土石壩電算課程設(shè)計(jì)-面板堆石壩設(shè)計(jì)

1、土石壩電算課程設(shè)計(jì) 土石壩電算課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 水利水電(1)班 指導(dǎo)教師： 二一一年六月十七日目 錄前言 第一章 設(shè)計(jì)工程概況1 11 流域概況及樞紐概況1 12 地形地質(zhì)1 13 建筑材料1 14 水文2 15 氣象2 16 其他有關(guān)資料2第二章 壩剖面設(shè)計(jì)2 21 壩頂高程確定2 22 壩頂寬度確定6 23 壩坡確定6 24 壩面排水6 25 確定建基面6 26 堆石體材料分區(qū)7 27 面板及防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8 28 分縫和止水設(shè)計(jì)9第三章滲流穩(wěn)定計(jì)算分析 11 31 滲流計(jì)算1132 手算穩(wěn)定計(jì)算12 33 電算穩(wěn)定計(jì)算16第四章 地基處理22 41 趾板區(qū)基礎(chǔ)開(kāi)挖

2、及處理22 42 堆石體壩基處理22 43 地基缺陷處理22 44 基礎(chǔ)固結(jié)灌漿與帷幕灌漿22第五章 結(jié)束語(yǔ)23 51 成果評(píng)價(jià)23 52 問(wèn)題展望23 53 課設(shè)感受24參考文獻(xiàn) 25 前言根據(jù)水工建筑物課程教學(xué)大綱的要求，安排1周時(shí)間進(jìn)行土石壩電算課程設(shè)計(jì)。其目的與要求：1、課程設(shè)計(jì)安排在“水工建筑物”課程內(nèi)容學(xué)習(xí)完成之后進(jìn)行，課程設(shè)計(jì)作為綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，是對(duì)平時(shí)作業(yè)的一個(gè)補(bǔ)充，課程設(shè)計(jì)包括土石壩設(shè)計(jì)的主要理論與計(jì)算問(wèn)題，通過(guò)課程設(shè)計(jì)可以達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的。2、課程設(shè)計(jì)的目的，是使學(xué)生融會(huì)貫通“水工建筑物”課程所學(xué)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，完成土石壩較完整的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程，以加深對(duì)所學(xué)理論的理解與應(yīng)用。

3、培養(yǎng)綜合運(yùn)用已學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)解決基本工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的初步技能，全面分析考慮問(wèn)題的思想方法、工作方法。3培養(yǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖、編寫(xiě)設(shè)計(jì)文件、使用規(guī)范手冊(cè)和應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力。4提高查閱和應(yīng)用參考文獻(xiàn)和資料的能力。第一章 設(shè)計(jì)工程概況1 1 流域概況及樞紐任務(wù)某水庫(kù)樞紐位于某河上游，全河流域面積5863km2，流向自北向南，干流的平均比降為2%-3%。流域內(nèi)多石山，小部分為丘陵，水土流失不嚴(yán)重。本樞紐工程是以發(fā)電為主兼顧灌溉和供水的綜合利用工程，水庫(kù)的總庫(kù)容為1450萬(wàn)m3，發(fā)電引水高程為197.5m，最大引水流量為73m3/s，發(fā)電裝機(jī)容量3萬(wàn)kw。灌溉下游左岸耕地2.3萬(wàn)m2，灌溉最大

4、引水流量35m3/s，引水高程202.5m。1 2 地形地質(zhì)壩址處的巖體可大致分為新鮮巖石、弱風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化及河床卵石覆蓋層。河槽高程為181.8m，河槽處卵石覆蓋層為4m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度為3m，弱風(fēng)化層厚度為6m，基巖巖體較完整，無(wú)特殊不利地質(zhì)構(gòu)造。兩岸風(fēng)化較深呈帶狀，覆蓋層較少，厚度一般地2-3m ，強(qiáng)風(fēng)化層厚12m，弱風(fēng)化層厚度為58m，壩址兩岸均為花崗巖，巖石堅(jiān)硬，裂隙不發(fā)育。1 3 建筑材料 粘土料、砂料、石料在壩址上、下游均有，壩址下游5公里以內(nèi)砂儲(chǔ)量豐富，可供建筑使用。表1-1 土石料計(jì)算參數(shù)材料重度kn/m3含水量%孔隙摩擦角(度)凝聚力kpa滲透系數(shù)k(cm/s)粘土18.728

5、e=0.65171533.6×10-4砂礫料19.519n=25%3506.0×10-2土石料2022e=0.4528101.8×10-3堆石料2215n=25%38014 水文 壩址以上控制集雨面積128km2，多年平均流量3.5 m3/s，平均年徑流量9776.2 m3。 經(jīng)水文水利規(guī)劃(工程等別為三等，經(jīng)調(diào)洪演算)得：上游設(shè)計(jì)洪水位為235.0m，相應(yīng)的下游水位為184.2m，庫(kù)容為1135萬(wàn)m3，岸邊溢洪道相應(yīng)的泄量為1238 m3/s；上游校核洪水位為236.5m，相應(yīng)的下游水位為185.3m，庫(kù)容為1243萬(wàn)m3，岸邊溢洪道相應(yīng)的泄量為1675 m3/

