拱坝毕业设计

1 / 20 拱坝毕业设计 摘 要 洞门山水利枢纽工程位于位于西南某河干流中下游，是一座中型水利枢纽工程，其主要任务有发电，灌溉和防洪。该工程主要由双曲拱坝、泄洪隧洞、取水建筑物以及厂房等组成。本文扼要介绍设计中进行的主要工作和设计成果：调洪计算，枢纽布置，拱坝坝体设计，坝体应力计算，坝肩稳定分析，泄洪隧洞的设计，坝身泄水孔的设计，坝体的细部构造以及地基处理等。 设计最后提交的成果有：设计说明书一份，工程设计图纸 3 张以及其他计算附图附表等。 关键字 拱坝，调洪演算 ，应力分析，稳定分析。 summary DongMen mountain water conservancy hub project is located in the southwest a river mainstream middle and lower reaches, is a medium-sized water conservancy hub project, its main task is power generation, irrigation and flood control. The project mainly by the hyperbolic arch dam, tunnel, water and flood building workshop etc. This paper briefly introduces the main work in the design and the design results: flood regulating calculation, the general 2 / 20 layout, arch dam design, dam abutment dam stress calculation, stability analysis of flood discharge tunnel, the design, the design of water leakage, including the influences of the detail structure and foundation treatment, etc. The research results have submitted design: the design specification a, the engineering drawings three and other calculation schedule, etc. The appended drawings Key words Arch dam, flood regulating calculation, stress analysis, stability analysis. 目录 第一章 工程概况 . 第二章 设计基本资料及水库工程特性 ? 1.设计基本资料 ? 2.水库水位与库容关系及水位流量关系 ? 3.效益及淹没损失 ? 4.施工组织设计和建议 ? 5.坝址地形图 +其他 ? 第三章 工程等级划分及水库运行方式 ?1.确3 / 20 定工程等别和级别 ? 2.水库运用方式 ? 第四章 枢纽布置 ? 1.调洪演算 ? 基本资料的收集 ? 孔口尺寸拟定 ? 调洪演算 ? 方案比较 ? 坝高的确定 ? 2.组成建筑物及枢纽布置 ? 第五章 混凝土拱坝设计 ? 1.拱坝形态和剖面尺寸的拟定 ? 拱圈形式的选择 ? 拱冠梁剖面尺寸的拟定 ? 坝顶厚度 ? 坝底厚度 ? 上游面曲线 ? 下游面曲线 ? ? 2. 拱坝的布置 ? ? 3.拱坝的荷载及其组合 ? 荷载计算 ? 温度荷载 ? 4 / 20 净水压力 +淤沙压力 ? 地震荷载 ? 坝体自重 ? 扬压力 ? 风浪压力 ? 荷载组合 ? 基 本组合 ? 特殊组合 ? 4.拱坝的应力分析 ?应力分析的基本方法 ? 应力分析 ? 5. 拱 坝 的 稳 定 分析 稳定计算原理 ? 稳定验算 ? 工况一： ? 坝肩局部稳定验算 ? 左岸整体稳定验算 ? 工况二： ? 坝肩局部稳定验算 ? 左岸整体稳定验算 ? 第六章 泄水建筑物 5 / 20 1.泄水建筑物的形式尺寸 ? 2.泄水建筑物的布置 ? 坝身泄水孔的布置 ? 泄槽设计计算 ? 泄水隧洞的布置 ? 