斜心墙土石坝及其结构稳定分析说明书

土石坝设计方向 毕 业 设 计 说 明 书 学 号 ： 姓 名 ： 指导教师 ： 评 阅 人 ：日 期 ： 摘 要论文对西南某江水利枢纽进行了以坝工为重点的工程设计。该坝为斜心墙土石坝，正常蓄水位2828米，汛限水位2828米。首先是根据某江流域的自然地理，水文气候特征确定工程等级，并进行洪水调节计算。在可行的几种泄流方案中，择优选出采用的方案和相应的设计与校核水位。然后进入主要建筑物设计。确定枢纽的组成建筑物，包括挡水建筑物、泄水建筑物、水电站等。在定性分析的基础上，确定出大坝的型式及坝址和坝轴线。在第一主要建筑物设计阶段，确定出大坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基的处理方案和坝身构造。之后依次进行了土料设计、渗流计算、渗透稳定校核、稳定计算和细部构造设计，从各个方面验证了设计剖面的可行性。其次为第二主要建筑物设计。确定出泄水建筑物的结构型式和轮廓尺寸，进行选线布置。进行水力计算，从泄流能力、净空要求、挑距和冲刷深度等方面验证设计型式的可行性。并进行细部构造设计。最后进行粗略的施工组织设计。从明确施工控制点着手，定出了开工日期、截流日期、拦洪日期、封孔蓄水日期、初始发电日期和最后的竣工日期。本设计共历时12周关键词: 毕业设计，斜心墙土石坝，稳定计算77ABSTRACTThe thesis is designed for a river Water Control Project lying to the Southwest of China and the dam construction is emphasized .First the project rank is difined according to the design data by 2823.20m and coming the flood adjust by 2824.00m. Then find out the best one in the practicable spilling alternatives,with their design water level and check water level together.Then coming the main structure design grade.the parts of preject are defined,consisting of blocking structure 、spillway structure 、hydropower station,and so on.The dam type is defined based on the qualitative analysis.The basis cross section and the outline dimension is defined in the first main structure design grade.The processing alternative of the dam foundation and the construction of the dam body is formulated in the same time.After this,the feasibility of design construction is verified from soil design,seeage compute,infiltrating stability analylsis and detail construction plan.Next the second main structure spillway is designed .Its composition type and outline dimension is defined before its site layout and water compute.The feasibility is also verified by spill ability、net air request、depth of flow scouring and so on.The detail construction plan comes the last.The final part is construction programming.The controlling points are made clear, such as going into operation time、diversion river time、holding flood back time、prevent flow and store water time、initial generate time and the complete time . The controlling construction progress chart.is drew in the end.This is the porject continous 12 week.This is the abstract of the thesis.