松涛重力坝设计说明书

PAGEPAGE84松涛重力坝设计摘要随着中国经济的持续平稳发展，对电力能源的需求也日益增加。中国已经进入了水电事业发展的黄金阶段，各种大中型的坝已建成或者在建中。其中，混凝土重力坝是适用性好，实用性高的常用坝型。本论文中的松涛重力坝的设计主要分为三个阶段。第一阶段了解任务书与熟悉、研究原始资料；第二阶段进行了坝型选择及水利水电枢纽工程布置，确定了实体混凝土重力坝；通过调洪演算，确定了溢洪道的尺寸，并推求水流过程线，最大下泄流量、防洪库容、和水库相应的最高水位；第三阶段是主要建筑物的设计（包括确定大坝尺寸、结构布置、水力计算、渗透校核计算、稳定应力校核计算、地基处理和细部构造等）。松涛重力坝设计主要考虑稳定性和经济性的要求，各种计算和设计都是必须满足稳定性的要求。关键词：混凝土重力坝，坝体设计，稳定与应力计算PAGE1ABSTRACTWiththecontinuedstabledevelopmentofChina'seconomy,thedemandforelectricityisgraduallygrowing.ThedevelopmentofhydropowerengineeringinChinahasenteredagoldenperiod,avarietyofdamshavebeenbuiltorunderconstruction.theconcretegravitydamisofgoodapplicabilityandofhighpracticalvalue.Thegravitydamhasarangeofadvantages:thestructureofdamisclear;themethodofdesignissimple,thedamisusuallysafeandreliable;theconcretegravitydamisofgoodapplicabilitytogeologicalconditions;floodissuesiseasytosolve;theconstructionisconvenient.thegravitydamisbuiltofconcreteorstoneandothermaterials,whichmainlydependonitselfweighttoremainstable.thedesignofgravitydaminthispaperisdividedintothreestages.Thefirststageistounderstandthetaskandstudythedata;thesecondstageistogoontheselectionofdamtypeandthearrangementofhydraulicprojects(includingfloodrouting);thethirdstageistodesignmajorbuildings(includingsizeofthedam,structurearrangement,hydrauliccalculations,checkingcalculationsonpermeabilityandstability,foundationtreatmentandconstructiondetails,etc.).thedesignofSongtaogravitydamismainlyconsideredtherequestofstabilityandcost,variouscalculationsmustmeettherequirementofstability.securityandlowercostisthebasicprinciplesofdesign.

Keywords:concretegravitydam,damdesign,calculationofstabilityandstress目录摘要 ⅡABSTRACT 1第一章基本设计资料 61.1枢纽概述 61.1.1海域概况 61.1.2枢纽任务 61.2水文地形地质资料 71.2.1水文气象资料 71.2.2坝址及地形情况 91.2.3筑坝材料 101.2.4施工动力，机械，劳动力情况 11第二章坝型选择 122.1枢纽等级及建筑物级别 122.2枢纽组成及枢纽建筑物选型 122.3枢纽布置 162.3.1方案一 172.3.2方案二 172.3.3方案比较及枢纽布置的确定 17第三章调洪演算 183.1调洪演算的目的 183.2调洪演算的原理和方法 183.3调洪演算方案 203.3.1基本资料及限制条件 203.3.2设计和校核洪水过程线的推求 203.3.3演算方案拟定 223.3.4调洪演算过程 223.4调洪演算的成果及分析 28第四章非溢流坝的经济剖面的选择 294.1重力挡水坝段的剖面尺寸拟定 294.1.1坝顶高程的确定 294.1.2坝顶的宽度确定 304.1.3上下游坡度及折坡点的宽度 304.2经济剖面选择的原理和方法 314.2.1选择原理和方法 314.3非溢流坝挡水坝段的稳定和应力分析 324.3.1基本资料 324.3.2稳定分析的基本原理和计算方法 334.3.3应力分析的基本原理和方法 344.4非溢流坝坝体应力分析计算成果及分析 36第五章溢流坝段设计 385.1溢流坝剖面设计 385.1.1顶部溢流坝段(ac段) 39溢流堰面曲线(bc段) 39上游曲线（ab段） 395.1.2中部直线段(cd段) 405.1.3下游消能段（de段） 40挑流设计 415.2水力校核 435.3WES堰面水面线计算 455.4导墙、闸门及闸墩设计 485.4.1导墙设计 4854.2闸门设计 48闸门形式的选择 48工作闸门基本尺寸拟定 49检修闸门 495.3.3闸墩设计 505.5溢流坝的稳定与应力计算 505.5.1基本资料 505.5.2.稳定分析的基本原理和计算方法 51稳定分析的基本原理和方法 51应力分析的基本原理和方法 52第六章深孔坝段设计 556.1深孔的作用 556.2深孔形式的选择 556.3基本尺寸的拟定 556.3.1空口尺寸及数量拟定 556.3.2坝段宽度的确定 556.3.3放空计算 55放空要求 55基本资料 55计算过程 566.4深孔体型设计 576.4.1无压深水孔设计 57进口段（ac段） 57检修门槽（cd段） 58压坡段（de段） 58无压段 586.5下游消能防冲设计 596.5.1下游消能防冲计算 59消能形式的选择 59基本要求 59计算过程 596.6水力校核 606.6.1计算情况： 606.6.2基本原理 606.6.3计算过程 60校核情况下 60设计情况下 616.7水面线设计 626.7.1水面线设计目的 626.7.2水面线设计的基本原理 626.8空顶板设计 636.9通气孔设计 636.10闸门设计 636.10.1工作门设计 636.10.2检修闸门设计 646.10.3导墙设计 64第七章电站坝段设计 647.1电站布置形式的选择 647.2基本尺寸的拟定 647.2.1基本资料 647.2.2转轮直径的确定 647.2.3转速和气蚀系数的确定 657.2.31转速 65气蚀系数 65安装高程的确定 65尾水管高度及长度的确定 