混凝土重力坝设计毕业设计

摘要 1前言 1第一部分设计说明书1工程概况 31.1工程地理位置 31.2流域概况 31.3工程任务与规模 32基本资料 42.1水文气象 42.2坝址与地形情况 2.3工程枢纽任务与效益 3枢纽布置 3.1枢纽组成建筑物及其等级 3.2坝线、坝型选择 3.3枢纽布置 4洪水调节 4.1基本资料 4.2洪水调节基本原则 224.3调洪演算 234.4调洪计算结果 5非溢流坝剖面设计 285.1设计原则 5.2剖面拟订要素 5.3抗滑稳定分析与计算 5.4应力计算 6溢流坝段设计 6.1泄水建筑物方案比较 6.2工程布置 6.3溢流坝剖面设计 6.4消能设计与计算 417细部构造设计 427.1坝顶构造 427.2廊道系统 437.3坝体分缝 447.4坝体止水与排水 457.5基础处理 467.6混凝土重力坝的分区 47第二部分计算说明书1洪水调节 491.1调洪演算 491.2调洪计算结果及分析 2非溢流坝段计算 2.1非溢流坝段经济剖面尺寸拟定 2.2重力坝非溢流坝段主要荷载 2.3抗滑稳定分析 2.4抗剪断强度计算 2.5应力分析计算 3溢流坝段设计 3.1顶部曲线 3.2反弧段 4消能防冲设计 4.1洪水标准和相关参数的选定 4.2水舌抛距计算 4.3最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度 参考文献 位647.8m,校核洪水位649.8m;还对挡泄水建筑物的剖面进行设计，确定坝高为117m,采用3×12m表孔溢流，并对挡水坝段进行抗滑稳定分析及坝体应力分析，结果均满足要Abstract:BJriverhydropowerislocatedofHefengmonthCountytownofNorthJiaLiuPing,thebasinareaof303.4km².Thisprojectdevelopment,givingprioritytothetasktopoweroffloodcontrol.Thedesignofthisprojectisbasedonthedataofgeologicalandhydrologicalandmeteorologicalwhichisgiven,firstselectthesolidconcretegravitydamtobethetypeofgravity,andthenmakethecalculusoffloodindthereservoirwaterlevel,theresultisthedesignfloodlevel647.8mandCheckfloodlevel649.8m;alsodesignthewaterdischargestructurewithsurfaceholewhichsize3×12moverflowandwaterretainingstructuretodeterminethedamresultsaresatisfiedRequirements;Finally,detailedstructuraldesignofthedam,andelaboratedontheenergydissipationoftheprogram关键词：枢纽布置混凝土重力坝剖面设计荷载计算稳定分析应力分析Keywords:Ground-handlingprojectlayoutconcretegravitydamProfiledesignthecalculationstabilityanalysis前言环节。本毕业设计内容为BJ水利枢纽工程，它基本包括了一般水利枢纽所需进行的坝工BJ位于鄂西南的恩施自治州鹤峰县西部，属洞庭水系，为澧水二级支流、姿水上游右岸支流。流域总面积373.4km²,干流全长41.4km,天然落差728m,平均坡降9.3‰。流域地处亚热带湿润季风气候区，雨量充沛，多年平均降雨量1986.4mm,森林覆盖率在50%BJ一级电站坝址位于鹤峰县北佳镇柳月坪，控制流域面积303.4km²,占全流域面积的81.3%,坝址多年平均流量12.6m²/s,年径流量3.97亿m²。水库为流域龙头水库，具有年调节性能，正常蓄水位647.5m,总库容0.96亿m²;混凝土重力坝最大坝高117m,岸边地面式厂房装机2台，总装机容量30MW,多年平均发电量0.88亿kW·h,增加下游梯级多年发电量903万kW·h。BJ一级水电站地处BJ中下游河段，位于湖北省恩施自治州至省城武汉625km。一级水库建成后，可形成1860～3830亩的人工养殖水域，利用BJ流域气候温和湿润、雨BJ一级水库坝址距鹤峰县城约10km,水库建成后与先期建设的BJ二级水库梯级衔接，工湖泊，集自然景观、园林景观、湖光山色于一体的旅游景观新格局，将极大地丰富城乡大坝为混凝土实体重力坝，轴线全长277m,坝顶高程为650m,最大坝高117m。泄装2台水轮机。水库的防洪库容，可满足本工程2000年防洪标准。设计的基本内容包括调洪演算，枢纽布置设计，混凝土重力坝剖面设计，溢洪道设计，设计，而由于时间关系对建筑物中电站厂房坝段的设计及施工导流设计两部分设计这里不本次设计期间要特别感谢指导老师蒋定国老师的悉心指导。由于时的水平以及以前从未进行过工程实践缺乏经验，特别是对本设计的工程所在地也未进行过第一部分设计说明书峰县城公路里程10.08km(经BJ二级水电站),离州城恩施183km,至省城武汉625km。游右岸支流。流域总面积373.4km²,干流全长41.4km,天然落差728m,平均坡降9.3‰。流域地处亚热带湿润季风气候区，雨量充沛，多年平均降雨量1986.4mm,森林覆盖率在50%以上，北佳镇柳月坪，控制流域面积303.4km²,占全流域面积的81.3%,坝址多年平均流量总库容0.96亿m²;混凝土面板堆石坝最大坝高115.3m,岸边地面式厂房装机2台，总装机容量30MW,多年平均发电量0.88亿kW·h,增加下游梯级多年发电量903万kW·h。2基本资料02′之间。属姿水上游右岸的一级支流，发源于太平乡文家河。河流呈东西向，自西向东北流经太平乡，在左岸八家河纳入支流许老河后，河流南折经北佳镇、蓉美镇于鹤峰县城河流全长41.4km,控制流域面积373.4km²,平均坡降9.3‰。1920m,一般均在1700m左右，河流总落差1134m。两岸小支密布，河谷深切，基岩裸露，岩溶地貌发育，约占流域总面积的1/5。上游高山峻岭人烟稀少，中、下游山间台地稍有农田种植，故人类垦殖对自然环境影响不大。森林覆盖率约为60%,植被良好，泥沙来源BJ一级水电站工程坝址位于下游北佳镇柳月坪村，下距在建工程二级水电站坝址约8.7km,距BJ口12.3km,控制集水面积13.1‰,总落差658m。故依据附近的鹤峰气象站观测资料统计，多年平均气温15.4℃,极端最高气温40.7℃(1959年8月23日),极端最低气温-10.1℃(1977年1月30日)。其气象特征值见表2-1-1。项目多年平均降水量历年最大1d降水量mm多年平均蒸发量mm多年平均气温℃历年极端最高气温℃历年极端最低气温℃多年平均相对湿度%多年平均风速历年最大风速/风向年)流域多年平均年降雨量1986.4mm,鹤峰站以上流域多年平均年降雨量1770.6mm(1961年～1985年)。年月降雨量见表2-1-2。年平均一二三四五六七八九十十一十二由上表可见流域内降雨量主要集中在4～10月，约占全年降雨量的85.6%,尤以7月BJ属山溪性河流，径流主要由降雨所至。BJ流域无实测径流资料，径流系列是依据BJ口附近的干流姿水鹤峰站1960～1998年实测径流资料，以流域面积和雨量比(1962~1985年资料)为参数推算。其中，1962～1985年各年借用两流域各月实测雨量比值推算，1960～1961年、1986～1998年因受资料条件所限，均借用1962～1985年多年平均月雨量比推算。