重力坝设计毕业论文

1、目录1基本资料11.1.流域概况11.2水文气象特征11.3地质条件21.4工程枢纽任务32枢纽布置42.1工程等级及建筑物级别确定42.2坝址、坝型选择52.2.1坝址地形地质条件52.2.2选址、选型原则52.2.3亭子口坝址概况62.2.4李家嘴坝址概况72.2.5坝址比较82.3枢纽布置92.3.1布置原则：92.3.2枢纽的总体布置93洪水调节113.1基本资料113.1.1洪水过程线的确定113.1.2相关曲线图133.1.3确定天然设计洪峰流量和天然校核洪峰流量133.1.4确定下泄设计洪峰流量标准（p=0.2%）和下泄校核洪峰流量标（p=0.1%）143.2洪水调节基本原则14

2、3.2.1确定工程等别和级别143.2.2水库防洪要求143.2.3水库的运用方式143.3调洪演算153.3.1堰顶高程153.3.2设计水头153.3.3流量系数的确定153.3.4方案拟订163.3.5计算下泄流量163.3.6半图解法调洪演算174非溢流坝剖面设计224.1设计原则224.2剖面拟订要素224.2.1坝顶高程的拟订224.2.2坝顶宽度的拟订254.2.3坝坡的拟订264.2.4上、下游起坡点位置的确定264.2.5剖面设计264.3抗滑稳定分析与计算284.3.1分析的目的284.3.2滑动面的选择284.3.3对坝基面进行抗滑稳定计算294.4应力计算304.4.1

3、分析的目的304.4.2分析方法304.4.3 材料力学法的基本假设304.4.4荷载组合304.4.5应力计算305溢流坝段设计325.1泄水建筑物方案比较325.1.1布置原则325.1.2泄洪方案选择325.2溢流表孔布置325.3溢流坝剖面设计335.3.1顶部曲线335.3.2中间直线段的确定345.3.3反弧段355.4消能设计与计算355.4.1闸墩的设计365.4.2消能形式选择375.4.3消力池的水力计算385.4.4辅助消能工设计415.4.5消力池护坦的设计426细部构造设计426.1坝顶构造426.2廊道系统436.2.1基础灌浆廊道436.2.2检查排水廊道446.

4、2.3排水管446.3坝体分缝456.3.1横缝456.3.2纵缝456.3.3水平施工缝456.4坝体止水与排水456.4.1止水456.4.2坝体排水466.5基础处理466.5.1坝基开挖466.5.2固结灌浆476.5.3帷幕灌浆476.5.4坝基断层及破碎带处理486.6混凝土重力坝的分区48参 考 文 献502页1基本资料1.1.流域概况 嘉陵江是长江上游左岸的主要支流，发源于陕西凤县东北的秦岭山脉，流经陕西、甘肃、四川、重庆四省（直辖市），干流全长1120km，落差有2300m，平均比降2.05，全流域面积为15.98万平方千米，占长江流域面积的9%。嘉陵江水系发育，自上而下主要

5、支流有西汉水、白龙江、东江、西河、渠江、涪江等。嘉陵江流域大部分属亚热带湿润季风气候。在中下段的盆地区，冬季温暖多雾，霜雪少见，上游段山区则冬季寒冷，霜雪较多，又多风暴，往往一雨成灾。春夏时节，流域内降雨自东向西移动，若遇季风弱而迟，则西部常形成春旱和初夏干旱天气。流域内年降水量在1000毫米以上，其中50%集中在79月。而且降雨在区域上分布上很不均匀，一般聚集在盆地边缘的降水大于盆地中部。中游南充至合川的年径流量为300400mm；下游合川至重庆为400500mm；而南充至苍溪为川中径流量深低值区，仅300mm；中游苍溪以上至广元的大滩场，由300mm递增到600mm。流域多年平均径流量为6

6、98.8亿立方米，主要集中在汛期510月，汛期干流水量占全年径流量的75%83%，非汛期在11月到次年的4月，占17%25%。1.2水文气象特征坝址地区雨量丰沛，资料显示其多年平均降水量为995.8，多年平均流量598，相应多年平均径流量189亿，径流深309。多年平均气温16.6，多年平均风速1.9，多年平均最大风速为13.2，多年平均地面温度19.2，多年平均水温15.5 。坝址区河段平直开阔河谷呈浅U形，谷底宽200350，在正常蓄水位458高程处谷宽778856，左侧为主河槽,枯水位370371，水面宽170200水深1.54.5河床覆盖层最厚处约13.5，基岩顶板高程352.9364