66发电机层楼板高程 66厂房主体尺寸的确定 66引水管直径的确定 66坝段宽度的确定 67进水口高程的确定 677.3深式进水口体型设计 677.3.1进口段 68顶板的椭圆方程 687.3.2闸门段 687.3.3渐变段 687.4坝内钢管的布置 697.5拦污栅 69第八章细部构造设计 698.1坝顶构造 698.1.1非溢流坝顶构造 698.2廊道系统 708.2.1基础灌溉廊道 708.2.2检查排水廊道 718.3坝体排水 718.4分缝 728.4.1横缝 728.4.2纵缝 728.4.3水平施工缝 728.5止水 738.6坝的护面 738.7坝体材料分区 73第九章基础处理 749.1地基开挖与清理 759.2软弱岩层的处理 759.3固结灌浆 769.4帷幕灌浆 769.4.1帷幕的深度设计 779.4.2帷幕厚度的确定 779.4.3帷幕伸入到两岸的范围 779.5坝基排水 77第十章施工导流设计 7810.1导流方案选择 7810.2导流方案确定 7810.3导流设计流量确定 7910.3.1导流标准 7910.3.2导流设计流量 7910.4河床束窄度 7910.4.1围堰型式及构造 7910.4.2围堰平面布置 8010.5围堰高程计算 8010.5.1一期围堰计算 8010.5.2二期围堰高程计算 8110.6施工进度表 84附图一坝址地形图和地质剖面图 85附图二枢纽布置图 86附图三非溢流坝段剖面图 87附图四溢流坝段剖面图 88总结 89参考资料及文献 90致谢 92第一章基本设计资料1.1枢纽概述1.1.1海域概况松涛河为我国某一大河的支流，全长约为170，中、上游曲折流经于山地间，两岸高地环列，到坝址处缩窄成瓶口，河宽仅百余米，坝址至下游六公里一段，河床窄，水流急，经三公里以后，河槽渐宽，水深流缓，经七公里以后，河道又转陡，自坝址至下游50，落差达150，且集中于三处，为本河流梯级开发创造了有利条件，松涛枢纽即列为第一梯级。下游至河口长20左右为河口平原，当洪水超过3500时，即要泛滥成灾。流域面积共3200，计有人口650000，中、上游地处山脉丘陵地带，大部分以农业为主，在流域内无主要的矿产及工业城市。仅在河口有一中等城市，所发电力与珞城，河口及附近小的电站组成电力系统。本枢纽主要任务为发电，兼做防洪之用。1.1.2枢纽任务本枢纽经过技术经济调查阶段，以及水利，水能计算，提出了如下参数，作为进行建筑物设计的依据：正常高水位：345.0特征水位：发电死水位（最低工作水位）333死水位（淤积结果）320最有利工作深度：12水电站资料：装机容量：27000台数：3台水轮机容量：HL123每台引用流量：30水库下游防洪标准，安全泄量：百年一遇：2800水库最高限制水位：350厂房尺寸：（机组+装配间）主厂房长×宽：40×11发电机地板距屋顶高：18本枢纽的电站装机，除考虑相应的运转备用及重复容量外，且承担系统的事故备用任务。1.2水文地形地质资料1.2.1水文气象资料(1)河流特征：本河流域以降雨为洪水之成因，一般在5月间即开始涨水。最大洪水量多发生在7月，每年5、6、7三个月降水占全年48%，比较集中，洪水期为5～10月，1～3月为枯水期，P=5%洪水仅为120，P=10%洪水流量为85；11～4月同P=5%的洪水流量为420，P=10%的洪水流量为360。(2)洪峰流量根据水文分析，各频率下的洪水流量列于表1-1。表1-1各频率的洪水流量频率P(%)5流量(立米/秒)31504050610070007900根据观测资料，推测五天历时的洪峰单位过程线列于表1-2。表1-2洪峰单位过程线时段(天)011.062345流量(%)10891005732.51912(3)Q多年平均月降雨日数，中水年月平均流量列于表1-3。表1-3降雨日数和平均流量项目月123456789101112中水年平均流量207060180470790810800320530200160多年平均降雨天数1.231.335565443.23.2注：上表中流量单位：立米/秒(4)坝址处水位流量关系曲线列于表1-4表1-4坝址处水位流量关系水位米309310311312313314315316流量立米/秒14035066011001620218028203500(5)库水位面积；库水位容积曲线列于表1-5表1-5库水位-面积-容积表水位米315320325330335340345350面积平方公里6.312.823.531.740.957.568.5容积立米30.1580.3420.7621.6602.8904.6307.1509.99(6)气温情况：本区域气候属于温和地区，植物全年均可生长，甚少降雪，冬季平均温度为8.5℃，河水无冰冻现象，夏季平均温度为27.4℃，7、8月最高平均为28.6℃，各月温度见表1-6。表1-6各月温度表月份123456789101112多年平均温度℃7.99.913.418.623.225.329.739.825.419.314.70.1最高温度℃19.525.030.038.038.039.742.24442.038.830.119.0最低温度℃-0.3-12.915.519.615.00.0(7)其它资料河流较清，淤沙较少，含沙量仅为流量的0.9%。水库最大吹程：10。多年平均最大风速：16。其它资料见大图。图1-1坝址处水位流量关系曲线图1-2库水位-容积关系曲线1.2.2坝址及地形情况坝址处河床狭窄，其宽度仅为160（普通洪水流量时）死河滩，坝址附近河床坡度甚陡，水流湍急，有小瀑布，右岸地势较高，左岸地势较低，有起伏之山头。坝址处为震旦纪砂岩，左岸风化较严重，深达3～4，且夹有页岩。水层岩岩层为向斜层一翼微倾向上游。坝址处水流急，故无砂卵石等淤积物。无侵蚀地下水。基岩的机械、物理性质：砂岩：=2.5，比重=2.7极限抗压强度：（干）1300，f=0.62，K=1×（渗透系数）砂质页岩：γc=2.55，比重=2.75极限抗压强度：（干）700（湿）350K=1×（渗透系数）坝基岩过水试验，吸水率均低于0.05，砂岩与页摩擦系数：f=0.451.2.3筑坝材料：(1)当地材料：勘测结果砂：河砂A，在坝址下游3～10公里处，颗粒较粗，其主要颗粒在1～0.5毫米间，d50=0.65毫米，不均匀系数η==21。正常河水位附近，含泥量均3.5%，沿河有公路可通。河砂B：在在坝址下游20公里处，粒径较小，d50=0.32毫米，不均匀系数I=20。石料：有泥盆纪石英砂岩，位置见附图，蕴藏量480万方，平均覆盖层2.5米厚。岩石机械物理特性为比重2.65干抗压极限强度 σ=1400公斤/厘米2饱和时抗压极限强度σ=1050公斤/厘米2经过25次冻融后抗压极限强度σ=900公斤/厘米2土料：有粘土、砂壤土，及山皮土分化料其分布及储量见蓝图，其性质见表1-7。表1-7土料性质表土壤名称土壤特性单位河砂A河砂B粘土砂壤土山皮土干壤土容重空隙度γgn吨/立米31.600.451.600.421.700.351.660.381.600.398内摩擦系数（自然含水量）内摩擦系数（饱和含水量）ff0.600.600.550.550.350.240.300.280.600.50粘着力渗透系数天然含水量最优含水量压缩模量CKE公斤/厘米2厘米/秒%%公斤/厘米202×10-301×10-71.004×10-720191200.101×10-5171810001×10-522.5卵石：在本支流入干流河口处有卵石80万方，粒径在1～20厘米，质地良好，可做混凝土骨料。