铜钱坝碾压混凝土坝枢纽布置及变形监测设计毕业设计.doc

毕业设计 论文 毕业设计 论文 题题 目目 铜钱坝碾压混凝土坝枢纽铜钱坝碾压混凝土坝枢纽 布置及变形监测设计布置及变形监测设计 毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 所呈交的毕业设计 论文 是我个人在指 导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果 尽我所知 除 文中特别加以标注和致谢的地方外 不包含其他人或组织已经 发表或公布过的研究成果 也不包含我为获得 及其 它教育机构的学位或学历而使用过的材料 对本研究提供过帮 II 助和做出过贡献的个人或集体 均已在文中作了明确的说明并 表示了谢意 作 者 签 名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集 保存 使用毕业设计 论文 的规定 即 按照学校要求提交毕业设计 论文 的 印刷本和电子版本 学校有权保存毕业设计 论文 的印刷本 和电子版 并提供目录检索与阅览服务 学校可以采用影印 缩印 数字化或其它复制手段保存论文 在不以赢利为目的前 提下 学校可以公布论文的部分或全部内容 作者签名 日 期 III 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容 外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果 作品 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中 以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承 担 作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规 定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权 大 学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文 涉密论文按学校规定处理 IV 作者签名 日期 年 月 日 导师签名 日期 年 月 日 V 注 意 事 项 1 设计 论文 的内容包括 1 封面 按教务处制定的标准封面格式制作 2 原创性声明 3 中文摘要 300 字左右 关键词 4 外文摘要 关键词 5 目次页 附件不统一编入 6 论文主体部分 引言 或绪论 正文 结论 7 参考文献 8 致谢 9 附录 对论文支持必要时 2 论文字数要求 理工类设计 论文 正文字数不少于 1 万字 不包括图纸 程序清 单等 文科类论文正文字数不少于 1 2 万字 3 附件包括 任务书 开题报告 外文译文 译文原文 复印件 4 文字 图表要求 1 文字通顺 语言流畅 书写字迹工整 打印字体及大小符合要求 无错别字 不准请他人代写 2 工程设计类题目的图纸 要求部分用尺规绘制 部分用计算机绘制 所有图 纸应符合国家技术标准规范 图表整洁 布局合理 文字注释必须使用工程字 书写 不准用徒手画 3 毕业论文须用 A4 单面打印 论文 50 页以上的双面打印 4 图表应绘制于无格子的页面上 5 软件工程类课题应有程序清单 并提供电子文档 5 装订顺序 1 设计 论文 VI 2 附件 按照任务书 开题报告 外文译文 译文原文 复印件 次序装订 3 其它 VII 铜钱坝碾压混凝土坝枢纽布置及铜钱坝碾压混凝土坝枢纽布置及 变形监测设计变形监测设计 摘 要 铜钱坝水库坝址位于汉江支流玉带河下游 该水库是以供某工厂工业 用水为主 兼补偿下游农田灌溉用水 以及防洪 发电 养鱼等综合利用 水利枢纽工程 本次毕业设计分析了坝址的地形和地质条件 对比几种坝 型最终选取常态混凝土重力坝和坝轴线并进行了枢纽布置 枢纽建筑物包 括泄水建筑物 挡水大坝 底孔 供水管道和电站等 然后对该工程的溢 流坝及底孔的形式和消能及防冲进行了设计 坝体剖面的稳定和应力计算 荷载组合取了基本组合和特殊组合两种不同的情况 以正常蓄水位时的荷 载组合作为基本组合 以校核荷载和地震荷载作为特殊组合 设计中选取 了坝基面和廊道底部截面作为计算截面 对坝体的两种稳定和强度都进行 了计算 结果都满足要求 本次设计的主要成果有 设计说明书 1 份 设 计图纸 9 张以及其他相关附图附表等 关键词 碾压混凝土重力坝 溢流坝 底孔 设计 VIII Tong Qian dam water conservancy hub project layout and Water discharge building design ABSTRACT Tong Qian dam located in hanjiang river dam site tributary jade belt linked to the downstream the reservoir for a factory in industrial water is given priority to and compensation of farmland irrigation water downstream and flood control power