斜心墙土石坝设计-王岳震.doc

水利水电工程专业毕业设计 1 摘 要 关键词 毕业设计 斜心墙土石坝 稳定计算 该江位于我国西南地区 本工程拦河坝为斜心墙土石坝 由于山区水位暴涨 暴落 所以设置成兴利库容和拦洪库容完全不结合 即正常蓄水位和汛限水位均 为 2822 4 米 本设计是侧重于坝工部分以挡水建筑物和泄水建筑物为主的土石坝 水利枢纽设计 第一步 通过调洪演算得到最佳的溢流堰孔口净宽和堰顶高程方案 比较不 同类型的土石坝在施工特点 技术经济等方面的优劣 最终确定大坝坝型为斜心 墙土石坝 并且初定了大坝的轮廓尺寸 然后通过土料设计 对照指标确定了砂 砾料场及粘土料场的位置 再选择坝体的三个典型断面对大坝进行渗流计算 画 出流网图 校核渗流逸出处的渗透坡降确定是否满足要求 然后通过 vb 编程进 行坝坡稳定分析 最终进行坝体细部构造设计 第二步 进入主要建筑物设计阶段 确定出大坝的型式及坝址和坝轴线 另 外确定该枢纽的组成建筑物 包括挡水建筑物 泄水建筑物 水电站厂房等 第三步 进入第二主要建筑物设计阶段 确定出泄水建筑物的尺寸 型式和 结构 定为泄水隧洞 然后进行轴线选择和水力计算 从下泄能力 净空余幅 挑距和冲刷深度等方面校核设计的可行性 最后进行细部构造设计 本设计以 碾压式土石坝设计规范 SL274 2001 为基本设计依据 外加参考 了与土石坝的有关资料和书籍 由于知识有限 对于本设计中的不妥及错误之处 恳请批阅批评指正 在设计过程中得到了王玲玲等老师的指导 再次表示由衷的 感谢 本设计共历时 9 周 06021101 王越贞 Abstract The River is located in southwest China the project includes the RCC dam with clay core wall of earth rock style The water level rise due to storm down the mountains so the active Storage is not combined with the detention storage that is normal water level and flood control level are both 2822 4 meters The dam was designed in part to focus on retaining buildings and discharge structure based design of earth rock dam water control project 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 2 A first step through the Flood Regulating and Calculating to get the best net width of the overflow weir Orifice and the altitude of weir top then compare different types of earth rock features in the course of construction technical and economic advantages and disadvantages and ultimately determine the type of clay dam earth rock core and the outline of an initial size of the dam Through the soil and then design the control indicators to determine the gravel and clay material yard field position Once again chosen the three typical cross section of dam for seepage calculation draw network maps checking the seepage infiltration gradient to determine whether to meet the requirements Use Visual basic programming to analyze the stability and ultimately to carry out detailed structural design of the dam The second step to enter the main building design stage To determine the type and the dam site and dam axis In addition to determine the composition of the hub structures including retaining structures drainage structures such as hydropower plants The third step is the second major phase of building design To determine the size of Discharge structure