目录第一章 前 言41.1毕业设计主要目的和作用41.2 设计内容和基本方法41.2.1了解任务书和熟悉、分析原始资料41.2.2洪水调节计算41.2.3主要建筑物形式选择和水利枢纽布置41.2.4第一主要建筑物拦河坝设计41.2.5第二主要建筑物坝外泄水道设计51.2.6 决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制性进度。51.3 具体成果5第二章 工程概况52.1 流域概况52.2 气候特性52.3 水文特性62.4 工程地质72.5 建筑材料102.6 经济资料12第四章 洪水调节计算154.1 洪水调节计算154.1.1 工程等别及建筑物级别154.1.3 调洪演算原理173.2 堰顶高程及泄洪孔口的选择183.2.1 堰顶高程及孔口尺寸选择原则183.2.2 方案拟定194.3 调洪演算结果与方案选择194.3.1 调洪演算结果194.3.2 方案选择19第五章 坝型选择及枢纽布置205.1坝址及坝型选择205.1.1 坝址选择205.1.2 坝型选择205.2枢纽组成建筑物225.3 枢纽总体布置225.3.1 挡水建筑物土石坝225.3.2 泄水建筑物泄洪隧洞235.3.3 水电站建筑物23第六章 大坝设计236.1土石坝坝型选择236.1.1 土石坝坝型综述236.1.2 某江水利枢纽工程坝型选择246.2 大坝的轮廓尺寸与排水防渗体246.2.1 坝顶宽度246.2.2 坝坡与戗道256.2.3坝顶高程256.2.4 坝体排水266.2.5 坝内防渗体266.2.6 坝基防渗体276.3 土料设计286.3.1 粘性土料设计286.3.2 坝壳砂砾料设计306.3.2.1坝体砂砾料选择标准如下:306.4 渗流计算326.4.1 渗流计算方法336.4.2 计算断面与计算情况346.4.3 计算结果366.4.4 渗透稳定分析376.4.5 成果分析与结论376.5 稳定分析计算376.5.1 计算方法386.5.2工况选择与稳定计算成果416.5.3稳定成果分析426.6 大坝基础处理436.6.1 河床基础处理436.6.2 坝肩基础处理446.7 细部构造设计446.7.1 坝的防渗体和排水设施446.7.2 反滤层设计446.7.3 护坡设计456.7.4坝顶布置47第七章 泄水建筑物设计507.1 泄水方案选择507.2 泄水隧洞选线与布置507.3 隧洞的体型设计517.3.1 进口建筑物517.3.2 洞身断面型式和尺寸517.3.3 出口消能段527.4 隧洞水力计算537.4.1 设计条件537.4.2 流态分析537.4.3 平洞段底坡537.4.4 洞内水面线547.4.5 出口消能计算557.5 隧洞的细部构造567.5.1 洞身衬砌567.5.2 衬砌分缝、止水567.5.3 灌浆、防渗与排水567.5.4 掺气槽567.5.5 锚筋加固567.6 放空洞设计57第八章 施工组织设计588.1导流标准588.2 施工导流计划598.2.1 导流方案598.2.2 施工分期608.2.3确定截流和拦洪时间608.2.4 导流工程规划设计6183 主体工程施工648.3.1有效工日计算648.3.2 主体工程量658.4 施工顺序安排678.4.1 截流前应完成的工程（导流隧洞工程）678.4.2 截流以后拦洪以前（汛期）应完成的工程688.4.3 与封孔蓄水有关的工程688.4.4 其他688.5 施工控制性进度68附录：稳定计算70第一章 前 言毕业设计是我们在校期间本科学习的最后一个综合性高、实践性强的教学环节，也是最后的实战演习。1.1毕业设计主要目的和作用1. 巩固、联系、充实、加深、扩大所学基本理论和专业知识，并使之系统化；2. 培养综合运用所学知识解决实际问题的能力，初步掌握设计原则、方法和步骤；3. 锻炼独立思考、独立工作、协同工作的能力，并加强计算、绘图、编写说明书等技能训练，培养使用规范、手册等标准化文本的意识；4. 树立正确的设计思想，形成严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风。1.2 设计内容和基本方法 该毕业设计的题目是毕业设计的题目是河川水利枢纽工程设计。以坝工为重点的设计应包括下列几个组成部分。1.2.1了解任务书和熟悉、分析原始资料1.2.2洪水调节计算用图解法近似确定防洪库容、设计（校核）洪水位与相应的下泄流量，为确定大坝高度和下游消能防冲设施提供设计依据。1.2.3主要建筑物形式选择和水利枢纽布置1. 确定枢纽组成建筑物及其设计等级。2. 通过不同方案的初步技术经济比较，选定坝型。3. 通过定性分析比较，选定水电站厂房及其他建筑物型式。4. 确定水利枢纽的布置方案。1.2.4第一主要建筑物拦河坝设计一般应首先选定大坝结构布置与构造，然后进行校核计算。1. 选定坝的结构形式，拟定防渗体的型式以及坝的主要尺寸。2. 进行土料设计，包括对坝身不同高程的透水料和不透水料的分区规划布置以及压实标准的确定。3. 渗流演算，计算正常、校核水位下浸润线位置，确定总渗流量与逸出坡降。4. 静力稳定计算，求出上下游坡在某一水位情况下的最小稳定安全系数，以论证选用坝坡的合理性。5. 拟定坝身构造，包括防渗、排水、反滤层、坝顶、护坡、马道，以及坝体与坝基、岸坡及其他建筑物的连接。1.2.5第二主要建筑物坝外泄水道设计1. 确定结构形式和主要尺寸，进行建筑总体布置。2. 进行水力计算，以验证建筑物的轮廓尺寸和各部分的结构尺寸是否合理。3. 拟定细部构造，包括排水、锚筋加固、灌浆、掺气等。