水工建筑物重力坝设计计算书

、非溢流坝设计(一)、初步拟定坝型的轮廓尺寸坝顶高程的确定校核洪水位情况下：波浪高度 2hl=0.0166V5/4D1/3=0.0166x185/4x41/3=0.98m波浪长度 2Ll=10.4x(2hl)0.8=10.4x0.980.8=10.23mh0h0=n(2hl)2/2L[=3.14x0.982/10.23=0.30mh=0.3mc△h校=2hl+h0+hc=0.98+0.30+0.3=1.58m安全超高按III级建筑物取值坝顶高出水库静水位的高度设计洪水位情况下：2hl2hl=0.0166(1.5V)5/4D1/3=0.0166x(1.5x18)5/4x41/3=1.62m2Ll=10.4x(2hl)0.8=10.4x1.620.8=15.3mh0=n(2hl)2/2L[=3.14x1.622/15.3=0.54mh=0.4mc△h设=2hl+h0+hc=1.62+0.54+0.4=2.56m波浪长度波浪中心线到静水面的高度安全超高按I级建筑物取值坝顶高出水库静水位的高度设l0c两种情况下的坝顶高程分别如下：校核洪水位时：225.3+1.58=226.9m设计洪水位时：224.0+2.56=226.56m坝顶高程选两种情况最大值226.9m,可按227.00m设计，则坝高227.00-174.5=52.5m。坝顶宽度的确定本工程按人行行道要求并设置有发电进水口，布置闸门设备，应适当加宽以满足闸门设备的布置，运行和工作交通要求，故取8米。坝坡的确定考虑到利用部分水重增加稳定，根据工程经验，上游坡采用1：0.2,下游坡按坝底宽度约为坝高的0.7〜0.9倍，挡水坝段和厂房坝段均采用1：0.7。上下游折坡点高程的确定理论分析和工程实验证明，混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1/3~2/3坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定。根据坝高确定为52.5m，则1/3H=1/3X52.5=17.5m，折坡点高程=174.5+17.5=192m；2/3H=2/3X52.5=35m，折坡点高程=174.5+35=209.5m，所以折坡点高程适合位于192m〜209.5m之间，则取折坡点高程为203.00m。挡水坝段和厂房坝段的下游折坡点在统一高程216.5m处。坝底宽度的确定由几何关系可得坝底宽度为T=(203-174.5)x0.2+8+(216.5-174.5)x0.7=43.1m(6)廊道的确定

