土石坝毕业设计计算书电子教案.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。土石坝毕业设计计算书-毕业设计（论文）计算书题目西南地区A江上坝址初步设计专业水利水电工程班级2010级二班学生莫秋琳指导教师赵迪重庆交通大学2014年目录第一章调洪演算计算31.1洪水调节计算原理31.1.1工程等别及建筑物级别31.1.2泄洪方式与水库运用方案41.2.1堰顶高程及泄洪孔口的选择61.2.2堰顶高程及孔口尺寸选择原则61.3方案拟定61.3.1方案一61.3.2方案二101.3.3方案三131.3.4方案四161.4方案选择20第二章坝高确定232.1大坝高程的计算232.1.1正常

2、蓄水232.1.2设计蓄水252.1.3校核蓄水273.1大坝轮廓尺寸及排水防渗体设293.1.1坝顶宽度303.1.2坝坡303.1.3坝体排水303.1.4大坝防渗体313.2细部构造设计313.2.1粘性土料设计323.2.2坝壳砂砾料设计343.2.3筑坝用料354.1渗流分析364.1.1渗流计算水位364.1.2计算内容及目的374.1.3计算原理374.1.4渗流计算应包括以下水位组合情况：374.2稳定分析计算434.2.1计算方法434.2.2正常工况444.2.3设计工况514.2.4校核工况55第五章坝基处理及细部结构625.1基础处理部分625.1.1河床部分625.1

3、.2坝肩处理635.2细部构造设计635.2.1坝的防渗体，排水设备635.2.2反滤层设计635.2.3护坡设计635.3反滤层的设计计算，645.4护坡设计65第六章泄水建筑物的设计656.1泄水方案选择656.2隧洞选择与布置666.3隧洞的体型设计666.3.1进口建筑物666.3.2洞身断面型式与尺寸676.3.3出口消能段676.4隧洞水力计算686.4.1设计条件686.4.2平洞段底坡的确定696.4.3洞内水面曲线696.4.4出口消能计算706.5隧洞的细部构造726.5.1洞身衬砌726.5.2灌浆、防渗与排水726.5.3掺气槽736.6放空洞设计73第七章工程量统计7

4、4第八章施工组织设计748.1施工导流计划748.1.1导流方案748.1.2施工分期758.1.3导流工程规划计划758.2施工控制性进度768.2.1截流准备工作768.2.2截流合龙并填筑挡水围堰768.2.3封孔蓄水768.2.4初期发电778.2.5工程竣工778.3施工程序安排77-第一章调洪演算计算1.1洪水调节计算原理1.1.1工程等别及建筑物级别正常蓄水位为2825m,其相应水库库容为4.6亿m3。根据SDJ1278水利水电工程等级划分及设计标准（山区、丘陵部分）和表1-1，由水库总库容指标（正常蓄水位时库容4.6亿m3，估计校核情况下库容不会超过10亿m3）定为大（2）型。

5、表1-1水利水电枢纽工程分等指标工程等别工程规模分等指标水库库容（亿m3）防洪灌溉面积（万亩）电站装机容量（万kw）保护城市及工矿区保护农田（万亩）一大（1）型10特别重要的城市、工矿区50015075二大（2）型101重要城市、工矿区500100150507525三中型10.1中等城市、工矿区10030505252.5四小（1）型0.10.01一般城市、工矿区3050.52.50.05五小（2）型0.010.0010.50.05表1-2水工建筑物级别的划分工程等别永久性建筑物的级别临时性建筑物的级别主要建筑物次要建筑物一123二234三345四455五555根据表1-2可知主要建筑物为2级，

6、次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。永久建筑物洪水标准：正常运用（设计）洪水重现期100年；非常运用（校核）洪水重现期2000年。1.1.2泄洪方式与水库运用方案泄洪方式：由于地形条件的限制，为减小工程开挖量，采用隧洞泄洪方案。水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来流量，水库保持汛前限制水位不变，当来流量继续加大，则闸门全开，下泄流量随水位的升高而加大，流态为自由泄流。防洪限制水位的选择：防洪限制水位取与正常蓄水位重合，这是防洪库容与兴利库容完全不结合情况，因为山区河流的特点是暴涨暴落，整个汛期内大洪水随时都可能出现，任何时候都预留一定的防洪库容是必要的。1.2调洪演算原理采用以峰控

