沟后水库土石坝枢纽的设计

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1概述 1\o"CurrentDocument"2 资料分析与整理 12.1工程地质 12.2水文气象 2\o"CurrentDocument"2.3筑坝材料及其物理力学性质 42.4其他资料 52.5工程特性表 6\o"CurrentDocument"3枢纽布置及坝型选择 83.1枢纽布置 83.2坝型选择 9\o"CurrentDocument"4大坝稳定分析 11\o"CurrentDocument"4.1稳定分析的目的 114.2荷载分析 11\o"CurrentDocument"4.3稳定分析方法 114.4计算工况 114.5稳定计算 11\o"CurrentDocument"5基本构造 17\o"CurrentDocument"5.1坝顶 175.2防渗体系 175.3地基处理 175.4反滤层 175.5排水设备 17\o"CurrentDocument"5.6护坡 18\o"CurrentDocument"5.7土坝与坝基、岸坡的连接 18\o"CurrentDocument"6泄洪隧洞 19\o"CurrentDocument"6.1泄洪隧洞概述 19\o"CurrentDocument"6.2泄水建筑物线路选择 19\o"CurrentDocument"6.3隧洞方案选择 196.4总体布置 206.5水力计算 217总结 22参考文献 231概述沟后水库枢纽工程位于青海省共和县恰卜恰镇沟后村附近的黄河一级支流一一沟后河上。水库坝址以上控制流域面积为197.8平方公里，总库容330万立方米，属小（1）型四等工程。本水库为安置龙羊峡水库库区移民的配套工程。水库以灌溉为主，可灌溉共和县农田二万亩，林地五千亩，同时解决恰恰镇三万多居民的生活及城镇工业用水。枢纽工程包括大坝，泄洪兼引水隧洞两部分.确定洪水标准、工程级别、坝型选择；枢纽布置，进行方案比较确定枢纽布置，绘制枢纽布置平面图，上、下游立视图；坝工设计，进行断面设计，渗流计算，稳定计算，沉降量计算，细部构造设计；基础处理，坝与两岸的连接；隧洞的设计等。要求设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定时间内按设计要求完成设计任务，从工程实际出发，严格执行技术规范的要求，尽量采用国内外先进的技术和经验，每个参加设计的学生必须独立思考，发挥自己的创造性独立完成设计任务，理论依据正确充分，布置合理，计算准确，绘图正确，清晰，成果尽可能标准。2资料分析与整理2.1工程地质沟后河为黄河一级支流，发源于共和县南北山麓，沟后水库位于沟后河的上游，坝址以上为高山峡谷区，以下为广阔的共和盆地，该河在坝址下游35公里处注入黄河。2.1.1库区工程地质条件水库库区两岸分水岑，山顶高达3781米，山体宽厚不存在深切的邻谷和洼地，库内两岸斜坡面较平直，没有大型冲沟发育。坝址处河床高程为3221米，与两岸山顶相对高差达560米。水库库区基岩全部为印支期致密、坚硬的闪长岩及花岗闪长岩，其微风化一一新鲜岩石的单位吸水量＜0.01升/分•米，为相对不透水层，两岸分水岑相对不透水层的最低高程都在3360米以上，库区未发现大的断裂、破碎带和节理裂隙密集带，即在地层岩性和地质构造上不存在集中渗漏的通道，从上述地形、质条件判断，库区蓄水条件是比较好的。库区两岸基岩坡度一般在55度左右，岸边未发现规模较大的缓倾角结构面，水库蓄水后一般是稳定的。由于该地区属大陆性高原气候区，日温差很大，物理风化严重，两岸坍塌现象较发育，故两岸斜坡基岩面上广泛分布着坍塌物质，其中崩积、坡积的块石、碎石一般是稳定的，而壤土极为疏松，属高压缩性，强失陷性土，对稳定不利，坝段部分须挖除，水库蓄水后估算总塌岸量约为15万立方米，将影响水库寿命。水库库盆地基底及库岸基岩属相对不透水层，故水库没有浸没问题。2.1.2坝址地区工程地质条件坝轴线位于沟后河峡谷口上游500米处，河谷狭窄，所在河段南北走向，平均河宽60米，两岸岸坡左陡右缓，左岸坡度45度左右，右岸坡度35度左右。基岩上分布着第四系全新统堆积物，其覆盖面积约占坝区的70%〜80%。河床砂卵石层厚12〜14米，透水性强，渗透系数为20.9〜94.5米/昼夜，且整层结构疏松，分选性差，存在渗透稳定问题，应做坝基防渗处理，河谷两岸基岩上分布着崩积、坡积块、碎石，层厚10〜20米，边坡稳定性差，建坝前须做处理。