水利工程设计

天津农学院课程设计说明书设计名称水利工程学课程设计设计题目重力坝设计设计时间2013年6月17日系别水利工程系专业水文与水资源工程班级水文一班姓名黄伟民指导教师李炎2012年6目录课程设计任务书…………………3第一章重力坝设计根本资料…………………5第二章非溢流重力坝设计…………………5第一节确定坝顶高程…………………5第二节剖面设计…………………6第三节荷载计算…………………6第四节稳定分析…………………7第三章溢流坝设计…………………8第一节溢流孔d设计……………8第二节溢流重力坝剖面设计……………8第三节溢流重力坝消能设计……………10参考文献……12附录……………………12水利工程学课程设计任务书1．课程设计的内容和要求〔包括原始数据、技术要求、工作要求等〕：某山区水库挡水建筑物为混凝土重力坝，定为3级建筑物。经水文水利计算，确定：正常蓄水位，相应下游水位；设计洪水位，校核洪水位，相应下游水位。溢流坝设在河床中间，其左右两边均为非溢流坝，非溢流坝段坝基清基后最低点高程为149m，地基为花岗岩，摩擦系数f=0.65。坝前淤沙高程求出为160m；泥沙干容重，孔隙率n＝0.35，进而算得泥沙浮容重。内摩擦角。枢纽所在地区多年平均最大风速v=13m/s，水库吹程D＝1km，地震根本烈度为7度。请进行非溢流坝及溢流坝的设计。由于课程设计时间短，将设计说明书和计算书合二为一，按设计顺序，统一编写，称为设计计算书。设计说明局部要求说明设计原那么、设计内容与方法、设计依据与成果的文字说明，而不是计算公式与运算的流水帐。它要求立论正确，数据可靠，分析合理，论证充分，结论明确。计算局部要求公式正确，计算精确，判定和判别成果无误。设计计算书要求做到内容充实，文理通顺，条理清楚，字迹工整，还应有必要的插图、计算简图、表格等，做到图文并茂。常用公式直接列出，非常用公式应做说明。计算过程分为：公式、填写对应数据、计算成果。设计考前须知1、学生课程设计一律在教室进行，各组建立点名制度。2、学生在老师指导下拟定自己的设计实施方案，草图经指导老师审查后再加深。3、学生按指导老师规定的时间交设计成果，无故推迟者，降低课程设计成绩。4、所发给学生的原始资料，学生应爱惜使用，设计结束时必须随成果全部交回。水利工程学课程设计任务书2．对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：完成设计说明书15页左右。〔含各局部结构简图〕。计算机绘图假设干张，包括非溢流坝及溢流坝纵剖面图。设计图要求表达正确，尺寸齐全，比例恰当，布局合理，线条清晰，图面整洁，图例和标注清楚。3．主要参考文献：1、袁光裕.水利工程施工.北京：中国水利水电出版社.2002.2、祁庆和.水工建筑物.北京：中国水利水电出版社.2002.4．课程设计工作进度方案：序号起迄日期工作内容1.13布置任务，熟悉指导书和根本资料22013.6.14~2013.6.17挡水建筑物设计,(坝高,剖面尺寸拟定)32013.6.17~2013.6.18泄水建筑物设计,(溢流坝面拟定,泄流孔口尺寸拟定消能形式尺寸拟定)42013.6.17~2013.6.19绘图与成果整理主指导教师日期：2013年第一章重力坝设计根本资料我国是一个人均水资源紧缺的国家，价值水资源在时间和空间上分布不均，导致水资源供需矛盾更加锋利。缺水已成为我国经济和社会进步的重要制约因素。某山区水库挡水建筑物为混凝土重力坝，定为3级建筑物。经水文水利计算，确定：正常蓄水位176.Om，相应下游水位155.Om；设计洪水位177.Om，校核洪水位相应下游水位156.Om。溢流坝设在河床中间，其左右均为非溢流坝，非溢流坝坝段坝基最底点高程为149.Om，地基为花岗岩，摩擦系数f=0.65，坝前淤积高程求出为l60m；泥沙干容重Yf=13kn/m3，孔隙率为0.65。进而算得泥沙浮容重γn=6.53kn/m3，(=13+10×O.35-10)。内摩擦角Φn=18°。枢纽所在地区多年平均最大风速V=l3m/s，水库吹程D=1km，地震根本烈度为7级。第二章非溢流重力坝设计第一节坝顶高程确实定以水库水位为设计洪水位情况下设计坝顶高程：坝顶高程由公式〔1〕求解〔1〕〔2〕；；；因此；。。二、水库水位为校核洪水位情况下的坝顶高程：

