土石坝毕业设计

1、摘要土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑 成的挡水坝。当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝、以石渣、卵石、爆 破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合 坝。土石坝是历史最为悠久的一种坝型。近代的土石坝筑坝技术自2 0世 纪5 0年以后得到发展，并促成了一批高坝的建设。目前，土石坝是世界 坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。因农业生产的需要，云南大姚县拟在县城东北 7km的金碧镇施永屯办 事处龙林村兴建一个土石坝型灌溉水库。在对本处的自然地理与水文特 征、工程地质情况与周围的建筑材料了解之后。经过详细的分析之后，选 取了坝轴线并进行了枢纽布置

2、。依据毕业设计要求利用内插法进行了调洪 演算，得到了设计洪水位与校核洪水位。进行了枢纽布置，划分了工程等 级与主要建筑物等级。深入的进行了坝体剖面设计，计算出了坝顶高程。 然后又进行了渗流计算、稳定计算、细部结构设计、坝身构造设计、输水 建筑物设计以与溢洪道布置等十章内容。具体见设计书。关键词：土石坝；调洪演算；输水建筑物。AbstractEarth dam refers to local soil material, stone or mixture, after throwing filling, rolling and other methods piled into dams.When

3、 the dam material to the soil and gravel-based, said the dam, whe n gravel, pebbles, stone blasting mainly known rockfill dam; When two categoriesaccount for a considerableproportionof localmaterials, the known debris mixed dam.Earth dam is one of the oldest type of dam. Moder n tech no logy has bee

4、 n developed dam embankmentdam since the 20th century, 50 years later, andcon tributed to a nu mber of dam build ing. Curre ntly, the con structi on of earth dam dam is the world's most widely used and one of the fastest grow ing type of dam.Because of the n eed for agricultural producti on, Yun

5、nan Dayao County proposes to con struct an earth dam irrigatio n reservoir in the n ortheast of the county tow n Sple ndor Long Lam, Tuen 7km of office. After then aturalgeographical and hydrologicalcharacteristics of the departme nt,engin eeri nggeology andunderstandingof the surroundingbuildingmat

6、erials. After adetailedanalysis of the dam axis and select the project layout.Graduatio n requireme nts based on the use of in terpolati on method of flood routing, got the design flood level and check flood level.Con ducted a project layout, divid ing the project level and the level of the main bui

7、ld ing. Con ducted a thorough cross-secti on of dam desig n, calculate the crest elevati on. And the n con ducted a seepage calculati on, stability calculati on, detail desig n, structural desig n of the dam body, water spillway build ing desig n and layout, more tha n 10 chapters. See detailed desi

8、g n docume nt.Keywords: earthdam; flood routi ng; con veya nee build in gs.目录1.基本资料1.1自然地理与水文气候特性1.流域概况1水文特征1其他相关的水文成果 4.1.2工程地质情况 4.区域地质情况 4.水库工程地质 4.坝址地质条件 5.地震情况5.1.3建筑材料5.1.3.1 土料5.1.3.2 粘土料5.灌浆粘土料 7.块石与碎石料 7.1.3.5 砂料.8.2. 调洪演算9.2.1防洪标准确定 9.2.4水库各库容的确定 102.5调洪演算11.宽顶堰堰流水力计算公式： 1.1试算法的基本原理11方案计算

9、1.23. 枢纽布置1.3.3.1工程等级与主要建筑物级别 133.2坝型选择14.坝址地质条件 14水文条件1.4筑坝材料1.43.3坝型比较15.3.4坝体排水16.3.5坝轴线选择1.64. 坝体剖面设计 1.1.4.1 坝坡17.4.2坝顶宽度17.4.3坝顶咼程计算 1.85. 渗流计算23.5.1渗流计算分析23渗流计算得方法 236. 稳定计算26.6.1 土坝失稳的形式266.2计算公式的分析 266.3最危险圆弧位置的确定 276.4 土条划分27.6.5不均匀块的的处理276.6稳定分析的步骤 277. 细部构造设计 327.1坝顶构造32.7.2坝体排水 32.7.3上下

10、游护坡与排水327.4反滤层32.7.5 土料选择33.7.6地基处理33.7.7坝与两岸地基的处理 348. 坝身构造35.8.1消能型式选择3.58.2鼻坎高程35.8.3反弧半径35.8.7渐变段计算.3.6渐变段的长度36渐变段的进口水深.3.6渐变段出口水深3.78.8陡坡段38.判断底坡类型38陡坡长度399. 输水建筑物设计4Q9.1涵洞水力要素分析4Q下游渠道的水力要素4Q校核渠道是否发生冲淤4.19.2计算水面降落与洞内水深 419.3确定输水洞比降419.4输水涵洞的布置和构造 .421Q溢洪道布置4.31Q.1溢洪道的位置选择 4.3地形条件43地质条件.43水流条件 .

