斜心墙土石坝及其结构稳定分析计算书.doc

斜心墙土石坝及其结构稳定分析 第一章第一章 调洪计算调洪计算 .4 4 第二章第二章 大坝高程的计算大坝高程的计算 .1212 2.1 基本计算原理和公式 .12 2.2 计算过程和结果 .13 第三章第三章 土石料的设计土石料的设计 .1414 3.1 粘土土料设计 .14 3.2 砂砾料设计 .16 第四章第四章 渗流计算渗流计算 .2020 4.1 渗流计算应包括以下内容: .20 4.2 渗流计算应包括以下水位组合情况： .20 4.3 计算方法.20 4.4 计算断面与计算情况.21 4.4.1.1 正常蓄水位+相应下游水位.21 4.4.1.2 设计水位与下游相应的水位.22 4.4.1.3 校核水位与下游相应水位.22 4.4.2.1 正常蓄水位+相应下游水位 .22 4.4.2.2 设计水位与下游相应的水位 .23 4.4.2.3 校核水位与下游相应水位 .23 4.4.3.1 正常蓄水位+相应下游水位 .23 4.4.3.2 设计水位与下游相应的水位 .24 4.4.3.3 校核水位与下游相应水位 .24 4.5 逸出点坡降计算 .25 第五章第五章 稳定分析稳定分析 .2525 5.1.程序说明.25 5.2 源程序 .27 5.3 工况选择与稳定计算成果.31 第六章第六章 细部结构计算细部结构计算 .3232 6.1 反滤层的设计计算 .32 6.2 护坡设计.33 第七章第七章 泄水建筑物的计算泄水建筑物的计算 .3333 水利水电工程专业毕业设计 7.1 隧洞的水力计算 .33 7.2 隧洞的水力计算.34 7.4 出口消能计算.35 第八章第八章 施工组织设计施工组织设计 .3737 8.1 工日分析.37 8.2 施工导流计算 .38 8.3 拦洪高程计算.41 8.4 主体工程施工工程量计算 .42 8.5 封堵日期的确定 .44 斜心墙土石坝及其结构稳定分析 水利水电工程专业毕业设计 第一章第一章 调洪计算调洪计算 主要建筑物为 2 级，次要建筑物为 3 级，临时建筑物为 4 级。 永久建筑物洪水标准：正常运用（设计）洪水重现期 100 年；非常运用（校 核水重现期 2000 年。 由于明渠开挖量巨大，故采用隧洞泄洪方案 水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来流量，水库保持汛前 限制水位不变，当来流量继续加大，则闸门全开，下泄流量随水位的升高而加大， 流态为自由泄流。 调洪演算原理 采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得出设计与校核洪水过 程线如下： 流 量 6h6h 量 流 (t,1680) (t,2320) 拟定几组不同堰顶高程I 及孔口宽度 B 的方案。堰顶自由泄流公式 Q=Bm(2g) 1/2H3/2可确定设计洪水和校核洪水情况下的起调流量 Q 起，由 Q起开始，假定三条 泄洪过程线（为简便计算，假设都为直线） ，在洪水过程线上查出 Q泄，并求出相 应的蓄水库容 V。根据库容水位关系曲线可得相应的库水位 H，由三组（Q泄，H） 绘制的 QH 曲线与由 Q=Bm(2g)1/2H3/2绘制的 QH 曲线相交，所得交点即为所要 斜心墙土石坝及其结构稳定分析 求的下泄流量及相应水位。 方案一：I=2818m, B=7m 起调流量=0.86 0.502 710 =423.30/s 2 3 2 HgmBQ 起 81 . 9 2 2 3 3 m 设计洪水时：Q设 =1680/s 3 m 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 （/s） 3 m 水库拦蓄 洪水 V（10 6 3 m ） 水库总水 量 V （10 6 ） 3 m 水库水位 H（m） 700 30.45 558.832829.268 560 35.83 564.212829.502 490 38.73 567.112829.62 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 =521.8/s，H=2829.55m 3 m 校核洪水时：Q校=2320 时： 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 （/s） 3 m 水库拦蓄 洪水 V（10 6 3 m ） 水库总水 量 V （10 6 ） 3 m 水库水位 H（m） 676.69 59.56 587.862830.464 580 64.8 593.12830.678 483.35 70.37 598.672830.89 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 =603.1/s，H=2830.58m 3 m 水利水电工程专业毕业设计 2827 2828 2829 2830 2831 2832 2833 2834 02004006008001000 坐坐标标轴轴标标题题 坐坐标标轴轴标标题题 隧洞下泄流量曲线 设计 校核 方案二：I=2818m, B=8m 起调流量=0.8 0.502 810 =483.77/s 2 3 2 HgmBQ 起 81 . 