碾壓土石壩計(jì)算書畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目錄第一章水文水利計(jì)算11.1推理公式法推求設(shè)計(jì)洪水位1工程地點(diǎn)流域特征值1設(shè)計(jì)暴雨的查算1設(shè)計(jì)24小時(shí)凈雨過程的計(jì)算6推求30年一遇設(shè)計(jì)洪水61.2調(diào)洪演算10第二章 大壩剖面確定142.1 正常運(yùn)行情況下的超高計(jì)算14波浪爬高142.1.2 風(fēng)雍高度152.1.3 正常情況下超高152.2 非常運(yùn)行情況下的超高計(jì)算16波浪爬高162.2.2 風(fēng)雍高度172.2.3 正常情況下超高172.3 壩頂高程17第三章 土石壩滲流計(jì)算193.1 計(jì)算方法及計(jì)算假定193.2 本設(shè)計(jì)土壩滲流的具體計(jì)算20第四章 土石壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算274.1 穩(wěn)定計(jì)算方法274.2計(jì)算過程274.3 穩(wěn)定成果分析31第

2、五章 溢洪道設(shè)計(jì)365.1 控制堰設(shè)計(jì)365.1.1 克奧型堰的剖面設(shè)計(jì)365.2 泄槽設(shè)計(jì)375.2.1. 泄槽的布置37泄槽水面曲線計(jì)算38克奧型堰的抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算455.3出口消能設(shè)計(jì)46參考文獻(xiàn)51第一章 水文水利計(jì)算1.1推理公式法推求設(shè)計(jì)洪水位市東山街辦南山村老虎坑，壩址座落于章江水系二級(jí)支流老虎坑河，東經(jīng)114°44´，北緯25°10´，設(shè)計(jì)歷時(shí)為24小時(shí)，設(shè)計(jì)頻率為30年一遇為例。參照計(jì)算步驟如下（說明：以下所用附圖均來自于手冊(cè)）：工程地點(diǎn)流域特征值工程地點(diǎn)流域面積F=1.2km2，主河道長度L=1.63km，主河道比降J=0.043。設(shè)計(jì)

3、暴雨的查算1、求三十年一遇24小時(shí)點(diǎn)暴雨量根據(jù)工程地理位置查附圖2-4，得流域中心最大24小時(shí)點(diǎn)暴雨值P24=101.5mm;附圖2-5得Cv24 =0.37，由設(shè)計(jì)頻率P=3.33%和CS=3.5Cv查附表5-2，得則30年一遇24小時(shí)點(diǎn)暴雨量2、求30年一遇24小時(shí)面暴雨量根據(jù)流域面積F=1.2km2和暴雨歷時(shí)t=24h查附圖5-1，得點(diǎn)面系數(shù)=0.9998。則30年一遇24小時(shí)面暴雨量為：3、求設(shè)計(jì)暴雨24小時(shí)的時(shí)程分配設(shè)計(jì)暴雨24小時(shí)雨配查附表2-1，得以60分鐘為時(shí)段的雨型分配表，如表1-1。查算30年一遇60分鐘，3小時(shí)，6小時(shí)暴雨參數(shù)根據(jù)工程地理位置分別查附錄圖2-6和附圖2-8

4、，得流域中心最大6小時(shí)和60分鐘點(diǎn)暴雨量，P6=72mm；P60min=44.5mm；查附圖2-7和附圖2-9，得Cv6=0.42；Cv60min=0.335。由設(shè)計(jì)頻率P=3.33%和CS=3.5Cv查附表5-2得。則30年一遇60分鐘，6小時(shí)點(diǎn)暴雨量為：3小時(shí)暴雨由公式計(jì)算，式中：。則P3（3.33%）=73.8×30.316=114mm。由流域面積F=1.2km2和暴雨歷時(shí)t=60min，t=3h，t=6h分別查附圖5-1，得點(diǎn)面系數(shù)a60min=0.9993，a3=0.9994，a6=0.9995。則30年一遇60分鐘，3小時(shí)，6小時(shí)面暴雨量為：列表計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配將表1

5、-1控制時(shí)段雨量的百分?jǐn)?shù)列于表1-2第1、3、5、7欄。由設(shè)計(jì)24小時(shí)暴雨控制時(shí)段雨量：按各時(shí)段所占百分?jǐn)?shù)計(jì)算各時(shí)段的雨量，填入表1-2第2、4、6、8欄。第9欄即為設(shè)計(jì)24小時(shí)暴雨過程。時(shí)段 （60min）控制時(shí)段雨量(mm)占控制時(shí)段雨量的百分?jǐn)?shù)（%）序號(hào)123456789101112131415161718192021222324P60min（1）100P3P60min（2）6040P6P3（3）204040P24P3（4）5555550001010 10998554表1-1 以60分鐘為時(shí)段的雨型分配表表1-2 流域30年一遇24小時(shí)暴雨時(shí)程分配計(jì)算表表1-3 流域30年一遇凈雨過程計(jì)

