片上土石坝枢纽毕业设计.doc

河北工程大学毕业设计（论文）片上水库土石坝枢纽毕业设计目录1基本资料- 7 -1.1流域概况- 7 -1.2气象- 7 -1.3洪水- 7 -1.4径流- 8 -1.5泥沙- 8 -1.6特征水位及库容- 8 -1.7兴利调节【2】- 9 -1.8汛后最高蓄水位【2】- 10 -1.9水电站【4】- 10 -1.10水库淤积- 11 -1.11水库淹没- 12 -1.12工程地质条件- 12 -1.13库区渗漏问题- 13 -1.14坝址工程地质条件- 13 -1.15其他建筑物的工程地质条件- 15 -1.16筑坝材料【3】- 15 -1.17工程等级及地震烈度【5】- 16 -1.18其他数据- 16 -1.19枢纽主要技术指标- 17 -2坝段、坝线、坝型的选择- 19 -2.1主坝坝型选择- 19 -2.2付坝坝轴线和坝型选择- 21 -3挡水建筑物的布置- 23 -3.1坝顶高程计算- 23 -3.1.1正常蓄水位情况下坝顶高程的计算6- 23 -3.2坝顶长度的确定- 24 -3.3坝顶宽度的确定- 24 -3.4坝坡- 24 -4渗流计算- 25 -4.1主坝的最大剖面渗流计算- 25 -4.2主坝特征剖面的渗流计算- 26 -4.2.1剖面1渗流计算- 26 -4.2.2剖面2 渗流计算- 27 -4.2.3剖面3 渗流计算- 29 -4.3付坝的渗流计算- 32 -4.3.1最大剖面- 32 -4.4付坝的特征剖面渗流计算- 33 -4.4.1剖面1渗流计算- 33 -4.4.2剖面2渗流计算- 34 -5坝坡稳定分析和计算- 37 -5.1坝坡稳定分析的说明6- 37 -5.1.1坝坡稳定分析的任务- 37 -5.1.2计算工况- 37 -5.1.3荷载组合- 37 -5.1.4计算断面- 37 -5.1.5控制标准- 37 -5.1.6基本与原理与计算方法- 38 -5.2不利水位下，上游坡的稳定计算结果及成果分析- 40 -5.3稳定渗流期下游坡的稳定计算结果及成果分析- 45 -5.4稳定渗流期加地震影响的下游坡的稳定计算结果及成果分析- 46 -6细部构造- 47 -6.1坝顶的布置- 47 -6.2护坡及坝面排水的布置- 48 -6.2.1上游护坡的布置- 48 -6.2.2下游护坡- 48 -6.2.3坝面排水- 49 -6.3防渗体的布置- 50 -6.4排水设备的布置- 50 -6.6土坝与坝基、岸坡的连接- 51 -6.6.1土坝与坝基的连接- 51 -6.6.2土坝与两岸的连接- 51 -7地基处理- 52 -7.1主坝地基处理- 52 -谢辞- 53 -参考文献- 54 - 35 -1基本资料1.1流域概况片上水库是河海流域大清河北支流拒马河上的一座大（二）型综合利用水利工程。水库总库容7.16亿立米，死库容0.44亿立米可进行防洪、兴利的调节库容6.72亿立米。拒马河发源于河北省涞源县，流经涞源、易县、涞水山峡地区，至北京房山县张坊镇流入平原，并分南北两支。南拒马河经涞水至北河店与易水汇流至新城白沟镇，北拒马河汇合胡良河、琉璃河后在涿州县东茨村入白沟河，往南流至白沟镇汇合南拒马河后为大清河。拒马河位于太行山东麓，流域面积约10000km2。地形特点，西部为山区，流域面积约5000km2，东部为平原。山区多为石质山区，植被较少，坡度较陡。仅上游涞源以上分水岭处于黄土高原边缘地区。平原河槽较窄，坡度很缓。本流域且为华北暴雨中心所在，因此洪水大，危害较为严重。本工程可为东部平原房、涞、涿灌区的一百多万亩农田灌溉、北京生活及工业用水提供水源。1.2气象本流域处于山区，夏季炎热多雨。附近张坊站平均年降雨量740mm，年平均气温约为11.6，年内气温变化较大，最高温度达43.5，最低温度-26。降雨主要集中在七、八月份，多年平均降雨量470mm，占全年降雨量的65%，七、八月降雨又主要集中在几次暴雨上，特点是强度大，雨量集中。由于天气系统及地形抬升的相互影响，张坊上游的紫荆关一带极易形成暴雨，如1950年8月上旬、1955年8月中旬、1956年、1963年8月上旬均出现日降雨量大于100mm的暴雨。暴雨过程一般为2-3天。1.3洪水本流域洪水均为暴雨洪水，主要发生在七、八月份，一次洪水历时5天左右。较大洪水多是单峰型，陡涨陡落，双峰或多峰不多，且为小水年【1】。据实测20年资料统计，洪峰流量最大为9920m3/s（1963年），最小洪水为45m3/s（1965年）相差220倍。