水利系毕业设计

河北工程大学毕业设计设计〔论文〕题目：青海省沟后水库土石坝枢纽毕业设计副标题：心墙土石坝一、心墙土石坝设计任务：1.确定洪水标准、工程级别2.坝型选择，坝型方案比拟，对心墙土石坝进行论证。3.进行枢纽方案布置比拟确定枢纽布置，绘制枢纽布置平面图、上、下游立视图。4.防渗体设计、细部构造设计〔坝顶、反滤层、排水体、马道〕。5.进行断面设计、渗流计算、稳定计算。6.根底处理坝与两岸的连接二、根本要求：1.设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定的时间内按要求完成设计任务。2.从工程实际出发，严格执行技术标准的要求，尽量采用国内外先进技术和经验。3.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。4.理论依据正确充分，布置合理，计算准确，绘图正确、清晰。5.成果设计说明书一份，图纸4-5张。指导教师：李彦军2013年5月27摘要本文主要是有关沟后水库土石坝枢纽的设计，沟后水库土石坝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———沟后河上，水库坝址以上控制流域面积为197.8平方公里，库容330万立方米。系小〔1〕型四等工程，主要建筑物为三级，由大坝、泄洪兼引水隧洞两局部组成。枢纽的主要任务是以灌溉、防洪为主，可灌溉共和县农田二万亩，林地五千亩，同时解决恰卜恰镇三万多居民生活及城镇工业用水，其为安置龙羊峡水库库区移民的配套工程。设计内容主要包括：一、大坝设计：充分分析己知资料，确定洪水标准及工程级别，在此根底上进行坝型选择的论证，确定坝型、枢纽布置方案和建筑物形式；在坝型、枢纽布置及建筑物根本尺寸拟定后，进行坝工设计、渗流计算、稳定计算、沉降量计算、细部构造进行详细的设计且做好地基处理，坝与岸和地基的连接工作。二、遂洞设计：根据资料分析和设计要求，首先进行隧洞的总体布置，布置于左岸，对其进口建筑物型式与布置，出口消能型式布置，洞身型式与布置做详细的规划布置；其次进行水力计算，对过水能力、消能及压坡线进行计算；再次进行洞身结构计算，对荷载内、应力、配筋进行计算，在此计算根底上进行细部构造设计。关键词：土石坝渗流计算稳定计算细部构造AbstractThispaperisthedesignofearth-rockdamreservoirprojectabouttheditch,DitchReservoirDamprojectislocatedaftertheRepublicanCountyinQinghaiprovinceQiaBuQiaZhenGouVillagenearatributaryofthetheYellowRiverriver--aftertheditch,reservoirdamcontrolbasinareaof197.8squarekilometers,storagecapacityof3300000cubicmeters.Small(1)typefourprojects,mainlyforthethreebuildings,composedofdam,diversiontunnelreleasefloodwatersandtwopart.Themaintaskofhubismainlybasedonirrigation,floodcontrol,irrigation,GongheThedesigncontentmainlyincludes:1.thedamdesign:Thefullanalysisofknowndata,determinethestandardandprojectlevel,onthebasisoftheselectionofdamtypeargument,determinethetypeofdam,layoutschemeandthebuildingform;inthebasicsizeofdamtype,layoutandconstructionplan,todamdesign,calculationofseepage,stabilitycalculation,settlementcalculation,structuraldetailsdetaileddesignandfoundationtreatment,connectionandbankdamandfoundation.2.tunneldesign:Accordingtothedataanalysisandthedesignrequirements,theoveralllayoutofthefirsttunnel,arrangedontheleft,ontheimportofbuildingtypeandlayout,configurationoffirecanexport,holesizeandlayoutplanninglayoutdetail;secondly,hydrauliccalculation,calculationiscarriedoutforthewatercapacity,energydissipationandpressuregradientline;againcalculationoftunnelstructure,tocalculatetheload,stress,reinforcement,thiscalculationbasedonthedetailstructuredesign.Butduetothetimeproblemwiththisdesignonlybriefly,willnotdetaildesign.Keywords:ofearth-rockdamseepagecalculationstabilitycalculationdetails绪论本次设计为毕业设计，是对大学专科三年来所学知识一次综合性的总结概括；是对学生理论知识与实践能力相结合的考查；为学生在今后工作岗位上打下一定的专业根底，是学生走向社会进行工作的第一步。本次设计的主要目的是让学生们体会在工作实践中所必须具备的专业精神，了解工程设计的程序步骤，锻炼学生的实践能力。本设计主要是关于土石坝设计方面的问题，要求设计成果合理，各项指标到达国家标准要求。土石坝是世界历史上最为悠久，应用最为广泛，随着近年来大型土方施工机械，沿途理论和计算机术的开展，放宽了对筑坝材料的使用范围，缩短了工期，也是土石坝成为当今世界上坝工建设中开展最快的一种坝型。据统计，至20世纪80年代末，世界上修建的100米高坝中，土石坝的比例到达75％以上。由于地质、地形、施工技术等方面的原因，同一时期我国己建的高土石坝较少，主要为中低土石坝。但随着我国能源和水利事业的迅猛开展，我国今后也将逐渐开展高土石坝。例如：黄河小浪底坝，高151米；龙门坝，高220米；龙滩坝，高240米等均为土石坝。本设计目的是让同学们了解工程设计的过程程序，知道工程实践中所涉及的工作环节，应注意的关键问题，为以后走向工作岗位打下良好的根底；同时锻炼同学们的实践动手能力和操作能力，改变思维方法，提高工作效率。鉴于本次设计性质，本设计主要对大坝进行详细计算说明。大坝设计中主要对枢纽布置、坝型选择、剖面尺寸、渗流、稳定等做详尽计算说明。关于其它方面做合理文字说明，未进行详细计算。目录TOC\o"1-3"\h\u摘要IIAbstractIII绪论IV1概述11．1工程概况及作用11．