重力壩課程設(shè)計

1、水工建筑物課程設(shè)計金家壩水電樞紐工程專 業(yè)：08級水利水電（4）班姓 名： 潘貴成學(xué) 號： 08150404指導(dǎo)老師： 董玉文水工建筑物課程設(shè)計基本資料一、 工程概況金家壩水電樞紐工程位于重慶市酉陽縣雙河鎮(zhèn)官清鄉(xiāng)、小河鄉(xiāng)境內(nèi)，由樞紐區(qū)、引水系統(tǒng)和電站廠房等組成。根據(jù)甘龍河的流域規(guī)劃，水電開發(fā)共分四級開發(fā)，即營盤嶺、堰塘灣、金家壩和五堆電站，金家壩水電樞紐工程為第三級。壩址位于烏江的支流甘龍河下游，距金家壩鎮(zhèn)1.0km，距酉陽縣城47km，樞紐區(qū)位于官清鄉(xiāng)。水庫大壩地理坐標東經(jīng)108º 419北緯28º 3728，北距離酉陽縣城47km，南距李溪鎮(zhèn)23km，壩址和廠址均有鄉(xiāng)村

2、公路與國道319和326線相連，交通較方便。金家壩水電樞紐工程是重慶市“十一五”重點能源建設(shè)項目之一，工程任務(wù)以發(fā)電為主，兼有潛在的防洪、灌溉功能，并為人畜飲水、水產(chǎn)養(yǎng)殖及旅游等綜合利用提供有利條件。金家壩水電樞紐工程建成后，將加快甘龍河流域其它梯級電站的開發(fā)進程，有效緩解重慶統(tǒng)調(diào)電網(wǎng)電力供應(yīng)緊張局面，提高電網(wǎng)運行的可靠性和經(jīng)濟性，促進酉西片區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和庫區(qū)旅游業(yè)快速發(fā)展。二、氣象水文資料1、流域概況金家壩水利樞紐工程位于烏江流域下游一級支流甘龍河的中游。甘龍河發(fā)源于貴州省松桃縣甘龍區(qū)紅石鄉(xiāng)水田坳，自源地向北流，在金家壩納右岸支流橋子洞河后折向西北，在小河鎮(zhèn)再納右岸的小河后轉(zhuǎn)向西南，流至沙

3、子場附近再折向西北，在沿河縣黑獺堡匯入烏江，河流全長106km，河道天然落差804m，平均比降7.1，流域總集水面積1700km2（見水系圖）。甘龍河河谷呈“V”型發(fā)育，灘多水急，河源至朝花口為上游，地形屬中低山區(qū)，沿河兩岸坡陡，河谷深切，比降大；朝花口至金家壩為中游，地形仍屬中低山區(qū)，但兩岸臺地增多，河谷寬窄相間，河床比降變緩；金家壩以下為下游，河谷狹窄，比降相對上中游較緩。甘龍河地形總的趨勢是東南高、西北低，流域出露巖層為寒武系至三迭系灰?guī)r夾頁巖，流域內(nèi)地下水充沛，植被較好。2、氣象本工程所在流域?qū)僦衼啛釒駶櫦撅L氣候區(qū)，全年四季分明，氣候溫和而冷暖不均，雨量充沛而分配不均，云霧多、霜雪少

4、、日照少，冬季干冷、春季暖濕、夏季多雨常有伏旱、秋季涼爽多綿雨。據(jù)流域內(nèi)酉陽氣象站1959年2001年資料統(tǒng)計多年平均降水量1355mm、最大年降水量1928.7mm（1967年）、最小年降水量849.8mm（1988年）；多年平均蒸發(fā)量949.4mm（20cm蒸發(fā)皿），多年平均氣溫14.9、極端最高氣溫37.5、極端最低氣溫-7.8；多年平均風速0.8m/s、多年平均最大風速18m/s。 據(jù)流域內(nèi)的酉陽氣象站資料分析，暴雨主要發(fā)生在5月9月，大暴雨多發(fā)生在6、7月份，一次暴雨一般持續(xù)時間為1d3d，主要雨量集中在1d以內(nèi)，實測24h最大暴雨量達220.6mm（1955年），大暴雨1d雨量占3

5、d雨量的60以上。3、徑流與洪水（1）徑流徑流資料依照朝陽寺站1959年1992年34年資料推算。由朝陽寺站1959年1992年徑流系列分析，徑流的特點是年內(nèi)分配不均，主要的徑流量集中在5月9月，占年徑流量的67.3，徑流的年際變化亦較大，最大年平均流量為113 m3/s（1983年）、最小年平均流量為41.6m3/s（1988年），兩者相差2.72倍。分別用朝陽寺站1959年1992年實測連序系列和濯河壩插補后的1959年1992年連序系列進行頻率計算，計算采用成果見表1.2-1。表1 水文站年平均流量參數(shù)成果表（單位：m3/s）地 點均 值CvCs/CvQpP10P50P90朝陽寺71.3

