河北工程大学开题报告

1、河北工程大学毕业设计(论文)开题报告题 目S水库均质土石坝学生姓名李炜强班级学号110290215专业水利水电工程 毕业设计开 题 报 告题 目 S水库均质土石坝设计 专 业 水利水电工程 班 级 11级水工本2班 学 生 李炜强 指导教师 李飞 学 校 河北工程大学 2015 年1. 毕业设计(论文)课题来源、类型 根据专业培养要求和毕业设计的目的，本设计的课题来源于S水库枢纽的工程实际,本设计的课题类型属于设计类。 2. 选题的目的及意义 1.选题目的： (1) 本设计主要解决S水库枢纽布置，以及均质土石坝的设计； (2) 培养综合运用所学的基础理论，专业知识和掌握基本技能，创造性的分析和

2、解决实际问题的能力；培养严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风，全面提高综合素质，培养出具有水利水电工程规划、设计、施工和管理能力的全面人才。 2.选题意义： (1) 本设计主要是有关沟S水库土石坝枢纽的设计，S水库土石坝枢纽工程位于青海省共和县恰卜恰镇沟后村附近的黄河一级支流沟后河上。工程为小（1）型四等工程，主要建筑物为三级，由大坝、泄洪兼引水隧洞两部分组成。枢纽的主要任务是以灌溉为主，可灌溉共和县农田三万亩，林地五千亩，同时解决恰卜恰镇三万多居民生活及城镇工业用水，本工程为安置龙羊峡水库库区移民的配套工程。 (2) 通过对已知资料、洪水标准及工程级别分析，在此基础上进行坝型选择和比较，确

3、定坝型、枢纽布置方案和建筑物形式；拟定坝型、枢纽布置及建筑物基本尺寸后，计算其坝顶高程，然后进行渗流计算、沉降量计算、地基处理，坝与岸和地基的连接工作。 (3) 通过本次毕业设计，要求学生在教师的指导下，独立完成设计课题所规范的全部内容；一方面培养了学生综合运用已学过的理论知识和技能，分析和解决本专业范围内的实际工程问题的能力，树立正确的设计思想，掌握现代设计方法，培养我们勇于创新和开拓进取的精神；另一方面通过调查研究，查阅文献资料，陪养了学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风，使学生综合能力全面升高，为我国以后的水利工程事业发挥更大的价值。 1. 本课题在国内外的研究状况及发展趋势2.

4、1土石坝的建设现状 3. 土石坝是一种应用最广的坝型，在具有适宜的地形、地质和建筑材料的前提下，土石坝极可能是一种结构简单、较为经济和对地基要求较宽松,施工简单方便,适应性强,抗震性能良好,工作可靠、寿命长、管理简便的坝型，因此，在水工设计的坝型比较中，土石坝往往是不可缺少的。同时土石坝也是世界上最古老的坝型之一,有着悠久的建造历史。据统计,全世界超过15m的土石坝共有29000余座,仅在中国就有15000余座1。土石坝也是当今世界建造数量最多(据1986年统计,坝高15m以上的土石坝占总数的82.7%,坝高100米以上的土石坝占总数的46%)、体积最大、高度最高的坝型。20世纪以来，土石坝工

5、程在发达国家（如美国、加拿大、前苏联等）和部分发展中国家得到快速的发展，并出现了300m以上的高土石坝。美国建设的高土石坝最多,己建和在建的高于150米的土石坝就有12座 2。我国也建成了大量的土石坝，但绝大多数为70m以下的中低坝，建成的少数高坝其最大高度仅在180m以下。截止2000年底,我国共兴建各类水库8.5万余座,其中土石坝占90%以上3。进入21世纪后，随着我国水利水建设的快速发展和实施“西电东送”水电工程的要求，众多高土石坝的建设被提上议程,特别在深厚覆盖层河谷、地质条件较差、地震烈度较高、坝高较大（尤其250m以上）的坝址，多数选择了或拟选择土石坝。 土石坝工程的建设，历史悠久

6、，有丰富的成功经验。自混凝土坝出现后，似乎总认为高坝大库最适合混凝土坝，其枢纽布置即方便，又安全可靠。其实上从多数方面因素来衡量，土石坝仍有其特定优势，有更经济合理的枢纽布置条件，国际最高的坝则是土石坝4。同混凝土坝相比，它的优点主要体现在以下几方面： (1) 筑坝材料来源直接、方便，能就地取材，能节省大量的钢材、水泥和木材等建筑材料。 (2) 适应地基变形的能力强。土石坝为土料或石料填筑的散粒结构，能较好地适应地基的变形，对地基的要求在各种坝型中是最低的。 (3) 构造简单，施工技术容易掌握，适应于大型机械化施工。 (4) 运用管理方便，工作可靠，寿命长，维修加固和扩建均较容易。 另一方面，