由此统计得BJ一级坝址多年平均流量为12.6m³/s,平均年径流量3.97亿m³。鹤峰站及BJ一级坝址年、月平均流量见表2-1-3地址年平均一二三四五六七八九十十一十二坝址鹤峰(4~10月),约占全年径流量的84.6%,11~3月为枯水期，其径流年内分配基本与流域降雨量年内分配相吻合。推算的坝址径流系列具有一定的代表性，基本能反映本流域的降雨2.1.3洪水本流域无实测流量资料，坝址设计洪水推算方法与径流一致，也是由邻近姿水干流流域内及周边有鹤峰、太平镇、雪落寨、沙坪、中营等雨量站，收集至1998年，分别有37～34年资料。统计年最大1h、6h、24h设计暴雨量表”法中的瞬时单位线法推算坝址设计洪水。成果见表2-1-4。表2-1-4鹤峰站、坝址暴雨洪水成果表各频率(P%)设计洪峰流量(m³/s)2鹤峰采用BJ二级水电站可行性研究阶段成果一级坝址本次成果鹤峰站实测流量资料为本坝址推算洪水的依据。鹤峰站有1960～1998年已刊布的39年实测洪水及调查到的历史洪水组成的不连序系列(历史洪水按大小顺序排位为1788年、1909年、1911年、1912年、1935年、1949年、1955年、1930年),其中1962年洪水提相应各时段洪量由峰、量关系线平均型插补。以独立取样法分别组成最大洪峰流量见表2-1-5。见图2-1-4～2-1-6。各频率(P%)设计值15W₂4h(亿m³)W₇zh(亿m³)(3)洪水成果合理性分析，鹤峰站历史洪水采用“湖南省洪水调查资料”刊布成果和实测流量刊布资料，精度可靠且具有39年系列已满足规范要求。从本站设计峰、量成果比较，关系线变化趋势合理，设计成果经与姿水下游红花岭、江垭坝址、长潭河站设计洪水成果对较合理，模数由上游向下游递减，设计值变化规律符合流域暴雨特性，计洪水成果较为合理。见表2-1-6表2-1-6姿水上下游各站设计洪水参数比较表河名集水面积M(m³/s)姿水鹤峰红花岭江垭坝址长潭河综上所述，从鹤峰站不同方法计算的设计洪水成果比较，频率为相差32.6%及36.9%,显然暴雨洪水法成果经实测流量系列验证精度较差，不予采用。坝址设计洪水采用鹤峰站设计洪水峰量值，洪峰以流域面积比的2/3次方推算，各时段洪量以流域面积比的一次方及流域平均降雨量比为参数推算得设计洪水。成果见表2-1-7。各频率(P%)设计值125Q(m³/s)W₂₄h(亿m³)W₇zh(亿m³)Q(m³/s)W₂4h(亿m³)W₇zh(亿m³)W₂4h(亿m³)W₇zn(亿m³)设计洪水过程线：由鹤峰站1960~1998年实测洪水过程中选用1962年7月7日、1969年7月11日、1998年8月3日三次不同峰型、峰高、量大较为恶劣的洪水过程为典型，按峰、量同频率控制放大。经水库调洪演算后采用1962年7月洪水过程，设计洪水过程线见表2-1-8和图2-1-1。表2.1-8BJ一级坝址设计洪水过程线表各频率(%)流量(m³/s)过程10页日时1207819234567898012345678一级坝址泥沙目前拟采用下游二级坝址可研设计成果。借用清江恩施站年均悬移质含沙量0.539Kg/m³,推移质为悬沙的20%估算。一级坝址多年平均悬移质输沙量21.4万t,多年平均推移质输沙量4.28万t,年总输沙量25.7万t。泥沙容重为1.3t/m3,折算水库年淤积总量为19.8万m³。2.2.1地形地貌东流入柳月坪坝址后逐渐折转为自北向南，在柳月坪坝址河水位547.00～541.50m,水深一般小于1m,局部2～3m,前200m河段为岩出露良好。柳月坪坝址近河山岭高程均在800.00m以上，山体连续完整；两岸自然边坡坡度一般为40°~60°,但受结构面控制的悬崖陡壁随处可见；左岸发育6条规模大小不一的冲沟，上游峡谷入口处还有一条常年流水的溪沟(唐家湾);右岸因陡崖发育，边坡成台阶状。柳月坪坝址地层主要由龙马溪组的S11n2、S11n3岩组和罗惹坪组的S1lr1岩12页该工程位于北东向的八字山背斜南东翼，为单斜构造地区，岩层产状35°~50°/SE∠35°~50°。对柳月坪坝址，岩层走向斜交河流，倾向下游偏左岸，为斜向谷；区内断裂构造较简单。已查明的断层主要有2条：F1和F2,F1位于落山坝坝址上游左岸，产状274°~280°/NE∠79°~84°,破碎带宽0.40m;F2位于柳月坪坝址左岸，产状70°~85°/NW∠60°~65°、280°~290°/NE∠80°,破碎带宽0.05～0.15m。坝址区节理裂隙以区域性构造节理为主，较发育的有以下几组：①产状30°~40°/NW∠45°~60°,为反倾向结构面；②产状300°~320°/SW∠40°~60°;③产状340°~360°/NE、SW∠70°~85°;④产状70°~275°/NW～SW∠65°~80°。各组节可采用坝址上游约1km芭蕉坡附近的奥陶系红花园组(01h)的结晶灰岩或芭蕉湾下游二堆石料：产地初步拟定在坝址下游左岸落山坝村后山，料源层为志留系中统纱帽组各类天然建筑材料还需进行进一步的勘测、试验工作以查明储量和质量。2.3.1航运13页鹤峰县是湖北省西南部的高山县之一，辖区内河流比降大，自然状况下渔业养极差，1999年全县水产品产量仅58t,渔业产值32万元。BJ一级水库建成后，可形成1860~3830亩的人工养殖水域，利用BJ流域气候温和湿润、雨量丰沛、光照充足、天然饵BJ一级水库坝址距鹤峰县城约10km,水库建成后与先期建设的BJ二级水库梯级3枢纽布置根据BJ一级水电站的主要任务，水电站的效益主要是发挥梯级电站效益和防洪，故3.1.2确定建筑物等级根据已知条件：正常蓄水位647.5m,对应库容0.96亿m³,装机2台，总装机容量30MW,按表3-1知水库属三等中型工程，主要建筑物拦河坝、溢流堰、拉沙底孔为3级建筑物，引水道、消能防冲、导墙、挡墙为4级，厂房按装机属3级，导流围堰、明渠等临时建筑物为4级。14页表3-1-1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3)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)特别重要城市、工矿区二重要城市、工矿区500~100三中等城市、工矿区四一般城镇、工矿区五0.01～0.001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。①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，对垂直水流方向的陡倾角断层应尽量避开，对具有规模较大的垂直②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，在地形上存在可选用重力坝或支墩坝；河谷宽阔、河床覆盖层深厚或是当地材料储量丰富，适宜修建土石坝。在高山峡谷区挖。坝址选在峡谷地段，坝轴线短，坝体工程量坝址选择与地形、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，以3.2.1坝址的比较与选择山体略显单薄，且河谷较上坝址稍宽；上坝址出露地层岩性坚硬，岩体风化造简单；下坝址出露地层岩性较软弱，且具崩解性，加之左岸有断层切割库盆，因此基础施工和运行干扰较小，但面板堆石坝比上坝址高3m,引水发电系统也较上坝址长72m。上坝址因受地形地质条件的制约，溢洪道和引水发电系统均坝与溢洪道之间，建筑物布置稍紧，施工干扰较大。且溢洪道泄洪时可能对3)与BJ二级电站的衔接：正在建设的BJ二级电站正常蓄水位543.5m,下坝址河床高程537.00m,与二级电站正常蓄水位重叠6.5m,上坝址河床高程542.00m,与二级电站正常蓄水位重叠1.5m。