均质土石坝毕业设计

本科毕业论文本科毕业论文 题 目 均质土坝枢纽建筑物设计 学 院 工学院 专 业 水利水电工程 毕业届别 2008 届 姓 名 123456 指导教师 654321 职 称 副教授 甘肃农业大学教务处制 二一二年 五 月 目 录 摘要.1 关键词.1 ABSTRACT.1 KEY WORDS .1 绪论.2 1 基本资料.2 1.1 地形地质.2 1.1.1 地形.2 1.1.2 库区工程地质条件.2 1.1.3 坝址区工程地质条件.3 1.1.4 坝址区其他建筑物.3 1.2 水文与水利规划.3 1.2.1 气象.3 1.1.2 水文分析.4 1.2.3 水利计算.5 1.3 建筑材料及筑坝材料技术指示的选定.7 1.3.1 土料.7 1.3.2 砂砾料.8 1.3.3 石料.8 1.3.4 筑坝材料技术指标的选定.8 1.4 工程效益.9 1.5 施工条件.9 1.5.1 施工地区气象与水文条件.9 1.5.3 当地建筑材料:土料.10 1.5.4 施工地区对外条件.10 1.5.5 工作日分析.10 2 枢纽布置.10 2.1 工程等级确定.10 2.2 坝轴线的选择.10 2.3 坝型选择.10 2.3.1 地质条件.10 2.3.2 水文条件.11 2.3.3 筑坝材料.11 2.3.4 坝型比较.11 2.4 枢纽布置.12 3 坝工设计.13 3.1 坝体剖面设计.13 3.1.1 坝顶高程的确定.13 3.1.2 坝顶高程计算.13 3.3 坝顶宽度确定.17 3.4 坝坡选定 .17 3.5 马道.18 3.6 坝体排水.18 4 渗流分析.18 4.1 渗流分析的目的.18 4.2 分析内容.19 4.3 渗流分析方法.19 4.4 渗流计算.20 4.4.1 正常蓄水位时的渗流分析.20 4.4.2 设计洪水位时的渗流分析.21 4.4.3 校核洪水位时的渗流分析.21 4.5 渗流分析.22 5 稳定分析.22 5.1 计算工况与安全系数.22 5.2 稳定分析基本原理及方法 .23 5.2.1 最危险滑弧圆心范围的确定.23 5.3 稳定分析计算.24 5.3.1 上游为正常蓄水位的下游坝坡稳定计算.24 5.3.2 上游为校核洪水位时下游坝坡稳定分析.30 5.3.3 上游为设计洪水位时上游坝坡稳定计算.35 5.4 稳定综合分析.39 6 坝体细部构造.40 6.1 坝顶.40 6.2 护坡.40 6.3 排水结构.40 6.4 反滤层.41 6.5 坝坡排水.43 7 溢洪道设计.43 7.1 概述.43 7.2 溢洪道的线路和选型.43 7.3 溢洪道引水渠 .44 7.4 溢流堰控制段 .44 7.4.1 溢流堰的形式.44 7.4.2 初步拟定溢流堰孔口净宽.44 7.5 泄槽设计 .47 7.5.1 泄槽的平面布置及纵、横剖面.47 7.5.2 收缩段、扩散段和弯曲段设计.51 7.5.3 掺气减蚀.51 7.5.4 边墙高度确定.52 7.5.5 泄槽的衬砌.52 7.6 溢洪道消能设计 .53 8 坝基处理.54 8.1 地基处理的主要要求.54 8.2 地基的处理.54 8.3 岸坡的处理.54 参考文献.55 致谢.56 均质土石坝枢纽建筑物设计 123456 （甘肃农业大学工学院水利水电工程专业） 摘要摘要：适当修建大坝可以实现一个流域地区发电、防洪、灌溉的综合效益。通过对青龙河地形地质、 水文资料、气候特征的分析，结合当地的建筑材料，设计适合的枢纽工程来帮助流域地区实现很好 的经济效益。根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄洪建筑物尺寸；通过分 析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；详细作 出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、 静力计算；对泄水建筑物进行设计，选择建筑物的形式、轮廓尺寸，确定布置方案。水库配合下游 河道整治等措施，可以很大程度的减轻洪水对下游城镇、厂矿、农村、公路、铁路以及旅游景点的 威胁；可为发展养殖创造有利条件。 关键词关键词：坝工设计；渗流分析；稳定分析；溢洪道设计；基础处理。 Homogeneous earth dam pivot building design 123456 (Institute of water conservancy and Hydropower Engineering of Gansu Agricultural University) Abstract: Appropriate construction of dam can be achieved in a basin area of power generation, flood control, irrigation benefit. D river is located in our country southwest, through