调洪演算毕设计算书.doc

水利水电工程专业毕业设计毕业设计计算书目录第一节 调洪计算- 4 -1.1 调洪演算的原理概述- 4 -1.2若干假定方案的调洪演算- 6 -1.2.1 方案一：I=2811m,B=7m- 6 -1.2.1.1设计洪水情况- 6 -1.2.1.2 校核洪水情况- 6 -1.2.2 方案二：I=2812m, B=7m- 7 -1.2.2.1 设计洪水情况- 7 -1.2.2.2 校核洪水情况- 8 -1.2.3 方案三：I=2811m, B=8m- 9 -1.2.3.1 设计洪水情况- 9 -1.2.3.2 校核洪水情况- 9 -1.2.4 方案四 ：I=2812m, B=8m- 10 -1.2.4.1 设计洪水情况- 10 -1.2.4.2 校核洪水情况- 10 -1.2.5 方案五 ：I=2813m, B=8m- 11 -1.2.5.1 设计洪水情况- 11 -1.2.5.2 校核洪水情况- 12 -1.2.6 方案六 ：I=2810m, B=8m- 13 -1.2.6.1设计洪水情况- 13 -1.2.6.2 校核洪水情况- 13 -第二节 土石坝坝高的确定- 14 -2.1基本计算原理及计算公式：- 14 -2.1.1 设计水位加正常运用条件下的坝顶超高- 16 -2.1.1.1 风壅高度- 16 -2.1.1.2 波浪爬高- 16 -2.1.2 正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高- 17 -2.1.2.1 风壅高度- 18 -2.1.2.2 波浪爬高- 18 -2.1.3 校核洪水位加非常运用条件下的坝顶高程- 19 -2.1.3.1 风壅高度- 19 -2.1.3.2 波浪爬高- 19 -2.1.4 正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高加地震安全加高- 20 -2.1.4.1风壅高度- 21 -2.1.4.2 波浪爬高- 21 -2.2 计算结果整理- 21 -第三节 土石料的设计- 23 -3.1 粘性土料的设计- 23 -3.1.1计算公式- 23 -3.1.2 计算结果- 24 -3.1.3 土料的选用- 24 -3.2 砂砾料设计- 25 -3.2.1 计算公式- 25 -3.2.2 计算成果- 25 -3.2.3 砂砾料的选用- 29 -第四节 渗流计算- 29 -4.1 计算方法- 29 -4.2 计算断面与计算情况- 30 -4.2.1 1-1断面：- 30 -4.2.1.1 正常蓄水位+相应下游水位- 30 -4.2.1.2 设计水位与下游相应的水位- 30 -4.2.1.3 校核水位与下游相应水位- 31 -4.2.2 2-2断面：- 31 -4.2.2.1 正常蓄水位+相应下游水位- 31 -4.2.2.2 设计水位与下游相应的水位- 31 -4.2.2.3 校核水位与下游相应水位- 32 -4.2.3 3-3断面：- 32 -4.2.3.1 正常蓄水位+相应下游水位- 32 -4.2.3.2 设计水位与下游相应的水位- 33 -4.2.3.3 校核洪水位与下游相应的水位- 33 -4.3 逸出点坡降计算：- 34 -4.3.1心墙内渗流最大渗透坡降- 34 -4.3.1.1 正常蓄水位情况- 34 -4.3.1.2 设计洪水位情况- 34 -4.3.1.3 校核洪水位情况- 34 -4.3.2 逸出点渗透坡降- 34 -4.3.2.1 正常蓄水位情况- 34 -4.3.2.2 设计水位情况- 34 -4.3.2.3 校核洪水位情况- 35 -第五节 土石坝边坡稳定分析- 35 -5.1 计算方法概述- 35 -5.2 源程序代码简示- 37 -5.3 工况选择与稳定计算成果分析- 44 -5.3.1 上游坡- 44 -5.3.1.1 施工期水位在1/3坝高处- 44 -5.3.1.2 稳定渗流期- 44 -5.3.1.3 水位骤降到死水位2796m- 44 -5.3.2 下游坡- 44 -5.3.2.1 施工期水位在1/3坝高处- 44 -5.3.2.2 稳定渗流期- 45 -5.3.2.3 正常蓄水位2822.5m+地震- 45 -第六节 土石坝细部结构计算- 45 -6.1 土石坝反滤层的设计计算- 45 -6.1.1 防渗体的反滤层：- 45 -6.1.2坝壳与棱体排水，以及地基与棱体排水之间的反滤层的设计- 46 -6.2 土石坝护坡设计- 47 -第七节 泄水建筑物的有关计算- 48 -7.1 隧洞有关水力计算- 48 -7.1.1 进口堰面曲线部分（以堰顶为坐标原点）- 48 -7.1.2 隧洞的水力计算部分- 48 -7.1.3 隧洞水面曲线的计算过程- 49 -7.1.3.1 计算长度L- 49 -7.1.3.2 水面曲线计算- 50 -7.2 隧洞的有关尺寸确定- 54 -7.2.1 出口处断面部分- 54 -7.2.2 收缩断面部分：- 55 -7.2.3 出口扩散段部分：- 55 -7.3 出口消能验算- 55 -7.3.1 坎顶水深h1试算- 55 -7.3.2 挑距计算- 56 -7.3.3 冲坑深度按下式计算- 56 -第八节 施工组织设计- 57 -8.1 工日分析- 57 -8.2 施工导流计算- 59 -8.3 封堵日期的确定- 63 -8.4 工程量计算- 64 -第九节 隧洞衬砌内力计算- 65 -9.1 基本资料。