9 2 2 3 3 m 设计洪水时：Q设 =1680/s 3 m 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 （/s） 3 m 水库拦蓄 洪水 V（10 6 3 m ） 水库总水 量 V （10 6 ） 3 m 水库水位 H（m） 770 26.89 555.272829.142 630 31.57 559.952829.34 560 34.07 562.452829.432 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 590.1/s，H=2829.38m 3 m 校核洪水时：Q校=2320/s 时： 3 m 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 （/s） 3 m 水库拦蓄 洪水 V（10 6 3 m 水库总水 量 V （10 6 水库水位 H（m） 斜心墙土石坝及其结构稳定分析 ） ） 3 m 773.36 52.74 581.122830.204 676.69 57.94 586.322830.4 580 62.21 590.592830.588 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 =676.3/s，H=2830.28m 3 m 2827.5 2828 2828.5 2829 2829.5 2830 2830.5 2831 2831.5 2832 2832.5 02004006008001000 坐坐标标轴轴标标题题 坐坐标标轴轴标标题题 隧洞下泄流量 设计 校核 方案三：I=2819m, B=7m 起调流量=0.86 0.502 79 =361.42/s 2 3 2 HgmBQ 起 81 . 9 2 2 3 3 m 设计洪水时：Q设 =1680/s 3 m 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 （/s） 3 m 水库拦蓄 洪水 V（10 6 3 m ） 水库总水 量 V （10 6 ） 3 m 水库水位 H（m） 560 37.85 565.882829.572 490 41.13 569.512829.726 420 44.57 572.952830 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 =475.6/s，H=2829.88m 3 m 水利水电工程专业毕业设计 校核洪水时：Q校=2320/s 时： 3 m 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 （/s） 3 m 水库拦蓄 洪水 V（10 6 3 m ） 水库总水 量 V （10 6 ） 3 m 水库水位 H（m） 676.69 61.67589.972830.548 58067.42595.582830.738 483.3573.51601.892830.924 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 =552.6/s，H=2830.9m 3 m 2827 2828 2829 2830 2831 2832 2833 2834 0200400600800 坐坐标标轴轴标标题题 坐坐标标轴轴标标题题 隧洞下泄流量 设计 校核 方案四：I=2817m, B=8m 起调流量=0.86 0.502 811 =558.12/s 2 3 2 HgmBQ 起 81 . 9 2 2 3 3 m 设计洪水时：Q设 =1680/s 3 m 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 （/s） 3 m 水库拦蓄 洪水 V（10 6 3 m ） 水库总水 量 V （10 6 ） 3 m 水库水位 H（m） 斜心墙土石坝及其结构稳定分析 770 25.34 553.722829.09 70027.17555.552829.149 63029.56557.942829.25 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 =656.8/s，H=2829.2m 3 m 校核洪水时：Q校=2320/s 时： 3 m 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 （/s） 3 m 水库拦蓄 洪水 V（10 6 3 m ） 水库总水 量 V （10 6 ） 3 m 水库水位 H（m） 87046.83575.262829.946 773.3650.63579.012830.098 676.6954.72583.12830.262 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 =724.5/s，H=2830.17m 3 m 2827 2828 2829 2830 2831 2832 2833 2834 020040060080010001200 坐坐标标轴轴标标题题 坐坐标标轴轴标标题题 隧洞下泄流量 设计 校核 方案五：I=2819m, B=8m 起调流量=0.86 0.502 89 =413.05/s 2 3 2 HgmBQ 起 81 . 