to its geological, hydrological data, climate analysis, combined with the local building materials, design suitable for the project to help the region to achieve good economic benefit. According to the requirement of flood control, flood regulation computation of reservoir, to determine the crest elevation and release flood waters building size; through the analysis, on the possible options, determine the hub of the building form, dimensions and water conservancy hub layout plan made in detail; dam design, through the comparison, determining basic profiles and dimensions, make the foundation treatment scheme and the dam body structure, hydraulic, static calculation of outlet structures; design, choice of building form, outline dimensions, to determine the layout scheme, make detail structure, hydraulic, static calculation. Reservoir with river regulation measures, can greatly reduce the flood on the downstream towns, factories and mines, rural, highway, railway and the tourist attractions of the threat; create favorable conditions for development of aquaculture. Key words: Dam design；Seepage analysis; stability analysis; spillway design; foundation treatment 绪论 毕业设计的任务是把学生在专业主要课程内容所获得的知识加以系统化、巩固、扩 大、深入，培养学生独立解决本专业技术问题的能力及培养自学能力，培养学生的设计 计算，编写说明书和绘图能力。基本原则是：设计应满足功能要求，并力求经济、安全、 施工便利和美观，根据可能的和合理的方案进行技术经济比较来选定建筑物的型式、材 料、布置。 设计时注意的事项是：以严肃的态度对待资料，不自行修改或增减，一切必要的补充或 修改必须征得指导教师的同意。 本此设计包括：枢纽布置，坝体剖面设计，渗流、稳定分析，细部构造设计以及溢 洪道设计，地基处理等章节。根据基本资料中的地质、水文资料确定坝址、坝型，根据 工程的用途以及地形条件进行枢纽总体布置。由水文，气象资料初步拟定坝体剖面后， 经过渗流分析，稳定分析后验证坝体的稳定性性指标。之后对坝体细部构造设计，满足 大坝的功能要求。土石坝的坝顶是不容许过水的，因此必须设置独立的泄水，本设计采 用正槽式溢洪道，布置在河道的左岸。 在完成设计过程中主要参考了水工建筑物 ，SL 274-2001碾压式土石坝设计规范 ，在张老师的精心指导下完成本次设计。 1 基本资料 1.1 地形地质 1.1.1 地形地质 见 1:2000 坝址地形图。 1.1.2 库区工程地质条件 水库位于高山区，构造剥蚀地形。青龙河侵蚀能力较强，沿河形成不对称河谷，由 于构造运动影响，河流不断下切，形成岸边阶地、陡岸。 流域内地形北高南低，平均高程与 500m，最高峰海拔 1680m。河道蜿蜒曲折，河谷 宽度 400100m 不等，河道比降 1/4001/600。 库区两岸基岩出露高程大部分在 200 米左右，库区左岸非可溶性岩层分布广泛，其 中主要由绢云母、千枚岩、石英、砂质页岩组成。透水性较小，也没有发现沟通库内外 的大断层。库区可溶性岩层分布于青龙河右岸，从隔水层分布、熔岩发育情况分析，水 库蓄水后向邻近河流渗透的可能性很小。经过对库区断层的分析，水库向外流域及下游 渗漏的可能性很小。库区外岩层抗风化作用较强，库岸基本上是稳定的。 青龙河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问 题不大，库区亦未发现重要矿产。 