某某水利枢纽工程毕业论文.doc

某某水利枢纽工程毕业论文目 录摘 要IABSTRACTII第1章 工程概述11.1流域概况11.2水文资料11.2.1径流11.2.2洪水21.2.3泥沙41.2.4水位流量关系曲线41.3气象资料41.4工程地质条件51.4.1区域地质51.4.2库区工程地质条件51.4.3坝址区工程地质条件6第2章 坝型选择和枢纽布置72.1坝轴线选择72.2坝型拟定72.3枢纽布置原则7第3章 非溢流坝设计83.1坝体尺寸设计83.1.1工程等级的确定83.1.2水库水位的确定83.1.3剖面形状拟定93.1.4坝顶高程确定93.1.5坝体尺寸确定103.2坝体荷载组合及其计算113.2.1自重123.2.2静水压力123.2.3扬压力133.2.4泥沙压力143.2.5浪压力143.2.6其他荷载153.2.7力矩计算153.2.8荷载计算成果统计163.3坝体抗滑稳定分析193.4应力分析203.4.1坝体应力要求203.4.2基本组合（正常蓄水位）应力计算203.4.3基本组合（设计洪水位）应力计算213.4.4特殊组合（校核洪水位）应力计算22第4章 溢流坝与消能工设计244.1溢流坝坝型选择244.1.1泄水方式选择244.1.2洪水标准确定244.1.3单宽流量确定244.1.4确定溢流坝长度244.2方案确定254.3方案一：WES实用堰与挑流消能设计254.3.1实用堰堰顶高程确定254.3.2溢流面体形设计（WES实用堰）284.3.3挑流消能水力计算314.4方案二：WES实用堰与底流消能设计344.4.1溢流面体形设计344.4.2底流消能水力计算354.5方案三：宽顶堰与底流消能设计384.5.1宽顶堰水力计算384.5.2底流消能设计41第5章 方案比选455.1三方案工程应用比较455.1.1实用堰与宽顶堰优缺点比较455.1.2挑流消能与底流消能优缺点比较455.2工程概算46第6章 水面线计算486.1水面线计算目的486.2水面线计算基本原理486.2.1WES堰面顶部曲线段486.2.2下游直线段以及反弧段49第7章 细部构造设计及地基处理517.1细部构造设计517.1.1坝顶构造517.1.2坝体分缝517.1.3坝体止水517.1.4坝体混凝土分区527.1.5廊道系统547.1.6闸墩体型设计557.2地基处理567.2.1坝基开挖567.2.2坝基的固结灌浆567.2.3帷幕灌浆577.2.4坝基排水587.2.5断层破碎带、软弱夹层的处理58第8章 工程概算608.1 坝体工程量608.2 工程总造价60第9章 结论与展望62致谢63参考文献64附录6512013届水利水电工程专业毕业设计第1章 工程概述1.1流域概况金家坝水利枢纽工程位于乌江流域下游一级支流甘龙河的中游。甘龙河发源于贵州省松桃县甘龙区金家坝乡水田坳，自源地向北流，在金家坝纳右岸支流桥子洞河后折向西北，在小河镇再纳右岸的小河后转向西南，流至沙子场附近再折向西北，在沿河县黑獭堡汇入乌江，河流全长106km，河道天然落差804m，平均比降7.1，流域总集水面积1700km2。甘龙河河谷呈“V”型发育，滩多水急，河源至朝花口为上游，地形属中低山区，沿河两岸坡陡，河谷深切，比降大；朝花口至金家坝为中游，地形仍属中低山区，但两岸台地增多，河谷宽窄相间，河床比降变缓；金家坝以下为下游，河谷狭窄，比降相对上中游较缓。1.2水文资料甘龙河流域无水文测站，本工程的水文计算主要依据相北侧阿蓬江上的朝阳寺水文站和濯河坝水文站，阿蓬江与甘龙河同为乌江右岸支流，地理及气象条件相似，因此金家坝工程主要依据阿蓬江朝阳寺水文站和濯河坝水文站资料进行计算。1.2.1径流径流资料依照朝阳寺站1959年1992年34年资料推算。由朝阳寺站1959年1992年径流系列分析，径流的特点是年内分配不均，主要的径流量集中在5月9月，占年径流量的67.3，径流的年际变化亦较大，最大年平均流量为113m3/s(1983年)、最小年平均流量为41.6m3/s(1988年)，两者相差2.72倍。分别用朝阳寺站1959年1992年实测连序系列和濯河坝插补后的1959年1992年连序系列进行频率计算，计算采用成果见表1-1。