毕业设计（论文）-斜心墙土石坝初步设计.doc

中文摘要某江河位居于我国西南地区，在该江中上游建造以斜心墙土石坝为挡水建筑物的水利枢纽。水利枢纽以防洪为主要任务，以发电、灌溉等为该地区创造经济价值。本毕业设计侧重于拦河坝段斜心墙土石坝的挡水建筑的初步设计。首先，应用该枢纽的各项具体数据，来确定出工程等级和建筑物的等别。调洪方案初步拟定后，应用列表计算来确定出设计洪水位、校核洪水位、设计泄洪量、校核泄洪量。随后针对土石坝各种坝型方案进行定性分析比对，最终选择斜心墙土石坝。初步拟定出斜心墙土石坝的剖面尺寸后，取其三个特征剖面进行渗流计算，校核渗透逸流处的渗透坡降是否满足要求。本毕业设计采用折线法的VB编程进行斜心墙土石坝的稳定分析。最后，对坝体的细部构造进行设计。本设计以碾压式土石坝设计规范DL/T5395-2007为基本设计依据。此外参考了与土石坝的有关资料和书籍。由于知识有限，对于本设计中的不妥及错误之处，恳请批阅批评指正。关键词：斜心墙土石坝 渗流计算 稳定分析 毕业设计59AbstractA river in southwest China ranked, built oblique core embankment of retaining water control structures in the upper reaches of the river. Water Control flood control as its main task to generate electricity and irrigation in the region to create economic value. The graduation project focused on the preliminary design of the ramp core embankment dam section of retaining the building.First, the application of the specific data of the hub, to determine the level of engineering and buildings, etc. do not. After the flood program tentatively, the application list calculations to determine the design flood level, check flood level, the design discharge volume, checking flood discharge. Followed by a qualitative analysis of the various dam embankment dam type scheme comparison, the final choice oblique core embankment.After the initial development of the cross-sectional size of the oblique core embankment, whichever of the three characteristic profiles in seepage calculation, osmotic gradient at check permeate slip meets the requirements. The graduation project using VB programming dogleg method of stabilization analysis of oblique core embankment. Finally, the detailed structure of the dam design.The design roller compacted embankment dam design specifications DL / T5395-2007 as the basic design basis. Further reference to relevant information and embankment dams and books. Due to limited knowledge, for this design is wrong and wrong, urge marking criticism. Keywords: Inclined Core dam seepage calculation stability