三天洪量最大为5.67亿立米（1963年），最小洪量0.08亿立米（1965年）相差77倍（实测洪水系表列从略）。本流域调查到的最大洪水为1801年，经计算得洪峰流量为20000m3/s【2】。考虑到下游为宽阔平原，并有京广铁路经过，大坝为土坝等情况，取19000m3/s作为校核大坝的非常洪水，以校核水位190.1m，取1140m3/s作为设计洪水流量，相应水位186.8m，依次选定泄水建筑物尺寸。洪水实测资料中，以1963年最大，1956年次之，洪峰流量分别为9920m3/s和4200m3/s，以1963年、1956年的的平均概化过程线为典型，按洪峰流量比值放大计算得设计洪水、校核洪水过程线（见图1.1）。图1.1 片上水库设计、校核洪水过程线1.4径流按规划，本水库上游拟建紫荆关水电站，系跨流域水电站。年径流按紫荆关-张坊站区间的径流量计算，紫-张区间年径流量最大为14.55亿立米（1956-1957年），最小为1.27亿立米（1965-1966年），相差11倍，1951-1970年19年系列平均值为5.74亿立米。1.5泥沙本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量占全年的99%。据实测资料计算，紫-张区间多年平均输沙量为46万吨，推移质占总沙量的20%【3】。经计算，紫荆关水电站建成后，本水库多年平均来沙量为55万吨。1.6特征水位及库容 （1）设计洪水考虑到本水库应有一定的防洪库容以拦蓄洪水，若降低洪水位对防洪、兴利效益大为不利，而若提高洪水位，可能降低京-原铁路标准或进行局部改建，协调二者，本水库设计洪水位定位186.8m（P=1%）。 （2）校核洪水京-原铁路在拒马河左侧穿越，有十余座桥涵通过库区，桥梁高程最低者为190.44m，墩顶高程为190.26m。考虑在校核洪水时不影响铁路正常通车，校核洪水定位190.1m（P=0.1%），相应库容为7.16亿立米，坝顶高程193.0m。 （3）死水位本水库为综合利用水利枢纽，死水位确定应考虑工业、给水、灌溉、发电等用水要求。工业给水保证程度要求较高，工业给水隧洞进口高程已定为125.0m，本水库电站拟采用的抽水蓄能机组，水轮机最小工作水头为28m，灌溉用水，为了尽量利用水库水量，希望取水口高程低些。考虑以上各用水部门要求，死水位定为130.0m。 （4）汛限水位根据下游河道现有行洪能力及有关部门要求，按遇1955年洪水限泄1300m3/s时，洪水不漫滩；遇1963年洪水限泄3000m3/s，不超过现有河道行洪能力；遇到校核洪水时，限泄最大流量7000m3/s；当水位达到190m时，相应最大泄量为18000m3/s。根据上述分级标准和相应洪水过程线，调洪计算按分级控制确定防洪库容，求得设计洪水位以下防洪库容2.98亿立米，设计洪水位至190m为强迫库容0.56亿立米。因此，防洪总库容为3.54亿立米，相应汛限水位为168m。在上述标准下，本水库能使中小洪水尽可能拦蓄，削减洪峰47-70%削减洪量20.8-32.5%。1.7兴利调节【2】防洪、兴利总库容6.72亿立米，其中防洪库容3.54亿立米，汛期可以进行兴利调节的库容3.18亿立米，考虑淤积后，汛期兴利库容为3亿立米。根据规划，本水库工业需水4.0m3/s。农业灌溉毛定额按400m3/亩计算。水库蒸发损失350万立米/年。径流调节依据紫-张区间多年实测径流量（水库多年平均来水量为6.01亿立米），加上紫荆关水电站汛期弃水量（多年平均弃水量为0.27亿立米），进行调节计算。时历法求得调节流量保证曲线及平、枯水年调节流量如图1.2及表1.1所示。 图1.2 片上水库流量保证率曲线表1.1 调节流量表标准毛调节流量秒立米折合毛水量亿立米净调节水量亿立米工业用水量亿立米灌溉用水量亿立米平水年14.74.634.531.263.27枯水年10.53.313.211.261.95按表1.1调节后，平水年可用于灌溉的水量为3.27亿立米，按毛灌溉定额400立米/亩计算，可灌溉82万亩，遇到枯水年，则可灌溉49万亩。1.8汛后最高蓄水位【2】 根据调节计算后分配给灌溉的用水量，结合各月用水比例（表1.2），进行用水的月分配。在9-11月内灌溉用水量不大，一般天然来水略大，故水库可一回蓄一部分。在4-6月份灌溉用水较多，届时天然来水较小，水库水位则逐渐下降，据统计，在19年中有10年消落到死水位，其他年份则高于死水位。对每年汛后水位也有高有低，见表1.3。