7、 6。水库规划指标：水库正常蓄水位458，设计洪水位461.3，相应洪峰流量34500，校核洪水位463，相应洪峰流量37610，总库容40.67亿，防洪库容19.56亿，坝前淤沙高程373。表1-1 坝址各频率洪峰流量频率（P）%10.50.20.10.02洪峰流量（m3/s）28000308003250034700396001.3地质条件（1）地形地貌 嘉陵江由北北西向南南东流经坝址区，流向170°，河段平直开阔，呈浅“U”型河谷，谷底宽170350m，高程458m处谷宽778856m。河床左侧为主河槽，枯水位370371m、相应水面宽170200m、水深1.14.5m。河床覆盖

8、层厚度一般610m，最厚处约13.5m，基岩顶板高程352.86364m。左岸山体宽厚，临江峰顶高程657.8m，岸坡中部高程480400m间为缓坡平台，平台宽150360m，长2500m，台面高程自上游至下游降低，斜坡段地形坡度2025°。右岸山体临江峰顶高程550m，岸坡中分布两级缓坡平台，下级高程390410m，台地宽120150m，长大于500m，上级缓坡平台高程445460m，台地宽100120m，长约500m，斜坡段地形坡度1520°。（2）地层岩性坝区出露地层为白垩系下统苍溪组（K1c）砂岩、粉砂岩、粘土岩，总厚度480m，为软硬相间不等厚的层状岩层。主要层位

9、有K1c6-1、K1c4-2、K1c3-2、K1c2-3、K1c2-1等5层，除K1c4-2层为长石石英砂岩结构较疏松，为软岩外，其余4层均为较坚硬的岩屑砂岩，其中河床坝基下K1c2-1层砂岩厚2328m。坝区第四系分布较广，主要为河流冲积与崩滑堆积。河床冲积砂砾石厚613.50m；左岸古滑体厚度一般2040m，最大厚度63m。（3）地质构造坝址处于九龙山背斜东南翼，岩层走向3060°，微倾下游偏左岸，倾角15°，未见断层。砂岩中两组陡倾角裂隙较发育，一组走向350360°，倾向东或西，倾角7090°；一组走向7590°，倾向南或北，倾角709

10、0°。（4）水文地质坝址地下水按赋存介质可分为孔隙水、裂隙水和孔隙裂隙水。地下水主要以井、泉形式排泄于地表，流量较小，季节性变化大，砂岩层间裂隙水局部微具承压性，地下水水力联系差。地表水、地下水水质对砼均无侵蚀性。岩体透水性具有较明显的层状特征与不均一性，两岸砂岩中等透水；K1c4-2长石石英砂岩中强透水，粘土岩、粉砂岩和河床分布的砂岩为弱透水或微透水。（5）岩体风化与卸荷岩体风化受岩性和环境制约，不同部位表现不同的风化特点。河床及漫滩基本上是微风化带，厚度小于3m；谷坡地带全强风化带厚度多小于2.0m，弱风化带厚度328m；左岸崩滑体平台下伏基岩全强风化带 厚度小于1.0m，弱风化

11、带约4m左右。岩体卸荷与岩性、微地貌相关。江边岩体卸荷水平宽度较小，卸荷水平宽度一般小于20m，最大可达37m（平硐PD5）；两岸岸坡中部（460m平台以下）卸荷带水平宽度2566m，460m平台以上岸坡卸荷带水平宽度左岸较大，卸荷水平宽度6985m，右岸卸荷水平宽度4352m；砂岩的卸荷宽度大于粉砂岩或粘土岩的卸荷宽度。1.4工程枢纽任务本枢纽经过技术经济调查阶段，以及水利、水能计算，提出了如下参数，作为进行建筑物设计的依据。正常蓄水位：458.0设计洪水位461.3校核洪水位463.0死水位（淤积结果）438最有利工作深度20水库防洪限制水位4422枢纽布置2.1工程等级及建筑物级别确定根

12、据规范水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000，亭子口水利枢纽工程等别确定为一等，工程规模为大（1）型，主要建筑物级别为1级，电站厂房级别为2级，次要建筑物为3级。表2-1 水利水电枢纽工程的分等指标工程等别工程规模分等指标水库总库容（亿米）防洪灌溉面积（万亩）水电站装机容量（万千瓦）保护城镇及工矿区保护农田面积（万亩）一大（1）型>10特别重要城市、工矿区>500>150>120二大（2）型101重要城市、工矿区5001001505012030三中 型10.1中等城市、工矿区10030505305四小（1）型0.10.01一般城镇、工矿区30550.551五

13、小（2）型0.010.001<5<0.5<1注: 水库总库容指水库最高水位以下的静库容； 治涝面积和灌溉面积均指设计面积；表 2-2 水工建筑物级别工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级 别主要建筑物次要建筑物1342343454552.2坝址、坝型选择2.2.1坝址地形地质条件 河段规划等前期研究工作确定该枢纽工程有李家嘴和亭子口两个坝址可供比较选择, 它们分别位于苍溪县城上游15km 和28 km 处。两坝址间无大的水系汇入, 水文气象条件基本一致, 其主要特征洪水见表1, 两坝址的相对位置见图1。图1 坝址相对位置表1 主要特征洪水洪峰流量洪峰频率（%）洪峰流量（）洪峰