经国家地震局兰州地震研究所鉴定，沟后水库的基本地震烈度为六级。2.1.3泄洪隧洞的工程地质条件泄洪隧洞布置在坝区河谷左岸，地形地质条件均优于右岸。沿地面高程 3240〜3290米，隧洞建基高程3235〜3211米。穿越地层岩性为花岗闪长岩，围岩致密坚硬，牢固系fk=7〜9,岩石弹性抗力系数k=600〜800kg/cm2。但围岩节理裂隙发育，岩体成块状砌体结构，隧洞沿线依次通过F35、F36、F12、F9四个断层。开挖毛洞时，可能产生坍塌或掉块，应采取支护措施。2.2水文气象流域内大部分地区人烟稀少，没有气象台站，仅在］恰卜恰镇有气象站，也无实测系列水文资料，径流、洪水、泥沙计算系根据青海省水文手册及设计暴雨洪水图集等有关资料进行。2.2.1气象流域所在地区地势高，气温多变，年平均气温低，约为3.4°C,昼夜及地势温差大，无霜期短，年日照时间长，大部分地区寒冷而干燥，常冬无夏，春去秋来，纯属大陆性高原气候区。本区虽地处内陆，但因青海湖调节作用，降水相对丰富，年平均降水为311.8毫米。降水集中在6〜9月，为全年的87.8%暴雨历时短，据统计年最大6小时降雨量占24小时降雨量的70%左右，大部分蒸发量是降水量的3〜10倍，年平均蒸发量为117.18毫米。

表2.1主要气象因素特征值表:项目单位数值备注年平均气温C3.4无霜期天99年平均降水量毫米311.8极端最低温度C-28.9最高气温C31.3年平均大于30°C天数天1.25最大冻土深度米1.33年最大日照时间小时3290年最短日照时间小时2794.8年平均小于5C的天数天180年平均蒸发量毫米1171.8多年平均最大风速米/秒25.25水库吹程米8202.2.2径流沟后河虽为黄河一级支流，但水量很小，多年平均水量很小，多年平均径流深为65毫米，相应多年平均径流量1285.9万立方米。径流来源主要是降水补给，6〜9月份水量占全年来水量的85%以上。2.2.3洪水沟后河洪水一般发生在6〜9月份，有降雨形成。因本流域无实测洪水资料，故只能借助“设计暴雨洪水图籍”和地区性经验公式计算设计洪水。2.2.4泥沙本水库推移质来源较少，对水库淤积不产生很大影响。悬移质是根据“青海省水齐手册”中的“多年平均侵蚀模数等值线图”查得流域多年平均侵蚀模数为70吨/平方公里，经计算其年输沙量为13846吨，折合体积为10651立方米。输沙量年内分布不均，主要集中在汛期（7、8、9）三个月。

2.2.5水文分析成果表表2.2水文分析成果表:序号名称单位数量 备注1代表性流量P=0.2%洪水洪峰流量立方米/秒250P=2%洪水洪峰流量立方米/秒140P=5%洪水洪峰流量洪量立方米/秒1202洪量P=0.2%洪水洪量万立方米470.76P=2%洪水洪量万立方米183.95P=5%洪水洪量万立方米183.463多年平均年径流量万立方米1285.94多年平均年输沙量万吨1.38462.3筑坝材料及其物理力学性质天然筑坝材料贮藏量和质量均能满足要求，而且运距较近，开采、交通条件较好。各种材料的物理性质及设计指标见表3、表4、表5、表6。

建筑材料比重容重（吨/立方米）孔隙抗剪强度, 渗透系数名称r干r湿r饱率摩擦角凝聚力C'K‘(cm/s)0°=C(kg/cm2)土料2.721.681.982.05e=240'=250.31X10-7砂砾料2.681.801.802.10水上36水下345.79X10-2堆石2.701.801.802.050.3340砂砾料坝基2.681.801.802.10水下355.79X10-2表4土颗粒级配粒径（mm）<0.2<0.1 <0.05 <0.03<0.01<0.005<0.002%84.575.0 58.0 43.526.016.211.0表5砂料颗粒级配粒径（mm）<5.2 <5 <2.5 <1.2<0.6<0.3<0.15%100 97.8 69.4 43.520.46.21.7表2.6砂砾料颗粒级配粒径(mm)<150<80<40 <20<5 <2.5 <1.2<0.6<0.3<0.15%10034.565.0 51.334.8 27.1 2011.73.01.52.4其他资料沟后河自坝址以下出峡谷后流入共和盆地，共和盆地是共和县的主要农业县，坝址下游13公里处的恰卜恰镇是海南芷族自治州和共和县两级政府所在地，是海南省政治、经济、文化的中心和少数民族的聚居地，有近3万各族同胞居住在这里，共和县所有的工业均集中在恰卜恰镇。