四川农业大学水工建筑物实践专升本21年12月作业考核

水工建筑物(实践)1.考核方式设计报告书2.1设计题目顺江水利枢纽工程初步设计2.2要求完成的具体内容(1)根据地质、地形条件和枢纽建筑物的作用，确定枢纽布置方案。(2)进行非溢流坝和溢流坝的剖面设计，内容包括：拟定挡水坝剖面、溢流坝段剖面设计和尺寸设定、稳定分析和应力分析。(3)进行细部构造设计。基本资料(1)工程概况顺江电站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km2465坝址以上km24172.利用的水文系列年限年433.代表性流量多年平均流量nVs14.5正常设计洪水标准及流量(P=3.33%n3/s640非常设计洪水标准及流量(P=0.5%)n3/s1000施工导流标准及流量(P=20%nVs1654.泥沙1

多年平均悬移质年输沙量万t22.9多年平均含沙量kg/m30.5二.水库1.水库水位校核洪水位m421.50设计洪水位m420.20正常蓄水位m420.0死水位m418.02.回水长度m4003.水库容积万m顺江电站工程特性表序号及名称单位数量备注总库容万R115三.大i吓泄流量及下游水位1.设计洪水时最大泄量m/s640相应卜游水位m412.982.校核洪水时最大泄量m/s1000相应卜游水位m413.873.机组满发流量m/s37.56相应卜游水位m354.012四.工程效益指标装机容量kw18000保证出力（P=90%kw2850多年平土匀发电量万kw.h58682

年利用小时数h3260五.淹没损失及工程永久性占地1.占用耕地（P=50%亩202.永久占林地亩703.临时占地亩60六.主要建筑物及设备1.挡水建筑物形式碎重力坝地基特性砂岩序号及名称单位数量备注地震基本烈度<6度本次在坝址处实测了河床断面、水面坡降，并进行了大洪水调查，根据实测大断面及糙率、坡降用曼宁公式求得各级水位的流量，以此求得坝址水位〜流量关系曲线成果。水位（m）411.8412.5415417.5420流里（m/s）074.086851833.482648.36水库工程地质条件：枯水期河水面一般宽度为40〜50m,河谷多呈深切的“V'型，两岸岸坡坡度多陡于45。、树支状沟谷十分发育。库区岩层走向多横向〜斜向切过河谷，倾角变化大，构造形迹主要有断裂和褶皱两种。库区出露的断裂主要有寨批一园坑压扭性断裂和大峰仙一延寿压性断裂两条；库区褶皱主要有洞子珑向斜和南洞向斜。库区水文地质条件较为简单，地下水类型以基岩裂隙水为主，接受大气降水的补给，其补给源较广、地下水循环较为缓慢，由两岸向沟谷或河床排泄。工程选址：该河段地形相对开阔，两岸山体雄厚，山顶高程761〜784m山坡坡度35〜50度。左岸岩石基本裸露，右岸残坡积覆盖层厚2〜8m植被好。河谷对称，河床高程为410m建基面高程408m,河面宽60〜90m坝轴线长170m工程地质：坝址区地层岩性为泥盆系跳马涧组（Dz）厚层状石英砂岩，含砾石英砂岩和砂质页岩，两坝肩岩石部分裸露地表，岩层倾向上游，岩石坚硬，抗风化能力强，地质构造无区域性大断裂通过。受构造地应力作用影响，岩层褶皱强烈，产状多变化，层面裂隙发育。坝址岩石物理力学参数根据本阶段试验成果并参照其他有关工程经验，将本工程岩石物理力学参数，建议为：饱和抗压强度：40Mpa抗剪指标：f碎/岩=0.64抗剪断指标：f碎/岩=0.7c,=0.7Mpa要求提交的成果.设计计算说明书一份。.撰写格式要求：XXXXXXX（题目：三号黑体，居中，行距1.5）专业：XXX学号：XXX学生姓名：XXX以下为正文，行距设为1.5,内容部分为小四宋体，标题除外1.（一级标题，用“1."标识，四号黑体，左对齐）XXXXXXXXXXXXXXXX（小四宋体，首行缩进2个字符）1.1（二级标题，小四，黑体，左对齐）XXXXXXXXXXXXXXXX（首行缩进2个字符）1.1.1（三级标题，小四，黑体，左对齐）XXXXXXXXXXXXXXXX（首行缩进2个字符）图1（五号宋体，居中对齐）表1（五号宋体，居中对齐）计算公式：公式应居中。公式中的字母意义要说明，格式参考如下：Ah=hb+hz+hc式中：Ah一防浪墙顶高程与正常蓄水位或者校核洪水位的高差，m；hb一波浪高度，m；hz—波浪中心线至静水位的高度，m；hC一安全超高，R1附例：溪谷水库混凝土重力坝设计

