毕业设计计算书-B江水利枢纽工程毕业设计.doc

水利水电工程专业毕业设计 1 目目 录录 全套图纸加扣 3012250582 第一章第一章 调洪演算调洪演算 4 1 1 洪水调节计算 4 1 1 1 洪水调节计算方法 4 1 1 2 洪水调节具体计算 4 1 1 3 计算结果统计 7 1 2 防浪墙顶高确定 7 第二章第二章 防浪墙计算防浪墙计算 10 2 1 防浪墙尺寸设计 10 2 2 危险工况下的荷载内力计算 10 2 2 1 完建未蓄水工况下的荷载计算 11 2 2 1 1 整体荷载计算 11 2 2 1 2 1 1 截面荷载计算 13 2 2 1 3 2 2 截面荷载计算 14 2 2 2 校核洪水位工况下的荷载计算 15 2 2 2 1 整体荷载计算 15 2 2 2 2 1 1 截面荷载计算 17 2 2 2 3 2 2 截面荷载计算 18 2 3 防浪墙配筋计算 19 2 3 1 竖墙配筋计算 19 2 3 2 底板配筋计算 20 2 4 抗滑稳定计算 21 2 5 抗倾覆计算 22 第三章第三章 坝坡稳定分析坝坡稳定分析 23 3 1 坝坡值选定 23 3 2 坝坡稳定计算过程 23 B 江水利枢纽工程毕业设计 2 3 2 1 假定滑动面计算 25 第四章第四章 副坝副坝 28 4 1 副坝设计 28 4 2 强度和稳定验算 29 4 2 1 荷载计算 30 第五章第五章 趾板剖面计算趾板剖面计算 专题一专题一 32 5 1 趾板横截面 32 5 1 2 岸坡段趾板剖面 32 5 1 3 河床段趾板剖面 32 5 3 配筋计算 35 第六章第六章 溢洪道设计溢洪道设计 专题二 专题二 37 6 1 引水渠设计 37 6 2 控制堰的结构设计 37 6 2 1 闸室布置与构造 37 6 3 泄槽水力计算 39 6 3 1 泄槽水力计算 39 6 3 2 边墙设计 42 6 3 2 1 边墙尺寸 42 6 3 2 1 边墙抗滑稳定分析 43 6 4 具体挑流消能计算 45 附附 录录 48 参考文献参考文献 51 水利水电工程专业毕业设计 3 50年一遇设计洪水过程线 0 50 100 150 200 250 300 350 400 01020304050607080 时间t h 入库流量Q 流量 p 1 校核洪水过程线 100 0 100 200 300 400 500 600 01020304050607080 时间 t Q m3 s 流量 第一章第一章 调洪演算调洪演算 1 1 洪水调节计算洪水调节计算 1 1 1 洪水调节计算方法洪水调节计算方法 本次洪水调节运用水库调洪计算公式 即 本次洪水调节运用水库调洪计算公式 即 1 1 t V qQ 式中 Q 计算时段中的平均入库流量 m3 s q 计算时段中的平均下泄流量 m3 s v 时段始末水库蓄水量之差 m3 t 计算时段 一般取 1 6 小时 本设计取 4 小时 即在一个计算时段内 入库水量与下泄水量之差为该时段中蓄水量的变化 1 1 2 洪水调节具体计算洪水调节具体计算 用三角形法拟出洪水过程线 如图 1 1 图 1 1 洪水过程线 B 江水利枢纽工程毕业设计 4 根据本工程软弱岩基 选用单宽流量约为 20 40m3 s 允许设计洪水最大下 泄流量 260 m3 s 故闸门宽度约为 6 25m 12 5m 选择三种宽度进行比较 假定 溢流前缘净宽分别为 8m 9m 和 10m 并假定三个堰顶高程 分别为 271m 272m 和 273m 绘制出 Z Q 曲线 并根据公式求得的溢流堰的泄水能力 2 3 2 HgmBQ 曲线 设计时用 AutoCAD 和 Microsoft Office Excel 作图列表计算 分别作出设计洪 水过程线和校核洪水过程线后 进行调洪演算 正常蓄水位 276 8m 库容为 1999 1 万 3 m 本工程汛前限制水位设为 274 8m 相应库容为 1835 0 万 m3 绘图 如附图 列表计算各曲线坐标点参数如下 表 1 1 设计洪水水位 流量关系曲线 堰 高 下泄流 量 m3 s 面积 m2 增加库容 m3 初始库容 m3 总库容 m3 相应水 位 m 20012585 2545306901599640020527090277 28 2712501194636195981599640019615998276 46 水库库容关系曲线 220 230 240 250 260 270 280 050010001500200025003000 V 万立方米 H 米 H V 水利水电工程专业毕业设计 5 表 1 2 关系曲线 0 H 泄 Q m 0 H B 8m 泄 Q m3 s B 10m 泄 Q m3 s B 12m 泄 Q m3 s 0000 117 521 926 4 248 661 173 7 387 6110 7133 8 4132 3167 9203 5 5181 5231 2280 9 6234299 3364 7 7289 1371 5453 8 8346 2446 8547 4 9413 1524 7644 8 根据 1 2 可得出与的关系 联立表 1 1 结果 堰顶 0 H 泄 Q 可得出调洪演算的结果 见附图一至三 1 1 3 计算结果统计 根据附图一至三所示结果 得出以下可行方案 表 1 3 