A江坝后式厂房双曲拱坝设计计算书

1、目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231969901 第一章 调洪演算 PAGEREF _Toc231969901 h - 3 - HYPERLINK l _Toc231969902 1.1 调洪演算的原理 PAGEREF _Toc231969902 h - 3 - HYPERLINK l _Toc231969903 1.2 调洪方案的选择 PAGEREF _Toc231969903 h - 3 - HYPERLINK l _Toc231969904 对以下四种方案进行调洪演算 PAGEREF _Toc231969904 h - 3 - HYPERLINK

2、 l _Toc231969905 方案比拟 PAGEREF _Toc231969905 h - 8 - HYPERLINK l _Toc231969906 1.2.3 2浅孔+2中孔方案选定后坝顶高程的计算 PAGEREF _Toc231969906 h - 8 - HYPERLINK l _Toc231969907 第二章 大坝工程量比拟 PAGEREF _Toc231969907 h - 10 - HYPERLINK l _Toc231969908 2.1 大坝剖面设计计算 PAGEREF _Toc231969908 h - 10 - HYPERLINK l _Toc231969909 混

3、凝土重力坝设计 PAGEREF _Toc231969909 h - 10 - HYPERLINK l _Toc231969910 2.2 大坝工程量比拟 PAGEREF _Toc231969910 h - 17 - HYPERLINK l _Toc231969911 重力坝工程量 PAGEREF _Toc231969911 h - 17 - HYPERLINK l _Toc231969912 拱坝工程量 PAGEREF _Toc231969912 h - 18 - HYPERLINK l _Toc231969913 重力坝与拱坝工程量比拟 PAGEREF _Toc231969913 h - 1

4、9 - HYPERLINK l _Toc231969914 第三章 第一主要建筑物的设计 PAGEREF _Toc231969914 h - 19 - HYPERLINK l _Toc231969915 3.1 拱坝的型式尺寸及布置 PAGEREF _Toc231969915 h - 19 - HYPERLINK l _Toc231969916 坝型选择 PAGEREF _Toc231969916 h - 19 - HYPERLINK l _Toc231969917 拱坝的尺寸 PAGEREF _Toc231969917 h - 19 - HYPERLINK l _Toc231969918 3

5、.2 荷载组合 PAGEREF _Toc231969918 h - 23 - HYPERLINK l _Toc231969919 3.2.1 正常水位+温降 PAGEREF _Toc231969919 h - 23 - HYPERLINK l _Toc231969920 3.2.2 设计水位+温升 PAGEREF _Toc231969920 h - 23 - HYPERLINK l _Toc231969921 3.2.3 校核水位+温升 PAGEREF _Toc231969921 h - 23 - HYPERLINK l _Toc231969922 3.2.4 正常水位+温降+地震 PAGER

6、EF _Toc231969922 h - 23 - HYPERLINK l _Toc231969923 3.3 拱坝的应力计算 PAGEREF _Toc231969923 h - 23 - HYPERLINK l _Toc231969924 对荷载组合1，2，3使用FORTRAN程序进行电算 PAGEREF _Toc231969924 h - 23 - HYPERLINK l _Toc231969925 对荷载组合4进行手算 PAGEREF _Toc231969925 h - 25 - HYPERLINK l _Toc231969926 3.4 坝肩稳定验算 PAGEREF _Toc23196

7、9926 h - 37 - HYPERLINK l _Toc231969927 计算原理 PAGEREF _Toc231969927 h - 37 - HYPERLINK l _Toc231969928 验算工况 PAGEREF _Toc231969928 h - 38 - HYPERLINK l _Toc231969929 验算步骤 PAGEREF _Toc231969929 h - 38 - HYPERLINK l _Toc231969930 泄水建筑物的型式尺寸 PAGEREF _Toc231969930 h - 42 - HYPERLINK l _Toc231969931 坝身进水口设

8、计 PAGEREF _Toc231969931 h - 42 - HYPERLINK l _Toc231969932 管径的计算 PAGEREF _Toc231969932 h - 42 - HYPERLINK l _Toc231969933 进水口的高程 PAGEREF _Toc231969933 h - 42 - HYPERLINK l _Toc231969934 泄槽设计计算 PAGEREF _Toc231969934 h - 43 - HYPERLINK l _Toc231969935 坎顶高程 PAGEREF _Toc231969935 h - 43 - HYPERLINK l _T

9、oc231969936 坎上水深hc PAGEREF _Toc231969936 h - 43 - HYPERLINK l _Toc231969937 反弧半径R PAGEREF _Toc231969937 h - 44 - HYPERLINK l _Toc231969938 坡度直线段 PAGEREF _Toc231969938 h - 44 - HYPERLINK l _Toc231969939 挑射角 PAGEREF _Toc231969939 h - 44 - HYPERLINK l _Toc231969940 导墙设计 PAGEREF _Toc231969940 h - 44 - H