- 65 -9.1.1洞身衬砌断面形式及尺寸- 65 -9.1.2 设计荷载- 66 -9.1.3 衬砌材料- 66 -9.2 计算方法简述- 66 -9.3 计算- 67 -9.3.1 计算简图及基本原理- 67 -9.3.2 应力验算- 69 -9.3.2.1 按承载能力极限状态设计配筋：- 69 -9.3.2.2 按正常使用极限状态的验算- 77 -第一节 调洪计算主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级，临时建筑物级别为4级。永久建筑物的洪水标准：正常运用（设计）洪水重现期是100年；非常运用（校核）洪水重现期是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%）。1.1 调洪演算的原理概述 用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水过程线进行放大，可以得出设计与校核洪水过程线.单位洪水过程线中，洪峰流量为120 m3/s,设计洪峰流量为1680 m3/s，校核洪峰流量为2320m3/s，继而得出对应的洪水过程线，计算结果如下表1-1-1，表1-1-2所示：表1-1-1 设计洪水过程线流量单位洪水过程线流量（）设计洪水过程线流量（）157025070031101540455770537.552562839272230881723891318210101401179812570132.53514114表1-1-2 校核洪水过程线流量 单位洪水过程线流量（）校核洪水过程线流量（）1596.67250966.6731102126.674551063.33537.5725.00628541.33722425.33817328.67913251.331010193.33117135.3312596.67132.548.3314119.33表1-1-3 水库高程容积面积表高程H（m）库容 V（万m3）面积 A（km2）高程 H（m）库容 V（万m3）面积 A（km2）277010001.2528203670017652821.43850017.70278028002.5028234200019.00278547003.4028254620020.50279067004.5028275090021.80279595005.7528295760024.002800129007.6028336490026.002805170009.2028357000026.4028102220011.5028377500028.5028152860014.2028408160030.351.2若干假定方案的调洪演算可以拟定几组不同孔口宽度B及堰顶高程的方案。堰顶自由泄流公式Q=m（2g）1/2H3/2可确定设计洪水与校核洪水情况下的起调流量Q调，自 Q调开始，假定三条四条或泄洪过程线，在洪水过程线上可以查出Q泄，然后求出相应的蓄水库容V。根据库容水位关系曲线可得相应的库水位H，由三组（Q泄，H）绘制的QH曲线与由Q=m（2g）1/2H3/2绘制的QH曲线相交，所得的交点即为所要求的下泄流量及相应水位。 1.2.1 方案一：I=2811m,B=7m算出起调流量=0.860.502711.5=522.031 m3/s，侧收缩系数，H0/B1时取1, k=0.7(圆弧墩头),n=1,故=0.86。1.2.1.1设计洪水情况Q设 =1680 m3/s,计算QH曲线列表如下：表1-2-1 设计情况假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位 H（m）70028.261437.6012823.94463030.536439.876282456032.878442.2182824.18QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =627.5m3/s，H=2824 m,如图1-2-1所示。1.2.1.2 校核洪水情况 Q校=2320 m3/s,计算QH曲线列表如下：表1-2-2 校核情况假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V （10） 水库水位H（m）773.3351.557460.8972825.014676.6655.96465.32825.20858061.451469.8822825.412QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =707.5m3/s，H=2825.133 m,如图1-2-1： 图1-2-11.2.2 方案二：I=2812m, B=7m起调流量=0.860.502710.5=455.443m3/s，侧收缩系数，H0/B1时取1, k=0.7(圆弧墩头),n=1,故=0.86。