毕业设计计算书2-A江水利枢纽设计.doc

05 级水利水电工程专业毕业设计 第 1 页 共 40 页 目录 全套图纸加扣 3012250582 第一章 调洪演算 2 1.1 调洪演算的原理 2 1.2 泄洪方案的选择 2 第二章 大坝工程量比较 6 2.1 大坝剖面设计计算 6 2.2 工程量比较 10 第三章 第一建筑物大坝的设计计算 11 3.1 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置 11 3.2 荷载组合 13 3.3 拱坝的应力计算 13 3.4 坝肩稳定验算 23 第四章 泄水建筑物的设计 28 4.1 泄水建筑物的型式尺寸 28 4.2 坝身进水口设计 28 4.3 泄槽设计计算 29 A 江水利枢纽设计 第 2 页 共 40 页 2 4.4 导墙设计 30 4.5 消能防冲计算 31 4.6 孔口应力 32 参考文献 35 第一章调洪演算 1.1 调洪演算的原理 先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力曲线， 再假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组 最大泄流量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分 别对应的上游水位，并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交 得出一交点，此交点坐标即为设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水 库水位，再对其它泄洪方案按同样的方法进行调洪演算，最后选定的泄洪方案孔 口最大泄流量应接近并不超过容许值，库水位又相对比较低。 1.2 泄洪方案的选择 一 、对以下三种方案进行调洪演算： 4 表孔+2 中孔 2 浅孔+2 中孔 4 中孔 下泄流量的计算 堰流 Q1=mB(2g)1/2H3/2 （1-1） 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 3 页 共 40 页 式中 Q1为下泄流量（m3/s） ； 为侧收缩系数； B 为孔口宽(m)； H 为堰上水头(m)； 孔口出流 Q2=aB(2gH0)1/2 （1-2） 式中 Q2为下泄流量（m3/s） ； 为侧收缩系数； B 为孔口宽(m)； H0为孔口上水头(m)； 方案一: 4 表孔+2 中孔 表孔: 堰顶高程 179m，孔宽 12m，m=0.48 , B=412=48m； 中孔: 进口高程 135m, 出口高程 130m, 孔口宽 7.5m, 高 7.5m， u=0.96-0.227a/H0 （1-3） 式中 a 为孔口开度（m） 列表计算如下： 表 1-1 水位（m） 182185188190192 堰上水头 H 3.00 6.00 9.00 11.00 13.00 表孔 流量 Q1(m3/s) 530.356731500.0752755.81443723.70474784.1108 孔口中线以上 水头 H0(m) 4851545658 侧收缩系数 0.92216670.9243920.92637040.92757140.9286897 中孔 流量 Q2(m3/s) 3395.94613508.9093618.36423689.53923759.3724 Q1+Q2+338（ m3 /s) 4264.30285346.9846712.17867751.24388881.4832 起调流量 4264.3028 m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，4 表 A 江水利枢纽设计 第 4 页 共 40 页 4 孔+2 中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出： 最大泄洪流量: 设计 6600 m3/s 校核 7750 m3/s 最高水位: 设计 187.8 m 校核 190m 方案二: 2 浅孔+2 中孔 浅孔: 进口高程 164 米, 出口高程 154 米, 孔口宽 8.5 米, 高 8.0 米 a=8.0m , B=82=16m 中孔: 进口高程 135 米, 出口高程 130 米, 孔口宽 7.5 米, 高 8.0 米 a=7.5m, B=8.02=16m 列表计算如下： 表 1-2 水位 （） 183185187189191 线孔H0(m) 2527293133 0.887360.8927410.89737930.90141940.9049697 流量 Q1(m3/s) 2672.74952794.4462911.14253023.40373131.6947 中孔H0(m) 4951535557 