河北工程大學畢業(yè)設(shè)計匯總

程大

標題：S土石樞紐畢業(yè)設(shè)計年

級：專

業(yè)：

水利水電程學

號：110290215姓

名：

李煒強指導老師

李飛日

期：201505月日S壩樞紐畢業(yè)設(shè)設(shè)計說明及計算書11水利水電程專業(yè)2015年05

李煒強目

錄S土石壩樞紐的設(shè)計說明及計算書前言…………1一、工程的概況及作用…………21.1整體工程概況……………21.2水庫建成后作用………2二、設(shè)計基本資料和數(shù)據(jù)……………………32.1工程的地質(zhì)…………………32.2水文氣象的資料……………42.3筑壩材料及其物理力學的性質(zhì)……………62.4工程其它設(shè)計參數(shù)確立………………7三、樞紐布置和壩型選擇……………………113.1樞紐的布置…………………113.2壩型的選擇…………………11四、大壩基本尺寸擬定……………………134.1壩頂?shù)母叱獭?34.2壩頂?shù)膶挾取?54.3上下游壩坡和平臺（馬道)………………164.4大壩防滲體…………………4.5排水設(shè)備…………………174.6地基的處理…………………17五、大壩的滲流計算……………185.1土石壩的滲流分析…………185.2上游校核洪水位3278.0米下游相應水位米進行滲流計算……………19六、大壩的穩(wěn)定分析……………246.1穩(wěn)定分析目的…………246.2荷載種類……………………6.3穩(wěn)定分析方法……………246.4對不利工況分析………256.5大壩穩(wěn)定計算…………附表七、壩體的基本構(gòu)造與土石料結(jié)構(gòu)布置……387.1壩頂………………………387.2防滲………………………387.3護坡………………………387.4排水體……………………397.5壩體與壩基、岸坡的連接………………397.6土石料結(jié)構(gòu)布置………39結(jié)束語………………………40參考書籍及文獻………………41附圖前

言本設(shè)計的題目為S庫土石壩樞紐工程，其主要設(shè)計任務(wù)包括兩大部分：第一部分：大壩設(shè)計根據(jù)所給資料進行充分分析，然后根據(jù)相關(guān)規(guī)范，確定洪水標準和工程級別，在此基礎(chǔ)上進行壩型的選擇和論證，確定壩型、樞紐布置方案和建筑物形式；壩型、樞紐布置及建筑物基本尺寸擬定后，進行壩工設(shè)計、滲流計算、穩(wěn)定計算、沉降量計算，做好地基處理、大壩與岸和地基的連接工作。第二部分：遂洞設(shè)計根據(jù)相關(guān)資料、設(shè)計要求，查閱相關(guān)書籍規(guī)范，先進行隧洞的總體布置，對其進口建筑物型式與布置、出口消能型式與布置、洞身型式與布置做詳細的規(guī)劃布置；接下來進行水力計算，對過水能力、消能及壓坡線進行計算；然后進行洞身結(jié)構(gòu)計算，對荷載內(nèi)應力、配筋進行計算，最后在此計算的基礎(chǔ)上進行細部構(gòu)造設(shè)計。本設(shè)計將隧洞布置于左岸。一、工程概況及作用1.1

工概S水庫樞紐工程位于青海省共和縣恰卜恰鎮(zhèn)溝后村附近的黃河一級支流—溝后河上?？刂屏饔蛎娣e197.8平方公里，總庫容立方米。溝后河發(fā)源于共和縣南北山麓。溝后水庫位于溝后河的上游，壩址以上為高山峽谷，以下為廣闊的共和盆地，該河在壩址下游公里處注入黃河。共和盆地是共和縣的主要農(nóng)業(yè)區(qū)，壩址下游13公里的恰卜恰鎮(zhèn)是海南芷族自治州和共和縣兩級政府所在地，是海南政治、經(jīng)濟、文化的中心和少數(shù)民族的聚居地，有近三萬各族同胞居住在這里。共和縣所5有的工業(yè)均集中在恰卜恰鎮(zhèn)。1.2

水建后作本水庫為安置龍羊峽水庫庫區(qū)移民的配套工程。水庫以灌溉為主，可灌溉共和縣農(nóng)田二萬畝，林地五千畝，同時解決恰恰鎮(zhèn)三萬多居民的生活及城鎮(zhèn)工業(yè)用水。二、設(shè)計基本資料與數(shù)據(jù)2.12.1.1

工地水庫庫工程地質(zhì)條S河發(fā)源于共和縣南北山麓，水庫位于S河的上游，壩址以上為高山峽谷區(qū)，以下為廣闊的共和盆地河在壩址下游公里處注入黃河庫庫區(qū)兩岸分水岑，山頂高程3781米，山體寬厚不存在深切的鄰谷和洼地，庫內(nèi)兩岸斜坡面較平直，沒有大型沖溝發(fā)育。壩址處河床高程為3211米，與兩岸山頂相對高差達560米。水庫庫區(qū)基巖全部為印支期致密、堅硬的閃長巖及花崗閃長巖，其微風化—新鮮巖石的單位吸水量ω﹤0.01升/分·米為相對不透水層，兩岸分水嶺相對不透水層的最低高程都在3360米以上，庫區(qū)未發(fā)現(xiàn)大的斷裂、破碎帶和節(jié)理裂隙密集帶，即在地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造上不存在集中滲漏的通道，從上述地形、地質(zhì)條件判斷，庫區(qū)蓄水條件較好。庫區(qū)兩岸基巖坡度一般在度左右岸邊未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的緩傾角結(jié)構(gòu)面水庫蓄水后一般是穩(wěn)定的。由于該地區(qū)屬大陸性高原氣候區(qū)，日夜溫差很大，物理風化嚴重，兩岸坍塌現(xiàn)象較發(fā)育，故兩岸斜坡基巖面上廣泛分布著坍塌物質(zhì)，其中崩積、坡積的塊石、碎石一般是穩(wěn)定的，而壤土極為疏松，屬高壓縮性、強失陷性土，對穩(wěn)定不利，壩段部分須挖除，水庫蓄水后估算總塌岸量約15萬立方米，將影響水庫壽命。水庫盆地基底及庫岸基巖屬相對不透水層，故水庫沒有浸沒問題。2.1.2