表1-1 水文站年平均流量参数成果表(单位：m3/s)地点均值CvCs/CvQpP10P50P90朝阳寺71.30.28297.869.447.2濯河坝1000.28213797.466.2金家坝坝址控制集水面积1059km2，朝阳寺水文站集水面积2452km2，朝阳寺站面积是金家坝坝址面积的2.32倍，相差较大，因此不能单纯考虑面积修正，本次采用径流深进行修正，查四川省水文手册，阿蓬江朝阳寺年径流深915mm(与计算的径流深918mm接近)，甘龙河金家坝坝址处年径流深798mm，计算径流深修正系数为0.872，金家坝坝址与朝阳寺水文站面积比为0.432，考虑径流深修正，综合系数为0.377，计算的金家坝坝址多年平均流量为26.9m3/s。1.2.2洪水设计洪水主要依据站是阿蓬江濯河坝水文站，阿蓬江濯河坝河段调查的大洪水年份有1890年、1909年、1927年和1935年，在实测系列中发生的大洪水年份有1969年和1982年，其中以1982年为最大，濯河坝站历史洪水调查成果见表1-2。表1-2 濯河坝站历史洪水调查成果表年 份198218901927196919351909洪峰流量(m3/s)878064506200595057505530 另据历史文献记载1890年以前发生的有影响的大洪水年份有1876年、1878年、1883年和1887年，从史料记载情况分析，这几场洪水都比1890年洪水小，因此可判定1982年洪水至少是1876年以来的最大洪水。因此本次计算历史洪水重现期从1876年起算，首位洪水重现期为129年。按年最大值独立取样原则，统计濯河坝站1959年至2003年45年洪峰、一天洪量、三天洪量。加入历史洪水组成不连序系列，计算采用的濯河坝站洪水频率计算成果见表1-3。表1-3 濯河坝站设计洪水成果表项 目均值CvCs/Cvp=0.05%p=0.2%p=0.5%p=1%p=2%p=5%Qm(m3/s)26100.56412800106009150805069705540W1d(108m3)1.310.513.55.494.644.073.643.212.63W3d(108m3)2.60.453.59.538.167.246.555.844.89金家坝坝址集水面积1059km2，厂址集水面积1663km2，厂、坝区的设计洪水采用与濯河坝面积比的方法推算，面积比指数由地区综合关系确定洪峰流量、1d洪量、3d洪量的面积比指数分别为0.67、0.8、0.9。金家坝坝址、厂址设计洪水见表1-4。表1-4 金家坝坝址、厂址设计洪水成果表地点项 目p=0.05%p=0.2%p=0.5%p=1%p=2%p=3.3%p=5%p=10%p=20%p50%坝址Qm(m3/s)575047604110361031302770249020101540950W24h(108m3)2.321.961.721.541.351.221.110.9260.7360.473W3d(108m3)3.252.782.472.231.991.811.671.421.160.79厂址Qm(m3/s)7770644055604890423037403370272020901290分期洪水计算的参证站选用濯河坝水文站，利用资料系列为1958年2003年共46年。濯河坝分期设计洪水成果见表1-5。表1-5 濯河坝分期设计洪水成果表(单位：m3/s)分 期均值CvCs/Cvp=2%p=3.3%p=5%p=10%p=20%4月6950.8222290203018201450108010月5670.922020177015801240895113月4320.722128011401040847650将分期洪水用与濯河坝分期洪水设计值按面积比的0.67次方推算到金家坝坝址、厂址，金家坝坝址、厂址分期洪水成果见表1-6、表1-7。