拱坝毕业设计

山东科技大学学士学位论文 共 91 页 1 摘摘 要要 洞门山水利枢纽工程位于位于西南某河干流中下游 是一座 中型水利枢纽工程 其主要任务有发电 灌溉和防洪 该工程主 要由双曲拱坝 泄洪隧洞 取水建筑物以及厂房等组成 本文扼 要介绍设计中进行的主要工作和设计成果 调洪计算 枢纽布置 拱坝坝体设计 坝体应力计算 坝肩稳定分析 泄洪隧洞的设计 坝身泄水孔的设计 坝体的细部构造以及地基处理等 设计最后提交的成果有 设计说明书一份 工程设计图纸 3 张以及其他计算附图附表等 关键字关键字 拱坝 调洪演算 应力分析 稳定分析 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 2 summary DongMen mountain water conservancy hub project is located in the southwest a river mainstream middle and lower reaches is a medium sized water conservancy hub project its main task is power generation irrigation and flood control The project mainly by the hyperbolic arch dam tunnel water and flood building workshop etc This paper briefly introduces the main work in the design and the design results flood regulating calculation the general layout arch dam design dam abutment dam stress calculation stability analysis of flood discharge tunnel the design the design of water leakage including the influences of the detail structure and foundation treatment etc The research results have submitted design the design specification a the engineering drawings three and other calculation schedule etc The appended drawings Key words Arch dam flood regulating calculation stress analysis stability analysis 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 3 目录目录 第一章第一章 工程概况工程概况 1 第二章第二章 设计基本资料及水库工程特设计基本资料及水库工程特 性性 3 3 1 1 设计基本资设计基本资 料料 3 3 2 2 水库水位与库容关系及水位流量关系水库水位与库容关系及水位流量关系 1212 3 3 效益及淹没损失效益及淹没损失 1313 4 4 施工组织设计和建议施工组织设计和建议 1414 5 5 坝址地形图坝址地形图 其其 他他 1414 第三章第三章 工程等级划分及水库运行方式工程等级划分及水库运行方式 1515 1 1 确定工程等别和级别确定工程等别和级别 1515 2 2 水库运用方式水库运用方式 1515 第四章第四章 枢纽布置枢纽布置 1515 1 1 调洪演算调洪演算 1515 1 1 1 1 基本资料的收集基本资料的收集 1515 1 2 1 2 孔口尺寸拟定孔口尺寸拟定 1818 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 4 1 3 1 3 调洪演算调洪演算 2020 1 4 1 4 方案比较方案比较 3434 1 5 1 5 坝高的确定坝高的确定 3434 2 2 组成建筑物及枢纽布置组成建筑物及枢纽布置 3535 第五章第五章 混凝土拱坝设计混凝土拱坝设计 3636 1 1 拱坝形态和剖面尺寸的拟定拱坝形态和剖面尺寸的拟定 3636 1 1 1 1 拱圈形式的选择拱圈形式的选择 3636 1 2 1 2 拱冠梁剖面尺寸的拟定拱冠梁剖面尺寸的拟定 3636 1 2 1 1 2 1 坝顶厚度 坝顶厚度 T TC C 3636 1 2 2 1 2 2 坝底厚度 坝底厚度 T TB B 3737 1 2 3 1 2 3 上游面曲上游面曲 线线 3838 1 2 4 1 2 4 下游面曲线下游面曲线 38 38 2 2 拱坝的布置拱坝的布置 39 39 3 3 拱坝的荷载及其组合拱坝的荷载及其组合 4040 3 1 3 1 荷载计算荷载计算 4040 3 1 1 3 1 1 温度荷载温度荷载 4040 3 1 2 3 1 2 净水压力净水压力 淤沙压淤沙压 力力 4141 3 1 3 3 1 3 地震荷载地震荷载 4242 3 1 4 3 1 4 坝体自重坝体自重 4242 3 1 5 3 1 5 扬压力扬压力 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 5 4242 3 1 6 3 1 6 风浪压力 不予考虑 风浪压力 不予考虑 