壩址區(qū)程地質(zhì)條件壩軸線位于溝后河峽谷口上游500米處，河谷狹窄，所在河段南北走向，平均河寬60米，兩岸岸坡左陡右緩，左岸坡度45

0

左右，右岸坡度35

0

左右。基巖上分布著第四系全新統(tǒng)堆積物，其覆蓋面積約占壩區(qū)的70%-80%河床砂6卵石層厚12-14米，透水性強，滲透系數(shù)為20.9-94.5/晝夜，且整層結(jié)構(gòu)疏松，分選性差，存在滲透穩(wěn)定問題，應做壩基防滲處理，河谷兩岸基巖上分布著崩積、坡積塊、碎石，層厚10-20米，邊坡穩(wěn)定性差，建壩前須做處理。壩址區(qū)基巖為花崗閃長巖。屬堅硬巖石類，基巖表層弱風化帶裂隙發(fā)育，具有程度不同的透水性。左岸嚴重透水層（=1-10/分·米）厚30-40米，相對不透水層埋深50-60米。右岸較嚴重透水層ω=0.1-1/分·米）10-40，相對不透水層埋深50米左右。壩基E斷層在下游臨溝出露，影響帶寬米，（單位吸水量ω=0.056-0.069升/分·米）屬等透水帶。當水庫蓄水后，將形成沿壩基和壩肩的滲透，必須做防滲處理。經(jīng)國家地震局蘭州地震研究所鑒定，水庫的基本地震烈度為六度。2.1.3

泄洪隧的工程地質(zhì)件泄洪洞布置在壩區(qū)河谷左岸形地質(zhì)條件均優(yōu)于右岸地面高程米，隧洞建基高程3235-3211。穿越地層巖性為花崗閃長巖，圍巖致密堅硬，牢固系數(shù)f=7-9，巖石彈性抗力系數(shù)K=600-800kg/cm。但圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體成k塊狀砌體結(jié)構(gòu)，隧洞沿線依次通過F、F、F、F個斷層。隧洞開挖時，可能產(chǎn)3536129生坍塌或掉塊，應采取支護措施。2.22.2.1

水氣資氣象流域內(nèi)大部分地區(qū)人煙稀少，沒有氣象臺站，僅在恰卜恰鎮(zhèn)有氣象站，也無實測系列水文資料，徑流、洪水、泥沙計算系根據(jù)《青海省水文手冊》及“設(shè)計暴雨洪水圖集”等有關(guān)參考資料進行。流域所在地區(qū)地勢高，氣溫多變，年平均氣溫低，約為3.4℃，晝夜及地勢溫差大，無霜期短，年日照時間長，大部分地區(qū)寒冷而干燥，常冬無夏，純屬大陸性高原氣候區(qū)。本區(qū)雖地處內(nèi)陸，但因青海湖調(diào)節(jié)作用，降水相對豐富，年平均降水為311.8毫米。降水集中在6-9月，為全年的87.8%。暴雨歷時短，據(jù)統(tǒng)計年最大6小時降雨量占24小時降雨量的70%左右，大部分地區(qū)年蒸發(fā)量是降水量的3-10倍，年平均蒸發(fā)量為117.18毫米。7表－1

主要氣因素特征值項目年平均氣溫無霜期年平均降水量極端最低溫度最高氣溫年平均大于30℃天數(shù)最大凍土深度年最長日照時間年最短日照時間年平均小于5℃的天數(shù)年平均蒸發(fā)量多年平均最大風速水庫吹程2.2.2徑流

單位℃天毫米℃℃天米小時小時天毫米米/秒米

數(shù)值3.499311.8-28.931.31.251.3332902794.81801171.825.25820

備注S河雖為黃河一級支流，但水量很小，多年平均徑流深為65毫米，相應多年平均徑流量1285.9立方米。徑流來源主要是降水補給，6-9月份水量占全年來水量的80%以上。2.2.3

洪水S洪水一般發(fā)生在月，由降雨形成。因本流域無實測洪水資料，故只能借助“設(shè)計暴雨洪水圖籍”和地區(qū)性經(jīng)驗公式計算設(shè)計洪水。2.2.4

泥沙本水庫推移質(zhì)來源較少，對水庫淤積不會產(chǎn)生很大影響。懸移質(zhì)是引用參考資8料《青海省水文手冊》中的“多年平均侵蝕模數(shù)等值線圖”查得流域多年平均侵蝕模數(shù)為70噸/平方公里經(jīng)計算其年輸沙量為13846噸折合體積為10651立方米。輸沙量年內(nèi)分布不均，主要集中在7、8、9三個月。表－2

水文分成果表序號2.3

名稱代表性流量P=0.2％洪水洪峰流量P=2％洪水洪峰流量P=5％洪水洪峰流量洪量P=0.2％洪水洪量P=2％洪水洪量P=5％洪水洪量多年平均年徑流量多年平均年輸沙量筑壩材及其物理力性質(zhì)

單位立方米／秒立方米／秒立方米／秒萬立方米萬立方米萬立方米萬立方米萬噸

數(shù)量250140120470.76183.95183.461285.91.3846

備注天然筑壩材料貯藏量和質(zhì)量均能滿足要求，而且運距較近，開采、交通條件較好。各種材料的物理性質(zhì)及設(shè)計指標見表2-3表2-4、表2-5、表2-6。表－3

筑壩材技術(shù)指標表建筑材料名稱

比重

容重（噸/立方米）r干r濕r飽

孔隙率

抗剪強度摩擦角凝聚力C＇Φ°=C(kg/cm2)

