拱坝课程设计.docx
- 文档编号:24432342
- 上传时间:2023-05-27
- 格式:DOCX
- 页数:36
- 大小:299.74KB
拱坝课程设计.docx
《拱坝课程设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《拱坝课程设计.docx(36页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
拱坝课程设计
Themanuscriptwasrevisedontheeveningof2021
拱坝课程设计
《水工建筑物课程设计》
学院:
土木工程学院
专业名称:
水利水电工程
学号:
22
姓名:
余官荣
指导老师:
邹爽老师
提交时间:
2015年1月6日
拱坝课程设计
一、目的
1、学会初拟拱坝尺寸的方法;
2、掌握拱坝坝肩稳定计算和应力计算;
3、进一步认识拱坝的结构特点。
二、基本资料
(一)、水文、气象及泥沙资料
某水库所在流域属亚热带季风湿润气候,立体带状气候明显,其特点是“冬长夏短,春秋相连、雨热同季、干湿分明”。
流域内无气象观测资料,其气象资料参照威宁县气象站资料:
多年平均气温℃,最冷月1月平均℃,最热月7月平均℃,极端最高气温℃(1963年5月29日),极端最低气温℃(1977年2月9日)。
年平均相对湿度80%,最大在秋季,达85%左右,最小在春季,在73%上下,全年平均雾日数,年平均日照时数,为贵州全省各县之冠。
全年无霜期,大风日数,冰雹日数,雷暴日数,雾日天数,降雪日数,最大积雪深度27cm。
多年平均风速s,最大风速s,全年以SE(东南风)风为多,频率为17%。
流域水汽主要来自印度洋孟加拉湾,由于地势较高,多年平均相对湿度较其它地区低。
流域内地表径流主要来自降雨,但降雨时空上分布不均,大多集中在每年5~10月,降雨量占全年降雨总量的80-90%。
暴雨一般出现在5~10月,日降雨量大于100mm的暴雨主要出现在6~8月,汛期比其他地区出现晚,降雨量较其它地区少,根据威宁县气象站历年实测资料统计:
多年平均降雨量为,丰水期(5~10月)平均降雨量,占全年降雨量的%,枯水期(11月至次年4月)平均降雨量,占全年降雨量的%,最大一日降水量为(1984年7月23日),降水量≥的日数193d,降水量≥的日数28d,降水量≥的日数7d,降水量≥的日数,多年平均水面蒸发量为(20cm蒸发皿)。
吹程为600米。
(二)特征水位
表5-5主要建筑物特征水位及流量
序号
部位
项目
单位
数量
备注
1
水
库
校核洪水位(P=%)
m
2
设计洪水位(P=2%)
m
3
正常蓄水位
m
4
死水位
m
5
校核洪水位最大下泄流量
m3/s
756
6
相应下游水位
m
7
设计洪水位最大下泄流量
m3/s
362
8
相应下游水位
m
9
淤沙高程
m
(三)、地质资料
1、地形地貌
下坝址河谷深切,为横向谷,河流由SE(东南)向转向NE(东北)向。
两岸坡山体地形坡度较陡,其中在1890m高程以下地形坡度较陡,基岩裸露;上部地形稍缓,为坡耕地、林地和荒坡,残坡积层厚度最大达10m,一般3~5m;地形为浅切中山地形,河谷地形呈较宽缓的“V”形谷,河床冲积层厚度达。
右岸坡在高程修建有一条通乡油路,宽9m左右。
两岸地貌主要为侵蚀切割形成的尖棱状山脊地貌,为侵蚀构造类型。
下坝址河面高程,河面宽43m;坝线位置河谷地形在高程时宽高比为,下坝址河流位于二塘向斜北东翼,靠二塘向斜轴部发育。
坝址区右岸坡上游80m位置发育一条小溪沟(即锅厂小河),为下切侵蚀型溪沟,锅厂小河交汇口高程,溪沟地形随着山体地形的抬高,溪沟河床在1890m高程以下基岩裸露,基本上无冲积层,两岸多为耕地和林地,残坡积层厚度不大,一般为3m左右。
3、地层岩性
下坝址出露基岩地层主要为二叠系上统峨嵋山玄武岩组(P2β)玄武岩,地层总体倾向河床下游,其在坝址区分布特征是坝址地形与岩层之间构成横向河谷。
综合槽探、硐探、钻探和地表地质勘察资料,坝址区左右岸坡残坡积层厚度达3~5m,局部地段深达10m,河床上第四纪冲积覆盖层厚度为左右。
某水库下坝址的岩土层具体构成情况如下:
(1)二叠系上统峨眉山玄武岩组(P2β):
厚度10~1294m。
属岩浆岩地层,主要为暗绿、暗灰蓝、油绿色细粒玄武岩、拉斑玄武岩,上部夹一层厚度4~6m的玻屑凝灰岩,在~1866m高程夹有2至3层厚度3~8cm的软弱夹层,为铁质粘土岩或铜质凝灰岩。