表1.2 各月灌溉用水比例表月份678910111212345全年比例%20120808000122020100表1.3 最高蓄水位出现的次数表最高蓄水位/m185m以上184m以上180m以上179m以上172m以上19年中出现的次数12467从表1.3可知蓄水位：在180m以上，多年中出现的次数很少，占19年的21%（即不足5年一次），在179m以上，多年中出现的次数较多，占19年的32%（即近3年一次）后者亦即相应提高了水库蓄水的保证程度，也不会影响水库兴利的效益。因此选定汛后最高蓄水位179m是适宜的，相应汛后兴利库容为4.74亿立米，其中防洪、兴利共用库容1.58亿立米。1.9水电站【4】 （1）灌溉给水电站片上水库库容较大，发电隧洞较短，具有修建水电站的有利条件。另一方面，由于水库的兴利任务，主要是农业灌溉和工业给水，所以发电服从灌溉和给水，在灌溉和工业引水出口各修建一座水电站，利用灌溉和工业供水发电。灌溉给水电站为季节性发电，引水流量33，采用2台机组，总装机容量1.6万千瓦。由于库水位变化较大，汛后最高蓄水位186.8m，死水位130m，电站尾水位为105.0109.6m，水头变化范围大，在最大最小水头时，采取提高转速或增大机组容量等措施来解决给水发电问题。 （2）工业给水小电站工业给水结合发电，引水流量为4，装机2台机组，总装机容量2500千瓦，电站尾水高程为110.3m。由于水头变化范围较大，当库水位在149m以下时，机组受最小水头限制不能运行，工业用水用旁通管下泄，机组可在这时进行检修。当库水位在149m以上时，机组均能正常运行。小电站年发电量约1400万度，设备年利用小时数约5600小时。1.10水库淤积片上水库为河道型水库，库水位变幅大，回水末端变化范围大长，来沙量少，而且主要集中在汛期，多年平均含沙量约1，库区河道纵坡约为2.5%。由于库水位变幅大，使入库沙量不易集中落淤，参考大伙房丰满等河道型水库淤积形式，本水库定为带状均匀淤积，认为淤积前后的河底比降基本不变，坝前淤积高程按异重流淤沙量确定。水库淤积按50年考虑，上游紫荆关水库未修建前，入库沙量按片上水库全流域来沙量计算，紫荆关水库修建后，按紫荆关-片上区间来沙量加上紫荆关出库沙量计算，本次计算按建库后，前10年全流域来沙量1200万立米，后40年紫荆关建库后，片上水库来沙量为2500万立米，则50年淤沙量为3700万立米，并根据各高程的淤积量，修改库容曲线，见图1.3。图1.3 片上水库水位库容、面积曲线推移质由于缺乏实测资料，参考大伙房等水库，采用推移质输沙量占总沙量的20%，其淤积范围分配80%在尾部段，20%淤积在有效库容内。1.11水库淹没水库主要由基岩组成，第四纪堆积物不多，故没有坍岸及浸没问题，水库两岸冲沟发育，沟内均有居民点分布，耕地主要分布在阶地上和冲沟边。库区每人平均耕地0.75亩，农作物主要是玉米，其次是小麦、谷子、白薯等。沿库区左岸有京原铁路，张坊至浦洼公路和输电线等穿过。水库淹没面积在校核洪水位190m时为20，汛期最高蓄水位179m时为16.3。初步调查，需移民12000人，淹没耕地8900亩，淹没公路约30km，输电线约50km。1.12工程地质条件本区除第四系地层外，均为中震旦系，雾迷山组地层（Z2w），分层、厚度及岩性见表1.4。此外尚有燕山期辉绿岩墙侵入体。表1.4 地层厚度及岩性编号岩性厚度/m相应坝区分层编号备注Z52w板状、厚层状白云岩夹少量页岩、石英岩、底部为杂色石英砾岩400Z42w厚层白云岩180-200Z32w硅质条带灰岩夹硅质白云岩220-250Z22w硅质条带状、斑点状白云质灰岩（局部变质成大理岩）夹绢云母片岩（在与辉绿岩接触处滑石化）300-400Z2wZ2wZ2w本层为坝基地层Z12w厚层硅质白云岩约250辉绿岩和片岩透水性甚微，是本区相对隔水层。本区构造，普遍发育有两组构造裂隙，一组为走向北东70度左右，一组为走向北西300-340度，均为高角度裂隙。本区地震烈度，根据中科院地质研究所鉴定为度。1.13库区渗漏问题在右岸，沿库边有辉绿岩墙从付坝垭口向上游一直延伸到六渡村对岸，自然形成了库区良好隔水墙，辉绿岩分布高程只在局部地段低于库水位（即沈家阉村西的南水沟一带）。170m以下不存在渗漏问题，170m以上与库水接触范围较短，约为400-500m，渗径约为3km，水头压力小，因此渗漏是很微小的。在左岸，存在库内湾子沟向库外邻谷的渗漏问题。从湾子沟地下水位看，沟的上游高于下游，补给河水，其次湾子沟与邻谷之间分水岭宽度约3-5km，山体内有北东压向性南水沟断层带及部分夹有片岩的直立岩层存在，可起阻水作用，加之本区溶岩不发育，因此向邻谷不会产生大面积渗漏，沿局部裂隙的渗漏量较微小。