水利水电工程毕业设计（论文）-车家坝河水利枢纽(碾压重力坝设计).doc

2010 届水利水电工程专业毕业设计 1 毕业设计 论文 计算书 题 目 车家坝河水利枢纽 碾压重力坝设计 专 业 水利水电工程 班 级 06 级 3 班 学 生 指导教师 重庆交通大学 2010 年 2010 届水利水电工程专业毕业设计 1 目 录 第一章 非溢流坝设计 1 1 1 坝基面高程的确定 1 1 2 坝顶高程计算 1 1 2 1 基本组合情况下 1 1 2 2 特殊组合情况下 2 1 3 坝宽计算 3 1 4 坝面坡度 3 1 5 坝基的防渗与排水设施拟定 4 1 6 水文水利计算 4 1 6 1 装机容量估算 4 1 6 2 效率修正值计算 5 1 6 3 转速的计算 5 1 6 4 水轮机吸出高的计算 5 第二章 非溢流坝段荷载计算 7 2 1 计算情况的选择 7 2 2 荷载计算 7 2 2 1 自重 7 2 2 2 静水压力及其推力 7 2 2 3 扬压力的计算 9 2 2 4 淤沙压力及其推力 11 2 2 5 波浪压力 12 2 2 6 土压力 13 第三章 坝体抗滑稳定性分析 15 3 1 总则 15 3 2 抗滑稳定计算 16 3 3 抗剪断强度计算 16 3 4 按极限状态计算稳定及应力分析 18 3 4 1 稳定分析的基本原理 18 3 4 2 稳定分析计算 18 谢龙 车家坝河碾压混凝土重力坝设计 3 4 3 应力分析的基本原理和方法 18 3 4 4 应力分析计算 19 第四章 应力分析 22 4 1 总则 22 4 1 1 大坝垂直应力分析 22 4 1 2 大坝垂直应力满足要求 23 4 2 计算截面为建基面的情况 23 4 2 1 荷载计算 23 4 2 2 运用期 计入扬压力的情况 24 4 2 3 运用期 不计入扬压力的情况 25 4 2 4 施工期 25 第五章 溢流坝段设计 27 5 1 泄流方式选择 27 5 2 洪水标准的确定 27 5 3 流量的确定 27 5 4 单宽流量的选择 27 5 5 孔口净宽的拟定 27 5 6 溢流坝段总长度的确定 28 5 7 堰顶高程的确定 28 5 8 闸门高度的确定 29 5 9 定型水头的确定 29 5 10 泄流能力的校核 29 5 10 1 溢流坝段剖面图 30 5 10 2 溢流坝段稳定性分析 30 1 正常蓄水情况 30 2 设计洪水情况 30 3 校核洪水情况 31 第六章 消能防冲设计 32 6 1 洪水标准和相关参数的选定 32 6 2 反弧半径的确定 32 6 3 坎顶水深的确定 33 6 4 水舌抛距计算 33 2010 届水利水电工程专业毕业设计 3 6 5 最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度 34 第七章 泄水孔的设计 37 7 1 有压泄水孔的设计 37 7 11 孔径 D 的拟定 37 7 12 进水口体形设计 37 7 13 闸门与门槽 38 7 14 渐宽段 38 7 15 出水口 38 7 15 通气孔和平压管 38 谢龙 车家坝河碾压混凝土重力坝设计 2010 届水利水电工程专业毕业设计 1 2010 届水利水电工程专业毕业设计 1 第一章 非溢流坝设计 1 1 坝基面高程的确定 由 混凝土重力坝设计规范 可知 坝高 100 50 米时 重力坝可建在微风化至 弱风化中部基岩上 本工程坝高为 50 100m 由于本坝址岩层分布主要为石英砂岩 故可确定坝基面高程为 832 0 m 由水位 库容曲线查的该库容为 0 03 108m3 故可 知该工程等级为 级 1 2 坝顶高程计算 1 2 1 基本组合情况下 1 2 1 1 正常蓄水位时 坝顶高程分别按设计和校核两种情况 用以下公式进行计算 波浪要素按官厅公式计算 公式如下 1 1 1 3 1 12 1 0 22 00 0 0076 ghgD v vv 1 2 1 3 75 1 2 15 0 22 00 0 331 gLgD v vv 1 3 2 1 2 z hH hcth LL 库水位以上的超高 h 1 4 1cz hhhh 式中 波浪高度 m 1 h 波浪中心线超出静水位的高度 m z h 安全超高 m c h 计算风速 水库为正常蓄水位和设计洪水位时 