analysis graduation目 录绪论1第一章 工程概况21.1 工程流域概况21.2 当地气候特征21.3 洪峰流量资料21.4 坝址地质资料21.5 地震资料31.6 建筑材料31.7 交通状况31.8 枢纽特征31.8.1 水库情况31.8.2 发电31.8.3 防洪31.8.4 灌溉3第二章 坝型选择及枢纽布置概述62.1 坝型的选择62.2 枢纽的总体布置72.2.1 挡水建筑物72.2.2 泄水建筑物72.2.3 水电站建筑物7第三章 洪水调节计算83.1 工程等别及建筑物等级的判定83.2 洪水标准的确定83.3 泄洪方式的确定83.4 调洪演算93.4.1 初步方案的拟定93.4.2 洪水调节计算的原理93.4.3 调洪计算表93.4.4 将拟定的三组方案的计算结果汇总作比较123.4.5 方案的选择13第四章 大坝剖面设计144.1 土石坝坝型的选择144.1.1 堆石坝144.1.2 均质坝144.1.3 斜墙坝和心墙坝144.1.3 斜心墙坝154.2 土石坝剖面尺寸的拟定154.2.1 坝顶高程154.2.2 坝顶宽度224.2.3 坝坡224.2.4 坝体排水224.2.5 坝体防渗体234.2.6 坝基防渗234.3 土料的选择234.3.1 防渗体土料的选择234.3.2 坝壳沙砾料的选择244.4 土石坝剖面简图24第五章 渗流分析255.1 渗流分析的任务255.2 渗流分析255.2.4 渗流计算结果总汇315.2.5 总渗流量的计算315.3 土石坝的渗透变形形式325.3.1 渗流稳定计算325.4成果分析与结论34第六章 稳定分析356.1 坝坡滑裂面形式356.2 土石坝荷载情况356.3 计算工况及安全系数356.4 计算方法概述366.5 计算成果与分析376.5.1 上游坝坡376.5.2 下游坝坡386.5.3 附图386.5.4 稳定计算成果与分析39第七章 土石坝的细部构造407.1 坝顶布置407.2 防渗体及排水设施407.3 护坡设计407.4 细部构造详图427.5 大坝安全监测457.5.1安全监测目的及原则457.5.2监测项目457.5.3监测资料整编分析45总 结46附录1 稳定计算源代码47附录2 GeoStudio计算结果53谢 辞56参考文献57黏土斜心墙土石坝初步设计-洪水4绪论本设计中，设计者是独立的完成斜心墙土石坝初步设计的。遵循着设计规范，参照以建造完成的斜心墙土石坝的经验，对斜心墙土石坝进行创造性的设计。设计者通过认真的讨论、精密的计算以及精心的绘图表述了整个斜心墙土石坝的设计过程。本设计着重于大坝剖面尺寸的制定、渗流稳定计算、边坡稳定计算以及土石坝细部构造设计等章节的叙述。分析基本资料并从其中找到有利于设计的数据及条件是一个设计者的应有的筛选能力。严谨认真的态度是设计人在设计中必须要秉承的。本设计的目的是培养培养学生使用有关设计规范、手册、参考文献以及分析计算、绘图、概算和编写设计说明书等项能力，使学生了解我国现行基本建设程序，建立工程设计的技术性和经济性的正确观点。本设计是西南地区某水利工程土石坝初步设计，经过论证设计选用斜心墙土石坝坝型。斜心墙土石坝结合了心墙土石坝和斜墙土石坝的各项有点。斜心墙土石坝具有适应地形地质能力强、抗震性能优良、施工受到气候干扰小等特点，适应能力强，适合建在温差大、降水频繁、地质条件差的设计工况坝址处。新中国成立后，我国水利事业得到迅速的发展。历年来兴建完成的水利枢纽除了控制水灾来保证人民切身安全及利益外，在发电、灌溉、交通等方面发挥了巨大的效益，推动了国民经济的增长和社会的进步。长江三峡水利枢纽的完工圆了中国人近一个世纪的梦。长江三峡水利枢纽集防洪、发电、航运、南水北调、养殖、旅游、生态保护、供水灌溉、净化环境、开发性移民等十大效益于一体，其中每项效益都甚是巨大。就其环境保护来讲，相比同等发电量的火电站，每年少排放1.2亿t二氧化碳、200万t二氧化硫、37万t氮氧化合物、1万一氧化碳以及大量的废水和废渣。可见其综合效益是无可替代的。近年来斜心墙土石坝在国内发展迅速。自1991年9月开始兴建至2001年底竣工的黄河小浪底土石坝水利枢纽就是斜心墙土石坝的典型代表。工程建成后，以防洪、防凌、减淤为主，兼顾着供水、灌溉和发电，是综合效益较强的水利枢纽。据统计，我国水资源开发量仅为总开发量的十分之一以及江河的防洪能力，同时与发达国家水平有一定距离，故在我国水利水电建设事业任重而道远。第一章 工程概况1.1 工程流域概况我国西南地区的某江河，自东南向西北的流向，全部长度122千米，流域面积2558平方千米，有780平方千米的流域面积处于坝址处以上。山岭地带，山脉和盆地交织于其间，地形变化猛烈。