6、s；上游正常高水位為233.2m，相應(yīng)的下游水位為183.5m，庫(kù)容為898萬(wàn)m3；死水位為200m，相應(yīng)的庫(kù)容為42萬(wàn)m3。15 氣象 本地區(qū)洪水期多年平均最大風(fēng)速12m/s，水庫(kù)的風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度（吹程）為2.6km。16 其它有關(guān)資料 壩基弱風(fēng)化上限高程為174.8m，岸邊溢洪道堰頂高程取為226.5m。第二章 壩剖面設(shè)計(jì)21 壩頂高程確定壩頂高程等于水庫(kù)靜水位與壩頂超高之和，應(yīng)分別按以下運(yùn)用情況計(jì)算，取其最大值：a、正常蓄水位+正常運(yùn)用條件的壩頂超高；b、設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用條件的壩頂超高；c、校核洪水位+非常運(yùn)用條件的壩頂超高；d、正常蓄水位+非常運(yùn)用條件的壩頂超高+地震安全超高。 壩頂安全

7、超高d的計(jì)算公式為：-最大波浪在壩坡上的爬高，m -最大風(fēng)浪引起的壩前水位壅高，m -安全加高，m其中風(fēng)浪引起的壩前水位壅高：（因?yàn)閙=1.4，1.25<m<1.5時(shí)，可由m=1.25和m=1.5的計(jì)算值按內(nèi)插法確定） m=1.5時(shí)，波浪在壩坡上的爬高：m=1.25時(shí)，波浪在壩坡上的爬高：式中： -綜合摩阻系數(shù)(可取) -設(shè)計(jì)風(fēng)速，（取12） -庫(kù)水平均水深，m（取51.4m） -風(fēng)向與壩軸線法線方向的夾角（?。?。-分別為設(shè)計(jì)波高（m）和波長(zhǎng)（m）-壩坡糙率滲透系數(shù)（取0.90）-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（取1.0）d-有效吹程(m)（取2600m）壩頂高程等于水庫(kù)靜水位與超高之和，并分別按以下運(yùn)

8、用情況計(jì)算，取其最大值：a. 正常蓄水位+正常運(yùn)用條件的壩頂超高 （采用混泥土護(hù)面） （）m=1.5時(shí)：m=1.25時(shí)：m=1.4時(shí)，內(nèi)插法得： （e很小，所以忽略不計(jì)。） （大壩等級(jí)為3級(jí)）b. 設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用條件的壩頂超高 （采用混泥土護(hù)面） （）m=1.5時(shí)：m=1.25時(shí)：m=1.4時(shí)，內(nèi)插法得： （e很小，所以忽略不計(jì)。） （大壩等級(jí)為3級(jí)）c. 校核洪水位+非常運(yùn)用條件的壩頂超高 （采用混泥土護(hù)面） （）m=1.5時(shí)：m=1.25時(shí)：m=1.4時(shí)，內(nèi)插法得： （e很小，所以忽略不計(jì)。） （大壩等級(jí)為3級(jí)）d. 正常蓄水位+非常運(yùn)用條件的壩頂超高+地震安全超高 （采用混泥土護(hù)面

9、） （）m=1.5時(shí)：m=1.25時(shí)： m=1.4時(shí)，內(nèi)插法得： （e很小，所以忽略不計(jì)。） （大壩等級(jí)為3級(jí)）表2-1 壩頂高程計(jì)算表工況計(jì)算風(fēng)速v風(fēng)壅高度e波浪爬高r安全加高(m)壩頂超高壩頂高程（m/s）（m）（m）正常運(yùn)用非常運(yùn)用地震涌浪（m）（m）正常運(yùn)用正常蓄水位180.0031.60.72.3235.5正常運(yùn)用設(shè)計(jì)洪水位180.002911.60.72.3237.3正常運(yùn)用校核洪水位120.001261.00.41.4237.9正常運(yùn)用+地震180.0031.60.41.03.0236.2表2-2 各種情況下壩頂高程工況壩頂高程最大壩頂高程正常蓄水位+正常運(yùn)用條件的壩頂超高233

10、.2+2.3=235.5m237.9m設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用條件的壩頂超高235.0+2.3=237.3m校核洪水位+非常運(yùn)用條件的壩頂超高236.5+1.4=237.9m正常蓄水位+非常運(yùn)用條件的壩頂超高+地震安全超高233.2+3.0=236.2m面板壩頂部上游面普遍設(shè)置l形鋼筋混凝土防浪墻，防浪墻底部宜高出正常蓄水位，取墻高4米，因此壩頂高程為防浪墻高程減去防浪墻高度1.2 m，則壩頂高程為236.7 m。防浪墻底部要求高于正常蓄水位，其底部高程為233.9m正常蓄水位233.5m，故滿足要求。當(dāng)?shù)卣鹆叶炔淮笥?度時(shí)，不考慮地震影響。壩高=壩頂高程-河槽高程=236.7-181.8=54.

