土石壩畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) -1

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土石壩設(shè)計(jì)方向

畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

水利水電工程學(xué)院

學(xué)號(hào)：01021324姓名：XXX指導(dǎo)教師：XXX評(píng)閱人：

日期：2023年06月

中國(guó)南京

水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

第一章調(diào)洪計(jì)算………3

其次章壩高計(jì)算………9

第三章土料計(jì)算及料場(chǎng)分析…………11

第四章滲流計(jì)算………16

第五章穩(wěn)定分析………20

第六章細(xì)部結(jié)構(gòu)計(jì)算…………………27

第七章泄水建筑物的計(jì)算……………29

第八章施工組織計(jì)算…………………33

土石壩

斜心墻

第一章調(diào)洪計(jì)算

主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)建筑物為4級(jí)。

永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常運(yùn)用（設(shè)計(jì)）洪水重現(xiàn)期100年；十分運(yùn)用（校核水重現(xiàn)期2000年。

由于明渠開(kāi)挖量巨大，故采用隧洞泄洪方案

水庫(kù)運(yùn)用方式：洪水來(lái)臨時(shí)用閘門控制下泄流量等于來(lái)流量，水庫(kù)保持汛前限制水位不變，當(dāng)來(lái)流量繼續(xù)加大，則閘門全開(kāi)，下泄流量隨水位的升高而加大，流態(tài)為自由泄流。

調(diào)洪演算原理

采用以峰控制的同倍比放大法對(duì)典型洪水進(jìn)行放大，得出設(shè)計(jì)與校核洪水過(guò)程線如下：

圖1-1設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線圖1-2校核洪水過(guò)程線

擬定幾組不同堰頂高程I及孔口寬度B的方案。堰頂自由泄流公式Q=Bm(2g)1/2H3/2可確定設(shè)計(jì)洪水和校核洪水狀況下的起調(diào)流量Q起，由Q起開(kāi)始，假定三條泄洪過(guò)程線（為簡(jiǎn)便計(jì)算，假設(shè)都為直線），在洪水過(guò)程線上查出Q泄，并求出相應(yīng)的蓄水庫(kù)容V。根據(jù)庫(kù)容水位關(guān)系曲線可得相應(yīng)的庫(kù)水位H，由三組（Q泄，H）繪制的Q～H曲線與由Q=Bm(2g)1/2H3/2繪制的Q～H曲線相交，所得交點(diǎn)即為所要求的下泄流量及相應(yīng)水位。

水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

方案一：I=2812m,B=7m

3

起調(diào)流量Q起2gH=0.90.5829.8110=501.74m/s

32

32

圖1-3方案一設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線圖1-4方案一校核洪水過(guò)程線

土石壩

斜心墻3

設(shè)計(jì)流量Q=541.43m/s,水位H=2823.76m校核流量Q=560m/s,水位H=2824m

方案二：I=2812m,B=8m

3

起調(diào)流量Q起gH=0.90.5729.8110=573.41m/s

3

32

32

圖1-5方案二設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線圖1-6方案二校核洪水過(guò)程線

水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

3

設(shè)計(jì)流量Q=603m/s,水位H=2823.60m校核流量Q=622.86m/s,水位H=2823.89m方案三：I=2811m,B=7m

3

起調(diào)流量Q起2gH=0.90.5729.8111=570.41m/s

3

32

32

圖1-7方案三設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線圖1-8方案三校核洪水過(guò)程線

土石壩

斜心墻

3

設(shè)計(jì)流量Q=600m/s,水位H=2823.60m校核流量Q=622.86m/s,水位H=2823.89m

方案四：I=2811m,B=8m

3

起調(diào)流量Q起gH=0.90.5829.8110=651.9m/s

3

32

32

水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

圖1-9方案四設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線圖1-10方案四校核洪水過(guò)程線

土石壩

斜心墻

3

設(shè)計(jì)流量Q=684m/s,水位H=2823.59m

3m校核流量Q=706.67/s,水位H=2823.86m

其次章大壩高程的計(jì)算

壩頂在水庫(kù)靜水位以上的超高按下式確定：

yRea

其中：y壩頂超高；

R最大波浪在壩頂?shù)呐栏撸?/p>

e最大風(fēng)壅水面高度；

A安全超高。該壩為二級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)時(shí)取A=1.0，校核時(shí)取A=0.5壩頂高程等于水庫(kù)靜水位與壩頂超高之和，應(yīng)按以下運(yùn)用條件計(jì)算，取其最大值:

1.設(shè)計(jì)水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高;

2.正常蓄水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高;3.正常蓄水位加十分運(yùn)用條件下的壩頂超高加地震安全加高。

對(duì)于內(nèi)陸峽谷水庫(kù)，在風(fēng)速W20m/s、吹程D2000m時(shí)，波浪的波長(zhǎng)和波高可采用官?gòu)d公式：

ghgD30.0076W()W2W2gLmgD.75

.15

0.331W(2)W2W

1

水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

D風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度；W計(jì)算風(fēng)速；

R

KwKm

2

hmLm

其中：K0.5；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Kw1.0

KW2Decos

2gHm

其中：風(fēng)向與壩軸線法向夾角；K綜合摩阻系數(shù)，取K=3.610

6

表2-1爬高計(jì)算成果

3m正常水位正常運(yùn)用時(shí)：取W=28/s,D=15000m,

計(jì)算得到：R=2.201m,A=1.0,e=0.028。

3

m1.設(shè)計(jì)水位正常運(yùn)用時(shí)：取W=14/s,D=15000m,

2.校核洪水十分運(yùn)用時(shí)：R=1.011m,A=0.5,e=0.007。

3.正常蓄水位加十分運(yùn)用條件下的壩頂超高加地震安全加高1.5m

土石壩

斜心墻

表2-2壩頂高程計(jì)算成果

綜合各種設(shè)計(jì)工況，最終確定壩頂高程為2827m,壩高為77m。

第三章土料的設(shè)計(jì)

3.1粘土土料設(shè)計(jì)

1.計(jì)算公式

粘性土料的填筑密度以落實(shí)干容重為設(shè)計(jì)指標(biāo)，并按落實(shí)度確定：P=d/dmax

式中：P—————填土的落實(shí)度；d————設(shè)計(jì)填筑干容重；

dmax————標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)最大干容重。

對(duì)Ⅰ、Ⅱ級(jí)壩和各種等級(jí)的高壩P應(yīng)不低于0.96～0.99；對(duì)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)壩（高壩除外）應(yīng)不低于0.93～0.96。

設(shè)計(jì)最優(yōu)含水量取在塑限附近略高于塑限，可用下式擬定：

水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

ω=ωp+IlIp式中：ωp————土料的塑限；

Ip—————土料的塑性指數(shù)；

Il—————土料的液性指數(shù)，高壩可取0.07～0.1，低壩可取0.10～

0.20。

粘性土料實(shí)際所能達(dá)到的最大干容重為：

d=s(1-Va)/(1+ws/0)

式中：Va—————落實(shí)土體單位體積中的含氣率，粘土0.05，壤土0.04，砂壤土0.03；

s—————土粒容重；ω————填筑含水量。

2.計(jì)算結(jié)果

粘性土料設(shè)計(jì)的計(jì)算成果見(jiàn)表6-3。

表6-3粘性土料設(shè)計(jì)成果表

3.土料的選用

防滲土料經(jīng)落實(shí)后，應(yīng)具有足夠的防滲性。土料還應(yīng)當(dāng)具有足夠的塑性，使之能適應(yīng)壩體及壩基的變形而不致產(chǎn)生裂縫。

已經(jīng)探明上，下游共有5個(gè)料場(chǎng)，總儲(chǔ)量足夠本工程使用，因地理位置不同，各料場(chǎng)的物理性質(zhì)，力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)也存在一定的差異，土料的采用以“近而好〞為原則。2#下料場(chǎng)有機(jī)質(zhì)含量超標(biāo)，含量大于2%而不采用。其余四個(gè)料

土石壩斜心墻

場(chǎng)物理，力學(xué)性質(zhì)有一定的差異，基本上能滿足筑壩要求。3#下，1#下料場(chǎng)塑性指數(shù)小于20（其余大于20）1#上，2#上料場(chǎng)塑性指數(shù)偏大，對(duì)施工不便，不易保證填筑質(zhì)量，對(duì)含水率比較敏感。1下料場(chǎng)的設(shè)計(jì)干容重不滿足γd≥1.02-1.12（γd）o的條件，故也不予采用。所以定3#下料場(chǎng)為料場(chǎng)。