9 2 2 3 3 m 设计洪水时：Q设 =1680/s 3 m 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 水库拦蓄 洪水 水库总水 量 V 水库水位 H（m） 水利水电工程专业毕业设计 （/s） 3 m V（10 6 3 m ） （10 6 ） 3 m 63033.89561.772829.389 56036.18564.562829.53 49039.12569.52829.726 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 =523.5/s，H=2829.6m 3 m 校核洪水时：Q校=2320/s 时： 3 m 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 （/s） 3 m 水库拦蓄 洪水 V（10 6 3 m ） 水库总水 量 V （10 6 ） 3 m 水库水位 H（m） 676.6957.92586.32830.4 58065.34593.722830.73 483.3570.79599.172830.92 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 =604.7/s，H=2830.62m 3 m 2827 2828 2829 2830 2831 2832 2833 2834 02004006008001000 坐坐标标轴轴标标题题 坐坐标标轴轴标标题题 隧洞下泄流量 设计 校核 方案六：I=2817m, B=7m 起调流量=0.86 0.502 711 =/s 2 3 2 HgmBQ 起 81 . 9 2 2 3 3 m 设计洪水时：Q设 =1680/s 3 m 斜心墙土石坝及其结构稳定分析 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 （/s） 3 m 水库拦蓄 洪水 V（10 6 3 m ） 水库总水 量 V （10 6 ） 3 m 水库水位 H（m） 70029.02557.42829.204 63031,41559.792829.358 56033.88562.462829.579 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 =591.3/s，H=2829.43m 3 m 校核洪水时：Q校=2320/s 时： 3 m 计算 QH 曲线列表如下： 假设泄水 流量 Q泄 （/s） 3 m 水库拦蓄 洪水 V（10 6 3 m ） 水库总水 量 V （10 6 ） 3 m 水库水位 H（m） 773.3652.63581.062830.187 676.6957.88586.262830.36 58061.76590.142830.62 在 QH 曲线与 Q=Bm(2g)1/2H3/2 交点查到 Q泄 =660.3/s，H=2830.48m 3 m 2827 2828 2829 2830 2831 2832 2833 2834 02004006008001000 坐坐标标轴轴标标题题 坐坐标标轴轴标标题题 隧洞下泄流量 设计 校核 水利水电工程专业毕业设计 第二章第二章 大坝高程的计算大坝高程的计算 2.1 基本计算原理和公式基本计算原理和公式 坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定： aeRy 其中：y-坝顶超高； R-最大波浪在坝顶的爬高； e-最大风壅水面高度； A-安全超高。该坝为二级建筑物，设计时取 A=1.0，校核时取 A=0.5 坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最 大值: 1. 设计水位加正常运用条件下的坝顶超高; 2. 正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高; 3. 正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高加地震安全加高。 对于内陆峡谷水库，在风速 W20m/s、吹程 D5mm 砾 石含量 比重 Gs 天然孔 隙比 相对密 实度 Dr 设计干 容重d 设计孔 隙比 e %g/cm3 1#上 56.23462.750.4810.73218.2160.481 2#上 47.86482.740.5310.61217.560.531 3#上 25.70492.760.4490.81018.6860.449 4#上 39.81462.750.4600.78418.4780.460 1#下 48.98472.750.4810.73218.2160.481 2#下 38.02422.730.4750.74818.1570.475 3#下 58.88442.730.4810.73218.0830.481 4#下 44.67462.720.5110.66217.6590.511 表 3-4 砂砾料计算成果汇总表 料场保持含水量 湿容重w浮容重内摩擦角 粘聚力 c渗透系数 