青海省沟后水库土石坝枢纽毕业设计.doc

河北工程大学毕业设计（论文）青海省沟后水库土石坝枢纽毕业设计目录摘 要IIAbstractIII绪 论IV1 概 述111 工程概况及作用112 设计的基本资料11.2.1设计任务11.2.2基本要求12 设计基本资料与数据22.1工程地质22.1.1 库区工程地质条件22.1.2 坝址地区工程地质条件22.2水文气象32.2.1气象32.2.2 径流42.2.3 洪水42.2.4 泥沙42.2.5 水文分析成果表42.3 筑坝材料及物理力学性质52.3.1 水利和水库62、4 其他资料62.4.1 径流调节62.4.2 死水位选择62.4.3 正常高水位选择62.4.4 水库回水及淹没62.4.5 洪水标准及防洪运用原则62.5 工程特性表73 枢纽布置及坝型选择103.1 工程标准103.1.1 枢纽等级10.1.2 主要建筑物等级10.1.3 洪水标准103.2 枢纽布置11.2.1 设计参数的确定11.2.2 总体布置11.2.3 枢纽组成113.3 坝型选择11.3.1 地形条件11.3.2 地质条件12.3.3 筑坝材料12.3.4气候条件12.3.5 施工条件12.3.6 综合分析12土石坝剖面的基本尺寸144.1坝顶高程144.1.1正常情况下的坝顶超高（）144.1.2非常运用条件下的坝顶超高（）164.1.3 地震情况下坝顶超高（地震安全加高）Y：174.1.4坝顶高程的确定及坝高的确定174.2 坝顶宽度184.3坝坡及平台（马道）184.4 心墙防渗体204.4.1心墙尺寸的选择204.5 排水设备214.5.1排水设施的选择214.5.2 棱体尺寸的确定224.6 地基处理224.6.1 坝体与地基224.6.2 坝体与岸坡连接235 渗流计算245.1渗流计算的基本假定245.2 渗流计算的基本工况245.3 分段情况245.3.111断面的渗流计算245.3.22-2断面的渗流计算265.3.3 3-3断面的渗流计算285.4 总渗流量计算305.5 校核306大坝稳定分析316.1稳定分析的目的316.2荷载316.2.1土体自重316.2.2渗流力316.2.3孔隙压力316.2.4地震力316.3稳定计算：316.3.1稳定渗流期下游坝坡稳定计算316.3.2 水库水位降落期的上游坝坡386.4 综合分析457土石料的结构布置467.1坝壳的结构布置467.2防渗体的结构布置467.3排水设施及护坡的结构布置467.4反滤层的结构布置468细部构造478.1坝顶478.2防渗体488.3地基处理488.4排水设备488.5护坡及坝面排水488.5.1 上游护坡488.5.2下游护坡488.5.3坝面排水498.6土坝与坝基、岸坡的连接498.6.1土坝与坝基的连接498.6.2土坝与两岸的连接50谢辞51参考文献52附录53541 概 述11 工程概况及作用沟后水库枢纽工程位于青海省共和县恰卜恰镇沟后村附近的黄河一级支流沟后河上。水库坝址以上控制流域面积为197.8平方公里，总库容330万立方米，属小（1）型四等工程。本水库为安置龙羊峡水库库区移民的配套工程。水库以灌溉为主，可灌溉共和县农田二万亩，林地五千亩，同时解决恰恰镇三万多居民的生活及城镇工业用水。枢纽工程包括大坝，泄洪兼引水隧洞两部分。12 设计的基本资料1.2.1 设计任务1、确定洪水标准，工程级别。2、坝型选择；坝型方案比较，对心墙土石坝进行论证。3、进行枢纽方案布置比较确定枢纽布置，绘制枢纽布置平面图上下游立视图。4、防渗体设计，细部构造设计（坝顶、反层、排水体、马道）。5、进行断面设计，渗流计算，稳定计算，沉降量计算。6、基础处理 坝与两岸连接。7、隧洞初步设计。1.2.2 基本要求1、设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定时间内按设计要求完成设计任务。2、从工程实际出发，严格执行技术规范的要求，尽量采用国内外先进的技术和经验。3、每个参加设计的学生必须独立思考，发挥自己的创造性独立完成设计任务。4、理论依据正确充分，布置合理，计算准确，绘图正确，清晰。5、成果 设计说明书一份，图纸4-5张。2 设计基本资料与数据2.1 工程地质沟后河发源于共和县青海南北山麓，沟后水库位于沟后河的上游，坝址以上为高山峡谷区，以下为广阔的共和盆地，该河在坝址下游35公里处注入黄河。