1.2.6 决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制性进度。1.3 具体成果绘出3张工程设计图，并自行编制说明书与计算书，编写中、英文的摘要。第二章 工程概况2.1 流域概况该江位于我国西南地区，流向自东南向西北，全长约122公里，流域面积2558平方公里，在坝址以上流域面积为780平方公里。本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区流河流，地表大部分为松软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流的含沙量较大。冲积层较厚，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20，林木面积约占全区的30，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。2.2 气候特性1. 气温 年平均气温约为12.8度，最高气温为30.5度，发生在7月份，最低气温为-5.3度，发生在1月份。表2-1 月平均气温统计表（度）123456789101112年平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.82. 湿度 本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年和4月特别干燥，其相对湿度为5173%之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为6786%。表2-2 平均温度日数日数 月份平均温度12345678910111261.20.3000000003.125.026.830.7303130313130313027.90000000000003. 降水量 最大年降水量可达1213毫米，最小为617毫米，多年平均降水量为905毫米。表2-3 各月降雨日数统计表日数 月份平均降雨量12345678910111230mm0000000000004. 风力及风向 一般14月风力较大，实测最大风速为19.1米秒，相当于8级风力，风向为西北偏西。水库吹程为15公里。洪水期实测最大多年平均风速为14 m/s 。2.3 水文特性该江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据实测短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。该江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为700秒立米，而最小流量为0.5秒立米。1年日常径流 坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录延长后有22年水文系列，多年年平均流量为17秒立米。2洪峰流量 经频率分析，求得不同频率的洪峰流量如下表。表2-4 不同频率洪峰流量（秒立米）频率0.0512510流量23201680142011801040表2-5 各月不同频率洪峰流量（秒立米） 月频率1234567891011121461912196001240155012106703902837236171115530112013601090600310233352314911420850110083048025016281019117937076098072041021015233固体径流 该江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达0.5公斤立米。枯水极少，河水清彻见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765米。2.4 工程地质1水库地质 库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能坍方量约为300万立米。在考虑水库淤积问题时可作为参考。2坝址地质 坝址位于该江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过，对其岩性分述如下：(1) 玄武岩 一般为深灰色、灰色、含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉、石英脉等贯穿其中，这些小岩脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石，副成分为绿泥石、石英、方解石等，由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质也不同，可分为坚硬玄武岩、多气孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩等，其物理力学性质见表2-6、表2-7。渗透性：经试验得出k值为4.14-7.36米/昼夜。