14、频率（%）洪峰流量（）洪峰频率（%）洪峰流量（）5210000.2325000.02396001269000.1347000.0142000两坝址区的出露地层均为白垩系下统苍溪组红色碎屑岩,总厚度约480 m。根据岩性及其组合特性, 自下而上分为k11c至k81c共8 段, 其中k11c k41c为坝基岩体, 其主要持力层为位于河床部位的k21c层, 该层主要为巨厚层状浅灰色细粒岩屑砂岩,夹有浅色长石石英砂岩及少量粉砂岩和粘土岩等, 岩相较为稳定。两坝址坝肩均为k31c k41c层岩体, 大多为粉砂岩、石英砂岩及粘土岩互层体, 岩性相变较大。其中砂岩类岩体抗压强度较高, 饱和抗压强度在30-5

15、5 MPa 左右; 而粘土岩类抗压强度较低, 饱和抗压强度只有8-13. 5 MPa 左右, 属软岩类。两坝址区均无大的断裂构造。2.2.2选址、选型原则坝型、坝址选择是水利枢纽设计的重要内容，二者相互联系，不同的坝址可以选用不同的坝型，同一个坝址也应考虑几种不同的枢纽布置方案并进行比较。在选择坝型，坝址时，应研究枢纽附近的地形地质条件、水流条件和建筑材料、施工条件、枢纽布置等：(1)地质条件。地质是坝址、坝型选择的主要依据之一。拱坝、重力坝需建在岩基上；土石坝则岩基，土基均可修建。坝址选择应该注意一下几个方面的问题：对断层破碎带，软弱夹层要查明其产状、宽度（厚度）、充填物和胶结情况，对垂直水

16、流方向的陡倾角断层应尽量避开，对具有规模较大的垂直水流方向的断层或是存在活断层的河岸，均不应选择坝址；在顺向河谷（指岩层走向与河流方向一致）中，总有一岸指与岩层倾向一致的顺向坡，当岩层倾角小于地形坡角，岩层又有软弱结构面时，在地形上存在临空面，这种岸坡极易发生滑坡，应当注意；对于岩溶地区，要掌握岩溶发育规律，特别要注意潜伏溶洞、暗河、溶沟和溶槽，必须查明岩溶对水库蓄水和对建筑物的影响；对土石坝，应尽量避开细砂、软粘土、淤泥、分散性土、湿陷性黄土和膨胀土等土基。(2)地形条件。河谷狭窄，地质条件良好，适宜修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好，可选用重力坝或支墩坝；河谷宽阔、河床覆盖层深厚或是地质条件

17、较差，且土石、沙砾等当地材料储量丰富，适宜修建土石坝。在高山峡谷区布置水利枢纽，应尽量减少高边坡开挖。坝址选在峡谷地段，坝轴线短，坝体工程量小，但不利于泄水建筑物等的布置，因此需综合考虑。(3)筑坝材料。坝址附近应有足够的符合要求的天然建筑材料。(4)施工条件。便于施工导流，坝址附近特别是其下游应有开阔地形，便于布置施工场地；距离交通干线近，便于交通运输；可与永久电网连接，解决施工用电问题。(5)综台效益。选择坝址应综合考虑防洪、灌溉、发电、航运、旅游、环境等各部门的经济效益。坝址选择与地形、地质条件、坝型、枢纽布置和施工导流等因素有关，在满足枢纽布置和施工导流要求的前提下，坝轴线应尽可能短，

18、以节省工程量。从地质条件看，坝址应选在地质构造简单，无大的地质构造的地方。2.2.3亭子口坝址概况 该坝址区河段的水流流向, 在坝址下游1km 处由南东流向转为北东流向, 由于弯道环流的作用, 左岸形成河间地块( 见图1) 。坝址处河谷为对称/ U0 型谷, 岸坡坡角40b 45b, 正常蓄水位时水面宽约650m, 枯水期水面宽80120m。河床基岩顶高程355364m, 岩层微倾上游, 倾角2b5b。坝基持力层k21c蚀余厚度1214m, 底部为k11c层粘土岩, 两层之间夹有一层厚约1030cm( 局部厚达1.0m 左右) 较为连续的层间错动剪切泥化带。根据坝址区上述的地形、地质条件, 对

