3条。 秃尾河发源于神木县西部风沙滩地中的湖泊海子，瑶镇水库坝址位于神木县瑶镇乡境内秃尾河干流上游瑶镇乡附近。干流在沟岔村以上分为两支，左支称宫泊沟，源自北部的宫泊海子，长23.4km，流域面积323 km2；右支称圪丑沟，源自大海子，长19.5 km，流域面积410 km2。沟岔村至瑶镇水库区间流域面积37 km2，水库控制流域面积为770 km2。流域平均气温7.8oC，最高月（七月）平均气温23.9 oC，最低月（元月）平均气温-9.8 oC，年平均日照2871小时，年平均水面蒸发量1431.8mm，年平均降水380mm，年平均无霜期175天，年平均冰封期84天，最大积雪深度120mm，水温15 oC以上150天，最大风速19m/s，年最大冻土深146cm。 径流分析成果：瑶镇水库径流系列频率计算的Cv=0.14 ，采用0.16，Cs=2.5 Cv，十年平均径流量w=9125万m3。 流域径流绝大部分由降雨入渗到沙漠，再由地下水排泄所形成。瑶镇水库10年平均径流量为8295.61.1=9125万m3。丰水年：3.33.4 m3/s，按3.3 m3/s计算，年平均引水10407万m3。枯水年：3.13.3 m3 /s，按3.1 m3/s计算，年平均引水9776万m3。平均为10092万m3，全年无弃水。 神木县以及陕北北部风沙区的短历时暴雨出现频次高，强度大。特别是汛期七、八月份暴雨是经常性的天气现象，年降雨量的绝大部分由暴雨组成。榆林市北部陕蒙交界处什拉淖1977年8月1日8小时降雨1050mm，强度之大陆上罕见。但是暴雨虽多，却很少形成较大洪水。经计算瑶镇水库枢纽工程坝址处的洪峰流量和洪量如下表11。表11 瑶镇水库洪峰、洪量频率计算成果表频 率（%）0.10.20.51210/3510洪 峰 流 量（m3/s）267227177139104796236一日洪水总量（万m3）4914113102381711189449三日洪水总量（万m3）756643499393296224179106瑶镇水库属沙漠水库，河水主要由沙漠渗水形成，泥沙主要为河床质。根据实测资料，瑶镇水库坝址处多年平均输沙量为6.7万m3 。第3条 地质第一款 库区地质 左岸岸坡平缓，一般坡角为510，不存在塌岸问题。右岸河床至坡顶，均为风积沙，坡角最大45左右，蓄水后存在塌岸问题，集中在坝址上游200900m范围内。 地层岩性： a) 基岩：呈丘状或梁状分布两岸，断续出露。岩石为长石砂岩，较完整，分布高程最大为1159.8m。 b) 古河道冲湖积沉积物：岩性以中细砂为主，含透镜状砂壤土，总厚度约60m。右岸发现三处较大古河道进口，基岩埋藏较深。 c) 一级阶地堆积物：岩性为砂壤土及含砾细砂，厚34m，为当地主要农田。d) 沙丘沉积物：岩性为中细砂，厚度不等，在本地区广泛分布。第二款 水库渗漏 库区的周边地形高程均高于设计水位，地形不存在外漏的条件，但库区盆地周边为第四系松散沉积粉中砂层，处于正常蓄水位以下，在岩性上具备渗漏条件。左岸库岸边地下水位高程为11571168m，沙丘地下水位估计高于正常蓄水位，产生渗漏的水动力条件较差，因此渗漏的可能性小。右岸地下水西北高东南低，高程大部分低于正常蓄水位，天然水力坡降为7%o左右，具备了产生渗漏的水动力条件。 经过地质勘测发现库区两岸均埋藏有秃尾河的古河道，古河道由左岸北东向穿过秃尾河，环绕右岸，于下游的神树沟流出库区。古河道出口位于距坝址右岸下游约1km的神树沟，地下水均以泉水形式出露排泄。库区渗漏除古河道为主要途径外，其它岸坡因地下水位较高，产生渗漏的可能性很小。 从地形、地层岩性上及水动力条件上分析该进口都具备产生渗漏的条件，是库区渗漏的主要通道。渗漏量估算：库区渗漏的主要通道位于右岸，其渗漏总量为6004.58m3/d，约占该河流常流量（3m3/s）得2.3%。