2.1.1 库区工程地质条件水库库区两岸分水岑，山顶高达3781米，山体宽厚不存在深切的邻谷和洼地，库内两岸斜坡面较平直，没有大型冲沟发育。坝址处河床高程为3211米，与两岸山顶相对高差达560米。 水库库区基岩全部为印支期致密、坚硬的闪长岩及花岗闪长岩，其微风化-新鲜岩石的单位吸水量W 0.01 升/分米，为相对不透水层，两岸分水岑相对不透水层的最低高程都在3360米以上，库区未发现大的断裂、破碎带和节理裂隙密集带，即在地层岩性和地质构造上不存在集中渗漏的通道，从上述地形、地质条件判断，库区蓄水条件是比较好的。 库区两岸基岩面坡度一般在55度左右，岸边未发现规模较大的缓倾角结构面，水库蓄水后一般是稳定的。由于该区属大陆性高原气候区，日温差很大，物理风化严重，两岸崩塌现象较发育，故两岸斜坡基岩面上广泛分布着崩塌物质，其中崩积、坡积的块石、碎石一般是稳定的，而壤土极为疏松，属高压缩性，强失陷性土，对稳定不利，坝段部分须挖除，水库蓄水后估算总塌岸量约为15万立方米，将影响水库寿命。 水库库盆基底及库岸基岩属相对不透水层，故水库没有浸没问题。2.1.2 坝址地区工程地质条件坝轴线位于沟后河峡谷口上游500米处，河谷狭窄，所在河段南北走向，平均河宽60米，两岸岸坡左陡右缓，左岸坡度45度左右，右岸坡度35度左右。 基岩上分布着第四系全新统堆积物，其覆盖面积约占坝区的70%80% 。河床砂卵石层厚1214米，透水性强，渗透系数为20.994.5米/昼夜，且整层结构疏松，分选性差，存在渗透稳定问题，应作坝基防渗处理，河谷两岸基岩上分布着崩积，坡积块、碎石，层厚1020米，边坡稳定性差，建坝前须作处理。 坝址区基岩为花岗闪长岩。属坚硬岩石类，基岩表层弱风化带裂隙发育，具有程度不同的透水性。左岸严重透水层（=110升/分米）厚3040米，相对不透水层埋深5060米。右岸较严重透水层(=0.11升/分米）厚1040米。相对不透水层埋深50米左右。河床较严重透水层56米，相对不透水层埋深25米左右。坝基E 断层在下游邻沟出露，影响带宽46米，（单位吸水量=0.0560.069升/分米）属中等透水带。当水库蓄水后，将形成沿坝基和坝肩的渗漏，必须做防渗处理。 经国家地震局兰州地震研究所鉴定，沟后水库的基本地震烈度为六度。2.2 水文气象流域内大部分地区人烟稀少，没有气象台站，仅在恰卜恰镇有气象站，也无实测系列水文资料，径流、洪水、泥沙计算系根据青海省水文手册及设计暴雨洪水图集等有关资料进行。2.2.1 气象流域所在地区地势高，气温多变，年平均气温低，约为3.4 ，昼夜及地势温差大，无霜期短，年日照时间长，大部分地区寒冷而干燥，常冬无夏，春去秋来，纯属大陆性高原气候区。本区虽地处内陆，但因青海湖调节作用，降水相对丰富，年平均降水为311.8毫米。降水集中在69 月，为全年的87.8%暴雨历时短，据统计年最大6小时降雨量占24小时降雨量的70%左右，大部分蒸发量是降水量的310倍，年平均蒸发量为117.18毫米。 表格1 主要气象因素特征值表：项目单位数值备注年平均气温3.4无霜期天99年平均降水量毫米311.8极端最低气温-28.9最高气温31.3年平均大于30的天数天1.25最大冻土深度米1.33年最大日照时间小时3290年最短日照时间小时2794.8年平均小于5的天数天180年平均蒸发量毫米1171.8多年平均最大风速米/秒25.25水库吹程米8202.2.2 径流沟后河虽为黄河一级支流，但水量很小，多年平均水量很小，多年平均径流深为65毫米，相应多年平均径流量1285.9万立方米。径流来源主要是降水补给，6 9 月份水量占全年来水量的80 以上 2.2.3 洪水沟后河洪水一般发生在69月份，有降雨形成。因本流域无实测洪水资料，故只能借助“设计暴雨洪水图籍”和地区性经验公式计算设计洪水。2.2.4 泥沙本水库推移质来源较少，对水库淤积不产生很大影响。悬移质是根据“青海省水齐手册”中的“多年平均侵蚀模数等值线图”查得流域多年平均侵蚀模数为70吨/平方公里，经计算其年输沙量为13846 吨，折合体积为10651立方米。输沙量年内分布不均，主要集中在汛期（7、8、9）三个月。