清水河重力坝设计说明书

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第一章 清水河某电站的工程条件1.1.气象、水文清水河流域属亚热带高原气候区，由于大气环流和流域地形影响，气候类型较为复杂，垂直变化十分明显，多年平均气温为14.1C。流域内降水较多，但年内及地区分配极不均匀，年降雨量为1130mm，410月占全年降水量的86.5%。支流独木河上游为多雨区，多年平均降雨量超过1200mm。每年58月为暴雨集中的季节，降雨量占全年的60%。坝址集雨面积为4328km2，多年平均流量76m3/s，多年平均来水量23.97亿m3，径流系数0.

2、48。流域洪水特性与暴雨特性和流域自然地理条件密切相关。洪水过程一般从5月份开始，到10月份结束，汛期洪水较为频繁，年最大洪峰多出现在67月。设计洪水标准（P=1%时），洪峰流量为5240m3/s，相应3天为洪量6.0亿m3。校核洪水标准（P=0.1%）时，洪峰流量为7430m3/s，相应3天洪量为8.4亿m3。坝址多年平均年输沙量52.8万t，主要集中在汛期，占全年输沙量的92.8%，其中57月来沙量占全年的73.8%。1.2.工程地质电站地处云贵高原的黔中地区，区域内碳酸盐岩广布，属中低山岩溶山地地貌，地层自寒武系至三迭系均布分布。区域地处黔北台隆、遵义断拱南部，属扬子准台地中稳定的 =

3、3 * ROMAN III级构造单元，自中更新世以来，区域内无断裂活动迹象，构造环境稳定，地震基本烈度为6度。水库河段均属峡谷型水库。库区构造以南北向为主，北东向和北西向断裂也很发育。南明河近坝6km库段大部分为横向谷，上游库段为走向谷，左岸为顺向坡；独木河库段大部为走向谷，右岸为顺向坡。水库两岸山体雄厚，其间分布有多层隔水层和相对隔水层，不存在向邻谷渗漏问题。水库库岸多为坚硬的灰岩、白云岩组成，一般稳定性较好。局部以软岩为主的走向谷顺向坡地段，风化后抗剪强度和抗冲刷能力降低，蓄水后可能产生顺层塌滑，除近坝的南明河口左岸边坡外，其余边坡距坝址较远，规模不大，对库容和工程的建设无影响。工程枢纽区

4、河段，河谷断面呈不对称“V”型，左岸较缓，右岸较陡。河床及两岸坡出露地层主要为吴家坪组（）中厚层燧石条带灰岩、夹泥页岩、钙质页岩和少量泥灰岩，其中软岩占总厚度的19%，河床基岩大部裸露，岩层缓倾上游偏右岸。该地层属弱岩溶含水层，在垂直层面方向可取相对隔水作用，防渗处理简单。坝址附近天然建筑材料丰富，开采及运输条件均较好，坝址下游2km处有公路通过，距左右岸坝肩也仅12km。1.3.设计标准电站正常蓄水位初拟为835m，装机容量60MW，保证出力10.1MW，多年平均发电量2.51亿kWh，装机年利用小时为4183h。电站工程规模为大（二）型，属二等工程，主要挡水及泄水建筑物为2级，厂房为3级建

5、筑物，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。大坝及泄水建筑物正常运用洪水为100年一遇（P=1%），非常运用洪水标准为1000年一遇（P=0.1%）；厂房正常运用洪水标准为100年一遇（P=1%），非常运用洪水标准为200年一遇（P=0.5%）。1.4.水库、水能参数正常蓄水位 835m水库死水位 820m装机容量 A 230Mw电站引用流量 129.4m3/s最大水头 64m最小水头 42.8m平均水头 55.5m历年最大风速： 25.0m/s多年平均最大风速： 16.0m/s设计洪水：100年一遇，坝址相应洪峰流量5240m3/s，相应下泄流量4593m3/s。设计洪水位836.41m；校核

6、洪水：1000年一遇，坝址相应洪峰流量7430m3/s。相应下泄流量6654m3/s。设计洪水位841.68m。1.5.工程地质岩体力学指标 坝基(肩)岩体力学指标及岩体质量分类表地层代号岩 性风化分级容重s(T/m3)承载力(MPa)泊桑比变模E0(103MPa)抗剪断强度质量分类岩/岩岩/砼fc(MPa)fc(MPa)P2w中厚层含燧石条带灰岩夹页岩和泥灰岩微风化2.604.50.2580.90.80.80.7A1P2c含燧石结核灰岩微风化2.656.00.23121.21.01.10.9A页岩夹薄层灰岩弱风化2.301.00.3520.550.20.50.1C薄层灰岩夹页岩弱风化2.40

