大坝出险加固工程毕业设计.doc

2012 届水利水电工程专业毕业设计 大坝出险加固工程毕业设计大坝出险加固工程毕业设计 目录 目录 1 第一章 水文计算 1 1 1 工程等别 1 1 1 1 工程等 级别确定 1 1 1 2 确定洪水设计标准 1 1 1 3 水文测站情况 1 1 2 调洪演算 6 1 2 1 水库水位库容曲线 6 1 2 2 水库泄流曲线 7 1 2 3 列表试算法 10 1 3 坝高的计算 11 1 3 1 超高计算 11 1 3 2 正常运用工况 12 1 3 3 非常运用工况 13 1 4 坝顶高程确定 13 第二章 渗流稳定计算 15 2 1 计算方法 15 2 2 计算工况 15 2 3 计算过程 15 2 3 1 工况一 15 2 3 2 工况二 17 2 3 3 工况三 19 2 3 4 工况四 21 第三章 坝坡稳定计算 25 3 1 计算方法 25 3 2 计算原理 25 3 3 计算过程 26 3 3 1 正常运用工况 27 3 3 2 设计工况 30 3 3 3 校核工况 33 3 3 4 骤降工况 37 第四章 溢洪道水力计算 40 4 1 溢洪道泄流能力的复核 40 4 1 1 计算原理 40 4 1 2 计算过程 40 4 2 临界水深 临界坡度临界水深 临界坡度 42 4 2 1 计算原理 42 4 2 1 计算过程 43 4 3 溢洪道水面线计算溢洪道水面线计算 43 4 4 溢洪道边墙高度溢洪道边墙高度 45 4 4 1 边墙高度计算公式 45 4 4 2 边墙高度计算 45 4 5 出口消能设施出口消能设施 46 4 5 1 计算基本公式 46 4 5 2 计算基本过程 47 第五章 工程量的计算 49 5 1 坝坡修整 清理表层土 坝坡修整 清理表层土 49 5 2 排水棱体排水棱体 49 5 3 护坡护坡 49 5 4 坝顶坝顶 50 5 5 下游马道下游马道 50 5 6 溢洪道溢洪道 50 2012 届水利水电工程专业毕业设计 1 第一章 水文计算 1 1 工程等别 1 1 1 工程等 级别确定 大池水库是一座以农业灌溉为主的小 2 型水库 水库现状坝高对应的水 库总库容为 81 80 万 m3 最大坝高 21 57m 根据 水利水电工程等级划分及洪 水标准 SL252 2000 及 防洪标准 GB50201 94 之规定 确定为小 2 型 水库系 等工程 主要建筑物为 5 级 次要建筑物为 5 级 1 1 2 确定洪水设计标准 本次鉴定工程主要建筑物设计洪水标准按 30 年一遇设计 频率为 3 3 校核洪水标准按 300 年一遇校核频率为 0 33 溢洪道消能防冲按 10 年一遇设 计频率为 10 本次加固水库的防洪标准采用与原 三查三定 一致 1 1 3 水文测站情况 工程所在的河流无水文 雨量测站 无实测暴雨资料 与工程区邻近的丰 都气象站有 1967 2008 年共 42 年年最大 1h 6h 暴雨资料和 1959 2008 年共 50 年年最大 24h 暴雨资料 其资料系列长 代表性好 经与邻近流域测站资料 对比 未发现异常 流域特征参数根据 1 10000 地形图 直接量得大池水库坝 址以上集雨面积为 0 84Km2 主河道长 1 54m 并按公 2 01 2 L LHLHH J iii 式计算 求得主河道的平均坡降 J 167 5 一 水库坝址设计洪峰流量计算一 水库坝址设计洪峰流量计算 因本库流域及其附近类似区 除暴雨外 无其它任何实测与调查资料 本 次复核根据 水利水电工程设计洪水计算规范 SL43 93 的规定 用短历时暴 雨资料推求洪水 采用丰都气象站暴雨和 四川省中小流域暴雨洪水计算手册 以下简称 手册 1984 年版中的暴雨资料进行暴雨分析计算 本次设计还 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 采用了 四川省中小流域暴雨洪水计算手册 以下简称 手册 中最大 1 6h 1h 6h 24h 暴雨均值及变差系数等值线图的查值成果 设计雨力 Sp 及 暴雨公式指数 n 参数 n 在不同暴雨历时范围内 其取值不同 大池水库暴雨历 时 t 在 1 6 小时范围内 故按 手册 中暴雨历时 t 1 6 小时范围内的相应公 式计算设计雨力 Sp 及暴雨公式指数 n t 1 6 1 小时范围内时段暴雨量 Htp Sp t 1 n1 1 1 Sp H1p 1 2 n1 1 1 285 lg H1 6p H1p 1 3 Htp H1 6p t 6 n1 1 1 4 t 1 6 小时范围内时段暴雨量 Htp Sp t 1 n2 1 5 Sp H1p 1 6 n2 1 1 285 lg H1p H6p 1 7 Htp H1p t 1 n2 1 8 t 6 24 小时范围内时段暴雨量 Htp Sp t 1 n3 1 9 Sp H6p 6 n3 1 1 10 n3 1 1 661 lg H6p H24p 1 11 Htp H24p t 24 1 n3 1 12 表 1 1 暴雨参数值及设计暴雨量 P 3 3 P 0 33 P 10 时段 h 均值 mm CVCS 模比系数 Kp 设计频率 下暴雨量 Hp 模比系 数 Kp 设计频 率下暴 雨量 Hp 模比 系数 Kp 设计频 率下暴 雨量 Hp 1 6160 353 5CV1 81166728 9866672 3938 241 4723 52 1390 453 5CV2 08966781 4972 94114 661 