混凝土重力坝计算书毕业论文

1、目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc20040 目录 PAGEREF _Toc20040 1 HYPERLINK l _Toc3705 第 1 章 防溢流坝设计 PAGEREF _Toc3705 2 HYPERLINK l _Toc8261 1.1 坝基标高的确定 PAGEREF _Toc8261 2 HYPERLINK l _Toc31607 1.2 坝顶高程计算 PAGEREF _Toc31607 2 HYPERLINK l _Toc24848 1.2.1 基本组合情况下： PAGEREF _Toc24848 2 HYPERLINK l _Toc4070 1

2、.2.2 特殊组合情况： PAGEREF _Toc4070 3 HYPERLINK l _Toc21746 1.3 坝宽计算 PAGEREF _Toc21746 4 HYPERLINK l _Toc32729 1.4 坝面坡度 PAGEREF _Toc32729 4 HYPERLINK l _Toc1262 1.5 坝基防渗排水设施准备 PAGEREF _Toc1262 5 HYPERLINK l _Toc18558 第 2 章 非溢流坝段荷载计算 PAGEREF _Toc18558 5 HYPERLINK l _Toc6356 2.1 选择 PAGEREF _Toc6356 5的计算情况 H

3、YPERLINK l _Toc23664 2.2 载荷计算 PAGEREF _Toc23664 5 HYPERLINK l _Toc8879 2.2.1 自重 PAGEREF _Toc8879 6 HYPERLINK l _Toc20458 2.2.2 静水压力及其推力 PAGEREF _Toc20458 6 HYPERLINK l _Toc28355 2.2.3 抬升压力计算 PAGEREF _Toc28355 7 HYPERLINK l _Toc27462 2.2.4 泥沙压力及其推力 PAGEREF _Toc27462 10 HYPERLINK l _Toc17541 2.2.5 波浪压

4、力 PAGEREF _Toc17541 11 HYPERLINK l _Toc32419 2.2.6 土压力 PAGEREF _Toc32419 12 HYPERLINK l _Toc10278 第三章坝体抗滑稳定性分析 PAGEREF _Toc10278 13 HYPERLINK l _Toc26550 3.2 防滑稳定性计算 PAGEREF _Toc26550 15 HYPERLINK l _Toc27053 3.3 抗剪强度计算 PAGEREF _Toc27053 16 HYPERLINK l _Toc773 第 4 章应力分析 PAGEREF _Toc773 17 HYPERLINK

5、l _Toc30134 4.1 总则 PAGEREF _Toc30134 17 HYPERLINK l _Toc19491 4.1.1 大坝竖向应力分析 PAGEREF _Toc19491 17 HYPERLINK l _Toc15694 4.1.2 坝体竖向应力满足要求 PAGEREF _Toc15694 18 HYPERLINK l _Toc19622 4.2 计算截面为基础面 PAGEREF _Toc19622 19 HYPERLINK l _Toc30085 4.2.1 载荷计算 PAGEREF _Toc30085 19 HYPERLINK l _Toc14314 4.2.2 使用年限

6、（含抬升压力情况） PAGEREF _Toc14314 20 HYPERLINK l _Toc13477 4.2.3 使用年限（不包括在升压情况下） PAGEREF _Toc13477 21 HYPERLINK l _Toc16869 4.2.4 建设期 PAGEREF _Toc16869 21 HYPERLINK l _Toc25150 第 5 章 溢流坝断面设计 PAGEREF _Toc25150 22 HYPERLINK l _Toc29076 5.1 放电方式的选择 PAGEREF _Toc29076 22 HYPERLINK l _Toc22623 5.2 洪水标准的确定 PAGER

7、EF _Toc22623 23 HYPERLINK l _Toc29638 5.3 流量测定 PAGEREF _Toc29638 23 HYPERLINK l _Toc18350 5.4 单幅面流量的选择 PAGEREF _Toc18350 23 HYPERLINK l _Toc22865 5.5 孔口净宽绘制 PAGEREF _Toc22865 23 HYPERLINK l _Toc15686 5.6 溢流坝段总长的确定 PAGEREF _Toc15686 24 HYPERLINK l _Toc17405 5.7 堰顶标高的确定 PAGEREF _Toc17405 24 HYPERLINK

