均质土石坝毕业设计

1、 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计1 本科毕业论文本科毕业论文题 目 均质土坝枢纽建筑物设计 学 院 工学院 专 业 水利水电工程 毕业届别 2008 届 姓 名 123456 指导教师 654321 职 称 副教授 甘肃农业大学教务处制二一二年 五 月 123456 均质土石坝枢纽建筑物设计1目 录摘要.1关键词.1abstract.1key words .1绪论.21 基本资料.21.1 地形地质.21.1.1 地形.21.1.2 库区工程地质条件.21.1.3 坝址区工程地质条件.31.1.4 坝址区其他建筑物.31.2 水文与水利规划.31.2.1 气象.31.1.2 水文分析.

2、41.2.3 水利计算.51.3 建筑材料及筑坝材料技术指示的选定.71.3.1 土料.71.3.2 砂砾料.81.3.3 石料.81.3.4 筑坝材料技术指标的选定.81.4 工程效益.91.5 施工条件.91.5.1 施工地区气象与水文条件.91.5.3 当地建筑材料:土料.101.5.4 施工地区对外条件.101.5.5 工作日分析.102 枢纽布置.102.1 工程等级确定.102.2 坝轴线的选择.102.3 坝型选择.102.3.1 地质条件.10 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计22.3.2 水文条件.112.3.3 筑坝材料.112.3.4 坝型比较.112.4 枢纽布置

3、.123 坝工设计.133.1 坝体剖面设计.133.1.1 坝顶高程的确定.133.1.2 坝顶高程计算.133.3 坝顶宽度确定.173.4 坝坡选定 .173.5 马道.183.6 坝体排水.184 渗流分析.184.1 渗流分析的目的.184.2 分析内容.194.3 渗流分析方法.194.4 渗流计算.204.4.1 正常蓄水位时的渗流分析.204.4.2 设计洪水位时的渗流分析.214.4.3 校核洪水位时的渗流分析.214.5 渗流分析.225 稳定分析.225.1 计算工况与安全系数.225.2 稳定分析基本原理及方法 .235.2.1 最危险滑弧圆心范围的确定.235.3 稳

4、定分析计算.245.3.1 上游为正常蓄水位的下游坝坡稳定计算.245.3.2 上游为校核洪水位时下游坝坡稳定分析.305.3.3 上游为设计洪水位时上游坝坡稳定计算.355.4 稳定综合分析.396 坝体细部构造.406.1 坝顶.406.2 护坡.406.3 排水结构.406.4 反滤层.416.5 坝坡排水.43 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计37 溢洪道设计.437.1 概述.437.2 溢洪道的线路和选型.437.3 溢洪道引水渠 .447.4 溢流堰控制段 .447.4.1 溢流堰的形式.447.4.2 初步拟定溢流堰孔口净宽.447.5 泄槽设计 .477.5.1 泄槽的

5、平面布置及纵、横剖面.477.5.2 收缩段、扩散段和弯曲段设计.517.5.3 掺气减蚀.517.5.4 边墙高度确定.527.5.5 泄槽的衬砌.527.6 溢洪道消能设计 .538 坝基处理.548.1 地基处理的主要要求.548.2 地基的处理.548.3 岸坡的处理.54参考文献.55致谢.56 123456 均质土石坝枢纽建筑物设计1均质土石坝枢纽建筑物设计123456（甘肃农业大学工学院水利水电工程专业）摘要摘要：适当修建大坝可以实现一个流域地区发电、防洪、灌溉的综合效益。通过对青龙河地形地质、水文资料、气候特征的分析，结合当地的建筑材料，设计适合的枢纽工程来帮助流域地区实现很好

6、的经济效益。根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄洪建筑物尺寸；通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；详细作出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；对泄水建筑物进行设计，选择建筑物的形式、轮廓尺寸，确定布置方案。水库配合下游河道整治等措施，可以很大程度的减轻洪水对下游城镇、厂矿、农村、公路、铁路以及旅游景点的威胁；可为发展养殖创造有利条件。关键词关键词：坝工设计；渗流分析；稳定分析；溢洪道设计；基础处理。homogeneous earth dam pivot buildin

7、g design123456 (institute of water conservancy and hydropower engineering of gansu agricultural university)abstract: appropriate construction of dam can be achieved in a basin area of power generation, flood control, irrigation benefit. d river is located in our country southwest, through to its geo

8、logical, hydrological data, climate analysis, combined with the local building materials, design suitable for the project to help the region to achieve good economic benefit. according to the requirement of flood control, flood regulation computation of reservoir, to determine the crest elevation an

9、d release flood waters building size; through the analysis, on the possible options, determine the hub of the building form, dimensions and water conservancy hub layout plan made in detail; dam design, through the comparison, determining basic profiles and dimensions, make the foundation treatment s

