畢業(yè)設(shè)計(jì)論文積石峽水電站樞紐布置及混凝土重力壩設(shè)計(jì)x

積石峽水電站樞紐布置及混凝土重力壩設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)題目來源于黃河上游干流龍青段梯級規(guī)劃的第五個(gè)水電站。樞紐由攔河大壩,泄洪建筑,水電站，發(fā)電站廠房等建筑物組成。主要任務(wù)就是蓄水發(fā)電。積石峽水利工程是Ⅱ等大（2）型，大壩是1級建筑物，泄水建筑物、引水發(fā)電及廠房均是2級建筑物。課題屬于工程設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：1．在給定的地質(zhì)及水文氣象等資料的條件下分析壩址并結(jié)合壩址地形進(jìn)行樞紐的布置，利用單輔助線半圖解法來進(jìn)行調(diào)洪演算，根據(jù)以上分析就可以確定出各個(gè)特征水位與泄水建筑物的布置和尺寸。2.進(jìn)行大壩建筑物的設(shè)計(jì)。非溢流壩段的設(shè)計(jì)，溢流壩段的設(shè)計(jì)和底孔壩段的設(shè)計(jì)。非溢流壩段設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是壩基面的確定，壩頂高程的確定和壩頂?shù)膶挾?。溢流壩段的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是堰頂高程的確定，溢流面水面線確定、消能防沖的設(shè)計(jì)、溢流壩段閘門尺寸選擇。3.排沙底孔的設(shè)計(jì)。選擇底孔的形式，確定底孔高程以及進(jìn)口橢圓曲線。4.在電力行業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)上用材料力學(xué)法進(jìn)行1800m高程面在正常蓄水位以及地震情況下的穩(wěn)定分析以及應(yīng)力計(jì)算。5.進(jìn)行壩頂防浪墻，廊道系統(tǒng)，排水系統(tǒng)等構(gòu)造設(shè)計(jì)和地基處理的設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)是對我四年大學(xué)學(xué)習(xí)的一次綜合性考核，也是一次綜合了工程實(shí)際，系統(tǒng)的有機(jī)的解決了工程實(shí)際問題中的實(shí)踐性的教學(xué)。通過這次設(shè)計(jì)我已經(jīng)基本掌握了設(shè)計(jì)水利樞紐工程的內(nèi)容。通過這次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)，使我對大學(xué)四年學(xué)習(xí)的專業(yè)知識有了更多的了解，并且提高了我解決實(shí)際工程的能力以及動手的能力，為以后的工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵字:混凝土重力壩飛溢流壩溢流壩底孔穩(wěn)定及應(yīng)力分析壩基處理DesignofstationlayoutandtheconcretegravitydamofJishixiaHydropowerABSTRACTThisdesignsourcesoffifthhydropowerintheYellowRiverupstreamhydropowerplanningstationlongQingperiod.ThehubThemaincontentsofthedesignare:1.Undertheconditionsofgivengeologicalandhydrologicalandmeteorologicaldataanalysisofdamsiteandbindingsiteterrainhublayout,andthenusetheauxiliaryduallinesemigraphicmethodtoadjusttheroutingaccordingtotheaboveanalysistodeterminethelayoutandsizeofeachcharacteristicwaterlevelanddischargestructures.2.thedesignofdambuilding.Thedesignofnonoverflowdam,spillwaydesignandthedesignofthedamsection.Themaincontentofthenonoverflowdamdesignistodeterminethedamfoundation,anddeterminethewidthofthecrestcrestelevation.Overflowsection,themaincontentsofdesignisthedeterminationoftopelevationoftheweiroverflowofwatersurfaceline,energydissipationanderosioncontroldesign,thespillwaysegmentgatesizeselection.3.thedesignofthebottomoutlet.Selectthebottomform,determinethebottomelevationandtheimportofellipticcurve.4.thestabilityanalysisandstresscalculationofthe1800mheightsurfaceundernormalwaterlevelandearthquakeconditionbyusingmaterialmechanicsmethodbasedontheelectricpowerindustrystandard..5.wavewall,corridorsystem,drainagesystemandotherstructuraldesignandfoundationtreatmentdesign.Thisdesignisacomprehensiveassessmentformyfouryearsofuniversitystudies,butalsoapracticalteachingofengineeringpracticeforthepracticalproblemsofthesystem..ThroughthisdesignIhavemasteredthecontentoftheprojectofthedesignofwaterconservancyproject..Throughthisgraduationthesisdesign,soIhavemoreunderstandingoffouryearsofuniversitystudyspecializedknowledge,andimprovetheIsolvepracticalengineeringabilityandhands-onability,accumulatedawealthofexperienceforfuturework.KEYWORDS:concretegravitydamspillwaydamunderportflyingstabilityandstressanalysisofdamfoundationtreatment目錄第1章工程概述 11.1工程概況 11.2工程特性表 1第2章水文 32.1流域概況 32.2氣象 32.3水文基本資料 32.4徑流 42.4.1徑流系列插補(bǔ)延長 42.4.2年徑流頻率計(jì)算 42.5洪水 52.5.1洪水特性及成因 52.5.2循化水文站天然設(shè)計(jì)洪水 52.5.3區(qū)間洪水 62.5.4受上游水庫調(diào)蓄后的積石峽水庫頻率洪水 72.5.5入庫設(shè)計(jì)洪水過程線 72.5.6施工導(dǎo)流及渡汛流量 72.6泥沙 82.6.1入庫懸移質(zhì)泥沙及特性 