8、l _Toc24707 5.8 浇口高度的确定 PAGEREF _Toc24707 25 HYPERLINK l _Toc24482 5.9 定型水头的测定 PAGEREF _Toc24482 25 HYPERLINK l _Toc28704 5.10 检查放电容量 PAGEREF _Toc28704 26 HYPERLINK l _Toc12616 5.11.1 溢流坝 PAGEREF _Toc12616 26段剖面图 HYPERLINK l _Toc340 5.11.2 溢流坝 PAGEREF _Toc340 27段稳定性分析 HYPERLINK l _Toc21589 (1) 正常储水条

9、件 PAGEREF _Toc21589 27 HYPERLINK l _Toc22740 (2) 设计洪水情况 PAGEREF _Toc22740 27 HYPERLINK l _Toc15874 (3) 检查洪水情况 PAGEREF _Toc15874 28 HYPERLINK l _Toc13538 第 6 章 消能防震设计 PAGEREF _Toc13538 28 HYPERLINK l _Toc8630 6.1 选定的洪水标准和相关参数 PAGEREF _Toc8630 29 HYPERLINK l _Toc22735 6.2 确定圆弧半径 de PAGEREF _Toc22735 2

10、9 HYPERLINK l _Toc9462 6.3 脊顶水深确定 PAGEREF _Toc9462 30 HYPERLINK l _Toc28062 6.4 水舌抛距的计算 PAGEREF _Toc28062 31 HYPERLINK l _Toc18436 6.5 最大冲洗水垫厚度和最大冲洗厚度 PAGEREF _Toc18436 32 HYPERLINK l _Toc10406 第 7 章 排水孔设计 PAGEREF _Toc10406 33 HYPERLINK l _Toc20593 7.1 泄压孔设计 PAGEREF _Toc20593 34 HYPERLINK l _Toc2877

11、9 7.11 孔径 Dde 建议 PAGEREF _Toc28779 34 HYPERLINK l _Toc11554 7.12 入口形状设计 PAGEREF _Toc11554 34 HYPERLINK l _Toc14589 7.13 门和槽 PAGEREF _Toc14589 35 HYPERLINK l _Toc18331 7.14 锥形部分 PAGEREF _Toc18331 35 HYPERLINK l _Toc23716 7.15 出口 PAGEREF _Toc23716 35 HYPERLINK l _Toc5263 7.15 排气口和扁平压力管 PAGEREF _Toc526

12、3 35 HYPERLINK l _Toc6823 参考文献 PAGEREF _Toc6823 36话题车家坝河水利枢纽工程（滚动重力坝设计）第一章防溢流坝设计1.1坝基标高的确定根据混凝土重力坝设计规范，当坝高100-50米时，重力坝可建在中部至弱风化的基岩上。砂岩，故可确定坝基标高为832.0 m。根据水位-库容曲线，库容为0.03108m 3 ，可见该项目为级。1.2坝顶高程计算1.2.1在基本组合的情况下：1.2.1.1 正常水位：坝顶高程按设计验算条件，按下列公式计算：波元按官方公式计算。公式如下：水库水位以上超高：式中波高，m波浪中心线超出静水位的高度，m-安全超高，m- 计算风速

13、。当水库处于正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应汛期平均最大风速的de1.52.0倍；查洪水位时，应采用相应汛期的平均最大风速（m/s）。D风区长度；米L波长；米H坝前水深1.2.1.2 设计洪水位时：根据水库总库容，大坝工程的安全等级为计算出的风速为对应汛期多年平均最大风速的1.8倍，即=47.7m/s根据公式可知，波高=2.71m根据公式可知，波长L=23.19m根据公式可知，波浪中心线超静水位高度=0.994274m。看到水库水位超高=4.1m可知坝顶标高=890.00+4.1=894.1m 1.2.1.2 查洪水位时：计算风速，取对应汛期多年平均最大风速，即=26.5m/s根据公式可知

