平山水利枢纽设计说明书

平山水利枢纽设计说明书一、综述 3 3 3二、坝址水文特性 三、枢纽及库区地形地质条件 5 5四、枢纽建筑物选型及枢纽总体布置 6 6 8五、土石坝设计 六、正槽溢洪道设计 25 一、综述平山水库位于湖北省某县平山河中游，该河系睦水1.3设计基本资料（8）发电调节保证流量Qp=7.35（10）设计情况下，溢洪道下泄流量Q1%=840m³/s，相应下游水位（11）校核情况下，溢洪道下泄流量Q0.1%=1340m3/s，相应下游水位（3）水电站：装机容量为9000kw，三台机组，厂房尺寸为30.0×9.0m2，引水隧洞直径3.50m，尾水底板高基岩允许抗压强度2MPa，混凝土与基岩摩擦系数f=0.58。基岩二、坝址水文特性暴雨洪峰流量Q0.05%=1860m³/s，Q0.5%=1550m³/s，Q1%=1380m³三、枢纽及库区地形地质条件3.1坝址、库区地形地质及水文地质平山河流域多为丘陵山区，在平山河上游都为大山区，河谷山势冲割很深，河床一般为100m左右，河道弯靠坝址上游有泥盆五通沙岩，坝址下游有二叠纪灰岩，坝轴线位在平山咀以南，即石灰岩与沙岩分界处，发现一大断层，其走向产状凌乱，两岸岩石破碎，岩石的隐裂隙很发育。岩石的渗水率都很小，两岸多为0.001～0.01升/分。坝址覆盖层沿坝轴线厚度达3.2筑坝材料水率φ（KN/m2）K-6-5-30-40-30四、枢纽建筑物选型及枢纽总体布置4.1工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准根据设计资料中规定的枢纽任务来确定。主要有拦洪蓄水的挡水水利水电工程的等别，应根据其工程规模、效益及在国民经济中4.2枢纽建筑物选型1.挡水建筑物：在该坝址可能采用的坝型有重力坝重力坝主要依靠自身重量在地基上产生的摩擦力和坝与坝基之拱坝对坝址的地形地质条件要求比重力坝高。适合建于断面为“V”字形的高山峡谷中，河谷对称缩窄处，以使拱座下游有较多岩之比L/H较大，不能发挥拱的作用；坝址位于“S层，对拱坝稳定极为不利。故不适宜建拱坝。通过上述论证，综合考虑地形地质、水文特性、建筑材料、施工对于土坝，不宜通过坝身泄流，可考虑采用溢洪道或隧洞泄水。土石坝坝身不能开孔，不宜建坝式水电站，较好的方案是建引水为布置方便和减小开挖量，可利用导流隧洞作为水库放空洞，均4.3枢纽总体布置五、土石坝设计5.1选择土石坝的类型5.2土石坝的剖面设计土石坝坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的高d（1）坝顶超高d=风吹壅高e+波浪爬高ha+安全超高δ（2）波浪爬高ha可按以下经验公式计算：式中：2hc——风浪波高，2hc=0.0166V54D13，m；设计洪水位时，（3）风浪引起的坝前水位壅高e计算公式：即0。；H——坝前水域平均水深，由相应水位减高程得，m；（4）安全超高δ1234、5高ha高e高δ高d程坝高由表中计算结果，坝顶高程应取正常运行、非常运行两者中的较1:2、1:4之间选取，一般上游坝坡比下游坝坡稍缓；沿坝高20~30m5.5土石坝的构造设计（3）心墙顶部高程：心墙顶部在水库静水位以上应有超高，正行条件下，应不低于对应的水库静水位，即应大于113.5m。综合考1.5~2.5m，取为2m。与上游连接处设置过渡带，以缓和不同土料之体顶部高程=下游最低水位（74.30m）+超高（为防止坝上下游面被波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰层和漂浮物撞（1）上游护坡：采用堆石护坡，厚度为50cm的堆石，护坡下设反滤层的作用是滤土排水，防止水工建筑物渗流逸出处发生管只能参考相关规范和已建工程进行初步设计。