19、分别采用混凝土面板堆石坝和混凝土重力坝的两个枢纽布置方案进行了研究。结果表明, 混凝土重力坝方案存在以下重大缺点: 一是为满足坝基深层抗滑稳定要求, 其连续性的泥化夹层处理方案工程量大, 施工工艺复杂, 而且k11c层粘土岩的抗压强度较低, 很难满足坝基抗压强度要求; 二是河床较窄,当宣泄洪峰流量时, 即使偏高采用单宽流量, 其泄洪宽度亦需200 250m, 又因地质条件限制而难以采用挑流消能, 故发电厂房只能布置在岸边坝后,连同通航建筑物的三者总宽度约450m, 而河床天然宽度仅约150m, 故必须大量开挖两岸山坡。 2.2.4李家嘴坝址概况李家嘴坝址位于亭子口坝址下游13km 处。该坝址区

20、河道顺直, 河谷较为宽阔, 正常蓄水位时河谷宽约950m, 枯水期谷宽250300m。河床基岩k21c岩层顶高程354364 m, 其河床蚀余厚度约42 m, 岩层微倾下游偏左岸, 倾角1b5b。该坝址的主要工程地质问题为: 左岸坝肩有一古崩滑体, 其底部前缘高程410460 m, 后缘高程440480m, 顺河向长1 1001200m, 东西宽约200350m。5060年代因对该崩滑体稳定性认识的局限而导致舍弃该坝址并选用亭子口坝址。80年代末以来, 根据新的勘探资料和试验研究成果,对其稳定性进行了深入分析,结果表明, 古崩滑体的底滑面基本上为k4- 11c层的顶面,倾角2b偏向左岸山里和下

21、游,且整个底滑面为椅背状;据对崩滑岩体的组成成份及其物理力学性质分析,可知该崩滑体组成物质较为密实,其形成时间较早,整体上处于稳定状态,仅在暴雨时其前缘局部有小量的滑移。如对其采取适当工程处理措施,其稳定性是有保证的。根据上述地形地质条件,对该坝址同样进行了混凝土面板堆石坝和混凝土重力坝的枢纽布置方案研究,以便比较、选定坝址,同时可进一步探讨在红色岩层地区修建堆石坝的可行性和经济性。当采用混凝土重力坝方案时,泄洪消能、引水发电、通航建筑物基本均可布置于原天然河床,对天然河势无大的改变。而且各主要建筑物相对关系简单明确,各建筑物的设计施工均无难度,坝基分布的粘土夹层对重力坝稳定不构成威胁,左岸古

22、崩滑体的处理方案简单易行。施工导流采用分期导流、分期施工方案, 施工工期有保证,施工场地布置也方便。较之混凝土面板堆石坝方案,该方案具有明显优越性。由于亭子口坝址和李家嘴坝址分别适宜修建混凝土面板堆石坝和混凝土重力坝,故两个坝址的比较,就其水工布置及其施工技术的实质差别而言,可简化为两种坝型的比较。在交通不便而当地建筑材料较为丰富的地区,人们常倾向于修建混凝土面板堆石坝,即使其动能经济、对外交通、运行管理等方面均明显不如采用混凝土重力坝方案的李家嘴坝址,仍有一部分同志因难挡当地材料坝之诱惑而倾向推荐亭子口坝址。我们经认真详细研究后认为,亭子口坝址选用混凝土面板堆石坝主要存在以下几个重大技术难题

23、。2.2.5坝址比较( 1) 难觅开采、运输方便的堆石填筑料源。在两个坝址区,出露岩层均为软硬相间的红色岩层,岩相岩性变化较大,厚薄不均,可成片开采利用的极少。而较可靠的k21c层砂岩又埋藏较深,溢洪道等开挖料大多不能利用。而修建堆石坝, 须有既满足强度要求储量又几倍于大坝填筑方量的石料场。据现有地勘成果, 坝址区尚无如此料场, 而零星或深挖或远距离大量开采将是极不经济的。 ( 2) 施工导流极为困难。嘉陵江属峡谷型河流, 洪水峰高量大, 20年一遇洪峰流量为21100m3/s; 5年一遇洪峰流量也达15200m3/s。若选用堆石坝方案,则难以采用分期导流、分期填筑或过水围堰等施工方案,加之两

24、岸又无天然哑口可利用,故只有采用岸边隧洞导流。经计算,需布置内径约10m的导流隧洞4条,总长度近5500m。而坝址区多分布水平岩层,岩性软弱, 成洞条件极差, 隧洞施工困难, 造成施工准备工期长或代价高。( 3) 对泄洪消能建筑物布置不利。亭子口枢纽的泄洪单宽流量为150200, 坝址区地形地质条件决定了只能采用底流消能。若选用堆石坝,只能采用坝肩溢洪道及隧洞泄洪, 而溢洪道水力学及调度运用条件均较复杂, 两者的下游出口走向与河床天然主流向均有一定夹角, 而河谷边坡又多为软岩, 故泄洪水流对天然河床的冲淤影响势必较大。另外, 嘉陵江属多沙河流,多年平均含沙量达2.95,而堆石坝方案无法布置泄洪