专业：XXX学号：XXX学生姓名：XXX1非溢流坝段设计1.1坝基及坝顶高程1.1.1坝基根据九龙河流域工程地质条件结合《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2018）相关规定，需将坝址处表层的风化岩基做开挖处理，本设计开挖深度为8m,河床高程2657.0m,坝基高程为2649.0m。1.1.2波浪要素计算根据九龙县水文站气象资料，查得多年平均风速3.8m/s,多年平均最大风速15m/s,最大冻土深1.40m,最大积雪厚度42cm,重现期为50年的年最大风速为16.3m/so风作用于水域的长度为4.0km。根据溪谷坝址地形条件，本工程属于内陆峡谷水库，所以风向可以近似认为垂直于坝轴线，故按官厅水库公式计算：？?=0.00166V0/4D1/3L=10.4(??)0.8hz=(兀h，/L)coth(2兀H/L)式中：？?丁为波高，当？???/?=20~250时为累计频率为5%的波高h5%。根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2018)表B.6.3-1计算？1%=1.2358?5%；当？???/瞥250~1000时为累计频率为10%的波高h10%,计算？1％=1.4152?"V。一为计算风速，m/s,水库水位为正常蓄水位和设计洪水位时，采用相应季节50年重现期的最大风速，本设计取16.3m/s,校核洪水位时采用相应洪水期最大风速多年平均值，本设计取15m/soD一吹程，m;H一为坝前水深，m；L一为波长，m；hz一为波浪中心线至静水位的高度，m；H>L/2时，coth(U)???~????/?2以下为计算过程及结果：(1)设计水位时：??=0.00166V：4D1/3=0.00166X16.35/4X40001/3=0.863mL=10.4(???0.8=10.4X0.8630.8=9.244m由于L=9.244m,显然h>L/2,故???=??寄/??=兀X0.8632/9.244=0.253m(2)校核水位时??=0.00166X155/4X40001/3=0.778mL=10.4X0.778A0.8=8.508同理，???〜???2/??=支义0.7782/8.508=0.224m1.1.3坝顶高程结合《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2018)中关于安全加高？?甥规定，本工程坝的安全级别为II级，将上述计算成果汇入表1-1中，如下：表1-1安全超高计算表???m???m安上加同??/m设计水位0.8630.2530.5校核水位0.7780.2240.4故设计水位时安全超高??^=0.863+0.253+0.5=1.616m校核水位时安全超高??^=0.778+0.224+0.5=1.502m由于坝顶有通行要求，为防止波浪漫过坝顶，需增设防浪墙，现拟设防浪墙高1.2m。防浪墙顶高程应取？馥+??校和？宾+??设中更大者。经计算：设计水位下防浪墙顶高程？？=2720.816??,校核水位下，防浪墙顶高程？？=2722.902??。故取校核情况作为防浪墙顶高程。并且减去防浪墙高之后坝顶高程不会低于校核水位，满足要求。故坝顶高程为2721.702m。1.2剖面设计(1)坝高止坝顶高程-坝基高程=2721.702-2649=72.702m^72.7m(2)坝顶宽度参考《水工设计手册》中关于重力坝设计的建议，坝顶宽度一般宜取坝高的0.08〜0.1倍，若坝顶与当地主要交通干道连接，则需按主要交通干道要求来设计错误!未找到引用源。。本工程坝顶并未与干道连接，仅有普通交通要求，故坝顶宽度按规范建议进行确定：坝顶宽度b=(0.08〜0.1)H=(0.08~0.1)X72.7=5.82〜7.27m坝顶需设人行道及公路，公路宽度取5m,两侧人行道各取1.5m,本设计初步拟定坝顶宽度b为8m,略超规范建议。由于坝址处地形以及地质条件较为良好，拟设上游坝坡坡率n=0(上游坝面竖直)，下游坝坡坡率m=0.8,故：坝底宽度B=mH=0.8H2.704=58.163m=58.2m(3)坝顶至下游起坡点高度?1=b/m=8/0.8=10m

则起坡点高度：?2=62.7m（4）非溢流坝段剖面尺寸见图1-1:2719.21-2T2L4fi守中河王匕制2719.21-2T2L4fi守中河王匕制2657.Cta

=""3uJf图1-1非溢流坝剖面尺寸图―匚况卜一女:/湖4.1H1、股讣上观FM水位\正甯皿F解席憧36675rt1.3坝基面抗滑稳定计算计算准备本设计拟选择基本组合（正常蓄水位、设计洪水位）和特殊组合（校核洪水位、地震情况）下的抗滑稳定和应力情况。由于工程坝址处坝基面基岩结构较为完整，无较大结构面发育，不存在深层滑动的可能，因此，本设计选取坝基面作为计算截面。表1-2是本次计算所需的计算资料:表1-2计算参数取值表参数单位取值混凝土的容重kN/m3水的容重kN/m3设计洪水位m校核洪水位m正常蓄水位m死水位m24.09.812719.22721.42715.62675.0河床基岩面高程m2649.0坝前淤沙厚度m15.0坝前淤沙高程m2667.0淤沙浮的容重kN/m38.0泥沙内摩擦角度14坝基与基岩的抗剪断摩擦系数0.8坝基与基岩的抗剪断凝集力MPa0.7混凝土层面抗剪断摩擦系数0.9

混凝土层面抗剪断凝集力采用C10混凝土层面抗剪断凝集力采用C10碾压混凝土轴心抗压强度标准值地震设计烈度MPaMPa

度0.9513.5VI荷载分析及计算(1)坝体及其上永久设备自重初步设计阶段，混凝土容重取24.0kN/m3,并且本工程所有荷载均取坝宽为1m进行计算。闸门及启闭机重力按92kN/m计算，为方便后续计算，坝体剖面做如下分区处理(图1-2)并计算:经计算:??=92+24X8X72.户14050.4kN

