粘土心墻壩-工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

123程350m以下兩岸峭壁聳立，以上地形陡峻，坡角30°~65°。密度強(qiáng)度(MPa)強(qiáng)度(MPa)栗山坡4白巖尖mm---------56（1）擋水建筑物-土壩7大值，同時(shí)并保留一定的沉降值.壩頂高程在水庫(kù)正常運(yùn)用和非常-運(yùn)用期間的靜水位以上應(yīng)該有Δh=R+e+A(4-1)R——波浪在壩坡上的爬高，m；e——風(fēng)浪引起的壩前水位壅高，m；A——安全加高，m。根據(jù)壩的級(jí)別和運(yùn)行情況按下表4-1選用。表4-1土壩壩頂?shù)陌踩邌挝唬簃ⅠⅡⅢ=0.00180.45h——平均波高，m；v——多年平均風(fēng)速，m/s，正常情況下(1.5~2.0)V，非常情況下V；8D——水庫(kù)吹程，本設(shè)計(jì)取D=900m；KΔ——斜坡糙率及滲透性系數(shù)，KΔ=0.75～0.80，取KΔ=0.80；Kβ——折減系數(shù)，風(fēng)向與壩軸垂線的夾角為0o,查得折減系數(shù)Kβ=1.0；Ll——平均波長(zhǎng)，m。cosβ（4-5）K——綜合摩阻系數(shù)，取3.6×10-6；v——多年平均風(fēng)速，m/s，正常情況下(1.5~2.0)V，非常情況下V；D——水庫(kù)吹程，本設(shè)計(jì)取D=900m；09 查《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，當(dāng)壩高大于100m時(shí)，應(yīng)按B=H確定壩頂寬度，即確定壩頂寬為B=13m。（2）從壩型上看，心墻壩其下游坡穩(wěn)定受心墻土料特游無(wú)水時(shí)，褥墊排水能有效地降低浸潤(rùn)線，有助于壩基排水，加速軟粘土地基的固結(jié)。主要缺按規(guī)范棱體頂面高程高出下游最高水位1m為原則，上游校核洪水時(shí)下游為最高水位水位土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：心墻的Ja不宜大于4，斜墻的Ja不宜大于5。國(guó)內(nèi)外土石壩的建設(shè)實(shí)坡降而頂，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)本設(shè)計(jì)允許滲透坡降取[J]m,粘土心墻壩坡的坡度為1:0.2，粘土心墻的頂部高程以設(shè)計(jì)水位加一定的超高（超高0.6m）計(jì)算公式：設(shè)計(jì)初步階段，缺乏實(shí)驗(yàn)資料時(shí)w=w+BLpyd——設(shè)計(jì)干容重g/cm3yw——水容重，取9.81N/m3η——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.95；B——稠度系數(shù)，取0.1；Lp——塑性指數(shù)，取16%。P(%)（kN/m3） 15s276.00s250.00s276.00s250.007S 7S7 7S71850057S 7S7 7S7185005157.005157.0057-7-H——上游水深，m；k1——壩殼的滲透系數(shù)，取5×10-6m/s；k2——心墻的滲透系數(shù)，取2×10-6m/s；k3——壩基的滲透系數(shù)，取3×10-6m/s；δ——心墻的平均厚度，δ=(δ1+δ2)/2，δ1、δ2為心墻在水庫(kù)水位高T——透水地基深度，m；h——心墻浸潤(rùn)線的溢出高度，m；S——浸潤(rùn)線的水平投影長(zhǎng)度，S=d+e，其中e=0.05h，m。對(duì)于非粘性土，滲透破壞形式的判別根據(jù)指導(dǎo)書(shū)可參考下式：η<10為流土{η<10為流土允許坡降可參考：10<η<20，J允許=0.2；η>20，J允許=0.1。經(jīng)演算校核情況下滲透逸出點(diǎn)的實(shí)際滲透坡降為5.964×10-3小于其允許坡降J允許=0.2，故以心墻、混凝土防滲墻作為防滲措施?？倽B流在正常蓄水時(shí)為18圓弧，對(duì)每一圓弧上的土體進(jìn)行力的分析，分別求出各力對(duì)圓心的力比較一系列滑動(dòng)圓弧的Kc，最小的安全系數(shù)Kcmin即為該計(jì)算情況的安全系數(shù)，其值不得小ⅠⅡⅢⅠⅡ555bl為'l為'Y1——壩體土的濕容重，kN/m3；3——壩體土的浮容重，kN/m3；Y4——壩基土的浮容重，kN/m3；wi——土條單寬重量，kN/m3。