generation fish and other comprehensive use of water conservancy hub project The graduation design analysis of the dam site topographical and geological conditions compared several dam type selection ultimately normal concrete gravity dam and dam axis and the general layout Hub buildings including outlet structure Block water dam underport Water supply pipe and power stations Then the spillway and bottom outlet in the form of engineering and the energy dissipation and scour protection design The stability of the dam profile and stress calculation the load combination to take the basic combinations and special combination of two different situation normal water level of the load combination as the basic combination checking loads and seismic loads as special combinations In the design of the dam foundation and corridor on the surface as the section at the bottom section on the dam two stability and strength are calculated the result is meet the requirements The design of the main achievements are a design specifications design drawings and other relevant drawings six pictures schedule etc Key words roller compacted concrete gravity dam Overflow dam under port Design IX 前前 言言 毕业设计是学生综合应用在校所学的知识 结合工程实际 进行一次 系统的 有机的解决工程实际问题的实践性环节 其目的是巩固课本的专 业知识 并使之系统化 培养学生综合应用所学知识解决实际问题的能力 并初步掌握设计水利枢纽工程的内容 原则 方法和步骤 进一步提高学 生设计 计算 绘图和编写说明书的能力等 本次毕业设计是在指导老师的悉心指导下 根据国家水利部及电力部 颁发的关于水利水电工程的最新规范 同时参考了相关的教材 资料 设 计手册等的基础上完成的 本次设计的主要内容有 铜钱坝水库洪水分析 及调洪计算 坝轴线 坝型的比选及枢纽布置 坝高及非溢流坝段的剖面 拟定 溢流坝段剖面拟定及消能设计 排沙底孔的剖面拟定 构造设计 地基处理设计 铜钱坝水库的建成能保证某工厂工业用水年平均流量 兼补偿下游农 田灌溉用水 以及防洪 发电 养鱼的要求 本次毕业设计从开题报告的撰写到最终成果答辩历时近四个月 经过 学习基本上达到了预期的目的 X 目目 录录 第 1 章 铜钱坝工程概述 1 1 1 工程概况 1 1 2 工程特征表 2 第 2 章 水文气象 3 2 1 流域水文概况 3 2 2 洪水分析计算 3 第 3 章 兴利调节和调洪计算 7 3 1 底孔规模及死库容确定 7 3 2 兴利库容确定 7 3 3 调洪演算 8 第 4 章 工程地质 13 4 1 区域地质概况 13 4 2 库区工程地质条件 13 4 3 坝址工程地质条件 15 4 4 各坝轴线工程地质条件 17 第 5 章 枢纽布置 18 5 1 坝址选择 18 5 2 坝轴线选择 19 5 3 坝型选择 19 5 4 枢纽布置 20 XI 第 6 章 建筑物设计 22 6 1 非溢流坝坝体设计 22 6 1 1 坝顶高程确定 22 6 1 2 初拟坝体剖面 24 6 1 3 荷载计算 25 6 1 4 坝基面稳定计算 32 6 1 5 坝体应力分析 37 6 2 溢流坝设计 43 6 2 1 溢流坝堰面体型设计 43 6 2 2 挑流消能水力要素的计算 46 6 2 3 溢流坝面水面线计算 47 6 3 排沙底孔设计 54 6 3 1 体型设计 54 6 3 2 挑流消能计算 56 6 4 工业取水管设计 57 第 7 章 构造设计 58 7 1 坝顶构造 58 7 2 廊道系统 58 7 2 1 基础灌浆及排水合用廊道 58 7 2 2 坝体检查及排水廊道 59 7 2 3 其他廊道 59 7 3 防渗系统 59 7 4 横缝构造 60 第 8 章 地基处理 62 