本毕业设计为木戛利水库的首部枢纽布置和部分详细设计-毕业设计说明书计算书

第1章设计的基本资料1.1概况本设计对象为西南某山区水库，水库控制径流面积31.7km2，总库容：1237.9万m3，兴利库容：878.9万m3。主要开发目标为：灌溉、供水及防洪，对该地区的生产环境和经济发展有很大的促进作用。1.2基本资料1.2.1地震烈度工程设计烈度为七度。1.2.2水文气象条件水库主要水文数据表水库特征水位，见表1.1。水位、库容特征值表表1.1项目库水位(m)相应库容(万m3)最大下泄流量(m3/s)校核洪水(p=0.1%)2162.491237.9108.3设计洪水(p=2%)2160.9071.5拦洪渡汛水位(p=5%)2131.25186.037.2防洪限制水位2158.98正常水位2158.981037.63死水位2129.68158.73枯期洪水(p=10%)2122.072.995.26（2）气象条件①工程所在地属亚热带和温带，为半温，半干燥气候过度带，主要气候特征：干湿分明。5－10月份降水量占年降水量的80％，多年平均降水量903.8mm，多年平均蒸发量2123.2mm，多年平均气温16.3℃，实测最高35.6℃,最低-6.0℃。②风速与吹程多年平均最大风速20m/s（库面10m高），风向垂直坝轴线，吹程1.5km。1.2.3坝址地形、地质与河床覆盖条件（1）地形地貌坝址基本对称的“U”型谷，左岸地形坡度为35°左右的陡坡，地表残坡积层覆盖；河床宽约146m，为冲洪积覆盖，右岸地形坡度为38°左右的陡岸，地表为残坡积覆盖，其下伏峨嵋山组玄武岩。（2）地质岩性①大坝工程地质条件左岸主要分布二叠统峨嵋山玄武岩，其岩性为：上部为强风化玄武岩，厚度为20.4～35m，下部为弱风化玄武岩。右岸：岩性与左岸相同，残坡积层厚3m，强风化层厚43m，下部为弱风化，该岸19～36m为断层。河床由上而下分布有：①粉质粘土、粉土，含少量砾石，厚度0.9～1.3m，分布河床表层，为高液限粉土砾；②由玄武岩和少量石英砂岩砾石组成的砂砾石层，厚度11.7～15.0m；③含砾石粉质粘土、粉质土砾，厚度1.4～2.8m。不存在砂土液化问题。④强风化玄武岩。②溢洪道工程地质条件溢洪道位于枢纽区右岸，地表主要为残坡积层及全风化玄武岩覆盖。地基持力层为强风化玄武岩，裂隙发育，下部为弱风化玄武岩，溢洪道边坡为岩土混合边坡。建议开挖坡比为：1：0.75～1：1。1.2.4建筑材料概况（1）土料（防渗料）：在水库区均有土料分布，各指标能满足防渗土料质量要求。物理、力学指标见表1.3。粘土料物理、力学性指标表1.3土料试验成果评价及参数建议值（2）风化石渣料石渣料场均为玄武岩，质地坚硬，厚度大且稳定，分布面十分广泛，无用盖层薄，不夹无用层，受地下水影响小，易开采。石渣料的不均匀系数C＝70，曲率系数C＝2.96，属良好级配的砾。小于5mm的细粒含量为12.7%。符合细粒含量小于20％的技术要求，平均最大干密度为2.03g/cm3，平均孔隙率为29.3％，符合孔隙率小于30％的质量要求，比重为2.87。平均渗透系数7.58×10-2cm/s,符合碾压后大于1×10-3cm/s的技术要求。浸水饱和后进行直剪试验，测得内摩擦角φ=50°57′，内聚力C=50.75KPa，符合坝壳料φ大于30度的质量要求。其储量与质量可满足设计要求。石碴料物理力学指标见表4石碴料物理力学指标表表4野外编号碴1碴2碴3三组算术平均比重2.872.872.872.87击实试验层数×击数2×702×702×702×70总功能(kgf-cm/cm2)863kJ/m3最大干密度(g/cm3)2.062.002.022.03最优含水量(g/cm3)3.02.942.772.90孔隙比e0.3930.4350.4210.416相对密度实验最小干密度γmin(g/cm3)1.711.691.701.70最大干密度γmax(g/cm3)02.20最大孔隙比εmax0.6780.6980.6880.688最小孔隙比εmin0.3110.3110.3000.307直接快剪φ51°25′50°33′50°54′50°57′C（kPa）40.2756.7555.2250.75渗透系数K（cm/s）6.08×10-28.41×10-28.26×10-27.58×10-2（3）堆石料、砂料有现成采石场，岩性为二叠系下统阳新组灰岩，岩石质地坚硬，质纯，厚度稳定，储量满足设计用量要求，工程区及附近无天然砂料，采用石料场石料轧制人工砂。1.2.5其他资料1、1：500库区地形图一张；2、1：500溢洪道纵剖面图一张；第2章工程等级及建筑物级别由于该工程正常蓄水位高程2158.98m，总库容约为0.13亿m3，工程等级由库容控制，根据《水利水电枢纽工程等级划分设计标准》SDJ12-1978（山区，丘陵区部分）之中作出的规定，该工程等级属于Ⅲ等，主要建筑物为3级,次要建筑物为4级。

第3章坝型选择及枢纽布置3.1坝址选择及坝型选择3.1.1坝址选择坝址基本对称的“U”型谷，左岸地形坡度为35°左右的陡坡，地表残坡积层覆盖；河床宽约146m，为冲洪积覆盖，右岸地形坡度为38°左右的陡岸，地表为残坡积覆盖，其下伏峨嵋山组玄武岩。3.1.2坝型选择综合考虑地形地质条件，筑坝材料，施工条件，综合效益等因素，最终选择土石坝方案。3.2枢纽组成建筑物确定1.挡水建筑物：土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，由于坝址附近有大量天然的防渗土料、石渣料、筑坝料和开挖料，因此造价相对较低，所以采用土石坝方案。2.泄水建筑物：土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，采用正槽式溢洪道泄洪，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。3.3枢纽总体布置挡水建筑物——土石坝按直线布置在地形图上所给的坝轴线处（即河道相对较窄处），泄水建筑物——溢洪道布置在大坝右岸。综合考虑各方面因素，枢纽布置见枢纽总平面布置图。

第4章大坝设计4.1土石坝坝型选择斜墙坝:斜墙坝土质防渗体设在上游或接近上游面，该坝型斜墙与坝体施工干扰小，但其抗震性和适应不均匀沉降的性能不如心墙坝。由于该工程所在地区的地震烈度为7度，故不宜采用斜墙坝。心墙坝:工程量较小，且有利于就地取材，能较好地适应不均匀变形，稳定性，抗震性好,坝壳对心墙的拱效应作用减弱。出于对当地材料大充分利用，可以用粘土作为防渗体材料。综合以上分析，最终选择粘土心墙坝。4.2坝的断面设计大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体及排水设施等。4.2.1坝顶高程确定因土石坝不允许漫顶溢流,要求坝顶距上游静水位必需有一定的超高,超高值由下式确定:Y=R+e+A式中:R—最大波浪在坝坡上的爬高；e—最大风壅水面高度；k—综合摩住阻系数,k=3.6×10-6；H—坝前水深；β—风向与坝轴线的夹角，因e很小，风向难定，为安全与方便起见，取β=0；V、D—计算风速（在正常运用条件下，3级坝设计风速取多年平均年最大风速的1.5倍；在非常运用条件下，取多年平均年最大风速）和吹程；A—安全加高，(对于本设计:查规范《碾压土石坝规范》表5.3.1得:正常运行取A=0.70；非常运行取A=0.40)。