表1-6 金家坝坝址分期设计洪水成果表分 期p=2%p=3.3%p=5%p=10%p=20%4月103091181765148510月907795709557402113月387345315256197表1-7 金家坝厂址分期设计洪水成果表分 期p=2%p=3.3%p=5%p=10%p=20%4月13901230111088165610月12301080960753544113月6085424944023091.2.3泥沙本流域无泥沙观测资料，邻近流域芙蓉江长坝站1965年1997年平均含沙量为0.536kg/m3，酉水上石堤1974年2000年平均含沙量为0.365kg/m3、濯河坝站多年平均含沙量0.698kg/m3，为安全计金家坝采用多年平均含沙量0.698kg/m3。由此计算金家坝水库悬移质年输沙量为59.2104t、侵蚀模数为559t/km2，推移质输沙量按悬移质的10计取，计算的推移质输沙量为5.92104t，金家坝泥沙总量65.1104t，泥沙淤积平衡时的淤积高程360.50m。1.2.4水位流量关系曲线金家坝坝址、厂址下游水位流量关系用曼宁公式计算，横断面和低水水面线采用2005年实测成果，高水比降采用洪水调查成果，糙率取值为0.0350.05。由谢才公式以及曼宁公式求得下游水位流量关系列于下表1-8中：表1-8 坝址下游断面水位流量关系水位（m）流量（m3/s）水位（m）流量（m3/s）351.511.9359173035222540.4361284035370.53623420354160363406035530236447003565303655370357873366610035812201.3气象资料本工程所在流域属中亚热带湿润季风气候区，全年四季分明，气候温和而冷暖不均，雨量充沛而分配不均，云雾多、霜雪少、日照少，冬季干冷、春季暖湿、夏季多雨常有伏旱、秋季凉爽多绵雨。据流域内酉阳气象站1959年2001年资料统计多年平均降水量1355mm、最大年降水量1928.7mm(1967年)、最小年降水量849.8mm(1988年)；多年平均蒸发量949.4mm(20cm蒸发皿)，多年平均气温14.9、极端最高气温37.5、极端最低气温-7.8；实测最大风速为19.3m/s，多年平均风速9.8m/s，多年平均最大风速16m/s，西南风向，与坝轴线法向的夹角。据流域内的酉阳气象站资料分析，暴雨主要发生在5月9月，大暴雨多发生在6、7月份，一次暴雨一般持续时间为1d3d，主要雨量集中在1d以内，实测24h最大暴雨量达220.6mm(1955年)，大暴雨1d雨量占3d雨量的60以上。1.4工程地质条件1.4.1区域地质本区位于四川盆地东部边缘，山体宽厚、沟谷深切是其主要地形特征。一般标高400m1200m。工程区半径50km范围出露的主要地层为前震旦系至三迭系地层(泥盆系和石炭系缺失)，岩性为碳酸盐岩与碎屑岩相间分布。本区大地构造部位属于扬子准地台，主要构造格局为成生于燕山运动晚期的北东南西向的褶皱与断裂。新构造时期主要表现为大面积间歇性整体抬升。属弱震地质环境。根据2001年版中国地震动峰值加速度区划图(GB502872001)将工程区地震动峰值加速度定为小于0.05g，反应谱特征周期0.35s，相对应的地震基本烈度为小于度。1.4.2库区工程地质条件水库与其邻谷溶溪河和甘龙河下游河段之间分布有闭合的区域性隔水地层，封闭条件良好，故不存在库水向邻谷渗漏问题。水库属峡谷型水库，岸坡陡峻，在正常蓄水位附近，基本为岩质岸坡，不存在浸没问题。库区共发育滑坡体20处，由于方量有限且远离坝址，对大坝安全无影响。建库后，在正常蓄水位与消落水位之间的覆盖层将产生小面积的坍岸。1.4.3坝址区工程地质条件1、地质概况坝址属侵蚀剥蚀地貌单元的低山地形。谷底高程348.2m352.3m，山顶高程460.0m550.0m以上，河水面宽50m60m，水深0.5m1.5m。坝址区分布的地层主要为志留系浅海碎屑沉积岩和第四系松散堆积物。坝址位于鸡公岭复式背斜的北西翼，岩层走向N15o60oE，倾向NW，倾角30o45o；坝址区发育f40、F9断层。基岩主要发育三组陡倾角节理。坝址区一般岩石强风化带厚4m5m，中等风化带厚度20m38m。滑坡体位于坝址左岸趾板线的山坡上，估算体积25.9104m3。区(趾板开挖前即现状)稳定系数K1.12，滑坡体安全余度偏小；区(趾板开挖过程中)稳定系数K0.95,滑坡体不稳定；区稳定系数K1.29，滑坡体基本稳定。