水利工程设计资料

1、天津农学院课程设计说明书设计名称 水利工程学课程设计设计题目 重力坝设计设计时间2013年6月17日系另寸水利工程系专业水文与水资源工程班级水文一班姓名黄伟民指导教师李炎2012 年 6_ 月 _d9_ 日目录课程设计任务书3第一章重力坝设计基本资料5第二章非溢流重力坝设计 5第一节确定坝顶高程 5第二节剖面设计6第三节荷载计算6第四节稳定分析7第三章溢流坝设计8第一节溢流孔d设计 8第二节 溢流重力坝剖面设计 8第三节 溢流重力坝消能设计 10参考文献12附录12水利工程学课程设计任务书1 课程设计的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等)：某山区水库挡水建筑物为混凝土重力坝，定为3

2、级建筑物。经水文水利计算，确定:正常蓄水位176.0m,相应下游水位155.0m；设计洪水位177.0m,校核洪水位178.5m, 相应下游水位156.0m。溢流坝设在河床中间，其左右两边均为非溢流坝，非溢流坝段坝 基清基后最低点高程为149m地基为花岗岩，摩擦系数 f=0.65。坝前淤沙高程求出为 160m；泥沙干容重f 3KN/m，孔隙率n = 0.35，进而算得泥沙浮容重3n =6.5KN/m (“3 10 0.35-10)。内摩擦角18 0枢纽所在地区多年平均最大风 速v=13m/s，水库吹程D= 1km,地震基本烈度为7度。请进行非溢流坝及溢流坝的设计。由于课程设计时间短，将设计说明

3、书和计算书合二为一，按设计顺序，统一编写， 称为设计计算书。设计说明部分要求说明设计原则、设计内容与方法、设计依据与成果 的文字说明，而不是计算公式与运算的流水帐。它要求立论正确，数据可靠，分析合理， 论证充分，结论明确。计算部分要求公式正确，计算精确，判定和判别成果无误。设计计算书要求做到内容充实，文理通顺，条理清楚，字迹工整，还应有必要的插 图、计算简图、表格等，做到图文并茂。常用公式直接列出，非常用公式应做说明。计 算过程分为：公式、填写对应数据、计算成果。设计注意事项1、学生课程设计一律在教室进行，各组建立点名制度。2、学生在老师指导下拟定自己的设计实施计划，草图经指导老师审查后再加深

4、。3、学生按指导老师规定的时间交设计成果，无故推迟者，降低课程设计成绩。4、所发给学生的原始资料，学生应爱惜使用，设计结束时必须随成果全部交回。水利工程学课程设计任务书2 对课程设计成果的要求包括图表、实物等硬件要求：1完成设计说明书15页左右。（含各部分结构简图）。2、计算机绘图若干张，包括非溢流坝及溢流坝纵剖面图。 设计图要求表达正确，尺 寸齐全，比例恰当，布局合理，线条清晰，图面整洁，图例和标注清楚。3. 主要参考文献:1、袁光裕水利工程施工北京：中国水利水电出版社.2002.2、祁庆和.水工建筑物.北京：中国水利水电出版社.2002.3、袁光裕.水利工程.北京：高等教育出版社.2002

5、年4. 课程设计工作进度计划:序号起迄日期12013.6.132013.6.13工作内容布置任务，熟悉指导书和基本资料22013.6.142013.6.1732013K172013K18420136172013619挡水建筑物设计,（坝高,剖面尺寸拟定）泄水建筑物设计,（溢流坝面拟定，泄流孔口尺寸拟定消能形式尺寸拟定）绘图与成果整理主指导教师日期：2013年6月19日第一章重力坝设计基本资料我国是一个人均水资源紧缺的国家，价值水资源在时间和空间上分布不均， 导致水资源供需矛盾更加尖锐。缺水已成为我国经济和社会进步的重要制约因 素。某山区水库挡水建筑物为混凝土重力坝，定为3级建筑物。经水文水利计