1.1.3 坝址区工程地质条件 本区地震基本裂度为六度，建筑物按七度设防 坝址位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向青龙河上游，两岸山体较厚。河床宽约 300 米，河床地面高程 85m，河床砂卵石覆盖层平均厚度 57 米，渗透系数 K=110-2 厘米/ 秒。 水库坝址选在青龙河下游的山谷河段上，共选出 2 条坝线，经过比较，确定第一坝 线，出露岩性为大红峪组石英砂岩与板状粉细砂岩互层，岩石坚硬、构造简单、渗透性 小。坝址区为剥蚀中低山地形，河流经坝址处急转弯向北流向下游，由于受乔麦岭 背斜控制，岩层倾向上游，呈单斜构造状。 坝线区河谷较为开阔。右岸下游形成半岛状，因河流侧向侵蚀，使右岸形成陡壁， 近于直立，已查明的小段层有 6-7 条，软弱夹层有 13 条；左岸山坡平缓，覆盖着 31m 厚 的山麓堆积物，有断层一条。河床坝基岩石构造较为发育，开挖揭露出断层 40 余条，其 中相对较大的有 10 多条。 1.1.4 坝址区其他建筑物 溢洪道 上坝线溢洪道位置岩性主要为坚硬的细砂岩，其中软弱层多为透镜体，溢洪道各部 分的抗滑稳定条件是好的，下坝线溢洪道堰顶高程 750 米，基础以下 10 米左右为砂质页 岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水性大，对建筑物安全不利。 1.2 水文与水利规划 1.2.1 气象 根据资料统计，青龙河流域属季风型大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。 多年平均气温约 10，年绝对最低气温为-29.2，最高气温为 38.7，月平均温度变化 较大，离坝址较远的迁安站实测最高气温 39。多年平均降雨量为 700mm，且多集中在 夏季七、八月份。全年无霜期约 180 天，结冰期约 120 天，河道一般在 12 月封冻，次年 三月上旬解冻，冻层厚 0.40.6m，岸边可达 1.0m。多年平均最大风速 23.7m/s，水库吹 程为 3km。 1.1.2 水文分析 1.1.2.1 洪水 青龙河洪水由暴雨形成，据统计七八月发生最大洪峰流量的机会占 88%，而且年 际变化很大，实测最大洪峰流量为 2200 秒立米(1962 年)，最小洪峰流量 184 秒立米(1965 年)，相差 12 倍，流域洪水峰高、历时短，陡涨陡落。一次洪水持续时间一般 35 天。 1.1.2.2 年来水量 青龙河流域年径流由年降雨产生，年径流在地区与时间上分布与年降雨量基本一致， 但年际间变化悬殊，实测径流资料 19291983 年共 35 年资料中丰水年 1961 年达 21.34104m3，枯水年 1965 年仅 16.77104m3，相似枯水年连续发生，多年平均径流量 9.6108m3。实测径流资料如表 1-1 所示。考虑到流域内人类活动对产流的影响，分别对 未来规划年 2000 年和 2020 年流域内耗水量进行了预测，得到个规划年的径流系列，如 表 1-1 所示。 根据径流年内和年际变化特征，分别选择 1986 年，2000 年和 2020 年为设计水平年。 表 1-1 实测径流表 年份天然1986 年2000 年2020 年年份天然1986 年2000 年2020 年 192911.09910.910.49510.24419572.9322.7332.3572.16 3021.22921.0320.62570.383584.3984.1993.8053.603 314.7294.5304.1253.8645919.86019.8519.24018.995 326.1815.9825.5935.396604.6644.4654.0663.869 337.5727.3737.0156.818613.4253.2262.8212.583 3416.77416.57516.1715.9446218.19317.99417.58917.35 359.0278.8288.4298.239633.6823.4833.0782.817 362.1141.9151.5101.3036413.40613.20712.80212.566 3712.98612.78712.38212.121654.3284.1293.7343.537 3815.43115.23214.82714.5666610.48010.2819.8769.165 3910.89610.69710.29210.071676.1685.9695.5645.346 404.2094.0103.6063.253682.6242.4232.0231.826 413.3402.1411.7361.5286918.51718.31817.94317.682 429.8249.6259.2208.959704.9744.7754.3704.145 4312.48712.28811.88211.622713.1082.9092.5192.322 444.7254.5261.1213.860723.4283.2292.8242.627 