14、，波高=1.30m根据公式可知，波长L=7.0034m根据公式可知，波浪中心线超静水位高度=0.7577m。看到水库水位超高=2.355m可以知道峰高=890.00+2.355=892.355m1.2.2 特殊组合情况下：Vo= 26.5米/秒测试站的公式计算：=6.4310-3所以hm=0.4603 m=1.1146所以 Tm=3.011 s结合（1）和（2）可以看出，最大顶高为894.1m1.3 坝宽计算为了满足应用和施工的需要，波峰必须有一定的宽度。一般坝顶宽度取最大坝高的8%10%。 , 且不小于 3m因此，坝顶宽度=6m，可计算坝底宽度为78.5m1.4 坝面坡度上游坝坡采用折线面。

15、一般起点在坝高的de2/3附近。坝基标高832m，断点标高873.4m，坡度1：0.2；下游坡度为 1:0.8。由于基本三角形的顶点与正常水位平齐，重力坝段下游坡向上延伸部分应与正常水位相交。具体尺寸如下图所示。图 1.1 重力坝剖面图1.5 坝基防渗排水设施的准备由于防渗的需要，坝基必须设置防渗帘和排水孔帘。根据基础廊道布置要求，初步拟定防渗帷幕和排水孔廊道中心线距坝基面坝脚5.5m。第2章非溢流坝段荷载计算2.1计算情况的选择作用在坝基面上的荷载包括：自重、静水压力、扬压力、淤泥压力、波浪压力和土压力，计算时常采用坝长。2.2载荷计算2.2.1 自重正常水位、设计洪水位、校核洪水位的自重完

16、全一致如下；坝体自重计算公式：在哪里：众所周知：W 1 =0.5 6 30 2.4 9.81= 2118.96KNW 2 = 6 62.1 2.4 9.81 = 8772.494KNW 3 =0.5 66.5 57.3 2.4 9.81= 44856.62KNW=W 1 +W 2 +W 3 = 55748.47KN坝体重=55748.47KN2.2.2 静水压力及其推力静水压力与作用水头有关，因此正常水位、设计洪水位、验水位的静水压力不同，应分别计算；静水压力是作用于上下游坝面的主要荷载，在计算中常分解为水平压力和竖向压力。de的计算公式为：在哪里： 计算 de 点的作用水头， ；严重水位，经

17、常服用；（一）基本组合：正常水位情况：F 1 =0.5 9.81 58 2 =16500.42KNW 1 =0.5 (58+28) 6 9.81=2538.72KN设计洪水位：F 1 =0.5 9.81 58.09 2 = 16551.67KNF 2 = -0.5 9.81 21.7 2 = -2309.715KNW 1 =0.5 (58.09+28.09) 6 9.81= 2536.277KNW 2 =0.5 21.7 27.125 9.81= 2887.144KN(2) 特殊组合：检查水位：F1=0.5 9.81 60.332=17852.77KNF2=0.5 9.81 17.52=150

18、2.156KNW1=0.5 (60.33+30.33) 6 9.81=2668.124KNW2=0.5 23.62 29.525 9.81= 3420.651KN2.2.3抬升压力计算规定：坝基设置防渗帷幕和排水孔时，坝底上游（坝后）上抬压力头为 ，排水孔中心线为（ ，下游（坝趾） ) 是, 中间的每一段都是直线连接, 那么:A 坝后顶压强度为 ，坝址顶压强度为，帷幕灌排孔渗流压力为( ， de 值见表 2-1)。B 隆起压力de大小等于隆起压力分布图de面积。图 2.1 抬升压力计算图表 2.1 坝底渗压和抬压强度系数大坝类型和位置大坝基础处理(一)设置防渗帘和排水孔(B)设置防渗帘及主、副