（一）：计算超高YY=R+e+A1：计算波浪爬高R波浪爬高按下式计算：式中：Rm—平均波浪在坝坡上的爬高；m—单坡的坡度系数，初步拟定为1.9；—斜坡的糙率渗透性系数,根据枢纽的基本情况,确定水库采用砌石护面,查《碾压土石坝规范》表A.1.12-1得与坝坡粗糙率有关的系数=0.75~0.8,采用0.8；Kw—经验系数，查规范《碾压土石坝规范》表A.1.12-2得kw=1.00；hm,Lm—分别为平均波高和波长（m）。对于丘陵水库，当风速v<26.5m/s,吹程D<7500m时，波浪波高和平均波长可采用鹤地水库公式：由以上公式算得非常运用条件下：h2%=1.40m,Lm=9.55m；正常运用条件下：h2%=2.57m,Lm=14.32m。由《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001知，设计波浪爬高值应根据工程等别确定，1、2、3级坝采用累积频率为1％的爬高值R1％。经计算，①非常运用情况下：R1%=2.03m；②正常运用情况下：R1%=3.37m。2.计算坝前水位壅高e各水位下正常与非常运用时的水位壅高值e运用情况校核水位设计水位正常水位正常运用0.00450.00470.0049非常运用0.00200.00210.00223.安全加高A查规范《碾压土石坝规范》表5.3.1得:正常运行取A=0.70m；非常运行取A=0.40m。坝顶高程计算结果表如下：运用情况静水位HReAy坝顶高程=H+y设计洪水位+正常运用超高y2160.902.030.00470.72.73472163.63正常洪水位+正常运用超高y2158.982.030.00490.72.73492161.71校核洪水位+非常运用超高y2162.493.370.00200.43.77202166.26正常洪水位+非常运用超高y2158.983.370.00220.43.77222162.75根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001，坝顶高程应取以上四种运用情况中的最大值，即坝顶高程为2166.26m。设计的坝顶高程是指大坝沉降稳定后的坝顶高程，因此竣工时的坝顶高程应预留足够的沉降量，一般施工良好的土石坝，坝体沉降量约为坝高的0.2%~0.4%，为防止坝顶低于设计高程应预留适当的沉降量，按坝高的0.4%预留,则坝顶高程为2166.49m，防浪墙高1.2m，则碾压坝顶高程为2165.29m，坝高57.36m。4.2.2坝顶宽度确定坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件，同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。当无特殊要求时，中低坝可选用5～10m。坝顶宽度必须满足考虑心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要。初步拟定坝顶宽度为8m。4.2.3坝坡及马道确定土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。一般是参考以建成类似工程的经验拟定坝坡，再通过计算分析，逐步修改确定。在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。根据规范规定与实际结合，上游坡率取1.9，下游自上而下分别取1.7,1.8,1.9，下游自下而上每20m变坡一次。在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.5～2ｍ宽的马道（戗道）以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，考虑这些因素其宽度取为1.5ｍ，并设0.5m的横向排水沟。（注：下图尺寸为米）4.2.4防渗体尺寸确定坝体防渗体。防渗体的尺寸以满足构造、施工及防止开裂等要求为原则，同时也要满足稳定要求。坝的防渗体为粘土心墙，其最小厚度（底部）由粘土的允许渗透坡降确定。根据经验，本设计粘土允许坡降取[J]=4，承受的最大水头54.56m，心墙底部厚须大于54.56/4=13.64m。参考以往工程心墙顶宽取4m（满足大于3m机械化施工要求），上下游坡率为0.25，底宽32.3m大于13.64m。心墙顶高程以设计水位加0.6m超高并高于校核洪水为原则，最后取2164.29m，上留有1m的保护层。坝基防渗体。心墙底部采用粘土截水槽和帷幕灌浆进行坝基防渗。根据规范，灌浆帷幕的设计标准应按灌后基岩的透水率控制，3级及其以下的坝，透水率宜为5～10Lu，且帷幕的底部深入相对不透水层宜不小于5m。根据渗透及地质剖面图，将心墙底部的冲洪基层全部挖掉，截水槽顶宽与心墙底宽相同，取32.3m，底宽取4m，截水槽底部高程2093.78m，槽中回填粘土料，槽深14.15m，两侧边坡1:1，截水槽底部设0.3m的混凝土铺盖，并在铺盖上设一排灌浆孔，孔距为2m。帷幕灌浆灌至相对不透水层以下5m，即渗透剖面图上q=4.4Lu向下5m，即灌浆底部高程为2084.49m。防渗体的尺寸图如下：（下图尺寸为米）4.2.5排水设备的形式及其基本尺寸的确定根据工程实际,坝址处石料丰富,可采用溢洪道开挖的石料，故采用堆石体棱体排水设备。根据《水工建筑物》堆石体顶面应高出下游最高水位2109.7m并且三级坝不得小于1.0m.故取高程为2110.7m,顶宽不小于1.0m取2m。其内坡根据施工条件取1:1.5外坡取1:2见图。由外向内分别铺设粗砂0.2m，卵石0.3m，最后用石料堆砌。具体构造见图。4.3土料设计筑坝材料的设计与土坝的结构设计、施工方法及工程造价有关，一般力求坝体内的材料分区简单，就地就近取材，因材设计。土料设计的主要目的是确定粘土的填筑干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标，同时要使材料具有较高的强度，以减小坝体断面尺寸，防渗体较小的渗透性，以保证渗透稳定。4.3.1粘性土料设计（1）计算公式：选用室内标准击实实验，进行土料的击实试验，根据击实次数，得出该组平均最大干容重和平均最有含水量：设计干容重为：式中：——设计干容重（g/cm3）；——在室内标准击实实验下的平均最大干容重；m——施工条件系数（压实系数），对于1、2级高坝，m值采用0.96~0.99之间，3、4级坝可采用0.93~0.96，本设计取m=0.96。粘性土的填筑含水量W为：W=Wp+IlIp式中：Wp——土的塑限含水量；Il——液性系数，取0.07~0.1，本次设计取0.1；Ip——土的塑性指数；设计最优含水量：（样最优含水量接近其塑限含水量）用下述公式计算最大干容重作为校核参考：式中：G——土粒比重；W——填筑含水量；Va——压实土的含气量，粘土取0.05。运用下式校核：为土场的干容重(对于1、2级坝，还应进行碾压试验进行复核，据以确定碾压参数)（2）计算成果汇总表比重G最大干容重γmax(kN/m3)最优含水量W0(%)设计干容重γd(kN/m3)塑性指数IP填筑含水量W(%)饱和容重rsat(kN/m3)浮容重rb(kN/m3)湿容重γw(kN/m3)内摩擦角φ粘聚力C(kpa)渗透系数K(10-6cm/s)2.712.740.912.219.840.918.38.317.917.3520.90.8254.3.2石渣坝壳料设计（按非粘性土料设计）（1）计算公式填筑指标以相对密度表示：设计相对密度要求不低于0.7~0.75，地震区为防震动液化，浸润线以下部分土体设计相对密度不低于0.75~0.85。