显然，上坝址与二级电站的水位衔接更为5)施工条件：下坝址距下游辅助施工工厂和落山坝堆石料场较近，施工交通比上6)工程量及投资：上、下坝址枢纽布置方案的工程量及投资列于表5.2-1,上坝址方案比下坝址方案可节约投资1941万元。3.2.2坝型比较与选择由基本资料知坝址千年校核洪水洪峰流量4350m³/s,百年设计流量2500m³/s,洪水坝区水文气象和工程地质条件具备了修建50~60m,坝高及成库条件，特别是坝址处河化较严重，深达3~4m,且夹有页岩。水层岩岩层为向斜层之一翼微倾向上游。坝址处水(1)从地质来看，重力坝是用混凝土或石料等材料修筑、主要依靠坝身自重保持稳定的坝，对地形、地质适应性强。任何形状的河谷都可以修建重力坝。在土基上也可修建(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较差，且土石、沙砾等当地材料储量丰富，适宜修建土石坝。由于坝址处河床狭窄但地质条件较差，且左右岸岩性不均一，不适于建拱坝，若是修建拱坝，开挖量较大，不符合经济效(3)筑坝材料。土石坝可用任何土石料筑坝，坝址附近有足够的符合要求的天然建重力坝和拱坝因建坝材料的不同可分为多种类型，但都不及土石坝，经综合考虑，选定重力坝。再考虑以下几种重力坝坝型：常态混凝土重力坝、碾压混(1)空腹重力坝和宽缝重力坝节省投资有限，且这两种坝型结构复杂，钢筋和模板(2)除去基础部位和坝体外部的常态混凝土以外，碾压混凝土的方量较少，如采用(3)常态混凝土重力坝相对以上坝型，坝身泄洪安全可靠，坝体结构简单，施工期综上，根据BJ一级水电站坝址的地形、地质及洪水特点，选则常态混凝土重力坝比(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(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(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18页水隧洞长度，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3.3.2枢纽的总体布置进一步确定坝轴线，同时还要考虑拟采用的坝型和枢纽中建筑物的流坝或其他建筑物相连处，常用边墙、导墙隔开。连接处尽量使迎水面在同一平面上，以免部分建筑物受侧向水压力作用改变坝体的应力。在宽阔河道上以及岸坡覆盖层、引水道与厂房布置19页综上比较，方案二明显优于方案一。即采用混凝土重力坝、左岸4洪水调节4.1基本资料4.1.1洪水过程线的确定用。该工程为三等中型工程，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为4级，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BJ一级水电站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，由资料及表4.1-1得出防洪标准：设计重现期在100～50,频率在0.2～1%,校核重现期在1000～500,频率在0.001～0.02%。由水工建筑物的设计标准及表4-1-2给定的洪水过程线综合考虑，选定设计洪水的频率为1%,校核洪水的频率为0.05%。表4-1-1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)]水工建筑物级别12345设计500～10050～3030～20校核土石坝可能最大洪水(PMF)或10000～50005000～20002000～1000300～200混凝土坝、浆砌石坝5000～20002000～1000500～200200～100表4.1-2BJ—级坝址设计洪水过程线表20页各频率(%)流量(m³/s)过程日时120781923456789801234567821页水位一水位一》黄海基程图4-1-1洪水过程线4.1.2相关曲线图图4-1-2水库水位面积、容积曲线图图4-1-3坝址水位流量关系曲线22页表4-1-3洪水流量频率表频率(P%)521流量(m³/s)由表4-1-3:设计流量(p=1%)Q=2500m³/s,校核流量(p=0.05%)Q=4350m³/s。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，故量标准(p=1%)Q=2660m³/s,下泄校核洪峰流量标准(p=0.05%)Q=4640m³/s。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4.2.1水库防洪要求本水库的设计标准为100年，校核标准为2000年，BJ一级洪水调节除保证本工程设4.2.2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既来多少泄多少，保持库水位不变；当Q,>2500m³/s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，保为了提高下游防洪标准，用闸门控制下泄量在下23页4.3调洪演算4.3.1堰顶高程设此堰的堰顶高程为635m。4.3.2设计水头H最高限制水位为649.8m,正蓄水位H=647.5m,设堰顶高程为635m,则堰上最大水头Hm根据公式Hx=最高限制水位一堰顶高程进行计算，即Hmx=649.8m-635m=14.8m设计水头H取最大水头的(0.75～0.95),即H₄=(0.75～0.95)Hmx所以有H=(0.75～0.95)×14.8,取H₄=13m4.3.3流量系数m的确定河底高程为542m,所以上游的堰高为P₁=635-642=93m因为设计水头H=13m,所以此堰为高堰。根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319—2005)可知各个水深的流量系数如表4-3-1.24页表4-3-1重力坝流量系数表H/H₄P₁/H₄0.4300.4310.4330.4360.4420.4450.4480.4510.4550.4600.4640.4580.4630.4680.4720.4760.4670.4740.4770.4820.4860.4730.4800.4850.4910.4940.4790.4860.4960.5010.4820.4910.4960.5020.5070.4850.4950.4990.5060.5100.4960.4980.5000.5080.51375%～95%计算。调洪演算采用坝址洪水，根据水量平衡原理用列表法计算，计算时先按不同孔口方案一：1个表孔1个表孔堰顶高程为635m,堰顶采用“WES”曲线实用堰，堰顶设弧形工作闸门，闸门尺寸12m×13m(宽×高),堰单宽12m。2个表孔堰顶高程为635m,堰顶采用“WES”曲线实用堰，堰顶设弧形工作闸门，闸门尺寸12m×13m(宽×高),堰单宽12m。式中表，参见表4.3-1;C—上游面坡度影响修正系数，当上游面为铅直面时，C取1.0;σ—淹没系数，视泄流的淹没程度而定，不淹没时σ=1.0。计算下泄流量，其中其中ε=0.94,g=9.81,Hw=Z-635根据以上数据和不同的堰宽可得不同水深时的下泻流量Q,列于表4-3-2中：表4-3-2水位流量库容关系表26页库水位堰顶水头库容V(亿m溢洪道泄量溢洪道泄量00000123485678914.3.6半图解法调洪演算27页V,V₂——分别为计算时段初、末水库的蓄水量(m³);泄洪建筑物采用100年一遇洪水设计，洪峰流量为2500m³/s;2000年一遇洪水校核，洪峰流量为4350m³/s。综合考虑该库调洪要求，把防洪限制水位▽635m作为起调调洪过程详细见计算书。