2设计的根本资料1设计任务1根本要求12设计根本资料与数据22.1工程地质22.1.1库区工程地质条件22.1.2坝址地区工程地质条件22.2水文气象3气象32.2.2径流42.2.3洪水42.2.4泥沙42.2.5水文分析成果表42.3筑坝材料及物理力学性质52.3.1水利和水库62、4其他资料62.4.1径流调节62.4.2死水位选择62.4.3正常高水位选择62.4.4水库回水及淹没62.4.5洪水标准及防洪运用原那么62.5工程特性表73枢纽布置及坝型选择103.1工程标准103.1.1枢纽等级10３.1.2主要建筑物等级10３.1.3洪水标准103.2枢纽布置11３.2.1设计参数确实定11３.2.2总体布置11３.2.3枢纽组成113.3坝型选择11３.3.1地形条件11３.3.2地质条件12３.3.3筑坝材料12３.3.4气候条件12３.3.5施工条件12３.3.6综合分析12４土石坝剖面的根本尺寸144.1坝顶高程14正常情况下的坝顶超高〔〕144.1.2非常运用条件下的坝顶超高〔〕164.1.3地震情况下坝顶超高〔地震平安加高〕Y：17坝顶高程确实定及坝高确实定174.2坝顶宽度184.3坝坡及平台〔马道〕184.4心墙防渗体20心墙尺寸的选择204.5排水设备21排水设施的选择214.5.2棱体尺寸确实定224.6地基处理224.6.1坝体与地基224.6.2坝体与岸坡连接235渗流计算245.1渗流计算的根本假定245.2渗流计算的根本工况245.3分段情况241－1断面的渗流计算242-2断面的渗流计算265.3.33-3断面的渗流计算285.4总渗流量计算305.5校核306大坝稳定分析316.1稳定分析的目的316.2荷载31土体自重31渗流力31孔隙压力31地震力316.3稳定计算：31稳定渗流期下游坝坡稳定计算316.3.2水库水位降落期的上游坝坡386.4综合分析457土石料的结构布置467.1坝壳的结构布置467.2防渗体的结构布置467.3排水设施及护坡的结构布置467.4反滤层的结构布置468细部构造478.1坝顶478.2防渗体488.3地基处理488.4排水设备488.5护坡及坝面排水488.5.1上游护坡48下游护坡48坝面排水498.6土坝与坝基、岸坡的连接49土坝与坝基的连接49土坝与两岸的连接50谢辞51参考文献52附录531概述1．1工程概况及作用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——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，泄洪兼引水隧洞两局部。1．2设计的根本资料设计任务1、确定洪水标准，工程级别。2、坝型选择；坝型方案比拟，对心墙土石坝进行论证。3、进行枢纽方案布置比拟确定枢纽布置，绘制枢纽布置平面图上．下游立视图。4、防渗体设计，细部构造设计〔坝顶、反层、排水体、马道〕。5、进行断面设计，渗流计算，稳定计算，沉降量计算。6、根底处理坝与两岸连接。7、隧洞初步设计。根本要求1、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。2、从工程实际出发，严格执行技术标准的要求，尽量采用国内外先进的技术和经验。3、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。4、理论依据正确充分，布置合理，计算准确，绘图正确，清晰。5、成果设计说明书一份，图纸4-5张。2设计根本资料与数据2.1工程地质沟后河发源于共和县青海南北山麓，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。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3211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，其微风化新鲜岩石的单位吸水量W＜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、地质条件判断，库区蓄水条件是比拟好的。库区两岸基岩面坡度一般在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。由于该区属大陆性高原气候区，日温差很大，物理风化严重，两岸崩塌现象较发育，故两岸斜坡基岩面上广泛分布着崩塌物质，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，坝段局部须挖除，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。水库库盆基底及库岸基岩属相对不透水层，故水库没有浸没问题。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，应作坝基防渗处理，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，建坝前须作处理。坝址区基岩为花岗闪长岩。属坚硬岩石类，基岩表层弱风化带裂隙发育，具有程度不同的透水性。左岸严重透水层〔ω=1～10升/分·米〕厚30～40米，相对不透水层埋深50～60米。右岸较严重透水层(ω=0.1～1升/分·米〕厚10～40米。相对不透水层埋深50米左右。河床较严重透水层5～6米，相对不透水层埋深25米左右。坝基E断层在下游邻沟出露，影响带宽4～6米，〔单位吸水量ω=0.056～0.069升/分·米〕属中等透水带。当水库蓄水后，将形成沿坝基和坝肩的渗漏，必须做防渗处理。经国家地震局兰州地震研究所鉴定，沟后水库的根本地震烈度为六度。2.2水文气象流域内大局部地区人烟稀少，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。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℃，昼夜及地势温差大，无霜期短，年日照时间长，大局部地区寒冷而枯燥，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，大局部蒸发量是降水量的3～10倍，年平均蒸发量为表格1主要气象因素特征值表：工程单位数值备注年平均气温℃3.4无霜期天99年平均降水量毫米311.8极端最低气温℃-28.9最高气温℃31.3年平均大于30℃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5℃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820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80％以上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。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。