擋水壩初步設(shè)計(jì)

1、目錄第一章 基本資料11.1 樞紐任務(wù)11.2 自然地理與水文氣象特性11.3 工程地質(zhì)31.4 建筑材料41.5 其他資料5第二章 樞紐布置62.1 工程等別及建筑物級(jí)別62.2 樞紐組成及布置72.3 地基處理7第三章 土石壩設(shè)計(jì)83.1 壩型選擇83.2 壩體剖面設(shè)計(jì)83.3土料設(shè)計(jì)12第四章 滲流計(jì)算134.1 滲流計(jì)算的內(nèi)容134.2 滲流計(jì)算的水位組合134.3 水力學(xué)法計(jì)算滲流13第五章 穩(wěn)定分析175.1穩(wěn)定計(jì)算條件175.2瑞典圓弧法計(jì)算原理175.3瑞典圓弧法計(jì)算18附錄 設(shè)計(jì)指導(dǎo)書26 第一章 基本資料1.1 樞紐任務(wù)本工程以形成環(huán)境景觀水庫(kù)為主，工程建成后，可以形成60

2、00070000m2面積的水域，蓄水30萬(wàn)m3，可以在一定程度上減少流域內(nèi)的水土流失，減輕山洪對(duì)下游村鎮(zhèn)、交通線路的危害，進(jìn)一步改善和美化環(huán)境，調(diào)節(jié)小氣候，改善周邊植物生長(zhǎng)條件。同時(shí)為農(nóng)業(yè)灌溉和生活用水提供補(bǔ)充水源。1.2 自然地理與水文氣象特性1.2.1 流域概況XX溝發(fā)源于京郊XX北麓，自南而北流經(jīng)XX區(qū)XX鎮(zhèn)，為溫榆河水系之南沙河的支流，流域面積4.2km。擬建的XX水庫(kù)壩址位于XX鎮(zhèn)XX村南、XX溝出山口的河道狹窄處。距方（莊）頤（和園）公路約1.5km，有簡(jiǎn)易公路相通。工程區(qū)距中關(guān)村科技開發(fā)區(qū)約15km，距上地科技園區(qū)約10km，距XX園亦僅13km，水庫(kù)上游及下游均有密集的住宅區(qū)。

3、壩址以上主溝長(zhǎng)2.95km，流域面積2.90km2，溝底平均坡降11.3%。1.2.2 水文氣象特征流域內(nèi)無(wú)水文測(cè)站和氣象站?？蓞⒄战梃b的XXXX站和XX站，至水庫(kù)的直線距離分別為12km和20km。（1）河流水文特性XX溝為間歇性河流，除遇較大降雨時(shí)溝中有徑流外，一般均為干溝。根據(jù)北京市山區(qū)水文資料，流域多年平均降水量640mm，多年平均徑流深為240mm（相應(yīng)多年平均年徑流量為69.6104m3）。代表性水文年的年徑流量如表1-1所列。表1-1 代表性水文年的年徑流量代表性水文年豐水年（P=25%）平水年（P=50%）枯水年（P=75%）年徑流量(m3)91.410455.110430.5

4、104（2）洪水歷史資料說明，洪水多發(fā)生在78月，洪水過程多為單峰型，一次洪水歷時(shí)不超過15h。設(shè)計(jì)洪水過程線見表1-2。表1-2 典型洪水過程線時(shí)段（天）00.51.01.523456流量（m3/s）017.377.055.038.625.218.814.211.2（3）庫(kù)水位與面積、庫(kù)容關(guān)系表1-3 水庫(kù)高程與面積、庫(kù)容關(guān)系高程(m)面積(m2)庫(kù)容(m3)8678546187300123548872497479891171516961901797531806912076851177922627974701933239094343019538294964408697468989851246