25、冲沙深孔,这将严重影响水库的使用寿命和兴利调节功能。此外,对以上两个方案的主要建筑物工程量作了比较。亭子口坝址也并不占优。其主要原因一是堆石坝方案的混凝土方量虽然较少,但多为钢筋混凝土板壁结构,且施工条件复杂。如泄洪洞、引水洞衬砌,大坝面板、混凝土趾板、溢洪道边坡混凝土板等,混凝土施工场地分散,场内交通运输布置不便; 二是钢筋、钢材用量较多；三是土石方开挖工程量巨大,且溢洪道高边坡为100多米高的软岩边坡, 其边坡稳定及支护设计均存在很大难度。综上比较,本阶段决定选用李家嘴坝址为亭子口水利枢纽坝址，坝型选用混凝土重力坝。2.3枢纽布置2.3.1布置原则：根据坝址的建坝条件，枢纽布置主要考虑以下

26、原则：（1）坝址洪水洪峰流量大，且河谷狭窄，所以要求尽可能加宽溢流前缘，减少单宽流量，以便泄洪安全可靠，上下游流态好，不影响个建筑物的正常运行。（2）应积极稳妥地采用先进技术，尽量减少工程量，节省工程投资，以便加快施工进度，缩短施工工期，争取提前发电。（3）在枢纽布置时，引水系统应优先考虑坝式进水口，做到管理运行方便，缩短引水隧洞长度，尽可能不设调压井，厂房尽可能布置在完整的基岩上，特别要注意厂后边坡的稳定。2.3.2枢纽的总体布置 亭子口水利枢纽工程等别为一等，工程规模为大（1）型。主要建筑物为1级，电站厂房为2级，次要建筑物为3级。混凝土坝设计洪水重现期为500年，校核洪水重现期为1000

27、 年。消能建筑物设计洪水重现期为100年。该枢纽是以防洪为主的工程， 嘉陵江洪水峰量较大，大坝设计洪水峰值达32500，同时坝址处河段较为顺直，枢纽布置中泄水消能建筑物宜布置于主河床，这既有利于施工及运行期洪水的宣泄，减少对下游河势的影响，也可方便其他建筑物的布置。在泄水消能建筑物布置于主河床后，升船机及厂房建筑物宜分别布置于泄水建筑物两侧，经过从大坝深层抗滑稳定、施工导流、施工条件、施工工期、工程投资等多方面比较确定推荐方案。该工程坝址为李家咀坝址， 推荐坝型为混凝土重力坝，重力坝坝轴线总长995.4 m，坝顶高程465m，最大坝高116m。推荐的枢纽布置方式为：河床中间布置8个表孔、5个底

28、孔及消能建筑物，底孔（兼作排砂孔）布置在表孔左侧，河床左侧布置坝后式电站厂房，河床右侧布置垂直升船机，两岸布置非溢流坝段，灌溉渠首独立布置在坝线上游。 （1）泄水建筑物 泄水建筑物均布置于河床中部，由8个表孔、5个底孔组成，底孔邻近厂房坝段，布置于表孔左侧。表孔坝段宽18.5m，闸墩厚4.5m；底孔坝段宽17.0m。溢流前缘总长243.5m，采用底流消能形式。（2）表孔 表孔共8个，孔口尺寸为14.0m×22.8m（宽×高），每孔设弧形工作门，由液压启闭机启闭，弧门上游设检修钢闸门。为减小消力池长度，加强消能效果，表孔出口采用宽尾墩方案。宽尾墩起始收缩点距坝轴线29.42m

29、，水平长22.58m，收缩比为0.3，墩尾折角为12.24°。边表孔采用不对称宽尾墩（即导墙侧收缩6.10m，另一侧收缩3.00m），收缩比为0.35。表孔池底高程355m，池长135m，池宽143.5m，消力池尾坎为连续式，坎顶高程367m。尾坎后防冲段长35m，高程360.3m。消力池设置封闭抽排系统。（3）底孔 底孔主要任务是泄洪、排沙，并兼作施工期导流底孔，共5孔，孔口尺寸均为6m×9m（宽×高）。底孔底板高程374.0m，采用有压短管形式，有压短管出口下游两侧突扩0.5m，底部跌坎高1.6m。明槽坡比14.5，下段采用半径为75m 的圆弧调整到水平后至出

