开题报告亭口水利枢纽斜墙坝设计及工程量计算Word格式文档下载.docx

开题报告亭口水利枢纽斜墙坝设计及工程量计算Word格式文档下载.docx

《开题报告亭口水利枢纽斜墙坝设计及工程量计算Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开题报告亭口水利枢纽斜墙坝设计及工程量计算Word格式文档下载.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

（3）进一步提高设计、计算、绘图、编写设计文件和使用规范手册等方面的能力；

（4）巩固和提高计算机基础知识，提升对办公软件、CAD制图软件的熟练程度；

（5）提高专业外文文献的阅读和翻译能力；

（6）树立正确的设计思想和观念，培养严谨负责、实事求是、刻苦钻研和勇于探索的工作作风，贯彻国家有关建设方针、政策。

通过水利水电枢纽工程设计的综合训练，为顺利走向工作岗位，从事水利水电工程设计、施工、科研及管理等工作奠定坚实的基础。

3本课题在国内外的研究状况及发展趋势

土石坝是世界上最古老的坝型之一,有着悠久的建造历史。

据统计,全世界超过15m的土石坝共有29000余座,仅在中国就有15000余座。

截止2000年底,我国共兴建各类水库8.5万余座,其中土石坝占90%以上[1]。

土石坝也是当今世界建造数量最多（据1986年统计,坝高15m以上的土石坝占总数的82.7%,坝高100米以上的土石坝占总数的46%）、体积最大、高度最高的坝型。

美国建设的高土石坝最多,己建和在建的高于150米的土石坝就有12座[2]。

土石坝具有对地基要求较宽松,施工简单方便,适应性强,抗震性能良好,工作可靠、寿命长、管理简便等优点。

近代的土石坝筑坝技术自20世纪50年以后得到发展，并促成了一批高坝的建设。

目前，土石坝是世界大坝工程建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。

3.1土石坝的分类

土石坝常按坝高、施工方法或筑坝材料分类。

土石坝按照坝高分类，土石坝按坝高可分为：

低坝、中坝和高坝。

我国《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定：

高度在30米以下的为低坝；

高度在30米～70米之间的为中坝；

高度超过70米的为高坝。

土石坝按其施工方法可分为：

碾压式土石坝；

冲填式土石坝；

水中填土坝和定向爆破堆石坝等。

应用最为广泛的是碾压式土石坝。

按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，碾压式土石坝可分为以下几种主要类型：

1、均质坝。

坝体断面不分防渗体和坝壳，基本上是由均一的黏性土料（壤土、砂壤土）筑成。

2、土质防渗体分区坝。

即用透水性较大的土料作坝的主体，用透水性极小的黏土作防渗体的坝。

包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝。

防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙坝。

防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝，是高、中坝中最常用的坝型。

3、非土料防渗体坝。

防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料建成的坝。

按其位置也可分为心墙坝和面板坝。

3.2土石坝的优缺点

优点：

（1）就地取材，节省钢材﹑水泥﹑木材等重要建筑材料，同时减少了筑坝材料的远途运输；

（2）结构简单，便于维修和加高﹑扩建；

（3）坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低；

（4）施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工。

缺点：

（1）坝身不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便；

（2）粘性土料的填筑受气候等条件影响较大，影响工期；

（3）坝身需定期维护，增加了运行管理费用。

3.3土石坝防渗

由于土石坝的筑坝材料绝大部分是当地土料、石料、砂砾料或土石混合料,其渗透系数都较大。

因此,土石坝的防渗结构就成为工程设计和施工的重点,土石坝防渗措施的研究也就成为了重要的研究课题之一。

传统防渗体传统防渗体大致分为三类：

土料防渗体、混凝土面板防渗体和沥青混凝土防渗体。

3.3.1土料防渗体

采用土料防渗的土石坝包括心墙坝、斜墙坝和均质坝等。

选定防渗土料是土石坝防渗的决定性条件。

土质的不同,气温的差异、雨水多少的差异,使得防渗土料的选用、施工方式及质量也差异很大，这在实际工作中造成很大的困难。

结合我国不同地区的特定条件,经过不断的工程实践,对不同土料采取相应的措施,取得了不少成功经验:

对分散性土可加石灰或水泥使其改性,并做好反滤[3];

对于膨胀性土要求在一定范围内,在其临界压力值附近,采用非膨胀性土以保持其足够的压强[4]。

云南云龙工程,心墙土料为多种土体团粒结构,干密度差别大,最优含水量相差也很大,采用混合使用方法较好地解决了该问题[5];