7、同其它的坝型类似，土石坝自身也有不足的一面： (1) 施工导流不如混凝土坝方便，因而相应地增加了工程造价。 (2) 坝顶不能溢流。受散粒体材料整体强度的限制，土石坝坝身通常不允许过流，因此需在坝外单独设置泄水建筑物。 (3) 坝体填充工程量大，土料填筑质量受气候条件的影响大。 土石坝的发展，一直经久不衰。随着科学技术的进步，今天的土石坝工程，涵盖了土料防渗、混凝土面板防渗、沥青混凝土防渗、土工膜防渗等土石坝工程,在我国，简单而有效地处理了宽达105米的断层破碎带5.6。施工较简便，费用较省的泥浆防渗槽已被采用。化学材料灌浆也被引入土石坝的坝基处理工程中。在深厚的淤泥地基上，采用沙井加固或其他措

8、施，也建成许多土坝。其他种种新颖的施工工艺也还在不断地被发明创造。 按施工方法的不同，土石坝可分为：碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破坝、水力冲填坝和水中倒土坝，其中应用最广的是碾压式土石坝。 其中碾压式土石坝按坝体横断面的防渗材料及其结构，可划分为以下几种主要类型7: 1. 均质坝 坝体绝大部分由一种抗渗性能较好的土料筑成。坝体整个断面起防渗和稳定作用，不再设专门的防渗体。均质坝结构简单，施工方便，当坝址附近有适合的土料且坝高不大时可优先采用。值得注意的是：对于抗渗性能好的土料（如粘土），因其抗剪强度低，且施工碾压困难，在多雨地区受含水量影响则更难压实，因而高坝中一般不采用此种型式。 2.

9、 土石坝防渗透分区坝 与均质坝不同，在坝体中设置专门起防渗作用的防渗体，采用透水性较大的砂石料作坝壳，防渗体多采用防渗性能好的粘性土，其位置可设在坝体中间（称为心墙坝）或稍向上游倾斜（称为斜心墙坝）；或将防渗体设在坝体上游或接近上游面（称为斜墙坝）。作为本次研究设计的心墙坝由于心墙设在坝体中部，施工时就要求心墙与坝体答题同步上升，因而两者相互干扰大，影响施工进度。又由于心墙料与坝壳料的固结速度不同，心墙内易产生“拱效应”而形成裂缝；斜墙的抗震性能和适应不均匀沉降的能力不如心墙。斜心墙坝壳不同程度克服心墙坝斜墙坝的缺点，故我国154m高的小浪底水利枢纽即采用斜心墙型式。 3. 非土质材料防渗体坝

10、 防渗体采用混凝土、沥青混凝土、钢筋混凝土、土工膜或其他人工材料制成，其余部分用土石料填筑而成。防渗体设在上游面的称为斜墙坝（或面板坝），防渗体设在坝体中央的称为心墙坝。采用复合土工膜防渗的土石坝，坝坡可以设计得较陡，使土石工程量减小，从而降低工程造价。这种坝施工方便工期短、受气候因素影响小，是一种很有发展前景的新坝型。 2. 土石坝发展趋势 目前，土石坝是国际上应用最广泛的坝型 1. 坝基覆盖层的防渗处理有重大突破 坝基的防渗处理时土石坝工程设计的关键问题，它与坝体的设计、施工、安全可靠性、工期和造价有密切关系，甚至直接影响到工程方案的选择。早期在深透水坝基上建土石坝，常在坝基打设钢板桩防渗

11、，由于常出现桩尖卷刀、板状倾斜、槽口撕开等问题，效果不是很理想。1954年法国在坝高128m的谢尔帮松土石坝对其110m厚砂卵石坝基进行了著名的覆盖层灌浆试验，随后埃及的阿斯旺大坝对深达225m的覆盖层采用深达174m的帷幕灌浆进行地基防渗处理，使其承受110m的水头，是世界上最深的基础防渗工程。建成后的实测资料表明防渗帷幕承担96%的深透水头，工程运转良好。实践证明深帷幕灌浆是处理深覆盖层防渗问题的一项有效措施，60年代中叶兴起的混凝土防渗墙、泥浆固壁、冲击钻造孔，防渗效果更加经济可靠，加拿大尼克3号土石坝水头为105m，防渗墙墙深131m，为最深的防渗墙。从工程建成后实际运行情况看，防渗效