2、 左岸溢洪道工程地质条件左岸溢洪道部位岩性以粉砂质页岩和泥质粉砂岩为主，溢洪道各水工建筑物均坐落在中等风化岩石上，地质条件良好。第2章 坝型选择和枢纽布置坝址地质条件是水利枢纽设计的重要依据之一，对坝型选择和枢纽布置往往起决定作用。2.1坝轴线选择初步设计阶段在选定坝址上比较了两条坝线，综合比较，上坝线地形稍陡，强风化带厚度相对较薄，相对隔水层埋藏较浅，工程地质条件略优于下坝线，故推荐上坝线方案。2.2坝型拟定从地形条件看，本坝址不适于修建拱坝；但可修建混凝土重力坝，土石坝和面板堆石坝。混凝土重力坝安全可靠，设计及施工简单，对地形和地质条件的适应性较好，对地基要求不太高，适于各种气候条件下的修建，受冻害影响较小；经验丰富，维护修理费用低，施工导流和永久泄洪问题容易解决。土石坝坝坡较小，坝顶不能溢流，必须另开溢洪道；而且工程量较大，施工导流不如砼坝方便。堆石坝属于散粒坝体，必须另修建溢洪道或隧道进行泄洪，而这些泄洪设施会加大枢纽的工程投资及工程量，而且施工导流问题难以解决。结合该坝址的地质条件、材料供给情况以及经济性等要求，适宜修建实体重力坝。2.3枢纽布置原则挡水建筑物：挡水建筑物通常布置成直线，从而使坝轴线最短，坝身体积最小；泄水建筑物：对于溢流坝，其前沿应正对上游来水主方向，以使坝前流速均匀分布。如果和电站相连接，二者之间还需设置导墙，隔开水流，减小干扰；水电站建筑物：要求进口前水流通畅，水头损失小。厂房尾水能顺畅的排出，避免因尾水雍高而减小发电水头；过坝建筑物：为了避免互相干扰，船闸和电站应尽可能的分置于两岸，并注意安排交通线路和船泊码头等。应保证上下游引航道有足够的宽度和深度，并可与原河道顺畅衔接，以利通航。第3章 非溢流坝设计3.1坝体尺寸设计3.1.1工程等级的确定由金家坝设计资料可知，水库总库容为，查水工建筑物（第五版）表2-1可知此工程等别为等。再由此工程等别查下表3-1可知该工程主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。再由此查表2-4可知该工程安全级别为级。表3-1 永久性水工建筑物级别工程等别主要建筑物次要建筑物I13II23III34IV45V55表3-2 建筑物级别表工程等别主要建筑物级别次要建筑物级别安全级别233.1.2水库水位的确定 表3-3 水位高程表 单位：m正常蓄水位设计洪水位校核洪水位445.00445.00446.313.1.3剖面形状拟定在满足强度和稳定要求的前提下，重力坝在自重、静水压力和扬压力3项主要荷载作用下，其基本剖面理论上为三角形。基本剖面虽然经济，但不实用，尖顶不利于施工，；而且根据交通台和运行管理的需要，坝顶应有足够的宽度；为了防止波浪漫过坝顶，在静水位以上还应留有一定的超高。因此初步拟定此重力坝剖面为：上游坝面铅直，下游倾斜。这样既便于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定。3.1.4坝顶高程确定由混凝土重力坝设计规范（SL319-2005），坝顶高程超高应按下式计算： （3-1）式中：防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差m； 波高m； 波浪中心线至正常或校核洪水位的高差m； 安全超高m；由资料可知，实测最大风速为19.3m/s，多年平均最大风速为16m/s；风向与坝轴线夹角。内陆峡谷水库水库，宜官厅水库公式计算（适用于库水较深、及）： （3-2） （3-3） （3-4）式中：计算风速，； 风区长度，； 当时，为累积频率5%的波高，m； 当时，为累积频率10%的波高，； 平均波长，m； 坝前水深，m； 重力加速度，。计算结果列于表3-4中： 表3-4 坝顶高程计算结果 单位：m工况h1%hzhch水库水位坝顶高程设计洪水0.680.220.51.40445.00446.40校核洪水0.550.180.41.13446.31447.44坝顶高程取以上两种情况的最大值，取整为448m。由金家坝水电站上坝址地质剖面图可得建基面高程为325m.则最大坝高为123m。