1.2.2.1 设计洪水情况Q设 =1680 m3/s，计算QH曲线列表如下：表1-2-3 设计情况假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位 H（m）63032.325441.6652824.15256034.957444.2972824.2849037.702447.0422824.4QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =577.143m3/s，H=2824.2m，如图1-2-2所示1.2.2.2 校核洪水情况Q校=2320 m3/s，计算出QH曲线列表如下：表1-2-4 校核情况假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位 H（m）676.6658.464467.8042825.3258063.425472.7652825.54483.3368.658477.9982825.77QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点是：Q泄 =657.142 m3/s，H=2825.36m，如图1-2-2所示：图1-2-21.2.3 方案三：I=2811m, B=8m起调流量=0.860.502811.5=596.607m3/s, 侧收缩系数，H0/B1时取1, k=0.7(圆弧墩头),n=1,故=0.86.。1.2.3.1 设计洪水情况Q设 =1680 m3/s，计算出QH曲线列表如下：表1-2-5 设计情况假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位 H（m）77023.891433.2312823.7270026.478435.8182823.85263028.494437.8342823.956QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =700 m3/s，H=2823.867m，如图1-2-3所示。1.2.3.2 校核洪水情况 Q校=2320 m3/s，计算QH曲线列表如下：表1-2-6 校核情况假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位 H（m）87045.4996454.842824.746773.3349.281458.6212824.914676.6653.248462.5882825.088QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =784.615m3/s，H=2824.867m，如图1-2-3所示：图1-2-31.2.4 方案四 ：I=2812m, B=8m起调流量=0.860.502810.5=520.506 m3/s,侧收缩系数，H0/B1时取1, k=0.7(圆弧墩头),n=1,故=0.86。1.2.4.1 设计洪水情况Q设 =1680 m3/s，计算得QH曲线列表如下：表1-2-7 设计情况假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位 H（m）70028.299437.639282463030.579439.9192824.06656032.927442.2672824.236QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点是：Q泄 =638.46m3/s，H=2824.067m，如图1-2-4所示。1.2.4.2 校核洪水情况Q校=2320 m3/s，计算QH曲线列表如下：表1-2-8 校核情况假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位 H（m）87951.603460.9432825.016773.3356.015465.3552825.212676.6660.604469.9442825.414QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点是：Q泄 =723.076m3/s，H=2825.067m，如图1-2-4所示：图1-2-41.2.5 方案五 ：I=2813m, B=8m起调流量=0.860.50289.5=447.947 m3/s, 侧收缩系数，H0/B1时取1, k=0.7(圆弧墩头),n=1,故=0.86。1.2.5.1 设计洪水情况Q设 =1680 m3/s，计算得QH曲线列表如下：表1-2-9 设计情况假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位 H（m）70029.974439.3142824.06663032.523441.8632824.16256035.189444.5292824.292QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点是：Q泄 =580.5m3/s，H=2824.6m，如图1-2-5所示。