大工16春《水工建筑物课程设计》大作业完美答案

网络教育学院网络教育学院 水工建筑物课程设计水工建筑物课程设计 题 目 混凝土重力坝设计 学习中心 奥鹏学习中心 专 业 水利水电工程 年 级 2015 年 春 季 学 号 15141030 学 生 1111111 指导教师 1111111 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 0 1 项目基本资料 1 1 气候特征 根据当地气象局 50 年统计资料 多年平均最大风速 14 m s 重现期为 50 年 的年最大风速 23m s 吹程 设计洪水位 2 6 km 校核洪水位 3 0 km 最大冻土深度为 1 25m 河流结冰期平均为 150 天左右 最大冰厚 1 05m 1 2 工程地质与水文地质 1 2 11 2 1 坝址地形地质条件坝址地形地质条件 1 左岸 覆盖层 2 3m 全风化带厚 3 5m 强风化加弱风化带厚 3m 微风化厚 4m 2 河床 岩面较平整 冲积沙砾层厚约 0 1 5m 弱风化层厚 1m 左右 微风化层厚 3 6m 坝址处河床岩面高程约在 38m 左右 整个河床皆为微 弱风 化的花岗岩组成 致密坚硬 强度高 抗冲能力强 3 右岸 覆盖层 3 5m 全风化带厚 5 7m 强风化带厚 1 3m 弱风化 带厚 1 3m 微风化厚 1 4m 1 2 21 2 2 天然建筑材料天然建筑材料 粘土料 砂石料和石料在坝址上下游 2 3km 均可开采 储量足 质量好 粘 土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求 砂石料满足砼重力坝要求 1 2 31 2 3 水库水位及规模水库水位及规模 死水位 初步确定死库容 0 30 亿 m3 死水位 51m 正常蓄水位 80 0m 注 本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重 静水压力 浪压力以及扬 压力 表一 状况 坝底高程 m 坝顶高程 m 上游水位 m 下游水位 m 上游坡率下游坡率 设计情况31 84 982 5045 500 1 0 8 校核情况3184 984 7246 450 1 0 8 本设计仅分析基本组合 2 及特殊组合 1 两种情况 基本组合 2 为设计洪水位情况 其荷载组合为 自重 静水压力 扬压力 泥 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 1 沙压力 浪压力 特殊组合 1 为校核洪水位情况 其荷载组合为 自重 静水压力 扬压力 泥 沙压力 浪压力 1 3 大坝设计概况 1 3 11 3 1 工程等级工程等级 本水库死库容 0 3 亿 m3 最大库容未知 估算约为 5 亿 m3 左右 根据现行 水电枢纽工程等级划分及设计安全标准 DL5180 2003 按水库总库容确定 本工程等别为 等 工程规模为大 2 型水库 枢纽主要建筑物挡水 泄水 引水系统进水口建筑物为 2 级建筑物 施工导流建筑物为 3 级建筑物 1 3 21 3 2 坝型确定坝型确定 坝型选择与地形 地质 建筑材料和施工条件等因素有关 确定本水库大坝 为混凝土重力坝 1 3 31 3 3 基本剖面的拟定基本剖面的拟定 重力坝承受的主要荷载是水压和自重 控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强 度要求 由于作用于上游面的水压力呈三角形分部 所以重力坝的基本剖面是三 角形 根据提供的资料 确定坝底宽度为 43 29m 约为坝高的 0 8 倍 下游边 坡 m 0 8 上游面为铅直 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 2 2 设计及计算内容 2 1 坝高计算 据大坝特性表资料 坝高 H 坝顶高程 坝底高程 84 90 31 00 53 90m 为中 坝 2 2 挡水坝段剖面设计 2 2 12 2 1 坝顶构造设计坝顶构造设计 坝顶宽度取 8 10 坝高 且不小于 3m 设计坝顶宽度取 4 80m 坝顶上游设置防浪墙 墙身采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构 高度取 1 35m 按设计洪水位计算 宽度取 0 50m 坝顶下游侧设拦杆 2 2 22 2 2 