3.1.5坝体尺寸确定1. 坝顶宽度坝顶宽度一般取坝高的8%-10%，且不小于3m，经计算并考虑坝顶布置等因素，取坝顶宽度为12m。由混凝土重力坝设计规范（SL319-2005），上游坝坡坡率n一般取00.2，下游坝坡坡率m一般取0.60.8；此重力坝的剖面形态采用上游坝面铅直即n为0，下游坝坡坡率m为0.8。2. 坝底宽度因为下游坝坡坡率为0.8且向上延伸与校核洪水位相交，可求得坝底宽度为97.04m，取97m。3. 固结灌浆廊道尺寸拟定高、中坝内必须设置基础灌浆廊道，兼作灌浆、排水和检查之用。由于本坝坝高超过100m故需设多层廊道；基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据钻灌机具尺寸及工作要求确定，宽度可取2.5m3.0m，高度可为3.0m4.0m，本设计取3.0m4.0m.纵向廊道的上游壁离上游坝面的最小距离，应满足防渗要求（一般为0.050.1倍坝面作用水头）且不小于3m。因此取5m。则非溢流坝剖面图为如下图3-1：3.2坝体荷载组合及其计算荷载组合分基本组合和特殊组合，重力坝必须在任何一种荷载组合下都用保持稳定。岩基上的混凝土重力坝的失稳破坏主要有以下两种类型：坝体抗剪能力不足的面产生滑动，包括沿坝基面或沿附近岩体的表层或浅层破坏以及沿基岩体内方向不利而又连续延伸的软弱结构面产生深层滑动；坝体可能伴随着在上游坝踵以下出现斜拉裂缝以及在下游坝址以下出现岩石受压屈服区，两者逐渐开展，直至连通，坝体连同部分地基产生倾倒或滑移而破坏。荷载组合：表3-5 荷载组合设计状况作用组合主要考虑情况作用自重静水压力扬压力淤砂压力浪压力冰压力动水压力土压力地震作用持久状况基本组合正常蓄水设计洪水偶然状况偶然组合校核洪水注：“”表示该种作用不存在。荷载计算：坝体剖面荷载计算简图如下图3-2所示：3.2.1自重 （3-5）式中：V-坝体体积； -混凝土的重度，取24；3.2.2静水压力静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力和垂直水压力两种。 表3-6 不同情况下上下游水位、水位差 单位 m特征水位上游水深下游水深上、下游水位差正常蓄水位12028.4491.56设计洪水位12037.3082.70校核洪水位121.3139.1282.19注：正常蓄水位时的下游水位由坝址下游的水位流量关系表1-8查得。水平静水压力： （3-6）式中：-水的重度，取； H-计算点的作用水头，m；正常蓄水位：上游水平静水压力：下游水平静水压力：下游垂直静水压力：设计洪水位：上游水平静水压力：下游水平静水压力：下游垂直静水压力：校核洪水位：上游水平静水压力：下游水平静水压力：下游垂直静水压力：3.2.3扬压力根据规范取扬压力折减系数正常蓄水位：设计洪水位以及校核洪水位时计算类似，过程见计算书。3.2.4泥沙压力一般计算年限取50100年，水平泥沙压力计算公式为： （3-7）式中：泥沙的浮容重，（）；泥沙的干容重。（）水的重度，（）坝前淤沙厚度，（）；淤沙的内摩擦角，(度)；n泥沙的孔隙率；淤沙高度为；内摩擦角取30o；泥沙浮容重=，则：3.2.5浪压力波浪压力计算分析简图3-3如下：图3-3 波浪压力分析简图在计算时知道，本设计中，该波浪为深水波。浪压力计算公式为： （3-8）正常蓄水位时：设计洪水位时：校核洪水位时：3.2.6其他荷载土压力应根据具体情况来定；温度荷载一般可以采取措施来消除，稳定和应力分析时可以不计入；风荷载、人群荷载等在重力坝荷载中所占比例很小，可以忽略不计。3.2.7力矩计算力矩计算过程见计算书，结果见下表3-7。