10、YPERLINK l _Toc231969941 消能防冲计算 PAGEREF _Toc231969941 h - 45 - HYPERLINK l _Toc231969942 水舌挑距 PAGEREF _Toc231969942 h - 45 - HYPERLINK l _Toc231969943 4.5.3消能率计算 PAGEREF _Toc231969943 h - 47 - HYPERLINK l _Toc231969944 泄水孔口应力及配筋 PAGEREF _Toc231969944 h - 49 - HYPERLINK l _Toc231969945 孔口应力 PAGEREF _

11、Toc231969945 h - 49 - HYPERLINK l _Toc231969946 配筋计算 PAGEREF _Toc231969946 h - 51 - HYPERLINK l _Toc231969947 附录 PAGEREF _Toc231969947 h - 53 - HYPERLINK l _Toc231969948 参考文献 PAGEREF _Toc231969948 h - 55 - HYPERLINK l _Toc231969949 结语 PAGEREF _Toc231969949 h - 56 - 第一章 调洪演算1.1 调洪演算的原理先对一种泄洪方案，求得不同水头

12、下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力曲线，再假定几组最大泄流量，对设计校核洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位，并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为设计校核情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其它泄洪方案按同样的方法进行调洪演算，最后选定的泄洪方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，并最好与所给限制流量差值在100m3/s以内。1.2 调洪方案的选择对以下四种方案进行调洪演算2浅孔+2中孔 24表孔+2中孔3 4中孔 4坝身泄流与利用导流隧洞.1方案一 2浅孔2中

13、孔浅孔: 进口底高程为164m, 出口底高程为154m 1-1式中：B孔口宽,m ； H孔口高,m ；A孔口面积(=BH)，m2；流量系数=0.80；H0出口中心处水头,m。中孔: 进口高程底135m, 出口底高程130m 式中：B孔口宽,m ； H孔口高,m ；A孔口面积(A=BH) ,m2；流量系数，7-0.3a/H0 ；a孔口高度,m； H0-出口中心处水头，m。表1-1 2浅孔流量方案高宽出口高程上游水位出口中心处水头流量系数2孔面积起调流量mm (m)mm m3m3/s1设计8.0 8.5 154.0 182.0 24.0 4136.00 校核8.0 8.5 154.0 182.0

14、24.0 4136.00 2609.817表1-2 2中孔流量方案高宽出口高程上游水位出口中心处水头流量系数2孔面积起调流量mm m mm m3m3/s1设计7.5 7.5130.0 182.0 校核7.5 7.5130.0 182.0 48.5 表1-3 2浅孔+2中孔总流量方案2浅孔起调流量2中孔起调流量总起调流量m3/sm3/sm3/s1设计2校核2表1-4 最大泄洪流量与最高水位结果表方案起调流量 最大泄量最高水位m3/sm3/sm1设计660018校核6880189.8最大设计泄洪流量为6600m3/s，校核流量为6880m3/s，最高设计水位为18m，最高校核水位为189.8m。.

15、2方案二 4表孔+2中孔表孔: 进口底高程179m 1-2式中： B堰顶宽，m；m流速系数；侧收缩系数；H0出口中心处水头，m。中孔: 进口底高程135m, 出口底高程130m 式中： B孔口宽,m ； H孔口高,m ；A孔口面积(=BH)，m2；流量系数7-0.3a/H0；a孔口高度,m；H0出口中心处水头，m。表1-5 4表孔流量方案高宽出口高程上游水位堰顶水位流速系数4孔面积起调流量mm(m)mmm3m3/s1设计4179.03.0校核4179.03.0表1-6 2中孔流量方案高宽出口高程上游水位出口中心处水头流量系数2孔面积起调流量mm m mm m3m3/s1设计7.5 7.5130

16、.0 182.0 校核7.5 7.5130.0 182.0 48.5 表1-7 4表孔+2中孔总流量方案4表孔起调流量2中孔起调流量总起调流量m3/sm3/sm3/s1设计校核表1-8 最大泄洪量与最高水位结果表方案起调流量最大泄量最高水位m3/sm3/sm1设计5580188.1校核7620.3方案三 4中孔中孔: 进口底高程135m, 出口底高程130m式中：B孔口宽,m ； H孔口高,m ； A孔口面积(=BH)，m2；流量系数7-0.3a/H0 ； a孔口高度,m； H0出口中心处水头，m。表1-9 4中孔最大泄洪量与最高水位结果表高宽出口高程上游水位出口中心处水头流量系数起调流量最大

17、下泄量最高水位mmmmmm3/sm3/sm设计713018266580校核71301826770.4方案四 坝身泄流与利用导流隧洞 因客观因素，现对坝身泄流与利用导流隧洞不进行调洪计算，只对其进行定性分析。方案比拟方案一即泄水建筑物采用2浅孔+2中孔时所需坝顶高程最小，加之方案一与方案三都存在对坝体的结构影响较大的问题方案二的4表孔使得坝体堰顶以上失去空间结构作用，方案三的4中孔使得坝体同一高程开孔数量过多，该层拱圈削弱过多，并由调洪演算结果看，故本设计选择2浅孔+2中孔的泄流方案，浅孔位于两岸，中孔位于水电站进水口两侧，对称布置。设计洪水时，允许泄量6650m3/s，校核洪水时，允许泄量76