；；；；所以；此时，两种情况下，取较大值，即坝顶高程。第二节剖面设计一、根本剖面：初步拟定,H=179.31-149=30.31取31m,B=24m，具体数值见表〔1〕。二、实用剖面：非溢流坝剖面设计根本尺寸拟定。见图〔1〕表1坝顶宽度〔m〕坝底宽度〔m〕坝高〔m〕上游面坡度n下游面坡度m上下游面起坡点高度324314起坡图1实用剖面第三节荷载计算不同时刻(时段)、不同情况下，作用在坝体上的荷载是不一样的。须选取几种不利的、起控制作用的组合情况分别进行计算。受力情况如图2。图中表示的是非溢流重力坝最大剖面单位长度(1米)坝段上的各种荷载。对正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位、地震情况下作用与坝体的荷载计算，详见附录表一、表二、表三、表四。图2大坝受力情况第四节稳定分析按抗剪强度公式：〔3〕并按要求得到的K>[K];该水库为三级建筑物，因此。1、正常蓄水位情况下：2、设计洪水位情况下：QUOTE3、校核洪水位情况下：QUOTE4、地震情况下：第三章溢流坝设计第一节溢流孔口设计溢流孔口与溢流坝顶是否设置闸门有关。大型溢流坝一般要设置闸门；小型溢流坝一般不设闸门，这时坝顶高程取为水库正常洪水位。本设计水库挡水建筑物为3级建筑物，视为小型溢流坝，因此坝顶高程为正常洪水位。单宽流量的取值该水库地基为花岗岩，属坚硬岩石，因此假定通过溢流坝顶的单宽流量溢流坝段泄流总径长的求解溢流坝段泄流总净长：溢流堰采用WES实用堰。；。采用3孔溢流坝，孔口净宽为35=15m。因此溢流前缘总长；其中每个孔口净宽为；溢流坝顶高程确实定：，其中为堰顶水头。按下式进行计算：所以QUOTE溢流坝顶高程▽=第二节溢流重力坝剖面设计溢流重力坝横剖面图的周边轮廓线可划分为两段：迎水段和溢流段。迎水段为一段直线或由几段直线组成。溢流段由顶部椭圆曲线段、顶部幂曲线段、中间直线段和下部反弧段四局部组成。一、椭圆曲线段椭圆曲线方程：〔4〕式〔4〕中—定型设计水头，值为堰顶最大作用水头的，；；式〔4〕中取，。溢流面曲线坐标、的原点取在堰顶点。，其中取a=0.3，那么

代入数据：

整理得：二、幂曲线段

幂曲线段的方程为：〔5〕其中—取决于坝顶上游面的坡度，当坝体上游面为铅直面时，即求得x=5.5y=3.72可得溢流堰顶原点坐标。原点右侧由曲线构成见表2表2x12yx345y下游反弧段半径R=〔4-10〕h坎底水深h=(0.3-0.5)——堰上水头×10m。三、直线段与曲线段的切点计算中间直线段的坡度和非溢流重力坝的下游坡度相同〔〕中间直线段上端与幂曲线相切。四、下游反弧段半径的计算坝前水位为校核洪水位，且闸门全开时反弧最低点处水深整理得：解得h=R=(8～10)h=(8～10)×4.74取38米第三节消能防冲设计下游挑角采用45度，坎顶高程为下游最大水位(824m)+平安超高〔取1m〕=825m。圆弧底到角顶距离为见附录溢流坝剖面图。水舌的挑距及可能最大冲坑的深度估算：图3挑流消能冲坑计算示意图水舌的挑距由式〔6〕计算〔6〕式中—坎顶至河床面高差，；—坎顶垂直方向水深，；；—坎顶水面流速，，取平均流速的倍。计算得出，，=代入以上参数计算得L=水垫厚度由式〔7〕计算〔7〕冲坑深度由式〔8〕计算〔8〕式中—单宽流量，；—上下游水位差，；—下游水深，；—冲坑系数，坚硬完整的基岩取，坚硬但完整性较差的基岩取，软弱破碎裂隙发育的基岩取。计算得出：；满足要求说明挑流消能形成的冲坑不会影响大坝平安。参考文献:[1].程施工.北京：中国水利水电出版社.2002.[2].祁庆和.水工建筑物.北京：中国水利水电出版社.2002.[3].附表一正常蓄水位荷载类型荷载〔铅直〕或水平力计算式铅直力的值水平力的值↑↓←→自重G1G22232G35952上游水平水压力P13572下游水平水压力P3上游铅直水压力P2下游铅直水压力P4浮托力U1411渗透压力U21U22U23566水平向泥沙总压力Pnh铅直向泥沙总压力Pvh浪压力P1地震惯性力Q1Q2Q3地震动水压力P0汇总附表二设计洪水位荷载类型荷载〔铅直〕或水平力计算式铅直力的值水平力的值↑↓←→自重G1G22232G35952上游水平水压力P13842下游水平水压力P3上游铅直水压力P2下游铅直水压力P4浮托力U1646渗透压力U21U22U23566水平向泥沙总压力Pnh铅直向泥沙总压力Pvh浪压力P1地震惯性力Q1Q2Q3地震动水压力P0汇总6444,32附表三校核洪水位荷载类型荷载〔铅直〕或水平力计算式铅直力的值水平力的值↑↓←→自重G1G22232G35952上游水平水压力P14264下游水平水压力P3上游铅直水压力P2下游铅直水压力P4浮托力U1646渗透压力U21U22U23水平向泥沙总压力Pnh铅直向泥沙总压力Pvh浪压力P1地震惯性力Q1Q2Q3地震动水压力P0汇总