滲透系數(shù)K＇(cm/s)土料

2.721.681.982.05

Φ=24Φ＇=25

0.3

1×10

-7砂礫料2.681.801.802.10

水上36水下34

5.79×10

-2堆石2.701.801.802.050.339

40砂礫料壩基

2.681.801.802.10

水下355.79×10-2表－4粒徑（mm）﹤0.2

﹤0.1

土顆粒配表﹤0.05﹤0.03﹤0.01﹤0.005﹤0.002﹪表－5

84.5

75.0

58.043.526.016.211.0砂料顆級配表粒徑（mm）﹤5.2

﹤5

﹤2.5

﹤1.2

﹤0.6

﹤0.3

﹤0.15﹪

100

97.8

69.4

43.5

20.4

6.2

1.7表－6

砂礫料粒級配粒徑﹤﹤

﹤

﹤

﹤

﹤

﹤

﹤

﹤﹤（mm）150

80

40

20

5

2.5

1.2

0.6

0.30.15﹪

10034.565.051.334.827.12011.73.01.52.42.4.1

工程其設(shè)計參數(shù)的立樞紐工及其主要建物等級確立已知本水庫總庫容為萬立米，灌溉農(nóng)田面積為畝，主要建筑物為大壩和隧洞。據(jù)此查《水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標準》（）可知：按庫容分為四等，按灌溉面積也分為四等，所以該樞紐為?。?）型四等工程，主要建筑物為三級。2.4.2

洪水標的確立查《水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252—2000）可知：洪水的設(shè)計標準為50年一遇；校核洪水標準為500年一遇。2.4.3

徑流調(diào)S庫以灌溉為主，要求灌溉農(nóng)田2萬畝，林地0.5萬畝。根據(jù)《水利水電工程水利動能設(shè)計規(guī)范》SDJ11-77，對缺水地區(qū)以旱作物為主的灌區(qū)，其灌區(qū)設(shè)10計保證率為75%，據(jù)此年灌供水量為33.6立方米總供水量為618.82萬立方米按來水及供水保證率為進行調(diào)節(jié)計算本工程興利庫容為立方米。2.4.4

死水位確立本工程死水位選擇主要取決于灌溉引水高程，同時還應滿足泥砂要求。引水渠進口位于壩址下游溝后村附近。為無壩自流引水渠，無灌溉要求。本工程按泥砂水平15年計，泥砂量為15.975萬立方米，為延長水庫壽命，汛期利用泄洪道異重流排沙（一次洪水的排沙比為0.2），則淤庫泥沙減少到萬立米，考慮到水庫蓄水后總塌岸量中部分淤入死庫容，最后確定死庫容為21.3萬立米，相應死水位為3241.0米。2.4.5

正常高位的確立水庫庫區(qū)河谷狹窄，河道比降大，庫容條件差，要想獲得庫容必須顯著加大壩高，前己求得興利庫容為萬立方米，考慮塌岸占去的庫容，水庫總庫容僅為330萬立方米，相應正常高水位為3278.0米。總庫容僅為多年平均徑流量的，庫容系數(shù)較小，只能進行年內(nèi)的洪枯徑流分配，本水庫為年調(diào)節(jié)水庫。2.4.6

防洪運原則本工程因水庫庫容很小在洪水期水庫的調(diào)度運用原則是有水就蓄保持庫滿，此時洪水來多少泄多少，用閘門控制，使其不超過正常高水位。設(shè)計洪水位、校核洪水位均與正常高水位一致，即3278.0米。由于水庫庫區(qū)無天然埡口地形修建溢洪道，故只在壩址左岸修建泄洪隧洞。本著節(jié)約投資、縮短工期，便于集中管理的原則，本工程泄洪隧洞兼做導流、引水、排沙、放空水庫之用，進口高程充分照顧各方面的要求，確定為3237米。隧洞按宣泄校核洪水時泄量設(shè)計，自隧洞出口工作閘門前左側(cè)墻上設(shè)一管道。其出口分為灌溉引水管及人畜引水管，可由閘門進行控制。2.4.7

水庫回及淹沒正常高水位時水庫回水長度為公里庫區(qū)屬高山峽谷區(qū)，氣候寒冷，荒無人煙，淹沒區(qū)沒有移民和耕地。表

工程主特性表序號

名稱

單位

數(shù)量

備注11一1

水文流域面積二三1

全流域壩址以上多年平均徑流量代表性流量調(diào)查歷史最大流量設(shè)計洪水（）洪峰流量校核洪（p=0.2%洪峰流量洪量設(shè)計洪水（）洪量校核洪水（）洪量多年平均輸沙量水庫水庫水位校核洪水位設(shè)計洪水位正常洪水位死水位正常高水位時水庫面積回水長度水庫容積總庫容興利庫容死庫容下泄流量及相應下游水位設(shè)計洪水下泄流量相應水位

平方公里平方公里萬立方米立方米/秒立方米/秒立方米/秒萬立方米萬立方米萬噸米米米米萬平方米公里萬立方米萬立方米萬立方米立方米/秒米

663.2197.831285.956.9140.0250.0183.95470.761.38463278.03278.03278.03241.015.71.28330.0252.0921.3140.03214.25

相應正常高水位122四五

校核洪水下泄流量相應下游水位工程效益指標灌溉面積最大引用流量年用水量（）城鎮(zhèn)及工業(yè)用水年用水量泄水建筑物形式洞徑洞長進口高程洞內(nèi)最大流速最大泄量（）消能方式工作閘門檢修閘門工作閘門啟閉機檢修閘門啟閉機

立方米/秒米萬畝立方米/秒萬立方米立方米/秒萬立方米米米米米/秒立方米/秒3.4m×3.4m弧型門3.5m×4.5m平板門液壓式QPPYII型固定卷揚式QPQ型

250.03214.852.51.0585.20.0133.64.3302.03237250

深孔式壓力隧洞水平長度挑流啟閉力噸閉門力噸啟閉力2×63噸六

灌溉引水建筑物形式最大引用流量立方米/秒1.013

閘閥式三、樞紐布置和壩型選擇3.13.1.1

樞紐的置總體的置該壩位于溝后河峽谷口上游處的壩址處河床高程平均河寬，壩頂高程3280m，壩高為69m，修筑于河段較窄處，可見壩軸線短，以及工程量小。泄洪隧洞修筑可在壩址左岸。3.2