(50.2X62.7??2=24X-——2——工=37770.48kN(2)静水压力由于本工程上游坝面坡度为0,因此上游只记水平静水压力，且不同工况下，水位也不同，因此，净水压力的计算需分工况进行。1)正常蓄水位时：一金”7156一2657、2上游水平水压力：？21=包=9.812一.-=16843.57kNTOC\o"1-5"\h\z-22下游水平水压力：？??2=退=9.81)(2667.7-2657)2=561.57kN22下游垂直水压力：？??2=0.5X0.8d667.7-2657)2X9.8=449.26kN2)设计洪水位时：o,2t、、八r丁r11―祝牙(2719.2-2657上游水平水压力：？乐="=9.81X=18976.66kN■',22下游水平水压力：？？2=送=9.81>(2672,3~2657)2=1148.21kN22下游垂直水压力：？??2=0.5X0.8d67232657)2X9.8=918.57kN3)校核洪水位时：O,21-fIl,cc。彳(2721.4-2657)上游水平水压力：???1=卫=9.81乂=20342.80kN-22下游水平水压力：PH2=????=9.81>(2674.1-2657)2=1434.27kNH222下游垂直水压力：PV2=0.5X0.8丝674.1-2657)2X9.811147.42kN(3)渗透水扬压力本工程坝址处地下水为强透水，为保证工程安全，拟在坝基处距上游B1=6m处设防渗帷幕，并且在距上游B2=12m处设主排水孔，在距下游坝址B3=10m处设置副排水孔，以充分降低渗透水扬压力给坝体稳定带来的隐患，主、副排水孔之间的距离B4=36.2m。扬压力分布如图1-3所示：其中：??=0.20,?2=0.50。图1-3渗透水压力分布图1)正常水位时(上游水深H1=58.6m,下游水深H2=10.5m)10

??=??=??=?%(?????)=9.81X58.2X0.5X??=??=??=?%(?????)=9.81X58.2X0.5X10.5=2997.45

???(????+??-2??)??=981,0.2X58.6+5823X10)5X6145149kN2???(????-????)(??-??)(0.2X58.6-0.5义=9.81>吧嗨.06kN??=???(??-????)??9.81(10.5-0.5X10.5)10——=257.51kN2）设计洪水位时（上游水深Hi=62.2m,下游水深H2=15.3m）??=??(????2)=9.81X62.2X0.5X15.3=4667.89??=?版？??？+??-2?④？？ng.0.2X62.2+62.2-2??=??=?版？??？+??-2?④？？ng.0.2X62.2+62.2-2??=2???(????-????)(??-??))/15.3—=1296.10kN(0.2X62.2-0.5X=9.81兴毁(=^.97kN??=???(??-????)??9.81(15.3-0.5义15.3)10——=375.23kN3）校核洪水位时（上游水深H1=64.4m,下游水深H2=17.1m）??=??(？？？？？)=9.81义64.4义0.5义17.1=5401.58??=?%(????+??-2?2)??=9.81??=?%(????+??-2?2)??=9.81>0.2X64.4+64.4-2比1=1267.84kN??=???(???=???(????-????)(??-??)(0.2X64.4-0.5X=9.81>S(=窗.N???(??-????)??9.81(17.1-0.5X17.1)10??=———==419.38kN（4）波浪压力??=1）正常蓄水位由于gD/??=9.81X4000/16.32=147.69,因此？?为累计概率5%的波高，据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）表B.6.3-1计算？1%=1.2358?5%。在非溢流段剖面波浪因素计算中，已算得L=9.244m,??=0.863m,雍高？??=0.253m因此?1%=1.2358??=1.2358X0.863=1.066m且坝前水深H=58.6m>L/2=4.622m,因此属于深水波。作用于铅直坝面的浪压力按下式计算：故浪压力?存????(?+???故浪压力??=9.81X9.244伙066+0.253=119.61kN112)设计洪水位设计水位的波浪要素同正常蓄水位一致，L=9.244m,?1%=1.066m,雍高？??=0.253m,同样属于深水波。浪压力??=9.81X9.244仅066+0.253)=119.61kN3)校核洪水位gD/??=9.81X4000/152=174.4,同样？?为累计概率5%的波高，L=8.508m,??=0.778m,???=0.224m,因止匕：?1%=1.2358??=1.2358X0.778=0.961m??=9.81X8.508(0.961+0.224)=98.91kN(5)泥沙压力水库库容与年入沙量体积比值小于30时，说明工程淤沙问题比较严重，需要计算泥沙压力，本工程总库容6.72X06m3,泥沙2.48105m3,而:??6.81Xf0——==27.5<30??2.48Xf0泥沙压力按下式计算:???=2?????????????50-???式中：Ps一坝面每米宽度上的水平泥沙压力，坝宽取1m计算，m。合力在1/3淤沙高度处;???-泥沙的内摩擦角，取为14。；sb—泥沙的浮容重，8.0kN/m3;hs—泥沙的淤积厚度，坝前淤积厚度为15m。故泥沙压力：???=1X8x1tan2(45-y)=244.16kN荷载组合荷载组合可以分为基本组合和偶然组合两类。本设计荷载组合见表1-4:表1-4荷载组合荷载~~主要考虑情iit12