11、9 m，30m<壩高54.9m<70m，屬于中壩。22 壩頂寬度確定壩頂寬度一般58m，相應(yīng)于面板頂部高程的寬度不應(yīng)小于9m，以滿足面板施工時(shí)澆筑平臺(tái)的需要，本設(shè)計(jì)取10m，圖2-1為壩頂結(jié)構(gòu)詳圖。圖2-1 壩頂結(jié)構(gòu)詳圖23 壩坡確定上游面采用1:1.4，下游面采用1：1.3；高程220m，200m處各設(shè)一馬道，馬道寬2.5m。24 壩面排水由于面板后堆石透水性好幾乎不受滲透力的影響，故可不設(shè)壩體排水，而只設(shè)壩面排水。壩軸向排水溝設(shè)于馬道內(nèi)側(cè)，尺寸為0.2m×0.3m(深×寬)，順坡向排水溝設(shè)置四道，排水溝均用漿砌石砌筑。25確定建基面面板堆石壩基礎(chǔ)開(kāi)挖深度，因

12、河槽高程為181.8m，河槽處卵石覆蓋層為4m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度為3m，弱風(fēng)化層厚度為6m，混凝土面板堆石壩建基面不需要開(kāi)挖，只需清除表面的腐植土，所以河床處大壩建基面的高程為181.8m。趾板要求開(kāi)挖到強(qiáng)風(fēng)化下限，河床處趾板建在174m高程上。26堆石體材料分區(qū)根據(jù)運(yùn)行期間對(duì)壩體各部位的要求，壩體材料進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)。分區(qū)的原則是：對(duì)料場(chǎng)開(kāi)挖料的特性認(rèn)真研究，在保證工程安全、經(jīng)濟(jì)的前提下，充分利用建筑物開(kāi)挖的有用料；各區(qū)壩料從上游到下游滿足水力過(guò)渡要求，相鄰區(qū)下游壩料對(duì)其上游區(qū)有反濾保護(hù)作用；蓄水后壩體變形盡可能小，從而減小面板和止水系統(tǒng)遭到破壞的可能性。根據(jù)料源及對(duì)壩料強(qiáng)度、滲透性、壓縮性、施工方

13、便和經(jīng)濟(jì)合理等要求，將壩體從上游到下游分為墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游次堆石區(qū)，并在面板上游設(shè)壩前覆蓋料。2a區(qū)為面板下的墊層區(qū)，考慮施工機(jī)械設(shè)備施工需要的最小寬度，確定墊層水平寬度為3.0m；3a區(qū)為墊層下的過(guò)渡區(qū)，亦考慮施工要求，水平寬度為4.0m；3b區(qū)為主堆石區(qū)，為級(jí)配良好的砂礫石料；e區(qū)為可變的的主堆石區(qū)與下游堆石區(qū)的過(guò)渡區(qū)。3c區(qū)為次堆石區(qū)，位于壩體下游部位，可利用堆石料填筑。下游壩面塊石護(hù)坡，厚度0.5m。1a區(qū)為上游壩腳粘土鋪蓋區(qū)，1b區(qū)為上游壩腳回填砂礫石蓋重區(qū)，各區(qū)分布如圖2-2，各區(qū)材料見(jiàn)表2-3。1墊層料對(duì)墊層料的設(shè)計(jì)有如下要求：應(yīng)有較高的變形模量及抗剪強(qiáng)度，能維持自

14、身的穩(wěn)定，對(duì)面板起到良好的支撐作用；墊層料應(yīng)具有半透水性質(zhì)，在面板及接縫開(kāi)裂破壞時(shí)，可以起到限制壩體的滲漏量并保持自身抗?jié)B穩(wěn)定，對(duì)細(xì)粒料起到反濾作用，滲漏發(fā)生時(shí)通過(guò)細(xì)粒料堵塞滲流通道自愈，起到一定的擋水作用；施工中不易分離，便于平整坡面，使面板受力均勻。采用孔隙率為e=0.65、滲透系數(shù) 的粘土。2過(guò)渡料在墊層料與主堆石料間設(shè)過(guò)渡料區(qū)，物理力學(xué)指標(biāo)要求與墊層料相近，即具有低壓縮性、高抗剪強(qiáng)度，對(duì)墊層料能起到反濾保護(hù)作用。采用孔隙率e=0.45、滲透系數(shù)的土石料。3堆石料上游主堆石料區(qū)為水壓力的主要承載區(qū)，為避免面板產(chǎn)生較大的變形，要求有較高的壓縮模量及良好的透水性，筑壩石料應(yīng)有較高的干、濕抗壓