表2-6 坝基岩石物理力学性质试验表岩石名称比重容重kN/m3建议采用抗压强度MPa半风化玄武岩3.0129.650破碎玄武岩2.9529.250-60火山角砾岩2.9028.735-120软弱玄武岩2.8527.010-20坚硬玄武岩2.9629.2100-160多气孔玄武岩2.8527.870-180表2-7 全风化玄武岩物理力学性质试验表 天然含水率%干容重kN/m3比重液限塑限塑性指数压缩系数a浸水固结块剪00.5m2/kN10-634m2/kN10-6内摩擦角凝聚力kPa2.516.32.9747.332.2616.95.971.5128.3824 (2) 火山角砾岩 角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为215厘米，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至35MPa。(3) 凝灰岩 成土状或页片状，岩性软弱，与近似，风化后成为碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。(4) 河床冲积层 主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石掺杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩与砂岩占极少数。沿河谷内分布：坝基部分冲积层厚度最大为32米，一般为20米左右；靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为10100毫米；砾石直径一般为210毫米；砂粒直径0.050.2毫米；细小颗粒小于0.1毫米。见表2-8。冲积层的渗透性能 经抽水试验后得，渗透系数k值为310-2厘米/秒110-2厘米/秒。 表2-8 冲积层剪力试验成果表土壤名称代号 项目计算值容重（控制）kN/m3含水量（控制）三轴剪力（块剪）应变（拉制）（浸水固结快剪）内摩擦角凝聚力（kPa）内摩擦角凝聚力（kPa）含 中量细粒的砾石次数17128822最大值24.38.66471537.0324310.5最小值22.24.27353012.017550平均值23.086.47403418.225255.3小值平均值373214.8备注三轴剪力土样备系筛去大于4mm颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。应变控制土样容重系筛去大于0.1mm颗粒后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。(5) 坡积层 在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运沉积后，形成粘土与碎石的混合物质。3地质构造坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育。可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同。倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填。节理间距，密者0.5米即有一条，疏者35米即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。4水文地质条件本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩的透水性不同，裂隙少、坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.01 l/(minm)。夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。至于节理很发育的破碎玄武岩、半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩层。正因为这些隔水的与透水的玄武岩存在，遂使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水。一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层数多，难于形成泉水。石灰岩地区外围岩石多为不透水层，渗透问题也不存在。5. 本地区地震烈度定为7度，基岩与混凝土之间的摩擦系数取0.65。2.5 建筑材料1料场的位置与储量各料场的位置与储量见坝区地形图。由于河谷内地地形平坦，采运尚方便。2物理力学性质(1) 土料：见表2-9表2-12。(2) 石料：坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件较好。