重力壩計算書

1、目錄 摘 要 . abstract . 第三章 剖面設計 非溢流壩剖面設計計算 溢流壩段剖面設計 抗滑穩(wěn)定分析 應力計算 主要構造設計 消能防沖設計 第三章 地基處理 壩基開挖和處理 壩基加固處理 壩基防滲處理 壩基排水 兩岸處理 .1 1.1 堤頂及防浪墻高程確定.1 1.1.1 堤頂高程計算公式.1 1.1.2 安全加高.1 1.1.3 波高及雍高計算公式.1 1.1.4 壩頂超高計算 .2 1.2 重力壩剖面設計.5 1.3 重力壩擋水壩段荷載計.6 1.3.1 基本原理與荷載組合.6 1.3.2 壩體自重計算.6 1.3.2.1 壩體自重計算公式.6 1.3.3.2 按實體重力壩計算壩

2、體自重及力矩.6 1.4 靜水壓力計算.8 1.4.1 靜水壓力計算公式.8 1.4.2 設計工況.8 1.4.3 校核工況.10 1.4.4 正常使用工況.12 1.5 揚壓力計算.14 1.5.1 揚壓力.14 1.5.2 設計工況.14 1.5.3 校核工況.15 1.5.4 正常使用工況.16 1.6 淤沙壓力.17 1.6.1 水平淤沙壓力公式.17 1.6.2 淤沙浮容重計算.17 1.6.3 淤沙高程.18 1.6.4 淤沙壓力及其力矩計算.18 1.7 波浪壓力及其力矩.19 1.7.1 波浪壓力公式.19 1.7.2 設計工況.19 1.7.3 校核工況.19 1.7 基本作

3、用荷載各種工況下的、p 和.20w m 1.8 極限狀態(tài)設計法分析擋水壩段穩(wěn)定.21 1.8.1 承載能力極限狀態(tài)設計式.21 1.8.2 正常使用極限狀態(tài)設計式.23 1.8.3 壩段抗滑穩(wěn)定驗算.24 1.8.3.1 基本組合工況.24 1.8.3.2 偶然組合工況.24 1.8.4 壩段壩趾抗壓強度驗算 .24 1.8.4.1 計入揚壓力時的基本組合工況.24 1.8.4.2 計入揚壓力時的偶然組合工況.25 1.8.4.3 不計入揚壓力時的基本組合工況.25 1.8.4.4 不計入揚壓力時的偶然組合工況.25 1.8.4.5 壩段壩蹱不出現(xiàn)拉應力計算.25 1.9 擋水壩段應力分析.2

4、6 1.9.1 基本假定.26 1.9.2 不考慮揚壓力時的邊緣應力計算.26 1.9.2.1 邊緣應力計算公式.26 1.9.2.2 設計工況邊緣應力計算.27 1.9.2.3 校核工況邊緣應力計算.28 1.9.3 考慮揚壓力時的邊緣應力計算.29 1.9.3.1 邊緣應力計算公式.29 1.9.3.2 設計工況邊緣應力計算.30 1.9.3.3 校核工況邊緣應力計算.31 第二章 溢流壩設計計算 .33 2.1 溢洪堰堰型選擇.33 2.2 溢洪道水力計算.33 2.3 溢流堰堰面曲線.34 2.3.1 溢流堰堰頂高程.34 2.3.2 溢流堰總水頭.34 2.3.3 定型水頭設計.35

5、 2.3.4 堰面曲線設計.35 2.4 邊墩高度.37 2.5 消能形式.37 2.5.1 消能公式.38 2.5.2 設計工況下沖刷坑安全驗算.38 2.5.3 校核工況下沖刷坑安全驗算.39 摘 要 隨著時間的增長而不斷增加的農(nóng)業(yè)灌溉用水、城鎮(zhèn)供水和農(nóng)村人畜飲水是擺在人 們面前的一個難題，因為目前可供水量離人們的供水目標相差甚遠，水資源的短缺已 嚴重制約國民經(jīng)濟和社會發(fā)展。水利樞紐工程的出現(xiàn)不僅能夠解決這個問題，而且能 實現(xiàn)對水能資源的綜合梯級開發(fā)利用。 根據(jù)楊家溝水庫的地質(zhì)、地形、氣候，氣象等具體情況，本設計的主要內(nèi)容和成 果如下： 1、非溢流壩剖面尺寸的擬定： 壩高 33.00m，上

6、游坡率 1:0.15，下游坡率 1:0.75，壩頂寬度 4.50m。 2、溢流壩堰面曲線的擬定： 頂部曲線段采用wes曲線，直線段的坡率 1:0.75，反弧段半徑為 10m。 3、穩(wěn)定分析： 經(jīng)過分析，溢流壩和非溢流壩的穩(wěn)定均滿足要求。 4、應力分析： 經(jīng)過分析，溢流壩和非溢流壩的應力均滿足要求。 關鍵詞：水利樞紐工程，混凝土重力壩，溢流壩 abstract as the time does by, the demand of water for agriculture, urban supply and rural drinking is on such an increase that i

7、t becomes a difficult problem lying ahead. due to the large gap between the fact and goal of the current water supply, shortage of water resources has seriously confined the development of economy and society. however, the water conservancy project not only tackles the issue, but also makes the comp