8 1 地基开挖与清理 62 XII 8 2 帷幕灌浆与固结灌浆 62 8 2 1 固结灌浆 62 8 2 2 帷幕灌浆 63 8 3 断层 软基夹层处理 63 第 9 章 变形监测 64 9 1 变形监测 64 9 1 1 大坝水平位移监测 64 9 1 1 1 平面变形控制网 64 9 1 1 2 正垂线和倒垂线 64 9 1 1 3 引张线 65 9 1 2 大坝垂直位移监测 66 9 1 2 1 精密水准网 67 9 1 2 2 流体静力水准仪 67 9 1 2 3 竖直传高装置 67 9 1 3 大坝倾斜与挠度观测 68 9 1 3 1 倾斜监测 68 9 1 3 2 坝体挠度监测 68 9 1 4 接缝与裂缝观测 68 9 1 5 岸坡位移监测 69 9 2 渗流监测设计 69 9 2 1 扬压力监测 69 9 2 1 1 坝基扬压力监控的布置 69 9 2 1 2 坝体扬压力监控的布置 70 9 2 2 绕坝渗流监测 70 致谢 71 参考文献 72 1 第第 1 章章 铜钱坝工程概述铜钱坝工程概述 1 1 工程概况工程概况 铜钱坝水库坝址位于汉江支流玉带河下游 该水库是以供某工厂工业用 水年平均流量 1 5m3 s 为主 兼补偿下游农田灌溉用水 3000 万 m3 s 以及防 洪 发电 养鱼等综合利用水利枢纽工程 要求工业供水保证率 97 农田 灌溉保证率 75 该工程属 等工程 主要建筑物按 3 级建筑物设计 由于 下游有重镇 因而设计洪水标准为百年一遇洪水 洪峰流量 3100m3 s 校核 洪水的洪峰流量 4550 m3 s 正常蓄水位 605m 死水位 588m 相应死库容为 1075 万 m3 根据铜钱坝水库设计洪水标准 推求得典型洪水过程线与设计 校核洪水 过程线 通过调洪计算得铜钱坝特征水位 其中正常蓄水位为 605m 设计洪 水位高程为 605 52 m 校核洪水位为 607 53m 根据坝址区工程地质概况比 选出 坝轴线和修筑碾压混凝土重力坝 根据重力坝的地基开完要求 定出相应的开挖高程 565m 从而确定了最大坝高 42 8m 根据理论及工程经 验初步拟定坝体剖面图 经过计算得知稳定和应力均满足要求 泄水建筑物 主要为溢流坝段 经过计算得出实用堰的 WES 曲线坐标和下游挑流消能的 反弧段 又由此推求出下泄水流的水面线 挑距和冲坑深度 得出泄流能力 和挑流消能满足要求 根据泄水 排沙等要求设计出排沙底孔的尺寸和闸门 形式 根据供水要求确定出饮水管道的位置和尺寸 在构造设计处详细选定 了坝顶 廊道 排水系统及横分的形式 尺寸 位置及与相应建筑物的连接 方式 由于 处得坝基和岸坡存在地址问题 故进行回填混凝土 固 结灌浆和帷幕灌浆的措施 以加强坝体的稳定 防止坝周围的渗漏破坏 增 加大坝的可靠性 铜钱坝为碾压混凝土重力坝 共分为 11 个坝段 1 4 坝段为左岸挡水 坝段 5 8 坝段为溢流坝段 9 11 为右岸挡水坝段 排沙底孔位于 4 坝段 引水管道位于 9 坝段 坝顶全长 169 28m 坝顶高程为 607 8m 最大坝高为 2 42 8m 采用溢流坝和排沙底孔联合泄洪的方式 消能方式都为挑流式 1 2 工程特征表工程特征表 表 1 1 工程特征表 工程名称铜钱坝水利枢纽工程 建设地点陕西省汉中市勉县 所在河流玉带河 水文特征坝轴线全长169 2813m 二 泄洪建筑物设计洪峰流量 P 1 2160m3 s 形式溢流坝结合底孔 校核洪峰流量 P 0 1 3324m3 s1 溢流坝 水库特征堰顶高程598m 正常蓄水位605m 单宽流量55 42m3 s m 设计洪水位 P 1 605 52m 消能方式鼻坎挑流 校核洪水位 P 0 1 607 53m 每孔净宽13m 兴利库容5264 万 m3孔数5 个 防洪库容 605 607 53m 1136 万 m32 底孔 死库容 588m 以下 1075 万 m3孔口尺寸 3 5m 3m 主要建筑物 进口底部高程580m 一 大坝孔数1 个 坝型常态混凝土重力坝 设计洪水最大流 速 21 60m s 地震基本烈度 度3 闸门及启闭型式 坝顶高程607 8m 底孔工作门弧形 液压启闭机 最大坝高42 8m 事故检修门平板门 直升式启闭机 3 第第 2 章章 水文气象水文气象 2 1 流域水文概况流域水文概况 玉带河发源于宁强县巴山箭竹岭 流贯宁强县境内 由南向北 于勉县 铜钱坝处流入汉江 河道曲折 高山植被良好 海拔 1000m 以下垦荒坡地少 河道总长 110 km 河床平均比降 3 下游河床比降为 1 600 1 800 坝址以 上集水面积 798 km2 集水区呈狭长形 流域平均高程为 1100m 多年平均 降雨量 1000mm 1100mm 由 陕西省年降雨量等值线图 上可见 降水量 分布由上游向下游递减 且宁强 铁锁关一带为暴雨中心 铜钱坝水库坝址 位于武侯镇站与铁索关站之间 以武侯镇为控制站 进行汉江上游年平均径 流平衡计算 推求出铁索关至铜钱坝的区间年径流 得铜钱坝处的径流 洪 水分析与计算见调洪计算 2 2 洪水分析计算洪水分析计算 根据铜钱坝水库设计洪水标准 频率为 1 0 1 所涉及洪峰 洪量及 洪水过程线的有关资料如下 1 设计洪峰 铜钱坝位于铁索关与武侯镇站之间 经分析武侯镇站与铁索关之间产生 洪峰基本相对应 两站洪峰间具有一定关系 用武侯镇站实测资料展延铁索 