10、cheme and the dam body structure, hydraulic, static calculation of outlet structures; design, choice of building form, outline dimensions, to determine the layout scheme, make detail structure, hydraulic, static calculation. reservoir with river regulation measures, can greatly reduce the flood on t

11、he downstream towns, factories and mines, rural, highway, railway and the tourist attractions of the threat; create favorable conditions for development of aquaculture. key words: dam design；seepage analysis; stability analysis; spillway design; foundation treatment 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计2绪论毕业设计的任务是把学生

12、在专业主要课程内容所获得的知识加以系统化、巩固、扩大、深入，培养学生独立解决本专业技术问题的能力及培养自学能力，培养学生的设计计算，编写说明书和绘图能力。基本原则是：设计应满足功能要求，并力求经济、安全、施工便利和美观，根据可能的和合理的方案进行技术经济比较来选定建筑物的型式、材料、布置。设计时注意的事项是：以严肃的态度对待资料，不自行修改或增减，一切必要的补充或修改必须征得指导教师的同意。本此设计包括：枢纽布置，坝体剖面设计，渗流、稳定分析，细部构造设计以及溢洪道设计，地基处理等章节。根据基本资料中的地质、水文资料确定坝址、坝型，根据工程的用途以及地形条件进行枢纽总体布置。由水文，气象资料初

13、步拟定坝体剖面后，经过渗流分析，稳定分析后验证坝体的稳定性性指标。之后对坝体细部构造设计，满足大坝的功能要求。土石坝的坝顶是不容许过水的，因此必须设置独立的泄水，本设计采用正槽式溢洪道，布置在河道的左岸。在完成设计过程中主要参考了水工建筑物 ，sl 274-2001碾压式土石坝设计规范，在张老师的精心指导下完成本次设计。1 基本资料 1.1 地形地质1.1.1 地形地质 见 1:2000 坝址地形图。1.1.2 库区工程地质条件 水库位于高山区，构造剥蚀地形。青龙河侵蚀能力较强，沿河形成不对称河谷，由于构造运动影响，河流不断下切，形成岸边阶地、陡岸。流域内地形北高南低，平均高程与 500m，最

14、高峰海拔 1680m。河道蜿蜒曲折，河谷宽度 400100m 不等，河道比降 1/4001/600。库区两岸基岩出露高程大部分在 200 米左右，库区左岸非可溶性岩层分布广泛，其中主要由绢云母、千枚岩、石英、砂质页岩组成。透水性较小，也没有发现沟通库内外的大断层。库区可溶性岩层分布于青龙河右岸，从隔水层分布、熔岩发育情况分析，水 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计3库蓄水后向邻近河流渗透的可能性很小。经过对库区断层的分析，水库向外流域及下游渗漏的可能性很小。库区外岩层抗风化作用较强，库岸基本上是稳定的。青龙河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区亦未

15、发现重要矿产。1.1.3 坝址区工程地质条件 本区地震基本裂度为六度，建筑物按七度设防 坝址位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向青龙河上游，两岸山体较厚。河床宽约 300米，河床地面高程 85m，河床砂卵石覆盖层平均厚度 57 米，渗透系数 k=110-2 厘米/秒。水库坝址选在青龙河下游的山谷河段上，共选出 2 条坝线，经过比较，确定第一坝线，出露岩性为大红峪组石英砂岩与板状粉细砂岩互层，岩石坚硬、构造简单、渗透性小。坝址区为剥蚀中低山地形，河流经坝址处急转弯向北流向下游，由于受乔麦岭背斜控制，岩层倾向上游，呈单斜构造状。坝线区河谷较为开阔。右岸下游形成半岛状，因河流侧向侵蚀，使右岸形成陡壁，近

16、于直立，已查明的小段层有 6-7 条，软弱夹层有 13 条；左岸山坡平缓，覆盖着 31m 厚的山麓堆积物，有断层一条。河床坝基岩石构造较为发育，开挖揭露出断层 40 余条，其中相对较大的有 10 多条。1.1.4 坝址区其他建筑物溢洪道上坝线溢洪道位置岩性主要为坚硬的细砂岩，其中软弱层多为透镜体，溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的，下坝线溢洪道堰顶高程 750 米，基础以下 10 米左右为砂质页岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水性大，对建筑物安全不利。1.2 水文与水利规划1.2.1 气象 根据资料统计，青龙河流域属季风型大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。多年平均气温约 10，年绝

17、对最低气温为-29.2，最高气温为 38.7，月平均温度变化较大，离坝址较远的迁安站实测最高气温 39。多年平均降雨量为 700mm，且多集中在夏季七、八月份。全年无霜期约 180 天，结冰期约 120 天，河道一般在 12 月封冻，次年三月上旬解冻，冻层厚 0.40.6m，岸边可达 1.0m。多年平均最大风速 23.7m/s，水库吹程为 3km。 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计41.1.2 水文分析 1.1.2.1 洪水 青龙河洪水由暴雨形成，据统计七八月发生最大洪峰流量的机会占 88%，而且年际变化很大，实测最大洪峰流量为 2200 秒立米(1962 年)，最小洪峰流量 184 秒