type and structure of the tunnel for discharge To select the axis and then proceed hydraulic calculation from the discharge capacity of more than pieces of headroom and washed out from the depth of checking the feasibility of the design Finally design the detail of the Structural The fourth step is a preliminary design of the construction organization Diversion to determine standards the construction phases Set start date closure date flood detention date the date of reservoir impoundment the initial generation date and completion date Finally enter the topic design calculate the tunnel lining stress the use of geotechnical analysis software is the rationale for calculating the lining and reinforcement The design based on the Code for Design of roller compacted earth dam SL274 2001 along with reference to the relevant information with the earth dam and books Due to the limited knowledge about the design of the inappropriate and wrong ask for his approval in criticism During the design process very appreciate for the directions by Professor Shu Yi Ming Wang Ling Ling Su Huai Zhi once again express our sincere gratitude The design period is a total of nine weeks 水利水电工程专业毕业设计 3 目 录 第一章第一章 前前 言言 6 1 1 毕业设计主要目的和作用 6 1 2 设计对象和背景 6 1 3 设计过程与方法 6 1 3 1 了解任务书和熟悉 分析原始资料 6 1 3 2 洪水调节计算 6 1 3 3 主要建筑物形式选择和水利枢纽布置 6 1 3 4 第一主要建筑物 拦河坝设计 7 1 3 5 第二主要建筑物 坝外泄水道设计 7 1 3 6 决定枢纽的施工导流方案 安排施工的控制性进度 7 1 4 预期效果 7 第二章第二章 土石坝工程概况土石坝工程概况 8 2 1 工程流域概况 8 2 2 当地气候特征 8 2 2 1 气温情况 8 2 2 2 湿度情况 9 2 2 3 降水量情况 9 2 2 4 风力和风向 9 2 3 当地水文特征 10 2 3 1 年日常径流资料 10 2 3 2 洪峰流量资料 10 2 3 3 固体径流资料 10 2 4 工程地质资料 10 2 4 1 水库地质资料 11 2 4 2 坝址地质资料 11 2 4 3 地质构造资料 13 2 4 4 水文地质条件 13 2 4 5 地震资料 14 2 5 建筑材料 14 2 5 1 料场的位置与储量资料 14 2 5 2 物理力学性质概述 14 2 6 经济资料 17 2 6 1 库区经济 17 2 6 2 交通运输 17 2 7 枢纽任务 17 2 8 枢纽特征 17 2 8 1 发电 18 2 8 2 灌溉 18 2 8 3 防洪 18 2 8 4 渔业 18 2 8 5 过木 18 2 8 6 其它 18 第三章第三章 洪水调节计算部分洪水调节计算部分 19 3 1 工程等别及建筑物级别的判定 19 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 4 3 2 洪水调节计算原理 19 3 2 1 确定洪水标准 19 3 2 2 泄洪方式与水库运用方案的确定 19 3 2 3 调洪演算的原理 20 3 3 堰顶高程及泄洪孔口的选择 20 3 3 1 堰顶高程及孔口尺寸选择原则 20 3 3 2 初步方案拟定 20 3 4 调洪演算结果与方案确定 21 3 4 1 调洪演算的结果 21 3 4 2 方案的选择 21 第四章第四章 坝型选择及枢纽布置概述坝型选择及枢纽布置概述 22 4 1 坝址及坝型选择 22 4 1 1 坝址的选择 22 4 1 2 坝型的选择 23 4 2 枢纽组成建筑物概述 25 4 2 1 挡水建筑物部分 25 4 2 2 泄水建筑物部分 25 4 2 3 水电站建筑物部分 25 4 3 枢纽的总体布置 25 4 3 1 挡水建筑物 土石坝 25 4 3 2 泄水建筑物 泄洪隧洞 25 4 3 3 水电站建筑物 