457.2227.0236.6186.357739.3159.1168.7118.450 468.3728.1737.7687.507749.1058.9068.5018.261 478.1868.0247.7597.4877510.0899.7859.0679.278 488.2358.0367.6317.3707611.32411.12510.72010.459 4937.02236.80336.39836.1377721.3421.14120.72620.475 507.5117.3126.9076.6467813.05712.85812.45312.192 515.5655.3864.9614.7387910.1199.9209.5199.251 526.3626.1635.7585.559802.2332.0341.6451.448 5317.91717.71817.31317.054811.7361.5371.1480.951 5414.97614.77714.37214.111821.8911.6921.2981.118 5513.69013.49113.08612.825832.0911.8921.5171.320 567.9967.7977.3927.13184 1.1.2.3 年输沙量 青龙河流域植被较好，泥沙来源在地区分布和洪水分布上一致。主要是土门子与某 之间，其间来沙量约占某以上总输沙量的 95%以上，而汛期输沙量又集中在几次特大洪 水上。年际间泥沙量的变化悬殊。由统计分析得知，某站多年平均淤沙量为 389t,多年平 均含沙量为 4.0kg/m3，多年平均侵蚀模数为 762.8t/km2。从泥沙的组成情况来看，泥沙颗 粒较粗，中值粒径为 0.075mm，淤沙浮容重 0.9t/m3，内摩擦角为 12 度。 1.1.2.3 水文分析成果表 表 1-2 水文分析成果表 序号姓 名单 位数 量备 注 1利用水文系列年限35 2代表性流量 多年平均流量立米/秒30.5 调查历史最大流量立米/秒3400 设计洪水洪峰流量(P=1%)立米/秒3600 校核洪水洪峰流量(P=0.1%)立米/秒5200 保坝洪水洪峰流量(P=0.01%)立米/秒7600 3洪量 设计洪水洪量(P=1%)亿立米6.5五 天 校核洪水洪量(P=0.1%)亿立米8.2五 天 4多年平均年径流量亿立米9.6 5多年平均输沙量吨431 1.2.3 水利计算 水文水利规划成果如下： ()死水位选择 为尽可能增加自流灌溉面积，并使电站水头适当加高，力求达到电源自给以及为今 后水库淤积留有余地。按二十年淤积高程，选定死水位 104m。 ()调节性能的选定 灌溉保证率选取 P=75%，水库上游来水，首先满足灌区工农业用水，电站则利用余 水发电，从年调节和多年调节两方案的水电量利用系数和坝高都相差不大，但是多年调 节性能的水库能提供的电量和装机利用小时都较年调节性能水库提高 20%。故确定该水 库为多年调节性能水库。 ()兴利水位的确定原则和指标 根据青龙河洪水特性，汛期限制水位在七、八月定为 140.5 米。七、八月以后可重复 利用一部分防洪库容蓄水兴利以不降工程防洪标准，以防洪兴利兼顾为原则，确定九、 十月限制水位，提高为 136.2 米汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超超过百年设计洪水位考 虑，确定汛末兴利水位为 141 米。 ()防洪运用原则及设计洪水的确定 某水库属一级工程。水库大坝建筑物按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核。由 于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响，故用万年一遇洪水作非常保坝标 准对水工建筑物进行复核。 调洪运用原则： 入库洪水为百年一遇时，为提高下游河道的电站、桥梁等建筑物的防洪标准，水库 控制下流量为 2000 秒立米。 当入库洪水为千年一遇时，溢洪道单宽流量以 70 每秒立米控制泄流。 当入库洪水为万年一遇时，按上述原则操作，即库水位接近校核水位时，水库水位 仍继续上涨，为确保大坝安全，溢洪道敞开洪，允许溢洪道局部破坏。 ()水库排沙和淤沙计算 某水库回水长 25 公里，河道弯曲，河床比降为 2.2%，河床宽 300 米左右，是个典型 的河道型水库。 水库利用异重流排沙。在蓄水过程中，只能用灌溉、发电有盈余水进行排沙，经计 算，多年平均排沙量只占 5.2%，94.8%的泥沙都要淤积在库区内侵占兴利库容。淤沙高程 为 97.6m，堆沙库容为 1.66108m3。 ()水库工程特征值 A. 