6、0.28297.869.447.2濯河壩1000.28213797.466.2金家壩壩址控制集水面積1059km2，朝陽寺水文站集水面積2452km2，朝陽寺站面積是金家壩壩址面積的2.32倍，相差較大，因此不能單純考慮面積修正，本次采用徑流深進行修正，查四川省水文手冊，阿蓬江朝陽寺年徑流深915mm（與計算的徑流深918mm接近），甘龍河金家壩壩址處年徑流深798mm，計算徑流深修正系數(shù)為0.872，金家壩壩址與朝陽寺水文站面積比為0.432，考慮徑流深修正，綜合系數(shù)為0.377，計算的金家壩壩址多年平均流量為26.9m3/s。（2）設(shè)計洪水設(shè)計洪水主要依據(jù)站是阿蓬江濯河壩水文站，阿蓬江濯河

7、壩河段調(diào)查的大洪水年份有1890年、1909年、1927年和1935年，在實測系列中發(fā)生的大洪水年份有1969年和1982年，其中以1982年為最大，濯河壩站歷史洪水調(diào)查成果見表1.2-2。表2 濯河壩站歷史洪水調(diào)查成果表年 份198218901927196919351909洪峰流量（m3/s）878064506200595057505530另據(jù)歷史文獻記載1890年以前發(fā)生的有影響的大洪水年份有1876年、1878年、1883年和1887年，從史料記載情況分析，這幾場洪水都比1890年洪水小，因此可判定1982年洪水至少是1876年以來的最大洪水。因此本次計算歷史洪水重現(xiàn)期從1876年起算，

8、首位洪水重現(xiàn)期為129年。按年最大值獨立取樣原則，統(tǒng)計濯河壩站1959年至2003年45年洪峰、一天洪量、三天洪量。加入歷史洪水組成不連序系列，計算采用的濯河壩站洪水頻率計算成果見表1.2-3。 表3 濯河壩站設(shè)計洪水成果表項 目均值CvCs/Cvp=0.05%p=0.2%p=0.5%p=1%p=2%p=5%Qm（m3/s）26100.56412800106009150805069705540W1d（108m3）1.310.513.55.494.644.073.643.212.63W3d（108m3）2.60.453.59.538.167.246.555.844.89金家壩壩址集水面積1059

9、km2，壩區(qū)的設(shè)計洪水采用與濯河壩面積比的方法推算，面積比指數(shù)由地區(qū)綜合關(guān)系確定洪峰流量、1d洪量、3d洪量的面積比指數(shù)分別為0.67、0.8、0.9。金家壩壩址設(shè)計洪水見表1.2-4。表4 金家壩壩址設(shè)計洪水成果表地點項 目p=0.05%p=0.2%p=0.5%p=1%p=2%p=3.3%p=5%p=10%p=20%p50%壩址Qm（m3/s）575047604110361031302770249020101540950W24h（108m3）2.321.961.721.541.351.221.110.9260.7360.473W3d（108m3）3.252.782.472.231.991.8

10、11.671.421.160.794、泥沙按水庫使用壽命50年計算，水庫在經(jīng)過50年淤積過后，壩壩前淤積高程為367.84m，壩前最大淤積厚度為17.84m，壩前平均淤積厚度為11.99m。5、壩址處的水位流量關(guān)系曲線表5 壩址下游斷面水位流量關(guān)系水位（m）流量（m3/s）水位（m）流量（m3/s）351.511.9359173035222540.4361284035370.53623420354160363406035530236447003565303655370357873366610035812206、水位庫容曲線（CAD圖）三、地質(zhì)資料1、水庫區(qū)工程地質(zhì)條件

11、壩址屬侵蝕剝蝕地貌單元的低山地形。谷底高程348.2m352.3m，山頂高程460.0m550.0 m以上，比高大于100m。左岸山體較寬厚，山坡一般坡度28°35°；右岸山體呈北東南西向的半島狀山體，山坡一般坡度30°40°。壩址甘龍河整體流向自東向西，河谷呈不對稱的“U”字型，河水面寬50m60m，水深0.5m1.5m。水庫與其鄰谷溶溪河和甘龍河下游河段之間分布有閉合的區(qū)域性隔水地層，封閉條件良好，故不存在庫水向鄰谷滲漏問題。水庫屬峽谷型水庫，岸坡陡峻，在正常蓄水位附近，基本為巖質(zhì)岸坡，不存在浸沒問題。庫區(qū)共發(fā)育滑坡體20處，由于方量有限且遠離壩址，