82.6.2入庫推移質(zhì)泥沙 9第3章調(diào)洪演算 93.1調(diào)洪計(jì)算的目的 93.2調(diào)洪計(jì)算的原理 93.3調(diào)洪計(jì)算的過程 103.3.1設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算 133.3.2校核洪水位計(jì)算 16第3章工程地質(zhì) 193.1區(qū)域地質(zhì)概況 193.1.1地層巖性 193.1.2地質(zhì)構(gòu)造和地震 193.2庫區(qū)工程地質(zhì)條件 203.2.1庫區(qū)地質(zhì)概況 203.2.2水庫滲漏及固體徑流 203.2.3水庫誘發(fā)地震 203.2.4水庫主要工程地質(zhì)問題 203.3壩址區(qū)工程地質(zhì)條件 213.3.1地形條件 213.3.2地層巖性 213.3.3地質(zhì)構(gòu)造 223.3.4水文地質(zhì) 223.3.5巖體風(fēng)化卸荷特征 223.3.6壩址區(qū)巖體質(zhì)量分類及物理力學(xué)性質(zhì) 22第4章樞紐布置 234.1壩址選擇 234.2壩型選擇 234.3樞紐布置 23第5章樞紐建筑物專題設(shè)計(jì) 24壩頂高程的確定 245.2壩基高程的確定 265.3初擬壩體剖面 275.4溢流壩段設(shè)計(jì) 28溢流壩面體型設(shè)計(jì) 285.5消能防沖計(jì)算 31閘門與閘墩 325.7溢流壩面水面線計(jì)算 335.8泄洪排沙底孔設(shè)計(jì) 37第6章非溢流壩段抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算 396.1壩基面上的計(jì)算 406.1.1荷載計(jì)算 406.1.2荷載組合 456.1.3壩基面穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算 466.2高程為1800m處截面上的計(jì)算 516.2.1荷載計(jì)算 516.2.2荷載組合 556.2.31800高程面穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算 55第7章構(gòu)造設(shè)計(jì) 587.1壩頂構(gòu)造 587.2廊道系統(tǒng) 597.2.1壩基灌漿廊道 597.2.2檢查和壩體排水廊道 597.3防滲與排水系統(tǒng) 607.4橫縫構(gòu)造 607.5壩體材料分區(qū) 61第8章地基處理 628.1壩基開挖及處理 628.2帷幕灌漿與固結(jié)灌漿 628.2.1壩基固結(jié)灌漿 628.2.2壩基的帷幕灌漿 638.3壩基排水 638.4斷層、軟基夾層處理 63參考文獻(xiàn)： 66第1章工程概述1.1工程概況積石峽水電站位于青海省循化縣境內(nèi)積石峽出口處，是黃河上游干流的龍～青段梯級規(guī)劃的第五個(gè)大型梯級電站，距循化縣城區(qū)30km處，距西寧市區(qū)206㎞，距民和縣城100㎞。積石峽水電站主要任務(wù)是發(fā)電。該工程水庫為日調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位1856m，工程規(guī)模為Ⅱ等大（2）型，大壩為1級建筑物，泄水建筑物、引水發(fā)電及廠房均為2級建筑物。大壩、泄水、引水發(fā)電建筑物按照500年一遇洪水設(shè)計(jì)，5000年一遇洪水校核的，其入庫洪峰流量分別為5850m3/s和7550m3/s。廠房按200年一遇洪水設(shè)計(jì)，考慮機(jī)組參與泄洪，廠房也按5000年一遇洪水校核，泄水建筑物的消能防沖按50年一遇設(shè)計(jì)。積石峽水電站施工采用全年圍堰擋水、隧洞導(dǎo)流、基坑全年施工的導(dǎo)流方式。1.2工程特性表工程名稱積石峽水利樞紐工程建設(shè)地點(diǎn)青海省循化縣境內(nèi)積石峽出口處所在河流黃河上游干流Ⅰ．水文特征壩頂軸線全長345.25m流域面積146749km2地震烈度7度設(shè)計(jì)洪峰流量％)5850m3/s二.泄洪建筑物校核洪峰流量％)7550m3/s1.溢流壩Ⅱ．水庫特征堰頂高程1849m正常蓄水位1856m每孔凈寬12m設(shè)計(jì)洪水位(P=1％)1854.3m孔數(shù)5個(gè)校核洪水位％)1859m最大泄量(設(shè)計(jì))7425m3/s死水位1852m消能方式挑流消能最大庫容以下)26910萬m32.底孔死庫容(1852m以下)19340萬m3孔口尺寸5m×6mⅢ.主要建筑物進(jìn)口底部高程1780m一.大壩孔數(shù)3個(gè)壩型溢流重力壩最大泄量(設(shè)計(jì))3/s壩頂高程1860.08m3.閘門及啟閉型式壩基面高程1758m底孔工作門弧形、油壓啟閉機(jī)最大壩高102.08m事故檢修門平板門、卷揚(yáng)式啟閉機(jī)表1-1積石峽水利樞紐工程特性第2章水文2.1流域概況偉大的黃河發(fā)源于青海巴顏喀拉山北麓各恣各雅山，經(jīng)過青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南、山東等九個(gè)省區(qū)，在山東省懇利、利津兩縣之間流入渤海，全長5464km，流域面積752443km2。積石峽水電站壩址位于積石峽峽谷出口處，距河源1938km。壩址以上流域面積146749km2，占全流域面積的19.5%，而水量站全流域水量38.8%。積石峽壩址的上游有已建有龍羊峽、拉西瓦、李家峽和公伯峽等水電站，首先龍羊峽水庫是一個(gè)擁有多年調(diào)節(jié)性能的巨大型水庫，總庫容達(dá)到了275×108m3。龍羊峽水電站和下游的劉家峽水庫聯(lián)合一起調(diào)度運(yùn)用，使積石峽徑流年內(nèi)分配數(shù)量趨于均勻，提高了積石峽的最大發(fā)電效益，同時(shí)大大的削減積了積石峽的入庫洪水，很好的減小了積石峽水庫的設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位。2.2氣象在壩址區(qū)各氣象要素均是以上游30km處的循化氣象站作為設(shè)計(jì)代表站，在壩址附近和以上的流域氣候干燥，雨量較少，是高原半干旱型氣候。多年最高氣溫達(dá)到了℃，多年最低氣溫低到了℃，多年平均最高氣溫是℃，多年平均最低氣溫是℃，多年平均氣溫是8.7℃。多年各月最大風(fēng)速是24m/s，最大風(fēng)速是32m/s，多年各月最多風(fēng)向是ESE，多年各月平均風(fēng)速是。多年平均年降雨量是，多年平均年蒸發(fā)量是。2.3水文基本資料在黃河的上游干流安寧渡以上面有黃河沿、吉邁、瑪曲、康乃亥、貴德、上詮、蘭州、安寧度等各個(gè)水文站。上述的水文站均是國家的基本測站，觀測的系列較長，資料精度也較高，資料整編很規(guī)范。其中蘭州站觀測的年限最長，開始于1934年。循化水文站位于積石峽壩址的上游約30km，控制流域面積達(dá)到了145459km2，與積石峽以上流域的面積相差只有0.9%。循化水文站測量斷面的上下河流基本是順直、水流流態(tài)較為順暢，1945年開始建站觀測至今。2.4徑流2.4.1徑流系列插補(bǔ)延長這次的工程是以循化水文站作為設(shè)計(jì)的代表站。該站自從1945年10月至今有實(shí)測的水文資料，其中實(shí)測最大月的平均流量是3530m3/s，這次發(fā)生在1981年的9月，歷年實(shí)測的最小月平均流量是157m3/s，發(fā)生在1960年的1月。設(shè)計(jì)的徑流系列采用的是1919~2000年共81年的資料，其中1來自919~1945、1949年年、月徑流的是通過循化和蘭州站月徑流相關(guān)插補(bǔ)得到的?？