宜用相应洪水期多年平均 o v 最大风速的 1 5 2 0 倍 校核洪水位时 宜用相应洪水期多年平均最大风速 m s D 风区长度 m 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 2 L 波长 M H 坝前水深 1 2 1 2 设计洪水位时 根据水库总库容在之间可知 大坝工程安全级别为级 88 0 2 10 0 25 10 计算风速取相应洪水期多年平均最大风速的 1 8 倍 即 47 7m s o v o v 根据公式 可知波浪高度 2 71m 1 3 1 12 1 0 22 00 0 0076 ghgD v vv 1 h 根据公式 可知波长 L 23 19m 1 3 75 1 2 15 0 22 00 0 331 gLgD v vv 根据公式 可知波浪中心线超静水位高度 0 994274m 2 1 2 z hH hcth LL z h 可知库水位超高 4 1m 1cz hhhh 可知坝顶高程 890 00 4 1 894 1m 1 2 1 3 校核洪水位时 计算风速取相应洪水期多年平均最大风速 即 26 5m s o v o v 根据公式 可知波浪高度 1 30m 1 3 1 12 1 0 22 00 0 0076 ghgD v vv 1 h 根据公式 可知波长 L 7 0034m 1 3 75 1 2 15 0 22 00 0 331 gLgD v vv 根据公式 可知波浪中心线超静水位高度 0 7577m 2 1 2 z hH hcth LL z h 可知库水位超高 2 355m 1cz hhhh 可知坝顶高程 890 00 2 355 892 355m 1 2 2 特殊组合情况下 Vo 26 5 m s 故按莆田试验站公式计算 2010 届水利水电工程专业毕业设计 3 0 45 0 7 2 0 220 7 2 00 0 0 0018 gh 0 130 7 v 0 130 7 mm m gD V gH thth V thgHV 6 43 10 3 故 hm 0 4603 m 1 5 0 5 m 2 00 ghgT 13 9 vv m 1 1146 故 Tm 3 011 s 综合 1 2 可知最大坝顶高程取 894 1m 1 3 坝宽计算 为了适应运用和施工的需要 坝顶必须有一定的宽度 一般地 坝顶宽度取最大 坝高的 8 10 且不小于 3m 所以坝顶宽度 6m 并可算出坝底宽为 78 5m 1 4 坝面坡度 上游坝坡采用折线面 一般起坡点在坝高的 2 3 附近 建坝基面高程为 832m 折 坡点高程为 873 4m 坡度为 1 0 2 下游坡度为 1 0 8 因为基本三角形的顶点与 正常蓄水位齐平 故重力坝剖面的下游坡向上延伸应与正常蓄水位相交 具体尺寸见 下图 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 4 图 1 1 重力坝剖面图 1 5 坝基的防渗与排水设施拟定 由于防渗的需要 坝基须设置防渗帷幕和排水孔幕 据基础廊道的布置要求 初 步拟定防渗帷幕及排水孔廊道中心线在坝基面处距离坝踵 5 5m 1 6 水文水利计算 1 6 1 装机容量估算 H正 890 0 849 5 40 5m N rH 1 6 Q 可知 N 9 81 35 40 5 95 1330kw Nr 1330 665 2 N KW Z H设 891 09 853 70 40 4m Hr 40 4m 40 540 4 22 HH 正设 建基面高程 832m 设计洪水位 891 09m 校核洪水位 892 33m 坝顶高程 894 1m 河床高程 848 2m 校核尾水位 855 62m 设计尾水位 853 70m 2010 届水利水电工程专业毕业设计 5 1 7 13 2 9 81 N D Q H 可知 D1 32 665 5 2 9 81 1 11 40 50 88 m 1 6 2 效率修正值计算 由附表 1 查得水轮机在最优工况下 模型转轮机直径 D1M 0 404m max 90 7 则原型水轮机最高效率 1 8 1 maxmax 1 1 1 1 M D D 所以 max 0 404 1 1 0 907 0 947 0 52 水轮机效率修正值0 9470 