支流不少，但多为小山区流域的河道。柔软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层分布在地壳。汛期来临时河道内河水携带着大量的泥沙。同时冲积层较厚，两岸有崩塌现象。1.2 当地气候特征年平均气温约为12.8度，在7月份会有30.5度的最高气温，在1月份气温最低可达到-5.3度。本区域的气候特征是冬干夏湿，每一年11月至次年的4月格外干燥，其相对湿度为4562之间，夏天降雨天数不少，相对湿度很大变化范围为6786。多年均衡降水量为900毫米，实测出1256毫米、652毫米分别是降雨量最多年份和降雨量最少年份的降水量。风力和风向情况。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15千米。实测多年平均风速14m/s。1.3 洪峰流量资料实测分析后，不同频率的洪峰流量如下表1-1。表1-1不同频率洪峰流量（秒立米）频率0.0512510流量232016801420118010401.4 坝址地质资料坝址位居该江中游地段的峡谷地带，高山深谷的地貌特征，河床平缓，两岸高山耸立。玄武岩是坝址地层的主要成分，地层中间有少许的火山角砾岩和凝灰岩。 河床有冲积层。卵砾石类土是冲积层的主体成分，砂质粘土与砂质土的含量极少。冲积层沿河谷内分布，其中坝基部最大厚度的冲积层达到32米，一般为20米左右，靠岸边的至少有几米深的冲积层。1.5 地震资料 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。1.6 建筑材料坝址附近供建坝材料丰富，主要分石料和土料。石料场中储量较丰富的坚硬的玄武岩可作为堆石坝石料，石料场距离坝址不远，覆盖层很浅，开采条件非常好。土料分布于坝址附近的各个料场，其详细资料见表1-1、表1-2、表1-3。1.7 交通状况铁路干线距离坝址的下游有120千米，且坝址附近20千米通有高速公路，交通尚称便利。1.8 枢纽特征1.8.1 水库情况正常蓄水位为2822.5米，汛限水位为2822.5米，死水位为2796.0米，坝址处河底高程2765米，库容454500000立方米。1.8.2 发电发电站多年平均发电量是1.05亿度。本电站总装机24MW，装3台8MW机组。1.8.3 防洪洪水来临时，大坝可抵抗100年一遇和2000年一遇的洪水，大大降低了库区下游受到洪水的威胁。泄洪时最大下泄流量为900秒立米。 校核洪水位不得超过正常蓄水位的3.5米。1.8.4 灌溉增加保灌面积1.5万亩。表1-1 土料数据表1-2 砂砾料的颗粒配级颗粒直径 料场300100100606020202.52.51.21.20.60.60.30.30.150.151#上5.218.621.412.318.613.95.44.60.32#上4.817.820.314.117.814.84.65.30.53#上3.815.418.515.316.420.53.56.20.44#上6.018.319.416.415.616.74.82.50.31#下4.514.120.123.214.97.28.67.20.22#下3.919.222.418.719.18.35.72.80.13#下5.023.119.114.218.48.96.34.10.94#下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7表1-3 砂石料的物理数据名称1#上2#上3#上4#上1#下2#下3#下4#下容重kN/m318.617.919.119.018.618.518.418.0比重2.752.742.762.752.752.732.732.72孔隙率%32.534.731.031.532.532.232.533.8软弱粒%2.01.50.91.22.50.81.01.2有机物淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色注：砂砾石料的渗透系数k值为2.010-2米/秒左右。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。第二章 坝型选择及枢纽布置概述坝型的选择与枢纽布置密切相关。针对相同的坝址可能有不同的坝型和枢纽布置方案。结合地形、地质，水利，等条件，拟定出不同坝型的各种枢纽布置方案要符合水利枢纽的综合利用要求。经过多方面的比较，选取出最适宜的坝型和相应的枢纽合理布置。2.1 坝型的选择坝型选择是大坝设计中的首要问题，整个枢纽的工期、投资和工程量等都会因为坝型的选取不一样而产生差异。