4343 3 2 3 2 荷载组荷载组 合合 4343 3 2 1 3 2 1 基本组合基本组合 4343 3 2 2 3 2 2 特殊组合特殊组合 4343 4 4 拱坝的应力分析拱坝的应力分析 4444 4 1 4 1 应力分析的基本方应力分析的基本方 法法 4444 4 2 4 2 应力分析 纯拱法 应力分析 纯拱法 4545 5 拱坝的稳定分拱坝的稳定分 析析 48 5 1 5 1 稳定计算原稳定计算原 理理 5050 5 2 5 2 稳定验稳定验 算算 5353 5 2 1 5 2 1 工况一 正常蓄水位工况一 正常蓄水位 温升 温升 5454 5 2 1 15 2 1 1 坝肩局部稳定验坝肩局部稳定验 算算 5454 5 2 1 25 2 1 2 左岸整体稳定验左岸整体稳定验 算算 5656 5 2 2 5 2 2 工况二 校核洪水位工况二 校核洪水位 温升 温升 5656 5 2 2 15 2 2 1 坝肩局部稳定验算坝肩局部稳定验算 57 57 5 2 2 25 2 2 2 左岸整体稳定验算左岸整体稳定验算 59 59 第六章第六章 泄水建筑物泄水建筑物 59 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 6 1 1 泄水建筑物的形式尺寸泄水建筑物的形式尺寸 59 59 2 2 泄水建筑物的布置泄水建筑物的布置 60 60 2 1 2 1 坝身泄水孔的布置坝身泄水孔的布置 60 60 2 2 2 2 泄槽设计计算泄槽设计计算 60 60 2 3 2 3 泄水隧洞的布置泄水隧洞的布置 61 61 第七章第七章 坝体细部构造及地基处理坝体细部构造及地基处理 62 1 1 坝体构造与细部结构设计坝体构造与细部结构设计 62 62 1 1 1 1 坝体与坝面坝体与坝面 62 62 1 2 1 2 坝体分缝坝体分缝 63 63 1 3 1 3 坝内廊道坝内廊道 63 63 1 4 1 4 坝后工作桥坝后工作桥 64 64 2 2 地基处理地基处理 64 64 2 12 1 坝基处理的基本要求坝基处理的基本要求 64 64 2 22 2 地基的处理和开地基的处理和开 挖挖 6464 2 3 2 3 坝基灌坝基灌 浆浆 6565 2 3 12 3 1 固结灌固结灌 浆浆 6565 2 3 2 2 3 2 帷幕灌帷幕灌 浆浆 6666 2 4 2 4 坝基排坝基排 水水 6666 设计专题 拱坝的稳定性分析设计专题 拱坝的稳定性分析 6868 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 7 附录 外文文献及翻附录 外文文献及翻 译译 7777 参考文参考文 献献 89 结结 语语 90 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 1 第一章第一章 工程概况工程概况 西南某河是南方河流中少有的多沙河流 为减少水库泥沙 淤积量 通过设置底孔泄流排沙就可使水库基本处于冲刷状态 满足排沙要求 可使水库进出库泥沙保持平衡或略有冲刷 流域 干流国内部分全长 692km 落差 2510m 流域面积 34629km2 沿 河多急滩 但无集中落差 河谷断面为 U 型和 V 型 水面 宽多为 60m 100m 河道狭窄 漫滩很少 岸坡 30 70 成库库容较小 流域总的地势自西北向东南倾斜 绝大部份属山 区或半山区地势 平坝面积不足 5 河谷深切 分水岭高程一 般在 2000m 3000m 之间 河流最低水面高程约 70 米 洞门山水电站工程位于西南某河干流中下游 坝址处属炎热 气候区 受河谷地带干热焚风的影响 气候干燥炎热 常年不结 冰 多年平均年气温 20 21 极端最高气温 42 3 极端 最低气温 2 8 历年有霜日为 0 7d 平均日照时数为 2284h 降水地区分布的一般趋势为上游小 下游大 年际间变化不大 但年内分配不均 一般集中在 5 月 10 月 占全年的 85 左右 该区域多年平均蒸发量在 2731mm 1565 9mm 20cm 蒸发皿 相对湿度为 68 85 多年平均风速 2 8m s 3 3m s 年最多 风向为 C ESE SW 相应发生频率为 37 21 21 历年最大风 速为 20m s ESE SSW 洞门山电站为径流式日调节电站 可改善库区水环境质量 电站运用不改变径流的年际年内过程 不会恶化下游水环境 坝 址处地震基本烈度 度 水库区蓄水后无永久性渗漏问题 选定 的下坝址坝基岩可以适应重力坝 拱坝及当地材料坝等各种坝型 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 2 天然建筑材料丰富 储量 质量基本满足要求 从地质的角度没 有影响工程建设的制约因素 确定西南某河干流梯级综合规划的方针是以水电为先导 兼 顾防洪 航运 灌溉和供水 因地制宜 综合规划 提出洞门山 梯级的任务为以发电为主 远期兼顾防洪 为发展供水 航运创 造条件 根据洞门山水电站开发任务以发电为主 远期兼顾供水 和航运等 洞门山水库根据 防洪标准 GB50201 94 水电枢纽工程 等级划分及设计安全标准 DL5180 2003 工程等别属 等 工程规模为大 型工程 永久性主要建筑物级别为 2 级 永 久性次要建筑物为 3 级 发电进水口 放空排沙底孔进水口 溢 洪道进水口洪水标准与大坝标准一致 发电厂房按 100 年一遇洪 水设计 200 年一遇洪水校核 洞门山水库无防洪任务 当上游来量小于或等于水库正常蓄 水位的泄流能力时 水库按来水量下泄 