环境管理_温泉水库枢纽挡水坝初步设计

目录第一章 基本资料11.1 枢纽任务11.2 自然地理与水文气象特性11.3 工程地质31.4 建筑材料41.5 其他资料5第二章 枢纽布置62.1 工程等别及建筑物级别62.2 枢纽组成及布置72.3 地基处理7第三章 土石坝设计83.1 坝型选择83.2 坝体剖面设计83.3土料设计12第四章 渗流计算134.1 渗流计算的内容134.2 渗流计算的水位组合134.3 水力学法计算渗流13第五章 稳定分析175.1稳定计算条件175.2瑞典圆弧法计算原理175.3瑞典圆弧法计算18附录 设计指导书26 第一章 基本资料1.1 枢纽任务本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成6000070000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以在一定程度上减少流域内的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。1.2 自然地理与水文气象特性1.2.1 流域概况白家疃沟发源于京郊香山北麓，自南而北流经海淀区方庄镇，为温榆河水系之南沙河的支流，流域面积4.2km。拟建的方庄水库坝址位于方庄镇白家疃村南、白家疃沟出山口的河道狭窄处。距方（庄）颐（和园）公路约1.5km，有简易公路相通。工程区距中关村科技开发区约15km，距上地科技园区约10km，距颐和园亦仅13km，水库上游及下游均有密集的住宅区。坝址以上主沟长2.95km，流域面积2.90km2，沟底平均坡降11.3%。1.2.2 水文气象特征流域内无水文测站和气象站。可参照借鉴的颐和东闸站和昌平站，至水库的直线距离分别为12km和20km。（1）河流水文特性白家疃沟为间歇性河流，除遇较大降雨时沟中有径流外，一般均为干沟。根据北京市山区水文资料，流域多年平均降水量640mm，多年平均径流深为240mm（相应多年平均年径流量为69.6104m3）。代表性水文年的年径流量如表1-1所列。表1-1 代表性水文年的年径流量代表性水文年丰水年（P=25%）平水年（P=50%）枯水年（P=75%）年径流量(m3)91.410455.110430.5104（2）洪水历史资料说明，洪水多发生在78月，洪水过程多为单峰型，一次洪水历时不超过15h。设计洪水过程线见表1-2。表1-2 典型洪水过程线时段（天）00.51.01.523456流量（m3/s）017.377.055.038.625.218.814.211.2（3）库水位与面积、库容关系表1-3 水库高程与面积、库容关系高程(m)面积(m2)库容(m3)8678546187300123548872497479891171516961901797531806912076851177922627974701933239010403594343011373819538294173678964408621486897468982603609851246309432（4） 温度：据现有资料，工程区属于温带大陆季风气候，多年平均气温11.7C。多年平均陆面蒸发量450mm。（5） 泥沙：坝址以上流域面积内，林木茂密，植被良好，水土流失较轻。（6） 蒸发：流域内多年平均陆面蒸发量为450mm。根据北京市水文手册资料，按20cm口径蒸发器测量库区内多年平均水面蒸发量为1950mm。（7） 其他： 洪水期多年平均离地面10m高的最大风速v=18.5m/s，吹程D=392m，风向垂直上游坝面。冻土深1.0m。坝顶交通要求通行单行道（7m）。坝、库区基本地震烈度为6。1.3 工程地质1.3.1 水库区工程地质条件 水库区为一由西北方向（坝前）向东南方向渐扩的扇形谷地，北、东、南三面环山，相对高差2080m，西面为山前堆积阶地，相对高差1015m。库区内第四纪冲积洪积层广为分布，厚度在15m以上，水库的北、东、南三面及库盆下，基岩均为石炭二叠系或二叠系地层，透水性弱。西面广泛分布的洪积碎石（含粉质土）层，以及坝下沉积的粉质粘土、漂石夹粉质粘土层，是未来渗漏的主要设防地段，也是影响大坝安全的主要因素。淹没损失小，无浸没及大的库岸稳定和淤积问题。 在地质构造上，处于九龙山碧云寺向斜东北翼端部的转折端。基岩内节理、裂隙发育，但未发现较大规模断裂构造，区域稳定性好。 基岩中分布有裂隙潜水。第四系松散层中有孔隙潜水，水面埋深13.4015.5m，其补给来源为大气降水及山区基岩裂隙水，其排泄流向基本上与河道流向一致。1.3.2 坝址工程地质条件 坝址区呈“U”形河谷，谷底宽约35m，高程84.50m。上部（高程100m处）宽约120m，主河道由南向北流经库区后，改向为由南东向北西方向穿过坝址。谷底沉积有深达19.60m的第四系沉积层。左坝头亦为山前冲积洪积阶地沉积物。右坝头为古生代二叠纪板岩，其产状为倾向南，倾角50。未发现较大规模断裂构造。 