组合况自重静水压力泥沙压力扬压力浪压力冰压力动水压力泥沙压力地震何载(1)正常蓄基本水位情况VVVVV--V-组合(2)设计洪水位情况VVVVV--V-(1)校核洪、/、/、/、/、/、/特殊水位情况VVVVV--V-组合(2)地震情、/、/、/、/、/、/况VVVVV--VV荷载计算值汇总见表1-5:表1-5非溢流段荷载计算值何载效应正常蓄水位设计洪水位校核洪水位地震情况WkN51820.8851820.8851820.8851820.88静水压力PH1kN16843.5718976.6620342.8016843.57PH2kN561.571148.211434.27561.57PV2kN449.26918.571147.42449.26U1kN2997.454667.895401.582997.45扬压力U2kN1451.491296.101267.841451.49U3kN188.06140.97127.43188.06U4kN257.51375.23419.38257.51浪压力PlkN119.61119.6198.91119.61泥沙压力PskN244.16244.16244.16244.16在进行工程设计时，不同荷载对工程的影响大小不同，因此，需要将荷载计算值乘以不同荷载的分项系数转化为荷载设计值，方可进行工程设计，以确保工程安全。表1-6为各项荷载分项系数，荷载计算值乘分项系数得荷载设计值，见表1-7:表1-6分项系数表.却自永久设备静水何载重(利)压力扬压力扬压力扬压力扬压力波浪泥沙UiU2U3U4压力压力分项亍有1.00.951.0系数1.01.11.11.21.21.2表1-7非溢流段荷载设计值何载效应单位正常蓄水位设计洪水位校核洪水位地震情况WkN51816.2851816.2851816.2851816.28静水压力PH1kN16843.5718976.6620342.8016843.57PH2kN561.571148.211434.27561.5713

PV2kN449.26918.571147.42449.26扬压力U1kN2997.454667.895401.582997.45U2kN1596.641425.711394.621596.64U3kN206.87155.07140.17206.87U4kN309.01450.28503.27309.01浪压力PlkN143.53143.53118.69143.53泥沙压力PskN292.99292.99292.99292.99坝基面抗滑稳定计算本章前面已经提到，本工程不存在深层滑动的可能，对于抗滑稳定分析，只需核算坝基面即可，现以坝基面为计算截面，分别对不同工况下的荷载情况进行抗滑稳定分析。现将荷载作用情况汇入表1-8至1-10中（其中力矩逆时针为负）：表1-8非溢流段正常水位荷载值作用情况何载效应力向/kN心轴力臂/m力矩/kNm自重W1J14142.425.1354974.2W2J37673.884.4165765.1PH116843.57-21.53-362642静水压力PH2561.576.173464.887PV2J449.26-24.17-10858.6UiT2997.45-1.0-2997.45扬压力U2T1596.64-26.3-41991.6U3T206.87-23.2-4799.38U4T309.0123.97385.339浪压力Pl143.53-64.853-9308.35泥沙压力Ps292.99-3.3-966.867表1-9非溢流段设计洪水位荷载值作用情况何载效应力向荷载设计值/kN对坝基面形心轴力臂/m力矩/kN•m自重Wi14142.425.1354974.2W237673.884.4165765.1静水压力PHi18976.66-23.4-444054PH21148.2110.0711562.47PV2918.57-21.55-19795.2扬压力U1T4667.89-1.0-4667.89U2T1296.10-26.3-34087.4U3T140.97-23.2-3270.5U4375.2323.98967.997浪压力Pl143.53-64.853-9308.35泥沙压力Ps292.99-3.3-966.86714

表1-10校核洪水位荷载值作用情况何载效应力向荷载设计值/kN对坝基面形心轴力臂/m力矩/kNmW114142.425.1354974.2W237673.884.4165765.1PH120342.80-24.13-490872静水压力PH21434.2710.8315533.14Pv21147.42-8.67-9948.13扬压力U1T5401.58-1.0-5401.58U2T1267.84-26.3-33344.2U3T127.43-23.2-2956.38U4419.3823.910023.18浪压力Pl98.91-72.624-7183.24泥沙压力Ps244.16-3.3-805.728核算坝基面抗滑稳定采用刚体极限平衡法，即将滑裂体看成刚体，不考虑滑裂体本身和滑裂体之间变形的影响，也不考虑滑裂面上应力分布的情况，仅考虑滑裂面上的合力，而忽略滑裂面上所承受的各种分力对滑裂面形心的力矩。本设计采用抗剪断公式（剪摩公式）计算坝基面抗滑稳定安全系数？??（同样取坝宽1m式）计算坝基面抗滑稳定安全系数？??（同样取坝宽1m进行计算）??（二？2??+??'??????=式中：三？?-为接触面以上的总铅直力，E??为接触面以上的总水平力，??-为作用在接触面上的扬压力，E??kN；kN；kN；??-胶结面积；取坝宽1m计算A=58.2m2;?“抗剪断凝聚力，本设计取坝基基岩的C=0.7MPa；?"抗剪断摩擦系数，选用基岩和混凝土中的较小值，本设计取坝基基岩的？?=0.8;????-抗滑稳定安全系数，基本荷载组合时为3.0;特殊组合（校核洪水位）时为2.5;特殊荷载组合（地震荷载）为2.3。（1）设计洪水位时总铅直力：E??=??+???2=51816.28+918.57=52734.85kN总水平力：E???乐-???2+???+???=18976.66-1148.21+143.53+292.99=18264.97kN扬压力：U=Ui+U2+U3+U4=6480.19KN15

????=??(E????+????

