毕 业 设 计 说 明书－新设

PAGEPAGE16（土石坝工程设计说明书）指导教师：学生：学号：云南省广播电视大学理工学院二00七年十月三十日目录一.工程概况 4二.基本资料 4－8三、工程等别及建筑物级别 8四、设计及校核洪水位 8-9五、坝型选择及枢纽布置 9六、大坝设计 9-11七、土料设计 11-15八、渗流计算 15-16九、稳定计算 16参考文献 17附件：枢纽平面布置图大坝横断面图前言为了巩固和加深我们对所学各门课程的基本理论和专业知识，通过实际工程的设计，从而达到较全面、系统地巩固、充实、提高所学的基础理论和专业知识，培养我们应用所学的理论知识解决实际问题的能力，并初步掌握进行水利枢纽设计的原则，方法和步骤。为了检验我们对所学各门课程基础理论及应用能力，学校根据教学计划安排了这次毕业设计。此次毕业设计我们设计的题目是土石坝设计。这是一个较系统，应用知识面较广的题目。我们一定竭尽所能,用所学的专业知识做好此次设计，为今后的工作打下坚实的基础。由于这次设计时间紧任务重，在设计中难免有不周的地方，请各位老师及专家给予提出、指正、共同探讨。谢谢！一工程概况本设计对象为西南某山区水库，水库控制径流面积31.7km2，总库容：1237.9万m3，兴利库容：878.9万m3。主要开发目标为：灌溉、供水及防洪，对该地区的生产环境和经济发展有很大的促进作用。二、基本资料（一）地震烈度工程设计烈度为七度。（二）水文气象条件1、水库主要水文数据表水库特征水位，见表。水位、库容特征值表项目库水位(m)相应库容(万万m3)最大下泄流量((m3/ss)校核洪水(p=00.1%))2162.4991237.9108.3设计洪水(p=22%)2160.90071.5拦洪渡汛水位((p=5%%)2131.255186.037.2防洪限制水位2158.988正常水位2158.9881037.633死水位2129.688158.73枯期洪水(p==10%))2122.072.995.262、气象条件（1）工程所在地属亚热带和温带，为半温，半干燥气候过度带，主要气候特征：干湿分明。5－10月份降水量占年降水量的80％，多年平均降水量903.8mm，多年平均蒸发量2123.2mm，多年平均气温16.3℃，实测最高35.6℃,最低-6.0℃。（2）风速与吹程多年平均最大风速20m/s（库面10m高），风向垂直坝轴线，吹程1.5km。（三）坝址地形、地质与河床覆盖条件1、地形地貌坝址基本对称的“U”型谷，左岸地形坡度为35°左右的陡坡，地表残坡积层覆盖；河床宽约146m，为冲洪积覆盖，右岸地形坡度为38°左右的陡岸，地表为残坡积覆盖，其下伏峨嵋山组玄武岩。2、地质岩性（1）大坝工程地质条件左岸主要分布二叠统峨嵋山玄武岩，其岩性为：上部为强风化玄武岩，厚度为20.4～35m，下部为弱风化玄武岩。右岸：岩性与左岸相同，残坡积层厚3m，强风化层厚43m，下部为弱风化，该岸19～36m为断层。河床由上而下分布有：①粉质粘土、粉土，含少量砾石，厚度0.9～1.3m，分布河床表层，为高液限粉土砾；②由玄武岩和少量石英砂岩砾石组成的砂砾石层，厚度11.7～15.0m；③含砾石粉质粘土、粉质土砾，厚度1.4～2.8m。不存在砂土液化问题。④强风化玄武岩。（四）建筑材料概况1、土料（防渗料）：在水库区均有土料分布，各指标能满足防渗土料质量要求。物理、力学指标见表3。粘土料物理、力学性指标表3土料试验成果评价及参数建议值表6-12、风化石渣料石渣料场均为玄武岩，质地坚硬，厚度大且稳定，分布面十分广泛，无用盖层薄，不夹无用层，受地下水影响小，易开采。石渣料的不均匀系数C＝70，曲率系数C＝2.96，属良好级配的砾。小于5mm的细粒含量为12.7%。