2.4.1径流调节沟后水库以灌溉为主，要求灌溉农田2万亩，林地0.5万亩。根据“水利水电工程水利动能设计规范”，对缺水地区以旱作物为主的灌区，其灌区设计保证率为75%，据此，年灌溉供水量为33.6万立方米，总供水量为618.82万立方米。按来水及供水保证率为75%进行调节计算，本工程兴利库容为252.09万立方米。2.4.2死水位选择本工程死水位选择主要取决于灌溉引水高程，同时还应满足泥砂要求。引水渠进口位于坝址下游沟后村附近。为无坝自流引水渠无灌溉要求。本工程按泥砂水平15年计，泥砂量为15.975万立方米，为延长水库寿命，汛期利用泄洪边异重流排沙（一次洪水的排沙比为0.2）则淤库泥沙减少到12.8万立米，考虑到水库蓄水后总塌岸量中部分淤入死库容，最后确定死库容为21.3万立米，相应死水位为3241.0米。2.4.3正常高水位选择水库库区河谷狭窄，河道比降大，库容条件差，要想获得库容必须显著加大坝高，前己求得兴利库容为252.09万立方米，考虑塌岸占去的库容，水库总库容仅为330万立方米，相应正常高水位为3278.0米。总库容仅为多年平均径流量的25.7%，库容系数小，只能进行年内的洪枯径流分配，本水库为年调节水库。2.4.4水库回水及淹没正常高水位时水库回水长度为1.28公里，库区属高山峡谷区，气候寒冷，荒芜人烟，淹没区没有移民和耕地。2.4.5洪水标准及防洪运用原则根据“水利水电枢纽工程等级划分及设计标准”，本水库为下（1）型四等工程。主要建筑物为三级，洪水的设计标准为五十年一遇设计，五百年一遇校核。本工程因水库库容很小，在洪水期水库的调度运用原则是有水就蓄，保持库满，此时洪水来多少就泄多少，用闸门控制，是其不超过正常高水位。设计洪水位、校核洪水位均与正常高水位一致。由于水库库区无天然垭口地形修建溢洪道，故只在坝址左岸修建泄洪隧洞。对于小型水库，本着节约投资、缩短工期，便于集中管理的原则，尽量做到一洞多用。本工程泄洪隧洞兼做导流、引水、排沙、放空水库之用。进口高程充分照顾各方面的要求，确定为3237米。隧洞为圆形压力隧洞，按宣泄校核洪水时泄量设计，洞径4.3米，在隧洞出口工作闸门前左侧墙上设一管道，管径50厘米，引用流量1立米/秒。其出口又分为灌溉引水管及人畜引水管，由闸门控制。2.5工程特性表序号名称单位数量备注一水文1流域面积全流域平方公里663.2坝址以上平方公里197.832多年平均径流量万立方米1285.93代表性流量调查历时最大流量立方米/秒56.9设计洪水（P=2%）洪峰流量立方米/秒140.0校核洪水（p=0.2%）洪峰流量立方米/秒250.04洪量设计洪水（P=2%）洪量万立方米183.95校核洪水（p=0.2%）洪量万立方米470.765多年平均输沙量万吨1.3846二水库1水库水位校核洪水位米3278.0设计洪水位米3278.0正常洪水位米3278.0死水位米3241.02正常高水位时水库面积万平方米15.73回水长度公里1.28相应正常高水位4水库容积总库容万立方米330.0兴利库容万立方米252.09死库容万立方米25.7三下泄流量及相应下游水位1设计洪水下泄流量立方米/秒140.0相应水位米3214.252校核洪水下泄流量立方米/秒250.0相应下游水位米3214.85四工程效益指标1灌溉面积万亩2.5最大引用流量立方米/秒1.0年用水量（p=75%）万立方米585.22城镇及工业用水立方米/秒0.01最大引用流量万立方米33.6五泄水建筑物1形式压力隧洞2洞径米4.33洞长米302.0水平4进口高程米5洞内最大流速米/秒6最大泄量（p=0.2%）立方米/秒7消能方式挑流8工作闸门3.4X3.4弧门9检修闸门3.5X4.5平板10工作闸门启闭机液压式QPPYII启闭力80吨，闭门力45吨3枢纽布置及坝型选择3.1工程标准3.1.1枢纽等级根据水库总库容为330万立方米，灌溉农田面积为2万亩，查《水利水电枢纽工程划分及设计标准》知：按库容分为四等，按灌溉面积也分为四等。所以该枢纽为小（1）型四等工程。3.1.2主要建筑物的等级本水库的主要建筑物为大坝和隧洞。查《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》知：主要建筑物为三级。