表4-4-1调洪计算成果表频率方案设计洪水(1%)校核洪水(0.1%)方案一12最大泄量(m³/s)水库最高水位(m)方案二24最大泄量(m³/s水库最高水位(m)经综合比较后，遇设计洪水(百年一遇)时，选择方案一，堰宽12m,调洪后水库最大泄量为1155.727m/s,水库最高水位为647.784m,取647.8m;遇校核洪水(千年一遇)时，选择方案二，调洪后水库最大泄量为2898.584m²/s,水库最高水位为649.762m,取649.8m。此时，枢纽的设计、校核和正常工况情况下上游水位、最大下泄流量和下游水位(根表4-4-2经调洪演算得到的水利水能资料28页上游水位最大下泄流量正常设计校核5非溢流坝剖面设计重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强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5.2.1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+△h式中：A=h+h+h(h=0.166w,D1.5~2.0倍，校核洪水位时宜采用相应洪水期多年平均最大风速。表5-2-1计算情况库水位(m吹程(km)最大风速计算风速正常情况647.51设计情况647.81校核情况649.81非溢流坝坝顶安全超高h.值表如下：水工建筑物安全级别IⅡⅢ水工建筑物级别设计情况校核情况计算情况坝顶高程▽(m)正常情况设计情况校核情况定安全系数有较大的余幅，坝踵也未出现拉应力，取坝顶高程650m,将超高置于坝顶以30页5.2.2坝顶宽度的拟订的8%～10%,且不小于2m5.2.3坝坡的拟订考虑坝体利用部分水重增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡系数n=0.1～0.2,取0.2。下游边坡系数m=0.6～0.8,取0.8。定，初拟上游起坡点为坝高的中点处，下游起坡点的位置应根宽度，结合坝的基本剖面得到，初拟取顶点为坝顶处(最常用的是基本剖面的顶点位于校n=0.2,m=0.8,底宽B=105.3m初选剖面尺寸如图所示：图5.2-1剖面受力图5.3.2滑动面的选择一般有以下几种情况：①坝基面②坝基内软弱层面③基岩缓倾角结构面④不利的地形1)抗剪断强度计算将坝体与基岩间看成是一个接触面，而不是胶结面。按抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数k值应不小于表5-3-2规范规定；K=f(2W-U)/2P表5-3-1坝基面抗滑稳定安全系数Ks荷载组合坝的级别123基本组合特殊组合2)抗剪断强度计算按抗剪断强度的计算公式进行计算，将坝体与基岩间看成是一个胶结面。按抗剪断强32页3抗滑稳定安全系数设计校核3.19(>3.0)3.08(>2.5)表5-3-3表明，重力坝在设计和校核洪水位情况下均满足承载能力极限状态下的抗滑33页5.4.1分析的目的与过程究、解决设计和施工中的某些问题，如为坝体混凝土标号分区和某些应力分析的过程是：首先进行荷载计算和荷载组合，然后选择适宜的方法进行应力计践的验证，有一套成熟的应力控制标准。重力法的主要假定是：坝体②有限单元法：弹性理论中的一种数值解法。将结构划分为若干结点联系的有限个单元，利用边界条件和连续条件，根据弹性理论列出单元的应力、结点平衡方程组。依靠电子计算机计算出坝体和坝基内各点的应力和变形。对于实体重力2、视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各5.4.5应力计算在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，所以，在重力坝设计规范中规定，首先应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。计算公式如下：1)计入扬压力水平截面上的正应力σ,,因为假定正应力σ,按直线分布，所以按偏心受压公式ZW——作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的合力，kN;ZM——作用于计算截面以上全部荷载对截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kNm;B——计算截面的长度，2、剪应力tP——上游面水压力强度(有泥沙压力p。时，应计入在内),n——下游坝坡坡率t₄=(Gμ+P-P₄)mPd——上游面水压力强度(有泥沙压力p。时，应计入在内),m——上游坝坡坡率3、水平正应力σσ=(P-Pm)-(P-P-G)n²σ=(P₄-P)+(G+P-P₄)m²σ=(1+n²)σ-(P₁-P)n²σ,=P-Pmσ₁=(1+m²)σ-(P₄-P₄)m²G₂=P₄-P2)不计入扬压力水平截面上的正应力σ,,因为假定正应力σ,按直线分布，所以按偏心受压公式;来计算上下游边缘应力，其中：:ZM——作用于计算截面以上全部荷载对截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kNm;B——计算截面的长度，t=(P-G)nr₄=(ou-P₄)mPd——上游面水压力强度(有泥沙压力ps时，应计入在内),m——上游坝坡坡率G=P-TNσ=Pa+Tm4、主应力σ=(1+n²)σm-p,n²G₂u=Pσ=(1+m²)σu-P₂m²G₂₄=P₄重力坝非溢流坝段的荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力，常取1m坝长进行计算。应力计算结果如下：(以下应力单位均为KPa)1)计扬压力由上面的公式计算出各个应力，分析可看出由以上可以看出坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。2)不计扬压力36页力五种应力，详情见计算说明书。由成果分析，以上可以看出坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。通过溢流坝顶下泄的水流，具有很大的能量，必须采取有效地挑流消能适用于坚硬岩石上的高、中坝，低坝需经论证才能选用。当坝基有延底流消能适用于中、低坝或基岩较软弱的河道；高坝采用底流消能需经论联合消能适用于高、中坝，泄洪量大，河床相对狭窄，下游地37页个表孔，孔口净宽12m,设计洪水位为647.8m,相应下泄量q为1155.727m²/s,洪水频率相应下泄量q为2898.584m²/s。2个表孔布置于河床中间坝段，孔口单净宽12m,墩厚0.267×12=3.204m,取3.2m,具体数据祥见后文和图纸。闸墩剖面图38页②水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；③体形简单、造价低、便于施工等。6.3.1顶部曲线根据《混凝土重力坝设计规范》和《水力学》上册，将堰面曲线设计为“WES”剖面曲线，上游面采用三圆弧连接，下游面采用幂曲线。水位闸门全开时出现的负压不得超过3～6m(水柱),经试算，取定型设计水头H=13m,此时在校核洪水位闸门全开时产生负压为3.162m(水柱),在允许范围内，满足规范要求。上游面采用三圆弧连接，其半径分别为：R₁=0.5H₄=0.5×13=6.5X₁=-0.175H=-0.175×13=-2.275R₂=0.2H₄=0.2×13=2.6X₂=-0.276H=-0.276×13=-3.588R₃=0.04H=0.04×13=0.52X₃=-0.282H=-0.282×13=-3.666X(m)Y(m)X(m)Y(m)X(m)Y(m)21.79323.4338.47025.1274.009.54426.87628.67839页顶部的曲线段确定后，中部的直线段分别与顶部曲线、底部的反弧段相切，对于WES型标准堰面，其大致范围是x=(-0.282～0.85)H=-3.666～11.5,取x=8m。