【《两河口心墙堆石坝工程常规设计案例》4400字】

两河口心墙堆石坝工程常规设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u11494两河口心墙堆石坝工程常规设计案例 常规设计3.1枢纽总体布置（1）挡水建筑物（堆石坝）：大坝建于主河床，布置呈直线。（2）泄水建筑物（溢洪道）：采用洞式溢洪道，建于左岸山体内。（3）水电站建筑物：电站厂房和开关站等布置在右岸，在开挖的基岩上布置厂房，将开关站布置在厂房旁边。（4）施工导流洞及水库放空洞：洞式溢洪道和导流洞均位于在左岸，布置在山体之中。枢纽总体布置见图3.1。图3.1枢纽布置图3.2大坝剖面设计堆石坝的剖面设计主要是设计出大坝的典型剖面图，在设计过程中需要确定坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡及心墙的断面尺寸。大坝的剖面设计图见图3.2。图3.2大坝剖面设计图3.2.1坝顶高程大坝坝顶高程的确定取决于水库静水位与超高，两者加起来即为坝顶高程。其中坝顶超高的确定主要依据最大波浪在坝坡上的爬高、安全加高以及最大风壅水面高度。本设计中坝顶高程取为2878.00m。3.2.2坝顶宽度本设计中，综合考虑运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求后，确定堆石坝坝顶宽度为16m。3.2.3上下游坝坡坡度对心墙坝，上下游坝坡一般在1:2~1:4之间选取，而且一般上游坝坡的坡度比下游坝坡的稍缓。沿坝坡每一定高度改变一次坝坡，并设置一级马道。本设计中，最大坝高约为298m。本设计中，大坝坝高较高，需要布置多级马道，故大坝下游坝坡采用了五级变坡，第一级到第四级马道的高程依次为2640.0m、2700.0m、2760.0m、2820.0m。每级马道宽取为5.0m。大坝下游坝坡坡度从坝顶至坝趾依次取为1:1.6；1:1.8；1:1.6；1:1.8；1:2.0。上游采用两级变坡，马道的高程为2790.0m，坡度为1:1.8；1:2.0。3.2.4心墙断面尺寸（1）心墙位置：心墙位于大坝断面的中心线。（2）心墙顶宽及坡度：确定心墙顶部的水平宽度需要综合考虑多种因素，首先应当考虑满足控制渗流量和渗透比降的要求，且由于施工填筑过程中会使用机械碾压，因此心墙顶宽也应该满足施工机械碾压的要求，依据规范心墙顶宽一般不能小于3m。本设计中取心墙的顶宽为6m。通常，心墙体上、下游坡度取为1:0.15~1:0.3。在本设计中取上下游坡度为1:0.2。（3）心墙顶部高程：为了防止漫顶，在设计时通常要使心墙顶部在水库静水位以上存在超高。在正常运用情况下，心墙顶部超高取0.3~0.6m，本设计中取超高为0.5m，则心墙顶部高程取2865.5m。在非常运用情况下，心墙的顶部高程则不能低于此情况下的静水位。综合考虑这两种情况，最终心墙顶部高程取为2876m。（4）心墙底宽：心墙的底部宽度首先取决于防渗。为了满足防渗要求，心墙底宽不宜小于水头的四分之一，本工程中上下游最大作用水头为249.11m，故心墙厚应当满足T≥62.28m。本设计中心墙底部宽度为140m，能够满足上述要求。（5）心墙保护层：心墙顶部应设保护层，防止冰冻和干裂。保护层可采用砂、砂砾或碎石，其厚度不小于该地区的冻深或干燥深度，此处取2.00m。（6）反滤层：本设计设置两层反滤层，坡度取1:0.2，上游宽度为4.0m，下游取6.0m。3.3渗流计算3.3.1渗流计算的基本假定渗流计算中，基本假定如下：（1）本设计中，心墙粘土料的渗透系数为K＝5×10-6cm/s，坝壳堆石体的渗透系数为K＝3×10-1cm/s，可以发现，心墙粘土料与堆石体的渗透系数相差了105倍，因为渗透系数相差很大，粘土心墙透水量相对堆石体非常小，故把心墙看作是相对不透水层，因此在计算中，可以对上游楔行降落水头的作用不予考虑。在大坝下游设有棱体排水，可近似地假定下游水位与堆石棱体内坡的交点就是浸润线的逸出点。（2）渗流在土体中的流动速度比较小而且渗流处于层流状态，且满足达西定律。（3）渗流为连续的，且当渗流发生时土体孔隙尺寸以及饱和度不发生变化[13]。3.3.2计算条件在进行渗流计算时，对计算条件的选取需要考虑如下几种情况，综合对比考虑后选择这几种情况中最不利的情况作为计算时的控制条件：（1）上游正常高水位，下游相应的最低水位；（2）上游设计或校核洪水水位，分别相应的下游水位；（3）对山游坝坡稳定最不利的库水降落后的水位。本设计取定计算条件为上游设计洪水位+相对应的下游水位根据工程的基本资料可以得到渗流计算的计算条件为：上游设计洪水位为2867.11m，下游水位取对应的水位，为2618.00m。3.3.3计算方法根据工程资料给出的大坝图纸，将如美心墙堆石坝最大断面进行简化，近似将坝基看作不透水地基，且坝下游无排水设备，故可用水力学方法进行渗流计算。其中有几种不同的方法，本次计算选用分段法进行计算[14]。分段法计算简图如图3.3图3.3两河口坝渗流计算简图分段法，顾名思义是将坝内渗流分为两段，然后根据达西定律和杜平假设，可以列出各段的运动方程，又因为水流具有连续性，故可以据此对渗透流速、渗透流量和浸润线等进行计算求解。为计算方便，可以对心墙断面进行简化，即将心墙简化为厚度为的bc等厚矩形断面。由于心墙的渗透系数K远小于坝壳的渗透系数K，故当渗流通过心墙时会产生巨大的水头损失，浸润线在心墙中发生很大跌落。因此，可以近似假定心墙上游浸润线与水库水位处于相同位置。当下游有堆石排水时，可以近似假定将下游水面与堆石内坡的交点处作为浸润线逸出点。3.3.4计算过程及计算结果分析假设坝址处地基为不透水地基。渗流的计算公式如下：q=qq=kh