水文分析成果表表格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%洪水洪峰流量立米/秒250p=2%洪水洪峰流量立米/秒140p=5%洪水洪峰流量立米/秒1202洪量p=0.2%洪水洪量万立米470.76p=2%洪水洪量万立米183.95p=5%洪水洪量万立米183.463多年平均年径流量万立米1285.94多年平均年输沙量万吨1.38462.3筑坝材料及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。表格3筑坝材料技术指标：建筑材料名称比重容重〔吨/立方米〕孔隙率抗剪强度渗透系数K＇(cm/s〕r干r湿r饱摩擦角φ°凝聚力C＇=C(kg/cm2)土料(壤土)2.721.681.982.05φ=24°φ’=250.33.6×10-61×10-7砂砾料2.681.801.802.10水上36水下345.79×10-2堆石2.701.801.802.050.3340砂砾料坝基2.681.801.802.10水下355.79×10-2表格4土料颗粒级配粒径〔mm)<0.2<0.1<0.05<0.03<0.01<0.005<0.002%84.575.058.043.526.016.211.0表格5砂料颗粒级配粒径〔mm)<5.2<5<2.5<1.2<0.6<0.3<0.15%10097.869.443.520.46.21.7表格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﹪10034.565.051.334.827.12011.73.01.5水利和水库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其他资料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标准”，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。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〕那么淤库泥沙减少到12.8万立米，考虑到水库蓄水后总塌岸量中局部淤入死库容，最后确定死库容为21.3万立米，相应死水位为3241.0米。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252.06万立方米，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。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。洪水标准及防洪运用原那么根据“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那么是有水就蓄，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，便于集中管理的原那么，尽量做到一洞多用，本工程泄洪隧洞兼作导流，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饮水管，由闸门控制。2.5工程特性表表格7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米1285.93代表性流量调查历史最大流量立米/秒56.9设计洪水〔P=2%〕洪峰流量立米/秒140.0校核洪水〔P=0.2%〕洪峰流量立米/秒250.04洪量设计洪水〔P=2%〕洪量万立米183.95校核洪水〔P=0.2%〕洪量万立米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正常高水位米3278.0死水位米3241.02正常高水位时水库面积万平米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米330.0兴利库容万立米252.06死库容万立米25.7三下泄流量及相应下游水位1设计洪水下泄流量立米/秒140.0相应下游水位米3214.252校核洪水下泄流量立米/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最大引用流量立米/秒1.0年用水量〔P=75%〕万立米585.22城镇及工业用水立米/秒0.01最大引用流量万立米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水平长度4进口高程米3237出口32125洞内最大流速米/秒6最大泄量〔P=0.2%〕立米/秒7消能方式挑流8工作闸门3.4×3.4弧门9检修闸门3.5×4.5平板门10工作闸门启闭机液压式QPPYⅡ启门力80t闭门力45t11检修闸门启闭机固定卷扬式QPQ启门力2×63吨六灌溉引水建筑物1形式闸阀式2最大引用流量立米/秒1.03枢纽布置及坝型选择3.1工程标准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》SDJ217知：按库容分为五等，按灌溉面积也分为五等。由表2.1可知该枢纽为小〔1〕型四等工程。表3.1水利水电枢纽工程工程分等指标(平原、海滨局部)工程等级工程规模水库总库容〔亿m3〕防洪排涝灌溉供水水电站保护城镇及工业区保护农田面积〔万亩〕排涝面积〔万亩〕灌溉面积〔万亩〕供应城镇及工业区装机容量〔万kw〕一大〔1〕型〉10特别重要〉500〉200〉150特别重要二大〔2〕型10～1重要500～100200～60150～50重要三中型1～0.1中等100～3060～1550～5中等25～2.5四小〔1〕型0.1～0.01一般30～515～35～0.5一般2.5～0.05五小〔2〕型0.01～0.001〈5〈3〈0.5〈0.05注1.总库容指校核洪水位以下的静库容。2.灌溉面积和排涝面积均指设计面积。3.挡潮工程的等别参照防洪工程规定划分，在潮灾特别严重的地区其工程等别可适当提高。4.供水工程重要性应根据城市及工矿区的工业和生活供水规模，经济效益和社会效益分析确定。3.1.2主要建筑物等级本水库的主要建筑物为大坝。查《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》知：主要建筑物等级为三级。3.1.3洪水标准本水库为小〔l〕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那么是有水就蓄，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设计参数确实定本水库为小〔1〕型四等工程，那么洪水的设计标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇。本工程库容很小那么设计洪水位，校核洪水位均与正常高水位一致，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。