总观，库区渗漏性质属局部岩溶裂隙性渗漏，但量较小，不致严重影响水库蓄水和效益。1.14坝址工程地质条件 （1）河床覆盖层河床宽600余米为第四系冲积砂卵石层所覆盖，厚度一般为15-28m，以卵石层为主。地下水位高程一般105-106m。7个孔的抽水试验资料，渗透系数K最小为24.07m/昼夜，最大739.66m/昼夜，一般为200-500m/昼夜，应作防渗处理。另外，在砂卵石层中，有砂质黏土基细沙夹层，高程一般89-91m，厚度1.5-1.8m，这些夹层顺河方向延伸稍长，以窄条带状分布在河床西侧漫滩边缘。右岸发现有含碎石卵石的砂质黏土层，属岩石的风化残积层，范围不广，厚度一般1-2m，一般位置较深，因此对坝体稳定影响不大，但应摸清具体分布范围，以便确定处理措施。 （2）岩溶、渗漏问题从岩性看，本区灰岩均系硅质和白云质灰岩（白云岩），结晶程度较好，相对不易被溶蚀。据钻孔资料分析，本区岩溶发育，一是在坝址区高程70-90m较多发育，二是在片岩层的上下层面处较多发育，但溶洞很少，也很小。深层岩溶问题是不存在的，主要表现为岩溶裂隙。据压水试验资料统计，单位吸水量算术平均值为3.2升/分，大值平均值为14.5升/分。说明坝基岩石透水性大，对坝基渗漏是不利因素。但在坝下基岩中第2层绢云母片岩，隔水性好，又是防渗的有利条件。据钻孔资料，第2层绢云母片岩在坝下普遍分布，只有厚度变化的差别（厚度3-7m）没有间断现象。因此顺河断层是不存在的。据野外及钻孔资料分析，第2层绢云母片岩，在坝基下是稳定的连续的，并具有良好的隔水性。河床右岸部分，第2层片岩厚度相对较薄，约3m作左右。在砂卵石层下，第2层片岩出露部分风化较严重，帷幕灌浆线应稍靠上游，且应伸入基岩内3-5m，在片岩新鲜处与其相接。两岸帷幕灌浆处理深度，据压水试验资料，左岸应20-60m（伸入基岩中），右岸岩石透水性较小，处理深度可取25m。 （3）地下水动态据地下水位观测，坝址区地下水位坡降较小，在右岸为地下水补给河水。但左岸地下水有一“凹陷带”，从钻孔资料看，主要是因为该段为古河床主流线部位，砂砾石层中孤石较多，因而透水性大，致使该段地下水位稍低。考虑两岸地下水位较低，一般工程在106-110m左右，因此存在绕渗问题，建议适当向两岸适当延长帷幕线，以减少绕渗量。特别是右岸，为防止渗流改变工程地质条件，建议筑坝帷幕与溢洪道帷幕相接，使其连成一体。 （4）左岸崩坡积物的工程地质条件左岸坝肩部分，分布有一崩坡积物，顺河方向长约1000余米，宽约120余米，表面以30坡倾向河谷。在高程140米处厚度最大，约47米，以上逐渐变薄。坡积物下基岩地形呈阶梯状。坡积物主要为土、碎石及大块石，从表层坑井看，土的含量较多，约占50%形成图夹碎石和块石，碎石、块石不起骨架作用，只局部地段块石较多。经试验分析知，属中等失陷性，浸水下沉问题不严重，但厚度较大，总下沉量也是不小的。野外试验变形模量值（算术平均值）为681，压缩性不严重。渗透系数为10-3cm/s，下部透水严重。因此筑坝时可以不挖除，但必须做好防渗处理以免蓄水后因渗漏恶化其工程地质条件。1.15其他建筑物的工程地质条件 垭口付坝垭口，在坝高193m高程处，谷宽230m，谷底宽60m，谷底高程141.0m。谷底有砂质黏土覆盖，厚度6-8m。在谷底右侧沿断层有辉绿岩墙侵入体，走向为北西330-340度，倾向南西，倾角80度，宽52m。辉绿岩风化严重，全风化带约10m，半风化带15m左右。辉绿岩中可见有缓倾角压扭性破碎带，并发育有一组缓倾角裂隙，走向北东20-50度，倾向东南，倾角16度。辉绿岩与灰岩接触处透水性大，并可见溶蚀现象，东侧较差，单位吸水量0.09-4.3升/分，西侧稍好，单位吸水量为0.05升/分。垭口在高程145-157米处分布有两层片岩，下边一层已滑石化，极软弱，遇水崩解。垭口为一断层，此处承载力低，抗滑性能较低，不利地质条件比较集中，修建高大的砼溢洪道是不利的，而在此修建土石付坝问题不大。但应进行防渗处理，尤其是灰岩与辉绿岩接触带，建议处理深度右侧采用30m，左侧15-20m。1.16筑坝材料【3】 土料及砂石料储量土料，坝上下游均有料场，上游料场储量141.89万立米，运距1.2km，有效土层厚度2-5m；下游料场储量263.85万立米，运距2km，有效土层厚度一般约3-4m。砂石料，料场主要在坝下游，总储量为4751.2万立米，其中包括上游料场储量89.5万立米（占总储量的1.9%）。平均运距12km。土料及砂石料储量均满足需要。