18、50m3/s。设置两浅孔，孔口宽8.5m，高8.0m，进口底高程为164m，出口底高程为154m；两中孔，孔口宽7.5m，高7.5m，进口底高程为135m，出口底高程为130m，设计洪水时，下泄流量6600m3/s，校核洪水时，下泄流量6880m3/s，均小于允许下泄流量，设计洪水位为18m，校核洪水位为189.8m。 2浅孔+2中孔方案选定后坝顶高程的计算拱坝坝顶超出水库静水位的高度h为 1-3式中 h1%累积频率1%的波浪高度m，按式1-4、1-5、1-6求出； hz波浪中心线高出静水位的高度 (m),按式1-7计算； hc取决于坝的级别和计算情况的平安超高等级为1级时：设计hc=m，校核

19、hc=m。 1-4 1-5 1-6 1-7式中 V0计算风速, m/s； D库面吹程，m； 平均波高，m；平均波周期，s；H水深，m。HDV0gD/V02Lmh5%h1%h1%2/Lmcth(2H/Lm)hz94000207211.1设计洪水位情况下 查表得 ： .2校核洪水位情况下 HDV0gD/V02Lmh10%h1%h1%2/Lmcth(2H/Lm)hz4000121查表得 综上： 设计情况： 校核情况： 取得坝顶高程为: 由此计算得到的拱坝坝高为第二章 大坝工程量比拟2.1 大坝剖面设计计算混凝土重力坝设计坝前最大水深 最大坝高 2.1根本剖面1. 按应力条件确定坝底最小宽度 2-1式

20、中 c=24kN/m3 ；0=10kN/m3； 1=扬压力折减系数,取0.3河床坝段0.3，岸坡坝段0.4。那么 2.按稳定条件确定坝底最小宽度 2-2式中 K=1.05(查?水工建筑物?表4-1)；f=0.7 ； =0 ； 1=0.25。那么 综合1、2，取两值中的较大值，取坝底最小宽度B=m.2实用剖面1.坝顶宽度：取坝高的810%，即810%=()m，取为。2.下游坡度： 且坝底宽约为坝高0.7-0.9倍，那么取m=0.76。3.上游折坡点：上游设折坡，折坡点距坝底的高度取为坝高的范围内，即=(33.567)m,取为54m，上游折坡点高程为折 =146m。4.上游坡度：。5.坝底宽度：坝

21、底宽度为 .3排水装置设计洪水最大下泄流量6600m3/s，那么Z下=114.4m，下游水深-92=m ，水头 。根底帷幕灌浆廊道上游壁到上游坝面的距离应不小于0.05-0.10倍水头，且不小于4-5m，即0.050.1=m，取6m，宽取m，高取3m，廊道底离坝底距离不小于1.5倍底宽，取5m。根底排水廊道兼作灌浆廊道宽取m，高取m。坝内纵向排水0.10倍水头，并不小于3m，即0.050.1=m,取帷幕排水廊道距上游坝面距离为5m。.4荷载计算图2-2 坝体自重计算图 图2-3坝底扬压力计算图表2-1 荷载设计值计算表(设计水位状况)荷载kN/m水平应力kN/m铅直应力kN/m力臂力矩m+ 逆

22、时针-顺时针自重W1W2W324120.0水压力W水上W水下13 P上P下24143401扬压力U1U2U3U4180.00136812628136820.0浪压力PL95.00泥沙压力Pn21214表2-2 荷载设计值计算表(校核水位状况)荷载kN/m水平应力kN/m铅直应力kN/m力臂力矩m+ 逆时针-顺时针自重W1W2W324120.0水压力W水上W水下321147681P上P下257191152945扬压力U1U2U3U401427273489040泥沙压力Pn17.671214.5坝体强度验算用定值平安系数计算法沿坝基面的抗滑稳定分析：假设认为坝体与基岩胶结较差，用下式计算 (2-3

23、)为作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和；为作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和；U为作用于滑动面上的扬压力；f为滑动面上的抗剪摩擦系数；K为按抗剪强度计算公式计算的抗滑稳定平安系数，查?水工建筑物?表4-1有K=1.10，1.05。假设认为坝体与基岩胶结良好，按下式计算 2-4为作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和，用标准值；为作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和，用标准值；U为作用于滑动面上的扬压力；为滑动面上的抗剪摩擦系数, =；为坝体与坝基连接面的抗剪断凝聚力, ；A为坝体与坝基连接面的面积；为按抗剪断强度计算公式计算的抗滑稳定平安系数，查?水工建筑物?表4-1