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3280.8米，坝高为69.8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3.2.3枢纽组成本枢纽由大坝和泄洪兼引水隧洞组成，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拟，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，透水性大那么不予考虑拱坝；又由于无天然娅口及岩基不良那么不考虑溢洪道；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，那么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那么，那么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，假设修建均质砂坝，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，那么不考虑混凝土坝；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5.79×10-2cm／s，而均质坝的渗透系数要求一般不大于1×10-43.3.4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℃3.3.5施工条件根据施工经验知：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，宜修建黏土斜墙坝。3.3.6综合分析该坝区宜建黏土心墙坝或黏土斜墙坝，具体那一种下面进一步比拟论：表3.2方案工程量和工程费比单位〔万立方米〕主要工程工程粘土心墙坝粘土斜墙坝砂砾粘土堆石钢筋混凝土84474190818100190工程费比100108由上表3.2可知，粘土心墙和粘土斜墙两种坝型造价相差不大，一般优缺点无明显差异，须进一步比拟如下：=1\*GB3①粘土心墙坝体所使用粘土量少，在坝址的气候条件下，心墙施工较方便些。=2\*GB3②粘土心墙因坝主体的变形而产生裂缝的可能性小。=3\*GB3③粘土心墙坝冬季施工时暖棚跨度比斜墙小，移动和升高比拟便利。经综合考虑，该坝型为：粘土心墙坝。４土石坝剖面的根本尺寸土石坝剖面的根本尺寸包括：坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体与排水体的型式与尺寸等。设计时，一般根据坝高、坝型、坝基筑坝材料等情况，参考已建工程初步拟定，通过渗流和稳定分析进行检验，最终确定平安经济的剖面。4.1坝顶高程图4-1坝顶超高计算图正常情况下的坝顶超高〔〕为防止库水漫溢坝顶，坝顶在水库静水位以下应有足够的波浪超高，见上图，《碾压式土石坝设计标准》〔SDJ218-8〕规定，其值按下式计算：=R+e+A(1)R波浪爬高,m。按蒲田试验站统计分析公式计算,先计算平均爬高，平均爬高按按下式计算：==0.0018=4.0式中：与坝坡的糙率和渗透性有关的系数，本设计采用砌石护面，查教材《水工建筑物》表5—1得：=0.75～0.80,取K=0.78;H沿水库吹程方向的平均水域深度，初拟时，可近似取坝前水深，m；H=3278.0-3211.0=67.0m；V风速，正常运用条件下的Ⅲ级坝采用V=1.5=1.5×25.25=37.875m/s经验系数,由风速V=37.875m/s,坝前水深H=67.0m及及重力加速度g=9.81m/s2组成的无维量=1.477,查教材《水工建筑物》表5--2得=1.02折减系数,取风向与坝轴线垂直的夹角为00，查教材《水工建筑物》表5-4可知：=1m坝坡系数，为坝坡倾角，初拟时取m=3.0;D水库吹程，m；由本设计资料查得D=820m；平均坡高。=0.0018×波浪平均周期。平均波长,假设：，故为深水波；平均爬高。=在本设计中，波浪设计爬高R按建筑物的级别确定,对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ土石坝取保证率P=1%的波浪爬高值，该土石坝等级属于Ⅲ级，故P=1%。根据=0.5718,H=67m得/H=0.5718/67=0.00853查教材《水工建筑物》表5-3得R/=2.23那么:R=2.23×=2.23×0.7193=1.604(2)e风壅水面超出库水位的高度,m；K平均摩阻系数,；β风向与坝轴垂线的夹角，〔º〕；H平均水深,坝前水深为67me＝(3)A平安加高,根据坝的等级和运用情况查教材《水工建筑物》得下表2.3所示，那么：A=0.7m表4.1土石坝的平安加高运用情况坝的级别1234、5正常1.51.00.70.5非常1.00.70.50.3注正常运用水位指正常高水位或设计洪水位，非常运用水位指校核洪水位。那么正常运用情况下坝顶超高为:=R+e+A=1.604+0.00322+0.7=2.304.1.2非常运用条件下的坝顶超高〔〕(1)R――波浪爬高，按蒲田试验站公式计算：V=＝25.25m/s=0.0018×＝0.3661m==0.46按P=1%的波浪爬高R1%作为设计爬高，由《水工建筑物》表5-3得=0.005，取＝2.23那么：R＝2.23＝2.23×0.46=1.0258m〔2〕e风壅水面超出库水位的高度,m;e＝〔3〕A――平安超高，查表4.1得A＝0.5m那么：非常运用情况下坝顶超高为：＝R+e+A＝1.0258++0.5＝1.527m地震情况下坝顶超高〔地震平安加高〕Y：Y＝地震涌浪加高〔h〕+地震附加沉陷值〔s〕+平安加高〔A〕〔4-1-2〕h――地震涌浪加高，一般为0.5～1.5m,取为1.0ms――地震附加沉陷值，因本区属六度地震区,那么取为坝高的1%，那么为0.67mA――平安加高，查表4.1取为0.7m那么：Y＝1.0+0.67+0.5＝2.17m坝顶高程确实定及坝高确实定Y求出后，坝顶高程应按以下三种情况计算，并取得最大值：设计洪水位+正常运用情况超高Y正常校核洪水位+非正常运用情况超高Y非常正常蓄水位+地震平安加高Y本设计中设计洪水位，校核洪水位，正常洪水位都相同为3278m，计算成果表如下表4.2计算成果表运用情况水位〔m〕R〔m〕e〔m〕A〔m〕平安超高〔m〕坝顶高程〔m〕〔1〕设计洪水32781.6043.22×10-30.72.3073280.307〔2〕校核洪水32781.02581.4×10-30.51.5273279.527续表运用情况水位〔m〕h〔m〕S〔m〕A〔m〕平安超高〔m〕坝顶高程〔m〕〔3〕正常高水位32781.00.670.72.373280.37由表4.2取最大坝顶高程，那么为3280.37m。考虑压缩沉降时，土石坝竣工时的坝顶高程应加上坝体施工沉降超高，对于中小型坝，坝体沉降超高取坝高的0.2%～0.4%。本设计取坝高的0.4％，即69.37×0.4％=0.2775m。考虑到上游坝段设置1.2m高的防浪墙，用防浪墙顶部高程代替坝顶高程，那么坝高为：3280.37+1.2-3211+0.2775＝70.85m，考虑到防渗体与坝面间的厚度应大于最大冻土厚度，那么取坝高为71m4.2坝顶宽度根据《水工设计手册》第四卷土石坝中规定，根据已建成坝的统计资料，坝顶宽度在下述范围内为宜：坝高30米以下，坝顶宽度宜为5米坝高30～60米，坝顶宽度宜为6～8米坝高60～100米，坝顶宽度宜为8～10米坝高100以上，坝顶宽度B=，H——坝高〔m〕由于此坝高度71米，那么取坝顶宽度为8米。4.3坝坡及平台〔马道〕土石坝边坡的大小取决于坝型，坝高，建筑材料，荷载，坝基性质等因素，且直接影响到坝体稳定和工程量的大小，边坡选择应该从以下几个方面考虑：⑴由于土石料在饱和状态下，抗剪强度降低且库水位下降时，渗流力指向上游，对上游坝坡稳定不利，所以土料相同时，上游坝坡应比下游坝坡缓。