黄土类土通过加强压实功能,在黄河小浪底工程斜心墙中得到了成功应用[6];

鲁布革工程采用风化土料心墙坝,拓宽了防渗土料种类的范围[7]。

随着工程技术的发展,土石坝防渗体也已从过去单一的粘性土发展至风化料、砾质土、掺砾料,但能否做高土石坝的防渗体,其抗渗性能及渗流稳定是关键性问题之一[8]。

3.3.2混凝土面板防渗体

20世纪80年代我国开始建设面板堆石坝,起点较高,发展速度非常快。

目前,我国高达百米级的混凝上面板堆石坝已有很多,一部分已接近200m级,甚至超过200m。

如己建浙江珊溪混凝土面板堆石坝,利用开挖料石筑坝,坝高132.5m;

云南茄子山混凝土面板堆石坝坝体填料为花岗岩石料,坝高107m;

黄河公伯峡面板堆石坝,设计地震烈度为8度,最大坝高达133m;

己建成的天生桥一级电站面板堆石坝,坝高178m;

已建的湖北清江水布娅混凝土面板堆石坝坝高己达233m。

混凝土面板堆石坝是以堆石为主体材料,用混凝土面板作为防渗体的一种土石坝。

混凝土面板堆石坝的防渗体系由地基灌浆帷幕或混凝土防渗墙、混凝土趾板、混凝土面板及各种接缝止水所组成。

坝体防渗体主要为混凝土面板,有整体式、分离式和条块式等几种。

面板混凝土需具有较高的抗渗性能、抗冻性和耐久性,并有一定的强度要求,以保证防渗的可靠性。

3.3.3沥青混凝土防渗体

沥青混凝土是一种沥青和碎石的混合料。

对于蓄水水库和渠道,通常在其内侧护坡和底部采用沥青混凝土衬砌以形成防水层；

对于堆石坝,则可以将沥青混凝上铺在其上游坡或在坝内设置沥青防渗墙来达到止水的目的。

沥青混凝土防渗堆石坝包括心墙坝、斜墙坝和沥青混凝土面板坝。

沥青混凝土具有良好的防渗性能和变形性能。

作为大坝的防渗体,其主要应用于大坝面板和大坝心墙。

全世界目前已建成的沥青混凝土面板坝有20多座、心墙坝70多座。

我国沥青混凝土防渗技术起步较晚,20世纪70年代,建成了甘肃党河水库沥青混凝土心墙砂砾石坝、吉林白河沥青混凝土心墙坝等,此后又建成了辽宁碧流河水库和湖北车坝水库等沥青混凝土防渗工程。

施工机械是水工沥青混凝土技术发展的关键,高度的机械化施工决定了防渗体施工的高质量、高速度和高效率。

随着土石坝工程的发展和新型材料的兴起,土石坝的传统防渗体得到了不断的革新,同时也出现了一些新的防渗体型式。

3.3.4土工布

我国五六十年代、六七十年代在群众运动中兴建起来了大批的水库,经过经年的运用观查，这些水库中很多在坝体质量上都存在诸多问题,针对存在的渗漏问题,我国由八十年代开始引用了土工布处理水库防渗方法。

土工布是一种新型建筑材料，原料是涤纶、丙纶、腈纶、锦纶等高分子聚合物的合成纤维。

按照制造方法分为：

有纺土工布和无纺土工布两种类型。

土工布具有优秀的过滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护作用，具有重量轻、抗拉强度高、渗透性好、耐高温、抗冷冻、耐老化、耐腐蚀的特点。

它与混凝土、粘土的灌浆等防渗措施比较费用低、用工少、不需要机械设备、施工技术简易[9]。

用土工布处理坝体渗漏,适用于①解放空水库的坝体、特别是粉土斜墙坝、粘土斜墙坝、粘土心墙坝和施工质量差引起渗漏变形的坝体;

②坝体内坡必须稳定;

③坝基、坝肩渗漏,周边边界难定的坝体;