7、制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得出设计与校核洪水过程线如下：图1-1设计洪水过程线图1-2校核洪水过程线利用半图解法进行调洪计算。根据库容曲线Z-V，拟订的泄洪建筑物形式、尺寸，用水力学公式确定计算Q-Z关系为本设计拟订四组方案进行比较，其计算方法如下所示。1.计算公式(1)(2)式中：计算时段中的平均入库流量（m3/s），它等于；计算时段初的下泄流量（m3/s）；计算时段末的下泄流量（m3/s）；计算时段初水库的蓄水量（m3）；计算时段末水库的蓄水量（m3）；计算时段，一般取1-6小时，需化为秒数。为时段始末入库平均流量，由洪水过程线得到。、为时段已知值，左端、为时段末的未知值，由公式

8、（1）可以看出（V/+q/2）是q函数，故可将q与（v/+q/2）之间的关系绘制成调洪辅助曲线。因式（1）两端都有（v/+q/2），只需绘制一条辅助线就能求解、故称单辅助线法。首先，根据起始条件，在辅助曲线查出相应的（V/+q/2）值，然后由公式（1）计算出/+/2，再由/+/2值在单辅助曲线上反查出相应的值，以作为下一个时段的，重复上述图解计算，既得下泄流量过程线q=f(t).2将入库洪水Q-t和计算的q-t点绘在一张图纸上，二者的交点即为所求的下泄洪水流量最大值.3根据公式即可求得此时对应的水头H和上游水位Z。4计算工况：计算工况分为校核和设计两种。5水位流量关系曲线的确定：本工程泄洪方式

9、采用WES堰流曲线。水位流量关系曲线由下式确定：式中：为流量系数，；溢流孔宽：B待拟定。1.2.1堰顶高程及泄洪孔口的选择调洪演算时需拟定几组不同堰顶高程及孔口宽度B的方案，进行比较分析，取其优者。1.2.2堰顶高程及孔口尺寸选择原则堰顶高程如果取的太低，孔口总净宽选的大，则泄流能力加大，所需水库防洪库容可较小，挡水建筑物高度也可较小，上游淹没损失也较小；但是这时隧洞本身工程量及造价会很高。如果堰顶高程取得高，孔口总净宽取的小，则结果与上述相反。1.3方案拟定要得到堰顶高程与孔口尺寸的最佳方案，应在技术可行前提下，结合泄水隧洞以及挡水建筑物在内的枢纽总造价最小来优化，通过各种可行方案的经济比较

10、决定。设计中参照已建工程经验，初步拟定三组堰顶高程与孔口尺寸：方案一：=2814m，B=7m）；方案二：=2815m,B=8m）；方案三：=2815m,B=7m）；方案四：=2816m,B=8m）。1.3.1方案一=2814m,B=7m）起调流量（1）设计洪水时:Q设=1680m3/s计算并绘制q=V/t+q/2辅助曲线表1-3q=f(V/t+q/2)辅助曲线计算表水库水位Z(m)总库容正常蓄水位以上库容V(万m3)V/t(万m3)q(m3/s)q/2(m3/s)V/t+q/2(m3/s)堰顶高程孔口宽度BV/t-q/22825460000046623323328147-23328305680

11、010800500081540754072814745932835730001620075001225613811328147688728409800025000115741688844124182814710730图1-3Q与V/T+Q2的关系曲线图图1-4水库水位Z与下泄流量q关系曲线图调洪计算求q-t过程表1-4半图解法计算时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2q(m3/s)(m3/s)8.4646623346612164810578244921811131381171253424646880205855130474560206755136361417

12、19345454227831917085334821324514205205416218710875046012114172447866881043514177255715381782540-336346绘制Q-t与q-t过程线，求、与由表4-4的第1、2、5栏数值，可绘制Q-t与q-t过程线图1-5Q-t与q-t过程线由上图读出=552.49,利用值，由图3-4可查得=2826.44m。(2)校核洪水时：Q校=2320/s表1-5半图解法结果表时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)7.48466023346612226013631