25 第五章第五章 大坝设计概述大坝设计概述 27 5 1 土石坝坝型选择 27 5 1 1 均质坝 27 5 1 2 堆石坝 27 5 1 3 面板坝 27 5 1 4 斜墙坝和心墙坝 27 5 1 5 斜心墙坝 28 5 2 土石坝剖面尺寸的拟定 28 5 2 1 坝顶宽度 28 5 2 2 坝顶高程 28 5 2 3 坝坡与戗道 30 5 2 4 坝体排水 30 5 2 5 坝内防渗体 31 5 2 6 坝基防渗 31 5 2 7 土石坝护坡 32 5 3 土料设计 33 5 3 1 粘性土料设计 34 5 3 2 坝壳砂砾料设计 37 5 4 渗流计算 39 5 4 1 渗流计算方法 40 5 4 2 典型计算断面与计算情况 41 5 4 3 计算结果 42 5 4 4 渗透稳定计算 42 5 4 5 成果分析与结论 43 5 5 稳定分析计算 44 水利水电工程专业毕业设计 5 5 5 1 计算方法概述 45 5 5 2 计算程序流程图 46 5 5 3 计算结果概述与分析 48 5 5 4 稳定成果概述与分析 50 5 6 大坝地基防渗处理 50 5 6 1 砂砾石坝基的防渗方案选择 50 5 6 2 坝基防渗墙的型式 材料及布置 51 5 6 3 坝肩处理 52 5 7 细部构造设计 53 5 7 1 坝顶布置 53 5 7 2 防渗体和排水设施 53 5 7 3 反滤层设计 53 5 8 4 护坡设计 56 第六章第六章 土石坝泄水建筑物设计土石坝泄水建筑物设计 61 6 1 隧洞布置方案比较与选择 61 6 2 泄洪隧洞选线与布置 62 6 3 泄水隧洞的体型设计 62 6 3 1 进口建筑物部分 65 6 3 2 出口效能段部分 67 6 3 3 隧洞水力计算概述 69 6 3 4 隧洞的细部构造概述 73 附录附录 1 稳定计算 稳定计算 79 附录 A 程序说明 79 附录 B 源程序代码 80 附录附录 2 参考文献参考文献 87 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 6 第一章 前 言 本科毕业设计是大学四年最重要 最关键的教学内容 它既是学以致用 知 行合一的一项尝试 也为我们以后的学习或工作模拟了一次 演习 通过毕业 设计 大家全面地系统地巩固了一下大学所有学过的专业知识 提高了专业水平 锻炼了专业技能 通过这次毕业设计 我们对粘土斜心墙土石坝的坝型特点 施工方式 设计 理念等有了系统地全面地认知 也有了一次系统设计能力的培养机会 我们对水 利水电专业的更加了解 对水利水电事业更加热衷 1 1 毕业设计主要目的和作用 1 巩固 联系 加深 充实 扩大所学基本理论和专业知识 并进行系 统化 2 培养综合运用所学知识解决实际问题的技能 初步掌握设计原则 方 法和步骤 3 养成正确的设计思想 树立严肃认真 实事求是和刻苦认真的工作作 风 学习态度 4 锻炼独立思考 独立工作能力 加强计算 绘图 编写说明书及使用 规范 手册等技能训练 1 2 设计对象和背景 本设计的对象和背景是位于我国西南地区的某江 进行以坝工为设计重点的 工程设计 1 3 设计过程与方法 1 3 1 了解任务书和熟悉 分析原始资料 1 3 2 洪水调节计算 用图解法确定防洪库容 设计 校核 洪水位及相应的下泄流量 为确定大 坝高度和下游消能防冲设施提供了设计依据 1 3 3 主要建筑物形式选择和水利枢纽布置 1 确定枢纽组成建筑物及其设计等级 2 通过不同方案的初步技术经济比较 选定坝型 3 通过定性分析比较 选定水电站厂房及其他建筑物型式 水利水电工程专业毕业设计 7 4 确定水利枢纽的布置方案 1 3 4 第一主要建筑物 拦河坝设计 一般应首先选定大坝结构布置与构造 然后进行校核计算 1 选定坝的结构形式 拟定防渗体的型式以及坝的主要尺寸 2 进行土料设计 包括对坝身不同高程的透水料和不透水料的分区规划 布置以及压实标准的确定 3 渗流演算 计算正常 校核水位下浸润线位置 确定总渗流量与逸出 坡降 4 静力稳定计算 求出上下游坡在某一水位情况下的最小稳定安全系数 以论证选用坝坡的合理性 5 拟定坝身构造 包括防渗 排水 反滤层 坝顶 护坡 马道 以及 坝体与坝基 岸坡及其他建筑物的连接 1 3 5 第二主要建筑物 坝外泄水道设计 1 确定结构形式和主要尺寸 进行建筑总体布置 2 进行水力计算 以验证建筑物的轮廓尺寸和各部分的结构尺寸是否合 理 3 拟定细部构造 包括排水 锚筋加固 灌浆 掺气等 1 3 6 决定枢纽的施工导流方案 安排施工的控制性进度 1 4 预期效果 绘出 3 张工程设计图 自行编制说明书和计算书 并编写中 英文的摘要 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 8 第二章 土石坝工程概况 2 1 工程流域概况 该江位于我国西南地区 流向自东南向西北 全长约 122 公里 流域面积 2558 平方公里 在坝址以上流域面积为 780 平方公里 本流域大部分为山岭地带 山脉和盆地交错于其间 地形变化剧烈 流域内 支流很多 但多为小的山区流河流 地表大部分为松软的沙岩 页岩 玄武岩及 石灰岩的风化层 汛期河流的含沙量较大 冲积层较厚 两岸有崩塌现象 本流域内因山脉连绵 交通不便 故居民较少 全区农田面积仅占总面积的 20 林木面积约占全区的 30 其种类有松 杉等 其余为荒山及草皮覆盖 2 2 当地气候特征 2 2 1 气温情况 年平均气温约为 12 8 度 最高气温为 30 5 度 