(2)外来材料：水泥：水库下游珞城有一大水泥厂，可供给本工程以足够的水泥。钢筋：可取自珞城，其它钢材则要由千里以外城市运来。木材：距工地70公里之专区，可大量供应。(3)交通情况：本支流由于险滩阻隔，无法通行较大船，但有公路可达干流河口，而干流可通大船直达珞城，与铁路相联系，很方便。1.2.4施工动力，机械，劳动力情况坝址下游20公里，有火电站，可供应足够动力。施工可考虑半机械化：土料上坝，碾压可使用机械，砂料开采，混凝土的制作、运输、捣固、石料的加工，可以机械化，土料的运输、石料的开采、土料的开挖，用人工或辅以简单机械。当地民工比较多，尤以农闲时为甚，但技术工人则要从珞城调用。第二章坝型选择2.1枢纽等级及建筑物级别根据中华人民共和国水电行业标准SL25-2000,以及本枢纽的建成主要用于防洪和发电。其级别选择如下：1）防洪方面主要是保护下游我国的一大工业城市珞城及下游几千平方公里的农田。采用二级2）设计装机容量为2.7万千瓦，起发电与珞城，河口及附近的电站组成电力系统，故在发电具有重要意义。采用三级。3）水库库容为9.99亿立方米，是较大库容，在防洪也有重要意义。采用二级。4）由设计洪水标准（百年一遇）、校核洪水（千年一遇），则采用二级。终上所述，建筑物级别取大者。永久建筑物包括大坝、溢洪道、取二级。次要建筑物包括导流墙、工作桥、护岸，取三级。2.2枢纽组成及枢纽建筑物选型本枢纽主要任务是发电，其次是防洪。所以枢纽由挡水建筑物、泄水建筑物、发电建筑物、放空建筑物组成。1）坝型的初步选择在坝型的选择上存在拱坝、支墩坝、土坝、土石坝、混凝土重力坝等。以下分别介绍并选定哪种坝型。（1）拱坝拱坝的工作特点：属于空间壳体，周边固定的高次超静定结构；由坝肩和坝基共同受力。拱坝是基本坝型里最晚发展起来的。其优点是利用拱的作用将坝体上的水压力传到两岸坝肩的岩体中，使坝体内的主应力为压应力，从而充分利用混凝土抗压的性能，而且还可以利用拱座下游的岩体抗力来维持坝的稳定，最终达到节约材料的目的；且拱坝整体性的空间结构，坝体比较轻韧，弹性较好只要岩基稳定，拱坝的抗震能力比较高；而且因坝体较薄扬压力也较小。但存在许多缺点：拱坝的修建对河谷的要求较高，对两岸岩石的完整性要求较高；其对坝体材料的强度和防渗要求以及施工质量要求也比较严格；温度应力是主应力；施工过程较其他坝型困难。再有拱坝的修建对地行条件和河谷的要求较其他坝型高。一般采用坝顶高程处的河谷宽度L与最大坝高H的比值。即以宽高比L/H来代表河谷的形状特征作为修建拱坝的一项指标。在宽高比比较小的河谷，拱坝的弧舷长相对于坝高较小，拱的作用才能更好的发挥，荷载大部分通过拱的作用传至两岸。仅有一小部分通过梁的作用传至坝基，故坝体可以修建的较薄。根据工程经验，在L/H＜2的窄深河谷可修建拱坝；在L/H＜2～3的稍宽河谷可修建中厚的拱坝；在L/H＜3～4.5的宽河谷多修建厚拱坝。在L/H＞4.5的宽浅河谷，拱的作用已经很小，梁的作用将成为主要的传力方式，一般认为只能修建重力拱坝，拱形重力坝或重力坝。在本枢纽坝址处河谷的宽高比L/H=11.2，远远大于4.5，故在拱形的选择上不考虑拱坝。（2）支墩坝支墩坝由一系列独立的支墩和挡水面板所组成。面板挡水承受水压力，面板荷载传给支墩，再由支墩传至地基。其优点：节约混凝土方量；由于支墩可以随受力情况调整厚度，从而可以充分利用混凝土的容许抗压强度，提高了材料的利用强度。其缺点：侧向稳定性差；对地基的要求严格；钢筋用量大；施工条件难易并存；溢流要慎重。由于支墩应力复杂，还存在很多问题待解决，且也是我国在五六十年代由于材料短缺是才采用的坝型，故在此也不用支墩坝。（3）土坝，堆石坝土坝和堆石坝有许多公认的优点：就地取材，可以节约水泥，木材和钢筋等重要的建筑材料；对自然条件有广泛的适应性，如对地基的要求比混凝土坝低，适应不均匀沉降的能力强，抗地震性能很好；结构简单，工作可靠，寿命较长，在施工，管理，维修，加强和扩建都较简单。其缺点：低于洪水漫顶能力差；渗流容易引起破坏；抵抗其他自然现象的能力差，容易受雨水，风，浪等的冲蚀，冬季可因冰冻产生裂缝，夏季也可因日晒而出现龟裂等。本枢纽的坝型根据坝处的地形地质条件可以选用土坝或堆石坝，但根据当地的勘测结果，表明土方和石方的储量远不能满足建坝的要求。(4)混凝土重力坝基岩上的重力坝主要依靠其自身的重量在地基上产生的摩擦力以及坝与地基间的凝聚力来抵抗坝前的水推力保持抗滑稳定。与常见的坝型比较起来，混凝土重力坝具有如下优点：使用从坝肩溢流，施工期间也容易通过较低的坝段或底孔溢流；较之拱坝，支墩坝，断面形状简单，混凝土浇筑简单，便于机械化施工，模板数量少，且易采用定型模板；适合与各种气候条件下施工，在严寒地区，重力坝与拱坝或支墩坝相比，受冻害影响较小；对地基的要求比拱坝低，但比土石坝高；设计和建设是经验比较丰富，工作可靠，使用年限长，养护费用低。缺点：由于依靠自身维持稳定，所以坝体的体积大，要消耗大量的水泥，而且材料强度没有充分发挥，不够经济；由于体积大，浇筑时水泥的水化热消散困难，且由于温度收缩容易产生裂缝，破坏坝的整体性和强度；由于底面积较大，作用于底面的扬压力也大，减少了坝的有效重量，使坝体进一步加大。依据坝址处的地形地质条件允许和建坝材料的储量和供应在此修建混凝土坝的方案是可行的。故从以上的坝型优缺点的比较和实用的条件，最后确定坝型选用混凝土重力坝。2）坝型的进一步选择在重力坝中根据坝的横断面的结构型式可分为：实体重力坝，宽缝重力坝，预应力重力坝，还有因施工方案的不同而分一般浇筑而成的混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝。（1）宽缝重力坝一般重力坝沿坝轴线所设横缝很宽，又称实体重力坝。如果将横缝的中部加宽，既成宽缝重力坝。实体重力坝是原始也是最简单的型式。其优点是施工，计算,设计均较简单，应力分布也叫明确和有利。但其缺点是扬压力大，断面面积和工程量大。宽缝重力坝和实体重力坝相比，它具有扬压力小，断面和工程量较小和便于检修及维护等优点。温度应力问题较多。而且工程实践证明其对扬压力的降低没有很明显的效果。因此，本工程不选宽缝重力坝方案。（2）空腹重力坝具有以下特点：上游坝踵的应力较大扬压力可进一步得到降低，可以适应某些不利的地质条件（例如坝修建在具有软弱断层的地基上，可用空腹越过软弱层）同时尚可利用空腹布置水电站的厂房等。他的缺点是空腹附近的应力分布较复杂，可能存在一定的拉应力，需配置较多的钢筋，应力分析及施工过程比较复杂。因此，本工程不选空腹重力坝方案。（3）预应力坝的特点是利用预加应力措施来增加上游部分的压应力以增加坝体稳定性，并有效的改善坝身应力，从而可以大大消减坝体的断面，达到节约混凝土的用量目的。但这种坝也同样存在施工复杂，钢筋用量多的缺点，在实际工程中很少采用。因此，本工程不选预应力重力坝方案。（4）碾压混凝土重力坝，因为我们现有的水平有限，不能作出很好的论证，因而放弃这种很好的坝型。本工程所在坝址的地质条件比较好，完全可以减少施工难度。