切線方向分力Ti=wibsinαi法線方向分力Ni=wibcosαi其中αi如圖7-1所示。注意：αi在圖示垂線左邊為正，右邊為負(fù)。Ni通過(guò)圓心，對(duì)圓心MS'=RTI=RBwisinαiMS''=Ybh2Rsinαi2——壩體土料的飽和容重，kN/m3。（3）土條底部抗滑力產(chǎn)生的抗滑力矩Mr根據(jù)庫(kù)倫定律可求得土條底面的抗剪力Si=cili+Nitanφi。Mr=RSi=R(cili+Nitanφi)=R(cili+bwicosαitanφi)（7-6）c——粘聚力，kpa；φ——內(nèi)摩擦角，°。按上述方法可求得每個(gè)土條的Ms、Mr，由上述可得：當(dāng)沿滑裂面上的c、φ為常量時(shí)，可將c及tanφ提到Σ符號(hào)的前面。757 4575577 4575577由上述計(jì)算成果知：該壩在校核水位下的最小穩(wěn)定安全角為25°,底坡為0.05。陡坡段寬度為30.5m，底坡為0.5，等寬。采用挑流消能，參考實(shí)際工程和《水工建筑物》教材，挑射角為25°,反弧半徑為120m，B=b+2mhn22v——斷面流速，m/s；L——漸變段長(zhǎng)度，m；h采用試算法，得漸變段出口深度h2=4.21m。經(jīng)過(guò)水力計(jì)算得h0=2.284m，hc=7.422m故屬于陡坡，水流為急流，又h0＜hc，所以水面曲線為S2型降水曲線。2）；v2——下游斷面流速（m/sh）；J——平均水力坡度；R——水力半徑，m；1m2/s。123406A=bhv——不摻氣情況下泄槽計(jì)算斷面的流速，m/ζ——修正系數(shù)，可取1.0——1.4，流速大者取大值；b——泄槽寬度，m。123406h1——挑流鼻坎末端法向水深，m；h2——鼻坎坎頂至下游河床高程差，m；Z0——鼻坎末端斷面水面以上的水頭，m；φ——流速系數(shù)，參見(jiàn)《水力學(xué)》教材表8-5折線堰取0.80～0.Z——上下游水位差，m；qZ0θvh2（m）LT邊墻高度為摻氣后水深與邊墻超高之和，根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》邊墻超高一般取0.5~12340一二三四漸縮段采用橢圓形，頂部采用圓形漸縮。事故閘門(mén)及檢修閘門(mén)均為平板閘門(mén)，其孔口尺寸均為5m×7.5m，兩個(gè)孔口中心間距7m。事故閘門(mén)槽內(nèi)設(shè)有檢修平臺(tái)、鎖定平臺(tái)及啟閉機(jī)平臺(tái)。事故下平段位于陡坎以外與廠房相接部位均采用壓力鋼管襯砌形式，Δh=R+e+A（1-1） （1）計(jì)算波浪爬高R：波浪爬高按蒲田試驗(yàn)站公式計(jì)算.先計(jì)算平均爬高R,再計(jì)算設(shè)計(jì) 式中：R——平均波浪爬高，m；hm——平均波高,m；Lm——平均波長(zhǎng),m；KΔ——斜坡的糙率滲透性系數(shù),根據(jù)護(hù)面類(lèi)型由表A.1.12-1Kw——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，按表A.1.12-2查得。根據(jù)樞紐的基本情況,確定水庫(kù)采用砌石護(hù)面,查《碾》表A.1.12-1得與壩坡粗糙率有關(guān)的H=471.90-290.86=181范《碾》表A.1.12-2得經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Kw=1.00；取風(fēng)向與壩軸線垂線的夾角為0o,查規(guī)范表得折減平均波高：hm=0.00180.45cosβ（1-3）式中綜合摩阻系數(shù)K值變化在（1.5～5.0均水深Hm近似取為=90.52m。