水库水位维持在正常蓄 水位 当上游来量大于水库正常蓄水位的泄流能力时 让洪水自 由下泄 总体来看 洞门山水电站的建设 抓住国家实施 西部大开 发 的历史机遇 以 西电东送 为突破口 把电力培植成仅次 于烟草 有色金属之后的第三大支柱产业 拉动地方经济增长 改变地方能源结构 以电代薪 促进水土保持和生态建设 拉 动工程建设所在地的经济发展 实施可持续发展战略有着重要的 意义 工程建设是十分必要的 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 3 第二章第二章 设计基本资料及水库工程特性设计基本资料及水库工程特性 1 1 设计基本资料设计基本资料 1 1 1 1 气象与水文资料气象与水文资料 1 1 1 1 1 1 气象资料气象资料 多年平均年气温 20 21 极端最高气温 42 3 极端最低气温 2 8 该区年平均降水量 700mm 1200mm 降水一般集中在 5 月 10 月 占全年降水量的 85 其中 7 8 月集中全年降水量 的 40 50 流域多年平均蒸发量在 2731mm 1565 9mm 20cm 蒸发皿 相对湿度为 68 85 多年平均风速 2 8m s 3 3m s 年最多风向为 C ESE SW 相应发生频率为 37 21 21 历年最大平均风速为 17m s 历年最大风速为 20m s ESE SSW 1 1 2 1 1 2 水文资料水文资料 径流年内分配极不均匀 每年 6 月 11 月为汛期 径流量 占年径流量的 80 以上 12 月 翌年 5 月为枯水期 径流量不足 年径流量的 20 其中尤以 3 月 4 月份最枯 径流量不足年径 流量的 4 附近 A 站最丰水年年平均流量为 315m3 s 最枯水年 年平均流量为 89 2m3 s 丰枯水年径流比 3 53 倍 附近 B 站最 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 4 丰水年年平均流量为 507m3 s 1971 年 6 月 1972 年 5 月 最 枯水年年平均流量为 180m3 s 1980 年 6 月 1981 年 5 月 丰 枯水年径流比 2 82 倍 西南某河洞门山坝址径流及设计洪水成 果见下表 表 1 1 洞门山坝址径流成果表 单位 m3 s 各级频率设计值 项目均值 5 10 20 50 75 80 90 95 年径流 261397362322254207197170150 枯水径 流 99 214913612196 579 475 566 058 5 表 1 2 坝址设计代表年径流年内分配成果表 设计代表年径流年内分配 频 率 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 10 27 0 57 8 84 2 69 5 41 6 71 5 26 3 162101 78 1 78 0 127 25 35 3 36 8 98 3 49 4 46 2 33 5 22 0 150117 71 5 52 1 82 5 50 27 7 52 7 61 8 51 0 32 5 19 8 16 8 133 97 3 62 0 57 7 60 1 75 37 2 34 8 42 3 35 9 19 2 30 7 16 5 100 79 3 44 4 57 7 29 0 90 15 0 37 2 50 1 30 9 18 7 11 5 10 1 67 2 74 1 49 8 51 4 52 5 表 1 3 洞门山坝址设计洪水成果表 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 5 各级频率 p 设计值 站 名 项 目 单位 0 050 10 20 512 3 3 3 5 Q m m3 s 1610 0 1450 0 1280 0 1060 0 899 0 744 0 632 0 547 0 W 1d 108m3 9 838 918 006 77 5 8 7 4 9 7 4 3 1 3 8 1 W 3d 108m3 23 721 519 416 4 14 4 12 3 10 7 9 5 5 洞 门 山 坝 址 W 7d 108m3 39 435 932 527 9 24 5 21 0 18 6 16 5 表 1 4 分期设计洪水洪峰成果表 各级频率 P 设计值 m3 s 站名 坝址 分 期 5102050 3 个月 2 月 4 月 487371272165 4 个月 1 月 4 月 518414317206 5 个月 1 月 5 月 1210946708366 6 个月 12 月 翌年 5 月 14901200896440 洞门山坝 址 7 个月 12 月 翌年 6 月 237017701310843 1 1 3 1 1 3 泥沙资料泥沙资料 西南某河为多沙性河流 流域内植被破坏较严重 水土流 失现象较为普遍 泥沙年际年内变化较大 有 90 以上的泥沙集 中于汛期 坝址处多年平均悬移质输沙量 4080 万吨 多年平均 含沙量 5 35kg m3 最大年平均悬移质含沙量 11 8 kg m3 1986 年 最小年平均悬移质含沙量 2 75 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 6 kg m3 1980 年 推移质输沙量按悬移质输沙量的 7 计 为 286 万吨 则洞 门山坝址多年平均输沙总量为 4370 万 t 表 1 5 洞门山坝址泥沙特征值统计表 1973 年 2003 年系列 