坝型选择会受到地形、地质、气候、坝高、筑坝材料、施工以及运行条件等重要因素的影响。水利枢纽中的拦河坝的型式主要有：重力坝、支墩坝、拱坝、土石坝及新型坝型如碾压混凝土坝等。上述坝型需要进行地形、地质条件和材料储备情况的比对，制定出最适宜的坝型。（1）重力坝重力坝对地形地质条件的适应性能比较好，比较简单的坝体结构使坝体抗冲刷能力变得很强。大量的材料使用降低了坝内压应力，但材料强度不能充分发挥。坝体与地基的接触面大，导致坝体受到扬压力也大，对坝体的稳定不利。重力坝需要浇筑混凝土方量很大，混凝土水化产生的热量高，散热措施难度大。较高的混凝土重力坝要求建在岩性地基上，本工程地基承载能力较低，地质条件差、已知弱风化岩与混凝土之间的摩擦系数较小，因此不宜选用建造重力坝。（2）支墩坝支墩坝是由支墩和所支承的上游挡水盖板所组成。支墩坝结构较复杂，本身应力较高，对地基要求也很高，尤其是连拱坝不能适应不均匀的地基变形，对地基要求更为严格，支墩坝的侧向稳定性差，其抗侧向倾覆能力较差。而本工程地基强度低，且不完整，易产生不均匀沉陷，且坝区有7级地震。所以本工程不选用支墩坝的型式。（3）拱坝拱坝是三面固结于基岩上的拱向上游凸出且不设永久性分缝的空间壳结构，属于高次超静定结构。它的工作特点：水压力的全部或部分作用力通过拱的力传递作用传递给河谷两岸的基岩，以便拱坝维持稳定。拱坝是不设永久性横缝的整体超静定结构，设计时必须考虑坝体应力会受到地基位移和温度变化的影响。另外，拱坝的设计施工难度大，对施工的质量、防渗要求和筑坝材料强度，以及对地质地形条件及地基的处理要求都比较高。因此本设不考虑拱坝的坝型。（4）土石坝结构简单、造价低廉的土石坝工作性能可靠，其运行的操作及管理比较方便。按照施工的进度，土石坝能适应不同的施工方法，高效率施工的同时土石坝的质量可以得到保证。土石坝的筑坝材料可以就地取材，大量钢材、水泥、木材等得到了节省，降低了工程量和成本。适应地形变形能力强是土石坝一大特点，土石坝的三立体结构具有适应地基变形的良好条件，对地基的要求比混凝土坝的低。土石坝坝型的缺点也很多。它的工程造价会因为施工导流不如其它坝型方便而增加。此外，土石坝需另开泄洪隧洞或溢洪道因为土石坝的坝顶不能溢流。综合考虑地形、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素进行坝型的定性分析，最终选择土石坝方案。2.2 枢纽的总体布置2.2.1 挡水建筑物挡水建筑物即为土石坝，土石坝按直线布置，坝布置在河弯地段上。2.2.2 泄水建筑物泄洪采用隧洞方案。泄洪隧洞布置在凸岸以达到缩短隧洞长度、减小工程量的目的。为了对坝区流域的流态不产生大的影响，水流经隧洞流出必须直接入主河道。同时泄洪隧洞要以远离坝脚和厂房为原则进行布置，电站引水发电洞要布置在凸岸。水流的进出口相距3040m以上，以达到减小泄洪时引起的电站尾水波动，以及防止冲刷坝脚的目的。2.2.3 水电站建筑物在泄洪隧洞与大坝之间布置引水隧洞和电站厂房，其位置位于凸岸。在开挖后的坚硬玄武岩上设置厂房，厂房附近设置开关站。总之，为了确保工程效益达到最理想值，枢纽布置的考虑因素涉及到方方面面。枢纽布置要以综合效益最大，有害影响最小为宗旨，综合防洪、航运、发电、灌溉等部门的经济效益以及库区的淹没损失和枢纽上下游的生态影响等因素进行考虑。第三章 洪水调节计算3.1 工程等别及建筑物等级的判定本工程正常蓄水位对应的水库库容为454.5106 m3，装机24MW。按照规范由水库总库容指标，定为大（2）型；由防洪效益，灌溉面积，装机容量等指标定为小（1）型。工程的规模应按照“各指标分属不同标准时，采用其中最高级别来控制”的原则来确定，因此由水库库容确定该工程规模为大（2）型。枢纽的主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。3.2 洪水标准的确定根据建筑物级别查得永久建筑物洪水标准：正常运用时洪水重现期是100年；非常运用时洪水重现期是2000年。设计洪峰流量Q设 = 1680m3/s（P=1%），校核洪峰流量Q校 = 2320 m3/s（P=0.05%）。3.3 泄洪方式的确定本挡水建筑物为土石坝需要设泄水建筑物，以达到减小土石坝在泄洪时遭受洪水的冲击挤压的影响。对各种河岸泄水建筑物作以下讨论：（1）侧槽溢洪道建于山高坡陡且水流条件复杂的河道的河岸上的侧槽溢洪道，采用的是表孔泄流，它的泄水流量超大。溢流堰下游接开敞式溢洪道或明流隧洞。侧槽溢洪道必须经水工模型试验验证。（2）井式溢洪道超泄能力小、水流不稳定、易发生旋涡洪水的井式溢洪道的下泄洪水过程是：水流首先通过环形溢流堰进入直井，然后水流在直井内由明流转为有压流，最后经过一个隧洞泄水口泄往下游。