662 4 6700 393 5CV1 92134 42 61821 52106 4 24850 453 5CV2 089667177 621672 94249 91 6136 暴雨参数 2012 届水利水电工程专业毕业设计 3 设计雨力 Sp 及暴雨公式指数 n 参数 n 在不同暴雨历时范围内 其取值不同 大池水库暴雨历时 t 在 1 6 小时范围内 故按 手册 中暴雨历时 t 1 6 小时 范围内的相应公式计算设计雨力 Sp 及暴雨公式指数 n 表 1 2 暴雨雨力及衰减指数 工况衰减指数 n暴雨雨力 s p 3 3 0 423181 497 p 0 33 0 3872114 66 p 10 0 455562 4 产流参数 根据大池水库所在的地理位置 地质概况 洪水发生季节与暴雨相应 流 域地处山区 河流短 洪水陡涨陡落 过程线多以单峰型出现 具有山区洪水 的特性 采用 手册 中表 3 1 盆缘山区的 值统计系数公式得 3 6F 0 19 CV 0 23 Cs 3 5CV计算各设计 值 汇流参数 m 根据 手册 中表 3 2 的 m 值综合成果表 经计算 2 919 盆缘山区的 m 值计算公式 当 1 30 时 采用公式 m 0 318 0 204 0 3956 最大洪峰流量计算 洪峰流量按推理公式法计算 计算公式如下 1 13 0 278 n S Q F 表 1 3 设计洪峰流量 工况p 3 3 p 0 33 p 10 流量 Q19 191927 87214 3134 校核 由上述公式推出来的最大流量反求 m 与前面的 m 值对比是否十分 接近 1 14 4 13 1 278 0 m QJ L 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 表 1 4 校核情况对比表 工况m m p 3 3 0 39570 4534980 0578 p 0 33 0 39570 4392550 0436 p 10 0 39570 4684490 0728 由上表可见 m 与 m 十分接近 最大洪水总量计算 采用单峰洪水 1 15 4 1 8 12 FT 洪水总量 1 16 万立方米 FWPh1 0 矩形概化历时 1 17 P P P Q W T 78 2 表 1 5 洪水总量及概化历时 WpTp p 3 3 10 303121 492435 p 0 33 14 982611 494402 p 10 7 7953591 514038 表 1 6 总体成果 工况衰减指数 n暴雨雨力 s洪峰流量 Q 洪水总量 Wp 矩形概化历 时 Tp p 3 3 0 42310881 49719 191910 3031 4924 p 0 33 0 387191114 6627 871814 9831 4944 p 10 0 45548562 414 31347 79541 514 二 设计洪水过程线设计洪水过程线 本工程无实测洪水过程线数据 水库坝址设计洪水过程线 采用东部地区 单峰概化模型推求 根据上述推求的设计洪峰流量 Qp 及设计洪水总量 Wp 计 算设计洪水过程线概化矩形历时 Tp 2 78Wp Qp 由 计算 Q1 pp XTtYQQ 1 2012 届水利水电工程专业毕业设计 5 及 t 再加入基流量可得设计 校核洪水过程线 分别见表 1 7 917 0 0 032 0FQ 图 1 1 表 1 7 手册 资料设计洪水过程表 洪水频率 P 10 00 设计洪水频率 P 3 33 校核洪水频率 P 0 33 序号 t h 流量 m3 s t h 流量 m3 s t h 流量 m3 s 100 001600 001600 0016 20 171 010285610 171 4060599030 172 091988378 30 232 060212230 232 8462473060 234 182373056 40 314 2813556040 315 9675353180 318 363142413 50 386 9284270940 389 5681817070 3813 93750156 60 469 9536516540 4613 683206150 4619 5118607 70 5212 415121950 5217 123062140 5224 38942495 80 5713 894179550 5718 759912910 5727 17660452 90 6713 976894240 6718 671797030 6727 17660452 100 8212 592268780 8216 678382910 8124 38942495 111 0410 070239611 0413 289913491 0319 5118607 121 47 1614883341 49 424640511 3813 93750156 132 14 4837923992 15 9058939942 148 363142413 143 32 1851158153 32 8536375843 294 182373056 154 41 067792614 41 3639065854 332 091988378 165 30 4099728225 30 4796978715 310 698398592 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 洪水历时过程线 0 5 10 15 20 25 30 