24、有=。第一种方法偏于平安。1设计状况 所以在设计水位情况下，坝体抗滑稳定满足要求。2偶然状况= K=1.0偶然状况的抗滑稳定系数偏小，不满足要求，故需采用一些工程措施，因为坝基岩较坚硬，可将坝基开挖成假设干倾向上游的斜面，在坝踵和坝趾设置深入基岩的齿墙，以增强坝基抗滑稳定性。.6应力分析取坝基面水平截面上的边缘正应力y和y y= 2-5 y= 2-6式中 W作用在计算截面以上全部荷载的铅直分力总和向下为正； M作用在计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和逆时针正； B计算截面沿上下游方向的宽度。1 设计状况M=MG+MU+MP= - kNm (计入扬压力)W=kN(计入扬压力) a. y=0

25、.548MPa y= MPa b.边缘剪应力和m=0.8 =80.15=-0.084MPa=yc.铅直截面上的边缘正应力和和(计入泥沙压力)2=2 =-0.0126MPa=y d.上游边缘主应力和 =0 MPae. 下游边缘主应力和 =0 MPa(2)校核状况 = - kNm (计入扬压力) =kN(计入扬压力) a.y=52MPa y=1.273MPa b.边缘剪应力和m=0.74 =0.076 MPa=0.84 MPac.铅直截面上的边缘正应力和和(计入泥沙压力)2 MPa=0.895 MPad.上游边缘主应力和 MPa =0 MPae. 下游边缘主应力和 =0 综上，设计状况与偶然状况下

26、坝踵、坝趾处没有出现过大拉应力，且主压应力未大于允许压应力，故满足应力要求。2.2 大坝工程量比拟重力坝工程量在146m及176.64m将坝体沿水平向分成三块，从下往上依次为I、II、III，工程量计算利用下式分别对三个坝块进行计算： 2-7式中 V所求坝块的体积，m3； H所求坝块的高度，m； L1所求坝块坝面长度，m； L2所求坝块坝底长度，m； b所求坝块坝顶宽度，m； m1、m2所求坝块上、下游坡度。表2-3 重力坝分块工程量计算列表相关数据坝体分块L1L2bm1m2HVI2057854II259205100III297259100042256 拱坝工程量拱坝工程量计算利用下式分别对四

27、个坝块进行计算： 2-8其中 A/360R外2-R内2 第i层拱圈的中心角； R1第i层拱圈的外半径，m； R2第i层拱圈的内半径，m。表2-4 拱坝各高程拱圈面积计算列表高程(m)R内(m)R外(m)中心角V (m3)195.7510310385890142. 2102973501110499690927280430重力坝与拱坝工程量比拟经比拟，拱坝较重力坝可节约工程量：第三章 第一主要建筑物的设计3.1 拱坝的型式尺寸及布置坝型选择坝型选择双曲拱坝。拱坝的尺寸.1坝顶的厚度Tc 根据结构、人防、运用等要求并考虑改善坝体应力，初步设计，采用以下经验公式： 3-1 Tmin=35m式中 H坝高

28、m，H=100.4m； b1坝顶高程处两拱端新鲜基岩之间的直线距离m，b1=312m。 取Tc=8.5m.2坝底的厚度TB ( 拱坝在高程上分为5层) 3-2式中 L1坝顶高程处两拱端新鲜基岩之间的直线距离m，L1=312m； Ln-1坝体倒第二层拱圈处两拱端新鲜基岩之间的直线距离m，Ln-1=160m； H坝体高度，m； K=0.0035；拱的允许压应力MPa ，国内a一般取4-7MPa。 取 TB=2m.3 上游面的曲线采用二次抛物线 3-3式中：，其中、为经验系数，1，2。取 12，20.30， H=100.4m，那么那么上游面的曲线方程为: .4 下游面的曲线Tc，TB沿高程线性内插，

29、然后光滑修匀。设第i层拱圈的厚度为Ti , 那么 3-4 下游面曲线方程为 表3-1 拱冠梁端面的几层典型拱圈的几何尺寸层数高程上游面坐标下游面坐标坝体厚度142. 25.211192检验倒悬度：见附图，均满足小于1：3的要求。 表3-2 各层拱圈特性参数高程拱圈厚平均半径中心角右半中心角左半中心角1/2弦长岸坡平均坡度mmmm20010351521554516997484945142. 2140974849145111161045450459225.77175373845 图 3-1 拱冠梁横剖面示意图单位：m3.2 荷载组合 正常水位+温降 设计水位+温升 校核水位+温升 正常水位+温降+

30、地震3.3 拱坝的应力计算对荷载组合1，2，3使用FORTRAN程序进行电算.1正常水位+温降n= 5 EF=2200000.0 GC=0.000008 HW= HS= 7 X1= 39.835 X2= 输出结果： 239.97 143.51 106.34 282.93 .00 .00 .00 .00 209. .045341 .000315 .00 -8.12 8.12 .00 .037206 .000379 16.38 .09 15.32 .973.3.1.2设计水位+温升n= 5 EF=2200000.0 GC=0.000008 HW= 5.70 HS= 77.00 X1= X2= 输出

31、结果： 282.66 215.40 189.49 312.63 .00 .00 .00 .00 303.03 .031764 .000125 .00 -10.46 10.46 .00 .028333 .000215 19.33 .88 17.86 .58.3校核水位+温升n= 5 EF=2200000.0 GC=0.000008 HW= 2.6 HS= X1= X2= 输出结果： 312.79 236.09 206.54 346.96 .00 .00 .00 .00 332.71 .036209 .000169 .00 -11.53 11.53 .00 .031631 .000265 22.4