12、果均良好。当覆盖层深度较小时，还可以采用造价低廉的泥浆截水槽16。坝基的各种防渗技术的发展和工程经验的积累为在不良的坝址上修建高土石坝开拓了广阔的前景，许多不宜修建混凝土坝的坝址经过适当的地基处理都能够修建土石坝8。 3. 高土石坝的计算理论和计算技术不断完善 20世纪30年代以来，土力学的进展，大型计算机的出现和数值计算方法的发展，使土石坝的许多问题能在多种复杂情况下被模拟，诸如坝体的应力应变分析，边坡稳定、地震荷载作用下的动力分析，非均匀介质的坝体坝基渗流计算等课题均被深入研究13。同时，计算技术的发展加快了设计进度，提高了设计质量，使土石坝可采用较陡的坝坡，并可在烈度为9度的强震区建设。

13、 4.充分利用当地材料 高土石坝需要的土石放量很大，通常为混凝土坝体的46倍左右，故充分利用一切材料筑坝，尽可能利用开挖的土石料上坝，使挖填方平衡，是土石坝设计能否经济合理的关键15。随着土力学理论和重型振动碾压机的发展，对高土石坝的筑坝材料也放宽了要求，只要正确设计和精心施工，几乎所有的土石料均可用来筑坝11。 此外，为使心墙与坝壳材料的弹性模量尽可能协调，防止和降低坝壳对心墙的拱效应，防止水平裂缝和纵向裂缝，采用粘土和砾石掺合而成的人工混合料作为防渗材料14。通过大量研究，劣质土料也能用于实际工程。如红黏土、湿陷性黄土，膨胀土，各种含砾土、黏质的砾石土，风化料、残积冰积，洪积的碎石土等，只

14、要有正确的土料设计，合适的机械施工设备，科学的压实参数，均可以作为防渗土料。在建的瀑布沟工程（坝高186m）采用冰积洪积成因的碎石土做心墙，小浪底工程（坝高154m）以制备砾石土（砾石土，与黄土人工掺和料）等作防渗材料20。 在坝工技术不断发展的环境下，其填筑量大、工期长的问题又使其面临新的挑战。加快土石坝的施工进度是土石坝坝型发展的必然趋势。混凝土重力坝、拱坝技术不断提高，橡胶坝等新型坝型不断运用，而传统土石坝填筑量大、工期长，如何在充分发挥土石坝本身的技术要求低、对坝基适应性强，当地材料使用充分的传统优势下加快施工进度，成为坝型选择的一个重要方面，在确保填筑施工质量及安全运行的前提下能快速

15、施工是土石坝最关心的问题18。快速施工，可以使土坝提前发挥经济效益，对建设单位来说至关重要。随着水利工程投资多元化的发展，水利建设的投资逐渐以企业为主，无需置疑，从企业追求利润最大化及提高内部收益率方面考虑，大坝加快施工进度，缩短建设周期，提前发挥效益，是每个业主考虑的重点19。因此，如何提高施工强度、快速施工成为施工单位赢得市场从而生存下来的法宝。 新型施工设备及材料的拓展是快速施工的基础，同时需要重视设备及人力资源的投入，对填筑前的准备工作及坝面填筑控制，也需要高度重视，只有这样才能达到快速施工的目的17。石坝快速施工已成为潮流，也是未来发展的方向，但从多个已施工或完建工程的情况来看，土石

16、坝的快速施工水平，主要依据坝高、填筑工程量、实际施工工期、平均月升高速度及平均月上坝强度等施工技术指标来综合分析、平价，而不是简单的一味求快及迫求上升速度。快速施工必须在进行科学论证及安全评审后方可实施，否则，将有可能带来不可预料的后果。 快速施工应是业主及施工单位正确对待的问题，如沉降及拱效应问题，可采用有限元分析及埋设原型观测仪器进行实际量测，以监控大坝应力及变形情况；重视坝料级配控制，良好的级配能够在施工期尽量冲填密实而降低后期沉降；采用大坝、重型的震动碾压机具，提高压实度而降低孔隙率等；要做到均衡施工，各方均应从科学的角度，全面、正确的分析合理工期，以实现资源利用量最大化的目标。 参考

17、文献： 1 贾金生主编. 中国大坝建设60年. 北京：中国水利水电出版社, 2013. 2 郎小燕.合溪水库工程粘土心墙反滤层设计.浙江水利水电专科学报，2007,19(3)：20-22. 3 J.L.谢拉德.土石坝设计的发展趋势.水利发电与坝工建设，2001：54-61. 4高磊.水利工程土石坝施工技术与发展趋势.山西水利,2014,(1)：28-30. 5徐李纳,赵旭波.水利工程土石坝施工的技术与趋势.黑龙江科技信息,2014,(1). 6顾淦臣.高土石坝的发展进程和发展趋势.河海大学科技情报,2007,(3). 7林继镛.水工建筑物.北京：中国水利水电出版社，2006：216-217.