K %g/cm3g/cm3kPa10-2cm/s 1#上 519.011.8351002.0 2#上 518.211.4360002.0 3#上 519.512.1354002.0 4#上 519.412.0363002.0 1#下 519.011.8352002.0 2#下 518.911.7364002.0 3#下 518.811.7355002.0 4#下 518.311.4371002.0 绘出各沙石料场的级配曲线如下图 3-1 所示： 水利水电工程专业毕业设计 10001001010.1 0 20 40 60 80 100 1#上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 P上 %上 1000100 1010.1 0 20 40 60 80 100 2#上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 P上 %上 1000100 1010.1 0 20 40 60 80 100 3#上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 P上 %上 1000100 10 1 0.1 0 20 40 60 80 100 4#上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 P上 %上 斜心墙土石坝及其结构稳定分析 1000 1001010.1 0 20 40 60 80 100 1#上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 P上 %上 1000100101 0.1 0 20 40 60 80 100 2#上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 P上 %上 1000 10010 10.1 0 20 40 60 80 100 3#上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 P上 %上 10001001010.1 0 20 40 60 80 100 4#上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 P上 %上 图 3-1 水利水电工程专业毕业设计 3.2.3 砂砾料的选用砂砾料的选用 土石坝的坝壳材料主要为了保持坝体的稳定性，要求有较高的强度。 根据规范要求砂砾石的相对密实度 Dr要求不低于 0.75，上述料场中只有 3#上 和 4#上 料场满足要求，其余料场不符合要求不予采用。下游坝壳水下部位和 上游坝壳水位变动区宜有较高的透水性，且具有抗渗和抗震稳定性，应优先 选用不均匀和连续级配的砂石料。认为不均匀系数 =30100 时较易压实， 510 时则压实性能不好。而 3#上 料场砂砾料的不均匀系数 =2530,不 满足要求，从颗粒级配曲线上也可以看出，4#上料场的砂砾料颗粒级配较好， 物理力学指标也较高，可优先使用，故选择 4#上 料场作为砂砾料的主料场。 第四章第四章 渗流计算渗流计算 4.14.1 渗流计算应包括以下内容渗流计算应包括以下内容: : 确定坝体浸润线及其下游出逸点的位置，绘制坝体及其坝基内的等势线分布 图或流网图； 1. 确定坝体与坝基的渗流量； 2. 确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比 降； 3. 确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置空隙压力； 4. 确定坝肩的的等势线、渗流量和渗透比降 4.24.2 渗流计算应包括以下水位组合情况渗流计算应包括以下水位组合情况： 1. 上游正常蓄水位与下游相应的最低水位； 2. 上游设计水位与下游相应的水位； 3. 上游校核水位与下游相应的水位； 4.3 计算方法计算方法 选择水力学方法解决土坝渗流问题。根据坝体内部各部分渗流状况的特点， 将坝体分为若干段，应用达西定律近似解土坝渗流问题。计算中假定任一铅直过 水断面内各点的渗透坡降相等。计算简图见图 6-41。 通过防渗体流量： 斜心墙土石坝及其结构稳定分析 q1=K(H2-H12)/2Bsin + K2(H1-T1)T/D 通过防渗体后的流量： q2=K1(H12-T12)/2L1 + KT(H1-T1)T/(L+0.44T) 假设：1）不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用； 2）由于砂砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水 与下游水位相差不是很大，认为不会形成逸出高度； 3）对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横 向落差，此时实际上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似 认为下游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出 点，计算时假定浸润线末端即为坝趾。 