6、算設(shè)計(jì)24小時(shí)凈雨過程的計(jì)算1）扣除初損求時(shí)段總徑流量由附圖3-1產(chǎn)流分區(qū)知，該工程地點(diǎn)在產(chǎn)流第區(qū)。將表1-2第9欄各時(shí)段毛雨量列于表1-3第1欄，計(jì)算各時(shí)段累積雨量，填于第2欄。將各時(shí)段累積雨量P與設(shè)計(jì)前期雨量Pa（該區(qū)為70mm），相加填入表1-3第3欄。在附表3-2（），得相應(yīng)各時(shí)段累積徑流R總，填于表1-3第4欄。計(jì)算各時(shí)段徑流量R總，填于表1-3第5欄。2）扣除穩(wěn)滲求時(shí)段地面徑流量計(jì)算設(shè)計(jì)24小時(shí)平均暴雨強(qiáng)度=24/24=189.8/24=7.9mm/h.由=7.9mm/h，查中表2-3，用經(jīng)驗(yàn)公式fc=0.196計(jì)算得fc=0.196×7.9=1.55mm/h，取fc=1

7、.6mm/h填于表2-3第6欄。由表1-3第5欄減去第6欄即得設(shè)計(jì)24小時(shí)凈雨過程，填入表1-3第7欄推求30年一遇設(shè)計(jì)洪水1、求設(shè)計(jì)洪峰流量Qm及匯流時(shí)間列表計(jì)算Qt值將表1-3第7欄自最大時(shí)段凈雨開始，按前后相鄰時(shí)段大小連續(xù)排列填于表1-4第1欄。由第1欄計(jì)算累積值ht值填于第2欄除于相應(yīng)歷時(shí)得ht/t值填于第3欄。由第3欄按公式Qt=0.278Fht/t計(jì)算各時(shí)段相應(yīng)流量填于第4欄。列表試算Q值由附圖4-2推理公式分區(qū)圖知，該工程地點(diǎn)在第區(qū)。根據(jù)=L/J=1.63/(0.043)1/3=4.66。應(yīng)用第區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式（手冊(cè)表2-3）或直接查附圖6-3（）計(jì)算參數(shù)m。用經(jīng)驗(yàn)公式m=0.4290

8、.164計(jì)算，得m=0.633。根據(jù)公式=0.278L/mJ1/3Q1/4=0.278/m，得不同值對(duì)應(yīng)的流量，如表1-5第1、2欄。表1-5 流域計(jì)算表點(diǎn)繪， 相關(guān)線，如圖3-1，得， 光滑曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量Qm地面=26.5m3/s,匯流時(shí)間=0.8h，即為所求地面設(shè)計(jì)洪峰流量和匯流時(shí)間。圖1-1 本流域， 相關(guān)2、設(shè)計(jì)洪水過程線推求地面流量過程線的推求由(手冊(cè)表3-2)概化五點(diǎn)折腰多邊形過程線推求地面流量過程線。各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的坐標(biāo)如表1-6第1，2欄。表1-6 各點(diǎn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)坐標(biāo)坐標(biāo)a起漲點(diǎn)b起漲段轉(zhuǎn)折點(diǎn)c洪峰d退水段轉(zhuǎn)折點(diǎn)e終止點(diǎn)Q地面(m3/s)00時(shí)間T（h）00.1T0.25T0.5TT

9、T為過程線底寬，由下式計(jì)算T=9.67W/Qm地面 （h）式中：W為洪水總量，由下式計(jì)算已知凈雨總量h24=120.7mm，地面洪峰流量Qm地面=26.5m/s,則W=0.1×120.7×1.2=14.5 (萬m)T=9.67×14.5/26.5=5.3 (h)根據(jù)表1-6第1、2兩欄計(jì)算各轉(zhuǎn)折點(diǎn)流量和時(shí)間，表1-7第1、2欄，即為所求地面流量過程線。表1-7 該流域地面流量過程線計(jì)算表座標(biāo)序號(hào)a點(diǎn)b點(diǎn)c點(diǎn)d點(diǎn)e點(diǎn)102.726.55.30T (h)200.51.32.75.3地下徑流回加計(jì)算由已知表1-3第6欄地下徑流深R下=29.3mm，表2-7地面徑流過程線

10、底寬T=5.3h。以此時(shí)間為地下流量峰頂位置，按下列公式計(jì)算地下流量峰值。Qm地下=R下·F/3.6T=(29.3×1.2)/(3.6×5.3)=1.8m3/s，填入表1-8第5欄5行。自Qm地下開始，向后每增加一個(gè)時(shí)段（t=1h），其流量隨之減少一個(gè)=1/5.3×1.8=0.34 ，向前每減少一個(gè)時(shí)段（t），其流量減少一個(gè)Q地下=t/5.3×1.8=0.34·t，分別向后或向前填于表2-8第5欄的第611行和第41行。即得地下流量過程線。由第4、5兩欄相加，填于第6欄，,即為所求30年一遇設(shè)計(jì)洪水過程線。圖1-2所示。并得設(shè)計(jì)洪峰流