质量土料质量，据现有试验资料，大部分为中壤土，少量为轻壤土及重壤土，部分含有少量僵石，符合筑坝要求。但在埋藏深度2m以下的部分土料含水量大于20%，应合理布置开采，以减少翻晒工作量。砂砾料质量，根据试验资料，东庄料场较差，含泥量达24%且缺少中间粒径，级配欠佳，压实性差，使用时应注意采取措施。总的看来，各料场砂砾料的中间粒径略少，含砂量大，加权平均值为69%。大于150mm的颗粒多者约占13.4%。上坝时砾料集中现象难于避免，应考虑此情况下的渗透稳定性或采取相应措施。砼骨料及块石料河床砂卵石作为砼骨料，其质量，粗骨料符合要求，多为坚硬的火成岩及灰岩，浑圆度较好；细骨料一般偏细，且量缺少，开采时势必弃料量所占比例较大。建议采用坝下游铁索崖一带为砼骨料场，拟开采量为65万立米。坝体护坡块石料：在坝上游两岸，西沟及下游铁索崖一带均可开采。以铁索崖一带较好，多系厚层，相对完整。其他地方因夹片岩及薄层，相对利用率较低。筑坝材料技术指标土料初始孔隙水压力系数B=0.3，凝聚力c=14.0kPa，堆石孔隙n=0.33，变形模量68.1MPa，其余指标见表1.5。表1.5 心墙壤土及砂砾料的设计指标筑坝材料名称容重（kN/m3）内摩擦角（度）渗透系数K（cm/s）d（干）s（湿）b(饱和)f（浮）水上水下土料16.719.320.310.322.520.5110-5砂砾料（坝体）19.620.622.112.13532110-2堆石体19.64037砂砾料（坝基）19.622.112.132110-31.17工程等级及地震烈度【5】本工程等别为大二型，主要建筑物：拦河坝、溢洪道、隧洞、厂房、引水洞为2级建筑物。设计洪水标准为百年一遇，校核洪水标准为千年一遇。本区基本地震烈度为7度，设计烈度提高1度，按8度考虑。正常情况，计算风速选用25m/s，校核情况计算风速选用18m/s。水库吹程采用2.5km。1.18其他数据溢洪道闸底板摩擦系数采用0.6，凝聚力取60kPa。闸基允许应力采用6MPa。隧洞岩石坚固系数Fk=4，单位弹性抗力系数K0=2kN/cm3，弹模E=4105 kN/cm2。1.19枢纽主要技术指标枢纽主要技术指标见表1.6、表1.7。表1.6 水库特征值项目数量相应尾水位/m下泄流量/m3/s备注坝顶高程/m193.0校核水位/m190.1104.0（坝后）19000千年一遇设计水位/m186.8109.6（灌溉电站后）11400百年一遇汛后最高蓄水位/m186.8汛期限制水位/m167.5发电最低水位/m138.0105.0（灌溉电站后）死水位/m130.0总库容亿/m37.16防洪库容亿/m33.62兴利库容亿/m36.09共用库容亿/m32.99死库容亿/m30.44淤沙库容亿/m3汛期兴利库容/亿m33.10表1.7 枢纽建筑物序号挡水建筑物最大坝高/m坝顶长度/m坝型尾水位或地面高程1主坝89.01307.4心墙坝下游无水（河底高程104.0）2付坝60242.44心墙坝下游无水（河底高程133.0）1.20坝轴线河谷断面图图1.4 片上水库主付坝轴线河谷断面图2坝段、坝线、坝型的选择坝段选择：自上游至下游近6km地段，选择3个坝址进行比较。上游千河口坝址，采用重力坝型，河谷狭窄，坝体工程量小，但库容小，不能满足防洪兴利要求；片上坝址下游约2km处风葫芦台坝址，存在库区漏水，工程量大，投资增加较多，效益相对增加不大。故此上述二坝址均不适宜采用而舍弃。 片上坝址左岸有深约47m长1km的山麓崩积物，右岸为一单薄山脊，其上游侧的沟内为廊破碎带，向河床部位延伸，河床段宽600余米，由深度为15-30m的砂卵石层覆盖，河床段基岩中有一连续性、均匀性较好的第2层绢云母片岩，厚度最小3m，一般4-5m，可利用其做隔水层。因此选择片上坝址，采用土坝，且帷幕线选在第2层绢云母片岩出露的地方是比较有利的。但片上坝址河床段坝轴线位置由第2层绢云母片岩出露位置制约，在两岸部分也受地质地形条件的限制，左岸坝头和坡积物相连，右岸山脊向北东方向延伸，山脊上游面坡度较平缓，下游则较陡。布置主坝右岸坝头时，为了避免坝体骑在山脊上，对主坝稳定及沉陷产生不利影响，坝轴线在右岸部分大致与山脊平行，并位于山脊上游侧的坡地上，帷幕灌浆线避开破碎带，右岸坝头插在山包微凹处，这样坝头较为稳定可靠，下游坝脚不致影响布置电站厂房。由于河床段及左、右岸均受地形地质条件的限制，坝轴线只能选择为一条折线。2.1主坝坝型选择根据坝址区地形地质条件及建筑材料情况，比较砼和土坝坝型，采用砼坝，坝基及两岸开挖量大，砼骨料较缺乏，故适宜采用土坝。