表2-9 粘土的物理力学性质料场名称物 理 性 质渗透系数10-6cm/s力学性质化学性自然含水量%自然容重比重孔隙率%孔隙比稠度饱和度颗粒级配（成分%，粒径d）击实剪力固结压缩系数cm2/kg有机含量灼热法%可溶盐含量%流限%塑限%塑性指数砾砂粘土最大干密度g/cm3最优含水量%内摩擦角deg凝聚力kPa湿干粗中细粉2mm20.5mm0.50.05mm0.050.005mm0.005mmKN/m31#下24.818.9115.162.6742.260.73442.6023.1419.460.937.475.9517.8735.4833.231.6022.074.31724.6724.00.0211.730.0702#下24.218.9115.182.6741.900.72143.9022.2021.700.917.254.1514.3541.7532.251.6521.024.8025.5023.00.0201.900.0191#上25.617.3513.032.6549.800.99049.5725.0024.570.878.838.0017.5031.0034.671.5622.301.9023.1725.00.0262.200.1102#上26.316.3712.842.7452.301.09349.9026.3023.500.694.504.3320.6736.2034.301.5423.803.9621.5038.00.0330.250.1103#下15.919.1116.642.7037.000.58034.0020.0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016.903.0028.0017.00.0101.900.080表2-10 砂砾石的颗粒级配颗 直径粒 mm含量料场300100100606020202.52.51.21.20.60.60.30.30.150.151#上5.218.621.412.318.613.95.44.60.32#上4.817.820.314.117.814.84.65.30.53#上3.815.418.515.316.420.53.56.20.44#上6.018.319.416.415.616.74.82.50.31#下4.514.120.123.214.97.28.67.20.22#下3.919.222.418.719.18.35.72.80.13#下5.023.119.114.218.48.96.34.10.94#下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7表2-11 砂砾石的物理性质名称1#上2#上3#上4#上1#下2#下3#下4#下容重，kN/m318.617.919.119.018.618.518.418.0比重2.752.742.762.752.752.732.732.72孔隙率，%32.534.731.031.532.532.232.533.8软弱颗粒，%2.01.50.91.22.50.81.01.2有机物含量淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色注：各砂砾石料场渗透系数k值为2.010-2厘米/秒左右。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。表2-12 各料场天然休止角料场名称最小值最大值平均值1#上3430355035102#上3500371036003#上3440364035404#上3510374036301#下3410363035202#下3520380036403#下3430371035504#下3600382037102.6 经济资料1库区经济流域内都为农业人口，多种植稻米、苞谷等。库区内尚未发现有价值可开采的矿产。淹没情况如下表。表2-13 各高程淹没情况高程（米）280728122817282228272832淹没人口（人）350036403890406053207140淹没土地（亩）3000322034103600460061002交通运输坝址下游120公里处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅20公里，因此交通尚称方便。2.7 枢纽任务本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。2.8枢纽特征枢纽的特征尺寸与主要设备特性如下。1发电装机24 MW，多年平均发电量1.2亿度。本电站装3台8MW机组。正常蓄水位为2828米，汛期限制水位为2828米，死水位为2796.0米，3台机组满发时的流量为44.1秒立米，尾水位为2752.2米。 厂房型式为引水式，厂房平面尺寸为3213米米，发电机高程为2760米，尾水管底高程为2748米，厂房顶高程为2772米。副厂房平面尺寸为326米米。安装场平面尺寸为813米米。开关站尺寸为3020米米。2. 灌溉增加保灌面积1.5万亩。3. 防洪可减轻洪水对水库下游的威胁，过100年一遇和200年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来1680秒立米和2320秒立米分别削减为805秒立米和875秒立米。要求设计洪水时最大下泄流量限制为900秒立米, 要求最高蓄水位（校核洪水位）不超过正常蓄水位3.5米。4.其它引水隧洞进口底高程为 2789.00 米，出口底高程为 2752.30 米；引水隧洞直径为 4 米，压力钢管直径 2.3米，调压井直径为 12.0 米；放空洞直径为 2.5 米。可放空水库至水位 2770.00 米。第三章 设计条件和设计依据3.1 设计任务在对原始资料进行综合分析的基础上，掌握设计意图，明确设计任务。1. 洪水调节计算根据防洪要求，对水库进行洪水调节，选定泄洪方式和拟定泄洪建筑物的孔口尺寸；通过洪水调节计算确定防洪库容、上游设计和校核水位及相应的下泄流量。2. 主要建筑物型式选择和水利枢纽布置本阶段任务包括：确定枢纽组成建筑物及其设计等级；通过不同方案的初步经济技术比较，选定坝型；确定水利枢纽的布置方案。