0.92293880.9243920.92573580.92698180.9281404 流量 Q2(m3/s) 3434.0113508.9093582.2493654.12423724.6188 Q1+Q2+338(m3/s)6444.76056641.3546831.39147015.52797194.3135 起调流量 644407605 m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，2 浅孔+2 中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出： 最大泄洪流量: 设计 67500 m3/s，校核 7050m3/s； 最高水位: 设计 186.4 m，校核 189.5 m。 方案三: 4 中孔 中孔: 进口高程 135 米, 出口高程 130 米, 孔口宽 7.5 米, 高 7.0 米 a=7.5m, B=7.54=30m 列表计算如下： 表 1-3 水位（m） 182184186188190192 H0(m) 48.550.552.554.556.558.5 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 5 页 共 40 页 0.927237110.9285346530.9297333330.9308440370.931876110.9328 流量 Q2(m3/s) 6006.624346137.7981486266.2374786392.1066515.551726636.7 Q2(m3/s)+33 8 6344.624346475.7981486604.2374786730.1066853.551726974.7 起调流量 6344.62434 m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，4 中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出： 最大泄洪流量: 设计 6645 m3/s，校核 6850m3/s； 最高水位: 设计 186.45 m，校核 189.68 m 二 、对三种方案进行比较： 方案二即泄水建筑物采用 2 浅孔+2 中孔时所需坝顶高程较小，加之方案一与 方案三都存在对坝体的结构影响较大的问题（方案一的 4 表孔使得坝体堰顶以上 失去空间结构作用，方案三的 4 中孔使得坝体同一高程开孔数量过多，该层拱圈 削弱过多） ，故本设计选择 2 浅孔+2 中孔的泄流方案，浅孔位于两岸，中孔位于 水电站进水口两侧，对称布置。设置两浅孔，孔口宽 8.5m，高 8.0m，进口底高 程为 164m，出口底高程为 154m；两中孔，孔口宽 7.5 m，高 8.0 m，进口底高程 为 135m，出口底高程为 130m，设计洪水时，下泄流量 6750 m3/s，校核洪水时， 下泄流量 7050 m3/s，小于允许下泄流量（下泄流量 6800 m3/s，校核洪水时，下 泄流量 7800m3/s） ，设计洪水位为 186.4 m，校核洪水位为 189.5 m。 三 、对第二种方案（2 浅孔+2 中孔）计算坝顶高程 坝顶超出水库静水位的高度h 为 h=2h1+h0+hc （1-4） 式中 2h1波浪高度 h0波浪中心线高出静水位的高度 h0=4h12cth(H1/ LL) /(2LL) （1-5） hc安全超高 2h1=0.0166Vf5/4D1/3 （1-6） A 江水利枢纽设计 第 6 页 共 40 页 6 式中 Vf 计算风速 D库面吹程(km)， D = 4 (km) 正常情况下: Vf =12（1.52.0）=1824m/s，取 20 m/s； h1%=1.3818 m Lm=11.3815m hz=4h12cth(H1/ LL) /(2LL) =0.38 m hc=0.7 m h=3.84 m 校核情况下: Vf =12m/s h1%=0.8321 m Lm=6.8232 m hz=4h12cth(H1/ LL) /(2LL) =0.3186 m hc=0.5 m h=2.4827 m 设计情况：186.4+3.84 =190.24 m 校核情况：189.5+2.4827=191.98 m， 取为 192 m 故坝顶高程为 192 m，坝高为 192-92=100 m 第二章 大坝工程量比较 2.1 大坝剖面设计计算 混凝土重力坝： 坝前最大水深 H=186.4-92=94.4m 最大坝高为 192-92=100 m 一、基本剖面 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 7 页 共 40 页 按应力条件确定坝底最小宽度 B=H/(c/0-1)1/2 （2-1） 式中 c为混凝土重度，取 24kN/m3； 0为水的重度取 10kN/m3； 