▽校19。-6543.[m坝设有基础灌浆排水廊道，距上游坝面6.1m，廊道底距基岩面▽校19。-6543.[m坝设有基础灌浆排水廊道，距上游坝面6.1m，廊道底距基岩面4m,尺寸2.5x3.0m（宽x高）。（7）非溢流坝段纵剖面示意图' ]227.00▽校NNS.30 「二▽正常217一216.50203.00.2.5m/卜T、hq~1181.517450（二）、基本组合荷载计算及稳定分析由上述非溢流剖面设计计算得知校核洪水位情况下的波浪三要数：波浪中心线到静水面的高度ho=0.3m波浪高度2hl=0.98m波浪长2L「10.23m因为gD/v2=9.81x4000/182=121.11m，在20〜250m之间所以波高应安转换为累计频率1%时的波高：2hl（1%）=0.98x1.24=1.22m。又因为半个波长L[=10.23/2=5.12vH（坝前水深H=50.8m）,所以浪压力Pl按深水波计算。式中：其中灌浆处及排水处扬压力折减系数取a=0.25水重度Y=9.81KN/m3混泥土等级强度C10混泥土重度24KN/m3坝前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/m3水下淤沙摩擦角中=18°。(1)正常洪水位情况▽正常7.如正常洪水位情况下荷载计算示意图正常洪水位情况下的荷载计算过程见附表1附表1非溢流■力坝基本荷载计算表上游水位：217.00m 下游水位:180.00m 坝高：52.5m 计算情形：正常洪何载符号计算公式垂直力(KN)水平力(KN)对的1T—T自重W11/2x5.7x28.5x241949.40W28x52.5x2410080.00W31/2x29.4x42x2414817.60水平水压力P11/2x9.81x42.528859.66P21/2x9.81x5.52148.38垂直水压力Q15.7x14x9.81782.84Q21/2x5.7x28.5x9.81796.82Q31/2x3.85x5.5x9.81103.86扬压力U143.1x5.5x9.812325.46U21/2x36.15x9.25x9.811640.17U36.95x9.25x9.81630.66U41/2x6.95x27.75x9.81945.99浪压力P111/2x9.81x(5.12+0.3+1.22)x5.12166.75P121/2x9.81x5.122128.58水平泥沙压力pni1/2x9.5x202xtg(45°-18°/2)1002.94垂直泥沙压力Pn21/2x4x20x9.5380.00合计28910.525542.88276.9610029.35总计ZW=23368.24注=9752.39注：垂直力以I为正，f为负；水平力以-为正，—为负；力矩以顺时针为正，逆时针为负ff(Zw-U)+西Ks= ^p =[0.9x(23368.24-5542.88+700>43.1]/9752.39=4.74>[3.0]，满足抗滑稳定要求。(2)校核洪水位情况校核洪水位情况下荷载计算示意图①校核洪水位情况下的荷载计算过程见附表2附表2非溢流■力坝基本荷载计算表上游水位：225.30m 下游水位:190.65m 坝高：52.5m 计算情形：校核洪水何载符号计算公式垂直力(KN)水平力(KN)对坝偏1T—T自重W11/2x5.7x28.5x241949.40W28x52.5x2410080.00W31/2x29.4x42x2414817.60水平水压力P11/2x9.81x50.8212658.04P21/2x9.81x16.1521279.33垂直水压力Q15.7x22.3x9.811246.95Q21/2x5.7x28.5x9.81796.82Q31/2x11.31x16.15x9.81895.93扬压力U143.1x16.15x9.816828.40U21/2x36.15x8.67x9.811537.33U36.95x8.67x9.81591.12U41/2x6.95x25.98x9.81885.65浪压力P111/2x9.81x(5.12+0.3+1.22)x5.12166.75P121/2x9.81x5.122128.58水平泥沙压力Pn11/2x9.5x202xtg(45°-18°/2)1002.94垂直泥沙压力Pn29.5x1/2x4x20380.00合计30166.709842.491407.9213827.73总计EW=20324.20^P=12419.82注：垂直力以I为正，f为负；水平力以-为正，—为负；力矩以顺时针为正，逆时针为负。K，sK，s=f，(£质U)+C么=[0.9x<20324.20-9842.49^700>43.1]/12419.82=3.19>[2.5],满足抗滑稳定要求。四、应力分析（运行期）（一）正常洪水位情况下1、水平截面上的正应力£1、水平截面上的正应力£W 6£M。 =+wB B222586.046x6282.45 + 43.1 43.12=562.48(kPa)byd£Wbyd£W6£M—B B222586.046x6282.45

—43.1 43.12=521.89(kPa)2、剪应力上游面水压力强度：a 18。P=rH+rHtan2(45。—_)=9.81x42.5+9.5x19.8tan2(45。——)=51622(kPa)uw1sb淤 2 2下游面水压力强度：P=rH2=9.81x5.5=53.96(kPa)剪应力：t=(P—b)n=(516.22—562.48)x0.2=—9.25(kPa)td=(bd—P)m=(521.89—53.96)x0.7=327.56(kPa)3、 水平应力b=P-tn=516.22—(—9.25)x0.2=518.07(kPa)bd=P+tm=53.96+327.56x0.7=283.25(kPa)4、 主应力b=(1+n2)b—Pn2=(1+0.22)x56248—516.22x0.22=564.33(kPa)1u yuub1d=(1+m2)b刁—Pm2=(1+0.72)x521.89—53.96x0.72=751.18(kPa)b=P=516.22(kPa)b：=P^=53.96(kPa)1、水平截面上的正应力byu20324.206x91477.78