由于宽缝重力坝对扬压力的减少不明显，且其应力也复杂，故也无需修建宽缝重力坝。而预应力重力坝的钢筋用量大，施工复杂，在此也不宜选用此重力坝。实体重力坝其优点及枢纽所在的地质条件（地质条件好，河谷的宽度也比较大）决定了实体重力坝是最佳坝型。3）泄水建筑物，电站建筑物，放空建筑物的选择建筑物的功能是泄放超过水库调蓄能力的洪水，确保工程安全，以及满足放空水库和防洪调节等要求。根据其布置的方式不同可为河岸溢洪道，溢洪隧洞，溢流坝等。河岸溢洪道也简称溢流道，必要时经过经济比较证明后也可分设正常溢洪道和非正常溢洪道。溢洪道的结构特点是地面开敞式，它具有较大的超泄洪能力。即泄水能力会随水库水位升高而速度升高，从而可以减少泄水翻坝漫顶的可能性；溢洪道检修方便，运用安全可靠；可充分利用地形，减少开挖的土石方量，所以应用很广。土石坝水利枢纽中的泄水建筑物大多采用河岸溢洪道。泄水隧洞是在山体中开挖的一种水流通道。它作为水利枢纽或渠道的重要部分，在水利工程中广泛的应用，而且工程规模越来越大。泄水隧洞按进水口高低可分为表孔和两种深孔类型。只要求在较高水位泄洪，并要求泄量随水位的增加而较快的增长时，或需要排除表面的污物时，可采用表孔隧洞。它与一般的溢洪道类似，其进水口属于堰流，超能力很大，结构简单，运行方便可靠。当要求根据洪水预报用泄水隧洞调节水库水位时，或水库有放空要求时，就应采用深孔隧洞。它的结构复杂，对闸门的要求较高，在设计，施工和运用管理方面都有一些特殊的问题，必须妥善加以解决。泄水隧洞总的说来土石方的开挖量较大，施工速度慢，施工的难度和工作量，施工的场地的狭小，物料的运输困难，发生事故的可能性较大。其次，施工的工序较多，对于高水头的隧洞其施工的质量要求较高。工程投资较大，因此选用放弃隧洞建筑物。溢流坝是通过坝身宣泄泄水的建筑物。溢流坝结构上简单，检修方便；便于排除漂浮物，不宜堵塞；泄流量与堰顶水头的3/2次方成比例，超泄潜力大。但表孔位置较高，在开始溢流时流量很小，不能适时加大泄量降低水位。另外它不能满足排沙放空等的要求。（但这些问题可以通过深式泄水孔和排沙孔解决）溢流坝施工方便，检修维护等均较方便。是三种溢流建筑物中最为经济合理的。所以在工程允许的条件下如果可以采用溢流坝就采用溢流坝。河岸溢洪道是挡水建筑物本身不能宣泄洪水或者地形地质条件的要求而采用河岸溢洪道。泄洪隧洞由于施工困难存在很多问题，是在河道狭窄，无法布置溢流坝和河岸式溢流坝的情况下采用的此而流方式。本工程的地质条件较好，且由于坝体是实体重力坝，通过坝身宣泄大量的流量，且河道较宽，有足够的坝段来布置溢流坝段，深式泄水孔和厂房坝段，所以本工程的泄水建筑物采用溢流坝。（2）电站建筑物按集中落差的方式不同，有坝式厂房，引水式厂房，河床式厂房。电站是枢纽建筑物的重要组成部分，是工程建成后的重要经济来源。按电站的建筑物及其特征，水电站的布置形式有坝式，河床式和引水式三种典型布置形式，对它们进行比较：坝式厂房：坝式水电站是靠坝来集中水头，最常见的布置方式是水电站厂房位于非溢流坝坝址处，即坝后式水电站，这种水电站常见于河流上并排布置有困难时，集中地落差为中、高水头。当河谷较窄而水电站机组较多、溢流坝和厂房并排布置有困难时，可将厂房布置在溢流坝下游或让溢流水舌挑越厂房顶泄入下游河道，成为挑跃式水电站；或让厂房兼做溢流道宣泄洪水，成为厂房顶溢流式电站。当坝体足够大时，还可以将厂房移至坝体空腔内，成为坝内式厂房。河床式电站：河床式电站厂房是挡水建筑物的一部分，从而成为集中水头的挡水建筑物之一，多建于平原区、河流的中下游的低坝枢纽上。引水式电站：引水道较长，且用之集中水电站的全部或大部分的水头。这种水电站多见于流量小，坡度大的河流中、上游或跨流域开发方案。由于该枢纽位于丘陵地区，引流量较大，河床较窄，坝体经过经济剖面选择后坝体比较薄，下游水位也比较低，坝后式水电站优先被采用。综上，采用坝后式水电站厂房。（3）放空建筑物可以分为：深孔放空建筑物、隧洞放空建筑物、涵管放空建筑物。在重力坝枢纽中多用深孔来放空水库。在枢纽中除了放空还担任了泄洪、灌溉放水、施工导流及排沙等任务。根据泄水孔中的水流状态，可分为无压孔和有压孔。由于枢纽为重力坝，相对于其他坝型坝身厚大，采用无压管可以加大泄流能力，而通过设计可以解决气蚀等问题，做到扬长避短。而从目前国内已建成和正在建设的工程来看，无压水孔选用较多，经验丰富。则决定采用无压深孔。综上，使用无压深孔来作为放空建筑物。2.3枢纽布置本枢纽的主要任务是发电，其次是防洪，所以本枢纽主要建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物、发电建筑物、放空建筑物组成。下面结合坝址处地形、地质等情况，选取枢纽布置的具体方案，并对方案进行技术、经济、水工方面的论证比较。坝址处地形大致是：坝址处河床较窄，其宽度为160（普通洪水流量）死河滩，坝址河床较陡。右岸地势较高，左岸地势较低，有起伏的山头但右岸较左岸平缓，且左岸风化严重，深达3～4。两岸平均坡度分别为0.22，坡角12.5度，右岸坡度0.07，坡角为4度。由于各建筑物的主要任务已定：溢流坝主要是宣泄汛期洪水流量，为使泄放的洪水大体沿原河道主流部分。深孔坝段主要用于水库检修或特殊情况下防空水库，放空时流量较小，冲刷问题不明显，因此无特殊布置要求。厂房坝段主要用于发电，其布置要求是交通便利，尽量利用附近平地布置开关站等各种电气设施，使发电机出险长度缩短，而且便于管理。由以上的基本要求，拟定两种方案进行比较。2.3.1方案一溢流坝位于河床中部，厂房右岸地势开阔平坦的地方，左岸布置深孔坝段。溢流坝和厂房坝布置是基本合理的，深孔坝段位于左岸，由于其坝段仅有十几米，底宽约四五十米，坝基开挖量小。但考虑岸坡的冲刷，再有泄洪时深孔作为泄流储备，很可能用于泄洪，因此要尽量布置与河床中。2.3.2方案二同样溢流坝位于河床中部，深孔坝段在其右侧，而再右侧为厂房坝段。厂房位于右岸，开挖量少，经济，上坝公路修建方便，无需较大投资。放空深孔基本位于河床中部，泄水时无岸坡冲刷问题。在计算中各坝段稳定及应力计算均按开挖到坝底高程303m设计。而此种方案布置中，各种建筑物都与设计吻合。且溢流与厂房用不经常泄水的深孔坝段相隔，使宣泄大洪水时下游尾水位变动对电站影响较小。因此此方案较合理。2.3.3方案比较及枢纽布置的确定从施工组织方面看：方案一中采用两段两期导流，先围左岸进行修建；深孔及部分溢流坝段，河水由左岸流，二期围右岸时，可利用左岸深孔及部分溢流坝段进行导流，但可能导流能力不够，水位上升较快，使围堰高度增加，加大围堰施工难度和工程量。方案二中采用两段两期导流。先围左岸修建挡水坝段和部分溢流坝段，二期围右岸，利用底孔和坝体缺口导流，将可提前发电，增加效益。因此，本枢纽选择方案二。第三章调洪演算3.1调洪演算的目的调洪的目的是确定溢洪道的尺寸，保证最大下泄流量满足下游的防洪要求；计算最高洪水位，确定大坝的高度。以及工程量和上游的水位和淹没状况；其任务是在水工建筑物或下游防护对象的防洪标准一定的情况下，根据已知的设计入库洪水过程线，水库地形特征资料，拟定的泄洪建筑物形式和尺寸，调洪方式，通过调洪演算，推求出水流过程线，最大下泄流量，防洪库容和水库相应的最高水位。由于本枢纽既发电又防洪，因此必须调洪。