水利水电工程专业毕业设计模板

水利水电工程专业毕业设计资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。黔西南民族职业技术学院水利电力工程系毕业设计说明及计算书题目:都匀市明英水电站枢纽布置设计专业:水利水电建筑工程班级:09水建(1)班姓名:学号:指导教师:李康宁、黄启敏、罗礼红月日前言 3工程特性表 6第一章综合说明 71.1流域概况 71.2水文气象 71.2.1水文及气象 71.2.2水文气象及径流条件 8第二章工程地质 82.1地形地质 82.1.1测区地质 82.1.2工程区地质 92.2区域及水库地质 92.2.1地形地貌 92.2.2地层 92.2.3地质构造 92.2.4水文地质 92.2.5库区工程地质评价 102.3库区工程地质 102.3.1地形地貌 102.3.2地层 102.3.3地质构造 112.3.4水文地质 112.3.5库区工程地质评价 112.4坝区工程地质 122.5枢纽区工程地质 122.6岩体力学参数 132.7天然建筑材料 132.8工程地质评价 14第三章工程任务及规模 15第四章工程布置及建筑物 164.1坝轴线、坝型的确定 164.1.1坝轴线的确定 164.1.2坝型选择 174.2非溢流重力坝的设计 184.2.1剖面设计 18实用剖面的确定 194.2.2坝体强度和稳定承载能力极限状态验算 214.3溢流重力坝的设计 374.4进水口段的确定 434.6.2主厂房的平面设计 454.6.3副厂房的平面设计 48第五章施工组织设计 49第六章 结束语 50前言设计题目:水利水电工程枢纽毕业设计一、项目名称:都匀市明英水电站枢纽二、工程地点及建筑规模:都匀市明英水电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段明英水电站工程等别为Ⅳ等挡水坝为4级建筑物次要建筑物为5级三、设计要求1、设计者必须发挥独立思考能力创造性的完成设计任务在设计中应遵循技术规范尽量采用国内外的先进技术与经验;2、设计者对待设计计算、绘图等工作应具有严肃认真一丝不苟的工作作风以使设计成果达到较高水平;3、设计计算要求方法先进、依据可靠、数据正确、结果可信;4、设计者必须充分重视和熟悉原始资料明确设计任务在规定的时间内圆满完成要求的设计内容设计结果要有独特看法有创新、有应用价值;5、设计成果包括:设计说明书和计算书一份、设计图纸7张1#-2#图设计说明书和计算书要求格式规范、字迹工整、条理清楚、文字通顺、整齐美观总字数至少在6000字以上并有必要的图表设计绘图要求结构合理、工艺性好、表示完整清晰要符合GB规定四、设计内容1、本次毕业设计的重点为枢纽总体布置大坝设计水电站厂房布置设计;2、坝轴线、坝型选择和枢纽布置方案比较与选择;3、大坝设计包括非溢流坝和溢流坝设计;4、水电站厂房布置设计包括发电进水口、压力管道、主厂房、副厂房、变压器场、开关站的布置设计;5、坝体细部构造设计与地基处理方案的初步拟定;6、施工组织设计;7、设计绘图要求结构合理、工艺性好、表示完整清晰符合GB规定五、毕业设计的目的毕业设计是完成培养高级技术人才基本训练的最后一个重要环节也是专业学习中非常重要的校内实践性教学环节经过毕业设计使学生所学的专业知识得到系统的梳理和巩固并受到综合训练培养并提高学生运用所学专业知识解决实际问题的能力在毕业设计中学生应该做到以下要求:1、对所学专业的知识进行全面、系统的复习和巩固;2、提高运用所学专业知识解决实际问题的能力;3、了解水利水电工程项目建设的全过程熟悉各设计阶段的任务和内容;4、提高对设计资料分析的能力及使用各种规范的能力;5、学会经过图纸和设计说明书正确表示设计意图;6、提高利用计算机分析计算的能力及利用计算机制图的能力工程特性表序号及名称

单位

数量

备注

一、水文

1.流域面积

全流域

km2

1164

坝址以上

km2

983

2.利用水文系列年限

a

30

3.多年平均年径流量

万m3

71000

4.代表性流量

多年平均流量

m3/s

22.5

实测最大流量

m3/s

1700

实测日期6月8日

调查历史最大流量

m3/s

2810

发生日期19

设计洪水流量(P=3.3%)

m3/s

2641

校核洪水流量(P=0.5%)

m3/s

4114

施工导流流量(P=20%)

m3/s

13.7

5.泥沙

多年平均悬移质年输沙量

万t

0.39

多年平均推移质年输沙量

万t

0.06

二、水库

1.水库水位

校核洪水位

m

691.14

设计洪水位

m

689.12

正常蓄水位

m

683.30

死水位

m

683.30

2.水库容积

总库容(校核洪水位以下库容)