30、口，出口突跌8.0m 至消力池底板，出口高程362.0m，消力池护坦高程354.0m。底孔池底板高程354.0m，长187.7m（底孔明槽出口消力池尾坎），池宽75m，消力池尾坎为连续式，坎顶高程367m。尾坎后防冲段长35m，高程360.3m。消力池设置封闭抽排系统。（4）通航建筑物 通航建筑物布置在枢纽右岸导流明渠内，采用单线一级垂直升船机，承船厢有效水域尺寸为116m×11.7m×2.5m（总长×型宽×吃水），可一次通过1+2×500t分节驳顶推船队或2艘50t级机动驳。通航建筑物主要包括升船机上闸首、船厢室、下闸首以及上下游引航道靠船、

31、导航、隔流建筑物等。上游引航道长404m，引航道左侧布置两条50m长的支墩式浮式导航堤，引航道右侧布置7个中心距为20.0m的靠船墩。上闸首采用整体式“U”形结构，结构总长80.0m，总宽42.0m。船厢室结构总高134.0m，总长118.2m，总宽41.6m。下闸首结构总长27.5m，总宽48.8m。下游引航道长785.0m，临江侧在原纵向围堰基础上布置混合式隔流堤与下游河道隔开。引航道左侧设120.0m 长的墩板式导航墙，右侧设45.0m 长的辅导航墙和7个中心间距为20.0m 的靠船墩。3洪水调节3.1基本资料3.1.1洪水过程线的确定本设计中枢纽主要任务是发电，兼做防洪之用，所以必须在

32、选定水工建筑物的设计标准外，还要考虑下游防护对象的防洪标准。由资料及表3-1-1得出防洪标准：重现期在5001000，频率在0.20.1%。由水工建筑物的设计标准与下游防护对象的防洪标准综合考虑，选定设计洪水的频率为0.2%，校核洪水的频率为0.1%。表3-1-1 洪水防护对象与防护标准防护对象防洪标准城镇工矿区农田面积（万亩）重现期（年）频率（%）特别重要城市特别重要的>500>100<1重要城市重要的1005005010021中等城市中等的30100205052一般城市一般的<301020105表3-1-2 洪峰单位过程线时段 (天)011.062345流量 (%)

33、10891005732.51912 由表3-1-2，运用同倍比放大法，绘出设计洪水过程线和校核洪水过程线：3.1.2相关曲线图3.1.3确定天然设计洪峰流量和天然校核洪峰流量表3-1-3 洪水流量频率表频率 (P%)210.20.10.02流量 (m3/s)1860026900325003470039600由表3-1-3：设计流量（p=0.2%），校核流量（p=0.1%）。3.1.4确定下泄设计洪峰流量标准（p=0.2%）和下泄校核洪峰流量标（p=0.1%）从前面资料可知，考虑下游防洪要求以及下游能承受的洪水泄量，故下泄设计洪峰流量标准（p=0.2%），下泄校核洪峰流量标准（p=0.1%）。3

34、.2洪水调节基本原则在已确定选择混凝土实体重力坝的情况下，从提高泄流能力，便于运用管理和闸门维修，节省工程投资角度出发，泄洪方式以坝顶泄流最为经济。故按坝顶溢流的方式进行洪水调节计算，以确定坝顶高程和最大坝高。调洪演算采用半图解法。3.2.1确定工程等别和级别根据SDJ12-78水利水电工程枢纽等级划分和设计标准（山区、丘陵区部分）结合亭子口枢纽所给定的特征水位和基本资料，通盘考虑水库总库容、防洪效益、装机容量等因素，该工程为大一型工程，主要建筑物为1级，次要建筑物为2级，临时建筑物为3级。表3-2-1： 山区、丘陵区水利水电永久性水工建筑物洪水标准重现期（年）项目水工建筑物级别12345设计

35、10005005001001005050303020校核土石坝10000500050002000200010001000300300200混凝土坝、浆砌石坝50002000200010001000500500200200100由表3-2-1可知永久性建筑物设计洪水标准为：正常运用（设计）洪水重现期为500年，非常运用（校核）洪水重现期为1000年。3.2.2水库防洪要求本水库的设计标准为500年，校核标准为1000年，亭子口枢纽洪水调节除保证本工程设计标准以外，还担负着提高下游防洪标准的任务。3.2.3水库的运用方式本工程拦河大坝采用混凝土重力坝，为充分利用混凝土坝坝身泄水的特点，泄水建筑物选

36、用坝顶溢流式。当水库洪水在时，即P=0.2%时，用闸门控制下泄流量，既来多少泄多少，保持库水位不变；当并小于下游承受的最大洪水量，继续用闸门控制下泄量，即来多少泄多少，保持库水位不变；当>下游承受的最大洪水量，为了提高下游防洪标准，用闸门控制下泄量在下游承受的最大洪水量，即大坝允许承受的最大洪水量，把多余的洪水拦蓄在水库内。3.3调洪演算3.3.1堰顶高程设此堰的堰顶高程为440。3.3.2设计水头最高限制水位为459，正蓄水位H458，设堰顶高程为440，则堰上最大水头根据公式最高限制水位堰顶高程进行计算，即45944019设计水头取最大水头的（0.750.95），即（0.750.95