发生在 7 月份 最低气温为 5 3 度 发生在 1 月份 表 2 1 月平均气温统计表 度 123456789101112 年平 均 4 88 311 214 816 318 018 818 316 012 48 65 912 8 水利水电工程专业毕业设计 9 表 2 2 平均温度日数 月份 日数 平均温度 123456789101112 0 61 20 3000000003 1 30 0 25 0 26 8 30 7 3031303131303130 27 9 30 000000000000 2 2 2 湿度情况 本区域气候特征是冬干夏湿 每年 11 月至次年和 4 月特别干燥 其相对湿 度为 51 73 之间 夏季因降雨日数较多 相对湿度随之增大 一般变化范围为 67 86 2 2 3 降水量情况 最大年降水量可达 1213 毫米 最小为 617 毫米 多年平均降水量为 905 毫 米 表 2 3 各月降雨日数统计表 日数 月份 平均降雨量 123456789101112 30mm000000000000 2 2 4 风力和风向 一般 1 4 月风力较大 实测最大风速为 19 1 m s 相当于 8 级风力 风向为 西北偏西 水库吹程为 15 公里 实测多年平均风速 14m s 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 10 2 3 当地水文特征 该江径流的主要来源为降水 在此山区流域内无湖泊调节径流 根据实测短 期水文气象资料研究 一般是每年五月底至六月初河水开始上涨 汛期开始 至 十月以后洪水下降 则枯水期开始 直至次年五月 该江洪水形状陡涨猛落 峰高而瘦 具有山区河流的特性 实测最大流量为 700 秒立米 而最小流量为 0 5 秒立米 2 3 1 年日常径流资料 坝址附近水文站有实测资料 8 年 参考临近测站水文记录延长后有 22 年水 文系列 多年年平均流量为 17 秒立米 2 3 2 洪峰流量资料 经过频率的分析 可以求得不同频率的洪峰流量如下表 2 4 2 4 所示 山区 洪水的特性是暴涨暴落的 表 2 4 不同频率洪峰流量 秒立米 频率0 0512510 流量23201680142011801040 表 2 5 各月不同频率洪峰流量 秒立米 123456789101112 1 461912196001240155012106703902837 2 361711155301120136010906003102333 5 231491142085011008304802501628 10 1911793707609807204102101523 2 3 3 固体径流资料 该江为山区性河流 含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化 平均 含沙量达 0 5 公斤 立米 枯水极少 河水清彻见底 初步估算 30 年后坝前淤积 高程为 2765 米 2 4 工程地质资料 虽然土石坝对地质结构要求不像拱坝 重力坝以般苛刻 但是地质构造对土 水利水电工程专业毕业设计 11 石坝的选址 建造 后期维护都有一定程度的决定性作用 2 4 1 水库地质资料 库区内出露的地层有石灰岩 玄武岩 火山角砾岩与凝灰岩等 经地质勘探 认为库区渗漏问题不大 但水库蓄水后 两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可 避免的 经过勘测 估计可能坍方量约为 300 万立米 在考虑水库淤积问题时可 作为参考 2 4 2 坝址地质资料 坝址位于该江中游地段的峡谷地带 河床比较平缓 坡降不太大 两岸高山 耸立 构成高山深谷的地貌特征 坝址区地层以玄武岩为主 间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过 对其岩性分 述如下 1 玄武岩 一般为深灰色 灰色 含有多量气孔 为绿泥石 石英等充 填 成为杏仁状构造 并间或有方解石脉 石英脉等贯穿其中 这些小岩脉都是 后来沿裂隙充填进来的 坚硬玄武岩应为不透水层 但因节理裂缝较发育 透水 性也会随之增加 其矿物成份为普通辉石 检长石 副成分为绿泥石 石英 方 解石等 由于玄武岩成分不甚一致 风化程度不同 力学性质也不同 可分为坚 硬玄武岩 多气孔玄武岩 破碎玄武岩 软弱玄武岩 半风化玄武岩和全风化玄 武岩等 其物理力学性质见表 2 6 表 2 7 渗透性 经试验得出 k 值为 4 14 7 36 米 昼夜 表 2 6 坝基岩石物理力学性质试验表 岩石名称 比重 Gs 容重 kN m3 建议抗压强度 MPa 半风化玄武岩3 0129 650 破碎玄武岩2 9529 250 60 火山角砾岩2 9028 735 120 软弱玄武岩2 8527 010 20 坚硬玄武岩2 9629 2100 160 多气孔玄武岩2 8527 870 180 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 12 表 2 7 全风化玄武岩物理力学性质试验表 压缩系数 a浸水固结块剪 天然 含水 率 干容 重 kN m3 比重 液限 l 塑限 p 塑性 指数 p I 0 0 5 m2 kN 10 6 3 4 m2 kN 10 6 内摩 擦角 凝聚 力 kPa 2 516 32 9747 332 2616 95 971 5128 3824 2 火山角砾岩 角砾为玄武岩 棱角往往不明显 直径为 2 15 厘米 胶 结物仍为玄武岩质 胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异 其胶结程度较差者 极限抗压强度低至 35MPa 3 凝灰岩 成土状或页片状 岩性软弱 与近似 风化后成为碎屑的混 合物 遇水崩解 透水性很小 4 河床冲积层 主要为卵砾石类土 砂质粘土与砂层均甚少 且多呈透 镜体状 并有大漂石掺杂其中 卵砾石成分以玄武岩为主 石灰岩与砂岩占极少 数 沿河谷内分布 坝基部分冲积层厚度最大为 32 米 一般为 20 米左右 靠岸 边最少为几米 颗粒组成以卵砾石为主 砂粒和细小颗粒为数很少 卵石最小直 径一般为 10 100 毫米 砾石直径一般为 2 10 毫米 砂粒直径 0 05 0 2 毫米 细 小颗粒小于 0 1 毫米 见表 2 8 冲积层的渗透性能 经抽水试验后得 渗透系数 k 值为 3 10 2厘米 秒 1 102厘米 秒 5 坡积层 在水库区及坝址区山麓地带均可见到 为经短距离搬运沉积 后 形成粘土与碎石的混合物质 据 水利水电工程天然建筑材料勘察规程 SL251 2000 初步设计阶段的天 然建筑材料勘察应在初查基础上进行详查 应详细查明料场岩土层结构及岩性 夹层性质 及空间分布 地下水位 剥离层 无用层厚度及方量有用层储量 质 量 开采运输条件和对环境的影响等 当需要时应进行混凝土天然掺合料的调查 在可行性研究阶段做过详查的料 场可视需要进行复查 宜采用 1 1000 1 2000 的地形图作底图进行料场地质测绘及勘探布置 对 人工骨料和块石料应实测 1 500 1 2000 料场地质剖面 砂砾料和土料料场可 实测料场 1 500 1 2000 地质剖面图 勘察储量与实际储量误差应不超过勘察 储量 15 应编制 1 10000 1 50000 料场分布图 1 10000 1 2000 料场综合地 质图 1 500 1 2000 料场地质剖面图 水利水电工程专业毕业设计 13 表 2 8 冲积层剪力试验成果表 三轴剪力 块剪 应变 拉制 浸水固结快剪 土 壤 名 称 项目 计 算值 容重 控制 kN m3 含水量 控制 内摩擦角 凝聚 力 kP a 内摩擦角 凝聚力 kPa 次数17128822 最大 值 24 38 6647 15 37 032 43 10 5 最小 值 22 24 2735 30 12 017 55 0 平均 值 23 086 4740 34 18 225 25 5 3 含 中 量 细 粒 的 砾 石 小值 平均 值 37 32 14 8 注 三轴剪力土样备系筛去大于 4mm 颗粒后制备的 试验时土样的容重为控制容重 应变控 制土样容重系筛去大于 0 1mm 颗粒后制备的 以上两种试验的土样系扰动的 2 4 3 地质构造资料 坝址附近无大的断层 但两岸露出的岩石 节理特别发育 可以分为两组 一组走向与岩层走向几乎一致 即北东方向 倾向西北 另一组的走向与岩层倾 向大致相同 倾角一般都较大 近于垂直 裂隙清晰 且为钙质泥质物所充填 节理间距 密者 0 5 米即有一条 疏者 3 5 米即有一条 所以沿岸常见有岩块崩 落的现象 上述节理主要在砂岩 泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生 2 4 4 水文地质条件 本区地形高差大 表流占去大半 缺乏强烈透水层 故地下水不甚丰富 对 工程比较有利 根据压水试验资料 玄武岩的透水性不同 裂隙少 坚硬完整的 玄武岩为不透水层 其压水试验的单位吸水量小于 0 01l min m 夹于玄武岩中 的凝灰岩 以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层 至于节理很发 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 14 育的破碎玄武岩 半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩层 正因为这些隔 水的与透水的玄武岩存在 遂使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水 一般砂岩 也是细粒至微粒结构 除因构造节理裂隙较发育 上部裂隙水较多外 深处岩层 因隔水层的层数多 难于形成泉水 石灰岩地区外围岩石多为不透水层 渗透问 题也不存在 2 4 5 地震资料 本地区地震烈度定为 7 度 基岩与混凝土之间的摩擦系数取 0 65 2 5 建筑材料 2 5 1 料场的位置与储量资料 各料场的位置与储量见坝区地形图 由于河谷内地地形平坦 采运尚方便 2 5 2 物理力学性质概述 1 土料 见表 2 9 表 2 12 2 石料 坚硬玄武岩可作为堆石坝石料 储量较丰富 在坝址附近有石 料场一处 覆盖层浅 开采条件较好 水利水电工程专业毕业设计 15 表 2 9 物 理 性 质力学性质化学性 稠度 颗粒级配 成分 粒径 d 击实剪力 自然容 重 砂 砾 粗中细粉 粘 土 湿干 料 场 名 称 自 然 含 水 量 KN m3 比 重 孔 隙 率 孔 隙 比 流 限 塑 限 塑 性 指 数 饱 和 度 2 mm 2 0 5 mm 0 5 0 05 mm 0 05 0 005 mm 0 005 mm 最 大 干 密 度 g cm3 最 优 含 水 量 渗 透 系 数 10 6 cm s 内 摩 擦 角 deg 凝 聚 力 kPa 固 结 压 缩 系 数 cm2 kg 有 机 含 量 灼 热 法 可 溶 盐 含 量 1 下24 