9070 0010 03 0 8520 030 887 M 1 6 3 转速的计算 对坝后式厂房 Hr 0 95Ha 则 Ha 40 5 42 63 0 950 95 r H m 由附表 1 查得最优工况下 10 71 minnr 水轮机的转速可由以下公式求得 1 9 10 1 a nH n D 所以可知 7142 63 89 1 min 0 52 nr 选用与之接近而偏小的标准同步转速88 3 minnr 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 6 1 6 4 水轮机吸出高的计算 由设计水头 Hr 40 4 查表得 根据以下公式0 024 1 10 10 0 900 HsHr 式中 1 11 3 HHH 正下设下校下 所以可知 849 5853 7855 62 852 94m 3 吸出高 852 94 10 0 0 280 024 40 43 234 900 Hsmm 2010 届水利水电工程专业毕业设计 7 第二章 非溢流坝段荷载计算 2 1 计算情况的选择 作用在坝基面的荷载有 自重 静水压力 扬压力 淤沙压力 浪压力 土压力 常取坝长进行计算 1m 2 2 荷载计算 2 2 1 自重 自重在正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位完全一样计算步骤如下 W 坝体自重的计算公式 W KN 2 1 c WVr 式中 3 3 1 c Vmm r 坝体体积 由于取坝长 可以用断面面积替代 通常把它分 成如图所示的若干个简单的几何图形分别计算 坝体混凝土的重度 取24KN m 可知 W1 0 5 6 30 2 4 9 81 2118 96 KN W2 6 62 1 2 4 9 81 8772 494 KN W3 0 5 66 5 57 3 2 4 9 81 44856 62KN W W1 W2 W3 55748 47KN 坝体自重 55748 47KNW 2 2 2 静水压力及其推力 静水压力与作用水头有关 所以在正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水PH 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 8 位时静水压力各不相同 应分别计算 P 静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载 计算时常分解为水平压力和垂 H P 直压力两种 V P 的计算公式为 H P 2 2 2 1 2 Hw Pr H 式中 计算点的作用水头 Hm 水的重度 常取 w r 3 9 81 KN m 1 基本组合 正常蓄水位情况 F1 0 5 9 81582 16500 42KN W1 0 5 58 28 6 9 81 2538 72KN 设计洪水位情况 F1 0 5 9 81 58 092 16551 67KN F2 0 5 9 81 21 72 2309 715KN W1 0 5 58 09 28 09 6 9 81 2536 277KN W2 0 5 21 7 27 125 9 81 2887 144KN 2 特殊组合 校核蓄水位情况 F1 0 5 9 81 60 332 17852 77KN 2010 届水利水电工程专业毕业设计 9 F2 0 5 9 81 17 52 1502 156KN W1 0 5 60 33 30 33 6 9 81 2668 124KN W2 0 5 23 62 29 525 9 81 3420 651KN 2 2 3 扬压力的计算 规范 当坝基设有防渗帷幕和排水孔时 坝底面上游 坝踵 处的扬压力作用水 头为 排水孔中心线处为 下游 坝趾 处为 其间各段依 1 H 2 aH 12 HH 2 H 次以直线连接 则 A 坝踵处的扬压力强度为 坝址处的扬压力强度为 帷幕灌浆和排水孔处 1w r H 2w r H 的渗透压力为 的取值如表 2 1 所示 w ar H 12 HHH a B 扬压力的大小等于扬压力分布图的面积 图 2 1 扬压力计算图示 U U U U h h h 建基面高程 832m 河床高程 848 2m 河床高程 