11、43施工条件4.4.1Q.2引水渠4.4.10.4泄槽段4.5.10.5出口消能和尾水渠4.710.6出口消能段 47结论40.致谢41.参考文献51.夕卜文翻译 错误!未定义书签。1.基本资料1.1自然地理与水文气候特性因农业生产的需要，云南大姚县拟在县城东北 7km的金碧镇施永屯办 事处龙林村兴建一个土石坝型灌溉水库，其基本资料如下。流域概况龙林水库地处东经101 °9 '、北纬25 °8 '位于蜻蛉河支流西河上游。 蜻蛉河属金沙江水系，为龙川江一级支流，发源于姚安、南华两县交界的 照壁山以北，流经姚安、大姚、永仁，最后在元谋县树村附近汇入龙川江。 水库

12、坝址以上控制径流面积 10.4km 2，坝址以上主河道长 4.14km，河道 平均坡度比降 18 %。流域内最高海拔2200m，最低坝址处绝对高程1900m，流域平均海拔高程 2050m，形状呈扇形。坝顶仅施工期间有车辆通过，无其它交通需求。因附近没有法定标高 作为参考点，现以坝轴线底部（河床）最低清基位置为相对高程的参考点， 指定为相对高程100m （约海拔2000m，两者差值1800m ）。经需水量 和径流来水量测算，确定正常蓄水位以上的防洪库容需8.6万m3;水库最大供水流量8.36m 3/s ;水库兴利库容为124.9万m 3。水文特征经过水文技术人员的分析计算，提出龙林水库各组资料对

13、应的汛期洪 水过程见（表1.1 ）和汛末设计洪水过程见（表1.2 ）。水位库容曲线见（表 1.3 ）。表1.1L06组汛期洪水过程（单位：m 3/s ）时段（0.33%0.50%3.33%5%10%20%T=1h )16.615.285.004.341.640.94216.7915.046.936.095.194.44328.6026.4815.4613.828.0612.02445.6742.9227.8625.2218.0759.92145.057138.44100.0392.1476.0949.29119.369113.5581.6675.1662.3035.54787.1282.505

14、8.6854.0644.9024.98861.8758.3141.1037.9631.5517.46943.3940.6828.6026.4822.0612.261030.2628.2819.9418.5815.508.731121.2319.8214.0813.2111.056.381215.1314.1310.149.628.104.841311.0510.357.567.286.163.85148.367.875.865.754.903.22156.616.284.794.794.112.85165.495.264.134.203.622.64174.814.653.743.873.36

15、2.55184.434.303.533.713.242.52194.224.133.453.673.202.55204.134.083.453.693.242.52214.134.093.503.763.312.73224.254.223.593.903.432.73频率0.333%3.33%5%10%20%洪峰流量10.627.036.545.514.44(m3/s)24h洪量（万19.5713.5912.8210.628.45m3)汛末（枯期）设计洪水成果（L04组）表1.2表1.3 水位（m ）库容（万m 3）关系水位121122123124125126127128129130库容74.

16、483.492.9103.114.134.160.195.230.267.81947161161其他相关的水文成果水库吹程0.52km , 50年重现期最大风速为 23.3m/s，多年平均最大 风速17.0m/s，风向垂直于坝轴线。平均每年泥沙淤积量约 0.09万m3。 1.2工程地质情况区域地质情况测区属于大姚地西北面外围的低中山构造侵蚀狭窄河谷地貌，河谷呈“ U ”型，山脊呈长垄状，山顶浑圆。出露地层为“滇中红层”之白垩系 杂色泥岩、粉砂岩夹钙质泥岩。地表覆盖第四系残坡积、冲洪积层，为含 砾低液限粘土夹碎石土。水库位于云南山字型构造前弧构造西翼内侧，盾 地北端，属大姚楚雄上叠坳陷三级构造单