紤]到1980年以后受龍羊峽和李家峽水庫的調(diào)蓄影響，特采用的是考慮河道演算合成流量法對貴德站和循化站流量的資料進(jìn)行還原，然后再統(tǒng)計(jì)得到循化站年和月的天然徑的流量。2.4.2年徑流頻率計(jì)算依據(jù)循化水文站1919~2000總共81年的水文年徑流系列，進(jìn)行頻率的計(jì)算，用矩法估算參數(shù)，P-III型曲線的適線，并經(jīng)過上、下游參數(shù)的平衡，得到循化水文站多年的平均流量703m3/s，4，Cs=2Cv，年徑流頻率計(jì)算的成果見表2-1。表2-1循化水文站年平均流量頻率計(jì)算表流量單位：m3/s均值CvCv/Cs各種頻率設(shè)計(jì)值（%）資料年限及說明1020507590957032926840690583497450191920002.5洪水2.5.1洪水特性及成因黃河上游的大洪水是因?yàn)榇蟪叨忍鞖庀到y(tǒng)造成長歷時(shí)，大面積的連續(xù)降雨形成的，局部暴雨造洪影響不是很大。黃河上游的洪水特性一般就是暴雨特性在地面上的反映，所形成得洪水多由大面積的降雨所致，洪水漲落的較緩，一次洪水過程大約需要40天左右，洪型矮胖，歷時(shí)較長，峰形多以單峰為主，峰、量關(guān)系對應(yīng)的較好，在實(shí)測的較大洪水中洪峰出現(xiàn)在9月份占40%，出現(xiàn)在7月份占36%。1946、1967、1981年洪峰都出現(xiàn)在9月份，1964年和調(diào)查的1904年歷史洪水洪峰出現(xiàn)在7月份。2.5.2循化水文站天然設(shè)計(jì)洪水根據(jù)循化水文站1946~2000年延長后的洪水系列，加入1904年歷史洪水，1981年洪水作特大值處理，采用P-III型曲線適線，再次對循化站洪水進(jìn)行復(fù)核，得出循化水文站天然設(shè)計(jì)洪水成果表2-2。表2-2循化水文站天然設(shè)計(jì)洪水成果表項(xiàng)目均值CvCv/Cs各種頻率設(shè)計(jì)值（%）125Qm2520488208340768071806680552049904280W154W1542071961821711601331221062.5.3區(qū)間洪水貴~循區(qū)間洪水龍~積區(qū)間是洪水的主要部分。區(qū)間洪水采用的特征河長法和馬斯京根法進(jìn)行流量演算與用貴德、循化站水文站每場洪水錯(cuò)開傳播時(shí)間相減法計(jì)算貴~循區(qū)間洪水，使區(qū)間洪水考慮河槽調(diào)蓄作用與洪水傳播時(shí)間后更為準(zhǔn)確合理。貴德、循化站水文資料延長十年后設(shè)計(jì)成果與原成果基本一致。貴~循區(qū)間洪水成果見表2-3。項(xiàng)目均值CvCv/Cs各種頻率設(shè)計(jì)值（%）12510Qm40033080285023002070154013101010788Q日平均23031530142011601050798688543433W15d3W3d3表2-3貴循區(qū)間洪水成果表公~積區(qū)間洪水計(jì)算：采用貴~循區(qū)間及龍~李區(qū)間設(shè)計(jì)洪水按面積比折算法綜合確定，見表2-4。表2-4公積區(qū)間設(shè)計(jì)洪水成果表項(xiàng)目各種頻率設(shè)計(jì)值（%）12510Qm1060800661603464404327267W1李~積區(qū)間洪水計(jì)算：采用貴~循區(qū)間洪水按面積比直接推得李~積區(qū)間洪水，見表2-5。項(xiàng)目均值CvCv/Cs各種頻率設(shè)計(jì)值（%）12510Qm3393261024101950175013001110855667Q日平均195313001200982889668583460367W3d3表2-5李積區(qū)間洪水成果表2.5.4受上游水庫調(diào)蓄后的積石峽水庫頻率洪水龍羊峽水庫為一巨型多年調(diào)節(jié)水庫，其投入運(yùn)行后已使下游天然設(shè)計(jì)洪水特性發(fā)生較大變化。積石峽水電站不同頻率入庫洪水的洪峰流量見表2-6。項(xiàng)目各種頻率設(shè)計(jì)值（%）12520Qm75506050585056005400499042803160表2-6積石峽水電站不同頻率入庫洪水洪峰流量表2.5.5入庫設(shè)計(jì)洪水過程線積石峽水庫設(shè)計(jì)洪水受上游龍羊峽、李家峽、公伯峽三庫調(diào)洪影響，所以其設(shè)計(jì)洪水不但要考慮龍羊峽水庫而且要考慮李家峽、公伯峽兩庫的調(diào)洪作用。，得到積石峽水電站的入庫設(shè)計(jì)洪水過程線見表2-7。2.5.6施工導(dǎo)流及渡汛流量積石峽施工期可以分為三個(gè)階段，第一階段是導(dǎo)流洞開挖，巖坎擋水，渡汛標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為10年一遇洪水；第二階段是導(dǎo)流洞導(dǎo)流，圍堰擋水，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為20年一遇洪水；第三階段是壩體擋水，渡汛標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為100年一遇洪水。積石峽水施工洪水為10年一遇洪水2380m3/s，20年一遇的洪水2530m3/s，一百年一遇的洪水3260m3/s.對于非汛期，積石峽施工期是達(dá)不到設(shè)計(jì)水平年的，所以采用的上游李家峽的水電站機(jī)組過的流能力1460m3/s作為積石峽非汛期施工洪水的設(shè)計(jì)值，見表2-8。月份洪水標(biāo)準(zhǔn)（%）1251016//1460146071032602730253023801112//14601460表2-8積石峽分期施工洪水成果表2.6泥沙積石峽工程以循化水文站作為設(shè)計(jì)的依據(jù)站。水庫入庫泥沙是由上游公伯峽水庫出庫沙量和公~積區(qū)間來沙量兩部分共同組成。2.6.1入庫懸移質(zhì)泥沙及特性積石峽上游公伯峽水庫多年平均出庫沙量為34×104t。公伯峽和積石峽區(qū)間無大支流匯入，區(qū)間懸移質(zhì)輸沙量由區(qū)間輸沙模數(shù)和區(qū)間積水面積計(jì)算，公伯峽和積石峽壩址區(qū)間多年平均輸沙量為683×104t。則積石峽水庫多年平均入庫懸移質(zhì)沙量為717×104t。積石峽入庫沙量年內(nèi)分配很不均勻，主要集中在汛期，汛期6~9月沙量占全年入庫沙量的91.9%。多年平均含沙量為，泥沙干容重采用1.16t/m3。積石峽水庫入庫泥沙顆粒級配采用循化站實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其懸沙的中值粒徑為，平均粒徑。2.6.2入庫推移質(zhì)泥沙公伯峽及上游的梯級水庫攔截了黃河干流的推移質(zhì)泥沙，積石峽入庫推移質(zhì)泥沙僅來自于公伯峽~積石峽壩址區(qū)間。采用干流區(qū)間推移質(zhì)輸沙模數(shù)計(jì)算得積石峽年入庫推移質(zhì)沙量為×104t。推移質(zhì)泥沙干容重采用t/m3。第3章調(diào)洪演算3.1調(diào)洪計(jì)算的目的在水庫的規(guī)劃階段和以建造水庫的管理運(yùn)用夾斷，掌握水庫的調(diào)洪能力是必須要知道的。但是，由于在不同的時(shí)間段遇到的問題情況是不一樣的，因此我們計(jì)算調(diào)洪的額目的也不是一樣的。水庫在規(guī)劃階段，我們往往是根據(jù)水庫的設(shè)計(jì)洪水的下泄流量擬定出很多個(gè)泄洪的措施和方案，然后在通過調(diào)洪演算，我們可以求出下泄洪水的過程，防洪的特征庫容，壩頂?shù)母叱桃约翱梢运愠稣麄€(gè)工程的投資和后續(xù)會產(chǎn)生的效益問題。