最大年平 均 悬移质含 沙量 最小年平 均 悬移质含 沙量 集 水 面 积 km2 多年 平均 流量 m3 s 多年 平均 年悬 移质 输沙 量 万 t 多年 平均 年推 移质 输沙 量 万 t 多年 平均 悬移 质含 沙量 kg m 3 含沙 量 kg m 3 年 份 含沙 量 kg m 3 年 份 288 75 265 242 4240 408 0 63 6 286 5 08 5 35 11 8 19 86 2 75 19 80 1 2 1 2 主要地质资料及参数主要地质资料及参数 1 2 1 1 2 1 设计采用地质资料及参数设计采用地质资料及参数 坝区 N14a 线 岩组泥岩碎屑较多或泥岩碎屑为主 以钙 泥质胶结为主 岩石强度较低 弱风化砾岩 砂砾岩单轴湿抗压 强度 Rb 18 7 25 0MPa 21 8MPa 软化系数 0 62 0 81 b R 平均 0 68 属软岩 N14b 线 以灰岩碎屑为主 以钙质胶结 为主 岩石强度较高 弱风化上部 180m 高程以上 单轴湿抗 压强度 Rb 25 7 39 1MPa 31 5MPa 软化系数 b R 0 44 0 60 平均 0 52 属偏软的中硬岩 180m 高程以下 弱风化下部 微风化带岩石单轴湿抗压强度 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 7 Rb 37 8 80 9MPa 56 7MPa 软化系数 0 54 0 92 平均 b R 0 72 属偏硬的中硬岩 N15 灰岩角砾岩弱风化带岩石 Rb 49 6MPa 软化系数 0 50 0 93 平均 0 71 为中硬岩 微 风化带岩石 Rb 62 4MPa 软化系数 0 74 为坚硬岩 设计中采用的其他地质资料及参数见表 1 6 表 1 7 表 1 8 表 1 6 坝址岩层风化深度 位 置覆盖层 m 弱风 化顶板埋深 m 相对隔水层埋深 m 河床 厚小于 30m 高程约 191 0m 左右 埋深小于 30m 顶板高程高于 184 0m 左岸 右岸 存在第四系松 散堆积层 为 残坡积 崩塌 堆积和人工堆 积 厚度不大 两岸坝头石场范 围弱风化出露 坝基弱风化岩体透 水率普遍较大 在 本阶段 70 120m 勘探深度范围内 未发现较连续分布 的相对隔水层 q 3Lu 表 1 7 岩体渗透性能特征表 地 层 岩 性 砂砾岩夹砾岩 4 1 N灰岩角砾岩 5 1 N 位 置 左岸河床右岸左岸 河 床 右岸 178 28 208 9 6 174 30 135 4 9 166 0 216 4 6 238 14 270 25 238 14 252 0 7 分 布 高 程 m 以上以下以上以下以上以下 以 上 以下以上以下 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 8 地 层 岩 性 砂砾岩夹砾岩 4 1 N灰岩角砾岩 5 1 N 位 置 左岸河床右岸左岸 河 床 右岸 分 布 高 程 m 178 28 208 9 6 174 30 135 4 9 166 0 216 4 6 238 14 270 25 238 14 252 0 7 以上以下以上以下以上以下 以 上 以下以上以下 透 水 率 Lu 11 190 局部 225 30 0 0 57 10 11 81 局部 100 34 0 0 57 8 0 15 103 局部 110 29 0 1 5 8 0 13 1 55 0 89 10 5 3 40 0 10 9 16 6局 部 129 41 6 1 73 10 表 1 8 枢纽建筑物岩体力学参数建议值表 抗剪断 砼 岩 抗剪断 岩 岩 承载力 变形模 量岩石 名称 风化程度 f c MPa f c MPa R MPa E0 Gpa 坝基 岩体 质量 分级 弱风化0 900 750 90 83 5 4 6 0 7 0 灰岩角砾 岩 N15 微风化1 10 91 11 04 5 57 9 弱风化上部 0 75 0 85 0 4 0 45 0 65 0 70 0 35 0 401 5 21 5 2 0 砂砾岩夹 砾岩 N14b 弱风化下 部 微风化 0 850 50 900 52 2 54 备注 砂砾岩夹砾岩 N14b 弱风化上部深挖至 185m 高程以下取高值 以上取低值 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 9 续表 引水隧洞洞身主要在弱微透水的弱风化岩体内通过 未发现大的断 层发育 多属 类围岩 类围岩 取 f 5 6 K0 4000 5000MN m3 类围岩 取 f 4 5 K0 3000 4000MN m3 续表 土料物理力学性质指标 项目单位 防渗土 料 强风化 料 河床砂砾 石 石渣 干密度g cm31 701 791 661 80 天然含水量 15 42 2313 25 最优含水量 15 912 1 孔隙比 e0 720 650 720 7 孔隙率 n 41 8639 3941 8641 18 湿容重g cm31 961 831 88 饱和容量g cm32 122 182 082 21 浮容重g cm31 121 181 081 21 抗剪 断 强度 岩石 岩石岩石 混凝土 岩 石 类 别 密度 g cm3 允许 承力 MPa 软 化 系 数 变形 模量 MPa f 1c1 MPa f 1c1 MPa fC MPa 弱 风 化 花 岗 岩 2 662 00 80 6 10 3 0 9 1 0 0 7 0 9 0 8 0 9 0 5 0 7 0 6 0 65 强 