直线与幂曲线相切时，切点C的坐标为(xc,yc):对堰面曲线求一阶导数由上可得直线段与幂曲线的切点C的坐标为(8,2.647)。40页堰顶剖面曲线的下游与一倾斜直线段相切，直线段的坡度与非溢流坝下游面相同，即0.6122,直线段的下部与反弧段相切。对于挑流衔接，以便将水流平顺地导入下游，防止v=φ√2gHP—堰面流速系数，取0.95;B=2×12=24m故算出V₁=41.2682m/sh=2.926572(m)Vch=v·V=1.lvR=(4～10)hR=10.6421～26.6052(m)挑流消能设计的主要内容包括：选择鼻坎型式，确定鼻坎高程、反弧半径、挑角，计算挑距和下游冲刷坑深度。鼻坎坎顶应高出下游水位，一般以1～2m为宜，取1.5m。鼻坎挑射角度一般采用θ=20°~25°,取25°。水舌挑射距离按水舌外缘计算，其估计公式为L:水舌挑距,(h为垂直鼻坎水面高度)9:堰面流量系数，取0.95;水垫层厚度公式42页k:冲刷系数，(这里根据地质情况取1.5)tx=t₄-h₂7细部构造设计防浪墙宜采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，墙身有足置栏杆。溢流坝顶应结合闸门、启闭设备布置、操作检修、交通和观测等要求设置坝顶工作桥、交通桥。坝顶上的桥梁可采用装配式钢筋混凝土结构或预应力钢筋混凝土结构，桥倾斜，坡度为2%,两边设有排水管，汇集路面的雨水，并排入水库中。坝顶公路两侧设有防浪墙1.2m交通道7.5栏杆1.07.2廊道系统坝内廊道设置，应兼顾基础灌浆、排水、安全监测、检查维修、运行操作、坝内交通、施工期的需要等多种用途。7.2.1基础灌浆廊道高、中坝内必须设置基础灌浆廊道。基础灌浆廊道的纵向坡度应缓于45°,坡度较陡的长廊道，应分段设置安全平台及扶手。当两岸坡度陡于45°时，基础灌浆廊道可分层布置并用竖井连接。基础灌浆廊道底板混凝土厚度不宜小于3m。基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据钻灌机具尺寸及工作要求确定，宽度可取2.5m～3.0m,高度可为3.0m～3.5m。较长的基础灌浆廊道，可设置若干灌浆机房。基础灌浆廊道的断面采用上圆下方的城门洞形，尺寸为2.5m×3.5m(宽×高)见下图，以满足钻孔、灌浆工作空间的需要。在廊道顶部和底部应埋设一些吊钩和轨道，以便用来搬动机件。底部廊道尽量靠近基础，非溢流坝段底部廊道高程为538m,溢流坝段底部廊道高程为538m。灌浆廊道的高程低于尾水位。在廊道近下游侧设有集水井。用水泵抽水向下游排出。44页坝体内设置多层廊道时，各层高宜为20m～40m,并应在上、下层廊道间设置坝体上游面防渗层下游应设置铅直或近乎铅直的排水管系。排水管下部应通至纵向排水廊道，上部应通至上层廊道或坝顶(或溢流面以下),以便于检修。排水管可采用拔管、排水沟断面常用20cm×20cm,底坡3%。排水管施工时必须防止被混凝土和杂物等堵塞。为了适应混凝土浇注能力和减小施工期温度能力，常用平行于坝轴线方向的纵缝个坝段分成几块浇注。本工程设垂直纵缝，取间距15m1.5～4.0m,在基岩表面用0.8m的薄层浇注以利散热，减少温升，防止开裂，上下浇注块之间间隔5d。45页重力坝横缝的上游面(含防浪墙)、溢流面、下游面最高尾水位以下及坝内廊道和孔高坝上游面附近的横缝止水应采用两道止水片，其间宜设一道排水井或经论证的其它措施。第一道止水片至上游坝面间横缝内可贴沥沥青井：内径为20cm的圆形，井底埋入岩基内。井内设置加热设备，以便当沥青收下游面在坝体各种接缝面内虽已设置了止水系统，但渗水仍难完全避免。为了减小渗水的有害影响，还要设置相应的排水系统，将坝体和坝基的渗水由入集水井，自流或用抽水机排到下游。坝体排水管间距取3m,管内径取20cm,坡度及与基础排水系统包括排水孔幕和基面排水。排水孔幕距灌浆帷幕下游面约0.5～1.0倍孔距取3m,孔径取20cm,孔深10m。混凝土重力坝的建基面应根据岩体物理性质，大坝稳定性，坝基应力，地基变形和稳定性，上部结构对地基的要求，地基加固处理效果及施工工艺、工期和费用等经济技术条带作建基面，最大开挖深度9m,最低建基面高程533m;两岸坝段以弱风化至微风化带时，在设计开挖线或边线以上易留有保护层0.2～0.3m,待混凝土浇筑时才随挖随浇。7.5.2固结灌浆结灌浆，孔深5—8m,孔距4m,排距4m,呈梅花形布置，局部断层交汇带、坝踵、坝址附近适当加密、加深固结孔。帷幕孔上游固结加深至10m。具体布置见下图。47页坝基面5固结灌浆孔布置图7.5.3帷幕灌浆为了减小渗透压力对坝体稳定的影响，减小扬压力，在坝基的迎水面，即在坝体灌浆廊道下的基础内形成一道连续而垂直的幕墙。在灌浆廊道设置一排帷幕灌浆孔，孔距3m,7.5.4坝基断层及破碎带处理对于规模较小或较浅的断层和破碎带，采用局部掏空，再用混凝土回填的方法处理；对于规模较大或较深的断层和破碎带，将采用刻槽回填混凝土塞的办法处理。7.6混凝土重力坝的分区简单示意图如下所示，祥图见图纸。Ⅱ上下游水位变化区的坝体表层混凝土。Ⅲ上下游最低水位以下的坝体表层混凝土。49页第二部分计算说明书1洪水调节1.1.1堰顶高程设此堰的堰顶高程为635m。1.1.2设计水头H最高限制水位为649.8m,正蓄水位H=647.5m,设堰顶高程为635m,则堰上最大水头Hmx根据公式H=最高限制水位一堰顶高程进行计算，即Hmx=649.8m-635m=14.8m设计水头H,取最大水头的(0.75～0.95)倍，即H=(0.75～0.95)Hmx所以有H=(0.75～0.95)×14.8,取H=13m1.1.3流量系数m的确定河底高程为542m,所以上游的堰高为P₁=635-542=93m因为设计水头H₄=13m,根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319—2005)可知各个水深的流量系数如表1-1-1。H/H₄P₁/H₄注：P1为上游堰高，102.5m;Hd为定型设计水头，13m,按堰顶最大作用水头Hmax的75%～95%计算。1.1.4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Q=4350m³/s。调洪演算采用坝址洪水，根据水量平衡原理用列表法计算，计算时先按不同孔口尺寸拟定两组方案：方案一：1个表孔1个表孔堰顶高程为635m,堰顶采用“WES”曲线实用堰，堰顶设弧形工作闸门，堰单宽12m,闸门尺寸12m×13m(宽×高),用坝顶排架上的固定式启闭机启闭。方案二：2个表孔2个表孔堰顶高程为635m,堰单宽12m,工作弧形闸门尺寸为12m×13m(宽×高)。1.1.5计算下泄流量堰顶溢流公式：式中n流量系数，其取值见《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005附表A.3-1流量系数表。ε—侧收缩系数，根据闸墩厚度及墩头形状而定，可取ε=0.94;σs—淹没系数，视泄流的淹没程度而定，不淹没时σs=1.0。