17、元。测区在大姚、姚安褶皱带 上，该区以褶皱为主，断裂构造不发育。区域构造线呈NWNNW 展布,岩层走向近似EW （倾向348358 °、倾角1565 °。受区域构造和局部 应力场影响，岩体较破碎，节理裂隙发育。区域上无大断裂通过，距元谋活 动性断裂约60km，龙林水库区域构造基本稳定。水库工程地质库区出露白垩系江底河组三段、四段（K2j3、K2j4），上覆第四系松散土 体。库区处于大姚盆地西北向外围低中山地带，为一向斜的翘起端，断裂构 造不发育。岩层总体倾向NW，走向NWSW，倾向348358 °倾角15 - 65。，地层岩性较为简单。库区无断裂构造通过，地下水以

18、碎屑岩裂隙溶 孔水为主。库区两岸植被覆盖一般，水土流失较轻。龙林水库库盆区两岸山体厚实，分布泥岩、粉砂质泥岩，为相对隔水层，未发现通向库外的透水构造。库盆为斜向谷，岩层中缓倾上游偏左岸，本 次查勘未发现库水向邻谷与向下游渗漏问题。但坝区岩体风化强烈，岩体 破碎，透水性好，存在坝基与绕坝渗漏条件。水库库岸为岩质边坡，两岸坡上缓下陡，植被发育。右岸呈凸形，坡 度2842 °，为逆向坡；左岸呈折线形，坡度3045。库区河谷为横向 谷，岩层倾角大于坡角且岩层倾向与坡向交角较大，不存在大的不利结构 面组合。岸坡岩体节理、裂隙较发育，存在局部剥落。水库库岸总体稳定 性较好。龙林水库周围植被覆盖一

19、般，水土流失较轻，水库淤积不严重。123坝址地质条件坝址处于河谷窄变的过渡，河谷呈NW 向延伸，河床海拔高程约1880m，自西向东迳流。库岸坡度变化较大，上缓下陡。坝址区岩层主要 为白垩系上统江底河组上段 K2j3，岩性为杂色粉砂质泥岩夹钙质泥岩、泥 灰岩，薄厚层状，岩层走向与坡向近于直交，倾向上游偏左岸，倾角33 45。，坝址区无断裂构造通过，岩体较稳定，基本没有坝基、坝肩的稳定 问题。坝基河床表层为第四系冲、洪积红褐、灰黑色含砾粉质粘土夹砾砂， 厚1.310.85m。坝址区基岩上部强风化岩体透水性较强，坝基、坝肩均 存在较严重的渗漏问题。地震情况根据国家 地震局颁布的1/400万中国地震烈

20、度区划图（1990 ）和 据国家质量技术监督局发布的中国地震动参数区划图（GB183062001），工程地区地震基本烈度为度，50年超越概率10%的地震动峰值加速度为 0.10g，地震动反应谱特征周期 0.45秒。1.3建筑材料1.3.1 土料挖取水库两岸的强风化泥 岩类荒坡为坝体主料，储量超过150万m3， 物理力学指标如表1.4与土工试验成果总表所示。粘土料在坝址下游约200 400m处有适合制作防渗体的粘土料场，储量达 9 万m3，其物理力学指标如表1.4与土工试验成果总表所示。表1.4各分区物理力学指标建议值133灌浆粘土料在水库右岸与坝顶高差约80100m 的山坡上选定一个粘土料场。

21、经取样测试，该土料202mm粒径占11% ,20.005mm 粒径占55.5% , v 0.005mm 粒径占34.5%。最大干密度 1.67g/cm 3,最优 含水量 18.955%，渗透系数1.16 X10-6cm/s。符合灌浆粘土料的质量要求。该料 场面积为3820m 2，平均厚度1.5m，储量0.4万m3。剥离系数2.5% , 料场的幵采方式以平采为主，运距约400500m，已有现成土路可以使用。块石与碎石料水库周围大面积分布泥岩类岩层，无合适的石料可用，区外至水库距离最近的新街石料场，石料岩性为白垩系江底河组第四段（K2j4）紫红色厚层状粉砂岩，运距 25km。含泥质，力学性能稍差。

22、选定石料场为赵家 店料场，岩性为白垩系赵家店组（K2Z ）紫红色厚层状细粗粒长石石英砂岩，储量10万m3，幵采运输较为方便。主要物理力学指标：比重 2.68g/cm 3，容重2.44g/cm 3，孔隙率8.96%，最大吸水率3.22%，软化 系数0.39，水泥在县城可以购买正规厂家生产的水泥，运距约7km，交通较为方便。砂料库区附近天然砂料分布少，经实地踏勘调查，含泥量大，且颗粒细小 达不到工程质量要求，建议不采用。建议采用大姚龙街砂，该砂为灰白色石英砂，细度摸数 1.95，含泥量 4.6%。砂料是多年来县城和乡镇建筑一直用砂料场， 质量较好，储量富足, 完全可以满足工程要求。其它资料和材料参