符合细粒含量小于20％的技术要求，平均最大干密度为2.03g/cm3，平均孔隙率为29.3％，符合孔隙率小于30％的质量要求，比重为2.87。平均渗透系数7.58×10-2cm/s,符合碾压后大于1×10-3cm/s的技术要求。浸水饱和后进行直剪试验，测得内摩擦角φ=50°57′，内聚力C=50.75KPa，符合坝壳料φ大于30度的质量要求。其储量与质量可满足设计要求。石碴料物理力学指标见表4石碴料物理力学指标表表4野外编号碴1碴2碴3三组算术平均比重2.872.872.872.87击实试验层数×击数2×702×702×702×70总功能(kgff-cm//cm2)863kJ/mm3最大干密度(gg/cm33)2.062.002.022.03最优含水量(gg/cm33)3.02.942.772.90孔隙比e0.3930.4350.4210.416相对密度实验最小干密度γmmin((g/cmm3)1.711.691.701.70最大干密度γmmax((g/cmm3)2.192.212.202.20最大孔隙比εmmax0.6780.6980.6880.688最小孔隙比εmmin0.3110.3110.3000.307直接快剪φ51°25′50°33′50°54′50°57′C（kPa）40.2756.7555.2250.75渗透系数K（ccm/s）6.08×100-28.41×100-28.26×100-27.58×100-23、堆石料、砂料有现成采石场，岩性为二叠系下统阳新组灰岩，岩石质地坚硬，质纯，厚度稳定，储量满足设计用量要求，工程区及附近无天然砂料，采用石料场石料轧制人工砂。5、其它资料1：1000库区地形图一张；1：500坝轴渗透剖面及地质剖面图一张；三、工程等别及建筑物级别根据基本资料和《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》DL5180——2003,经综合分析确定该水库工程级别为Ⅲ等，属中等工程，其主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。防洪标准按50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核；四、设计及校核洪水位根据基本资料可知：水位、库容特征值表项目库水位(m)相应库容(万万m3)最大下泄流量((m3/ss)校核洪水(p=00.1%))2162.4991237.9108.3设计洪水(p=2%%)2160.90071.5拦洪渡汛水位((p=5%%)2131.255186.037.2防洪限制水位2158.988正常水位2158.9881037.633死水位2129.688158.73枯期洪水(p==10%))2122.072.995.26五、坝型选择及枢纽布置（一）坝址选择及坝型选择水库坝址老师已给定，无需再选择。根据基本资料中的地形、地质条件及建筑材料情况经综合分析确定该水库坝型选择为：粘土心墙堆石坝，（二）枢纽组成建筑物确定根据资料所提供的有关数据，经分析计算后确定：挡水建筑物（大坝）为粘土心墙堆石坝。溢洪道（正槽式）：布置于大坝左坝肩，为有闸控制开敞式溢洪道，连续式挑流消能。输水隧洞：布置于大坝右岸。（三）枢纽总体布置见《枢纽布置图》六、大坝设计土石坝剖面尺寸主要包括：坝顶高程、坝顶宽度、上、下游边坡、防渗体和排水设备等。（1）坝顶高程的确定：坝顶高程由水库静水位加上风壅增水高度，坝面波浪爬高及安全超高决定。根据基本资料经计算得坝顶高程为2164.14m，防浪墙高1.2m。（2）坝顶宽度的确定：坝顶宽度的确定主要取决于交通、运行、施工、构造、抗震、防汛及其他特殊要求。该工程的坝高为74.51m，按坝高分为中坝，其坝顶宽度的取值在5～10m之间，该工程按无交通要求，坝顶宽取8.0m。