5、（4） 溫度：據(jù)現(xiàn)有資料，工程區(qū)屬于溫帶大陸季風(fēng)氣候，多年平均氣溫11.7C。多年平均陸面蒸發(fā)量450mm。（5） 泥沙：壩址以上流域面積內(nèi)，林木茂密，植被良好，水土流失較輕。（6） 蒸發(fā)：流域內(nèi)多年平均陸面蒸發(fā)量為450mm。根據(jù)北京市水文手冊(cè)資料，按20cm口徑蒸發(fā)器測(cè)量庫(kù)區(qū)內(nèi)多年平均水面蒸發(fā)量為1950mm。（7） 其他： 洪水期多年平均離地面10m高的最大風(fēng)速v=18.5m/s，吹程D=392m，風(fēng)向垂直上游壩面。凍土深1.0m。壩頂交通要求通行單行道（7m）。壩、庫(kù)區(qū)基本地震烈度為6。1.3 工程地質(zhì)1.3.1 水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件 水庫(kù)區(qū)為一由西北方向（壩前）向東南方向漸擴(kuò)的扇形谷地

6、，北、東、南三面環(huán)山，相對(duì)高差2080m，西面為山前堆積階地，相對(duì)高差1015m。庫(kù)區(qū)內(nèi)第四紀(jì)沖積洪積層廣為分布，厚度在15m以上，水庫(kù)的北、東、南三面及庫(kù)盆下，基巖均為石炭二疊系或二疊系地層，透水性弱。西面廣泛分布的洪積碎石（含粉質(zhì)土）層，以及壩下沉積的粉質(zhì)粘土、漂石夾粉質(zhì)粘土層，是未來滲漏的主要設(shè)防地段，也是影響大壩安全的主要因素。淹沒損失小，無(wú)浸沒及大的庫(kù)岸穩(wěn)定和淤積問題。 在地質(zhì)構(gòu)造上，處于九龍山碧云寺向斜東北翼端部的轉(zhuǎn)折端?；鶐r內(nèi)節(jié)理、裂隙發(fā)育，但未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模斷裂構(gòu)造，區(qū)域穩(wěn)定性好。 基巖中分布有裂隙潛水。第四系松散層中有孔隙潛水，水面埋深13.4015.5m，其補(bǔ)給來源為大氣降水

7、及山區(qū)基巖裂隙水，其排泄流向基本上與河道流向一致。1.3.2 壩址工程地質(zhì)條件 壩址區(qū)呈“U”形河谷，谷底寬約35m，高程84.50m。上部（高程100m處）寬約120m，主河道由南向北流經(jīng)庫(kù)區(qū)后，改向?yàn)橛赡蠔|向北西方向穿過壩址。谷底沉積有深達(dá)19.60m的第四系沉積層。左壩頭亦為山前沖積洪積階地沉積物。右壩頭為古生代二疊紀(jì)板巖，其產(chǎn)狀為傾向南，傾角50。未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模斷裂構(gòu)造。 板巖為黃綠色，主要成分為粘土礦物，含白云母、絹云母和綠泥石等變質(zhì)礦物，節(jié)理、板理發(fā)育，裂隙面上有氧化鐵薄膜，裂隙中有紅色粘土充填。露頭巖石呈強(qiáng)風(fēng)化。經(jīng)分析和鉆探資料證實(shí)，壩基覆蓋層下基巖亦為板巖。壩基覆蓋層表層為卵礫

8、石，向下依次為碎石、漂石、粉土層等，其中的孔隙潛水水面埋深13.5m。巖性在水平方向和垂直方向均存在明顯的交替、穿插，透水性變化較大。對(duì)分布于壩基和左壩頭的覆蓋層，需采取可靠有效的防滲措施，方能確保大壩安全和水庫(kù)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。1.4 建筑材料壩基覆蓋層表層為卵礫石，向下依次為碎石、漂石、粉土層。經(jīng)勘察，選定的土料場(chǎng)位于水庫(kù)主壩兩壩肩，左壩肩土料場(chǎng)位于主壩左壩肩下游，共占用耕地79.8畝。00.4m為耕植土，0.43.5m為黃土狀壤土?？碧缴疃葍?nèi)未見地下水。右壩肩土料場(chǎng)位于主壩右壩肩上游庫(kù)區(qū)內(nèi)，不占用耕地。00.3m為耕植土，0.33.5m為黃土狀壤土?？碧缴疃葍?nèi)未見地下水。兩個(gè)料場(chǎng)土料總儲(chǔ)量可滿