4.4 计算断面与计算情况计算断面与计算情况 对河床中间断面 1-1 以及左右岸坡段各一断面 2-2、3-3 三个典型断面进行渗 流计算，参见图 4-1，断面的简化图见图 4-2，计算按正常蓄水位、设计洪水位和 校核洪水位三种情况进行。 4.4.1 1-1 断面：断面： 图 4-1 4.4.1.1 正常蓄水位正常蓄水位+相应下游水位相应下游水位 正常蓄水位 2828m 下游相应的最低水位为 2752.2m（由发电所需引水量 44.1m3/s 确定） k=3.0 10-6cm/s,k2=110-9cm/s，k1=2.010-2 cm/s ，kT取 2.010-2 水利水电工程专业毕业设计 cm/s，T1=2.2m ，T=25.8m, D=0.8m，H=78m，=21m, L1=211.42m 2 下上 L=228.67m, 938 . 0 sin 由= 计算得：H1=2.51m ， = 7.0610-6 1 q 2 qq ms m . 3 4.4.1.2 设计水位与下游相应的水位设计水位与下游相应的水位 k=3.0 10-6cm/s,k2=110-9cm/s，k1=2.010-2 cm/s ，kT取 2.010-2 cm/s，H=79.2m，T1=5.13 m ，L1=211.51m ，L=228.76m, 938 . 0 sin 由 q1=q2 计算得： H1=0.4m =8.0 q 6 10ms m . 3 4.4.1.3 校核水位与下游相应水位校核水位与下游相应水位 k=3.0 10-6cm/s,k2=110-9cm/s，k1=2.010-2 cm/s，kT=2.010-2 cm/s,H=80.17m, T1=5.22m L1=211.55m L=228.76m, 938 . 0 sin 由=计算得： H1=0.34m =7.4 1 q 2 qq 6 10ms m . 3 4.4.2 2-2 断面：断面： 图 4-2 4.4.2.1 正常蓄水位正常蓄水位+相应下游水位相应下游水位 k=3.0 10-6cm/s,k2=110-9cm/s，k1=2.010-2 cm/s，kT取 2.010-2 cm/s，T1=0m T=19.04m ，D=0.8m，H=68m，=19.1m，L1=208.23m L=224.69m, 2 下上 938 . 0 sin 由=计算得：H1=0.33m = 5.46 1 q 2 qq 6 10ms m . 3 斜心墙土石坝及其结构稳定分析 4.4.2.2 设计水位与下游相应的水位设计水位与下游相应的水位 k=3.0 10-6cm/s,k2=110-9cm/，k1=2.010-2 cm/s，kT=2.010-2 cm/s，T1=0m，D=0.8m，H=69.2m，=19.1m，L1=208.57m 2 下上 L=225.04m, 938 . 0 sin 由=计算得：H1=0.34m = 5.66 1 q 2 qq 6 10ms m . 3 4.4.2.3 校核水位与下游相应水位校核水位与下游相应水位 k=3.0 10-6cm/s,k2=110-9cm/，k1=2.010-2 cm/s，kT=2.010-2 cm/s，T1=0m，D=0.8m，H=70.17m，=19.1m，L1=208.57m 2 下上 L=225.04m, 938 . 0 sin 由=计算得：H1=0.35m = 5.8 1 q 2 qq 6 10ms m . 3 4.4.3 3-3 断面断面： 3-3剖面图 1：1000 图 4-3 4.4.3.1 正常蓄水位正常蓄水位+相应下游水位相应下游水位 k=3.0 10-6cm/s,k2=110-9cm/s，k1=2.010-2 cm/s，kT取 2.010-2 cm/s，T1=0m 水利水电工程专业毕业设计 T=28.26m ，D=0.8m，H=53m，=14.75m，L1=205.22m 2 下上 L=217.48m, 938 . 0 sin 由=计算得：H1=0.2m = 4.92 1 q 2 qq 6 10ms m . 3 4.4.3.2 设计水位与下游相应的水位设计水位与下游相应的水位 k=3.0 10-6cm/s,k2=110-9cm/，k1=2.010-2 cm/s，kT=2.010-2 cm/s，T1=0m，T=28.26m ，D=0.8m，H=54.2m，=14.75m，L1=205.22m L=217.48m, 2 下上 938 . 0 sin 由=计算得：H1=0.21m = 5.1 1 q 2 qq 6 10ms m . 3 4.4.3.3 校核水位与下游相应水位校核水位与下游相应水位 k=3.0 10-6cm/s,k2=110-9cm/，k1=2.010-2 cm/s，kT=2.010-2 cm/s，T1=0m，T=28.26m ，D=0.8m，H=55.17m，=14.75m，L1=205.22m L=217.48m, 2 下上 938 . 0 sin 由=计算得：H1=0.22m =5.3 1 q 2 qq 6 10ms m . 