可行方案统计 方 案 堰顶 宽 堰顶 高程 m 起调流量 Q起调 m3 s 设计洪 水位 m 设计下泄 流量 m3 s 校核洪 水位 m 校核下泄 流量 m3 s 超高 m 1271124 4277 0249 0278 33311 5 2 B 8 米27287 6277 6223279 53172 7 3271150 1276 8265277 5 3170 7 4 B 9 米27299 1277 4235278 7 328 1 9 300860327741021599640018770502275 47 20015583 3256099951661714022227135278 81 25012585 2545306901661714021147830277 84272 30010054 4436195981661714020236738277 02 20015583 3256099951723786022847855279 36 25012585 2545306901723786021768550278 39273 30010054 4436195981723786020857458277 73 B 江水利枢纽工程毕业设计 6 5271167 9276 6272277 5 346 0 7 6 B 10 米272110 7277 2251278 43411 6 注 1 超高 Z 校核洪水位 正常蓄水位 2 发电引用最大流量 5m3 s 相对较小 在计算时不予考虑 3 计算见附图 以上方案中 设计下泄流量均不大于允许最大下泄流量 260m3 s 因而方案的选择需通过经 济技术比较选定 本设计对此只做定性分析 各个方案中应选择在满足最大下泄流量的情况 下下泄能力较大的方案 方案 1 与方案 6 较好 一般来说超高 Z 大 坝增高大坝工程量加 大 B 大则增加隧洞的开挖及其它工程量 而 Q B 越大消能越困难 衬砌要求也高 在 1 方 案和 6 中 6 方案 Q B 远远小于方案 下游消能处理简单 故选择 6 方案 即堰顶高程 272 0m 溢流孔口净宽 10m 综上所述该方案设计洪水位 277 2m 设计下泄流量 251 m3 s 校核洪水位 278 4m 校核泄 洪量 341m3 s 1 2 防浪墙顶高确定防浪墙顶高确定 据 碾压式土石坝设计规范 堰顶上游 L 型挡墙在水库静水位以上高度按 下式确定 1 3 yReA 式中 y 坝顶超高 m R 最大波浪在坝坡上的爬高 m e 最大风雍水面高度 m 风壅水面高度可按式计算 2 0 036cos 2 v D e gH 式中计算点处的风壅水面高度 风区长度 综合摩阻系数取 计算风向与坝轴线法线的夹角 A 安全超高 m 吹程 Km D 坝前水深 m H 风向与坝轴线法线方向的夹角 本设计中取 0 安全超高 由坝的等级及运用情况按表选用 m a 库区多年平均最大风速 12 6 m s 吹程 1 6km 水利水电工程专业毕业设计 7 表 1 4 土坝坝顶安全超高值 m 坝 的 级 别 运用情况 IIIIII IV V 正常 1 51 00 70 5 非常 0 70 50 40 3 波浪要素采用鹤地水库公式 1 4 3 1 2 0 8 1 0 2 0 2 00625 0 V gD V V gh 1 5 2 1 2 0 2 0 0386 0 V gD V gLm 1 6 mm z L H cth L h h 2 2 1 式中 累 2 h 平均波长 m m L V0为水面以上 10m 处的风速 正常运用条件下 级坝 采用多年平均最大风 速的 1 5 倍 非常运用条件下的各级土石坝 采用多年平均最大风速 设计波浪爬高值根据工程等级确定 3 级坝采用累积频率为 1 的爬高值 1 h 按上述公式算出的为 再根据频率法按下表可得出 2 h 1 h 表 1 5 不同累积频率下的波高与平均波高比值 pm hh p pm hh 0 0 1 0 112451014205090 0 1 3 4 2 2 9 7 2 4 2 2 2 3 2 0 2 1 9 5 1 7 1 1 6 1 4 3 0 9 4 0 3 7 0 1 0 2 3 2 5 2 8 2 2 3 2 1 3 1 9 3 1 8 7 1 6 4 1 5 4 1 3 8 0 9 5 0 4 3 波浪中心线高出计算静水位 hz按下式计算 1 7 mm z L H cth L h h 2 2 1 式中 水深 H 累积频率 1 的波高 1 h 由 CAD 计算可得以下计算结果 B 江水利枢纽工程毕业设计 8 表 1 6 波浪要素计算原始数据 V0 m s 18 912 6 g N kg 9 819 81 D m 16001600 h 2 m 1 310690 713449 L m 9 3169686 211312 H 洪水位 m 278 4276 8 H 坝底高程 m 227 5227 5 Hm 平均水深 m 50 949 3 hm 平均波高 m 0 5877530 319932 h 1 m 1 4223630 774237 e m 00 cos 11 A 安全超高 m 0 70 4 地震安全超高 m 00 Y 静水位以上高 度 m 3 603 31 设计洪水位 正常运用下的超高 280 1 校核洪水位 非常运用下的超高 280 4 综上 取 顶 280 4m 