11、量Qm =26.94m/s。表1-8 該流域三十年一遇設(shè)計(jì)洪水過程計(jì)算表序號(hào)時(shí)間Qm地面（m2/s）Qm地下（m2/s）Q（m2/s）T(h)t(h)1234560000.00 00.50.52.70.17 2.87 1.30.826.50.44 26.94 2.71.45.30.92 6.22 5.32.601.81.86.311.461.467.311.121.128.310.780.789.310.440.4410.310.10.110.8100圖1-2 三十年一遇的洪水過程線按照這種方法可以得到三百年一遇校核洪水線見圖1-3，并得到校核洪峰流量Qm =36.52m/s。表1-9 該流域

12、三百年一遇校核洪水過程計(jì)算表序號(hào)時(shí)間Qm地面（m2/s）Qm地下（m2/s）Q（m2/s）T(h)t(h)123456000000.60.63.60.2113.8111.40.8360.52336.5232.91.57.21.1088.3085.72.802.22.26.711.811.817.711.421.428.711.031.039.710.640.6410.710.250.2511.7100圖1-3 三百年一遇的洪水過程線1.2調(diào)洪演算本設(shè)計(jì)采用的是無閘門控制的調(diào)洪計(jì)算和靜庫容曲線，調(diào)洪計(jì)算的基本方法為列表試算法。以下具體介紹設(shè)計(jì)洪水情況的列表式算法的步驟。1、確定起調(diào)水位入庫洪水為

13、設(shè)計(jì)洪水，起調(diào)水位取正常蓄水位181.0m，即堰頂高程為181.0m。2. 、繪制水庫容積曲線ZV。由基本資料知水庫水位容積關(guān)系表，見表1-10；將其繪制成水庫容積曲線，見圖1-4。表1-10 水庫水位容積關(guān)系表3、計(jì)算并繪制蓄泄曲線qV在本設(shè)計(jì)中流量系數(shù)m=0.485，則P1/Hd=0.6。因?yàn)橐绾榈雷杂尚购?，故淹沒系數(shù)取=1、側(cè)收縮系數(shù)均取=0.91，流量系數(shù)m=0.485，則水庫溢洪道出流公式為： （1-1）根據(jù)公式（1-1）可以將不同水位對(duì)應(yīng)的下泄流量得出，時(shí)，代入公式（1-1）得q=7.4，以此類推得出表1-11，并畫出圖1-4。表1-11 水庫qV、ZV關(guān)系Z(m)18118218

14、3184185V(萬m3)207226.2243.8261.4279堰頂水頭h（m）01234下泄流量q（m3/s）07.4 21.0 38.5 59.3 圖1-4 南山水庫qV、ZV關(guān)系曲線4、試算法法推求水庫出流過程起始時(shí)段的下泄流量q=0m3/s，V=207萬m3，先取計(jì)算時(shí)段t=1h。在時(shí)間t=1h時(shí)查洪水過程線圖1-2，得到Q=22.5m3/s,于是求的平均值11.25 m3/s，分別填入表1-12的（2）、（3）假設(shè)h=0.1m，得Z=181+0.1=181.1m，將這些數(shù)字填入表1-12的欄；并可求的，填入表1-12的（8）欄，得出V=211.05萬m3，再在庫容水位曲線圖1-3

15、讀出相應(yīng)的庫容V,=208.92 m3/s，與V進(jìn)行比較，知道數(shù)值差比較大，故重新假設(shè)一個(gè)h，以此類推，試算過程如表1-11。最后得到一個(gè)V·的值與V的值很接近，在進(jìn)行下一個(gè)時(shí)段的試算。6.確定最大下泄流量和設(shè)計(jì)洪水位 表1-12中t=1h的出流過程，t=3h的流量4.43m3/s，小于入庫流量4.9m3/s ，t=4h的流量4.31m3/s，大于入庫流量2.8 m3/s。故流量最大及水位最高是在34小時(shí)之間，對(duì)此范圍縮小時(shí)段，取t=0.2h，重新進(jìn)行試算，得表1-11 第一時(shí)段 （0-1小時(shí)）的試算過程時(shí)間t（h）Q(m3/s)Q1+Q2/2(m3/s)h(m)q(m3/s)q1+

16、q2/2(m3/s)V(104m3)V(104m3)Z(m)V,(104m3)（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）0011.2500.12 4.05 207181.00 122.50.10.23 211.05 181.10 208.920.150.43 0.22 3.97 418.05 181.15 209.880.20.66 0.33 3.93 625.05 181.20 210.840.210.71 0.36 3.92 832.05 181.21 211.030.2050.69 0.34 3.93 210.93 181.21 210.936表1-12中時(shí)刻t=3.