23、数见物理力学指标表与土工试验成果总表；并 可参考有关设计手册和规范中的推荐值选取。2. 调洪演算2.1防洪标准确定云南大姚县属于一般城镇、四等城市级别，查 GB50201-94防洪标 准知该工程的防洪标准设计重现期为 20-50年，校核30-100根据龙林 水利枢纽设计基本资料，防洪设计标准重现期选取30年，相应的洪水频率为3.33% ;防洪校核重现期选取 300年，相应的洪水频率为 0.33%。主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。永久建筑物洪水标准：正常运用（设计）洪水重现期50年；非常运用（校核水重现期300年。2.2基本数据经过以上防洪标准的确定，在已知数据中选取汛期洪水过程设计见（表2

24、.1 ）和汛期洪水过程校核（表 2.2 ），水库库容曲线与（表1.3 ） 一致。表2.1 汛期设计洪水过程（单位：m3/s）时间（何二仆）123456782.3泄洪建筑物方案拟定溢洪道和隧洞是土石坝最常用的泄水建筑物，对于中、咼坝，大多米 用泄洪隧洞，该工程中属于低坝，泄水建筑物采用岸边正槽溢洪道。考虑 到有利的地形以与排污、排冰的要求，采用幵敞式溢洪道。根据资料所给 的数据可断定该工程等别属于W等，工程规模属于小（1 ）型，泄流量不大，溢洪道的的型式选用宽顶堰。由于选用了无闸门控制的泄洪建筑物， 溢洪道宽顶堰的堰顶高程应与水库的正常蓄水位一致。2.4水库各库容的确定有基本资料可知，水库各库容

25、值为：防洪水位V防=8.6万m3;兴利库容V兴=124.9万m3;死库容 V死=0.09 X50=4.5 万m3;水库总库容 V总=V防+V兴+V死=8.6+124.9+4.5=138 万m3;根据（表1.3 ）采用内插法可知与水库总库容相对应的的库水位为 126.15米，以此作为参照，可拟定几组水库正常蓄水位，则溢洪道堰顶水头即为该拟定的正常蓄水位置值。2.5调洪演算宽顶堰堰流水力计算公式:q=1 smb. 2gH：/2（2-1）式中：-反应闸墩与边墩对宽顶堰流的影响；s-宽顶堰流的淹没系数；m-宽顶堰流量系数；b-堰顶宽度；H-堰顶水头；Ho-总水头；q-下泄流量；公式中各个参数的确定。宽

26、顶堰堰顶头部选圆角形，取R/H=1.0、r/H=0.05,与之对应的流量系数 m=0.359 ;采用幵敞式溢洪道，下泄水流 不受闸墩与边墩的影响，侧收缩系数=1.0 ;经过溢洪道泄向下游的水流为自由出流，淹没系数 s =1.0。试算法的基本原理计算的步骤：根据已知的水库水位容积关系曲线V=f （ Z）和泄洪方案，用水力学公式 q=f（H）二A HB求出下泄流量与库容的关系曲线V=f（V）；选取合适的计算时段，以秒为单位；决定幵始计算的时刻和此 时刻的V、qi值，然后列表计算，计算过程中，对每一计算时段的V2、q2值 都要进行计算；将计算的结果汇成曲线进行查阅。拟定几组方案进行比较，选定最佳的设

27、计方案。见（表2.3）方案计算表2.3方案计算表、* 丿, 万案堰顶咼 程 (m)堰顶宽 度B (m)工况下泄流量Q库容V (万m 3)库水位Z(m )(m 3/s)一1225设计35.57111.26124.70二1235设计30.16122.61125.41三12210设计42.49102.51123.91四12310设计40.93113.13124.86方案比较以与选定经比较可得方案二的库容与水库总库容138万m3最接近，故选方案二为最佳方案。即水库的堰顶高程=123m，堰顶宽度B=5m，设计流量Q=30.16m 3/s，设计洪水位Z=125.4m。经计算校核流量 Q=36.28m 3/