■■????=E??0.842734.85-6480.19+700X58.218264.97=4.25>3.018264.97满足规范要求（2）校核洪水位时总铅直力：E??=??+???2=51816.28+1147.42=52963.7kN总水平力：E?????1-???2+??+???=20342.80-1434.27+98.91+244.16=19251.6kN扬压力:U=U扬压力:U=U1+U2+U3+U4=7216.23kN??(f??+????????=■■????=■??0.8(52963.7-7216.23+700X58.219251.6=4.01>2.519251.6将计算成果汇入表1-11中:表1-11非溢流段抗滑稳定安全系数工况正常蓄水位设计洪水位校核洪水位????4.69[3.0]4.25[3.0]4.01[2.5]根据表中结果，各种工况下抗滑稳定系数均满足规范要求，因此，本设计坝体不会有沿坝基面滑动的危险。1.4坝基面应力分析通过对坝基面抗滑稳定的核算，结果表明坝体不会沿坝基面发生滑动，但在抗滑稳定计算中并未考虑各种荷载对坝基面产生的应力影响。而当各种荷载对坝基面的应力超过强度规范时，坝体则会有发生倾覆的可能性，因此对坝基面的应力计算是十分必要的。应力分析的方法有很多，本设计采用的是材料力学法，设计主要计算基本组合（正常蓄水位、设计洪水位）和特殊组合（校核洪水位）下的应力分布情况。以坝踵为坐标原点，坐标水平方向以向右为正，竖直方向以向下为正，弯矩以绕形心逆时针为正。按偏心受压公式计算上、下游边缘竖向应力？???和？????（以压应力为正，下同）。?????=??*+詈？??16

__E??6E???????=卞-7r式中:???？？???［上下游水平截面上的正应力,kPa；三？?-作用于计算截面的全部荷载(包括扬压力)的铅直分力的总和，kN,向下为正；E??作用于计算截面的全部荷载(包括扬压力)对截面形心轴的力矩总和，kN-m；B一计算截面的长度，m。(1)设计洪水位上游边缘垂直正应力：_E??6^??46254.666X-25119.71)_"???~T++^?58.2+582750.26kpa下游边缘垂直正应力:E???????=E???????="??=839.25kPa方=58.2-58^2上游面水平压力强度：o14°???=???H1+???&?????45。--)=9.81X62.2+8X10%8%=659.01kPa下游面水平压力强度：???=???H2=9.81x15.3=150.09kPa上游面扬压力强度：?????=??H1=9.81X62.2=610.18kPa下游面扬压力强度：?????=??H2=9.81x15.3=150.09kPa由非溢流坝剖面设计结果，上游坝坡n=0,下游坝坡n=0.8;上游边缘主应力：01u=(1+n2)如-n2(Pu-PUu)=矶=839.25kPa血=???-????=659.01-610.18=48.83kPa下游边缘主应力:????=(1+??2)???????2(???-?????17