第三款 库岸稳定左岸岸坡平缓，地形较开阔，坡角一般为510，作为水下坡角是稳定的，基本不存在塌岸问题。右岸河床至坡顶，均为全新统风积沙，坡角最大45左右，水库蓄水后存在塌岸问题，范围集中在坝址上游200900m内。估计最终塌岸宽度21.038.0m，塌岸总量20.5万m3。第四款 水库地震根据1999年中国地震烈度区划图，库坝区地震活动微弱，有史以来从未发生过较大的地震活动，区域基本地震烈度为6度，不具备库区水库诱发地震的地质和构造环境。第五款 枢纽工程地质条件1、 神庙坝址工程地质条件1. 地质简介 该段河谷谷地宽25m，两岸地形不对称，左岸平缓，右岸陡峻。基岩出露高程，左岸基岩高程1158.581159.97m；右岸基岩高程1152m，谷地高程1141.90m。基岩岩性为长石砂岩，夹薄层透镜状泥岩。两坝肩覆盖层为下更新统的钙化黄土状壤土与半胶结细砂，呈不对称分布，左岸细砂层厚约1.0m，右岸厚约3m。 坝址区构造不发育，主要为原生层理，总体产状倾向80o110o，倾角10o。两岸地下水位高于河水并补给河水。左岸覆盖层不含水，基岩地下水埋藏较深。环境水对砼无腐蚀性。2. 主要工程地质问题 坝基长石砂岩厚层状，具大型交错层理，泥岩分布于层面上其主要工程地质特征如下； 坝基岩石抗风化能力弱：在坝址区经地质测绘发现较大规模洞穴6个，主要位于坝轴线下游，露头基岩上多有蜂窝状空洞； 泥岩夹层呈薄饼状、透镜式：在长石砂岩中夹有薄层泥岩，主要沿地层层面产出，在两岸均有发现，形成了岩体中的软弱夹层带。 裂隙少：发现的两组剪切裂隙位于左岸神庙处，间距一般为10.6m。一组为顺和向，倾向255，倾角88，另一组与河流向斜交，倾向225，倾角86，缝宽13m，无充填物，一般长46m。坝基岩体属较完整的软岩，质量分级属类。 坝肩钙化黄土状壤土与半胶结细砂存在渗漏破坏的可能，不宜直接用作坝肩基础。第六款 天然建筑材料 瑶镇水库枢纽建筑物需石料2.5万m3，砂料1.1万m3。故瑶镇水库初设阶段新选择了4个料场，其中砂料、石料各两个料场。一、 砂料 本阶段所选择的砂料场为河则沟（J9），长胜彩挡（J10）。两料场均分布于坝区秃尾河左岸，交通方便。多为风积砂，分选性好，泥质物少，砂质纯净，表面覆盖物均为粉砂，一般厚约1m左右。河则沟储量约为0.904万m3，长胜彩挡储量约为0.768万m3。 对可研阶段勘察的乌鸡滩料场作了详查。瑶镇外贸站（J1）砂场，精度尚可。砂料的开采条件见下表： 砂料场开采条件评价表料场名称（编号）距坝址距 离（km）储 量（万m3）颗分室内定名无用层厚度（m）及岩性有用层分布特征质量优劣相对程度有用层厚度（m）瑶镇外贸站（J1）0.50.32细砂0.30.6粉砂中厚边薄的透镜体式优良0.8乌鸡滩（J1）2.81.26细砂0.31.6粉砂窝状线装分布，可利用的有五块最优0.61.6河则沟（J9）4.30.904细砂0.851.5粉砂窄条带状分布，厚度较稳定最优0.81.65长胜彩挡（J10）5.00.768细砂0.41.7粉砂中厚边薄的透镜体式较差0.41.35 以上各砂料场总储量约为3.25万m3，满足2倍以上设计用量。 根据以上各料场的开采条件，优先开采的料场为乌鸡滩（J2）、瑶镇外贸站（J1）两个料场，其次为河则沟（J9），最后为长胜彩挡（J10）料场。二、石料 据调查发现，现在被当地开采利用的除西沟（J4）料场外，还有石盆子（J7）料场与古今滩（J8）料场，岩性分别为浅蓝灰色的长石砂岩与肉红色的中细粒结构的长石砂岩。岩石质量要求及评价如下表。石料质量评价表序 号项目规范指标西沟J4料场石盆子J7料场古今滩J8料场1湿抗压强度40Mpa冻融后30Mpa28.724.541.433.621.721.572软化系数0.80.520.650.623冻融损失率2.4Kg/cm32.402.412.365评 价抗压强度，软化系数偏小，岩石质量较差。