万m3

980.00

正常蓄水位以下库容

万m3

431.70

防洪库容

万m3

921.00

防洪高水位至防洪限制水位

调节库容

万m3

0

正常蓄水位至死水位

兴利库容

万m3

0

死库容

万m3

58.90

3.水量利用系数

%

87

三、下泄流量及相应下游水位

1.设计洪水位时最大泄量

m3/s

2231

相应下游水位

m

665.5

2.校核洪水位时最大泄量

m3/s

3654

相应下游水位

m

666.3

3.调节流量(P=%)

m3/s

38.7

水电站满载发电流量

相应下游水位

m

665.1

4.最小流量

m3/s

6.9

基荷发电流量

第一章综合说明1.1流域概况都匀市明英水电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段为马尾河流域下游小水电梯级开发的五个电站之一马尾河是长江流域沅江水系主干流清水江的上游河段电站交通方便有简易公路到达坝固镇并经大坝通往右岸下游的甲丹等村寨1.2水文气象1.2.1水文及气象都匀市位于贵州省南部苗岭南坡东经107o47′北纬25o51′～26o26′东邻丹寨县、三都水族自治县南抵独山县、平塘县西接贵定县北靠麻江县马尾河是长江流域沅江水系主干流清水江的上游河段马尾河的主流谷江河发源于苗岭中段最高峰斗蓬山(海拔1961m)南麓自贵定县摆洗村向东流约1km进入都匀市境内弯河寨经谷江后称谷江河流至陆家寨与杨柳街河及摆楠河汇合后由北向南贯穿都匀市区市区河段又称剑江河市区南端马尾以下称马尾河该河段落差较大宜建小型水电站充分利用水资源发展低能耗电力都匀地区气候属中亚热带湿润气候温和湿润雨量充沛明英电站坝址以上流域内有都匀气象台属国家基本站点具有1958年～共41年资料资料项目齐全代表性好根据都匀气象台资料都匀地区多年平均气温15.9℃极端最高、最低气温为36.3℃(1966年8月17日)与-6.9℃(1977年1月30日)月平均最高、最低气温为24.3℃(7月份)和5.6℃(1月份)无霜期237～328d平均289d多年平均相对湿度79%平均水面蒸发量800mm(E601蒸发器)陆面蒸发量650mm洪水期多年平均最大风速13.3m/s洪水期50年重现期的最大风速19.5m/s风区长度1.5km流域内有文峰塔水文站杨柳街、谷江、朗里、王司雨量站朗里雨量站有1965～共36年降水资料多年平均降水量为1428.6mm都匀市区上游4个雨量站(含朗里雨量站)多年平均降雨量为1422.7mm在水资源调查评价中将多年平均值乘以0.8的修正系数以与周围各站协调明英电站坝址下游下司水文站控制流域面积2159km2为桃花坝址以上流域面积的2.24倍下司站有1959～1998年共39年(缺1970年)实测水文资料资料整编质量及代表性较好可用于水文水利计算P=2%、1%、0.5%的洪峰流量为3030、3572、4114m3/s枯季五年一遇施工洪水流量为194.5m3/s年输沙量为2631m3泥沙浮容重6.5kN/m3泥沙内摩擦角30o1.2.2水文气象及径流条件都匀地区气候属中亚热带湿润气候温和湿润雨量充沛根据都匀市气象站1958年至实测统计多年平均气温15℃极端最高气温36℃极端最低气温-6.9℃多年平均降雨量14210.6mm年最大降雨量1840mm年最小降雨量960mm日最大降雨量100mm多年平均水温12℃极端最高水温24℃极端最低水温3℃洪水期多年平均最大风速13.3m/s水库控制流域面积983km2多年平均径流量13.4m3/s4月～10月为汛期11月～3月为枯水期明英水电站工程水工建筑物主要在枯水季节施工明英电站坝址以上4.5km在建的桃花电站集雨面积964km2装机容量3×3000kW调节库容为1792万m3而明英电站集雨面积983km2与桃花电站相差19km2不到2%区间没有大的支流及引水工程故明英电站的水能计算应以桃花电站调节后的径流量为基础推求水能参数而桃花电站对明英电站的洪水没有影响枯水期最大洪峰流量有桃花电站的控制因此其枯水期最大洪峰流量为桃花电站发电机组尾水流量与明英电站到桃花电站区间径流量之叠加对本工程的施工导流有所影响第二章工程地质2.1地形地质2.1.1测区地质测区位于贵州南部是贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带主要山峰河谷的走向与背向斜轴向一致背斜宽坦形成山岭向斜狭窄形成河谷为典型的隔槽式褶皱山区本区发育的断层主要有①蔓洞逆断层:位于测区东北蔓洞至兴仁一带走向北东区内长约32km产状129°∠60°断距700～1000m;②造纸山断层:位于王司背斜南端北起新场南止于潘洞附近长仅9.5km产状97°∠60°断层北端具有强烈的重晶室化、白云石化及微弱的硅化两盘志留系页岩的拖曳小褶曲发育这两个断层距离水库区均较远对大坝的稳定及水库的渗漏基本无影响此两断层在挽近无活动迹象属稳定型地质构造2.1.2工程区地质工程区地处贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带左岸地形较为平坦右岸多为陡岩以中低山地貌为主地面一般海拔800～1100m相对高差100～300m库区地貌以溶蚀类地貌为主主要表现为丘峰浅洼地貌河谷多为宽浅的"U"型横向谷河流坡降4.2‰岩层总体倾向右岸偏上游致使左岸以顺向边坡为主右岸以反向边坡为主;库区两岸坡度多在10°～20°之间植被较发育库区河流两岸有两级阶地分布一级阶地高出水面1～4m二级阶地5～7m水库不存在可渗漏邻谷库区内地下水向河流补给有较好的水文地质条件库区内库岸相对稳定无大型固体径流源不存在水库诱发地震的条件工程地质条件较好2.2区域及水库地质2.2.1地形