=(1+0.82)X750.26-028K150.09-150.09=1230.43kPa

?2??=???-????尸0上游坝面剪应力:???=(???-?????-????)??=0下游坝面剪应力：???=(????+?/??■??》??=(750.26+150.09-150.09X0.8=600.21kPa上游？到面水平正应力：?????=(???-?????-????=48.83kPa下游坝面水平正应力：?????=(???-?????+????=600.21X0.8=480.17kPa(2)校核洪水位上游边缘垂直正应力:_E??6^??45747.476X(-4215.37)?????=方+~?^~=58.2+-582-=778.57kPa下游边缘垂直正应力:E???E???????=-??亍=58.2--582-=793.51kPa上游面水平压力强度：c.14°???=???H1+???出?????45--)=9.81X64.4+8X1028n=680.60kPa下游面水平压力强度：???=????=9.81x17.1=167.75kPa上游面扬压力强度：?????=????=9.81X64.4=631.77kPa下游面扬压力强度：?????=????=9.81x17.1=167.75kPa由非溢流坝剖面设计结果，上游坝坡n=0,下游坝坡n=0.8;上游边缘主应力:01u=(1+n2)如-n2(Pu-PUu)=矶=778.57kPa1802u=???-????=682.56-633.73=48.83kPa下游边缘主应力:????=(1+?力？???？？/(???-?????=(1+0.82)X793.51-02?167.75-167.75=1301.36kPa????=???-?????=0上游坝面剪应力：???=(???-????????)???=0下游坝面剪应力：???=(????+?????-???!??=(793.51+167.75-167.75X0.8=634.81kPa上游？到面水平正应力：?????=(???-?????-????=48.83kPa下游坝面水平正应力：?????=(???-?????+?淞？=634.81x0.8=507.85kPa由非溢流坝剖面设计结果，上游坝坡n=0,下游坝坡n=0.8;上游边缘主应力：01u=(1+n2)Oyu-n2(Pu-Puu)=Oyu=788.02kPaC2u=???-?%?=633.47-574.87=58RPa下游边缘主应力:????=(1+??2)?????■??2(???-?????=(1+0.82)X743.75-0负103.01-103.01)=1219.75kPa????=???-?????=0上游坝面剪应力：???=(???-????????)??=0下游坝面剪应力：???=(????+?????-??》??=(743.75+103.01-103.0，X0.8=595.00kPa上游？到面水平正应力：?????=(???-?????-????=58.6kPa19下游坝面水平正应力：?冬?尸（？？-?我防+????=595.00x0.8=476kPa根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319—2018）重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力应符合下列要求：在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝趾垂直应力不应大于坝体混凝土容许压应力，并且不应大于基岩容许承载力错谡,未找到引用源。。即???我0kPa,????<9MPa,本设计坝基面应力情况满足规范要求。重力坝坝体应力应符合下列要求：坝体上游面的垂直应力不出现拉应力（计扬压力）。坝体最大主压应力不应大于混凝士的容许压应力值。即？???>0kPa,????<15MPa,满足规范要求。2溢流坝段设计2.1溢流坝段总长本工程洪水“峰高量大”，汛期来临时需要坝身有足够的超泄能力，因此选择开敞式溢流，堰顶设闸门。根据调洪演算结果，取校核情况最大下泄流量？%??"24632m3/s进行计算，以确保工程安全。考虑泄洪底孔辅助泄流：??=??a2????式中：Q一流量，m3/s；Ak—出口处的面积，m2;Hw一自由泄流时为孔口中心线处的作用水头，淹没泄洪时为上、下游水位差，m；「孔口或管道的流量系数，取=0.88g一为重力加速度，取g=9.81m/so经计算，底孔辅助泄流流量：??0.88X4802o<9.81义47.3=11818.43m3/s因此溢流堰泄流：?金=24632-11818.43=12813.57n3/s再由堰流公式：3??=?????????2???220式中：B一溢流堰净宽（m）;H0一溢流堰顶作用水头（m）;C—上游面坡度影响修正系数，由规范建议，取0=1.0;l侧收缩系数，根据墩厚度及墩头形状而定，取e=0.92l淹没系数，视为不淹没取后1;m—流量系数，由《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2018）中表A.3.1-1,取m=0.5o由校核洪水位减去堰顶高程得堰上水头？？：??=2721.4-2705.0=16.4m只有B为未知量，现通过反算，确定溢流堰净宽B:经计算，当？？=12813.57m3/s时，B=112.35m。为方便计算与施工，取溢流堰净宽B=117m,共需设9孔泄流，每孔净宽为13m；9孔之间共需设8个中墩，溢流堰两侧需设2个边墩，本设计拟设中墩厚度为6m,边墩厚度为3m。故溢流段总长度：??=??+????墩+??跳=117+8X6+2X3=171m止匕外，关于横缝的布置，本工程采用将横缝设在闸墩中间成为缝墩的方式，以消除地基不均匀沉降对闸门启闭的影响，故而横缝间隔s:s=b+d中墩=13+6=19m式中：b一孔宽，m。横缝布设情况见图2-1:图2-1横缝布置21

2.2溢流堰体形设计溢流面由顶部曲线段，中间直线段以及下部反弧段三部分构成。设计要求是：（1）有较高的流量系数，泄流能力大；（2）水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；（3）体形简单，造价低，便于施工等。1）顶部曲线段本工程采用最常用的WES堰顶部曲线错误!未找到引用源。，运用由西班牙学者提出三段圆弧法进行设计，这种曲线能使压力分布和泄流能力都得到改善。三段圆弧法图解如下图2-2:其中R1=0.5???,R2=0.2???,R3=0.04???,??=0.175???,??=0.276???,?3=0.281???堰顶下游段的曲线方程为：上式中？?见堰面曲线定型设计水头,?????=堰顶下游段的曲线方程为：上式中？?见堰面曲线定型设计水头,?????=0.5(；??)1.85

???m,可根据容许负压的大小按堰顶最大作用水头Hmax的75%〜95%计算；由于溢流堰顶高程为2705.0m,故:Hmax=2721.4-2705.0=16.4m

???=(0.75〜0.95)X16.4=12.315.58m取？??=15.0m。故将？?苑入上式中，据上式对x,y取一系列点即可绘制出堰顶下游段曲线，而三段圆弧22半径分别为:??=0.5X15=7.5m??=0.2Xl5=3m??=0.04Xl5=0.6m距原点水平距离：??=0.175Xl5=2.625m??=0.276X15=4.14m??=0.28ixi5=4.215m。将上式化简：??=0.039??-852)下部反弧段溢流坝面反弧段是使沿溢流面下泄水流平顺转向的工程设施，通常采用圆弧曲线。《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2018)建议反弧半径R选用：R=(4-10)h式中：h一为校核洪水位闸门全开时反弧段最低点处的水深，m。若反弧处流速越大,要求反弧半径越大，宜采用较大值。根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2018)关于挑流消能的建议，挑流鼻坎处高程应不低于下游最高水位1〜2m：??坎=??游最高水位+(1〜2)=2682.5〜2683.5m本设计取？？坎=2682.5m0挑射角超过35。后，挑距增加距离有限。若挑射角越大，则水舌落入下游水垫的入射角B越小，冲刷坑越深。因此，在工程中，挑角一般取20°〜30°为宜，取？?=25o鼻坎断面处流速v:??=??也?？(？0?1????????)式中：si一校核情况水库水位到鼻坎顶点的高差，即2721.4-2682.5=38.9m；h1—鼻坎断面处水深，m；??-流量系数，取0.95。其中单宽流量:23