848 2m 淤积高程 866m 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 10 表 2 1 坝底面的渗透压力 扬压力强度系数 坝 基 处 理 情 况 坝型及部位 A 设置防渗帷幕及 排水孔 B 设置防渗帷幕及主 副排水孔并抽排 部 位 坝 型渗透压力强度系数 主排水孔前的扬压力 强度 系数 1 残余扬压力强度系数 2 实体重力 坝 0 250 20 5 宽缝重力 坝 0 20 150 5 大头支墩 坝 0 20 150 5 河 床 坝 段 空腹重力 坝 0 25 实体重力 坝 0 35 岸 坡 宽缝重力 坝 0 3 则 帷幕灌浆处的 排水孔处的 1 0 5a 2 0 3a 1 正常蓄水情况下 H1 890 0 832 0 58 0 H2 0 U1 H2 0 U2 11 5 0 3 9 81 58 1962 981 KN U3 0 567 0 3 9 81 58 5718 249 KN U4 0 2010 届水利水电工程专业毕业设计 11 Ucc 0 1962 981 5718 249 0 7681 23 KN 2 设计洪水情况 H1 890 9 2479 0 58 09 H2 21 7 U1 H2 212 877 KN U2 11 5 0 3 9 81 58 09 1966 027 KN U3 0 567 0 3 9 81 58 09 5727 122 KN U4 0 511 536 39 209 2425 KN Ucc 212 877 1966 027 5727 122 209 2425 8115 269 KN 3 校核洪水位情况 H1 60 33 H2 17 5 U1 H2 171 675 KN U2 11 5 0 3 9 81 60 33 2041 839 KN U3 0 567 0 3 9 81 60 33 5947 965 KN U4 0 511 542 83 246 2725 KN Ucc 171 675 2041 839 5947 965 246 2725 8407 751 KN 2 2 4 淤沙压力及其推力 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 12 图 2 3 淤沙压力计算图示 1 水平泥沙压力 为 skH PKN 2 3 22 0 5tan 45 2 skHsbss Pr h 式中 3 m sb s s r h 淤沙的浮重度 KN m 坝前淤沙厚度 淤沙的内摩擦角 14 s 33 0 750 75 9 817 36 sb tKN r mm 水平方向 2222 1114 45 7 36 866848 2 45 711 24 2222 s sksbs Pr h tgtgKN 2 竖直方向 Psv 7 36 0 5 17 8 4 4 80 224KN 2 2 5 波浪压力 波浪压力计算公式 wk P 建基面高程 832m 河床高程 848 2m 河床高程 848 2m 淤积高程 866m psk psv 2010 届水利水电工程专业毕业设计 13 2 4 1 1 4 wkwmz Pr Lhh 式中 1 m 1 wk w m z P KN m L hm hm 单位长度迎水面上的浪压力 KN m r水的重度 平均波长 累积频率为的波高 波浪中心线至计算水位的高度 1 基本组合 设计和正常情况 Hz 0 7577m Lm 7 0m h1 1 30m 1 9 81 7 0 1 300 7577 35 33 4 wk PKN 2 特殊组合 校核 Hz 0 05402m Lm 2 488m h1 0 207m 1 9 81 2 488 0 2070 05402 1 59 4 wk PKN 2 2 6 土压力 2 0 1 2 ok FrH K 0 0 25 0 3333 11 0 25 K 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 14 333 1 75 1 75 9 81 17 1675 t mKNmKNm 天然 1333 1 1 9 81 9 81 t mKN mKN m 1 正常蓄水情况 22 10 11 9 81 848 2832 0 3333429 09 22 