地貌库区地貌以溶蚀类地貌为主主要表现为丘峰浅洼地貌河谷多为宽浅的"U"型横向谷河流坡降4.2‰岩层总体倾向右岸偏上游致使左岸以顺向边坡为主右岸以反向边坡为主;库区两岸坡度多在10°～20°之间植被较发育库区河流两岸有两级阶地分布一级阶地高出水面1～4m二级阶地5～7m2.2.2地层库区出露地层为寒武系上统炉山组地层可分为上下两段2.2.3地质构造库区范围无区域性地质构造经过局部发育有次一级断裂对水库稳定及库区蓄水无影响2.2.4水文地质库区河流流向近北东30°地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主岩性主要为厚层块状白云岩地下水埋藏较浅泉点出露高程均高于河流两岸山体地下水向河流补给水库周边无低矮邻谷两岸山体宽厚不存在邻谷和库区渗漏问题2.2.5库区工程地质评价库区两岸坡度多在10°～20°之间植被较发育库岸相对稳定由于库区为宽谷型河谷故不存在水库浸没问题工程区地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主地下水埋藏较浅地下水位较高两岸山体均有地下水出露且均多高于河水水位水库两岸山体雄厚库区内又无大的垂直河床方向的构造发育库区成库条件良好无绕渗及邻谷渗漏之忧总之水库不存在可渗漏邻谷库区内地下水向河流补给有较好的水文地质条件库区内库岸相对稳定无大型固体径流源不存在水库诱发地震的条件工程地质条件较好2.3库区工程地质2.3.1地形地貌库区地貌以溶蚀类地貌为主主要表现为丘峰浅洼地貌河谷多为宽浅的"U"型横向谷河流坡降4.2‰岩层总体倾向右岸偏上游致使左岸以顺向边坡为主右岸以反向边坡为主;库区两岸坡度多在10°～20°之间植被较发育库区河流两岸有两级阶地分布一级阶地高出水面1～4m二级阶地5～7m2.3.2地层库区出露地层为寒武系上统炉山组地层可分为上下两段现由新到老分述如下:第四系(Q):以坡积、冲积、崩积、残积层为主成份为砂、粘土、砂卵石、碎石及块石等松散堆积物厚0～10m炉山组上段(?3l2):为浅灰、浅灰微带红色厚层粗晶白云岩夹暗色白云岩下部20～100m为含砾鲕状白云岩夹浅灰色白云岩底部还有一层黄绿色粘土质砂砾岩厚62～694m炉山组下段(?3l1):为浅灰、灰白带肉红色厚层中晶白云岩夹深灰色白云岩底部常有含砾鲕状白云岩一层(与中统分界的标志)或多孔白云岩夹少量白云岩白云岩中含被重结晶破坏过的白云岩砾石向上每隔50～100m夹有含砾鲕状白云岩一层厚421～826m2.3.3地质构造库区范围无区域性地质构造经过局部发育有次一级断裂对水库稳定及库区蓄水无影响2.3.4水文地质库区河流流向近北东30°地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主岩性主要为厚层块状白云岩地下水埋藏较浅泉点出露高程均高于河流两岸山体地下水向河流补给地下水一般流量10～90l/s地下水径流模数3.01～6.43l/s﹒m22.3.5库区工程地质评价库区范围无区域性地质构造经过局部发育有次一级断裂对水库稳定及库区蓄水无影响库区两岸坡度多在10°～20°之间植被较发育库岸相对稳定由于库区为宽谷型河谷故水库浸没问题不严重库区河流流向近北东30°岩层走向主要为北东0°～10°与河流流向大致一致工程区地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主地下水埋藏较浅地下水位较高两岸山体均有地下水出露且均多高于河水水位水库两岸山体雄厚库区内又无大的垂直河床方向的构造发育库区成库条件良好无绕渗及邻谷渗漏之忧总之水库不存在可渗漏邻谷库区内地下水向河流补给有较好的水文地质条件库区内库岸相对稳定无大型固体径流源不存在水库诱发地震的条件工程地质条件较好2.4坝区工程地质坝址区地形为近横向宽浅的不对称"U"型谷右岸多为陡岩左岸地形较为平坦地形坡度约15°～25°河流坡降4.2‰坝区出露地层为第四系(Q)、寒武系上统炉山组上段(?3l2)现由新到老分述如下:第四系(Q):为砂土、亚粘土、粘土夹碎石、卵砾石等厚度0～5.0m寒武系上统炉山组上段第四层(?3l2-4):出露岩石为浅灰带肉红色厚层到块状细-中晶白云岩细小晶洞较发育局部有硅化现象厚度>100.0m寒武系上统炉山组上段第三层(?3l2-3):出露岩石为深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩岩体节理裂隙较发育厚75.0m寒武系上统炉山组上段第二层(?3l2-2):出露岩石为浅灰色中厚层白云岩夹薄层灰质白云岩厚34.0m寒武系上统炉山组上段第一层(?3l2-1):出露岩石为灰白带肉红色中厚层至厚层微-细晶白云岩厚度>100.0m岩层总体倾向NE倾向上游偏右岸倾角24～31°坝区构造较简单无区域性断裂及褶皱发育仅在大坝下游发育有两条规模较小的断层2.5枢纽区工程地质坝区构造较简单无区域性断裂及褶皱发育仅在大坝下游发育有两条规模较小的断层距离大坝较远对水库蓄水及稳定均无影响近坝区两岸山体雄厚无低矮邻谷存在坝区岩性以白云岩为主岩体节理裂隙发育岩溶弱发育无深部基础渗漏之忧局部沿裂隙或开挖破碎带渗漏经基础固结及帷幕灌浆后能达到稳定及防渗要求坝后河床基岩裸露岩体中至弱风化未见断裂构造发育岩体垂直弱风化深3～5m节理裂隙发育岩体完整性一般岩体抗冲刷力一般推荐值如下:白云岩:(强风化)a=1.6～1.9抗冲流速2m/s(弱风化)a=1.4～1.5抗冲流速3m/s2.6岩体力学参数坝区地层为寒武系上统岩炉山组上段地层出露岩石为白云岩及灰质白云岩岩体节理裂隙发育且局部有细小晶洞发育根据《水利水电工程地质手册》及《岩石力学参数手册》建议微-弱风化岩体物理力学参数如表3-3:表2-1岩石物理力学指标推荐值岩石类别