2.2.5 水文分析成果表表格2 水文分析成果表：序号名称单位数量备注1代表性流量p=0.2%洪水洪峰流量立米/秒250p=2%洪水洪峰流量立米/秒140p=5%洪水洪峰流量立米/秒1202洪量p=0.2%洪水洪量万立米470.76p=2%洪水洪量万立米183.95p=5%洪水洪量万立米183.463多年平均年径流量万立米1285.94多年平均年输沙量万吨1.38462.3 筑坝材料及物理力学性质天然筑坝材料贮藏量和质量均能满足要求，而且运距较近，开采、交通条件较好。各种材料的物理性质及设计指标见表3、表4、表5、表6 。表格3 筑坝材料技术指标：建筑材料名称比重容重（吨/立方米）孔隙率抗剪强度渗透系数K(cm/s）r干r湿r饱摩擦角凝聚力C=C(kg/cm2)土料(壤土)2.721.681.982.05=24=250.33.610-6110-7砂砾料2.681.801.802.10水上36 水下345.7910-2堆石2.701.801.802.050.3340砂砾料坝基2.681.801.802.10水下355.7910-2表格4 土料颗粒级配 粒径（mm)0.20.10.050.030.010.0050.002%84.575.058.043.526.016.211.0表格5 砂料颗粒级配 粒径（mm)5.252.51.20.60.3计算简图如图3-1所示5-1 1-1断面渗流计算图2单宽渗流量 一般心墙土料的渗透系数k0比坝壳土石料的渗透系数k小的多，这是可忽略坝壳的阻渗作用，认为心墙前水位与库水位齐平，如上图3-1，计算时心墙和截水槽按平均厚度计算，即=则用下式计算通过斜墙和截水墙的单宽流量 式中：h：斜墙后渗水深。通过心墙和下游坝体和坝基的单宽渗流量为已知心墙渗透系数；坝前水深H13278-321167m，地基厚度T14m，= 17.37m。已知坝体渗透系数K5.7910-2cm/s；坝基厚度T14m；H23.85m；m23.0；渗径长：(3280.8-3251)2.5+（3251-3231）2.75+（3231-3215.85）3.0+2+2-（3215.85-3214.85）1.5-=173.39代入上式有：根据水流连续条件有q1=q2，联立求解得：h 式中取：K2.010-6cm/s 将A1，A2，A3代入上式有：则单宽流量： 3绘制浸润线：浸润线近似为一直线，见图3-1。5.3.22-2断面的渗流计算1计算简图如图3-2所示。图5-2 2-2断面渗流计算图2单宽流量上游水位3278.0m，下游无水，坝底高程为3245m，无排水设备，用下式计算通过斜墙的单宽渗流量： 已知心墙的渗透系数，下游水深H13278-3245=33m，此时心墙的底宽为：2330.20+4=17.2m，H2=0 则 其中K=5.7910-4 ms。 则渗径长度： 由，则h= 即得出 则3由水工建筑物上册，得逸出调度及浸润线绘制： 已知：，m2=2.75代入上式得：按下式绘制浸润线：y= 代入已知数据有：在092.03m之间假定一系列x值，求得相应的y值，列于表3-2中，将表中x，y值绘制于图3-2(2-2断面图)上并连成曲线变为坝体浸润线。(坐标原点在下游)表5-1 渗流计算表x(m)010203040506070809091.7y(10-2m)0.5718.726.532.437.441.845.849.552.956.156.7 5.3.3 3-3断面的渗流计算1计算简图如图3-3所示图5-3 3-3断面渗流计算简图2单宽流量上游水位3278.0m，下游无水，坝底高程为3265m，无排水设备，用下式计算通过单宽渗流量：已知心墙的渗透系数K0=2.010-8m/s；上游水深H13278-3265=13m，m=2.5，心墙的平均厚度为：代入上式： 渗径长度L=（3280.8-3265）2.5+（4-9.22）=38.9m 同理 则通过下游坝体的单宽流量按下式计算：则单宽流量：逸出高度：3逸出高度及浸润线绘制：已知：按下式绘制浸润线：式中x、y值绘于图3-3(3-3断面图)上并连成曲线，便为坝体的浸润线。(坐标原点在下游)在038.9m之间假定一系列x值，求得相应的y值，列于表3-2中表5-2 3-3断面渗流计算表X(m)010203038.9Y(10-2m)0.0018.411.814.516.55.4 总渗流量计算已知：, ， 则总渗流量为：则一天的总渗流量为：5.5 校核1渗漏量：大坝在校核洪水位的库容为470.7