18、8 林锦良. 东圳水库水利工程防渗处理施工技术应用. 黑龙江水利科技, 2014.08. 9 郭庆国，蔡长治著. 土石坝建设实用技术研究及应用. 郑州：黄河水利出版社, 2004：25. 10杨再彬. 库水利工程地质灾害防治技术及措施. 企业技术开发, 2014，33(4). 11 Tolga zer, Leslie G. Bromwell.Engineering Geology,2012.151（29）： 89-99. 12 Elsevier Ltd. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Aerome

19、chanics Abstracts.2008.20（3）. 13 王柏乐主编；中国水电工程顾问集团公司编. 中国当代土石坝工程. 北京：中国水利水电出版社, 2004：203-205. 14 吴建江.土石坝水利工程中的施工技术分析.中国新技术新产品. 2013.（6）. 15 Ali Akhtarpour, Ali Khodaii.Construction and Building Materials,2013,41： 319-334. 16 姜春艳.水利工程中坝体防渗技术处理.中国新技术新产品.2013.（6）. 17 Dong-Joo Min, Hyoung-Soo Kim.Journal

20、 of Applied Geophysics, 2006,59（3）：236-243 . 18 庞艳辉.土石坝施工要点研究.中国新技术新产品,2014,(16). 19 田丛秋.水利工程建设中土石坝技术的应用.民营科技,2014,(2)：44-47. 20 邓子凤.红源水库粘土心墙坝的渗流稳定计算.江西水利科技2013，39(4)：317-321. 四、毕业设计内容4.1 明确任务 分析资料4.1.1 首先明确本次设计所要做的具体工程，设计的主要任务是什么，其目的和意义，在整个河流的综合开发中所占的地位，建筑物及枢纽的等别。4.1.2 认真分析基本资料（设计任务书），了解掌握库区及坝址附近的地

21、形地质条件，如基岩的性质，走向倾角，节理分布，覆盖层的分布，断层的分布，破碎带的宽度，填充物的性质及胶结情况等，分析地质情况对筑坝的影响。以后将如何进行地基处理。地形条件，两岸岸坡的陡缓，河谷的宽窄，枢纽及建筑物等是否能合理布置，两岸坡地对施工布置是否适宜。4.1.3 了解掌握库区及坝址附近的水文气象特征和水利规划情况，如气温、降雨强度及天数，冰冻及泥沙状况，各种设计频率下的洪水流量，各月流量过程、径流等情况。4.1.4 充分了解当地天然材料（土料、砂、石料）的蕴藏量质量及分布情况，开采运输交通件条，物理力学性质、设计指标，作为筑坝材料的适宜性。4.1.5 施工件条、施工要求 ，了解施工组织、

22、劳动力及机械设备的供应，要求竣工的期限等。4.2 确定枢纽布置方案、建筑物形式选择4.2.1 枢纽布置是一项重要工作，涉及面广，牵涉问题多，必须充分注重原始资料，分析当地自然特征，在满足运用要求的前提下，全面地考虑地质、地形、水文、气象、施工等条件，实事求是地进行技术经济比较论证。确定枢纽布置各种设计参数，如设计、校核洪水位，防洪标准，建筑的等级。4.2.2 确定枢纽组成并初步选择建筑物的型式。（1）根据本水利枢纽所担负的任务及水利事业的要求，首先确定枢纽中包括哪些建筑物。 （2）根据当地的自然条件，把指出的地形、地质、坝高、当地的建筑材料，最大泄洪量，施工导流条件，对各种建筑物可能采用的型式充分论证，做出选择，哪几种是本枢纽明显不宜采用的坝型，哪些是本枢纽可以考虑或采用的。例如：两岸山体单薄且地形不对称可不考虑拱坝，当地缺乏做砼的砂石料可不考虑砼坝等。对其他建筑物也要充分论证确定其型式，例如：岩基不良可不考虑隧洞式、直井式溢洪道等。同时应考虑同一建筑物多用的可能性。 （3）经过以上论证，初步拟定本枢纽为土石坝，泄洪隧洞。按施工方法土石坝分为几种不同的类型，根据当地的自然条件、施工条件等，充分论证确定其类型。 （4）根据