3.1.3洪水标准本水库为小（1）型工程，主要建筑物为三级，查《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》知：洪水的设计标准为50年一遇；校核洪水标准为500年一遇。本工程因水库库容很小，在洪水期水库的调度运用原则是有水就蓄，保持库满，此时洪水来多少泄多少，用闸门控制，使其不超过正常高水位，设计洪水位，校核洪水位均与正常高水位一致。3.2枢纽布置3.2.1设计参数的确定本水库为小（1）型工程，则洪水的设计标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇。本工程库容很小则设计洪水位，校核洪水位均与正常高水为一致，即为3278.0米。3.2.2总体布置该坝位于沟后河的上游，坝址以仁为高山峡谷区，以下为广阔的共和盆地，该河在坝址下游35公里处注入黄河。坝址处河床高程为3211米，与两岸山项相对高差达560米。坝轴线位于沟后河峡谷口上游500米处，河谷狭窄，所在河段南北走向，平均河宽60米，坝项高程3280米，坝高为69米，修筑在河段较窄处，坝轴线短，工程量小。泄洪隧洞修筑在坝址左岸，进口高程充分照顾各方面的要求，确定为3237米，隧洞为圆形有压隧洞，按宣泄校核洪水时泄量设计，洞径为4.3米，自隧洞出口工作闸门前左侧墙上设一管道，管径50厘米，引用流量1立米/秒。其出口又分为灌溉引水管及人畜引水管，由闸门控制，具体布置见枢纽平面布置图。3.2.3枢纽组成本枢纽由大坝和泄洪隧洞组成，详见枢纽平面布置图。3.3坝型选择坝型选择须根据地形、地质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件及坝基处理等各种因素进行比较，选定技术上可行、经济上合理的坝型。3.3.1地形条件由于两岸地形不对称，相对高差大，库区两岸基岩崩塌现象较严重，抗风化能力弱，透水性大则不予考虑拱坝；又由于无天然娅口及岩基不良则不考虑溢洪道；两岸岸坡左陡右缓，左岸坡度45度左右，右岸坡度35度左右，左岸地形地质条件均优于右岸，则适于在左岸修建溢洪隧洞，同时考虑到同一种建筑物多用的原则，则此泄洪隧洞兼做导流、引水、排沙、放空库水之用。3.3.2地质条件由于坝址区基岩覆盖的砂卵石层厚12〜14米，透水性强，整层结构疏松，分选性差，存在渗透稳定问题，如修建混凝土坝，需大量开挖并相应增加混凝土方量，且施工时排水困难，故不宜修建刚性坝，而适合修建土石坝.由于坝基砂卵石渗透系数为20.9〜94.5米/昼夜，透水性强，且整层结构疏松不稳定，存在渗透等一系列问题，若修建均质砂坝，坝基和坝体漏水较多，影响坝体稳定，故也不宜修建均质砂坝。3.3.3筑坝材料由于当地缺少做混凝士的砂石料，则不考虑混凝土坝；坝址附近有充足的天然建筑祠料，而且运距较近，开采、交通条件较好，适宜修建土石坝；砂砾料渗透系数为5.79X10-2cm/s，而均质坝的渗透系数要求一般不大于1X10-4cm/s，故不宜修建均质坝，宜修建分区坝；又由于水中填上坝适用于土料是粘粒含量＜30%的轻、重粉质壤土、砾质风化土、冰渍士等；水中冲填坝适用于土料是粘粒含量＜20%的黄土；定向爆破坝对山体破坏作用大，恶化隧洞周边地质条件，所以在本设计中不予考虑以上三种，而采用碾压式土石坝中的分区坝。3.3.4气候条件由于流域所在地区地势较高，气温多变，年平均气温低，约为3.4°C，昼夜及地形温差大，无霜期短，年日照时间长，大部分地区寒冷而干燥，常冬无夏，春去秋来，属大陆性高原气候，则不宜修建混凝土坝和均质坝，适宜修建碾压式土石坝中的土质心墙坝。3.3.5施工条件由于对建心墙坝有较丰富的施工经验，则优先选择心墙坝.又根据施工经验知：混凝土心墙坝容易因坝体沉陷而开裂，混凝土心墙坝和混凝土斜墙坝比黏土斜墙坝和黏土心墙坝造价高，故不宜建混凝土心墙坝和混凝土斜墙坝，宜修建黏土心墙坝。3.3.6综合分析该坝区宜建黏土心墙坝或黏土斜墙坝，具体那一种进一步比较论证如下：黏土心墙坝比黏土斜墙坝施工干扰大。黏土心墙坝比黏土斜墙坝用的黏土少。从气候条件看，该地区雨季较短，修建心墙坝较好。黏土心墙坝比黏土斜墙坝适应变形能力强。黏土心墙坝冬季施工暖棚跨度比斜墙坝小，移动和升咼方便。黏土心墙坝抗震性能力比黏土斜墙坝好。黏土心墙坝比黏土斜墙坝抗御炸弹能力强。黏土心墙坝与两岸的连接黏土较斜墙坝方便。由于料场所处的位置，黏土心墙坝的施工条件干扰相对小些。经综合考虑该坝型为：黏土心墙坝。