7、2.00.3030.650.30.60.2CP1m中厚层灰岩微风化2.606.00.23121.21.01.11.0A节理裂隙0.70.2泥页岩夹层0.30.02第二章 枢纽总体布置2.1坝顶及防浪墙高程2.1.1校核洪水位情况坝的安全级别为级，查表310得, =0.4m；在河谷剖面图中测得校核洪水位时B=147.1m D=5Bkm ， V。=16m/s ；,在20250之间,故h为累积频率为5%的=m=0.4+0.12+0.565=1.1m防浪墙顶高程=校核洪水位+h校=841.68+1.1=842.78.2.1.2设计洪水位情况坝的安全级别为级，查表310得, m；在河谷剖面图中测得设计洪

8、水位下B=132.901m D=5Bkm V。=16m/s ； 在20250之间,故h为累积频率为5%的； ； ； ； ；=0.5+0.11+0.537=1.2；防浪墙顶高程=设计洪水位+h设=836.41+1.2=837.61.两者比较取大者即坝顶高程及防浪墙高程为. 842.782.2确定下游水位根据水力学公式，得：，其中：Q:下泄流量；:粗糙系数，查水力学得：；W:河谷断面面积，单位；河底坡率，由地形图资料算得：；：湿周，单位；下游水深在下游水位-流量关系曲线上量得，通过河谷断面剖面图和上述水力学公式，以1米为模数做图，对应与正常蓄水位的电站引用流量时下游水深，对应于校核洪水位时的下泄流

9、量时，下游水深。计算表格如下：高程面积周长距离湿周流量坡率75412.25.03312.19712.83614.735780.0024675644.41.86220.08921.77389.527550.0024675891.56.22326.62429.599241.43050.00246760149.67.43431.42636.008481.37880.00246762216.78.49536.0842.415803.84260.00246764293.3099189.19540.47848.7171213.3910.00246766378.99.65544.6954.9651712.3

10、230.00246768471.109.88848.73161.1572303.3490.00246770572.119.41552.35167.0642993.2930.00246772680.127.79155.30472.4873787.9460.00246774793.135.25257.7277.5324677.1260.00246776913.141.94859.73682.2125689.9580.002467781032.148.39361.44386.956715.3580.002467801155.154.33662.90791.4297839.3810.002462.3非

11、溢流坝设计2.3.1基本剖面2.3.1.1坝底宽度确定设 解得：B=78.51m 2.3.1.2校核洪水位下基本剖面的稳定计算取1m为计算宽度,对应于下游水深为25.9m. 运用抗剪断公式：，代入数据得：对于校核洪水位，=3.172.5，稳定满足要求。2.3.1.3校核洪水位下基本剖面的应力计算在一般情况下，坝的最大和最小都应力出现在坝面，在基本剖面中，考虑自重、水压力、扬压力时，由计算得： 水平截面上的正应力为：坝踵、坝址处应力均满足符合强度指标，满足要求。2.3.2实用剖面防浪墙顶高程1=校核洪水位+h校=841.68+1.1=842.78.防浪墙顶高程2=设计洪水位+h设=836.41+

12、1.2=837.61.取坝顶高程为校核洪水位+h校=841.68+1.1=842.78.坝高.取坝顶宽度为坝高的9%，即坝顶宽度为，取为10m.2.3.2.1校核洪水位作用的稳定与应力计算实用剖面图如图：（1）稳定计算取1m为计算宽度 根据混凝土重力坝规范查得：，代入数据计算得：。，波浪运动不受库底约束，为深水波，波浪压力泥沙压力：其中： 运用抗剪断公式：，代入数据得：对于校核洪水位，=3.212.5，稳定满足要求。(2)应力计算坝底处无扬压力作用的情况作用时 上游面垂直正应力： 下游面垂直正应力： 上游面剪应力： 下游面剪应力： 上游面水平正应力：下游面水平正应力： 上游面主应力： 下游面主

13、应力： 坝底处有扬压力作用时 其中 式中：B 坝体计算截面沿上、下游面的长度，m ; n 上游坝坡；m 下游坝坡；pu、pd计算截面在上、下游坝面所承受的水压力强度（如有淤沙压力时，应计入在内）；puu、pud计算截面在上、下游坝面处的扬压力强度； 计算截面上全部垂直力之和（包括坝体自重、水重、淤沙重及计算的扬压力等），以下向下为正，对于实体重力坝，均切取单位宽度坝体为准（下同）；计算截面上全部垂直力及水平力对于计算截面形心的力矩之和，以使上游面产生压应力者为正。1）坝内垂直正应力根据在水平截面上呈直线分布的假定可得距下游坝面x处的为：其中a、b由边界条件和偏心受压公式确定。当x=0时，当x=