0123456 小时 h 流量 m3 s p 10 p 3 3 p 0 33 图 1 1 查 手册 等值线设计洪水过程线 1 2 调洪演算 大池水库本次复核不考虑防洪限制水位 溢洪道为正堰开敞式 调洪运用 方式为自由溢流方式 本水库的调洪计算采用半图解法 利用水库库容曲线 溢洪道泄流曲线和设计洪水流量过程线 从正常蓄水位 即溢流堰顶高程 起 调 求得最高库水位 最大库容及最大下泄流量 1 2 1 水库水位库容曲线 水库 库容曲线采用的是由丰都县水利农机局 1982 年 三查三定 复查时 实测的 1 2000 库区地形图的成果 水位 库容曲线成果见表 1 8 和图 1 2 表 1 8 水库水位 库容曲线成果表 水位容积 序号 m 万 m3 1553 560 0 2555 062 3557 564 5 4560 069 5562 5614 5 2012 届水利水电工程专业毕业设计 7 6565 0624 7567 5637 5 8570 0658 9572 5671 10573 0675 11575 5696 12578 06108 13578 56115 14581 06136 15583 56152 16586 06168 图 1 2 水库水位 库容曲线 1 2 2 水库泄流曲线 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 大池水库溢洪道为正堰开敞式自由溢流 溢洪道泄流能力曲线采用宽顶堰 堰流公式进行计算 1 18 2 3 2 0 1 19 0 2 0 2 式中 溢流堰宽 B 6 89m 闸孔孔数 n 1 H0 计入流速水头的堰上总水头 m c 侧收缩系数 此处为 1 m 自由溢流的流量系数 按照别列辛斯基的经验公式进行计算 本 工程采用直角形进水口 因此按照下式进行计算 1 20 0 32 0 01 3 0 46 0 75 式中 a 堰高 H 坝前堰上水深 当 a H 3 时 由堰高引起的水流垂向收缩已达到充分的程度 故当 a H 3 时 仍取 a H 3 带入公式中计算 m 值 表 1 9 水库水位 下泄流量曲线成果表 序号水位 m 流量 m3 s 1573 19 0 00 2573 290 31 3573 390 87 4573 491 60 5573 592 47 6573 693 45 7573 794 54 2012 届水利水电工程专业毕业设计 9 8573 895 72 9573 996 99 10574 098 34 11574 199 77 12574 2911 27 13574 3912 83 14574 4914 48 15574 5916 18 16574 6917 94 17574 7919 75 18574 8921 65 19574 9923 58 20575 0925 58 21575 1927 62 22575 2929 72 23575 3931 87 24575 4934 07 25575 5936 31 26575 6938 60 27575 7940 94 28575 8943 33 29575 9945 76 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 2 3 水库水位 下泄流量曲线 1 2 3 列表试算法 基于水量平衡原理的水库调洪计算公式 1 21 t V t VV qqQQqQ 12 2121 2 1 2 1 计算步骤 1 根据已知的水库水位容积关系曲线和建筑物泄洪方案 求出下泄流量与 库容的关系曲线 2 选取合适的计算时段 本次设计取 0 2 小时 3 决定开始计算的时刻和此时刻的 V1 q1值 然后列表计算 计算过程 中 对每一计算时段的 V2 q2值都要进行试算 4 将计算结果绘成曲线 供查阅 在计算过程中 每一时段的 Q1 Q2 q1 V1均为已知 先假定一个 q2值 代入式 1 1 求出 V2值 然后按此在下泄流量与库容关系曲线上查出 q2值 将其与假定值相比较 若两值不相等 则要重新假定一个 q2值 重复上述试算 过程 直至两者相等或很接近为止 这样多次求得的 q2 v2值就是下一时段的 2012 届水利水电工程专业毕业设计 11 q1 V1值 可依据此值进行下一阶段的试算 逐时段依次计算的结果即为调洪 演算的成果 表 1 10 大池水库洪水调节计算成果表 重现期洪峰流量最高库水位最大库容 资料频率 年 m s m 万 m 最大下泄 量 m s P 10 01014 31574 5580 024 36 P 3 333019 19574 57 80 184 59东泉站实测 P 0 3330027 87 574 8081 80 7 28 经计算 水库仍属于小 2 型水库 与 三查三定 资料一致 工程等级不变 1 3 坝高的计算 1 3 1 超高计算 根据 SL 2001 碾压式土石坝施工规范 坝顶超高按以下公式计算 Y A e R 1 22 式中 y 坝顶超高 m A 安全加高 m 按 SL274 2001 碾压土石坝设计规范 表 5 3 1 确 定 根据工程等级 5 级设计状况取 0 5m 校核洪水位时取 0 3m e 最大风速水面雍高 可按 SL274 2001 碾压土石坝设计规范 附录 A 计算 m 1 23 2 cos 2 m KW D e gH R 最大波浪在坝坡上的爬高 可按 SL274 2001 碾压土石坝设计 规范 附录A计算 m 1 24 2 1 w mm KK Rl h m 