关洪水资料为 1936 1941 年 1950 1974 年系列 并分别对武侯镇站和铁索关 站最大流量进行频率分析 将获得的不同频率武侯镇 铁索关最大流量进行 频率分析 将获得的不同频率武侯镇 铁索关洪峰值与积水面积关系绘于双 对数坐标纸上 用积水面积内插法推求铜钱坝 P 0 1 1 的洪峰及洪峰均 值 通过与洪水调查法 合理化公式法及汉中地区经验公式估算洪峰法所得 值分析比较 最后选定铜钱坝水库采用值为 0 1 P 3 4550 Qms 洪峰 1 P 3 3100 Qms 洪峰 4 2 设计洪量的推求 通过铁锁关站洪水资料分析 洪水过程线多呈单峰 洪水历时为 3 天 铜钱坝洪水历时定为 3 天 分别统计铁锁关站和武侯镇站实测历年最大一 三日洪量 见表 2 1 所 示 进行频率计算 求得不同频率各时段的洪量 绘制最大洪量与流域面积 关系图 内插得铜钱坝频率为 1 时段的洪量 表 2 1 实测历年最大一 三日洪量 时段一二三 洪水总量 亿 m3 1 321 792 08 3 洪水过程线典型放大 已知铜钱坝水库坝址设计洪水的一日洪量及洪峰量 选用铁锁关站 1964 年 9 月 2 4 日一次洪水过程线为典型 典型洪峰 Q 1640m3 s 24 小时洪量 W24 0 52 亿 m3 作为一日洪量 3 日 4 时 4 日 4 时 用同倍比放大法推求 设计需要的洪水过程线见表 2 2 其曲线如图 2 1 其中比例因子 C设 3100 1640 1 890 C校 4550 1640 2 774 大坝库水位 库容关系曲线如图 2 2 水坝下游河道水位 流量的关系曲线见图 2 3 表 2 2 铜钱坝典型洪水过程线与设计 校核洪水过程线 日 时2 02 82 163 03 43 8 Q m3 s 4570100120140460 设计 P 1 85 05132 3189226 8264 6869 4 校核 P 0 1 124 83194 18277 4332 88388 361276 04 日 时3 103 113 123 133 143 15 Q m3 s 50011801590164016001270 设计 P 1 9452230 23005 13099 630242400 3 校核 P 0 1 13873273 324410 664549 364438 43522 98 日 时3 163 184 04 44 104 24 Q m3 s 89048025013810550 设计 P 1 1682 1907 2472 5260 82198 4594 5 校核 P 0 1 2468 861331 52693 5382 81291 27138 7 5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 1964 9 1 12 00 1964 9 2 0 00 1964 9 2 12 00 1964 9 3 0 00 1964 9 3 12 00 1964 9 4 0 00 1964 9 4 12 00 1964 9 5 0 00 1964 9 5 12 00 时间 流量 m3 s 典型洪水设计洪水校核洪水 图 2 1 铜钱坝水库同倍比放大法推求设计洪水过程线 表 2 3 铜钱坝水库 Z V 和 Z A 关系曲线 库水位 m 570 9580590600610620630 库容 万 m3 0211 41404 44112 48587 41494923378 5 水面 m2 068 5180 5373 5525 5740952 08 图 2 2 铜钱坝水库水位 库容的关系曲线 6 表 2 4 水库坝下游河道水位流量关系曲线 水位 Z m 570 9573575577579580582584 流量 Q m3 s 020070016003000390056007600 Z Q关系曲线 570 572 574 576 578 580 582 584 586 02000400060008000 下游河道流量Q m3 s 下游水位Z m 图 2 3 铜钱坝下游水位 流量的关系曲线 7 第第 3 章章 兴利调节和调洪计算兴利调节和调洪计算 3 1 底孔规模及死库容确定底孔规模及死库容确定 灌溉要求放水入坝下游河道 选用武侯镇 铁索关和茶店子三站 1966 1974 年实测沙量资料 通过沙量平衡计算求得铜钱坝多年平均来沙量值 参 照铁索关站 1936 1970 年水文资料统计成果可以看出玉带河河源来水 来沙 的大小在月季的分配上基本相对应 而且来沙比径流出现更为集中 同时考 虑意外情况下泄洪的需要 宜建底孔 根据水库淤积计算和排沙要求 为了 保证设计洪水时宣泄通畅 选取底孔进口高程 580m 孔口尺寸 3 5 3m 兼 顾水力发电最小工作水头的要求 选取死水位 即兴利下限水位 为 588m 相应死库容为 1075 万 m3 3 2 兴利库容确定兴利库容确定 1 工业供水净用水量为 1 5m3 s 考虑管道沿途损失以 10 计 工业供 水保证率为 97 2 农业上要求水库补偿灌溉用水年 3000 万 m3 其中 5 月份 1000 万 m3 6 月份 2000 万 m3 同时要求 5 6 7 8 四个月的河道天然径流不纳入 水库径流调节 3 水库渗漏蒸发损失估算 根据当地水文气象资料分析 水库多年平 均水面蒸发量为 360 mm 