白云岩

灰质白云岩

抗压强度(Mpa)

干燥

55

45

饱和

45

30

弹性模量(Gpa)

干燥

50

45

饱和

47

40

泊桑比

μ

0.22~0.24

0.22~0.24

抗剪断强度指标

fR

0.9

0.9

C(Mpa)

0.5

0.5

抗剪强度指标

f

0.75

0.75

纯摩(层面)

0.55

0.5

抗冲刷系数

1.45

2.7天然建筑材料大坝枢纽及厂房扩建工程共需砂石料约2.5万m3为方便施工减小投资特选定以下两个料场:1、Ⅰ料场(主料场):该料场位于大坝下游左岸距大坝320m需新建公路200m;出露岩石为?3l1地层灰白带肉红色厚层至块状细-中晶白云岩局部有细小晶洞发育岩体节理裂隙发育物理力学性质参考值:密度(2.77g/cm3)、饱和抗压强度(50MPa)其物理力学性质较好储量相对较少且距离大坝相对较远可作为备用砂石料场有用层储量约15.6万m32、Ⅱ料场(备用料场):该料场位于大坝上游右岸距约大坝310m有简易公路通往;出露岩石为?3l2地层浅灰带肉红色中厚层至厚层中-粗晶白云岩岩体节理裂隙发育局部为铁质浸染物理力学性质参考值:密度(2.75g/cm3)、饱和抗压强度(45MPa)其物理力学性质较好交通方便储量丰富且较易开采是理想的砂石料场有用层储量约179.6万m3两个料场砂石料总有用层储量约195.2万m3为大坝枢纽工程工程所需砂石料的10倍以上储量丰富完全能够满足工程所需各料场的砂石储量如表2-2:表2-2砂石料储量表料场编号

勘察精度

建材类别

岩(土)性

产地名称

产地高程(m)

地形坡度

产地面积(万m2)

平均厚度

有用层储量(万m3)

无用层储量(万m3)

运距及开采条件

有用层(m)

无用层(m)

Ⅰ

详查

砂石料

白云岩

坝下游左岸

680～727

15-500

0.8

19.5

3.1

15.6

2.5

距大坝约320m需新建公路200m开采较方便

Ⅱ

砂石料

白云岩

坝上游右岸

705～786

25-350

5.7

31.5

2.6

179.6

14.8

距大坝约310m有简易公路开采方便

2.8工程地质评价坝址区地形为近横向宽浅的不对称"U"型谷右岸多为陡岩左岸地形较为平坦地形坡度约15°～25°两岸多为岩质边坡边坡较稳定河床段覆盖层厚约0～3m主要为亚砂土夹岩屑、碎石、块石砂卵砾石层等冲积、洪积、残坡积物坝址两岸岩层产状91°～102°∠24°～31°岩层倾上游偏右岸坝区构造较简单无区域性断裂及褶皱发育仅在大坝下游发育有两条规模较小的断层距离大坝较远对水库蓄水及稳定均无影响近坝区两岸山体雄厚无低矮邻谷存在坝区岩性以白云岩为主坝肩、坝基岩体为?3l2-4及?3l2-3浅灰带肉红色厚层到块状细-中晶白云岩及深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩岩体节理裂隙发育岩溶弱发育无深部基础渗漏之忧局部沿裂隙或开挖破碎带渗漏经基础固结及帷幕灌浆后能达到稳定及防渗要求坝后河床基岩裸露出露地层为?3l2-3地层出露岩石为深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩岩层倾上游偏右岸岩体节理裂隙发育裂面均为砂泥质冲填岩体中至弱风化未见断裂构造发育岩体垂直弱风化深3～5m节理裂隙发育岩体完整性一般岩体抗冲刷力一般推荐值如下:白云岩:(强风化)a=1.6～1.9抗冲流速2m/s(弱风化)a=1.4～1.5抗冲流速3m/s第三章工程任务及规模明英电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段距离明英2.5km、坝固镇5km为满足泄洪的要求大坝按4级建筑物设计设计洪水标准为30年一遇设计非常校核洪水标准为2一遇洪水标准校核相应下泄流量分别为2231m3/s1和3654m3/s第四章工程布置及建筑物4.1坝轴线、坝型的确定4.1.1坝轴线的确定方案一:坝轴线取在上游如图所示:上游坝轴线所处的河谷断面呈对称的"U"型河谷地质属稳定型地质构造岩层总体倾向上游致使左岸以顺向边坡为主库区两岸坡度为10°-20°之间植被较为发育库区河流两岸有两级阶级分布坝轴线较长库容小比较开阔开挖量大工程成本高宜修重力坝且筑坝的材料需求大方案二:坝轴线取在中游如图所示:上游坝轴线所处的河谷断面左右岸呈对称的"U"型河谷岩层总体倾向上游致使左岸以顺向边坡为主库区两岸坡度为10°-20°之间植被较为发育库区河流两岸有两级阶级分布库容相对较大淹没耕地面积较小右岸有悬崖部分层理破坏大破碎带多坝轴线适中投资减少工期缩短宜修重力坝方案三:坝轴线取在下游如图所示:上游坝轴线所处的河谷断面左右岸呈对称的"U"型河谷岩层总体倾向上游致使左岸以顺向边坡为主库区两岸坡度为10°-20°之间植被较为发育库区河流两岸有两级阶级分布下坝线左坝坝岸较长工程量较大左坝岸占有耕地工程成本高综上所述:根据各坝线的位置进行综合性比较最终确定中坝线为坝轴线4.1.2坝型选择1、土石坝修筑土石坝坝身不能溢流必须修建溢洪道导致建筑物分散不利于管理施工导流条件差围堰时要修筑导水隧洞或明渠导流工程成本高土料运输受气候的影响大土石坝的填筑材料为散粒体结构抗剪强度低防渗处理工作大颗粒间粘结力小土石坝的抗冲能力低颗粒间存在较大的孔隙导致产生沉降2、拱坝拱坝对地形的要求需要坝址上游宽阔左右岸对称岸坡平顺无突变该处是宽浅的不对称"U"型谷不能修筑拱坝3、重力坝重力坝对地形、地质条件适应性好任何形状的河谷都能够修建重力坝枢纽泄洪及导流问题容易解决结构简单体积大有利于机械化施工传力系统明确便于分析与设计运行期间的维护及检修工作量较少建筑物布置集中便于管理综上所述:根据重力坝土石坝和拱坝的特点进行综合性比较最终选择混凝土重力坝4.2非溢流重力坝的设计4.2.1剖面设计(一)基本剖面的设计根据重力坝的荷载特点与工作特点基本剖面为三角形如图2-1所示表2-1正常蓄水位时的各项参数上游水深H1