17、2、3.4、3.6、3.8的泄流量（4h后的流量仍取t=1h試算），進(jìn)一步分析知，最大值發(fā)生在3.23.4h之間，對(duì)此范圍縮小時(shí)段，取t=0.05h，重新進(jìn)行試算，得表1-12中時(shí)刻t=3.25的泄流量，t=3.25h的泄流量等于該時(shí)刻的入庫流量，該值為所求最大下泄流量，即qm=4.45m3/s。 由各時(shí)刻的下泄流量查得各時(shí)刻水位，最大下泄流量qm=4.45m3/s，相應(yīng)的總庫容為220.66×104m3，查圖1-4得相應(yīng)的校核洪水位Z設(shè)=181.71m。表1-12 P=3.33%調(diào)洪演算過程時(shí)間t（h）入庫洪水量Q(m3/s)時(shí)段平均Q1+Q2/2(m3/s)下泄流量q(m3/s)

18、時(shí)段平均下泄流量q1+q2/2(m3/s)時(shí)段內(nèi)水庫存水量變化V(104m3)水庫存水量V(104m3)水庫水位Z(m)0011.2500.34 3.93 207181.00 122.50.69 210.93 181.21 1.326.9424.721.45 1.07 2.55 213.48 181.34 21621.473.36 2.40 4.80 218.29 181.59 34.910.454.43 3.90 2.36 220.64 181.71 3.24.54.74.45 4.44 0.02 220.66 181.71 3.254.454.484.45 4.45 0.00 220.66

19、 181.71 3.43.63.854.45 4.45 -0.03 220.63 181.71 3.63.43.54.39 4.42 -0.07 220.56 181.71 3.833.24.36 4.37 -0.08 220.48 181.70 42.82.94.31 4.34 -0.10 220.37 181.70 52.12.454.02 4.17 -0.62 219.76 181.67 圖1-5 南山水庫調(diào)洪計(jì)算結(jié)果圖同理可得校核況工下的最大下泄流量qm=5.98m3/s，相應(yīng)的總庫容為223.64×104m3，查圖1-4得相應(yīng)的校核洪水位Z設(shè)=181.87m。第二章 大壩剖

20、面確定2.1 正常運(yùn)行情況下的超高計(jì)算波浪爬高根據(jù)資料知，南山水庫多年平均年最大風(fēng)速為18m/s，吹程為1000m，工程等級(jí)為等，大壩為4級(jí)。有規(guī)范知正常運(yùn)行條件下的1、2級(jí)壩，采用多年平均年最大風(fēng)速的1.52.0倍，正常運(yùn)行條件下的3、4、5級(jí)壩，采用多年平均年最大風(fēng)速的1.5倍，故計(jì)算風(fēng)速:設(shè)計(jì)時(shí)W=18×1.5=27m/s。南山水庫擋水土壩上游壩坡采用砌石護(hù)面，故=0.750.80，取=0.75。上游壩坡系數(shù)m取2.5。壩前水深H：設(shè)計(jì)情況下H=181.71-133=48.71m；，查表2-1得Kw=1.01。表2-1 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)11.52.02.53.03.54.05.011.

21、021.081.161.221.251.281.30蒲田試驗(yàn)站的波高和波長計(jì)算：1） 平均波高 用簡化公式計(jì)算，代入已知參數(shù)得： 2） 平均周期Tm按以下公式計(jì)算：3） 有經(jīng)驗(yàn)得知本設(shè)計(jì)計(jì)算平均按以下公式計(jì)算： 所以平均爬高為： 計(jì)算設(shè)計(jì)爬高值R。不同累計(jì)頻率的爬高Rp與的比，可根據(jù)爬高統(tǒng)計(jì)分布表2-2確定。設(shè)計(jì)爬高值按建筑物級(jí)別而定，對(duì)于、級(jí)土石壩取累計(jì)頻率P=1%的爬高值R1% ；對(duì)于、級(jí)壩取P=5%的R5% 。南山水庫擋水土壩為4級(jí)，故本設(shè)計(jì)中P=5%，因?yàn)椋?，則Rp=1.84=1。84×0.673=1.238m。 表2-2 爬高統(tǒng)計(jì)分布（Rp/Rm值）P(%)hm/H0.

22、112451015203050<0.12.662.232.071.901.841.641.501.381.230.960.10.32.442.081.941.801.751.571.461.361.210.97>0.32.131.861.761.651.611.481.391.311.190.992.1.2 風(fēng)雍高度根據(jù)條件取風(fēng)向與壩軸線垂線的夾角為=0º。計(jì)算壩前最大風(fēng)壅水面高度e：2.1.3 正常情況下超高表2-3 安全加高A單位：m計(jì)算情況壩的級(jí)別1234、5設(shè)計(jì)1.501.000.700.50校核山區(qū)、丘陵區(qū)0.700.500.400.30平原、海海區(qū)1.000.

23、700.500.30安全加高值：設(shè)計(jì)時(shí)A=0.50m。Y=R+e+A=1.238+0.0028+0.5=1.741m故設(shè)計(jì)水位下的壩頂高程為=181.71+1.741=183.45m。2.2 非常運(yùn)行情況下的超高計(jì)算波浪爬高根據(jù)資料知，南山水庫多年平均年最大風(fēng)速為18m/s，工程等級(jí)為等，大壩為4級(jí)。由規(guī)范知非常運(yùn)行條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速，故計(jì)算風(fēng)速:校核時(shí)W=18m/s。南山水庫擋水土壩上游壩坡采用砌石護(hù)面，故=0.750.80，取=0.75。上游壩坡系數(shù)m取2.5。壩前水深H：校核情況下H=181.87-133=48.87m；，查表2-1得Kw=1.0。蒲田試驗(yàn)站的波高和波長計(jì)算：

