片上水库毕业设计11

河北工程大学毕业设计（论文）目录TOC\o"1-3"\h\u149841.枢纽状况和工程目的 .坝坡稳定分析及计算6.1设计说明6.1.1设计任务对土石坝进行稳定分析的目的，是通过计算坝体剖面的稳定安全度来检验坝坡在各种工况下是否安全，断面尺寸是否经济合理。坝坡坍滑失稳滑裂面的形式主要与坝体结构型式、坝基情况和坝的工作条件等因素有关。主要有以下几种：(1)曲线形滑裂面。当为黏性土坝坡时，其失稳滑裂面呈上陡下缓的曲面，稳定计算时常假定为一圆柱面，其在坝体剖面的投影是一个圆弧，称滑弧。滑裂面的位置，如坝基为掩饰或坚硬的土层时，多从坝脚处滑出；当坝基土质与坝体相近或更软弱时，滑裂面可能深入坝基从坝脚滑出。(2)直线或折线形滑裂面。当滑裂面通过由砂，沙砾石等材料构成的无黏性土坝坡时，在坝坡剖面上的投影是一直线或折线。当坝坡干燥或完全浸入水中时呈直线，部分浸水时为折线，斜墙坝上游失稳时，常沿斜墙与坝体交界面滑动。(3)复合断裂面。当坝坡由几种不同性质的土料组成或坝基存在软弱层时，滑裂面往往是由直线和曲线组成的复合型，在黏土为曲线，在黏性土内或软弱层上为直线。6.1.2计算工况(1)不利水位的上游坝坡这种不利水位大致在坝底以上1/3坝高处，上游为砂砾料，采用折线法进行稳定计算。(2)稳定渗流期的下游坝坡上游为正常蓄水位，下游为相应最低水位，形成稳定渗流时的下游坝坡，采用折线法进行稳定计算。(3)稳定渗流期加地震影响的上游坝坡。采用折线法进行稳定计算。6.1.3荷载组合对于前两种工况仅需计土自重，坝体浸润线以上的部分按湿容重计，浸润线以下与坝外水位之间的部分按饱和容重计，坝外水位以下部分按浮容重计。6.1.4计算断面取最大剖面进行计算。桩号0+245断面。6.1.5控制标准表6.1容许最小抗滑稳定安全系数运用条件工程级别ⅠⅡⅢⅣ正常运用非常运用正常运用加地震1.301.201.101.251.151.051.201.101.051.151.051.006.2不利水位下上游坝坡稳定分析6.2.1基本原理与计算方法属于部分浸水的无黏性土坝坡稳定分析。对于部分浸水的无黏性土坝坡，因水上水下土壤力学性能不同，滑裂面近似为一折面，折点高程大致在水位附近。（1）滑动土体在折点处还形成块间破裂面DE，破裂面的方位当坝基土料内摩擦角大于坝体土料内摩擦角时倾向上游；反之倾向下游。为分析方便取为铅直方向。（2）破裂面作用力P与该面法线的夹角等于土料的内磨擦角，为方便计算，假定P与上滑块底裂面平行。用折线法计算滑动土体的稳定安全系数时，采用“安全的极限平衡法”。所谓“极限平衡”是认为滑动面上的静摩擦力达到最小值。“安全”是指上述极限平衡是在一定安全储备条件下的。假定各滑动面上有相似的安全系数K。滑动面上土料的抗剪力除以K后作为计算抗剪力。设图中ADC为任一滑动面，折点在D点，块间破裂面DE将滑动土体分为两块，其重图6-1无粘性土坝坡稳定计算图量分别为W、W，两块间作用力为P，起方向平行与DC。两块土体底面土料内摩擦角分别为、。 图6-2无粘性土坝坡分块分析受力图由于块BCDE沿DC方向力的平衡可得,见图6-2（a）：P-Wsin+W=0(6-1)由于土块ADE沿AD方向力的平衡得，见图6-2（b）:(6-2)联立以上二式即可求得K。若，并令；(6-3)，，由以上二式可解得：(6-4)式中，；；。则安全系数在上述计算中,水位及、都是任意假定的。为求得最小安全系数,应假设不同的水位和、值。具体计算时,先假定若干个水位和、值具体计算时，先假定若干水位(至少3种个)，在每一水位下假定至少3个，对每个至少假定3个，分别计算出安全系数，其中最小者即为所求坝体稳定安全系数。6.2.2上游水位大约在坝底以上1/3坝高处的上游坝坡（1）假定上游水位为135m，按下式计算安全系数(6-5)计算简图见附图。已知：.为计算方便，上游坝坡m取平均，取单宽，重量W1、W2分别按下式计算：其中：已知:由于：带入数据计算得所以所以 将已知数据代入公式（6—5）有：经计算可得Kc=1.71.