4大坝稳定分析4.1稳定分析的目的土石坝的稳定分析是指对土石坝的坝坡或坝体连同部分地基在荷载作用下发生失稳破会的可能性所做的分析和计算。是为了保证土石坝在自重、孔隙压力、和其他外荷载作用下具有足够的稳定性，不致发生通过坝体或坝基的整体或局部的剪切破坏。4.2荷载分析作用在土石坝上的荷载主要有以下几种：坝体自重在浸润线以上的部分的坝体按湿容重计算，浸润线以下与坝体外水位之间的部分的坝体按饱和容重计算，坝体水位以下部分按浮容重计。孔隙压力本设计的材料主要为砂砾材料，属于无粘性土，孔隙压力不计地震力查《水工建筑物抗震规范》（SDJ10-78）可知，设计地区烈度在6度以下时，除对重要工程采取适当的抗震结构和工程措施外，其他可不作抗震设计。本设计可忽略地震力4.3稳定分析方法本设计采用的砂砾材料，所以用折现法进行稳定分析4.4计算工况土石坝在运行期间，上、下游水位是经常变化的，在进行稳定计算时，应选择对上下游坝坡可能最不利的工作情况。本设计针对两种不利工况进行稳定分析：（1）上游水位为正常蓄水位，下游为相应最低水位形成稳定渗流时的下游坝坡。（2）库水位骤降时的上游坡。4.5稳定计算：4.5.1稳定渗流期下游坝坡稳定计算（1）上游水位为3278m，下游水位为3214.25m,按下式计算安全系数K：1P一Wsina+一WcosatgQ=01 1K1 1 1 （4.1）

Wcosa+22(4.2)1Psin(a-a》gQ-W-Pcos(a-aWcosa+22(4.2)K 1 2 2 2 1 2⑵计算简图如图所示:⑶已知：申1=36°,申2=34°为计算简便，上游坝坡取平均值：m=2.518假定：a2=10°，a1=20。。取单宽，重量Wi,W2分别由下式计算:W=SW=SxIxy111W=Sx1xy+Sx1xy22122(4.3)STSSTSBCDEBSTSEDNESTSNDANSTSBNDCBS=-(BC+ND)x(3218.0-3214.25)=33.375(BC+ND)42(4.4)(4.5)(4.5)(4.6)(4.7)S=1NDxED(4.6)(4.7)TOC\o"1-5"\h\z2 2S=S-S1 4 2ED=H(旦-1)=(3214.25-3211)(Ctg^2-1)=4.1m mND=EDxm=4.1x2.518=10.32(3281-3214.25)xm1=66.75xctga1=183.39m(3281-3214.25-ED)=2.518x62.65=157.75则：BC=183.39-157.75=25.64S4=G^75x(25.64+10.32)=1199271S3=_x10.32x3.25=16.77321S2=x10.32x4.1=21.5622S1=S4-S2=119927-21.56=117771已知：干容重丫d=1.806〃m3=17.658KN/m3。湿容重为1.806t/m3=17.658KN/m3,n=1—丫d=0.327比重G=2.68,水容重丫w二9&KN/m,孔隙率 GY可 ,则浮容重为:TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"Y二丫(1—n)Y二17.658—(1—0.327)x9.81二11.059KN/m3 则2d w ，人则W=SX1XY=20866.99KNi iW二Sxlxy+Sxlxy二495.18KN2 1 3 2把以上已知数据代入安全系数计算公式有:P—14989.34sin20。+丄14989.34cos20。tg36。二0K (4.8)(4.9)\o"CurrentDocument"丄495.18cosl0。tg34。+丄Psin10。tg34。—495.18—Pcos10。二0K K(4.9)整理后解得得：Kl=3.6 K2=0.25（舍去）则K=3.6假定巴=20.5°,a2=10°同理解得Wl=18018.58W2=495.18KNKl=3.47 K2=0.27(舍去)则K=3.47c、假定a1=21°°，a2=10°。同理解得W1=15284.1W2=495.18KNK1=3.35 K2=0.28(舍去)则K=3.35d、假定H=21°,a2=12°同理解得W1=17968.78KNW2=304.27KNK1=6.5 K2=0.23(舍去)则K=6.5e、假定H1=21.5°,H2=12同理解得W1=8999.22KNW2=304.27KNK1=3.26 K2=0.24(舍去)则K=3.26