3 表 4-1 渗流计算结果汇总表 设计项目 计算情 况 正常蓄水 位 设计洪水 位校核洪水位 上游水深 H（m）I-I7879.280.17 II-II6869.279.17 III-III4354.264.17 下游水深 T1（m）I-I4.95.135.22 II-II000 III-III000 逸出水深 H1（m)I-I2.50.40.34 II-II0.330.340.35 III-III0.20.210.22 単宽流量 Q(10- 6m3/s.m)I-I7.0687.4 II-II5.465.665.8 斜心墙土石坝及其结构稳定分析 III-III4.925.15.3 4.5 逸出点坡降计算逸出点坡降计算： 用流网法可准确求出渗流区任一点的渗透压力、渗透坡降和渗流量。 绘制等势线和流网时，两者互相正交，并且分割的网格大致长宽相等。 各种工况下渗流逸出点坡降计算成果如表 4-2： 表 4-2 逸出点渗透坡降成果表 - 情况正常设计校核 坡降 J1.601.541.54 填筑土料的渗透坡降符合要求，故该土石坝渗透稳定是安全的。 第五章第五章 稳定分析稳定分析 5.1.程序说明程序说明 以简化折线滑动法为理论基础，相关公式见 SL274-2001碾压式土石坝设计 规范 、 土力学 、 水工建筑物等参考文献，见图附 1。以图片顶处为坐标原点， 坝上游底角坐标（100，200）水平向坝坡向为 X 轴，竖直向下为 Y 轴建立直角坐 标系统。假设滑动面的三点 A,B,C.A 点在坝顶上并且不会切到斜心墙。B 点为折点， 在水位附近。C 点在上游坝脚斜坡面上。先按一定步长确定三点的坐标，然后分成 两块，分别计算重力。套用公式进行判断。初始安全系数假定为 3.00，当满足判断 条件并且安全系数小于上次取出的安全系数，取出安全系数，并绘出最危险滑动面。 三个点的坐标加安全系数的计算循环。这样，程序总共有 4 层循环嵌套。 1:3 1:2.5 1:0.6 1:0.2 1:2.25 1:2.51:2.75 透水层 不透水地基 A B C 水利水电工程专业毕业设计 G1 G2 P P R1 R2 附图 1 稳定计算图 计算公式如下式： 11111 222221212 sin()0.74cos()/ cos() 0.74/sin()/cos()sin()/ c cc PWWK PWKWK 滑动面上的抗剪强度利用充分程度应该是一样的，其安全系数表达方式为式： tan tan i i s F 式中：即为安全系数，为试验得到的抗剪强度指标。 s Ftan i 图中 0 点为坐标原点，水平向坝坡向为 X 轴，竖直向上为 Y 轴建立直角坐 标系统。假设滑动面的三点 A、D、C（按一定步长确定这三点的坐标） ，且滑动 面不会切到心墙。其中 A 点在坝脚斜坡面上移动，但不会到达坝顶，D 点为折坡 点，C 点在坝体计算那一面的表面上移动，可以到达坝顶，但不会移动到坝体的 另一侧。其他字母如图所示。 计算中把滑动土体 ADC（构成的滑动面）分成两个滑块，Pi为相邻两土 体滑面上的作用力。计算时先假设不同的安全系数 Fs，从第一条土块的平衡 条件中求出 P1，然后求出第二块的 P2，看求出是否满足 P1=P2，如不平衡则 重新假定安全系数，重复上述步骤，直到为满足，此时的 Fs即为该滑动面的 安全系数。多次计算求 Fs最小值,即为最危险滑动面. 其中，在水位以上的土体所受的重力，用面积乘以天然容重，水位以上， 由于浮力作用，乘以浮容重得到。Qij为水平地震惯性力，其值为惯性系数 aij 乘以相应土体的重量，所有力都可以简化到形心处，只考虑力的平衡，不考 虑力矩的平衡。 设计中为简化程序起见，还进行了以下假定：滑面 ED、PQ 铅直，条间 斜心墙土石坝及其结构稳定分析 力 Pi，作用方向总是和上一个土体平行。这些假定会对计算结果的精确度产 生一定影响，但总体影响不是太大，近似计算中可以忽略。 本程序采用 VB 编程，当满足判断条件 P1=P2,并且安全系数小于上次取出 的安全系数，取出新安全系数，直至得到最小的安全系数，并给出最危险滑 动面 A、B，D、C 的坐标。 5.2 源程序源程序 附上一种工况上、游坡的计算程序，其余工况类似可得： Option Explicit Private Sub Command1_Click() Dim H As Single, WH As Single, m As Single, R As Single, RF As Single, D As Single, am As Single, ah As Single, Wr As Boolean Dim xa As Single, ya As Single, xb As Single, xc As Single, xc_max As Single, xd As Single, yd As Single, ye As Single, xf As Single, xg As Single, a1 As Single, a2 As Single Dim h1 As Single, h2 As Single, Alf1 As Single, Alf2 As Single, W1 As Single, W2 As Single, F1 As Single, F2 As Single Dim a As Single, b As Single, c As Single, Dlt As Double, k As Single, kc As Single, xd_f As Single, yd_f As Single kc = 5 