18、立米(1965年)，相差 12 倍，流域洪水峰高、历时短，陡涨陡落。一次洪水持续时间一般 35 天。 1.1.2.2 年来水量 青龙河流域年径流由年降雨产生，年径流在地区与时间上分布与年降雨量基本一致，但年际间变化悬殊，实测径流资料 19291983 年共 35 年资料中丰水年 1961 年达21.34104m3，枯水年 1965 年仅 16.77104m3，相似枯水年连续发生，多年平均径流量9.6108m3。实测径流资料如表 1-1 所示。考虑到流域内人类活动对产流的影响，分别对未来规划年 2000 年和 2020 年流域内耗水量进行了预测，得到个规划年的径流系列，如表 1-1 所示。根据径

19、流年内和年际变化特征，分别选择 1986 年，2000 年和 2020 年为设计水平年。表 1-1 实测径流表年份天然1986 年2000 年2020 年年份天然1986 年2000 年2020 年192911.09910.910.49510.24419572.9322.7332.3572.163021.22921.0320.62570.383584.3984.1993.8053.603314.7294.5304.1253.8645919.86019.8519.24018.995326.1815.9825.5935.396604.6644.4654.0663.869337.5727.3737.

20、0156.818613.4253.2262.8212.5833416.77416.57516.1715.9446218.19317.99417.58917.35359.0278.8288.4298.239633.6823.4833.0782.817362.1141.9151.5101.3036413.40613.20712.80212.5663712.98612.78712.38212.121654.3284.1293.7343.5373815.43115.23214.82714.5666610.48010.2819.8769.1653910.89610.69710.29210.071676.

21、1685.9695.5645.346404.2094.0103.6063.253682.6242.4232.0231.826413.3402.1411.7361.5286918.51718.31817.94317.682429.8249.6259.2208.959704.9744.7754.3704.1454312.48712.28811.88211.622713.1082.9092.5192.322444.7254.5261.1213.860723.4283.2292.8242.627457.2227.0236.6186.357739.3159.1168.7118.450468.3728.1

22、737.7687.507749.1058.9068.5018.261478.1868.0247.7597.4877510.0899.7859.0679.278488.2358.0367.6317.3707611.32411.12510.72010.4594937.02236.80336.39836.1377721.3421.14120.72620.475507.5117.3126.9076.6467813.05712.85812.45312.192 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计5515.5655.3864.9614.7387910.1199.9209.5199.251526.3626

23、.1635.7585.559802.2332.0341.6451.4485317.91717.71817.31317.054811.7361.5371.1480.9515414.97614.77714.37214.111821.8911.6921.2981.1185513.69013.49113.08612.825832.0911.8921.5171.320567.9967.7977.3927.131841.1.2.3 年输沙量青龙河流域植被较好，泥沙来源在地区分布和洪水分布上一致。主要是土门子与某之间，其间来沙量约占某以上总输沙量的 95%以上，而汛期输沙量又集中在几次特大洪水上。年际间泥沙

24、量的变化悬殊。由统计分析得知，某站多年平均淤沙量为 389t,多年平均含沙量为 4.0kg/m3，多年平均侵蚀模数为 762.8t/km2。从泥沙的组成情况来看，泥沙颗粒较粗，中值粒径为 0.075mm，淤沙浮容重 0.9t/m3，内摩擦角为 12 度。1.1.2.3 水文分析成果表 表 1-2 水文分析成果表序号姓 名单 位数 量备 注1利用水文系列年限352代表性流量多年平均流量立米/秒30.5调查历史最大流量立米/秒3400设计洪水洪峰流量(p=1%)立米/秒3600校核洪水洪峰流量(p=0.1%)立米/秒5200保坝洪水洪峰流量(p=0.01%)立米/秒76003洪量设计洪水洪量(p=

25、1%)亿立米6.5五 天校核洪水洪量(p=0.1%)亿立米8.2五 天4多年平均年径流量亿立米9.65多年平均输沙量吨4311.2.3 水利计算 水文水利规划成果如下： ()死水位选择为尽可能增加自流灌溉面积，并使电站水头适当加高，力求达到电源自给以及为今后水库淤积留有余地。按二十年淤积高程，选定死水位 104m。 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计6 ()调节性能的选定灌溉保证率选取 p=75%，水库上游来水，首先满足灌区工农业用水，电站则利用余水发电，从年调节和多年调节两方案的水电量利用系数和坝高都相差不大，但是多年调节性能的水库能提供的电量和装机利用小时都较年调节性能水库提高 20%