壩型的擇壩型選擇應根據(jù)地形、地質(zhì)條件、筑壩材料、施工條件、氣候條件及壩基處理等各種因素進行比較后，經(jīng)過綜合分析充分論證后，選定技術(shù)的上可行、經(jīng)濟上的合理的壩型。3.2.1

地形條因水庫庫區(qū)基巖全部為印支期致密堅硬的閃長巖，兩岸分水岑相對不透水層的最低高程在3360米往上，而且兩岸山體沿河床并不對稱，相對高差較大；此外兩岸斜坡基巖面崩塌現(xiàn)象較為嚴重，抗風化能力弱、透水性大，所以不適合修建拱壩；而且由于無天然埡口及巖基不良則不考慮溢洪道形式。3.2.2

地質(zhì)的件地質(zhì)條件為壩型選擇的重要因素。因為壩址基巖位于地表下相當深的地方，其覆蓋層分布著第四系的全新統(tǒng)堆積物，其覆蓋面積占壩區(qū)70%—80%，河床砂卵石層厚度達12-14米，透水性強，整層結(jié)構(gòu)較疏松，分選性差，所以存在滲透穩(wěn)定問題，若是修建混凝土壩，就要大量開挖并相應增加混凝土方量，并且施工時排水困難，所以修建剛性壩是明顯不利的。土石壩適合于各種地基，因而適合修建土石壩。本設(shè)計我們選擇修建均質(zhì)土石壩。3.2.3

筑壩材14當?shù)夭牧蠎沁x擇壩型主要因素之一。當?shù)夭牧仙峡矗驗楫數(shù)厝鄙僮鲰诺纳笆?，所以不考慮砼壩；因為壩址附近有充足的土料、砂石料，運距較近，開采、交通條件較好，更適宜修建土石壩，能充分利用當?shù)夭牧?，以達到經(jīng)濟的效果，因為砂礫料滲透系數(shù)為5.79×10-2cm/s。3.2.4

施工條目前已完建的均質(zhì)土石壩有很多，而且很多的施工經(jīng)驗可以利用，則優(yōu)先選擇均質(zhì)土石壩。3.2.5

氣候條因為流域所在地區(qū)地勢較高，氣溫多變，年平均氣溫低，約3.4℃，以及晝夜及地形溫差大，和無霜期短，以及年日照時間長，此外大部分地區(qū)寒冷而干燥，常冬無夏，春去秋來，所以純屬大陸性高原氣候。3.2.6

綜合分所以經(jīng)上述比較分析，因而該壩區(qū)宜建粘土均質(zhì)土石壩。四、大壩基本尺寸的擬定土石壩的基本尺寸應包括：壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡、防滲體與排水體的型式與尺寸等等，設(shè)計時應該根據(jù)壩高、壩型、筑壩材料等情況參考已完建工程初步擬定通過滲流和穩(wěn)定分析，進而最終確定安全、經(jīng)濟的剖面尺寸。4.14.1.1

壩頂高正常蓄條件下的壩超高值

正常因為防止庫水漫頂所以壩頂在水庫靜水位以上應有足夠的波浪超高《碾壓時土石壩設(shè)計規(guī)范》（SDJ218-84）規(guī)定其值可以按下式計算：Y=R+e+A（4-1）式中：R----最大波浪在壩坡上的爬高；e----最大風壅水面高度，即風壅水面超出原庫水位高度的最大值；A----安全加高，根據(jù)壩的等級和運用情況，按規(guī)定選用。（1）進而蒲田實驗站公式計算，我們先計算平均爬R，接著再計算設(shè)計爬高152222R，因為當壩坡系數(shù)m＝1.5-5.0，有平均爬R按下式計算：R=

w

hL

（4-1-1）

=0.0018×2g

（4-1-2）L

（4-1-3）公式中：K---與壩坡的糙率和滲透性有關(guān)的系數(shù)，我們設(shè)計采用砌石護面，Δ查教材《水工建筑物》表5-1可以得：K=0.75-0.80,因此取K=0.80ΔK----經(jīng)驗系數(shù)我們根據(jù)風速可知壩前水深w重力加速度g=9.81m/s

2

組成的無維量V/(gH)

0.5

=1.602查教《水工建筑物表得K=1.032wV-----風速，我們根據(jù)資料知道×V=1.5×25.25=37.875m/s多K----折減系數(shù)，我們?nèi)★L向與壩軸線垂直的夾角00，我們則查教材β《水工建筑物》表5-4可知：K=1βm-----壩坡系數(shù)，我們初擬取h-----平均坡高，算的h×

37.8759.81

0.45

0.5718mL平均波長，我們算得L=25h=25×0.5718=14.295m所以：=

1.03213.0

14.295=0.7464m我們把設(shè)計爬高值的累積概率P等級而定，我們查的對于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級土石壩取P=1%的爬高值R，因為土壩等級屬于Ⅲ級，P=1%。根h=0.5718m，H=67m，1%可/H=0.5718/67=0.00853，我們查教材《水工建筑物》表5-3：因而：R=2.23×R=2.23×0.7464=1.664m（2）接著計算風壅水面高度e=

K2H

COSβ

（4-1-4）式中：K----平均摩阻系數(shù)，其值變化在1.5-5.0）×10

-6

之間，我們?nèi)　?0-616H----平均水深，由壩前水深為，我們算得H=67/2=33.5因而：e＝

2

820

×1=0.006m（3）計算正常蓄水條件下的安全加高我們查教材《水工建筑物》表取A=0.7m。我們可得正常蓄水條件下壩頂超高：

正常

=R+e+A=1.664m+0.006m+0.7m=2.37m4.1.2

計算非常運用條件的壩頂高值Y

非常（1）R-----波浪爬高，我們按蒲田實驗站公式計算。V=V＝25.25m/s多h=0.0018×

9.81820

0.45

＝0.3661mh=9.1525mR=

0.801.00241

0.36619.15250.3661我們按P＝1%，＝＝0.0055，＝2.23H67所以：R＝2.23×0.4642=1.035m（2）我們計算風壅水面高度e＝