6、算，确定：正常蓄水位176.0m相应下游水位155.0m设计洪水位177.0m校核洪 水位178.5m相应下游水位156.0m溢流坝设在河床中间，其左右均为非溢流坝， 非溢流坝坝段坝基最底点高程为149.0m,地基为花岗岩，摩擦系数f=0.65，坝 前淤积高程求出为160m ;泥沙干容重 Yf=13kn/m3,孔隙率为0.65。进而算得 泥沙浮容重丫 n=6.53 kn/m3，(=13+10 x 0.35-10)。内摩擦角 n=18。枢纽所 在地区多年平均最大风速 V=l3m/s，水库吹程D=1km地震基本烈度为7级。第二章非溢流重力坝设计第一节坝顶高程的确定以水库水位为设计洪水位情况下设计坝

7、顶高程：坝顶高程由公式(1)求解坝顶高程=设计洪水位+殆设(1)h殳=hc 2h ho(2)V0 = (1.5 - 2.0)Vmax -1.5Vmax =1.5 13= 19.5m/s2h =0.0166 勺9.5办 心13 =0.68 . 2L =10.4(2h)0.8 = 7.63972 2 2h 二也=2!2hL=LI0_=0.192L|2L|7.639查表得he =0.4m;因此二 h设=he+2h|+ 0=0.68+0.19+0.4=1.27.、坝顶高程二设计洪水位h设=177+1.27=178.27m、水库水位为校核洪水位情况下的坝顶高程：V0=Vmax=13m/s . 2h| =

8、0.01663%3 =0.41 . 2L = 10.4(2h)0.8 = 5.096772 2 2h0=亠=0411 “1042Ll2Ll5.096；查表札=0.3 m ;所以 h殳=hc+2h +h0 =0.41+0.104+0.3=0.814.此时，坝顶高程二设计洪水位+：h设=178.5+0.814=179.314m两种情况下，取较大值，即坝顶高程=179.31m 第二节剖面设计一、基本剖面：初步拟定 n=0.04,m=0.6,H=179.31-149=30.31 取 31m,B=24m具体数值见表（1）。二、实用剖面：非溢流坝剖面设计基本尺寸拟定。见图（1）表1坝顶宽度（m坝底宽度（m

9、坝咼（m上游面坡度n下游面坡度m上下游面起坡点咼度324310.040.6起坡图1实用剖面第三节荷载计算不同时刻（时段）、不同情况下，作用在坝体上的荷载是不一样的。须选取几种不利的、起控制作用的组合情况分别进行计算。受力情况如图2。图中表示的是非溢流重力坝最大剖面单位长度（1米）坝段上的各种荷载。对正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位、地震情况下作用与坝体的荷载计算，详见附录表一、表二、表二、表四。P0PLp1C -图2大坝受力情况第四节稳定分析按抗剪强度公式：音(3)并按要求得到的KK;该水库为三级建筑物，因此基本组合时K=1.05，特殊组合时K=1.0 。1、正常蓄水位情况下:抗滑力 fC

10、W-U）06空8 “19 1.053619.562、设计洪水位情况下:抗滑力K =滑动力fC w -U) P= 0.65 6444.32 十9 “a3825.363、校核洪水位情况下:抗滑力滑动力f( W U)0.65 6608.445 .02 i.o4238.070.65 6615.084013.01-1.07 1.04、地震情况下：抗滑力K 二滑动力第三章溢流坝设计第一节溢流孔口设计溢流孔口与溢流坝顶是否设置闸门有关。大型溢流坝一般要设置闸门；小 型溢流坝一般不设闸门，这时坝顶高程取为水库正常洪水位。 本设计水库挡水建 筑物为3级建筑物，视为小型溢流坝，因此坝顶高程 Q为正常洪水位。一、单

11、宽流量的取值该水库地基为花岗岩，属坚硬岩石，因此假定通过溢流坝顶的单宽流量3q =80m /(m s)二、溢流坝段泄流总径长的求解溢流坝段泄流总净长：L二Q/q二2000/80 = 25m溢流堰采用WE实用堰。n =3 ； d =5。采用3孔溢流坝，孔口净宽为3 5=15m因此溢流前缘总长L0=L ,n-1)d =23.5 (3-1)33.5m ;其中每个孔口净宽为 b = L / n = 23.5/ 3 = 7.8m ；溢流坝顶高程I的确定：二设计洪水位-H。，其中H。为堰顶水头。按下式进行计算：2800.90 0.45、2 9.8=12.58m2 亠下 .smU2g 一所以溢流坝顶高程 =