井式溢洪道需要的水力学条件复杂，其泄流能力与溢流堰、过渡段、隧洞段三者的泄流能力相关。（3）正槽溢洪道结构简单可靠的正槽溢洪道泄流能力大，水流条件平顺。是以宽顶堰或各种实用堰来控制泄流的河岸溢洪道。综上，枢纽工程采用正槽溢洪道。3.4 调洪演算3.4.1 初步方案的拟定在施工技术可行的前提下，按照泄水隧洞以及包括拦河坝在内的总造价最小为原则来优化方案，再通过各种可行方案的经济类比来决定最终方案，从而得到孔口尺寸与堰顶高程的最佳方案。参照已建工程经验，拟定三组孔口尺寸与堰顶高程如下：方案（一）：=2810m， B=7m 。方案（二）：=2810m， B=8m 。方案（三）：=2811m， B=8m 。3.4.2 洪水调节计算的原理本设计采用列表法进行调洪演算，以计算出设计洪水位、设计泄洪量及校核洪水位、校核泄洪量。调洪演算中需要如下数据：正常=汛限=2822.5m ，下底=2765m 。Q设=1680m3sP=1% , Q校=2320m3sP=0.05%。3.4.3 调洪计算表3.4.3.1 方案（一）表3-1 设计洪水位、设计泄洪量的计算时段Q入V入Q泄V出VV0Vii4109.21.57527.27.59-6.02454.5448.482822.278378.05.44512.757.38-1.94448.48446.542822.19121075.215.48507.757.318.17446.54454.712822.51161596.022.98527.867.615.38454.71470.092823.10201470.021.17565.658.1513.02470.09483.112823.6024898.812.94598.38.624.32483.11487.432823.804386.45.56609.68.78-3.22487.43484.212823.64注：单位：Qm3s,V106m3，im，后续调洪演算表与此单位一致。表3-2 校核洪水位、校核泄洪量的计算时段Q入V入Q泄V出VV0Vii4150.82.17527.27.59-5.42454.5449.082822.2885227.52513.387.390.13449.08449.312822.29121484.821.385147.413.98449.31463.292822.8316220431.74548.257.8923.85463.29487.142823.7520203029.32608.38.7620.56487.14507.72824.50241241.217.87658.79.498.38507.7516.082824.904533.67.686849.85-2.17516.08513.912824.78综上：设计洪水位设=2823.80m 设计泄洪量Q设=609.6m3s 校核洪水位校=2824.90m 校核泄洪量Q校=684m3s3.4.3.2 方案（二） 表3-3 设计洪水位、设计泄洪量的计算时段Q入V入Q泄V出VV0Vii4109.21.57602.378.67-7.1454.5447.42822.208378.05.44580.88.36-2.92447.4444.482822.10121075.215.48573.698.267.22444.48451.72822.39161596.022.98594.438.5614.42451.7466.122822.94201470.021.17634.459.1412.03466.12478.152823.4024898.812.94668.589.633.31478.15481.462823.504386.45.566769.74-4.18481.46477.282823.38表3-4 校核洪水位、校核泄洪量的计算时段Q入V入Q泄V出VV0Vii4109.22.17602.378.67-6.5454.54482822.258378.07.52584.388.42-0.9448447.12822.21121075.221.38581.528.3713.01447.1460.112822.71161596.031.74617.68.8922.85460.11482.982823.59201470.029.32684.849.8319.49482.98502.472824.3424898.817.87740.1510.657.22502.47509.692824.604386.47.6876210.97-3.29509.69506.42824.49综上：设计洪水位设=2823.50m 设计泄洪量Q设=676m3s 校核洪水位校=2824.60m 