水库库区地质条件属中等 月渗漏量以月平均库 容水量的 1 5 计 4 根据当地水文 用水变化特点 选取调节度从 9 月初开始至次年 8 月底结束 确定水库运用方式为 10 月至次年 4 月为蓄水期 5 6 月为用水高 峰期 7 9 月为防汛排沙期 这样可以做到工 农业用水 蓄清 排浑相结 合 保证水库安全渡汛 延长水库使用寿命 又可将部分兴利库容作为防汛 8 使用 5 用历时列表法 进行代表年 P 25 50 75 97 年调节兴利 库容的推求 从中选择最大者作为采用年调节兴利库容 综合考虑水库的淹 没及浸没确定兴利库容 V兴 5264 万 m3 相应的正常高水位为 605m 3 3 调洪演算调洪演算 初定大坝采用底孔和溢流坝联合泄流 溢流坝段堰顶设闸门高为 10m 堰顶高程为 598 m 溢流坝段总长定为 69m 分成 5 孔 每孔净宽 13 米 底 孔设一个 进口高程 580m 孔口尺寸 3 5 3m 大坝库水位库容 Z V 关系曲线见图 3 1 大坝下游河道水位流量 Z Q 关系曲线见图 3 2 图 3 1 大坝库水位库容 Z V 关系 9 图 3 2 坝下游河道水位流量 Z Q 关系曲线 表 3 1 库水位 总泄量计算表 t 3600s 库 水 位 Z m 堰 顶 水 头 H m 排 沙 洞 水 头 H m 库 容 V 万 m3 堰 顶 以 上 库 容 V 万 m3 V t m3 s 溢流 坝泄 流 q2 m3 s 排沙 底孔 泄流 q1 m3 s 总泄 量 q m3 s q 2 m 3 s V t q 2 m 3 s V t q 2 m3 s 602 4 0 0 23 75 460 0 987 6 2743 33 1044 25 181 2 3 1225 48 612 7 4 2130 59 3356 08 603 5 0 0 24 75 484 6 2 123 3 8 3427 22 1459 38 185 0 1 1644 39 822 2 0 2605 03 4249 42 604 6 0 0 25 75 497 5 8 136 3 4 3787 22 1918 41 188 7 1 2107 12 1053 56 2733 66 4840 78 605 7 0 0 26 75 526 4 3 165 1 9 4588 61 2417 47 192 3 4 2609 81 1304 91 3283 71 5893 52 606 8 0 0 27 75 560 5 9 199 3 5 5537 50 2953 58 195 9 0 3149 49 1574 74 3962 76 7112 24 10 607 9 0 0 28 75 603 0 4 241 8 0 6716 67 3524 34 199 4 0 3723 74 1861 87 4854 79 8578 54 608 10 00 29 75 660 0 298 7 6 8298 89 4127 76 202 8 4 4330 60 2165 30 6133 59 10464 19 609 11 00 30 75 740 0 378 7 6 1052 1 11 4762 15 206 2 2 4968 37 2484 19 8036 92 13005 30 610 12 00 31 75 858 7 4 497 5 1381 9 44 5426 08 209 5 5 5635 63 2817 81 1100 1 63 16637 26 由库水位计算表得如下图 3 3 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 050001000015000 V t q 2 m s V t q 2 m s 图 3 3 双辅助线计算图 泄流量与水库水位关系如下图 3 4 11 总泄流量 m s 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 0 001000 00 2000 00 3000 00 4000 00 5000 00 6000 00 总泄流量 m s 图 3 4 泄流量与库水位关系图 表 3 2 调洪计算工作曲线计算表 P 1 设计洪水 时间 入库 流量 m3 s 平均入 库流量 m3 s 库水位 Z1 V T q 2 m3 s V T q 2 m3 s 下泄流 量 m3 s 水库水 位 m 3 日 11 时2230 2 604 022733 6 6 0 2107 1 2 604 55 3 日 12 时3005 1 2617 6 5 604 553000 15351 3 1 2370605 14 3 日 12 时 309 9 6 3052 3 5 605 1433806052 4 5 2680605 52 3 日 14 时 302 43 3061 8 605 523590 6441 82880605 37 12 3 日 15 时2400 3 2712 1 5 605 373575 6302 12800 从设计洪水的调节得出 设计洪水位为 605 52m 相应的下泄流量 2680m3 s 同理 对于 1000 年一遇校核洪水与 100 年一遇洪水调洪演算方法相同 可推求出校核洪水位及其相应的下泄流量 见下表 3 3 表 3 3 调洪计算工作曲线计算表 P 0 1 校核洪水 时间 入库流 