开题报告-黑河水利工程土石坝设计

开题报告开题报告设计题目：黑河水利工程土石坝设计学生姓名：学院名称：专业名称：班级名称：学号：指导教师：教师职称:学历：选题的目的及意义选题目的：①掌握土石坝枢纽各建筑物组成、建筑物的工作特点以及在枢纽中的布置；②掌握调洪演算的方法和水库各种特征水位的确定；③在对土石坝枢纽中各建筑物的设计中，了解各建筑物的选型比较方法以及所选定建筑物的设计难点和重点，并掌握相应的设计方法；④掌握计算机绘图和程序计算方法，培养设计报告撰写能力；⑤通过设计研究，培养文献资料查阅、发现问题、独立思考问题和解决问题的能力。通过土石坝水利枢纽的设计研究，掌握一个水利枢纽的设计步骤程序和方法，学习和发展土石坝设计理论，促进土石坝建设。意义：通过本次毕业设计，我们在教师的指导下，独立完成设计课题所规范的全部内容；一方面培养了自己综合运用已学过的理论知识和技能，分析和解决本专业范围内的实际工程问题的能力，树立正确的设计思想，掌握现代设计方法，培养我们勇于创新和开拓进取的精神；另一方面通过调查研究，查阅文献资料，陪养了我们严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风，使综合能力全面升高，为我国以后的水利工程事业发挥更大的价值。二、设计拟解决的工程实际问题1、土石坝就地、就近取材，节约大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量。2、适应各种不同的地形、地质和气候条件。

3、高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等土石坝工程设计和施工技术的综合发展，对加速土石坝的建设和推广也起到了重要的促进作用。设计拟应用的现场资料综述1.工程地理位置黑河水电站位于黑龙江省黑河市境内的公别拉河中游，距西沟村5公里，厂房位于青春河入口1公里处。坝址位于西沟村上游33公里处，距哈拉台河入口以上1公里，控制流域面积1668平方公里。2.流域情况公别拉河为黑龙江中游右侧的一条支流，发源于小兴安岭山脉大黑山峰东麓，由西向东汇入黑龙江。河流全长147公里，流域面积2700平方公里，河道平均坡降3‰，总落差460米。全流域均在黑龙江市内。其地理坐标是东经126゜30ˊ—127゜30ˊ，北纬49゜40ˊ—50゜10ˊ。源地最高山峰867米，河口仅120米。本流域两峰支流分布较均匀，多数短而湍急，水行呈网枝状。上游森林密布，植被良好，山谷狭窄；义气罕河口至团山子段，山谷逐渐开阔，河道弯曲，两峰多湿地，有少量耕地。从团山子河到西沟水文站是本河流的中段，是一个30公里的大甩弯，河谷深切狭窄，河道平均坡降5‰，水流湍急。西沟水文站以下，为本河流的下游，河谷开阔平坦，有大片农田。3.黑河地区经济概况黑河地区位于黑龙江省北部边境地区，全区辖三市（黑河、北安河、五大连池）四县（孙吴、逊克、德都和嫩江）总面积68276平方公里，其中林地6210万亩，耕地1883万亩，可垦荒地220万亩。境内森林资源丰富，林木蓄积量大；商品粮率高；矿产和水力资源丰富。境内有黑龙江和嫩江两大水系的大小河流612条；已查清：水能资源75万千瓦，年发电量可达18亿度。境内的矿产资源有：金、煤、珲瑙石、石灰石、珍珠岩等20多种。1993年全区工农业总产值28.2亿元中，工业占31.5%，农业占68.5%；在地方工农业总产值70037万元中，工业占37%，农业占63%。规划到1995年和2000年全区国民经济总产值将分别达到32.6和46.8亿元。本课题在国内外的研究状况及发展趋势1、土石坝的建设现状土石坝是一种运用最广的坝型，在具有适宜的地形、地质和建筑材料的前提下，土石坝极可能是一种结构简单、较为经济和对地基要求较宽松，施工简单方便、适应性强、抗震性能良好、工作可靠、寿命长、管理简单的坝型。因此，在水工设计的坝型比较中，土石坝往往是不可缺少的。同时土石坝也是世界上最古老的坝型之一，有着悠久的建造历史。据统计，全世界超过15m的土石坝共有29000余座，仅在中国就有15000余座[1]。土石坝也是当今世界上建造数量最多（据1986年统计，坝高超过15m以上的土石坝占总数的82.7%，坝高超过100m以上的土石坝占没总数的46%）、体积最大、高度最高的坝型。