9.81

820

＝0.003m（3）計算非正常運用條件下的安全超高我們查教材《水工建筑物》表取A=0.5m。所以非正常運用情況下壩頂超高為：

非常=

R+e+A=1.035m+0.003m+0.5m=1.538m4.1.3

計算地情況下壩頂高值Y

地震我們知道Y

＝地震海浪加高（h）+地震附加沉陷值（s）+安全加高（A）地震式中：h----地震海浪加高，取為s----地震附加沉陷值，因為本區(qū)屬度地震區(qū)則取為壩高的，則取為0.71mA----安全加高，我們查教材《水工建筑物》表取A=0.5m17最后地震情況下壩頂超高為：

=R+e+A=1.0m+0.71m+0.5m=2.21m地震4.1.4

壩頂高及壩高計算我們知道由于校核洪水位、設(shè)計洪水位與正常洪水位三者相同，即3278m我們把壩頂高程應分別按以下三種情況計算，從而從中取最大值：壩頂高程＝max

yyy

正常非常地震

＝3280.4m因為考慮上游壩段設(shè)置1.2m高的防浪墻，所以用防浪墻頂部高程代替壩頂高程，因此壩頂高程為3280.4m-1.2m=3279.2m，此外考慮到防滲體與壩面間的厚度應大于最大凍土厚度，我們?nèi)雾敻叱?280m所以壩高為H=3280m-3211m=69m。我們考慮壩體沉降，按壩高的應為預留沉陷值，所以施工高程為：3280m+69m×1%＝。4.2

壩頂?shù)亩葔雾數(shù)膶挾热Q于施工、交通、構(gòu)造、運行、抗震、防汛等要求。比如壩頂設(shè)置公路或者鐵路時，我們應按交通要求確定，因而無特殊要求時高壩最小頂寬為10-15m中低壩為5-10m此外心墻或斜墻壩還需要滿足其墻頂和兩側(cè)反濾層的布置要求。并且在寒冷地區(qū)還應使心墻或斜墻至壩面的最小距離大與當?shù)貎鐾翆雍穸?，從未以免防滲體凍融破壞。我們查《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL274-2001可知，在無特殊要求時，高壩最高寬度為米，中、低壩為5-10。本壩高為69米，屬中壩而且無特殊要求，因而確定壩頂寬度為8m。4.34.3.1

上、下的壩坡及平（馬道壩坡土石壩邊坡的大小應該取決于壩型、壩高、筑壩材料、荷載、壩基性質(zhì)等因素，而且直接影響到壩體的穩(wěn)定和工程量的大小。我們的邊坡選擇一般從以下幾方面考慮：我們從數(shù)據(jù)了解由于土石料在飽和狀態(tài)下抗剪強度低且水位下降時滲流力指向上游，對上游壩坡穩(wěn)定很不理，即土料相同時上游壩坡應該比下游壩坡緩；從壩型上看，我們知道上游壩坡較下游壩坡緩；18（3）從荷載情況看我們知道為適應越向底部逐漸增加的特征，壩坡上陡下緩故均質(zhì)土石壩上、下游坡做成變坡的，并且由上至下逐漸放緩，我們每隔10m-30m變坡，相鄰坡比差為，如果壩基軟弱時，最末一級壩坡應該宜緩些有利于穩(wěn)定；本設(shè)計我們參考已完建工程可以初擬上游壩坡由上而下為13.013.25、1：3.5；下游壩坡由上而下為：1：2.75、1：、1：3.25。4.3.2

平臺（道）在上游與下游變坡處設(shè)平臺（馬道），用以攔截并排除雨水，防止很嚴重沖刷壩面，此外兼做交通、檢修、觀測之用，并且同時有利于壩坡穩(wěn)定，和下游平臺設(shè)集水溝。我們設(shè)計平臺寬2.0m。4.44.5

防滲體排水設(shè)我們?yōu)榭刂坪鸵龑B流安全地排出地外，降低壩體浸潤線及孔隙壓力，以及增加壩坡穩(wěn)定，和保護下游壩坡免受凍漲破壞，我們設(shè)計采用棱體排水，棱體頂高3215.85m，頂寬要求應不小于1.0m，我們設(shè)計1.5m，棱體內(nèi)坡取1：1.5，外坡為1：2.0.4.6

地基處均質(zhì)土石壩對地基的要求比混凝土壩低，但是從解決地基滲水、承載能力小、壓縮性大、抗剪強度低及振動液化等問題方面我們需對地基采取不同的處理措施。我們壩基為花崗閃長巖，而且基巖表層弱風化帶裂隙發(fā)育，此外有不同程度的透水性。左岸嚴重透水層厚，右岸嚴重透水層10-40m，此外相對不透水層埋深50米左右。而且基巖上分布著砂卵石，大概層12-14米，因而存在滲透穩(wěn)定問題，整層結(jié)構(gòu)疏松、分選性差，應做壩基防滲處理。19五土石的滲流析與計5.1土石壩流分析5.1.1滲流分析(1)土石壩滲流分析任務(wù)：需要確定壩體浸潤線和下游逸出點的位置，可以為壩體穩(wěn)定計算和排水體選擇提供依據(jù)；我們通過計算壩體與壩基的滲流量，以估算水庫滲漏損失和確定排水體尺寸；我們通過計算壩體與壩基滲流逸出處的滲透坡降，以驗算其滲透穩(wěn)定性。(2)滲流分析的方法土石壩滲流分析的方法有公式計算法（流體力學法，水力學法，有限單元法）、流網(wǎng)法和電模擬法。我們的均質(zhì)土石壩設(shè)計采用水力學法。根據(jù)水力學法的基本假定：①壩體土料為均質(zhì)，壩體內(nèi)任一點的各方向上的滲透系數(shù)K相同，且為常數(shù)；②滲流為二元穩(wěn)定層流，滲流運動符合達西定律：為滲透流速，為滲透系數(shù)，J為滲透坡降)；③滲流為漸變流，任意過斷面上各點的坡降和流速相同。5.1.2滲流分析工況我們進行滲流計算時，需要考慮水庫運行中出現(xiàn)的不利條件，一般需計算下列幾種工況：上游正常蓄水位與下游相應最低水位，這時壩內(nèi)滲流的坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形；上游設(shè)計洪水位與下游相應最高水位，這時壩內(nèi)浸潤線高，滲流量大；(3)上游校核洪水位與下游相應最高水位，這時壩內(nèi)浸潤線最高，滲流量最大；(4)庫水降落時，對上游壩坡穩(wěn)定最為不利，這時應確定其浸潤線，為穩(wěn)定計算提供依據(jù)。205.2滲流的算5.2.1滲流計算的工況滲流計算的基本工況如下：土石壩上游校核洪水位，下游相應水位3214.85m，此時壩內(nèi)浸潤線最高，滲流量最大；土石壩上游設(shè)計洪水位，下游相應水位3214.85m，因水位一樣，此工況同a；土石壩上游正常蓄水位下游相應最低水位3214.25m，此時壩內(nèi)滲流的坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形；當庫水降落時對壩坡不穩(wěn)定，須進行滲流計算。設(shè)計洪水位、正常蓄水位、校核洪水位相同，為。（1）下無2111（2下有5.2.2滲流的計算a、上游校核洪水位，下游相應水位3214.85m的滲流計算：我們進行分段：根據(jù)壩軸線地質(zhì)剖面圖地形、地質(zhì)的情況，沿壩軸線分可以四個剖面進行計算，。自左段至右段分別為0，0+45.75m，0+71.5m，0+155.75m，0+221.75m共五段。我根據(jù)流體力學原理和電模擬試驗結(jié)果，浸沒于水面以下的上游楔形體可用高為H，寬的等效矩形來代替，二者消耗同樣大小的水頭和滲過相同流量，可由下式確定：