24、1） 平均波高 用簡化公式計(jì)算，代入已知參數(shù)得： 2） 平均周期Tm按以下公式計(jì)算：3） 有經(jīng)驗(yàn)得知本設(shè)計(jì)計(jì)算平均按以下公式計(jì)算： 所以平均爬高為： 計(jì)算設(shè)計(jì)爬高值R。不同累計(jì)頻率的爬高Rp與Rm的比，可根據(jù)爬高統(tǒng)計(jì)分布表2-2確定。設(shè)計(jì)爬高值按建筑物級(jí)別而定，對(duì)于、級(jí)土石壩取累計(jì)頻率P=1%的爬高值R1% ；對(duì)于、級(jí)壩取P=5%的R5% 。南山水庫擋水土壩為4級(jí)，故本設(shè)計(jì)中P=5%，因?yàn)?，所以，則Rp=1.84=1。84×0.426=0.78m。 2.2.2 風(fēng)雍高度根據(jù)條件取風(fēng)向與壩軸線垂線的夾角為=0º。計(jì)算壩前最大風(fēng)壅水面高度e：2.2.3 正常情況下超高已知條件知

25、本設(shè)計(jì)是在丘陵地帶，故安全加高值：校核時(shí)A=0.30m。Y=R+e+A=0.78+0.0012+0.3=1.08m故設(shè)計(jì)水位下的壩頂高程為=181.87+1.08=182.92m。2.3 壩頂高程壩頂高程等于水庫靜水位與超高之和，應(yīng)分別按設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高，然后取其中最大值為壩頂高程。應(yīng)該指出，這里計(jì)算的壩頂高程是指壩體沉降穩(wěn)定后的數(shù)值。因此，竣工時(shí)的壩頂高程還應(yīng)有足夠的預(yù)留沉陷值。對(duì)于施工質(zhì)量良好的土石壩，壩頂沉降值約為壩高的0.2%0.4%。本設(shè)計(jì)采用了0.4%的沉降計(jì)算。正常情況：施工高程為非常情況：施工高程為綜合考慮，本設(shè)計(jì)壩頂不設(shè)防

26、浪墻，現(xiàn)將計(jì)算成果列于表2-4中。壩頂高程由設(shè)計(jì)情況控制，設(shè)計(jì)竣工時(shí)壩頂高程為183.7m。表2-4 壩頂高程計(jì)算表計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況校核情況上游靜水位m181.71181.87河底高程m133壩前水深Hmm48.7148.87吹程Dkm1風(fēng)向與壩軸線的夾角（°）0風(fēng)速Wm/s2718風(fēng)浪引起雍高em0.00280.0012波高h(yuǎn)mm0.4312.332土壩上游壩坡坡率m2.5上游糙率n0.025波浪沿壩坡爬高Rpm1.2380.78 安全超高Am0.50.3壩頂高程m183.45182.92壩頂高程加0.4%沉陷m183.65183.12第三章 土石壩滲流計(jì)算3.1 計(jì)算方法及計(jì)算假

27、定根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流特點(diǎn)，將壩體分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定理近似解土壩滲流問題，計(jì)算假定任一過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等。通過防滲體滲流量： (3-1)通過防滲體后側(cè)壩體滲流量： (3-2)式中：壩體的滲透系數(shù)，m/s；：截水墻的滲透系數(shù)，m/s；：壩基的滲透系數(shù)，m/s；：上游水深，m；：防滲體下游側(cè)逸出水深，m；h：心墻浸潤線的逸出高度，m；T：透水地基厚度，m；：心墻平均厚度，m；：從防滲體滲流逸出處到浸潤線與排水棱體上游坡交點(diǎn)的水平距離，m。假設(shè)：（1）不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用。(2)由于砂礫料滲透系數(shù)較大，防滲體又損耗了大部分水頭，逸出點(diǎn)位置高程與下游水位高差不是太大，認(rèn)為不

28、會(huì)形成逸出高度。根據(jù)水流連續(xù)條件，q=q1=q2，聯(lián)立等式（5-6）和（5-7），可求得心墻后水深h和q。心墻內(nèi)的浸潤線按式（5-5），心墻后浸潤線可按式（5-8）計(jì)算。壩體下游浸潤線方程： （3-3）圖3-1 透水地基上帶截水槽的心墻壩的滲透計(jì)算3.2 本設(shè)計(jì)土壩滲流的具體計(jì)算在本設(shè)計(jì)中，只在數(shù)值方面區(qū)別于，計(jì)算方法和步驟完全一樣。在穩(wěn)定計(jì)算里也只取此種情況進(jìn)行計(jì)算。有限深透水地基上土石壩的滲透計(jì)算模型，暫將粘土截水槽和混凝土防滲墻組成的防滲體代之以單一的粘土截水槽，見圖3-2。如果按后者計(jì)算出的浸潤線進(jìn)行穩(wěn)定分析得出的壩坡是穩(wěn)定的，那么前者也并將是穩(wěn)定的。因?yàn)閳D3-2 滲流計(jì)算簡圖3) 計(jì)