假定上游水位为135m、150m，180m及不同的；同理可得安全系数Kc，计算结果如表6.2所示：表6.2不利水位情况下上游坝坡稳定计算表水位（m）(KN)(KN)135113926180.5442892.031.8238279131.83729645.461.79123525325.6432015.651.713329136.641.723133293.721.71132930329.3823933.661.712833102.141.712735872.841.75150112933472.9494634.952.352834995.282.352736519.682.39123640619.0870448.571.823542714.11.833444809.121.82133047505.6652722.991.773150171.31.73253028.521.6618019263551.4417857.561.712537081.62243899.581.7420223565.8610223.521.73213792.461.74204035.541.7821271001.164098.561.55261157.721.56251314.281.58根据计算结果显示，可得出结论：在此种工况下，当时，取得Kmin=1.55>[K]=1.25，满足要求。6.3稳定渗流期的下游坝坡稳定分析上游为正常蓄水位，下游为相应最低水位或上游为设计洪水位，下游为相应最高水位形成稳定渗流时的下游坝坡。分析方法和部分浸水无粘性土坝坡稳定分析方法一样，采用折线法。计算简图见附图。计算方法同上，详细结果见表6.3所示表6.3稳定渗流情况下下游坝坡稳定计算表水位（m）(KN)(KN)120123523479.8813793.721.443426648.161.433329289.081.44133420282.7610728.561.413322923.681.423226619.321.41143126620.3210730.561.423226621.321.393326622.321.36150112926626.3210736.561.582826627.321.612726628.321.69123626629.3210739.561.293526630.321.323426631.321.35133026632.3210742.561.483126633.321.433226634.321.4180183026635.3210745.561.372926636.321.152826637.3213210748.561.522526639.321.252426640.321.61202226641.3210751.561.752126642.321.782026643.321.87根据计算结果显示，可得出结论：在此种工况下，当时，取得Kmin=1.15>[K]=1.15，满足要求。6.4正常运用加地震情况上游坝坡稳定分析此时考虑地震力的影响，本设计值考虑水平地震力的影响。沿土石坝高度作用于质点i的水平地震惯性力可按下式计算：（6-6）[]式中：——水平地震系数，本设计烈度为8度，取值为0.2；——综合影响系数，取1/4；——地震加速度分布系数，其值见图6-3；——集中在质点i的重量，KN。图6-3地震加速度分布系数（其中40m<H150m）（6-7）（6-8）表6.4稳定渗流加地震情况下上游坝坡稳定计算表水位（m）(KN)(KN)135113926180.5442892.031.338279131.323729645.461.36123525325.6432015.651.293329136.641.413133293.721.57132930329.3823933.661.712833102.141.852735872.841.97150112933472.9494634.951.42834995.281.432736519.681.45123640619.0870448.571.213542714.11.253444809.121.29133047505.6652722.991.493150171.31.473253028.521.45180183026635.3210745.561.952926636.322.032826637.322.07192626638.3210748.562.052526639.322.122426640.3223210751.562.22126642.322.222026643.322.26根据计算结果显示，可得出结论：在此种工况下，当时取得Kmin=1.21>[K]=1.05，满足要求。