计算成果汇总表比重G设计孔隙比e孔隙率（%）设计干容重γd(kN/m3)填筑含水量W(%)饱和容重rsat(kN/m3)浮容重rb(kN/m3)湿容重γw(kN/m3)内摩擦角φ粘聚力C(kpa)渗透系数K(10-6cm/s)2.870.41429.321.122.927.3117.3121.7350.9550.754.4土石坝的渗透计算土石坝的渗流计算主要是确定坝体浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据，同时确定坝体与坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失，而且还要确定坝体和坝基渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便取适合的控制措施。4.4.1计算方法及公式选用水力学解土石坝渗流问题根据心墙土坝在有限透水地基上，心墙筑至不透水层，无排水设备情况计算渗流量。不考虑心墙上游坝体部分对渗流的影响时，其渗流计算可通过下式求出单宽渗流量，心墙下游坡渗流水深和渗流出逸高度：浸润线方程为式中：K1、K2、K3——坝壳、心墙和坝基的渗流系数，K1=7.58×cm/s，K2=8.25×cm/s，K3=1.0×cm/s；T——透水地层深度，23.44m；H1——上游水深,m；h——逸出水深,m；δ——防渗体有效厚度，m；L——渗流区长度，m；m2——上游坡率，m=1.9；a0——下游溢出点高度，m。4.4.2计算断面及计算情况的选择对河床中间断面I—I及由I—I断面向西100m的II—II断面，向东77.9m的III—III断面进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水及设计洪水时进行。4.4.3计算结果总渗流量公式为：计算情况计算项目正常蓄水位设计洪水位上游水深H（m）Ⅰ~Ⅰ51.0552.97Ⅱ~Ⅱ27.11529.035Ⅲ~Ⅲ26.7528.67下游水深T1（m）Ⅰ~Ⅰ00Ⅱ~Ⅱ00Ⅲ~Ⅲ00逸出水深h（m）Ⅰ~Ⅰ1.721.77Ⅱ~Ⅱ1.081.15Ⅲ~Ⅲ1.131.19渗流量q(m3/s.m)Ⅰ~Ⅰ1.1×1.16×Ⅱ~Ⅱ7.67×8.4×Ⅲ~Ⅲ8.3×9.1×总渗流量Q(m3/d)163.04175占总库容的比例0.013‰0.014‰4.4.4渗透稳定计算渗透坡降计算公式：式中：Δh——心墙后浸润线水面降落差；Δl——渗径。计算成果见下表：列表汇总结果断面Ⅰ~ⅠⅡ~ⅡⅢ~Ⅲ计算情况正常设计正常设计正常设计坡降J0.480.500.450.480.440.48填筑土料的安全坡降，根据实践经验一般为5~10，故而认为渗透坡降满足要求，加上粘土斜心墙有反滤层，故而认为不会发生渗透破坏。4.5稳定分析计算4.5.1计算方法与原理土石坝发生稳定破坏时，将带来严重后果，甚至垮坝，土石坝稳定分析的目的就是核算土石坝在自重等各种情况下的孔隙压力和外荷载作用下，坝坡是否稳定、经济，对心墙坝来说，滑动面往往接近圆弧，滑裂曲面线在坝顶接近于垂直，在岩基上接近于坝坡底部处渐趋于水平；因此，心墙坝的滑裂面初定为圆弧面，所以选择瑞典圆弧法进行稳定分析。先假定一系列圆心位置及半径不同的圆柱面。作为可能的滑裂面,对每一滑裂面计算坍塌滑体,即各种力对圆心取力矩,并分别归为抗滑力矩Mr和滑动力矩MS,两者的比值即该滑裂面的安全系数K=Mr/MS。一系列圆心位置作出许多可能滑裂面将得出许多相应的K值。从中求出一个最小值Kmin,若Kmin满足要求，则坝体稳定，反之，修改坝坡重新计算，直到满足要求为止。4.5.2计算公式采用不计条块间作用力的圆弧滑动法（瑞典圆弧法）进行计算，计算公式如下：式中：i——土条号；——i号土条重力,KN；——粘聚力，kPa；——土条弧长，m；φ——内摩擦角，º。附土石坝稳定分析图如下，具体计算见计算书：4.5.3稳定成果分析由计算成果可知：在正常工作条件下，该坝在Bı点处的最小稳定安全系数为2.846，大于规范规定的1.3，要想找到正常工作条件下的最小安全系数，至少需要13个滑弧才可确定。（由于时间关系，只算了7个滑弧。）4.6地基处理土石坝的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。4.6.1坝基清理岸坡处的树根，耕植土，河床底的淤泥应清理。坝基清理后，应平整密实，无陡坎和台阶，坡度一般不陡于1:1.5，为避免土坝于岸坡的接触面产生裂缝现象，坝体岸坡不应成台阶状，反坡或突然变坡。应对坝基进行平整，轻型振动碾压或夯板夯实。4.6.2土石坝的防渗处理由于本坝址基岩为玄武岩，属于坚硬岩石，故本设计采用截水槽和帷幕灌浆相结合，截水槽的具体尺寸见上文防渗尺寸中的坝基防渗。4.6.3土石坝与坝基的连接由于坝体是建在基岩上的，所以本坝在截水槽底部做混凝土盖板与坝基连接，不至把心墙压裂。4.6.4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。开挖坡度不宜太陡，岩石岸坡不陡于1:0.5--1：0.75。4.7土坝的细部结构4.7.1坝的防渗体、排水设备（1）坝体防渗坝体防渗体根据地质和该枢纽所在地的材料储备情况采用粘土心墙，心墙顶部高程为2164.29m，高出设计洪水位1.8m，顶部保护层厚度为1m。心墙顶宽为4m，自顶向下逐渐加厚，边坡上、下游都取1:0.25，计算点最大的作用水头54.56m，根据经验取允许渗透坡降[J]=4,底部厚度为32.3>，满足厚度要求。（2）坝基防渗坝基防渗采用粘土截水槽，上部厚与心墙底等厚，下部厚度取4m，截水槽开挖坡度为1:1，两侧有0.2m的粗砂过滤层。（3）排水设备的形式及其基本尺寸的确定根据工程实际，坝址处石料丰富，可采用溢洪道开挖的石料，故采用堆石体棱体排水设备。根据《水工建筑物》堆石体顶面应高出下游最高水位2109.7m并且三级坝不得小于1.0m，故取高程为2110.7m，顶宽不小于1.0m取2m。其内坡根据施工条件取1:1.5，外坡取1:2。由外向内分别铺设粗砂0.2m，卵石0.3m，最后用石料堆砌。具体构造见图。4.7.2反滤层设计（1）反滤层的作用是滤土排水，防止在渗流逸出处遭受管涌、流土等渗流变形的破坏以及不同土层界面处的接触冲刷。对下游侧具有承压水的土层，可以起压重作用。在土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间，以及渗流逸出处或进入排水处，都必须设置反滤层。在坝壳内各土层之间，坝壳与透水坝基的接触部位均应尽量满足反滤原则。反滤层可分为渗流自上而下和自下而上两种型式，本设计主要考虑自下而上的II型。非粘性土反滤料层采用碎石（带棱角的颗粒）,坝体排水部位的反滤料设计为两层不同的砂砾石铺填而成，层面与渗流方向垂直，沿渗流方向的渗透性逐渐增大设计如下：根据碾压土石坝设计规范，人工施工时倾斜反滤层的最小厚度可采用0.50m。根据《碾压土石坝设计规范》附录B有关反滤层计算的规定，被保护土为粘性土，第一层反滤料按下试计算：D15/d85≤4～5D15/d15≥5式中：D15反滤料粒径，按重量计小于此料占15%的粒径；d15,d85被保护土粒径，即被保护层土料，按重量计小于该粒径各占15%和85%的粒径。同理第二层反滤层土料的设计以第一层反滤料土料为被保护对象。