Δh=0.6550+0.0006+1.5=2.1556mR=2.23×0.2618=0.5838m正常運(yùn)用條件下的壩頂超高為：471.90為：476.4239-1.2=475.2239m，壩高為：475.2239-2√ B=HB=H=181.04=13.46m，確定頭為H=475.14–290.86=184.28m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取允許滲壩基防滲采用粘土截水墻，上部厚度與心墻厚度為77.346m，下部厚度取為67.346m〉2325200310023252003100J土石壩的滲流計(jì)算主要是為了確定壩體的浸潤(rùn)線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測(cè)設(shè)種情況，計(jì)算方法和步驟完全一樣。故不重復(fù)勞動(dòng)）滲流計(jì)算的水位組合情況如下：IIIIIIIIIIIIIIII滲流計(jì)算示意圖77>S57>S57·77>S7>S5777>75777>77式中：q——單寬滲流量，m3/s；δ——心墻平均厚度，m；T——地基厚度，m；H1——壩前水深，m；H2——下游水深，m；he——心墻下游溢出高度，m；L——計(jì)算長(zhǎng)度，m；將δ帶入q式中得：為確定q及he的值，用下式計(jì)算通過(guò)下游壩殼及L=0.6+13+(475,224-425.224)×2.25+(425.224-375.224)×2.5+(375.224-310.04)×2.75-(310.04-290.86)×1.5-40.012÷2-3÷2+4=375.58m'T8f1(4.725)≈f2(4.725)；故he=4.725m。 15 V;""v27600 V;""v276007S -250.007>S77>S7/185.00"557S -250.007>S77>S7/185.00"55\l5700_2\l5700_2已知心墻的滲透系數(shù)k0=2×10-6cm/s；上游水深H1=475.14-420=55.14m，心墻平均厚度：δ=[(474.224-420)×0.2×2+3+3]÷2=13.845m代入式中得：按下式計(jì)算通過(guò)下游壩殼的單寬滲流量（用h代替式中的H1)L=0.6+13+(475.224-425.224)×2.25+2+(425.224-420)×2.5-13.845÷2-3÷2-6m3/(s.m)；q2=q3=1.52×10-6m3/(s.m)；-6-6-4m3/s=49.991m3/d1）滲透量：大壩在校核洪水位的可容為13.66億m3，而每日的滲流量?jī)H為49.991m3，故因?yàn)棣?15,J=5.964×10-3<J允許=0.2，所以滿足要求。7<S57<S5575577s5575577swicosαiw'isinαi9876543201000000000000000已知：砂礫類(lèi)土干容重Yd=20kN/m3，比重G=2.48浮容重：Y3=Y4=Yd-(1-n)Yw=57S557S5557755577765565（2）列表計(jì)算各土條上的荷載。將土條的中心線作wicosαiw'isinαi908076543201000000000000000已知：砂礫類(lèi)土干容重Yd=20kN/m3，比重G=2.48，含浮容重：Y3=Y4=Yd-(1-n)Yw=20-(1-0.178（2）列表計(jì)算各土條上的荷載。將土條的中心線作為計(jì)算土wicosαiw'isinαi9080765432010000000000000003；3。溢洪道軸線與壩軸線交角為87°,溢洪道控制段前緣距壩軸線52.07m。工作平臺(tái)與壩頂平順連接。溢洪道左邊墩兼面板壩肩趾墻。溢流堰頂高程448.0m，基底高程437.00m，隧洞總長(zhǎng)207070052052實(shí)堰頂寬度：因堰后為陡槽段，不影響堰的過(guò)水能力，其已知最大泄量Q泄=8850m3/s，堰頂高（1）漸變段長(zhǎng)度。已知漸變段首端斷面寬度Bkkkk2；v2w2)/2R=w/X=1622.0798/331.7104=4.8900m；挑射角參考實(shí)際工程取θ=40°,反弧半徑R取29m。P=470.005.4941300.17= Es1s2+JΔLhR1=A1/X1=1800/312=5.769m；/A1=8850/1800=4.9167m/sx2=b+2h2=300+2×4.2=308.400mv===5.9702m/sEs2+JΔL1=6.9659+0.25×200=57.214m:h2=4.2m合適，不需要在試算。