9、足大壩對(duì)土料用量的要求。位于上游左岸1km處有一料場(chǎng)，占地50畝，00.3m為耕植土，0.31m為粘土。粘土料顆粒組成見表1-4。表1-4 粘土顆粒組成粒徑20-2mm2-0.5mm0.5-0.05mm0.05-0.005mm0時(shí)，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面也通過坡腳，其圓心在ED的延長(zhǎng)線上，見圖5-2。E點(diǎn)的位置距坡腳B點(diǎn)的水平距離為4.5H，距坡頂垂直距離為2H 。值越大，圓心越向外移。計(jì)算時(shí)從D點(diǎn)向外延伸取幾個(gè)試算圓心O1，O2，分別求得其相應(yīng)的滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)K1，K2，繪出K值曲線可得到最小安全系數(shù)值Kmin，其相應(yīng)圓心Om即為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心。實(shí)際上土坡的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面圓心位置有時(shí)并不一定在ED

10、的延長(zhǎng)線上，而可能在其左右附近，因此圓心Om可能并不是最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心，這時(shí)可以通過Om點(diǎn)作DE線的垂線FG，在FG上取幾個(gè)試算滑動(dòng)面的圓心O1，O2，求得其相應(yīng)的滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)K1，K2，繪得K值曲線，相應(yīng)于Kmin值的圓心Omin才是最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心。 圖5-2 最危險(xiǎn)滑動(dòng)面圓心的確定示意簡(jiǎn)圖應(yīng)用到本例中，作圖得圖5-3：圖5-3 瑞典圓弧法穩(wěn)定分析（2）以O(shè)點(diǎn)至坡腳A作為半徑r，作滑弧面AC；（3）將滑動(dòng)面以上土體豎直分成幾個(gè)等寬土條，土條寬為0.1r；（4）計(jì)算土條自重：分別量取浸潤(rùn)線以上面積A1，浸潤(rùn)線以下壩基以上面積A2，壩基以下面積A3。；浸潤(rùn)線以上為飽和容重，浸潤(rùn)線以下壩

11、基以上分為兩種：計(jì)算滑動(dòng)力時(shí)， 取飽和容重，計(jì)算抗滑力時(shí)， 取浮容重。將沿弧面分解，法向分力為，切向分力為。（5）計(jì)算各土條底面的長(zhǎng)度，作用在該土條的抗剪力，方向與滑動(dòng)方向相反。壩基碎石無(wú)抗剪力。（6）計(jì)算抗滑力矩；滑動(dòng)力矩。（7）最后可求得邊坡的穩(wěn)定系數(shù)：根據(jù)以上步驟，制作計(jì)算表格，如下：當(dāng)r=40.83m時(shí)的計(jì)算結(jié)果b = 0.1r = 4.08m；r=40.8291編號(hào)A1G1A2G2滑G2抗A3G39008.13169.5597.990083.9882.9136.13753.30435.3600718.05376.3245.94957.78553.542.2427.92623.2148

12、3.8645.34945.28546.3114.90185.47525.27526.8043.25901.86521.2226.10324.92426.47551.8140.76849.76491.1134.67431.62323.30485.7438.22796.87460.5441.04510.92219.99416.7635.47739.64427.4745.47566.06116.93352.9232.48677.27391.4248.11598.99014.16295.1629.20608.82351.8649.06610.76-111.77245.4825.53532.29307.

13、6348.33601.74-210.16211.8121.09439.76254.1545.92571.66-39.43196.5315.71327.57189.3241.73519.55-413.17274.695.97124.4571.9335.63443.59-513.09272.9300027.37340.76-67.04146.7200016.55206.06-71.3327.700003.4643.06編號(hào)sin Cos G總sinG1tan1cosG2抗tan2cosG3tan3cos前三者之和cl9650.910.42153.660.0011.090.0011.09164.12

14、8540.810.59676.5120.6968.560.0089.24118.007450.710.71963.09112.96104.8612.34230.1598.096370.600.80971.70164.04116.8992.56373.4905300.500.87876.79193.67120.93175.84490.4304240.410.91745.63213.99120.19246.40580.5803180.310.95554.23196.11117.34303.65617.1002120.210.98358.12173.05112.02346.00631.070160.