28、s， 校核洪水位z=128.10m.3. 枢纽布置3.1工程等级与主要建筑物级别根据资料可知龙林水库的库容大约在100万至10000万，通过查SDJ217-87水利水电枢纽工程等级划分与设计标准可知，该工程等别为W等，工程规模为小（1 ）型，永久性建筑物中主要建筑物级别为4级,次要建筑物和临时建筑物级别均为5级。表3.1水利水电枢纽工程的分等指标分等指标工程工程规防洪灌溉面水电站装水库总库保护城镇与工矿区保护农田等别模积（万亩）机容量容（亿m3）面积（万亩）（万 kW）特别重要城市、工矿区一大（1）型>10>500>150>75重要城市、工矿150二大型101500 1

29、0075 25区50中等城市、工矿区三中型1 0.1100 3050525 2.5一般城镇、工矿区四小（1）型0.1 0.01<305 0.52.5 0.050.01 五小型<0.5<0.050.0013.2坝型选择321坝址地质条件坝址处于河谷窄变的过渡，库岸坡度变化较大，上缓下陡。坝址区岩 层主要为白垩系上统江底河组上段K2j3，岩性为杂色粉砂质泥岩夹钙质泥岩、泥灰岩，薄薄厚层状，岩层走向与坡向近于直交，倾向上游偏左岸， 倾角3345。，坝址区无断裂构造通过，岩体较稳定，基本没有坝基、坝 肩的稳定问题。库盆区两岸山体厚实，分布泥岩、粉砂质泥岩，为相对隔 水层，未发现通向库

30、外的透水构造。库盆为斜向谷，岩层中缓倾上游偏左 岸，本次查勘未发现库水向邻谷与向下游渗漏问题。但坝区岩体风化强烈,岩体破碎，透水性好，存在坝基与绕坝渗漏条件。龙林水库库区河谷为横 向谷，岩层倾角大于坡角且岩层倾向与坡向交角较大，不存在大的不利结 构面组合。岸坡岩体节理、裂隙较发育，存在局部剥落。水库库岸总体稳 定性较好。水文条件经过水文技术人员的分析计算，提出龙林水库各组资料对应的汛期洪水过程见（表1.1 ）和汛末设计洪水过程见（表1.2） o水位库容曲线见（表 1.3 ）。水库吹程0.52km，50年重现期最大风速为 23.3m/s，多年平均 最大风速17.0m/s，风向垂直于坝轴线。平均每

31、年泥沙淤积量约0.09万m 3o 筑坝材料挖取水库两岸的强风化泥岩类荒坡为坝体主料， 储量超过150万m3， 在坝址下游约200 400m处有适合制作防渗体的粘土料场， 储量达9万 m3，3.3坝型比较重力坝结构作用明确，设计方法简便，安全可靠，对地形、地质条件 适性强，枢纽泄洪问题容易解决， 便于施工导流，施工方便。但其缺点是: 坝体剖面尺寸大，材料用量多，坝体应力较低，材料强度不能充分发挥， 坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力大，对稳定不利，坝体体积大， 在浇筑混凝土时，需要有较严格的温度控制。拱坝对地形的要求是左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下 游收缩的峡谷各段。坝端下游侧要有

32、足够的岩体支撑， 以保证坝体的稳定。 该坝段左右两岸不对称分布，不适宜修建拱坝。对地质的要求：河谷两岸 的岩基必须能承受由拱端传来的推力，要在任李情况下都能保证稳定，不 致危害坝体的安全。理想的地质条件是：基岩比较均匀、单一，坚固整齐, 有足够的强度，透水性小，能抵抗水的侵蚀，耐风化，岸坡稳定、没有大 断裂。土石坝的优点是可以就地取材，就近取材。节省大量水泥、木材和钢 材。减少工地的外线运输量，能适应不同的地形、地质和气候条件。大容 量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝建设的发展。通过以上比较，综合考虑工程施工的经济、安全、便利等因素，此处 更适合修建土石坝。土石坝坝型选择的因素有地

33、形、地质条件，气候条件，施工条件，坝 基处理方法，抗震要求，人防要求等，其中最主要因素是坝址附近的筑坝 材料。均质坝、土质防渗体的心墙和斜墙坝，可以任意的适应地形、地质条 件。均质坝坝体材料单一，施工方便。这种坝所用的土料的渗透系数较小， 施工期间坝体内会产生孔隙水压力， 影响土料的抗剪强度，所以坝坡较缓， 工程量较大，此外铺土厚度薄、填筑速度慢，施工容易受降雨和冰冻的影 响，不利于加快进度，缩短工期。土质心墙坝便于与坝基内的垂直和水平防渗体连接，心墙可以再深厚 的覆盖层上修建，是高、中坝中最常用的坝型。心墙坝的防渗体。位于坝 的中央，适应变性的条件较好，特别是当两岸坝肩很陡时更具有优越性。龙