⑵从坝型上看，心墙坝尤其厚心墙坝，其下游坝坡稳定性受心墙土料特性影响大，故下游坝坡一般较斜墙坝缓，由于粘性土料比用作分区坝壳的砂砾料抗剪强度低，故分区坝的坡宜缓。⑶从受载情况看，为适应愈向底部荷载逐渐增加的特性，坝坡应上陡下缓，尤其粘性土料的坝坡也坝高有关，坝高愈大坡度应该愈缓，因此土石坝上，下游坡一般做成边坡的，自上而下逐渐变缓，以利于坝坡稳定。初拟坝坡时，一般参照已建工程经验选定，一般在碾压式土石坝中用砂或壤土筑成的坝坡，其平均坡度一般为1:2～1～4，土石坝下游面的边坡处一般设置马道，其宽度常1.5～2.0m，以拦截并排除雨水，防止严重冲刷坝面，并兼做交通，检修观测之用，也有利于坝坡稳定，为方便交通，也有的设置斜马道或者之字形上坝道路，上游坝坡视具体情况而定，可设或者不设马道。同时在上述情况下，初步设计前初估边坡，还可参考下表4.3，在通过边坡稳定计算确定，加以修正，下表每级坡的高度在20米左右。表4.3初步估计坝坡参考表〔心墙〕坝壳料种类级配不好的砂砾料级配良好的砂卵料碾压干容重1.75～1.901.90～2.10上游坡或下游坡上游坡下游坡上游坡下游坡一级坡心墙坝1:2.01:2.01:1.81:1.75～1:2.0二级坡心墙坝1:2.0～1:2.51:2.0～1:2.51:1.8～1:2.01:1.75～1:2.0三级坡心墙坝1:2.5～1:3.01:2.25～1:2.751:2.0～1:2.51:1.8～1:2.0四级坡心墙坝1:2.5～1:3.01:2.5～1:2.751:2.0～1:2.51:1.8～1:2.0五级坡心墙坝1:3.0～1:3.251:2.5～1:2.751:2.0～1:2.51:1.8～1:2.0弱风化的石渣新鲜的堆石壤土1.85～2.101.90～2.201.70～1.80上游坡下游坡上游坡下游坡上游坡下游坡1:2.01:1.81:1.751:1.71:2.0～1:2.51:2.01:2.0～1:2.51:1.81:1.751:1.71:2.5～1:2.751:2.0～1:2.51:2.0～1:2.51:2.01:1.75～1:2.01:1.7～1:1.81:2.75～1:3.01:2.5～1:2.751:2.0～1:2.51:2.01:1.75～1:2.01:1.7～1:1.81:3.0～1:3.251:2.5～1:3.01:2.5～1:2.751:2.01:1.75～1:2.01:1.7～1:1.81：3.25～1:3.51:2.75～1:3.25注：自坝顶往下分为一级，二级……由上表及边坡选择条件，初拟：上游坝坡由下而下为：1∶2.75、1∶3.0、1∶3.25；下游坝坡由上而下为：1∶2.5、1∶2.75、1∶3.0；上游与下游变坡处设平台，宽2.0m。以拦截并排除雨水，防止严重冲刷坝面，并兼做交通、检修、观测之用，也有利于坝坡稳定，下游平台设集水沟。图4-2初拟坝体剖面4.4心墙防渗体心墙尺寸的选择用作修筑土心墙的土料，一般为渗透系数比坝壳土料小50～100倍以上的粘土，有些坝采用不同的土料并用机械拌合以得到防渗体好，强度高和便于施工的混合土料修筑防渗墙，在这方面取得了丰富的经验，此外，砂砾性土，风化岩石等也曾用来做防渗土料。土心墙墙顶宽度按机械施工需要，墙顶宽度不小于3.0米，自墙顶到墙底逐渐加厚，其边坡不可成垂直状，以防止心墙与与坝壳间结合不紧密。墙体及底部厚度取决于土料的容许坡降﹝J﹞,应不小于H∕﹝J﹞，H为计算断面的作用水头，如为粘土，重壤土，﹝J﹞取6～8，壤土为4～6，轻壤土为3～4。考虑到心墙不易检修，如发生破坏，坝体下游局部浸润线抬高很多，故同样的土料下，底部厚度比斜墙的取值偏高，我国标准〔SDJ218-84〕规定，心墙的的﹝J﹞值不宜大于4，据国内外建坝经验，心墙的底厚一般为水头的15%～20%。厚心墙的低厚为水头的30%～50%。心墙底部常用截水槽与坝基相对不透水层连接，心墙与截水槽两侧设反滤层，那么心墙两侧同时加设过渡层，以改善心墙受力，有利于与坝壳紧密结合，心墙必须设置砂砾石保护层，使之砂砾保护层，使之在冻结和枯燥深度以内。两侧的边坡，薄心墙多为1:0.15～1:0.3，取1:0.2，土心墙顶部应高出设计洪水位0.3～0.6m，不低于校核洪水位。根据土石坝选型设计，对于Ⅲ级坝为0.3米。由于主要建筑物等级为三级，那么：心墙顶部高程为：3278+0.3=3278.3m心墙边坡为：1:0.20心墙顶宽为：4m那么由以下图4-3a计算得心墙底宽为：T=〔3278.3-3211〕×0.2×2+4=30.92﹥H∕﹝J﹞=67∕4=16.75那么心墙满足要求。图4-3心墙计算简图单位〔米〕4.5排水设备排水设施的选择常用排水设施有以下几种形似贴坡排水：不能降低浸润线，多用于浸润线较低或下游无水的情况，故不选用。棱体排水：可降低浸润线，防止坝坡冻胀或渗透变形，保护上游坡脚不受尾水冲刷，且有支撑坝体稳定的作用，易于检修，是效果较好的一种排水方式。坝内排水：其中褥垫排水对不均匀沉降适应性差，易断裂，且难以检修，当下游水位高过排水设施时降低浸润线的效果明显降低，网状排水施工麻烦，而且排水效果差。综上所述，选择棱体排水方式。棱体尺寸确实定本设计采用棱体排水，棱体顶面应高出下游最高水位，超出高度应大于波浪爬高且对III级坝不小于0.5米，并应保证坝体浸润线位于下游坝面冻层以下。棱体顶宽根据检查观察及施工要求确定，不小于1.0m，取2.0m。棱体内坡由施工条件确定，一般为1:1～1:1.5，取1:1.5，外坡根据坝基抗剪强度和施工条件确定，一般为1:1.5～1:2.0，取1:2.0。为使渗流逸出坡降分布的更均匀，在棱体上游坡脚处应防止出现锐角。由上述可知取超高为1m，那么棱体顶高程为3214.85+1=3215.85m，棱顶宽为2m，内坡1:1.5，外坡1:2.0。棱体下游采用1.8m厚的干砌石，棱体上游设反滤层，第一层为0.5厚的卵石层，粒径为10mm，第二层为0.4m厚的碎石层，粒径为2mm，剖面图如下。图4-4棱体排水构造图单位〔米〕4.6地基处理坝体与地基此坝基为砂砾石地基，对砂砾石地基处理主要是保证地基渗流稳定，控制渗流量。本设计初步采用黏土截水槽，与黏土斜墙连成整体，其上部厚度与斜墙底部厚度相同为30.92m，槽底开挖齿墙，以加强截水槽与基岩的连接，截水槽开挖边坡为1∶1。下部由厚度决定，河床砂卵石厚12～14m，取厚度14米，如图2-9。齿墙嵌入基岩内0.2～0.5m，齿墙做成劈尖，两侧不陡于1:0.1，取1:0.2。灌浆帷幕的厚度由决定，其中H为水头，[J]查的为20，那么厚度T≥67∕20=3.35，取T=3.4m，深度为1∕2～2∕3的水头，那么取1∕2×67=33.5m，取34m。图2-6截水槽构造图单位〔米〕坝体与岸坡连接土坡与岸坡连接的结合面，是工程中较软弱的环节，应妥加处理，防止防止结合面发生集中渗流。河谷两岸基岩上分布着崩积，坡积块，碎石，层厚10～20m，边坡稳定性差，建坝之前需彻底清理，两岸坡上修建混凝土齿墙，开挖时根本与基岩大致平行。5渗流计算5.1渗流计算的根本假定⑴心墙采用粘土料，渗透系数为K=1×10-7，坝壳采用砂土料，渗透系数K=5.76×10-2，两者相差104倍，可以把粘土心墙看作相对不透水层，因此计算时可以不予考虑上游楔形降落的水头。⑵土体中渗流流速不大，且处于层流状态，渗流服从达西定律，平均流速V等于渗透系数与渗透比降的乘积，即V=k×i；⑶发生渗流时，土体的空隙体积不变，渗流为连续的。