板岩为黄绿色，主要成分为粘土矿物，含白云母、绢云母和绿泥石等变质矿物，节理、板理发育，裂隙面上有氧化铁薄膜，裂隙中有红色粘土充填。露头岩石呈强风化。经分析和钻探资料证实，坝基覆盖层下基岩亦为板岩。坝基覆盖层表层为卵砾石，向下依次为碎石、漂石、粉土层等，其中的孔隙潜水水面埋深13.5m。岩性在水平方向和垂直方向均存在明显的交替、穿插，透水性变化较大。对分布于坝基和左坝头的覆盖层，需采取可靠有效的防渗措施，方能确保大坝安全和水库的正常运转。1.4 建筑材料坝基覆盖层表层为卵砾石，向下依次为碎石、漂石、粉土层。经勘察，选定的土料场位于水库主坝两坝肩，左坝肩土料场位于主坝左坝肩下游，共占用耕地79.8亩。00.4m为耕植土，0.43.5m为黄土状壤土。勘探深度内未见地下水。右坝肩土料场位于主坝右坝肩上游库区内，不占用耕地。00.3m为耕植土，0.33.5m为黄土状壤土。勘探深度内未见地下水。两个料场土料总储量可满足大坝对土料用量的要求。位于上游左岸1km处有一料场，占地50亩，00.3m为耕植土，0.31m为粘土。粘土料颗粒组成见表1-4。表1-4 粘土颗粒组成粒径20-2mm2-0.5mm0.5-0.05mm0.05-0.005mm0时，最危险滑动面也通过坡脚，其圆心在ED的延长线上，见图5-2。E点的位置距坡脚B点的水平距离为4.5H，距坡顶垂直距离为2H 。值越大，圆心越向外移。计算时从D点向外延伸取几个试算圆心O1，O2，分别求得其相应的滑动稳定安全系数K1，K2，绘出K值曲线可得到最小安全系数值Kmin，其相应圆心Om即为最危险滑动面的圆心。实际上土坡的最危险滑动面圆心位置有时并不一定在ED的延长线上，而可能在其左右附近，因此圆心Om可能并不是最危险滑动面的圆心，这时可以通过Om点作DE线的垂线FG，在FG上取几个试算滑动面的圆心O1，O2，求得其相应的滑动稳定安全系数K1，K2，绘得K值曲线，相应于Kmin值的圆心Omin才是最危险滑动面的圆心。 图5-2 最危险滑动面圆心的确定示意简图应用到本例中，作图得图5-3：图5-3 瑞典圆弧法稳定分析（2）以O点至坡脚A作为半径r，作滑弧面AC；（3）将滑动面以上土体竖直分成几个等宽土条，土条宽为0.1r；sini=nbr=0.1n；（4）计算土条自重：分别量取浸润线以上面积A1，浸润线以下坝基以上面积A2，坝基以下面积A3。Gi=iAi；浸润线以上1为饱和容重，浸润线以下坝基以上2分为两种：计算滑动力时，2滑 取饱和容重，计算抗滑力时，2抗 取浮容重。将Gi沿弧面分解，法向分力为Ni=Gicosi，切向分力为Ti=Gisini。（5）计算各土条底面的长度li，作用在该土条的抗剪力Tfi=cili，方向与滑动方向相反。坝基碎石无抗剪力。（6）计算抗滑力矩Mri=Gicositani+ciliR；滑动力矩Msi=GiRsini。（7）最后可求得边坡的稳定系数：Kc=MrMs=Gicositani+ciliGisini根据以上步骤，制作计算表格，如下：当r=40.83m时的计算结果b = 0.1r = 4.08m；r=40.8291编号A1G1A2G2滑G2抗A3G39008.13169.5597.990083.9882.9136.13753.30435.3600718.05376.3245.94957.78553.542.2427.92623.21483.8645.34945.28546.3114.90185.47525.27526.8043.25901.86521.2226.10324.92426.47551.8140.76849.76491.1134.67431.62323.30485.7438.22796.87460.5441.04510.92219.99416.7635.47739.64427.4745.47566.06116.93352.9232.48677.27391.4248.11598.99014.16295.1629.20608.82351.8649.06610.76-111.77245.4825.53532.29307.6348.33601.74-210.16211.8121.09439.76254.1545.92571.66-39.43196.5315.71327.57189.3241.73519.55-413.17274.695.97124.4571.9335.63443.59-513.09272.9300027.37340.76-67.04146.7200016.55206.06-71.3327.700003.4643.06编号sin Cos