q=Q/B=185.28m2/s将以上数据计算出结果并代入鼻坎断面水深计算公式:???+1=???+1=??????/2??(s-hicos8)有:有:185.28???+i=,。0.95V2X9.81(38.9??cos25)从？?尸0开始，进行迭代计算，结果如表2-1:表2-1迭代计算表hihi+104.0596094.0596094.7232774.7232774.7957484.7957484.8037864.8037864.8046804.8046804.8047794.8047794.8047904.8047904.8047914.8047914.804791由表2-1中结果显小，当???=???+1寸,??=4.8m。则反弧段半径：R=(4〜10)??=19.2〜48m取反弧段半径R=20m则反弧段最低点高程：低=?鼻坎+??????????2682.5+18.126-20=2680.63m3)中间直线段中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度一般与非溢流坝段下游坡度相同，故取m=0.8,因此，对？=0.039??85求导数：y=0.0722?985代入斜率y'=;1;,得x=28.6591m,y=19.3643m,故直线段与坝顶曲线下游段衔接与0.8(28.6591m,19.3643m)处。24利用CAD绘制溢流堰体形曲线，结果如图2-3:图2-3溢流堰曲线图图2-3溢流堰曲线图弧也K趣M815m反弧段与直线段连接点为(36.6358,29.3351)。由于溢流剖面大于基本三角形剖面，为节约坝体工程量同时不影响泄洪能力，因此将堰顶凸向上游，斜率为1:1。闸门设计本工程溢流方式采用的是开敞式溢流，若不设闸门，则堰顶高程应与正常蓄水位齐平,泄洪时，库水位雍高，淹没损失加大，适用于洪水量较小的中、小型工程，显然，依据本工程的洪水特性，必须设置闸门，以调节水库水位和下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流坝段的工程量。单宽流量：式中：B流坝段的工程量。单宽流量：式中：B一溢流堰净宽???=-=??21677.93——=185.28m2/s117孔口宽度愈大，闸门启闭力也愈大，为便于闸门得设计和制造，根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2018)建议闸门宽高比b/H一股取1.2〜1.5错误!未找到引用源。。本设计孔口净宽为13m,现拟设闸门宽度为15m,故闸门高度：?输门=??/(1.2~1.5)=10〜12.5m为确保工程正常运行，水库正常蓄水位为2715.6m,本设计略超规范，取闸门高度H=11.0m,对应闸门顶部高程2716.0m。闸门形式采用直升式平面钢闸门。工作闸门设置25在溢流堰顶，检修闸门设置在工作闸门上游侧，净距为2m。中墩、边墩设计中墩、边墩用以承受闸门传来的水压力，也是坝顶桥梁的支撑。本设计中墩厚度为6m,中墩形式选择上游端为半圆形，下游端为方形，这种形式的闸门上游端有着减小水流的侧收缩，使水流平顺的作用，下游端在墩后能形成一定范围的空腔，有利于过坝水流底部掺气，防止溢流坝面发生空蚀。上游端半圆形半径R=d中墩/2,为3m。门槽的槽深一般为闸门水平跨径的1/12〜1/18,本设计闸门水平跨径为15m,则门槽深：d槽深=(1/12〜1/18)b=(1/12〜1/18)X15=0.83〜1.25m本设计取门槽深为1.0m,槽宽约为槽深的2倍，为2.0m,闸门厚度略小于门槽宽度，在保证工程安全的前提下，闸门厚度越小，成本越低，本设计取闸门厚度1.5m。由于工作闸门和检修闸门均为平面钢闸门，故闸门启闭机采用活动式启闭机。闸门及闸墩布置如图5-4:图2-4中墩及闸门布置溢流坝两侧设边墩，从坝顶延伸至坝趾，既作为闸墩承担闸门传来的水压力，也作为分隔溢流段和非溢流段的分隔建筑物，边墩厚度为中墩厚度的一半，为3.0m,门槽尺寸同中墩，边墩尺寸如图2-5:图2-5边墩示意图中墩及边墩的长度为溢流坝顶的宽度，具体尺寸须后续大坝细部构造中工作桥及启闭机轨道尺寸确定后方可确定闸墩长度26消能防冲设计本工程属于内陆山地峡谷，坝高72.7m,属于高坝，且由于洪水特性，导致泄流单宽流量较大，为保证工程消能需求，本设计采用挑流消能。挑流消能计算如下：(1)挑流鼻坎处水流平均流速：??=??/2?沟式中：？？一水库水位至鼻坎处的高差。其中：？?=M-黑5,??=*511A/????Z一上下游水位差。经计算：？？=0.054,4=0.91,v=25.14m/So(2)挑距L计算挑流鼻坎水舌挑射距离计算公式为：??????????????????3(z+hcos)0L=-———[1+M1+02—]??v2sin20式中：？？挑坎与下游基岩面的高差，m；??-挑坎的挑射角(即挑射方向与水平面的夹角)，°;?一在挑坎处水舌的厚度，m；??一在挑坎处水股外侧的流速，m/s,一般为水股平均流速v的1.1倍。经计算：??=25.141.1=27.65m/s同样，由试算法推求出挑坎处水舌的厚度h为5.54m；计算出挑距?=106.15m(3)最大冲刷坑深度计算公式：??=???•??少.25■式中：？?「冲坑深度，自水面算至坑底，m；q一单宽流量，m2/s；H一上下游水位差，m；k—冲坑系数，根据下游河床地质情况，取1.2。上下游水位差H=2721.4-2681.5=39.9m。27