除软化系数偏小外其余指标均符合要求抗压强度、软化系数偏小外，其余项目均符合要求石料场的开采条件评价表如下:石料场开采条件评价表料 场名 称距坝址距 离（km）储 量（万m3）岩性无用层厚度（m）及岩性料场居民及建筑物等情况质量优劣相对程度开采难易程度有用层厚度（m）西 沟（J4）4012.0蓝灰色长石砂岩52风化岩及风积砂无优良容易1216石盆子（J7）671.5浅蓝色长石砂岩36浅黄色长石砂岩无最优稍困难45古今滩（J8）384.0肉红色长石石英砂岩1.52碎石，强风化岩无，为当地主要人工碎石场较差较容易46第2章 枢纽布置第1条 坝轴线选择-坝轴线为原地址勘探线，即西安市周至县马召镇黑河干流秦岭峪口处，坝轴线方向NE7856 34。-坝轴线大致是将-坝轴线右端上移了150m，左端保持不变。坝址两岸地形不完全对称，为左陡右缓，左岸单宽山梁东岭，与金河古河道毗邻，地形坡度50-55，右岸地形坡度40-50，直至黄河沟分水岭，河床高程487m，宽64m，坝顶高程处河谷宽368m。坝址基岩主要由片岩类组成，透水性较小且呈层状分布。两坝轴线各类岩石渗漏性能统计结果见下表：坝轴线各类岩石渗透性能统计表 以上看出，两坝轴线在水能利用、施工条件、地形条件及地质条件上几乎没有区别，故坝轴线比较重点研究两坝轴线在水工布置上、水流流态上及经济实用方面。-坝轴线，天然河谷较窄，坝顶长度较短。混凝土工程量最省，但为了确保有足够的前沿宽度，需要向两岸开挖，致使开挖量增加，左岸坝顶较高，上坝困难；坝轴线与水流方向有一定的角度，对建筑物的作用力不利，且对建筑物泄流流态也不利。-坝轴线河岸较平直，有利于下泄水流衔接，坝长适中；左岸较缓，有利于布置上坝公路。通过以上比较可以看出，坝轴线选择金盘河谷坝址处-坝轴线。第2条 坝型确定比较重力坝、拱坝、土石坝三种坝型所要求的地形地质条件和各自的优缺点如下：重力坝对地形地质条件适应性强，对地质条件的要求也比较低。重力坝枢纽泄洪问题容易解决，重力坝也可以做成坝身溢流，也可以在坝内不同高程设置泄水孔，不需另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。重力坝还具有施工倒流方便、坝体应力较低、安全可靠等有点。拱坝对地形地质条件要求比较高，从本次设计的地形地质条件来看，修建拱坝的难度系数很大。因此不予考虑。土石坝的主要优点是可以就地就近取材，节约大量水泥、木材和钢材，减小工地的外线运输量，能适应各种不同的地形、地质和气候条件。缺点是土石坝为布置泄洪和施工导流所需的工程量大、造价较高，且对于防渗材料的选择、造价也较高。通过上述比较，我认为选择重力坝比较适合，因此我选择的是混凝土重力坝。第3条 枢纽布置浆砌石重力坝方案由浆砌石重力坝段（主坝段）和右岸砂坝段（副坝段）以及冲砂洞、引水洞等组成。主坝与副坝之间，采用扶臂式钢筋混凝土挡土墙分割。根据坝址处地形地质条件，河床段布置32m宽的浆砌石溢流坝段，左岸接74m长非溢流浆砌石重力坝段，右岸接18M长非溢流浆砌石重力坝坝段及190.5m长砂坝段。砂坝与重力坝之间用扶臂式钢筋砼挡墙分割。排沙砂洞布置在左岸非溢流坝段中，轴线桩号为：0+065.5，进口底板高程为1150m。本次设计的枢纽布置方案为：溢流坝段位于原河槽部位，两部为非溢流坝段。大坝为混凝土重力坝，上游面上半部铅直，1/3处起坡，坡比1:0.2，下游面坡比1:0.8，最大坝高144.33m，大坝轴线总长404m，泄流段总长116.74m，堰顶高程594m，分五孔，每孔净宽15m，底孔进口高程511.5m，孔口尺寸3*3.5m。排沙底孔位于大坝左岸，引水管道位于大坝右岸。大坝为常态混凝土重力坝，溢流坝采用鼻坎式挑流消能。溢流坝段每隔16m设一条横缝，非溢流坝段每隔20m设置一条横缝。