12、對大壩安全無影響。建庫后，在正常蓄水位與消落水位之間的覆蓋層將產(chǎn)生小面積的坍岸。2、壩址區(qū)的地質(zhì)概況壩址屬侵蝕剝蝕地貌單元的低山地形。谷底高程348.2m352.3m，山頂高程460.0m550.0m以上，河水面寬50m60m，水深0.5m1.5m。壩址區(qū)分布的地層主要為志留系淺海碎屑沉積巖和第四系松散堆積物。壩址位于雞公嶺復(fù)式背斜的北西翼，巖層走向N15°60°E，傾向NW，傾角30°45°。壩址區(qū)發(fā)育f40、F9斷層?；鶐r主要發(fā)育三組陡傾角節(jié)理。壩址區(qū)一般巖石強風化帶厚4m5m，中等風化帶厚度20m38m。3、上壩線工程地質(zhì)評價 （1）建基標準建議建

13、在中等風化巖帶的上部，壩體部位需將兩岸山坡的覆蓋層及左岸滑坡體清除后置于強風化巖體上。河床壩體可置于砂卵礫石上。（2）地基處理建議由于建基巖石完整性差，地基應(yīng)進行固結(jié)灌漿處理。粉砂質(zhì)頁巖巖質(zhì)軟弱，風化速度快，開挖后應(yīng)立即采取保護措施。（3）防滲帷幕建議防滲帷幕灌漿應(yīng)深入到相對隔水層（q1Lu），帷幕灌漿深度：左岸山坡22m52m；河床6m22m；右岸山坡6m52m。帷幕灌漿向兩岸延伸長度由庫水邊起算，至正常蓄水位與地下水位線相接處，左岸延伸86m，右岸延伸53m。4、壩址區(qū)的物理地質(zhì)現(xiàn)象與邊坡穩(wěn)定評價 滑坡體位于壩址左岸趾板線的山坡上，估算體積25.9×104m3。 區(qū)（趾板開挖前即

14、現(xiàn)狀）穩(wěn)定系數(shù)K1.12，滑坡體安全余度偏小； 區(qū)（趾板開挖過程中）穩(wěn)定系數(shù)K0.95,滑坡體不穩(wěn)定； 區(qū)穩(wěn)定系數(shù)K1.29，滑坡體基本穩(wěn)定。5、壩址基巖物理力學(xué)參數(shù)（1）地層巖性壩址區(qū)主要為志留系(中統(tǒng)羅惹組和下統(tǒng)龍馬溪組)地層和第四系松散堆積物。由老至新敘述如下：志留系下統(tǒng)龍馬溪組第一段：粉砂質(zhì)頁巖（S1ln1）：灰黃灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁理構(gòu)造。分布于壩址兩岸上游山體及河床。志留系下統(tǒng)龍馬溪組第二段：粉砂質(zhì)頁巖（S1ln2）：灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁理構(gòu)造。分布于壩址兩岸上游山體及河床。志留系中統(tǒng)羅惹組第一段：1)生物碎屑灰?guī)r（S2lr1-1）：灰色，微晶結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造。分布于壩址兩岸山體及河床

15、，厚度3.5m5.0m。2)泥質(zhì)粉砂巖（S2lr1-2）：灰色，粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄中厚層狀構(gòu)造。分布于河床及壩址兩岸山體，厚度35.0m42.0m。3)粉砂質(zhì)頁巖（S2lr1-3）：灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁理構(gòu)造。主要分布于壩址右岸中上游、河床及左岸中下游山體，厚度37.0m44.0m。4)砂巖（S2lr1-4）：灰色，中粒結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造。主要分布于壩址右岸中上游、河床及左岸中下游山體，厚度9.0m11.0m。5)粉砂質(zhì)頁巖與泥質(zhì)粉砂巖互層（S2lr1-5）：灰色，粉砂質(zhì)頁巖占67%；泥質(zhì)粉砂巖33%。粉砂質(zhì)頁巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁理構(gòu)造；泥質(zhì)粉砂巖為粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄中厚層狀構(gòu)造。主要分布于壩址右岸、河床