校核泄洪量Q校=762m3s3.4.3.3 方案（三）表3-5 设计洪水位、设计泄洪量的计算时段Q入V入Q泄V出VV0Vii4109.21.57531.557.65-6.08454.5448.42822.268378.05.44514.997.42-1.98448.4446.422822.18121075.215.48509.57.348.14446.42454.52822.50161596.022.98531.557.6515.25454.5469.752823.10201470.021.17573.688.2612.91469.75482.662823.5824898.812.94608.168.764.18482.66486.842823.704386.45.56619.88.93-3.37486.84483.472823.61表3-6 校核洪水位、校核泄洪量的计算时段Q入V入Q泄V出VV0Vii4109.22.17531.557.65-5.48454.5449.022822.298378.07.52517.057.440.08449.02449.12822.29121075.221.38517.057.4413.94449.1463.042822.83161596.031.74554.97.9823.76463.04486.82823.74201470.029.32619.798.9320.39486.8507.192824.5324898.817.87678.339.788.09507.19515.282824.804386.47.68701.7810.11-2.43515.28512.852824.74综上：设计洪水位设=2823.70m 设计泄洪量Q设=619.8m3s 校核洪水位校=2824.80m 校核泄洪量Q校=701.78m3s 3.4.4 将拟定的三组方案的计算结果汇总作比较表3-7 计算结果汇总方案堰顶高程m孔口尺寸Bm工况泄流量Qm3s上游水位Zm超高Zm（一）=2810B=7设计校核609.66842823.802824.901.32.4（二）=2810B=8设计校核6767622823.502824.601.02.1（三）=2811B=8设计校核619.8701.782823.702824.801.22.33.4.5 方案的选择从调洪演算的结果得出，拟定的三组方案均能满足流量Q900 m3/s及上游水位超高Z3.5m的要求。相对于方案的选择，本设中仅作定性说明。一般Z越大，大坝越要增高，坝体整体工程量将加大，与此同时Q过小对泄洪不利。故采用方案二，即堰顶高程=2810m，溢流孔净宽B=8m；设计洪水位2823.5m，设计泄洪量676m3/s；校核洪水位 2824.6m，校核泄洪量 762 m3/s。第四章 大坝剖面设计4.1 土石坝坝型的选择坝址附近的筑坝材料，地形地质条件、气候因素、施工条件、坝基处理、抗震要求等因素都影响着土石坝坝型的选择。为了选定出技术上可靠、经济上合理的坝型，需要把几种比较优越的坝型在工程量、施工条件、大坝性能等方面上进行比较。本设计限于资料只作定性分析，进而确定出土石坝的坝型。下面详细比较几种坝型，最终定案。4.1.1 堆石坝坝坡陡、剖面小的堆石坝，施工时受到的干扰因素较小，可以快速施工。堆石坝以抗震性能优良著称。一个储量丰富、方便开采的坚硬玄武岩石料场在坝址附近处，玄武岩可用做堆石坝材料，从筑坝材料角度可以考虑堆石坝方案。河床地质条件不太好，分布着深浅不一的冲积层，会导致建造堆石坝为了坝基达到标准时开挖量巨大，工程量大大提高，此方案也不予考虑。4.1.2 均质坝均质坝材料单一，施工简单。均质坝的坝坡颇为平缓，用量巨大的粘性土料受天气的影响很大，在雨季和冬季的施工很是不方便，本工程流域的阴雨天气比较多不适合均质坝的建造。此外高坝很少采用这种坝型，本设计中坝高预计可以超过60m，所以不宜采用均质坝坝型方案。4.1.3 斜墙坝和心墙坝斜墙坝的斜墙与坝壳两者施工干扰相对较小，工期较短。对沉降比较敏感的坝体和坝基导致斜墙坝整体的抗震性能不高，容易易产生各种裂缝。心墙坝与斜墙坝相比工程量相对较小，适应不均匀变形，抗震性能较好。心墙坝施工时，心墙的黏土土料与坝壳的砂砾料必须要同时上升，施工怕干扰，工期的时间挺长的。从筑坝材料来看，距离坝址上下游较近的筑坝材料场有足够的筑坝材料来供以建造大坝的防渗体和坝壳，所以心墙坝和斜墙坝的方案都是可行的。本地区为地震区，基本烈度为7度，心墙坝有较好的抗震性能和较强的适应变形的能力，因此适宜建造心墙坝。从施工及气候条件来看宜采用斜墙坝。