14、B时，2）坝内剪应力 根据呈线性分布，由平衡条件可得出水平截面上剪应力呈二次抛物线分布，即： 其中，、由边界条件确定。 3、坝内水平截面正应力根据在水平截面呈二次抛物线分布，由平衡条件可得出水平正应力 呈三次抛物线分布，即： 其中、可由边界条件确定。由于的三次抛物线分布与直线相当接近。因此，可近似地作为直线分布，即： 其中 坝高处的应力力名称力代号大小（KN)力臂（m）弯矩上游水自重W30.00 0.00 0.00 坝自重W145197.44 8.67 .49 下游水自重W20.00 0.00 0.00 扬压力U10.00 0.00 0.00 U2-3024.39 4.00 -12102.59

15、 U3-765.68 22.51 -17231.60 U4-1804.81 23.67 -42722.97 上游静水压力P1-23563.90 23.12 -.75 下游静水压力P2151.84 1.86 281.75 泥沙压力PS0.00 21.78 0.00 浪压力Pl-9.68.97 -671.22 M-.90 W39602.56 上游面铅直正应力yu261.59 P-23421.80 下游面铅直正应力yd1261.29 上游面剪应力u0.00 下游面剪应力d945.97 上游面水平正应力xu0.00 下游面水平正应力xd709.48 上游面主应力1u261.59 2u0.00 下游面主

16、应力1d1970.77 2d0.00 坐标x13.00 26.01 39.01 y=a+bx1070.63 932.21 793.80 =a1+b1x+c1x2668.97 459.03 236.04 x=a3+b3x729.46 754.97 780.49 11590.42 1311.09 1023.27 2209.67 376.08 551.01 137.85 39.54 44.19 坝体边缘和坝内没有出现拉应力符合应力要求坝底应力力名称力代号大小（KN)力臂（m）弯矩上游水自重W30.00 0.00 0.00 坝自重W1.92 13.09 .70 下游水自重W26147.58 29.03

17、 -.15 扬压力U1-31468.38 0.00 0.00 U2-5028.40 8.42 -42330.75 U3-984.44 35.76 -35198.81 U4-1695.43 36.92 -62598.17 上游静水压力P1-53693.72 34.89 -.93 下游静水压力P28196.77 13.63 .28 泥沙压力PS-694.09 21.78 -15115.74 浪压力Pl-9.104.31 -1015.06 M-.62 W67508.84 上游面铅直正应力yu99.64 P-46200.77 下游面铅直正应力yd1620.11 上游面剪应力u0.00 下游面剪应力d1

18、215.08 上游面水平正应力xu0.00 下游面水平正应力xd911.31 上游面主应力1u99.64 2u0.00 下游面主应力1d2531.42 2d0.00 坐标x19.63 39.26 58.88 y=a+bx2110.21 1836.90 1563.58 =a1+b1x+c1x2884.48 586.10 291.27 x=a3+b3x1663.86 1636.27 1608.68 12799.24 2331.21 1878.27 2974.83 1141.96 1293.99 137.92 40.14 42.79 坝体边缘和坝内没有出现拉应力符合应力要求2.3.2.2正常蓄水位作

19、用的稳定与应力计算稳定计算：在河谷剖面图中测得校核洪水位时B=147.075m D=5Bkm ， V。=16m/s ；在20250之间,故h为累积频率为5%的； m ； ；=0.4+0.12+0.565=1.1m取1m为计算宽度,对应于正常蓄水位的下游水深为4.64m. 根据混凝土重力坝规范查得：，代入数据计算得：。，波浪运动不受库底约束，为深水波，波浪压力泥沙压力：其中： 运用抗剪断公式：，代入数据得：对于正常蓄水位，=3.443.0，稳定满足要求。(2)应力计算坝底处无扬压力作用的情况作用时 上游面垂直正应力： 下游面垂直正应力： 上游面剪应力： 下游面剪应力： 上游面水平正应力：下游面水

20、平正应力： 上游面主应力： 下游面主应力： 坝底处有扬压力作用时 其中 式中：B 坝体计算截面沿上、下游面的长度，m ; n 上游坝坡；m 下游坝坡；pu、pd计算截面在上、下游坝面所承受的水压力强度（如有淤沙压力时，应计入在内）；puu、pud计算截面在上、下游坝面处的扬压力强度； 计算截面上全部垂直力之和（包括坝体自重、水重、淤沙重及计算的扬压力等），以下向下为正，对于实体重力坝，均切取单位宽度坝体为准（下同）；计算截面上全部垂直力及水平力对于计算截面形心的力矩之和，以使上游面产生压应力者为正。1）坝内垂直正应力根据在水平截面上呈直线分布的假定可得距下游坝面x处的为：其中a、b由边界条件和