玄武岩新鲜岩石坚硬,但表面易风化成碎块状,坝基岩体工程地质分类为中硬岩,属于BⅢ1类。
(2)第四纪覆盖层(Q4):
在河谷两岸坡上为残坡积层,成分为褐黄褐色的含碎石粘土。
河床上为冲积层,成分为块石、碎石、沙卵石、砂砾石、细粉沙和少量淤泥等组成。
4、地质构造
下坝址位于二塘向斜北东翼。
坝址区玄武岩为岩浆岩,属喷出岩,岩层无产状,主要结构面为不同时期玄武岩喷出的流层理层面,玄武岩流层理层面倾向与早期下部沉积岩的成层方向一致,总体倾向河床上游偏右岸。
在下坝址无区域性断裂地质构造发育通过。
但在下坝址锅厂小河左岸和水库右岸的山坡上发育有次生F1张性断层(不明原因断层),向库区上游延伸,总体走向为北西走向,倾角近直立,北西端延伸到库区上坝址和下坝址之间,南东端直抵库区内炉山镇尖山附近,长约800m左右。
该断层断距一般为,未见破碎带。
下坝址玄武岩中节理裂隙发育,发育密度较高,在河谷左右岸按勘察规范要求统计的节理裂隙产状见表3-4-3。
主要有两个方向发育,第一组节理裂隙产状为走向170°,倾向260°,倾角为70~80°或近直立;第二组节理裂隙产状为走向65~80°,倾向155~170°,倾角近直立。
节理裂隙向下延伸深度大,大部分节理裂隙内无充填物,呈闭合状,向下延伸到微风化和新鲜基岩后,裂隙逐渐尖灭,少数节理裂隙内偶有充填物。
地表岩层呈强风化状,岩体一般较破碎,多呈块状。
2、坝址地质资料
经取样试验,结合有关工程经验类比,参考有关设计规范,地质专业提出了岩石(体)物理、力学参数,见表5-2~表5-4。
表5-2坝基岩体力学性质参数
名称
项目
玄武岩
(强风化)
玄武岩
(弱风化)
玄武岩
(微风化)
凝灰岩
(强风化)
抗压强度
Rc(MPa)
15
75
75
10
抗拉强度
σt(MPa)
弹性模量
Ee(GPa)
7
35
2
泊松比
μ
承载力标准值
[R](MPa)
岩石与岩石抗剪强度
f
C(MPa)
岩石与岩石抗剪断强度
f'
C'(MPa)
砼与岩石抗剪强度
f
C(MPa)
砼与岩石抗剪断强度
f'
C'(MPa)
表3-4-12坝基结构面力学参数
强风化玄武层面抗剪强度
f
C(MPa)
弱风化玄武岩层面抗剪强度
f
C(MPa)
微风化玄武岩层面抗剪强度
f
C(MPa)
玄武岩陡倾结构面抗剪强度
f
C(MPa)
f
C(MPa)
强风化玄武岩层面抗剪断强度
f
C(MPa)
弱风化玄武岩层面抗剪断强度
f'
C'(MPa)
微风化玄武岩层面抗剪断强度
f'
C'(MPa)
玄武岩陡倾结构面抗剪断强度
f'
C'(MPa)
玄武岩层间软弱夹层抗剪断强度
f'
C'(MPa)
大坝抗滑稳定计算的物理力学参数表
项目名称
单位
数值
项目名称
单位
数值
砼容重γc
kN/m3
24
基岩抗压强度fR
MPa
75
水容重γw
kN/m3
10
砼/基岩摩擦系数f(固接灌浆后)
淤沙浮容重γsb
kN/m3
8
砼/基岩凝聚力C'(固接灌浆后)
MPa
淤沙高度Hs
M
渗透压力强度系数α
砼抗压强度fk
MPa
淤沙内摩擦角φ
度
30
(四)附坝址处地形图及地质剖面图(见CAD图)
三、要求
1、拟定坝体尺寸,进行拱坝稳定计算及应力计算;
2、提交成果
(1)设计计算及说明书。
(2)拱坝非溢流坝段剖面图,溢流坝段剖面图;
(3)拱坝平面布置图及下游立视图。
拱坝课程设计计算书
1、确定开挖高程:
根据坝高小于50米时,可建在弱风化中下部至上部基岩上,及其他相关条件,选择坝底高程为1844m。
水位高程(m)
相应坝前水深(m)
正常蓄水位
设计洪水位
校核洪水位
2、确定坝高:
①设计洪水位、正常蓄水位:
由资料得V0=sD=
安全加高:
防浪墙顶高程:
+=
②校核洪水位:
安全加高:
防浪墙顶高程=+=
选择较大防浪顶高程所以坝高H=
3、拱冠梁设计
1.根据资料得:
坝顶厚度
取4m,坝底高程为1844m,溢流堰顶高程为1888m,所以坝的计算高度
2.坝底厚度
:
根据所打剖面的开挖线可得W为H=44m;
3.确定上游面曲线:
由上述可得:
4.厚度曲线:
取5层拱圈;
5.圆心连线的确定:
有资料得,顶拱弦长为,底拱弦长为25m,以底拱弦长的垂直平分线为界,把拱坝分为左半拱和右半拱,
根据经验,处的半中心角取
弦长
坝体左岸半边拱的圆心连线:
坝体右岸半边拱的圆心连线:
根据圆心连线图和拱圈弦长图可以在CAD上量出其他各层拱圈的半径和弦长,根据公式