D50/d50≤5～10（2）反滤层设两层，反滤层设计结果如下：（由于没有颗粒级配曲线，所以就参照以往工程的反滤层进行了设计）第一层=2.0mm天然砂，厚20cm第二层=20mm卵石料，厚30cm4.7.3护坡设计（1）上游护坡上游护坡坡面，从就地取材及材料经济考虑，设干砌石护坡，厚0.92m，下面铺厚0.2m碎石垫层，护坡范围上至坝顶,下至死水位以下2.5m。（2）下游护坡下游护坡坡面采用草皮护坡，护坡范围上至坝顶，下至排水棱体。下游坡面上设有排水沟，以汇集坡面流水，避雨水漫流坝面造成坝坡冲刷。据《水工建筑物》可知：垂直坝轴线方向每隔100m设置纵向排水沟连接横向排水沟，岸坡排水设置成矩形，排水沟为0.5×0.4m。护坡类型确定上游可采用干砌石护坡、浆砌石护坡和混凝土护坡，考虑到经济和实际情况，选用干砌石护坡，经济且方便施工；下游护坡可考虑采用干砌石护坡或草皮护坡等型式，从经济和美观上考虑，下游坡面选择草皮护坡，从坝顶到棱体处。护坡石块尺寸确定根据《碾压土石坝设计规范》，砌石护坡在最大局部波浪压力作用下所需的换算球形直径和厚度可按下式确定：当时，当时，式中：D——石块的换算球形直径，m；Q——石块的质量，t；Kt——随坡率变化的系数，已知大坝上游坝坡坡比为1：1.9，查表得Kt=1.2；——块石密度，取2.2t/；—水的密度，取1.0t/；——累积频率为5％的波高，计算得hp=2.24m(按正常运用情况计算)；m——坡度系数，值为1.9；t——护坡厚度，m。计算得：D=0.66mm，干砌石护坡计算厚度，t=0.92m。4.7.4坝顶布置坝顶上面用泥结石铺设路面，厚0.3m。坝顶要向下游倾斜3%的坡度，以利于坝顶排水，上游设高1.2m，厚0.3m的防浪墙,下游设宽0.3m，深0.2m的纵向排水沟。

第5章溢洪道设计5.1溢洪道路线选择和平面位置的确定根据本工程地形地质条件，利用枢纽右岸的天然垭口，采用正槽式溢洪道，进水渠末端设置圆形渐变段，泄槽不设收缩、弯曲段和扩散段，布置在地形图上的溢洪道轴线处。5.2溢洪道基本数据由于没有做调洪演算，初步拟定溢洪道水力计算成果见下表：计算情况上游水位（m）下泄最大流量（m）相应的下游水位（m）校核2162.49108.32109.75.3工程布置5.3.1引渠段由于地形、地质条件限制，溢流堰往往不能紧靠库区，需在溢流堰前开挖进水渠，将库水平顺地引向溢流堰。流速应大于悬移质不淤流速，小于渠道的不冲流速，设计流速宜采用3～5m/s，本设计采用设计流速v为3m/s。进水渠的横断面在岩基上接近矩形，边坡根据岩层条件确定，新鲜岩石一般为1:0.1～1:0.3，风化岩石为1:0.5～1:1.0，本设计采用边坡坡率m为1:0.5。从地形图可知进水渠水深3.98m。根据计算公式：可以初步拟定进水渠断面尺寸，具体计算结果见下表：计算情况上游水位（m）下泄最大流量Q（m）水深H（m）边坡坡率m底宽B（m）校核2162.49108.33.980.59.07由计算可以拟定进水渠底宽B为13.5m（安全设计）。在进水渠与控制段之间设渐变段，采用圆弧连接；进水渠前段采用梯形断面，边坡采用1:0.5，进水渠总长L=71.1m。5.3.2控制段开敞式WES型实用堰的泄流能力按以下公式计算：式中：Q--流量，；B--溢流堰总净宽，m；--计入行进流速水头的堰上总水头,m；c--上游堰坡影响系数，（当上游堰面为铅直时，c=1.0）；ε--闸墩侧收缩系数；--淹没系数，=1。（1）堰顶高程和堰宽的设计校核情况下：Q=108.3采用WES剖面，并假定，m=0.486，上游堰面铅直，则c=1.0。假定堰宽5m，侧收缩系数ε取0.86。经试算，堰顶高程取2157m。堰上最大水头，定型设计水头，取。堰高，取Pı=1.7m，则上游堰底高程为2157-1.7=2155.3m，下游堰高取7.7m,下游堰底高程为2157-7.7=2149.3m。，，均符合要求。（2）实用堰剖面设计堰顶O点上游三圆弧的半径及其水平坐标值为：,；，，O点下游的曲线方程为：即实用堰剖面如下：（3）剖面衔接计算①直线段和堰面曲线切点、的确定对求导得，，直线段坡率取1:0.8，则=5.99，=4.05。②反弧段半径的确定反弧半径按（3～6）h确定，h为校核洪水位闸门全开时反弧最低点的水深，初步计算可近似用堰下收缩断面的水深（控制水深）。堰下收缩断面的水深计算公式：式中：q--起始计算断面单宽流量，；--起始计算断面渠底以上总水头，m；Θ--泄槽底坡坡角；Φ--起始计算断面流速系数，取0.95。经试算，=1.5m，则R=（3～6）h=4.5m～9m,取7m。③圆心坐标及圆弧与直线交点D的坐标圆心坐标：，；圆弧与直线交点D的坐标：，。闸门设计①闸门和启闭机本溢流堰工作闸门采用弧形闸门，其半径取6m，检修闸门采用直升式平面钢闸门，宽5m，高4m。选用活动式启闭机。设检修闸门一扇，工作闸门一扇，两道闸门之间最小净距为1m，不设事故闸门。②工作桥本设计闸门采用活动式启闭机，轨距为3m。门机高度为8m，以便将闸门自由吊出门槽。溢流堰两侧设边墩，边墩厚1m，槽深0.3m，槽宽0.5m,边墩从堰顶延伸到堰底，边墩高度由溢流水深决定，并应考虑溢流面上有水流冲击波和掺气所引起的水深增加值。5.3.3泄槽正槽式溢洪道在溢流堰后多用泄水陡槽与出口消能段相连接，以便将过堰洪水安全得泄向下游河道。泄槽一般位于挖方地段，设计时要根据地形、地质、水流条件及经济等因素合理确定其形式和尺寸。（1）泄槽的平面布置及纵、横剖面泄槽在平面上宜尽可能采用直线、等宽布置，不设置收缩段、扩散段和弯曲段，这样使水流平顺、结构简单、施工方便。泄槽纵剖面设计主要决定纵坡。泄槽纵坡必须保证泄流时，溢流堰下为自由流和槽中不发生水跃，使水流始终处于急流状态。因此泄槽纵坡必须大于临界坡度，由地形地质平面图上可知，为适应地形，本工程的泄槽至少要设置两段，泄槽一段的高差为35.84m，水平距离为80.75m，长88.2m，坡降i=35.84/80.75=0.44；泄槽二段的高差为7.82m，水平距离为91.96m，长92.3m，坡降i=7.82/91.96=0.085。因泄槽断面按明渠均匀流设计（）,所以纵坡i须大于临界坡度，须对泄槽的初定纵坡进行验算。对于矩形断面泄槽临界坡度计算公式临界水深和谢才系数按下式计算式中：q--泄槽的单宽流量，；α--动能修正系数，可近似取1；g--重力加速度，；--相应临界水深的水力半径，m；n--糙率，喷混凝土护面，所以取0.02。将已知数据代入公式计算因此应地势而建的纵坡，的泄槽符合要求。（2）泄槽的水力计算泄槽水面线应根据能量方程，用分段求和法计算，计算公式如下：式中：--分段长度，m；、--分段始末断面水深，m；、--分段始末断面平均流速，；、--流速分布不均匀系数，取1.05；Θ--泄槽底坡角度；--泄槽底坡，；--分段内平均摩阻坡降；--泄槽槽身糙率系数，0.02；--分段平均流速，，；--分段平均水力半径，，m。堰下收缩断面处起始计算水深起始断面流速公式水力半径式中：--起始计算断面流速系数，取0.95；--起始计算断面单宽流量，；Θ--泄槽底坡坡角；--起始计算断面渠底以上总水头，m。试算法求的值：，，，，取几组值代入公式右边得到的结果与比较，若不相等，则继续取值代入公式进行计算，直到等式两边的值相等。