值我們

m3.2511m1

(5-1)公式中：——上游壩坡的坡率，變坡時可以取平均坡率?！嫌蔚乃徊顗尉匦螡B流區(qū)域段起始斷面x=0面水深H，末段面BB,滲水深

0

2

，二面間滲徑長L，于是寬滲流量為：q

21

aH)02L

2

(5-2)'(32803278)(32803262)3240)3.00147.142922公式中：a—滲流溢出點至下游的水面高差0k——滲透系數(shù)為,k=

1.0

sH

——下游的水位差為0下楔形體的滲流量應為水面以上和水面以下二部分的計算，因為下游差為，故通過楔形體的單寬滲流量為：0.5

2

(5-3）將式（）（5-3聯(lián)立，可求得

0

公式中：

——下游壩坡的坡率，變坡時取平均的坡率=1462870通過土石壩體的單寬滲流量為q=

浸潤線的方程：y1

2k

x1444x

(5-4)在0~L定系列的X值求相應y值列于表5-1表中將xy值繪制于斷面圖5-1上并連成曲線，即為土石壩體浸潤線。表

27.8436

x(m)

y(m)

對不透水層的地基上的均質(zhì)壩斷面（進行滲流的計算，

斷面計算簡圖所示。H3278.03211.5H3.352311m3.25H1m13.251

66.5173.0(32803236)2.753.25

——焦點D處的滲流深L)'1

(66.53.35)

（5-5）土石壩壩體單寬滲流量為：

H2H)10'

21.0

66.5

2

(3.35

2

（5-6）9.3001

m

3

浸潤線的方程：L

y22020

（）L'h90在0~230.1917之假定一系列X值求得相應的值，列于表中，將表中，y值繪制于斷面圖5-2上并連成曲線，即為壩體浸潤線。表5-2X(m)010203040

5060Y(m)(m)(m)(m)(m)

63.150161.788660.396558.971557.511256.012954.473370809010011012013052.889051.255749.568747.822146.009344.122142.150414015016017018019020040.081937.900735.586133.109930.433027.496824.206924X(m)

210

220230

230.191Y(m)

720.393015.67738.69948.5099(3)對有限深透水地基上均質(zhì)斷面（0+155.75m）進行滲流計算，斷面計算簡圖所示。

2KK

KK

式中：2mH10.12;TmmH1;mH20.44T1——透水地基的滲透系數(shù)，透水地基的厚度K

取14m,夜。K取平均值T

57.7米/晝夜57.7

13600

s

。H3278.03211.0mH3214.853.852

1

20.440.122514

2

1

29.03

3.2522.3L3262)(32623236)(32363216.5)3.25我們通過斷面間滲流量為：251111qK

11T2(

我們通過1-1和2-2面間的滲流量為：

H(HTK2LLFMH

(5-10)—截水槽的平均厚度取立式(和式(可以求得6.3251m

23m我們通過下游壩體和壩基的單寬滲流量為：q4.1796

s壩內(nèi)浸潤線的方程：q

(y)

2

)2x

2(4)我們對不透水地基上均質(zhì)斷面（0+221.75m）進行滲流計算，H3278.03250.028mm3.251H1m11

28.1L3278)3.00(32802.75(3262113.6333q

212L'Ka00.5

2我們聯(lián)立兩式a10.40620可以通過下游壩體的單寬滲流量：qs得出浸潤線方程：2qy7845.944在0~113.6333之間假定一系列的值，求得相應的y值，列于表中，將表中的x，y值制于斷面圖上并連成曲線，即為壩體浸潤。表26123123X(m)

0

15

30607590Y(m)X(m)

28105

15.7742Y(m)

(5)總滲流量的計算總滲流量計算時候，需要根據(jù)地形和地基的分布情況，將壩體沿壩軸線分成若干曲邊壩段。Qllql11122344145.75(4.1796)2(9.3001

39.0133)(155.7571.5)

)2.9732(257.53公式中l(wèi),lll——各壩段的長度，m123q,q,q——各壩段的交界處的壩體單寬滲流量s134(6)進行校核①滲漏量數(shù)據(jù)：大壩在校核洪水位庫容470.763滿足防滲要求。d

。而每日滲漏量僅②滲透穩(wěn)定的計算：對于粘性土，在滲流溢出處，當滲流自下而上作用時，產(chǎn)生流土的臨界條件是那里的有效應力等于零，即單位土體的滲流力W與其土料的浮容)相等，由之可以得到流土臨界坡降J為：BB