坝底宽度计算坝底宽度计算 根据大坝特性表资料 坝底宽度 T 84 90 31 00 0 8 43 12m 2 2 32 2 3 坝体检查排水廊道 排水管幕设计坝体检查排水廊道 排水管幕设计 为了便于检查 观测和排除坝体渗水 在坝体高程 65 00 处设一检查兼作排 水用的廊道 廊道断面采用城门洞形 宽度取 1 5m 高度取 2 5m 其上游侧至 上游坝面的距离取 0 05 0 07 倍作用水头 且不小于 3m 设计取 4 00m 为了减小坝体的渗透压力 靠近上游坝面设置排水管幕 排水管幕至上游坝 面的距离取 1 15 1 25 倍作用水头 且不小于 2m 设计取 3 00m 间距取 2 50m 管径取 200mm 排水管幕做成铅直 与纵向排水检修廊道相通 渗入排水 管的水可汇集到下层纵向廊道 排水管幕上端通至坝顶 2 2 42 2 4 坝基灌浆排水廊道设计坝基灌浆排水廊道设计 坝基灌浆排水设置在上游坝踵处 廊道上游侧距上游坝面的距离取 0 05 0 1 倍作用水头 且不小于 4 5m 设计取 4 0m 廊道断面采用城门洞形 宽度取 3 00m 高度取 3 50m 廊道上游侧设排水沟 下游侧设排水孔及扬压力 观测孔 廊道底面距离基岩面不小于 1 5 倍廊道宽度 设计取 4 00m 为减少坝基渗漏 防止较大渗流对坝基产生渗透破坏 减小坝基底面的防渗 扬压力 提高坝体的抗滑稳定性 在廊道上游侧布置一排帷幕灌浆 帷幕灌浆深 度取 0 05 0 07 倍作用水头 帷幕灌浆深度设计取 20 00m 灌浆帷幕中心线距 上游坝面 4 50m 帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土后进行 灌浆压力 表层不宜小于 1 0 1 5 倍坝前静水头 取 60m 10KN m3 600KPa 在孔低不宜小 于 2 3 倍坝前静水头 取 130m 10KN m3 1300KPa 为了充分降低坝底扬压力和排除基岩渗水 在廊道下游侧布置一排排水孔幕 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 3 排水孔深度为帷幕灌浆深度的 0 4 0 6 倍 且坝高 50m 以上的深度不小于 10m 排水孔深度设计取 10 00m 孔距取 2 50m 孔径取 200mm 排水孔略向下游倾斜 与帷幕灌浆成 10 交角 排水孔中心线距帷幕中心线 2 00m 2 2 52 2 5 地基处理地基处理 基岩开挖的边坡必须保持稳定 两岸岸坡尽量开挖成有足够宽度的台阶状 以确保坝体的侧向稳定 对于靠近坝基面的缓倾角软弱夹层 埋藏不深的溶洞 溶浊面应尽量挖除 开挖至距利用岩面 0 5 1 0m 时 应采用手风钻钻孔 小药 量爆破 以免产生裂隙或增大裂隙 遇到易风化的页岩 黏土岩时 应留 0 2 0 3m 的保护层 待浇筑混凝土前再挖除 坝基应清到比较坚硬完整的完整 的岩面 基面平整 水平即可 地基开挖后 在浇筑混凝土前 必须彻底清理 冲洗和修凿 风化 松动 软弱破碎的岩块都要清除干净 突出的尖角要打掉 光滑的岩面要凿毛 并用水冲洗干净 基岩表面不得残留有泥土 石渣 油渍等 其它污物 排除基岩面上全部积水 基坑内原有的勘探钻孔 井 洞等均应回填 封堵 2 2 62 2 6 坝体材料分区坝体材料分区 1 上 下游最高水位以上坝体表层采用 C15 W4 F100厚 3 00m 的混凝土 2 下游水位变化区的坝体表层采用 C15 W8 F200厚 3 00m 的混凝土 3 上 下游最低水位以下坝体表层采用 C20 W10 F100厚 3 00m 的混凝土 4 坝体靠近基础的底部采用 C20 W10 F200厚 8 00m 的混凝土 满足强度要 求 5 坝体内部采用 C10 W2低热混凝土 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 4 2 3 挡水坝段荷载计算 本设计荷载仅分析基本组合 2 及特殊组合 1 两种情况 2 3 12 3 1 荷载基本组合荷载基本组合 2 2 为设计洪水位情况 其荷载组合为 自重为设计洪水位情况 其荷载组合为 自重 静水压力静水压力 扬扬 压力压力 泥沙压力泥沙压力 浪压力 浪压力 31 00 78 90 死水位 51 00 43 12 82 72设计 设计 45 50 W1 W2P2 P Q P P P2 S1 S3 S2 1 0 8 U3 U4 U2 U1 