除1.2X185./5X39.925=41.04m最大冲坑深度：T=普-??=41.04-32.5=8.54mL/T=106.15/8.54=12.43满足规范挑射距离大于5倍下游冲坑深度的要求，不会对坝体产生影响。2.6溢流堰水面线计算及边墙顶部高程2.6.1水面线计算(1)判断是否发生自然掺气根据公式：???=?????其中：c,m为经验系数，参考已建工程，c取13.8,m取2/3。则自然掺气点发生位置：???=???=13.8X185.282/3=448.502m(2)溢流堰曲线段长度Lc对于WES曲线型堰面，Lc可按《水工设计手册》(第六卷)图27-2-7按X/Hd查得，这里X是从堰顶开始向下游计算的，当取X/Hd=Xt/Hd时，查的便是曲线段总长度Lc,t,本设计中切点坐标为(28.6591,19.3643)即Xt=28.6591m,Hd=15m,X/Hd=1.9,查得：当Xt/Hd=1.9时，查得Lc,t/Hd=2.2。则：Lc,t=2.2X15=33mLc,u=0.281Hd=0.28115=4.21mLc=Lc,t+Lc,u=33+4.21=37.21m<Lk=448.502m由于Lc<Lk,,因此不会发生自然掺气。(3)堰面水面线计算堰面水面线计算，为节省计算量，本设计采用选取控制点绘制水面线的方法，选取控制点分别为溢流堰顶部以及反弧段最低点。1)溢流堰顶经过验证，本设计不会发生自然掺气，因此计算水深时应计算未计入波动的水深？，采用《水工建筑物》(麦家燎)中介绍的试算法错误!未找到引用源。进行计算：.首先假设水舌厚度？?，由此求得水舌截面中点至上游水面高差Az,并计算此界面281/2的平均流速??=??（2?????;.用？和单宽流量q计算得到水舌的厚度?2?=q/??iii,用新计算的？圳代到i、ii两步，直到前后两次计算结果相差很小为止，一般经过2〜3次试算便可得到满足精度要求的水舌厚度h（=??）,再代入经验公式计算？??。至于流速系数M由以往的模型试验和原型观测结果总结得到如下计算式。先计算k=??/3/???,q为单宽流量（nf/s）,??先水舌中点至上的^水面的高差（m）0当k00.8188时，取：小=?020.75当k>0.8188时，取：小=（1-0.097??,5?）1/3通过EXCEL表格进行计算，计算结果见下表2-2（溢流坝顶处流速最慢，根据连续性方程Q=vA,因此坝头水深最大，故取溢流坝顶进行设计计算）。表2-2溢流堰顶部水舌厚度计算表t"mAz/mv1/(m/s)t2/mq/(m2/s)k223.420.7848.914549185.28489.01250.978.91454919.9419.324439.587865185.28573.86620.9779.58786519.6060719.161939.669171185.28583.64040.9779.66917119.5654119.142069.679211185.28584.85310.9779.67921119.5603919.13969.680453185.28585.00320.9779.68054319.5597319.139279.680618185.28585.02310.977由表2-2的结果可知，未计入波动和掺气的水深h=9.68m,流速v=19.14m/s2）反弧段最低点由挑流消能计算可知挑坎处断面平均流速v=25.14m/s,则挑坎处水舌厚度：h=q/v=185.28/25.14=7.37m反弧最低点与挑坎处水流可近似视为恒定流，根据连续方程，两处水深相等，因此反弧段最低点处水深h=7.37m。本设计选取的控制点分别是溢流堰面水流流速最小和最大的两点，溢流堰面各处的水深都应介于这两者之间，采用CAD样条曲线拟合作出水面线近似曲线如图2-6:293U9On图2-6溢流堰水面线边墙顶部高程边墙是溢流坝两侧闸墩和边墩的延续，用以分隔溢流坝段和非溢流坝段，同时起平顺水流的作用，边墙的高度一般取高于水面线1~1.5m。本设计堰顶处边墙即为边墩，反弧最低点处边墙高度取高于水面线1.5m,取8.8m,则反弧段最低点处边墙高度为2689.43m。堰面其他处导墙高度均取高于水面线1.5m。3大坝细部构造坝轴线长度坝顶高程2721.7m,根据坝轴线B-H曲线图使用内插法得出高程2721.7m处坝河谷两岸宽度约为392m,即为坝轴线长度。其中溢流坝段长171m,非溢流坝段长221m(包括泄洪冲沙底孔坝段、厂房坝段及左、右岸坝肩段)。坝体的分缝及分块(1)横缝布置垂直于坝轴线的缝为横缝，其作用在于减小坝轴向的温度应力，适应地基不均匀变形以及适应施工浇筑等，止匕外，横缝也将坝轴线分为若干个坝块，各个坝区既作为一个相互联合的有机整体，也不会因某一段坝体出现事故而影响其他坝段的正常运行，横缝对于重力坝的设计至关重要。横缝间距一般取15~20m,也有用到24~28m左右的，视工程情况而定。本工程坝轴线总长392m,综合考虑坝址处地基特性，河谷地形以及枢纽布置