风 化 花 岗 岩 0 6 3 10 3 0 5 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 10 大值平 均 cm s 4 25 10 5 1 3 10 43 10 2 1 10 3 渗透系数 k小值平 均 cm s 2 83 10 6 u 16 427 7 CukPa53 575 0 cu 17 633 1 总应力 强度 CcukPa26 311 0 cu 21 940 4有效应 力强度C cukPa11 814 0 续表 渗流分析计算参数 项 目渗透系数 K cm s 备注 防渗土料 4 25 10 5 大值平均值 防渗土料 2 83 10 6 小值平均值 坝壳料 1 3 10 4 河床砂砾石及砂填料 3 10 2 排水反滤层 5 10 3 排水棱体 1 10 2 砼防渗墙 1 10 9 帷 幕 1 10 8 基 岩 5 10 5 石渣及戗堤 1 10 3 有土砂混合 续表 溢洪道地基的物理力学指标 岩石类别允许承载力 kpa 岩石 混凝土摩擦系数 f 弱风化花岗岩20000 6 强风化花岗岩6000 5 1 2 2 1 2 2 永久开挖边坡建议值永久开挖边坡建议值 岩土永久开挖边坡建议值见表 1 9 表 1 9 永久工程边坡坡比建议值表 坡高小于 10m 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 11 类别残坡积层全风化带强风化带弱风化带微风化带 坡比1 1 5 1 1 751 1 51 1 0 1 1 21 0 5 1 0 751 0 3 1 0 5 1 2 3 1 2 3 抗冲流速抗冲流速 岩土的抗冲流速建议为 中粗砂为 1 0m s 1 2m s 砂卵 砾石层为 1 2m s 1 5m s 人工填土为 0 5m s 0 75m s 弱风 化灰岩角砾岩为 5 0m s 6 0m s 1 2 4 1 2 4 地震烈度地震烈度 根据规范 水工建筑物抗震设计规范 DL5073 坝址区地 震基本烈度为 度 设计烈度为 度 地震动峰值加速度为 0 08g 1 3 1 3 当地的建筑材料当地的建筑材料 坝址附近分布有土料 石料和天然砂砾料 其中 砂砾料分布在下坝址上下游 2km 范围内河滩上 能满足工程 对粗骨料 细骨料储量要求 质量方面 除含泥量偏高 砂的细 度模数平均粒径偏低外 其余指标能满足规范要求 石料场位于 下 坝址上游右岸约 200m 目前正在开采 该 石料场为砂砾岩夹砾 灰岩 质量和数量能满足要求 土料场有三个 本工程需要土量较少 坝区土料场的土料能 满足要求 本砂砾场岩性主要为砂砾石和砂卵砾石 下部含泥量逐渐增 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 12 多 有用层厚度可达 15 0m 靠近岸边分布有薄层砂壤土 其中 以卵砾石含量较多 52 2 其次为中粗砂 砂的含量为 47 8 据试验统计成果 砂的平均粒径为 0 35 砂细度模数为 2 16 干松密度为 1 87g cm3 含泥量为 3 9 针片状含量为 3 8 上述指标除含泥量偏高 砂的细度模数平均粒径偏低外 其余指标均满足规范要求 1 4 1 4 交通条件交通条件 对外交通以公路运输为主 目前坝址左岸有公路通过 为 2 级公路 该公路高程约 239m 为混凝土路面 路宽约 5 5 5m 坝址右岸有公路与外界联系 施工前期 利用右岸公路与外界联 系 后期计划围堰作为跨河通道 主要利用左岸原有公路与外界 联系 对外交通计划需新修公路 2km 扩建公路 4km 加固桥梁 一座 场内交通中左岸公路为场内运输主干道 场内交通以汽车运 输为主 2 2 水库水位与库容关系及水位流量关系水库水位与库容关系及水位流量关系 表 2 1 水库水位与库容关系及水位流量关系 高程 m 211 215 22 0 22 5 230 235 240 245 250 255260265270275 面积 万 m2 0 1 1 649 11 4 197 272 348 455 548 648749851958 1065 库容 万 m3 0 2 3 2 12 8 53 6 131 5 248 8 403 8 604 6 855 4 1154 4 1503 5 1903 3 2355 5 2861 2 表 2 2 水位流量关系表 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 13 下坝址溢洪道口 序 号 水位 m 流量 m3 s 水位 m 流量 m3 s 1213 70213 550 2215 011 0214 8411 0 3215 520 0215 3420 0 421637 0215 8437 0 5216 565 0216 3465 0 6217128216 84128 7218314217 83314 8219580218 83580 9220900219 83900 102211290220 831290 112221760221 821760 122232260222 822260 132242840223 822840 142253440224 813440 152264100225 814100 162274850226 814850 172285650227 805650 182296500228 806500 192307390229 807390 202318290230 798290 212329220231 799220 2223310100232 