13、1305061815251893251757624886120531466143064976733006243649457232476204238143830656084829133627935925422225724575726016519420795526612014316695317275981236511783455779490图1-6Q-t与q-t过程线由上图读出=624.57利用值，由图3-4可查得。1.3.2方案二I=2815m,B=8m）起调流量（1）设计洪水时:Q设=1680m3/s计算并绘制q=V/t+q/2辅助曲线表1-6q=f(V/t+q/2)辅助曲线计算表水库水位Z(

14、m)总库容正常蓄水位以上库容V(万m3)V/t(万m3)q(m3/s)q/2(m3/s)V/t+q/2(m3/s)堰顶高程孔口宽度BV/t-q/22825460000046123123128158-23128305680010800500084642354232815845772835730001620075001302651815128158684928409800025000115741820910124842815810664图1-7q-V/t+q/2辅助曲线图1-8水位与下泄流量关系曲线调洪计算求q-t过程表1-7半图解法计算时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)

15、V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)8.43461231461121648105582549118111313811715537246468802057556304745602061556363614171922548422783191693536482132451403520541621871070503601211417084856688104328466725571-67357782540-385322绘制Q-t与q-t过程线，求、与由表3-7的第1、2、5栏数值，可绘制Q-t与q-t过程线，图1-9Q-t与q-t过程线由上图读出,利用值，由图3-8可查得(2)校核洪水时：Q校=23

16、20m3/s调洪计算求q-t过程表1-8半图解法计算时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)7.464610231461122260136111315061815251893251858324886120531406243064976732836353649457232206304238143830276164829133627475985422225724065766016519420235546612014316125317275981178508783455725485绘制Q-t与q-t过程线，求与由表3-8的第1、2、5栏数值

17、，可绘制Q-t与q-t过程线图1-10Q-t与q-t过程线由上图读出,利用值，由图3-8可查得。1.3.3方案三=2815m,B=7m）起调流量（1）设计洪水时:Q设=1680m3/s计算并绘制q=V/t+q/2辅助曲线表1-9q=f(V/t+q/2)辅助曲线计算表水库水位Z(m)总库容正常蓄水位以上库容V(万m3)V/t(万m3)q(m3/s)q/2(m3/s)V/t+q/2(m3/s)堰顶高程孔口宽度BV/t-q/22825460000040320220228157-20228305680010800500074037053702815746302835730001620075001140

18、570807028157693028409800025000115741593796123702815710778图1-11q-V/t+q/2辅助曲线图1-12水位与下泄流量关系曲线调洪计算求q-t过程表1-10半图解法计算时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)8.0140320240312164810268254291811131381177647224646880218449230474560225249536361417217449142278319200248348213245176447154162187148145860

19、1211411164444668810482442972557146641478254092331绘制Q-t与q-t过程线，求。由表3-10的第1、2、5栏数值，可绘制Q-t与q-t过程线图1-13Q-t与q-t过程线由上图读出,利用值，由图3-12可查得(2)校核洪水时：=2320m3/s调洪计算求q-t过程表1-11半图解法计算时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)6.984032024031222601332113144218152518932582513248861205327455430649767348756836494

20、572349156942381438335956048291336313554554222257284752860165194251250966120143214649072759817534717834551337452绘制Q-t与q-t过程线，求、由表3-11的第1、2、5栏数值，可绘制Q-t与q-t过程线，图1-14Q-t与q-t过程线由上图读出,利用值，由图3-12可查得=2827.42m。1.3.4方案四=2816m,B=8m）起调流量（1）设计洪水时:Q设=1680m3/s计算并绘制q=V/t+q/2辅助曲线表1-12q=f(V/t+q/2)辅助曲线计算表V/t(万m3)qq/2V

21、/t+q/2堰顶高程孔口宽度BV/t-q/2(m3/s)(m3/s)(m3/s)28168039219619628168-19650007613815381281684619750012036028102281686898115741708854124282816810720图1-15q-V/t+q/2辅助曲线图1-16水位与下泄流量关系曲线调洪计算求q-t过程表1-13半图解法调洪计算表时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)7.9239219639212164810208244211811131381178446924646880

22、21944913047456022634953636141721854914227831920144814821324517784695416218714964526012114111854396688104851423725571499406782540133316绘制Q-t与q-t过程线，求。由表3-13的第1、2、5栏数值，可绘制Q-t与q-t过程线图3-17Q-t与q-t过程线由上图读出,利用值，由图3-12可查得(2)校核洪水时：=2320m3/s调洪计算求q-t过程表3-14半图解法计算表时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3