坝顶高 280 4 1 2 279 4m 防浪墙高为 280 4 276 8 3 6 m 第二章第二章 防浪墙计算防浪墙计算 2 1 防浪墙尺寸设计防浪墙尺寸设计 防浪墙顶高程 280 4m 坝顶高程为 279 2m 故防浪墙顶高出坝顶 1 2m 该 防浪墙高 3 6m 底板宽 4 0m 具体各部分尺寸见图 2 1 水利水电工程专业毕业设计 9 图 2 1 防浪墙尺寸 2 2 危险工况下的荷载内力计算危险工况下的荷载内力计算 该防浪墙可受到的荷载在各种工况下的组合有 完建未蓄水工况 墙体自重 防浪墙上的堆石盖重 墙后土压力 正常蓄水位 墙体自重 防浪墙上的堆石盖重 墙后土压力静水压力 前 趾上水重和风浪压力 设计洪水位 墙体自重 防浪墙上的堆石盖重 墙后土压力 静水压力 前趾上水重和风浪压力 校核洪水位 墙体自重 防浪墙上的堆石盖重 墙后土压力 静水压力 前趾上水重和风浪压力 显然 第一种情况下 1 1 截面处仅仅受到墙后土压力的逆时针弯矩 而二 三 四三种情况下 由于风浪压力和静水压力产生了顺时针的弯矩 故选择对 1 1 截面逆时针弯矩最大的第一种和可能产生最大顺时针弯矩的第四种情况进行验 算 B 江水利枢纽工程毕业设计 10 对于 2 2 截面 基底反力将产生较大的逆时针荷载 因此取第一和第四两个 极端工况进行计算 对防浪墙的计算取单宽 b 1m 计算 在此部分的土压力计算中 由于是与过渡区相近的区域 又兼之有交通要求 故选取质地较好的 A 组堆石料 其 2 10 103kg m 9 81N kg 20 601kN m 在此次设计中 为安全起见 所有土压力均按照静止土压力计算 其静止土 压力系数取 其中考虑到本设计中采用的堆石料原料为0 0 3 0 43 11 0 3 K 弱风化千枚岩 故 0 25 0 3 2 2 1 完建未蓄水工况下的荷载计算完建未蓄水工况下的荷载计算 2 2 1 1 整体荷载计算整体荷载计算 对于完建未蓄水工况 防浪墙的荷载共包括墙体自重 防浪墙上的堆石盖重 墙后土压力 见图 2 2 所示 图 2 2 完建未蓄水工况 首先对整体荷载进行计算 自重 水利水电工程专业毕业设计 11 11 22 33 24 0 5 3 137 2 24 0 5 2 934 8 24 0 5 1 113 2 c c c WVkN WVkN WVkN 堆石体重 1 20 601 2 9 1 9113 51GbhkN 静止土压力 22 10 11 0 43 20 601 2 425 51 22 EKHkN 基底应力 max min FvM AW 作用在挡墙上全部垂直于基底面的荷载 kN Fv 作用在挡墙上的全部荷载对于挡墙底板底部中点的力矩之和 M 基底面的面积 A 2 1 44Am 基底面对于基底面中点平行前墙方向的截面矩W 23 1 1 42 67 6 Wm 式中 1231 198 71FvWWWGkN 土重对底面中点弯矩 1 113 51 0 5562 43 MkN m 顺时针 墙自重对底面中点弯矩 2 37 2 20 60 25 42 78 MkN m 逆时针 静止土压力产生弯矩 22 30 111 0 5 20 601 2 4 0 432 420 41 233 MH KHkN m 逆时针 123 0 76 MMMMkN m 逆时针 故 25Mpa 故基岩承载力满足要 max min 198 710 7649 96 42 6749 39 FvMkPa AWkPa 求 B 江水利枢纽工程毕业设计 12 由于 故基底应力分布为梯形如图 2 3 0 762 198 7163 Ml em Fv 偏心距 图 2 3 基底应力分布图 2 2 1 22 2 1 2 1 11 1 截面荷载计算截面荷载计算 1 对于 对于 1 1 截面 荷载如图截面 荷载如图 2 4 图 2 4 1 1 截面荷载图 挡墙自重 W1 cV1 24 0 5 3 1 37 2kN m 静止土压力 其产生的弯矩为 22 10 11 0 43 1 915 99 22 EKHkN m 1 1 15 991 910 13 3 E MkN m 逆时针 2 2 1 3 2 2 截面荷载计算截面荷载计算 水利水电工程专业毕业设计 13 对于 2 2 截面 荷载如图 2 4 图 2 4 底板自重 产生弯矩 2 24 0 5 2 934 8WkN 2 1 34 8 2 950 46 2 W MkN m 顺时针 静止土压力 20 1 0 5 0 43 20 601 2 EKHHH 下上 24 19 05 952kN 产生弯矩 2 0 52 16 8321 26 9 52 0 5 0 0952 316 8321 26 E MkN m 顺时针 堆石盖重 产生弯矩 1 113 51GkN 1 1 113 51 2 9164 59 2 G MkN m 顺时针 基底应力 1 1 49 849 39 2 9143 83 2 NkN 作用点距离 2 2 截面 2 9 2 49 3949 8 1 45 349 3949 8 m 产生弯矩 2 143 83 1 45208 554 N MkN m 逆时针 B 江水利枢纽工程毕业设计 14 2 2 2 校核洪水位工况下的荷载计算校核洪水位工况下的荷载计算 2 2 2 1 整体荷载计算整体荷载计算 对于校核洪水位工况 防浪墙的荷载共包括墙体自重 