下游水深H2

上下游水位差H

上游坝坡坡率n

下游坝坡坡率m

坝底宽度B

扬压力折减系数α

抗剪断参数f'

抗剪断凝聚力c'

24.30m

6.50m

17.80m

0

0.8

30.08m

0.25

1.1

1.0

(二)实用剖面的确定4.2.1.1坝底高程、坝底宽度的确定根据地形图资料得河底高程为668m由地质资料可知该坝坝址覆盖层厚度为0-3m弱风化层厚度为3-5m因此开挖深度为5m水深4m河底高程664m坝底高程为659m根据工程实践经验下游坝坡坡率m=0.6-0.8取m=0.8则坝底宽度B=30.08m4.2.1.2坝顶宽度的确定因为要考虑交通要求因此宽度取6m4.2.1.3坝顶高程该工程属于小(1)型坝的安全级别为4级正常蓄水位时:hc取0.3校核洪水位时:hc取0.2坝顶高程:1)设计洪水位时风速V=19.5m/s吹程D=1500m波高:波长:壅高:因为因此因此正常蓄水位对应的坝顶高程为684.86m2)校核洪水位时风速V=13.3m/s吹程D=1500m波高:波长:壅高:因为因此因此校核洪水位对应的坝顶高程为692.10m因此相比之下取校核洪水位对应的坝顶高程为692.10m为坝顶高程4.2.1.4细部结构帷幕灌浆:根据要求帷幕中心线距上游坝面6.25m设置一排帷幕孔距4m廊道:选用城门洞形宽3.5m高4m廊道底面距坝基面为4m廊道距上游面4m4.2.2坝体强度和稳定承载能力极限状态验算4.2.2.1荷载组合计算11、荷载组合计算:1)、坝体自重:2)、静水压力表2-2校核洪水位时的各项参数上游水深H1

下游水深H2

上下游水位差H

上游坝坡坡率n

下游坝坡坡率m

坝底宽度B

扬压力折减系数α

32.14m

7.30m

24.84m

0

0.8

30.08

0.25

上游水压力:下游水压力:3)、扬压力:4)、淤沙压力:坝前泥沙淤积高度:淤沙的容重:淤沙的内摩擦角:则淤沙压力:5)、浪压力:坝前水深因此浪压力按深水波计算浪压力:2、承载能力极限状态1)、正常蓄水位(基本组合)时抗滑稳定性极限状态验算表2-4正常蓄水位时的荷载作用荷载

符号

大小(KN)

作用方向

作用点距坝基面形心距离(m)

产生力矩(KN.m)

力矩和(KN.m)

自重

W1

4766.40

↓

12.04

57387.46

31081.63

W2

8697.70

↓

1.01

-8813.67

静水压力

P1

2893.40

→

8.0

-23436.55

P2

207.03

←

2.15

448.55

扬压力

U1

1916.10

↑

0

0

U2

682.41

↑

0.9

-1601.39

U3

209.33

↑

11.92

-2729.64

U4

313.99

↑

12.98

-4303.78

浪压力

PL

187.64

→

33.10

-4005.59

淤沙压力

PS

130.00

→

3.3

-433.33

下游水重

W

165.62

↓

13.32

-2203.85

因为结构安全级别为3级则结构重要性系数设计状况系数结构系数:作用效应函数:抗力函数:则因此＜经过计算可知该重力坝在校核洪水位情况下坝基面的抗滑稳定性满足要求2)、坝趾抗压强度极限状态因为结构安全级别为3级则结构重要性系数设计状况系数结构系数作用效应函数:选用混凝土抗压强度性能分项系数为1.5则设计值为:抗力函数:则3)、校核洪水位(偶然组合)时抗滑稳定性极限状态表2-3校核洪水位时的荷载作用荷载