byu20324.206x91477.78

+ 43.1 43.12=767.03(kPa)byd20324.206x91477.78—43.1 43.12=176.09(kPa)2、 剪应力上游面水压力强度：TOC\o"1-5"\h\za 18。P=rH+rHtan2(45。一_)=9.81x50.8+9.5x19.8tan2(45。一—)=597.64(kPa)uw1sb淤 2 2下游面水压力强度：P=rH=9.81x16.15=158.43(kPa)剪应力 dW2t=(b—P)m=(176.09—158.43)x0.7=12.36(kPa)t=(p'—b)n=(597.64—767.03)x0.2=—33.88(kPa)3、 水平应力b=P—tn=597.64—(—33.88)x0.2=604.42(kPa)bd=P+tm=158.43+12.36x0.7=167.08(kPa)4、 主应力b1d=(1+m2)bd—Pm2=(1+0.72)x176.09—158.43x0.72=184.74(kPa)b=(1+n2)b—Pn2=(1+0.22)x767.03—597.64x0.22=773.80(kPa)1u yuub2=P=597.64(kPa)b2d=Pd=158.43(kPa)五、部应力计算（一）正常洪水位情况下坐标原点设在下游坝面，由偏心受压公式可以得出系数a和b,如下£W6工M 22586.046x6282.45a= 一 = 一 =521.89B B2 43.1 43.12b=&=12X6282.45=0.52B3 43.13具体坝应力计算过程见附表3（二）校核洪水位情况下坐标原点设在下游坝面，由偏心受压公式可以得出系数a和b，如下£W6£M23368.246x91477.78a= - = - =176.09B B2 43.1 43.12b=巨=12X91477.78=1371B3 43.13具体坝应力计算过程见附表4非溢流坝坝应力分析计算表选取点距坝址距离X01020a=ZW/B-6ZM/B2521.89512.89512.89b=12^M/B30.940.940.94水平截面正应力oy=a+bX521.89522.29531.69ai=Td327.56327.56327.56b1=(-1/B)x(6^P/B+2Tu+4Td)-61.47-61.47-61.47c1=(1/B2)x(6^P/B+3iu+3Td)1.241.241.24坝剪应力T=a1+b1X+c1X2327.56-163.14-405.84&=°xd283.25283.25283.25b2=(Oxu-°xd)/B4.474.474.47坝水平正应力ox=a2+b2X283.25327.95372.65坝主应力751.18615.01865.73坝主应力539.37471.28596.64第一主应力方向-35。0'29。37，39。27,