ok FrH KKN 22 20 11 848 2832 0 29 81257 45 22 ok FrH KKN 22 30 11 17 1675 848 2832 0 3333750 9075 22 ok FrH KKN 22 40 11 848 2832 0 85 17 1675638 27 22 ok FrH KKN 2 设计及校核洪水位情况 22 10 11 9 81 848 2832 0 3333429 09 22 ok FrH KKN 22 20 11 848 2832 0 29 81257 45 22 ok FrH KKN 22 30 11 9 81 848 2832 0 3333429 09 22 ok FrH KKN 22 40 11 848 2832 0 85 9 81638 27 22 ok FrH KKN 2010 届水利水电工程专业毕业设计 15 第三章 坝体抗滑稳定性分析 3 1 总则 A 按抗剪断强度的计算公式进行计算 按抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳 定安全系数值应不小于表 3 1 规范规定 k B 它认为坝体混凝土与坝基基岩接触良好 属于交界面 C 基础数据 1 0 85f 1 700cKPa A 1 78 5 78 5 m2 此时其抗滑稳定安全系数的计算公式为 K 3 1 fWc A K P 式中 2 a k f KP Am W PKN 按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数 坝体混凝土与坝基接触面得抗剪断摩擦系数 c坝体混凝土与坝基接触面得抗剪断凝聚力 坝基接触面截面积 作用于坝体上全部荷载 包括扬压力 对滑动平面的法向分值 KN 作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 16 表 3 1 坝基面抗滑稳定安全系数 K 荷 载 组 合 K 基 本 组 合3 1 2 5 特 殊 组 合 2 2 3 3 2 抗滑稳定计算 1 正常蓄水情况 W 51617 23 KN P 16889 85 KN K 3 05611 3 0 2 设计洪水情况 W 54067 9 KN P 14953 2 KN K 3 615809 2 5 3 校核情况 W 54440 77 KN P 17061 85 KN K 3 190789 2 3 3 3 抗剪断强度计算 1 正常蓄水情况 2010 届水利水电工程专业毕业设计 17 W 51617 23 KN P 16889 85 KN 0 85 51617 23700 78 5 5 8511263 0 16889 85 fWc A K P 2 设计洪水情况 W 54067 9 KN P 14953 2 KN 2 5 0 85 54067 970078 5 4 7482 14953 2 fWc A K P 3 校核洪水情况 W 54440 77 KN P 17061 85 KN K 3 190789 2 3 0 85 54440 77700 78 5 5 93282 3 17061 85 fWc A K P 故非溢流坝段抗滑稳定满足设计规范要求 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 18 3 4 按极限状态计算稳定及应力分析 3 4 1 稳定分析的基本原理 在任何可能出现的荷载组合的情况下 重力坝都必须保持稳定 而岩基混凝土重 力坝的失稳破坏一般有以下两种类型 坝沿抗剪能力不足的面产生滑动 包括沿坝 基面或沿附近岩体的表层或浅层破坏以及沿基岩体内方向不利而又连续延伸的软弱结 构面产生深层滑动 坝可能伴随着在上游坝踵以下出现斜拉裂缝以及在下游坝趾以 下出现岩石受压屈服区 两者逐渐开展 直至连通 坝体连同部分地基产生倾倒或滑 移而破坏 3 4 2 稳定分析计算 基本荷载有 坝体自重 上游水压力 下游水压力 泥沙压力 浪压力 扬压力 计算的详细过程见计算书章节 1 3 1 在基本组合状况时 0 179882 38SKN 1 391167 44 d RKN 作用效应函数 抗力函数 在偶然组合状况时 0 166134 34SKN 1 