15、強(qiáng)度，在面板澆筑后，即使水庫(kù)蓄水壩體的變形增量也不大。采用孔隙率為n=0.25、滲透系數(shù)的砂礫石。 下游堆石區(qū)遠(yuǎn)離面板，基本上不承受水荷載，主要起穩(wěn)定壩坡的作用，可用堆石料填筑。4壩前覆蓋料區(qū)上游鋪蓋區(qū)，設(shè)置頂部高程195m，水平寬度為7m，分為1a區(qū)（上游鋪蓋區(qū)）和1b區(qū)（蓋重區(qū)）。1a區(qū)采用粘土填筑，設(shè)計(jì)水平寬度3m；b區(qū)采用砂礫石蓋重，水平寬度4m.5下游堆石區(qū)為了大壩排水通暢和下游壩坡穩(wěn)定，在次堆石區(qū)底部高程187.5m 以下和壩體下游坡約5m 范圍設(shè)置下游堆石區(qū)3f區(qū)。下游壩坡坡面0.5m厚范圍3d區(qū)，采用干砌塊石護(hù)坡。圖2-2 壩體分區(qū)圖表2-3 壩體分區(qū)材料表壩料分區(qū)名稱(chēng)材料壩料

16、分區(qū)名稱(chēng)材料1a上游鋪蓋區(qū)粘土3c下游堆石區(qū)堆石料2a墊層區(qū)粘土3d下游護(hù)坡砌石3a過(guò)渡區(qū)土石料e堆石過(guò)渡區(qū)砂1b上游蓋重區(qū)砂礫石f上游面板混凝土2b特殊墊層區(qū)瀝青砂3f排水區(qū)硬巖拋石體3b主堆石區(qū)砂礫石27 面板及防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面板、趾板、趾板地基的灌漿帷幕、周邊縫合面板間的接縫止水等構(gòu)成面板壩的防滲體系。2.7.1 趾板根據(jù)混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范sl228-98，趾板布置方式采用：趾板面等高線垂直于趾板基準(zhǔn)線，即為平趾板，其方便施工。位于基巖上的趾板，應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)條件，設(shè)置必要的伸縮縫，并和面板的垂直縫錯(cuò)開(kāi)，趾板詳細(xì)尺寸見(jiàn)圖2-3。1、趾板寬度：巖石地基上的趾板寬度按容許水力梯度確定。

17、趾板的寬度b取決于作用水頭h和基巖性質(zhì)，要求水力坡降j=h/b不超過(guò)容許值(弱風(fēng)化巖石地基容許水力梯度為10-20)經(jīng)計(jì)算：趾板寬度為4.0m。2、趾板厚度：根據(jù)混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：巖基上趾板厚度可小于其連接的面板厚度，最小設(shè)計(jì)厚度應(yīng)不小于0.3m。所以，趾板厚度取0.8m。3、趾板上游面垂直于面板底面的高度a：規(guī)范規(guī)定a應(yīng)不小于0.9m，因此，取a=1.3m。4、面板與趾板處于同一平面時(shí)，為便于面板的無(wú)軌滑模施工，趾板宜提供不小于0.6m的息止長(zhǎng)度，所以取息止長(zhǎng)度為1.0m。圖2-3 趾板具體尺寸圖 m2.7.2 面板面板是防滲的主體，對(duì)質(zhì)量有較高的要求。除良好的防滲性能，還要有足

18、夠的耐久性，足夠的強(qiáng)度和防裂性能。為適合壩體變形和施工要求，需對(duì)面板進(jìn)行分縫。垂直縫間距采用15m。兩岸壩肩附近的縫為張性縫，其余部分為壓性縫。為滿足滑模連續(xù)性澆注的要求，不設(shè)水平向伸縮縫。面板厚度應(yīng)使面板承受的水力梯度不超過(guò)200，為便于布置鋼筋和止水，面板的最小厚度應(yīng)為0.3m。并向底部逐漸增加，厚度可按照公式：t=0.30+（0.0020.0035）h式中：t面板厚度，m； h計(jì)算斷面至面板頂部的垂直距離，取62m。則t=0.420.5m參照國(guó)內(nèi)外已建工程及施工經(jīng)驗(yàn)，中低壩可采用0.30.4m的等候面板，故面板采用等厚0.5m。面板接縫設(shè)計(jì)主要是止水結(jié)構(gòu)及布置。周邊縫對(duì)面板防滲起關(guān)鍵作用

19、，其底部止水銅片為最基本的防滲線，中部采用浸瀝青木板止水，上部采用pvc止水該片，內(nèi)填塑性填料，用噴鋅角鋼和噴鋅螺栓固定，周邊縫和垂直縫內(nèi)的各道止水相互組成封閉的止水系統(tǒng)。28 分縫和止水設(shè)計(jì)面板設(shè)垂直縫，分為張性縫縫和壓性垂直縫兩種。趾板與面板之間，面板與防浪墻之間，均設(shè)置周邊縫。為方便趾板施工，趾板設(shè)計(jì)為連續(xù)趾板，但要求施工分序條塊澆注。周邊縫設(shè)置三道止水：底部設(shè)一道為止水銅片，下設(shè)瀝青砂漿墊塊，銅片與瀝青砂墊塊之間鋪設(shè)pvc 墊片。止水銅片鼻子嵌氯丁橡膠棒。頂部塑性止水構(gòu)造為“v”型口，上面填充塑性材料，表面用pvc止水蓋片覆?？p間填塞12mm 厚浸瀝青木板以適應(yīng)水庫(kù)蓄水前面板面板端部的