8、rehensive development and utilization of water resources come true. according to ganlong gravity water power station field of geology, topography, climate, weather and other circumstances, the main elements of the design and results are as follows: 1、the size of the development of non-overflow dam s

9、ections: height of 33.00m, the upstream slope of 1:0.15ratio, lower rate of 1:0.75 slope, crest width of 4.50m. 2、spillway weir curve drawn: top of the curve by wes curve, straight line of slope rate of 1:0.75, anti-arc with a radius of 10m. 3、stability analysis: after analysis, the stability of the

10、 spillway and non-overflow dam are sufficient. 4、stress analysis: after analysis, non-overflow dam spillway and the stress are sufficient. keywords： water power station ,concrete gravity dam, overflow dam 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 0 頁 第一章非溢流壩設計計算 1.1 堤頂及防浪墻頂高程確定 1.1.1 堤頂高程計算公式 本工程設計洪水標準為 30 年一遇，校核洪水標準為 300

11、年一遇，壩頂高程應大 于壩前水位+壩頂超高。而壩頂超高=累計頻率 1%的波高+風壅高度+安全加高 cz hhhh %1 （1.1） 1.1.2 安全加高 本工程堤防級別為 4 級，設計洪水時，安全加高應為 0.40m，校核洪水時，安全 加高應為 0.30m。 表 1.1 壩的安全加高 hc 壩的級別 運用情況 123 設計情況（基本情況）0.70.50.4 校核情況（特殊情況）0.50.40.3 1.1.3 波高及雍高 內(nèi)陸峽谷水庫，宜按官廳水庫公式（適用于 0 v 20m/s 及 d20km）計算 官廳水庫公式： 3 1 2 0 12 1 0 2 0 0076 . 0 gdghl （1.2）

12、 75. 3 1 2 0 15 . 2 1 0 2 0 331 . 0 gdgl （1.3） l h cth l h h l z 2 2 （1.4） 式中： g 重力加速度， sm / 2 d吹程， m l波長，m z h 壅高，m 0 計算風速， sm/ h壩前水深，m 2013 屆水利水電建筑工程專業(yè)畢業(yè)設計 第 1 頁 l h 當 25020 2 0 gd 時，為累積頻率 5%的波高 h5%;當 1000250 2 0 gd 時，為累積 頻率 10%的波高 h10%。規(guī)范規(guī)定應采用累計頻率為 1%時的波高，對應于 5%波高，應 由累積頻率為 p（%）的波高 hp 與平均波高的關系可按表

13、b.6.3-1 進行換 表 1.2 累積頻率為的波高與平均波高的比值 %p %p m m h h 0.11234510132030 02.972.422.232.112.021.951.711.611.430.94 0.12.702.262.092.001.921.871.651.561.410.96 0.22.462.091.961.881.811.761.591.511.370.98 0.32.231.931.821.761.701.661.521.451.341.00 0.42.011.781.681.641.601.561.441.391.301.01 0.51.801.631.561

14、.621.491.461.371.331.251.01 1.1.4 壩頂超高的計算 表 1.3 超高值 h 的計算的基本數(shù)據(jù) 設計洪水位校核洪水位 吹程d（m）800.00800.00 風速 0 v （m/s）18.713.0 安全加高 c h （m）0.40.3 壩前平均水深 m h （m）2323 正常蓄水位和設計洪水位時，采用重現(xiàn)期為 50 年的最大風速， =18.7m/s；校 0 核洪水位時，采用多年平均風速， =13.0m/s 0 1、設計洪水位的超高 波高： 3 1 2 12 1 2 7 . 18 8 . 081. 9 7 . 180076 . 0 7 . 18 81. 9 l h

15、 mhl60 . 0 波長： 75 . 3 1 2 15 . 2 1 2 7 . 18 8 . 081 . 9 7 . 18331 . 0 7 . 18 81 . 9 l ml91 . 6 壅高： 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 2 頁 m l h l h cth l h h ll z 16. 0 91 . 6 6 . 014 . 3 2 222 ：值 2 v gd 44.22 7 .18 80081 . 9 22 0 gd 故按累計頻率為 00 5 計算 026 . 0 23 60 . 0 m l h h 由表 1.2 查表換算 故 mhh75. 06 . 024 . 1 24. 1 %

16、5%1 設計安全加高 4 . 0 c h 設計防浪加高 cz hhhh %1 m31. 1 4 . 016. 075. 0 2、校核洪水位時的超高 波高： 3 1 2 12 1 2 13 8 . 081 . 9 130076 . 0 13 81 . 9 l h mhl38 . 0 波長： 75 . 3 1 2 15 . 2 1 2 13 8 . 081 . 9 13331 . 0 13 81 . 9 l ml80 . 4 壅高： m l h l h cth l h h ll z 09 . 0 80 . 4 38 . 0 14. 32 222 ：值 2 v gd 2013 屆水利水電建筑工程專業(yè)