5.2渗流计算的根本工况渗流计算时，水库运行中出现的不利条件，即根本工况如下：上游正常蓄水位与下游相应最低水位，此时坝内渗流的坡降最大，易产生渗透变形；上游设计洪水位3278.0m与下游相应最高水位3214.25m上游校核洪水位3278.om与下游相应最高水位3214.85m,此时坝内浸润线最高，渗流量最大。库水位降落时对上游坝坡稳定最不利，应确定其浸润线，为稳定计算提供依据。本设计仅对前三种工况做渗流计算。5.3分段情况根据坝轴线地质剖面图的地形，地质情况，沿坝轴线分三段进行计算，中间段为河床平均宽120m的范围，在其中选取1-1段面进行渗流计算；左段的地形，地质情况资料已给出，那么在此选取断面2-2进行渗流计算，取右段长为100m；同法在左岸选取断面3-3，进行渗流计算，取左段长为78m。5.3.11－1断面的渗流计算1>计算简图如图3-1所示5-11-1断面渗流计算图2>单宽渗流量一般心墙土料的渗透系数k0比坝壳土石料的渗透系数k小的多，这是可忽略坝壳的阻渗作用，认为心墙前水位与库水位齐平，如上图3-1，计算时心墙和截水槽按平均厚度计算，即=EQ那么用下式计算通过斜墙和截水墙的单宽流量式中：h：斜墙后渗水深。通过心墙和下游坝体和坝基的单宽渗流量为心墙渗透系数；坝前水深H1＝3278-3211＝67m，地基厚度T＝14m，δ=17.37m。坝体渗透系数K＝5.79×10-2cm/s；坝基厚度T＝14m；H2＝3.85m；m2(3280.8-3251)×2.5+〔3251-3231〕×2.75+〔3231-3215.85〕×3.0+2+2-〔3215.85-3214.85〕×1.5-=173.39代入上式有：根据水流连续条件有q1=q2，联立求解得：h＝式中取：K＝2.0×10-6cm/s将A1，A2，A3代入上式有：那么单宽流量：3>绘制浸润线：浸润线近似为一直线，见图3-1。5.3.22-2断面的渗流计算1>计算简图如图3-2所示。图5-22-2断面渗流计算图2>单宽流量上游水位3278.0m，下游无水，坝底高程为3245m，无排水设备，用下式计算通过斜墙的单宽渗流量：心墙的渗透系数，下游水深H1＝3278-3245=33m，此时心墙的底宽为：2×33×0.20+4=17.2m，H2=0那么其中K=5.79×10-4m∕那么渗径长度：由，那么h=即得出那么3>由《水工建筑物》上册，得逸出调度及浸润线绘制：：，m2=2.75代入上式得：按下式绘制浸润线：y=代入数据有：在0～92.03m之间假定一系列x值，求得相应的y值，列于表3-2中，将表中x，y值绘制于图3-2(2-2断面图)上并连成曲线变为坝体浸润线。(坐标原点在下游)表5-1渗流计算表x(m)010203040506070809091.7y(10-2m0.5718.726.532.437.441.845.849.552.956.156.75.3.33-3断面的渗流计算1>计算简图如图3-3所示图5-33-3断面渗流计算简图2>单宽流量上游水位3278.0m，下游无水，坝底高程为3265m，无排水设备，用下式计算通过单宽渗流量：心墙的渗透系数K0=2.0×10-8m/s；上游水深H1＝3278-3265=13m，m=2.5，心墙的平均厚度为：代入上式：渗径长度L=〔3280.8-3265〕×2.5+〔4-9.2／2〕=38.9m同理那么通过下游坝体的单宽流量按下式计算：那么单宽流量：逸出高度：3>逸出高度及浸润线绘制：：按下式绘制浸润线：式中x、y值绘于图3-3(3-3断面图)上并连成曲线，便为坝体的浸润线。(坐标原点在下游)在0～38.9m之间假定一系列x值，求得相应的y值，列于表3-2中表5-23-3断面渗流计算表X(m)010203038.9Y(10-2m0.0018.411.814.516.55.4总渗流量计算：,，那么总渗流量为：那么一天的总渗流量为：5.5校核1>渗漏量：大坝在校核洪水位的库容为470.76万。而每日渗漏量仅32.8m3足防渗要求。2>渗透稳定：对于非粘性土，渗透破坏形式的判别可参考下式：η<10时为流土η<20时为管涌10<η<20时不定允许坡降可参考采用以下数字：10<η<20；=0.2；＞20，=0.1渗流逸出点的实际坡降为：Ｊ=由以上三种情况得最大ΔH=0.12m，ΔL可近似取为计算长度L=152.28m那么：Ｊ=0.12/92.03=0.0013又：η==60>20那么为管涌。此时的坡降J允许=0.1～0.15Ｊ=1.3×10-3<Ｊ允许所以满足要求。6大坝稳定分析6.1稳定分析的目的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平安度来确定坝的经济剖面。6.2荷载作用在土石坝上的荷载主要有以下几种：土体自重坝体浸润线以上的局部按湿容重计，浸润线以下于坝体外水位之间的局部按饱和容重计，坝体水位以下局部按浮容重计。渗流力可由流网法求得，本设计不计渗流力。孔隙压力对于粘性坝坡，由于孔隙中的水或空气不易排出，当孔隙为水或气饷且受压时，上部传来的荷载将有孔隙水，气和土粒骨架共同承当，土粒骨架承当的应力万亩有效应力σ，孔隙水、气承当的应力称孔隙压力μ，二者之和为总应力σ，孔隙力是一种张力，各向相等，其数值与土料性质，填土含水量，受荷载与排水条件，运用工况有关，并随时间而变化，随荷载增加而变大，又随孔隙水的排出而流散，精确计算较复杂，目前多为近似计算，由于本设计坝壳材料多为砂砾料，属于无粘性土，故不计孔隙压力。地震力本工程所在地区根本烈度为6度，根据我国《水工建筑物抗震标准》(D5073-2000)设计烈度在6度以下时，可不作抗震设计。本水库为小(1)型四等工程，主要建筑物为三级那么可忽略地震力。6.3稳定计算：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3214.85m,按下式计算平安系数K：-+tg=0(6.1)(6.2)计算简图如图(6.1)、〔6.2〕所示：：=36°，=34°；为计算简便，上游坝坡取平均值：m=2.5a.假定：=11°，=22°。取单宽，重量，分别由下式计算：=S1×1×=S2×1×+S3×1×ED=H()=4.07ND=EDm=4.072.5=10.175那么：BC=163.73-155.2=8.53ND=EDm=4.072.5=10.175有：干容重==。湿容重为=，比重G=2.68，水容重=，孔隙率，那么浮容重为：=(1-n)=，那么：图6.1=S1×1×=10558.78kn/=×1×+×1×=20.717.658+19.5911.059=582.2把以上数据代入平安系数计算公式有：P-10558.78×sin22°+10558.78×cos22°tg360=0582.2×cos11°tg34°+Psin11tg34°-582.2×sin11°-Pcos11=0K=,那么：K为1.844。b.假定=11=22.5°见图〔6.1〕那么有：为下折线的坡度，m1为上折线的坡度ED=H=(3214.85-3211)×=3.85×1.057=4.07mND=mED=2.5×4.07=10.175m由于(3281-3214.85)m1=66.15×ctg=66.15×=159.7mm(3281-3214.85-ED)=152.2m那么：BC=159.7-155.2=4.5mS4=(4.5+10.175)=485.38m2S1=485.38-1/2可得=S1×1×=464.674×1×17.658=8205.21KN=×1×+×1×=20.717.658+19.5911.059=582.2代入计算式：P-8205.21×sin22.5°+8205.21×cos22.5°tg36°=0582.2×cos11°tg34°+Psin11.5°tg34°-582.2×sin11°-Pcos11.5°=0整理后得：K==那么K为1.82c、假定=11°，=23°。