26、。故确定该水库为多年调节性能水库。 ()兴利水位的确定原则和指标根据青龙河洪水特性，汛期限制水位在七、八月定为 140.5 米。七、八月以后可重复利用一部分防洪库容蓄水兴利以不降工程防洪标准，以防洪兴利兼顾为原则，确定九、十月限制水位，提高为 136.2 米汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超超过百年设计洪水位考虑，确定汛末兴利水位为 141 米。 ()防洪运用原则及设计洪水的确定 某水库属一级工程。水库大坝建筑物按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核。由于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响，故用万年一遇洪水作非常保坝标准对水工建筑物进行复核。 调洪运用原则： 入库洪水为百年一遇时，为提高下

27、游河道的电站、桥梁等建筑物的防洪标准，水库控制下流量为 2000 秒立米。当入库洪水为千年一遇时，溢洪道单宽流量以 70 每秒立米控制泄流。 当入库洪水为万年一遇时，按上述原则操作，即库水位接近校核水位时，水库水位仍继续上涨，为确保大坝安全，溢洪道敞开洪，允许溢洪道局部破坏。 ()水库排沙和淤沙计算某水库回水长 25 公里，河道弯曲，河床比降为 2.2%，河床宽 300 米左右，是个典型的河道型水库。水库利用异重流排沙。在蓄水过程中，只能用灌溉、发电有盈余水进行排沙，经计算，多年平均排沙量只占 5.2%，94.8%的泥沙都要淤积在库区内侵占兴利库容。淤沙高程为 97.6m，堆沙库容为 1.66

28、108m3。 ()水库工程特征值a. 枢纽下泄流量及相应下游水位水库上游设计洪水位为 142.0m，相应下游水位为 92.0m，库容为 8.32108m3，溢流坝相应的泄量为 1024m3/s；上游校核洪水位为 143.3m，相应下游水位为 92.4m，库容为 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计78.70108m3，溢流坝相应的泄量为 1159 m3/s；上游正常蓄水位为 141m（与汛限水位同高） ，相应下游水位为 86.1m；死水位为 90.0m，相应的库容为 0.78108m3；表 1-3 水库技术经济指标表序号名 称单 位数 量备 注1水库水位校核洪水位(p=0.01%)米考虑淤积

29、 20 年设计洪水位(p=1%)米考虑淤积 20 年兴利水位米考虑淤积 20 年汛限水位米考虑淤积 20 年死水位米考虑淤积 20 年2水库容积总库容亿立米5.05校核洪水位设计洪水位库容亿立米4.63序号名 称单 位数 量备 注防洪库容亿立米14.93兴利库容亿立米其中共用库容亿立米死库容亿立米3库容系数%4调节特性多年1.3 建筑材料及筑坝材料技术指示的选定 当地天然建筑材料分布在坝址地区上、下游河滩及两岸阶地。其中，土料主要分布在庄窝、土谷子等七处，沙砾卵石料主要有南杖子、某等八处，各料厂的材料物理性质基本满足要求，可做大坝混凝土骨料及拱围堰。1.3.1 土料 坝址上、下游均有土料场，储

30、量丰富，平均运距小于 1.5 公里，根据 155 组试验成果统计，土料平均粘粒含量为 26.4%，粉粒 55.9%，砂粉 17.6%，其中 25%属粉质粘土，60.7%属重粉质壤土，14.3%属中粉质壤土，平均塑性指数 11.1，比重 2.75。最大干容重1.67 吨/立米，最优含水量 20.5%，渗透系数 0.4410-6 厘米/秒。具有中等压缩性，强度指标见下页表。 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计81.3.2 砂砾料 主要分布在河滩上，储量为 205 万立米，扣除漂石及围堰淹没部分，可利用的约100151 万立米，其颗粒级配不连续，缺少蹭粒径，根据野外 29 组自然坡度角试验，34

31、组室内试验分析，统计成果如下： 自然么重 1.87 吨/立米，软弱颗料含量 2.64%。 不均匀系数 561 颗，颗组成见表 1-4：表 1-4 颗料组成(毫米)%2008040205210.50.250.583.774.257.746.238.634.632.829.724.74.9 砂的储量很少，且石英颗料少，细度模数很低，不宜作混凝土骨料，砂(d0.7 时，=3435，鉴于本地砂砾料级配不好，故j选用=310。j 堆石指标一般值在 3945之间，统计国外 9 座砂岩地区筑坝石料平均值为39.1，我国狮子滩堆石坝试验为 3645，取用 3950，故本工程取用值 40。左岩黄土台地(q2)压

