【非溢流坝和溢流坝的设计计算（论文）6200字】

非溢流坝和溢流坝的设计计算TOC\o"1-3"\h\u1967第一章调洪演算 调洪演算（1）放大设计以及校核洪水设计洪水放大系数： K校核洪水放大系数： K基本资料读数绘图（3）设计情况调洪演算试算表（4）校核情况调洪演算试算表非溢流坝设计计算2.1剖面设计计算2.1.1工程等级判定正常蓄水位为178m，对应水位-库容曲线公式为V=0.0139x因此水库为大（1）型水库，工程等级为1级。2.1.2坝顶高程和坝高的计算坝顶的高程应比校核洪水位高，坝顶的上游防浪墙顶的高程应比波浪顶高程高。防浪墙顶到设计洪水位或者校核洪水位的高度差距为Δh，按下式计算:Δh=h式中:h1%hz为静水位低于波浪中心线的高度，m；hc运用情况坝的级别123设计情况（基本情况）0.70.50.4校核情况（特殊情况）0.50.40.3坝为1级坝，设计情况时hc=0.7ℎ当水库为正常蓄水位与设计洪水位时，应采用其相对应季候的50年重现期最大风速。处于校核洪水位时，宜采用相应的洪水期的最大风速的多年平均值。上文根据调洪演算已得出，设计情况洪水位为179.18m，校核情况洪水位为179.87m。①设计情况：ℎL=10.4②校核情况：V0=15m/s，ℎL=10.4坝顶高程H顶按下式计算，并选用其中较大值防浪墙顶高程=设计洪水位+Δh

设=179.18取较大值，H顶=181.28m为保证坝体运行安全，需设置高0.6m至1.5m间防浪墙，取1.0m。坝底高程等于开挖高程142.5m。坝高H=2.1.3坝顶宽度和坝底宽度的计算坝顶的宽度一般情况下取坝高的8%-10%，并且应不小于2m。坝顶宽度=37.78×0.08~坝底宽度约为坝高的0.7-0.9倍。坝底宽度=37.78×0.7~2.2设计洪水位情况稳定分析2.2.1基本荷载计算上游水位①自重：一般混凝土的重度为23.0−23.5kN/m3，取W=②静水压力： 上游水平P上游垂直W③扬压力：根据规范，排水处扬压力的折减系数α=0.3如下图所示。U1U④波浪压力：P⑤泥沙压力：Pℎs—坝前淤沙厚度，淤沙高程152.00m；φs—淤沙的内摩擦角，等于0ΣW=W+WΣU=ΣP=2.2.2稳定分析本设计按单一安全系数法验算，计算公式如下：KKsf'c'资料中c′=0.5Mpa=500KPa；A——坝基接触面截面积，为单宽的面积。ΣW值，kN；ΣP——作用在坝体上全部荷载对滑动平面切向的分值，kN；K2.3校核洪水位情况稳定分析2.3.1基本荷载计算上游水位①自重：W=②静水压力： 上游水平P上游垂直W③扬压力：④波浪压力：Pl=⑤泥沙压力：PsΣW=W+W1=ΣU=ΣP=2.3.2稳定分析K2.4设计洪水位情况应力分析2.4.1坝基面边缘应力分析（1）水平截面上的正应力正应力计算上、下游边缘应力σyu和σσ其中：∑W∑M—作用于计算截面以上所有荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN·m；B——计算截面的长度，m。计算截面取坝底上下游方向的宽度，取坝底中点O为力矩作用的中心点。∑W=14901.25−①坝体自重：M②静水压力：M③扬压力：MMM④波浪压力:M⑤泥沙压力:M（2）剪应力算得σyu和σyd后，就可依据边缘微分体的平衡条件求解出上、下游边缘剪应力τ根据上、下游的坝面微分体，再依平衡条件可以求解出ττ式中：pu：上游面地水压力强度，如若有泥沙压力，也应该将泥沙压力算入其值，pn：上游坝坡坡率，n=puu：计算截面在上游坝面处的扬压力强度，pdpdm为下游坝坡坡率，m=tanpud：计算截面在下游坝面处的扬压力强度，pτ（3）水平正应力上文求得τu和τd后，可以再按平衡条件得出上、下游边缘的水平正压力σxu根据上、下游坝面的微分体，由平衡条件可以解出（4）主应力由上、下游坝面的微分体，根据平衡条件可以解出坝面水压力强度也是主应力σ2.4.2坝基面内部应力分析在坝体内部取单位厚度的微元体，微分体的平衡方程为：∂∂式中γc为材料的容重，取坝基面进行应力分析，取上游端点为坐标基点O，x轴向右，y轴向下。坝内水平截面上的正应力σ根据σy在水平截面上呈现直线分布趋势的假定，可以得出距下游面x处的σσ式中系数a、当x=0时，σy=σ当x=B时，σy=σ由此，关系式为σy坝内剪应力τ将σy=6.14x+273.01τ当x=0时，τ=τu;当x=Babc由此，关系式为τ=17.60+坝内水平正应力σ将τ=17.60+10.54x+σ从式中可看出沿水平截面的水平正应力σx而实际上，σx的分布接近于直线分布，因此此文假定其呈直线分布，即σ当x=0时，σx=σ当x=B时，σx=σ由此，关系式为σx坝内水平主应力σ1和取坝基中点处为计算点。στσσσφ2.4.3上游折坡面边缘应力分析水平截面上的正应力取折坡面中点为弯矩计算中心。