G总sinG1tan1cosG2抗tan2cosG3tan3cos前三者之和cl9650.910.42153.660.0011.090.0011.09164.128540.810.59676.5120.6968.560.0089.24118.007450.710.71963.09112.96104.8612.34230.1598.096370.600.80971.70164.04116.8992.56373.4905300.500.87876.79193.67120.93175.84490.4304240.410.91745.63213.99120.19246.40580.5803180.310.95554.23196.11117.34303.65617.1002120.210.98358.12173.05112.02346.00631.070160.100.99170.30148.99104.29372.26625.540000.001.000.00125.2994.26381.66601.220-1-5-0.091.00-120.23103.8182.10374.60560.510-2-11-0.190.98-233.4088.2666.84350.67505.760-3-17-0.290.96-305.1379.7848.50310.48438.760-4-23-0.390.92-329.28107.3317.74255.16380.230-5-30-0.500.87-306.84100.340.00184.41284.750-6-36-0.590.81-207.3650.390.00104.18154.560-7-44-0.690.72-49.168.460.0019.3627.820求和3918.626602.32380.21Kc=MrMs=Gicositani+ciliGisini=6602.32+380.213918.62=1.78Kc5级坝中：Kc=1.15故满足稳定要求。当r=41.97m时的计算结果b = 0.1r = 4.20m；r=41.9721编号A1G1A2G2滑G2抗A3G3813.11273.280.428.685.010.000.00724.37508.0713.53282.17163.080.000.00626.76557.9828.09585.60338.440.000.00526.44551.3638.03793.01458.310.354.31422.78475.0438.40800.59462.697.1789.31319.37403.8235.40738.07426.5614.65182.44216.24338.5432.12669.60386.9920.00248.97113.45280.4428.49593.96343.2723.40291.38011.23234.1224.29506.53292.7524.98311.06-19.98208.0419.13398.87230.5224.79308.63-210.40216.8912.29256.28148.1122.81284.01-315.53323.890.7515.538.9818.99236.43-49.86205.680.000.000.0013.20164.28-53.4571.940.000.000.005.2164.82编号sin Cos G总sinG1tan1cosG2抗tan2cosG3tan3cos前三者之和cl8570.840.54236.4763.181.270.0064.45177.377480.740.67587.27144.3250.580.00194.90106.716400.640.77735.08181.45120.180.00301.6393.215330.540.84734.55196.29178.172.26376.7385.134260.440.90598.35181.24192.7750.16424.1803200.340.94452.95161.09185.80107.13454.0202140.240.97304.12139.44174.06150.96464.460180.140.99162.24117.89157.57180.31455.770020.031.0036.7099.32135.62194.26429.200-13-0.051.00-47.9288.19106.71192.60387.500-29-0.160.99-118.4590.9467.81175.29334.040-315-0.260.97-149.04132.814.02142.71279.540-421-0.360.93-132.5881.510.0095.84177.360-527-0.450.89-62.0927.210.0036.0963.300求和3337.664407.07462.41Kc=MrMs=Gicositani+ciliGisini=4407.07+462.413337.66=1.46Kc5级坝中：Kc=1.15故满足稳定要求。