第3章 坝体剖面设计第1条 坝顶高程确定根据浆砌石坝设计规范SL25-91第8.1.1条规定，非溢流坝顶不得低于水库最高静水位，防浪墙顶不得低于正常运用和非正常运用的水库静水位加相应的超高H，H按下式计算：H=2HL+H0+HZ式中：2HL-波浪高（m） H0-波浪中心线超出水库静水位的风雍高度（m） HZ-安全超高（m），基本荷载组合情况下为0.4m，特殊荷载组合为0.3m。经计算基本荷载组合情况下H为2.088m,特殊荷载组合情况下H为1.294m,则防浪墙高程为：设计情况：116.20+2.088=1163.288m校核情况：1161.82+1.294=1163.114m经考虑设计情况控制防浪墙高程，同时考虑坝顶交通要求及溢流坝段交通桥底洪水位顶超高的要求，本工程非溢流坝顶不设防浪墙，以及非溢流坝顶高程取1163.4m。第2条 坝体断面设计第一款 基本资料设计洪水位（P=0.2） 上游：602.8m 下游：491.73m校核洪水位（P=0.02） 上游：605.39m 下游：492.66m正常蓄水位 上游：594m 下游：486.44m死水位：520m混凝土容重：24KN/m坝前淤沙高程：500m泥沙浮容重：8.0KN/m泥沙内摩擦角：25混凝土与基岩间抗剪断参数值：f=1.0 c=0.9Mpa坝体混凝土：C10多年平均最大风速为：v0=20m/s吹程：D=3000m地震基本烈度：7度扬压力系数：0.25第二款 坝顶高程的确定水库静水位的超高按公式h=hl+hz+hc计算，计算分设计洪水与校核洪水两种情况进行。1、 计算波浪高已知D=3km，设计洪水时采用1.5倍多年最大风速v=20*1.5=30m/s,校核情况采用多年平均最大风速v=20m/s,将D、V值代入计算。设计洪水状况：校核洪水状况：2、 安全高程hc： 设计：0.5m 校核：0.4m三、坝顶超高h： 设计状况： h=1.24*1.68+0.56+0.50=3.14m 相应坝顶高程为：605.39+3.14=605.94m 校核状况： h=1.24*1.01+0.31+0.40=1.96m 相应坝顶高程为：605.39+1.94=607.33m 可见校核状况下的高程为控制高程，我选择的坝顶高程为607.33m。 坝基高程为467m，则坝高：607.33-467=140.33m。4、 坝顶宽度 考虑交通要求，取10m。第三款 坝体断面设计上游坝坡做成折角，折角点位于1/3坝高处（即高程514m处），在此以上坝坡铅直，在此以下，坝坡坡率n取0.3；下游坝坡坡率m取0.8.基本三角形顶点高程为校核洪水位605.39m，非溢流坝断面图如下图3.2.1所示：图3.2.1 非溢流坝段剖面图第四款 坝基面荷载作用的标准值计算（以单宽计算）本设计基本组合为正常蓄水位时的荷载组合，偶然组合为正常蓄水位加地震荷载。荷载计算如下：（1） 自重荷载： G1=1/2*9.4*47*24=5301.6KN G2=1/2*110.7*138.4*24=183850.56KN G3=(2.61+15.11)*10/2*24=2126.4KN (2)静水压力： 上游水平水压力： 下游水平水压力： 上游垂直水压力：W1=9.4*80*9.81=7377.12KN W2=1/2*9.4*47*9.81=2167.03KN 下游垂直水压力：W3=1/2*15.552*19.44*9.81=1482.93KN (3）扬压力:U1=9.81*120.11*19.44=22905.75KN U2=1/2*236.79*101.01=26645.43KN U3=1/2*263.79+1055.16*19.1=12595.97KN (4)浪压力： 波高 波长 因为正常蓄水位坝前水深H=127m，故可判断此波为深水波。 单位长度浪压力标准值：Pl=1/4rL(h1+h2） =1/4*9.81*15.75*(1.68+0.56) =86.52KN (5)淤沙压力： 水平淤沙压力： 垂直淤沙压力： （6）地震惯性力： 计算公式： 水平向地震惯性力：其中各系数值为：地震惯性力计算剖面如图4.1所示，计算过程见表4-1. 