计算下泄流量，其中其中ε=0.94,g=9.81,Hμ=Z-635根据以上数据和不同的堰宽可得不同水深时的下泻流量Q,列于表中：表1-1-1水位流量库容关系表库水位Z(m)堰顶水头H(m)H³/2库容V(亿m³)Hy/Hm溢洪道泄量溢洪道泄量000.61500.4360010.63640.0769230.43643.568748621.784374322.8284270.65780.1538460.436123.231030361.6155151635.1961520.67920.2307690.436226.3898586113.1949293480.70060.3076920.436348.5499888174.274994450.7220.3846150.436487.1134178243.556708960.7450.461538616.8289703308.414485170.7680.5384620.456843.9184847421.9592423822.627420.7910.6153850.4658461053.333973526.666986390.8140.6923080.4750771281.788279640.894139631.622780.8370.7692310.4829231526.042244763.021121936.482870.86280.8461540.4896921785.257666892.628832841.569220.88860.9230770.4956152058.7577446.872170.914410.5012346.6123461173.30617352.38320.94020.5056152646.67692158.094750.9660.5086152952.6704521476.3352260.99340.5109233267.5639031633.78195270.09280.5133593.1830641796.59153276.367530.5133914.8463331957.42316682.819080.5134245.5734952122.78674889.442720.5134585.122632292.56131552页半图解法1.1.6设计洪水的计算1、计算并绘制单辅助线方案一：计算中V取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取△t=1h。计算过程见下表：水库设计洪单辅助曲线计算表(P=1%)堰宽12m水库水位Z(m)总库容V总堰顶以上库容V(万m³)V/△tqV/△t+q/200.0009.3709.370594.44440.52420.262614.70780.35640.17865.9672377.77896.5072474.2852972.222262.2973103.3713611.111327.1543774.6884250.000440.699220.3504470.3504888.889545.407272.7035161.5925527.778659.634329.8175857.5956166.667781.761390.8816557.5476883.333911.369455.6847339.0187600.000524.0598124.0598316.667596.0238912.6909033.333671.0399704.3739750.000747.538826.2614058907.6664332988.08246062141.52748802311.301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。表1-1-3:水库设计洪水=/应)单辅助曲线计算表(P=1%)堰宽24m水库水位总库容V总堰顶以上库容V(万m³)qV/△t+q/2054页利用表1-1-3中第(5)、(7)两栏相应的数据绘制成单辅助线如下图所示。图1-1-2单辅助曲线图2、调洪计算求q~t过程和Z~t过程方案一：55页表1-1-4某水库半图解法调洪计算表(P=1%)堰宽12m入库流量Q(m³/s)平均入库流量qZ0635.0001911.130636.48222201.387638.56333770.043640.99345663.647627.804643.72157300.843905.038645.95168235.806647.14278647.293647.66388713.682647.74898594.456647.5968348.488647.2858029.410646.8797682.279971.163646.4377310.116906.575645.9636943.040845.696645.4936603.345645.059472.56286.488644.613455.56007.521685.793644.214454.55776.228646.280643.883453.55583.448643.340453.55452.733643.418454.55314.045643.219455.55199.117643.054469.55117.052642.936499.55077.892642.879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56页绘制调洪曲线利用表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Q~t,q~t关系曲线，如图所示。图1-1-3设计洪水调洪曲线图图1-1-4设计洪水z~t曲线图所求。Q=1155.727m²/s,Z=647.748m57页计算结果见表1-1-5:表1-1-5:某水库半图解法调洪计算表(P=1%)堰宽24m时间t(h)入库流量Q(m³/s)平均入库流量0635.0001911.13098.170636.45022162.960293.035638.39233604.925640.54045249.071642.76456491.522644.41266930.380644.98976868.383644.90786556.284644.49796170.856643.9905760.508643.4465356.637642.9084988.295949.108642.4134638.187849.638641.9434328.049641.5304078.013680.574641.198472.53869.939624.702640.916455.53700.737640.676454.53561.723640.478453.53447.332640.316453.53354.025640.183454.53278.917640.076455.53218.653639.990469.53183.656497.191639.937499.53185.965497.673639.941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，只需操作闸门将绘制调洪曲线利用表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Q~t,q~t关系曲线，如图所示。图1-1-5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(h)图1-1-6设计洪水z^t曲线图查图可知，最大下泄流量q。发生在t=6h时刻，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交即为所59页1、计算并绘制单辅助线方案一：计算中V取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取△t=1h。计算过程见表1-1-4。方案二：计算中V取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取△t=1h。计算过程见表1-1-5。