土坝又有四种坝型：心墙坝、斜墙坝、斜心墙坝和斜墙+铺盖坝。表2.1 主坝枢纽主要技术指标序号项目心墙坝1坝顶长/m1307.42坝顶宽/m123最大坝高/m894上游坝坡2.25、2.5、2.755下游坝坡2、2.25、2.5、6防渗体顶宽37防渗体上游边坡1:0.158防渗体下游边坡1:0.159最大坝底宽/m444.2510上游变坡点高程166、13311下游马道高程166、13312排水体边坡3坝型比较如下：斜墙坝地基处理与坝体填筑施工干扰小，地基处理在砂砾石覆盖层用砼防渗墙，其下基岩作帷幕灌浆，防渗帷幕线设于破碎带上游。但帷幕线长，地基处理工程量很大，坝体工程量也很大，防渗墙与帷幕灌浆两道工序，二者施工干扰也较大。斜心墙坝的坝体填筑工程量比斜墙坝多，左坝头与坡积物的连接要差一些，施工干扰程度与斜墙坝相同，除了斜心墙防渗体对防止产生水平裂缝较为有利外，比心墙坝无其他优点。心墙坝与斜墙坝详细比较，见表2.2。表2.2 心墙坝与斜墙坝比较比较条件心墙坝斜墙坝1.防渗体稳定性较好。比心墙坝差一些。2.工程量坝体填筑工程量较少，土方量少，可少占农田。坝体总工程量比心墙坝多176.4万m3，土方比心墙坝多34.5万m3,要多占下游农田。3.施工条件1）心墙坝土料在坝体中间，土料、砂砾料施工干扰大，且受气候影响大。2）上游砂砾料场少，上游坝体砂砾料要由下游料场翻坝供应，干扰大。3）地基处理与坝体填筑的干扰大。1）施工干扰比心墙坝小，受气候影响小。2）上游料场基本可满足上游坝体砂砾料的需要数量。3）地基处理与坝体填筑的的干扰比心墙坝小。综上比较，认为斜墙坝较优。但出于方案比较，本次设计对心墙坝方案进行设计。对于土石坝，心斜坝较好： 1.黏土心墙坝比黏土斜墙坝抗御炸弹能力强2. 黏土心墙坝比黏斜墙坝用的黏土少.从气候条件看,该地区雨季较短,所以修心墙坝好. 3.黏土心墙坝比黏土斜墙坝适应变形能力强. 4.黏土心墙坝冬季施工暖棚跨度比斜墙坝小,移动和升高方便些. 5.黏土心墙坝抗震性能力比斜墙坝好. 6.黏土斜心墙坝比黏土斜墙坝施工干扰大. 7.黏土心墙坝与两岸的连接黏土较斜墙坝方便. 8.由于料场所处位置,黏土心墙的施工条件干扰相对小些. 综合考虑坝型为：黏土心墙坝。2.2付坝坝轴线和坝型选择付坝位于龙安村西北约750m的垭口处，坝址处地面高程141.0m，表面覆盖有8m厚的坡积洪积物，覆盖层底部有顺沟方向有52m宽高倾角的辉绿岩墙，两岸坡度较缓，约为1:1.5，且均为基岩出露，主要为硅质白云质灰岩，夹有两层绢云母岩，沿沟地质条件无大差别，所以坝轴线选择在地形最窄和沟底高程较高处，以减少工程量。采用斜墙坝，施工较方便，两岸山坡比较平缓，与两岸连接也较方便。但出于方案比较，本次设计对心墙坝方案进行设计。表2.3 付坝枢纽主要技术指标序号项目心墙坝1坝顶长/m242.442坝顶宽/m123最大坝高/m604上游坝坡2.25、2.55下游坝坡2、2.256防渗体顶宽37防渗体上游边坡1:0.158防渗体下游边坡1:0.159最大坝底宽/m444.2510上游变坡点高程16611下游马道高程16612排水体边坡2.53挡水建筑物的布置 3.1坝顶高程计算 3.1.1正常蓄水位情况下坝顶高程的计算6 （3-1）R-波浪爬高，m；e-风沿水面吹过所形成的水面升高，m；A-安全加高，m，见表3.1； (3-2) （m=2.5,n=0.0275,h=0.0136)e= （3-3） 坝顶高程取以下三种情况取最大值；由设计水位+正常运用情况超高：由校核洪水位+非常运用情况超高：由正常蓄水位+地震安全超高得：故取坝顶高程为,坝高为193-104=89m。 在正常运用情况下，坝顶高出库内静水位0.5m，在非常运用情况下，坝顶不低于库内静水位。防浪墙高一般约为1.2m，故防浪墙顶高程为194.2m。表3.1 非溢流堤坝顶的安全超高下限值堤坝类型及运用情况堤坝级别1234安全超高（m）土坝、土堤正常非常1.51.01.00.70.70.50.50.3混凝土闸坝、浆砌块石闸坝正常非常0.70.50.50.40.40.30.30.2不同堤坝根据筑坝材料、堤坝的级别等影响，有不同的安全超高值。3.2坝顶长度的确定 片上水库河谷断面图上画出坝顶线，量取坝长，根据比例尺即可得出坝长，主坝坝顶长为1307.4m，付坝坝顶长为242.44m。3.3坝顶宽度的确定坝顶宽度取决于施工、交通、构造、运行、抗震与防汛等要求。如坝顶设置公路或铁路时，应按交通要求确定。无特殊要求时，高坝最小顶宽为1015m，中、低坝为510m。