在調(diào)洪產(chǎn)生知需要了解的數(shù)據(jù)之后，我們可以合理的整理資源，通過綜合比較，選擇技術(shù)上可行并且在經(jīng)濟(jì)上是合理的水庫高程、泄水建筑物尺寸、以及下游的防洪工程的規(guī)模和相關(guān)的參數(shù)。在水庫的運(yùn)用階段，庫容和泄水建筑物的尺寸是定值，這時(shí)的調(diào)洪計(jì)算則是根據(jù)其中某種頻率的入庫下泄流量的最大值，為了編制防洪調(diào)度規(guī)程、制定防洪措施提供科學(xué)依據(jù)，既要盡可能的滿足下游的防洪要求，又要保證水工建筑物的安全。3.2調(diào)洪計(jì)算的原理水庫調(diào)洪是在水量平衡和動力平衡（即水力學(xué)所說的連續(xù)方程和運(yùn)動方程）的原理下進(jìn)行的。水量平衡可以表示為水庫水量平衡方程，動力平衡可由水庫蓄泄方程（或蓄泄曲線）來反映。從起調(diào)水位開始，逐時(shí)段連續(xù)求解這兩個(gè)方程即可由入庫流量過程Q～t，求得出庫流量過程q～t,這就是水庫調(diào)洪計(jì)算所遵循的基本原理。在某△t時(shí)段內(nèi)，入庫水量減去出庫流量，應(yīng)等于時(shí)段內(nèi)增減或減少的蓄水量，對此可寫出如下的水量平衡方程（）式。根據(jù)水庫的水量平衡原理和水庫的蓄泄關(guān)系（）式組成方程組（）（）用已知（設(shè)計(jì)或校核）的入庫洪水過程線Q～t,由起調(diào)水位開始，逐時(shí)段連續(xù)求解方程組，從而求得水庫出流過程q～t,這就是調(diào)洪演算的基本原理。[9]這里采用單輔助曲線半圖解法，將（）式其改寫成（）式中V/△t、q/2、（V/△t-q/2）和（V/△t+q/2）均可與庫水位Z建立函數(shù)關(guān)系。因此，可以選定的計(jì)算時(shí)段△t值、已知的水庫水位容積曲線，以及根據(jù)水力學(xué)公式算出的水位下泄流量關(guān)系曲線，繪制曲線組：（V/△t-q/2）～f(z)、以及q～f(z),其中q～f(z)即水位下泄流量關(guān)系曲線，其余兩曲線是所介紹的兩根輔助線。從起調(diào)水位開始每一個(gè)水位，對應(yīng)一個(gè)Q1、V1、q1,而對于下一時(shí)段，上時(shí)段末的Q2、V2、q2即為本時(shí)段初的Q1、V1、q1，于是重復(fù)同樣步驟，又可求的下一時(shí)段末的Z2、q2。如此逐時(shí)段連續(xù)計(jì)算，便可求得水庫泄流過程q~t。3.3調(diào)洪計(jì)算的過程初步擬定大壩用底孔和溢流壩聯(lián)合泄流，溢流壩段設(shè)閘門，堰頂高程為1849m,溢流壩段總凈寬為60m，分為5孔，每孔凈寬12m。底孔設(shè)3個(gè),進(jìn)口底檻高程1780m,孔口尺寸為5*6m。大壩的庫水位庫容Z～V關(guān)系曲線如圖3-1。圖3-1積石峽水庫水位-庫容關(guān)系曲線首先計(jì)算在個(gè)各水位條件下的溢流堰流量、底孔泄流量以及V/△t、q/2、（V/△t-q/2）和（V/△t+q/2）等參數(shù)。取△t=1H即△t=3600s。（a）溢流堰泄洪表孔泄流能力的計(jì)算溢流堰泄洪表孔下泄流量按《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2005）計(jì)算Q=（）式中:Q—流量，m3/s；B—溢流孔凈寬(m)；Hz—溢流堰頂作用水頭(m)；C—上游面坡度影響修正系數(shù)，當(dāng)上游面為鉛直面時(shí)，C??；ε—側(cè)收縮系數(shù)，根據(jù)墩厚度及墩頭形狀而定，取ε；σm—淹沒系數(shù)，σm=1；mZ—流量系數(shù)，取；（b）底孔泄流能力的計(jì)算底孔泄水能力按《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2005)計(jì)算：（）式中：Q——下泄流量，m3/s；AK——出口處的面積，m2；HW——自由泄流時(shí)為孔口中心線處的作用水頭，淹沒泄洪時(shí)為上、下游水位差，m；μ——孔口或管道的流量系數(shù)，根據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊》第六冊知μ由以下公式取得：μ；g——重力加速度，2.。各水位下下泄Z~q以及水庫Z~V/Δt+q/2、Z~V/Δt-q/2輔助曲線計(jì)算表如表3-1，表3-1下泄Z~q及水庫輔助曲線計(jì)算表庫水位Z(m)堰頂水頭H（m)庫容V（*104m3）堰上庫容VΔt(m3/t)q(m3/s)q/2（m3/s)V2/Δt+q2/21854021450002193048018551224009502301015601856223690224024400295018573249203470256204170185842625048002692054701859527580613028210676018606288907440通過上述水庫Z~V/Δt+q/2輔助曲線計(jì)算以及水位Z和泄量q關(guān)系可繪制調(diào)洪計(jì)算所需輔助曲線如圖3-2。圖3-2調(diào)洪計(jì)算單輔助線上圖可分別用設(shè)計(jì)洪水過程線以及校核洪水過程線結(jié)合上述輔助曲線，可用辦圖解法求得水庫泄流過程q~t。（從起調(diào)水位開始，每一個(gè)水位，對應(yīng)一個(gè)Q1、V1、q1,如此逐時(shí)段連續(xù)計(jì)算，便可求得水庫泄流過程q~t。）繪制出水庫泄流過程q~t曲線后，在相應(yīng)洪水過程中存在一個(gè)最大的下泄流量q，此時(shí)對應(yīng)的水位即為所求的相應(yīng)設(shè)計(jì)及校核水位。3.3.1設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算設(shè)計(jì)洪水過程線如圖3-3所示（P=0.2%）圖3-3設(shè)計(jì)洪水過程線設(shè)計(jì)洪水計(jì)算過程如下表表3-2設(shè)計(jì)洪水計(jì)算過程表時(shí)間h入庫流量m3/s平均入庫流量qV/Δt+q1/2z55618563765548558375540554485532553695517105509551311552555171255175521135509551314550155051555015501165509550517551755131855175517195532205563215579557122557955792356022456025602255850572626565657532756492856255637295602設(shè)計(jì)305587315587558732558755873355875587345587558735560236560256023756253855943956105602由上表可繪制設(shè)計(jì)情況下Q-t和q-t曲線以及庫水位變化曲線圖3-4設(shè)計(jì)情況Q-t和q-t曲線圖3-5下泄流量與水位曲線從圖中可以得出，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的最大泄量qm=4876m3/s,由水位Z變化曲線查得，設(shè)計(jì)洪水位Z設(shè)計(jì)。