图4-1 坝体分块表4-1质点重力G(KN)质点高度H(m)Gej/Ge(hj/H)4分布系数a1惯性力F(KN)弯矩（KN.m）1 3626.4133.450.01525.5557503.6867216.0624800115.890.01453.5394424.7349221.7333840112.560.00813.1917306.4134488.7441872090.890.01691.9420908.8682605.925864085.890.00621.2808276.6523761.7163466861.450.00651.26181093.6167201.8578012.4756.630.00111.2133243.0413763.2685301.615.670.000041.0994145.712283.35982470.3423.50.00031.10112270.2153349.751021206.415.670.000011.0979582.069120.92合计191285.210.068856754.94403013.29（7） 地震动水压力上游面地震动水压力： 对坝基面力矩：下游面地震动水压力：对坝基面力矩：第五款 坝基面稳定计算由规范8.结构计算基本规定中可知大坝坝体抗滑稳定和坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算属于承载能力极限状态，在计算时，其作用和机械性能均以设计值代入。基本组合，以正常蓄水位对应的上、下游水位代入，偶然组合以正常蓄水位对应的上、下游水位加地震荷载代入。 而坝体上、下游面混凝土拉应力验算属于正常使用极限状态，其各设计状态及各分项系数 = 1.0，即采用标准值输入计算。此时结构功能限值 C = 0。荷载组合计算结果见表 6-2。名称符号垂直力（KN）水平力（KN）力臂（m）对基础中心力矩（KN*m）分项系数逆时针+顺时针-自重G15301.653.792851731.0自重G2183850.5613.75225283131.0自重G32126.445.656970831.0上游水平水压力P17911342.33333490901.0下游水平水压力P218546.4812013.91.0上游垂直水压力W17377.1255.3564083671.0上游垂直水压力W22167.0355.921211801.0下游垂直水压力W31482.9354.872813711.0浮托力U122905.750.000.01.0渗透压力U222645.437.2841940851.2渗透压力U312595.9750.0566361721.2浪压力PL86.52122.495105981.2水平淤沙压力Psh2775.0611305261.2垂直淤沙压力Psv871.257.856504041.2地震惯性力F6754.944030131.0上游面地震动水压力F025197.458.4214720331.0下游面地震动水压力F0590.398.9452801.0正常使用极限状态基本组合203176.8462147.1581974.5818543696618.94107757141029.6980120.58411138.1承载能力极限状态基本组合203351.0864666.3482546.918543745516.74243216.2138684.7480692.9497699.5偶然组合203351.0864666.34114499.242444.393750796.76118262.2138684.74112054.852367465.5（1） 坝体混凝土与基岩接触面抗滑稳定极限状态 根据水利水电枢纽工程等级划分标准，2 级建筑物对应水利水电工程结构可靠度设计统一标准中的结构安全级别为级，相应结构重要系数为 1.0。