rwH2 rwH1 arwH 设计洪水位坝体尺寸与荷载 6 50 4 8 H2 H1 Pw m 1 自重 坝体断面分为一个三角形和一个矩形分别计算 混凝土容重采用 24KN m3 因廊道尺寸较小 计算自重时不考虑 2 静水压力 静水压力包括上下游的水平水压力和下游斜坡上的垂直水压力 3 扬压力 坝踵处的扬压力强度为 H1 排水孔线上为 H2 H 坝址处为 H2 其间均以直线连接 扬压力折减系数 0 25 4 泥沙压力 大坝迎水面前泥沙的淤积高度计算至死水位 51m 大坝迎水面 前泥沙的淤积高度 hs 51 0 31 0 20 0m 水平泥沙压力在垂直方向上呈三角形分 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 5 布 泥沙干重度 sd取 13 5KN m3 孔隙率 n 取 0 42 内摩擦角 s取 18 泥 沙的浮重度 sb sd 1 n 13 5 1 0 42 10 7 7 KN m3 单位长度大坝迎 水面上的水平泥沙压力值按公式 Psk 1 2 sbhs2tan2 45 s 2 坝址处河床 岩面高程约在 38m 左右 大坝背水面前泥沙的淤积高度 hs 38 00 31 00 7 00m 除计算水平泥沙压力外还应计算竖直泥沙压力 其值按泥沙浮重度与泥沙体积的 乘积求得 5 浪压力 计算风速取重现期为 50 年的年最大风速 23m s 风区长度取 2600m 按鹤地水库试验公式 gh2 v02 0 00625v0 1 6 gD v02 1 3 和 gLm v02 0 0386 gD v02 1 2 计算得累积频率为 2 的波高 h2 2 07m 平均波长 Lm 14 45m 经查表求得 h1 2 25m 使波浪破碎的临界水 Hcr Lm 4 ln Lm 2 h1 Lm 2 h1 5 19m 因为坝前水深 H 82 50 31 00 51 50m H Hcr和 H Lm 2 发生深水波 单 位长度大坝迎水面上的浪压力值按公式 Pwk 1 4 Lm h1 hz 计算 波浪中心至计算静水位的高度 hz h1 2 Lmcth H Lm 1 10m 防浪墙顶高程为 82 50 h1 hz hc 82 5 2 25 1 10 0 40 86 25m 上述荷载计算见计算表 重重 力力 坝坝 基基 本本 荷荷 载载 组组 合合 计计 算算 表表 垂直力 kN 水平力 kN 力矩 kN m 荷 载计 算 式 对坝底截面形心力臂 m W1 4 8 53 9 24620921 56 2 4 19 16118964 自重 W2 1 2 47 9 38 32 24220262 3 38 32 21 56 3 9987884 P1 1 2 51 52 10132611 3 51 5 17 17227691 P2 1 2 14 52 1010511 3 14 5 4 835076水压力 Q 1 2 0 8 14 52 1084121 56 1 3 0 8 14 5 17 6914877 u1 14 5 43 12 106252000 u2 1 2 36 62 0 25 37 1016942 3 36 62 21 56 2 854828 u3 0 25 37 6 5 1060121 56 1 2 6 5 18 3111004 扬压力 u4 1 2 1 0 25 37 6 5 1090221 56 1 3 6 5 19 3917490 Ps 1 1 2 7 7 20 02 tan2368131 3 20 6 675423 Ps 2 1 2 7 7 72 tan2361001 3 7 2 33233 泥沙压力 Ps 3 1 2 7 7 0 8 7215121 56 0 8 7 3 19 692973 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 6 浪压力 Pw 1 4 10 14 45 14 45 2 1 1 2 25 1 8 10 14 452 382 261 51 5 14 45 2 14 45 2 1 1 2 25 3 47 80 51 5 2 3 14 45 41 8710928 18260 944929227144561412223085302546 合 计 19778 13044 79461 2 3 22 3 2 荷载特殊组合荷载特殊组合 1 1 为校核洪水位情况 其荷载组合为 自重为校核洪水位情况 