计算简图6.2。那么有：ED=4.07m,DN=10.175m〕×m=155.2m(3281-3214.85)×m1=66.15×ctg=155.84m那么BC=155.84-155.2=0.64mCD==根据ΔBCF∽ΔFDN有把以上数据代入得:求得CF=10.04m,FD=159.62mFH=FD×sin23°=62.369mS=SΔNDF-SΔEND=×10.175×62.369-×10.175×4.07=296.596m2=S×1×=296.596×17.658=5237.29KN=SΔEND×1×+S×1×=582.4kn把以上数据代入计算式：2120.667-4089.176k+451.84=0解得K=1.811或0.118〔舍去〕d、假定=13°=21.5°见图〔6.1〕那么有：=(3214.85-3211)×m由于那么：BC=167.93-158.325=9.605m可得代入计算式：整理后得：K==那么K为1.865e、假定=13°=22°。见图(6.2〕那么有：=(3214.85-3211)×由于那么：BC=163.727-158.325=5.402m可得代入计算式：整理后得：K==1.831或0.102〔舍去〕f、假定=13°=22.5°。见图那么有：图6.2=(3214.85-3211)×m由于那么：BC=159.700-158.325=1.375mCD===172.715m根据ΔBCF∽ΔFDN有代入数据得:求得CF=28.188m,FD=144.528mS=SΔNFD-SΔEND=×7.05×55.308-×7.05×2.82=185.02m2可得代入计算式：整理后得：K==1.824或0.102〔舍去〕重新假设不同的，，分别计算K值。并列表计算如表6.1。6.1上游水位在坝底处上游坝坡的平安因素计算表水库水位(m)(KN)(KN)K上游为校核水位3278.00m下游为相应水位3214.25m11°22°10558.78582.21.84422.5°8205.211.82023°5237.291.81113°21.5°9551.618325.621.86522°7096.9091.83122.5°3267.0831.82415364.42227535.6892.529°21287.78721.091.2825°14871.963174.5161.84经分析计算知：在此情况下当=4°，=29°时，取得：Kmin=1.286.3.2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，按下式计算平安系数K：(由于本次设计所的资料不全，设计时间仓促，在此只计算降落期水位降至死水位3241.0米时的工况，其它时段均不考虑。)P-sin+costg=0costg+sin(-)tg-sin-Pcos(-)=0(2)计算简图如图(6.3)所示：(3)：=36°，=34°。为计算方便上游坝坡取平均值m=2.75。a、假定，取单宽，重量、分别由下式计算：=S1×1×，=S2×1×+S3×1×S4=(BC+ND)×(3281.0-3241.0)=(BC+ND)S3=ND×H，S2=ND×ED，S1=S4-S2=(3241-3211)×由于那么：BC=34.771-22.360=12.411mS4=×(12.411+87.64)=2001.02m2S3=×87.64×(3241-3211)=1314.6m2S2=×87.64×31.869=1396.500m2S1=S-S=604.52m2：干容重与湿容重相等都为=1.80t/m3=17.658KN/m3，饱和容重=20.601KN/m3，比重G=2.68，水容重=9.81KN/m3，孔隙率n=1-=0.328，那么浮容重为=-(1-n)=11.066KN/m3。那么：=S1×1×=604.52×1×17.658=10674.614KN，=S2×1×+S3×1×=1396.5×1×17.658+1314.6×1×11.066=39206.761KN把以上数据代入至平安系数计算公式有：P-10674.614sin49°+10674.614cos49°tg36°=039206.761cos10°tg34°+Psin39°tg34°-39206.761sin10°-Pcos39°=0整理后得：13067.876K2-33412.832K+2157.357=0K==那么：K为2.491b.假定=10°，=50°如计算图〔6.3〕示：图6.3上游坝坡稳定计算简图已有：ND＝87.640m，ED＝31.869m由于(3281.0-3241.0)m1=40×ctg=33.564M(3281.0-3241.0-ED)=22.360m那么：BC=33.564-22.36=11.204m有：S4=×(11.204+87.64)=1976.88m2S3=×87.64×(3241-3211)=1314.6m2S2=×85.705×30.338=1300.059m2S1=S-S=580.3m2那么＝S1×1×＝580.38×1×17.658=10248.350KN＝S2×1×+S3×1×=1396.500×1×17.658+1314.6×1×11.066=39206.761KN把以上数据代入平安系数计算公式有：P-10248.35sin50°+10248.35cos50°tg36=039206.761cos10°tg34+Psin40°tg34°-39206.761sin10°-Pcos40°=0整理后得：12821.813K-33116.89K+2077.171＝0K＝=那么：K为2.519c．假定＝10°，＝52°时，计算见图〔6.3〕ND＝87.640m，ED＝31.869m由于(3281.0-3241.0)m1=40×ctg=31.251m(3281.0-3241.0-ED)=22.360m那么：BC=31.251-22.360=8.891m有：S4=×(8.891+87.640)=1930.62m2S3=×87.640×(3241-3211)=1314.6m2S2=×87.64×31.869=1396.500m2S1=S-S=534.12m2那么＝S1×1×＝534.12×1×17.658=9431.491KN＝S2×1×+S3×1×=1396.5×1×17.658+1314.6×1×11.066=39206.761KN把以上数据代入平安系数公式有：P-9431.491sin52°+9431.491cos52°tg36°=039206.761cos10°tg34°+Psin42°tg34°-39206.761sin10°-Pcos42°=0整理后得：12330.244K-32529.943K+1902.654=0K＝=那么：K为2.578d、假定，计算见图见(6.3)取单宽，重量、分别由下式计算：=S1×1×，=S2×1×+S3×1×S4=(BC+ND)×(3281.0-3241.0)=(BC+ND)S3=ND×HS2=ND×EDS1=S4-S2=(3241-3211