符号

大小(KN)

作用方向

作用点距坝基面形心距离(m)

产生力矩(KN.m)

力矩和(KN.m)

自重

W1

4766.40

↓

12.04

57387.46

-3091.03

W2

8697.70

↓

1.01

-8813.67

静水压力

P1

5061.60

→

10.71

-54226.61

P2

261.12

←

2.4

635.39

扬压力

U1

2151.92

↑

0

0

U2

952.31

↑

0.97

-2234.74

U3

292.12

↑

11.92

-3809.22

U4

438.18

↑

12.98

-6005.95

浪压力

Pl

85.37

→

33.10

-2569.24

淤沙压力

PS

130.00

→

3.3

-433.33

下游水重

W

208.90

↓

13.11

-2735.16

因为结构安全级别为3级则结构重要性系数设计状况系数结构系数作用效应函数:抗力函数:则因此＜经过计算可知该重力坝在校核洪水位情况下坝基面的抗滑稳定性满足要求4)、坝趾抗压强度极限状态因为结构安全级别为3级则结构重要性系数设计状况系数结构系数选用混凝土作用效应函数:选用混凝土抗压强度性能分项系数为1.5则设计值为:抗力函数:则因此经计算该重力坝在校核洪水位情况下坝趾抗压强度满足要求5)、上游坝踵不出现拉应力极限状态因此上游坝踵不出现拉应力极限状态属于正常使用极限状态故设计状况系数作用分项系数和材料性能分项系数都采用1.0扬压力系数直接用标准值0.25代入计算结构功能的极限值c=0.4.2.2.2坝体应力计算(一)正常蓄水位(基本组合)时坝体边缘应力计算表2-5正常蓄水位时的荷载作用荷载

符号

大小(KN)

作用方向

作用点距坝基面形心距离(m)

产生力矩(KN.m)

力矩和(KN.m)

自重

W1

4766.40

↓

12.04

57387.46

31081.63

W2

8697.70

↓

1.01

-8813.67

静水压力

P1

2893.40

→

8.0

-23436.55

P2

207.03

←

2.15

448.55

扬压力

U1

1916.10

↑

0

0

U2

682.41

↑

0.9

-1601.39

U3

209.33

↑

11.92

-2729.64

U4

313.99

↑

12.98

-4303.78

浪压力

PL

187.64

→

33.10

-4005.59

淤沙压力

PS

130.00

→

3.3

-433.33

下游水重

W

165.62

↓

13.32

-2203.85

表2-6正常蓄水位时的各项参数上游水深H1

下游水深H2

上下游水位差H

上游坝坡坡率n

下游坝坡坡率m

坝底宽度B

淤沙高程m

扬压力折减系数α

24．30m

6．50m

17．80m

0

0.8

30．08

669．00

0.25

1、不计扬压力上游面垂直正应力: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:下游面主应力:2、计入扬压力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:下游面主应力:(二)、正常蓄水位时坝体内部应力的计图2-4坝内主应力计算简图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=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、、由边界条件确定因此: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:因此:4、坝内主应力、5、将坝底四等分分别计算各等分点的主应力1)、A点的应力:X=7.52m2)、B点的应力:X=15.04m3)、C点的应力:X=22.56m4)、E点的应力:X=30.08m因此经过计算在正常蓄水位时坝体应力没有出现拉应力满足应力要求(三)、校核洪水位时坝体边缘应力的计算表2-7校核洪水位时的荷载作用荷载

符号

大小(KN)

作用方向

作用点距坝基面形心距离(m)

产生力矩(KN.m)

力矩和(KN.m)