x2=b+2h2=300+2×4.2=308.40m底坡i=0.25，ΔL2=257.343m，代入上式左邊得：Es3+JΔL2=7.2153+0.24×257.343=71.537mx4=b+2h4=300+2×3.536=307.072mEs4+JΔL3=3.9022+0.26×200=57.1421mJ6123406h——泄槽計(jì)算斷面的水深，m；hb——泄槽計(jì)算斷面摻氣后的水深，m；v——不摻氣情況下泄槽計(jì)算斷面的流速，m/s；ζ——修正系數(shù)，可取1.0~1.4，流速大者取大值。修正系數(shù)ζ取為1.4則：修正系數(shù)ζ取為1.4則修正系數(shù)ζ取為1.4則：修正系數(shù)ζ取為1.4則：123406邊墻高度為摻氣后水深與邊墻超高之和，根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》邊墻超高一般取0.5~12340由《水力學(xué)》教材可知，一般挑流坎的挑射角為15°~30°,選擇挑射角為25°。v1——鼻坎坎頂水面流速，m/s，可按鼻坎處平均流速v的1.1倍計(jì)。（3-6）hf=0.014S0.767Z.5/Z0——鼻坎末端斷面水面以上的水頭，m；φ——流速系數(shù)；hf——泄槽沿程水頭損失，m；hj——泄槽各項(xiàng)局部水頭損失之和，m，可取hj/Z0為0.05；S——泄槽流程長(zhǎng)度，m；S=109.882+677.574=788.456mφ=0.9h1=hcosθ=0.51×cos25o=0.46mh2qZ0θvh2（m）LT根據(jù)上述比較，既廠房為上廠址，引水洞線平面上呈三段折線布置，進(jìn)水口段走向?yàn)镹52×150mm，柵條間的凈距取決于水輪機(jī)的型號(hào)及尺寸，以保證通過(guò)攔污柵的污物不會(huì)卡在水輪機(jī)（2）攔污柵計(jì)算的有關(guān)條件與水流徑過(guò)攔污柵時(shí)的水頭損失與過(guò)柵流速及柵（1）進(jìn)口喇叭口段：為了與孔口的水流形態(tài)相適應(yīng)，使水流平順，避免產(chǎn)生不利的負(fù)壓和根據(jù)隧洞的分類(lèi)及類(lèi)型，根據(jù)工程的實(shí)際。本工程高水頭大流量工程，所以應(yīng)選擇過(guò)水條式中：μ——流量系數(shù),取0.69；2，設(shè)一道攔污柵，過(guò)柵毛流速為0.97m/s。進(jìn)口喇叭段頂板為1/4橢圓曲線（橢圓方程為臺(tái)面積11.7×12.0m(長(zhǎng)×寬)，攔污柵檢修平臺(tái)有爬梯通至閘門(mén)檢修平臺(tái)，閘門(mén)檢修平臺(tái)高程A——閘門(mén)后的隧洞的全面積。通氣孔的直徑=1.2m。位相同，水壓力平衡以減少啟閉力。平壓管取φ300mm便于操作平壓管閥門(mén)處平壓管井，尺寸為了便于閘門(mén)布置，閘室段設(shè)為矩形斷面,為了保證洞內(nèi)有好的水流條件及受力條件，洞身V——管道的允許流速，查《水力學(xué)》及水電站有壓隧底板寬4.5m，支護(hù)形式按圍巖分類(lèi)分為三種：Ⅱ類(lèi)圍巖段土厚10cm)、Ⅲ類(lèi)圍巖段系統(tǒng)噴錨支護(hù)(噴混凝土厚15cm)、Ⅳ~(yú)Ⅴ類(lèi)圍巖段鋼筋混凝土襯砌厚斷面的選擇參考在實(shí)際工程中,為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)安全的目的,在不同段,一般采用不同的襯砌形式,且用分縫相結(jié)合,故在不同段要分別取斷面進(jìn)行襯砌計(jì)算,但本次設(shè)計(jì)限于各種原因只取洞身進(jìn)口斷面進(jìn)行計(jì)算,其他斷面按已建工程的經(jīng)驗(yàn)擬之。因設(shè)計(jì)的時(shí)間問(wèn)題新有包括上下管段水平[δP——均勻內(nèi)水壓力Kpa,p=rh’其中h′為高出襯砌內(nèi)壁頂點(diǎn)的內(nèi)水壓力垂直巖壓力強(qiáng)度q為：M=qrβr[Aa+B+Cn(1+a)]N=qrβ[Da+F+Gn(1+a)]其中：M——計(jì)算截面上的彎矩，KN.m；N——計(jì)算截面上的軸向力，KN.m；q——鉛直圍巖壓力強(qiáng)度，Kpa；K——圍巖的彈性抗力系數(shù)，KN/m；E——襯砌材料的彈性模量，Kpa；b——計(jì)算寬度，取b=1m。ABCDFGM(KN.m)M(KN.m)1M=qrer(Aα+B+Cn(1+α))=8.96×3.9×3.65×(0.93A+B+26