（3）坝坡的确定：根据筑坝材料及坝高确定该工程的坝坡为上游坡1：30第一坡，第二坡1：3.25；下游坡为第一坡1：2.75，第二坡为1：3.0，沿高程每隔20m设宽2m的马道一个。（4）防渗体设计防渗体：根据已知资料可知，该工程为粘土心墙堆石坝。心墙一般布置在坝体中部，并向上游略倾斜，以便于和防浪墙相连接。心墙顶部高程应高于正常运用情况下的静水位0.3～0.6m，且不低于非常运用情况下的静水位。心墙自上而下逐渐加厚，两侧边坡为1：0.2，顶部厚度按构造和施工要求为2.0m。底部厚度根据土料渗透坡降来定，不小于3m。（5）、排水设备坝体排水设备需综合考虑坝型、坝基地质、下游水位、气侯和施工条件等因素。根据基本资料情况，该工程的排水设备采用堆石棱体排水，其尺寸为棱体顶宽3.0m，内坡为1：1，外坡为1：1.5，棱体高度为14.5m。（6）、护坡为了保护土石坝坝坡免受波浪淘刷、冰层和漂浮物损害、降雨冲刷、防止坝体土料发生冻结、彭胀和收缩以及人畜破坏等，需设护坡结构。该工程的护坡采采用干砌块块石护坡，其其厚度为00.5mm，底部反反滤层厚度度为0.44m，设设有两层，一一层为碎石石，一层为为粗砂。（7）坝顶构造为了保护坝体，坝坝顶需设路路面，为了了降低路面面高程，坝坝顶设一道道高度为11.2mm的防浪墙墙。为了便便于排除坝坝顶雨水，路路面常设2%3%的坡，该该工程路面面坡降取2%，防浪墙墙用75#浆砌石支支砌，其厚厚度为0..5m。土料设计防渗土料的选择择1.1防渗土土料的一般般要求防渗土料必须具具备与其使使用目的相相适应的工工程性质，如如防渗料应应有足够的的防渗性和和一定的抗抗剪强度，高高土石坝心心墙料还应应具有低压压缩性。防防渗土料还还应具有长长期稳定性性、有充足足的抗管涌涌能力，地地震时不产产生过大的的孔隙压力力等。1.2防渗土料料质量要求求防渗土料质量要要求：粘粒含量：15％～30％； 塑性指数：10％～20％；渗透系数：<100-5cm/s，小于坝坝壳料100倍；有机质含量：<22％；水溶盐含量：<33％（易溶溶盐和中溶溶盐的总量量）；天然含水量：最好与最最优含水量量或塑限相相近；击实后密度：大于天然然密度。1.3选定防渗渗土料时一一般考虑的的原则土的防渗性土料的渗透系数数小于1×104cm/s，即认为为满足要求求；土的抗剪强度一般坝体土料强强度均能满满足要求；；如基础有有软弱夹层层，则坝体体的危险滑滑动面多为为和软弱面面联成整体体的滑面，此此时要求土土料有较高高强度。土的压缩性一般要求坝体底底部土料要要有低压缩缩性。要求求非浸水和和浸水饱和和的压缩系系数不要相相差很大，湿湿险性能很很强。拉应应力区的土土应有较高高的抗剪断断凝聚力，同同时在变形形特性上，防防渗料与棱棱体料的差差值要尽量量少，以减减少拱效应应和使坝体体内应力分分配均匀。渗透稳定性在渗透水作用下下要有较高高的抗管涌涌能力和较较高的抗冲冲蚀能力，拟拟做模拟实实际渗透作作用下的试试验，加以以判别。优先选用天然含含水量和最最优含水量量相近的土土料选用天然含水量量的最优含含水量相近近的土料将将便于施工工，二者相相差大，则则需加水或或翻晒。如如在多雨潮潮湿地区筑筑坝，降低低含水量困困难，可选选用天然含含水量稍高高于最优含含水量，但但不应超过过3％，以不不影响施工工为准。对对于天然含含水量低于于最优含水水量的土，不不宜低于2％。仔细研究颗粒级级配粘粒（d<0..005mmm）含量量一般在30％以下，最最大不宜大大于40％，太大压压实性能差差；最大粒径应不超超过铺土厚厚度的2/3，以免影影响压实；；级配曲线呈连续续，当不均均匀系数（η=d60/d10）>5;曲率系数数（Ced302/d10×d60）＝1～3，认为级级配良好；；如遇两种土料均均能满足要要求，则应应选用粒径径范围较宽宽的土料。