17、畢業(yè)設計 第 3 頁 47.46 13 80081 . 9 22 0 gd 故按累計頻率為 00 5 計算 016 . 0 23 38 . 0 m l h h 由表 1.2 查表換算 故 mhh47 . 0 38 . 0 24. 124 . 1 %5%1 校核安全加高 3 . 0 c h 校核防浪加高 cz hhhh %1 m86. 0 3 . 009. 047. 0 表 1.5 堤頂超高計算結果表 項目計算公式設計洪水校核洪水 工程所在地多年平均最大風速1313 計算風速 v(m/s)18.713 風區(qū)長度 f(m)800800 堤前平均水深 hm(m)2323 安全加高 a(m)，查規(guī)范

18、sl274-20010.400.30 堤頂超高計算值(m)1.310.86 表 1.6 計算壩頂高程 工況壩前水位計算壩頂超高計算壩頂高程 設計洪水工況(m)242.101.31243.41 校核洪水工況(m)242.500.86243.36 由表 5-11 可得，壩頂高程或防浪墻頂高程應不小于 243.41m，取壩頂高程 243.00m,設置 0.50m 防浪墻，墻頂再設鋼管護欄。 1.2 重力壩剖面設計 重力壩壩頂高程 243.00m，設置 0.50 的防浪墻，最低建基面高程 210.5m，壩高 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 4 頁 h=33.00m。由于壩基完整性差、基巖較軟弱，抗

19、剪強度參數(shù) f、c 值較小，上游壩坡 放緩，坡率。根據(jù)工程經(jīng)驗，大壩下游壩坡坡率，壩頂寬2 . 00n80. 065. 0m 度一般取壩高的，壩底寬約為壩高的倍。初步設計壩頂寬取%10%89 . 07 . 0 4.5m，15 . 0 n75 . 0 m 壩軸線 243.50 236.50 1:0.75 1;0.15 221.50 221.00 241.00正常蓄水位 210.50 242.50 校核洪水位 242.10 設計洪水位 死水位226.00 排水管 排水管 排水管 220.75 圖 1.1 混凝土砌條石重力壩非溢流壩段剖面圖 1.3 重力壩擋水壩段荷載計算 1.3.1 基本原理與荷載

20、組合 重力壩的荷載主要有：自重、靜水壓力、揚壓力、泥沙壓力、浪壓力、動水壓力、 冰壓力、地震荷載等。本次設計取單位長度的壩段進行計算。相關荷載組合見表 2013 屆水利水電建筑工程專業(yè)畢業(yè)設計 第 5 頁 1.7。 表 1.7 荷載組合表 組合情 況 相關工 況 自 重 靜水壓 力 揚壓 力 泥沙壓 力 浪壓 力 冰壓 力 地震荷 載 動水壓 力 土壓 力 正常水 位 設計水 位 基本組 合 冰凍 校核水 位 特殊組 合地震情 況 1.3.2 壩體自重計算 1.3.2.1 壩體自重計算公式 壩體自重w（kn）的計算公式： （1.5） vw c 式中：壩體體積(m3)，以單位長度的壩段為單位，通

21、常把其斷面分成若干個v 簡單的幾何圖形分別計算； 壩體混凝土的重度，一般取 24kn/m3。 c 力矩作以下規(guī)定：以壩底中心為力矩，逆時針為正，順時針為負。 1.3.3.2 按實體重力壩計算壩體自重及力矩 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 6 頁 壩軸線 243.50 236.50 1:0.75 1;0.15 一區(qū) 二區(qū) 三區(qū) 圖 1.2 實體重力壩自重計算圖 一區(qū)： knw00.5415 . 05 . 424 1 ml35 . 7 1 mknlwm.90.39635. 700.00.54 111 二區(qū)： knw00.324100 . 6 5 . 45 . 024 2 2013 屆水利水電建

22、筑工程專業(yè)畢業(yè)設計 第 7 頁 ml76 . 6 2 mknlwm.24.219076 . 6 00.324 222 三區(qū)： knw20.11059180 . 4 00.24325 . 024 3 ml20 . 3 3 mknlwm.44.3538920 . 3 20.11059 333 表 1.8 實體壩計算匯總表 分區(qū)體積(m3)自重(kn)力臂(m)力矩(kn m) 一區(qū)2.2554.007.35396.90 二區(qū)13.50324.006.762190.24 三區(qū)460.8011059.203.2035389.44 476.5511437.20-37976.58 1.4 靜水壓力計算 1

23、.4.1 靜水壓力計算公式 靜水壓力是作用在上、下游壩面的主要荷載，計算時常分解為水平水壓力p和垂 直水壓力w兩種。靜水壓力按照 3 種工況進行計算，分別是設計工況、校核工況、正 常使用工況。 1、水平水壓力p的計算公式： （1.7） 2 )2/1 (hp w 式中： 計算點處的作用水頭(m)；h 水的重度取 9.81kn/m3。 w 2、垂直水壓力w按水重計算 1.4.2 設計工況 在設計工況下，上游壩前水位 242.10m 由水位流量關系知，下游水位為 221.00m。 上游水位 242.10m，上游水深 242.10-210.50=31.60m 下游水位 221.00m，下游水深 221