16、及左岸下游山體，厚度55.0m65.0m。 志留系中統(tǒng)羅惹組第二段：頁巖與泥巖互層（S2lr2）：灰黃色、紫紅色，頁巖占65%；泥巖35%。頁巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁理構(gòu)造；泥巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造。主要分布于壩址右岸下游半島狀山體。第四系松散堆積物：1) 含角礫粘土（Qdl）：黃黃褐色，稍濕，可塑硬塑，分布于左、右岸山坡，厚度0.5m1.5m 。2)含粘土碎塊石（Qcol+dl、Qdel）：棕黃灰黃色，碎塊石含量約占70%，粒徑以100mm250mm為主，成分主要為強風化弱風化的砂巖和頁巖，粘土含量約占30%。主要分布于左、右岸山坡，為崩坡積物，其中左岸較厚，厚度為5m27m；右岸較薄，厚度一般為

17、2m5m。3)砂卵礫石（Qal）：灰深灰色，卵石含量約占 20%，粒徑以80mm120mm為主 ，礫石含量約占 55%60%，粒徑以5m40mm為主 ，卵石、礫石主要成分為灰?guī)r、白云巖、砂巖等。 卵石、礫石呈弱風化狀態(tài)，中等蝕圓，呈中密狀態(tài)，其余為細砂。分布于河床與漫灘，厚度為2.0m7.5m。（2）基巖物理力學(xué)參數(shù)見表6。四、工程設(shè)計參數(shù)見表7、8、9。五、設(shè)計用圖紙及規(guī)范1、河道地形圖2、工程地質(zhì)圖3、規(guī)范（1）混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（SL319-2005）（水利行業(yè)標準）（單號采用）（2）混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（DL 5108-1999）（電力行業(yè)標準）（雙號采用）表6 壩址巖石物理力學(xué)性質(zhì)

18、成果表巖石名稱風化狀態(tài)試驗值比重密 度自由吸水率緊密度孔隙率單 軸 抗 壓 強 度抗 剪(斷) 強 度軟化系數(shù)彈性模量泊松比烘干飽和烘干飽和Tgcg/cm3g/cm3%MPaMPa_MPaGPa粉砂質(zhì)頁巖中等風化組 數(shù)7777777755655最大值2.762.672.692.6095.276.5569461.085.50.7812.50.28最小值2.732.572.620.8193.452.201770.903.30.6060.22平均值2.752.602.651.8094.605.3929171.014.40.679.100.26微風化組數(shù)9999999922922最大值2.792.64

19、2.681.8095.276.165131.31.086.10.72150.29最小值2.752.592.631.0093.844.73136.70.953.40.4790.26平均值2.772.622.661.5494.585.4233.318.81.024.80.5880.28泥質(zhì)粉砂巖微風化組數(shù)2222222222222最大值2.752.652.661.4996.366.184931.31.427.30.6413.50.29最小值2.752.582.620.5293.823.6429171.255.50.5812.50.23平均值2.752.622.641.0095.094.913924

20、.21.336.40.6113.00.26注：由于抗壓強度試件取自鉆孔巖心，試件暴露時間較長，使試驗成果偏小。表7工程特性表序號及名稱單位數(shù) 量備 注一、水文1、流域面積全流域面積km21700壩址以上流域面積km210592、利用的水文系列年限年343、多年平均年徑流量104m384900設(shè)計洪水洪量(天)104m3校核洪水洪量(天)104m34、泥沙多年平均懸移質(zhì)年輸沙量104t59.2多年平均含沙量kg/m30.698多年平均推移質(zhì)年沙量104t5.92二、水庫1、水庫水位校核洪水位m見表8設(shè)計洪水位m見表8正常蓄水位m見表8死水位m見表84、水庫容積總庫容108m3正常蓄水位以下庫容1

21、08m3調(diào)節(jié)庫容108m3死庫容108m3三、下泄流量及相應(yīng)下游水位1、設(shè)計洪水位時最大泄量m3/s見表9相應(yīng)下游水位m2、校核洪水位時最大泄量m3/s見表9相應(yīng)下游水位m注：表中的空缺數(shù)字自己根據(jù)資料確定。表8 各組選用參數(shù)正常蓄水位(米)設(shè)計洪水位(米)校核洪水位（米）死水位(米)工 程 效 益?zhèn)渥⒎?洪灌溉面積(萬畝)443.00445.00446.31401.00保證下游城鎮(zhèn)的抗洪安全8.451-7號445.00447.00447.80403.0010.418-15號447.00449.00449.70405.0011.6016-23號449.00451.00451.60407.001