29、算步驟將現(xiàn)已知的參數(shù)代入公式（3-1）、（3-2）中，假設(shè)h在算出對(duì)應(yīng)的q1和q2，直到出現(xiàn)q1=q2，這時(shí)的h就是要求的逸出點(diǎn)水深。工況3試算表如下表3-1：表3-1 工況3 h和q試算表h(m)q1(10-5m2/s)q2（10-5m2/s)21.041 0.067 41.016 0.220 60.989 0.389 80.961 0.574 100.931 0.774 110.915 0.880 11.20.912 0.901 11.220.912 0.904 11.240.911 0.906 11.260.911 0.908 11.280.911 0.910 11.2840.910 0

30、.910 11.30.910 0.912 11.40.909 0.923 120.899 0.989 140.865 1.221 160.830 1.467 （3-3）求出下游壩殼內(nèi)的浸潤線方程：代入一定的y值求得對(duì)應(yīng)的x值，描出一些點(diǎn)，再用光滑的線連接，即為浸潤線。（注：下游浸潤線是以圖3-2所示O點(diǎn)位坐標(biāo)原點(diǎn)描點(diǎn)）計(jì)算結(jié)果如表3-2，繪圖3-3。圖3-2 校核洪水位下游壩殼內(nèi)的浸潤線代表坐標(biāo)y(m)024681011.284x(m)109.77 106.32 95.97 78.73 54.59 23.56 0.00 將代入一定的x值求得對(duì)應(yīng)的y值，描出一些點(diǎn)，再用光滑的線連接，即為浸潤線。

31、（注：心墻浸潤線是以圖3-3所示O點(diǎn)位坐標(biāo)原點(diǎn)描點(diǎn)）計(jì)算結(jié)果如表3-3，繪圖3-3。表3-3 校核洪水位心墻內(nèi)的浸潤線代表坐標(biāo)x(m)02468101213.84y(m)74.6770.49 66.05 61.28 56.12 50.42 44 37.11 圖3-3 校核洪水位時(shí)的浸潤線圖同理工況1通過試算得出對(duì)應(yīng)的逸出點(diǎn)水深h，及單款流量，試算表格如下（表3-4），可以由表3-5、3-6下游和心墻的代表坐標(biāo)繪出浸潤線，如圖3-4所示。（注：坐標(biāo)原點(diǎn)的選取和校核情況的一致）表3-4 工況1 h和q試算表h(m)q1(10-5m2/s)q2（10-5m2/s)2.000 1.036 0.137

32、4.000 1.011 0.290 6.000 0.984 0.459 8.000 0.956 0.644 10.000 0.926 0.844 10.200 0.922 0.865 10.400 0.919 0.886 10.600 0.916 0.907 10.680 0.915 0.915 10.800 0.913 0.928 11.000 0.910 0.950 13.000 0.877 1.173 圖3-5 正常蓄水位下游壩殼內(nèi)的浸潤線代表坐標(biāo)y(m)0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 10.68 x(m)108.63 104.82 93.39 74.34

33、47.68 13.39 0.00 表3-6 正常蓄水位心墻內(nèi)的浸潤線代表坐標(biāo)x(m)0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 13.84y(m)73.8069.5465.0160.1454.8348.9542.2735.00圖3-4 正常蓄水位時(shí)的浸潤線圖同理工況2通過試算得出對(duì)應(yīng)的逸出點(diǎn)水深h，及單款流量，試算表格如下（表3-7），可以由表3-8、3-9下游和心墻的代表坐標(biāo)繪出浸潤線，如圖3-5所示。（注：坐標(biāo)原點(diǎn)的選取和校核情況的一致）表3-7 工況2 h和q試算表h(m)q1(10-5m2/s)q2（10-5m2/s)2.00 1.036 0.075 4.

34、00 1.011 0.229 6.00 0.984 0.397 8.00 0.956 0.582 10.00 0.926 0.782 11.00 0.910 0.888 11.10 0.908 0.899 11.180 0.907 0.907 11.200 0.907 0.910 11.400 0.903 0.931 11.600 0.900 0.953 12.000 0.894 0.998 13.000 0.877 1.111 圖3-8 設(shè)計(jì)洪水位下游壩殼內(nèi)的浸潤線代表坐標(biāo)y(m)0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 11.18 x(m)109.64 106.13 9

35、5.61 78.06 53.50 21.92 0.00 表3-9 設(shè)計(jì)洪水位心墻內(nèi)的浸潤線代表坐標(biāo)x(m)02468101213.84y(m)74.51 70.34 65.90 61.14 55.97 50.28 43.86 36.98 圖3-5 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的浸潤線圖得單寬流量q。 表3-10 工況4 上游壩殼浸潤線代表坐標(biāo)x(m)0102030405060708088.58y(m)73.8070.9868.0564.9861.7658.3754.7650.9046.7342.82圖3-6 正常蓄水位降至死水位滲流簡圖3. 成果分析與結(jié)論心墻之后的壩殼，由于水頭大部分在防滲體內(nèi)損耗了，因此壩