3.2.8荷载计算成果统计表3-7 正常蓄水位时荷载及力矩计算成果序号作用名称计算式作用(每一坝段)KN力臂(m)力矩M/(KNm)水平(H)垂直(V)+-1自重3542442.51505520123857.148.171011912.832静水压力70632402825280-3967.339.4837610.293173.8641.86132857.783扬压力-27062.650.000-10048.6511.17112243.42-1624.5443.7571073.63-2436.8046.00112092.804泥沙压力3400.57121282.3611.8340228.745波浪压力14.2689.551277.04作用之和70079.5121282.36344.31-740010.29表3-8 设计洪水位时荷载及力矩计算成果序号作用名称计算式作用(每一坝段)KN力臂(m)力矩M/(KNm)水平(H)垂直(V)+-1自重3542442.51505520123857.148.171011912.832静水压力70632402825280-6824.2812.4384825.805459.4239.80217284.923扬压力-35493.560.000-9076.2711.17101381.94-1521.1643.7566577-2281.7446.00104960.044泥沙压力3400.5711.8340228.745波浪压力14.2689.551277.04作用之和67222.55116367.83345.20-754731.05表3-9 校核洪水位时荷载及力矩计算成果序号作用名称计算式作用(每一坝段)KN力臂(m)力矩M/(KNm)水平(H)垂直(V)+-1自重3542442.51505520123857.148.171011912.832静水压力72182.5540.442919062.32-7502.4913.0497884.636005.1939.37236424.333扬压力-37225.420.000-9020.3011.17100756.75-1511.7843.7566140.38-2267.6746.00104321.824泥沙压力3400.57115261.1611.8340228.745波浪压力9.67104.491010.42作用之和68090.3115261.16360.76-852627.303.3坝体抗滑稳定分析重力坝的抗滑稳定分析按单一安全系数法和分项系数极限状态设计进行计算和验算，设计洪水位情况和校核洪水位情况按承载能力极限状态验算。单一安全系数法: （3-9）式中:按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数； f坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数, c坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa, A坝基接触面截面积，m2； W作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，KN； P作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，KN；按上式抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数值应 不小于下表3-6的规定。 表3-10 抗滑稳定安全系数荷载组合基本组合3.0特殊组合（1）2.5（2）2.3正常蓄水位：因此坝体的抗滑稳定满足要求。设计洪水位：因此坝体抗滑稳定满足要求。校核洪水位：坝体抗滑稳定满足要求。综上分析，非溢流坝段的抗滑稳定满足设计要求。3.4应力分析本设计采用材料力学法计算边缘应力。在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。3.4.1坝体应力要求由混凝土重力坝设计规范SL3192005可知：1、对于重力坝坝基面：运用期：要求上游面垂直正应力不小于0，下游面垂直正应力应小于坝基容许压应力3.0Mpa=3000Kpa。；施工期：坝趾垂直应力可允许由小于0.1Mpa（100Kpa）的拉应力；2、对于重力坝坝体截面：运用期：坝体上游面不出现拉应力（计扬压力），下游面垂直正应力应不大于混凝土压应力值，采用C15混凝土，故混凝土压应力值为15/4=3.75Mpa=3750Kpa。施工期：坝体任何截面上的主压应力应不大于混凝土的允许压应力，下游面可允许有不大于0.2Mpa（200Kpa）的主拉应力。