④石灰岩地区库底漏水带也可采用[9]。

3.3.5土工膜

土工膜具有很好的不透水性,用于渠道防渗已有四十多年的历史。

土工膜大规模用于土石坝防渗的历史不长,但已显示出投资少、施工便利、工期短等优越性,尤其是我国在“98大洪水”以后得到了更为广泛的认识[10,11]。

土工膜是最早获得工程应用的一种土工合成材料产品。

早在上世纪30年代,PVC土工膜就用于游泳池防渗,塑料薄膜用于渠道防渗。

前苏联用低密度聚乙稀土工膜已有较长历史。

1970年苏联建成的阿特巴辛坝高79m,也利用土工膜防渗。

意大利1964年建成的高174m的AlpeGera干性混凝土坝于1992年进行防渗加固,是将厚2.2mm的PVC土工膜固定在坝上游垂直面上。

欧洲用此法修补混凝土坝和砌石坝的水库有数十座之多。

我国早在1965年以前曾用土工薄膜防渗的就有河南胜利渠道,陕西人民引渭渠以及北京东北旺灌区。

1956年河北乱木水库采用了厚0.8mm的土工膜治理库区渗漏。

1994年高49m的河北温泉堡碾压混凝土拱坝也用了PVC膜作上游防渗。

福建水口电站和三峡围堰都用了土工膜作防渗层。

目前土工膜己大量用于土石坝防渗斜墙与防渗心墙、地基水平铺盖和垂直防渗墙、储水池和渠道防渗衬砌、输水管道、地下室防渗防潮、屋面防漏以及废料垃圾场的防淋滤液渗入地下水造成水质污染。

由此可见,只要用得其所,土工膜的确是一种有效而方便的防渗材料。

目前广泛采用的土工膜,主要是由包括塑料和合成橡胶两大类聚合物材料制成的膜或片。

这些膜片可以用合成纤维或织物加筋,以增加其抗拉抗刺强度,还可以把这些膜与织物热压或胶粘在一起成为组合膜,织物起到加筋及保护作用,使膜不与颗粒材料接触,若膜一旦被刺破,织物可防止膜的破绽扩大并起到限制渗流的作用。

3.3.6塑性混凝土防渗墙

塑性混凝土防渗墙技术作为水利工程防渗处理的常用方法，随着地下深孔成槽、水下混凝土浇筑施工工艺的日益成熟，现已得到广泛使用。

塑性混凝土防渗墙是在混凝土防渗墙基础上发展的一种新型的防渗墙。

塑性混凝土是不同于工程中常用的普通混凝土的一种新型防渗体，其在组分上比普通混凝土增加了粘性土或膨润土成分，由于材料组成和配合比的改变，使它具有了极为优越的特性和经济性。

首先，它具有很好的力学特性，其弹性模量低，适应变形能力强，极限应变高，抗震、抗渗性能好。

其次，它具有很好的和易性，有较长的初凝时间和较低的强度，使之具备较好施工并易于操作的优点，还因为其配合比中掺入了适当的粘性土，减少了水泥用量，每立方米可比普通混凝土节省100~300kg水泥,不仅增加了其抗渗性还减少了工程投资。

基于塑性混凝土的这些优点，采用塑性混凝土做防渗墙在堤坝基础防渗处理中得到了广泛的应用[12]。

3.4土石坝稳定分析

粘土斜墙坝、粘土斜心坝在改善坝身应力和避免裂缝方面具有良好的性能,因此广泛应用在高土石坝中。

粘土斜墙坝、粘土斜心坝的滑动面一般为折线滑动,如斜墙坝上游保护层与斜墙一起滑动时,常常形成复合折线滑动面。

斜墙坝滑动稳定分析计算,是土坝设计的重点和难点,计算方法多,计算工作量巨大。

滑块之间的作用力的方向一般有以下几种假定:

①作用力水平方向;

②作用力平行于坝坡;

③作用力平行于滑动方向。

作用力方向的不同假设,出现了不同的计算方法,得到的安全系数也不相同[13]。

不同学者对此做了大量研究，《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》采用假设作用力为水平方向,利用静力平衡条件,给出了安全系数计算公式,求解方程得安全系数的方法,计算土工膜防渗结构体的安全系数,该法计算工作量小,计算结果符合实际情况；

《岩土工程勘察规范》给出了折线滑动时安全系数计算公式,在工程中应用很广;