片上水库主坝采用壤土心墙，坝体上下游坝壳为砂砾石透水料，坝顶无交通要求，故取12m。3.4坝坡主坝设置两级马道，马道宽2m，设定坝坡变坡点高程为163m、133m，在马道上下采用不同坝坡，上游坝坡分别为1:2.25、1:2.5、1:2.75，下游坝坡分别取1:2、1:2.25、1:2.5。下游坝坡在120m以下设贴坡排水体。贴坡排水体与坝体和坝基之间设反滤层。排水体边坡为1:3。付坝设置一级马道，马道宽2m，设定坝坡变坡点高程为163m，在马道上下采用不同坝坡，上游坝坡分别为1:2.25、1:2.5，下游坝坡分别取1:2、1:2.25。下游坝坡在138m以下设贴坡排水体。贴坡排水体与坝体和坝基之间设反滤层。排水体边坡为1:2.5。4渗流计算渗流计算时，水库运行中出现的不利条件，即基本工况如下： (1)稳定渗流期：上游正常蓄水位为186.8m，相应下游无水,此时内渗流坡降最大，易产生渗透变形。 (2)设计洪水位：上游设计洪水位为186.8m，相应下游无水，此时坝内浸润线最高，渗流量大。 (3)校核洪水位：上游校核洪水位为190.1m，相应下游无水，此时坝内浸润线最高，渗流量最大。本设计采用水力学法，其基本假定如下：(1)坝体材料为均质料，坝体内任一点在各方向上的渗透系数K相同，且为常数。(2)渗流为二元稳定层流，渗流运动符合达西定律：V=KJ7（V为渗透流速，K为渗透系数，J为渗透坡降）(3)渗流为渐变流，任意过水断面上各点坡降和流速相同8。4.1主坝的最大剖面渗流计算 图4.1 主坝最大剖面图图中：心墙顶宽3m，上下游边坡均为1:0.15，计算得心墙底宽为28.83m。廊道尺寸：宽3m，高4m。 分别对校核洪水位、设计洪水位工况进行计算6： 校核洪水位时 （4-1） （4-2）式中 H=190.1-104=86.1m， L=12+60+2+67.5+2+72.5-9.4575=206.5425m，联解（4-1）、（4-2）得，浸润线方程：当x=L=206.5425m时，y=0。 设计洪水位时 式中：H=186.8-104=82.8m， 则：L=12+60+2+67.5+2+72.5-9.4575=206.5425m，联解得，。浸润线：当x=L=206.5425m时，y=0。 综合上述两种工况，排水体高程取120m，算得排水体底宽为10m。 最大坝底宽D=79.75+75+67.5+12+60+67.5+72.5+10=444.25m。防渗墙深取20m，帷幕灌浆深取为40m。4.2主坝特征剖面的渗流计算 4.2.1剖面1渗流计算 取坝底高程120m，桩号为0+912.8，心墙顶宽3m，上下游边坡均为1:1.05，算得心墙底宽为24.03m。图4.2 主坝特征剖面1廊道宽3m，高4m。防渗墙深取为20m，帷幕灌浆深取为40m。分别对校核洪水位、设计洪水位工况进行计算 6： 校核洪水位时 式中 H=190.1-120=70.1m，L=12+60+2+67.5+2+32-3-5.2575=167.2425m，联解得，浸润线：当x=167m时，y=0。 设计洪水位时 式中：H=186.8-120=66.8m，L=12+60+2+67.5+2+72.5-9.4575=167.2425m，联解得，浸润线：当x=165m时，y=0。 4.2.2剖面2 渗流计算 取坝底高程150m，桩号为1+252.8，心墙顶宽3m，上下游边坡均为1:1.05，算得心墙底宽为15.03m。图4.3 主坝特征剖面2廊道宽3m，高4m。防渗墙深取为20m，帷幕灌浆深取为40m。分别对校核洪水位、设计洪水位工况进行计算 6： 校核洪水位 式中：H=190.1-150=40.1m，L=12+60+2+36-3-3.0075=104m，联解得，浸润线：当x=140m时，y=0。 设计洪水位 式中 H=186.8-150=36.8m，L=12+60+2+36-3-3.0075=104m， 联解得， 浸润线： 则当x=104m时，y=0。 4.2.3剖面3 渗流计算 取坝底高程175m，桩号为1+317.7，心墙顶宽3m，上下游边坡均为1:1.05，算得心墙底宽为7.53m。廊道宽3m，高4m。防渗墙深取为15m，帷幕灌浆深取为30m。分别对校核洪水位、设计洪水位工况进行计算 6： 校核洪水位时 式中 H=190.1-175=15.1m，L=12+36-3-1.1325=43.8675m，。联解得，浸润线：当x=43.7m时，y=0。 