其荷载组合为 自重 静水压力静水压力 扬压扬压 力力 泥沙压力泥沙压力 浪压力 浪压力 31 00 78 90 死水位 51 00 43 12 84 72校核 校核46 45 1 0 8 W2 P2 PS1 Q PS3 PS2 P2 U1 U2U3 U4 rwH1 arwH rwH2 校核洪水位坝体尺寸与荷载 6 50 H2 H1 4 8 Pw m 1 自重 坝体断面分为一个三角形和一个矩形分别计算 混凝土容重采用 24KN m3 因廊道尺寸较小 计算自重时不考虑 2 静水压力 静水压力包括上下游的水平水压力和下游斜坡上的垂直水压力 3 扬压力 坝踵处的扬压力强度为 H1 排水孔线上为 H2 H 坝址处为 H2 其间均以直线连接 扬压力折减系数 0 25 4 泥沙压力 大坝迎水面前泥沙的淤积高度计算至死水位 51m 大坝迎水面 前泥沙的淤积高度 hs 51 00 31 00 20 00m 水平泥沙压力在垂直方向上呈三角形 分布 泥沙干重度 sd取 13 5KN m3 孔隙率 n 取 0 42 内摩擦角 s取 18 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 7 泥沙的浮重度 sb sd 1 n 13 5 1 0 42 10 7 7 KN m3 单位长度大坝 迎水面上的水平泥沙压力值按公式 Psk 1 2 sbhs2tan2 45 s 2 坝址处河 床岩面高程约在 38m 左右 大坝背水面前泥沙的淤积高度 hs 38 00 31 00 7 00m 除计算水平泥沙压力外还应计算竖直泥沙压力 其值按泥沙浮重度 与泥沙体积的乘积求得 5 浪压力 计算风速取多年平均最大风速 14m s 风区长度取 3000m 按鹤 地水库试验公式 gh2 v02 0 00625v0 1 6 gD v02 1 3 和 gLm v02 0 0386 gD v02 1 2 计算 得累积频率为 2 的波高 h2 1 03m 平均波长 Lm 9 45m 经查表求得 h1 1 12m 使波浪破碎的临界水 Hcr Lm 4 ln Lm 2 h1 Lm 2 h1 1 45m 因为坝前水深 H 84 72 31 00 53 72m H Hcr和 H Lm 2 发生深水波 单 位长度大坝迎水面上的浪压力值按公式 Pwk 1 4 Lm h1 hz 计算 波浪中心至计算静水位的高度 hz h1 2 Lmcth H Lm 0 42m 防浪墙顶高程为 84 72 h1 hz hc 84 72 1 12 0 42 0 30 86 56m 大坝特 性表资料提供的坝顶高程不足 上述荷载计算见计算表 重重 力力 坝坝 特特 殊殊 荷荷 载载 组组 合合 计计 算算 表表 垂直力 kN 水平力 kN 力矩 kN m 荷 载计 算 式 对坝底截面形心力臂 m W1 4 8 53 9 24620921 56 2 4 19 16118964 自重 W2 1 2 47 9 38 32 24220262 3 38 32 21 56 3 9987884 P1 1 2 53 722 10144291 3 53 72 17 91258423 P2 1 2 15 452 1011941 3 15 45 5 156149水压力 Q 1 2 0 8 15 452 1095521 56 1 3 0 8 15 45 17 4416655 u1 15 45 43 12 106662000 u2 1 2 36 62 0 25 38 27 1017522 3 36 62 21 56 2 854993 u3 0 25 38 27 6 5 1062221 56 1 2 6 5 18 3111389 扬压力 u4 1 2 1 0 25 38 27 6 5 1093321 56 1 3 6 5 19 3918091 Ps 1 1 2 7 7 20 02 tan2368131 3 20 6 675423 Ps 2 1 2 7 7 72 tan2361001 3 7 2 33233 泥沙压力 Ps 3 1 2 7 7 0 8 7215121 56 0 8 7 3 19 692973 浪压力 Pw 1 4 10 9 45 9 45 2 0 4 2 1 12 1 8 10 9 452 148 112 53 72 9 45 2 9 45 2 0 42 1 12 3 51 08 53 72 2 3 9 45 47 425311 7560 