20、壓應(yīng)力集中，如圖2-5。面板壓性垂直縫底部設(shè)一道止水銅片，縫間填塞12mm 厚浸瀝青木板，縫面涂刷瀝青乳膠。面板張性垂直縫設(shè)兩道止水，底部設(shè)止水銅片，中部設(shè)橡膠止水帶，縫面涂刷瀝青乳膠。防浪墻與面板接縫設(shè)置兩道止水，底部設(shè)一道止水銅片，上部填充塑性材料，表面用pvc止水蓋片覆，縫間填塞12mm 厚瀝青木板，如圖2-5。整個(gè)大壩止水系統(tǒng)要求很好連接，以組成壩體完整封閉的防滲系統(tǒng)。圖2-4 面板與防浪墻連接處止水詳圖圖2-5 面板與趾板連接處止水詳圖第三章 滲流穩(wěn)定計(jì)算分析31 滲流計(jì)算滲流計(jì)算的水位組合情況如下：1、上游為正常水位233.2m，下游水位為183.5m。2、上游為設(shè)計(jì)洪水位235.

21、0m，下游水位為184.2m。3、上游為校核洪水位236.5m，下游水位為185.3m。由于在壩基高程以下巖石的滲透系數(shù)較大，滲透性強(qiáng)，在趾板下部進(jìn)行了帷幕灌漿處理，故滲流分析計(jì)算近似按照有限透水地基上斜墻壩滲流計(jì)算方法。單寬滲流量和面板后滲流水深h 可由式聯(lián)立試算解出，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-1。通過(guò)面板和帷幕 ：面板后流量：式中:t 帷幕厚度； 面板中線的傾角；k、k0、kt 分別為壩身、面板和帷幕、地基的滲流系數(shù)，帷幕厚度取2.5m。表3-1 滲流計(jì)算成果表計(jì)算工況上游水位（m）下游水位（m）t（m）單寬流量面板后滲流水深（m）正常高水位233.2183.51.71.7082設(shè)計(jì)洪水位235.0

22、184.22.42.4062校核洪水位236.5185.33.53.5045結(jié)果分析：面板后水深比下游水深深0.40.8cm，故浸潤(rùn)線近似一直線，如圖3-1所示。水庫(kù)單寬流量非常小，故滿足防滲要求。圖3-1 壩體浸潤(rùn)線32 手算穩(wěn)定計(jì)算3.2.1計(jì)算材料浮重度與飽和重度 粘土，浮重度：飽和重度： 砂礫料，浮重度：飽和重度： 土石料，浮容重 堆石料，浮重度：飽和重度：材料屬性計(jì)算結(jié)果如表3-2所示：表3-2 材料屬性材料重度浮重度飽和重度含水量%孔隙摩擦角(度)凝聚力kpa滲流系數(shù)k(cm/s)粘土18.78.6618.4728e=0.651715.3砂礫料19.59.0318.8419n=25

23、%350土石料209.6319.4422e=0.652810堆石料2211.7721.5815n=25%3803.2.2手算壩坡穩(wěn)定混凝土面板堆石壩上游混凝土面板防滲效果好，上游壩坡不易發(fā)生滑動(dòng)，而下游壩坡為堆石料，可能產(chǎn)生折線形滑動(dòng)面，應(yīng)對(duì)下游壩坡進(jìn)行穩(wěn)定分析。穩(wěn)定分析采用折線法，其原理為：adc為任意滑裂面，c點(diǎn)為滑裂面上的起點(diǎn)位置，折點(diǎn)d在下游水位處，以鉛垂線de將滑動(dòng)體分為兩塊，其重量分別為g1和g2。假設(shè)條塊之間的作用力為p，其方向平行于dc面，兩塊土體底面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分別為1和2。如圖3-2、圖3-3。則土塊cdec的力平衡式為：土塊adea的力平衡式為：聯(lián)立以上兩式，消去p可得

24、：由上式可以求出安全系數(shù)k值。式中 堆石料料水上內(nèi)摩擦角，取38°；堆石料水下內(nèi)摩擦角，取38°；1滑動(dòng)面cd與水平面的夾角；2滑動(dòng)面da與水平面的夾角。 圖3-2 情況1 滑動(dòng)面上起點(diǎn)位于壩坡上 圖3-3 情況2 滑動(dòng)面上起點(diǎn)位于壩頂上求壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)kmin值時(shí)，需要通過(guò)多次試算確定，其方法為：先假定一個(gè)下游水位和一個(gè)2值，然后變化不同的1 值，求出相應(yīng)的安全系數(shù)，可以得出在該2值時(shí)所對(duì)應(yīng)有一個(gè)最小k值；再改變2的值，同理可求出另一個(gè)最小k值，在假設(shè)的n個(gè)2值則對(duì)應(yīng)有n個(gè)最小k值,在n個(gè)最小k值中找出其中最小的kmin值，即為在該水位對(duì)應(yīng)下的壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)，