15、100.99170.30148.99104.29372.26625.540000.001.000.00125.2994.26381.66601.220-1-5-0.091.00-120.23103.8182.10374.60560.510-2-11-0.190.98-233.4088.2666.84350.67505.760-3-17-0.290.96-305.1379.7848.50310.48438.760-4-23-0.390.92-329.28107.3317.74255.16380.230-5-30-0.500.87-306.84100.340.00184.41284.750-6-3

16、6-0.590.81-207.3650.390.00104.18154.560-7-44-0.690.72-49.168.460.0019.3627.820求和3918.626602.32380.215級(jí)壩中：=1.15故滿足穩(wěn)定要求。當(dāng)r=41.97m時(shí)的計(jì)算結(jié)果b = 0.1r = 4.20m；r=41.9721編號(hào)A1G1A2G2滑G2抗A3G3813.11273.280.428.685.010.000.00724.37508.0713.53282.17163.080.000.00626.76557.9828.09585.60338.440.000.00526.44551.3638.03

17、793.01458.310.354.31422.78475.0438.40800.59462.697.1789.31319.37403.8235.40738.07426.5614.65182.44216.24338.5432.12669.60386.9920.00248.97113.45280.4428.49593.96343.2723.40291.38011.23234.1224.29506.53292.7524.98311.06-19.98208.0419.13398.87230.5224.79308.63-210.40216.8912.29256.28148.1122.81284.01-

18、315.53323.890.7515.538.9818.99236.43-49.86205.680.000.000.0013.20164.28-53.4571.940.000.000.005.2164.82編號(hào)sin Cos G總sinG1tan1cosG2抗tan2cosG3tan3cos前三者之和cl8570.840.54236.4763.181.270.0064.45177.377480.740.67587.27144.3250.580.00194.90106.716400.640.77735.08181.45120.180.00301.6393.215330.540.84734.551

19、96.29178.172.26376.7385.134260.440.90598.35181.24192.7750.16424.1803200.340.94452.95161.09185.80107.13454.0202140.240.97304.12139.44174.06150.96464.460180.140.99162.24117.89157.57180.31455.770020.031.0036.7099.32135.62194.26429.200-13-0.051.00-47.9288.19106.71192.60387.500-29-0.160.99-118.4590.9467.

20、81175.29334.040-315-0.260.97-149.04132.814.02142.71279.540-421-0.360.93-132.5881.510.0095.84177.360-527-0.450.89-62.0927.210.0036.0963.300求和3337.664407.07462.415級(jí)壩中：=1.15故滿足穩(wěn)定要求。當(dāng)r=43.78 m時(shí)的計(jì)算結(jié)果b = 0.1r = 4.38m；r=43.7798編號(hào)A1G1A2G2滑G2抗A3G3813.41279.680.000.000.000.000.00728.25589.056.78141.2781.650.0

21、00.00626.72557.0620.13419.62242.510.000.00522.79475.2329.60617.15356.680.000.00419.16399.5334.83726.11419.650.9912.34315.87330.9332.21671.59388.146.9986.97213.02271.4728.09585.60338.4411.84147.40111.02229.8623.11481.76278.4214.65182.38010.14211.3517.02354.81205.0615.51193.05-114.47301.635.71119.0968

22、.8214.44179.73-213.20275.260.000.000.0011.41142.01-36.23129.810.000.000.006.3278.67-40.5411.200.000.000.000.617.60編號(hào)sin Cos G總sinG1tan1cosG2抗tan2cosG3tan3cos前三者之和cl8530.800.60223.3771.450.000.0071.45167.397440.690.72507.32179.8715.730.00195.61103.516360.590.81574.08191.3152.560.00243.8792.045300.500

23、.87546.19174.7182.750.00257.4685.984230.390.92444.64156.12103.497.10266.7080.893170.290.96318.54134.3499.4451.98285.7602110.190.98191.66113.1289.0090.42292.540150.091.0077.9297.2174.31113.54285.050000.001.000.0089.7254.94120.63265.290-1-6-0.100.99-62.76127.3418.34111.70257.370-2-12-0.210.98-86.75114

24、.290.0086.80201.100-3-18-0.310.95-64.4252.410.0046.7599.160-4-24-0.410.91-7.654.340.004.348.680求和2662.132730.03529.815級(jí)壩中：=1.15滿足穩(wěn)定要求。當(dāng)r=45.67m時(shí)的計(jì)算結(jié)果b = 0.1r = 4.57m；r=45.6865編號(hào)A1G1A2G2滑G2抗A3G3813.00270.980.000.000.000.000.00727.68577.233.2567.7439.150.000.00624.35507.7415.23317.59183.540.000.00520.