①坝体自重：W=②静水压力：上游水平PM③扬压力：UUUMMM④波浪压力：PMW=4977.19ΣU=ΣP=剪应力pu=9.81×21.68=pd=0(kPa)；水平正应力σ（4）主应力σ2.4.4上游折坡面内部应力分析在坝体内部取单位厚度的微元体，微分体的平衡方程为：∂∂式中γc为材料的容重，也取折坡面进行应力分析，取上游端点为坐标基点O，x轴向右，y轴向下。（1）坝内水平截面上的正应力σσy当x=0时，σy=σ当x=B时，σy=σ由此，关系式为σy（2）坝内剪应力τ将σy=3.70τ当x=0时，τ=τu;当x=Babc由此，关系式为τ=（3）坝内水平正应力σ将τ=−38.89+25.01从式中可看出沿水平截面的水平正应力σx而实际上，σx的分布接近于直线分布，因此此文假定其呈直线分布，即σ当x=0时，σx=σ当x=B时，σx=σ由此，关系式为σx（4）坝内水平主应力σ1和取折坡面中点处为计算点。στσσσφ2.5校核洪水位情况应力分析2.5.1坝基面边缘应力分析（1）水平截面上的正应力∑W=①坝体自重：M②静水压力：M③扬压力：MMM④波浪压力:M⑤泥沙压力:M剪应力pu=9.81×37.37+361.00=pd=0(kPa)；水平正应力σ（4）主应力σσσ2.5.2坝基面内部应力分析在坝体内部取单位厚度的微元体，微分体的平衡方程为：∂∂式中γc为材料的容重，也取坝基面进行应力分析，取上游端点为坐标基点O，x轴向右，y轴向下。（1）坝内水平截面上的正应力σσy当x=0时，σy=σ当x=B时，σy=σ由此，关系式为σy（2）坝内剪应力τ将σy=7.52τ当x=0时，τ=τu;当x=Babc由此，关系式为τ=（3）坝内水平正应力σ将τ=22.4+σ从式中可看出沿水平截面的水平正应力σx而实际上，σx的分布接近于直线分布，因此此文假定其呈直线分布，即σ当x=0时，σx=σ当x=B时，σx=σ由此，关系式为σx（4）坝内水平主应力σ1和取坝基中点处为计算点。στσσσφ2.5.3上游折坡面边缘应力分析（1）水平截面上的正应力取折坡面中点为弯矩计算中心。①坝体自重：W=②静水压力：上游水平PM③扬压力：UUUMMM④波浪压力：PMW=4977.19ΣU=ΣP=（2）剪应力pu=9.81×22.37=pd=0(kPa)；（3）水平正应力σ（4）主应力σσσ2.5.4上游折坡面内部应力分析在坝体内部取单位厚度的微元体，微分体的平衡方程为：∂∂式中γc为材料的容重，也取折坡面进行应力分析，取上游端点为坐标基点O，x轴向右，y轴向下。（1）坝内水平截面上的正应力σσy当x=0时，σy=σ当x=B时，σy=σ由此，关系式为σy（2）坝内剪应力τ将σy=6.87τ当x=0时，τ=τu;当x=Babc由此，关系式为τ=（3）坝内水平正应力σ将τ=τ=σ从式中可看出沿水平截面的水平正应力σx而实际上，σx的分布接近于直线分布，因此此文假定其呈直线分布，即σ当x=0时，σx=σ当x=B时，σx=σ由此，关系式为σx（4）坝内水平主应力σ1和取折坡面中点处为计算点。στσσσφ溢流坝设计计算3.1孔口设计①单宽流量的确定：之前通过调洪演算，可以由此得出枢纽的总下泄流量QQ式中：Q0α为计算所需系数，正常取用的时候取0.75-0.9，校核运用时取1.0。本设计进行设计情况计算时α取0.8，校核情况计算时α取1.0。设L为溢流段的净宽(其不包括闸墩的厚度)，则通过溢流孔口的单宽流量为q=由于资料中建坝的坝址处基岩比较坚硬完整，所以取q=50~70m3/(s∙m)情况QQq（L（m）设计情况1721152950-7021.84-30.58校核情况2086184650-7026.37-36.92②根据上表计算所得数据：溢流段净宽取28米，孔数n=4，每孔净宽b=7m，闸墩厚度d=2m。溢流前沿总长L假定闸墩侧收缩系数ε=0.9，流量系数m=0.5Q求得堰顶水头：设计情况下H0堰顶高程=③闸门高度确定门高=正常高水位−堰顶高程+(0.1~0.2)=8.063.2顶部曲线计算WES型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分为上游段和下游段两部分。上游段曲线曾用过双圆弧、椭圆等型式。近年来，又提出了三圆弧及下列型式的曲线y式中：HdWES型堰顶下游段曲线，当坝体上游面为铅直状态时，可以按照式x1.85Hd=9.78×75%∼95%则上游段曲线方程：y下游段曲线方程：x3.3反弧段计算反弧半径R值应如何合理选取，这是一个尚待妥善解决的问题。实际工程的反弧半径R的取值范围，远远超过R=(4~10)h的限度。有人根据国内外60个工程资料，针对影响反弧半径的主要因素进行优化，提出反弧半径的经验公式为R=Fr=式中：Fr为反弧最低点处的弗劳德数。此式可作为工程设计参考，大、中、小工程均能应用。假定流速系数σ=0.95，堰顶水头H流速v=坎顶水深h=反弧段半径R=4～103.4消能防冲设