它的作用主要削减下泄洪水流量，使其不超过下游河床的安全泄量。调洪计算强调水库的主要作用是滞洪，即再一次洪峰到来时，将超过下游安全泄流量的那部分洪水暂时拦蓄在水库中，带洪峰过去后，在将拦蓄的洪水下泄掉，腾出库容迎接下一次洪水。当然有时水库下泄的洪水与下游区间洪水或支流洪水遭遇，相叠加后其总流量会超过下游安全泄量。这时就要求水库起“错峰”作用，使下泄洪水不与下游洪水同时到达需要防护的地区。3.2调洪演算的原理和方法调洪演算的原理是水库在水量平衡和动力平衡的支配下进行的。水量平衡用水库水量平衡方程表示，动力平衡可由水库蓄泄方程表示。调洪计算就是从起调开始，逐段求解这两个方程。调洪演算的方法：根据实际工程情况定几组溢洪道尺寸，建立出流量和水位的关系，水位和库容的关系，以及它们和时间段的关系，从而找到预期目标。常用方法有试算法、双辅助线法和单辅助线法。而本设计采用半图解法中的双辅助线法。下面就此说明。其基本的由来如下：洪水在水库中进行时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化，其流态属于明渠非恒定流。根据水力学，明渠非恒定流的基本方程，即圣维南方程组、连续性方程、运动方程。w—过水断面面积（）t—时间()Q—流量()S—沿水流方向的距离()V—水位()g—重力加速度()v—断面平均流速()K—流量模数()用瞬态法将式（3—1）化简得基本公式，再结合水库的特有条件对公式进一步化简，则得专用于水库调洪计算的实用公式如下：这个公式实际上表现为一个水量平衡方程式，表明，在这一个过程中，入库水量与下泄流量之差即为该时段中水库蓄水量的变化。公式中并未计及洪水入库处至泄洪建筑物间的行进时间，也未计及沿程流速变化和动库容等的影响。本枢纽的调洪计算采用半图解法，因此将上式改写为：均可与水库水位建立函数关系。因此，可根据选定的计算时段▽t值、已知根据水力学公式算出的水位下泄流量关系曲线，事先计算并绘制曲线组：、和，其中，既是水位流量关系曲线，其余两曲线是半图解法中的必须的两根辅助曲线。半图解法的步骤：1.根据给出的坝址地质条件，确定大致的泄洪单宽流量(80-120)2.允许最大设计下泄流量（Q）和确定的单宽流量q，初步计算溢流坝段溢流前缘宽度。3.确定溢流堰堰顶高程H₁,取H₁=337-339.4.选定起调水位Hﾷ。起调水位一般选为防洪限制水位，但本工程未给出防洪限制水位，故从充分发挥防洪效益的角度考虑，可取起调水位为正常水位，即Hﾷ=345。5.选定调洪过程。方案一：起调水位345，在来洪量等于下泄量之前，有闸门控制，来多少放多少。在来洪量大于下泄量后，闸门全开，作为无闸门情况对待。对设计洪水情况，下泄洪量大于2800，则控制闸门开度使下泄洪量保持2800；对校核水位情况，则重点在保坝，保持闸门全开，不考虑下游安全泄量。方案二：起调水位为堰顶高程，闸门全开，作为无闸门对待。但设计水位洪水情况在下泄洪水流量大于2800.以上两种方案均可行，现使用第一种方案。6.按上述基本公式，分别计算、、，并作相应曲线。7.由来洪曲线Q=f(t)及曲线、、，综合求解设计洪水位、设计下泄流量、校核洪水位、校核下泄流量。8.通过改变堰顶高程或溢流前缘宽度作为不同的调洪方案2-3个。选则不同的调洪方案，分别计算各方案的设计洪水位、设计下泄流量、校核洪水位、校核下泄流量。9.对各调洪演算方案的成果进行分析比较(安全泄量、工程量、下游放冲消能等)，确定本工程的设计水位和校核水位。3.3调洪演算方案3.3.1基本资料及限制条件根据水文分析,各个频率下的洪水流量列于表3-1表3-1各频率洪水流量频率P(%)5流量(立米/秒)31504050610070007900根据观测资料，推测五天历时的洪峰单位过程线列于表3-2表3-2洪峰单位过程线时段(天)011.062345流量(%)10891005732.51912正常(设计)洪水重现期500～100年对应频率:0.2%～1%非常(校核)洪水重现期2000～1000年对应频率:0.05%～0.1%参加泄洪的不包括放空流量，要求计入发电的流量；最大下泄流量不得大于安全泄洪量，设计和校核洪量分别为2000，2500。限制条件:起调水位为正常高水位345,起调时刻为当来流量等于正常水位时闸门全开的泄流量。最高水位：可接近但不能超过350。最大泄流量为Qs=28003.3.2设计和校核洪水过程线的推求根据表3-3可得时间与流量关系的洪水过程线。表3-3设计洪水流量过程线时段(天)011.062345设计流量(³/s)4053604.540502308.51316.25769.5486图3-1设计洪水过程线表3-4校核洪水流量过程线时段(天)011.062345校核流量（³/s）70062307000399022751330840图3-2校核洪水过程线设计洪水过程线取频率为1%的洪水，洪水期洪峰为4050；校核洪水过程线取0.1%，对应洪水期洪峰7000。3.3.3演算方案拟定（1）泄洪方式：采用表孔式泄洪（2）方案拟定（闸孔宽度和数量）：取允许单宽流量：［q］=80;溢流前净宽：堰上水深Hօ根据公式推求，则=11.23堰顶高程：=350—11.23=338.77方案一的闸门高：=345—337=8方案二的闸门高：h=Z正常—Z堰顶=345—338=7溢流曲线的选择，应使水流平顺的通过堰顶，在堰面上不产生过大的负压，泄流能力较大。国内外采用比较多堰型是WES堰，本工程也不例外。方案一：堰顶高程H=337，起调水位为h=345。确定大致单宽流量q=80,初步设计溢流坝段溢流前缘宽度B为35，拟定为40。方案二：堰顶高程H=338，起调水位为h=345。确定大致单宽流量q=80,初步设计溢流坝段溢流前缘宽度B为35，拟定为45。3.3.4调洪演算过程调洪演算采用试算法，计算结果列于下：根据表3-5所给数据绘制Z～V曲线，如图3-3。表3-5水位-库容表水位米315320325330335340345350容积立方米0.1580.3420.7621.6602.8904.6307.1509.99图3-3水位库容曲线（2）方案一：假设洪水到来时,水位刚好保持在溢洪道堰顶，即起调水位337。列表计算q～V曲线，在堰顶高程337之上，假设不同库水位Z，用它们分别减去堰顶高程337得堰顶水头H，带入堰流公式：=2.125×40H32=85从而得到各H相应的溢洪道泄流能力，加上发电流量90，得Z值相应的水库泄流能力q,再由图3-4中的Z～V曲线，得Z值相应的库容V。表3-6水库q～V关系计算表库水位Z()325320325330335340345350堰顶水头H（）000003813泄流能力q(³/s)9090909090531.72013.34074.1库容V（106³0.1580.3420.7621.6602.8904.6307.1509.99则可得q～V关系曲线如下图3-4流量库容过程线方案二：假设洪水到来时,水位刚好保持在溢洪道堰顶，即起调水位为338。计算方法同方案一，堰流公式为：=2.125×45H32=95.625表3-7水库q～V关系计算表库水位Z()325320325330335340345350堰顶水头H（）000002712泄流能力q(³/s)9090909090360.518614065.1库容V（106³0.1580.3420.7621.6602.8904.6307.1509.99则可得q～V关系曲线如下图3-5流量库容过程线计算工况：设计情况下，3孔，每孔11。