34、林水库地处西南地区，含以高岭石为主，间有伊利石的肥料土，压实较难，并且由于雨期较长，又坝址下游200400m处有储量丰富适合制作防渗体的粘土料场，采用心墙坝为宜。坝址区基岩上部强风化岩体透水较强，坝基存在严重渗漏，采用心墙 坝在坝的上游部位幵挖截水槽或设置混凝土防渗墙，以便不干扰坝主体的 填筑，从基本资料可知，工程地区地震基本烈度为度，采用心墙坝其抗 震性能较好，特别是上下游棱体采用堆石或砾质土，碾压密实，受地震时 不易产生滑坡、裂缝等事故。综合考虑各方面的因素，龙林水库土石坝坝型选择粘土斜墙坝。3.4坝体排水常用的坝体排水设备有以下几种形式：贴坡排水、棱体排水、褥垫式 排水。经综合分析，本土

35、石坝采用贴坡排水设备。贴坡排水结构简单，用料 节省，施工方便，易于检修，能防止坝坡冻胀和风浪淘刷，常用于中小型 工程下游无水的均值坝或是浸润线位置较低的中等高度坝。3.5坝轴线选择坝轴线选择时，根据地形、地质、工程规模与施工条件、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、石料且便于幵采运输。4. 坝体剖面设计4.1坝坡本坝高约30m，属于低坝。参阅水工设计手册并结

36、合实践经验类 比，表4-1为土石坝上下游边坡比，根据规定以与施工、计算综合方面来 考虑上游坝坡用1:3.0，下游坝坡用1:2.5 o表4.1上下游边坡比坝咼(m)上游下游101 : 2 1 : 2.51 : 1.5 1 : 210 201 : 2.25 1 : 2.751 : 2 1 : 2.520 301 : 2.5 1 : 31 : 2.25 1 : 2.75301 : 3 1 : 3.51 : 2.5 1 : 34.2坝顶宽度坝顶宽度根据运行，施工，交通和人防等方面要求综合研究确定。SL274-2007碾压式土石坝设计规范规定：高坝顶宽可选 1015 米，中、低坝顶宽可选为 510米。坝

37、顶宽度必须考虑心墙或斜墙顶部与反滤层布置的需要。在寒冷地区，坝顶还须有足够的厚度，以保护粘性土料防渗体免受冻害。此坝坝高为28米，属低坝且坝顶无交通要求因此取坝顶宽度为5米。图4.1坝顶构造4.3坝顶高程计算坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，按以下四种计算条件计算，取其最大值：设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加高。坝顶超高d按式（4-1），对于特殊的重要工程，可取 d大于计算值。d=R+e+A（4-1）式中：R为波浪在坝坡上的设计爬高。e为风浪引起的坝前水位雍高。A为

38、安全加高。根据坝的级别按（表4.1）选用，其中非常运行条件（a）适用于山区、 丘陵区，非常运行条件（b）使用于平原区、滨海区。表4.2土石坝安全加高单位（m）坝的级别1234、5正常运用条件1.501.00.70.5非常运用条件（a）0.700.50.40.5非常运用条件（b）1.000.70.50.5龙林水库挡水土石坝级别属于 4级，按照表4-1的规定，安全加高A在正常运用条件下取 0.5m ;坝址属于山区、丘陵区，在非正常条件下取0.3m。式（4-1 ）中R和e的计算公式多很多，重要是经验半经验性的，适 用于一定的条件，按SL 274-2001碾压式土石坝设计规范推荐的计算 公式确定。设计

39、的坝顶高程是针对坝沉降稳定以后的情况而言的，因此，竣工时 的坝顶高程应预留足够的沉降量。根据以往工程经验，土石坝预留沉降量 一般为坝高的1%。水库的风壅高度值e按下式确定：（4-2）式中：e-风雍高度（米）；D-水面吹程；（Km）g-重力加速度；（m2/s）Hm 延水库吹程方向平均水域深度；（m）W-计算风速；（m/s）B-计算风向与坝轴线法线的夹角，取为B=0 ；6K-综合摩阻系数，计算时一般取3.6 X10 。计算得正常运用情况:e=110 3m。非正常运用情况:e=210 3m波浪在坝坡上的设计爬高 R的推求:对于内陆峡谷水库,在风速W<20m/s、吹程 D<2000m时，波