3.2壩殼砂礫料設(shè)計(jì)

1.計(jì)算公式

壩殼砂礫料填筑的設(shè)計(jì)指標(biāo)以相對(duì)密實(shí)度表示如下：

Dr=(emax-e)/(emax-emin)

或Dr=(rd-rmin)rmax/(rmax-rmin)rd

式中：emax為最大孔隙比；emin為最小孔隙比；e為填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的孔隙比；rd為填筑的砂、砂卵石或原狀砂、砂卵石干容重。

設(shè)計(jì)相對(duì)密實(shí)度Dr要求不低于0.70～0.75；地震狀況下，浸潤(rùn)線以下土體按設(shè)計(jì)烈度大小Dr不低于0.75～0.80。

2.計(jì)算成果

砂礫料的計(jì)算成果見(jiàn)表6-4和表6-5。

表中Cu分別為不均勻系數(shù)。

繪出各沙石料場(chǎng)的級(jí)配曲線如下：

水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)100大大大下大下下P(%)

8060402001000

100

101#上下下下下下下下

1

0.1

100大大大下大下下P(%)

8060402001000

100

102#上下下下下下下下

1

0.1

100大大大下大下下P(%)

8060402001000

100

103#上下下下下下下下

1

0.1

100

大大大下大下下P(%)

8060402001000

100

104#上下下下下下下下

1

0.1

01級(jí)水工三班

-14–

熊翰文

強(qiáng)度。下游壩殼水下部位和上游壩殼水位變動(dòng)區(qū)宜有較高的透水性，且具有抗?jié)B和抗震穩(wěn)定性。應(yīng)優(yōu)先選用不均勻和連續(xù)級(jí)配的砂石料。尋常認(rèn)為不均勻系數(shù)η

水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

=30～100時(shí)較易落實(shí)，η5～10時(shí)則落實(shí)性能不好。

由于壩址處地震烈度為7度，Dr需達(dá)到0.75，其中只有3#上和4#上兩個(gè)料場(chǎng)的相對(duì)密實(shí)度大于0.75。而其中又以3#上的大故取3#上料場(chǎng)為主料場(chǎng)，4#上為副料場(chǎng)。

砂礫料場(chǎng)上下游共8處，大壩工程在400萬(wàn)m左右，用兩個(gè)料場(chǎng)假定數(shù)量滿足，如不夠可以1上，、2下砂礫料作為輔助之用。

第四章滲流計(jì)算

4.1滲流計(jì)算應(yīng)包括以下內(nèi)容:

確定壩體浸潤(rùn)線及其下游出逸點(diǎn)的位置，繪制壩體及其壩基內(nèi)的等勢(shì)線分布圖或流網(wǎng)圖；

1.確定壩體與壩基的滲流量；

2.確定壩坡出逸段與下游壩基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降；

3.確定庫(kù)水位下降時(shí)上游壩坡內(nèi)的浸潤(rùn)線位置空隙壓力；4.確定壩肩的的等勢(shì)線、滲流量和滲透比降．

4.2滲流計(jì)算應(yīng)包括以下水位組合狀況：

1.上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位；2.上游設(shè)計(jì)水位與下游相應(yīng)的水位；3.上游校核水位與下游相應(yīng)的水位；

4.3計(jì)算方法

選擇水力學(xué)方法解決土壩滲流問(wèn)題。根據(jù)壩體內(nèi)部各部分滲流狀況的特點(diǎn)，將壩體分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定律近似解土壩滲流問(wèn)題。計(jì)算中假定任一鉛直過(guò)水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)的滲透坡降相等。計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖6-41。

通過(guò)防滲體流量：

q1=K(H2-H12)/2Bsinα+K2(H1-T1)T/D通過(guò)防滲體后的流量：

q2=K1(H12-T12)/2L1+KT(H1-T1)T/(L+0.44T)假設(shè)：1）不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用；

土石壩斜心墻

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，逸出水與下游水位相差不是很大，認(rèn)為不會(huì)形成逸出高度；

3）對(duì)于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流時(shí)由于橫向落差，此時(shí)實(shí)際上不為平面滲流，但計(jì)算仍按平面滲流計(jì)算，近似認(rèn)為下游水位為零