7910100 2323411100233 7911100 2423512200234 7812200 2523613300235 7813300 2623714500236 7814500 2723815700237 7715700 2823917000238 7717000 2924018300239 7718300 3024119600240 7619600 3 3 效益及淹没损失效益及淹没损失 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 14 通过现场调查 落实淹没实物指标为 库区淹没影响 4 个村 居民 170 户 762 人 淹没影响居民房屋共计 31649 56m2 淹没 土地总面积为 12721 72 亩 其中农用地 5559 76 亩 耕地 1089 97 亩 园地 1278 08 亩 草地 1350 09 亩 林地 1841 25 亩 鱼塘 0 37 亩 建设用地 126 35 亩 未利用土地 7035 61 亩 包 括河流水面 3661 07 亩 淹没的专项设施有 四级公路 2 84km 吊桥一座 10kV 输电线路 7 02km 光缆线路 2 97km 供水管线 0 28 km 库区内有 12 个铅锌矿平洞和 8 个铁矿平洞 被淹 表 3 1 工程效益及淹没损失 工程效益指标单位数量备注 1 发电效益 装机容量MW130 保证出力 P 90 MW17 1 多年平均年发电量亿 kW h6 2511 装机年利用小时数h4809 建设征地和移民安置 1 淹没耕地 2 淹没林地 3 迁移人口 4 拆迁房屋 亩 亩 人 m2 1089 97 1841 25 793 31650 基准年 基 准年 规划水平年 基准年 4 4 施工组织设计和建议施工组织设计和建议 导流方案布置了导流隧洞和导流明渠两种方案进行比较 经 比较采用导流隧洞方案是可行的 洞的进出口段属 类围岩 施工时应边开挖边支护 根 据地质情况采用相应的处理措施 如喷锚支护 考虑大流量及高 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 15 流速导流 建议进出口段采用全断面混凝土衬砌 大部分洞身段 围岩主要为 类 施工期需作好初期的临时喷锚支护 考虑大流 量及高流速导流 建议 类围岩段采用全断面喷锚支护 围堰坐落在河床冲积砂卵砾石层上 为强透水层 其渗漏及 渗透稳定问题较为突出 需做好防渗处理措施 下伏基岩均存在 强透水层 建议加强基坑排水 5 5 坝址地形图及其他坝址地形图及其他 施工期下游无供水要求 无须考虑通航 过木问题以及下游 防洪问题 工程建设中将不可避免压占部分土地 改变原有地貌 对水土保持有一定影响 施工中产生的弃土石喳 可能引起水土 流失 影响河道泄洪能力等 所以应该采取相应的对策制定相应 的对策 对施工区 灌区 移民安置区采取切实可行的工程 植 物等防治措施 可减少工程建设造成的水土流失影响 以其更好 地发挥工程效益 实现工程建设与水土保持建设的协调发展 第三章第三章 工程等级划分及水库运行方式工程等级划分及水库运行方式 1 1 确定工程等别和级别确定工程等别和级别 根据 防洪标准 GB50201 94 水电枢纽工程等级划分及 设计安全标准 DL5180 2003 工程等别属 等 工程规模为 大 型工程 永久性主要建筑物级别为 2 级 永久性次要建 筑物为 3 级 临时建筑物为 4 级 发电进水口 放空排沙底孔进 水口 溢洪道进水口洪水标准与大坝标准一致 永久性建筑物设计洪水标准为 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 16 正常运用 设计 洪水重现期 P 0 5 200 年一遇 非常运用 特殊 洪水重现期 P 0 1 1000 年一遇 2 2 水库运行方式水库运行方式 洞门山水库无防洪任务 当上游来量小于或等于水库正常 蓄水位的泄流能力时 水库按来水量下泄 水库水位维持在正常 蓄水位 当上游来量大于水库正常蓄水位的泄流能力时 让洪水 自由下泄 第四章第四章 枢纽布置枢纽布置 本设计已经计划采用拱坝坝型 因此不再进行本设计已经计划采用拱坝坝型 因此不再进行 坝型的比较选择 坝型的比较选择 1 1 调洪演算调洪演算 1 1 1 1 基本资料的收集基本资料的收集 根据典型洪水过程线 用同倍比放大法放大得出设计 校核 洪水过程线 同倍比放大法 以洪峰控制 其放大倍比为 4 1 MD MP Q Q Q k 以洪峰控制的放大系数 Q k 设计 校核标准下的洪峰流量 MP Q 典型洪峰流量 MD Q 水库的设计标准 P 0 5 其洪峰流量为 10600m3 s 校核 标准 P 0 1 其洪峰流量为 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 17 14500m3 s 放大后的设计 校核洪峰过程线如表 4 1 设计放大系数 41 7 1430 10600 Q k 校核放大系数 14 10 1430 14500 Q k 表 4 1 洪水资料 M 3 S 月日时1983 年典型1983 年设计1983 年校核 730181531133 731551 42 730212581911 782612 12 73105183838 385252 52 73137505557 57605 0 73168886580 089004 72 731912509262 512675 0 73112143010596 314500 2 73115137010151 