40、浪的波长和波高可采用官厅公式:ghW2o.。7恥（WD）3(4-3)gLmw20.331W(4-4)式中：h-当gD W2 =20 250时，为累计频率 5%的波高hs% , m ;当 gD W2 =250 1000时，为累计频率10%的波高0。，m oD-风区长度；其值为 0.52km。W -计算风速；（m/s）正常运用情况，取50年重现期最大风速 W=23.3m/s ，非正常运用情 况，取多年平均最大风速 W=17.0m/s ，根据SL274 2001碾压土石 坝设计规范中的要求，在波浪计算中，计算风速取值如下：正常运用条 件下的3级、4级、5级坝，采用多年平均最大风速的1.5倍，即W=2

41、5.5m/s; 非常运用条件下，采用多年平均最大风速，即17m/s o计算的正常运用情况:Lm= 8.42m , h=0.765m非正常运用情况:Lm= 5.62m , h=0.361m波浪的平均波高采用莆田试验站公式:ghmW20.13th 0.7(gHm W2)070.0018(gD W2)0.450.13th0.7(gHm W2)0.7式中：Hm-水域平均水深，其值为 25.0m 计算的正常运用情况:hm=1.45m 非正常运用情况:hm=1.92m波浪在坝坡上的设计爬高R按下式确定：上式中Kw K查（表4 2 ）、（表4 3）可得，m是单坡坡度系数，若 坡角为，即为cot 。由坝坡确定

42、此处cot =2.5表4.2造率与渗透性系数护坡类型K光滑不透水护面1.00混凝土或混凝土板0.90草皮0.85 0.90砌石0.75 0.80抛填两层块石（不透水基础）0.60 0.65抛填两层块石（透水基础）0.50 0.55表4.3经验系数取 心=1.00，非正常运用情况下 W gH =0.063<1 取 心=1.00计算的正常运用情况:Rm=1.17m非正常运用情况:Rm=1.09m设计波浪爬高值（R）应根据工程等级确定，4级、5级坝采用累计频 率为5%的爬高值。龙林水利枢纽工程属于W等工程等别，拦河土石坝属 于4级坝，设计波浪爬高取:正常运用情况hm H =0.058非正常运用

43、情况hm/H =0.077查（表4 4 ）得：正常运用情况波浪爬高 Rp =1.84m非正常运用情况Rp = 1.84地震区的土石坝，坝顶高程应在正常运用情况的超高上附加地震涌浪 加高，根据地震设计烈度和坝前水深情况，地震涌浪高度可取为 0.51.5m，综合考虑龙林水库的实际情况，地震涌浪加高取1.0m。综上可得 d 正=3.341m ， d 非=3.343m总以上分析与计算的坝顶高程成果见坝顶高程等于水库静水位与超高之和，应按下列四种情况计算，并取其中 最大值；设计洪水位+正常情况的坝顶超高；H=2028.74m正常蓄水位+正常情况的坝顶超高；H=2028.34m校核洪水位+非常情况的坝顶超

44、高；H=2029.44m正常蓄水位+非常情况的坝顶超高；H=2028.34m由计算可知，计算坝顶高程为 2029.44m 。5. 渗流计算5.1渗流计算分析 渗流计算得内容与目的渗流分析的内容包括：确定坝体内侵润与其下游溢出点的位置，绘 制坝体与坝基内的等势线分布图或者流网图；确定渗流流速与比降； 确定渗流流量。渗流分析的目的在于：土中饱和程度不同，土料的抗剪切强度等力 学特性也相应的发生变化，渗流分析将为土坝中各不封土的饱和状态的划 分提供依据；检验坝的初选形式与尺寸，确定渗流力以核算坝坡稳定； 进行坝体防渗布置与土料配置，根据坝内的渗流参数与溢出坡降，检验 土体的渗流稳定，防止发生管涌和流

45、土，在此基础上确定坝体与坝基中防 渗体的尺寸的排水设施；确定通过坝和河岸的渗水量损失，并设计排水 系统的容量，渗流计算工况一般土坝渗流计算得工况应包括以下四种。上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；上游审计洪水位与下游相应的水位；上游校核洪水位与下游相应的水位；库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况，这里只计算校核洪水位与正常蓄水位时的工况。渗流计算得方法渗流计算得方法主要包括解析法（流体力学法和水利学法）、流网法、有限元法以与模拟实验法，应根据工程等级、地质条件和设计阶段等因素 选用。鉴于各种原因本设计选用解析法计算简图见图5-1 o图5-1大坝渗流计算简图校核洪水位时坝顶高程 H=2029.4