3.4.2基本组合（正常蓄水位）应力计算上游面垂直正应力：下游面垂直正应力：上游面剪应力：下游面剪应力：上游面水平正应：下游面水平正应力：上游面主应力：下游面主应力：3.4.3基本组合（设计洪水位）应力计算上游面垂直正应力：下游面垂直正应力：上游面剪应力：下游面剪应力：上游面水平正应：下游面水平正应力：上游面主应力：下游面主应力：3.4.4特殊组合（校核洪水位）应力计算上游面垂直正应力：下游面垂直正应力：上游面剪应力：下游面剪应力：上游面水平正应：下游面水平正应力：上游面主应力：下游面主应力：应力计算结果如下表： 表3-13 应力计算结果表 单位：计算情况坝踵处坝趾处yuuxu1u2uyddxd1d2d基本组合778.430574.75778.43574.751722.231205.56843.892566.120718.390574.75718.39574.751680.951176.67823.672504.620特殊组合644.550574.75644.55574.751731.971212.40848.672580.640表中数据：坝踵处应力都大于0，坝址处应力都小于3000即该设计满足要求。第4章 溢流坝与消能工设计4.1溢流坝坝型选择4.1.1泄水方式选择溢流重力坝既要挡水又要泄水，不仅要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。因此需要有足够的孔口尺寸、较好体型的堰型，以满足泄水的要求；且使水流平顺，不产生空蚀破坏。本设计将选取WES实用堰以及宽顶堰两种堰型进行优化设计，最后通过工程量、技术经济比较等方法确定最优堰型。4.1.2洪水标准确定洪水标准的确定：本次设计的重力坝是级建筑物，根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），采用100年一遇的洪水标准设计，查基础资料知相应下泄流量为3610m/s；采用2000年一遇的洪水标准校核，查基础资料可知相应下泄流量流量为5750m/s。4.1.3单宽流量确定由金家坝坝区地质条件并综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，选取单宽流量为。4.1.4确定溢流坝长度将经过泄水孔、电站、船闸等建筑物下泄的流量计入下泄流量，则在设计水位下，最大泄量，在校核洪水位下，。由其他已建坝型工程经验得，选取每个孔口净宽。设计洪水位下，溢流坝段的净宽校核洪水位下，溢流坝段的净宽孔口数取5个孔，根据工程经验拟定闸墩的厚度。初拟中墩厚d为3m，边墩厚t为2m，则溢流坝段的总宽度：4.2方案确定纵观国内外多年的溢流坝设计中，实用堰是应用相当广泛的堰型，其次是宽顶堰，因此两者的建设经验都相当成熟；近年来，消能工包括挑流消能与底流消能技术的发展也越来越成熟，其中挑流消能的应用最广泛，底流消能次之，而且挑流消能适用于高坝的泄流消能，（本设计中该坝属于高坝），底流消能消能效果好，适应本工程地质条件，因此本设计选定三个方案进行设计，方案一：WES实用堰与挑流消能衔接；方案二：WES实用堰与底流消能衔接；方案三：宽顶堰与底流消能衔接。4.3方案一：WES实用堰与挑流消能设计4.3.1实用堰堰顶高程确定4.3.1.1堰顶高程计算 （4-1）则： （4-2）式中：m 流量系数，具体取值见表4-1；c 上游面坡影响修正系数，当上游面铅直时c取1.0；B溢流堰净宽,m；定义g重力加速度，9.81m/s2 堰顶以上作用水头，m； 侧收缩系数,根据闸墩厚度墩头形状而定，可取为=0.900.95；淹没系数，视泄流的淹没程度而定，不淹没时。当上游面垂直时，上游面坡度影响系数；自由出流时，淹没系数；侧收缩系数；流量系数m按表4-1取值：表4-1 流量系数值Hw/HdP1/Hd0.20.40.61=1.330.40.4250.4300.4310.4330.4360.50.4380.4420.4450.4480.4510.60.4500.4550.4580.460.4640.70.4580.4630.4680.4720.4760.80.4670.4740.4770.4820.4860.90.4730.4800.4850.4910.4941.00.4790.4860.4910.4960.5011.10.4820.4910.4960.5020.5071.20.4850.4950.4990.5060.5101.30.4960.4980.5000.5080.513注：为上游堰高，m；为定型设计水头，m，按堰顶最大作用水头的7595计算。