20世纪以来，土石坝在发达国家（如美国，加拿大，前苏联等）和部分发展中国家得到快速发展，并出现了300m以上的高土石坝。美国建设的高土石坝最多，已建和在建的高于150m的土石坝就有12座。[2]我国也建成了大量的土石坝，但绝大多数为70m以下的中低坝，建成的少数高坝其最大高度仅在180m以下。截止2000年底，我国共兴建各类水库8.5万余座，其中土石坝占90%以上。进入21世纪后，随着我国水利建设的快速发展和实施“西电东送”水电工程的要求，众多高土石坝的建设被提上议程，特别在深厚覆盖层河谷、地质条件较差、地震烈度较高、坝高较大（尤其在250m以上）的坝址，多数选择或拟选土石坝。2.土石坝发展趋势(1).坝基覆盖层的防渗处理有重大突破坝基的防渗处理时土石坝工程设计的关键问题，它与坝体的设计、施工、安全可靠性、工期和造价有密切关系，甚至直接影响到工程方案的选择。早期在深透水坝基上建土石坝，常在坝基打设钢板桩防渗，由于常出现桩尖卷刀、板状倾斜、槽口撕开等问题，效果不是很理想。1954年法国在坝高128m的谢尔·帮松土石坝对其110m厚砂卵石坝基进行了著名的覆盖层灌浆试验，随后埃及的阿斯旺大坝对深达225m的覆盖层采用深达174m的帷幕灌浆进行地基防渗处理，使其承受110m的水头，是世界上最深的基础防渗工程。建成后的实测资料表明防渗帷幕承担96%的深透水头，工程运转良好。实践证明深帷幕灌浆是处理深覆盖层防渗问题的一项有效措施，60年代中叶兴起的混凝土防渗墙、泥浆固壁、冲击钻造孔，防渗效果更加经济可靠，加拿大尼克3号土石坝水头为105m，防渗墙墙深131m，为最深的防渗墙。从工程建成后实际运行情况看，防渗效果均良好。当覆盖层深度较小时，还可以采用造价低廉的泥浆截水槽[3]。坝基的各种防渗技术的发展和工程经验的积累为在不良的坝址上修建高土石坝开拓了广阔的前景，许多不宜修建混凝土坝的坝址经过适当的地基处理都能够修建土石坝[4]。(2).施工导流设计和施工技术的改进河流峡谷高土石坝的泄洪方式通常是岸坡溢洪道配合泄洪隧洞。由于土石坝施工导流，尤其是采用大型导流隧洞施工导流，因工期长，造价高，其经济和理性往往被否定[5]。综合分析国内外的高土石坝的工程实践，结合先进的科学技术，在施工导流设计和技术上进行如下的改进[6-7]：抢筑较高的施工围堰作为坝体的组成部分，简化土石坝的施工导流。按一般水位库容曲线，随着施工围堰高度的增加，防洪库容迅速增大，从而有效地减小下泄流量，降低对导流隧洞泄洪能力的要求，也就是降低了导流隧洞的施工工程量，最终降低了导流隧洞的工程造价，从而降低整个土石坝枢纽建设的总工程造价。大型土石坝枢纽的施工导流流量很大，因而导流建筑物工程量比较庞大，减少导流建筑物的工程量和造价将是降低土石坝枢纽总造价的重要一环，设计和实施坝体临时溢洪断面，让部分施工期导流洪水从坝体临时断面上溢流，从而替代或减小造价昂贵的大型施工导流隧洞。目前最成功和最节省的临时溢洪断面是采用加筋堆石护面，使钢筋网能够承担堆石压力和水的拖曳力，施工简单，不干扰正常施工，溢洪后无需进行处理即可继续填筑坝体。大断面、高流速、大泄量的导流隧洞的快速施工为修建土石坝创造了良好条件，近十多年来，由于地下工程设计和施工技术的迅速发展，出现了“新奥法”快速掘进、喷锚支护等新工艺、新方法，大大加快了隧洞的施工进度，从而加速了土石坝的施工进度，降低了土石坝工程造价，改变了大江大河上建筑高土石坝不安全不经济的传统观念。以上所述的土石坝在设计和施工上的改进，使得土石坝这种坝型在施工导流上的弱点在一定程度上得以克服，使得土石坝更具生命力。(3)高土石坝的计算理论和计算技术不断完善20世纪30年代以来，土力学的进展，大型计算机的出现和数值计算方法的发展，使土石坝的许多问题能在多种复杂情况下被模拟，诸如坝体的应力应变分析，边坡稳定、地震荷载作用下的动力分析，非均匀介质的坝体坝基渗流计算等课题均被深入研究[8]。同时，计算技术的发展加快了设计进度，提高了设计质量，使土石坝可采用较陡的坝坡，并可在烈度为9度的强震区建设。（4）充分利用当地材料高土石坝需要的土石放量很大，通常为混凝土坝体的4～6倍左右，故充分利用一切材料筑坝，尽可能利用开挖的土石料上坝，使挖填方平衡，是土石坝设计能否经济合理的关键。