12、设计洪水位-H。=177-12.58 = 164.42m第二节溢流重力坝剖面设计溢流重力坝横剖面图的周边轮廓线可划分为两段： 迎水段和溢流段。迎水段为一段直线或由几段直线组成。 溢流段由顶部椭圆曲线段、顶部幕曲线段、 中间直线段和下部反弧段四部分组成。、椭圆曲线段椭圆曲线方程:X2(bHd-yf2 2aHdbHd(4)式（4）中Hd 定型设计水头，值为堰顶最大作用水头的75% 95% , m ；a = 0.28 0.3 ； a/ b 二 0.87 3a式（4）中取a =0.30，b= 0.1695。溢流面曲线坐标x、y的原点取在堰顶aHd -0.30 3.89=1.17m，bH d =0.16

13、95 3.89 = 0.6594m其中 Hd =0.8Hmax =0.8 (178.5-164.42)= 11.264m取a=0.3，则代入数据:x2(0.17X11.364-y)2(-= 1(03X11.264)2(0,17X11,264)2(1.91488-y)2”整理得：3.3 792 21.914662可知椭圆曲线的两个半轴长度分别为3.3792和1.91488、幕曲线段幕曲线段的方程为:nnVX 二 KH d y(5)其中n，K 取决于坝顶上游面的坡度，当坝体上游面为铅直面时,n = 1.85，K =2.01.851.85y二而严对其求导得：y=（2HT亦）丨 1.85x085y =

14、2.0Hd085求得x=5.5 y=3.72可得溢流堰顶原点坐标。严原点右侧由曲线厂而构成见表2表2x0.511.522.5y0.020.060.140.230.35x33.544.55y0.490.650.831.031.25下游反弧段半径R= (4-10) h坎底水深h= (030.5)H H堰上水头h=0.4 X 5.19=2.08代入R中得R=10.4取10m三、直线段与曲线段的切点计算中间直线段的坡度和非溢流重力坝的下游坡度相同(1:0.8 )中间直线段上 端与幕曲线相切。四、下游反弧段半径的计算E0 = E =178.5 -156-1.5 = 21mJ!丄0.1 21 211=0.

15、945.85 坝前水位为校核洪水位，且闸门全开时反弧最低点处水深整理得：21h2 二h3 365.273解得 h=4.74mR=(810)h=(8 10) X 4.74 取 38 米第三节消能防冲设计下游挑角采用45度，坎顶高程为下游最大水位(824m)+安全超高(取1m)=825m圆弧底到角顶距离为y二R(1 -cos30 ) = 1.34m见附录溢流坝剖面图。水舌的挑距L及可能最大冲坑的深度tk估算：亍7场摄高7k位Vi 2 sin答 2g hi h2L = v1 2 sin vcosv v1cos/ g(6)式中h2 坎顶至河床面咼差，m ;hi 坎顶垂直方向水深，m ; hi =hco

16、s ;Vi 坎顶水面流速，m/s，取平均流速的1.1倍。计算得出 h2 =i57.5-i49=8.5m，hi =hcos）- 4.74 cos30 =4.i05m，v= 2gH0 =0.952 9.8 （178.5-149-8.5）=19.27v/i.iv =1.1 19.27 = 21.2m/s代入以上参数计算得L=55.376m水垫厚度tk由式（7）计算t .q0.5H 025（7）冲坑深度t；由式（8）计算t；q0.5H0.25 -出（8）式中q 单宽流量，m3 / s m ；H 上下游水位差,H2 下游水深，m ;:-冲坑系数，坚硬完整的基岩取 0.9 1.2，坚硬但完整性较差的基岩取