经试算得泄槽水面线表如下所示：泄槽一段水面线h(m)v(m/s)平均v(m/s)R(m)平均R(m)αv²/2g（m）平均Ji-平均JΔL(m)ΣΔL1.5014.441.0511.160.000.001.3016.6615.550.951.0014.860.100.3410.2410.241.1019.6918.180.840.8920.750.150.2919.9530.191.0021.6620.680.780.8125.110.230.2120.0750.260.9522.8022.230.750.7627.820.280.1617.0767.320.9123.7823.290.720.7430.250.330.1121.2288.54泄槽二段水面线h(m)v(m/s)平均v(m/s)R(m)平均R(m)αv²/2g（m）平均Ji-平均JΔL(m)ΣΔL1.5114.341.0511.010.000.001.5014.4414.391.051.0511.160.080.0118.0618.061.4914.5414.491.051.0511.310.080.0123.0941.161.4814.6614.601.041.0411.500.080.0040.5081.65两段泄槽用反弧段连接反弧半径公式如下：式中：--佛汝徳数；--泄槽一段的段末流速，m/s；--泄槽一段的段末水深，m。计算得R=13.56m。根据表中数据，绘制水面线见下图：（3）掺气减蚀SL253-2000《溢洪道设计规范》规定：掺气水深可按下式计算式中：--不计波动和掺气的水深，m；--不计波动和掺气的计算断面平均流速，m/s；--修正系数，一般为1.0～1.4，本设计取1.2。边墙的超高一般为，取1。各段掺气后的水深及边墙高见下表。泄槽一段边墙高h(m)平均v(m/s)h平均ha边墙1.51.315.55076921.41.661252922.6612529231.118.17622371.21.461737622.461737622120.67545451.051.310510722.3105107270.9522.230.9751.2350912.2350910.91123.28803510.93051.19053422.1905342泄槽二段边墙高h(m)平均v(m/s)h平均ha边墙1.511.514.39218541.5051.764922862.7649228691.4914.48845631.4951.754922902.7549229071.477814.59691761.48391.74382439由于泄槽一段各分段边墙相差不大，故泄槽一段的边墙高均取2.67m，泄槽二段均取2.76m，边墙厚均为0.3m。（4）泄槽衬砌为保护槽底不受冲刷和岩石不受风化，防止高速水流钻入岩石缝隙，将岩石掀起，泄槽都需要进行衬砌。对泄槽衬砌的要求是：衬砌材料能抵抗水流冲刷；在各种荷载作用下能够保持稳定；表面光滑平整，不致引起不利的负压和空蚀；做好底板下排水，以减小作用在底板上的扬压力；做好接缝止水，隔绝高速水流侵入底板底面，避免因脉动压力引起的破坏等。本设计泄槽处于岩基上，下泄水流速度大，故采用混凝土衬砌，衬砌厚度为0.5m。为防止产生温度裂缝，设置横缝。横向分缝距离取为10m，缝下设纵、横向排水沟，并设有铜片止水装置，在排水沟顶面铺沥青麻片，以防止施工时水泥浆或运用时泥沙堵塞排水沟。5.3.4出口消能段（1）消能工的设计原则及形式溢洪道宣泄洪水，一般是单宽流量大、流速高、能量集中。若消能措施考虑不当，高速水流与下游河道的正常水流不能妥善衔接，下游河床和岸坡就会遭到冲刷。所以，消能措施的合理选择和设计，对工程具有重大的意义。根据《溢洪道设计规范》，溢洪道消能防冲建筑物的设计洪水标准：3级建筑物按30年一遇洪水设计。根据资料，由于下泄流量都较小，故按最大下泄流量设计，即按千年一遇的洪水设计。消能工消能是通过局部水力现象，把水流中的一部分动能转化成热能，随水流散逸。实现这种能量转换的途径有：水流内部的紊流、掺混、剪切和漩滚；水股的扩散及水股之间的碰撞；水流和固体边界的剧烈摩擦和撞击；水流与周围气体的摩擦与掺混。常用的消能工形式有：底流消能、挑流消能和消力戽消能等。本出口消能段采用挑流消能。挑流消能挑流消能是利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，将下泄的急流抛向空中，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。本挑流消能的鼻坎型式采用连续式挑流鼻坎。本鼻坎挑射角度取15°。鼻坎反弧半径R一般采用（6～12）h，h为鼻坎上水深，h=1.49m。本鼻坎反弧半径R取17.8m。鼻坎坎顶高程取2110.2m。水舌挑射距离估算公式为：式中：L--水舌挑距，m；g--重力加速度，取9.81m/s²；--坎顶水流速度，约为鼻坎处平均流速的1.1倍，取=14.54×1.1=16m/s；Θ--挑射角度，取15°；--坎顶平均水深h在铅直向投影，；--坎顶至河床面的高差，取2110.2-2106.7=3.5m；故水舌挑距冲刷坑计算公式为式中：T--自下游水面至坑底最大水垫深度，m；q--鼻坎末端断面单宽流量，取21.66；Z--上下游水位差，取2162.49-2109.7=52.79m；k--综合冲刷系数，取0.9。故冲刷坑深度为5.4衬砌及构造设计包括衬砌、排水、止水和分缝。本设计泄槽处于岩基上，下泄水流速度大，故采用混凝土衬砌，衬砌厚度为0.5m。为防止产生温度裂缝，设置横缝。横向分缝距离取10m，缝下设纵横向排水沟，并设有铜片止水装置，在排水沟顶面铺沥青麻片，以防止施工时水泥浆或运用时泥沙堵塞排水沟。5.5地基处理及防渗溢流堰堰顶处来自水重和底板的重量较大，泄槽段高速水流的冲击作用也较大，再加上溢流堰所处的地质条件在岩石破碎带，故需进行地基处理，根据实际情况调整，初步拟定采用局部水泥灌浆，泄槽至挑流鼻坎底部均采用钢筋进行锚固。

结论本设计在考虑了地形、地貌、地质条件后，拟定了坝轴线位置，进行大坝及溢洪道的首部枢纽布置。在坝线、坝型的比选时，虽没有进行详细的工程造价比较，但也有从技术、施工、部分经济比较，属于技术上可行，经济上合理的工程设计。设计包含了心墙土坝及溢洪道的布置，主要建筑物设计，坝顶排水，马道排水沟，棱体排水等排水系统的设计内容，有效控制渗流破坏，降低浸润线。另外还有护坡，防浪墙等一些细部设计。并且考虑了设计水位、正常蓄水位两种工况来计算浸润线。计算结果溢出点高程均在排水棱体之内，设计符合要求。稳定计算部分，虽然只计算了下游坝坡正常蓄水位的情况，且只计算了坝址一点的稳定系数，且从这一点可看出该坝的抗滑最小安全系数稍大于规范允许值，说明拟定的大坝结构尺寸属于超稳定，建议将坝坡略微减缓。溢洪道设计方面，计算了控制堰的堰面曲线，泄槽水面线，消力池相关水力计算，以保证设计合理。由于时间关系，结构计算只进行了溢流堰的设计，尚未进行稳定分析。计算过程中，试算部分运用EXCEL计算，结果相对精确。但其中的试算过程不能够体现。本设计依照规范要求，基本完成了一般设计的内容，但没对溢洪道的控制段和陡槽段部分进行稳定计算，尚有不足之处。