24、.00-210.50=10.50m 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 8 頁 壩軸線 243.50 236.50 1:0.75 1;0.15 221.00 241.00正常蓄水位 210.50 242.07 設計洪水位 死水位226.00 二區(qū) 一區(qū) 四區(qū) 三區(qū) 圖 1.2 設計工況靜水壓力計算圖 水平向： 一區(qū)： knp94.489860.3181 . 9 5 . 0 2 1 ml53.103/60.31 1 mknm.84.51585)53.1094.4898( 1 三區(qū)： knp78.54050.1081 . 9 5 . 0 2 3 ml50 . 3 3/50.10 3 mknm.73

25、.189250 . 3 78.540 3 2013 屆水利水電建筑工程專業(yè)畢業(yè)設計 第 9 頁 垂直向： 二區(qū)： knw69.73415 . 0 60.3181 . 9 5 . 0 2 2 ml82.123/15 . 0 60.312/00.2480 . 4 2 mknm.73.941882.1269.734 2 四區(qū)： knw58.40575 . 0 50.1081 . 9 5 . 0 2 4 ml77.113/75 . 0 50.102/80 . 4 00.24 4 mknm.70.477577.1158.405 4 表 1.9 設計工況下靜水壓力匯總表 分區(qū) 水平力 (kn) 垂直力 (

26、kn) 力臂(m) 力矩 (kn m) 一區(qū)4898.9410.52-51585.84 二區(qū)734.6912.829418.73 三區(qū)-540.783.501892.73 四區(qū)405.5811.77-4773.68 4358.161140.27-45048.06 1.4.3 校核工況 在校核工況下，上游壩前水位 242.50m，由水位流量關系知，下游水位為 221.50m。 上游水位 242.50m，上游水深 242.50-210.50=32.00m 下游水位 221.50m，下游水深 221.50-210.50=11.00m 水平向： 一區(qū)： knp72.50223281 . 9 5 . 0

27、 2 1 ml67.103/00.32 1 mknm.42.53592)67.1072.5022( 1 三區(qū)： knp51.5931181 . 9 5 . 0 2 3 ml67. 33/00.11 3 mknm.18.217867 . 3 51.593 3 垂直向： 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 10 頁 二區(qū)： knw41.75315. 000.3200.3281 . 9 5 . 0 2 ml80.123/80. 42/ )00.2480. 4( 2 mknm.65.964380.1241.753 2 四區(qū)： knw13.4451175 . 0 1181. 95 . 0 4 ml65.

28、113/75 . 0 00.112/80. 400.24 4 mknm.76.518565.1113.445 4 壩軸線 243.50 236.50 1:0.75 1;0.15 221.50 241.00正常蓄水位 210.50 242.50 設計洪水位 死水位226.00 二區(qū) 一區(qū) 四區(qū) 三區(qū) 圖 1.3 校核工況靜水壓力計算圖 表 1.3 校核工況下靜水壓力匯總表 分區(qū)水平力(kn)垂直力(kn)力臂(m)力矩(kn m) 2013 屆水利水電建筑工程專業(yè)畢業(yè)設計 第 11 頁 一區(qū)5022.7210.67-53592.42 二區(qū)753.4112.809643.65 三區(qū)-593.513

29、.672178.18 四區(qū)445.1311.65-5185.76 4429.211198.54-46956.35 1.4.4 正常使用工況 在正常使用工況下，由任務書中所給的數(shù)據(jù)可知下游水位為 218.00m。 上游水位 241.00m，上游水深 241.00-210.50=30.50m 下游水位 218.00m，下游水深 218.00-210.50=7.50m 水平向： 一區(qū)： knp88.456250.3081. 95 . 0 2 1 ml17.103/50.30 1 mknm.49.46404)17.1088.4562( 1 三區(qū)： knp91.27550 . 7 81 . 9 5 .

30、0 2 3 ml50 . 2 3/50 . 7 3 mknm.77.68950 . 2 91.275 3 垂直向： 二區(qū)： knw43.68415 . 0 50.3081. 95 . 0 2 2 ml88.123/15 . 0 50.302/ )80 . 4 00.24( 2 mknm.46.881588.1243.684 2 四區(qū)： knw93.20675 . 0 5 . 781. 95 . 0 2 4 ml53.123/75. 05 . 72/ )80 . 4 00.24( 4 mknm.83.259253.1293.206 4 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 12 頁 壩軸線 243

31、.50 236.50 1:0.75 1;0.15 221.00 241.00正常蓄水位 210.50 死水位226.00 二區(qū) 一區(qū) 四區(qū) 三區(qū) 圖 1.4 正常使用工況靜水壓力計算圖 表 1.10 正常使用工況下靜水壓力匯總表 分區(qū)水平力(kn)垂直力(kn)力臂(m)力矩(kn m) 一區(qū)4562.8810.17-46404.49 二區(qū)684.4312.888815.46 三區(qū)-275.912.50689.77 四區(qū)206.9312.53-2592.83 4286.97891.36-39492.09 2013 屆水利水電建筑工程專業(yè)畢業(yè)設計 第 13 頁 1.5 揚壓力計算 1.5.1 揚

32、壓力 揚壓力包括滲透壓力和托浮力兩部分。滲透壓力是由上、下游水位差h產(chǎn)生的滲 流在壩內(nèi)或壩基面上形成的水壓力；托浮力是由下游水面淹沒計算截面而產(chǎn)生向上的 水壓力。 揚壓力分三種工況進行計算，分別是設計工況、校核工況，正常使用工況。 h2 h1 h2h a b c d 圖 1.5 揚壓力分區(qū)示意圖 1.5.2 設計工況 設計工況下，上游水深為 31.60m，下游水深為 10.50m。由混凝土重力壩設計 規(guī)范 sl 319-20051表 b.3.1 查得滲透壓力強度系數(shù)取 0.25，滲透壓力分項系數(shù)為 1.2，浮托力分項系數(shù)為 1.0，則設計值為 0.3。 2 1 /00.31060.3181 .