自重

W1

4766.40

↓

12.04

57387.46

-3091.03

W2

8697.70

↓

1.01

-8813.67

静水压力

P1

5061.60

→

10.71

-54226.61

P2

261.12

←

2.4

635.39

扬压力

U1

2151.92

↑

0

0

U2

952.31

↑

0.97

-2234.74

U3

292.12

↑

11.92

-3809.22

U4

438.18

↑

12.98

-6005.95

浪压力

Pl

85.37

→

33.10

-2569.24

淤沙压力

PS

130.00

→

3.3

-433.33

下游水重

W

208.90

↓

13.11

-2735.16

表2-8校核洪水位时的各项参数上游水深H1

下游水深H2

上下游水位差H

上游坝坡坡率n

下游坝坡坡率m

坝底宽度B

淤沙高程m

扬压力折减系数α

32.14m

7.30m

24.84m

0

0.8

30.08

10

0.25

1、不计扬压力的情况上游面垂直正应力: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:下游面主应力:2、计入扬压力的情况上游面垂直正应力: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:下游面主应力:(四)校核洪水位时坝体内部应力的计算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=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＝因此: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:因此:4、坝内主应力、5、将坝底四等分分别计算各等分点的主应力1)、A点的应力:X=7.52m2)、B点的应力:X=15.04m3)、C点的应力:X=22.56m4)、C点的应力:X=30.08m经过计算在校核洪水位时坝体应力满足要求4.3溢流重力坝的设计一、堰顶高程的确定(一)基本资料1、泄水方式的选择:为使水库有较好的超泄能力采用开敞溢流式孔口2、洪水标准的确定;本次设计的重力坝是4级建筑物根据规范查山区、丘陵区水利工程建筑物洪水标准采用30年一遇的洪水标准设计2一遇的洪水校核3、设计资料:设计洪水位情况下溢流坝的下泄流量为2231m3/s电站引用流量6.9m3/s;校核洪水位情况下溢流坝的下泄流量为3654m3/s电站引用流量38.7m3/s4、初步拟定采用曲线型实用堰(二)计算1、计算公式经过溢流孔的下泄流量:初拟闸孔总净宽:设计闸孔总净宽:溢流前缘总长:(m)式中:--经过电站和泄水孔等的下泄流量;--系数正常运用时取0.75～0.9校核运用时取1.0--单宽流量m3/s.m对一般软弱岩石常取30～50m3/s.m左右对地质条件好、下游尾水较深和采用消能效果较好的消能工能够选取较大的单宽流量--孔口数孔口宽为b则孔口数一般选用略大于计算值的整数--闸墩的厚度中间闸墩约为孔径的边闸墩约为--闸墩侧收缩系数与墩头有关根据规范SL282-中可取=0.90～0.95;--流量系数曲线型实用堰的流量系数主要取决于上游眼高于设计水头之比、堰顶全水头与设计水头之比以及堰上游坡度--重力加速度9.81;--堰顶水头m2、计算表3-1设计洪水位和校核洪水位时的各项参数计算计算情况

Q总(m3/s)

Q溢设(m3/s)

q(m3/s.m)

b(m)

设计L(m)

n

实际L(m)

实际q(m3/s.m)

L(m)

校核洪水

3654

3615.30

50

15

72.30

3

45

81.33

51

设计洪水

2231

2200.04

50

15

45.00

3

45

51.1

51

取流量系数侧收缩系数则根据可得1)、设计洪水位时:则设计洪水位时的堰顶高程为设计洪水位减去(689.12-8.12=681.00m).则设计洪水位时的堰顶高程为:681.00m2)、校核洪水位时:则设计洪水位时的堰顶高程为设计洪水位减去(691.14-11.73=679.41m).则校核洪水位时的堰顶高程为:679.41m因此取堰顶高程为:681.00m二、消能防冲设计经过溢流坝顶下泄的水流具有很大能量因此要采取有效的消能措施保护下游河床免受冲刷消能设计的原则:消能效果好结构可靠防止空蚀和磨蚀以保证坝体和有关建筑物的安全设计时应根据坝址地形地址条件枢纽布置坝高、下泄流量等综合考虑溢流坝常见的消能方式是:挑流消能、底流消能、面流消能和消力戽消能挑流消能是利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎将下泄急流抛向空中然后落入离建筑物较远的河床与下游水流相衔接的消能方式挑流消能经过鼻坎能够有效地控制射流落入下游河床的位置、范围、和流量分布对尾水变幅适应性强结果简单施工、维修方便工程量小但下游冲刷较严重堆积物较多尾水波动与雾化较大挑流消能适用于基岩比较坚固的中、高水头各类泄水建筑物应用较广泛较经济底流消能:底流消能是经过水跃将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流以消除多余动能的消能方式消能主要靠水跃产生的表面漩滚与底部主流间的强烈紊动、剪切和掺混作用底流消能具有流态稳定、消能效果好、对地质条件和尾水变幅适应性强以及水流雾化很小等优点多用于中、低水头但护士坦较长土石方开挖量和混凝土浇筑量一般都较大与挑流消能比较底流消能在经济方面往往不利综上所述:选用连续式挑流消能(一)、挑流鼻坎的设计挑流鼻坎的型式多样采用连续坎根据试验鼻坎挑射角度一般采用本次设计采用鼻坎高程一般高出最大下游水位1～2m因此鼻坎高程为:鼻坎反弧半径一般采用为鼻坎上水深(二)、水舌挑射距离和冲刷坑深度的计算1、水舌挑射距离按水舌外缘计算其估算公式为:其中:为水舌挑射距离(m);为重力加速度();为坎顶水面流速(m/s)约为鼻坎处平均流速的1.1倍;为挑射角度;为坎顶平均水深h在铅直向的投影;为坎顶至河床面的高差(m)1)、鼻坎处水流平均流速用水力学挑流消能的计算公式式中:堰面流速系数库水位至坎顶的高差因为其中B为鼻坎处水面宽h为坎顶平均水深因此因此反弧半径2)、坎顶平均水深:3)、坎顶至河床面的高差:4)、坎顶水面流速:2、冲刷坑深度的估算公式为:式中:为水垫厚度即水面至坑底的距离(m);q为单宽流量;H为上下游水位差(m);为冲坑系数对于坚硬较完整的基岩=0.9～1.2坚硬但完整性较差的基岩=1.2～1.5因此:则最大冲坑深度:则:>满足《混凝土重力坝设计规范》的规定要求因此挑流形成的冲刷坑不会影响大坝的安全三、溢流坝的剖面设计溢流坝的基本剖面为三角形上游面为铅直下游面倾斜溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三部分组成(一)顶部曲线段为校核洪水位时对应的堰顶高程:堰顶的定型设计水头取:采用WES型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分上游段和下游段两部分上游段曲线用三圆弧:下游段曲线当坝体上游面为铅直时的计算公式为:因此:按上式的的坐标值如下表所示x(m)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

y(m)