4.1.3 斜心墙坝斜心墙坝兼收了斜墙坝和心墙坝的一些有点，斜心墙位置介于心墙和斜墙之间，上游坡比心墙缓，有利于减免坝壳对心墙的拱效应，同时保持了心墙坝较陡的上游坝坡，使其抗震性能优于斜墙坝，多用于高土石坝。本工程坝高预计超过60m。综上本设计采用斜心墙坝方案。4.2 土石坝剖面尺寸的拟定大坝的剖面尺寸包括：坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡与戗道、防渗体以及排水设备等一些细部尺寸。下面进行各个尺寸的计算及其确定。4.2.1 坝顶高程坝顶高程需要正常运用和非正常运用的静水位加上相应的超高Y予以确定。分别按以下三种工况计算，然后其中的最大值为坝顶高程。(1)设计洪水位+正常运用情况下的坝顶超高。(2)校核洪水位+非常运用情况下的坝顶高程。(3)正常蓄水位+地震安全加高。坝顶高程应用的计算公式如下：1）坝顶在静水位以上的超高Y按式(4-1)计算：Y=R+e+A （4-1）2）风壅水面超出库水位的高度e按式(4-2)计算：e=KV2D2gHcos （4-2）式中：K=3.610-6。3）平均波浪爬高。根据土石坝的设计规范采用蒲田试验公式(4-3)：R=KKw1+m2hL （4-3）式中：K=0.80。m坝坡系数，本设计拟定m=3。4）平均波高按式（4-4）计算：ghV2=0.13th0.7gHV20.7th0.0018gDV20.450.13th0.7gHV20.7 （4-4）式中：水库吹程D以m计。5）波浪平均周期T，按式（4-5）计算：T=4.0h （4-5）6）平均波长L，按式（4-6）、（4-7）计算：当HL0.5时为深水波：L=gT221.56T2 （4-6）当 HL0.5时为浅水波：L=gT22th2HL （4-7）注：计算设计爬高时，通过查得爬高统计分布表来确定不同累计频率的爬高与平均爬高的比值。设计爬高按建筑物等别而定，对级、级、级土石坝取累计频率1%的爬高，对级、级土石坝取累计频率5%的爬高。当风向与坝轴线的法线成夹角时，波浪爬高应乘以折减系数。R=RpK （4-8）4.2.1.1 设计洪水位正常运用时坝顶超高Y=R+e+A e=KV2D2gHcosH=2823.5-2765=58.5m，=22.5，V=21ms ，K=3.610-6e=KV2D2gHcos=3.610-62121500029.858.5cos22.5=0.01919R=KKw1+m2hLK=0.8，Kw=1，m=3ghV2=0.13th0.7gHV20.7th0.0018gDV20.450.13th0.7gHV20.70.13th0.7gHV20.7=0.13th0.841=0.13e0.841-e-0.841e0.841+e-0.841=0.131.88742.75=0.08920.0018gDV20.45=0.00189.8150002120.45=0.024th0.0018gDV20.450.13th0.7gHV20.7=th0.02460.0892=th0.2759=e0.2759-e-0.2759e0.2759+e-0.2759=0.55912.0769=0.2692ghV2=0.13th0.7gHV20.7th0.0018gDV20.450.13th0.7gHV20.7=0.08920.2692=0.024h=0.024V2g=0.0242129.8=1.08T=4.0h =41.08=4.157假设为深水波：L=1.56T2=26.96，验证：HL=58.526.960.5是深水波。R=KKw1+m2hL=0.811+321.0826.96=1.365RpR=2.23，K=0.95RP=2.23R=2.231.365=3.04R=RpK=3.040.95=2.8917安全超高A=1.0综上：设计洪水位正常运用时坝顶超高：Y=R+e+A=2.8917+0.01919+1=3.910893.9109 m4.2.1.2 校核洪水位非正常运用时坝顶超高 Y=R+e+Ae=KV2D2gHcosH=2824.6-2765=59.6m，=22.5，V=14ms ，K=3.610-6e=KV2D2gHcos=3.610-61421500029.859.6cos22.5=0.0084R=KKw1+m2hL