22、2.5024-30號表9 下泄流量選用表班級1-7號8-15號16-23號24-30號設(shè)計洪水下泄流量2000220023002500校核洪水下泄流量3400350036003700注：表中的分組號指的是點名時對應(yīng)的序號設(shè)計內(nèi)容一、 確定工程等級由校核洪水位446.31 m查水庫水位容積曲線讀出庫容為1.58億，屬于大（2）型，永久性水工建筑物中的主要建筑物為級，次要建筑物和臨時建筑物為3級。二、 確定壩頂高程(1)超高值h 的計算h = h1% + hz + hch防浪墻頂與設(shè)計洪水位或校核洪水位的高差，m；H1% 累計頻率為1%時的波浪高度，m；hz 波浪中心線至設(shè)計洪水位或校核洪水位的高

23、差，m；hc 安全加高，按表31 采 表3-1 壩的安全加高hc運用情況壩的級別123設(shè)計情況（基本情況）0.70.50.4校核情況（特殊情況）0.50.40.3內(nèi)陸峽谷水庫，宜按官廳水庫公式計算（適用于20m/s 及 D20km）下面按官廳公式計算h1% ， hz。式中：D吹程，km，按回水長度計。波長，m壅高，mV0 計算風速h當 時，為累積頻率5%的波高h5%;當 時，為累積頻率10%的波高h10%。規(guī)范規(guī)定應(yīng)采用累計頻率為1%時的波高，對應(yīng)于5%波高，應(yīng)由累積頻率為P（%）的波高hp 與平均波高的關(guān)系可按表B.6.3-1 進行換超高值h 的計算的基本數(shù)據(jù)設(shè)計洪水位校核洪水位吹程D（m）

24、524.19965.34風速（m）2718安全加高（m）0.40.3斷面面積S（）1890.5719277.25斷面寬度B（m）311.80314.44正常蓄水位和設(shè)計洪水位時，采用重現(xiàn)期為50 年的最大風速，本次設(shè)計；校核洪水位時，采用多年平均風速，本次設(shè)計。a.設(shè)計洪水位時h 計算： 波浪三要素計算如下：波高： h=0.82m波長： =8.95m 壅高： ，故按累計頻率為計算，由表B.6.3-1查表換算 故 b.校核洪水位時h 計算：波高： h=0.27m波長： =7.03m壅高：，故按頻率為計算,由由表B.6.3-1查表換算故 (2)、壩頂高程：a.設(shè)計洪水位的壩頂高程： b.校核洪水位

25、的壩頂高程： 為了保證大壩的安全，選取較大值，所以選取壩頂高程為447.2m三、 非溢流壩實用剖面的設(shè)計和靜力校核(1) 非溢流壩實用剖面的擬定擬定壩體形狀為基本三角形。壩的下游面為均一斜面，斜面的延長線與上游壩面相交于最高庫水位處，本次設(shè)計采用上游壩面鉛直，下下游面傾斜的形式，坡度為1:0.75，折點設(shè)在高程為446.31m將壩底修建在弱風化基巖上，開挖高程a.壩高為：447.72-328=119.72m 取120mb.壩頂寬度：壩頂寬度取壩高的即為12mc.壩底寬度： d.基礎(chǔ)灌漿廊道尺寸擬定：基礎(chǔ)灌漿廊道的斷面尺寸，應(yīng)根據(jù)澆灌機具尺寸即工作要求確定，一般寬為2.53m，高為34m，為了保

26、證完成其功能且可以自由通行，本次設(shè)計基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.0×3.5m，形狀采用城門洞型。e.廊道的位置：廊道的上游避距離上游面10.5m廊道底部距離壩底面6m初步擬定壩體形狀剖面如圖：(2) 確定正常和非正常情況下的荷載組合及荷載計算；PSPS 1.自重：, 壩身自重：下游水自重： a. 設(shè)計洪水位時： b.校核洪水位時： 2.靜水壓力：不同情況下上下游水深及水位差特征水位上游水深下游水深上下游水位差設(shè)計洪水位11731.4985.51校核洪水位118.3134.2884.03a.設(shè)計洪水位時： b.校核洪水位時: 3.揚壓力：揚壓力折減系數(shù) a.設(shè)計洪水位時： b.校核洪水位時：

27、 4.泥沙壓力： ， ， 5.浪壓力： a.設(shè)計洪水位時：b.校核洪水位時： (3) 對以上兩種情況進行非溢流壩的整體穩(wěn)定計算，校核其安全性；重力壩的抗滑穩(wěn)定分析按單一安全系數(shù)法和分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計進行計算和驗算，設(shè)計洪水位情況和校核洪水位情況按承載能力極限狀態(tài)驗算。1.單一安全系數(shù)法: 按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) f 壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù), c 壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，KPa， A 壩基接觸面截面積，W 作用于壩體上全部荷載（包括揚壓力）對滑動平面的法向分值，kN；P 作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，kN； 按上式抗剪斷強度公式計算的壩基面