818 9115 162 6742 260 73442 6023 1419 460 93 7 47 5 95 17 8735 4833 23 1 60 22 074 31724 67 24 0 0 021 1 73 0 070 2 下24 218 9115 182 6741 900 72143 9022 2021 700 91 7 25 4 15 14 3541 7532 25 1 65 21 02 4 80 25 50 23 0 0 020 1 90 0 019 1 上25 617 3513 032 6549 800 99049 5725 0024 570 87 8 83 8 00 17 5031 0034 67 1 56 22 30 1 90 23 17 25 0 0 026 2 20 0 110 2 上26 316 3712 842 7452 301 09349 9026 3023 500 69 4 50 4 33 20 6736 2034 30 1 54 23 80 3 96 21 50 38 0 0 033 0 25 0 110 3 下15 919 1116 642 7037 000 58034 0020 0014 000 67 6 40 9 00 12 0035 0019 60 1 80 16 90 3 00 28 00 17 0 0 010 1 90 0 080 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 16 表 2 10 砂砾石的颗粒级配 颗粒 直径 料场 300 100 100 60 60 20 20 2 5 2 5 1 2 1 2 0 6 0 6 0 3 0 3 0 15 0 15 1 上5 218 621 412 318 613 95 44 60 3 2 上4 817 820 314 117 814 84 65 30 5 3 上3 815 418 515 316 420 53 56 20 4 4 上6 018 319 416 415 616 74 82 50 3 1 下4 514 120 123 214 97 28 67 20 2 2 下3 919 222 418 719 18 35 72 80 1 3 下5 023 119 114 218 48 96 34 10 9 4 下4 122 418 714 117 914 44 13 60 7 表 2 11 砂砾石的物理性质 名称1 上2 上3 上4 上1 下2 下3 下4 下 容重 kN m3 18 617 919 119 018 618 518 418 0 比重2 752 742 762 752 752 732 732 72 孔隙率 32 534 731 031 532 532 232 533 8 软弱粒 2 01 50 91 22 50 81 01 2 有机物淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色 注 各砂砾石料场渗透系数 k 值为 2 0 10 2 厘米 秒左右 最大孔隙率 0 44 最小孔隙率 0 27 水利水电工程专业毕业设计 17 表 2 12 各料场天然休止角 料场名称最小值最大值平均值 1 上 34 30 35 50 35 10 2 上 35 00 37 10 36 00 3 上 34 40 36 40 35 40 4 上 35 10 37 40 36 30 1 下 34 10 36 30 35 20 2 下 35 20 38 00 36 40 3 下 34 30 37 10 35 50 4 下 36 00 38 20 37 10 2 6 经济资料 2 6 1 库区经济 流域内都为农业人口 多种植稻米 苞谷等 库区内尚未发现有价值可开采 的矿产 淹没情况如下表 表 2 13 各高程淹没情况 高程 米 280728122817282228272832 淹没人口 人 350036403890406053207140 淹没土地 亩 300032203410360046006100 2 6 2 交通运输 坝址下游 120 公里处有铁路干线通过 已建成公路离坝址仅 20 公里 因此 交通尚称方便 2 7 枢纽任务 本工程同时兼有防洪 发电 灌溉 渔业等综合作用 2 8 枢纽特征 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 18 枢纽的特征尺寸与主要设备特性如下 2 8 1 发电 装机 24 MW 多年平均发电量 1 05 亿度 本电站装 3 台 8MW 机组 正常蓄水位为 2822 5 米 汛限水位为 2822 5 米 死水位为 2796 0 米 3 台机组满发时的流量为 44 1 秒立米 尾水位为 2752 2 米 厂房型式为引水式 厂房平面尺寸为 32 13 米 米 发电机高程为 2760 米 尾水管底高程为 2748 米 厂房顶高程为 2772 米 副厂房平面尺寸为 32 6 米 米 安装场平面尺寸为 8 13 米 米 开关站尺寸为 30 20 米 米 2 8 2 灌溉 增加保灌面积 1 5 万亩 2 8 3 防洪 可减轻洪水对水库下游的威胁 过 100 年一遇和 200 年一遇洪水时 经水库 调洪后 洪峰流量由原来 1680 秒立米和 2320 秒立米分别削减为 769 秒立米和 861 秒立米 要求设计洪水时最大下泄流量限制为 900 秒立米 校核洪水位不超 过正常蓄水位 3 5 米 2 8 4 渔业 正常蓄水位时 水库面积为 15 