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 8 996929341153901406218541325507 合 计 19372 13984 106966 2 3 32 3 3 挡水坝段荷载计算成果挡水坝段荷载计算成果 本设计荷载仅分析基本组合 2 及特殊组合 1 两种情况 荷载组合作用计算 成果见表二和表三 表二 坝体基本荷载组合作用计算成果 垂直力 kN 水平力 kN 力矩 kN m 荷 载 对坝底 截面形 心力臂 m W1 620919 16118964 自 重 W2 220263 9987884 P1 1326117 17227691 P2 10514 835076水压力 Q 84117 6914877 u1 6252000 u2 16942 854828 u3 60118 3111004 扬压力 u4 90219 3917490 Ps1 8136 675423 Ps2 1002 33233泥沙压力 Ps3 15119 692973 浪压力 Pw 382 261 47 80 41 8710928 18260 944929227144561412223085302546 合 计 19778 13044 79461 表三 坝体特殊荷载组合作用计算成果表 垂直力 kN 水平力 kN 力矩 kN m 荷 载 对坝底 截面形 心力臂 m W1 620919 16118964 自 重 W2 220263 9987884 P1 1442917 91258423 P2 11945 156149水压力 Q 95517 4416655 u1 6662000 u2 17522 854993 u3 62218 3111389 扬压力 u4 93319 3918091 泥沙压力 Ps1 8136 675423 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 9 Ps2 1002 33233 Ps3 15119 692973 浪压力 Pw 148 112 51 08 47 425311 7560 996929341153901406218541325507 合 计 19372 13984 106966 2 4 挡水坝段建基面抗滑稳定计算 沿坝轴线方向取 1m 长进行抗滑稳定分析计算 2 4 12 4 1 荷载基本组合荷载基本组合 2 2 为设计洪水位情况 其荷载组合为 自重为设计洪水位情况 其荷载组合为 自重 静水压力静水压力 扬扬 压力压力 泥沙压力泥沙压力 浪压力 浪压力 参照类似工程资料 微 弱风化的花岗岩抗剪断摩擦系数及黏聚力分别取 f 0 85 C 0 65MPa 基岩允许抗压强度取 1430KPa 建基面抗滑稳定根据抗抗剪断强度公式计算得 K f W C A P 0 85 19778 650 43 12 13044 3 44 K 3 0 满足抗滑稳定要求 2 4 22 4 2 荷载特殊组合荷载特殊组合 1 1 为校核洪水位情况 其荷载组合为 自重为校核洪水位情况 其荷载组合为 自重 静水压力静水压力 扬压扬压 力力 泥沙压力泥沙压力 浪压力 浪压力 参照类似工程资料 微 弱风化的花岗岩抗剪断摩擦系数及黏聚力分别取 f 0 85 C 0 65MPa 基岩允许抗压强度取 1430KPa 建基面抗滑稳定根据抗抗剪断强度公式计算得 K f W C A P 0 85 19372 650 43 12 13984 3 18 K 2 5 满足抗滑稳定要求 2 5 挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核 2 5 12 5 1 荷载基本组合荷载基本组合 2 2 为设计洪水位情况 其荷载组合为 自重为设计洪水位情况 其荷载组合为 自重 静水压力静水压力 扬扬 压力压力 泥沙压力泥沙压力 浪压力 浪压力 1 当计入扬压力时 建基面上 下游边缘垂直正应力分别为 uy W B 6 M B2 19778 43 12 6 79461 43 122 202 27 KPa 0 满 足要求 dy W B 6 M B2 19778 43 12 6 79461 43 122 715 09 KPa 1430Kpa 满足抗压强度要求 2 当计入扬压力时 建基面上 下上游面剪应力分别为 u P Puu uy m1 51 5 10 51 5 10 202 27 0 0 KPa 