《建筑地基基础设计规范》给出了滑坡推力计算公式。

无论采用那种计算方法,都应假设不同的滑坡面位置,计算折线滑动面的安全系数。

《岩土工程勘察规范》法,假设滑块之间的作用力平行于滑动面,计算安全系数小,计算简单,建议优先采用。

《建筑地基基础设计规范》法,同样假设滑块之间的作用力平行于滑动面,该法和《岩土工程勘察规范》法计算的安全系数完成相同,但计算过程复杂。

该法能计算滑坡推力,在设计支挡结构时,可采用该方法[13]。

一些学者就一些主要三维特征，比如大坝的几何特征和峡谷的地形，进行了一系列研究三维效果对土石坝稳定性的影响的参数实验。

实验结果表明土石坝的长高比明显影响其安全系数。

幂函数能适当表达安全系数的增量和长高比之间的关系。

峡谷的形状、坝坡坡度和大坝高度对大坝三维效果有显著的影响[14]。

传统的有限元计算也在被不断地改进中，有学者提出了一种结合了人工神经网络和演化计算的计算土石坝有效位移的反演分析。

该方法采用人工神经网络,有着由演化计算和Vogl算法练就的理想的结构体系,而不是耗时的有限元分析[15]。

一些探索用离散单元法来代替传统有限单元法的研究也在进行中。

非饱和土在我国的分布很广,工程建设中遇到的非饱和土问题很多。

但目前,在土石坝渗流安全分析和坝坡稳定分析中较少考虑非饱和土渗流作用的影响。

非饱和土指的是具有基质吸力的土,基质吸力的存在是造成非饱和土与饱和土工程性质有明显差异的根本原因[16]。

在土石坝工程建设中考虑非饱和土的特性已成为水利工程界的热点问题之一。

参考文献

[1]汝乃华，牛运光.大坝事故与安全·

土石坝[M].北京：

中国水利水电出版社，2001

[2]何芳婵.土石坝施工过程应力变形仿真分析[D].河南：

郑州大学，2007

[3]郭诚谦.土石坝的若干发展问题[J].水利水电技术，1998，29（10）：

25-30

[4]姜海波.土石坝坝体、坝基和水库库区土工膜防渗体力学特性及渗透系数研究[D].新疆农业大学，2011

[5]蒙成.土石坝设计若干问题浅析[J].广西水利水电，2005年（增刊）:

19-24

[6]顾淦臣.高土石坝的发展进程和发展趋势[J].河海大学科技情报，1989（3）：

35-42

[7]王柏乐，刘瑛珍，吴鹤鹤.中国土石坝工程建设新进展[J].水力发电（专题综述），2005，13（l）：

[8]花加凤.土石坝膜防渗结构问题探讨[D].南京：

河海大学，2006：

28-65

[9]宋玉林.土工布在水库防渗中的应用[J].河北水利科技，1996，17

（2）：

47

[10]J.P.Grioud，M.H.Gleason，J.G.Zornberg.Designofgeomembraneanchorageagainstwindaction[J].GeosynthticsInternational，Vol.6，No.6.1999：

167-173

[11]岑威钧.堤坝中防渗（复合）土工膜的布置型式及计算理论研究[J].红水河，1995，23（3）：

55-59

[12]吴殷哲，周玲.塑性混凝土防渗墙在龙湾水库主坝基础防渗中的应用[J].吉林水利，2013（10）

[13]刘福臣，马祥配，程兴奇.粘土斜墙坝折线滑动稳定分析计算[J].人民长江，2008,39（11）

[14]YuzhenYu，LiquanXie，BingyinZhang.Stabilityofearth–rockfilldams:

Influenceofgeometryonthethree-dimensionaleffect[].DepartmentofHydraulicEngineering，TsinghuaUniversity，2005

[15]YuzhenYu，BingyinZhang，HuinaYuan.Anintelligentdisplacementback-analysismethodforearth-rockfilldams[].StateKeyLaboratoryofHydroscienceandEngineering，DepartmentofHydraulicEngineering，TsinghuaUniversity，2007