37、）所以有（0.750.95）×19，取 0.85×1316.153.3.3流量系数的确定河底高程为360，所以上游的堰高为 440-36080因为设计水头16.15，所以 ，所以此堰为高堰。当，流量系数=0.502，而实际的，得=0.59。根据水力学中的关系图得各个水深的流量系数。3.3.4方案拟订根据所给资料，工程建成后可以对下游起到防洪作用，最大的下泄流量为，设表孔和底孔的最大单宽流量分别为，则沿流宽度根据公式 确定，可得：调洪演算采用坝址洪水，根据水量平衡原理用列表法计算，拟定孔口尺寸方案：8个表孔,8个表孔堰顶高程为440m，堰顶采用“WES”曲线实用堰，堰顶设弧形

38、工作闸门，堰宽112,闸门尺寸14×22.8（宽×高），用坝顶排架上的固定式启闭机启闭。 3.3.5计算下泄流量根据以上数据应用下泄流量的计算公式 计算下泄流量，其中其中=0.92，g=9.8，=Z-440根据以上数据和不同的堰宽可得不同水深时的下泻流量，列于表中：表3-3-1： 水位水深m流量系数下泄流量Q（堰宽112m)44000.00 0.3850.00 44110.06 0.392178.82 44220.12 0.402518.69 44330.19 0.413978.96 44440.25 0.421532.76 44550.31 0.4322203.29 44

39、660.37 0.4352916.42 44770.43 0.4433742.70 44880.50 0.4544686.24 44990.56 0.465665.72 450100.62 0.4696765.61 451110.68 0.4757905.27 452120.74 0.489102.21 453130.80 0.48510370.28 454140.87 0.4911709.06 455150.93 0.49513118.25 456160.99 0.514597.68 457171.05 0.50816243.18 458181.11 0.51117801.78 459191

40、.18 0.51819570.15 460201.24 0.5221216.91 461211.30 0.52322959.61 462221.36 0.5324948.46 463231.42 0.53526920.27 3.3.6半图解法调洪演算依据水能规划教材所给的水库洪水调节计算原理，采用水量平衡方程式：，式中：分别为计算时段初，末的入库流量（）； 计算时段中的平均入库流量（），它等于；分别为计算时段初、末的下泄流量（）；计算时段中的平均下泄量（），即=；分别为计算时段初、末水库的蓄水量（）；为的差； 计算时段，须化为秒数。泄洪建筑物采用500年一遇洪水设计，洪峰流量为32500；10

41、00年一遇洪水校核，洪峰流量为34700，为达到下游防洪要求时，限制下泄流量为19000。（1）计算并绘制单辅助线计算中V取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取t=4h。计算过程见下表：表1-1-2：水库设计洪水单辅助曲线计算表(P=1%)堰宽112水库水位Z总库容V总堰顶以上库容VV/tqq/2(m)(亿m³)(亿m³)(m³/s)(m³/s)(m³/s)(m³/s)-1-2-3-4-5-6-73372003015153382.40.42777.78 102.60 51.30 2829.08 3392.80.85555.56 238.91

42、 119.46 5675.01 3402.890.896180.56 420.36 210.18 6390.74 3413.241.248611.11 641.10 320.55 8931.66 3423.591.5911041.67 898.17 449.09 11490.75 3433.941.9413472.22 1189.08 594.54 14066.76 3444.292.2915902.78 1514.91 757.46 16660.23 3454.632.6318263.89 1872.80 936.40 19200.29 3465.133.1321736.11 2263.02

43、 1131.51 22867.62 3475.643.6425277.78 2685.29 1342.65 26620.42 3486.144.1428750.00 3139.47 1569.74 30319.74 3496.654.6532291.67 3625.49 1812.75 34104.41 3507.155.1535763.89 4143.38 2071.69 37835.58 利用表1-1-2中第(5)、(7)两栏相应的数据绘制成单辅助线如下图所示。图1-1-1 单辅助曲线图（2）调洪计算求qt过程和Zt过程并绘制单辅助线表1-1-4某水库半图解法调洪计算表(P=1%)堰宽11

44、2m时间t入库流量Q时段平均入库流量qZ(h)(m³/s)(m³/s)(m³/s)(m³/s)m-1-2-3-4-5-60.00 0.00 15.00 30.00 337.0 4.00 938.25 469.13 454.13 41.33 337.2 8.00 1471.50 1204.88 1617.67 71.35 337.6 12.00 2004.75 1738.13 3284.45 124.41 338.2 16.00 2538.00 2271.38 5431.41 227.25 338.9 20.00 3071.25 2804.63 8008.