25、計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-3。表3-3 手算計(jì)算結(jié)果計(jì)算情況正常蓄水位4400.888909.8751.8220.1338381.62681設(shè)計(jì)洪水位5753.47689.944.4118.4238381.6129校核洪水位5436.27324.442.618.638381.62903根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范sl2742001規(guī)定：土石壩設(shè)計(jì)時(shí)考慮的工作狀況有：（1）正常運(yùn)用時(shí)，穩(wěn)定分析應(yīng)考慮水庫(kù)水位處于正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位的情況；（2）非常運(yùn)用時(shí)，穩(wěn)定分析應(yīng)考慮水庫(kù)水位處于校核洪水位的情況。計(jì)算時(shí)，1值取35°-45°之間，2值取15°-25°之間。計(jì)算土塊重

26、量時(shí)，水上部分用容重為22.0 kn/m3，水下部分用浮容重為11.77kn/m3。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，上游為正常蓄水位相應(yīng)的下游水位為183.5m時(shí)，下游壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.62681；上游為設(shè)計(jì)洪水位相應(yīng)的下游水位為184.2m時(shí)，下游壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.6129；上游為校核洪水位相應(yīng)的下游水位為185.3m時(shí)，下游壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.62903。根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范sl2742001規(guī)定：工程等級(jí)為3級(jí)時(shí)，正常運(yùn)用條件壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.30；非常運(yùn)用條件壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.20。所以，計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。33 電算穩(wěn)定計(jì)算采用理正邊坡穩(wěn)定分析軟件

27、計(jì)算3.3.1施工期上游壩坡穩(wěn)定安全計(jì)算 計(jì)算簡(jiǎn)圖控制參數(shù): 采用規(guī)范:碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(sl274-2001) 計(jì)算工期:施工期 計(jì)算目標(biāo):安全系數(shù)計(jì)算 滑裂面形狀: 折線形滑面 不考慮地震坡面信息 坡面線段數(shù) 1 坡面線號(hào) 水平投影(m) 豎直投影(m) 超載數(shù) 1 86.660 61.900 0土層信息 坡面節(jié)點(diǎn)數(shù) 2 編號(hào) x(m) y(m) 0 0.000 0.000 -1 86.660 61.900 附加節(jié)點(diǎn)數(shù) 19 編號(hào) x(m) y(m) 1 3.687 0.000 2 90.169 61.900 3 93.757 61.900 4 7.687 0.000 5 90.257

28、 59.100 6 97.397 59.100 7 106.367 52.200 8 42.807 0.000 9 95.007 52.200 10 115.467 45.200 11 121.107 0.000 12 137.528 0.000 13 155.028 12.500 14 162.977 12.500 15 146.467 25.200 16 143.967 25.200 17 117.967 45.200 18 167.977 12.500 19 186.727 0.000 不同土性區(qū)域數(shù) 6 區(qū)號(hào) 重度 飽和重度 粘聚力 內(nèi)摩擦角 水下粘聚 水下內(nèi)摩 十字板 強(qiáng)度增 十字板

29、羲 強(qiáng)度增長(zhǎng)系 全孔壓 節(jié)點(diǎn)編號(hào) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 力(kpa) 擦角(度) (kpa) 長(zhǎng)系數(shù) 下值(kpa) 數(shù)水下值 系數(shù) 1 18.700 18.470 15.300 17.000 15.300 20.000 - - - - 0.100 (-1,0,1,2,) 2 20.000 19.440 10.000 28.000 28.000 10.000 - - - - 0.100 (3,2,1,4,5,6,) 3 19.500 18.840 0.000 35.000 0.000 20.000 - - - - 0.100 (7,6,5,4,8,9,) 4 22

30、.000 11.770 0.000 38.000 0.000 25.000 - - - - 0.100 (10,7,9,11,12,13,14,15,16,17,) 5 22.000 11.770 0.000 38.000 0.000 25.000 - - - - 0.100 (18,14,13,12,19,) 6 19.500 18.840 0.000 35.000 0.000 25.000 - - - - 0.100 (9,8,11,)水面信息 采用有效應(yīng)力法 孔隙水壓力采用近似方法計(jì)算 不考慮滲透力作用 考慮邊坡外側(cè)靜水壓力 水面線段數(shù) 1 水面線起始點(diǎn)坐標(biāo): (0.000,0.000)

31、 壩坡外水位: 0.000(m) 水面線號(hào) 水平投影(m) 豎直投影(m) 1 50.000 0.000計(jì)算條件 穩(wěn)定計(jì)算目標(biāo): 自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑面 穩(wěn)定分析方法: 簡(jiǎn)化janbu法 土條寬度(m): 1.000 非線性方程求解容許誤差: 0.00001 方程求解允許的最大迭代次數(shù): 50 搜索有效滑面數(shù): 30 起始段夾角上限(度): 5 起始段夾角下限(度): 45 段長(zhǎng)最小值(m): 20.633 段長(zhǎng)最大值(m): 41.267 出口點(diǎn)起始x坐標(biāo)(m): -61.900 出口點(diǎn)結(jié)束x坐標(biāo)(m): 86.660 入口點(diǎn)起始x坐標(biāo)(m): 0.000 入口點(diǎn)結(jié)束x坐標(biāo)(m): 86.660