防浪墙上的堆石盖重 墙后土压力 水压力 风浪压力和水重 见图 2 5 所示 图 2 5 校核洪水位工况 首先对整体荷载进行计算 自重 11 22 33 24 0 5 3 137 2 24 0 5 2 934 8 24 0 5 1 113 2 c c c WVkN m WVkN m WVkN m 堆石体重 1 20 601 2 9 1 9113 51GbhkN 静止土压力 22 10 11 0 43 20 601 2 425 51 22 EKHkN m 水重 1 1 9 81 1 2 0 63 53 2 GkN 水压力 2 1 9 81 1 714 18 2 PkN 风浪压力 坝前水深 H 大于 为深水波 6 211 m Lm 水利水电工程专业毕业设计 15 1 0 32 2 420 77 mm hm hhm 波浪中心线至静水位高度 22 1 1 20 77251 3 0 30 6 2216 221 0 770 301 07 z mm z hH hcthcthm LL hhm 挡土墙在校核洪水位以下的高度 mh6 18 276 4 278 浪压力在校核洪水位以下的高度 6 221 3 11 2 hm 由 则总浪压力部分作用在挡土墙上 根据受力分布图计算浪压力的大 h h 小 mkN hhLP zmw 30 8 51 1 55 10 2 1 3 077 0 2 681 9 4 1 6 111 3 05 10 2 1 4 1 10 经计算 作用点距离挡墙底 2 2 1112 3 11 1 07 3 11 3 11 1 07 3 11 0 5 3 110 5 0 36 3 11 1 7 3 11 1 7 3233 111 3 11 3 11 1 07 3 110 36 3 11 1 7 222 3 11 1 7 1 29m 基底应力 max min FvM AW 式中 kNGWWGFv 3 2026 01 181 9 2 1 48 2 37 5 113 211 水重 土重对底面中点弯矩 1 113 51 0 5562 43 MkN m 顺时针 墙自重对底面中点弯矩 2 37 2 20 60 25 42 78 MkN m 逆时针 静止土压力产生弯矩 22 30 111 0 5 20 601 2 4 0 432 420 41 233 MH KHkN m 逆时针 水压力产生弯矩 4 1 14 181 78 03 3 MkN 逆时针 浪压力产生弯矩 5 8 86 1 2911 43 MkN 顺时针 B 江水利枢纽工程毕业设计 16 水重产生弯矩 6 1 3 53 0 250 6 1 59 3 MkN 顺时针 123456 17 11 MMMMMMMkN m 逆时针 故 25Mpa 基岩承载力满足要 max min 202 2417 1156 97 42 6744 15 FvMkPa AWkPa 求 由于 故基底应力分布为梯形如下 17 112 198 7163 Ml em Fv 偏心距 2 2 2 2 1 1 截面荷载计算 1 对于 1 1 截面 荷载如图 2 6 图 2 6 挡墙自重 W1 cV1 24 0 5 3 1 37 2kN 静止土压力 产生弯矩 22 10 11 0 43 1 915 99 22 EKHkN 1 1 15 991 910 13 3 E MkN m 逆时针 水利水电工程专业毕业设计 17 水压力 产生弯矩 2 1 1 29 817 06 2 PkN 1 1 7 061 22 82 3 P MkN m 顺时针 浪压力 kNPw30 8 产生弯矩 64 6 80 030 8 顺时针mkNM pl 2 2 2 3 2 2 截面荷载计算 对于 2 2 截面 荷载如图 2 7 图 2 7 底板自重 产生弯矩 2 24 0 5 2 934 8WkN 2 1 34 8 2 950 46 2 W MkN m 顺时针 静止土压力 20 1 0 5 0 43 20 601 2 EKHHH 下上 24 19 05 952kN 产生弯矩 2 0 52 16 8321 26 9 52 0 5 0 0952 316 8321 26 E MkN m 顺时针 堆石盖重 产生弯矩 1 113 51GkN 1 1 113 51 2 9164 59 2 G MkN m 顺时针 基底应力 B 江水利枢纽工程毕业设计 18 1 1 56 9747 68 2 9151 74 2 NkN 作用点距离 2 2 截面 2 9 2 47 6856 97 2 9 1 49 347 6856 97 m 产生弯矩 2 151 74 1 49226 093 N MkN m 逆时针 2 3 防浪墙配筋计算防浪墙配筋计算 在防浪墙配筋计算中依据 水工混凝土结构设计规范水工混凝土结构设计规范 SL191SL191 2008 2008 由于为 3 级大坝 故安全系数 K 在荷载基本组合下取 1 20 在偶然组合下取 1 0 1 1 基本组合 基本组合 当永久荷载对结构不利 当永久荷载对结构有利 2 2 偶然组合 偶然组合 式中 SGk 永久荷载标准值产生的荷载效应 SQ1k 一般可变荷载标准值产生的荷载效应 SQ2k 可控制的可变荷载标准值产生的荷载效应 SAK 偶然荷载代表值产生的荷载效应 2 3 1 竖墙配筋计算竖墙配筋计算 根据 水工挡土墙设计规范 SL 379 2007 