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 W 风速 根据资料正常蓄水位时和设计洪水位时取 25 5 m s 校核洪水位时取 17m s D 风作用于水域的长度 取340m m 坝坡坡率 K 斜坡的糙率渗透性系数 根据湖面类型由SL274 2001 碾压土石 坝计规范 表 A 1 12 1 查得 取 0 8 Kw 经验系数 内插表 SL274 2001 碾压土石坝设计规范 附录 A 1 12 2 得 1 0 K 综合摩阻系数 取 3 6 10 6 风向与坝轴线方向的夹角 取900 H m 水库水域的平均水深 m Hm Lm分别为波浪波高和波浪波长 由按 SL274 2001 碾压土石坝设 计规范 附录 A A 1 7 2 A1 7 2 计算 1 25 11 312 22 0 0076 m ghgD W WW 1 26 11 2 153 75 22 0 331 m gLgD W WW 1 3 2 正常运用工况 平均波高 11 312 22 0 0076 m ghgD W WW 34 0 8 9 5 25 5 25 3408 9 5 250076 0 0076 0 2 3 1 2 12 1 2 3 1 2 12 1 g W W gD W hm 平均波长 11 2 153 75 22 0 331 m gLgD W WW 53 7 8 9 5 25 5 25 3408 9 5 25331 0 331 0 2 75 3 1 2 15 2 1 2 75 3 1 2 15 2 1 g W W gD W Lm 2012 届水利水电工程专业毕业设计 13 爬高 417 0 53 7 34 0 9 21 0 18 0 1 22 mLh m KK R mm W m 雍高 0038 090cos 66 108 92 3405 25106 3 cos 2 262 m gH DKW e m 那么坝顶超高 Y A e R 0 417 0 0038 0 5 0 92 m 1 3 3 非常运用工况 平均波高 11 312 22 0 0076 m ghgD W WW m205 0 8 9 17 17 3408 9 170076 0 0076 0 2 3 1 2 12 1 2 3 1 2 12 1 g W W gD W hm 平均波长 11 2 153 75 22 0 331 m gLgD W WW m02 5 8 9 17 17 3408 9 17331 0 331 0 2 75 3 1 2 15 2 1 2 75 3 1 2 15 2 1 g W W gD W Lm 爬高 264 002 5 205 0 9 21 0 18 0 1 22 mLh m KK R mm W m 雍高 0017 0 90cos 76 108 92 34017106 3 cos 2 262 m gH DKW e m 那么坝顶超高 Y A e R 0 264 0 0017 0 3 0 566 m 1 4 坝顶高程确定 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 正常蓄水位 573 19m 设计洪水位 574 57m 校核洪水位 574 8m 根据 SL 2001 碾压土石坝设计规范 5 3 3 坝顶高程由下面几个方面来确 定 1 正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高 573 19 0 92 574 11m 2 设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高 574 57 0 92 575 49m 3 校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高 574 8 0 566 575 37m 表 1 10 水库坝顶高程计算成果表 项 目正常运用非常运用 计算风速 W m s 25 517 吹程 D m 340340 波浪爬高 m 0 4174765910 264480074 风雍高度 m 0 0038146970 001677301 安全超高 A0 50 3 坝顶超高 Y m 0 9212912880 566157375 水库静水位 m 574 57574 8 计算坝顶高程 m 575 4912913575 3661574 由计算结果知 大坝最大计算坝顶高程为 575 49m 不满足坝顶超高要求 加防浪墙的墙顶高程 576 69m 满足超高的要求 故本次整治后坝顶高程满足 碾压式土石坝设计规范 SL274 2001 要求 2012 届水利水电工程专业毕业设计 15 第二章 渗流稳定计算 2 1 计算方法 根据实测大坝最大剖面和 试验 报告中渗透系数值 渗流计算用北京理 正软件设计研究院开发的渗流分析软件 5 11 版 采用公式法进行稳定和非稳定 渗流分析 按坝基不透水计算 2 2 计算工况 根据 碾压式土坝设计规范 SL274 2001 第 8 1 2 条之规定 进行了以 下 4 种水位组合情况的渗流计算 工况一 上游正常蓄水位与下游相应的最低水位 工况二 上游设计洪水位与下游相应的水位 工况三 上游校核洪水位与下游相应的水位 工况四 库水位骤降时形成的非稳定渗流情况 2 3 计算过程 2 3 1 工况一 计算条件 土堤顶部宽度 b 4 000 m 土堤顶部高度 h 21 570 m 上游坡坡率 1 m1 3 000 下游坡坡率 1 m2 3 