32、計(jì)算結(jié)果: 滑動(dòng)安全系數(shù) k = 1.487 最危險(xiǎn)滑裂面 線段標(biāo)號(hào) 起始坐標(biāo)(m,m) 終止坐標(biāo)(m,m) 1 (-7.440,0.000) (7.766,-8.799) 2 (7.766,-8.799) (40.498,-0.007) 3 (40.498,-0.007) (47.566,8.632) 4 (47.566,8.632) (71.145,37.877) 5 (71.145,37.877) (89.594,61.900)3.3.2水位驟降期 計(jì)算簡(jiǎn)圖控制參數(shù): 采用規(guī)范:碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(sl274-2001) 計(jì)算工期:水位降落期 計(jì)算目標(biāo):安全系數(shù)計(jì)算 滑裂面形狀: 折線

33、形滑面 不考慮地震坡面信息 坡面線段數(shù) 1 坡面線號(hào) 水平投影(m) 豎直投影(m) 超載數(shù) 1 86.660 61.900 0土層信息 坡面節(jié)點(diǎn)數(shù) 2 編號(hào) x(m) y(m) 0 0.000 0.000 -1 86.660 61.900 附加節(jié)點(diǎn)數(shù) 19 編號(hào) x(m) y(m) 1 3.687 0.000 2 90.169 61.900 3 93.757 61.900 4 7.687 0.000 5 90.257 59.100 6 97.397 59.100 7 106.367 52.200 8 42.807 0.000 9 95.007 52.200 10 115.467 45.200

34、 11 121.107 0.000 12 137.528 0.000 13 155.028 12.500 14 162.977 12.500 15 146.467 25.200 16 143.967 25.200 17 117.967 45.200 18 167.977 12.500 19 186.727 0.000 不同土性區(qū)域數(shù) 6 區(qū)號(hào) 重度 飽和重度 粘聚力 內(nèi)摩擦角 水下粘聚 水下內(nèi)摩 十字板 強(qiáng)度增 十字板羲 強(qiáng)度增長(zhǎng)系 全孔壓 節(jié)點(diǎn)編號(hào) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 力(kpa) 擦角(度) (kpa) 長(zhǎng)系數(shù) 下值(kpa) 數(shù)水下值 系數(shù) 1 18.70

35、0 18.470 15.300 17.000 15.300 20.000 - - - - - (-1,0,1,2,) 2 20.000 19.440 10.000 28.000 10.000 10.000 - - - - - (3,2,1,4,5,6,) 3 19.500 18.840 0.000 35.000 0.000 20.000 - - - - - (7,6,5,4,8,9,) 4 22.000 21.580 0.000 38.000 0.000 25.000 - - - - - (10,7,9,11,12,13,14,15,16,17,) 5 22.000 21.580 0.000

36、38.000 0.000 25.000 - - - - - (18,14,13,12,19,) 6 19.500 18.840 0.000 35.000 0.000 25.000 - - - - - (9,8,11,)水面信息 采用有效應(yīng)力法 孔隙水壓力采用近似方法計(jì)算 不考慮滲透力作用 考慮邊坡外側(cè)靜水壓力 水面線段數(shù) 1 水面線起始點(diǎn)坐標(biāo): (1.700,1.700) 壩坡外水位: 18.200(m) 水面線號(hào) 水平投影(m) 豎直投影(m) 1 50.000 0.000計(jì)算條件 穩(wěn)定計(jì)算目標(biāo): 自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑面 穩(wěn)定分析方法: 簡(jiǎn)化janbu法 土條寬度(m): 1.000 非線性方程

37、求解容許誤差: 0.00001 方程求解允許的最大迭代次數(shù): 50 搜索有效滑面數(shù): 30 起始段夾角上限(度): 5 起始段夾角下限(度): 45 段長(zhǎng)最小值(m): 20.633 段長(zhǎng)最大值(m): 41.267 出口點(diǎn)起始x坐標(biāo)(m): -61.900 出口點(diǎn)結(jié)束x坐標(biāo)(m): 86.660 入口點(diǎn)起始x坐標(biāo)(m): 0.000 入口點(diǎn)結(jié)束x坐標(biāo)(m): 86.660計(jì)算結(jié)果: 滑動(dòng)安全系數(shù) k = 1.410 最危險(xiǎn)滑裂面 線段標(biāo)號(hào) 起始坐標(biāo)(m,m) 終止坐標(biāo)(m,m) 1 (-15.660,0.000) (7.839,-15.138) 2 (7.839,-15.138) (34.0