Wr = False If Option2.Value = True Then If Text_am.Text = 7 Then am = 3 ah = 0.1 ElseIf Text_am.Text = 8 Then am = 2.5 ah = 0.2 ElseIf Text_am.Text = 9 Then am = 2 ah = 0.4 Else Wr = True End If End If If Text_D.Text = Or Text_H.Text = Or Text_WH.Text = Or Text_m.Text = Or Text_R.Text = Or Text_RF.Text = Or Wr = True Then MsgBox 请正确输入计算所需数据！, 48, 错误提示 Else H = Val(Text_H.Text) WH = Val(Text_WH.Text) m = Val(Text_m.Text) R = Val(Text_R.Text) RF = Val(Text_RF.Text) D = Val(Text_D.Text) 水利水电工程专业毕业设计 xb = H * m For xa = 0 To xb - ed Step ed ya = xa / m For xd = xa + ed To xb Step ed For yd = ya + ed To xd / m - ed Step ed a2 = Atn(yd - ya) / (xd - xa) ye = xd / m xc_max = xb + D If xa + (H - ya) / Tan(a2) xc_max Then xc_max = xa + (H - ya) / Tan(a2) End If For xc = xb To xc_max Step ed If xd xc Then a1 = Atn(H - yd) / (xc - xd) If WH ya And WH yd And WH ye Then xf = WH * m xg = xd + (WH - yd) / Tan(a1) W1 = (xg - xf) + (xc - xb) * (H - WH) * R + (xg - xf) * (WH - ye) + (ye - yd) * (xg - xd) * RF) / 2 W2 = (ye - yd) * (xd - xa) * RF / 2 End If If Option1.Value = True Then a = W1 * Sin(a1) * Cos(a1 - a2) + W2 * Sin(a2) b = -W1 * Cos(a1) * Cos(a1 - a2) * 0.74 - W1 * Sin(a1) * Sin(a1 - a2) * 0.71 - W2 * Cos(a2) * 0.71 c = W1 * Cos(a1) * Sin(a1 - a2) * 0.71 * 0.74 斜心墙土石坝及其结构稳定分析 ElseIf Option2.Value = True Then h1 = (ya + yd + ye) / 3 If xc = xb Then h2 = (ye + yd + H) / 3 Else h2 = (ye + yd + H + H) / 4 End If If H 40 Or H = 40 Then Alf1 = 1 + h1 / H * (am - 1) Alf2 = 1 + h2 / H * (am - 1) Else If h1 0.6 * H Or h1 = 0.6 * H Then Alf1 = 1 + (am - 1) / 3 * h1 / (0.6 * H) Else Alf1 = 1 + (am - 1) / 3 + (h1 - 0.6 * H) / (0.4 * H) * (am - 1 - (am - 1) / 3) End If If h2 0.6 * H Or h2 = 0.6 * H Then Alf2 = 1 + (am - 1) / 3 * h2 / (0.6 * H) Else Alf2 = 1 + (am - 1) / 3 + (h2 - 0.6 * H) / (0.4 * H) * (am - 1 - (am - 1) / 3) End If End If F1 = ah * 0.25 * W1 * Alf1 F2 = ah * 0.25 * W2 * Alf2 a = (W1 * Sin(a1) + F1 * Cos(a1) * Cos(a1 - a2) + W2 * Sin(a2) + F2 * Cos(a2) b = -W1 * Cos(a1) * Cos(a1 - a2) * 0.74 - (W1 * Sin(a1) + F1 * Cos(a1) * Sin(a1 - a2) * 0.71 - W2 * Cos(a2) * 0.71 c = W1 * Cos(a1) * Sin(a1 - a2) * 0.71 * 0.74 End If Dlt = b 2 - 4 * a * c k = (-b + Sqr(Dlt) / (2 * a) If k 9.0 m 上游连接段采用三圆弧法： R1=0.5Hd=6.145m b1=0.175 Hd=2.151m