)

（）式中G——土粒的比重，

G

,

為土粒的容重

——水的容重，N3——土體的孔隙率27K1K1J(2.72B流土允許坡降為：J[J]=B=0.7912公式中的K為安全系數(shù)，對于土石壩粘性土可取。滲透溢出點實際坡降為：h3.85J2L

4.1

<[滿足設(shè)計的要求K土石壩上游設(shè)計洪水位下游相應水位3214.85m，此工況同a.土石壩上游正常蓄水位3278.00m,下游相應最低水位滲流計算。分段情況同a.對土石壩不透水地基上心墻壩斷面（）進行滲流計算，此計算工況同a工況1。對土石壩不透水層地基上的心墻壩斷行滲流計算，0+71.5m斷面計算簡圖所表示。H3278.0mH3214.253211.5m

m

H28.817mH28.81671m1L'3.003236)3.003.25'0

2

)1

2

2

(66.5

2

8.5174壩體的單寬滲流量為：q

2H)122L'

228=

66.5

2

8.5174)

2

3

(3).對于土石壩有限深透水地上均質(zhì)壩斷0+155.75m行滲流計算0+155.75m斷面計算簡圖所示。

2KK

KK

式中：2mH10.12;TmmH1;mH20.44T1——透水地基的滲透系數(shù)，透水地基的厚度Km：河床沙卵石層平均厚度是。

透水性強，滲透系數(shù)是每晝夜K

T

的平均值

57.7米/晝夜57.7

13600

。sH3278.03211.0mH3214.253.252

1

20.440.122514

2

1

29.03

3.259L(32803278)2.753236)3.003214.85)通過土石壩1-1斷面間的滲流量為：291212q

H22H12

通過1-1和2-2面間的滲流量為：

2H(HTK2LLFMH

(5-10)—截水槽的平均厚度

23m我們?nèi)×⑹?和式可求得h:4.3561m我們通過土石壩下游壩體和壩基的單寬滲流量為：q

s可知壩內(nèi)的浸潤線方程：q

(y))2x

2對不透水地基上均質(zhì)壩斷面（）進行流的計算，此計算工況a況4總滲流量的計算：Qllql1112234445.75(4.1796))71.5)(39.4255)](221.75155.75)(255.75221.75)0.3280d(6)滲流的校核①滲漏量：大壩在校核洪水位庫容為m滿足防滲要求。

。而每日滲漏量卻僅為②分析滲透穩(wěn)定：對粘性土，在滲流溢出處，當土石壩滲流自下而上作用的時候，產(chǎn)生流土的臨界條件是那里的有效應力會等于零，即土石壩單位土體的滲流W

和其土料的浮容

B

(G)等由此可得流土的臨界坡降應B該為：JB

BG)

（）30KK式中G——土粒的比重，

G

,

為土粒的容重

——水的容重，Nm——土體的孔隙率

J(2.72B流土的允許坡降為：J1.18680.79121.5公式中的K為安全系數(shù)，對粘性土可取。滲透溢出點的實際坡降計算為：h3.85J2L4.1J滿足要求

六、大壩穩(wěn)定分析6.1

穩(wěn)定分的目的31土石壩由于其體積大、壩體重，不可能產(chǎn)生水平的滑動，所以其失穩(wěn)形式主要是壩坡滑動或壩坡與壩基一起滑動。我們對土石壩進行穩(wěn)定分析的目的，就是核算土石壩在自重、各種情況的孔隙壓力和外荷載作用下，壩坡是否經(jīng)濟穩(wěn)定。6.2

荷載作用在土石壩上的荷載主要可以分為以下幾種：6.2.1

土體的重我們對壩體浸潤線以上的部分按濕容重計，而浸潤線以下于壩體外水位之間的部分按飽和容重計，此外壩體水位以下部分按浮容重計。6.2.2

孔隙壓我們設(shè)計的為粘性壩坡，由于孔隙中的水或空氣不易排出，所以當孔隙為水或氣飽和且受壓時，上部傳來的荷載將有孔隙水，氣和土粒骨架共同來承擔，我們知道土粒骨架承擔的應力稱為有效應力σ，孔隙水、氣承擔的應力稱孔隙壓力，二者之和為總應σ，孔隙力是一種張力，各向是相等的，其數(shù)值與土料性質(zhì)，填土含水量，受荷載與排水條件，運用工況有關(guān)，并隨時間而變化，隨荷載增加而變大，又隨孔隙水的排出而流散，精確計算較復雜，所以目前多為近似計算，由于我們的設(shè)計壩殼材料多為砂礫料，屬于無粘性土，故不計孔隙壓力。6.2.3

地震力我們設(shè)計的工程所在地區(qū)基本烈度為6度。所以根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》(SL203-97)中規(guī)定：“設(shè)計烈度在6度以下時，除對重要工程采取適當?shù)目拐鸾Y(jié)構(gòu)和工程措施外，可不作抗震設(shè)計?！贝送獗舅畮鞛樾?）型四等工程，主要建筑物為三級，所以可忽略地震力。6.2.4

滲流力可以由流網(wǎng)法求的，本設(shè)計不予考慮。6.3

穩(wěn)定分方法本設(shè)計我們將采用圓弧法，其基本原理為假定滑動面為一圓柱面。即將滑動面內(nèi)的土體看作剛體，失穩(wěn)時該土體繞圓弧的中心進行旋轉(zhuǎn)，沿著壩軸線方向取單寬壩段按平面問題進行分析。計算時將滑動面以上的土體分成若干鉛直土條，我們求出各土條對圓弧中心的抗滑力矩之和以及滑動力矩之和。二者之比為該滑弧抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K。C32圓弧法可以分兩種：畢肖普法和瑞典圓弧法，本設(shè)計我們采用瑞典圓弧法。6.4