32、2 2.18 19.53 .71对荷载组合4进行手算.1拱冠梁法计算拱梁荷载分配(1)变形协调方程为： 3-5式中：i1，2，3，n,拱冠梁与水平拱交点的序号，即拱的层数； j单位荷载作用点的序号； pi作用在第i层拱圈中面高程上总的水平径向荷载强度，包括水压力、泥沙压力等； xi拱冠梁在第i层上所分配到的水平径向荷载强度，为未知数；pi-xi第i层拱圈所分配到的水平径向均布荷载强度； xj梁在j点所分配到的荷载强度；aij梁在j点的单位荷载所引起i点的径向变位，称为梁的“单位变位；i单位径向均布荷载作用在第i层水平拱圈时，在拱冠处所引起的径向变位，称为拱“单位变位 ；ci第i层拱圈由于该层均

33、匀温度变化ti=1时在拱的径向位移；ti第i层拱圈均匀温度变化值； 作用于梁上竖直方向荷载引起的拱冠梁上i截面的水平径向变位。(2)计算步骤：a.拱圈变位系数i的计算及均匀温降ti时的citi的计算： 3-6式中：可由拱圈的A、T/R查附录表1黎展眉编?拱坝?得出； EC混凝土的弹性模量，取2.2104MPa； R第i层拱圈的平均半径,m。 3-7式中：可由拱圈的A、T/R查附录表1黎展眉编?拱坝?得出； R第i层拱圈的平均半径，m； 混凝土线胀系数，取110-5；ti第i层拱圈的均匀温度下降值，由式ti =47/T+3.39(oC)计算得出,详见说明书 ； T第i层拱圈的拱厚,m。表3-2

34、各层拱圈的i与citi的结果不除EC截面编号截面高程拱厚 T半径R厚径比T/R半中心角 i计算均匀温降ti时citi的计算itic citi(m)(m)(m)/(m/MPa)C10-5/(m)1200521216948-213142. 214048141111646159271371注: 1、EC104Mpa； 2、查资料，岩石的弹性模量Er104 Mpa。b.垂直荷载作用下引起的梁的径向变位Bi的计算: I.垂直荷载作用下，拱冠梁各截面的M/ EcI弯矩以顺时针为正，见表3-3。表 3-3 拱冠梁根本尺寸、垂直荷载及其弯矩计算表(不除Ec)水重作用下拱冠梁的M/EcI图列表截面号坝厚T水重弯

35、矩Mi惯性矩IM/I10002-6273-4-5 图3-3 水重的M/I图单位：t/m3)II.垂直荷载坝重、水荷载作用下由于弯矩引起的径向变位BiIBiI= 3-8式中： i垂直荷载作用下i截面以下M/ECI图的面积；yii面积形心至i截面的距离。表 3-4 竖直方向荷载引起拱冠梁的径向变位BiEC(mt 垂直荷载(水重)作用下由于弯矩引起的变位截面坐标iYi BiI1109110-2222-3333444455100.40000III.拱冠梁在梁基力系作用下基岩变位引起的径向变位拱冠梁在地基力系作用下，地基产生角变f及径变f，由于地基变形而使拱冠梁随着产生变位，按几何关系可知，距梁基高为h

36、i处梁上某截面i处的径向变 = 3-8 式中: f拱冠梁在梁基力系作用下，地基产生的角变位； i截面距梁基高度； f径向变位。 根据地基在外力作用下的变位公式得，由于垂直荷载作用下Vc=0，仅有径向弯矩Mx,所以，且，；，。n=1, Mx= tm , 那么 那么 = =表 3-5 梁力系作用下基岩变位引起的径向变位EC(mt由于梁基变形产生的拱冠梁径向变位Bi=xhi+f截面号MxT2hixfBi1100.42-25.24293450IV.垂直荷载作用下引起的拱冠梁处的径向变位Bi将BiI和Bi迭加得Bi + 3-9 表 3-6 垂直荷载作用下引起的拱冠梁处的径向变位BiEC(mt截面号Bi1

37、23455c.梁变位系数aij的计算查表得各块的变位系数,1,2 见附表第二页，查表所得的各块的变位系数,1,2拱冠梁变位系数aij的计算 表3-7 拱冠梁变位系数aij的计算表(单位：m/MPa)(不除-1/EC)a11a21a31a41a51a12a223399a32a42a52a13a23a33a43a53a14a24a34a44a54a15a25a35a45a55d.第i层截面处水平径向总荷载pi的计算正常水位183.75m,，水库泥沙淤积高程115.5m , 泥沙压力： 3-10式中 0= t/m3，n=0.85 t/m3 ,s=10o, hn=115.5-92=23.5m静水压力：