19、排水孔及排水管部分坝型渗透压强度系数主排水孔前隆起压力强度系数1残余隆起压力强度系数2河床坝固体重力坝0.250.20.5宽缝重力坝0.20.150.5扶壁坝0.20.150.5禁食重力坝0.25-岸坡固体重力坝0.35-宽缝重力坝0.3-然后：在帷幕灌浆处，在排水孔处。(1) 正常储水条件下：H1=890.0832.0=58.0H2=0U1 = H2=0U 2=-11.5 0.3 9.81 58=-1962.981 KNU 3=-0.5 67 0.3 9.81 58=-5718.249 KNU4 =0Ucc=-(0+1962.981+5718.249+0)=-7681.23 KN设计洪水条件

20、：H1=890.9832.0=58.09H2=21.7U 1= H2=-212.877 KNU 2=-11.5 0.3 9.81 58.09=-1966.027 KNU 3=-0.5 67 0.3 9.81 58.09=-5727.122 KNU 4=-0.5 11.5 36.39=-209.2425 KNUcc=-(212.877 +1966.027+5727.122+209.2425)=-8115.269 KN(3) 检查洪水位：H1=60.33H2=17.5U 1= H2=-171.675 KNU 2=11.5 0.3 9.81 60.33=-2041.839 KNU 3=-0.5 67

21、 0.3 9.81 60.33=-5947.965 KNU 4=-0.5 11.5 42.83=-246.2725 KNUcc=-(171.675 +2041.839+5947.965+246.2725)=-8407.751 KN2.2.4 泥沙压力和推力图 2.3 淤泥压力计算图(1) 水平泥沙压力为：在哪里：,水平方向：(2) 垂直方向：Psv=7.36 0.5 (17.8+4) 4=80.224KN2.2.5 波压波压计算公式：在哪里：(1) 基本组合（设计和正常）：赫兹=0.7577m ；Lm=7.0m；h1%=1.30m(2) 特殊组合（勾选）：H z =0.05402m；L m =

22、 2.488m；h 1% =0.207m；2.2.6 土压力(1) 正常储水条件：(2) 设计和检查洪水位：第三章坝体抗滑稳定性分析3.1概述A、按抗剪强度计算公式计算，坝基抗滑稳定安全系数值不应小于表3-1规定的值；B.认为坝体混凝土与坝基基岩接触良好，属于界面；三、基本资料：;A=1 78.5=78.5 平方米。防滑稳定安全系数de计算公式为：在哪里：表3.1坝基面K 荷载组合基本组合3特殊组合(1)2.5(2)2.3表 3.2 所有载荷的计算结果加载水平力垂直力正常运行条件设计条件检查条件正常运行条件设计条件检查条件自重144598.97144598.97144598.97水压力6714

23、4.5460426.660333.519025.2014775.915784.29抬升压力-25586.66-57222.22- 59984.09波浪力4.874.871.59清淤动力3614.423614.423614.42964.13964.13964.13土压力-805.0748.6448.646688.24511.194511.19全部的69958.7664094.5363998.16135689.80107585.0105874.493.2防滑稳定性计算(1)正常储水条件W=51617.23 KNP=16889.85 KNK=3.056113.0(2) 设计洪水情况W=54067.9

24、 KNP=14953.2 KNK=3.6158092.5(3) 检查洪水情况W=54440.77 KNP=17061.85 KNK=3.1907892.33.3抗剪强度计算(1)正常储水条件W=51617.23 KNP=16889.85 KN 3.0(2) 设计洪水情况W=54067.9 KNP=14953.2 KN 2.5(3) 检查洪水情况W=54440.77 KNP=17061.85 KNK=3.1907892.3 2.3因此，无溢流坝段的防滑稳定性满足设计规范要求。第四章应力分析4.1 概述4.1.1 大坝竖向应力分析根据SL319-2005混凝土重力坝设计规范，按下列公式进行应力计算