25、36424.4824.11502.71290.540.000.00416.75349.1529.58616.84356.500.000.00313.62284.0529.35611.96353.672.6232.64211.46239.0223.93498.90288.337.1388.80110.60220.9817.20358.59207.249.47117.94015.71327.584.4993.6554.129.71120.83-112.61262.890.000.000.007.8497.55-25.01104.540.000.000.003.8147.37-30.102.030.

26、000.000.000.081.05編號(hào)sin Cos G總sinG1tan1cosG2抗tan2cosG3tan3cos前三者之和cl8500.770.64207.5973.940.000.0073.94163.527410.660.75423.13184.937.910.00192.84102.946340.560.83461.51178.6940.770.00219.4593.715270.450.89420.94160.5569.350.00229.9087.194210.360.93346.18138.3789.160.00227.5383.223150.260.97240.3511

27、6.4791.5219.70227.6980.43290.160.99129.33100.2176.2954.81231.320140.071.0048.6693.5855.3873.52222.4900-2-0.031.00-18.92138.9714.4975.46228.920-1-8-0.140.99-50.16110.510.0060.36170.870-2-14-0.240.97-36.7543.060.0028.7271.780-3-20-0.340.94-1.050.810.000.621.430求和2170.802098.17611.015級(jí)壩中：=1.15滿足穩(wěn)定要求。由計(jì)

28、算可見，隨著r的增加，的值隨之減小，當(dāng)r=43.78時(shí)最小，之后隨著r的增加而增大，故r=43.78時(shí)的滑動(dòng)面為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，對(duì)應(yīng)的圓心既是最危險(xiǎn)滑動(dòng)面圓心。附錄 設(shè)計(jì)指導(dǎo)書一、課程設(shè)計(jì)的目的（1） 鞏固、聯(lián)系、充實(shí)、加深、擴(kuò)大所基本理論和專業(yè)知識(shí)，并使之系統(tǒng)化；（2） 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力，提倡創(chuàng)新精神與科學(xué)態(tài)度相結(jié)合，鼓勵(lì)大膽提出新的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)措施；（3） 培養(yǎng)學(xué)生初步掌握工程設(shè)計(jì)工作的流程和方法，在設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、編寫設(shè)計(jì)文件等方面得到較全面的鍛煉和提高；（4） 培養(yǎng)學(xué)生形成正確的設(shè)計(jì)思想，樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是和刻苦鉆研的工作作風(fēng)。（5） 通過這次設(shè)計(jì)

29、，進(jìn)一步掌握水工建筑物課程中“土石壩”的總體布置、滲流計(jì)算和穩(wěn)定分析以及輪廓形狀、主要構(gòu)造的選擇等。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1確定樞紐組成、樞紐等別和各建筑物的級(jí)別根據(jù)任務(wù)，樞紐由擋水建筑物、泄水建筑物、放空建筑物等組成。要求學(xué)生根據(jù)擬設(shè)計(jì)樞紐的工程規(guī)模以及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)有關(guān)部門的重要性進(jìn)行分等分級(jí)，建立安全經(jīng)濟(jì)有機(jī)統(tǒng)一的概念。樞紐等別根據(jù)規(guī)范中五項(xiàng)指標(biāo)中最大的一項(xiàng)確定，建筑物的級(jí)別根據(jù)規(guī)范相應(yīng)確定。2樞紐布置和建筑物選型根據(jù)地形、地質(zhì)、筑壩材料、水文氣象、施工條件和樞紐建筑物的組成等因素進(jìn)行樞紐建筑物的平面布置、導(dǎo)流設(shè)施和地基處理措施等。根據(jù)基本資料，確定各建筑物的型式。3擋水壩剖面設(shè)計(jì)根據(jù)壩頂高程在地形圖上