随着土力学理论和重型振动碾压机的发展，对高土石坝的筑坝材料也放宽了要求，只要正确设计和精心施工，几乎所有的土石料均可用来筑坝[9]。此外，为使心墙与坝壳材料的弹性模量尽可能协调，防止和降低坝壳对心墙的拱效应，防止水平裂缝和纵向裂缝，采用粘土和砾石掺合而成的人工混合料作为防渗材料。通过大量研究，劣质土料也能用于实际工程。如红黏土、湿陷性黄土，膨胀土，各种含砾土、黏质的砾石土，风化料、残积冰积，洪积的碎石土等，只要有正确的土料设计，合适的机械施工设备，科学的压实参数，均可以作为防渗土料。在建的瀑布沟工程（坝高186m）采用冰积洪积成因的碎石土做心墙，小浪底工程（坝高154m）以制备砾石土（砾石土，与黄土人工掺合料）防渗材料[10]。本课题主要研究内容1.设计阶段(1)可行性研究阶段：论证黑河水利工程枢纽在技术上的可行性、经济上的合理性以及开发上的迫切性；(2)初步设计阶段：研究确定该工程的等别和主要建筑物的级别，选定各种特征水位，选定坝址、输水路线、主要建筑物的形式、轮廓尺寸及枢纽布置以及装机容量等；(3)施工设计阶段包括建筑物地基的开挖、地基的处理、施工方法及施工2.设计标准(1)根据该工程的工程规模、效益和在国民经济中的重要性，研究确定工程的等别；(2)根据建筑物所属工程等别及其在工程中的作用，研究确定主要建筑物的级别；(3)根据地形、地质、水文条件，查阅设计手册，研究确定建筑物的设计、3.设计内容（1）枢纽布置设计1）首先选定坝址、坝轴线、并对不同的坝型方案进行比较分析和选择；2)选定坝型方案后，对泄水建筑物孔口布置方案进行拟定，要分析确定各泄水建筑物（溢洪道、泄洪洞等）的布置型式和确定泄水建筑物孔口布置（工程、孔口尺寸）方案；接着拟定枢纽其他建筑物布置型式，包括进水、引水、电站厂房、上坝道路等建筑物的布置型式、位置及轮廓尺寸；3)进行调洪计算，择优选定泄水建筑物孔口布置方案，针对初拟的各种泄水建筑物孔口布置方案，分别进行设计洪水和校核洪水工况的调洪计算；根据调洪计算结果，比较并择优选定泄水建筑物孔口布置方案，由此确定各泄水建筑物的孔口布置（高程、孔口尺寸）、水库设计洪水位和校核洪4)对泄水建筑物纵、横断面设计，拟定各种泄水建筑物（溢洪道、泄洪洞等）的流道（包括消能工）纵、横断面尺寸；进行各工况的水力计算（包括水面线或压坡线、建筑物下游消能防冲计算等），根据计算结果，校核或调整后确定各泄水建筑物的纵、横断面；5)初步绘制枢纽总平面布置图，此时水库枢纽的布置任务基本完成；6）根据设计基本资料及前期设计的成果，进行各种工况的坝顶超高计算，分析确定坝顶高程；7）坝顶高程确定以后，再对坝体横断面进行设计。拟定坝体最大断面轮廓尺寸，分析确定坝体断面材料分区以及分区材料的使用，画出基本轮廓图；再进行坝基处理（开挖、防渗、加固等）设计，根据初拟坝体断面尺寸，进行各工况的渗流分析和坝坡稳定分析，校核初拟坝体断面尺寸合理性；对初拟坝体断面尺寸进行必要调整、重新计算分析后，确定坝体横断面。然后根据确定的坝体最大断面，结合两岸地形地质条件，进行坝体纵断面的坝基处理（开挖、防渗、加固等）等设计，确定坝体的纵断面尺寸。最后对坝顶、坝坡及岸坡排水、大坝排水体、上坝道路等构造进行设计。8）根据以上设计成果，补充、完善枢纽总平面布置图。最后绘制大坝设计图（包括：大坝横剖面图（最大断面、岸坡断面），沿坝轴线纵剖面图，坝体构造设计图等，并撰写《毕业设计报告》。设计进度计划第一阶段（1～2周）：参加由学校组织的毕业设计动员大会；熟悉工程基本资料，毕业设计内容及要求，查阅与设计内容相关的国内外文献资料、《毕业设计手册》，撰写并提交《开题报告》和《外文翻译报告》。第二阶段（3～5周）：分析并选择坝址、坝轴线方案，拟定可用的坝型方案，进行坝型方案的选择与分析，拟定泄水建筑物孔口布置方案以及枢纽其他建，调洪演算，坝顶高程的计算，坝宽、坝坡与平台的确定第三阶段（6～8周）：护坡以及坝体排水，坝体排水设备的选择，防渗体，坝基处理土坝与坝基、岸坡的连接。第四阶段（9～11周）：渗流计算，坝体稳定分析，溢洪道的工程布置及结构形式选择、溢洪道水利计算、溢洪道结构设计。第五阶段（12～13周）：绘制大坝设计图纸、枢纽布置图并撰写《毕业设计报告》，整理并提交毕业设计初步成果（设计报告及设计图纸）电子版，作进一