713891 8 7311810808002 810951 2 731219837284 039967 62 8106034468 236114 42 8135023719 825090 28 8164012971 414066 14 8193402519 43447 6 81123012230 413052 46 8115 2611934 012646 54 81182241659 842271 36 81212061526 462088 84 8201921422 721946 88 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 18 8231791326 391815 06 8261741289 341764 36 8291671237 471693 38 82121531133 731551 42 82151401037 41419 6 水库的水位水库的水位 库容曲线如下图库容曲线如下图 表 4 2 洞门山水库库容曲线 高程 m 211 215 22 0 22 5 230 235 240 245 250 255260265270275 面积 万 m2 0 1 1 649 11 4 197 272 348 455 548 648749851958 1065 库容 万 m3 0 2 3 2 12 8 53 6 131 5 248 8 403 8 604 6 855 4 1154 4 1503 5 1903 3 2355 5 2861 2 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 19 高程库容关系曲线 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 200210220230240250260270280 高程 M 库容 万M3 系列1 图 4 1 高程库容关系曲线 初步拟定水库水位参数及闸门运行方案如下 初步拟定水库水位参数及闸门运行方案如下 上游最高限制水位 266m 正常蓄水位 266m 起调水位为防洪限制水位 261m 起调时刻为来流量等于正常水位闸门全开时的泄量 即 Q q 孔口尺寸拟定孔口尺寸拟定 本设计计划采用坝身开孔泄流本设计计划采用坝身开孔泄流 隧洞泄流组合进行隧洞泄流组合进行 洪水下泄 开孔类型为中孔 初步选定三组方案 洪水下泄 开孔类型为中孔 初步选定三组方案 方案一 1 坝身开孔 开孔尺寸 10m 10m 宽 高 开孔个数 2 个 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 20 开孔中心高程 256m 2 隧洞 隧洞直径 d 18m 隧洞个数 1 个 隧洞中心高程 221m 方案二 1 坝身开孔 开孔尺寸 10m 10m 宽 高 开孔个数 2 个 开孔中心高程 256m 2 隧洞 隧洞直径 d 12m 隧洞个数 1 个 隧洞中心高程 217m 方案三 1 坝身开孔 开孔尺寸 10m 10m 宽 高 开孔个数 2 个 开孔中心高程 256m 2 隧洞 隧洞直径 d 14m 隧洞个数 1 个 隧洞中心高程 221m 调洪演算调洪演算 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 21 下泄流量计算下泄流量计算 中孔为孔口出流 其下泄流量公式 4 2 0 2gHAq 流量系数 根据实验测定 对于薄壁小孔口自由出流 0 61 0 62 此处取 0 62 孔口面积 A 孔口中心工作水头 o H 隧洞的出流按照有压管流计算 即 4 3 0 2gHAq 流量系数 查阅水力学课本所得 此处取 0 74 隧洞截面面积 A 隧洞中心工作水头 o H 1 3 2 1 3 2 绘制单辅助曲线绘制单辅助曲线 根据拟定的孔口尺寸和基本资料 绘制下泄流量与水库水位 关系曲线 并且绘制 q V t q 2 关系曲线 即单辅助曲线 具 体计算过程见表 4 3 1 3 3 1 3 3 运用单辅助线进行调洪计算运用单辅助线进行调洪计算 利用单辅助线列表进行调洪演算 考虑各种不同的方案 求 解设计 校核 洪水位 检验是否超过上游淹没限制 求解最大 的下泄流量是否符合下游防洪要求等 其中方案一由于隧洞直径 过大而不需要再进行调洪计算 重点考虑方案二及方案三 具体 计算过程见表 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 4 10 4 11 4 12 4 13 方案一 方案一 表 4 3 q f v 关系计算表 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 22 水库水库 q fq f v v 关系计算表 关系计算表 方案一方案一 P 0 5 P 0 5 库水 位 Z M 孔口工 作水头 H M 孔口泄 流量 q1 M 3 S 隧洞计 算水头 H M 隧洞泄 流量 q2 M 3 S 总泄流 量 q M 3 S 库容 V 万 M 3 26151227 53 405269 94 6497 47 15985 26261344 70 415335 40 6680 10 16500 26371452 44 425400 08 6852 52 17850 26481552 72 435463 99 7016 71 18630 26591646 91 445527 16 7174 07 19033 266101736 00 455589 61 7325 61 20500 