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潘家铮.建筑物得抗滑稳定和滑坡分析[M]北京：水利出版社，1980附录一：计算书一、坝顶高程确定因土石坝不允许漫顶溢流,要求坝顶距上游静水位必需有一定的超高,超高值由下式确定:Y=R+e+A式中:R—最大波浪在坝坡上的爬高；e—最大风壅水面高度；k—综合摩住阻系数,k=3.6×10-6；H—坝前水深；β—风向与坝轴线的夹角，因e很小，风向难定，为安全与方便起见，取β=0；V、D—计算风速（在正常运用条件下，3级坝设计风速取多年平均年最大风速的1.5倍；在非常运用条件下，取多年平均年最大风速）和吹程；A—安全加高；(对于本设计:查规范《碾压土石坝规范》表5.3.1得:正常运行取A=0.70;非常运行取A=0.40)1.1计算超高YY=R+e+A1.1.1计算波浪爬高R波浪爬高按下式计算：式中：Rm—平均波浪在坝坡上的爬高；m—单坡的坡度系数，初步拟定为1.9；—斜坡的糙率渗透性系数,根据枢纽的基本情况,确定水库采用砌石护面,查《碾压土石坝规范》表A.1.12-1得与坝坡粗糙率有关的系数=0.75~0.8,采用0.8；Kw—经验系数，查规范《碾压土石坝规范》表A.1.12-2得kw=1.00；hm,Lm—分别为平均波高和波长（m）。对于丘陵水库，当风速v<26.5m/s,吹程D<7500m时，波浪波高和平均波长可采用鹤地水库公式：由以上公式算得非常运用条件下：h2%=1.40m,Lm=9.55m；正常运用条件下：h2%=2.57m,Lm=14.32m。由《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001知，设计波浪爬高值应根据工程等别确定，1、2、3级坝采用累积频率为1％的爬高值R1％。根据规范《碾压土石坝规范》表A.1.8知累积频率为2%时，①非常运用情况下：h2%/hm=2.23,h2%=1.40m,所以hm=0.63m，；②正常运用情况下：h2%/hm=2.23,h2%=2.57m,所以hm=1.15，。再根据规范《碾压土石坝规范》表A.1.13知累积频率为1%时，①非常运用情况下：Rp/Rm=2.23,Rm=0.91m,所以R1%=2.03m；②正常运用情况下：Rp/Rm=2.23,Rm=1.51m,所以R1%=3.37m。1.1.2计算坝前水位壅高e各水位下正常与非常运用时的水位壅高值e运用情况校核水位设计水位正常水位正常运用0.00450.00470.0049非常运用0.00200.00210.00221.1.3安全加高A查规范《碾压土石坝规范》表5.3.1得:正常运行取A=0.70m；非常运行取A=0.40m。1.1.4坝顶高程计算结果表：运用情况静水位HReAy坝顶高程=H+y设计洪水位+正常运用超高y2160.902.030.00470.72.73472163.63正常洪水位+正常运用超高y2158.982.030.00490.72.73492161.71校核洪水位+非常运用超高y2162.493.370.00200.43.77202166.26正常洪水位+非常运用超高y2158.983.370.00220.43.77222162.75根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001，坝顶高程应取以上四种运用情况中的最大值，即坝顶高程为2166.26m。设计的坝顶高程是指大坝沉降稳定后的坝顶高程，因此竣工时的坝顶高程应预留足够的沉降量，一般施工良好的土石坝，坝体沉降量约为坝高的0.2%～0.4%，为防止坝顶低于设计高程应预留适当的沉降量，按坝高的0.4%预留,则施工坝顶高程为2166.26+（2166.26-2107.93-1.2）×0.4%=2166.49m，防浪墙高1.2m，则碾压坝顶高程为2165.29m，坝高57.36m。1.2土料设计筑坝材料的设计与土坝的结构设计、施工方法及工程造价有关，一般力求坝体内的材料分区简单，就地就近取材，因材设计。土料设计的主要目的是确定粘土的填筑干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标，同时要使材料具有较高的强度，以减小坝体断面尺寸，防渗体较小的渗透性，以保证渗透稳定。1.2.1粘性土料设计计算公式：选用室内标准击实实验，进行土料的击实试验，根据击实次数，得出该组平均最大干容重和平均最有含水量：设计干容重为：式中：——设计干容重（g/cm3）；——在室内击实实验下的平均最大干容重；m——施工条件系数（压实系数），对于1、2级高坝，m值采用0.96~0.99之间，3、4级坝可采用0.93~0.96，本设计取m=0.96。粘性土的填筑含水量W为：W=Wp+IlIp式中：Wp——土的塑限含水量；Il——液性系数，取0.07~0.1，本次设计取0.1；Ip——土的塑性指数；设计最优含水量：（样最优含水量接近其塑限含水量）用下述公式计算最大干容重作为校核参考：式中：G——土粒比重；W——填筑含水量；Va——压实土的含气量，粘土取0.05。运用下式校核：为土场的干容重(对于1、2级坝，还应进行碾压试验进行复核，据以确定碾压参数)计算过程最大干容重=KN/，设计干容重=m=0.96×12.7=12.2KN/,填筑含水量W==40.9%,湿容重=（1+W）=12.2×（1+40.9）=17.9KN/，饱和容重KN/，浮容重KN/。比重G最大干容重γmax(kN/m3)最优含水量W0(%)设计干容重γd(kN/m3)塑性指数IP填筑含水量W(%)饱和容重rsat(kN/m3)浮容重rb(kN/m3)湿容重γw(kN/m3)内摩擦角φ粘聚力C(kpa)渗透系数K(10-6cm/s)2.712.740.912.219.840.918.38.317.917.3520.90.825（3）计算成果汇总表1.2.2石渣坝壳料设计（按非粘性土料设计）（1）计算公式填筑指标以相对密度表示：设计相对密度要求不低于0.7~0.75，地震区为防震动液化，浸润线以下部分土体设计相对宽度不低于0.75~0.85。（2）计算过程设计孔隙比最大干容重=KN/，设计干容重=m=0.96×22=21.12KN/，填筑含水量W==2.9%,湿容重=（1+W）=21.12×（1+2.9%）=21.73KN/，饱和容重KN/，浮容重KN/。（3）计算成果汇总表比重G设计孔隙比e孔隙率（%）设计干容重γd(kN/m3)填筑含水量W(%)饱和容重rsat(kN/m3)浮容重rb(kN/m3)湿容重γw(kN/m3)内摩擦角φ粘聚力C(kpa)渗透系数K(10-6cm/s)2.870.41429.321.122.927.3117.3121.7350.9550.75

二、土石坝的渗透计算土石坝的渗流计算主要是确定坝体浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据，同时确定坝体与坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失，而且还要确定坝体和坝基渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便取适合的控制措施。2.1计算方法及公式选用水力学解土石坝渗流问题根据心墙土坝在有限透水地基上，心墙筑至不透水层，无排水设备情况计算渗流量。不考虑心墙上游坝体部分对渗流的影响时，其渗流计算可通过下式求出单宽渗流量，心墙下游坡渗流水深和渗流高度：浸润线方程为式中：K1、K2、K3——坝壳、心墙和坝基的渗流系数，K1=7.58×cm/s，K2=8.25×cm/s，K3=1.0×cm/s；T——透水地层深度，23.44m；H1——上游水深,m；h——逸出水深,m；δ——防渗体有效厚度，m；L——渗流区长度，m；m2——上游坡率，m=1.9；a0——下游溢出点高度，m。