平方公里 为发展养殖业创造了有利条件 2 8 5 过木 根据林业部门提供的要求 确定木材过坝量 木材最大材 大头直径 2 8 6 其它 引水隧洞进口底高程为 2789 00 米 出口底高程为 2752 30 米 引水隧洞 直径为 4 米 压力钢管直径 2 6 米 调压井直径为 12 0 米 放空洞直径为 2 5 米 可放空水库至水位 2770 00 米 水利水电工程专业毕业设计 19 第三章 洪水调节计算部分 3 1 工程等别及建筑物级别的判定 本工程正常蓄水位为 2822 4m 对应水库库容为 407 38 106 m3 装机 24MW 根据 SDJ12 78 水利水电工程等级划分及设计标准 山区 丘陵部分 由水库总库容指标 估计校核情况下库容不会超过 10 亿 m3 定为大 2 型 由 防洪效益 灌溉面积 装机容量等指标定为小 1 型 根据 各指标分属不同 标准时 采用其中最高级别来控制 的原则 最终由水库库容确定该工程规模为 大 2 型 所以判别出枢纽的主要建筑物级别为 2 级 次要建筑物为 3 级 临 时建筑物为 4 级 3 2 洪水调节计算原理 3 2 1 确定洪水标准 永久建筑物洪水标准可以根据建筑物级别查得 正常运用 设计工况 洪水 重现期 100 年 非常运用 校核工况 洪水重现期 2000 年 设计洪峰流量 Q 设 1680m3 s P 1 校核洪峰流量 Q 校 2320 m3 s P 0 05 3 2 2 泄洪方式与水库运用方案的确定 本挡水建筑物初定为土石坝 需另设泄水建筑物 使土石坝在泄洪时遭受洪 水流动的影响较小 现对各种河岸泄水建筑物作如下讨论 1 正槽溢洪道 是以宽顶堰或各种实用堰为溢流控制的河岸溢洪道 该种溢洪道泄流能力大 水流条件平顺 结构简单可靠 2 侧槽溢洪道 用于山高坡陡的河岸 该种溢洪道水流条件复杂 必须经水工模型试验验证 以上两种溢洪道为表孔泄洪 超泄能力大 溢流堰下游接开敞式溢洪道或明 流隧洞 3 井式溢洪道 洪水经环形溢流堰进入直井 水流在直井内有明流转为有压流 再经隧洞泄 往下游 其泄流能力与溢流堰 过渡段 隧洞段三者泄流能力相关 水力学条件 复杂 超泄能力小 水流不稳定 易发生旋涡 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 20 此外 由于坝址处较窄 山坡陡峭 山脊高 且两岸山坡没有可资利用的天 然垭口 如采用明挖溢洪道 则开挖量大 造价较高 综上 枢纽工程采用正槽溢洪道 溢流堰下游接明流隧洞 并考虑与施工导 流洞结合 洪水来临时控制闸门 使下泄流量与来流量相等 这时水库保持汛前限制水 位 2822 4m 不变 当来流量持续加大 闸门要完全开放 此时下泄流量随上游水 位的增高而增高 呈自由泄流的流态 防洪限制水位取与正常蓄水位相等 即防洪库容与兴利库容完全不结合 由 于山区河流的特点是暴涨暴落 汛期时间内洪水随时可能爆发 所以预留一定的 防洪库容是必需的 3 2 3 调洪演算的原理 以洪峰流量控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大 可以得出设计 1 与校核洪水 0 05 过程线 拟定几组不同溢流孔口宽度 B 及堰顶高程 的方案 堰顶自由泄流公式 Q m B 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 调 自 Q 调开始 假定三条泄洪过程线 直线 在洪水过程线上查出 Q 泄 并算出相应的蓄积库 容 V 根据库容一水位关系曲线可得 V 对应的库水位 H 三组 Q 泄 H 绘制的 Q H 曲线将与由 Q m B 2g 1 2H3 2绘制的 Q H 曲线相交 交点就是所要求的下 泄流量及相应上游水位 3 3 堰顶高程及泄洪孔口的选择 调洪演算时要拟定几组孔口宽度 B 及堰顶高程 的方案 通过分析比较 针对指标 确定最优方案 3 3 1 堰顶高程及孔口尺寸选择原则 堰顶高程 如果取的过低 溢流孔口净宽 B 选的过大 则下泄能力也会加 大 故而所需水库防洪库容可减小 挡水建筑物所在高度也可减小 淹没损失也 减小 但是隧洞本身造价及工程量会加高 已知本工程允许下泄流量为 900 m3 s 过大的下泄流量为下游抗冲所不能允许 如果堰顶高程 取的过高 孔口净宽 B 取的过小 结果则与上述相反 3 3 2 初步方案拟定 要得到孔口尺寸与堰顶高程的最佳方案 要在施工技术可行的前提下 结合 泄水隧洞以及包括拦河坝在内的总造价最小来优化方案 通过各种可行方案的经 水利水电工程专业毕业设计 21 济类比来决定最终方案 参照已建工程经验 拟定六组孔口尺寸与堰顶高程如下 采用单孔泄洪 方案一 2812m B 7m 方案二 2811m B 7m 方案三 2811m B 8m 方案四 2810m B 8m 3 4 调洪演算结果与方案确定 3 4 1 调洪演算的结果 计算过程详见计算书第一节 本设计中拟定六组方案进行比较 成果见表 3 1 表 3 1 调洪演算成果 方 案 孔口尺寸 m 工 况 Q m3 s 上游水位 Z m 超高 Z m 1 2812m B 7m 设计 校核 571 647 2824 2 2825 28 1 8 2 88 2 2811m B 7m 设计 校核 630 706 2824 2825 1 1 6 2 7 3 2811m B 8m 设计 校核 700 786 5 2823 75 2824 8 1 35 2 4 4 2810m B 8m 设计 校核 770 860 2823 6 2824 65 