3.3.2校核洪水位計(jì)算校核洪水計(jì)算過程如下表：表3-3校核洪水計(jì)算過程表時(shí)間h入庫流量m3/s平均入庫流量qV/Δt+q1/2z57110710567120711577120712087140713097180716010720071901172007200127230721513723072301475507390157300742516729072951772607275187230724519721072202072107210217210721022721072102372107210247230722025723072302672607245校核18592772207240287240723029722072303072407230317240724032721072253371907200347170718035715071603671507150377150715038715071503971507150由上表可繪制校核洪水情況下Q-t和q-t曲線以及庫水位變化曲線圖3-6校核情況Q-t和q-t曲線圖3-7校核情況下庫水位變化曲線從圖中可以得出，校核洪水位時(shí)的最大泄量qm=7425m3/s,由水位Z變化曲線查得，設(shè)計(jì)洪水位Z設(shè)計(jì)=1859m。調(diào)洪計(jì)算成果匯總表如表3-4：表3-4調(diào)洪計(jì)算成果匯總表調(diào)洪計(jì)算成果匯總表P(%)Zm（m）qm（m3/s）下游水位（m）0.2(設(shè)計(jì)）（校核）1859第3章工程地質(zhì)3.1區(qū)域地質(zhì)概況3.1.1地層巖性前震旦系(AnZ)：僅出露上亞群，分布于庫區(qū)鎖通坡及壩址區(qū)以南關(guān)門至馬爾坡一帶。巖性以暗綠色黑云角閃片巖、斜長角閃片巖為主，偶夾石英巖及不純的大理巖。白堊系（K）：僅出露下統(tǒng)河口群，分布于壩址區(qū)和索通至循化川一帶，是庫壩區(qū)的主要地層。巖性為紫紅~紫灰色礫巖、含礫砂巖、砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖等。3.1.2地質(zhì)構(gòu)造和地震本區(qū)在大地構(gòu)造單元上隸屬于與松潘、甘孜印支褶皺系交界地帶的祁連—加里東褶皺帶的拉脊山優(yōu)地槽內(nèi)，南與雙朋西—清水隆起帶為鄰，北與拉脊山褶皺帶相連，阿勤卡金山—當(dāng)蕊五臺山隆起帶以NW345°方向恒于地區(qū)中部，東側(cè)為民和—臨夏盆地，西側(cè)為化隆盆地。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造線方向以NWW向和NNW向?yàn)橹?，且河西系?gòu)造行跡表現(xiàn)尤為明顯，控制著庫址區(qū)構(gòu)造發(fā)育的方向和規(guī)模。NWW向斷裂主要有拉脊山活動斷裂帶和隆務(wù)河—大夏河斷裂，全新世以來無明顯的活動跡象或斷裂活動顯著減弱。NNW向斷裂主要有大河家—關(guān)灘斷裂、馬爾坡—烏龍溝斷裂、協(xié)拉斷裂、循化斷裂，自晚更新世中晚期以來活動性已明顯降低。積石峽工程場址位于化隆與臨夏兩盆地之間當(dāng)蕊五臺山隆起中。對關(guān)門斷層和鎖通斷層距壩址較近，對工程區(qū)穩(wěn)定有重要意義，為此進(jìn)行專門的研究。關(guān)門斷層（F15）位于壩址下游㎞的關(guān)門忖附近，總體走向SNW∠65°~70°,北端被北西向斷裂所截，延伸長約20余㎞。斷層破碎帶寬數(shù)十米，巖性破碎，擠壓特征明顯。該斷裂晚更新世以來無明顯活動。鎖通斷層（F13）位于壩址上游約5㎞處鎖通坡，總體走向NW300°，呈一向南西凸出的弧形，可見長度不足10㎞。該斷層規(guī)模較小，與北鄰兩條斷層組成一小型“帚”狀構(gòu)造，涉及范圍僅13㎞2。該斷層自晚更新世以來已進(jìn)入相對穩(wěn)定的狀態(tài)。積石峽工程基本場址地震基本烈度為七度，壩址50年超越概率5%和100年超越概率2%的基本水平加速度峰值分別為和。3.2庫區(qū)工程地質(zhì)條件3.2.1庫區(qū)地質(zhì)概況當(dāng)正常蓄水位1856m時(shí)，水庫回水全長約3㎞，庫盆由峽谷和川地兩部分組成。3.2.2水庫滲漏及固體徑流積石峽電站水庫兩岸山體雄厚，無通向下游的大斷裂，無低于庫水位的鄰谷和低地。黃河為區(qū)域最低排泄基準(zhǔn)面，兩岸地下水補(bǔ)給河水。周邊均為不透水巖層，封閉條件良好。3.2.3水庫誘發(fā)地震庫區(qū)內(nèi)無發(fā)真構(gòu)造的地質(zhì)背景，屬外圍地震波及影響區(qū)。除庫尾有循化沖斷層分布外，庫區(qū)其它部位無區(qū)域性斷裂通過。3.2.4水庫主要工程地質(zhì)問題庫岸穩(wěn)定和水庫區(qū)的浸沒、塌岸問題是水庫兩大主要的工程地質(zhì)問題。庫岸穩(wěn)定問題庫區(qū)發(fā)育有7處較大的滑坡，分布在峽谷段，其中庫首段有Ⅰ＃、Ⅱ?；拢瑤熘卸畏植加孝螅?、Ⅵ＃Ⅴ＃、Ⅵ＃及Ⅶ?；?。從滑坡表面地形、滑床形態(tài)、物質(zhì)組成、剪出口位置、穩(wěn)定計(jì)算等方面綜合分析認(rèn)為：水庫蓄水后，庫區(qū)滑坡是整體穩(wěn)定的，但岸邊再造不可避免，破壞方式均以小方量的崩塌形式為主，在水庫內(nèi)不可能形成大的涌浪及二道壩。即使按極端情況考慮，假定Ⅲ＃、Ⅵ＃、Ⅵ＃及Ⅶ?；乱淮涡宰畲蠓搅勘浪瑫r(shí)入庫，產(chǎn)生的水庫涌浪傳遞到壩時(shí)的最大浪高只有，對大壩的安全不構(gòu)成危害。3.3壩址區(qū)工程地質(zhì)條件3.3.1地形條件積石峽選定上壩址，積石峽峽谷出口河道轉(zhuǎn)彎處，該處河流流向自SW200°轉(zhuǎn)向SE160°，形成左凸右凹的河灣，河灣下游河道相對順直。3.3.2地層巖性壩址區(qū)出露基巖主要為白堊系下統(tǒng)河口群，按巖性組合共分五大層（K11~K51）。巖層走向NE24°~30°，傾向SE，傾角11°~12°，在壩址區(qū)呈平緩皺曲，上壩址傾左岸偏下游。K11層：深灰色雜色礫巖，上部夾粗中粒砂巖。主要分布在上游木場村一帶。K21層：紫紅色中細(xì)砂巖，磚紅色泥質(zhì)粉砂巖，磚紅色泥鐵質(zhì)粉砂巖，灰色礫巖。該層巖性軟弱，力學(xué)強(qiáng)度較低，軟弱夾層及裂隙較發(fā)育，主要分布于壩址區(qū)河床及兩岸較低部位及木場村一帶。。3.3.3地質(zhì)構(gòu)造白堊系地層構(gòu)造變動輕微，巖層傾角變化7°~24°內(nèi)，上、下壩址間巖層似呈一不完整的寬緩向斜褶曲，即上壩址傾左岸偏下游，下壩址傾左岸偏上游。壩址區(qū)共有斷層29條，規(guī)模較小，一般長在100~140m，個(gè)別大于400m，無順河向斷層。3.3.4水文地質(zhì)經(jīng)壩趾區(qū)兩岸地下水位觀測孔觀測，地下水位均高于河水，為地下水補(bǔ)給河水。壩基巖體的滲水性具有一定的規(guī)律，河床地帶由于二次應(yīng)力集中，在一定深度內(nèi)最大主應(yīng)力近于水平，垂直于河床方向上的最小主應(yīng)力呈現(xiàn)一定范圍的拉應(yīng)力區(qū)，河床巖體卸荷，加之?dāng)嗔亚懈詈惋L(fēng)化等影響，透水性較強(qiáng)。3.3.5巖體風(fēng)化卸荷特征壩址巖體風(fēng)化卸荷除受河谷下切、斜坡回彈和風(fēng)化應(yīng)力的影響外，還受到壩區(qū)各結(jié)構(gòu)面與斜坡的交切關(guān)系控制。左岸巖體巖層傾向岸坡內(nèi)，卸荷及風(fēng)化程度較輕。3.3.6壩址區(qū)巖體質(zhì)量分類及物理力學(xué)性質(zhì)壩址區(qū)巖體為白堊系砂礫巖層，巖向變化較大，巖體質(zhì)量差別顯著，根據(jù)巖層厚度、斷裂發(fā)育程度，結(jié)合巖體單軸和飽和抗壓強(qiáng)度、縱坡速度等將壩區(qū)巖體分為四類。其中Ⅰ類、Ⅳ類分布較少，Ⅱ類較多，Ⅲ類次之。第4章樞紐布置4.1壩址選擇積石峽選定上壩址，積石峽峽谷出口河道轉(zhuǎn)彎處，該處河流流向自SW200°轉(zhuǎn)向SE160°，形成左凸右凹的河灣，河灣下游河道相對順直。壩址區(qū)河谷斷面呈開闊“V”字，兩岸不對稱，右岸陡峭，自然邊坡60°~80°。左岸較緩，除Ⅰ壩線處岸坡較陡外，其余部位都較緩，自然邊坡30°~60°，殘留Ⅱ、Ⅲ級侵蝕階地的臺面，其高程1800~1820m，寬約100m。