初步拟定结果分述如5.3渗流稳定计算皮土，渗透系数k=1.0×10-3cm/s,两者相差103倍，可以把粘土心墙.l--LL图1—1不透水地基上心墙坝渗流计算简图上游水深：H1=113.162.5=5下游水深：H1=72.6562.5=10.15m渗流区长度：L=103.89m62(m3/s)32(m3/s)根据流量连续性原理，q1=q2，解得心墙后水深H=10.99m，q=q1=q2=8.560×10-7对浸润线方程进行验算，当x=103.89时，带入浸润线方程得y=10.169m，与实际H2=程y=10.99m，与实际心墙后水深H=10.99m相符。由此可知，心墙5.4坝坡稳定分析计算土石坝的稳定分析是验算土石坝在自重和各种情况的孔隙水压力及外荷载作用下，是否具有足够的稳定性。SL2条分法假定滑裂面为一个圆柱面（剖面为一圆弧将可能滑动K=Σ(cili+Wi'cosaitgφi)cΣWisinai式中：i——下标，代表土条编号；Wi'——第i块土条重量，浸润线以上以天然容重计，以下以浮Wai——第i块土条沿滑裂面的坡角；步骤1）假定圆心、半径，画出圆弧如图所示；粘土天然容重：y=yd(1+w)=15.4×(1+0.25)=1山皮土饱和容重：ysat=yd+nyw=16+0.39×9.8=19.82KN/m3山皮土浮容重：y浮=ysat-yw=19.82-9.8=10.02KN/m3覆盖层浮容重：y浮=10.0KN/m3；1:2.5 \1236. 8 .1:2.5 \1236. 8 .123456789Σ0000cili0000'wia80φtanφcili+wi'cosatanφ'1234因K=1.576>[K]=1.35,故坝坡满足抗滑稳定要求5.6地基处理及与岸坡连接六、正槽溢洪道设计6.1正槽式溢洪道的位置选择6.2溢洪道的孔口尺寸确定Hd=(0.75~0.95)Hmax=(0.75~0.95)×(113.5-107.5)=4.5~5.7m=0.50Hd=0.50×5=2.5mR2=0.20Hd=0.20×5=R3=0.04Hd=0.04×5=0.2mc1=0.175Hd=0.175×5=0.875mc2=0.276Hd=0.276×5=1.38m以堰顶点为坐标原点，堰顶下游曲线方程为x1.85=2H.85y，即y=0.1273x1.85。对x求导，令求得下游曲线与直线段的切点坐标为c(3.69,1.42)。xxy=0.1273x^1y=0.1273x^185y225为行近流速，一般为3~5m/s，取3m/s。堰顶总水头与设计水头之比=1.212，流量系数根据P1Hd值和H0Hd值从下图中查取,得mmd=0.98，所以溢洪道下泄流量Q1%=840m3/s；堰顶水深H0=6.1.54.单孔宽度b的确定1236.3溢洪道泄槽设计不影响溢流堰自由泄流和槽中不发生水跃，使水流始终处于急流状式中：n—泄槽底坡糙率,对浆砌石底坡，取0.025；xK—临界湿周；B—泄槽宽度；RK—临界水力半径，对于矩形断面，取RK=hK；hK—临界水深,hK= 3aq2g=5.072m。代入上式，求得iK=0.0034,考虑山谷地形和上下游水位差并取22式中：Δl1—2—分段长度，m；,h2—分段始、末断面水深，m；i—槽底底坡；θ—槽底坡倾角，θ=arctani=20.8o； J—分段内平均摩阻坡降；n—泄槽槽身糙率系数，对浆砌块石，n=0.025；v—分段平均流速，v=(v1+v2)2，m/s；R—分段平均水力半径,R=(R1+R2)/2,m；起始断面位置选择堰下收缩断面处，近似可认为是在泄槽的起式中：q—泄槽单宽流量，q=1340/56=23.929m3/s；2经试算得，h0=0.996m。从水深为1.935m的断面1开始,以0.1m的水深步长向泄槽末端推hARRvvJESE-ES2S1 i-Jh123456789注：泄槽末端水深不一定是正常水深0.996m，与泄槽长度有关。hb按下式计算：=(1+)h式中，v—不掺气情况下泄槽计算断面的流速；度沿泄槽取相同值，约为3.0m。6.4溢洪道消能设计泄流所具有的冲刷河床的大量机械能经消能后方可与下游河床水位1~2m，定为76.0m；鼻坎上水深h：根据泄槽末端水深