1 为扬压力折减系数取 0.25； 则 B=94.4/(24/10-0.25) 1/2=66.49m 按稳定条件确定坝底最小宽度 B=KH/f(c/0+-1) （2-2） 式中 K=1.10 f=0.7 =0 1=0.25 则 B=1.194.4/0.7(24/10+0-0.25)=73.08 m 综合，取坝底最小宽度 B=73.1 m 二、实用剖面 坝顶宽度 取坝高的 810%，即（810%）100 =(810)m,取为 10m 下游坡度 取下游坡度为 1:0.8 上游折坡的坡度 取为 1：0.2 上游设折坡 折坡点距坝底的高度取为坝高的 1/32/3 范围内，即 （1/32/3）100 =(33.3366.66)m,取为 54m。取高程 92+54=146m 上部分高度 100-38=62m 坝底宽 B 则折坡上部分宽 B1=0.254=10.8m ,B2=97.50.8=78 m B=B1+B2=10.8+78=88.8 m A 江水利枢纽设计 第 8 页 共 40 页 8 三、排水位置 设计洪水最大下泄流量为 6750 m3/s，则 Z下=114.20 m，水头 H=185.8-114.2=70.6 m 廊道上游壁到上游坝面距离不小于 0.050.1 倍水头，且不小于 45m， 即 （0.050.1）70.6=(3.537.06)m,取为 5m。 ： ： 图 2-1 重力坝剖面图（单位：m） 四、荷载计算 取设计水位 186.4 m 计算荷载，校核稳定和应力。 1. 荷载列表计算如下： 表 2-1 荷载计算 弯矩（kNm）标准值 （kN） 设计值(kN) 距坝底中 心(m)顺时针逆时针 W1 上三角形 6998.46998.437.2 W2 中矩形 240002400028.6 W3 下三角形 69360693605.93 坝 体 自 重 W= W1+ W2+ W3 100358.4100358.413.53 1358276 W水上 7279.27279.236.0262059 水 压 力 垂 直W水下 1971.361971.3642.58 83945.4 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 9 页 共 40 页 2. 坝基面抗滑稳定 S(*)=Pr=44052.3089kN R(*)=fRWr+CrAr=59909.9385kN 0S（*）=48457.53989kN1/d R(*)=49924.9487kN P上=1/20H上 2 44556.844556.8 31.46 1402054 水 平 P下=1/20H下 2 2464.22464.2 7.40 18235.08 0H上 945 0H下 222 0H=0H上-0H下 723 0H 180.75 U 18061.9218061.9200 U 5717.1236860.54716.8996581.26 U 8178.9388996.8312534.04278438.3 扬 压 力 U= U+ U+ U 31957.98 33919.29825375019.6 浪 压力 PL=1/4Lmr(h1%+hz) 50.1260.1594.985713.376 Pn=1/22320.158.5 kN/m 449.65539.5839.5321329.6 泥 沙 压 力 Ph=1/2nhn2tg2(45o-n/2)15831899.67.66714563.6 A 江水利枢纽设计 第 10 页 共 40 页 10 故坝基面抗滑满足要求。 3. 坝址上、下游抗拉应力验算 Wr/Ar+MrTr/Jr 0 故坝址上、下游抗拉应力满足要求 2.2 工程量比较 一、重力坝工程量 重力坝工程量计算分三个坝块利用下式进行计算： V=H/6L13b+(m1+m2)H+L23b+2(m1+m2)H （2-3） 第块 L1=223m L2=78m b=34.8m m1=0.2 m2=0.8 H=54m V=54/6223334.8+(0.2+0.8)54+78334.94+2(0.2+0.8)54= 467013.6 m3 第块 L1=256m L2=223m b=10m m1=0 m2=0.8 H=31 m V=31/6256310+(0+0.8)31+223310+2(0+0.8)31= 164194.6m3 第块 L1=306.5m L2=256m b=10m m1=0 m2=0 H=15m V=15/6306.5310+(0+0)15+256310+2(0+0)15 =42187.5m3 重力坝工程量:V1= V+ V+ V=673395.7 m3 。 