量 m3 s 平均入 库流量 m3 s 库水位 Z1 V T q 2 m3 s V T q 2 m3 s 下泄流 量 m3 s 水库水 位 m 3 日 11 时 3268 6 606 013962 7 6 3149 4 9 606 5 3 日 12 时 4404 3 3836 4 5 606 543707799 2 1 3430 607 16 4 3 日 12 时 4542 8 4473 5 5 607 1650308843 5 5 3817 607 53 2 3 日 14 时 44324487 4 607 535475 9517 44044607 5 3 日 15 时 3517 8 3 3974 9 607 55427 9449 94020 由计算结果可得出最高水位即校核洪水位为 607 53m 对应的最大下泄流 量为 4044 m3 s 调洪成果汇总为下表 3 4 表3 4 调洪成果汇总表 P 库水位Z m 库容 万 m3 下泄q m3 s 下游水位 m 0 1607 5364004044579 35 1605 5254342880577 92 60552642609 81576 9 13 第第 4 章章 工程地质工程地质 4 1 区域地质概况区域地质概况 本区位于大巴山旋扭构造西段北缘 北与秦岭纬向构造相连 由阳勉大 断裂与之相隔 区域主要构造线方向为北东东向 局部有近南北向受多期构 造运动影响 主要褶曲有李家大山 阳平关背斜 陈家大梁 宽川铺背斜 胡家坝 陈家坝背斜 主要断裂有胡家垣 五月坪断层 无墩沟 双河寺断层 李家 大山 人长沟断层和铜钱坝断层等 本区属于巴山系低山区 玉带河属山区河流 发源于巴山箭竹岭 自南 向北 流经宁强勉县 于勉县铜钱坝注入汉江 全长 110km 流域面积近 14 800km2 近期该区属缓慢上升区 河床及河谷两岸覆盖少 见有明显的三级 阶地 河曲多 比降小 宜于见库 4 2 库区工程地质条件库区工程地质条件 1 水库渗漏 玉带河为汉江上游南岸最大的一条河流 河底均低于邻谷数十米 上游 库段河谷两岸 大部分为透水性很大的千枚岩 变质砂岩 凝灰质砂岩等 该区泉水出露高程在 620m 以上 回水后一般不会产生库水向邻近河谷渗漏 的可能 震旦系灯影组硅质白云岩有岩溶裂隙水 泉水流量不是很大 且高悬于 640m 720m 高程以上 不致产生渗漏 据水文二队访问 在七姐妹山东端玉 带河河床中偏左岸有水平溶洞 枯水季节可见从山里有一股泉水溢出 该处 高程在 600m 左右 是值得注意的低点 库区中游的白岩河两条近东西向压扭性断层宽度一为 40m 一为 20m 地势向西逐渐增高 山体连绵 断层交会处已接近回水尾端 据水文二队估 计 无集中渗漏可能 玉带河下游四沟一带与汉江分水岭 按回水标高计算直线距离有 2500m 燕几沟一带与汉江分水岭山体单薄 宽度由 2400m 左右 水文二队 认为回水后又可能发生渗漏 2 水库的淹没及浸没 按正常高水位 605m 库区集中淹没范围仅在南溪沟 白岩河以下 即沿 河谷两岸高漫滩及一 二级阶地和各大溪沟出口段的相应高程内 南溪沟至 曲尺沟 河道狭窄 零星分布的前缘标高在 600m 左右的一级阶地属淹没范 围 未淹没的部分一级阶地大部分为浸没范围 南溪沟以下 河谷开阔 两岸分布一 二级阶地 一级阶地为库区主要 淹没区 二级阶地部分淹没 白岩河瓦厂里以下将淹没部分一级阶地 未淹 没的部分一级阶地为库区主要浸没范围 据统计 蓄水后将淹没 3000 亩耕地 和分散居民房屋千余间 3 水库坍岸 15 库岸基岩裸露 系坚硬岩石组成 河谷地区侵蚀剥蚀作用强烈 一般仅 有厚度不大的强烈风化层 甚至地表即位弱风化岩层 不易产生塌滑体 库区两岸存在第四系土层的崩塌体 滑坡体等不良地质体 将会产生坍 岸变性 滑坡体及崩塌踢大部分分布在土车坝以下河段 尤以张家油房 魏 其沟 南溪沟 石马滩 黄家沟及许家流等地较多 一般长约 100m 150m 高 50m 100m 厚 20m 30m 滑坡地面坡度 25 30 水文二队通过对 60 和 65 滑坡体验算 最终 她岸宽度分别为 90m 和 81m 而根据地质剖面分析 65 滑坡塌岸最终宽度可 能达 100m 以上 曲尺沟口 30 滑坡有可能阻塞河道 另陈家坝和许家坝附近 有基岩滑坡几处 4 固体径流来流 库区左家湾以上 河床固体径流 主要漂石夹卵块石 来源于上游寒武 奥陶系地层分布段 左家湾至南溪湾沟段细碎物质亦不多南溪沟以下 仅有 部分溪谷出口处有小型碎块石组成的洪积扇 输沙量亦不大 库段内 覆盖层不发育 基岩广布 植被良好 固体径流来源不多 据 水文二队获得的资料 多年平均输沙量为 77 2 万 t 84 9 万 t 年固体径流模 数为 1115t km2 4 3 坝址工程地质条件坝址工程地质条件 1 地形地貌 中坝址距下坝址 400 余米 玉带河环绕单薄山脊 呈 S 形弯曲 中坝址 河段较平直 河谷呈 U 形谷 流向北西西 主流偏左岸 河谷宽约 80m 100m 谷底平坦 河床比降为 1 0 5 平水及枯水期低漫滩广泛分布 水 面标高 571 6m 左右 水深 1 3m 坝址区河谷两岸发育不对称零星分布的阶 地 左岸地形较缓 坡度 35 45 山坡上发育有小冲沟 左岸平洞上游 岸边河流侧蚀冲刷 谷坡陡峭基岩裸露 右岸呈陡坡地形 坡度为 45 60 上游略有变缓 