630 堤身渗透系数 k 0 432 m d 上游水位 h1 19 910 m 下游水位 h2 0 500 m 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 不透水地基 排水棱体高度 5 000 m 排水棱体宽度 4 000 m 棱体临水坡率 1 000 图 2 1 计算简图 中间计算结果 浸润线计算公式原点 123 859 m 浸润线起点 x 坐标 59 730 m 浸润线终点 x 坐标 124 958 m 最终计算结果 h0 2 664 m 单位宽度渗流量 1 157 m3 d m 浸润线计算结果 X m Y m 66 143 17 786 72 556 16 792 78 969 15 736 85 382 14 603 91 795 13 375 98 207 12 022 104 620 10 496 111 033 8 707 117 446 6 439 123 859 2 664 123 859 2 664 2012 届水利水电工程专业毕业设计 17 124 079 2 433 124 299 2 178 124 519 1 888 124 738 1 545 124 958 1 099 图 2 2 计算结果图 2 3 2 工况二 计算条件 土堤顶部宽度 b 4 000 m 土堤顶部高度 h 21 570 m 上游坡坡率 1 m1 3 000 下游坡坡率 1 m2 3 630 堤身渗透系数 k 0 432 m d 上游水位 h1 21 290 m 下游水位 h2 0 500 m 不透水地基 排水棱体高度 5 000 m 排水棱体宽度 4 000 m 棱体临水坡率 1 000 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 图 2 3 计算简图 中间计算结果 浸润线计算公式原点 123 859 m 浸润线起点 x 坐标 63 870 m 浸润线终点 x 坐标 125 113 m 最终计算结果 h0 3 102 m 单位宽度渗流量 1 387 m3 d m 浸润线计算结果 X m Y m 69 869 18 873 75 868 17 824 81 867 16 708 87 866 15 513 93 865 14 218 99 863 12 793 105 862 11 187 111 861 9 308 117 860 6 937 123 859 3 102 123 859 3 102 124 110 2 830 124 361 2 530 124 611 2 189 124 862 1 784 2012 届水利水电工程专业毕业设计 19 125 113 1 254 图 2 4 计算结果图 2 3 3 工况三 计算条件 土堤顶部宽度 b 4 000 m 土堤顶部高度 h 21 570 m 上游坡坡率 1 m1 3 000 下游坡坡率 1 m2 3 630 堤身渗透系数 k 0 432 m d 上游水位 h1 21 520 m 下游水位 h2 0 500 m 不透水地基 排水棱体高度 5 000 m 排水棱体宽度 4 000 m 棱体临水坡率 1 000 图 2 5 计算简图 中间计算结果 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 浸润线计算公式原点 123 859 m 浸润线起点 x 坐标 64 560 m 浸润线终点 x 坐标 125 141 m 最终计算结果 h0 3 181 m 单位宽度渗流量 1 428 m3 d m 浸润线计算结果 X m Y m 70 490 19 051 76 420 17 993 82 350 16 868 88 280 15 663 94 210 14 357 100 139 12 920 106 069 11 302 111 999 9 409 117 929 7 023 123 859 3 181 123 859 3 181 124 116 2 902 124 372 2 594 124 628 2 244 124 885 1 827 125 141 1 282 图 2 6 计算结果图 2012 届水利水电工程专业毕业设计 21 2 3 4 工况四 计算条件 土堤顶部宽度 b 4 000 m 土堤顶部高度 h 21 570 m 上游坡坡率 1 m1 3 000 下游坡坡率 1 m2 3 630 堤身渗透系数 k 0 432 m d 上游水位 h1 19 910 m 下游水位 h2 0 500 m 水位下降速度 3 000 m d 下降到的最低水位 2 380 m 堤身土的给水度 0 005 图 2 7 计算简图 最终计算结果 水位下降所需时间 5 84 天 时间 天 浸润线最高点h0 t h0 m 上游坡出渗点高度he t m 1 17 17 392 10 507 X m Y m 31 521 10 507 34 342 11 384 37 163 12 199 39 984 12 962 42 804 13 683 45 625 14 368 48 446 15 022 51 267 15 648 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 54 088 16 250 56 909 16 831 59 730 17 392 时间 天 浸润线最高点h0 t h0 m 上游坡出渗点高度he t