7.土石坝细部构造设计7.1坝顶的布置为防止防渗体干裂和雨水冲蚀，满足维修和防汛要求。坝顶应做成护面，护面作成柔性护面，以适应坝顶变形和及时发现坝体裂缝，护面多采用密实的黄泥灌浆碎石，其下设碎石垫层坝顶顶高程为：181.8m，为排除雨水，坝顶应作成两侧或一侧的横坡，坡度为2%—3%坡面末端设纵向排水沟，以汇集坝顶雨水，排水沟端面尺寸为0.4m×0.4m在坝顶上游做稳定坚固和不透水的防渗墙，且基础坚固地埋入坝内并于防渗体紧密结合，墙底与防渗体顶部接触渗径长度La,应满足(7-1)式中：防浪墙底面承受的水头m，算至波浪水面，本设计中H为1.1m。；防浪墙底与防渗体接触渗径长度，m；L=(7-2)b，s—为水平和垂直渗径莱因系数，见表7.1，取为2.5。则有：，满足要求。表7.1莱因经验系数Ka墙基土类中砂粗砂细砾砾石粗砾石大块、中块碎石和砾石混合软黏土中等硬度黏土硬黏土极硬黏土Ka6.05.04.03.53.02.53.02.01.81.6防浪墙用浆砌石，墙顶高出坝顶1.2米，高程为192.8米，墙厚为0.5米墙内应设伸缩缝，间距为15米，缝内设止水。坝顶下游设边石，采用浆砌石修筑，厚0.4米顶面高出路面约0.2米，边石内每隔60米设排水孔，以将坝顶排水沟的雨水经坝面排水沟排至下游。防止坝顶积水。其具体布置见图7.1。图7-1坝顶细部构造图单位：cm7.2护坡及坝面排水的布置7.2.1上游护坡的布置上游坝面设计干砌石护坡，厚度0.4m，下面设厚度0.3m的碎石垫层，护坡范围上至坝顶、下至坝脚，见细部构造附图7.2所示。图7-2上游护坡构造图单位:cm7.2.2下游护坡的布置下游护坡也采用干砌石护坡，厚度为0.3m，下面设厚度为0.3m的碎石垫层，护坡范围上至坝顶，下至排水体顶部，见图7.3。图7-3下游护坡构造图单位:cm7.2.3坝面排水为防止雨水冲刷，下游坝面常设置纵横连通的排水沟，沿坝体与岸坡的结合处，也设置排水沟以拦截山坡上的雨水。坝面上的纵向排水沟沿马道内侧布置，用浆砌石做成梯形或矩形断面。沿坝轴线方向每隔80m设一条横向排水沟，见图7.4。图7-4坝面排水布置图单位:cm7.3土石坝土料的选择土石坝是就地取材的建筑物。筑坝地点大都贮藏着几种土料，因此选择一种或几种土料作为筑坝材料，是设计土坝的一个重要组成部分。根据坝体各部位不同的工作条件，合理选择性能相近的土石料及布置组成，不同的部位对土石料的选择及布置有不同要求。7.3.1坝壳对土石料要求(1)填筑坝壳的土石料，应具有较好的透水性，以减少坝体内孔隙压力和渗透力(2)具有较高的抗剪强度，以减少坝体工程量。(3)具有一定的抗渗稳定性，不易发生管涌，土石料级配要求好，不均匀系数宜大些。(4)应具有较好的抗震稳定性，不易遇震发生液化。基于上述要求，坝壳材料采用石渣料。7.3.2防渗体对土石料的要求(1)应具有一定的不透水性，要求渗透系数K<cm/s。(2)应具有一定的可塑性，以适应坝身和坝基的变形而不致产生裂缝。(3)有机质含量<2％（按重量计）；水溶盐含量<3％基于以上要求，本设计防渗体采用沥青混凝土，混凝土标号为7.3.3排水设施和护坡的结构布置用于排水设施和护坡的石料，应具有较高的抗压强度、良好的抗水性、不易溶蚀，并具有抗冻融性和抗风化性。饱和抗压强度应不小于40或50，软化系数（饱和抗压强度与干抗压强度之比）不小于0.75或0.85，岩石孔隙率不大于3％，吸水率（按孔隙体积比计算）不大于0.8，容重应大于22，可采用块石、碎石和砾石。