38、 3-11那么 统计见下表：表3-8 水平径向总荷载pi计算结果截面12345水头(m)016.37541.566.62591.75Pi(106N)0注:第5 截面pi为水平压力及泥沙压力之和。e.根据列出五元一次方程组：应用高斯方程求解此五元一次方程组 x1x2x3x4x5求解得：梁所受的荷载： 单位t/m3 表3-9 梁、拱荷载计算结果表截面编号12345pi含水压，泥沙t0梁荷载xit拱荷载pi-xitf.计算拱冠梁受水平荷载作用下的弯矩M水平，受垂直荷载及水平和水平荷载共同作用下的弯矩M以及应力的计算 图3-4 拱冠梁受水平荷载xi图单位：tm表3-10 截面受水平荷载及竖向荷载所产生

39、的弯矩单位：tm截面12345水平荷载产生弯矩水重产生弯矩0自重产生弯矩0总弯矩M以顺时针为正0表3-11 拱冠梁受水平荷载xi及在垂直荷载自重作用下的应力计算截面编号2345截面积Am2弯矩M(tm)轴力Nt3930Tm=N/A+6M/T2(t/m2)=N/A-6M/T2(t/m2) MPa。当考虑地震荷载时，允许拉应力可适当提高，但不超过30。由表3-11可知，最大拉应力发生在第5截面的上游处，即5=t/m2=-MPa MPa,所以满足拉应力要求。 .2拱梁应力分配(1)拱冠梁所受应力及在水压温降作用下引起的拱圈应力表水平荷载及均匀温降下各层拱圈应力计算按下式水压： (t/m2) 3-12

40、温降： (t/m2) 3-13表3-12 水压产生的拱圈应力(单位:t/m)截面水平荷载拱冠拱端上游下游上游下游12345表3-13 均匀温降产生的拱圈应力(单位:t/m)截面水平荷载EcCt拱冠拱端上游下游上游下游12345表3-14 正常+温降产生的拱圈应力(单位:t/m)截面拱冠拱端上游下游上游下游12345(2)地震内力及应力表表3-15 纵向地震惯性力截面拱冠左拱端右拱端H0V0MOLHALVALMARHARVARMA( t )( t )( tm)( t )( t )( tm)( t )( t )( tm)1020304050表3-16 纵向地震激荡力截面拱冠左拱端右拱端H0V0MO

41、LHALVALMARHARVARMA( t )( t )( t m)( t )( t )( t m)( t )( t )( t m)100000000020304050表3-17 横向地震惯性力截面拱冠左拱端右拱端H0V0MOLHALVALMARHARVARMA( t )( t )( t m)( t )( t )( t m)( t )( t )( t m)100200300400500表3-18 横向地震激荡力截面拱冠左拱端右拱端H0V0MOLHALVALMARHARVARMA( t )( t )( t m)( t )( t )( t m)( t )( t )( t m)10000000002

42、00300400500 表3-19 地震内力汇总表(单位:t/m)截面拱冠左拱端右拱端H0V0M0HAVAMAHAVAMA( t )( t )( t m)( t )( t )( t m)( t )( t )( t m)12345b.悬臂梁上下游，拱冠上下游，拱端上下游在地震情况下的应力大小见下表:表3-20 地震应力汇总计算表 (单位:t/m)截面拱冠左拱端右拱端上游下游上游下游上游下游12345(3)正常水位+温降+地震工况下拱冠、左右拱端上下游应力表3-21 应力汇总计算表(正常+温降+地震)(单位:t/m)截面拱冠左拱端右拱端上游下游上游下游上游下游12345通过应力计算，应力均满足标准

43、要求。 坝肩稳定验算计算原理取任一高程单位高度的拱圈进行验算。如图3-6所示，有两个滑动面，侧裂面为平行河谷铅直向，底裂面与侧裂面垂直，为水平向。拱端轴力为Ha，剪力为Va，用拱梁分载法计算内力时，Va应包括悬臂梁底部的水平力。将拱端轴力Ha和剪力Va投影到滑动面上： 图3-7 平面稳定分析计算简图 3-14 3-15式中：轴力Ha和滑动面的夹角;Ha拱端轴向力；Va拱端径向力。在立视图上，拱座面与垂线的夹角为，两个滑动面上阻滑力为： 3-16 3-17式中：W1 拱端面上悬臂梁的自重； W2拱端下游岩体重量W； U1侧裂面上的扬压力；U2侧裂面上的扬压力。抗滑稳定平安系数计算公式为： 3-1

44、8式中：K抗滑稳定平安系数； f1滑动面间的抗剪断摩擦系数； f2节理面间的摩擦系数；W拱端面上悬臂梁重量与拱端下游岩体的重量之和； c凝聚力； l滑动面的长度。验算工况工况:校核水位+温升工况:正常水位+温降+地震验算步骤.1对工况进行稳定验算(1)根据插值计算系数ua和 ha 表3-22 ha、ua、ma系数表截面水压力温度应力hauahaua12345(2)求拱由均匀水压P和均匀温升Tm产生的拱端轴向力HA，剪力VA：由均匀水压P产生：， (单位：t)由均匀温升Tm产生：， (单位：t) 10-5 Ec104 Mpa表3-23 Ha和Va计算结果表截面Pi-Xi拱厚T水压力温度应力均匀温