0

0.07

0.25

0.54

0.92

1.39

1.94

2.58

3.31

4.11

图3-1WES型堰面曲线(二)反弧段的设计根据DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》规定:对于挑流消能R=(4～10)h为校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深当流速小于16m/s时取下限;流速较大时宜采用较大值取R=11(m)(三)中间直线段中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切坡度与非溢流坝段的下游坡相同坡度的下游直线段CD与曲线OC相切与C点C点坐标可如下求的:对堰面求一阶导数直线CD的坡度为:因此反弧曲线的上端与直线CD相切于D点下端与鼻坎末端相切与E点D点、E点及反弧段曲线的坐标可利用作图法或分析法确定1)、确定反弧圆心点的坐标()及直线与反弧切点D()的坐标:圆心高程:因此:2)、直线与反弧切点D为:因此:C(14.349.34)D(14.8310.35)O(23.523.53)A(23.5214.58)图3-2溢流坝剖面图4.4进水口段的确定进水口段包括:进水口、闸门室、通气孔、拦污栅、平压管和渐变段几部分进水口高程的确定:校核洪水位691.14m设计洪水位689.12m正常蓄水位683.30m死水位683.30m正常蓄水位下的相应库容431.70万m3调节库容0万m3死库容58.90万m3水库死水位高程为683.30m根据《水利水电工程进水口设计规范》SL285－有压式进水口最小淹没深度防止产生贯流式漏斗漩涡考虑最小淹没深度可按下式估算:因此进水口淹没深度为3.69m进水口顶高程为=683.30-3.69=679.61m;进水口底板高程为=679.61-1.8=677.81m进水口尺寸拟定:式中:=(1～1.5)D取a=1×1.8=1.8b=0.33×D=0.33×1.8=0.60因此:闸门段:1.1～1.5倍引水断面积闸门高H=4m宽B=1.8m渐变段:事故闸门后接一渐变段渐变段施工复杂因此不宜太长但为使水流平顺也不宜太短一般采用洞身直径d的1.5~2.0倍洞身直径d=1.8m渐变段长度L=2×1.8=3.6m渐变段长度由方形变为圆形通气孔面积:式中:a为通气孔断面面积;为进水口进水流量一般为最大引水流量量;为通气孔允许风速坝式进水口取70～80;=38.70÷80=0.48冲沙底孔:靠近进水口施工前期的导流底孔可作为后期的冲沙底孔4.5引水管道的确定本电站最大引用流量为38.7m3／s厂房为坝后式厂房采用从坝上直接引水坝内埋管后接明钢管引水至厂房机组根据规范中国一般采用以下规范:当作用设计水头在30-70m时为3-6m／s设计水头在70-100m时为5-7m／s明钢管和地下埋管为4-6m／s钢筋混凝土管为2-4m／s本工程压力管道的设计流量为38.7÷3=12.9m3／s经济流速设计为3m／s需要管道直径为D根据公式计算:D=÷3=1.8m--压力管道的设计流量为38.70--经济流速取5因此管道直径取1.8m4.6水电站厂房的布置设计4.6.1电站的基本参数设计洪水位(30年一遇)下游水深665.5m校核洪水位(2一遇)下游水深666.3m厂房机电设备装机容量3×1250KW水轮机20JP502-LH-1503台发电机SF1250-20／26003台调速器3台4.6.2主厂房的平面设计4.6.2.1主厂房的上部结构1位置的选择位置方案一、将厂房位置布置在右岸经过地形可知它的开挖量大且难以开挖经济造价高交通不便方案二、将厂房位置布置在左岸经过地形可知地形宽阔它的开挖量小上部现有公路交通方便可缩短工程期且工程量小经济造价相对较小综合上述比较可得按照方案二进行施工2厂房的类型综合地质、地形条件可得厂房选用坝后式厂房为益且选择立式发电机组4.6.2.2主厂房长度的确定一、其中式子中--机组段长度;--为边机组段加长;--为装配场长度;(1)机组段长度的确定:式中--机组段+x方向的最大长度;--机组段-x方向的最大长度①蜗壳层:;;式中:蜗壳半径:②尾水管层:③发电机层:由厂家提供的机组资料知道发电机风罩内径为3.00m

+

+

蜗壳层

2.40m+1.5m

1.40m+1.5m

3.9m+2.90m

6.80m

尾水管层

2.14m+1.5m

2.14m+1.5m

3.64m+3.64m

7.28m

发电机层

1.5m+1.5m+0.4m

1.5m+1.5m+0.4m

3.40m+3.40m

6.80m

由表中数据知:尾水管层的机组段长度最长因此L1=7.28m(2)端(边)机组段加长的确定:端机组段长度能够根据下面公式求得:其中:按经验可知一般在0.8-1.0m以上△L=(0.2～1)×D1D1-水轮机转轮直径D1=1.5m则:△L=0.3～1.5m此处取1.5m为益因此端机组段长度为:=7.28+1.5=8.78m(3)装配场长度的确定:装配场又称安装间它是组装、检修设备的场所装配场的位置与对外交通随厂房类型而异一般位于厂房靠交通道的一端在特俗情况下当机组台数较多时厂房两端都设装配场在地下式厂房也能够将装配场设在机组之间装配场与主机室宽度相等以便利用起重机沿主厂房纵向运行确定装配场尺寸主要在于确定长度一般约为机组段L1的1～1.5倍本工程采用装配场长度为=1.5×7.28=10.92因此主厂房总长度:=7.28+8.78+10.92=26.98m≈27m二、主厂房宽度的确定以机组中心线为界厂房宽度B能够分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分式中A--风罩外壁至上游墙内侧的净距由上游侧电气设备和附属设备的布置及通道尺寸确定;--发电机风罩壁厚一般取0.3-0.4m;--发电机风罩内径本工程中=1.5+0.4+2==3.9m=6.0+3.9≈10.0m因此主厂房宽度为B=10.0m4.6.2.3主厂房的高程、高度设计1水轮机的安装