土石坝课程设计指导书.doc

水工建筑物课程设计土石坝设计指导书昆明理工大学水电教研室2014年12月水工建筑物课程设计土石坝设计指导书一、目的通过课程设计，使学生能综合运用工程制图、工程地质、水力学、土力学等课程知识，进一步掌握水工建筑物课程中“土石坝”的总体布置、土料设计、剖面拟定、渗流及坝坡稳定计算等内容。二、资料及工程任务工程设计资料包括地形、地质资料，水文、水力计算资料、筑坝材料资料等。三、设计要求和设计步骤1、 考虑泄洪和输水要求进行总体枢纽布置，其建筑物包括土石坝、溢洪道、输水隧洞等。2、 综合分析比较确定土石坝坝型。3、 根据提供的料场资料，确定防渗料及堆石料填筑标准。防渗粘土料按压实度98%控制，堆石料按孔隙率20%28%控制。4、 利用已给的水库特征水位，考虑风浪及安全加高因素，按正常运行和非常运行情况中的最大值确定坝顶或防浪墙顶高程。地震作用引起的沉降和涌浪综合考虑可取2.0m。5、 按使用要求及工程经验确定坝顶宽度、上下游坝坡坡比，初步拟定大坝剖面尺寸。6、 选择最大横剖面进行渗流计算，确定单宽渗流量并绘制浸润线，同时进行渗透稳定性校核。这部分可只进行正常蓄水位稳定渗流计算。7、 以渗流计算剖面和相应工况为基准，进行下游坝坡稳定校核。计算采用计及条块间作用力的简化毕肖普法，抗剪强度指标教材中有关表格选用。注意：为计算简便，堆石料强度指标不需按非线性强度包线修正；下游可按无水情况考虑。8、 进行细部构造设计：坝顶、护坡、反滤过渡层。9、 坝基防渗处理，帷幕灌浆深度及灌浆孔距、排距确定。10、由于设计时间有限，初拟尺寸无论合适与否，均不需再做调整。但要对结果加以评述（论证）。四、设计成果每个学生需提交的最终设计成果包括：l 平面布置图（A1）；l 大坝纵、横剖面图（A1）：包括帷幕灌浆深度、大坝标准横剖面、坝顶及护坡大样图；l 设计计算说明书1份（需根据学校要求制作封面，并装订成册）；工程图建议使用AutoCAD软件绘制。l 含以上所有设计成果内容的CD光盘1张。五、进度计划本课程设计为2周，全天设计，具体安排如下：l 第13天 熟悉资料、枢纽布置、建筑物级别，坝顶高程及初始剖面确定；l 第45天 渗流分析计算；l 第68天 坝坡稳定计算；l 第9天 坝基防渗及坝体细剖设计。l 第1012天 绘图l 第1314天 整理设计计算说明书学生应配合教师共同掌握进度和要求，避免负担过重或任务量不足。设计成果最迟必须在2014年1月3日下午4:00前提交。六、参考资料1 中华人民共和国水利部. 碾压式土石坝设计规范SL274-2001. 北京：中国水利水电出版社，2002.2 中华人民共和国建设部. 土工试验方法标准GB/T50123-1999. 北京：中国计划出版社，1999.3 顾慰慈. 土石（堤）坝的设计与计算. 北京：中国建筑工业出版社，2006.4 华东水利学院. 水工设计手册第四卷土石坝. 北京：水利电力出版社，1984.附录 XX水库工程设计资料XX水库位于云南省某县西北部，弥沙河上游白石江上段老君山河上，其位于横断山脉的中段，金沙江与澜沧江的分水岭地带。流域最高点高程4247m，坝址处为最低点2660m。老君山河发源于老君山路路角，自北向南流经竹坪、锯木厂，锯木厂以下转向西南流经清坪后于龙塘与美水河汇合后为白石江。全流域面积80.6Km2，主河长18.70Km，主河道平均坡降5.22%。水库区地势北部、东部及南部高，西部低，为高山深切割陡坡地形，侵蚀堆积地貌，库区为峡谷地形，两岸坡高而陡，库形条件一般。主要出露三叠系上统古村组（T3w）及印支一燕山期火成岩地层。库区水文地质条件简单，厚层至块状花岩斑岩、石英粉岩赋存裂隙水，属裂隙透水含水岩组，透水性强，主要为中等透水。库区两岸地下水位出露较高，属地下水补给水库。库区内植被较好，库岸无大的坍塌、滑坡、泥石流等不良物理地质现象。但两岸山坡陡斜，冲箐沟发育，岩石风化较强，小型坍塌现象较多。XX水库总库容1200万m3，总供水量1253.4万m3，农业供水870.8万m3，灌溉面积3.7640万亩，工业及乡镇供水382.6万m3。