33、 9 mknh 2 2 /00.10350.1081. 9mknh 2 21 /00.20700.10300.310mknhhh 2 / 1 . 6200.2073 . 0mknh a 區(qū)： knua12.2472181 . 9 00.2450.10 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 14 頁 mla40 . 2 2/00.2440.14 mknlum aaa .09.593340 . 2 12.2472 b 區(qū)： knub30.186150. 210.622 . 1 mlb35 . 8 2/50. 240.1450.21 mknlum bbb .61.1553535 . 8 03.186

34、c 區(qū) knuc09.801150.2110.625 . 02 . 1 mlc07 . 0 3/50.2140.1450.21 mknlum ccc .01.5607 . 0 09.801 d 區(qū) knud35.217)10.6200.207(5 . 25 . 02 . 1 mld77 . 8 3/50 . 2 40.1400.24 mknlum ddd .16.190677 . 8 35.217 表 1.11 設計工況揚壓力數(shù)據(jù)匯總表 分區(qū)總力(kn)力臂(m)力矩(kn m) a-2472.122.405933.09 b-186.308.35-1555.61 c-801.090.0756.

35、01 d-217.358.77-1906.16 -3676.862527.33 1.5.3 校核工況 校核工況下，上游水深為 32.00m，下游水深為 11.00m。由混凝土重力壩設計 規(guī)范 sl 319-20051表 b.3.1 查得滲透壓力強度系數(shù)取 0.25，滲透壓力分項系數(shù)為 1.2，浮托力分項系數(shù)為 1.0，則設計值為 0.3。 2 1 /92.3133281 . 9 mknh 2 2 /91.10700.1181 . 9 mknh 2 21 /01.20691.10792.313mknhhh 2 1 /80.6101.2063 . 0mknh a 區(qū) knua84.2589181

36、. 9 00.2400.11 mla40 . 2 2/00.2440.14 2013 屆水利水電建筑工程專業(yè)畢業(yè)設計 第 15 頁 mknlmm aaa .62.621540 . 2 84.2589 b 區(qū) knub40.18515 . 280.612 . 1 mlb35 . 8 2/50. 240.1450.21 mknlmm bbb .09.154835 . 8 40.185 c 區(qū) knuc22.79715 . 050.2180.612 . 1 mlc07 . 0 3/50.2140.1450.21 mknlmm ccc .80.5507 . 0 22.797 d 區(qū) knud32.21

37、61)80.6101.206(5 . 25 . 02 . 1 mld77 . 8 3/50 . 2 40.1400.24 mknlmm ddd .13.189777. 832.216 表 1.12 校核工況揚壓力數(shù)據(jù)匯總表 分區(qū)總力(kn)力臂(m)力矩(kn m) a-2589.842.406215.62 b-185.408.35-1548.09 c-797.220.0755.80 d-216.328.77-1897.13 -3788.78-2826.20 1.5.4 正常使用工況 正常使用工況下，上游水深為 30.50m，下游水深為 7.50m。由混凝土重力壩設 計規(guī)范 sl 319-20

38、051表 b.3.1 查得滲透壓力強度系數(shù)取 0.25，滲透壓力分項系數(shù) 為 1.2，浮托力分項系數(shù)為 1.0，則設計值為 0.3。 2 1 /21.29950.3081. 9mknh 2 2 /58.7350 . 7 81 . 9 mknh 2 21 /63.22558.7321.299mknhhh 2 1 /69.6763.2253 . 0mknh a 區(qū) knua80.1765181. 900.2450 . 7 mla40 . 2 2/00.2440.14 mknlmm aaa .92.423740 . 2 80.1765 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 16 頁 b 區(qū) knub0

39、7.20315 . 269.672 . 1 mlb35 . 8 2/50. 240.1450.21 mknlmm bbb .63.169535 . 8 07.203 c 區(qū) knuc20.87315 . 050.2169.672 . 1 mlc07 . 0 3/50.2140.1450.21 mknlmm ccc .12.6107 . 0 20.873 d 區(qū) knud91.2361)69.6763.225(5 . 25 . 02 . 1 mld77 . 8 3/50 . 2 40.1400.24 mknlmm ddd .70.207777 . 8 91.236 表 1.13 正常使用工況揚壓