第七章 坝体细部构造及地基处理 . 1.坝体构造与细部结构设计 ? 坝体与坝面 ? 坝体分缝 ? 坝内廊道 ? 坝后工作桥 ? 2.地基处理 ? 坝基处理的基本要求 ? 地基的处理和开 挖 ? 坝基灌浆 ? 固结灌浆 ? 帷幕灌浆 ? 坝基排水 ? 设计专题：拱坝的稳定性分析 ? 附录：外文文献及翻译 ? 参考文献 . 结语 目录 6 / 20 第一章 拱 坝 基 本 参 数 计算 . 2 坝顶高程的确定 . 2 坝顶超高计算 . 2 坝顶高程计算 . 3 坝型 方 案 及 结 构 布置 . 3 第二章 应力分析 . 6 荷 载 计7 / 20 算 . 6 自重 . 6 泥 沙 压力 . 9 扬压力 . 10 温度荷载 . 11 地基位移计算 . 12 拱 冠 应 力 分析 . 15 ,D拱冠径向变位系数 D i 8 / 20 i 的确定 . 38 拱 冠 梁 变 位 的 计算 . 41 拱冠梁应力计算 . 44 拱圈应力计算 . 52 第 三 章 坝 肩 稳 定 分析 . 56 稳 定 分析 . 56 计算式 .9 / 20 . 56 分析过程 . 57 第四章 溢流设计及 消 能 防 冲 设计 . 60 溢流面计算 . 60 下游消能防冲复核 . 60 第一章 拱坝基本参数计算 坝顶高程的确定 坝顶超高计算 根据水利水电工程等级划分及洪水标准规定：龙源口水库设计洪水标准采用 50 年一遇，校核洪水标准采用 500 年一遇，按照浆砌石坝设计规范 SL25 91，砼拱坝设计规范 SL282 XX中规定计算大坝需要的坝顶超高。10 / 20 坝顶超高按下式计算： h=Zhi+h0+hC 式中： Zhi 波浪高 h0 波浪中心线至水库静水位的高度 hC 安 全 超 高 g/V 2=/121/3 gLm/ V02= V0-7/154/15 h0= 2/LmCth 式中： Lm 波长 D 吹程 V0 多年平均最大风速， V0=/s，正常运用条件下采用 V0 = V0 H1 水域平均水深 坝顶超高计算成果列如表1-4。 表 1-4 坝顶 超高计算成果表 坝顶高程计算 坝顶高程计算结果列表于 1-5。 表 1-5 坝顶高程计算成果表 取大值，本工程取。 坝型方案及结构布置 本工程按砌石拱坝进行设计，初拟坝底厚为 10m。该坝址受地形、地质条件的限制，右岩山体下有一冲沟从坎肩后面通过，左岸山体稍欠单薄，拱端的位置由于受这些因素的制约，仅能在有限的范围内进行选择，拱坝的具体位置布置如图所示。 11 / 20 拱圈参数的拟定： 1、中心角 2 A ：砌石拱坝顶拱中心角可选用 80110，下层可采用 40 80。 2、拱圈半径：初步拟定可按下式计算，拱圈内半径 R 内 =L/，式中 L 为弦长。 3、拱冠梁的形式和尺寸 坝顶高程处开挖后的河床宽度 L经多次布置， L最终选定为。 根据经验公式，可求得坝顶底厚度。 TC? TBL2H ?0.? HH1000式中： Tc为坝顶厚度 ; Tb为坝底厚度 ; L为开挖后坝顶高程河岸宽度 ; H为坝高。 经计算 Tc= Tb=15m 已知 Tc,Tb 后，可查砌石坝设计拱冠梁经验断面表格得出拱冠梁 1-6 断面尺寸如下表 拱圈几何尺寸拟定见下表 1-7： 表 1-7 大坝几何尺寸表 拱坝毕业设计 一 . 基本资料 12 / 20 流域概况、枢纽任务 水位 库容关系曲线，水位 流量关系曲线，年内流量变化曲线， 坝址的地形、地质、建筑材料分布。 二坝型选择及水利枢纽布置 1建筑物的分等分级 根据库容、防洪、灌溉和装机容量确定工程的等级，按最大 的确定。各建筑物根据重要性，确定相应的级别，查设计规范，选定相应的洪水标准。 2坝型选择 主要综合地形、地质、水文、材料、施工几方面因素考虑。 比较重力坝、拱坝、土石坝、支墩坝等各种坝型，初选适合的坝型并进行重点比较。 坝轴线选择：地质条件、消能条件、施工条件、工程量大小，选定枢纽中各建筑物的类型：挡水、泄水、取水、放空、厂房，确定方案后进行综合比较。 1确定枢纽组成 根据枢纽任务，确定组成建筑物：包括挡水，泄水，发电，通航，灌溉 。 2确定枢纽等别和建筑物级别 根据库容、发电量、防洪对象等确定工程等别，由其中最大的一项来确定。依据为水利水电枢纽工程等级划分及设计标准。 13 / 20 接下来确定组成的各建筑物的级别，由它们各自的重要性来定，分主要建筑物，次要建筑物，临时建筑物等。