23、/s)6.873921963921222601326113043618152518932587514248861205327855930649767348757436494572348457442381438334856448291336312054854222257282852960165194249350966120143212648872759817364677834551323446调洪计算求q-t过程图3-18Q-t与q-t过程线由上图读出,利用值，由图3-12可查得=2827.50m。表1-15调洪演算结果如下方案孔口尺寸工况q（）V(百万)上游水位Z（m）一I=2814mB=7m

24、设计552.474912826.44校核624.555102827.31二I=2815mB=8m设计557.664912826.45校核634.985092827.28三I=2815mB=7m设计495.354922826.48校核569.625122827.42四I=2816mB=8m设计495.154952826.60校核575.065142827.501.4方案选择根据以上方案都能满足泄流量q900m3/s，校核洪水位都不超过正常蓄水位的3.5米，因而需四个方案的技术经济进行比较，同时也应结合导流问题。二、三两方案堰顶高程均为2815m，第二方案虽然库水位较低，但是与第三方案相比相差甚小

25、，而洞宽相对较大，会增大溢洪道开挖工程量，故选择第三方案较为合适，即堰顶高程为I=2815m，溢流孔口净宽B=7m,设计水位2826.48m，校核水位2827.42m，设计泄洪流量495.35m3/s,校核泄洪流量569.62m3/s。第二章坝高确定2.1大坝高程的计算坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值:1.设计洪水位加正常运用条件下的坝顶超高;2.正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高;3.校核洪水位加正常运用条件下的坝顶超高。因该地区地震烈度为7，故还需考虑正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四种工况最大值，同时并保留一定的沉降值

26、。2.1.1正常蓄水坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：其中：y-坝顶超高；R-最大波浪在坝顶的爬高；e-最大风壅水面高度；A-安全超高。该坝为二级建筑物取A=1.0；W设计风速，根据以上规范取为，取；D风区长度，根据资料取为m；K综合摩阻系数，取；计算风向与坝轴线法线的夹角，取0；Hm水库水域的平均水深，m。对于内陆峡谷水库，在风速W26.5m/s、吹程D20km时，波浪的波长和波高h可采用官厅公式：式中：h当=20250时，为累积频率5%的波高，m。=2501000时，为累计频率10%的波高，m。波浪平均爬高计算公式如下：式中：R平均波浪爬高，m；m单坡的坡度系数，取2.5;斜坡的糙率渗

27、透性系数，根据护面类型确定，工程采用干砌块石护坡，查规范表A.1.12-1，取=0.80；经验系数；H=正常水位-河床最低高程=2825.0-2750.0=75.0m查规范表A.1.12-2,取=1=（正常水位-河床最低高程）/2=（2825.0-2750.0）/2=37.5m,从而h为累积频率10%的波高。，查规范表A.1.8得：平均波高（m）(m)工程大坝为二级建筑物，根据规范波浪爬高应采用累积频率为1%的爬高值。,查规范表A.1.13得，=2.23。超高y=R+e+A=3.108+0.033+1=4.141m2.1.2设计蓄水坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：其中：y-坝顶超高；R-

28、最大波浪在坝顶的爬高；e-最大风壅水面高度；A-安全超高。该坝为二级建筑物，设计时取A=1.0。W设计风速，根据以上规范取为，取；D风区长度，根据资料取为m；K综合摩阻系数，取；计算风向与坝轴线法线的夹角，取0；Hm水库水域的平均水深，m。对于内陆峡谷水库，在风速W26.5m/s、吹程D20km时，波浪的波长和波高h可采用官厅公式：式中h当=20250时，为累积频率5%的波高，m。=2501000时，为累计频率10%的波高，m。波浪平均爬高计算公式如下：式中R平均波浪爬高，m；m单坡的坡度系数，取2.5;K斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型确定，工程采用干砌块石护坡，查规范表A.1.12-1，