式中：k——坝壳料渗透系数，取3×10-1cm/s；k1——防渗心墙渗透系数，取k=5×10-6cm/s；H1——上游设计水深，H1=287.11m；H2——下游相应水深，H2=38.0m；bc——防渗心墙平均厚度；bc=（b1+b0）/2=73m；L——防渗心墙右侧到溢出点的水平距离。L=D-bc/2，D为心墙重心到溢出点的水平距离:D=459.5m。故L=423m；h——心墙下游浸润线高度,m；T——透水地基厚度，取T=0m；联立计算可得h=38.103m、q=2.736×10-5m3/(s·m)大坝沿坝轴线方向的长度可以根据地形地质图测量得到，为L=668m，沿整个坝段的总渗流量Q=Lq,式中m是折减系数，因为坝宽、坝厚、渗流量沿坝轴线并非是均匀的，所以增加了该折减系数，取m=0.8，得Q=1.462×10-2m3/s。则浸润线方程为：y=h3.4坝坡稳定性计算3.4.1滑动面的选择堆石坝下游坝坡的堆石体内摩擦角=49.2○，堆石粘聚力忽略不计取为0。坝坡抗滑稳定计算采用简化的Bishop法，首先需要做的就是确定最危险滑动圆弧位置。本设计只取一个滑动面做稳定计算（滑动面的起点在坝顶、与心墙相交、与坝基接近或切入坝基、终点在坝坡脚附近），取圆弧半径为R=800m，然后对滑动面以上土体进行分条并编号，大坝条分如图3.4所示。图3.4大坝条分示意图3.4.2计算条件本设计选取为上游设计洪水位+下游相应水位作为坝坡稳定计算的计算工况。即取上游水位高程2867.11m，下游相应水位为2618m。3.4.3计算过程及结果分析简化的Bishop法计算公式如下：K=W在本设计中不考虑坝区地震，故可以将Q、V、Mc忽略不考虑，用容重代替法考虑孔隙水压力的影响，则将计算公式（3.3）简化为：K=W'tan计算稳定安全系数K时，第一步需要预先估计一个K值代入公式（3.4）的等号右部的方程计算出K值，将新计算出的K值继续代入（3.4）重新计算出新的K值，如此重复计算下去，直到代入的K值与新计算得的K值相等或者两者相差不大为止，此时所得的K值即代表计算滑动圆弧的稳定安全系数值。滑弧面的稳定计算结果见表3.1。表3.1坝坡抗滑稳定性系数计算表土条编号S(m2)W(KN)α土条长度l(m)W'*tanφ'+c'b

(KN)W*sinα(KN)1.00849.9018077.3749.0075.6020942.6414830.732.001760.2037439.4543.0068.8043373.6127986.353.002559.4054438.4439.0064.0063066.9337730.664.003011.3064050.3534.0060.4074202.3339653.265.003249.5069116.8730.0057.7080071.8938399.356.003037.8064614.0126.0055.8074855.3331571.847.002765.4058820.0622.0053.9068143.0424625.648.002220.4047227.9118.0052.6054713.5316346.4290.201211.3918.001403.39419.289.001042.7022178.2314.0051.6025693.486020.08704.309458.7514.0010957.962567.4910.00110.602352.4611.0050.902725.33504.161195.2016051.5411.0018595.703440.0011.00900.9012099.096.0076.5014016.791422.10总和245517.38预估K=1，代入公式（3.4）进行第一次计算，迭代过程见表3.2。表3.2坝坡抗滑稳定系数迭代表土条编号ABABABABAB10.6213036.240.7916493.800.8417686.880.8618027.740.8718120.2120.6327153.610.7733609.980.8235773.290.8436385.450.8436551.0830.6339913.550.7748678.420.8251557.940.8352367.660.8352586.3540.6547988.310.7757426.510.8160450.290.8361293.920.8361521.2650.6653039.890.7862478.150.8265439.770.8366260.790.8366481.6560.6851100.580.7959207.480.8261696.850.8362382.450.8462566.5570.7148253.040.8154938.720.8456945.400.8457494.330.8557641.4680.7440467.580.8345219.430.8546611.460.8646989.560.8647090.710.741037.980.831159.870.851195.570.861205.270.861207.8790.7819998.660.8521897.790.8722439.760.8822585.870.8822624.880.788529.190.859339.150.879570.290.889632.600.889649.24100.812215.880.882386.590.892434.290.902447.070.902450.480.8115119.630.8816284.410.8916609.85