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 10 d dy Pdu P m2 715 09 14 5 10 14 5 10 0 8 572 07 KPa 满足要求 3 当计入扬压力时 建基面上 下游边缘水平正应力分别为 ux P Puu P Puu uy m12 51 5 10 51 5 10 51 5 10 51 5 10 202 27 0 0 KPa dx P Pdu dy Pdu P m22 14 5 10 14 5 10 715 09 14 5 10 14 5 10 0 82 457 66 KPa 满足要求 4 当计入扬压力时 建基面上 下游上游边缘主应力分别为 u1 1 m12 uy P Puu m12 1 0 202 27 51 5 10 51 5 10 0 202 27 KPa 满足要求 u2 P Puu 51 5 10 51 5 10 0 KPa d1 1 m22 dy P Pdu m22 1 0 82 715 09 14 5 10 14 5 10 0 82 1172 75 KPa 满足要求 d2 P Pdu 14 5 10 14 5 10 0 KPa 5 当不计入扬压力时 建基面上 下游边缘垂直正应力分别为 uy W B 6 M B2 29227 43 12 6 46139 43 122 528 92 KPa 0 满 足要求 dy W B 6 M B2 29227 43 12 6 46139 43 122 826 69 KPa 1430Kpa 满足抗压强度要求 6 当不计入扬压力时 建基面上 下上游面剪应力分别为 u Pu uy m1 51 5 10 528 92 0 0 KPa d dy Pd m2 826 69 14 5 10 0 8 545 35 KPa 满足要求 7 当计入扬压力时 建基面上 下游边缘水平正应力分别为 ux Pu Pu uy m12 51 5 10 51 5 10 528 92 0 515 00 KPa 满足要求 dx Pd dy Pd m22 14 5 10 826 69 14 5 10 0 82 581 28 KPa 满足要求 8 当不计入扬压力时 建基面上 下游上游边缘主应力分别为 u1 1 m12 uy Pu m12 1 0 528 92 51 5 10 51 5 10 0 528 92 KPa 满足要求 u2 P 51 5 10 515 00 KPa 满足要求 d1 1 m22 dy Pd m22 1 0 82 826 69 14 5 10 0 82 1262 97 KPa 满足 要求 d2 P 14 5 10 145 00 KPa 满足要求 大连理工大学网络教育学院毕业论文 设计 模板 11 2 5 22 5 2 荷载特殊组合荷载特殊组合 1 1 为校核洪水位情况 其荷载组合为 自重为校核洪水位情况 其荷载组合为 自重 静水压力静水压力 扬压扬压 力力 泥沙压力泥沙压力 浪压力 浪压力 1 当计入扬压力时 建基面上 下游边缘垂直正应力分别为 uy W B 6 M B2 19372 43 12 6 106966 43 122 104 08 KPa 0 满足要求 dy W B 6 M B2 19372 43 12 6 106966 43 122 794 43 KPa 1430KPa 满足抗压强度要求 2 当计入扬压力时 建基面上 下上游面剪应力分别为 u P Puu uy m1 53 72 10 53 72 10 104 08 0 0 KPa d dy Pdu P m2 794 43 15 45 10 15 45 10 0 8 635 54 KPa 满足要 求 3 当计入扬压力时 建基面上 下游边缘水平正应力分别为 ux P Puu P Puu uy m12 53 72 10 53 72 10 53 72 10 53 72 10 104 08 0 0 KPa dx P Pdu dy Pdu P m22 15 45 10 15 45 10 794 43 15 45 10 15 45 10 0 82 508 44 KPa 满足要求 4 当计入扬压力时 建基面上 下游上游边缘主应力分别为 u1 1 m12 uy P Puu m12 1 0 104 08 53 72 10 53 72 10 0 104 08 KPa 满足要求 u2 P Puu 53 72 10 53 72 10 0 KPa d1 1 m22 dy P Pdu m22