土的膨胀量、膨膨胀力和体体缩遇膨胀量、膨胀胀力及体缩缩较大，应应做矿化分分析，当粘粘土矿物以以蒙脱石和和伊里石为为主时，必必须充分论论证，工程程中要采取取措施。水溶盐、有机质质含量水溶盐含量是指指易溶盐和和中溶盐的的总量，以以重量计不不大于3％；有机机质含量（按按重量计），对对心墙坝和和斜心墙坝坝不大于2％。综合研究土料性性质在土料选择中，应应综合研究究土料性质质，不可过过分强调某某一特性，因因为各种因因素的常常常是互相矛矛盾的，如如土的含粘粘粒高，防防渗性和可可塑性好，但但强度低；；压缩性大大，施工较较困难。筑坝石料一般要要求2.1筑坝石石料一般要要求土石坝坝壳主要要的作用是是保持坝体体稳定，因因此，只要要能满足坝坝体稳定、沉沉降量小、排排水性能好好、有一定定强度的石石料均可最最为坝壳料料，如新鲜鲜岩石、石石碴料、软软岩、砾石石、卵石、漂漂石、风化化砂和风化化砾石等。但但其使用部部位不同，新新鲜岩石、天天然砾石、卵卵石、漂石石可置于坝坝壳任意部部位；软岩岩置于下游游坝壳内部部，不与大大气接触，并并在下游水水位以上；；风化砂、风风化砾石置置于坝壳干干燥区。2.2筑坝石石料的技术术要求优质石料的质量量指标优质石料，湿抗抗压强度R>>40.00Mpaa、经冻融R>300.0MMpa；软化系系数>0.88;冻融损失失率<1％；密度>2.44×106g/m3。砂砾料填筑坝体体的质量要要求砾石含量5mmm至相当于3/4填筑层厚厚度的颗粒粒在20％～80％范围内内，紧密密密度>2×1006g/m3，含泥量量（粘粉粒粒）<10％，内摩摩擦角>30°°,渗透系数数（碾压后后）大于1×103cm/s。填筑堆石要求堆石料最大与最最小边长之之比不超过过3～4倍的毛石石；抛填堆堆石采用韧韧性石料、颗颗粒较均匀匀。为保证证小孔隙率率，抛石时时最好掺入入一定数量量的细粒料料，当用水水枪冲实时时，大颗粒粒之间的孔孔隙会被细细粒均匀充充填。碾压压堆石可用用不同的颗颗粒组成和和不同质量量的卵砾块块碎石，在在严寒气候候条件下不不许洒水，石石料仍可继继续填筑。开开挖碴料也也可上坝，但但需分区布布置。3填筑标准的确定定3.1粘性土土的填筑密密度对不含砾或少量量砾的粘土土性土料，以以干密度为为设计指标标，按击实实试验最大大干密度乘乘以压实系系数确定。压压实系数不不低于0.97～0.99。3.2堆石料填填筑标准堆石的压实功能能和设计孔孔隙率可按按已有工程程经验拟定定，一般为为20％～28％，并由由碾压试验验确定。施施工时以施施工参数（包包括碾压设设备的型号号、振动频频率和质量量、铺填厚厚度、加水水量、碾压压遍数等）及及干密度同同时控制。在一般情况下，应应在施工初初期进行碾碾压试验。以以校核设计计规定的填填筑标准及及碾压参数数，并在必必要时由设设计单位进进行修改。当当土石料性性质特殊时时，应进行行专门的碾碾压试验和和相应的试试验室试验验论证其填填筑标准。八、渗流计算土石坝的坝体剖剖面尺寸初初拟后，必必须进行渗渗流计算，为为选定经济济合理的坝坝体横断提提供依据。1、根据所初拟剖面面尺寸，此此渗流计算算采用公式式计算法中中的水力学学法进行计计算。根据公式q11=k0＊(H1+T)2-(h++T)2)/2δ和q2=k(hh22-H22)/2((L-M22h2)+kT(h-H2)*1//(L+00.44TT)*T依q1=q2=q.联联立等式计计算。计算算采用北京京理正软件件设计研究究所的《理理正岩土计计算5.1版》进行行计算计算结果为：h0=66.6111(m)单位宽度渗流量量:==0.5773(m33/d.mm)渗流量=132..363（m3/d）并绘制浸润线。2、渗透变形分析析及计算（1）流土与管涌的的判别：采用南京水利科科