28、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)值應(yīng)不小于下表的規(guī)定。 荷載組合基本組合3.0特殊組合（1）2.5（2）2.3 故=3.0設(shè)計洪水位時： ，滿足要求校核洪水位時： ，滿足要求2.分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法： 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計式：抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)作用效應(yīng)函數(shù)為：P,壩基面上全部切向作用之和,即作用設(shè)計值水平方向的代數(shù)和抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)抗力函數(shù)： W 為壩基面上全部作用的法向作用設(shè)計值之和，既法向力設(shè)計值代數(shù)和。和的分項系數(shù)由附表5可查：，a.設(shè)計洪水位時：作用效應(yīng)函數(shù)： 壩基面抗剪斷系數(shù)設(shè)計值：壩基面抗剪斷黏聚力設(shè)計值：抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)： 驗算抗滑穩(wěn)定性： 查附表4知：持久狀況（基本組合）設(shè)計狀況系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要

29、性參數(shù)，本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)。根據(jù)式 計算結(jié)果表明，重力壩在設(shè)計洪水位情況下滿足承載能力極限狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。b.校核洪水位時： 作用效應(yīng)函數(shù)： 壩基面抗剪斷系數(shù)設(shè)計值： 壩基面抗剪斷黏聚力設(shè)計值： 抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)： 驗算抗滑穩(wěn)定性： 持久狀況（基本組合）設(shè)計狀況系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要性參數(shù)，本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)。根據(jù)式 計算結(jié)果表明，重力壩在設(shè)計洪水位情況下滿足承載能力極限狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。(4) 對非溢流壩的幾個代表性水平截面(壩底及變截面處)的邊緣應(yīng)力以及底部截面的內(nèi)部應(yīng)力計算，校核其強度。1.用材料力學(xué)法計算邊緣應(yīng)力。在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強度

30、要求。在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力，壩趾垂直應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力10.05MPaa.設(shè)計洪水位：采用單一安全系數(shù)法： W作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；M作用于計算截面以上全部荷載對壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；B計算截面的長度，m。 壩踵鉛直應(yīng)力沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，符合規(guī)范要求。 壩趾鉛直應(yīng)力小于壩基容許壓應(yīng)力，符合規(guī)范要求。壩體最大主應(yīng)力按下游邊緣最大主應(yīng)力計算： 小于混凝土的容許壓應(yīng)力，滿足要求。b.校核洪水位：壩趾抗壓強度承載能力極限狀態(tài)：壩趾抗壓強度計入揚壓力情況下的極限狀態(tài)作用效應(yīng)函數(shù)為 ： 壩趾抗壓強度

31、極限狀態(tài)抗力函數(shù)為： 式中：Ra為混凝土抗壓強度 偶然狀況，只需采用承載能力極限狀態(tài)法判別大壩是否滿足強度要求 計算作用效應(yīng)函數(shù)： 驗算抗壓強度： 查附表4知：偶然狀況（特殊組合）設(shè)計狀況系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要性參數(shù)；抗壓基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)。根據(jù)式 滿足強度要求。2.對給定的作用組合情況用抗剪強度指標進行壩基面抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)驗算，對驗算結(jié)果進行評價?；竟?上、下游壩面垂直正應(yīng)力： 上、下游面剪應(yīng)力: 上、下游面水平正應(yīng)力 上、下游面主應(yīng)力 W作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；M作用于計算截面以上全部荷載對壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；B計算截面的長度，m

32、。 上游壩坡； 下游壩坡；為泥沙壓強（，為泥沙壓力），故、計算截面在上、下游壩面所承受的水壓力強度（如有泥沙壓力時，應(yīng)計入在內(nèi)）；、計算截面在上、下游壩面處的揚壓力強度；a.設(shè)計洪水位時：上、下游壩面垂直正應(yīng)力 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面垂直正應(yīng)力: 上、下游面剪應(yīng)力:上游面剪應(yīng)力： 下游面剪應(yīng)力： 上、下游面水平正應(yīng)力上游面水平正應(yīng)力： 下游面水平正應(yīng)力： 上、下游面主應(yīng)力上游面主應(yīng)力： 下游面主應(yīng)力： b.校核洪水位時：上、下游壩面垂直正應(yīng)力 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面垂直正應(yīng)力: 上、下游面剪應(yīng)力:上游面剪應(yīng)力： 下游面剪應(yīng)力： 上、下游面水平正應(yīng)力上游面水平正應(yīng)力： 下游面水平正應(yīng)力：