表3-8调洪演算计算表（方案一）时间t（h)时段△t（h）Q(³/s)(Q₁+Q₂)/2(³/s)(Q₁+Q₂)△t/2(³)q(³/s)(q₁+q₂)/2(³/s)(q₁+q₂)△t/2(³/s)V(〖10〗^6³)04052013.3715661140772.516.68618501931.6541.72364689.962361261920153033.0481830184039.744683.266361862700231049.8961860184539.852693.31036241.443604.53152.2516.341264190018809.74592699.905725.444.5640503827.2562.8281362080199032.66784730.0663063750390084.242350221547.844766.4623663240349575.4922550245052.92789.0344262780301065.0162610258055.728798.3224862308.52544.2554.95582570259055.944797.333854620002154.2546.53182540255555.188788.67766061750187540.52400247053.352775.82566661530164035.4242300235050.76760.48967261316.21423.12530.73952200225048.6742.629178611501233.12526.63552050212545.9723.36468461000107523.221950200043.2703.384690689094520.4121810188040.608683.1886966769.5829.7517.92261700175537.908663.2032

续表3-8调洪演算计算表（方案一）时间t（h)时段△t（h）Q(³/s)(Q₁+Q₂)/2(³/s)(Q₁+Q₂)△t/2(³)q(³/s)(q₁+q₂)/2(³/s)(q₁+q₂)△t/2(³/s)V(〖10〗^6³)1026700734.7515.87061550162535.1643.9738108662066014.2561400147531.86626.3698114655058512.6361350137529.7609.3058120648651811.18881250130028.08592.4146计算工况：校核情况下，3孔，每孔11。表3-9调洪演算计算表（方案一）时间t（h)时段△t（h）Q(³/s)(Q₁+Q₂)/2(³/s)(Q₁+Q₂)△t/2(³/s)q(³/s)(q₁+q₂)/2(³/s)(q₁+q₂)△t/2(³/s)V(〖10〗^6³)07002013.3715661900130028.0819001956.6542.26364700.816361263380264057.0241970193541.796716.044361864200379081.8642250211045.576752.33236241.446230521527.034562400232512.0528767.3141225.444.5670006615108.59182840262043.00992832.8960430664006700144.723400312067.392910.2240436655005950128.523800360077.76960.9840442647005100110.163950387583.7987.444044863990434593.8524080401586.724994.572045463400369579.8123970402586.94987.444046063000320069.123860391584.564972.000046662840292063.0723750380582.188952.8840472622752557.555.2423570366079.056929.0700478620502162.546.713380347575.06900.720048461700187540.53120325070.2871.020049061520161034.7762920302065.232840.564049661330142530.782650278560.156811.1880410261200126527.3242500257555.62782.8920410861080114024.6242250237551.3756.2160411461000104022.4642100217546.98731.700041206840920计算工况：设计情况下，3孔，每孔12。表3-10调洪演算计算表（方案二）时间t（h)时段△t（h）Q(³/s)(Q₁+Q₂)/2(³/s)(Q₁+Q₂)△t/2(³/s)q(³/s)(q₁+q₂)/2(³/s)(q₁+q₂)△t/2(³/s)V(〖10〗^6³)04051861715661140772.516.68617001780.538.4588693.22721261920153033.0481650167536.18690.09521862700231049.8961780171537.044702.9472241.443604.53152.2516.341264180017909.27936710.009125.44.5640503827.2562.8281362000190031.1904741.64683063750390084.242200210045.36780.52683663240349575.4922550237551.3804.71884262780301065.0162600257555.62814.11484862308.52544.2554.95582590259556.052813.018654620002154.2546.53182530256055.296804.25446061750187540.52400246553.244791.51046661530164035.4242300235050.76776251423.12530.73952160223048.168758.745978611501233.12526.63552000208044.928740.45348461000107523.221900195042.12721.553490689094520.4121780184039.744702.2214966769.5829.7517.92261600169036.504683.641026700734.7515.87061500155033.48666.0306108662066014.2561400145031.32648.9666114655058512.6361280134028.944632.6586120648651811.18881200124026.784617.0634计算工况：校核情况下，3孔，每孔12米。