平水期河水位1783~1782m，水面寬60~70m，水深9~17m，正常蓄水位1856m時(shí)，河谷寬255~291m。壩址區(qū)兩岸山頂巖石高出水面200~400m。4.2壩型選擇通過比較重力壩、拱壩、土石壩三種壩型所要求的地形地質(zhì)條件和各自的優(yōu)缺點(diǎn)選擇本次設(shè)計(jì)的壩型：（1）重力壩有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)作用明確、設(shè)計(jì)方法簡單、安全可靠；對地形、地質(zhì)的適應(yīng)性都較強(qiáng)；樞紐泄洪問題容易得到解決；便于施工導(dǎo)流。在施工期可以用壩體導(dǎo)流，一般不需要再另設(shè)導(dǎo)流隧洞；施工方便。（2）拱壩對地形地質(zhì)條件、壩址河谷形狀及地基都要求較高，從本次設(shè)計(jì)的地質(zhì)地形條件來看，修建拱壩的難度是很大的，因此不予以考慮。（3）土石壩主要優(yōu)點(diǎn)是可以就地就近取材，節(jié)省大量水泥、木材和鋼材，減少工地的外線運(yùn)輸量，能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。=通過上述的比較，我認(rèn)為重力壩對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，對地質(zhì)條件的要求也較拱壩低。。4.3樞紐布置根據(jù)積石峽的實(shí)際情況和以上樞紐布置應(yīng)遵循的原則，具體布置方案如下：本設(shè)計(jì)中積石峽水利樞紐主要由擋水非溢流壩段、泄水溢流壩段、泄洪排沙底孔組成。大壩為混凝土重力壩，上游面鉛直，下游面坡率。最大壩高。溢流壩段位于原河槽中間部位，為壩頂開敞式溢流，初步擬尺寸總長為60m，分為5孔，毎孔凈寬12m，堰頂高程1849m，設(shè)6個(gè)閘墩，每個(gè)寬，下泄時(shí)采用鼻坎挑流消能的方式。兩側(cè)為非溢流壩段。排沙底孔設(shè)3個(gè)，在緊接著溢流壩段處連續(xù)設(shè)置三個(gè)排沙底孔，進(jìn)口底部高程為1780米，初擬孔口尺寸為5×6m（寬×高）。溢流壩段每隔18m就設(shè)一條橫縫，非溢流壩段部分分縫距離也跟溢流壩段一樣設(shè)置成18m。水電站部分位于大壩中部。第5章樞紐建筑物專題設(shè)計(jì)壩頂高程的確定根據(jù)《混凝土重力壩壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2005）規(guī)定：壩頂應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游設(shè)置防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核洪水位的高差，可由式（）計(jì)算，應(yīng)選擇兩者中防浪墻頂高程的高者作為選定高程。△h=hl%+hz+hc（）其中：△h為水庫靜水位以上的超高；hl%——累計(jì)頻率為1%時(shí)的波浪高度；hz——波浪中心線至靜水位的高度；hc——安全加高，按表6-1選用表5-1安全加高安全加高h(yuǎn)c相應(yīng)水位壩的級別Ⅰ（1）Ⅱ(2、3)Ⅲ（4、5）正常洪水位校核洪水位壩頂上游防浪墻頂高程按式（）計(jì)算，并選用其中較大值。防浪墻頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+△h設(shè)防浪墻頂高程=校核洪水位+△h校（）由調(diào)洪計(jì)算可知設(shè)計(jì)和校核水位如下：表5-2調(diào)洪計(jì)算成果匯總表調(diào)洪計(jì)算成果匯總表P(%)Zm（m）qm（m3/s）下游水位（m）0.2(設(shè)計(jì)）0.02（校核）1859下面分別計(jì)算設(shè)計(jì)和校核情況下防浪墻頂?shù)母叱蹋河绊懖ɡ诵纬傻囊蛩赜泻芏?，目前主要用半?jīng)驗(yàn)公式確定波浪要素。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2005）對峽谷水庫介紹了適用公式。官廳水庫公式：hl05/4D1/3（）L=10.4(hl)（）hz=(πhl2/L)cth(2πH/L)（）式中：hl為波高，當(dāng)時(shí)為累計(jì)頻率為5%的波高h(yuǎn)5%,;當(dāng)時(shí)為累計(jì)頻率為10%的波高h(yuǎn)10%,；V0為計(jì)算風(fēng)速，m/s，水庫水位為正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，采用相應(yīng)季節(jié)50年重現(xiàn)期最大風(fēng)速，校核洪水位時(shí)宜采用相應(yīng)洪水期最大風(fēng)速多年的平均值。D為風(fēng)作用于水域的長度，稱為吹程（km）。H為壩前水深（m）。；L為波長（m）。H為壩前水深（m）。hz即為波浪中心線至靜水位的高度（m）。積石峽設(shè)計(jì)情況時(shí)風(fēng)作用于水域長度是2km，校核情況時(shí)風(fēng)作用于水域長度是，故設(shè)計(jì)情況吹程為2km,校核情況吹程為，重現(xiàn)期為50年的年最大風(fēng)速32m/s，多年平均最大風(fēng)速24m/s。設(shè)計(jì)洪水時(shí)宜采用相應(yīng)季節(jié)50年重現(xiàn)期的最大風(fēng)速，即是32m/s，校核情況宜采用最大風(fēng)速的多年平均值，即是24m/s。計(jì)算過程如下表：表5-3壩頂高程計(jì)算成果匯總表計(jì)算情況單位正常設(shè)計(jì)校核備注風(fēng)速Vm/s32.0032.0024.00設(shè)計(jì)情況下gD/V02=20～25，故hl%為累計(jì)頻率為5%的波高h(yuǎn)5%,hl%5%吹程Dkm2.002.002.20波高h(yuǎn)lm1.591.591.15gD/v219.1619.1637.47波長Lm15.0815.0811.60壩基高程m1758.001758.001758.00壩前水深Hm98.0096.30101.00hzm0.530.530.36h1%m1.971.971.42安全加高h(yuǎn)cm0.700.700.50△hm3.203.202.28相應(yīng)靜水位m1856.001854.301859.00防浪墻頂高程m1859.201857.501861.28相應(yīng)壩頂高程m1858.001856.301860.08防浪墻高可見校核洪水情況所要求壩頂高程是控制高程，由于防浪墻高為1.2m,故采用壩頂高程為，滿足規(guī)范中規(guī)定的壩頂應(yīng)高于校核洪水位1859m，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高于波浪頂高程。故取壩頂高程為，相應(yīng)防浪墻頂高程為。5.2壩基高程的確定根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2005）中壩基處理中規(guī)定：壩高超過100m時(shí)，可建在新鮮、微風(fēng)化至弱風(fēng)化下部基巖上；壩高100m～50m時(shí)，可以建在微風(fēng)化至弱風(fēng)化中部基巖上；壩高小于50m時(shí)，可建在弱風(fēng)化中部至上部基巖上。兩岸地形較高部位的壩段，可適當(dāng)放寬。根據(jù)積石峽壩址處地質(zhì)地形圖，選定壩基高程為1758m。5.3初擬壩體剖面由上述壩頂高程，壩底高程為1758m。