下游有一条深冲沟切割 河床覆盖层厚为 4m 6m 河 床及岩面略有起伏 但仍较平坦 未发现较大深槽 2 地层岩性 16 中下坝址均见有下元古界东房沟组 及后期岩脉与第四纪地层 1 Pt d 其岩性略有差别 元古界东房沟组 含炭砂质板岩 灰 深灰色 局部炭质富集呈灰黑色 矿物成分以石英 绢云母为主 其次为炭质 含少许黄铁矿小晶体 板理发育 易风化 新鲜 岩石较坚硬 硅化灰质砾岩夹岩质板岩 深灰 灰黑色 砾石成分复杂 以灰岩 砂岩 火成岩为主 次为板岩 千枚岩 次棱角状及棱角状 砾石大小不一 直径一般为 3cm 5cm 偶见大者达 2m 胶结物为钙质 硅质 以基底胶结为 主 质坚脆 石英脉发育 地表见有轻微的溶蚀现象 本层在中坝址变化较 大 炭质硅质板岩 灰黑色 黑色 风化后呈灰白色 以炭质硅质成分为 主 板状构造 板理发育 单层厚 3cm 5cm 质坚脆 易风化 紫色千枚岩 底部夹灰绿色千枚岩 具千枚状构造 质软 易风化 青灰色千枚岩 具千枚状构造 片理明显 质软 易风化 黄绿色千枚岩夹竹叶状灰岩 砂岩 风化后呈灰黄 黄褐色 片理明 显 易沿片理剥落 质软易风化 所夹砂岩 竹叶状灰岩呈夹层或透镜状 风化面呈褐色 质坚 岩脉 花岗闪长岩岩脉数条 多沿破碎带或顺层侵入 出露宽度一般 1m 2m 左右 最大厚度可达 7m 与围岩接触较好 质坚 难风化 第四系全新统河床冲积砂卵石层 卵石成分主要为砂岩 次为板岩 砂粒以石英长石岩屑为主 砂岩比为 4 6 3 地质构造 中坝址为浅薄山脊 为一倾覆倒转背斜 背斜轴向大致为 2 5 3 0 东 向被东东方向倾覆 倾覆角 50 70 轴部由含炭砂质板岩地层组成 褶 皱强烈 岩石层倒转 倾角陡立 翼部由硅化灰质砾岩 炭质桂质千枚岩等 组成 为一紧密同斜褶曲 西翼岩层产状 北 20 30 西 倾南西 倾角 65 80 坝址断层发育 按其发育方向 大致分为北西 北北东 北东东三组为 主 北东东向为压性断层 北西与北东东为扭裂 南北向为压性断层 坝址区节理裂隙发育 根据坝肩平洞揭露 其中以北北东 北东东及北 17 西西三组最为发育 次为北西西组 与坝址区构造线方向基本一致 4 主要物理地质现象及岩石风化情况 规模较大的滑坡体有 左坝肩滑坡体 导流洞出口坍塌体 右坝肩坍塌 体 左坝肩滑坡体对建筑物危害较大 该滑坡体东以压性断层为界 西以凹 沟左壁为界 后缘位于 CH15 号孔下方 标高 630m 左右 滑动方向为北 25m 东西宽 80m 南北长后缘位于 CH15 号孔下方 标高 630m 左右 滑 动方向为北 25m 东西宽 80m 南北长 85m 钻孔中接露厚为 20m 24m 据 水文二队初步估算其方量达 10 万 m3 为一基岩谷滑坡 目前处于稳定 但 坡脚破坏 仍有复活可能 5 水文地质 坝址区水文地质条件较简单 地下水有基岩裂隙水和河床砂卵石层孔隙 潜水 坝基及坝肩基岩含有微弱的裂隙水 由于岩层裂隙发育 连通性和岩石 破碎程度不一 使岩石透水性变化很大 含水不均 局部有带状裂隙承压水 两岸基岩裂隙水由大气降水补给 排泄于玉带河 由于裂隙充填较多 其透 水性较河床基岩透水性为小 千枚岩夹砂岩为相对隔水层 透水性很差 但裂隙发育可含微量裂隙水 其透水性不均一 河床砂粒层为极强透水层 厚度 4m 8 9m 根据中坝址两个试坑抽水试 验 降深为 0 315m 0 51m 时渗漏系数为 432m d 523m d 6 其他地质资料 根据国家地政局兰州地震大队 76 兰州烈度字第 009 号文件认为 该 城区的地震基本烈度为 度 坝址上下游和汉江均有大量砂石粒料 但粗骨料级配 形状均差 软岩 颗粒较多 细骨料含泥 含软岩屑均多 主要砂料及全部骨料在当地 3km 范 围内解决 部分砂料由宴河及黄沙河开采 运距 28km 35km 4 4 各坝轴线工程地质条件各坝轴线工程地质条件 陕西省地质局水文地质二队于 1975 年 5 月和 1976 年 6 月先后在中坝址 18 进行初步设计阶段的工程地质工作 拟定三条坝线地质条件如下 1 坝线 位于背斜轴部 岩石挤压破碎 左坝肩坐落在滑坡 体上 处理困难 右坝肩上方 CH16 孔附近断层破碎带密集 宽 8 余米 其 铅直厚度达 48m 并有岩脉穿插 强风化层深达 36 4m 岩脉透水性较强 渗透 途径短 围绕坝渗漏主要通道 右坝肩下方有 F5 断层通过 硅化灰质砾岩 组成 山体单薄 稳定性差 2 坝线 左坝肩小凹沟有 F4 断层的压碎岩 宽约 8m 坝 脚坐落在滑坡体上 不利坝肩稳定 强风化层厚 9 12m 右坝肩正处硅化灰 质砾岩与炭质硅质板岩软弱带上 近北东北 东东向 东向断层发育 于此 交汇 构成断层交汇带 岩石强度低 稳定性差 并为绕坝肩渗漏通道 3 坝线 左坝肩发育有充填粘土的缓倾角裂隙 且有层间 挤压破碎带 坝基有 F5 断层斜交通过 岩石透水性较强 0 01L min m 底板埋深 50m 为坝下渗透的主要通道 右坝肩坐落于 F1 F5 F12 断层交 汇处软弱带上 第第 5 章章 枢纽布置枢纽布置 5 1 坝址选择坝址选择 经地质勘探得出以下两个比较合适的坝址相关资料 中坝址自然条件良好 河道平直 河床宽度 80m 100m 岸坡较缓 河 床覆盖层较薄 河床岩性左半部软 右半部硬 坝基岩石较完整 左坝肩岩 石软 应清除强风化层较 8m 21m 右坝肩岩石硬 应清除的强风化层 10m 36m 