表3-11调洪演算计算表（方案一）时间t（h)时段△t（h）Q(³/s)(Q₁+Q₂)/2(³/s)(Q₁+Q₂)△t/2(³)q(³/s)(q₁+q₂)/2(³/s)(q₁+q₂)△t/2(³/s)V(〖10〗^6³)0700186171571561900130028.0817801820.539.3228703.7572703.757263380264057.0241900184039.744721.0372721.037264200379081.8642170203543.956758.9452758.94521.446230521527.03462300223511.58624774.3935774.393524.5670006615108.5922850257542.2712840.7142840.71416664006700144.723450315068.04917.3942917.39416655005950128.523880366579.164966.7502966.75016647605130110.8084050396585.644991.9142991.91416续表3-11调洪演算计算表（方案二）时间t（h)时段△t（h）Q(³/s)(Q₁+Q₂)/2(³/s)(Q₁+Q₂)△t/2(³)q(³/s)(q₁+q₂)/2(³/s)(q₁+q₂)△t/2(³/s)V(〖10〗^6³)63990437594.54060405587.588998.826271563400369579.8124000403087.048991.5902703.757263000320069.123950397585.86974.8502721.037262840292063.0723750385083.16954.7622758.9452622752557.555.2423550365078.84931.1642774.39352620502162.546.713300342573.98903.8942840.7141661700187540.53050317568.58875.8142917.3941661520161034.7762850295063.72846.8702966.7501661330142530.782640274559.292818.3582991.9141661200126527.3242400252054.432791.2502998.8261661080114024.6242230231550.004765.8702991.5901661000104022.4642070215046.44741.8942974.85016684092019.8721900198542.876718.8902954.76216在考虑设计和校核允许下泄流量的情况下，只有方案二满足限制条件，选用该方案，即3个孔，每孔12的方案。3.4调洪演算的成果及分析调洪演算成果如表3-12:表3-12调洪演算成果如表工况方案一二堰顶高程337338最高水位（）设计346.45347.05校核349.76349.98最大流量（³/s）设计26102600校核40804060表3-13溢洪道计算成果表方案孔宽（）起调流量类型qmax(³/svmax(³zmax(³qmax+方案一332013.3设计26107.98346.452700校核40809.88349.764170方案二361861设计26008.14347.052690校核40609.89349.984150比较两个方案，都可以满足本工程的基本要求。方案一设计、校核水位较低，泄流量大，前缘宽度较小；方案二则刚好相反，水位较高，泄流量较小，前缘宽度较大。根据实际经济效益和工作量而言，选定方案一。有以上表格所知，设计洪水位346.45,最大泄流量2610。校核洪水位349.76，最大泄流量4080。第四章非溢流坝的经济剖面的选择由前面的坝型选择可知最佳坝型为实体重力坝，以下为该实体重力坝非溢流坝段的设计过程。4.1重力挡水坝段的剖面尺寸拟定4.1.1坝顶高程的确定1)坝顶高出水库静水面得高度可按下式进行计算:其中，—波浪高度—库面的波浪吹程—波浪中心线高出静水位的高程—波浪长度—超高—风速2）在设计洪水情况下，风速=16，宜采用多年平均最大风速的1.5～2.0倍，即取值范围为24～32,所以取=1.875*=30。D=10公里3)在校核情况下，风速宜采用多面平均最大风速，所以===16。由于坝的级别为二级，查《水工建筑物》表3-10可得，设计时安全超高去0.5，校核时安全超高取0.4。∆h设∆h校则设计H坝顶=346.45+3.921=350.371则校核H坝顶=349.76+1.8544=351.6144因为规定坝顶放浪墙顶的高程为设计与校核值中的最大值，则坝顶高程Z=351.6144，取Z顶=351.6。4.1.2坝顶的宽度确定坝顶高程为351.6，坝顶高程为303，因此坝高为48.6。而坝宽可采用坝高的8%～10%，但一般不小于2,所以坝宽为3.88～4.85,因为有交通要求，所以取值大些，为6。4.1.3上下游坡度及折坡点的宽度根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n=0～0.2；下游坝坡坡率=0.6～0.8；。所以取上游坡度n=0.2,下游坡度=0.7，上游折坡点高程取泥沙淤积高程320，下游折坡点高程根据坝顶高程计算求得，为343.03。坝的底宽D=3.4+6+28.02=37.42。坝的底宽约为坝高的0.7～0.9倍，即可得48.6*0.7～48.6*0.9=34.02～43.74，经验算符合条件。其初步拟定如图4-1所示：图4-1非溢流坝剖面图为了检查、观测和排水坝体渗水，还应在靠近坝体上游面沿高度每隔15～30，设置检查和排水廊道，其断面型式也多采用城门洞形，最小宽度1.2，最小高度2.2，至上游面的距离应小于0.05～0.07倍水头且小于3，上游侧设排水廊道。则距上游面的距离取8。4.2经济剖面选择的原理和方法4.2.1选择原理和方法非溢流坝段的断面在任何水平截断上均能满足稳定和应力要求，而整个坝体的混凝土方最小的断面称为经济断面。为了获得经济合理的混凝土坝剖面，必须遵循以下三条原则：(1)最危险破坏面的最小抗滑稳定安全系数不小于规范定值；(2上游面最小主压应力不小于规定值；(3总工程量为最小。本次设计主要对非溢流坝剖面进行优化。对最常用的剖面形状，共有5个参数，即顶宽度B，上游坝坡n，上游起坡点高程y1，下游坝坡和下游起坡点y2，控制条件主要是坝基面和上游起坡点两个水平截面上的稳定和应力条件。一般坝顶宽度B对坝体混凝土方量影响极微，可根据构造和交通要求预先求出，其它4个参数可按下述方法求出：即在坝基面和上游起坡点的截面上，取应力和稳定安全系数为最小的允许值，分别列出一个稳定方程式和一个应力方程式，共4个方程式，可解出4个未知数n，，y1，y2，此时，位于中间的剖面就是经济剖面。