45、78 560.97 340.6 24.00 3604.50 3337.88 10785.69 826.51 341.7 28.00 3795.79 3700.14 13659.32 1171.41 342.9 32.00 3431.11 3613.45 16101.36 1418.99 343.7 36.00 3103.45 3267.28 17949.65 1695.43 344.5 40.00 2809.33 2956.39 19210.61 1874.25 345.0 44.00 2545.49 2677.41 20013.77 1960.51 345.2 48.00 2308.87 2

46、427.18 20480.44 2034.45 345.4 52.00 2096.65 2202.76 20648.75 2114.35 345.6 56.00 1906.18 2001.42 20535.82 2187.22 345.8 60.00 1735.06 1820.62 20169.22 2270.75 346.0 64.00 1581.06 1658.06 19556.53 2072.99 345.5 68.00 1442.19 1511.63 18995.17 2013.49 345.4 72.00 1316.66 1379.43 18361.11 1946.28 345.2

47、在表中，库水位未达到防洪限制水位350m，所以不需再进行调洪，只需操作闸门将库水位控制在防洪限制水位即可。 利用表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Qt，qt关系曲线，如图所示。图1-1-3设计洪水调洪曲线图然后利用第(1)、(6)栏相应的数据绘制成Zt关系曲线，如图所示。图1-1-4设计洪水zt曲线图查图可知，最大下泄流量qm发生在t=52h时刻，正好是qt曲线与Qt曲线的交即为所求。，。4非溢流坝剖面设计4.1设计原则重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持抗滑稳定；同时依靠坝体自重产生大扬压力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。非溢流坝剖面设

48、计的基本原则是：满足稳定和强度要求，保证大坝安全；工程量小，造价低；结构合理，运用方便；利于施工，方便维修。遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。重复以上过程直至得到一个经济的剖面。4.2剖面拟订要素4.2.1坝顶高程的拟订坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高定出。即静水位式中：（为波浪高度；为计算风速；D为吹程；为波浪中心线超出静水位的高度；为安全超高。），取频率为1%的波浪高度。计算风速在水库正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应洪水期多

49、年平均最大风速的1.52.0倍，校核洪水位时宜采用相应洪水期多年平均最大风速。表4-2-1 计算情况库水位(m)吹程(km)最大风速(m/s)计算风速(m/s)正常情况458101632设计情况461.3101624校核情况463101616采用官厅公式计算： ， （ D吹程，m;L波长，m;）非溢流坝坝顶安全超高hc值表如下：表4-2-2 水工建筑物结构安全级别水工建筑物安全级别水工建筑物级别（1）（2，3）（4，5）设计情况0.70.50.4校核情况0.50.40.3坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算：坝顶高程=正常蓄水位+坝顶高程=设计洪水位+坝顶高程=校核洪水位+式中，、分别为计

50、算的坝顶（或防浪墙顶）据设计洪水位和校核洪水位的高度。由于正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水在计算坝顶超出静水位h时，所采用的风速计算值及安全超高值不一样，所以在决定坝顶高程时，应按正常蓄水位、设计洪水情况（持久状况）和校核洪水情况（偶然状况）分别求出坝顶高程，但坝顶高程应高于校核水位。（2）正常蓄水位时计算风速采用50年一遇的风速，取为多年平均最大风速的1.52.0倍，吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离，即： 风速，吹程。各波浪要素计算如下：波高 （官厅公式）由于,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为 波长 （官厅公式） （官厅公式）则（3）设计洪水位时计算风速采用

51、50年一遇的风速，取为多年平均最大风速的1.52.0倍，吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离，即： 风速，吹程。各波浪要素计算如下：波高 （官厅公式）由于,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为 波 （官厅公式） （官厅公式）则（3）校核洪水位时计算校核情况采用多年平均最高风速，即：,。各波浪要素计算如下： （官厅公式） （官厅公式） （官厅公式）则2、坝顶高程计算根据以上两种水位时计算结果，得出两种状况下坝顶高程。（1） 正常蓄水位时的坝顶高程： 坝顶=正常蓄水位+ =458+9.94=467.94m（2） 设计洪水位时的坝顶高程： 坝顶=设计洪水位+ =461.3+6.533=467.833m（3）校核洪水位时的坝顶高程： 坝顶=校核洪水位+=463+2.89=465.89m为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值坝顶467.94m，当坝顶设置有与坝体连成整体的防浪墙（取1.2m）时，可降低坝顶的高程，所以取坝顶高程为467.9m。坝基面面高程为；坝高为。计算过程详见计算书,成果列于下表：表4-2-3 计算情况（m）hz（m）hc（m）h（m）坝顶高程（m）正常情况2.75.90.79.94467.94