f、假定H=22°,a2=12W2=304.27KN同理解得W1=65OO.42KNKl=3.16 K2=0.82(舍去)则K=3.16重新假同设不的H2,Hi，分别计算K值。并列表计算如表4.1。表4.1上游水位在坝底处上游坝坡的安全因素计算表水库水位(m)a2a1W1(KN)W(KN)2K上游为校核水位20°20866.99KN3.63278.00m10°20.5°18018.58495.183.4721°15284.13.3521°17968.786.5下游为相应水位21.5°8999.223.263214.25m12°304.2722°6500.243.16经分析计算知：在此情况下当H=22°,H=12。时，取得：K=3.161 2 min4.5.2水库水位降落期的上游坝坡(1)水库水位骤降至死水位3241.0米时，按下式计算安全系数K：1P一Wsina+—Wcosatg®=01 1K1 1111Wcosatg®+ sin(a-a)tg®一Wsina一Pcos(a-a)=0K2 2 2K1 2 2 2 2 1 2⑵计算简图如图所示:(3)已知：®=36°，®=34°。为计算方便上游坝坡取平均值m=2.825。12a、假定a=10。,a=49。，取单宽，重量W、W分别由下式计算：2112W=Sx1xy111W=Sx1xy+Sx1xy1 3 21S= (BC+ND)x(3280.0-3241.0)=20(BC+ND)42STSBCDEBSTSEDNESTSBCDEBSTSEDNESTSNDAN4 BNDCBS=1NDxHS=1NDxEDS=S-S(4.10)(4.11)(4.12)(4.13)(4.14)(4.15)3 2 ， 2 (4.10)(4.11)(4.12)(4.13)(4.14)(4.15)ED二=(3241-3211)xCtg^^-1]=30xl.011=ED二=(3241-3211)xIm丿ND=mED=2.825x30.338二85.705m由于(3218-3241)xm=40xetga=34.783m11(3281-3214-30.338)xm=27.295m则：BC=34.783-27.295=7.488m_3281-3241x(7.488+85.705)=1863.86m2s——4 21S=2x85.705x(3241-3211)=1285.575m21S=—x85.705x30.338=1300.059m22 2S=S-S=1863.86-1300.059=563.801m21 4 2已知：干容重与湿容重相等都为Y—1.80t/m3-17.658KN/m3,饱和容重dY-20.601KN/m3，比重G—2.68，水容重丫—9.81KN/m3，孔隙率n=1-厶=0.328，则1 w Gyw浮容重为Y—Y-(1-n)y-11.066KN/m3。TOC\o"1-5"\h\z2d w则:W=Sx1xy=563.801x1x17.658=9955.560KN111W=Sx1xy+Sxlxy=1300.059xlxl7.658+1285.575xlxll.066=37182.615KN2 2 1 3 2把以上已知数据代入至安全系数计算公式有：P-9955.560sin49。+9955.560cos49。tg36。=0 (4.16)1 137182.615cos10。tg34。+Psin39。tg34。-37182.615sin10。-Pcos39。=0 (4.1)K K整理后得：12294.727K2-31571.338K+2011.917=0则：Ki-2.502K2—0.065(舍去)K为2.502b.假定a—10°，a—50°21同理解得W=9522.571KN1W—37182.615KN2K—2.53K—0.06(舍去)则K—2.5312C.假定a=10°，a=52。时，21计同理解得W=8707.884KN1W—8707.884KN2K—2.597K—0.06(舍去)则K—2.59712d、假定a=12。,a=32。21W=12585.528KN1W=19296.576KN2K=2.01K=0.087（舍去）则K=2.0112e、 假定a=12。,a=34。,1同理解的W=10926.801KNiW=19296.576KN2K=2.02K=0.085（舍去）则K=2.02112f、 假定a=12。