40、力數(shù)據(jù)匯總表 分區(qū)總力(kn)力臂(m)力矩(kn m) a-1765.802.404237.92 b-203.078.35-1695.63 c-873.200.0761.12 d-236.918.77-2077.70 -3078.98525.71 1.6 淤沙壓力 1.6.1 水平淤沙壓力公式 （1.7） 2 45tan 2 1 02s sbsk hp （1.8）n sdsb 1 式中：淤沙浮容重； sb 淤沙高度； s h 。 s 淤沙內(nèi)摩擦角 1.6.2 淤沙浮容重計算 取泥沙干容重，孔隙率，淤沙內(nèi)摩擦角 3 269.8116.19kn/m d 0.45n 2013 屆水利水電建筑工程專

41、業(yè)畢業(yè)設計 第 17 頁 =。 s 10 3 /80.1081. 945. 0119.16mkn sb 1.6.3 淤沙高程 計算通過楊家溝水庫的泥沙量，查四川省水文手冊多年平均懸移質(zhì)年輸沙模 數(shù)等值線圖，其值為 570t/km2。推移質(zhì)沙量采用占懸移質(zhì)泥沙的 15%推求。經(jīng)計算本 工程多年平均來沙量為 0.23 萬 m3。 楊家溝水庫多年平均來沙總量為 0.23 萬 m3，在經(jīng)過 20 年淤積后，20 年淤積泥 沙量為 4.62 萬 m3，相應泥沙淤積高程為 223.93m。 泥沙淤積高度。取 13.50m。mhs43.1350.21093.223 圖 壩軸線 243.50 236.50 1

42、;0.15 241.00正常蓄水位 242.50 校核洪水位 242.07設計洪水位 死水位226.00 淤積高程224.00 1.6 淤沙壓力及其力矩計算圖 1.6.4 淤沙壓力及其力矩計算 1、標準工況 knpsk80.8252/1045tan50.1380.105 . 0 002 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 18 頁 mlsk50 . 4 3/50.13 mknmsk.10.37165 . 480.825 2、設計工況 設計值：設計值為標準值乘以分項系數(shù) 1.2。 knpsk96.9902/1045tan50.1380.105 . 02 . 1 002 mknmsk.32.445

43、95 . 496.990 表 1.14 泥沙壓力及力矩匯總表 工況力（kn）力臂(m)力矩(kn m) 標準工況825.804.5-3716.10 設計工況990.964.5-4459.32 1.7 波浪壓力及其力矩 1.6.1 波浪壓力公式 波浪壓力及其力矩也分三種工況考慮，分別為設計工況、校核工況，其作用分項 系數(shù)為 1.2，力矩規(guī)定同前。由“1.1 壩頂高程的確定”可知，hl/2 均成立，故波浪 為深水波。 深水波浪壓力計算公式： 式 （1.9） z m l hh l p %1 4 式中：為壩前水深。 1 h 1.7.2 設計工況 由 1.1 知l=6.91m，hl=0.60m75 .

44、0 %1 h16 . 0 z h knpl42.1516 . 0 75. 0 4 91 . 6 81 . 9 ml86.3016 . 0 75 . 0 3 1 91 . 6 6 1 60.31 mknlpm l 91.47586.3042.15 1.7.3 校核工況 由 1.1 知l=4.80m，h1%=0.38m47 . 0 %1 h09 . 0 z h 2013 屆水利水電建筑工程專業(yè)畢業(yè)設計 第 19 頁 knpl59 . 6 09. 047 . 0 4 80 . 4 81 . 9 ml39.3109 . 0 47 . 0 3 1 80 . 4 6 1 00.32 mknlpm l 86

45、.20639.3159 . 6 表 1.15 波浪壓力及其力矩匯總 工況力(kn)力矩(kn m) 設計工況15.42-473.91 校核工況6.59-206.86 壩軸線 243.50 236.50 1:0.75 1;0.15 210.50 死水位226.00 靜水位 波浪中心線 圖 1.7 波浪壓力計算簡圖 1.7 基本作用荷載各種工況下的、p 和w m 表 1.16 匯總表w 承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 工況 持久狀況偶然狀況持久狀況 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 20 頁 壩身11437.2011437.2011437.20 靜水壓力（垂直）1140.271198.5489

46、1.36 (kn)w 不考慮揚壓力 12577.4712635.7412328.56 揚壓力-3676.86-3788.78-3078.98 (kn)w 8900.618846.969249.58 表 1.17 p 匯總表 承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 工況 持久狀況偶然狀況持久狀況 靜水壓力（水平）4358.164429.214286.97 淤沙壓力825.80990.96825.86 浪壓力15.426.5915.42 p（ kn)5199.385426.765128.25 表 1.18 匯總表m 承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 工況 持久狀況偶然狀況持久狀況 壩身37976.583

47、7976.5837976.58 靜水力矩-45048.06-46956.35-39492.09 淤沙-3716.10-4459.32-3716.10 波浪-473.91-206.86-473.91 （kn m）m 不考慮揚壓力 -11261.49-13645.95-5705.52 揚壓力2527.332826.20525.71 （kn m）m -8734.16-10819.75-5179.81 1.8 極限狀態(tài)設計法分析擋水壩段穩(wěn)定 1.8.1 承載能力極限狀態(tài)設計式 （1.10） kd d kd afrafs, 1 , 0 式中：作用效應系數(shù) s 2013 屆水利水電建筑工程專業(yè)畢業(yè)設計 第