25、：图 4.1 应力计算图(1) 上游面垂向法向应力：(2) 下游面垂直法向应力：在哪里：坝体竖向应力符合要求根据混凝土重力坝设计规范SL319-2005：重力坝基础：使用期限：要求上游面垂向法向应力不小于0，下游面垂向法向应力应小于坝基许用压应力4.0M p a=4000Kpa。 ;建设期：坝趾竖向应力可小于0.1Mpa （ 100Kpa）的拉应力；重力坝体剖面：应用期：坝体上游面无拉应力（实测扬程压力），下游面竖向法向应力不应大于混凝土压应力值。采用C15混凝土，因此混凝土压应力值为15/4=3.75M p a=3750Kpa 。施工期：坝体任意断面的主压应力不应大于混凝土的许用压应力，下游

26、面的许用主拉应力不大于0.2Mpa（ 200Kpa ）。4.2 计算截面为基础面的情况4.2.1负荷计算(1) 自重力矩自重如下图所示：图 4.2 自重力矩计算示意图W1= 2118.96KN；W2 = 8772.494KN；W3= 44856.62KN自重力矩计算如下：M1=2118.96 28.31=59987.76 KNmM2=8772.494 24.2=212294.4 KNmM3=44856.62 2.03=91058.94KNmM=M1+M2+M3=363341.1KNm4.2.2 使用期限（含抬升压力情况）(1) 上游面垂向法向应力：T=109.45(2) 下游面垂直法向应力：4

27、.2.3 使用年限（不包括在抬升压力情况下）(1) 上游面垂向法向应力：T=109.45(2) 下游面垂直法向应力：4.2.4建设期(1) 上游面垂向法向应力：T=109.45(2) 下游面垂直法向应力：第五章溢流坝段设计5.1 放电方式的选择为了使水库具有较大的过流能力，采用开孔和WES实用堰。5.2 洪水标准的确定洪水标准确定：本设计中的重力坝为三级建筑。根据GB50201-94表6.2.1，洪水标准按50年洪水设计，500年洪水标准校核。5.3 流量的测定流量确定：根据基本数据，设计工况下溢流坝泄流流量为115.75m3/s；溢流坝在检查工况下的泄流量为176m3/s。5.4 单宽流量的

28、选择坝址地基节理裂隙发育，岩体薄弱，综合枢纽布置及下游消能抗冲要求，单幅面流量为20 m3/(sm)。5.5 孔板净宽的绘制拟定孔口净宽，分别计算设计和校核条件下溢洪道所需孔口宽度。计算结果如下：表 5.1 孔口净宽计算流量 (m3/s)单宽流量qm3/(sm)孔口净宽 B (m)设计情况115.75205.79检查情况176208.8根据以上计算，溢流坝口净宽取B=16m。假设每个孔的宽度为b=8m，则孔数n为2。5.6 溢流坝段总长的确定溢流坝段总长（溢流孔口总宽度）确定：根据工程经验，拟定闸墩厚度。初始中墩厚度d为2.5 m，边墩厚度t为3 m，故溢流坝段de总长B0为：B0=nb+(n

29、-1)d+2t = 28+(2-1)2.5+23=24.5(m)5.7 堰顶标高的确定初步侧缩系数，流量系数m=0.463，由于堰上的水流是自由流出的，所以堰头Hw由堰流公式计算得出，计算出的水位减去堰上对应的水头，即为堰顶高程。计算如下：计算结果如表所示：表 5.2 堰顶标高计算流量 (m3/s)侧缩系数流量系数孔口净宽（m）堰头（米）堰顶标高（m）设计情况115.750.920.463167.57883.52检查情况1760.920.463169.86882.47根据以上计算，堰顶高程为882.47m。5.8 浇口高度的确定门高=正常高水位-堰顶标高+安全超高=890.00882.47+0

30、.2=7.7(m)根据规定，门的高度为7.8m。5.9 定型水头的测定堰上最大水头Hmax=验水位-堰顶标高=892.33-882.47=9.86（米）；设计水头Hd=(75%95%) Hmax=7.49.4(m)；取Hd=8.4，Hd/Hmax=8.4/9.86=0.85，查表可知坝面最大负压为：0.3Hd=2.8（m），小于规定的内容值（最大不超过36m水柱）5.10 检查放电容量首先通过水力公式计算横向收缩系数，然后计算不同水头作用下的流量系数m。根据已知条件，采用溢流堰流量公式校核溢流堰的泄流能力。计算结果汇总于下表：表 5.3 放电容量检查计算米乙（米）高（米）Q (m3/s)Q (