1.2.5.2 校核洪水情况 Q校=2320 m3/s，计算得QH曲线列表如下：表1-2-10 校核情况假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位 H（m）773.3353.808463.1482825.144676.6658.648467.9882825.32858063.747473.0872825.552QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =668.02m3/s，H=2825.37m，如图1-2-5所示：图1-2-51.2.6 方案六 ：I=2810m, B=8m起调流量=0.860.502812.5=676.093 m3/s, 侧收缩系数，H0/B1时取1, k=0.7(圆弧墩头),n=1,故=0.86。1.2.6.1设计洪水情况Q设 =1680 m3/s，计算得QH曲线列表如下：表1-2-11 设计情况假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位 H（m）84021.162430.5022823.58277022.837432.1772823.66670024.576433.9162823.756QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =769.23m3/s，H=2823.68m，如图1-2-6所示。1.2.6.2 校核洪水情况 Q校=2320 m3/s，计算QH曲线列表如下：表1-2-12 校核情况假设泄水量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位 H（m）87043.37452.712824.652773.3346.803456.1432824.804676.6650.338459.6782824.96QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =861.538m3/s，H=2824.64m，如图1-2-6所示：图1-2-6通过比较，最终选择方案五即=2810m,B=8m。设计洪水时：Q泄 =769.23m3/s，H=2823.68m；校核洪水时：Q泄 =861.538m3/s，H=2824.64m。第二节 土石坝坝高的确定2.1基本计算原理及计算公式：坝顶在水库静水位以上的超高按下式2-1确定： （式2-1）式中：Y-坝顶超高；R-最大波浪在坝顶的爬高； e-最大风壅水面高度； A-安全超高。该坝为二级建筑物，设计时取A=1.0，校核时取A=0.5坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值:设计水位加正常运用条件下的坝顶超高；正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高；校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高； 正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高。波浪的平均波高和平均波周期宜采用官厅公式，下式2-2(W20m/s,D20000m) （式2-2）式中：hm平均波高，mTm平均波周期，sD风区长度kmHm水域平均水深，mW 计算风速, m/s风壅高度可按下式2-3计算: （式2-3）式中 ：e计算处的风壅水面高度m； D风区长度km； K综合摩阻系数3.610； 计算风向与坝轴线的夹角22.5(以8个方位角为准，偏差在22.50 )，为了使坝高取高更合理，取22.5。坝顶在水库静水位以上的超高按下式2-4确定： （式2-4）式中： y坝顶超高 R最大波浪在坝坡上的爬高，m（按规范二级大坝设计情况为1.0,山区丘陵去校核情况0.5。当来波波向线与坝轴线的法线成夹角时波浪爬高等于按正向来波计算爬高值乘以折减系数K,K应按表A.1.15确定,插值得K=0.951,用R=KR1%=0.951R1%,） e最大风壅水面高度 A安全加高（按规范二级大坝设计情况为1.0,山区丘陵区校核情况0.5）设计波浪爬高值应根据工程等级确定，2级坝采用累积频率为1%的爬高值。正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按下式2-5或有关规定计算：m， （式2-5）2.1.1 设计水位加正常运用条件下的坝顶超高吹程D=15km, 风速W=21km/s,坝前水深Hm，73.68m, =22.5，按下式计算：=9.8115000/21=333.673 =0.0076W-1/12(gD/ W2)1/3 =0.0076(21)-1/12(333.673)1/3 =0.040901h10%=1.8387m=0.331W-1/2.15(gD/ W2)1/3.75 =0.331(21)-1/2.15(333.673)1/3.75 = 0.3782Lm=17.00191m = 333.673,h为累积频率10%的波高h10%查表A.1.8，hm=hp/1.71，hm=1.07525mTm=4.4381.07525=4.601951s2.1.1.1 风壅高度可按下式计算: = 3.61021215 COS(22.5) / (29.8173.68) =0.0152192.1.1.2 波浪爬高设计波浪爬高值应根据工程等级确定，2级坝采用累积频率为1%的爬高值。