基于上述要求，排水设施采用棱体排水，护坡采用干砌石。7.3.4反滤层的结构布置反滤层应具备以下要求：(1)未经风化与溶蚀，而且坚硬，密实，耐风化以及不易被水溶解；(2)透水性很大，要求其渗透系数至少大于被保护渗透系数的80-100倍；(3)具有一定的抗剪强度；(4)没有塑性；(5)具有高度的抗水性和抗冻性，粗粒间应有较好的透水性，粒径d<0.1mm的颗粒含量应小于5%。基于以上要求，反滤料采用砂砾料。地基处理土石坝地基处理应力求做到技术上可靠，经济上合理。筑坝前要完全清除表层的腐殖土，以及可能发生集中渗流和滑动的表层土。8.1地基处理8.1.1坝基清理大坝基础至坝脚线外10米范围内的树林，树根，耕枯土，垃圾，工厂废料，地表孤石，梯田硬石及田边块石，河床底的淤泥，沙壤土等应清理，地质勘探的钻孔，试坑，平洞井。泵等均应回填。坝基清理后，应平整密实，无明显陡坎和台阶，坡度一般不陡于1:1.5，为避免土坝与岸坡的接触面产生裂缝现象，坝体岸坡应削成斜面或接触面，不应成台阶状，反坡或突然变坡。应对坝基进行平整，振动碾压或夯板夯实。8.1.2土石坝与岸坡的连接土石坝的岸坡应清理成缓慢的坡度，不应为阶梯状或反坡。对不宜消除的反坡用贴补混凝土修整，填补凹坑，当岸坡上缓下陡时，凹出部位的变坡角应小于。开挖坡度不宜太陡，岩石岸坡不陡于1：0.5或1：0.75;土岸坡不陡于1：1.5；砂砾坝壳部位的岸坡以维持岸坡自身稳定为原则。为延长渗径，黏土斜墙在岸坡结合处应适当加宽。8.2土石坝的防渗处理渗流控制的原则是“上游堵，下游排”。学习过的坝基防渗措施有截水槽，板铺盖，混凝土防渗墙，帷幕灌浆化学材料灌浆等，由于本坝址基岩为闪云斜长花冈岩，属怪硬岩石类。故本设计采用防渗墙与帷幕灌浆相结合。8.3裂缝处理土石坝裂缝按其产生的原因分为干缩和冻融裂缝、变形裂缝、滑动裂缝和水力剪裂缝。(1)干缩和冻融裂缝干缩裂缝是由于土体表面失水发生收缩，而土体内部不收缩或收缩很小使表层土受到约束，产生拉应力而形成裂缝。冻融裂缝是由于土体冻结后气温骤降，表层冻土收缩时受到内部未降温土的约束，因而发生在表层。此裂缝深度不大，但要注意不让雨水进入其中，以免发生冲蚀使裂缝扩展，在寒冷地区，土石坝表层有足够厚度的非粘性土保护层，可防止冻裂。(2)变形裂缝由于坝体不均匀沉降引起的，这种裂缝一般规模较大，深入坝体内部，是破坏坝体完整性的主要裂缝。而引起坝体不均匀沉降的因素很多，有坝址、地形、筑坝材料等的性质。坝基均匀变形，坝体内部有无建筑物和施工质量等对这种变形应对其坝址做一定处理，对填筑材料的含水量应控制在塑性附近，故这时土料压塑性小，抗拉强度大，在施工过程中停歇时，应在坝体表面、无粘性土或松土保护，防止发生干缩和冻融裂缝，这种裂缝如果不处理虽是表面的，但竣工后会2加速变形，有可能发生裂缝部位加原反滤层或外加反滤层防止漏水。(3)滑坡裂缝由于滑移土体发生位移而出现的裂缝。此裂缝与发生在滑坡顶部。此裂缝是滑坡的前兆，一旦发生将迅速延伸扩展，应密切注意和及时处理。(4)水力劈裂缝由于水压力引起的水平或垂直裂缝。裂缝处理：1）当裂缝位于内部或延伸至深处时，可采取灌浆处理2）对于深度小于5m的裂缝，一般可采用人力挖除回填，深度大于5m的裂缝可用简单机械开挖回填。谢辞怀着无限的憧憬，走进了向往已久的大学生活，时光流逝，转眼到了大四。在这四年时间里，除了学习基础课程和专业课程以外，还注重了时间的学习，而毕业设计（论文）正是理论知识和实践相结合的具体表现。它对我们今后的工作和学习有着十分重要的影响和作用。而这次的毕业设计是最好的说明。在将近三个月的时间的努力下，我较圆满的完成了本次毕业设计的任务，由于是初次接触，再加上时间比较紧，又没有任何的实践经验，所以只能凭借自己所学的理论知识和老师点点滴滴的指导来完成这份设计，其中存在的疏漏和错误之处在所难免，敬请各位老师和同学不吝赐教，指正。最后我要特别衷心感谢马文英老师，毕业设计小组其他同学。在他们的细心指导和帮助下，我才能按时的完成如此艰巨的毕业设计。他们的严谨的治学态度，一丝不苟的而工作作风让我敬佩，感动，为了帮助我们做好每个工