对 L 型挡墙的竖直墙身部分简化 为悬臂板按受弯构件计算 由于防浪墙处于水位变动区 故环境类级为三类 混凝土保护层厚 30cmm 取单位宽度 即 混凝土采用 C25 则轴心抗压强度设计35amm mmb1000 值 钢筋采用 HRB335 钢筋 截面有效高度 2 11 9 c fN mm 2 300 y fN mm 0 50035465hhamm 对竖墙进行配筋计算主要依据 1 1 截面的弯矩 1 1 截面弯矩 完建未蓄水工况下 1 1 1 2 10 1312 16 S MkN m A 逆时针 校核洪水位工况下 1 1 1 2 10 13 1 2 2 82 1 0 7 021 75 S MkN m A逆时针 显然 完建未蓄水工况下弯矩最大 更为危险 截面抵抗矩系数 0 006 2 0 s c KM f bh 6 2 1 2 12 16 10 11 9 1000 465 0 468 属于适筋破坏 s 211 11 2 0 0060 006 0 85 b 1212 1 051 201 201 10 G kG kQ kQ k SSSSS 1212 1 051 201 201 101 0 G kG kQ kQ kAk SSSSSS 1212 0 950 951 201 10 G kG kQ kQ k SSSSS 水利水电工程专业毕业设计 19 所需钢筋面积 2 0 11 9 1000 0 006 465 111 300 c s y fbh Amm f 配筋率 0 15 0 hb As 111 0 024 1000 465 min 最小配筋率 故采用最小配筋率配筋 mm min0 0 15 1000 465698 s Abh 2 选配 B10 110 分布钢筋采用 10 250 2 714mmAs 在下游侧采用构造对称配筋 配 B10 110 As 714 分布钢筋采用 2 mm 10 250 2 3 2 底板配筋计算底板配筋计算 由于防浪墙处于水位变动区 故环境类级为三类 混凝土保护层厚 30cmm 取单位宽度 即 混凝土采用 C25 则轴心抗压强度设计35amm mmb1000 值 钢筋采用 HRB335 钢筋 截面有效高度 2 11 9 c fN mm 2 300 y fN mm 0 50035465hhamm 对竖墙进行配筋计算主要依据 2 2 截面的弯矩 2 2 截面弯矩 完建未蓄水工况下 2 2 1 2 0 0952 1 2 164 59 1 05 50 46 1 2 208 550 34 S MkN m A顺时针 校核洪水位工况下 顺时针02 2149 174 1512 101 052 92 1 2 9 2 51 1132 1 2 9 2 8 3405 1 22 s M 显然 校核洪水位工况下弯矩最大 更为危险 截面抵抗矩系数 2 0 s c KM f bh 009 0 46510009 11 02 2100 1 2 0 468 属于适筋破坏 s 211 009 0 21 0 85 b 所需钢筋面积 2 0 149 300 35500 10000023 09 11 mmfhbfA ycs 配筋率 15 0 032 0 355001000 149 min 0 hb As B 江水利枢纽工程毕业设计 20 故采用最小配筋率配筋 mm min0 0 15 1000 465698 s Abh 2 选配 B10 110 分布钢筋采用 10 250 2 714mmAs 在下游侧采用构造对称配筋 配 B10 110 分布钢筋采用 10 250 2 4 抗滑稳定计算抗滑稳定计算 根据 水工挡土墙设计规范 6 3 5 规定 土质地基上挡土墙沿基底面的抗 滑稳定安全系数 应按下式计算 6 7 H Gf Kc 取长度为 1m 的挡土墙进行分析 在完建未蓄水工况下 抗滑稳定系数 故此工况下防浪墙满足 0 5 198 71 3 891 08 25 51 c fG K H 抗滑稳定要求 在校核洪水位工况下 抗滑稳定系数 故此工况下防 0 5 202 24 2 081 03 25 51 14 188 86 c fG K H 浪墙满足抗滑稳定要求 故防浪墙满足抗滑稳定要求 水利水电工程专业毕业设计 21 2 5 抗倾覆计算抗倾覆计算 图 2 4 抗倾覆验算示意图 根据 水工挡土墙设计规范 SL379 2007 规定 土质地基上的挡土墙 在同时满足以下 2 个规定的要求时 可不进行抗倾覆稳定计算 1 在各种计算情况下 挡土墙平均基底应力不大于地基允许承载力 最大 基底应力不大于地基允许承载力的 1 2 倍 2 挡土墙基地应力的最大值与最小值之比不大于 2 5 特殊组合 由前两种工况下的地基应力计算可知 本设计挡土墙同时满足以上 2 个规定 故不进行抗倾覆稳定计算 B 江水利枢纽工程毕业设计 22 第三章第三章 坝坡稳定分析坝坡稳定分析 3 1 坝坡值选定坝坡值选定 根据 混凝土面板堆石坝设计规范 SL228 98 中规定 当筑坝材料为硬岩 堆石料时 上下游坝坡可采用 1 1 3 1 1 4 软岩堆石料的坝坡宜适当放缓 当质量良好的天然砂砾石料筑坝时 上下游坝坡可采用 1 1 5 1 1 6 本工程中筑坝材料为砂砾石料和堆石料 坝基为岩基 坝体全部用当地石料 填筑 拟定上游边坡为 1 1 55 下游边坡为 1 1 55 计算原理 3 2 坝坡稳定计算过程坝坡稳定计算过程 