正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按下式或有关规定计算： m = 0.781.0(17.001911.07525)0.5/(1+2.752)0.5 =1.139719m式中：Rm平均波浪爬高m单坡的坡度系数,若坡角为a,即等于cota K斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型查规范得0.78Kw经验系数,查规范得1.0, W/(gH)0.51大坝等级为2级,查规范1累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23。(hm/H5mm砾石比重Gs天然孔隙比相对密实度Dr设计干容重gd设计孔隙比e%g/cm31#上50.1252.52.750.4810.73218.2160.4802#上45.7152.22.740.5310.61217.560.5 303#上24.54747.72.760.4490.81018.6860.4504#上37.1553.82.750.4600.78418.4780.4601#下46.7753.52.750.4810.73218.2160.4802#下40.7455.92.730.4750.74818.1570.4753#下64.5755.32.730.4810.73218.0830.4804#下44.6753.52.720.5110.66217.6590.510表3-3续 砂砾料计算成果汇总表料场保持含水量湿容重w浮容重内摩擦角粘聚力c渗透系数K%g/cm3g/cm3kPa10-2cm/s1#上519.12711.592351002.02#上518.43811.149360002.03#上519.6211.916354002.04#上519.40211.759363002.01#下519.12711.592352002.02#下519.06511.506364002.03#下518.98711.459355002.04#下518.54211.167371002.0绘出各沙石料场的级配曲线如下图3-1所示：图3-13.2.3 砂砾料的选用 土石坝的坝壳砂砾石材料主要为了保持坝体的稳定性，要求有较高的强度。根据规范要求砂砾石的相对密实度Dr要求不低于0.75，上述料场中只有3#上和4#上 料场满足要求，其余料场不符合要求不予采用。下游坝壳水下部位和上游坝壳水位变动区宜有较高的透水性，且具有抗渗和抗震稳定性，应优先选用不均匀和连续级配的砂石料。认为不均匀系数=30100时较易压实，Cu510时则压实性能不好。而3#上料场砂砾料的不均匀系数Cu=2530,不满足要求，从颗粒级配曲线上也可以看出，4#上料场的砂砾料颗粒级配较好，物理力学指标也较高，可优先使用，故选择4#上料场作为砂砾料的主料场。第四节 渗流计算土石坝的渗流计算应该包括以下几点内容:确定坝体浸润线及其下游出逸点的位置，绘制坝体及其坝基内的等势线分布图或流网图；确定坝体与坝基的渗流量；确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降；确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置空隙压力；确定坝肩的的等势线、渗流量和渗透比降。渗流计算应包括以下水位组合情况：(1)上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；(2)上游设计水位与下游相应的水位；(3)上游校核水位与下游相应水位。4.1 计算方法根据坝体内部各部分渗流状况的特点，可以将坝体分为若干段。运用水力学方法解决土坝渗流问题。根据达西定律近似解土石坝的渗流问题。在计算中假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等。计算简图见图4-1。通过防渗体流量如式4-1示 ： （式4-1）通过防渗体后的流量如式4-2示： （式4-2）4.2 计算断面与计算情况对河床中间断面1-1以及左右岸坡段各一断面2-2、3-3三个典型断面进行渗流计算，参见图4-1,4-2,4-3，计算按正常蓄水和设计洪水两种情情况进行。4.2.1 1-1断面：图4-14.2.1.1 正常蓄水位+相应下游水位正常蓄水位2822.5m 下游相应的最低水位为2752.2m（由发电所需引水量44.1m3/s确定）。k=3.010-6cm/s,k2=110-9cm/s，k1=2.010-2 cm/s ，kT取2.010-2 cm/s，T1=2.2m ，T=28.264m,D=0.8m，H=72.5m，=20m,L1=161.675m L=169.975m由= 计算得： = 3.98310-6, H1=2.3167m4.2.1.2 设计水位与下游相应的水位k=3.010-6cm/s,k2=110-9cm/s，k1=2.010-2 cm/s ，kT取2.010-2 cm/s，H=73.68m，T1=5.3036 m ，L1=166.3304m ，L=167.975m。由q1=q2计算得： =