m 2 34 14 874 7 119 X m Y m 21 357 7 119 25 194 8 230 29 032 9 208 32 869 10 092 36 706 10 904 40 543 11 660 44 381 12 370 48 218 13 041 52 055 13 680 55 893 14 290 59 730 14 874 时间 天 浸润线最高点h0 t h0 m 上游坡出渗点高度he t m 3 51 12 357 4 974 X m Y m 14 923 4 974 19 403 6 127 23 884 7 094 28 365 7 945 32 846 8 713 37 326 9 419 41 807 10 075 46 288 10 691 50 769 11 274 55 249 11 828 59 730 12 357 2012 届水利水电工程专业毕业设计 23 时间 天 浸润线最高点h0 t h0 m 上游坡出渗点高度he t m 4 67 9 839 3 620 X m Y m 10 861 3 620 15 748 4 634 20 635 5 463 25 522 6 182 30 408 6 825 35 295 7 413 40 182 7 958 45 069 8 467 49 956 8 948 54 843 9 404 59 730 9 839 时间 天 浸润线最高点h0 t h0 m 上游坡出渗点高度he t m 5 84 7 321 2 858 X m Y m 8 573 2 858 13 689 3 565 18 804 4 154 23 920 4 669 29 036 5 132 34 151 5 557 39 267 5 952 44 383 6 322 49 499 6 672 54 614 7 004 59 730 7 321 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 图2 8 计算结果图 2012 届水利水电工程专业毕业设计 25 第三章 坝坡稳定计算 3 1 计算方法 由于大池水库大坝为均质土坝 计算方法采用瑞典圆弧法公式计算 北京 理正软件设计研究所开发的边坡稳定分析软件 3 41 版是按瑞典圆弧法编制的 该程序可用以计算均质土坝在各种工况时的坝坡稳定情况 自重搜索出给定条 件下的坝坡抗滑稳定最小安全系数 最危险滑动面圆心的坐标及滑弧半径 故 用北京理正软件设计研究所开发的边坡稳定分析软件 3 41 版运用程序进行抗滑 稳定计算 根据 碾压式土坝设计规范 SL 274 2001 规范规定 采用瑞典圆弧法计 算时 大坝的最小抗滑稳定安全系数允许值 正常运用条件下 1 15 非常运用条件下 1 05 3 2 计算原理 本设计稳定分析采用简单条分法 瑞典圆弧法 该法基本假定土坡失稳 破坏可简化为一平面应变问题 破坏滑动面为一圆弧形面 将面上作用力相对 于圆心形成的阻滑力矩与滑动力矩的比值定义为土坡的稳定安全系数 计算时 将可能滑动面上的土体划分成若干铅直土条 略去土条间相互作用力的影响 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 图 3 1 瑞典圆弧法计算简图 下游坝坡有渗流水存在 应计入渗流对稳定的影响 在计算土条重量时 对浸润线以下的部分取饱和容重 对浸润线以上的部分取湿容重 假设土条两 侧的渗流水压力基本上平衡 则稳定安全系数的计算公式为 3 1 iimii iiiwiimiiii t hhb tghhhblc K sin cos cos 21 2 021 式中 土的湿容重和饱和容 m 水容重 0 土条在浸润线以上和以下的高度 1 h 2 h 土条宽 b 土条底部中点的渗流水头 与土条滑动面相正交 w h 土条沿滑裂面的长度和坡角 l 土条的有效抗剪强度指标 c 3 3 计算过程 2012 届水利水电工程专业毕业设计 27 3 3 1 正常运用工况 一 上游坝坡稳定计算 表 3 1 瑞典圆弧法稳定分析计算表 ixl c WNTSxSyU 19 803 29 27 4822 412 471 14572 1245 37157 05471 14572 12 212 723 17 23 2222 412 4205 81596 1643 79147 60442 79596 16 315 641 45 20 1722 412 4138 47285 1120 0165 67197 01285 11 417 004 95 15 9422 412 4672 33985 6268 34213 40640 19985 62 521 764 83 9 4822 412 4930 92960 2466 62188 23564 68960 24 626 524 77 3 1522 412 41133 161131 4590 69163 06489 17947 42 731 284 773 1522 412 41281 161279 22111 11137 89413 66944 14 836 044 839 4822 412 41374 911356 12121 27112 72338 15951 92 940 804 9515 9422 412 41412 331358 03120 7487 55262 64970 45 1045 551 4520 1722 412 4404 61379 8133 7620 