设计洪水位时 式中：H=186.8-175=11.8m，L=12+36-3-1.1325=43.8675m，联解得，浸润线：当x=43.8675m时，y=0。其他主坝特征剖面计算方法类似，计算结果见表4.1、4.2。主坝的渗流计算校核洪水位工况，【7】表4.1 ，下游无水主坝的渗流计算设计洪水位工况，【7】表4.2 ，下游无水 小结：大坝在校核洪水位的库容为3.62亿 。而渗漏量仅为158078030.11,故满足防渗要求。 大坝在设计洪水位的库容为3.10亿 。而渗漏量仅为143528748.76,故满足防渗要求。4.3付坝的渗流计算 4.3.1最大剖面图4.4 付坝最大剖面图 图中：心墙顶宽3m，上下游边坡均为1:0.15，算得心墙底宽为20.13m。廊道尺寸：宽3m，高4m。分别对校核洪水位、设计洪水位工况进行计算 6： 校核洪水位时 式中：H=190.1-133=57.1m，L=12+60+2+67.5-3-4.2825=134.22m，联解得，浸润线：当x=L=134.22m时，y=0。 设计洪水位时 式中：H=186.8-133=53.8m，L=12+60+2+67.5-3-4.2825=134.22m，联解得，浸润线： 当x=L=134.22m时，y=0。 综合上述两种工况，排水体高程取138m，算得排水体底宽为3.25m。最大坝底宽D=75+267.5+12+60+2+67.5+3.25=287.25m。防渗墙深取为20m，帷幕灌浆深取为40m。4.4付坝的特征剖面渗流计算 4.4.1剖面1渗流计算 取坝底高程150m，桩号为0+69.1，心墙顶宽3m，上下游边坡均为1:1.05，算得心墙底宽为15.03m。图4.5 付坝特征剖面1廊道宽3m，高4m。防渗墙深取为15m，帷幕灌浆深取为30m。分别对校核洪水位、设计洪水位工况进行计算 6： 校核洪水位时 式中：H=190.1-150=40.1m，L=12+60+2+29.25-3-3=97.25m，联解得，浸润线：当x=97.25m时，y=0。 设计洪水位时 式中：H=186.8-150=36.8m，L=12+60+2+29.25-3-3=97.25m，联解得，浸润线：当x=96.7m时，y=0。 4.4.2剖面2渗流计算 取坝底高程180m，桩号为0+226，心墙顶宽3m，上下游边坡均为1:1.05，算得心墙底宽为6.03m。图4.6 付坝特征剖面2廊道宽3m，高4m。防渗墙深取为10m，帷幕灌浆深取为20m。分别对校核洪水位、设计洪水位工况进行计算 6： 校核洪水位时 式中：H=190.1-180=10.1m，。L=12+26-3-3-0.75=34.25m，联解得，浸润线：当x=34.25m时，y=0。 设计洪水位时 式中：H=186.8-180=6.8m，L=12+26-3-3-0.75=34.25m，联解得，浸润线：当x=34.2m时，y=0。付坝的渗流计算校核洪水位工况，【7】表4.3 ，下游无水付坝的渗流计算设计洪水位工况，【7】表4.4 ，下游无水 小结：大坝在校核洪水位的库容为3.62亿 。而每日渗漏量仅为126.40536 ,故满足防渗要求。大坝在设计洪水位的库容为3.10亿 。而每日渗漏量仅为108.8084448,故满足防渗要求。5坝坡稳定分析和计算5.1坝坡稳定分析的说明6 5.1.1坝坡稳定分析的任务对土石坝进行稳定分析的目的，是通过计算坝体剖面的稳定安全度来检验坝坡在各种工况下是否安全，断面尺寸是否经济合理。坝坡坍滑失稳滑裂面的形式主要与坝体结构型式、坝基情况和坝的工作条件等因素有关。主要有以下几种：曲线形滑裂面。当为黏性土坝坡时，其失稳滑裂面呈上陡下缓的曲面，稳定计算时常假定为一圆柱面，其在坝体剖面的投影是一个圆弧，称滑弧。滑裂面的位置，如坝基为掩饰或坚硬的土层时，多从坝脚处滑出；当坝基土质与坝体相近或更软弱时，滑裂面可能深入坝基从坝脚滑出。直线或折线形滑裂面。当滑裂面通过由砂，沙砾石等材料构成的无黏性土坝坡时，在坝坡剖面上的投影是一直线或折线。当坝坡干燥或完全浸入水中时呈直线，部分浸水时为折线，斜墙坝上游失稳时，常沿斜墙与坝体交界面滑动。复合断裂面。当坝坡由几种不同性质的土料组成或坝基存在软弱层时，滑裂面往往是由直线和曲线组成的复合型，在黏土为曲线，在黏性土内或软弱层上为直线 5.1.2计算工况不利水位的上游坝坡。这种不利水位大致在坝底以上1/3坝高处，上游为砂砾料，采用折线法进行稳定计算。稳定渗流期，上游为正常蓄水位，下游为相应最低水位，形成稳定渗流时的下游坝坡，采用折线法进行稳定计算。稳定渗流期加地震影响的下游坡，采用折线法进行稳定计算。