48、 21 頁 抗力函數(shù) r 結構重要性系數(shù) 0 設計狀況系數(shù) 作用的設計值 d f 結構重要性系數(shù) 0 幾何參數(shù) k a 材料性能的設計值 d f 結構系數(shù) d 1、 抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)作用效應函數(shù) （1.11） ps 2、壩趾抗壓強度計入揚壓力情況下的極限狀態(tài)作用效應系數(shù) （1.12） 2 2 1 6 m b m b w s 3、抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)的抗力函數(shù) （1.13） acwfr 4、壩趾抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù) （1.14） a rr 式中：混凝土的抗壓強度 a r 表 1.19 壩基巖體力學參數(shù) 混凝土與壩基接觸面巖體巖體 分類 f a mpcf f a mpc 變形模量 a gpe0 3

49、0 . 1 50 . 1 30 . 1 50 . 1 75 . 0 85 . 0 40 . 1 60 . 1 00 . 2 50 . 2 0 . 20 0 . 40 10 . 1 30 . 1 10 . 1 30 . 1 65 . 0 75 . 0 20 . 1 40 . 1 50 . 1 00 . 2 0 . 10 0 . 20 90 . 0 10 . 1 70 . 0 10 . 1 55 . 0 65 . 0 80 . 0 20 . 1 70 . 0 50 . 1 0 . 5 0 . 10 70 . 0 90 . 0 30 . 0 70 . 0 40 . 0 55 . 0 55 . 0 8

50、0 . 0 30 . 0 70 . 0 0 . 20 . 5 40 . 0 70 . 0 05 . 0 30 . 0 40 . 0 55 . 0 05 . 0 30 . 0 20 . 0 0 . 2 表 1.20 巖石質(zhì)量分級 基本質(zhì)量級別巖體質(zhì)量的定性特征巖石基本質(zhì)量指標（bq） 堅硬巖，巖石完整550 堅硬巖石，巖體較完整 較堅硬巖，巖體完整 451550 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 22 頁 堅硬巖，巖體較碎 較堅硬巖或軟、硬巖互層，巖 體較完整 較軟巖，巖體完整 351450 堅硬巖，巖體破碎 較堅硬巖，巖體較破碎或破碎 較軟巖或較堅硬巖互層，且以 軟巖為主，巖體較完整或較破碎

51、 軟巖，巖體完整較完整 251350 較軟巖，巖體破碎 軟巖，巖體較破碎或破碎 全部極巖及全部極破碎巖 250 1.8.2 正常使用極限狀態(tài)設計式 （1.15） d kkk c affs , 0 式中：作用的標準值 k f 材料性能的標準值 k f 結構功能的極限值c 式中設計狀況系數(shù)、作用分項系數(shù)、材料性能分項系數(shù)均采用 1.0. 1、以壩踵鉛直應力不出現(xiàn)拉應力作為正常使用極限狀態(tài)，作用效應的長期組合 采用下列設計表達式： （1.16） 2 6 b m b w s 2、壩體應力約定壓應力為正，拉應力為負。正常使用極限狀態(tài)設計式： （1.17）0 6 2 0 b m b w 結構安全級別為級的

52、建筑物0 . 1 0 3、短期組合下游壩面的垂直拉應力，正常使用極限狀態(tài)設計式： （1.18）kpa b m b w 100 6 2 2013 屆水利水電建筑工程專業(yè)畢業(yè)設計 第 23 頁 1.8.3 壩段抗滑穩(wěn)定驗算 抗滑穩(wěn)定驗算采用可靠度分析法驗算。分 2 種狀況進行分析，分別為基本組合狀 況和偶然組合狀況。 1.8.3.1 基本組合工況 基本組合時，設計狀況系數(shù)取 1.0，結構系數(shù)取 1.2，結構重要性系數(shù)取 d 0 0.9，摩擦系數(shù)取 0.85，摩擦分項系數(shù)取 1.3，抗剪斷凝聚力取 490kpa，抗剪斷 / f / c 粘聚力分項系數(shù)取 3.0。 kns44.467938.51990

53、 . 19 . 0 0 knr d 11.10773 8 . 28 3 490 47.12577 3 . 1 85. 0 2 . 1 11 0 1 ()() d sr 因此，在基本組合情況下，壩段是穩(wěn)定的。 1.8.3.2 偶然組合工況 偶然組合時，設計狀況系數(shù)取 0.85，結構系數(shù)取 1.2，結構重要性系數(shù) d 取 0.9，摩擦系數(shù)取 0.85，摩擦分項系數(shù)取 1.3，抗剪斷凝聚力取 490 kpa， 0 / f / c 抗剪斷粘聚力分項系數(shù)取 3。 kns08.488476.54260 . 19 . 0 0 knr d 86.10804 8 . 28 3 490 74.12635 3 .