3. 第一主要建筑物大坝设计该阶段任务有：通过比较分析，确定大坝基本剖面型式和轮廓尺寸；拟定地基处理方案与坝身构造；进行水力和静力计算；进行细部结构设计。4. 第二主要建筑物泄水建筑物设计本阶段要求确定泄水建筑物结构型式和轮廓尺寸，进行总体布置；拟定细部构造；进行必要的水力、静力计算与结构设计。3.2 设计依据设计过程中主要参考了以下文献： 1. 碾压式土石坝设计规范2. 水工设计手册土石坝分册3. 土石坝地基防渗墙设计和计算4. 水工隧洞设计规范5. 国内土石坝资料汇编6. 水利水电枢纽等级划分及设计标准（丘陵地区部分）7. 水工建筑物 左东启等，河海大学出版社，19958. 水利水电工程专业毕业设计指南 索丽生等，中国水利电力出版社，2001第四章 洪水调节计算4.1 洪水调节计算本河流属于典型山区河流，洪水暴涨暴落，设计洪峰流量Q设 = 1680m/s（P=1%），校核洪峰流量Q校 = 2320 m/s（P=0.05%）。4.1.1 工程等别及建筑物级别一项水利枢纽的成败对国际民生有直接影响。但不同规模工程影响程度也不同。为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性适当统一起来，水利枢纽及其组成建筑物要分等分级，即先按工程的规模，效益及其在国民经济中的重要性，将水利枢纽分等，而后再对个组成建筑物按其所属枢纽级别，建筑物作用及重要性进行分级。枢纽工程，建筑物的等级不同，对其规划，设计，施工运行管理的要求也不同，等级越高者要求越高。根据SDJ1278（水利水电工程枢纽等级划分及设计标准（山区。丘陵区部分），综合考虑水库总库容，防洪效益，灌溉面积，电站装机容量，工程规模由库容（正常蓄水位时4.92亿m/S，估计校核情况下库容不会超过10亿m/S）控制属大（2）型。主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。永久性水工建筑物洪水标准：正常应用（设计）洪水重限期年，非常应用（校核）洪水重限期年。4.1.2泄洪方式与水库运用方案1.泄洪方式与水库运用方案本挡水建筑物初定为土石坝，需另设泄水建筑物，使土石坝在泄洪时遭受洪水流动的影响较小。现对各种河按泄水建筑物作如下讨论。（1）. 正槽溢洪道该种溢洪道泄流能力大，水流条件平顺，结构简单可靠。（2. 侧槽溢洪道用于山高坡陡的河岸。该种溢洪道水流条件复杂，必须经水工模型试验验证。以上两种溢洪道为表孔泄洪，超泄能力大，溢流堰下游接开敞式溢洪道或明流隧洞。(3). 井式溢洪道洪水经环形溢流堰进入直井，水流在直井内有明流转为有压流，再经隧洞泄往下游。其泄流能力与溢流堰、过渡段、隧洞段三者泄流能力相关，水力学条件复杂。超泄能力小，水流不稳定，易发生旋涡。此外，由于坝址处较窄，山坡陡峭，山脊高，且两岸山坡没有可资利用的天然垭口 ，如采用明挖溢洪道，则开挖量大，造价较高。综上，枢纽工程采用正槽溢洪道，溢流堰下游接明流隧洞，并考虑与施工导流洞结合。水库应用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来水量，水库保持汛前限制水位不变，当来流量继续加大，就闸门全开，下泄流量随水位得升高而加大，流态为自由泄流。2. 防洪限制水位的选择防洪限制水位取与正常蓄水位重合，这是防洪库容与兴利库容全不结合的情况，因为山区河流特点是暴涨暴落，整个汛期内大洪水随时都可能出现，任何时刻都预留一定的防洪库容是必要的。4.1.3 调洪演算原理 1. 设计洪水与校核洪水本河流属于典型山区河流，洪水暴涨暴落，设计洪峰流量Q设 = 1680m3/s（P=1%），校核洪峰流量Q校 = 2320 m3/s（P=0.05%）。采用以峰控制的同倍比放大对典型洪水进行放大，得设计洪水与校核洪水过程线分别见图3-1和图3-2。 图3-1 设计洪水过程线 图3-2 校核洪水过程线2. 调洪演算与方案选择1.泄洪方式与水库运用方案本挡水建筑物初定为土石坝，需另设泄水建筑物，使土石坝在泄洪时遭受洪水流动的影响较小。现对各种河按泄水建筑物作如下讨论。1. 正槽溢洪道该种溢洪道泄流能力大，水流条件平顺，结构简单可靠。2. 侧槽溢洪道用于山高坡陡的河岸。该种溢洪道水流条件复杂，必须经水工模型试验验证。以上两种溢洪道为表孔泄洪，超泄能力大，溢流堰下游接开敞式溢洪道或明流隧洞。3. 井式溢洪道洪水经环形溢流堰进入直井，水流在直井内有明流转为有压流，再经隧洞泄往下游。其泄流能力与溢流堰、过渡段、隧洞段三者泄流能力相关，水力学条件复杂。超泄能力小，水流不稳定，易发生旋涡。此外，由于坝址处较窄，山坡陡峭，山脊高，且两岸山坡没有可资利用的天然垭口 ，如采用明挖溢洪道，则开挖量大，造价较高。综上，枢纽工程采用正槽溢洪道，溢流堰下游接明流隧洞，并考虑与施工导流洞结合。水库应用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来水量，水库保持汛前限制水位不变，当来流量继续加大，就闸门全开，下泄流量随水位得升高而加大，流态为自由泄流。2. 防洪限制水位的选择防洪限制水位取与正常蓄水位重合，这是防洪库容与兴利库容全不结合的情况，因为山区河流特点是暴涨暴落，整个汛期内大洪水随时都可能出现，任何时刻都预留一定的防洪库容是必要的。3. 