21、偏心受压公式确定。当x=0时，当x=B时，2）坝内剪应力 根据呈线性分布，由平衡条件可得出水平截面上剪应力呈二次抛物线分布，即： 其中，、由边界条件确定。 3、坝内水平截面正应力根据在水平截面呈二次抛物线分布，由平衡条件可得出水平正应力 呈三次抛物线分布，即： 其中、可由边界条件确定。由于的三次抛物线分布与直线相当接近。因此，可近似地作为直线分布，即： 其中 坝高的处的应力力名称力代号大小（KN)力臂（m）弯矩上游水自重W30.00 0.00 0.00 坝自重W145197.44 8.67 .49 下游水自重W20.00 4.00 0.00 扬压力U10.00 0.00 0.00 U2-241

22、8.69 4.00 -9678.78 U3-752.31 22.51 -16930.81 U4-1773.31 23.67 -41977.20 上游静水压力P1-19242.84 20.89 -.64 下游静水压力P20.00 0.00 0.00 泥沙压力PS0.00 0.00 0.00 浪压力Pl-9.62.29 -606.21 M-79368.16 W40253.13 上游面铅直正应力yu597.90 P-19252.58 下游面铅直正应力yd949.99 上游面剪应力u0.00 下游面剪应力d712.50 上游面水平正应力xu0.00 下游面水平正应力xd534.37 上游面主应力1u5

23、97.90 2u0.00 下游面主应力1d1484.37 2d0.00 坐标x13.00 26.01 39.01 y=a+bx912.02 931.10 950.20 =a1+b1x+c1x2542.01 387.83 207.16 x=a3+b3x561.29 561.29 679.31 11306.33 1175.85 1062.26 2166.98 316.54 567.25 136.04 34.08 28.41 坝体边缘和坝内没有出现拉应力符合应力要求坝底处应力力名称力代号大小（KN)力臂（m）弯矩上游水自重W30.00 0.00 0.00 坝自重W1.92 13.09 .70 下游水

24、自重W21417.56 34.35 -48685.97 扬压力U1-15110.98 0.00 0.00 U2-6177.88 8.42 -52007.49 U3-1209.49 35.76 -43245.19 U4-2083.00 36.92 -76908.01 上游静水压力P1-47059.60 32.67 -.27 下游静水压力P21890.08 6.55 12373.69 泥沙压力PS-694.09 21.78 -15115.74 浪压力Pl-9.97.63 -950.05 M-.32 W77374.13 上游面铅直正应力yu551.11 P-45873.35 下游面铅直正应力yd14

25、19.95 上游面剪应力u0.00 下游面剪应力d1064.96 上游面水平正应力xu0.00 下游面水平正应力xd798.72 上游面主应力1u551.11 2u0.00 下游面主应力1d2218.67 2d0.00 坐标x19.63 39.26 58.88 y=a+bx1671.95 1585.95 1499.95 =a1+b1x+c1x2850.41 619.01 335.54 x=a3+b3x1203.59 1249.91 1296.24 12319.83 2059.34 1748.76 2555.70 776.52 1047.44 137.30 37.41 36.56 坝体边缘和坝内

26、没有出现拉应力符合应力要求2.4重力坝溢流坝段设计2.41.1选定溢流坝的坎顶水深工程实践证明：软弱岩石或裂隙发育岩石，20503/(s.m)；较好的岩石，50703/(s.m)；坚硬或完整岩石，1001303/(s.m).903/(s.m) 流量系数m0.502溢流坝顶高程2412溢流坝的前沿净长，假设每孔宽度为16m，每孔的高度12m，则孔数n为52.41.3流量的验算设计情况下，溢流坝的下泄流量为4593m3/s；校核情况下，溢流坝的下泄流量为6654堰顶高程的确定。初拟侧收缩系数0.956，流量系数m0.502，由堰流公式计算堰上水头H，计算水位分别减去其相应的堰上水头即为堰顶高程。

27、， n5堰顶高程计算表计算情况流量（m3/s）侧收缩系数流量系数孔口单宽（m）堰上水头（m）堰顶高程（m）设计情况45930.9560.50259.005827.405校核情况66540.9560.502511.53824.88根据以上计算，取堰顶高程为824.6m。2.414溢流坝的轮廓形状与尺寸，下游消能设计 反弧段反弧段是使溢流面下泄水流平顺转向的工程设施，通常采用圆弧曲线。按混凝土重力坝设计规范规定，其半径R=410h，h为校核洪水闸门全开时反弧处的水深。h校核洪水闸门全开是反弧处的水深Q-校核洪水位的下泄流量6654m/sB=80m-闸孔全宽V-流速速 -上游水面至挑坎顶部的高差-坝面流速系数坎顶部的高程:挑坎高程愈低,出口断面的流速愈大,射程愈远.同时,挑坎高程低,工程量也小,可以降低造价,工程设计中常使用挑坎最低的高程高出下游最高水位的12m,由校核洪水