36、殼滲透坡降及滲透速度甚小，發(fā)生滲透破壞的可能性不大。而在心墻逸出點(diǎn)滲透坡降較大，故應(yīng)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算。滲透坡降的計(jì)算公式： 式中：上游水深減逸出水深； ：防滲體的平均厚度。具體計(jì)算如下：工況1 工況2 工況3 表3-11 各工況下的滲透坡降工況123滲透坡降2.72.712.72填筑土料的安全坡降，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)一般為J<4，故而認(rèn)為滲透坡降滿足要求，加上重壤土心墻有反濾層，故而認(rèn)為不會(huì)發(fā)生滲透破壞。第四章 土石壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算4.1 穩(wěn)定計(jì)算方法本設(shè)計(jì)采用瑞典圓弧法計(jì)算壩坡穩(wěn)定。假定滑裂面為一個(gè)圓柱面（剖面上是一個(gè)圓?。?，安全系數(shù)定義為土條在滑裂面上所提供的抗滑力矩和滑動(dòng)力矩之比。將可能滑動(dòng)面

37、以上的土體劃分成若干鉛直土條，不考慮土條間相互作用力的影響，可以計(jì)算出作用于土條底面的法向力和切向力。計(jì)算工況：穩(wěn)定滲流期下游壩坡穩(wěn)定。上游校核洪水位+下游相應(yīng)的水位計(jì)算內(nèi)容：確定下游壩坡的最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)，判斷初擬的剖面是否滿足穩(wěn)定要求?；∶娴倪x擇：起點(diǎn)在壩頂，與心墻相交，與壩基相切或附近，端點(diǎn)在壩坡腳附近。荷載計(jì)算：土石壩壩體自重分浸潤線以上、浸潤線以下與下游水面線以上、下游水面線以下3種情況來考慮。在浸潤線以上的土體，按濕容重計(jì)算；在浸潤線以下、下游水面線以上的土體，按飽和容重計(jì)算；在下游水面線以下的土體，按浮容重計(jì)算。由于本設(shè)計(jì)中下游浸潤線與下游水位基本持平，壩體自重只分兩種情況考慮

38、。穩(wěn)定判斷：土石壩壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。4.2計(jì)算過程南山水庫擋水土壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算分析采用的計(jì)算斷面和計(jì)算工況與滲流計(jì)算一樣，在這僅以工況3即上游為校核洪水位，下游為相應(yīng)的最高水位時(shí)，在穩(wěn)定滲流情況下的下游壩坡的穩(wěn)定計(jì)算為例進(jìn)行說明。具體計(jì)算步驟如下：（1） 確定最小穩(wěn)定安全系數(shù)的圓心范圍。本壩坡為折線，應(yīng)從壩頂至壩底作直線作為平均壩坡線，量取其平均坡度為24º，約為1:2.2，用插值法查表得R1=0.8H，R2=1.86H，最大壩高為H=183.7-133=50.7m，所以R1=40.56m，R2=94.302m。在壩坡中點(diǎn)引出兩條線，一條為鉛直線，另一條魚

39、壩坡線成85º角，另外兩個(gè)邊界壩坡中點(diǎn)為圓心作兩個(gè)圓弧，內(nèi)外圓弧的半徑分別是R1 、R2。該法認(rèn)為最危險(xiǎn)的滑弧的圓心在圖4-1所示直線MM1的延長線附近,并且在扇形面積bcdf內(nèi)。圖4-1 尋求最危險(xiǎn)滑弧位置示意圖（2） 用1:1000的比例尺繪出壩體橫斷面，取其厚度1米，將計(jì)算的浸潤線繪于圖上。經(jīng)試算，確定最小穩(wěn)定安全系數(shù)滑裂面圓弧半徑R=113.58m，圓心O3，作用圓弧滑裂面。（3） 取條塊寬度，以通過圓心鉛直線作為第0號(hào)土條的中心線，向左以寬度11.4量得為8塊，編號(hào)為18號(hào)；同樣向右量得3塊，編號(hào)為-1-3.各土條的，值，并填入表4-1中14、15欄。（4） 根據(jù)本例具體情

40、況，分為三區(qū)，即下游壩殼區(qū)、棱體排水區(qū)和地基區(qū)。下游壩殼區(qū)內(nèi)浸潤線以上的土條高度用h1表示，浸潤線以下的下游靜水位以上及下游靜水位以下的土條高度分別用h2及h3表示；棱體排水區(qū)內(nèi)下游靜水位以下的高度用h3表示；壩基區(qū)內(nèi)下游靜水位以下的高度用h4表示。在CAD圖上量得土條各區(qū)的高度，并填入表4-1中37欄。左側(cè)土條8、-3的寬度小于b，故要先在CAD圖上量取面積，再除以量取的寬度，得到的才是土條高度，土條8的寬度量得為9.05m，面積為69.04m2，土條-3寬度量得為5.3m，面積為8.68 m2。計(jì)算各區(qū)土條分段條塊的重量，計(jì)算重量時(shí)下游壩殼區(qū)浸潤線以上用土料濕容重=2.0噸/米2，下游水位