,a=35。,21同理解的W=10163.909KNiW=19296.576KN2K=2.031K=0.084（舍去）则K=2.03112在此情况下，重新假定不同的a,a，计算其安全系数K,并列表于下表4.2中表4.2水库水位降1落期的上游坝坡安全系数K计算表水库水位（m）a2a1W1（KN）W（KN）2K49°9955.5602.50210°50°9522.57137182.6152.5352°8707.8842.59732°12585.5282.01死水位3241.0m12°34°10926.80119296.5762.02135°10163.9092.031经分析计算知，在此情况下，当a=31°,a=12°时，取得K=2.011 2 min4.5.3综合分析由上述计算成果知：该坝在正常条件下最小稳定安全系数为3.16，大于规范规定的数值1.20；在非常动用条件下的最小稳定安全系数为2.01，大于规范规定的1.10，因此所拟定的土坝断面尺寸是合理的，满足稳定要求。通过对坝体渗透和稳定的分析计算，均满足规范规定的要求，故断面尺寸满足渗透和稳定要求，是合理的。5基本构造5.1坝顶坝顶盖面材料宜采用密实的砂砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土柔性材料，以防止防渗体干裂和雨水冲刷。因坝体宽度为8m，为排除雨水，坝顶做成向下游倾斜2%的斜坡。坡面末端设排水沟，以汇集坝顶积水，排水沟断面尺寸为0.2mX0.2m。在坝顶上游侧做防浪墙用浆砌石材料。墙顶高出坝顶1.2m,墙厚为0.5m,墙内设伸缩缝，间距为15m，缝内设止水。坝顶下游侧设边石，采用浆砌石修筑，厚0.4m，顶高出路面0.2m，边石内每隔60m设排水孔，可将坝顶排水沟内汇集的雨水经坝面排水沟排至下游。5.2防渗体采用粘土心墙防渗体。心墙位于坝体稍偏上游。墙顶高程为3278.5m,顶部设置砂砾保护层，其厚度(3281-3278.5)=2.5m，大于多年平均冰冻厚1.33m。墙顶厚度为3m，自顶向下逐渐加厚，两侧边坡为1：0.36，心墙底部厚度为55m，与截水槽相连为整体与坝底相对不透水层相接，两侧设反滤层。5.3地基处理坝基防渗采用粘土截水槽，与粘土心墙连成整体，其上部厚度与心墙底部厚度相同为55m，下部厚度取为14m>H/5=13.4m，因槽底开4mX0.5m的控齿槽，能有效的减少截水槽底部的宽度，所以截水槽底部的宽度取为10m,开挖边坡为1：1.5,齿墙每隔18m设变形缝，缝内设止水。5.4反滤层反滤层的作用是滤土排水，要求是：反滤层的透水性应大于被保护土的透水性被保护土的颗粒不能穿过反滤层而被带走反滤层每一层自身不发生渗透变形特小颗粒允许通过反滤层的孔隙被带走，但不能堵塞反滤层反滤层由2〜3层不同粒径的砂石料排列组成，层面与渗流方向大致正交，粒径沿渗流方向由细到粗逐层增大。按照机械化施工，每层厚度在1m以上,总厚度不小于3.0m。根据上面原则布置反滤层。反滤层设在心墙与坝壳交界处、节水槽开挖交界处和排水体与坝壳交界处。5.5排水设备采用堆石棱体排水设备，棱体顶高程为3217m,顶宽2m,棱体内坡为1：1.25，外坡为1：1.75。为使渗流溢出坡降更均匀，在棱体上游坝脚处削去锐角。5.6护坡土石坝的上游护坡主要是防止波浪淘刷、冰层和漂浮物的撞击，顺破水流的冲刷等破坏。下游护坡主要防止雨水、风浪、大风、冻胀、干裂、尾水部位的风浪、冰层动植物等的破坏。5.6.1上游护坡上游坝布设以干砌石护坡，厚度0.5m，石下设厚度0.2m的碎石垫层，护坡范围为坝顶护至坝脚。5.6.2下游护坡下游护坡也采用干砌石，厚度为0.3m，石下设厚度为0.2m的碎石垫层，护坡范围上至坝顶下至坝脚。5.6.3坝坡排水为防止雨水冲刷，在下游坝坡设纵横连通的排水沟，沿坝与岸坡的结合处，也设置排水沟以拦截山坡上雨水。坝面上的纵向排水沟沿马道内侧布置，沿坝轴线方向每隔80m设一条横向排水沟。5.7土坝与坝基、岸坡的连接土坝与坝基的连接筑坝前将坝基范围内的表层腐植土、稀泥、草皮、乱石等清除，清基厚度为0.3〜1m。防渗体与基岩连接时，把岩基开挖并设置3mX0.3m的齿槽，在岩面喷一层砂浆之后回填粘土。土坝与两岸的连接土石坝与岸坡的结合面是工程中较软弱的环节，应妥佳处理，避免沿接合面发生集中渗流、土坝裂缝等现象，土石坝的岸坡削成缓变的坡面，开挖后的岸坡不能陡于1：0.5〜1：0.75。