依据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），工程为中型水库，工程等级为等，主要水工建筑物：大坝、溢洪道、输水渠道、输水隧洞级别为3级，施工导流等临时性建筑物级别为4级。1.地形地质资料见提供的CAD工程图。2.筑坝材料(1) 防渗料场防渗料场位于坝址上游左岸箐口坡脚一带，地形坡度1020，相对平缓，老君山公路从其附近通过，距坝址约2km，开采及运输条件便利，该区主要出露地层为三叠系中统上兰组下段浅黄、浅灰白色全强风化泥质粉砂岩夹粉、细砂岩夹泥质粉砂岩，防渗土料为第四系全新统残坡积(Qel+dl)褐红、褐黄色含砂砾石粘土，主要为中、高液限粘土，厚度一般约36m，有用层储量为120万m3，无用剥离量为12万m3，经取样试验，主要物理指标：比重为2.76，粘粒含量为1749.97%，多数在40%以下，有效粒径0.001mm，含有少量砾石，大于5mm粒径含量24.46%，大于2mm粒径含量38.93%，不均匀系数平均137.5，土料颗分包络曲线见下图1，土料塑性指数Ip为10.121.8，大部分在20以内，自由膨率16.88%，最优含水量平均为24.83%，天然含水量平均为23.3%，二者较为接近，最大干容重平均为1.58g/cm3，渗透系数K为2.1710-76.3310-4cm/s，能满足防渗要求；主要力学指标为：土料的压缩系数a1-2=0.247MPa-1，属中压缩性土，内摩擦角小值均值为20.26，粘聚力小值均值为22.82KPa。(2) 堆石料场堆石料位于坝址上游右岸，堆石料主要为印支燕山期(r5)暗紫色弱微风化细粒花岗斑岩、三叠系上统歪古村组(T3Wb)灰白色弱微风化石英闪长玢岩，坚硬、块度好，力学强度高，有用层厚度约110m，有用层储量865.7万m3，无用剥离量44.2万m3，料场坡脚河道左岸为老君山公路，交通较为便利，距坝址1.2km。经取4组大样试验，主要物理力学指标为：天然密度2.03 g/cm3，比重2.66，含泥量3%，控制干密度2.01g/cm3，孔隙率24.4%，渗透系数K平均为5.0610-2cm/s，压缩系数a0.10.20.011MPa-1，=40，C=0。颗分级配包络曲线如图2。图1 粘土料颗分级配包络曲线图图2 堆石料颗分级配包络曲线图(3) 反滤过渡料场工程区及附近缺天然反滤过渡料，反滤过渡料场位于白石江支流马登河下游河段流经马登镇处，在剑兰公路以西，距坝址21.5km，交通方便，反滤过渡料为河道冲洪积砂卵砾、砂石层，其母岩岩性主要为紫红色、灰白色石英砂岩，粉、细砂岩及少量深灰色砂质板岩及灰岩，无针、片状颗粒及软弱成分，含泥量较低，为2.2%，级配良好，经取2组样试验，各项指标均能满足要求，储量丰富，总储量约90万m3。该料场质量较好，储量丰富，开采运输条件好，交通方便，只是运距较远，单价偏高，但反滤过渡料通过对采用坝址区附近青灰色灰岩机制与采用马登河天然砂砾料进行单价比较，采用马登河天然砂砾料较为经济，因此，选择马登河天然砂砾料场为反滤料料场，按工程要求筛分选用。3.其它设计资料设计参数（总组长：刘艳201110504143）项目第一组第二组第三组第四组第五组枢纽任务灌溉、防洪灌溉、防洪灌溉、防洪灌溉、防洪灌溉、防洪工程等级正常蓄水位(m)2745.502740.002742.002748.002743.00设计洪水位(m)2746.802741.902743.602750.102745.50校核洪水位(m)2748.002743.502745.202752.602747.60设计下泄洪水流量(m3/s)8570759580校核下泄洪水流量(m3/s)130100110140120水库最大吹程(km)4.53.03.55.04设计风速(m/s)1819151716组长201010504136沈兆瑞201110504135赵泽跃201110504219桂进敏201110504301张朋2