)×由于那么：BC=64.013-51.362=12.651m有：S4=×(12.651+58.638)=1425.78m2S3=×58.638×(3241-3211)=879.57m2S2=×21.323×58.638=625.169m2S1=S-S=800.611m2那么：＝S1×1×＝800.611×1×17.658=14137.189KN＝S2×1×+S3×1×=625.169×1×17.658+879.57×1×11.066=20772.556KN把以上数据代入平安系数公式有：P14137.189sin32°+14137.189cos32°tg36°=020772.556cos12°tg34°+Psin20°tg34°-20772.556sin12°-Pcos20°=0整理后得：11360.932K-23623.536K+2012.132=0K＝=那么：K为1.990e、假定，取单宽，重量、分别由下式计算：=S1×1×，=S2×1×+S3×1×S4=(BC+ND)×(3281.0-3241.0)=(BC+ND)S3=ND×HS2=ND×EDS1=S4-S2=(3241-3211)×由于那么：BC=59.302-51.362=7.94m有：S4=×(7.94+58.638)=1331.56m2S3=×58.638×(3241-3211)=879.57m2S2=×58.638×21.323=625.169m2S1=S-S=706.391m2那么：＝S1×1×＝706.391×1×17.658=12473.452KN＝S2×1×+S3×1×=625.169×1×17.658+879.57×1×11.066=20772.556KN把以上数据代入平安系数公式有：P-12473.452sin34°+12473.452cos34°tg36°=020772.556cos12°tg34°+Psin22°tg34°-20772.556sin12°-Pcos22°=0整理后得：10784.743K-22434.465K+1900.826=0K＝=那么：K为1.992f、假定，取单宽，重量、分别由下式计算：=S1×1×，=S2×1×+S3×1×S4=(BC+ND)×(3281.0-3241.0)=(BC+ND)S3=ND×HS2=ND×EDS1=S4-S2=(3241-3211)×由于那么：BC=57.126-51.362=5.764m有：S4=×(5.764+58.638)=1288.04m2S3=×58.638×(3241-3211)=879.57m2S2=×21.323×58.638=625.169m2S1=S-S=662.871m2那么：＝S1×1×＝662.871×1×17.658=11704.976KN＝S2×1×+S3×1×=625.169×1×17.658+879.57×1×11.066=20772.556KN把以上数据代入平安系数公式有：P-11704.976sin35°+11704.976cos35°tg36°=020772.556cos12°tg34°+Psin23°tg34°-20772.556sin12°-Pcos23°=0整理后得：10502.173K-21893.374K+1839.077=0K＝=那么：K为1.997在此情况下，重新假定不同的，，计算其平安系数K，并列表于下表6.2中表6.2水库水位降落期的上游坝坡平安系数K计算表水库水位〔m〕〔KN〕〔KN〕K10°49°10674.61439206.7612.49150°10248.3502.51952°9431.4912.578死水位3241.0m12°32°14137.18920772.5561.99034°12473.4521.99235°11704.9761.99715°23.5°9462.2696824.1071.95324°8732.6401.94025°7301.9571.929经分析计算知，在此情况下，当＝32°，＝12°时，取得Kmin＝1.9906.4综合分析由上述计算成果知：该坝在正常条件下最小稳定平安系数为1.28，大于标准规定的数值1.20；在非常动用条件下的最小稳定平安系数为1.929，大于标准规定的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，均满足标准规定的要求，故断面尺寸满足渗透和稳定要求，是合理的。7土石料的结构布置根据坝体各部位不同的工作条件，合理的选择性能相应的土石料及布置区域。不同的部位对土石料的选择有不同的要求。7.1坝壳的结构布置使用于填筑坝壳的土石料应满足：〔1〕填筑坝壳的土石料应具有较好的透水性，以减小坝体内孔隙压力和渗流力；〔2〕具有较高的抗剪强度，以减小坝体工程量〔3〕具有一定的抗渗稳定性，不易发生管涌，土料级配要好，不均匀系数要大些；〔4〕应有较好的抗震稳定性，不易遇震发生液化流动。工程中凡级配良好的中砂、粗砂、砾石、卵石及其混合料都可作为坝壳材料。开挖枢纽建筑物的出渣也可填筑坝壳。本设计坝壳材料采用渗透系数为5.79×10-2cm7.2防渗体的结构布置防渗体的土料应满足：〔1〕应具有一定的不透水性。用于填筑防渗体的土料，其渗透系数不大于×；〔2〕应具有一定的可塑性，以适应坝与坝基的变形而不致产生裂缝；〔3〕为保证有一定的抗水性，填筑防渗体及均质坝的土料，其有机质含量应分别小于2%和5%〔按重量计〕；水溶盐含量均应小于3%。基于以上要求，并结合当地土料的储量，防渗体采用粘土，其渗透系数为×。7.3排水设施及护坡的结构布置用于排水设备和护坡的石料，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。饱和抗压强度应小于40或50，软化系数〔饱和抗压强度于抗压强度之比〕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，砾石。基于上述考虑，排水设备采用棱体排水；护坡采用干砌石护坡。7.4反滤层的结构布置反滤层由2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。根据上面原那么布置反滤层，见细部构造附图所示。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。填筑反滤层的砾和砾石，应质地致密坚硬，具有较高的抗水性和抗风化能力，一般不采用风化料；粒组间应有较好的透水性，粒径<0.1的颗粒含量应小于5%。基于上述考虑，反滤层采用细砂d=10mm，中细砂d=1.5mm。8细部构造8.1坝顶为防止防渗体干裂和雨水冲蚀，满足维修和防汛要求，坝顶做柔性护面，以适应坝顶变形和及时发现坝体裂缝。护面采用0.2米厚黄泥灌浆碎石，其下设0.2米厚碎石垫层。坝顶高程为3280.80m，坝顶宽度为8m，为排除雨水，坝顶做成向下游侧的斜坡，坡度为3%。坡面末端设排水沟，聚集坝顶积水，排水沟端面尺寸为0.2m0.2m。在坝顶上游侧做稳定、巩固和不透水的防浪墙，高5米，底高程3277米，见细部构造附图所示。根底牢固地埋入坝内并与防渗体紧密结合，墙底与防渗体顶部接触渗径满足：式中：防浪墙底面承受的水头m，算至波浪水面；防浪墙底与防渗体接触渗径长度，m；L=b，s—为水平和垂直渗径莱因系数，取2.5。取La=5满足要求。图8-1坝顶构造图单位〔米〕防浪墙采用浆砌石。墙顶高出坝顶1.2m，墙厚0.5m。墙内设伸缩缝间距为15m，缝内设止水。坝顶