大坝采用标号C10 的混凝土。材料性能分项系数为 1.5，轴心抗压强度标准值 9800KPa,则设计值Ra=9800KPa/6533.3KPa材料抗剪断摩擦系数F=1.0，凝聚力C=0.9MPa摩擦系数F的材料性能分项系数为 1.3,则设计值:Fd=1.0/1.3=0.7692；凝聚力C的材料性能分项系数为 3.0，则设计值C=0.9MPa/3.0=300kPa. a、基本组合时，取持久状态对应的设计状况系数 =1.0，结构系数 d1=1.2。基本组合的极限状态设计表达式式中左边: 0 S() =1.01.080692.9 = 80692.9 KN对于抗滑稳定的作用效应函数S（.）=P右边：对于抗滑稳定的抗力函数R() = fRWR + CRAR经计算,左边= 80692.9 KN , 右边= 118928.47KN 满足规范要求。b、偶然组合时,取偶然状态对应的设计状况系数 =0.85,结构系数 d2=1.2。偶然组合的极限状态设计表达式式中左边: 0 S() =1.00.85112054.85 = 112054.85KN对于抗滑稳定的作用效应函数 S() = P 右边:对于抗滑稳定的抗力函数 R() = fRWR + CRAR经计算:左边= 112054.85KN , 右边= 118928.47 KN 满足规范要求。(2) 坝址抗压强度极限状态 a、基本组合时,取持久状态对应的设计状况系数 =1.0,结构系数 d1=1.8。满足规范要求。b、偶然组合时,取偶然状态对应的设计状况系数 =0.8,结构系数 d2=1.8。满足规范要求。(3) 上游坝踵不出现拉应力极限状态 上游坝踵不出现拉应力极限状态属正常使用极限状态,故设计状况系数、作用分项系数和材料性能系数均取 1.0。此处,结构功能的极限值 c=0。可知,上游坝踵处未出现拉应力。满足规范要求。由以上计算结果可知,所拟非溢流坝段剖面全部满足设计规定的要求。(4) 坝面其他应力计算（基本状况，截面上有扬压力作用）上游面垂直正应力：下游面垂直正应力：上游面剪应力：下游面剪应力：上游面水平正应力：下游面水平正应力：上游面主应力：下游面主应力：其中： 第六款 折坡面荷载作用的标准值计算（以单宽计算） 本设计基本组合为正常蓄水位时的荷载组合，偶然组合为正常蓄水位加地震荷载。选取坝基面和折坡面作为计算截面。折坡面荷载如图 6-3。 注:高程以m计,其它 均以mm计。荷载计算如下：（1） 自重荷载：（2） 静水压力 上游水平水压力： （3） 扬压力：（4） 浪压力：（5） 地震惯性力 计算公式： 水平地震惯性力： 其中各系数值为：地震惯性力计算过程见表4-2质点重力G(KN)质点高度（m）Gej/Ge(hj/H)4分布系数a1惯性力F1(KN)弯矩（KN*m）-1 3626.486.450.03154.80435.1637620.272480068.890.01682.53303.60209153384065.560.01112.20211.2013846.2741872043.890.01081.30608.4026702.685864038.890.00311.21261.3610164.2963466814.450.00021.08936.0313525.7278012.479.630.000011.09218.342102.6182306.870.073513974.10124876.85(6) 地震动水压力上游面地震动水压力：对坝基面力矩：第七款 折坡面稳定计算 由规范 8.结构计算基本规定中可知大坝坝体抗滑稳定和坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算属于承载能力极限状态，在计算时，其作用和材料性能均应以设计值代入。