枢纽下泄流量及相应下游水位 水库上游设计洪水位为 142.0m，相应下游水位为 92.0m，库容为 8.32108m3，溢流 坝相应的泄量为 1024m3/s；上游校核洪水位为 143.3m，相应下游水位为 92.4m，库容为 8.70108m3，溢流坝相应的泄量为 1159 m3/s；上游正常蓄水位为 141m（与汛限水位同 高） ，相应下游水位为 86.1m；死水位为 90.0m，相应的库容为 0.78108m3； 表 1-3 水库技术经济指标表 序号名 称单 位数 量备 注 1水库水位 校核洪水位(P=0.01%)米考虑淤积 20 年 设计洪水位(P=1%)米考虑淤积 20 年 兴利水位米考虑淤积 20 年 汛限水位米考虑淤积 20 年 死水位米考虑淤积 20 年 2水库容积 总库容亿立米5.05校核洪水位 设计洪水位库容亿立米4.63 序号名 称单 位数 量备 注 防洪库容亿立米14.93 兴利库容亿立米 其中共用库容亿立米 死库容亿立米 3库容系数% 4调节特性多年 1.3 建筑材料及筑坝材料技术指示的选定 当地天然建筑材料分布在坝址地区上、下游河滩及两岸阶地。其中，土料主要分布 在庄窝、土谷子等七处，沙砾卵石料主要有南杖子、某等八处，各料厂的材料物理性质 基本满足要求，可做大坝混凝土骨料及拱围堰。 1.3.1 土料 坝址上、下游均有土料场，储量丰富，平均运距小于 1.5 公里，根据 155 组试验成果 统计，土料平均粘粒含量为 26.4%，粉粒 55.9%，砂粉 17.6%，其中 25%属粉质粘土， 60.7%属重粉质壤土，14.3%属中粉质壤土，平均塑性指数 11.1，比重 2.75。最大干容重 1.67 吨/立米，最优含水量 20.5%，渗透系数 0.4410-6 厘米/秒。具有中等压缩性，强度 指标见下页表。 1.3.2 砂砾料 主要分布在河滩上，储量为 205 万立米，扣除漂石及围堰淹没部分，可利用的约 100151 万立米，其颗粒级配不连续，缺少蹭粒径，根据野外 29 组自然坡度角试验，34 组室内试验分析，统计成果如下： 自然么重 1.87 吨/立米，软弱颗料含量 2.64%。 不均匀系数 561 颗，颗组成见表 1-4： 表 1-4 颗料组成(毫米)% 2008040205210.50.250.5 83.774.257.746.238.634.632.829.724.74.9 砂的储量很少，且石英颗料少，细度模数很低，不宜作混凝土骨料，砂(D0.7 时，=3435，鉴于本地砂砾料级配不好，故j 选用=310。j 堆石指标一般值在 3945之间，统计国外 9 座砂岩地区筑坝石料平均值为 39.1，我国狮子滩堆石坝试验为 3645，取用 3950，故本工程取用值 40。 左岩黄土台地(Q2)压缩系数 SS=0.025，起始孔隙比 e0=0.725，平均料径 D50=0.1mm。如表 1-6 所示。 表 1-6 坝体土料的压缩曲线(r=2.65kg/cm2),平均料径 d50=0.1mm。 P (kg/cm2) 01234567891011 0.6650.6450.6320.6120.5930.5750.5280.5200.5030.5000.4890.480 1.4 工程效益 该水库建成后能收到灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人蓄吃水等多方面效益， 是一座综合利用的水库。一期建成，可谓秦皇岛是提供工农业、城市用水 1.82 亿 m3,可 使滦河中下游地区 120 万亩农田灌溉用水得到不同程度的改善和补充。二期建成，可调 节水量 5.67 亿 m3,年均发电量 9330 亿 kwh，可全面解决冀东钢铁基地建设用水。 1.5 施工条件 1.5.1 施工地区气象与水文条件 该水库没有建立水文气象站，根据气象站 1958 年至 1963 年、1970 年至 1972 年共 9 年资料，分析最高气温 29.1(6 月)，最低气温-14.3(1 月)，多年平均日气温 424， 历年各月气温特征值如下表 1-7： 表 1-7 气温特征值表 项 目1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月 11 月 12 月 多年平均日气温4.51.14.611.318.121.723.621.716.410.318.92.1 多年最高日气温4.67.217.022.225.029.123.026.530.122.418.938.1 多年最低日气温14.30.05.81.03.110.518.914.41.91.90.710.0 1.5.3 当地建筑材料:土料 根据当地建筑材料调查报告，土料场有五个。根据试井及土钻孔情况，从 1:2000 地 形图，初步计算四个土场的蕴藏量 2248.6 万立米，为设计总量的 4 倍多。 1.5.4 施工地区对外条件 水库距卢龙县 35Km,新建公路至工地，交通方便。施工用电青龙山双山子变电所架 设 110kv 输电线路供电，电力保障可靠。 1.5.5 工作日分析 根据沁水县 1958 年1963 年和 1970 年1972 年九年降雨气温资料，参考其它土坝 水库气温，降雨停工标准，土料、砂砾料、石方、混凝土工程施工工作日确定如表 1-8： 表 1-8 工程施工工作日表 类 别土料砂砾隧洞石方混凝土一般石方 工作日 (天/年) 253307302250292 2 枢纽布