31、m3/s)设计情况0.4630.92167.57142141.950.0352%检查情况0.4630.92169.86211208.331.2654%满足，则满足规定设计的孔口要求。5.11.1溢流坝断面剖面图图 5.1 溢流坝横断面5.11.2溢流坝断面稳定性分析(1)正常储水条件W=51617.23 KNP=16889.85 KN 3.0(2) 设计洪水情况W=54067.9 KNP=14953.2 KN 2.5(3) 检查洪水情况W=54440.77 KNP=17061.85 KNK=3.1907892.3 2.3因此，溢流坝段的防滑稳定性满足设计规范要求。第六章 消能防冲设计通过溢流坝

32、顶排放的水流能量很大，必须采取有效的消能措施保护下游河床不受冲刷。消能设计的原则是：消能效果好、结构可靠、防止气蚀和磨损，从而保证坝体及相关建筑物的安全。设计时应综合考虑坝址地形、地质条件、枢纽布置、坝高、泄流等因素。6.1 洪水标准及相关参数的选择本设计中的重力坝为三级水工结构。根据SL252-2000表3.2.4，消能防冲设计按50年洪水重现期标准设计。根据地形地质条件，选择偏转流进行消能。根据建成项目的经验，超调= 20。6.2 反圆弧半径de的确定圆弧半径 R 为：对于偏转流能量耗散，反弧段半径 de 可由下式求得堰面速度系数，取0.95；H设计洪水位与脊顶的高度差，H=891.09-

33、851.0=40.09m（取脊顶高度为851.0m）因此，计算出V = 26.65m/sQ验洪时溢流坝的泄流流量，（211m3/s）；B鼻梁处水面宽度，m，式中B单孔净宽+2边墩厚度；B=8+23=14mh1=5.65585(m)R=(410)hR=22.6256.56(m)取R=32(m)6.3 脊顶水深的确定岭顶水深计算公式为：顶部水流速度 v 计算如下：堰面速度系数，取0.95；H设计洪水位与脊顶的高度差，H=891.09-851.0=40.09m（取脊顶高度为851.0m）因此，计算出V = 26.65m/sQ50年发生洪水时溢流坝的泄流流量，（105m3/s）；B鼻梁处水面宽度，m，

34、式中B单孔净宽+2边墩厚度；B=8+23=14m因此，山脊顶部的平均水深为：6.4水舌投掷距离的计算根据SL253-2000溢流设计规范，计算出水舌的抛距和最大冲洗水垫的厚度。计算公式：水舌距离计算公式：L：舌距：: 鼻梁和鼻角：: 从山脊顶部到河床表面的高度差：堰面流量系数，取0.95；将这些数据代入水舌抛距de公式：6.5最大冲洗坑厚度和最大冲洗坑厚度最大冲洗水垫厚度公式：水垫的厚度，从水面到坑底计算。：单幅面流量，单幅面流量可以从前面的de计算得到20；：上下游水位差，根据数据，水位差为40.5m；1.5根据地质条件取） ；将数据代入公式可得：因此，最大冲洗水垫厚度为14.35m 。最大冲压厚度的估计：图 6.1 冲坑厚度示意图为保证大坝的安全，悬挑应有足够的长度。当时，一般认为是安全的。计算结果为n=3.817，所以满足规则。因此，其耗能和抗冲击设计符合设计要求。第七章 泄水孔设计7.1 泄压孔设计坝体在水压的作用下会产生拉应力，因此孔壁需要衬钢板。7.11 Aperture Dde 绘图孔径Dde可以根据以下公式得出：式中：Q每个发电孔的流量，m3/svp发电孔vp=5.06.0m/s的