基本组合以正常蓄水位对应的上、下游水位代入；偶然组合以正常蓄水位对应的上、下游水位加地震荷载代入。 而坝体上、下游面混凝土拉应力验算属于正常使用极限状态，其各设计状态及各分项系数 = 1.0，即采用标准值输入计算。此时结构功能限值 C = 0。 荷载组合计算结果见下表。名称符号垂直力（KN）水平力（KN）对基础中心力臂（m）对基础中心力矩（m）分项系数逆时针+顺时针-自重G12256031.5517117911.0自重G259746.385.5193297431.0上游水压力P13139226.6678371301.0渗透压力U14748.0431.7141505791.2渗透压力U26222.385.73356541.2浪压力PL86.5275.49765321.2地震惯性力F2974.101248771.2地震水压力F09998.35236.83679391.0正常使用极限状态基本组合82306.8910970.4231478.520.001041534102989571336.4731478.5211639承载能力极限状态基本组合82306.8913164.531495.820.001041534106844869142.3931495.8226914偶然组合82306.8913164.544468.270.001041534156126469142.3944468.27519730（1） 坝体抗滑稳定极限状态 根据水利水电枢纽工程等级划分标准（SDJ12-78）3 级建筑物对应水利水电 工程结构可靠度设计统一标准中的结构安全级别为级，相应结构重要系数为 1.0。大 坝采用标号 C10 的混凝土。材料性能分项系数为 1.5，轴心抗压强度标准值 9800KPa，则设计值：Ra=9800KPa/6533.3KPa材料抗剪断摩擦系数f=1.6,凝聚力c=1.2MPa摩擦系数f的材料性能分项系数为,1.6，则设计值：fd=1.6/1.3=1.067凝聚力c的材料性能分项系数为1.3，则设计值为：c=1.2MPa/3.0=400kpaa、 基本组合时,取持久状态对应的设计状况系数 =1.0,结构系数 d1=1.2。 基本组合的极限状态设计表达式式中左边: 0 S() =1.01.031495.82 = 31495.82 KN对于抗滑稳定的作用效应函数 S() = P 右边:对于抗滑稳定的抗力函数 R() = fRWR + CRAR经计算,左边= 31495.82KN ， 右边= 95285.94 KN满足规范要求。b、偶然组合时，取偶然状态对应的设计状况系数 =0.85，结构系数 d2=1.2。 偶然组合的极限状态设计表达式式中左边： 对于抗滑稳定的作用效应函数 S() = P 右边：对于抗滑稳定的抗力函数 R() = fRWR + CRAR经计算，左边= 37798.03KN ， 右边= 95285.94 KN满足规范要求。（2） 坝址抗压强度极限状态a、基本组合时，取持久状态对应的设计状况系数 =1.0，结构系数 d1=1.8。满足规范要求。（3）上游坝踵不出现拉应力极限状态上游坝踵不出现拉应力极限状态属正常使用极限状态，故设计状况系数、作用分项系数和材料性能系数均取 1.0。此处结构功能的极限值 c=0。可知，上游坝踵处未出现拉应力。满足规范要求。由以上计算结果可知，所拟非溢流坝段剖面全部满足设计规定的要求。（4） 坝面其他应力计算，（基本状况，截面上有扬压力）上游面垂直正应力下游面垂直正应力上游面剪应力下游面剪应力上游面水平正应力下游面水平正应力上游面主应力下游面主应力其中 第3条 溢流坝剖面设计该工程采用开敞式溢流坝，溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线可采用 WES 曲线，曲线的具体如图 3-1。