首先假定堆石体的下游边坡为 m 作出堆石体坡面 绘制堆石体的横剖面图 然后在 横剖面上 假定一有折线组成的可能滑动面 如图 6 7 水利水电工程专业毕业设计 23 随机取一折线面为假定的堆石体折线滑动面 在各段折线点各绘一条垂直线与坡面 相交 将滑动块划分为数块 本例划分三块 取沿坝轴线方向单位长度作为计算对象 作 用于各个楔形的力有 W 为各楔形的自重 在下游水位以下的堆石体 以浮容重计算自重 R 为折线滑动面上的抗剪阻力与法向反作用力的合力 并假定各段折线滑动面土的抗剪强度 的发挥程度是相同的 即各段折线滑动面上内摩擦角均为 其中为堆石 tg arctg K 体的内摩擦角 K 为上述规范中规定的安全系数 P 为相邻楔形块之间接触面上相互作用力 其方向假定为水平或平行于假定堆石体坡面 也可假定为平行于坡面与滑动面夹角平分线方 向 本设计中 假定 P 的方向为水平 以下 w P R 的下标数字表示楔形块的顺序 计算从最顶上的 1 号块体开始 由于 1 号块体应保持稳定 所以 1 号块体在 W1 P1 和 R1三个力作用下 必须能保持平衡 在此三个力的大小和作用方向中 仅有 P1和 R1的大 小为未知数 因此 可利用 FV 0 和 FH 0 两个力学平衡方程求解 求得 P1和 R1的大小 其中 P1为为 2 号块体作用于 1 号块体的力 以保持 1 号块体的稳定 然后 对 2 号块体进行平衡分析 作用于 2 号块体的力有 W2 R2 P2和 P1的反作用力 其中仅有 R2和 P2的大小为未知数 也可利用上述力学平衡方程求解 R2和 P2 作用于 3 号块体上的力为 W3 R3和 P2的反作用力 对其进行受力分析 若 说明选择的 K 刚好0 X F 若 向右 说明选择的K太大 重新拟定K进行计算0 X F 若 向左 说明选择的K太小 重新拟定K进行计算 0 X F 假定不同的滑动面 算出最小安全系数安全系数 判断它是否满足规范要求 若不 满足 改变坝坡的坡度 重新计算 判断最危险滑动面是否是贴坡滑动面 若是 剔除掉 重新确定最危险滑动面以及 最小安全系数 在我国的 碾压式土石坝设计规范 中 对折线法稳定分析规定的稳定安全系数要求中 堆石体坝坡抗滑稳定最小安全系数 k 根据正常运行条件和 级工程等级 取 k 1 2 非正常 运用情况 k 1 10 图 3 1 坝坡稳定计算简图 B 江水利枢纽工程毕业设计 24 3 2 1 假定滑动面计算假定滑动面计算 1 假定的第一组滑动面 如下图 3 2 图 3 2 假定的滑动面 1 第一组计算受力图如上所示 则 W 2 0558 38 5 21 设5 51m假定下游边坡 181 9 KS 第一块滑坡计算公式如下 1 W1 kN65 102815 50181 905 2 P1 R1 R1cos cos 3355 32 00 R1sin W1 98 1129 1 R 图 3 2 假定的滑动面 1 图 3 3 坝坡稳定计算简图 水利水电工程专业毕业设计 25 2 P2 P1 R2 0 cos R3sin W2 3 R3sin P3 R3cos3W 比较 P2 和 P3 的值的大小 直到得出 K1 1 34 32 PP 假定的第二个滑动面 图 3 2 如下 同样得出 K 1 26 3 第三个滑动面图 3 3 如下 图 3 2 假定的滑动面 2 B 江水利枢纽工程毕业设计 26 计算得出 K 1 30 根据根据 水工设计手册水工设计手册 表表 17 3 317 3 3 基本组合状况下 基本组合状况下 3 3 级土石坝的坝坡抗滑稳定安级土石坝的坝坡抗滑稳定安 全系数为全系数为 1 201 20 以上算得的坝坡稳定安全系数均大于 以上算得的坝坡稳定安全系数均大于 1 201 20 故坝体安全 故坝体安全 图 3 4 假定的滑动面 3 水利水电工程专业毕业设计 27 第四章第四章 副坝副坝 4 1 副坝设计副坝设计 副坝底高程为 267m 顶部与主坝平齐 为 280 4m 顶宽与主坝顶宽相同 取 8m 挡墙高与主坝相同 取 1 2m 图 4 1 副坝尺寸图 B 江水利枢纽工程毕业设计 28 图 4 2 副坝荷载图 由公式 6 1 进行验算 4 1 0 c H B 式中 H 坝高 H m 4 13 副坝底设计 混凝土容重 24kN m3 c c 水容重 9 81kN m3 0 0 扬压力折减系数 河岸取为 0 3 则 则 B 6 8B 6 8 故取与主坝顶宽度相同为 故取与主坝顶宽度相同为 8 5m8 5m 4 2 强度和稳定验算强度和稳定验算 采用摩擦公式 计算校核水位下的抗滑稳定安全系数 K 4 2 P UWf K 式中 作用于滑动面以上的力在铅直方向分量代数和 W 水利水电工程专业毕业设计 29 作用于滑动面以上的力在水平方向分量代数和 P 作用在滑动面上的扬压力 U 滑动面上抗剪摩擦系数 f 据资料 混凝土与弱风化千枚岩之间的摩擦系数为 f 0 5 0 6 取 f 0 5 4 2 1 荷载计算荷载计算 4 2 1 1 工况一 正常蓄水位 工况一 正常蓄水位 1 扬压力 Fa H 9 81 10 2 100 1kn w Fb Fa 100 1kN 考虑在河岸段 扬压力折减系数 0 35 Fc 0 35 Fb 35 02kN 2 浪压力 4 3 zm w L hhLP 1 4 式中 水的容重 