2、调洪计算求q~t过程和Z~t过程调洪的起始条件与试算法相同，计算过程见表1-1-8:某水库半图解法调洪计算表(P=0.05%)堰宽12m时间t(h)入库流量Q(m³/s)平均入库流量0635.500192.960637.24423357.670286.865640.37935830.805655.237643.96248895.568647.9785651.54562053.370653.46772152.924654.06782126.607653.91092033.203653.345652.593651.779650.960650.187649.4159446.261648.6748907.597647.9948439.480647.4008051.796646.9087735.265980.393646.5057475.872935.208646.1747263.164898.788645.9037088.376869.800645.6796974.076850.843645.5336935.733844.484645.484在表中，t=36h后库水位将防洪限制水位350m,所以不需再进行调洪，只需操作闸门60页绘制调洪曲线利用表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Q~t,q~t关系曲线，如图所示。图1-1-9校核洪水调洪曲线图然后利用第(1)、(6)栏相应的数据绘制成Z~t关系曲线，如图所示。图1-1-10校核洪水z~t曲线图查图可知，最大下泄流量qm发生在t=7h时刻，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交即为所求。某水库半图解法调洪计算表(P=0.05%)堰宽24m时间t(h)入库流量Q(m³/s)平均入库流量V/△t+g/2qZ0635.5001637.18723289.376640.09135531.684643.14248147.226646.42452648.524648.94462898.584649.76272779.452649.37389930.6892514.691648.49899065.9982220.406647.4968245.592646.5397519.092645.6856886.644644.9316355.185644.2335901.801643.6335503.069643.1045161.791997.969642.6464886.822920.530642.2764684.292863.493642.0044539.799819.944641.8124440.855641.6804373.273641.5914327.588641.5304327.191641.5294383.914641.60562页图1-1-11校核洪水调洪曲线图然后利用第(1)、(6)栏相应的数据绘制成Z~t关系曲线，如图所示。图1-1-12校核洪水z~t曲线图查图可知，最大下泄流量q。发生在t=6h时刻，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交即为所求。Qm=2898.584m³/s,Zm=649.762m.63页表1-2-1调洪计算成果表频率方案设计洪水(1%)校核洪水(0.05%)方案一12最大泄量(m³/s)水库最高水位(m)方案二24最大泄量(m³/s)水库最高水位(m)经综合比较后，遇设计洪水(百年一遇)时，选择方案一，堰宽12m,调洪后水库最大此时，枢纽的设计、校核和正常工况情况下上游水位、最大下泄流量和下游水位(根表1-2-2经调洪演算得到的水利水能资料上游水位最大下泄流量下游水位正常设计校核64页图1-2-1水库水位与下泄流量关系曲线2非溢流坝段计算1、超高值△h的计算(1)基本公式坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高或校核洪水位的高差，可由式(2.1)计算，应选择两者中防浪墙较高者作为选定高程。式中△h—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m;h.安全超高m,按下表采用安全级别运用情况I(1级)Ⅱ(2级)Ⅲ(3级)设计洪水位校核洪水位在计算h和h,时，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。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年平均最大风速的1.5~2.0倍，校核计算情况库水位(m)吹程(km)最大风速计算风速正常情况1设计情况1校核情况1核分别为计算的防浪墙顶距正常蓄水位、设计洪水位和校核66页洪水位的高度。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△h计算风速采用50年一遇的风速，取为多年平均最大风速的1.5～2.0倍，D——吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离，即：各波浪要素计算如下：由于gD/v²=20~25(,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为h₁%=1.24h=0.871则Ah=h+h+h₂=0.871+0.5+0.198=1.569(官厅公式)(官厅公式)(3)设计洪水位时△h计算风速采用50年一遇的风速，取为多年平均最大风速的1.5～2.0倍，D——吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离，即：各波浪要素计算如下：h₁o=1.24h=0.871(官厅公式)(官厅公式)(4)校核洪水位时△h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：h=1.24h₁=0.557波长L=10.4(h,)°8=10.4×0.4508=5.486(官厅公式)(官厅公式)2、防浪墙高程计算根据以上三种水位时△h计算结果，得出三种状况下防浪墙高程。(1)正常蓄水位时的防浪墙高程：▽防浪墙=正常蓄水位+△h=647.5+1.569=649.069m(2)设计洪水位时的防浪墙高程：▽防浪墙=设计洪水位+△h=647.8+1.569=649.369m(3)校核洪水位时的坝顶高程：▽防浪墙=校核洪水位+△h=649.8+1.073=650.873m体的防浪墙(1.2m),▽坝顶=▽防浪墙-1.2=650.873-1.2=649.673<649.8。取坝高650m。3、坝基面高程的确定由《混凝土重力坝设计规范》可知，坝高超过100m时，可建在新鲜、微风化至弱风于350m,原面板堆石坝高119.4m,建基面高程533m,河床基岩透水性微弱，埋深9m以下为相对不透水层，故可确定坝基面高程为533m。水库正常蓄水位647.5m,总库容0.96亿m3,调节性能为年调节，工程等别为3级Ⅱ等。的8%~10%。,且不小于2m.所以取坝顶宽度为10m。底宽约为坝高的0.7～0.9倍。坝高中点处向上游倾斜，上游坡率取n=0.2,下游坡率取m=0.8。可算出坝底宽为105.3m定防渗帷幕及排水孔廊道中心线在坝基面处距离坝踵14m。