4161 24278 16 1146 924 6924 2222 412 41246 531136 84105 5050 67152 02834 75 1251 194 9630 5922 412 41179 641015 51103 0330 4091 21760 09 1355 465 3837 4222 412 41056 39839 0499 7610 1330 40650 40 1459 736 3745 1722 412 4893 33629 77105 570 000 00499 14 1564 220 7649 8822 412 481 1552 2912 390 000 0038 67 1664 715 0253 7022 412 4358 79212 4080 600 000 00128 52 1767 680 4057 2822 412 416 919 146 690 000 000 73 1867 901 5658 5728 616 550 1326 1432 240 000 000 00 1968 712 2661 1028 616 526 7512 9342 260 000 000 00 表中符号意义 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 i 土条编号 x 起始 x m l 土条底长 m 土条底部倾角 度 c 土条底部粘聚力 kPa 土条底部内摩擦角 度 W 土条重 kN N 土条底部法向力 kN T 土条底部切向力 kN Sx 水平静水压力 kN Sy 竖向静水压力 kN U 孔隙水压力 kN iimii iiiwiimiiii hhb tghhhblc Kc sin cos cos 21 2 021 1 623 1 15 设计规范规定的最小安全系数 因此上游坝坡在稳定渗流期的正常洪水条件下满足稳定要求 图 3 2 计算结果图 二 下游坝坡稳定计算 表 3 2 瑞典圆弧法稳定分析计算表 ixl c WNTU 1 0 580 63 23 6722 412 41 453 179 953 17 20 001 46 22 3022 412 420 6619 1224 707 29 31 351 31 20 4822 412 442 3439 6725 656 56 2012 届水利水电工程专业毕业设计 29 42 584 07 16 9522 412 4268 27256 61100 2520 43 56 473 98 11 6722 412 4452 32442 97127 4820 00 610 373 15 7 0022 412 4477 98474 42119 9815 88 713 504 00 2 3122 412 4676 98676 44163 7320 19 817 504 183 0622 412 4800 03798 88185 2221 13 921 680 826 3422 412 4180 29179 1939 734 13 1022 490 036 900 032 07 997 933 390 18 1122 523 138 970 032 0741 53732 47290 5768 59 1225 613 1813 100 032 0785 66765 20286 43110 79 1328 714 2317 960 032 01050 43999 24335 83231 95 1432 732 5522 410 032 0618 88572 15171 76179 71 1535 091 1924 860 032 0280 23254 2674 0685 06 1636 170 6426 060 032 0147 31132 3338 2944 86 1736 743 3428 660 032 0734 89644 82184 52223 23 1839 674 2833 660 032 0828 69689 77195 22243 74 1943 234 6239 490 032 0718 11554 19160 09188 42 2046 804 9945 790 032 0543 48378 99126 3290 39 2150 270 8449 610 032 067 8543 9718 332 08 2250 823 9852 760 034 0227 80137 8565 130 00 2353 222 4256 960 034 069 5537 9217 920 00 2454 541 8859 780 034 016 918 514 020 00 表中符号意义 i 土条编号 x 起始 x m l 土条底长 m 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 土条底部倾角 度 c 土条底部粘聚力 kPa 土条底部内摩擦角 度 W 土条重 kN N 土条底部法向力 kN T 土条底部切向力 kN U 孔隙水压力 kN iimii iiiwiimiiii hhb tghhhblc Kc sin cos cos 21 2 021 1 428 1 15 设计规范规定的最小安全系数 因此下游坝坡在稳定渗流期的正常洪水条件下满足稳定要求 图 3 3 计算结果图 3 3 2 设计工况 表 3 3 上游坝坡稳定计算 ixl c WNTSxSyU 19 223 19 26 22 22 4 12 466 