267111820 73 465651 38 7472 10 21470 268121901 69 475712 47 7614 16 22130 269131979 34 485772 93 7752 26 22980 270142054 06 495832 75 7886 81 23555 271152126 15 505891 97 8018 12 24580 272162195 88 515950 60 8146 48 25030 273172263 46 526008 65 8272 11 26510 274182329 08 536066 15 8395 23 27480 275192392 90 546123 11 8516 02 28612 表 4 4 单辅助曲线计算 单辅助曲线计算 方案一 单辅助曲线计算 方案一 水库 水位 Z M 总库 容 万 M 3 堰顶 上库 容 V1 万 M 3 V t M 3 S q M 3 S q 2 M 3 S V t q 2 M 3 S 1234567 26115985006497 47 3248 73 3248 73 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 23 26216500515476 85 6680 10 3340 05 3816 90 2631785018651726 85 6852 52 3426 26 5153 11 2641863026452449 07 7016 71 3508 35 5957 43 2651903330482822 22 7174 07 3587 03 6409 25 2662050045154180 56 7325 61 3662 80 7843 36 2672147054855078 70 7472 10 3736 05 8814 76 2682213061455689 81 7614 16 3807 08 9496 90 2692298069956476 85 7752 26 3876 13 10352 98 2702355575707009 26 7886 81 3943 40 10952 66 2712458085957958 33 8018 12 4009 06 11967 39 2722503090458375 00 8146 48 4073 24 12448 24 27326510105259745 37 8272 11 4136 06 13881 43 274274801149510643 52 8395 23 4197 62 14841 14 275286121262711691 67 8516 02 4258 01 15949 68 单辅助曲线 方案一 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000 0 1100 0 1200 0 1300 0 1400 0 1500 0 1600 0 1700 0 1800 0 1900 0 V t q 2 M 3 S q m 3 s 单辅助曲线 线性 单辅助曲线 图 4 2 单辅助曲线 表 4 5 半图解法调洪计算表 半图解法调洪计算表 方案一半图解法调洪计算表 方案一 P 0 5 P 0 5 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 24 时间 t h 入库流 量 Q M 3 S 平均入库流 量 Q M 3 S V t q 2 M 3 S q M 3 S Z M 1 2 3 4 5 6 12 50 6497 47 7879 99 7080 00 6497 47 261 15 00 9262 50 9929 40 8462 52 7430 00 265 18 00 10596 30 10374 00 10961 92 7820 00 268 21 00 10151 70 9077 25 13515 92 8090 00 271 24 00 8002 80 7643 42 14503 17 8370 00 273 2 27 00 7284 03 5876 13 13776 59 8210 00 272 5 30 00 4468 23 4094 03 11442 72 7960 00 268 7 33 00 3719 82 3345 62 7576 74 7380 00 264 5 36 00 2971 41 2745 41 3542 36 6690 00 261 4 39 00 2519 40 2374 91 0 00 42 00 2230 41 2082 21 0 00 45 00 1934 01 1796 93 0 00 48 00 1659 84 1593 15 0 00 51 00 1526 46 1474 59 0 00 54 00 1422 72 1374 56 0 00 57 00 1326 39 1307 87 0 00 60 00 1289 34 1263 41 0 00 63 00 1237 47 1185 60 0 00 66 00 1133 73 1085 57 0 00 69 00 1037 40 518 70 0 00 72 00 0 00 0 00 0 00 方案二 方案二 表 4 6 q f v 关系计算表 水库水库 q fq f v v 关系计算表 关系计算表 方案二方案二 山东科技大学学士学位论文 共 91 页 25 库水 位 Z M 孔口工 作水头 H M 孔口泄 流量 q1 M 3 S 隧洞计 算