[16]朱晓源.考虑非饱和土体的土石坝渗流与坝坡稳定分析研究[D].浙江大学，2006

4本课题主要研究内容

毕业设计题目：

亭口水利枢纽斜墙坝设计及工程量计算

毕业设计的基本内容：

（1）了解亭口的工程概况，熟悉设计所需的地形、地质、水文等资料；

并根据设计需要查阅斜墙坝相关文献资料；

阅读外文文献，并翻译一篇外文文献（不少于2000字）。

（2）进行亭口水利枢纽的整体布置，初步确定坝轴线的位置以及引水洞、泄洪排沙洞和溢洪道的位置、形式和尺寸。

（3）进行调洪演算，计算设计洪水下泄流量和校核洪水下泄流量，从而确定设计洪水位和校核洪水位等特征水位，并在此基础上完成亭口水利枢纽布置。

（4）拟定亭口水利枢纽斜墙坝的剖面形式及尺寸，并进行坝坡抗滑稳定及渗流计算。

（5）确定引水洞、溢洪道和泄洪排沙洞的形式及尺寸，进行水力计算，从而确保设计和校核情况下的安全泄洪能力。

（6）进行亭口水利枢纽斜墙坝及溢洪道的细部结构设计，并画出相应的草图。

（7）拟定水电站地下厂房，取水建筑物的位置。

（8）对亭口水利枢纽斜墙坝地基进行处理。

（9）进行坝体工程量及坝基开挖量的计算。

（10）采用AutoCAD绘制所有设计图纸。

（11）整理设计成果及CAD设计图纸；

编写设计说明书；

提交毕业设计说明书和CAD图纸等设计成果。

5完成毕业设计的条件和拟采用的手段

5.1完成毕业设计的条件

（1）已具备的理论基础。

大学学习的三年多时间，我们学习了理论力学，材料力学，结构力学，土力学，工程地质，工程水文学，建筑材料，水工建筑物，水电站，水利工程施工，建设项目管理，水利水能规划，CAD、画法几何、工程造价、工程经济学等课程，打下了坚实的理论基础，使我们在完成设计时能够得心应手。

（2）工程实践。

大一第二学期认识实习，我们到黑河金盆水库和三原水库进行了参观学习；

大二第二学期，在校内进行了工程测量实习；

大三到马渡王水文站进行了水文实习；

大四上学期，我们参加了生产及地质实习，实地参观了亭口水利枢纽、李家河水库，南沟门水库，安康水电站，黄金峡水利枢纽，三河口水利枢纽和引汉济渭渠首工程及李仪祉纪念馆，系统掌握水电工程建设。

理论联系实际，使我们对于实际工程的认识更加深刻，使我们在设计时能够将理论知识系统化。

更重要的是，这些实践是我以后学习及工作生涯的一笔极为珍贵的财富。

（3）学校悠久的建校历史及雄厚的师资力量。

自建校以来，学校培养的学生数不胜数，并有很多在国内外取得了很好的成就。

我校是国家首批同时获得博士、硕士、学士学位授予权的高校之一，具有教授任职资格审批权。

水利工程为一级国家重点学科，水利水电工程专业为国家特色专业，陕西省名牌专业。

同时，我校还积极开展国际间学术交流与合作，目前已同日本、德国、美国、意大利、俄罗斯等十个国家的近20所大学和科研机构建立了学术交流与合作关系，还常年聘请外籍专家、教师来校讲学和任教。

如此实力雄厚的师资队伍给我们提供了良好的教学条件，使我们能学到更多的专业知识。

（4）水利水电工程专业核心课程教学团队是国家级教学团队。

水工系老师在多年的教学实践中积累了丰富的教学经验，收集了大量的实际工程资料，为毕业设计奠定了良好的基础。

同时学校硬件设施齐全，且配有装有全套所需设计绘图软件的机房，为我们提供了足够的设计空间。

学校图书馆有大量相关书籍、文献可供学习查阅。

5.2拟采用的手段

广泛查阅资料，了解亭口工程概况，熟悉设计所须的各种资料；

设计期间的一系列专题讲座，如工程枢纽布置、调洪演算、水力学、渗流计算、设计规范等，须认真听取、学习，确保设计质量；

采用材料力学法进行相关计算并用计算机绘图。

6本课题进度安排、各阶段预期达到的目标

本次毕业设计总目标：

编写毕业设计任务书，制定进度计划表，完成外文翻译和开题报告；

编写设计说明书，用CAD绘制设计图纸。

各阶段进度及目标：

（1）2月24日～3月14日，毕业设计动员,编写毕业设计任务书，制定进度计划表；

查阅相关资料，完成外文翻译和开题报告；

熟悉设计基本资料；

进行整体枢纽布置。

（2）3月17日～3月21日，确定坝轴线、坝型、引水、泄洪、消能等建筑物的位置、形式和尺寸。

（3）3月24日～4月4日，进行调洪演算，确定水库特征水位、特征库容和工程规模；

完成枢纽布置。

（4）4月7日～4月11日，进行引水及泄水建筑物设计；

水力计算、结构设计和细部设计。

（5）4月14日～4月19日，进行斜墙坝剖面设计；

坝坡稳定计算、渗流计算、结构细部设计。

（6）4月21日～5月2日，进行斜墙坝地基处理设计，计算坝体及坝基工程量。

（7）5月5日～5月23日，整理设计成果、编写设计说明书，用CAD绘制设计图纸。

；

13周周五16:

00之前提交毕业设计电子版初步成果。

（8）5月26日～6月6日，根据指导老师审查意见，修改、补充设计成果，15周周五16:

00提交最终打印版设计成果。

（9）6月9日～6月13日，毕业设计评阅。

准备答辩提纲。

（10）6月16日～6月20日，毕业设计答辩。

7指导教师意见

对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

8所在专业审查意见

负责人：