心墙与岩玻连接处断面应扩大1/3。6泄洪隧洞对于土石坝由于坝身不允许过水或大量过水，常需要在坝端山体内开挖隧洞输送水流，当地基可靠时也可在坝下设置埋管。由于在本设计中水库库区无天然哑口地形修建溢洪道，故只在坝址左岸修建泄洪隧洞。对于小型水库，本着节约投资，缩短工期便于集中管理的原则，尽量做到一洞多用。本水库为小（1）型四等工程做泄洪隧洞兼作导流、引水、排沙、放空水库之用。6.1泄洪隧洞概述泄洪随洞的特点是流量大、流速高。因此消能防冲、防蚀问题对泄洪随洞的设计特别重要。泄洪隧洞既可用于表孔溢流的明流洞，也可用于表孔溢流的压力流洞。泄洪隧洞还可用于深水泄洪即隧洞进口在水下深处，进口段是有压流，隧洞本身可以是无压明流，也可以是有压流。深水泄洪隧洞有两种：一种是中深泄洪隧洞，用于泄洪；一种是底泄洪隧洞，用于泄洪冲沙。这两种隧洞还能用于放低水库水位。泄洪隧洞一般设置在岩基内，因此对地质资料应特别重视，要查明沿线岩层的性质和地质构造，沿线的水文地质条件，进出口洞脸的地质条件、地应力及岩爆等情况。其他基本资料如地形、地震烈度、施工条件、建筑材料等也应查明。还要了解枢纽布置和建筑物的运行要求。本设计隧洞布置在左岸，地形地质条件均优于右岸穿越地层岩性为花岗岩闪长岩，围岩致密坚硬，牢固系数fh=7~9，岩石弹性抗力系数K=600~800kg/cm3，所以该地区地形地质条件适合建有压隧洞。6.2泄水建筑物线路选择洞线的优劣影响到隧洞施工的难易，工程进度，运行安全和造价等。隧洞的方案经济技术比较后确定，洞线应选在地质构造简单，岩体坚硬完整，既具有足够厚度的上覆和旁侧岩层。在地下水微弱的地段，洞线在平面上应尽量短直，以使开挖量最小，水流平顺，并便于施工。考虑地形地质围岩厚度等要素，泄洪隧洞布置在坝区河谷左岸，地形地质条件优于右岸，穿越的岩层为花岗岩、闪长岩，围岩质密坚硬，牢固系数fk=7-9,围岩弹性抗力系数K=600-800kg/cm,但围岩节理裂隙发育，岩体成块状砌体结构。隧洞沿洞线依次通过行,F26,Fi2‘四个断层，开挖毛洞时可能会产生坍塌或掉块,应采取支护措施。6.3隧洞方案选择枢纽所在河段河谷狭窄，两岸岸坡左陡右缓，左岸坡度45°右岸坡度35°左右，考虑地形地质条件、枢纽布置条件、水力施工条件、管理等方面因素，考虑在左岸修建溢洪隧洞。从上述地质方面论述，本设计亦采用有压隧洞方案,不宜采用明流隧洞的原因有以下几个问题：要使进口工作之后明流洞身直、短、捷布置，在这里很困难,否则洞轴线要加长，增加开挖量。.若在明流洞身增加弯道，虽可避免上述缺点，但弯道夹角较大,达五十度以上方能使下泄水流与下游河道很好衔接，其水力条件极差,表现在以下几方面：洞内流速己超过15m/s，其边界稍有转折便可对水流产生挠动形成局部菱形波，水面沿纵向起伏变化大,流量分布不均，使消能增加困难。由于弯道影响,水流运动受到离心作用使凹岸水面下降，这样势必要增大洞身段面。高速水流受弯道影响,使凸岸一侧压力降低,易产生空蚀,严重时可导致工程破坏。本工程位于海拔3211m坝址处的大气压强，为10.33-3211/900=6.76m,水柱相应弯度处的气蚀数接近临界值,可能产生气蚀,而相同流速情况下,在本水库处产生气蚀的可能性比内地要大，如采用明流洞增设平面弯道,对高速水流是非常有害的,结合上述要素和水力学条件等，本设计泄水建筑物拟选用有压隧洞方案，其布置考虑下述原则：a、 洞身体型选择要有利于上下游水位的衔接，水力条件好。b、 进出口开挖工程量小。c、 有利于防止金属结构的冰冻。d、 尽量做到一洞多用，节省投资。6.4总体布置水工隧洞的总体布置包括进口、出口、纵剖面和闸门布置。布置原则是：在满足过水能力，水流流态和运用要求的前提下，尽量降低工程造价，做到一洞多用。6.4.1进口布置隧洞进口应尽量使水流圆滑平顺，避免产生漩涡和回流，影响泄流能力和引起空蚀。充分照顾泄洪、导流、引水、排沙、放空水库之用各方面的要求，确定进口高程为3237m,本设计采用深式进水口中的竖井式，优点是结构简单，不受风浪、冰冻影响，抗震及稳定性好。进水口前设置明渠等导流段，其高程比隧洞进口高程稍低，明渠断面采用矩形断面，内设浆砌石衬砌，其断面尺寸按明渠均匀流水力确定。进口段由喇叭口段、闸门段和渐变段组成。喇叭口横断面一般为窄深矩形本设计为有压隧洞，喇叭口常用1/4椭圆曲线，长轴水平，孔口高3〜4倍的洞泾或洞高。在检修闸门槽后设通气孔，用于放空洞时补气，充