391637 50 d RKN 2010 届水利水电工程专业毕业设计 19 3 4 3 应力分析的基本原理和方法 强度和稳定是表征建筑物安全两个重要方面 而应力分析是校核强度和稳定的前 提 重力坝的应力分析是在坝体断面业已初步拟订的情况下进行的 其目的是为了判 定坝体运用期和施工期是否满足强度和稳定方面的要求 同时也为研究与设计和施工 有关的其他问题 如确定坝体混凝土标号分区以及在某些部位配置钢筋等 提供依据 设计的坝体断面需要满足规定的应力条件 在基本荷载组合下 重力坝坝基面的 最大垂直正应力应小于坝基允许压应力 最小垂直正应力应大于零 应力的计算方法很多 可归纳为理论计算和模型实验两大类 设计时一般使用理 论计算的方法 理论的计算方法有材料力学法 弹性理论和弹塑性理论的方法 一般 只用材料力学计算方法即可 它的计算方法简单 原理明确 计算比较准确 3 4 4 应力分析计算 3 4 4 1 正常使用期 计算截面 坝基面 计算内容 坝踵和坝趾处两点的应力值 坝趾处计算工况 计入扬压力时的基本组合状况 偶然组合状况 不计入扬压力 时的基本组合状况 偶然组合状况 坝踵处计算工况 正常使用状况 计入扬压力 坝趾处计算 计算详细过程见计算书章节 1 3 2 1 计入扬压力的基本组合状况时 0 1006 85 SKPa 1 3629 6 d RKPa 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 20 作用效应函数 抗力函数 2 计入扬压力的偶然组合状况坝时 0 692 93SKPa 1 3629 6 d RKPa 作用效应函数 抗力函数 3 不计入扬压力的基本组合状况时 0 1321 85SKPa 1 3629 6 d RKPa 作用效应函数 抗力函数 4 不计入扬压力的偶然组合状况时 0 1321 97SKPa 1 3629 6 d RKPa 作用效应函数0 即拉应力不出现 2010 届水利水电工程专业毕业设计 21 根据以上计算 可知拟定剖面满足应力要求 3 4 4 2 施工期 计算截面 坝基面 计算内容 坝趾处应力值 坝趾处计算工况 不计入扬压力时的短暂组合状况 计算详细过程见计算书章节 1 3 4 0 100 71SKPa 作用效应函数 100 可知拟定剖面满足应力要求 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 22 T x y 计算截面O P 1 0 85 H 1 0 2 P W M y x 正的应力方向 第四章 应力分析 4 1 总则 4 1 1 大坝垂直应力分析 根据 SL319 2005 混凝土重力坝设计规范 按下列公式进行应力计算 图 4 1 应力计算图示 1 上游面垂直正应力 4 1 2 6 u y WM TT 2 下游面垂直正应力 4 2 2 6 d y WM TT 式中 2010 届水利水电工程专业毕业设计 23 W M 计算截面上全部垂直力之和 计算截面上全部垂直力及水平力对于计算截面形心的力矩之和 4 1 2 大坝垂直应力满足要求 由 混凝土重力坝设计规范 SL319 2005 可知 重力坝坝基面 运用期 要求上游面垂直正应力不小于 0 下游面垂直正应力应小于坝基容许压应力 4 0Mpa 4000Kpa 施工期 坝趾垂直应力可允许由小于 0 1Mpa 100Kpa 的拉应力 重力坝坝体截面 运用期 坝体上游面不出现拉应力 计扬压力 下游面垂直正应力应不大于混 凝土压应力值 采用 C15 混凝土 故混凝土压应力值为 15 4 3 75Mpa 3750Kpa 施工期 坝体任何截面上的主压应力应不大于混凝土的允许压应力 下游面可允 许有不大于 0 2Mpa 200Kpa 的主拉应力 4 2 计算截面为建基面的情况 4 2 1 荷载计算 1 自重力矩 自重如下图所示 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 24 图 4 2 自重力矩计算图示 W1 2118 96 KN W2 8772 494 KN W3 44856 62KN 自重力矩计算如下 M1 2118 96 28 31 59987 76 KNm M2 8772 494 24 2 212294 4 KNm M3 