当r=43.78 m时的计算结果b = 0.1r = 4.38m；r=43.7798编号A1G1A2G2滑G2抗A3G3813.41279.680.000.000.000.000.00728.25589.056.78141.2781.650.000.00626.72557.0620.13419.62242.510.000.00522.79475.2329.60617.15356.680.000.00419.16399.5334.83726.11419.650.9912.34315.87330.9332.21671.59388.146.9986.97213.02271.4728.09585.60338.4411.84147.40111.02229.8623.11481.76278.4214.65182.38010.14211.3517.02354.81205.0615.51193.05-114.47301.635.71119.0968.8214.44179.73-213.20275.260.000.000.0011.41142.01-36.23129.810.000.000.006.3278.67-40.5411.200.000.000.000.617.60编号sin Cos G总sinG1tan1cosG2抗tan2cosG3tan3cos前三者之和cl8530.800.60223.3771.450.000.0071.45167.397440.690.72507.32179.8715.730.00195.61103.516360.590.81574.08191.3152.560.00243.8792.045300.500.87546.19174.7182.750.00257.4685.984230.390.92444.64156.12103.497.10266.7080.893170.290.96318.54134.3499.4451.98285.7602110.190.98191.66113.1289.0090.42292.540150.091.0077.9297.2174.31113.54285.050000.001.000.0089.7254.94120.63265.290-1-6-0.100.99-62.76127.3418.34111.70257.370-2-12-0.210.98-86.75114.290.0086.80201.100-3-18-0.310.95-64.4252.410.0046.7599.160-4-24-0.410.91-7.654.340.004.348.680求和2662.132730.03529.81Kc=MrMs=Gicositani+ciliGisini=2703.03+529.812662.13=1.21Kc5级坝中：Kc=1.15满足稳定要求。当r=45.67m时的计算结果b = 0.1r = 4.57m；r=45.6865编号A1G1A2G2滑G2抗A3G3813.00270.980.000.000.000.000.00727.68577.233.2567.7439.150.000.00624.35507.7415.23317.59183.540.000.00520.36424.4824.11502.71290.540.000.00416.75349.1529.58616.84356.500.000.00313.62284.0529.35611.96353.672.6232.64211.46239.0223.93498.90288.337.1388.80110.60220.9817.20358.59207.249.47117.94015.71327.584.4993.6554.129.71120.83-112.61262.890.000.000.007.8497.55-25.01104.540.000.000.003.8147.37-30.102.030.000.000.000.081.05编号sin Cos G总sinG1tan1cosG2抗tan2cosG3tan3cos前三者之和cl8500.770.64207.5973.940.000.0073.94163.527410.660.75423.13184.937.910.00192.84102.946340.560.83461.51178.6940.770.00219.4593.715270.450.89420.94160.5569.350.00229.9087.194210.360.93346.18138.3789.160.00227.5383.223150.260.97240.35116.4791.5219.70227.6980.43290.160.99129.33100.2176.2954.81231.320140.071.0048.6693.5855.3873.52222.4900-2-0.031.00-18.92138.9714.4975.46228.920-1-8-0.140.99-50.16110.510.0060.36170.870-2-14-0.240.97-36.7543.060.0028.7271.780-3-20-0.340.94-1.05