K=0.8，Kw=1，m=3ghV2=0.13th0.7gHV20.7th0.0018gDV20.450.13th0.7gHV20.7thx=ex-e-xex+e-x0.7gHV20.7=0.79.859.61420.7=1.5030.13th0.7gHV20.7=0.13th1.503=0.13e1.503-e-1.503e1.503+e-1.503=0.134.2734.717=0.11780.0018gDV20.45=0.00189.8150001420.45=0.0354th0.0018gDV20.450.13th0.7gHV20.7=th0.03540.1178=th0.3005=e0.3005-e-0.3005e0.3005+e-0.3005=0.61012.0909=0.2918ghV2=0.13th0.7gHV20.7th0.0018gDV20.450.13th0.7gHV20.7=0.11780.2918=0.034h=0.034V2g=0.0341429.8=0.68T=4.0h =40.68=3.298假设为深水波：L=1.56T2=24.71，验证：HL=59.624.710.5是深水波。R=KKw1+m2hL=0.811+320.6824.71=1.037本设计为级土石坝，取P=1%的波浪爬高作为设计爬高，查表得：RpR=2.23，K=0.95RP=2.23R=2.231.037=2.31R=RpK=2.310.95=2.1945安全超高A=0.7综上：设计洪水位正常运用时坝顶超高：Y=R+e+A=2.1945+0.0084+0.7=2.90294.2.1.3 正常蓄水位时地震安全加高地震安全加高=地震浪涌加高+地震附加沉陷值+安全加高地震浪涌加高一般为0.5m1.5m，本设计取值1.0m，地震附加沉陷值取坝高的1%。安全加高查得0.7m。地震安全加高=1+2.82+1=4.82m4.2.1.4 坝顶高程计算成果表如下表4-1表4-1 坝顶高程计算成果表项目设计洪水位+正常运用校核洪水位+非正常运用正常蓄水位+地震安全加高坝前水深H58.559.6备注：此工况下，表中项目不做计算护坡粗糙系数K0.80.8平均波高h1.080.68平均波长L26.9624.71波浪爬高R2.89172.1945风壅水面超高e0.019190.0084安全加高A10.71地震安全加高004.82坝顶超高Y3.91092.90290坝顶高程2827.412827.512827.32根据上表可知：坝顶高程由校核水位加上非正常运用情况来控制，按照正常运用条件下，坝顶应高出静水位0.5m，非常运用条件下，坝顶应不低于静水位的原则。坝顶高程最终定为2828m，坝高63m。当坝顶设有防浪墙时，上述坝高可以作为防浪墙的高程。本设计可在上游侧加设防浪墙，这样防浪墙顶高程就是坝顶高程。上游设1.4m高的防浪墙，设计伸入入坝体部分是1.6m以达到防浪墙与防渗体紧密结合的目的。设计防浪墙厚0.4m。坝顶坡度取2%，以便于坝顶面排水。下游侧根据要求用尺寸为25cm25cm、每10m布置一道的混凝土桩以代替栏杆。在与下游坝坡连接处设置长4m、深1m的护肩。坝顶设防浪墙时，计算得高程是指防浪墙顶高程，满足要求。防浪墙结合心墙适当偏向上游侧，以达到防止防浪墙的折弯处由于坝体的沉陷而断裂的目的。4.2.2 坝顶宽度坝顶宽度会受到施工、交通、构造、运行、抗震与防汛等多种因素的影响。按照以往的工程经验来看，在无特殊要求时，高坝最小顶宽为10m15m，中低坝最小顶宽为5m10。本工程坝高H=63m，属于中坝，取顶宽10m。4.2.3 坝坡坝体边坡的稳定直接受到土石坝坝坡坡率大小的影响。参照已建工程的实践经验初步拟定上下游坝坡尺寸：在上游少设变坡，在高程2795m处设一道，坡率自上而下取1：2.75、1：3；下游坡分别在2805m跟2785m处设一道，坡率分别取1：2.25、1：2.5、1：2.75。为了方便检修、施工及坝体的观测设置戗道。设置戗道对坝坡的稳定有利，同时可在戗道内侧设置排水设备以便达到坝面排水的目的。一般每15m30m设置一戗道。本设计设置宽度为2m普通直线型的戗道以使交通便利。4.2.4 坝体排水在坝体下游部分还设置排水设施以达到排出土石坝防渗体后仍会有一定残余的渗水的目的。能自由地向坝外排出全部渗透水、便于土石坝的观测和检修是坝体排水设施的基本功能。坝体排水可在以下几种型式中选择：（1）坝体内排水。（2）棱体排水。（3）贴坡式排水。（4）综合型排水由上述各种排水型式中的两种或多种综合组成。本设计必结合坝基排水的需要及型式，根据下列工程情况通过技术经济的定性比较来决定出排水设施的选取：（1）下游水位的程度及持续的时间以及沉淀下游对排水的影响。（2）坝体填土和坝基土的性质。（3）坝基工程地质和水文地质条件。（4）施工情况及排水设备的材。（5）筑坝地区的气候条件。本工程中，坝址附近石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜。本工程所在坝址处的坝基地质冲积层较厚可能会发生不均匀沉降，但是褥垫排水对地基的不均匀沉陷的适应能力较差在本设计中不适合。土坝下游有一定高的水位，不宜采用贴