46、4m ，设计洪水位 Hi=2025.4m，坝 后水位H2=2m。河床高程为1900.00m，坝顶宽度为5m，坝高为29.44m , m 1=3.0，m2=2.5排水褥垫的长度L'=6m 渗透系数k=1.16 X10-6cm/sLi L LL H H1 B 讪 L'L =10.89mL 3.0 2029.44 2025.405 2.5 29.44 6=84.72mL184.72 10.89=95.61m水平褥垫左端上方水深 ho=单宽渗流量q=侵润线方程ho=6225.4026=20.10mq=1.16 102 625.42220.10 =2.3108议 m25.422.3 10

47、8 21.16 10 9=645.163.97x正常蓄水时坝顶高程H=2029.44m ，正常蓄水位 H1=2025.00m，坝后水位H2=2m。河床高度为1900.00m，坝顶宽度为5m，坝高为29.44m ，m 1=3.0， m2=2.5排水褥垫的长度L'=6m 渗透系数k=1.16 X10-6cm/sL1 L LL H H1 B m>HL'L =10.59mL 3.0 2029.44 2025.005 2.5 29.44 6=84.02mLi 84.02 10.59=94.61m水平褥垫左端上方水深 ho=单宽渗流量q=侵润线方程ho= 62 25,002 6 =1

48、9.70mq=“6 1025.0022 6220.10 =1.9108吹.25.0021.9 10 8 21.16 10 9.625.00 3.52x 。6. 稳定计算6.1 土坝失稳的形式土坝失稳的主要形式：坍塌失稳、塑性流动失稳、液化失稳。鉴于本 坝考虑渗流坝体动水压力，通过对地质、地形条件的分析，土坝剖面大，应力低，整体滑动的可能性不大，又根据对斜坡坍塌的 观察和研究证明，当斜坡发生滑动时，滑动面形状是比较复杂的，粘性土 近似于圆弧形。故本坝在进行稳定计算时，按圆弧形滑动面形状考虑。6.2计算公式的分析当水库蓄满水后，形成从上游向下游的稳定渗流，这时坝的下游坡除 受坝体的自重外，还受到渗

49、流的作用。因此在作上游为正常蓄水位，下游 无水时的下游坝坡稳定分析时，必须考虑渗流的影响。因地震烈度为7度,计算时还需考虑地震力。采用不计条块间作用力的园弧滑动法（瑞典圆弧 法）进行计算，计算公式如下：gCOSq Xg jGJk WSina（6-1 ）式中i 土条编号；Wi i号土条重力；Ui孔隙压力；|C 凝聚力；Li土条弧长；式中：tantan36 0.73 ；弧长 v R /180 3.14 120.4 81/180 170.13Wi二r ihi+3（h2+h 3）+r讪4 ；1、r3 坝体土的湿重度、浮重度；wi'二rihi+r2h2+3h3+4h4 ；ri、2、3、r 4 坝

50、体上的湿容重、饱和容重、浮容重、浮容重。由提供的资料可知:ri=25.00kN/m32=25.19 kN/ m33= r4=25.19kN/ m36.3最危险圆弧位置的确定首先由下游坝中点a引出两条直线，一条是铅直线，另一条与坝坡线 成85角，再以点a为圆心，以R内、R外为半径（F内、R外由规范查得） 作两个圆弧，得到扇形 bedf，然后按图示作直线 皿！ M2并延长使其 扇形相交，交点为e、g。最危险的滑弧圆心就在扇形面积中的eg线附近6.4 土条划分土条宽度取滑弧半径 R的1/10（ R=120,b=12的顺序为：零号土条位 于圆心O之下，向上游（对下游坝坡而言）各土条的顺序为0、1、2、

51、3.7、8，往下游的顺序为-1、-2。6.5不均匀块的的处理因为两端土条的宽度b不等于b，可将其高度b'换算成宽度为b的高度 bh/b。若取 b=0.1R,则sin i ib/R 0.1i,eos i <10.1i 2 ,对每个滑弧都是固定数，不必每次计算。如图6-1所示图6-1稳定分析计算简图6.6稳定分析的步骤米用列表法进行计算。首先绘出土坝横剖面图，并将坝体浸润线的位置绘于横断面上。 确定危险滑弧圆心的范围。 在eg线上任选一点为圆心，选用半径R=120m，作圆弧通过下游 坝取条块宽度b=12m o 将各条块中心线各种土体的高度量出。 利用上式（3.5）求稳定安全系数。13841.6 0.73 2.1 170.13Kc 121.412021.8结论:工程等级为4级的水工建