其中的 Hd 为定形设计水 头，按堰顶最大作用水头 Hmax 的 75%-95%计算，可知 Hmax=11.39m。图3-1由于上游堰高P1=594-467=127m1.33Hd,故取 Hd=0.80Hmax=9.112mR1=0.5Hd=4.556m R2=0.2Hd=1.822m R3=0.04Hd=0.364m0.175Hd=1.595m 0.276Hd=2.515m 0.282Hd=2.570m堰顶下游采用WES曲线，方程为：故可得堰面曲线见表3-2：X1.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.0011.0012.0012.985Y0.00-0.076-0.583-0.993-1.501-2.103-2.797-3.581-4.453-5.411-6.455-7.582-8.773表3-2 WES曲线坐标表用以下方法可求得切点坐标（12.985，-8.733）。具体过程如下：直线段后接反弧段，采用挑流消能，挑流鼻坎高程取 494.00m，(下游最高水位为492.66m)。反弧段最低点流速：其中值由长江流域规划办公室提供的公式初步确定为：反弧半径一般取（6-10）hc，因流速较大，取R=10hc=17.3m,挑角取30。由直线与园相切可得圆心角为：51+30=81。初步拟定的剖面图如图3-3所示。图3-3 溢流坝断面图第4章 挡水坝结构计算第1条 荷载计算及其组合荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算使之满足规范中规定的要求。 第一款 设计水位情况1.坝体自重W1=1210024=28800KNW2=1/257.48224=56520.96KN W3=1/25310.624=6741.6KN2.水平水压力上游水平水压力：P1=1/21096.796.7=46754.45KN下游水平水压力：P2=1/2102424=2880KN3.垂直水压力上游垂直水压力：Q1=10.643.710=4632KN Q2=1/210.65310=2809KN下游垂直水压力：Q3=1/22416.810=2016KN4.扬压力排水处扬压力折减系数：a=0.3UI=802410=19200KNU2=1/269.572.70.310=7579KNU3=10.572.70.310=2290.05KNU4=1/210.572.70.710=2671.73KN图4-1 扬压力计算简图5.浪压力防洪高水位时风速采用 50 年一遇的风速，即：V=32.25m/s,D=3km。各波浪要素计算如下：式中：2hl当 gD/V =20-250 时，为累计频率 5%的波高； 当 gD/V =250-1000 时，为累计频率 10%的波高。 规范规定应采用累计频率为 1%时的波高，对应于 5%波高，应乘以 1.24对；应于 10%波高，应乘以 1.41；V计算风速，设计情况采用 50 年一遇风速，校核情况采用多年平均最高风速；D吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离；坝前水深H1=224.7-128=96.7m因为 gD/V =29,在 20-250 之间，所以累积频率为 1%时的波高为： 2hl(1%)=1.841.24=2.28m又因为防洪高水位情况下，半个波长 Ll=16.939/2=8.47m,H1Ll,则浪压力按深水波计算： Pl=ro(Ll+2hl(1%)+ho)Ll/2-roLl /2 =10(8.47+2.28+0.6)8.47/2-8.47 /2 =122KN6.泥沙压力水平泥沙压力：Pml=rnhn tan (45 -/2)/2 =825.8 tan (45-18/2)/2=1405.47KN垂直泥沙压力：Pm2=1/280.225.8 =532.51KN式中，rn 泥沙的浮重度； hn