由此可確定壩高為H=1860.08-1758=102.08m,按規(guī)范要求壩頂寬取b=H(8–10)%,即×(8-10)％=(8.1664-10.208)m，并且常態(tài)混凝土重力壩壩頂最小寬度為3米；碾壓混凝土壩壩頂最小寬度是5m，由于壩頂有交通要求，故取壩頂寬度為9m，溢流壩段設(shè)交通橋與兩側(cè)壩頂互相連接。壩底寬：～，所以壩底寬B=（）m。若上游壩坡要做折坡，折坡點(diǎn)高程應(yīng)結(jié)合應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)和壩內(nèi)、泄水孔等建筑物的進(jìn)口高程來一起考慮，起坡點(diǎn)高程一般位于（1/3-1/2）H處（H為基本三角形的高度）。一般情況上游壩坡坡率，下游壩坡坡率m=0.6~0.8.[4][11]方案一：上游壩坡采用，下游壩坡坡率m取為0.7,基本三角形頂點(diǎn)高程取為校核洪水位1859m，從而很容易算得壩底寬度。圖5-1非溢流壩斷面剖面5.4溢流壩段設(shè)計(jì)溢流壩段既要擋水又要泄水，是重力壩樞紐中的一個(gè)最重要泄水建筑物，它不僅要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度上的要求，還必須要滿足足夠的泄流要求。因此，溢流壩段必須要有足夠多的宣泄校核洪水對應(yīng)的下泄流量，并且要具有較好的堰型，使水流平順，不會產(chǎn)生空蝕。此外，還需要較好的消能防沖措施，以免對下游河床造成嚴(yán)重沖刷產(chǎn)生相應(yīng)的破壞。溢流壩面體型設(shè)計(jì)本工程采用開敞式溢流壩，溢流壩曲線由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三部分組成，以下分別對著三部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。（1）頂部曲線段頂部曲線形式較多，對于開敞式溢流式，由于wes曲線的流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量省，壩面曲線用方程控制，所以多年以來我國多采用wes曲線，本工程的溢流面曲線亦采用wes曲線，如下圖Hd為設(shè)計(jì)水頭，按照堰頂最大作用水頭Hmax的75％-95％計(jì)算（一般選取校核洪水位時(shí)堰上水頭的75％-95％）。圖5-2WES型堰面曲線WES型溢流堰頂部曲線以堰頂為界，分為上游段和下游段兩部分，目前上游曲線多采用三段圓弧，下游多采用冪曲線，坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在堰頂最高點(diǎn)，上游段采用三段圓弧，當(dāng)壩體上游面為鉛直時(shí)，下游面曲線可按下式計(jì)算：（5-6）式中：Hd為定型設(shè)計(jì)水頭，一般為校核洪水位時(shí)堰頂水頭的75%-95%。根據(jù)調(diào)洪計(jì)算可知，水庫校核洪水位1859m，溢流壩堰頂高程1849m，校核情況下堰頂最大作用水頭：Hmax=10m，取（5-7）則WES型溢流堰頂部曲線上游段（三段圓?。┏叽缛缦拢罕?-4三段圓弧參數(shù)值R1dx1dR2dx2dR3dx3dWES型溢流堰頂部曲線下游段，按下式計(jì)算：可得堰面曲線見表5-5：備注（切點(diǎn)計(jì)算方法見直線段部分）表5-5WES曲線坐標(biāo)表點(diǎn)編號X取值Y取值100213243546576切點(diǎn)中間直線段中間直線段與壩頂曲線和下部反弧段相切，坡度與非溢流壩段的下游壩坡相同，由于非溢流壩段的下游壩坡坡率為，則WES曲線下接1：的直線段（其斜率為。切點(diǎn)計(jì)算具體過程如下：因?yàn)閃ES曲線方程為則令得：x=7.01再代入可得故曲線段與直線段連接點(diǎn)坐標(biāo)為（），如上表中的切點(diǎn)坐標(biāo)。直線段斜率為，直線段長度的取值結(jié)合反弧段以及下游水位而定。反弧段直線段后接反弧段，溢流壩面的反弧段是溢流面水流平順轉(zhuǎn)向的工程措施，本工程采用圓弧曲線，消能措施采用挑流消能。根據(jù)DL5108-1999《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：對于挑流消能，反弧段為了保證挑流條件，反弧半徑R=（4～10）hc。hc為校核洪水閘門全開是反弧段最低點(diǎn)處的水深。挑流鼻坎高程取1798m（下游最高水位為），挑角取。求hc過程如下：由能量方程得：鼻坎斷面處流速v1（）（）其中：S1——校核情況水庫水位到鼻坎的高差，即1859-1798=61mh1——鼻坎斷面處水深q——單寬流量，校核洪水位下溢流堰的下泄流量3/s，溢流堰凈寬B=60m,所以3/s*m?！髁肯禂?shù)，采用長江流域規(guī)劃辦公室整理的經(jīng)驗(yàn)公式：（）則取用迭代法可算出hc=h1，反弧半徑R=(4~10)hc，故R的取值范圍為（～）取反弧半徑取R=15m，此時(shí)反弧最低點(diǎn)高程為: 圖5-3溢流壩剖面圖5.5消能防沖計(jì)算本設(shè)計(jì)采用挑流消能，以下為消能防沖計(jì)算。挑流鼻坎坎定處水流平均流速按下式計(jì)算:V=q/h1（）挑流鼻坎水舌挑射距離L按水舌外緣計(jì)算，其計(jì)算公式為（）式中L水舌挑距，m；挑射角度，本設(shè)計(jì)為24°；V1坎頂水面流速，m/s，取鼻坎處平均流速的倍，即V1；h1坎頂平均水深h在鉛直方向的投影；h2坎頂至河床面的b高差，；下游河床高程可以由剖面地質(zhì)圖讀出來。將以上數(shù)據(jù)代入公式求得： m最大沖坑水墊厚度計(jì)算公式為：（）（）式中tk水墊厚度，自由面至坑底，m；tk沖坑深度，m；a沖坑系數(shù)，?。籷單寬流量,；H上下游水位差，；H2下游水深，m，H2。將以上數(shù)據(jù)代入公式求得：水墊厚度則沖坑深度為符合要求，則不會對壩體安全造成影響。閘門與閘墩考慮經(jīng)濟(jì)使用因素本設(shè)計(jì)采用弧形閘門作工作閘門，用平板閘門作檢修閘門，平板閘門采用12×10m，弧形門門高按設(shè)計(jì)洪水位考慮，設(shè)計(jì)門高H=（正常蓄水位-溢流堰堰頂高程）+（～），故選定弧形閘門門高為，寬為孔寬12m，弧形門半徑R按規(guī)范～1.5,計(jì)算得弧形門半徑R的范圍為～，取R=9m。支鉸位置一般在1/2～3/4倍門高處即～的位置，支鉸位置取為，高程為?；⌒伍T最低點(diǎn)位置距堰頂靠后一段布置以保證水流沿堰面下泄閘墩的作用：①將溢流壩分成若干孔，以便控制水流；②用來支承和引導(dǎo)堰頂，控制閘門及承受水壓力；③支承壩頂?shù)墓ぷ骱徒煌?，閘墩的尺寸和外形均需按這些要求設(shè)計(jì)。閘墩中檢修門門槽深d=0.5~2.0m,取門槽寬w/d=1.6~1.8m,在——之間，取w=1m閘墩長度按各部分要求設(shè)為22m，閘墩寬2m,頭部使用橢圓形，尾部使用流線型，閘墩高與非溢流壩頂齊平。邊墩與導(dǎo)墻厚度取1m。5.7溢流壩面水面線計(jì)算為了設(shè)計(jì)閘墩高度，邊墻頂高程及選定弧形閘門門軸高程，需要知道水面線，水面以上的安全超高可采用，對非直線段，宜適當(dāng)增加。以下根據(jù)《水力計(jì)算手冊》第6卷進(jìn)行水面線計(jì)算：（1）首先確定自然摻氣開始發(fā)生點(diǎn)的位置由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：（其中q為單寬流量，3/s）求曲線段的長度Lc對于WES型堰面，Lc可按《水工設(shè)計(jì)手冊》（第六卷）圖27-2-7按X/Hd查得，這里X是從堰頂開始向下游計(jì)算的，當(dāng)取X/Hd=Xt/Hd時(shí)查的便是曲線段總長度Lc,t,本次設(shè)計(jì)中切點(diǎn)坐標(biāo)為（）即，，X/Hd=0.83,查得當(dāng)時(shí)，Lc,t/Hd=1.201,所以堰頂上游段的曲線長度，。