32、缩系数 ss=0.025，起始孔隙比 e0=0.725，平均料径d50=0.1mm。如表 1-6 所示。表 1-6 坝体土料的压缩曲线(r=2.65kg/cm2),平均料径 d50=0.1mm。p(kg/cm2)012345678910110.6650.6450.6320.6120.5930.5750.5280.5200.5030.5000.4890.4801.4 工程效益 该水库建成后能收到灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人蓄吃水等多方面效益，是一座综合利用的水库。一期建成，可谓秦皇岛是提供工农业、城市用水 1.82 亿 m3,可使滦河中下游地区 120 万亩农田灌溉用水得到不同程度的改善和

33、补充。二期建成，可调节水量 5.67 亿 m3,年均发电量 9330 亿 kwh，可全面解决冀东钢铁基地建设用水。1.5 施工条件1.5.1 施工地区气象与水文条件该水库没有建立水文气象站，根据气象站 1958 年至 1963 年、1970 年至 1972 年共 9年资料，分析最高气温 29.1(6 月)，最低气温-14.3(1 月)，多年平均日气温 424，历年各月气温特征值如下表 1-7：表 1-7 气温特征值表项 目1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11月12 月多年平均日气温4.51.14.611.318.121.723.621.716.410.318.92

34、.1多年最高日气温4.67.217.022.225.029.123.026.530.122.418.938.1多年最低日气温14.30.05.81.03.110.518.914.41.91.90.710.0 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计101.5.3 当地建筑材料:土料 根据当地建筑材料调查报告，土料场有五个。根据试井及土钻孔情况，从 1:2000 地形图，初步计算四个土场的蕴藏量 2248.6 万立米，为设计总量的 4 倍多。1.5.4 施工地区对外条件 水库距卢龙县 35km,新建公路至工地，交通方便。施工用电青龙山双山子变电所架设 110kv 输电线路供电，电力保障可靠。1.5

35、.5 工作日分析根据沁水县 1958 年1963 年和 1970 年1972 年九年降雨气温资料，参考其它土坝水库气温，降雨停工标准，土料、砂砾料、石方、混凝土工程施工工作日确定如表 1-8：表 1-8 工程施工工作日表类 别土料砂砾隧洞石方混凝土一般石方工作日(天/年)2533073022502922 枢纽布置2.1 工程等级确定 根据资料可知，大坝为 2 级建筑物，正常应用洪水为 100 年一遇，非常运用洪水为1000 年一遇。辅助建筑物按级设计，临时建筑物按级设计。2.2 坝轴线的选择坝轴线选择时，根据地形、地质、工程规模及施工条件、经济条件和技术综合分析比较来选定。选在河谷的狭窄段，这

36、样坝轴线短，工程量小，但要综合考虑对于两岸坝段要有足够宽度和高度。坝基和两岸山体无大的不利构造问题，岩石应较完整，并应将坝基置于透水性小的坚实地层或厚度不大的透水层地基上。坝址附近有足够数量符合设计要求的土、砂、石料且便于开采运输。 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计112.3 坝型选择2.3.1 地质条件库区两岸基岩出露高程大部分在 200 米左右，库区左岸非可溶性岩层分布广泛，其中主要由绢云母、千枚岩、石英、砂质页岩组成。透水性较小，也没有发现沟通库内外的大断层。库区可溶性岩层分布于青龙河右岸，从隔水层分布、熔岩发育情况分析，水库蓄水后向邻近河流渗透的可能性很小。经过对库区断层的分析，

37、水库向外流域及下游渗漏的可能性很小。库区外岩层抗风化作用较强，库岸基本上是稳定的。青龙河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，且库区亦未发现重要矿产。2.3.2 水文条件根据资料统计，青龙河流域属季风型大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。多年平均气温约 10，年绝对最低气温为-29.2，最高气温为 38.7，月平均温度变化较大，离坝址较远的迁安站实测最高气温 39。多年平均降雨量为 700mm，且多集中在夏季七、八月份。全年无霜期约 180 天，结冰期约 120 天，河道一般在 12 月封冻，次年三月上旬解冻，冻层厚 0.40.6m，岸边可达 1.0m。

38、2.3.3 筑坝材料2.3.3.1 土料 坝址上、下游均有土料场，储量丰富，平均运距小于 1.5 公里，根据 155 组试验成果统计，土料平均粘粒含量为 26.4%，粉粒 55.9%，砂粉 17.6%，其中 25%属粉质粘土，60.7%属重粉质壤土，14.3%属中粉质壤土，平均塑性指数 11.1，比重 2.75。最大干容重1.67 吨/立米，最优含水量 20.5%，渗透系数 0.4410-6 厘米/秒。具有中等压缩性。2.3.3.2 砂砾料 主要分布在河滩上，储量为 205 万立米，扣除漂石及围堰淹没部分，可利用的约100151 万立米。砂的储量很少，且石英颗料少，细度模数很低，不宜作混凝土骨

