【《某水电站的非溢流坝剖面设计计算案例》2600字】

-某水电站的非溢流坝剖面设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u11115某水电站的非溢流坝剖面设计计算案例 179031.1剖面设计计算 1155181.2构造设计 3120291.3稳定与强度复核 41.1剖面设计计算1.1.1确定坝顶高程非溢流坝的坝顶距离水库静水位应保留一个安全超高的高度，即Δℎ。本次设计分别计算设计洪水位和校核洪水位加上相应的安全超高的高度，并取其最大值。 坝顶高程=max设计洪水位+ Δℎ=ℎ式中ℎ1%ℎz为波浪中心线高于静水位的高度，m，用公式ℎℎc为安全超高，m，查《水工设计手册》得正常情况hc=0.5m，校核情况hc最终计算结果见表3-1。表3-1坝顶高程计算表单位：m水位h1%hzhc坝顶高程最终坝顶高程坝高设计洪水2110.870.30.5212.6722090校核洪水217.40.870.30.4218.971.1.2基本剖面的设计基本剖面为上游坝面铅直（λ=0）的三角形剖面，已设计坝高为90m，现来根据设计的坝高H求得满足坝基面稳定和应力条件的最小坝底宽度B。（1）满足应力控制条件的最小底宽： B=H式中H是坝高，H=90m；γc为坝体材料容重，取γγo为水容重，取γo＝10kN/mα1为扬压力折减系数，取α算得B=61.5m。（2）满足稳定条件的最小底宽： B=KH式中K为抗滑稳定安全系数，设计工况下K＝1.05，校核工况下K=1.00；f为滑动面上的抗剪摩擦系数，选取底裂面f＝0.65。算得设计工况的B=69.2m，校核工况的B=65.9m。（3）坝底宽度的确定综上，B取较大值，故取B=70m，则m=0.778。1.1.3实用剖面尺寸的确定（1）坝顶宽度取坝高的8%~10%，且不小于3m，故取坝顶宽度为10m。（2）剖面形态采用上游坝面上部铅直，下部倾斜的剖面形态。上游折坡的起坡点在坝高的1/3~2/3处，取于坝高的1/3处；上游折坡n取0.2。最终坝底宽度B=70+90/3×0.2=76m。图3-1非溢流坝剖面图1.2构造设计1.2.1廊道设置（1）基础帷幕灌浆廊道基础帷幕灌浆廊道沿纵向布设在坝踵附近，以便有效地降低渗透压力。廊道宽度一般为2.5~3m，高度约为3.0~4.0m，取廊道宽为3m，高为3.5m。廊道上游壁到上游坝面的距离应不小于0.05~0.1倍水头（按校核水头87.4m，距离不小于4.37~8.74m），且不小于4~5m，以免渗透坡降过大使混凝土受到破坏，也不致恶化廊道。取为7m。廊道底面至基岩面的距离宜不小于1.5倍底宽，以防廊道底板被灌浆压力掀动开裂。故廊道底面距基岩面得距离取为7m。（2）基础排水廊道基础排水廊道沿纵横两个方向布置，且直接设在坝底基岩面上。廊道宽度一般为1.5~2.5m，高度为2.2~2.5m，取宽为2.0m，高为2.5m。（3）纵向排水廊道纵向排水廊道一般靠近坝的上游侧每隔15~30m高差设一层，其上游壁离上游坝面的距离应不小于0.05~0.1倍水头作用，且不得小于3m。本设计取每20m高差设一层纵向排水廊道，其上游壁距上游坝面7m。取宽2.0m，高2.5m。1.2.2坝体排水为了减小渗水对坝体得有害影响，降低坝体中的渗透压力，在靠近上游坝面处设置排水管，将坝体渗水排入廊道，再由廊道汇集于集水井，用水泵排向下游。排水管至上游坝面的距离约为水头的1/15~1/25（按设计水头，5.83~3.5），且不小于2m。取为7m。排水管管内径取为20cm。