调洪演算原理 采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得出设计与校核洪水过程线。拟定几组不同堰顶高程I及孔口宽度B的方案。堰顶自由泄流公式Q=mBsqr (2g)H3/2可确定设计洪水和校核洪水情况下的起调流量Q起(式中已加上发电引水流量Q=44.1)由Q起开始，假定三条泄洪过程线（为简便计算，假设都为直线），在洪水过程线上查出Q泄，并求出相应的蓄水库容V。根据库容水位关系曲线可得相应的库水位H，由三组（Q泄，H）绘制的QH曲线与由Q=mBsqr (2g)H3/2绘制的QH曲线相交，所得交点即为所要求的下泄流量及相应水位。 3.2 堰顶高程及泄洪孔口的选择调洪演算时需拟定几组不同堰顶高程I及孔口宽度B的方案，进行比较分析，取其优者。3.2.1 堰顶高程及孔口尺寸选择原则堰顶高程如果取的太低，孔口总净宽选的大，则泄流能力加大，所需水库防洪库容可较小，挡水建筑物高度也可较小，上游淹没损失也较小，移民太多可能造成投资的浪费；而且，下游的防洪要求是900m3/s，如果大于此防洪要求，下游将遭受洪水的威胁。如果堰顶高程取的高，孔口总净宽取的小，则结果与上述相反。3.2.2 方案拟定要得到堰顶高程与孔口尺寸的最佳方案，应在技术可行前提下，结合泄水隧洞以及挡水建筑物在内的枢纽总造价最小来优，通过各种可行方案的经济比较决定。设计中参照已建工程经验，初步拟定四组堰顶高程与孔口尺寸如下：方案一： =2818m，B=7m；方案二：=2818m, B=8m;方案三： =2819m, B=7m；方案四: =2817m, B=8m;方案五: =2819m, B=8m；方案六：=2817m，B=7m；4.3 调洪演算结果与方案选择4.3.1 调洪演算结果 本设计中拟定四组方案进行比较，成果见表4-1。表4-1 调洪演算成果方 案孔口尺寸（m）工 况Q (m3/s)上游水位Z (m)超高Z (m) 1=2818mB=7m设计校核521.8603.12829.552830.581.72.65 2=2818mB=8m设计校核590.1676.32829.382830.381.222.22 3=2819mB=7m设计校核475.6552.62829.882830.90.951.89 4=2817mB=8m设计校核656.8724.52829.22830.171.082.02 5=2819mB=8m设计校核523.5604.72829.62830.620.951.886=2817mB=7m设计校核591.3660.32829.432830.380.91.8注：1.发电引水量Q=44.1 M3/S，与总泄量相比较小，调洪演算未作考虑，仅做安全储备，Z为正常蓄水位以上超高。2.泄洪隧洞出口做成扩散段,使单宽流量q100m3/s,满足下游抗冲要求.4.3.2 方案选择 以上方案均能满足泄流量Q900m/S，上游水位超高Z3.5m的要求，从这个角度来看四种方案都是可行的。因此方案的选择就应该通过技术经济比较选定（这里不只作定发生性分析），同时也应考虑与导流洞结合的问题。一般来说，Z大，坝增高，大坝工程量加大；B大则增加遂洞的开挖及其他工程量，而Q/B越大消能越困难，衬砌要求越高。由于四种方案数据较接近 ，上游水位及超高相差不多，对主体工程量的影响不大。故主要考虑泄水建筑物的工程造价。方案一中堰顶高层高，过水前沿短，开挖量小，而且下泄流量小，隧洞衬砌和出口消能要求低，故选用第四种方案。该方案中各特征参数复述如下：堰顶高程=2817 m，单孔泄流，单孔净宽B=8.00 m 。设计流量656.8m3/s，设计水位2829.7m。校核流量724.5 m3/s，校核水位2830.17m。第五章 坝型选择及枢纽布置5.1坝址及坝型选择5.1.1 坝址选择经过比较选择地形图所示河弯地段作为坝址，并选择，两条较有利的坝轴线，两轴线河宽基本接近，从而大坝工程量基本接近。从地形图上可以看出：剖面，河床覆盖层平均厚度20m,河床中部最大达32m，坝肩除10m左右范围的风化岩外，还有数十条破碎带，其余为坚硬玄武岩，地质构造总体良好（对土石坝而言）。剖面除与剖面具有大致相同厚度的覆盖层及风化岩外，底部玄武岩破碎带纵横交错，若将坝建于此坝基及绕坝渗流可能较大，进行地基处理工程量太大，综合考虑以上因素，坝轴线选在处。5.1.2 坝型选择5.1.2.1坝型选择所选坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩透水性深，基岩强度低，且不完整，并且水库蓄水后两岸边坡会产生塌方。从地质条件看，拱坝对地形及地质条件有独特的要求，地质条件要求岩基坚硬，整体性好，强度高，具有不透水性，两岸拱座基岩要求坚硬而完整，边破稳定，没有大的断裂构造及软弱夹层，能承受由拱端传来得巨大推力而不致产生过大的变形，尤其要避免两岸边坡有与河床倾斜的节理裂隙或层理构造；地形条件要求河谷的宽度L及大坝高度H的比值在一定的范围内，河谷形状在平面上也有一定的要求，要求两岸拱座下游有足够厚的完整岩体，同时河谷断面形状要求简单。显见不宜修建拱坝。支墩坝本身应力较高，对地基要求也很高，尤其是连拱坝不能适应不均匀的地基变形，对地基要求更为严格，支墩坝的侧向稳定性差，如受到垂直于河流方向的地震，其抗侧向倾覆能力较差。而本工程地基强度低，且不完整，易产生不均匀沉陷，且坝区有7级地震，因此也不能修建支墩坝，较高的混凝土重力坝也要求建在岩性地基上。坝区的粘土及砂砾土比较丰富，可以建土石坝，而且土