二、拱坝工程量计算 拱坝工程量分四个坝块列表计算如下： 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 11 页 共 40 页 表 2-2 拱坝工程量计算 截面内弧外弧中心角面积坝块 体积 1186.25194.651072986.078181586.3 2163.217693.53540.826294015.19 3138.8156903980.39393987.42 498.4120863538.604464824.25 55272.5741647.336V334413.2 三、工程量比较 拱坝的工程量仅为重力坝的 50.33%，可以节约大量材料，故本设计采用拱坝设 计方案。 第三章 第一建筑物大坝的设计计算 3.1 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置 一、坝型选择双曲拱坝 二、拱坝的尺寸 坝顶的厚度 Tc 0.01(H+2b1)= =0.01*(100+2.4*306.5)=8.356m 取 Tc=8.4m 坝底的厚度 TB TB=K(b1+b4)H/a （3-1） 式中 K=0.0035 b1,b4分别为第一，第四层拱圈两拱端新鲜基岩之间直线距离 b1=306.5m b4=167m； A 江水利枢纽设计 第 12 页 共 40 页 12 H=100m； a=6.55kN/m3； TB=0.0035(306.5+167) 100/6.55=25.30m 取 TB=26m 上游面的曲线 采用二次抛物线 z= -x1(y/H)+x2(y/H)2 （3-2） 式中 x1=21x2 x2=2TB/(21-1) 1=0.60.65，取 1=0.62 2=0.30.6，取 2=0.3 则 x2=32.5， x1=40.3 上游面的曲线方程为 z= -40.3y/98+32.5(y/98)2 下游面的曲线 按 Tc，TB沿高程线性内插 设第 i 层拱圈的厚度为 Ti， 则 Ti=Tc+(TB-Tc)/ Hyi=8.4+(26.0-8.4)/100yi 列表计算如下： 表 3-1 拱冠剖面参数 高程上游面坐标下游面坐标坝体厚度 192 08.48.4 167 -8.043754.7562512.8 142 -12.0255.17517.2 117 -11.943759.6562521.6 92 -7.818.226 拱冠剖面图如下： 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 13 页 共 40 页 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -20-1001020 图 3-1 拱冠剖面图 拱坝布置图详见枢纽平面布置图。 3.2 荷载组合 本设计共计算以下四种工况下的应力： 正常水位+温降 设计水位+温升 校核水位+温升 正常水位+温降+地震 3.3 拱坝的应力计算 一、对荷载组合，使用 FORTRAN 程序进行电算 A 江水利枢纽设计 第 14 页 共 40 页 14 正常水位+温降 Arch.dat 数据如下： 5 .2,-47,3.39,2.40,10,.85,2200000.0,2200000.0,.000008,9,77,40.3,32.5 0,25,50,75,100 45,45,45,45,45 152,123.8,105,77.25,42.5 8.4,12.8,17.2,21.6,26 189.5,170,148.5,111.5,61.5 电算结果如下： 244.04 151.13 115.76 285.22 .00 .00 .00 .00 282.04 99.08 38.79 233.46 64.10 45.48 -13.39 114.37 268.58 36.24 -24.26 183.92 84.47 116.40 15.10 166.43 216.27 -27.45 -61.24 125.89 36.16 237.14 133.31 116.13 95.42 -47.41 -27.01 55.25 -69.16 402.10 325.93 -33.74 .044049 .000304 .00 -8.70 8.70 .00 .036234 .000371 16.00 .27 14.73 1.01 .025868 .000464 41.00 18.88 19.42 2.70 .013560 .000421 66.00 33.74 24.31 7.95 .003437 .000187 104.76 67.57 25.30 11.89 1665.46 .00 546.16 1673.60 -16.21 -996.11 2468.59 .00 2495.69 2509.15 -93.87 -4400.06 2698.71 .00 5714.99 2801.68 -248.63 -9577.35 2209.80 .00 9416.42 2422.74 -529.00 -14327.08 889.82 .00 7802.62 1165.62 -687.57 -9159.14 坝体的最大拉应力为 69.16kPa 70kPa,最大压应力为 402.10kPa，故应力满足条 件。 