45、升TmHaVaHa=PThaVa=PTuaHa=CTm EcThaVa=CTmEcTua(t/m) (m)(t/m)(t/m)(t/m)(t/m)() (t/m)(t/m)12345表3-24 左拱圈稳定计算结果 截面112345单宽梁底径向力0HA拱轴向合力VA拱径向合力扬压力u0岸坡与垂直线夹角轴力与滑动面夹角3942424753粘聚力clsec4250640085501070012850sNpk表3-25 右拱圈稳定计算结果截面112345单宽梁底径向力0HA拱轴向合力VA拱径向合力扬压力u0岸坡与垂直线夹角轴力与滑动面夹角3841414452粘聚力clsec42506400855010

46、70012850sNpk.2对工况进行稳定验算(1)同工况。(2)求拱由均匀水压P，均匀温降Tm和地震荷载产生的轴向力HA，剪力VA 。 表3-26 Ha和Va计算结果表正常+温降截面Pi-Xi拱厚T水压力温度应力均匀温降TmHaVaHa=PThaVa=PTuaHa=CTmEcThaVa=CTmEcTua(t/m) (m)(t/m)(t/m)(t/m)(t/m)() (t/m)(t/m)12345表3-27 右拱端Ha和Va计算结果表正常+温降+地震正常+温降正常+温降+地震H0V0HaVa表3-28 右拱圈稳定计算结果正常+温降+地震截面112345单宽梁底径向力0HA拱轴向合力VA拱径向合

47、力扬压力u0岸坡与垂直线夹角轴力与滑动面夹角3841414452粘聚力clsec4250640085501070012850sNpk表3-26 左拱端Ha和Va计算结果表正常+温降+地震正常+温降正常+温降+地震H0V0HaVa表3-27 左拱圈稳定计算结果正常+温降+地震截面112345单宽梁底径向力0HA拱轴向合力VA拱径向合力扬压力u0岸坡与垂直线夹角轴力与滑动面夹角3942424753粘聚力clsec4250640085501070012850sNpk由计算知，以校核水位+温升工况作为局部稳定的控制情况，由此稳定计算所得的稳定平安系数均大于特殊工况非地震稳定平安系数允许值3.0，因此拱

48、坝的局部稳定满要求，不用进行整体稳定计算。第四章 泄水建筑物的设计泄水建筑物的型式尺寸泄水建筑物采用2浅孔+2中孔的泄流方案：浅孔位于两岸，孔口宽8.5m，高8.0m，进口高程为164m，出口高程为154m；中孔位于水电站进水口两侧，对称布置,孔口宽7.5m，高m，进口高程为135m，出口底高程为130m，设计洪水时下泄流量6600 m3/s。4.2坝身进水口设计管径的计算压力管道的直径在初步设计阶段可采用彭德舒公式来确定： 4-1式中：Qmax钢管的最大设计流量，m3/s； H设计水头，m。Qmax =338/4=84.5 m3/sH=18-114.4=72. 3m3max/H)1/73/7

49、2.53) 1/7=4.592m故取D=m。进水口的高程本设计进水口采用有压进水口。有压进水口应低于可能出现的最低水位，并有一定的淹没深度，以防止进水口前出现漏斗吸取旋涡并防止有压引水道内出现负压。可采用戈登公式： 4-2式中：Scr闸门门顶低于死水位的临界淹没水深,m； C之间,4； V闸门断面的水流流速，m/s； D闸门孔口高度,m。那么 取Scr=7m由于死水位为164m，所以进水口底高程为坎顶高程坎顶高程一般高于下游设计水位25米即为114.4+25= 116.17119.4米，取坎顶高程为117.4米。坎上水深hc 4-3式中： T上游设计水位至坎顶的高差,m；q单宽流量，m3/s；

50、对浅孔： 经试算得 对中孔： 经试算得 反弧半径R 610 4-4对浅孔：R=m ，取R=40 m对中孔：R=67.4m ，取R=50 m坡度直线段考虑水力条件及交通要求，与孔身底部坡度一致，浅孔 1：2.5 ，中孔 1：5。挑射角浅孔 =20o，中孔 =20o。2m,本设计导墙厚度取为,导墙应高出泄水时掺气水面以上11.5m。 溢流坝面高速水流自掺气现象的断面平均掺气浓度C 4-5式中: ,其中n为溢流面满宁糙率，V为不计掺气时的断面平均流速，R为不计掺气时的坎顶平均水深h。掺气水流总深度 4-6对浅孔： 故取浅孔导墙高度为m。对中孔： 故取中孔导墙高度为11m。水舌挑距 4-7式中： L水