w 波浪波长 m L 波浪浪高 1 h 波浪中心线高出静水位高度 z h zm w L hhLP 1 4 9 81 6 21 0 774 0 303 4 16 412KN 易分析得出在校核洪水位时坝最不安全 则校核洪水位时 1 扬压力 Fa H 111 83kN w 2674 278 副坝底校核 B 江水利枢纽工程毕业设计 30 Fb Fa 111 83kN 考虑在河岸段 扬压力折减系数 0 35 Fc 0 35 Fb 33 55kN 2 浪压力 4 4 zm w L hhLP 1 4 式中 水的容重 w 波浪波长 m L 波浪浪高 1 h 波浪中心线高出静水位高度 z h zm w L hhLP 1 4 9 81 6 21 0 774 0 303 4 16 412KN 3 静水压力 P 0 5 9 81 11 4 637 5KN 4 11 排水孔设在离上游面 2m 处 U 0 5 Fb Fc 1 0 5 Fc 8 5 2 kN115 19855 355 61 55 3583 111 5 0 4 坝体自重 G W S 24 2503 2 kN c 5 02 15 8 2 12 2 稳定验算 抗剪强度公式 K 1 76 P UWf 5 637412 16 115 1982 2503 6 0 6 5 由 水工建筑物 表 2 7 得 挡墙的 K 1 05 3 级建筑物 特殊组合 则 K 1 76 1 05 满足规范要求 水利水电工程专业毕业设计 31 第五章第五章 趾板剖面计算趾板剖面计算 专题一专题一 5 1 趾板横截面趾板横截面 如图示 5 1 图 5 1 趾板截面示意图 5 1 2 岸坡段趾板剖面岸坡段趾板剖面 夹角由下式计算 2 1 2 2 2 2 1 2 2 1 2 22 2 1 cos mBCLm BCmLBCm 5 1 式中 m 上游边坡 m 1 5 C B 趾板段两端点高度之差 L 趾板段两端点在沿坝轴线方向的距离 5 1 3 河床段趾板剖面河床段趾板剖面 夹角夹角由下式计算由下式计算 5 2 1 22 cos 1 m m B 江水利枢纽工程毕业设计 32 式中 m 上游边坡 m 1 5 趾板总共趾板总共 10 块 从左岸第一小段起 分别标为块 从左岸第一小段起 分别标为 1 2 3 10 号趾板 号趾板 计算结果如下 水利水电工程专业毕业设计 33 表 7 1 各趾板角度计算 表 7 2 趾板尺寸表 趾板段第一段第二段第三段 第四段第五段第六段第七段第八段第九段第十段 b260251243 237227 5 227 5227 5 240255260 c276 8260 251243237227 5240255260276 8 c b16 89869 5012 515516 8 l1 515 72031 529 943 2538 52016 6 m1 551 551 551 551 551 551 551 551 551 55 cosO 999 0 9140 8870 8540 8730 8400 9900 8860 8630 956 角 度 1 8 24 027 531 429 032 88 127 630 317 趾板分块 从 左到右 趾板宽度 s m 趾板厚度 h 斜长段QT m 面板端部下堆 石体厚度 a m 最大水头 m 规范的宽度范围 说明最小3m 最小0 3m 可以取0 8 1 2m 不小于0 9米 用设计水头 趾板块最低高 程 根据最大水头 140 440 817 21 72 3 44 240 41 940 826 22 62 5 24 340 41 630 934 23 42 6 84 4 5 0 41 320 940 24 02 8 04 5 4 0 41 520 949 72 48 4 97 650 41 430 949 72 48 4 97 750 44 910 949 72 48 4 94 8 5 0 41 620 937 23 72 7 44 940 41 430 922 22 22 4 44 10 3 5 0 42 550 817 21 72 3 44 B 江水利枢纽工程毕业设计 34 5 3 配筋计算配筋计算 趾板的结构应力较小 一般在趾板内布置一定数量的温度钢筋 趾板钢筋的 各向含筋率可按照平板段设计厚度的 0 3 采用 钢筋采用单层双向配筋 保护 层厚度为 10cm 在周边接缝处加配构造钢筋 钢筋布置在趾板顶部 单层双向 各向含钢筋率为 0 3 0 4 由于此工程水头较低 趾板厚度较低 本设计采 用单层双向配筋 保护层厚度取为 10cm 横向配筋率取为 0 3 纵向配筋率取 为 0 3 在周边接缝处加配构造钢筋 因趾板面积不相同 配筋也不相同 1 第七块趾板 第七块趾板 取单宽 1m 0 3 则 min 1000 600 100 0 3 1500mm2 min0 bhAs 查 水工钢筋混凝土结构学 附录三表 2 可选用 18 160 As 1590mm2 如 图 图 5 2 第七块趾板配筋示意图 2 其他趾板 其他趾板 取单宽 1m 0 3 则 min 1000 400 100 0 3 900mm2 min0 bhAs 查 水工钢筋混凝土结构学 附录三表 2 选用 18 280 As 909mm2 图 5 3 其它趾板配筋示意图 锚筋设计 采用直径 28mm 钢筋两向间距 