2.2重力坝非溢流坝段主要荷载荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种69页或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起自重70页W₁=0.5×11.7×58.5×24=8213.4KNW₂=10×117×24=28080KNW₃=0.5×(117-12.5)×83.6×24=104834.4KNW=W₁+W₂+W₃=141127.8KN①静水压力P与作用水头H有关，所以在设计洪水位、校核洪水位时静水压力P各②静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平压力P,和垂直压H——计算点的作用水头，m;(1)基本组合：P=0.5×9.81×114.8²=64643.19KN(→)PH₂=0.5×9.81×14.60²=1045.55KN(←)Pv=(114.8-58.5)×11.7×9.81=6461.95KN(↓)Pv=0.5×11.7×58.5×9.81=3357.23KN(↓)Pv₃=0.5×0.7×14.60²×9.81=836.44KN(↓)(2)特殊组合：P=0.5×9.81×116.8²=66915.19KN(→)PHp=0.5×9.81×19.12²=1792.61KN(←)Pv=(116.8-58.5)×11.7×9.81=6691.50KN(↓)Pv=0.5×11.7×58.5×9.81=3357.23KN(↓)Pv₃=0.5×0.7×19.122×9.81=1434.09KN(↓)规范[5]:当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游(坝踵)处的扬压力作用水头为H,排水孔中心线处为H,+a(H₁-H,),下游(坝趾)处为H,,其间各段依次以直72页A坝踵处的扬压力强度为rH₁,坝址处的扬压力强度为rH₂,帷幕灌浆和排水孔处坝型及部位(A)设置防渗帷幕及排水孔(B)设置防渗帷幕及主、副排水孔并抽排部位坝型渗透压力强度系数a主排水孔前的扬压力强度系残余扬压力强度系数河床坝段实体重力坝宽缝重力坝大头支墩坝空腹重力坝岸坡实体重力坝-宽缝重力坝则：取α=0.25(1)设计洪水情况：H₁=647.8-533=114.8H₂=14.6U₁=¹BH₂=9.81×105.3×14.6=15081.70KNU₂=16.5×0.25×9.81×(114.8-14.6)=3440.37KNU₃=0.25×9.81×(114.8-14.6)×88.8×0.5=10910.88KNU₄=(1-0.25)×9.81×(114.8-14.6)×16.5×0.5=6082.08KNZU=U₁+U₂+U₃+U₄=36129.37KN(2)校核洪水位情况：H₁=649.8-533=116.8H₂=19.12U₂=16.5×0.25×9.81×(116.8-19.12)=3952.86U₃=0.25×9.81×(116.8-19.12)×88.8×0.5=10636.78U₄=(1-0.25)×9.81×(116.8-19.12)×16.5×0.5=5929.292.2.3淤沙压力及其推力(1)水平泥沙压力P(KN)为：P=0.5rh²tan²(45°-φ/2)式中：h₄-坝前淤沙厚度，m;φ,-淤沙的内摩擦角，(0)。74页φ=20°,r=p'g=1.3×9.81=12.753KN/m³[9(2)竖直方向：Psv=56.522×0.5×12.753×0.2=4074.51KN波浪压力P计算公式：P-单位长度迎水面上的浪压力，KN/m;h-累积频率为1%的波高，m;(1)基本组合(设计情况):h1%=0.870597203m(2)特殊组合(校核情况):Hz=0.11566929m;Lm=5.485899m;h1%=0.557429332m;2.3抗滑稳定分析抗滑稳定分析主要就是核算坝体沿坝基面或地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。以一个坝段或取单宽作为计算单元，计算公式有抗剪强度公式和抗剪断公式。本次设计取单宽作为计算单元。全部荷载计算结果如下表：名称符号垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)对基础中心力矩(KN*m→逆时针+顺时针-自重自重W₃自重W₃上游水平水压力下游水平水压力上游垂直水压力上游垂直水压力Pv₂下游垂直水压力Pv₃浪压力P水平淤砂压力垂直淤砂压力小计浮托力渗透压力U₂渗透压力U₃渗透压力总计名称符号垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)对基础中心力矩(KN*m)→一逆时针+顺时针-自重自重W₃自重W₃上游水平水压力下游水平水压力PH₂上游垂直水压力上游垂直水压力Pv₂下游垂直水压力Pv₃浪压力水平淤砂压力垂直淤砂压力小计浮托力渗透压力U₂渗透压力U₃渗透压力总计2.3.1抗剪强度公式将坝体与基岩间看成是一个接触面，而不是胶结面。按抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数k’值应不小于表3-1规范规定：K=f(2W-U)/ZPZW-接触面以上的总铅直力；ZP-接触面以上的总水平力；78页荷载组合坝的级别123基本组合特殊组合(1)设计洪水情况(2)校核洪水情况ZW-ZU=113649.70KN2.4抗剪断强度计算按抗剪断强度的计算公式进行计算，将坝体与基岩间看成是一个胶结面。按抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数k'值应不小于表2-4-4规范规定；表2-4-4坝基面抗滑稳定安全系数K、Ks'32.4.1抗剪断强度计算f¹=1.1;c¹=1.1MPa;A=1×105.3=105.3m²。(1)设计洪水情况ZW-EU=116959.95KNZP=73606.64KN80页(2)校核洪水情况ZW-ZU=113649.70KN抗滑稳定安全系数设计校核K₈表2-4-5表明，重力坝在设计和校核洪水位情况下均满足承载能力极限状态下的抗滑2.5应力分析计算①垂直正应力o和σB——坝体计算截面沿上下游方向的长度，B=105.3。带入求得：设计时：σyu=462.42,σyd=1759.04均未出现负值(拉应力),符合应力要求。②剪应力t_,TaT₄=(o+P-P₄)m=om=1759.04×0.8=1407.230r₁=(oy+pu-P₄)m=om=1779.04×0.8=1437.669③水平正应力σ,Cσ=(p₄-p)+(G+P-P₁)m²=σm²=1759.04×0.8²=1125.784σ=(p₁-pm)-(p-Pm-G)n²=p-(p-G)n²=720.85-(720.85-361.50)×0.2²=706.474④第一主应力σ,G₁Gn=(1+n²)σm-(p,-pm)n²=(1+n²)σw-p,n²=1.04×462.42-720.85×0.04=452.087σμ=(1+m²)σy-(p₄-p)m²=(1+m²)o=(1+0.8²)×1759.04=2884.821校核时：σw=(1+n²)σw-(P-Pm)n²=(1+n²)G-p,n²=1.04×361.50-720.85×0.04=347.129⑤第二主应力82页σ₂=P-P=P=720.85σ₂a=Pa-P=0校核时：O2u=P-P=P=720.85σ2a=P₄-P=0成果分析：由以上可以看出坝体边缘应力状态良好。①垂直正应力σ和σ式中：ZW——作用在计算截面以上全部荷载的垂直分力总和。ZM——作用在计算截面以上全部荷载的对截面形心的力矩总和。B——坝体计算截面沿上下游方向的长度，B=105.3。带入求得：设计时：σyu=1096.80,σyd=1810.88均未出现负值(拉应力),符合应力要求。②剪应力r,r=(p-σm)n=(1847.036-1096.80)×0.2=150.047t₄=(o-pd)m=(1810.88-143.226)×0.8=1334.123t=(o-pd)·=(1895.54-187.567)×0.8=1366.37683页③水平正应力σ,Gxdσ=P-T,n=1847.036-150.047×0.2=1817.027σ=P₄+T₁m=143