39、料，砂(d0.5 为深水波lh9 .241 .14=1.56=40.26mml208. 5非正常运用情况：v=23.7m/是 d=3km 代入式（3-3） 、 （3-4）得h=1.25ml=12.4m=11.560.5 为深水波lh4 .123 .143 =1.56=18.78mml247. 3计算波浪爬高正常运用情况：h=142.0-85=57m =0.023hhm5731. 1 查表 3-4 得： =2.23%1rr非正常运用情况：143.3-85=58.3m =0.010.32.131.861.761.651.611.481.391.311.190.99. =mrmmwlhmkk21 正

40、常运用情况： =1.31m =4.026 mmhml =1.86 mmr26.4031. 13101. 18 . 02 非正常运用情况：=0.61m =18.78mmhml =0.86 mmr78.1861. 03101. 18 . 02故 正常运用情况： r=2.231.86=4.15 m非正常运用情况： r=2.230.86=1.92 m综合以上可以得到： =r+ e+ a=4.15+0.022+1.0=5.172 m正常y正常正常正常非正常y= r+ e+ a=4.15+0.022+1.0=2.425 m非正常非正常非正常坝顶高程计算计入表 3-5 中表 3-5 坝顶高程计算表波浪爬高r

41、风雍高度e安全超高a地震波浪高度水位(m)坝顶高程(m)设计洪水位4.150.0021.0-142.0147.172正常蓄水位4.150.0021.0-142.0146.172校核洪水位1.920.0050.5-143.3145.725正常蓄水位1.920.0050.50.5141.0143.925由以上可得坝顶高程为 147.172m。由平面布置图可知坝址处河床高程为 84.0m,向下开挖 7m 清除砂卵石覆盖层后期高程为 77.0m，则坝高为 147.2-77.0=70.2m，考虑到要预留 1%的沉降里，则坝高为 70.2（1+1%）=70.9m，取坝高为 71.0m，坝顶高程为148.0

42、m。3.3 坝顶宽度确定 坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和地震等方面的要求综合考虑确定。sl 274-200碾压式土石坝设计规范规定：高坝坝顶可选 1015m，中、低坝坝顶可选 510m。该设计大坝坝高 71m 属于高坝，坝顶高度拟定为 12m. 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计183.4 坝坡选定坝坡坡率关系到坝体稳定以及工程量大小。上游坝坡长期处于饱和状态，加之水库水位有可能快速下降，是坝坡稳定处于不利地位，故其坡率比下游坡率缓。粘性土料的稳定坝坡为一曲面，上不破窦，下部坡缓，所以用粘性土料做成的坝坡，常沿高度分成数段，每隔 1030m，从上而下逐段放缓相邻坡率差值取 0.25

43、或 0.5.由粉土、砂、轻壤土修建的均质坝，透水性较大，为了保持渗流稳定，适当放缓下游坡度。当坝基或坝体土料延坝轴线分布不一致时，分段采用不同坡率，在各段过渡区，使坝坡缓慢变化。上下游边坡比见表 3-6表 3-6 上下游边坡比坝高(m)上游下游101：21：2.51：1.51：210201：2.251：2.751：21：2.520301：2.51：31：2.251：2.75301：31：3.51：2.51：3该坝坝高 71m，上游坝坡为 1:2.75、1:3.0、1:3.25，下游坝坡 1:2.25、1:2.5。如图 3-1所示。3.5 马道 为防止坝面冲刷，同时便于交通、检测、观测维修并且有

44、利于坝坡稳定，沿高程每隔 1030 m 设置一条马道，其宽度不小于 1.5 m，马道设在边坡坡度变化处。 该坝在上下游每隔 25 m 设置一条马道，其宽度为 2 m，高程分别为 102 m、127 m.。3.6 坝体排水 坝体排水有棱体排水、贴破排水、坝内排水三种形式。棱体排水适用于下游有水坝型，故该坝使用棱体排水，它可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护尾水范围内下游坝脚不受波浪淘刷，还可与坝基排水想连接。当坝强度足够时，还可发挥支撑作用，增加稳定作用。 棱体排水体内坡坡率为 1:1.0，外坡坡率为 1:1.5，顶部宽度为 2.0 m。 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计19图图 3-1 坝

45、体剖面示意图坝体剖面示意图4 渗流分析4.1 渗流分析的目的 在于：土中饱水程度不同，土料的抗剪强度等水力学特性也相应的发生变化，渗流分析将为坝体内各部分土的饱水状态的划分提供依据；确定对坝坡稳定有较重要影响的渗流稳作用力；进行坝体防渗布置与土料配置，根据坝体内部的渗流参数与渗流逸出比降，检验土体的渗流稳定性，防止发生管涌和流土，在此基础上确定坝体及坝基中防渗体的尺寸和排水设施的容量和尺寸；确定通过坝体和河岸的渗水量损失并社会排水系统的容量。渗流分析可为坝型初选和坝坡稳定分析打下基础。4.2 分析内容确定坝体内浸润线；确定渗流量。4.3 渗流分析方法在众多渗流分析方法中，较水力学法和流网法比较