1m 伸入基岩 5m 顶端弯成 180 弯钩与顶面温度钢筋勾连 水利水电工程专业毕业设计 35 第六章第六章 溢洪道设计 专题二 溢洪道设计 专题二 6 1 引水渠设计引水渠设计 设计工况下 下泄流量为 251 渠内限制流速在 1 5 3 0m s 取 v 2m s 故 断面面积 m A V Q A5 12 10 2 125 2 251 故渠底高程 277 2 12 5 264 7m 设计 引水渠近堰一段过水断面应呈自堰两边边墩起向上游逐渐加宽的喇叭口型 这一渐变段借助两边修导墙和渠底衬砌 导墙长度取堰顶水头的 5 6 倍 即 26 31 2m 墙顶可与最高洪水位相平 取 278 4m 本设计因实用堰直通水库 引水渠较短 故堰前实有水深损失可忽略不计 同 时导墙转弯半径不小于 46 倍渠底宽度 6 2 控制堰的结构设计控制堰的结构设计 6 2 1 闸室布置与构造闸室布置与构造 1 1 闸墩闸墩 门槽尺寸 门槽尺寸 工作闸门槽一般不小于 0 3m 取 0 4m 宽 0 51 0m 取 0 64m 检修 门槽深一般 0 150 25 取 0 2m 门槽处最小厚度不宜小于 0 5m 故闸墩最小厚 度 0 4 0 4 0 5 1 3m 取 1 5m 两道闸门间净距不宜小于 1 5m 取 2m 闸墩顶高程确定 闸墩顶高程确定 表 6 1 1 正常蓄水位 水闸级别运用情况 123 4 5 正常蓄水位 0 70 50 40 3 挡水时 最高挡水位 0 50 40 30 2 设计洪水位 1 51 00 70 5 泄水时 校核洪水位 1 00 70 50 4 B 江水利枢纽工程毕业设计 36 6 1 123 hhhh 正常蓄水位 1 h 浪高 2 h 安全超高 3 h 本水闸级别为 3 级 故 0 4m 0 52m 276 8m 3 h 2 h m h 1 h h 276 8 0 4 0 52 277 72m 2 设计洪水位 m46 27856 0 7 0 2 277 h 3 校核洪水位 m9 2785 04 278 h 综上所述 闸墩顶高程为 279 0m 闸墩长度取 6 5m 2 2 工作桥工作桥 采用固定启闭设备 桥的高度为门高的两倍加 1m 富余高度 故桥面高程为 272 6 2 1 285m 堰顶高程 3 3 闸门设计闸门设计 闸门顶高程应高于正常蓄水位 276 2m 276 2 272 4 2m 取门高 6m 闸 门宽度 10 0 2 2 10 4 实用堰的尺寸如图所示 图 6 1 堰面曲线 水利水电工程专业毕业设计 37 本设计选取 WESI 型实用堰 设计定型水头 Hd 一般取孔口中心至交合水位的 75 95 即 75 95 277 272 3 75 4 75m 取 Hd 5m 上游面坡度取为 0 k 2 n 1 85 6 1 0 52 5 d RHm 2 a 0 175 0 875m d H 6 2 0 21 d RHm 3 R3 0 04Hd 0 2m 0 2821 41 d bHm 6 1 85 7 86xy 4 本工程选用型式简单的等宽直线式泄槽 本工程选用型式简单的等宽直线式泄槽 6 3 泄槽水力计算泄槽水力计算 6 3 1 泄槽水力计算泄槽水力计算 泄槽临界水深 q 校核 c h m g q hc99 4 81 9 1 3405 1 3 2 3 2 6 5 渠底水头 T 278 4 264 7 13 7m 校核 渠底高程 行近流速 2 5m s 故上游有效水头 0 V m g V TT9 13 81 92 5 205 1 7 13 2 22 0 0 6 6 根据根据 SL253 2000 的相关规定的相关规定 B 江水利枢纽工程毕业设计 38 6 7 试算得 97 0 7 13 81 9 295 0 1 34 1 1 h h 402 2 1 mh 堰后收缩断面水深为 2 402m 此水深亦为泄槽水面线的起始水深 当 h 时 A B 104 99 49 9m2QCA Ri c h c h m x A RmBhx c 50 2 98 19 9 49 98 191099 4 22 对表面较光滑的混凝土渠道 糙率 n 0 012 代入数据 C 97 1 1 6 1 CR n c i50 2 9 491 97341 故为陡坡 0020 0 c i c ii 247 0 15 132 232 7 264 根据根据 SL253 2000 的相关规定的相关规定 水面线应根据能量方程 用分段求和法计算 水利水电工程专业毕业设计 39 6 8 做如下计算 做如下计算 表 6 2 具体计算 断面底坡 i 断面 水深 h 断面 面积 A 流量 Q 断面 流速 v 流速 不均 匀系 数 a a v 2 2 g Es Es 平均流速 10 252 402 24 0234114 20 1 0510 79 13 12 0 72 14 46 20 252 317 23 1734114 72 1 0511 59 13 84 0 82 15 00 30 252 232 22 3234115 28 1 0512 49 14 66 0 93 15 58 40 252 147 21 4734115 88 1 0513 50 15 58 1 05 16 21 50 252 062 20 6234116 54 1 0514 64 16 64 1 20 16 89