接着确定它们的设计标准。 3初选建筑物类型 轴线选择 对给出的坝轴线进行比较，包括以下方面：地形，地质，水文，电站选址，施工，施工导流，施工交通，水流条件，工程量等。 坝型选择 针对可能的坝型，如重力坝，拱坝，土石 坝，支墩坝等，比较它们的优缺点。根据是否与所选的坝址条件适合，选择比较合适的方案，确定其中的一种作为设计方案。 泄水建筑物型式 选择是否采用坝面溢流，深孔或隧洞泄洪方案，或者它们联合运用。 调洪演算 1孔口尺寸的确定 选定单宽流量，依据是基础岩石的好坏。 堰顶高程：由流量公式算出所需水头 H，假设这时正好达到最高水位，则可知堰顶高程 ?堰 ?上 ?H。 溢流宽度： B=Q/q。 确定孔数和尺寸。 2推求洪水过程线 根据选定的洪水 频率，由典型洪水过程线按同倍比放大法，计算设计洪水过程线和校核洪水过程线。 14 / 20 3计算水位 下泄流量关系曲线 计算闸门全开时，水库水位和下泄流量的关系曲线。 4调洪演算 确定闸门操作方式：在洪水来临时，先用闸门控制，使下泄流量等于入库洪水流量，水库保持正常高水位不变。当洪水流量继续加大，等于闸门全开时的下泄流量时，水库水位开始上升，这时闸门全开，下泄流量随水位上升也不断增加。当下泄流量又等于洪水流量时，水库达到最高水位，此时也是最大的下泄流量。 调洪演算原理 是根据水量平衡方程式： V2?V1? 12 ?t? 12 ?t 变换得： V2?t?q22?12 ? 作出 V?t ? q2 15 / 20 和水位 h 的关系曲线，用半图解法逐推求水位及下泄流量。 考虑电站引用流量，深孔可作为储备。 作出流量关系曲线和辅助曲线，逐时段推求水位和流量。 最后满足条件是不超过上游限制水位和最大下泄流量， 至少计算两种方案。 深孔放空计算 拟定深孔高程，要满足一定的淹没深度。 拟定孔口尺寸，使库水在规定时间内从正常高水位放至死水位。在计算时不考虑来水量的影响，认为来水量和电站引用流量相同。 计算步骤：按水位分成一些区段，在区段内用水量除以平均流量得到时间，将时间累加起来就得到总的放空时间。从正常高水位到堰顶高程，溢流堰参与泄流，堰流流量计算同调洪演算一样；从堰顶高程到死水位，则只有深孔泄流。深孔流量计算公式为： q? 其中 A是孔口面积， d是孔口高度 ， H是平均水头。 坝顶高程 坝顶高程 =max? ?设计洪水位 ?校核洪水位 ?h设 ?h 校 ?h?2h1?h0?hc，分别为波浪高度、壅高和安全超高，16 / 20 与库面的风速有关。 拱坝的布置 目的：对某一特定的坝址，确定最能适应该地形和地质条件的拱坝。 布置内容： 1拱坝类型选择。 2拟定坝体基本尺寸。 3进行平面布置。 要求： 安全、经济。安全是指坝体应力分布变化均匀，压应力和拉应力尽可能接近并小于规范规定的值， 坝座稳定安全系数亦接近并稍大于规范规定值。经济通常指建造拱坝的总造价最低。 一 类型选择 可从轴线形式、厚度、几何关系、体型等方面进行选择。 从轴线分，有圆弧拱、椭圆拱、抛物线拱、对数螺旋拱。圆弧拱又分为单圆心、双圆心、三圆心。合理的拱圈形式应当是压力线接近拱轴线，使拱截面的压应力分布趋于均匀，同时应使坝体作用于坝座上的各种作用力的合力方向，尽量指向山体以有利于坝座的稳定。从水荷载的分配情况看，拱所分担的荷载并不是沿拱圈均匀分布的，而使从拱冠向拱端逐渐减少，因此最合理的拱 圈形式并不是圆弧拱，而应是变曲率的拱圈。 厚度分等厚拱圈和变厚拱圈。 几何关系分定半径定中心角和变半径变中心角形17 / 20 式。 体型分单曲拱坝和双曲拱坝。 根据坝址地形地质条件、工程规模、设计和施工条件等来选定拱坝类型。 二 拱冠梁尺寸拟定 1坝顶厚度 Tc 按工程规模和运用要求来确定。坝顶厚度将反映顶部拱圈的刚度，不仅对坝 3m，可按下列公 ) 2坝底厚度 TB 坝底厚度 TB 是拱坝剖面设计中的一项控制数据，它取决于坝高、坝型、河谷形状 、地质及材料等因素，直接影响坝的安全和经济性。美国垦务局经验公式： TB? H/400 水工建筑物书上： TB?/120 L2：坝底以上处两拱端基岩面间的直线距离。 我国的经验公式： TB? ? Ln-1：倒数第二层拱圈拱端间的直线距离； ?：拱的允许压应力， Mpa。 K：经验系数，一般可取。 3拱冠梁任一高度厚