炭质层分布右岸平洞内富集厚度大 应进行处理 对于下游冲刷 坑岩石大部分较软 地质构造方面 顺坝轴线方向 有一倾伏倒转背斜 轴 向北西 300 左坝肩有 F4 断层 顺坝轴线延伸到河床内 宽 3m 8m 右 19 坝肩有 F1 F5 F12 断层向北东及北西延伸 右平洞内出现压碎糜棱岩占全 洞的 30 有 F4 断层横跨河床 左坝肩有缓倾角裂隙 有粘土岩屑填充 应做处理 右坝肩以陡倾角裂隙和宽破碎带为主 河床岩基存在缓倾角裂隙 左坝肩岩石滑坡约 10 万 风化严重 应处理 右坝肩局部构造破碎及风 3 m 化 应处理 左坝肩稳定水位比较高 右坝肩比较低 下坝址河道转弯 河床宽度 90 100m 岸坡较陡 河床覆盖层较厚 河床 岩性左半部硬 右半部软 坝基岩石在号孔所见岩石破碎 左坝肩岩石 29 CH 硬脆 应清除强风化层较 13m 右坝肩岩石软 应清除的强风化层 6 20m 炭质层分布左岸平洞内不连续的薄层状 或板理面上分布 对于下游冲刷坑 岩石破碎 地质构造方面 河床偏左 右岸一平行河倾伏倒转背斜 轴向北 东 10 左坝肩有的断层一般胶结较好 F7 应处理 右坝肩有小断层挤压 带及小褶皱 河床偏左岸有 F5 断层顺河通过 左坝肩缓倾角裂隙 面平短 小 有两条缓倾角断层顺坡裂隙 右坝肩缓倾及裂隙均不发育 河床存在缓 倾角裂隙 左坝肩局部构造破碎 应处理 右坝肩岩石风化严重应该处理 坝肩稳定水位较低 通过以上比较可以看出 本地区两坝址地质构造均较复杂 但程度有所 不同 中坝址自然条件良好 有修建碾压混凝土重力坝的条件 位于单薄山 梁上游 除坝区需处理两岸坝肩及河床外 尚需妥善处理薄山梁的滑坡和渗 漏问题 处理工程量和难度大 下坝址位于单薄山梁的小沟出口以下 需妥 善处理通过坝肩与坝基的断层破碎带并需认真考虑下游冲刷问题 处理工程 量也比较大 衡量两个坝址的地质条件及施工处理难度等 所以本次设计选 择中坝址建坝 5 2 坝轴线选择坝轴线选择 中坝址位单薄山梁倾伏倒转背斜轴部 岩层强烈褶皱 断裂发育 坝基 及坝肩两岸均坐落于含炭砂质板岩 硅化灰质砾岩及炭质硅质板岩上 坝址工程地质条件复杂各坝址地质条件比较如下 线 位于背斜轴部 岩石挤压破碎 左坝肩坐落在滑坡体上 处 理困难 右坝肩上方孔附近断层破碎带密集 8 余 m 其铅直厚度达 16 CH 20 48m 并有岩脉穿插 强风化层深达 36 4m 岩石透水性较强 渗透途径短 为绕坝渗漏主要通道 右坝肩下方有断层通过 硅化灰质砾岩组成 山体 5 F 单薄 稳定性差 线 左坝肩小凹沟有断层的压碎岩宽约 8m 坝脚坐落在滑坡 4 F 体上 不利坝肩稳定 强风化层厚 9m 12m 右坝肩正处硅化灰质砾岩与炭 质硅质板岩软弱带上 近北东北 东东向东向断层发育 于此交会 构成断 层交会带 岩石强度低 稳定性差 并为绕坝渗漏通道 线 左坝肩发育有充填黏土的缓倾角裂隙 且有层间挤压破碎带 坝基有断层斜交通过 岩石透水性较强 底板埋深大于 4 F 0 01 L dm 50m 为坝下渗透的主要通道 右坝肩坐落于 断层交会软弱带上 1 F 5 F 12 F 通过上述坝轴线工程地质条件的比较 定性分析 可以看出 坝线工 程地质条件比 和 线略好 因此本设计选择 线作为坝轴线 5 3 坝型选择坝型选择 主坝坝型曾进行了碾压混凝土重力坝 常态混凝土重力坝和粘土心墙堆 石坝三种坝型的比较选择 三者在投资上差别很小 以满足地质条件 工程 布置有利为前提 并考虑缩短工期 提前发电要求 最终选择了碾压混凝土 重力坝作为基本坝型 由于混凝土坝在具有明显的下列优点 相对安全 可靠 耐久性好 抵抗渗漏 洪水漫溢 地震和战争破坏能力较强 设计 施工技术简单 易于机械化施工 对不同的地形和地质条件适应性强 任 何形状河谷都能修建重力坝 对地基条件要求相对来说不太高 在坝体中 可布置引水 泄水孔口 解决发电 泄洪和施工导流等问题 且筑坝技术方 面日臻完善 确定采用碾压混凝土重力坝 5 4 枢纽布置枢纽布置 枢纽布置应遵循的一般原则是 1 坝址 大坝及其它主要建筑物的型式 21 选择和枢纽布置要做到施工方便 工期短 造价低即技术上可能 经济最优 化 2 枢纽布置应当满足在各个建筑物在布置上的要求 保证其在任何工作 条件下都能正常工作 互不干扰 3 在满足建筑物强度和稳定的条件下 结 构最优化 降低枢纽总造价和年运转费用 4 枢纽中各建筑物布置紧凑 尽 量将同一工种的建筑物布置在一起 以减少联结建筑 5 尽可能使枢纽中的 部分建筑物早期投产 提前发挥效益 如提前蓄水 早期发电或灌溉 6 枢 纽的外观应与周围环境相协调 尽可能美化枢纽周围的环境 根据对铜钱坝基本资料的分析和枢纽布置的一般原则和要求 其枢纽布 置需要布置重力坝 包括挡水坝段和溢流坝段 排沙底孔 引水管道和水电 站厂房等水工建筑物 具体方案考虑如下 方案 玉带河主河床的左右岸两端各有一段用于挡水的重力坝段 河 床的中间是溢流坝段 为坝顶有闸门式溢流 初拟尺寸总长为 69 米 分为 5 孔 毎孔净宽 13 米 设 4 个闸墩 每个宽 1m 下泄时采用鼻坎挑流消能 排沙底孔设一个 位于大坝左岸非溢流坝段下面 进口高程为 580 米 初拟 孔口尺寸为 3 5 3 m 宽 高 水电站部分位于大坝左岸 并且水电站的引 水口在排沙底孔的侧上方 右岸非溢流坝段坝体内设两根管道为工业供水 上坝公路修于河床右岸 并通过坝顶公路联