44856 62 2 03 91058 94KNm M M1 M2 M3 363341 1KNm 4 2 2 运用期 计入扬压力的情况 建基面高程 832m 折坡高程 862m w1 w2 w3 2010 届水利水电工程专业毕业设计 25 1 上游面垂直正应力 T 109 45 2 下游面垂直正应力 4 2 3 运用期 不计入扬压力的情况 1 上游面垂直正应力 T 109 45 2 下游面垂直正应力 4 2 4 施工期 1 上游面垂直正应力 T 109 45 2 6 659 763 u y WM KPa TT 2 6 1819 72 d y WM KPa TT 152251 26WKN 554283 54MKNM 2 6 1113 44 u y WM KPa TT 2 6 1668 68 d y WM KPa TT 144598 97WKN 135689 8WKN 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 26 2 下游面垂直正应力 1935093 33MKNM 2 6 2290 36 u y WM KPa TT 2 6 351 92 d y WM KPa TT 2010 届水利水电工程专业毕业设计 27 第五章 溢流坝段设计 5 1 泄流方式选择 为了使水库具有较大的超泄能力 采用开敞式孔口 WES 实用堰 5 2 洪水标准的确定 洪水标准的确定 本次设计的重力坝是 级建筑物 根据 GB50201 94 表 6 2 1 采用 50 年一遇的洪水标准设计 500 年一遇的洪水标准校核 5 3 流量的确定 流量的确定 根据基础资料可知 设计情况下 溢流坝的下泄流量为 115 75m3 s 在校核情况下溢流坝的下泄流量为 176m3 s 5 4 单宽流量的选择 坝址处基础节理裂隙发育 岩石软弱 综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求 单宽流量取 20 m3 s m 5 5 孔口净宽的拟定 孔口净宽拟定 分别计算设计和校核情况下溢洪道所需的孔口宽度 计算成果如 下表 表 5 1 孔口净宽 计算情况流量 m3 s 单宽流量 q m3 s m 孔口净宽 B m 设计情况115 75205 79 校核情况176208 8 根据以上计算 溢流坝孔口净宽取 B 16m 假设每孔宽度为 b 16m 所以假设 孔数 n 为 1 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 28 5 6 溢流坝段总长度的确定 溢流坝段总长度 溢流孔口的总宽度 的确定 根据工程经验 拟定闸墩的厚度 初拟中墩厚 d 为 2 5 m 边墩厚 t 为 3m 则溢流坝段的总长度 B0 为 B0 n b n 1 d 2 t 1 16 2 1 2 5 2 3 24 5 m 5 7 堰顶高程的确定 初拟侧收缩系数 流量系数 m 0 463 因为过堰水流为自由出流 故0 92 1 s 由堰流公式计算堰上水头 Hw 计算水位分别减去其相应的堰上水头即为堰顶高程 计算公式如下 5 1 3 2 2 sw QCmBgH 3 w 2 s 54 55 1 0 s Qms B m C 流量 堰流堰净宽 m H堰顶以上作用水头 m g 重力加速度 m s 流量系数 见表 上游面坡影响修正系数 见表 当上游面为铅直时 C 取1 0 侧收缩系数 根据堰墩厚度及形状而定 可取 0 90 0 95 淹没系数 视泄流的淹没程度而定 不淹没时 计算成果见表 表 5 2 堰顶高程 计算情况 流量 m3 s 侧收缩系数流量系数 孔口净宽 m 堰上水头 m 堰顶高程 m 设计情况115 750 920 463167 57883 52 校核情况1760 920 463169 86882 47 2010 届水利水电工程专业毕业设计 29 根据以上计算 取堰顶高程为 882 47m 5 8 闸门高度的确定 门高 正常高水位 堰顶高程 安全超高 890 00 882 47 0 2 7 7 m 则按规范取门高 7 8m 5 9 定型水头的确定 堰上最大水头 Hmax 校核洪水位 堰顶高程 892 33 882 47 9 86 m 定型设计水头 Hd 75 95 Hmax 7 