46、简单实用，同时也具有一定的精度。本设计采用水力学方法进行渗流分析。根据电拟试验结果，上游三角形可用高为 h、宽为h 的矩形来代替，这一矩形和上游三角形消耗同样的水头，而且通过同样的渗流量，值由式 4-1 计算： （4-1）mm211式中： 为坝的上游边坡系数1m土石坝不透水地基渗透计算，下游有棱体排水时：(1)下游无水时：见图 4-1a 所示。 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计20(a)下游无水下游无水 (b)下游有水下游有水图图 4-1 有排水的均质土坝渗透计算见图有排水的均质土坝渗透计算见图由于排水体的渗透系数大于坝体的渗透系数，故浸润线将进入排水体时下降加快，进入排水体后则骤降。坝

47、体内浸润线为抛物线，选用 o 点做原点的坐标系且作为抛物线的焦点，原点处抛物线 y 的坐标值为，焦点至原点的水平距离有抛物线性质可知0hgl，抛物线的标准方程为 y2=2px+c 根据已知条件可求得： 20hlg （4-2）20022hhy此式满足边界条件 x=l 时 y=代入得：1h （4-3）llhh2210通过 x 处断面的流量为： 即：xhykq2202 （4-4）2022hxkqy与式 4-1 联立可知： （4-5）0hkq由式（4-3）求，式（4-5）计算 q，由式（4-4）绘制浸润线。0h（2）下游有水时如图 4-1b 所示 近似把高度内的坝体视为不透水，即参照式（4-3）求出值

48、。式中换为、2h0h1h1h，即 （4-2hlhhhh221210)(6）计算渗流量 （4-7lhhhkq2)(2022） 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计21用式 4-1 绘制浸润线(x 轴与下游水面一致)。应假定高度内坝体不透水与实际不符，2h算出偏大，引起绘制的浸润线偏高，计算坝的稳定是偏于安全，q 偏小。0h4.4 渗流计算4.4.1 正常蓄水位时的渗流分析上游水位为 141.0m，下游相应水位为 86.1 m 则上游水深=141.0-77.0=64.0 m，下游1h水深=86.1-77.0=9.1 m。 2hl=27.43 m11121hmm643213 =（148-141）3

49、+12+（148-102）2.5-（102-86.1）1.0=132.1 m1l l=+ l =27.42+132.1=159.53 ml1 代入式 4-5 得=9.18llhhh22210)(53.15953.159) 1 . 964(22代入式 4-6 有 =11.7953.1592)18. 964(6422kq由资料可知 k=/s61044. 0则渗流量为：q=11.79=/s81044. 081019. 5代入式 4-1 得浸润线方程为 y2=18.36x+84.27将渗流曲线坐标值列入表 4-1 中.表 4-1 正常蓄水位时渗流曲线坐标值x0103050709011012013015

50、0y9.1816.3725.2031.6637.0041.6745.8747.0049.7153.284.4.2 设计洪水位时的渗流分析上游洪水位为 142.0m，下游相应水位为 92.0 m 则上游水深=142.0-77.0=65.0m， 1h下游水深=92.0-77.0=15.0m 2hl=27.86 m11121hmm653213 =（148-142）3+12+（148-102）2.5-（102-92.0）1.0=135 m1l l=+ l =27.83+135=162.86 ml1 代入式 4-5 得=7.5llhhh22210)(86.16286.162)1565(22 123456

51、：均质土石坝枢纽建筑物设计22代入式 4-6 有 =11.4186.1622)5 . 715(6522kq则渗流将为：q=11.41=/s81044. 081002. 5代入式 4-1 得浸润线方程为 y2=15x+56.25将渗流曲线坐标值列入表 4-2 中.表 4-2 设计洪水位时渗流曲线坐标值x01030507090110130150y7.514.3622.528.3933.2637.5041.3144.7948.024.4.3 校核洪水位时的渗流分析上游校核洪水位为 143.3 m，下游相应水位为 92.4 m 则，上游水深=1423.3-1h77.0=66.3 m ，下游水深=92.

52、4-77.0=15.4 m 2hl=28.41 m11121hmm3 .663213=（148-143.3）3+12+（148-102）2.5-（102-92.4）1.0=131.5 m1ll=+ l=28.413+131.5=159.91 ml1 代入式 4-5 得=7.9llhhh22210)(91.15991.159)4 .153 .66(22代入式 4-6 有 =12.0591.1592)9 . 74 .15(3 .6622kq则渗流将为：q=12.05=/s81044. 081030. 5代入式 4-1 得浸润线方程为 y2=15.8x+62.41将渗流曲线坐标值列入表 4-3 中.