54、1 85. 0 2 . 1 11 0 1 ()() d sr 因此，在偶然組合情況下，壩段是穩(wěn)定的。 1.8.4 壩段壩趾抗壓強度驗算 壩段壩趾抗壓強度驗算分四種狀況進行，分別是計入揚壓力時的基本組合工況、 偶然組合工況，不計入揚壓力時的基本組合工況、偶然組合工況。 1.8.4.1 計入揚壓力時的基本組合工況 基本組合時，設計狀況系數(shù)取 1.0，結構系數(shù)取 1.8，結構重要性系數(shù)取 d 0 0.9，混凝土抗壓強度取 10000kpa，混凝土抗壓強度分項系數(shù)取 1.5。 kpas45.52375 . 0 1 8 . 28 16.87346 8 . 28 61.8900 0 . 19 . 0 2

55、2 0 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 24 頁 kpar d 70.3703 5 . 1 10000 8 . 1 11 0 1 () d sr 比較兩組數(shù)據(jù)，可得知在計入揚壓力的基本組合情況下，壩段壩趾抗壓強度滿足 要求。 1.8.4.2 計入揚壓力時的偶然組合工況 偶然組合時，設計狀況系數(shù)取 0.85，結構系數(shù)取 1.8，結構重要性系數(shù) d 取 0.9，混凝土抗壓強度取 10000kpa，混凝土抗壓強度分項系數(shù)取 1.5。 0 kpas05.54275 . 0 1 8 . 28 75.108196 8 . 28 96.8846 0 . 19 . 0 2 2 0 kpar d 70.37

56、03 5 . 1 10000 8 . 1 11 0 1 () d sr 比較兩組數(shù)據(jù)，可得知在計入揚壓力的偶然組合情況下，壩段壩趾抗壓強度滿足 要求。 1.8.4.3 不計入揚壓力時的基本組合工況 基本組合時，設計狀況系數(shù)取 1.0，結構系數(shù)取 1.8，結構重要性系數(shù)取 d 0 0.9，混凝土抗壓強度取 10000kpa，混凝土抗壓強度分項系數(shù)取 1.5。 kpas69.72875 . 0 1 8 . 28 49.112616 8 . 28 47.12577 0 . 19 . 0 2 2 0 kpar d 70.3703 5 . 1 10000 8 . 1 11 0 1 () d sr 比較兩

57、組數(shù)據(jù)，可得知在不計入揚壓力的基本組合情況下，壩段壩趾抗壓強度滿 足要求。 1.8.4.4 不計入揚壓力時的偶然組合工況 偶然組合時，設計狀況系數(shù)取 0.85，結構系數(shù)取 1.8，結構重要性系數(shù) d 取 0.9，混凝土抗壓強度取 10000kpa，混凝土抗壓強度分項系數(shù)取 1.5。 0 2013 屆水利水電建筑工程專業(yè)畢業(yè)設計 第 25 頁 kpas79.75575 . 0 1 8 . 28 95.136456 8 . 28 74.12635 0 . 19 . 0 2 2 0 kpar d 70.3703 5 . 1 10000 8 . 1 11 0 1 () d sr 比較兩組數(shù)據(jù)，可得知在

58、不計入揚壓力的偶然組合情況下，壩段壩趾抗壓強度滿 足要求。 1.8.4.4.5 壩段壩踵不出現(xiàn)拉應力計算 壩段壩踵不出現(xiàn)拉應力驗算只計算一種情況，即在正常使用并計入揚壓力的情況。 033.255 8 . 28 81.51796 8 . 28 58.9249 9 . 0 2 0 kpas 根據(jù)計算結果，可知壩段壩踵不出現(xiàn)拉應力，滿足要求。 1.9 擋水壩段應力分析 1.9.1 基本假定 一、壩體混凝土為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性體材料。 二、視壩段為固結于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對壩體應力的影響，并認 為各壩段獨立工作，橫縫不傳力。 三、假定壩體上水平截面上的正應力按直線分布，不考慮廊道對

59、壩體應力的影響。 1.9.2 不考慮揚壓力時的邊緣應力的計算 1.9.2.1 邊緣應力計算公式 在一般情況下，壩體的最大和最小應力都出現(xiàn)在壩面。 1、水平截面上的正應力 上游邊緣應力和下游邊緣應力 yu yd （1.19） 2 6 b m b w yu 田其春：合川楊家溝水庫大壩設計 第 26 頁 （1.20） 2 6 b m b w yd 式中: 作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和 w kn 作用于計算截面以上的全部荷載對截面垂直水流流向的力矩 m 總和 mkn 計算截面的長度b 2、剪應力 上游邊緣剪應力和下游截面剪應力 u d （1.21）np yuuu （1.22）mpd yd

60、d 式中：上游面水壓力強度 u pkpa 下游面水壓力強度 d pkpa 上游壩坡破率n u ntan 下游壩坡破率m d mtan 3、 水平正應力 上有邊緣的水平正應力和下游正應力 xu xd （1.23）np uuxu （1.24）mp ddxd 4、主應力 （1.25） 22 1 1npn uyuu （1.26） 22 1 1mpm dydd 壩面水壓力強度也是主應力 （1.27） uu p 2 （1.28） dd p 2 1.9.2.21.9.2.2 設計工況邊緣應力計算設計工況邊緣應力計算 1、水平截面上的正應力 上游水位 242.10m，上游水深 242.10-210.50=31