51、舌挑距，是鼻坎末端至冲坑最深点的水平距离；V1坎顶水面流速, H0为水库水位至坎顶的落差；鼻坎的挑射角度；h1坎顶垂直方向的水深, (h为坎顶平均水深)；h2坎顶至河床外表落差。浅孔： 中孔： 冲刷坑深度 4-8 4-9式中： H上下游水位差，m； tr最大冲坑深度，由河床面算至坑底，m； t水面至河床深度，m； Kr冲坑系数,本设计用硬岩，Kr=1.0； q泄水建筑物出口断面的单宽流量，m3/s。浅孔： , 满足要求。中孔： = ,满足要求。消能率计算对冲消能主要研究对冲点处水舌相撞的动能损失。令m1=q1，m2=q2，为水的密度。对x，y，z三个方向计算碰撞体的动能损失为： 4-10 4-

52、11 4-12 4-13 4-14交汇点处的消能率： 4-15本设计1=20o ，2= 20o，1=2=,V1= V2 = V=3m/s，q1= q2 ,t1= t2 下游水位对冲点图4-1 对冲消能示意图对浅孔：对中孔：泄水孔口应力及配筋孔口应力表3-17 正常水位+温降时孔口处坝体应力及内水压力孔宽b梁向Py拱向Px水压Pm(t/m2)(t/m2)(t/m2)浅孔进口8.555.75-15.75浅孔出口8.575.51230.98-26.125中孔进口7.5-16.66-45中孔出口7.51618-50 图3-4 应力计算简图表3-18 孔口应力计算结果表单位：t/m2 浅孔宽中孔宽=0浅

53、孔进口浅孔出口中孔进口中孔出口1 浅孔宽中孔宽=45浅孔进口浅孔出口中孔进口中孔出口1 浅孔宽中孔宽=90浅孔进口浅孔出口中孔进口中孔出口1配筋计算由表可知拉应力均不到1.5MPa。因此，只需按0.1%的配筋率配筋。中孔出口处在=45方向出现最大压应力11.62 MPa30 MPa混凝土标号C30,故只需配构造筋，即45和90两条线以最小配筋率0.1来配筋。根据?坝内的孔口与廊道?中的配筋计算方法是按照孔口拉应力分布，算出拉应力总值P，在P中可以扣除混凝土可以承当的局部，然后用P除以钢筋的容许应力s得出配筋面积,但一般情况下混凝土按开裂计算，不承当拉应力，故此假设所有拉应力均由钢筋承受。1.

54、最小配筋率配筋面积面积： A=0.01%10001000=1000mm 钢筋取5162. 混凝土保护层厚30mm，锚固长度400mm，末端弯钩直径为2.5d,即50mm。3架立钢筋选用82516162616架立钢筋825 图3-5 孔口配筋图附录参考文献索丽生,任旭华,胡明,2001.?水利水电工程专业毕业设计指南?.北京：中国水利水电出版社艾克明,1987.?拱坝泄洪与消能的水力设计和计算?.北京：水利电力出版社.4449,127131,103104黎展眉,1982.?拱坝?.北京：水利电力出版社华东水利学院河川系水工教研组,1984.?毕业设计参考资料-拱坝?. 南京:河海大学出版社王世夏

55、,左东启,沈长松,刘晓青,2021.?水工建筑物?.北京: 中国水利水电出版社周之豪等,1997.?水利水能规划?.北京：中国水利水电出版社刘启钊等,1998.?水电站?.北京：中国水利水电出版社水利水电规划设计总院, 1987.?水工设计手册混凝土坝?.北京：水利电力出版社美国垦务局, 1984. ?拱坝设计?.拱坝设计翻译组译.北京：水利电力出版社. 3845,17887,217224?水利水电工程等级划分及洪水标准 SL2522000?朱伯芳,高季章,陈祖煜,厉易生，2002.?拱坝设计与研究?.北京：中国水利水电出版社.564614王锍泰，周维垣，毛健全，顾悦，1982.?拱坝坝肩岩体

56、稳定分析?.贵阳：贵州人民出版社.4552?水工建筑物荷载设计标准 DL5077-1997?混凝土重力坝设计标准 SL319-2005?混凝土拱坝设计标准 SL282-2003? Zhou, Weiyuan,2006. Study on influences of asymmetry on arch dam foundation.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,256:10811085 Wang, Liang-Qing ; Tang, Hui-Ming; Hu, Xin-Li and so on,2007.Influences

57、 of foundation deformation modulus to stress distribution of roller compacted concrete arch dam.Journal of China University of Geosciences, 323：409-414 结语 本设计地形为“V型河谷，河床基岩为花岗岩，两岸无断层，少节理，岩体相对完整，河床较窄，并有明显的喇叭口地形可供利用，应选择建双曲拱坝从坝身开孔的调洪演算到坝型比选，再到拱坝形态及尺寸确实定、拱坝枢纽布置、坝身应力计算、坝肩抗滑稳定验算、泄洪及消能建筑物的设计等，每个阶段都有未曾接触的理论、方法，需要我们查阅资料、研读书本，以标准为准绳，运用结构力学、材料力学、水力学、水工建筑物等所学理论知识，逐一解决相关问题。例如在用拱冠梁法对坝身应力进行手算时，牵涉到拱与梁径向变位一致