1.3稳定与强度复核1.3.1荷载计算与荷载组合（1）主要荷载作用在非溢流坝上的主要荷载有坝体自重、上下游静水压力、扬压力和浪压力，本次设计只考虑这四种荷载。（2）荷载标准值计算取单宽坝体进行计算与复核。a.坝体自重 W=γ式中γc为坝体材料容重，取γV为单宽坝体的体积，m3b.静水压力水平压力 Px=垂直压力 Py=式中γo为水容重，取γH为水深，m；V为折坡上水的体积，m3c.坝基扬压力坝踵扬压力 U1=坝趾扬压力 U2=排水孔中心线扬压力 U3=式中H1H2α为扬压力折减系数，取α=0.25。d.坝体扬压力取扬压力折减系数α=0.2。e.浪压力由于坝前水深远大于半波长，即H>L Pw=（3）荷载组合本次设计考虑基本组合、偶然组合和运用期情况。表3-2非溢流坝荷载组合表自重静水压力扬压力浪压力基本组合正常蓄水位★★★★偶然组合校核洪水位★★★★运用期正常蓄水位★★★★注：表中每一种荷载组合情况均要对坝基面和折坡面分别进行计算检验。1.3.2抗滑稳定分析本部分设计内容在基本组合和偶然组合两个工况下进行承载能力极限状态分析，针对坝基面进行坝体混凝土与岩基接触面的抗滑稳定极限状态，针对折坡面进行混凝土层间的抗滑稳定极限状态。作用效应函数为使得大坝产生滑动的力，包括水压力、浪压力等；阻止大坝滑动的力即为抗力函数，包括摩擦力，凝聚力等。坝基面 S∗=P R∗=f折坡面 S∗=P R∗=f安全时 γ0ψS式中、WR是坝基面上水平作用和铅直作用的设计值之和，，由标准值乘对应的分项系数得到，以右、下方向为正方向；PC、WC是折坡面上水平作用和铅直作用的设计值之和，fR'、fC'分别是坝基面和折坡面上的抗剪断摩擦系数的设计值，由标准值除以分项系数γm1=1.7CR'、CC'分别是坝基面和折坡面上的抗剪断凝聚力，kPa，由标准值除以分项系数γm2=2AR、AC分别是坝基面或折坡面面积，γ0为结构安全性系数，二级坝取ψ为设计状况系数，基本组合下为持久设计状况，取ψ=1.0；偶然组合下为短暂设计工况，取ψ=0.85；γd为结构系数，抗滑稳定极限状况下取γ计算结果见下表。表3-3抗滑稳定计算结果单位：kPaγ1是否满足抗滑稳定基本组合正常蓄水位坝基面32297.159628.6是折坡面12899.333904.7是偶然组合校核洪水位坝基面31966.157741.2是折坡面14399.333583.8是由表格数据可知，坝体的抗滑稳定性满足要求。1.3.3坝体应力复核（1）坝趾抗压强度验算本部分设计内容在基本组合（正常蓄水位）工况下进行承载能力极限状态分析，分别校核坝基混凝土和基岩的强度以及折坡面混凝土强度。混凝土强度应满足：最大垂直正应力，坝基面 S·=W折坡面 S·=W坝体最大主应力，坝基面 S∗=W折坡面 S∗=W R·=f γ0ψS基岩强度应满足： γ0ψS式中MR为外力荷载力矩和，kN·mJR为计算截面关于中性轴的惯性矩，，JRTx为计算截面中性轴与计算点距离，，Txm为坝体下游坡率，m=0.778；fc、fck分为混凝土抗压强度设计值与标准值，γm为材料性能分项系数，取γfR为基岩允许承载能力，取fγd为结构系数，抗压、抗拉极限状况下取γ坝体各部位工作条件不同，对混凝土材料性能指标的要求也不同。为满足坝体各部分的要求，节省水泥用量及对坝体混凝土进行分区，坝体外部选用C25砼（fck=16.7MPa），坝体内部选用C20砼（计算结果见下表。表3-4坝趾抗压强度计算结果单位：kPaγ1γd是否满足强度要求坝基面最大垂直正应力1067.86185.2C25砼满足要求94000基岩满足要求坝体最大主应力1714.26185.2C25砼满足要求折坡面最大垂直正应力586.