2.2计算断面及计算情况的选择对河床中间断面I—I及由I—I断面向西100m的II—II断面，向东77.9m的III—III断面进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水及设计洪水时进行。2.3浸润线绘制I—I断面（坝底工程2107.93m）设计洪水位：H1=52.97mδ=18.15mT=23.44m由计算图得l=102.44m计算得出单宽流量和逸出点高程：h=1.77m；q=1.16×㎡/s浸润线方程为：浸润线曲线为：正常蓄水位：H1=51.05mδ=18.15mT=23.44m由计算图得l=102.44m计算得出单宽流量和逸出点高程：h=1.72m；q=1.1×㎡/s浸润线方程为：浸润线曲线为：II—II断面（坝底工程2131.865m）设计洪水位：H1=29.035mδ=11.26mT=27.665m由计算图得l=58.36m计算得出单宽流量和逸出点高程：h=1.14m；q=8.4×㎡/s浸润线方程为：浸润线曲线为：正常蓄水位：H1=27.115mδ=11.26mT=27.665m由计算图得l=58.36m计算得出单宽流量和逸出点高程：h=1.08m；q=7.67×㎡/s浸润线方程为：浸润线曲线为：III—III断面（坝底工程2132.23m）设计洪水位：H1=28.67mδ=12.05mT=31.658m由计算图得l=57.75m计算得出单宽流量和逸出点高程：h=1.19m；q=9.1×㎡/s浸润线方程为：浸润线曲线为：正常蓄水位：H1=26.75mδ=12.05mT=31.658m由计算图得l=57.75m计算得出单宽流量和逸出点高程：h=1.13m；q=8.3×㎡/s浸润线方程为：浸润线曲线为：2.4计算结果总渗流量公式为：计算情况计算项目正常蓄水位设计洪水位上游水深H（m）Ⅰ~Ⅰ51.0552.97Ⅱ~Ⅱ27.11529.035Ⅲ~Ⅲ26.7528.67下游水深T1（m）Ⅰ~Ⅰ00Ⅱ~Ⅱ00Ⅲ~Ⅲ00逸出水深h（m）Ⅰ~Ⅰ1.721.77Ⅱ~Ⅱ1.081.14Ⅲ~Ⅲ1.131.19渗流量q(m3/s.m)Ⅰ~Ⅰ1.1×1.16×Ⅱ~Ⅱ7.67×8.4×Ⅲ~Ⅲ8.3×9.1×总渗流量Q(m3/d)163.04175占总库容的比例0.013‰0.014‰2.5渗透稳定计算渗透坡降计算公式：式中：Δh——心墙后浸润线水面降落差；Δl——渗径。I—I断面II—II断面III—III断面计算成果见下表：列表汇总结果断面Ⅰ~ⅠⅡ~ⅡⅢ~Ⅲ计算情况正常设计正常设计正常设计坡降J0.480.500.450.480.440.48填筑土料的安全坡降，根据实践经验一般为5~10，故而认为渗透坡降满足要求，加上粘土斜心墙有反滤层，故而认为不会发生渗透破坏。2.6护坡石块尺寸确定根据《碾压土石坝设计规范》，砌石护坡在最大局部波浪压力作用下所需的换算球形直径和厚度可按下式确定：当时，当时，式中：D——石块的换算球形直径，m；Q——石块的质量，t；Kt——随坡率变化的系数，已知大坝上游坝坡坡比为1：1.9，查表得Kt=1.2；——块石密度，取2.2t/；—水的密度，取1.0t/；——累积频率为5％的波高，计算得hp=2.24m(按正常运用情况计算)；m——坡度系数，值为1.9；t——护坡厚度，m。由前文知=14.32m,，所以。

三、稳定分析计算3.1计算方法与原理土石坝发生稳定破坏时，将带来严重后果，甚至垮坝，土石坝稳定分析的目的就是核算土石坝在自重等各种情况下的孔隙压力和外荷载作用下，坝坡是否稳定、经济，对心墙坝来说，滑动面往往接近圆弧，滑裂曲面线在坝顶接近于垂直，在岩基上接近于坝坡底部处渐趋于水平；因此，心墙坝的滑裂面初定为圆弧面，所以选择瑞典圆弧法进行稳定分析。先假定一系列圆心位置及半径不同的圆柱面。作为可能的滑裂面,对每一滑裂面计算坍塌滑体,即各种力对圆心和力矩,并分别归为抗滑力矩Mr和滑动力矩MS,两者的比值即该滑裂南的安全系数K=Mr/MS。一系列圆心位置作出许多可能滑裂面将得出许多相应的K值。从中求出一个最小值Kmin,若Kmin满足要求，则坝体稳定，反之，修改坝坡重新计算，直到满足要求为止。3.2计算公式采用不计条块间作用力的圆弧滑动法（瑞典圆弧法）进行计算，计算公式如下：式中：i——土条号；——i号土条重力,KN；——粘聚力，kPa；——土条弧长，m；φ——内摩擦角，º。3.3确定圆心的位置在下游坡中点a引出两条线，一条为铅直线，另一条与坝坡线成85º角，另外两个边界是以a为圆心所做的两个圆弧，内外圆弧的R见下表：值表坝坡1:11:21:31:41:51:60.750.751.01.501.752.303.754.805.50下游坝坡按平均坡率1:1.8计算，用内插法得=0.75H，=1.72H。定出距坝顶2H，距坝址4.5H的Mı点；再从坝趾Bı和坝顶A引出BıO和AO，它们分别与下游坡及坝顶成βı，β2角并相交于O点，连接MıO，最危险滑弧的圆心位于MıO的延长线附近，MıO延长线与扇形相交于e、g点,最危险滑弧圆心就在扇形面积中的eg线附近。在eg线上取O1、O2、O3……为圆心，分别作通过Bı点的滑弧并计算各自的安全系数K，按比例将K值标在相应的圆心上，连成曲线找出相应最小K的圆心。再通过eg线上K最小的点O点，作eg线的垂线N-N，在N-N线上选O1O2等为圆心，同样分别过B1点作滑弧，找出最小的安全系数K，一般认为K值即为通过B1点的最小安全系数，按比例将K标在B1点的上方。然后根据坝基土质情况，在坝趾外再选B2、B3、……，同上述方法求出最小安全系数K2、K3、……分别按比例补在B2、B3点的上方，连接标注K1、K2、K3诸短线的端点，即可找出相应与计算情况的坝坡稳定安全系数Kmin。3.4计算步骤用列表法计算（1）将拟定好的坝体横断面和计算出的浸润线位置绘于坝体横断面上，并按选好的圆心和半径并画出滑裂面，假定其厚度为1m。（2）将滑弧内的土体按每条土条宽度b=R/10划分为若干等宽的铅直土条，并进行编号，通过圆心O点的铅直直线作为第0号土条和中心线，顺滑动方向依次为-1，-2，-3，…，反方向为1，2，3，…，同时将对应的sinαi,cosαi值填入相应的表格中，sinαi=ib/R=0.1i,cosαi=，其中i为土条号。（3）坝壳、坝体、石渣料为一区，粘土防渗心墙料为二区，坝底覆盖层为三区，一区浸润线以上的高度用h1,浸润线以下的高度用h2表示，二区浸润线以上的高度用h3,浸润线以下的高度用h4表示,三区用h5表示，量出各土条的中心高度hi填入相应的表格中。（4）根据各区土条的高度计算出各土条的重量。计算抗滑力时，浸润线以上用湿容重rw，浸润线以下用浮容重rb；计算滑动力时，浸润线以上用湿容重rw，浸润线与下游水位（即坝基）间用饱和容重rsat，坝基以下用浮容重rb。然后根据公式计算出(Wi)1和(Wi)2填入表格中，各断面滑弧的左右侧土条宽度一般达不到标准宽度，可将土条的实际高度hi折算成假定宽度为b的高度hi’（即折算后的土条面积为bhi’与实际土条面积bihi相等）即，与此同时，对也必须做相应调整。附土石坝稳定分析图如下，具体计算书见计算书：3.5各点圆弧两侧土条高度和角度的换算O1点O2点O3点O4点O5点O6点O7点3.6稳定成果分析由计算成果可知：在正常工作条件下，该坝在Bı点处的最小稳定安全系数为2.846，大于规范规定的1.3，要想找到正常工作条件下的最小安全系数，至少需要13个滑弧才可确定，（由于时间关系，只算了7个滑弧）。