4 9 4 m 取 Hd 8 4 Hd Hmax 8 4 9 86 0 85 查表知坝面最大负压为 0 3Hd 2 8 m 小 于规范的允许值 最大不超过 3 6m 水柱 5 10 泄流能力的校核 先由水力学公式计算侧收缩系数 然后计算不同水头作用下的流量系数 m 根 据已知条件 运用堰流公式校核溢流堰的泄流能力 计算成果汇总如下表 表 5 3 泄流能力校核 计算情况m B m H m Q m3 s Q m3 s QQ Q 设计情况0 4630 92167 57142141 950 0352 校核情况0 4630 92169 86211208 331 2654 满足的要求 则符合规范设计的孔口要求 5 QQ Q 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 30 5 10 1 溢流坝段剖面图 图 5 1 溢流坝横剖面图 5 10 2 溢流坝段稳定性分析 1 正常蓄水情况 W 51617 23 KN P 16889 85 KN 3 0 0 85 51617 2370078 5 5 851126 16889 85 fWc A K P 2 设计洪水情况 堰顶高程882 47 6000 10000 为为为 4100 为为为为892 33 R32000 851 832 为为为为848 2 2010 届水利水电工程专业毕业设计 31 W 54067 9 KN P 14953 2 KN 2 5 0 85 54067 970078 5 4 7482 14953 2 fWc A K P 3 校核洪水情况 W 54440 77 KN P 17061 85 KN K 3 190789 2 3 2 3 0 85 54440 7770078 5 5 9328 17061 85 fWc A K P 故溢流坝段抗滑稳定满足设计规范要求 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 32 2010 届水利水电工程专业毕业设计 33 第六章 消能防冲设计 通过溢流坝顶下泄的水流 具有很大的能量 必须采取有效地消能措施 保护 下游河床免受冲刷 消能设计的原则是 消能效果好 结构可靠 防止空蚀和磨损 以保证坝体和有关建筑物的安全 设计时应根据坝址地形 地质条件 枢纽布置 坝 高 下泄流量等综合考虑 6 1 洪水标准和相关参数的选定 本次设计的重力坝是 3 级水工建筑物 根据 SL252 2000 表 3 2 4 消能防冲设 计采用按 50 年洪水重现期标准设计 根据地形地质条件 选用挑流消能 根据已建工程经验 挑射 20 6 2 反弧半径的确定 反弧半径 R 为 对于挑流消能 可按下式求得反弧段的半径 6 1 2vgH 6 2 1 Q Bv h 堰面流速系数 取 0 95 H 设计洪水位至坎顶高差 H 891 09 851 0 40 09m 取坎顶高程为 851 0m 故算出 V 26 65m s Q 校核洪水时溢流坝下泄流量 211m3 s B 鼻坎处水面宽度 m 此处 B 单孔净宽 2 边墩厚度 B 8 2 3 14m 谢龙 车家坝河碾压重力坝设计 34 h1 5 65585 m R 4 10 h R 22 62 56 56 m 取 R 32 m 6 3 坎顶水深的确定 坎顶水深计算公式为 6 3 Q h Bv 坎顶水流流速 v 按下式计算 6 4 2vgH 堰面流速系数 取 0 95 H 设计洪水位至坎顶高差 H 891 09 851 0 40 09m 取坎顶高程为 851 0m 故算出 V 26 65m s Q 50 年一遇洪水时溢流坝下泄流量 105m3 s B 鼻坎处水面宽度 m 此处 B 单孔净宽 2 边墩厚度 B 8 2 3 14m 故坎顶平均水深 1 105 0 281 1426 65 Q hm Bv 6 4 水舌抛距计算 根据 SL253 2000 溢洪道设计规范 计算水舌抛距和最大冲坑水垫厚度 2010 届水利水电工程专业毕业设计 35 计算公式 水舌抛距计算公式 6 5 2sincoscossin 1 21 22 11 2 1 hhgvvv g L L 水舌抛距 1 v为为为为为为为为为为为为Ho为 21 11 1 为为为为为为 01 gHvv 坎 鼻坎的挑角