33、 上、下游面主應(yīng)力上游面主應(yīng)力： 下游面主應(yīng)力： 應(yīng)力計算結(jié)果計算情況壩堹處壩趾處基本組合（設(shè)計洪水位）479.18039.97497.1839.971682.441261.83946.372628.810特殊組合（校核洪水位）401.1039.97401.139.971735.61301.7976.282711.880表中數(shù)據(jù)單位都是。由上表應(yīng)力都小于10.05Mpa，所以滿足要求。四、溢流壩剖面的擬定和消能設(shè)計(1).泄水方式的選擇溢流重力壩既要擋水又要泄水，不僅要滿足穩(wěn)定和強度要求，還要滿足泄水要求。因此需要有足夠的孔口尺寸、較好體型的堰型，以滿足泄水的要求；且使水流平順，不產(chǎn)生空蝕破壞

34、。重力壩的泄水主要方式有開敞式和孔口式溢流，開敞溢流式的堰除了有較好的調(diào)節(jié)性能外,還便于設(shè)計和施工,同時這種形式的堰在我國應(yīng)用廣泛，有很多的工程實踐經(jīng)驗。故本設(shè)計采用開敞溢流式孔口形式，堰頂不設(shè)閘門，故堰頂高程與正常蓄水位齊平。(2). 溢流壩剖面擬定溢流曲線由頂部曲線段、中間直線段和底部反弧段三部分組成。設(shè)計要求：a.有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；b.水流平順，不產(chǎn)生不利的負壓和空蝕破壞；c.體形簡單，造價低，便于施工。本設(shè)計采用的溢流壩的基本剖面為三角形。其上游面鉛直，溢流面由頂部的曲線、中間的直線、底部的反弧三部分組成。定型設(shè)計水頭的確定：堰頂最大水頭Hmax=校核洪水位-堰頂高程即：H

35、max=446.31-443=3.31m定型設(shè)計水頭Hd 為Hd=（75%95%）Hmax，取Hd=3m，由Hd/Hmax=3/3.31=0.91。1.壩頂曲線段溢流壩頂部采用曲線形式，頂部曲線的形式很多，常用的有克奧曲線和WES 曲線。本工程選用WES 曲線。首先繪出壩頂部的曲線，取堰頂部最高點為坐標原點。WES 型堰頂部曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分。該設(shè)計上游段曲線采用三圓弧型曲線。堰頂O點上游三圓弧的半徑及其坐標值為：R1=0.5Hd=1.5； x1=-0.175Hd=-0.525R2=0.2Hd=0.6； x2=-0.276Hd=-0.828R3=0.04Hd=0.12；x3

36、=-0.282Hd=-846開敞式堰面堰頂下游堰面采用WES 冪曲線,可按下式計算：式中：堰面曲線定型設(shè)計水頭, m，可根據(jù)容許負壓的大小按堰頂最大作用水頭 的75%95%計算。x、y原點下游堰面曲線橫、縱坐標；n與上游堰坡有關(guān)的指數(shù),見下表；k當P1 /Hd 1.0 時,k 值見下表,當P1/Hd 1.0 時,取k2.02.2， 為上游相對堰高。 堰面曲線參數(shù) 上游面為鉛直面由上表可查的n=1.85，k=2.0，故原點下游堰面曲線方程為:按上式計算的坐標值入下表所示： 計算WES 下游曲面坐標值表xyxyxy 1 0.197 65.407 1116.596 2 0.708 77.192 12

37、19.494 3 1.5 89.207 1322.605 42.554 911.449 1425.927 53.859 1013.913 1529.4572.中間直線段中間直線段與壩頂部下游曲線和下部反弧段相切，坡度和擋水壩一致，取1：0.753.反弧段 a. 溢流堰下游反弧段半徑，應(yīng)結(jié)合下游消能設(shè)施來確定。本次設(shè)計選用挑流消能。對于挑流消能，可按下式求得反弧段半徑：R=(410)h式中： h為校核洪水位閘門全開時反弧段最低點處的水深，m；反弧段流速v16m/s 時，可取下限，流速越大，反弧半徑也宜選用較大值，以致取上限。上式為迭代公式，迭代初值取h=0。 -單寬流量，本次設(shè)計取35-上游最高