穩(wěn)定計我們對最危險滑弧圓心范圍的確定如圖MMM123

由壩坡坡度而得ββ來定12同時在壩坡中部上方的位置，壩頂中點鉛垂線與法線之間半徑為范圍內(nèi)L是壩坡在水平面上的投影長度。我們知道土料的凝聚性愈強，相應的滑動面愈深；無粘性土的滑動面則較淺。本設(shè)計選取滑動面與下游壩腳附近相交。計算公式K

C'iiiiWsinii

tani

i式中：i----土條的編號W----土條的重量b-----土條的厚度α-------土條延滑裂面的夾角c

,

--------有抗剪強度的計算計算簡圖33附表附表34附表附表35附表附表36七、壩體基本構(gòu)造與土石料的結(jié)構(gòu)布置土石壩的構(gòu)造主要包括有壩頂、防滲體、護坡和排水設(shè)施等部分。7.1

壩頂壩頂寬度取決在于施工、運行、構(gòu)造、抗震、人防及其它專門要求。本設(shè)計因壩頂寬度為8米，為了滿維修和防汛要求，以及防止防滲體干裂和地下水沖蝕，并且適應壩頂變形和便于發(fā)現(xiàn)壩體裂縫，壩頂可以做柔性護面。護面可以采用碎石黃泥灌漿，其下可以設(shè)碎石墊層。為了排除雨水，壩頂可以做成向下游側(cè)傾斜坡比為的斜坡。坡面末端可以設(shè)排水溝，以匯集壩頂?shù)姆e水，排水溝斷面尺寸我們設(shè)為×0.2m。在壩頂上游側(cè)可以做穩(wěn)定、堅固和不透水的防浪墻，我們把其基礎(chǔ)牢固地埋入壩內(nèi)并與防滲體緊密的結(jié)合,以防接縫處的漏水，墻底與防滲體的頂部接觸徑長度La應該滿足＞（即0.8m+1.5m+2.5m=4.8m2.5m×防浪墻可以采用漿砌石。墻頂可以高出壩頂1.2m，高程設(shè)計為3281.2m，墻厚設(shè)計為0.5m，墻內(nèi)設(shè)計伸縮縫，間距10米，縫內(nèi)設(shè)計止水。壩頂下游側(cè)設(shè)計邊石，我們采用漿砌石修筑，厚度米，頂部高出路面0.2m，我們把邊石內(nèi)每隔排水孔，可以將壩頂排水溝內(nèi)匯集的雨水經(jīng)壩面排水溝排至下游。7.27.2.1

防滲壩體的滲墻頂高程為3278.3，部礫保層，們計其厚度（3280m-3278.3m=1.7m我們看任務(wù)書知道大于多年平均冰凍厚。墻頂厚度我們設(shè)計為3m，可以自頂向下逐漸加厚，兩側(cè)邊坡設(shè)計1∶0.2，心墻底部厚度設(shè)計為31.92m我們在深入砂卵石下5m可以與截水槽相連為整體與壩底相對不透水層相接，兩側(cè)需要設(shè)0.4m厚的粗砂為過濾層。7.2.2

壩基的滲壩基防滲我們采用粘土截水槽其上部厚度與心墻底部厚度相同為米，下部厚度我們?nèi)?4m＞H/5=13.4m槽底我們開4m0.5m的控齒槽開挖邊坡我們設(shè)計為1：1，兩側(cè)可以設(shè)0.4m厚的粗砂層。7.37.3.1

護坡設(shè)計上護坡37土石壩上游面我們?yōu)榉乐共ɡ颂运?、冰層和漂浮物的損害、順壩水流的沖刷等對壩坡的危害，必須設(shè)置護坡。上游護坡形式主要有：拋石、干砌石、漿砌石、砼或鋼筋砼、瀝青砼以及水泥土等等。本設(shè)計上游壩我們設(shè)厚0.5m干砌石護坡，下設(shè)計碎石墊層度坡范圍我們設(shè)計上至壩頂下至二級馬道及變坡以下。7.3.2

設(shè)計下護坡下游護坡主要為了防止被水沖蝕和人為破壞。本設(shè)計下游護坡也可以采用干砌石，厚度可以0.3m石下我們設(shè)厚度為0.2m的碎石墊層，我們把護坡范圍上至壩頂下至排水棱體。7.47.4.1

排水體壩坡的水我們在下游壩坡設(shè)縱橫連通的排水溝，沿壩與岸坡的結(jié)合處的地方，我們也設(shè)置排水溝。我們把壩面上的縱向排水溝沿馬道內(nèi)側(cè)布置，沿壩軸線方向每隔80m設(shè)計一條橫向排水溝。7.4.2

壩體的水土石壩下游應有設(shè)計排水設(shè)施，其目的是為了：防止?jié)B流逸出處的滲透變形，降低浸潤線及孔隙水壓力，改變滲流方向增加壩體的穩(wěn)定，保護壩坡土，以防凍脹破壞。排水設(shè)備主要有貼坡排水、棱體排水、褥墊排水及綜合式排水幾種形式。本設(shè)計我們采用堆石棱體排水，棱體頂高程為3215.82米，高出下游水位1，頂寬1.5米，棱體內(nèi)坡我們設(shè)為1：1.5，外坡為12.0。7.57.5.1

壩體與基、岸坡的接與壩基連接筑壩前我們將壩基范圍內(nèi)的表層腐植土、稀泥、草皮、亂石等清除，清基厚度我們設(shè)計為0.3-1m，可以確保壩體與基礎(chǔ)新鮮基面結(jié)合。根據(jù)已知地質(zhì)的條件，河床砂卵石層厚度12-14m，需處理。本設(shè)計我們開挖深槽直達基巖，防滲體與基巖連接的時候，對巖基進行開挖并可以設(shè)置4m×的齒槽，我們在巖面噴一層砂漿之后逐層回填粘土。7.5.2

與兩岸連接我們需要清除壩斷面范圍內(nèi)地基與岸坡上的草皮根含有植物的表土、亂石、垃圾及其他廢料，并將清理后的地基表面的土層壓實；壩斷面范圍內(nèi)的低強度高壓縮性軟土及地震時易于液化的土層，我們需38要進行清除或處理；防滲體我們必須把它座落在相對不透水的土基上否則的