m取0.502， （4-3）上式适用于，当时，仍取值1.0。式中： 单孔宽度，m； 闸孔数目； 计入行进流速水头的堰上总水头，m，； 中墩形状系数，取； 边墩形状系数，对于直角矩形，=1.0；对于折线或圆角形，=0.7；对于流线型，=0.4；本设计采用流线型。则：设计工况时：校核工况时：将计算结果列入下表4-2： 表4-2 堰顶高程计算结果 单位：m工况堰上水头堰顶高程设计洪水位8.42436.58校核洪水位11.41434.90因此溢流坝堰顶高程定为434.90m。4.3.1.2泄流能力校核上游堰高P1=434.90-325=109.90m堰上最大水头=校核洪水位堰顶高程=446.31434.90=11.41（m）；定型设计水头=（75%95%），取=85%=9.70（m）；当=9.70m时，查规范知坝面最大负压为0.3=2.91（m），小于规范的允许值（最大不超过36m水柱）。因为，故按表4-1取流量系数m=0.508,行近流速水头可忽略不计；又因为下游校核水位高程为364.12m低于堰顶高程434.90m，即为hs0，所以堰为自由出流满足以上假设条件。由公式 （4-4）式中：；m=0.508 ；c为上游坡度修正系数取1.0；计算结果如下：表4-3 溢流坝泄流能力计算成果工况设计洪水校核洪水设计下泄流量(m3/s)35005640最大可下泄流量(m3/s)3617.495706.47因此，满足泄流能力要求。4.3.1.3确定闸门尺寸正常蓄水位为445m，堰顶高程为434.90m。门高=正常高水位堰顶高程+安全超高=445434.9+0.2=10.3（m）考虑到实际应用，取闸门尺寸11m。4.3.2溢流面体形设计（WES实用堰）溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三部分组成，设计要求有较高的流量系数、泄流能力大，水流平顺不产生不利的负压和空蚀破坏，体形简单造价低便于施工。溢流坝顶部曲线是控制流量的关键部位，在本设计中分别采用WES型实用堰以及宽顶堰进行设计。先采用WES实用堰进行设计。4.3.2.1顶部上游曲线段本设计中，堰顶部上游采用三圆弧曲线。以堰顶点O为坐标原点，X轴向右为正，Y轴向下为正；堰顶上游采用三圆弧曲线，定型设计水头，所得三圆弧的半径及其水平坐标值如下表：表4-4 堰顶上游曲线段计算表圆弧半径水平坐标=0.5=4.85m=-0.175=-1.70m=0.2=1.94m=-0.276=-2.68m=0.04=0.39m=-0.282=-2.74m4.3.2.2顶部下游曲线段开敞式堰面堰顶下游堰面采用WES幂曲线，可按以下公式计算： （4-5）式中：x、y原点下游堰面曲线横、纵坐标；n与上游堰坡有关的指数。k当/1.0时，k值见混凝土重力坝设计规范（SL319-2005）中表A.1.1；当/=1.0时，取k2.02.2；为上游相对堰高。在本设计中取k=2.0,n=1.85。式（4-5）可变形为： （4-6）而 将其代入（4-6）式并化简得： （4-7）以堰顶最高处为原点建立坐标系如图4-1，点绘式（4-7）所示曲线并将计算结果列于下表：表4-5 堰顶下游曲线段计算表x(m)y(m)x(m)y(m)x(m)y(m)x(m)y(m)10.0761.99116.121612.2420.2672.65127.191713.6930.5583.39138.341815.2240.9494.22149.561916.8251.42105.131510.862018.494.3.2.3中间直线段溢流坝的中部为直线段，要求和非溢流坝的基本三角形的下游边相重合，上端和堰顶曲线相切，下端和反弧相切，其作用是使水流平顺的