非溢流坝坝应力分析计算表选取点距坝址距离X01020a=ZW/B-6ZM/B2176.09176.09176.09b=12^M/B313.7113.7113.71水平截面正应力oy=a+bX176.09313.19450.29ai=Td12.3612.3612.36b1=(-1/B)x(6^P/B+2Tu+4Td)-39.69-39.69-39.69c1=(1/B2)x(6^P/B+3iu+3Td)0.900.900.90坝剪应力T=a1+b1X+c1X212.36-294.54-421.44a2=°xd167.08167.08167.08b2=(Oxu-Oxd)/B8.338.338.33坝水平正应力ox=a2+b2X167.08250.38333.68坝主应力 CT=«_^+IlwI2+T2184.74577.99817.44坝主应力 b=L^2^ 12 2 )y2 'k2 /2+C2158.43295.18414.90m1 2c 、第一主应力方向咒=2arctan(—b_b)y x-34。58'41。57'41。03'六、坝应力分析图根据坝应力分析计算成果，可做出坝应力分布图，如下所示:(1)正常洪水位情况下二、溢流坝设计一、 孔口型式及尺寸拟定已知：校核洪水位时泄流量为3340m3/s设计洪水位时泄流量2600m3/s设：单宽流量为q=80m3/s-m闸门孔口数为5孔，每孔净宽为8m。前缘净宽校核洪水位时：L=Q溢/q=3340/80=41.75(m)设计洪水位时：L=Q溢/q=2600/80=32.5(m)综上所述，取L=40m堰顶高程由资料可知，堰顶高程为213.00m。二、 溢流坝的堰面曲线设计①顶部曲线段开敞式溢流堰面曲线，采用幕曲线时按下式计算：Xn=kH(n-i)yH――定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%-95%计算，m；d .…_ 一…n、K 与上游坝面坡度有关的指数和系数；x、y——溢流面曲线的坐标，其原点设在颜面曲线的最高点。按85%计算，则：H=0.85H =0.85X(225.3—213)=10.46m上游坝面铅直：k=2,n=1.85x-y关系如下表：x012345678910y00.0680.2450.5190.8831.3351.872.4883.1853.964.812原点上游曲线段R1=0.5Hd=0.5x10.46=5.23(m), 0.175Hd=0.175x10.46=1.83(m)；R2=0.2Hd=0.2x10.46=2.09(m), 0.276Hd=0.276x10.46=2.89(m)；R3=0.04Hd=0.04x10.46=0.42(m),0.282Hd=0.282x10.46=2.95(m)。堰面曲线与直线段的切点坐标上游坡度垂直：A=1.096 B=0.592 a=1.1765 b=2.176直线段与溢流曲线的切点坐标：1 1tan0=一==1.43 01=arctan1.43=55°xt=aH(tan0)a=1.096x10.46x1.431.1765=17.46(m)"=B%(tan=0.592x10.46x1.432.176=13.49(m)VT切点高程=堰顶高程->=213-13.49=199.51(m)底部反孤段中取=0.95时，坝顶水面流速为ViH0=校核洪水位-坎顶高程=225.3-191.65=33.65(m)匕=1.14X中x(2gH0=1.14乂0.95^2X10X33.65=28.10(m3/s)因为q=80m3/s-m，贝Qq/V1=80/28.1=2.85所以h=2.85m。又因为R=(4—10)h,所以取R=6h=6x2.85=17.1(m)取挑射角02=20°则：圆心高程=坎顶高程+RcosO2=191.65+17.1cos20°=207.72(m)圆心纵坐标y0=堰顶高程-圆心高程=213-207.72=5.25(m)反孤段和直线段的切点坐标：尤=xt+七—yT=17.46+15.06-13.49=18.56(m)d tane 1.43yD=y0+Rcose：=5.25+17.1xcos55°=15.06(m)圆心坐标：x=Xd+Rsine1=18.56+17.1xsin55o=32.57(m)y=yD-Rcose1=15.06-17.1xcos55°=5.25(m)E点坐标(坎顶坐标)：x=x+Rsine=32.57+17.1xsin20。=38.42(m)y=y+Rcose=5.25+17.1xcos20。=21.32(m)离心力作用点0标：尤=尤-Rsin(0~61+62)=32.57-17.1xsin(55。—20°*55°)=27.43(m)o 1 2 2八e+e 20。+55。y=y+Rcosq-122)=5.25+17.1xcos(55。-—2—)=21.56(m)溢流坝段纵剖面示意图根据溢流坝的堰面曲线设计数据画出溢流坝段的纵剖面示意图，如下:溢流坝段纵剖面示意图三、基本组合荷载计算及稳定分析波浪三要数：波浪中心线到静水面的高度ho=0.3m波浪高度 2hl=0.0166V5/4Di/3=0.0166x185/4x4i/3=0.98m波浪长度 2Ll=10.4x(2hl)0.8=10.4x0.980.8=10.23m因为gD/v2=9.81x4000/182=121.11m，在20〜250m之间所以波高应安转换为累计频率1%时的波高：2hl(1%)=0.98x1.24=1.22m。又因为半个波长L[=10.23/2=5.12vH(坝前水深H=50.8m),所以浪压力Pl按深水波计算。式中：灌浆处及排水处扬压力折减系数取a=0.25水重度Y=9.81KN/m3混泥土等级强度C10混泥土重度24KN/m3坝前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/m3水下淤沙摩擦角中=18°。基本组合荷载计算在CAD中绘制溢流坝段纵剖面图，并利用面域查出一个坝段坝体面积A1=1179.90m2,

坝体重心距坝踵X1=21.67m；一个闸墩面积A2=181.75m?,闸墩重心距坝踵X2=11.93m。溢流坝段基本组合荷载计算过程见附表5,基本组合荷载示意图如下：溢流坝段基本组合荷载计算示意图附表5附表5荷载符号计算公式垂直力(KN)水平力(KN)1T——自重W1119.27x242862.48W21179.90x2428317.60水平水压力P11/2x9.81x50.8212658P21/2x9.81x16.1521279.33垂直水压力Q15.7x22.3x9.811246.95Q21/2x5.7x28.5x9.81796.82扬压力U148.07x16.15x9.817615.80U21/2x41.12x8.67x9.811748.68U36.95x8.67x9.81591.12U41/2x6.95x25.98x9.81885.65浪压力P111/2x9.81x(5.12+0.3+1.22)x5.12166P121/2x9.81x5.122128.58水平泥沙压力Pn11/2x9.5x202xtg2(45°-18°/