41、以下用土料浮容重=1.11噸/米2，浸潤線以下的下游靜水位以上部分，計(jì)算滑動(dòng)力時(shí)用飽和容重=2.11噸/米2，計(jì)算抗滑力時(shí)用浮容重=1.11噸/米2；棱體排水區(qū)下游水位以下用=0.79噸/米2；地基土用浮容重=1.4噸/米2。將土條分段條塊重量求出后分別填入表的812欄中，再計(jì)算土條總重 填入13欄中。（5） 將圓弧面上摩擦系數(shù)填入16欄中。（6） 孔隙水壓力是不可以忽視的力，尤其是在水位變化的情況下，將水的容重乘以土條中線的高度就是孔隙水壓力，填入16欄。（7） 圖條寬度b除以，得到，乘以對(duì)應(yīng)的粘聚力填入18欄中。（8） 計(jì)算出（Wncosn-un）tann´和Wnsinn，填入1

42、9、20欄。（9） 在滑動(dòng)面上總滑動(dòng)力為Wnsinn，總抗滑力為（Wncosn-un）tann´+ cn´ln ，分別對(duì)圓心O取力矩，滑動(dòng)力矩為RWnsinn，抗滑力矩為R（Wncosn-un）tann´+ cn´ln），則壩坡穩(wěn)定系數(shù)K為：滿足穩(wěn)定要求。同理得，其他幾種工況下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，見表4-2、4-3。在水位驟降的情況下，仍然延續(xù)取最危險(xiǎn)工況來計(jì)算，即為最高水位，工況5只需計(jì)算正常蓄水位的安全系數(shù)，若滿足則該工況滿足要求，這只是驗(yàn)算是否安全，若要精細(xì)此方法不可使用，本設(shè)計(jì)用該方法，簡化工作量，其他步驟和上述工況3一致。圖4-1 校核洪水位時(shí)

43、的浸潤線和穩(wěn)定計(jì)算圖圖4-2 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的浸潤線和穩(wěn)定計(jì)算圖圖4-3 正常蓄水位時(shí)的浸潤線和穩(wěn)定計(jì)算圖圖4-4 正常蓄水位降至死水位時(shí)的浸潤線和穩(wěn)定計(jì)算圖4.3 穩(wěn)定成果分析現(xiàn)以工況3為例，得出下表，其他工況類似。算得的結(jié)果如下表表4-5 各工況下最小穩(wěn)定安全系數(shù)工況最小穩(wěn)定安全系數(shù)正常蓄水位1.22設(shè)計(jì)水位1.28校核水位1.31正常蓄水位將至死水位1.45由上述計(jì)算成果可知：該壩在各工況條件下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定的1.15，所以初步擬定的大壩斷面尺寸是安全合理的。各工況下的穩(wěn)定安全系數(shù)均比規(guī)范大0.6左右，因此壩坡坡率還有變小的空間。表4-1 校核洪水位穩(wěn)定計(jì)算表表4-2 設(shè)

44、計(jì)洪水位穩(wěn)定計(jì)算表表4-3 正常蓄水位位穩(wěn)定計(jì)算表表4-4 水位驟降穩(wěn)定計(jì)算表第五章 溢洪道設(shè)計(jì)5.1 控制堰設(shè)計(jì)控制堰采用克奧型溢流堰。5.1.1 克奧型堰的剖面設(shè)計(jì)1、堰頂曲線段的確定取定型設(shè)計(jì)水頭Hd=0.8Hm=0.85×0.87=0.7m，P1=0.6Hd=0.6×0.7=0.42m，查表5-1得流量系數(shù)為0.48。再用設(shè)計(jì)水頭Hd=0.7乘表5-2內(nèi)的橫縱坐標(biāo)值，便得堰頂曲線坐標(biāo)，見表5-3。表5-1 隨相對(duì)堰高變化的流量系數(shù)m P1/Hd堰面型式0.20.30.40.60.81.01.21.33克-奧型0.4460.4600.4690.4800.4850.48

45、50.4850.485WES型0.4800.4850.4880.4920.4960.4990.5010.502表5-2 克奧型坐標(biāo)表xyxy表5-3 堰頂曲線坐標(biāo)x00.0280.0560.070.0980.1260.140.280.350.42y0.08820.05390.03290.02520.0140.0070.00490.00420.01890.042x0.560.70.840.981.121.261.41.541.681.75y0.10220.17920.27580.39480.53480.69090.86451.05561.26281.3722、中間斜直線的確定取切點(diǎn)B的坐標(biāo)為（1

46、.26，0.6909）對(duì)應(yīng)于表3-3的坐標(biāo)為（1.8，0.987）。由x=1.8查表5-4，得B點(diǎn)的切線斜為1:0.849，即中間斜直線的斜率為1:0.849（1:0.65，1:0.85），滿足設(shè)計(jì)要求 5-4 斜率值x1.61.71.81.92.02.12.22.32.41:0.9511:0.8961:0.8491:0.8061:0.7691:0.7351:0.7041:0.6761:0.6513、底部反弧段的確定反弧的半徑R一般?。?.20.5）（P1+H），H為校核洪水位的堰上水頭。R=0.5（P1+H）=0.5×（0.42+0.87）=0.645m。2. 克奧型堰的抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算圖5-1 克奧 型堰尺寸克奧型堰的尺寸見圖5-1。，溢流堰底部長度L=2.29m，上游水深h1=1.29m，下游水