38、水位與反弧段最低點的距離，反弧最低點與下游水位齊平。=446.31-362.28=84.03m ， =0.9初始令 故 取 又因 弗勞德數(shù)： 取 b.挑角挑角越大，射程越大，但挑角增大，入水角也增大，水下射程減小。同時入水角增大后，沖刷坑深度增加。一般在之間，在此取c.挑坎高度：挑坎應(yīng)高出下游水位，一般以12m 為宜。計算時按設(shè)計洪水位情況考慮。取挑坎最低高程等于下游水位，挑坎最高點與最低點間距離為R(1-cos)。故挑坎高度h2=359.49-351+9×（1-cos）=9.70md.反弧段坐標確定圓心O距壩底距離yo9.43+9×cos=17.22m圓心O距C點距離xo

39、=根據(jù)以上數(shù)據(jù)，就可以確定溢流壩曲面了。下圖就是本次設(shè)計的溢流壩曲面。(3)消能防沖設(shè)計1.選擇孔口尺寸和閘墩型式及尺寸： 基本公式： 總下泄流量 溢流孔口的下泄流量 通過電站和泄水孔等下泄流量，取1000 系數(shù)，校核情況是取1.0 校核洪水位時： 溢流壩凈寬為 ： q單寬流量，本次設(shè)計取35 故： 本次設(shè)計選用平板閘門，閘門厚度最小為1.52.0m，取d=2m。因為本次設(shè)計屬于大中型壩，故孔口寬度取為b=12m，孔口寬高比1.02.0 本次取1.5，所以孔高8m。 則孔口數(shù)為： 取 所以溢流壩前沿總長為： 本次設(shè)計選用上游段為橢圓形，下游段為方形的閘墩。2.確定消能方式水工建筑物及混凝土重力

40、壩設(shè)計規(guī)范可知消能的設(shè)計原則是：a.盡量使下泄水流的大部分動能消耗在水流內(nèi)部的紊動中，以及水流與空氣的摩擦上；b.不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷；c.下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其它建筑物的正常運轉(zhuǎn)；d.結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，工程量小。 分析比較各種消能工的優(yōu)缺點，考慮到本次設(shè)計的重力壩屬于高壩，下游地質(zhì)條件比較好的情況，決定選用挑流消能。挑流鼻坎設(shè)計a.挑流鼻坎有連續(xù)式和差動式，該設(shè)計選用連續(xù)式鼻坎；b.鼻坎高程=351+9.7=360.7m；c.反弧半徑R=10m；d.根據(jù)實際工程情況，該設(shè)計挑射角取=25°； 水舌挑距L 的估算 根據(jù)規(guī)范，水舌挑距L可按下式計算： 式中：

41、水舌拋距，m，如有水流向心集中影響者，則拋距還應(yīng)乘以0.900.95 的折減系數(shù)；坎頂水面流速，m/s，按鼻坎處平均流速的1.1倍計，即 = 1.1 = （為水庫水位至坎頂?shù)穆洳?446.31-360.7=85.61m）； 鼻坎的挑角； 坎頂垂直方向水深，m， (h為坎頂平均水深，m)； 坎頂至河床面高差，m，如沖坑已經(jīng)形成，可算至坑底； 堰面流速系數(shù)。 可按下式計算： 按校核洪水位計算： =101.98m最大沖坑水墊厚度的計算 根據(jù)規(guī)范，最大沖坑水墊厚度可按下式計算： 式中： 水墊厚度，自水面算至坑底，m；單寬流量，m3/（s·m）；上下游水位差，m；沖刷系數(shù)，其數(shù)值見下表基巖沖刷

42、系數(shù)值由下表可查：本次設(shè)計取=1.6，則可計算得： 則 ，一般要求2.55，滿足要求。五、細部構(gòu)造設(shè)計（1）壩基的連接、灌漿和排水天然地基，由于經(jīng)受長期的地質(zhì)作用，一般都有風化、節(jié)理、裂隙等缺陷，有時還有斷層、破碎帶和軟弱夾層，所有這些都需要采取適當?shù)奶幚泶胧?，地基處理的主要任?wù)是：（1）防滲；（2）提高基巖的強度和整體性?；鶐r開挖后，在澆灌混凝土前，需要進行徹底的清理和沖洗，包括：清除松動的巖塊，打掉突出的尖角。基坑中原有的勘探鉆孔、井、洞等均應(yīng)回填封堵。固結(jié)灌漿孔一般布置在應(yīng)力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)。采用淺孔低壓灌注法灌入水泥漿，以提高基巖的彈性模量、抗?jié)B性和強度等。在壩踵、壩址附近灌注孔相對較密，呈梅花形布置，其他部位疏一些。孔距排距由灌漿試驗確定，一般從1020m 開始，采用內(nèi)插逐步加密的方法，最終約為34m，本設(shè)計取4m?？咨?8m，必要時還可適當加深，帷幕上游區(qū)的孔深一般為815m