19603 2743 50169 11 507 32603 27 212 08 3 09 22 16 22 4 12 4191 73624 0642 14160 02 480 06624 06 314 94 1 52 19 18 22 4 12 4140 03320 2620 7777 02231 06320 26 416 38 4 77 15 10 22 4 12 4624 051016 2365 14231 33 694 001016 23 520 98 4 67 8 9922 4 12 4860 73992 6763 67207 75 623 24992 67 2012 届水利水电工程专业毕业设计 31 625 59 4 62 2 9922 4 12 41047 581046 1671 70184 16 552 49980 86 730 20 4 622 9922 4 12 41186 261184 6590 44160 58 481 73979 22 834 81 4 678 9922 4 12 41276 771261 07100 26 136 99 410 98987 39 939 41 4 77 15 10 22 4 12 41317 451271 95101 07 113 41 340 231003 16 1044 02 1 52 19 18 22 4 12 4413 21390 2830 8730 5691 69314 72 1145 46 5 02 23 41 22 4 12 41301 281194 1898 6482 40247 20968 55 1250 06 5 32 30 10 22 4 12 41229 441063 6595 8058 86176 57890 35 1354 66 5 79 37 29 22 4 12 41089 37866 6691 4735 31105 94773 39 1459 27 6 55 45 27 22 4 12 4860 02605 2191 3711 7735 32589 93 1563 87 1 32 50 36 22 4 12 4125 1879 8618 000 000 0079 59 1664 71 4 62 54 20 22 4 12 4282 88166 8963 000 000 00166 89 1767 41 1 85 58 39 22 4 12 450 8626 6626 790 000 0015 32 1868 38 0 66 60 01 28 6 16 510 355 1712 430 000 000 00 1968 71 1 20 61 22 28 6 16 57 483 6021 55 0 000 000 00 表中符号意义 i 土条编号 x 起始 x m l 土条底长 m 土条底部倾角 度 c 土条底部粘聚力 kPa 土条底部内摩擦角 度 W 土条重 kN N 土条底部法向力 kN T 土条底部切向力 kN Sx 水平静水压力 kN Sy 竖向静水压力 kN U 孔隙水压力 kN 魏治辉 大池水库除险加固初步设计 iimii iiiwiimiiii hhb tghhhblc Kc sin cos cos 21 2 021 1 642 1 15 设计规范规定的最小安全系数 因此上游坝坡在稳定渗流期的设计洪水条件下满足稳定要求 图 3 4 计算结果图 二 下游坝坡稳定计算 表 3 4 下游坝坡稳定计算 ixl c WNTU 10 001 45 21 9022 412 413 7812 7924 787 27 21 351 31 20 1222 412 435 8533 6625 846 54 32 584 99 16 0622 412 4328 95316 11128 8925 06 47 374 87 9 7022 412 4596 09587 57170 6124 52 512 171 33 5 7122 412 4206 22205 2053 866 72 613 504 00 2 2722 412 4651 96651 45167 3820 21 717 504 112 9622 412 4759 49758 48186 2720 80 821 600 896 1822 412 4189 95188 8544 274 50 922 490 046 780 032 08 538 473 790 19 1022 533 028 750 032 0696 81688 69282 3072 58 1125 512 6912 440 032 0648 01632 80242 60103 33 1228 155 2417 550 032 01271 261212 06410 21316 81 1333 141 4821 880 032 0352 45327 0597 46114 36 1434 511 2523 640 032 0292 38267 8578 7695 96 1535 650 5124 770 032 0118 22107 3431 2739 10 1636 122 8926 960 032 0643 94573 95164 35215 27 1738 694 9432 010 032 0978 10829 39229 65328 19 1842 883 9737 750 032 0647 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