53、表 4-3 校核洪水位时渗流曲线坐标值x01030507090110130150y7.914.8523.1629.1034.1838.5242.4346.0059.324.5 渗流分析将前面三种工况计算所得的渗流曲线绘制在图 4-2 中。由图中所示三种状况下的渗流曲线没有相交，说明渗流分析结果是合理的。 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计23图图 4-2 渗流曲线图渗流曲线图5 稳定分析稳定分析是确定坝的设计剖面和评价坝体安全的依据。稳定分析的可靠程度对坝体的经济性和安全性具有重要的影响。5.1 计算工况与安全系数（1）稳定渗流期。校核两种工况的上、下游稳定：水库水位处于正常蓄水位或设计洪

54、水位，下游为相应水位，属于正常运用条件；水库水位处于校核洪水位，下游为相应水位，属于非常运用条件。（2）水库水位骤降。水库水位处于正常蓄水位或设计洪水位，下游为相应水位，属于正常运用条件。按 sl 274-2001碾压式土石坝设计规范规定，坝坡抗滑稳定的最小安全系数根据坝的级别，参照表 5-1 加以选取。表 5-1 坝坡抗滑稳定的安全系数坝的级别1234、5正常运用条件1.501.351.301.25非正常运用条件1.301.251.201.15非正常运用条件1.201.151.151.10表 5-1 中的安全系数适用于计及条块间作用力的简化毕肖普和摩根斯顿-普莱斯法等。采用瑞典圆弧法时，对

55、1 级坝正常运用条件要求最小安全系数不低于 1.30，其他情况可较表中数值减小 8%。 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计245.2 稳定分析基本原理及方法本设计采用圆弧法，其基本原理为假定滑动面为一圆柱面。将滑动面内的土体看作刚体，失稳时该土体绕圆弧的中心旋转，沿着坝轴线方向取单宽坝段按平面问题进行分析。计算时将滑动面以上的土体分成若干铅直土条，求出各土条对圆弧中心的抗滑力矩之和以及滑动力矩之和。二者之比为该滑弧抗滑稳定安全系数ck圆弧法有分两种：毕肖普法和瑞典圆弧法，本设计采用瑞典圆弧法。5.2.1 最危险滑弧圆心范围的确定如图 5-1，做点、，点的方向由坝坡坡度查表 5-2 而得、角

56、来确定。1m2m2m12同时在坝坡中部上方、坝线中点铅垂线与法线之间半径为（1/23/4）l 的范围内，l 为坝坡在水平面上的投影长度。表 5-2 坝坡坡度表1:11:21:31:41:5角度()1228372635253525362537半径r1r20.75h1.5h0.75h1.75h1.0h2.3h1.5h3.75h2.2h4.8土料的凝聚性愈强，相应的滑动面愈深；无粘性土的滑动面则较浅。本设计选取滑动面与下游坝脚附近相交。图图 5-1 圆弧法计算简图圆弧法计算简图 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计25计算公式：= （5-1）cksrtriiiiiiiiwwbcsintancoss

57、ec式中： i- 土条编号； w- 土条重量； b- 土条宽度 - 土条延滑裂面的夹角， 单位（） ； c、- 有效抗剪强度指标.5.3 稳定分析计算5.3.1 正常蓄水位的下游坝坡稳定计算第一次试算：r=172 m b=17.2m计算过程计入表 5-3 中：图图 5-2 正常蓄水位时下游坝坡稳定计算简图正常蓄水位时下游坝坡稳定计算简图 a 123456：均质土石坝枢纽建筑物设计26表 5-3 正常蓄水位时下游坝坡稳定计算表 a编号1a2a3a4a5a12345-20000142.0620.419.816.520.518-1000104.06156.5220.419.816.520.51800

58、063.145217.54156.5220.419.816.520.5181213.97163.5356.8520.49599.6720.419.816.520.5182156.01360.34156.520020.419.816.520.5183161.51473.172156.520020.419.816.520.5184189.72563.3106.980020.419.816.520.5185230.82598.04400020.419.816.520.5186281.39470.52300020.419.816.520.5187288.96283.9700020.419.816.52

59、0.5188136.8734.9500020.419.816.520.518bsincossectantanc1w17.2001123400.377870.7265420017.2001123400.377870.7265420017.2001123400.377870.7265420017.2001123400.377870.72654204364.98817.2001123400.377870.72654203182.60417.2001123400.377870.72654203294.76317.2240.36810.92981.07623400.377870.72654203870.

60、28817.2300.4540.8911.12223400.377870.72654204708.78917.2370.5490.83581.19623400.377870.72654205740.39717.2440.63740.77051.29823400.377870.72654205894.78417.2530.73960.6731.48623400.377870.72654202792.1482w3w4w5w坝体w堆石wtancos坝体w0002557.04402557.0440002133.232817.3604950.59001041.8934459.572817.361041.