设计水位+温升 Arch.dat 数据如下： 5 .2,47,3.39,2.40,10,.85,2200000.0,2200000.0,.000008,5.6,77,40.3,32.5 0,25,50,75,100 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 15 页 共 40 页 45,45,45,45,45 152,123.8,105,77.25,42.5 8.4,12.8,17.2,21.6,26 189.5,170,148.5,111.5,61.5 电算结果如下： 290.23 224.37 199.30 319.42 .00 .00 .00 .00 302.79 162.25 115.94 263.25 90.04 21.12 -13.39 114.37 285.16 96.78 47.72 214.37 116.10 86.89 15.10 166.43 233.23 30.43 2.31 156.33 74.89 198.50 133.31 116.13 123.67 -11.54 16.86 86.92 -2.26 326.03 325.93 -33.74 .031379 .000124 .00 -11.25 11.25 .00 .027981 .000217 19.40 1.22 17.56 .62 .021124 .000348 44.40 18.92 23.12 2.36 .011428 .000342 69.40 33.17 29.64 6.59 .003130 .000156 108.16 61.67 36.18 10.32 2165.39 .00 387.15 2171.16 -11.49 -706.10 2998.85 .00 1916.99 3030.01 -72.11 -3379.78 3347.27 .00 4633.88 3430.77 -201.60 -7765.60 2989.39 .00 7835.51 3166.59 -440.19 -11921.73 1827.34 .00 6807.32 2067.96 -599.86 -7990.81 坝体的最大拉应力为 33.74kPa 70kPa,最大压应力为 326.03kPa，故应力满足条 件。 校核水位+温升 Arch.dat 数据如下： 5 .2,47,3.39,2.40,10,.85,2200000.0,2200000.0,.000008,2.5,77,40.3,32.5 0,25,50,75,100 45,45,45,45,45 152,123.8,105,77.25,42.5 8.4,12.8,17.2,21.6,26 189.5,170,148.5,111.5,61.5 电算结果如下： A 江水利枢纽设计 第 16 页 共 40 页 16 321.10 246.06 217.50 354.36 .00 .00 .00 .00 332.35 175.46 123.76 288.82 96.99 16.04 -13.39 114.37 308.10 102.29 48.69 231.46 113.03 93.15 15.10 166.43 247.90 30.53 .39 166.13 59.91 216.94 133.31 116.13 128.76 -2.06 16.63 90.84 -24.96 353.06 325.93 -33.74 .035738 .000167 .00 -12.41 12.41 .00 .031227 .000267 22.50 2.55 19.19 .76 .023071 .000397 47.50 20.04 24.88 2.58 .012244 .000375 72.50 34.02 31.40 7.08 .003283 .000168 111.26 62.83 37.61 10.83 2386.77 .00 441.09 2393.34 -13.09 -804.47 3275.21 .00 2140.04 3310.00 -80.50 -3773.02 3597.72 .00 5062.57 3688.94 -220.25 -8484.01 3159.11 .00 8398.66 3349.04 -471.82 -12778.57 1890.42 .00 7146.51 2143.03 -629.75 -8388.97 坝体的最大拉应力为 33.74kPa2.5 抗滑稳定满足要求。 第四章 泄水建筑物的设计 4.1 泄水建筑物的型式尺寸 泄水建筑物采用 2 浅孔+2 中孔的泄流方案，浅孔位于两岸，中孔位于水电站进 水口两侧，对称布置。 两浅孔，孔口宽 8.5m，高 8.0m，进口底高程为 164m，出口底高程为 154m； 两中孔，孔