4.3非溢流坝挡水坝段的稳定和应力分析4.3.1基本资料坝基高程:Zj=136坝顶高程：Zd=351.6坝顶宽度：B=6上游折坡点：Zuz=320坡度：n=0.2下游折坡点：Zdz=343.03坡度：=0.7淤沙高程：Zs=320排水管距上游坝面的距离：Lp=8渗透折减系数：α=0.2水的容重：γ0=0.98×104混凝土的容重：γc=2.4×104泥沙浮容重：γs=0.007×104设计时，浪高：2h1=2.51浪长：2L1=21.72波浪中心高：z1=0.56上游水位：zu=346.45下游水位：zd=314.0校核时，浪高：2h1=1.144浪长：2L1=11.58波浪中心高：z1=0.2上游水位：zu=349.76下游水位：zd=316.4抗剪摩擦系数：f＇=1.2抗剪断凝聚力：c＇=1.2×106QUOTEPa坝基长度L=37.42表4-1为基本荷载及其力臂的计算：表4-1荷载和力臂计算表计算公式荷载值(104力臂设计校核设计校核自重69.3611.85699.847.721346.01-4.622115.21扬压力238.88261.98-10.73-10.75410.7482.527.687.79649.5744.5上游水925.01071.38-14.483-15.59118.8130.0812.5612.55泥沙1.0115-5.6670.202312.99下游水59.2987.983.6674.46742.3562.85-20.73-20.1浪4.832.19-43.45-46.7总和水平力1791.8铅直力22764.3.2稳定分析的基本原理和计算方法1）稳定分析的基本原理在任何可能出现的荷载组合的情况下，重力坝都必须保持稳定。而岩基混凝土重力坝的失稳破坏一般有以下两种类型：（1）大坝沿着抗剪能力不足而产生的滑动，包括沿坝基面或沿附近岩体的表层或浅层破坏以及沿基岩体内方向不利而又连续延伸的软弱结构面产生深层滑动；（2）坝可能伴随着上游坝踵以下出现斜拉裂缝以及在下游坝址以下出现岩石受压屈服区,两者逐渐开展,直至联通,坝体联通部分地基产生倾倒或滑移而破坏。抗滑稳定分析主要就是核算坝体沿坝基面或地基深层软弱结构面抗滑移稳定的安全度。主要计算方法有两种：抗剪断强度公式和抗剪强度公式，根据我国1984年颁布的混凝土重力坝设计规范SDJ21-78（试行）补充规定中规定，除中型工程中的中低坝外，应按抗剪断强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数。此工程属于大型工程，因此采用抗剪断强度公式。抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数为：式中f′—抗剪断摩擦系数；C′—抗剪断凝聚力（）；A—滑动面面积（）；U—作用于滑动面上的扬压力；∑H—作用于滑动面上坝体的力在水平方向投影的代数和；∑V—作用于滑动面上坝体的力在垂直方向投影的代数和；2）稳定分析计算基本荷载有：坝体自重、上游水压力、下游水压力、泥沙压力、浪压力、扬压力、坝顶设备重量。抗滑稳定安全系数为：设计时：=3.596﹥3.0校核时：=3.532﹥2.5以上两种情况下均满足稳定要求。4.3.3应力分析的基本原理和方法1）应力分析的基本原理强度和稳定是表征建筑物安全的两个重要方面，而应力分析是校核强度和稳定的前提。重力坝的应力分析是在坝体断面已初步拟定的情况下进行的，其目的是为了判定坝体运行期和施工期是否满足强度和稳定方面的要求，同时也为了研究与设计和施工有关的其他问题提供依据。设计的坝体断面需要满足规定的应力条件：在基本荷载组合下，重力坝坝基面的最大垂直正应力应小于坝基允许应力，最小垂直应力应大于零；对于坝体应力，在基本荷载组合下，下游面最大主压应力把大于混凝土允许压应力值，上游面的最小主压应力应大于零。应力的计算方法很多，可归纳为理论计算和模型试验两大类。设计时一般使用理论计算方法，理论的计算方法有材料力学法、弹性理论和弹塑性理论的方法。对于中等高度(60～70)以下的重力坝，一般只用材料力学计算方法即可，它计算方法简单，原理明确，计算比较准确。图4-2坝体荷载示意图p1:上游水荷载；p2:水重；p3:上游水荷载；p4:水重；p5:下游水荷载；p6:水重；u：扬压力；w：坝体自重2）应力分析计算1)垂直正应力σyu和式中：∑W—作用在计算截面以上全部荷载的垂直分力总和；设计时：∑W=∑V-U=1627.0；校核时：∑W=∑V-U=1532.09；∑—作用在计算截面以上全部荷载的对截面形心的力矩总和；设计时：∑=∑P*L=-12778.75；校核时：∑=∑P*L=-16051.76；T—坝体计算截面沿坝体上下游方向的长度，T=L=37.42带入上式公式可得：设计时，σyu=1.77σ校核时，σyu=0.57σ上面各式中均未出现负值（即拉应力），则符合应力设计要求。2）剪应力τu和设计时：τu=－σyuτd=σyd校核时：τu=－σyuτd=σyd3）水平正应力σxu和设计时：σxu=σyu*n²=1.77*0.2σxd=σyd*²=111.28*0.7校核时：σxu=σyu*n²=0.57*0.2σxd=σyd*²=109.72*0.74）第一主应力σplu和设计时：σplu=σyu（1+n²）=1.77*(1+0.2σpld=σyd(1+²)=111.28*(1+0.7校核时：σplu=σyu（1+n²）=0.57*(1+0.2σpld=σyd(1+²)=109.72*(1+0.75）第二主应力σp2u和σ设计时：σp2uσp2d校核时：σp2uσp2d以上可以看出坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况，符合设计要求。4.4非溢流坝坝体应力分析计算成果及分析应力计算的目的：为了判定坝体在运用和施工期间是否满足强度和稳定方面的要求，同时也为研究设计和施工有关的其他问题（如确定坝体混凝土标号分区以及在某些部位配置钢筋）提供依据。要求计算出3～5个不同高程截面的正应力δx、δy,剪应力ｔxy和主应力δ1、δ2。本设计取4个截面，其高程分别为：343.03，331,320，303；分析坝体的应力条件。本计算应用材料力学方法，这是应用最广、最简便，也是重力坝设计规范中规定采用的计算方法。多年的工程实践证明，对于中等高度的坝，应用材料力学方法，并按规定的指标进行设计，是可以保证工程安全的。应力计算的六个工况为：正常洪水位；正常洪水位+扬压力；设计洪水位；设计洪水位+扬压力；校核洪水位；校核洪水位+扬压力。计算结果如下表所示：表4-2正常水位(不计扬压力)单位：kpa高程δxδyｔxyδ1δ2δxuδxdδyuδydｔuｔdδ1uδ1dδ2uδ2d343.0311.51810.57619.55321.583-1.67415.10819.88832.15911.183033198.22128,93462.62536.8925,38441.82327.83458.026120.4570320238.20731.60269.17864.49335.21449.03462.13596.095245.250303398.0635.43963.02561.39769.79935.62849.06586.336412.0210.5