17、1.2 1.5，软弱破碎裂隙发育的基岩取1.5 2.0。计算得出：tk =1.0 800.5 22.50.25 =19.48m ；tk = 19.48(156-149) =12.48mL 55.376=4.4 2.5 满足要求tk，12.48说明挑流消能形成的冲坑不会影响大坝安全。参考文献：1 .袁光裕.水利工 程施工.北京：中国水利水电出版社.2002.2 .祁庆和.水工建筑物.北京：中国水利水电出版社.2002.3 .袁光裕.水利工程.北京：高等教育出版社.2002附表一正常畜水位荷载类型荷载（铅直）或水平力计算式铅直力的值水平力的值JJ自重G1/V1 = 24 汉 1 . 08 汉 27

18、 汉 0.5349.9G2/V1 =24 X3X312232G3沏=24 0.5 汇(241.083 汇(24-1.08-3) /0.85952上游水平水压 力P10.5丫0 H / = 0.5 x 9.8 x (176 - 149 )23572下游水平水压 力P3O.5YoH22=O.5=B “仇H2)：0 =05x2x(1-0.25(27-6)x98154.4U22B1 兀口 沢(出 _H2)?0 =2X0.2527_6)X9.8102.9U23戲0H x0.5x(BBJ =Q25X9.8X(276)x0.5x(242)566水平向泥沙总 压力Pnh0.5tV%ta帚(45%/2)=0.5

19、x112x6.5 咒 ta帚(45=9$207.6铅直向泥沙总 压力Pvh0.5nhn2Yf =0.5汉 0.04 12 331.46浪压力P10.25?0L(h| +hz) =0.25 汉 9.8 汉 7.640.68 + 0.19)16.28地震惯性力Q1Q2Q3地震动水压力P0l汇总6615.083619.56溢流重力坝制图 黄伟民 X 水号程系24.附表二设计洪水位荷载类型荷载（铅直）或水平力计算式铅直力的值水平力的值自重G1YV1 = 24 x 1 .08 x 27 x 0 .5349.9G2：V1 = 24 x 3 x 312232G3M =2405x(241.08x(241.08

20、/085952上游水平水压力P10.5Y0H=0.5天9.8天(177 149)23842下游水平水压力P3O.5YoH 22 =0.5 汉9.8 汉(156 -149 )2240.1上游铅直水压力P20.5qH12n = 0.5X9.8X(177149)2 X0.04153.7下游铅直水压力P42 2O.5Y0H2 m =0.5 汉 9.8 疋(156 149)2 疋 0.8192.1浮托力U%H2B = 9.8汉(156 149)江 241646渗透压力U21C5B%1-HI -H)0 =052(1-02列2870154.4U22HJf。=2025(287)98102.9U23曲0H 汇0

21、5 笔BB) =02598x(287) 85%242566水平向泥沙总压 力PnhQ5lh2 X tan(4Pn =Q56.5tan(49)207.6铅直向泥沙总压 力Pvh34.162 20.5nhn Yf =0.5 汽 0.04 汉 112 汇 13浪压力P10.25丄何*0) =0259.8疋7.64(0.6才01916.28地震惯性力Q1Q2 :Q3地震动水压力P0汇总6444,323825.36附表三校核洪水位荷载类型荷载（铅直）或水平力计算式铅直力的值水平力的值TJJ自重G1/V 1 = 24 汉 1 . 08 汉 27 汇 0.5349.9G2； = 24 疋 3 疋 31223

22、2G3V =24X0.5 珂24 二.08d) X(24_1.08-3)/ 0.85952上游水平水压力P1V220.5 Ah 1=0.5 X9.8 X (178 .5 149 )4264下游水平水压力P30 .5Y0H 2 2 =0.5 X 9.8 X (156 -149 )2240.1上游铅直水压力P20.0H12n= 0.5汇9.8汉(178.5 _149)2 汉0.04170.6下游铅直水压力P40.5兔 H 22m =0.5X9.8X(156 _149)2 X0.8192.1浮托力U|Yo H 2 B = 9.8 X (156 -149 p 241646渗透压力U2105EH1-o)H -H%=052