四、溢洪道设计4.1引渠段由于地形、地质条件限制，溢流堰往往不能紧靠库区，需在溢流堰前开挖进水渠，将库水平顺地引向溢流堰。流速应大于悬移质不淤流速，小于渠道的不冲流速，设计流速宜采用3～5m/s，本设计采用设计流速v为3m/s。进水渠的横断面在岩基上接近矩形，边坡根据岩层条件确定，新鲜岩石一般为1:0.1～1:0.3，风化岩石为1:0.5～1:1.0，本设计采用边坡坡率m为1:0.5。从地形图可知进水渠水深3.98m。根据计算公式：可以初步拟定进水渠断面尺寸，具体计算结果见下表：计算情况上游水位（m）下泄最大流量Q（m）水深H（m）边坡坡率m底宽B（m）校核2162.49108.33.980.59.07由计算可以拟定进水渠底宽B为13.5m（安全设计）。在进水渠与控制段之间设渐变段，采用圆弧连接；进水渠前段采用梯形断面，边坡采用1:0.5，进水渠总长L=71.1m。4.2控制段开敞式WES型实用堰的泄流能力按以下公式计算：式中：Q--流量，；B--溢流堰总净宽，m；--计入行进流速水头的堰上总水头,m；c--上游堰坡影响系数，（当上游堰面为铅直时，c=1.0）；ε--闸墩侧收缩系数；--淹没系数，=1。4.2.1堰顶高程和堰宽的设计校核情况下：Q=108.3采用WES剖面，并假定，m=0.486，上游堰面铅直，则c=1.0。假定堰宽5m，侧收缩系数ε取0.86。经试算，当B=5m，H=5.2m时，Q=109.78，设计情况下：Q=71.5经试算，当B=5m，H=3.9m时，Q=71.3，单宽流量q=108.3/5=21.66溢流堰顶高程为：设计时，2160.9-3.9=2157m，校核时，2162.49-5.2=2157.29m，经比较，堰顶高程取2157m。堰上最大水头，定型设计水头，取。堰高，取Pı=1.7m，则上游堰底高程为2157-1.7=2155.3m，下游堰高取7.7m,下游堰底高程为2157-7.7=2149.3m。，，均符合要求。4.2.2实用堰剖面设计堰顶O点上游三圆弧的半径及其水平坐标值为：,；，，O点下游的曲线方程为：即实用堰剖面如下：4.2.3剖面衔接计算①直线段和堰面曲线切点、的确定对求导得，，直线段坡率取1:0.8，则=5.99，=4.05。②反弧段半径的确定反弧半径按（3～6）h确定，h为校核洪水位闸门全开时反弧最低点的水深，初步计算可近似用堰下收缩断面的水深（控制水深）。堰下收缩断面的水深计算公式：式中：q--起始计算断面单宽流量，；--起始计算断面渠底以上总水头，m；Θ--泄槽底坡坡角；Φ--起始计算断面流速系数，取0.95。经试算（试算表见附表2），=1.5m，则R=（3～6）h=4.5m～9m,取7m。③圆心坐标及圆弧与直线交点D的坐标圆心坐标：，；圆弧与直线交点D的坐标：，。4.2.4闸门设计①闸门和启闭机本溢流堰工作闸门采用弧形闸门，其半径取6m，检修闸门采用直升式平面钢闸门，宽5m，高4m。选用活动式启闭机。设检修闸门一扇，工作闸门一扇，两道闸门之间最小净距为1m，不设事故闸门。②工作桥本设计闸门采用活动式启闭机，轨距为3m。门机高度为8m，以便将闸门自由吊出门槽。溢流堰两侧设边墩，边墩厚1m，槽深0.3m，槽宽0.5m,边墩从堰顶延伸到堰底，边墩高度由溢流水深决定，并应考虑溢流面上有水流冲击波和掺气所引起的水深增加值。4.3泄槽正槽式溢洪道在溢流堰后多用泄水陡槽与出口消能段相连接，以便将过堰洪水安全得泄向下游河道。泄槽一般位于挖方地段，设计时要根据地形、地质、水流条件及经济等因素合理确定其形式和尺寸。4.3.1泄槽的布置本工程的泄槽至少要设置两段，泄槽一段的高差为35.84m，水平距离为80.75m，长88.2m，坡降i=35.84/80.75=0.44；泄槽二段的高差为7.82m，水平距离为91.96m，长92.3m，坡降i=7.82/91.96=0.085。因泄槽纵坡i须大于临界坡度，须对泄槽的初定纵坡进行验算。对于矩形断面泄槽临界坡度计算公式临界水深和谢才系数按下式计算式中：q--泄槽的单宽流量，；α--动能修正系数，可近似取1；g--重力加速度，；--相应临界水深的水力半径，m；n--糙率，喷混凝土护面，所以取0.02。将已知数据代入公式计算因此应地势而建的纵坡，的泄槽符合要求。4.3.2泄槽的水力计算泄槽水面线应根据能量方程，用分段求和法计算，计算公式如下：式中：--分段长度，m；、--分段始末断面水深，m；、--分段始末断面平均流速，；、--流速分布不均匀系数，取1.05；Θ--泄槽底坡角度；--泄槽底坡，；--分段内平均摩阻坡降；--泄槽槽身糙率系数，0.02；--分段平均流速，，；--分段平均水力半径，，m。堰下收缩断面处起始计算水深起始断面流速公式水力半径式中：--起始计算断面流速系数，取0.95；--起始计算断面单宽流量，；Θ--泄槽底坡坡角；--起始计算断面渠底以上总水头，m。试算法求的值：，，，，。取几组值代入公式右边得到的结果与比较，若不相等，则继续取值代入公式进行计算，直到等式两边的值相等。试算法求的值71.491.5经试算得今以，，求两断面之间的长度。其余各流段的计算完全相同，为清晰起见，采用列表法进行，如下表：泄槽一段水面线表h(m)v(m/s)平均R(m)平均αv²/2g(m)平均Ji-平均JΔL(m)ΣΔLv(m/s)R(m)1.514.441.0511.15001.316.6615.550.940.9914.850.0960.34310.23918.170.830.8920.750.1530.28619.9430.18121.6620.670.770.8025.100.2270.21220.0650.250.9522.822.230.740.7627.820.2830.15617.0667.320.91123.7723.280.720.7330.250.3270.11321.2188.54泄槽二段水面线表h(m)v(m/s)平均R(m)平均αv²/2g(m)平均Ji-平均JΔL(m)ΣΔLv(m/s)R(m)1.5114.341.0511.01001.514.4414.391.051.0511.160.0770.00818.0618.061.4914.5314.481.041.0411.310.0790.00623.0941.161.477814.6514.591.031.0411.500.0810.00440.5081.65两段泄槽用反弧段连接反弧半径公式如下：式中：--佛汝徳数；--泄槽一段的段末流速，m/s；--泄槽一段的段末水深，m。计算过程：根据表中数据，绘制水面线见下图：4.3.3掺气减蚀SL253-2000《溢洪道设计规范》规定：掺气水深可按下式计算式中：--不计波动和掺气的水深，m；--不计波动和掺气的计算断面平均流速，m/s；--修正系数，一般为1.0～1.4，本设计取1.2。边墙的超高一般为，取1。各段掺气后的水深及边墙高见下表。泄槽一段边墙高h(m)平均v(m/s)h平均ha边墙1.51.315.55076921.41.661252922.6612529231.118.17622371.21.461737622.461737622120.67545451.051.310510722.3105107270.9522.230.9751.2350912.2350910.91123.28803510.93051.19053422.1905342泄槽二段边墙高h(m)平均v(m/s)h平均ha边墙1.511.514.39218541.