L=Lc,u+Lc,t=12.27+2.64=14.91.則：LK>lcu故溢流壩面上不會發(fā)生自然摻氣情況。壩頭水面線計(jì)算壩頭部水面線的確定：已知H=1859-1849=10m，，則，壩頭部水面線坐標(biāo)X/Hd和Y/Hd的值可由《水工設(shè)計(jì)手冊》第六卷(表27-2-5)插值計(jì)算。具體計(jì)算過程見表5-6表5-6壩頭部水面線坐標(biāo)計(jì)算過程表H/Hd1X/HdY/Hd終值Y/HdYX-10-101直線段水深由于本設(shè)計(jì)鼻坎高程較高，不設(shè)值直線段，有WES曲線與下游反弧段直接相接。3.直線段上的不摻氣水面線的計(jì)算：（1）切點(diǎn)坐標(biāo)（X1，Y1）由前面確定為（，）。（2）求曲線段長度：由《水工設(shè)計(jì)六》圖27-2-7查得所以曲線段總長為堰頂上游段的曲線長度為(3)求直線段長度Ls：從切點(diǎn)到直線段上任意一點(diǎn)（xi，yi）的距離為（6－22）其中sina＝sin51o＝（4）從堰頂曲線起點(diǎn)到點(diǎn)（xi，yi）的壩面距離為（5）計(jì)算邊界層厚度δ，按韓立公式（6－23）計(jì)算：（6－23）式中：K為壩面粗糙高度，對于混凝土壩面，K＝～，所以取K＝。邊界層厚度的坐標(biāo)計(jì)算如表6-6所示。表6－6邊界層厚度坐標(biāo)YiLδ(6)計(jì)算單寬流量：查得所以單寬流量（7）按式（6－24）用試算法推求勢流水深hp：代值化簡后得（8）正交于壩面的壩面水深為：（6－25）計(jì)算出的壩面水深見表6－7。表6－7壩面水深坐標(biāo)Yi(m)δ(m)hp(m)h(m)3反弧段水深坎頂水深溢流壩段邊墻高度的確定《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL5108-1999）中規(guī)定,堰頂曲線處的邊墻高度應(yīng)高出水面線1.5m,直線段的邊墻高度應(yīng)高出水面線1m，反弧段的邊墻高度高出挑坎水深1m（以上均指高出水面線的最高點(diǎn)）。本設(shè)計(jì)有直線段，采用堰頂曲線處的邊墻高度應(yīng)高出水面線1.5m,直線段高出水面線1m，反弧段的邊墻高度高出挑坎水深。[11][13]5.8泄洪排沙底孔設(shè)計(jì)重力壩底孔有排沙、宣泄部分洪水、預(yù)泄洪水、放空水庫的功能。本設(shè)計(jì)將底孔設(shè)在溢流壩段兩側(cè)上，左右分別設(shè)置一個(gè)和兩個(gè)，進(jìn)口底檻高程為1780m。底孔設(shè)為無壓泄水孔，根據(jù)<<混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范>>（SL319-2005），底孔包含有進(jìn)口段、孔身段和出口段。工作門布置在出口，閘門采用弧形閘門。事故檢修門設(shè)在進(jìn)口段之后，檢修閘門采用平板閘門。壓坡段位于工作門上游，事故檢修門槽段與壓坡段之間設(shè)有較長的有壓平坡段。進(jìn)口段。泄水口進(jìn)口曲線應(yīng)滿足水流平順，水頭損失小的要求，進(jìn)口段形狀應(yīng)盡可能符合流線變化規(guī)律。根據(jù)水工建筑物的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)口段的曲線采用1/4橢圓，其方程為：（）式中a——橢圓長半軸，由于本設(shè)計(jì)泄洪排沙底孔進(jìn)口設(shè)為矩形，故頂面曲線a采用孔高h(yuǎn)，側(cè)面曲線為孔寬B;b——橢圓短半軸，當(dāng)進(jìn)口為矩形時(shí)，頂面曲線b=（1/3-1/4）a，側(cè)面曲線b=a/5。本次設(shè)計(jì)中出口控制尺寸（即壓坡段之后）為寬5m、高9m。平坡段尺寸為寬5m，高6m。故頂面曲線中a為孔高，取a=6m，b=（1/3-1/4）a=(3-4)m，取。側(cè)面曲線中a為孔寬B，取a=5m，b=a/5=1m。由以上取值可知：進(jìn)口頂部曲線方程為；進(jìn)口兩側(cè)壁曲線方程為。底部形式：進(jìn)口底部水平設(shè)置，具體見設(shè)計(jì)圖紙。事故檢修閘門與門槽在進(jìn)口段之后設(shè)置檢修閘門，啟閉機(jī)用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，檢修閘門為平板閘門,門槽深度取為，由于門槽寬深比，取門槽寬為1m，平板閘門的尺寸取為：寬，高，厚1m。工作閘門的設(shè)定，由于出口被水淹沒因此不能按照常規(guī)設(shè)計(jì)工作閘門，因此設(shè)置液壓式啟閉機(jī)，支鉸設(shè)置高高度8m，弧形門的半徑，支鉸出位于距離下游漸變段10m處。平壓管和通氣孔為了減小檢修閘門的啟門力，應(yīng)當(dāng)在檢修閘門和工作閘門之間設(shè)置與水庫相連通的平壓管。開啟檢修閘門前，在工作閘門和檢修閘門之間充水，這樣就可以在靜水中開啟檢修閘門。平壓管直徑應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)充水時(shí)間來確定，控制閥門可布置在廊道內(nèi)。取平壓管直徑為。通氣孔的斷面面積一般取0.5%~1.0%的泄水孔斷面面積，同時(shí)應(yīng)大于等于平壓管的過水面積。取通氣孔直徑為。通氣孔的下端應(yīng)盡量靠近閘門折后的最高位置，上端的進(jìn)口必須與閘門的啟閉機(jī)室分開，平壓管與水庫相通，通氣孔布置在檢修閘門和工作閘門之間，在距壩頂處轉(zhuǎn)向，最后與壩下游相通，具體見設(shè)計(jì)圖。(4)平坡段（孔身）平坡段斷面采用矩形，其斷面尺寸設(shè)為5×6m。(5)壓坡段（漸變段）根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL319-2005》，壓坡段孔頂坡度一般采用1:4-1:6，面積收縮比一般為可參照實(shí)際工程確定，可以在寬度方向不做改變，僅是在孔頂壓坡。本次設(shè)計(jì)坡度采用1：5，面積收縮比采用，收縮前孔口尺寸為5×6m，收縮后變?yōu)?×，則可得壓坡段長度為4m。(6)出口消能段由于底孔為淹沒出流，故無需設(shè)置消能防沖設(shè)施，直接采用平坡。第6章非溢流壩段抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算本設(shè)計(jì)分別用<<混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范DL5108-1999>>以及<<混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL319-2005>>兩個(gè)規(guī)范，選取計(jì)算在基本組合（正常蓄水位情況下），和特殊組合（地震情況下）時(shí)的抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力。并分別選取壩基面和高程為1800m的截面作為計(jì)算截面。計(jì)算時(shí)基本資料及參數(shù)取值如下：混凝土容重：r=8.0kN/m3水的容重:rwkN/m3校核洪水位（P=0.2%）上游：1859m下游：設(shè)計(jì)洪水位（P=0.02%）上游：1854.3m下游：1754.56m正常蓄水位上游：1856m下游：河床基巖面高程：1750m壩頂高程：1860.02m死水位：1852m壩前淤沙厚度：9.3m壩前淤沙高程：淤沙的浮容重：8.0kN/m3泥沙內(nèi)摩擦角：14度壩基與基巖的抗剪斷摩擦系數(shù)：f′壩基與基巖的抗剪斷凝集力：c′混凝土層面抗剪斷摩擦系數(shù)：f′混凝土層面抗剪斷凝集力：c′采用C10碾壓混