29、取K=0.80；KW经验系数，H=设计水位-河床最低高程=2826.48-2750.0=76.48m查规范表A.1.12-2,取=1=（设计水位-河床最低高程）/2=（2826.48-2750.0）/2=38.24m,从而h为累积频率10%的波高。查规范表A.1.8得：平均波高（m）(m)工程大坝为二级建筑物，根据规范波浪爬高应采用累积频率为1%的爬高值。,查规范表A.1.13得，=2.23。超高y=R+e+A=3.108+0.032+1=4.140m2.1.3校核蓄水坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：其中：y-坝顶超高；R-最大波浪在坝顶的爬高；e-最大风壅水面高度；A-安全超高。该坝为

30、二级建筑物，校核时取A=0.5W设计风速，根据以上规范取为，取15m/s；D风区长度，根据资料取为m；K综合摩阻系数，取；计算风向与坝轴线法线的夹角，取0；Hm水库水域的平均水深m。对于内陆峡谷水库，在风速W20m/s、吹程D114.5/5=22.9。参考以往工程的经验，心墙的顶部宽度取为4m(满足大于3m机械化施工要求)，粘土心墙的坝坡的坡度为1:0.41:1.0之间，有资料研究认为，心墙向上游倾斜的坡度为1:0.251:0.75时较好，本次设计取为1:0.3，下游坡度取为1:0.3，粘土心墙的顶部高程以校核水位加一定的超高（超高0.50.2m）并高于校核洪水位为原则，最终取其墙顶高程为28

31、28m，经计算底宽为34.5m，大于22.9m。墙顶的上部留有4m的保护层。（2）坝基防渗由坝址处地质剖面图，可知该坝基为砂砾石地基，对砂砾石地基防渗措施主要有开挖截水槽回填粘土、混凝土防渗墙、帷幕灌浆等措施。从材料来看由于附近粘土材料储量较少，故不适合采用粘土截水槽，又根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001），80m以内的砂砾石地基可采用混凝土防渗墙，由坝址处地质破面图，该坝基河槽段砂砾石最大层厚为37m，因此该坝基河床中部及两岸坡均采用混凝土防渗墙，根据水工建筑物教材，厚度取0.8m，防渗墙伸入坝体防渗体的长度不小于1/10倍坝高，本次设计取7.5m，防渗墙布置在心墙底面中部，根据“

32、规范”规定墙体底部应深入岩基0.51.0m，本次设计取0.5m，岸坡混凝土防渗墙底高程沿岸坡逐渐变化。3.2土料的设计筑坝土料的实际与土坝结构设计、施工方案以及工程造价有关，一般力求坝体内材料分区简单，就地、就近取材，因材设计。土料设计主要任务是确定粘壤土的填筑干容重、含水量，砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标。3.2.1粘性土料设计（1）计算公式粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验求最大干容重、最优含水量(一般采用25击,其击实功能为86.3tm/m3)。由于最优含水量随压实功能的大小而变,故在土料的设计中常根据土料的实际施工机具的压实功能,选择相应的

33、最优含水量作为填筑土料的含水量。根据国内外的筑坝经验,常将粘土的填筑含水量控制在最优含水量的附近,其上下偏离最优含水量控制在2%3%。根据以上的击实次数和击实功能，得出的多组平均最大干容重和平均最优含水量。设计干容重为：式中：设计干容重，（g/3)；在相应击实功能下的最大干容重,（g/3)；P施工条件系数(或称压实系数)。对于1、2级高坝,m的值采用0.960.99之间,三四级坝或低坝可采用0.930.96,本设计取m=0.98。粘性土的填筑含水量W为:式中:土的塑限；土的塑性指数；B土料的液性指数，即稠度系数，对高坝可取0.070.1之间，低坝可取0.010.02之间，本设计取B=0.08。设计最优含水量为：用下述公式计算最大干容重作为校核参考:式中：土粒的比重；压实土的含气量，粘土可取0.05，砂质粘土取0.04，壤土可取0.03，本设计取为0.05。运用下式作校核：式中：土料场的自然干容重；对1、2级坝，还应该进行现场碾压试验，以便复核，并据以选定施工碾压参数。施工实际干容重的合格率，对1、2级坝的心墙斜墙，要求达到90%，对3、4级坝的心墙斜墙及1、2级均质坝，要求达到80%90%。料场名称自然含水量%自然湿容重KN/m3自然干容重KN/m3比重