1 2 2 25 注 1 发电引水量 Q 44 1 m3 s 与总泄量相比较小 调洪演算未作考虑 仅做安全储备 Z 为正常蓄水位以上超高 2 泄洪隧洞出口做成扩散段 使单宽流量 q 100m3 s 满足下游抗冲要求 3 4 2 方案的选择 从调洪演算的结果得出 拟定的四组方案均能满足流量 Q 900 m3 s 及上游水 位超高 Z 3 5m 的要求 所以方案的选择要通过技术经济比较选定 本设计中仅作 定性说明 同时也应考虑与导流隧洞 放空洞 三洞合一 的布置问题 一般 Z 越大 大坝就要增高 大坝整体工程量也将加大 与此同时 Q 过小对泄洪不 利也不经济 故而采用第四种方案 即堰顶高程 2810m 每个溢流孔净宽 b 8m 该方案设计洪水位 2823 6m 设计泄洪量 770m3 s 校核洪水位 2824 65m 校核泄洪量 860 m3 s 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 22 水利水电工程专业毕业设计 23 第四章 坝型选择及枢纽布置概述 土石坝坝址及坝型选择都与枢纽布置密切相关 针对同一坝址可能有不同的 坝型和枢纽布置方案 不同坝轴线也适用于不同的坝型和枢纽布置 必须根据枢 纽综合利用要求 结合综合利用 施工量 地形 地质 水利 等条件 选择不 同的坝址和相应的坝轴线 拟定不同坝型的各种枢纽布置方案 进行技术经济比 较 然后才能选择出最好的坝轴线位置和相应的枢纽布置合理位置 4 1 坝址及坝型选择 4 1 1 坝址的选择 坝轴线应根据坝址区的地形地质条件 坝型坝基处理方式 枢纽中各建筑物 特别是泄洪建筑物的布置和施工条件等 经多方案的技术经济比较确定 坝轴线 因地制宜地选定宜采用直线 当采用折线时 在转折处应布置曲线段 设计地震 烈度为 8 度 9 度的地区不宜采用折线 经过比较选择资料地形图所示河弯地段作为坝址 并拟定 两条 较有利的坝轴线作为备用坝址的两个方案 通过以下几个方面定性地加以比较 最终确定坝轴线位置 4 1 1 1 地质条件比较 坝轴线和 坝轴线均处在以玄武岩为主 间有少量凝灰岩和火山角 砾岩穿过的地层中 地质条件较相似 但 剖面 河床中部最大 34m 河床覆 盖层厚平均 20m 坝肩除了 10m 左右范围的风化岩外 其余为坚硬玄武岩 地质 构造总体良好 剖面出与 剖面具有大致相同厚度的覆盖层及风化岩外 然而底部玄武破碎带纵横交错 渗流比较严重 需要进行的地基处理工程量大 增加了造价和延长了总体工期 从地质条件角度来比较 坝轴线方案优于 坝轴线方案 4 1 1 2 地形条件比较 坝轴线方案和 坝轴线方案都地处中游地段的峡谷地带 主要地形 坡降不大 河床平缓 由于枢纽具有过木要求 所以在枢纽布置中必须考是否适 宜于过木 坝轴线方案水流流向较平顺 坝趾附近无较明显河道转弯 而 坝轴线方案坝趾以下不远处紧接河道拐弯处 水流不利于过木 所以 从 地形条件来比较 坝轴线方案优于 坝轴线方案 4 1 1 3 建筑材料比较 斜心墙土石坝及坝坡稳定分析 24 分析地质地形图 坝轴线和 坝轴线附近覆盖层浅 建筑材料都比 较丰富 开采条件较好 而且河谷地地形平坦 附近通有公路 所以开采和运输 都相对比较方便 所以 在建筑材料方面不能区分出两种方案的优劣 4 1 1 4 施工条件及工程量比较 从地形图上分析 坝轴线方案和 坝轴线方案在布置内外交通运输 施工场地 和进行施工导流等方面没有明显的区别 两种方案都是方便施工的 通过比较两轴线处河宽 发现 坝轴线的河宽比 坝轴线河较窄 这样可 以减小工程量 降低工程总造价 因此 在施工条件及工程量角度 坝轴 线方案稍优于 坝轴线方案 4 1 1 5 综合效应比较 对不同坝址选择 不仅要综合考虑防洪 灌溉 航运 发电各部门的经济效 益 还要考虑对枢纽上下游的生态影响和库区的淹没损失等 要使得综合效益最 大 有害影响最小 对通过多方面比较 坝轴线方案稍优于 坝轴线方案 所以 综合考虑以上因素 坝轴线选在 1 1 剖面处 而且挡水建筑物按直线布 置 坝轴线布置于河床较窄处 以尽量减少工程量 减低工程造价 4 1 2 坝型的选择 坝型选择是大坝设计中首先要解决的一个至关重要的问题 它直接关系到整 个枢纽的工期 投资和工程量 地形 地质 气候 坝高 筑坝材料 施工和运 行条件等都是影响坝型选择的重要因素 水利枢纽中的拦河坝的型式主要有 拱坝 支墩坝 重力坝 土石坝及新型 坝型如碾压混凝土坝 面板堆石坝等等 根据本地形 地质条件和材料储备情况 对以上坝型进行分析比较 确定出最适合的坝型 1 拱坝 在平面上拱坝是凸向上游的 它的工作特点是通过拱的力传递作用将水压力 的全部或部分传给河谷两岸的基岩 拱坝首先依靠拱的作用 将力传递给拱座 再次是依靠悬臂梁将荷载传给大 坝基岩 拱坝得主要特点有 坝体积相对较小 依靠拱圈作用维持大坝稳定 坝的自重作用影响不大 要 求河谷形状呈 V 状深窄对称 高宽比要大 受力条件好 抗震性能好 超 载能力很强 所以安全度较高 地基处理要求严格 施工技术要求高 所以拱坝对地质较理想的条件是建造于深窄对称的河谷上 对地质较理想的 条件是岩石尽量质地均匀 致密 有足够的不透水性 强度和耐久性 而且两岸 水利水电工程专业毕业设计 25 拱座基岩完整且坚固 没有大的断裂构造和软弱夹层 边坡稳定 本工程地形河谷较宽 地质条件较差 岩石较破碎 强度低 岩石节理裂隙 发育 坝基透水岩层为中等严重透水层 相对不透水层埋藏很深 如果在此建造 拱坝 则坝基开挖工程量庞大 况且大坝的安全性不高 故不选择建拱坝 2 支墩坝