38、53,-9.186) 3 (34.053,-9.186) (53.659,11.399) 4 (53.659,11.399) (66.709,29.881) 5 (66.709,29.881) (82.797,52.445) 6 (82.797,52.445) (89.006,61.900)表3-4 壩坡穩(wěn)定計(jì)算工況安全系數(shù)工況運(yùn)用情況設(shè)計(jì)情況穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)規(guī)范允許值1正常運(yùn)用正常蓄水位下游壩坡1.626811.302正常運(yùn)用設(shè)計(jì)洪水位下游壩坡1.61291.303非常運(yùn)用校核洪水位下游壩坡1.629031.204非常運(yùn)用施工期上游壩坡1.4871.205非常運(yùn)用正常高水位驟降至死水位上游壩

39、坡1.4101.20由表3-4計(jì)算結(jié)果表明，壩坡穩(wěn)定滿足要求。 第四章 地基處理41 趾板區(qū)基礎(chǔ)開(kāi)挖及處理趾板區(qū)基礎(chǔ)包括趾板及其下游 1/3 水頭范圍。河床壩段挖除卵石覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化層巖體，使河床部位趾板基礎(chǔ)坐落在堅(jiān)硬、完整的巖石上，建基面高程174.8m，最大壩高63.1m。兩岸部位要求挖除覆蓋層以及強(qiáng)風(fēng)化巖石，開(kāi)挖深度為35m，基巖均采取固結(jié)灌漿，增加其整體性。壩址兩側(cè)邊坡開(kāi)挖采用直立坡，對(duì)開(kāi)挖邊坡，采用噴錨支護(hù)，下游壩基開(kāi)挖與趾板基礎(chǔ)開(kāi)挖高程相同。42 堆石體壩基處理堆石體部位的河床覆蓋層，在趾板下游22m 范圍內(nèi)全部挖除，其余部分予以保留，保留的覆蓋層采取強(qiáng)夯處理，提高其密實(shí)性。兩岸壩

40、基要求壩軸線上游挖除覆蓋層強(qiáng)風(fēng)化巖體，反坡采用削挖或適當(dāng)回填混凝土，坡度1：0.3；壩軸線下游壩基清除覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化巖體。壩體主堆石區(qū)與下游堆石區(qū)過(guò)渡區(qū)，及下游堆石區(qū)，只需清除表面的腐植土，建基面的高程為181.8m。43 地質(zhì)缺陷處理對(duì)于防滲體與基巖結(jié)合部遇到的斷層破碎帶應(yīng)按規(guī)范采取加深開(kāi)挖（斷層破碎帶挖到一倍寬度以上深度），回填混凝土塞，以延長(zhǎng)滲透途徑。其處理范圍根據(jù)作用水頭及斷層充填物性狀確定。并在趾板后沿鋪設(shè)一定厚度的反慮料，延長(zhǎng)滲徑，避免壩基內(nèi)的細(xì)顆粒流失。44 基礎(chǔ)固結(jié)灌漿與帷幕灌漿為改善趾板基礎(chǔ)巖體的完整性，提高基礎(chǔ)的承載能力、減小基礎(chǔ)滲漏，對(duì)趾板基礎(chǔ)進(jìn)行水泥固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。

41、441 基礎(chǔ)固結(jié)灌漿孔距布置及灌漿深度按 sl22898混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范要求，固結(jié)灌漿應(yīng)采用鋪蓋式，深度不應(yīng)小于5m。固結(jié)灌漿在趾板上進(jìn)行。固結(jié)灌漿均采用梅花型布置。趾板部位孔距2m,排距2m；在防滲帷幕上、下游各布置一排孔深10m 的孔，兼作輔助帷幕，其余孔深采用6m；防滲板部位孔排距2.5m×2.5m，孔深6m，如圖4-1所示。在斷層破碎帶和裂隙密集區(qū)等地質(zhì)缺陷部位視具體情況加密和加深。固結(jié)灌漿壓力采用0.30.5mpa，灌漿材料采用c30號(hào)普通硅酸鹽水泥。固結(jié)灌漿質(zhì)量以壓水試驗(yàn)透水率q5lu 和巖體波速檢查控制。圖4-1 壩趾固結(jié)與帷幕灌漿孔圖 cm441 防滲帷幕設(shè)計(jì)

42、標(biāo)準(zhǔn)按 sl22898混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范要求，帷幕灌漿應(yīng)在趾板中部進(jìn)行，并可與固結(jié)灌漿孔相結(jié)合。帷幕深度宜深如相對(duì)不透水層以下5m。也可根據(jù)地質(zhì)條件,按照壩高的1/31/2 選定。趾板中部設(shè)兩排帷幕灌漿，排距c1=1.0m，孔距c=2.0m?？咨?0m，帷幕下限高程154.8m。為防止繞壩滲漏，帷幕向兩岸壩頭山體內(nèi)延伸并與地下水位線相銜接，左右岸均設(shè)置防滲帷幕灌漿平洞。對(duì)可能遇到的節(jié)理裂隙密集帶加深加密帷幕灌漿處理。趾板處帷幕厚度l=(n-1)c1+0.8c=2.5m。第五章 結(jié)束語(yǔ)51 成果評(píng)價(jià)本設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)資料分析、壩頂高程計(jì)算、滲流計(jì)算、壩坡穩(wěn)定計(jì)算等都是按照課本所學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，其設(shè)計(jì)計(jì)算成果具有較