,可以算出其他各层拱圈的半中心角。
高程(m)
Z
坝址距(m)
Tc(m)
XFL(m)
XFR(m)
RcL(m)
RcR(m)
фL(°)
фR(°)
1888
0
4
55
50
1877
11
1866
22
40
40
1855
33
1844
44
25
25
30
30
5.应力计算
由程序算得的各项应力如下,左岸半边拱。
1.正常水位加温降:
拱坝
坝数据
NHB1HB2HSFSMSMH
51844141
MCGCECEFKCCSu
1600000760000.025.8.17
高程外半径拱圈厚半中心角坝趾距岸坡角AF坝肩弹模EF
HRTAYAFEF
760000
760000
760000
760000
760000
当量矩形长宽比m=
坝体积V=m^3
温升G=/(T+
计算结果
E=2(双向扭转效应)
(1)荷载分配
高程总荷载梁载拱载扭载梁载(震)拱载(震)扭载(震)
HPXXAZXvXAvZv
1888
1877
1866
1855
1844
(2)拱端内力
MaoVaoHaoMaovVaovHaov
(3)拱应力(T/m^2)(压为正)
拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)
SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv
(4)粱内力
MocVocWocMocvVocvWocv
(5)梁应力(T/m^2)(压为正)
梁应力梁应力(震)梁自重应力
ScuScdScuvScdvScugScdg
(6)拱冠变位
RorRorv
(7)最大应力
SauSadSouSodScuScd
最大
(1)(3)(3)
(1)
(1)(4)
最小(4)(5)(5)(4)(4)
(1)
***END***
2.设计洪水位加温升:
拱坝
坝数据
NHB1HB2HSFSMSMH
5141
MCGCECEFKCCSu
.000011600000760000.025.8.17
高程外半径拱圈厚半中心角坝趾距岸坡角AF坝肩弹模EF
HRTAYAFEF
760000
760000
760000
760000
760000
当量矩形长宽比m=
坝体积V=m^3
温升G=/(T+
计算结果
E=2(双向扭转效应)
(1)荷载分配
高程总荷载梁载拱载扭载梁载(震)拱载(震)扭载(震)
HPXXAZXvXAvZv
1888
1877
1866
1855
1844
(2)拱端内力
MaoVaoHaoMaovVaovHaov
(3)拱应力(T/m^2)(压为正)
拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)
SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv
(4)粱内力
MocVocWocMocvVocvWocv
(5)梁应力(T/m^2)(压为正)
梁应力梁应力(震)梁自重应力
ScuScdScuvScdvScugScdg
(6)拱冠变位
RorRorv
(7)最大应力
SauSadSouSodScuScd
最大
(1)
(1)
(1)
(1)(5)(4)
最小(5)(5)(5)(5)
(1)
(1)
***END***
3.校核洪水位加温升:
拱坝
坝数据
NHB1HB2HSFSMSMH
5141
MCGCECEFKCCSu
.000011600000760000.025.8.17
高程外半径拱圈厚半中心角坝趾距岸坡角AF坝肩弹模EF
HRTAYAFEF
760000
760000
760000
760000
760000
当量矩形长宽比m=
坝体积V=m^3
温升G=/(T+
计算结果
E=2(双向扭转效应)
(1)荷载分配
高程总荷载梁载拱载扭载梁载(震)拱载(震)扭载(震)
HPXXAZXvXAvZv
1888
1877
1866
1855
1844
(2)拱端内力
MaoVaoHaoMaovVaovHaov
(3)拱应力(T/m^2)(压为正)
拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)
SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv
(4)粱内力
MocVocWocMocvVocvWocv
(5)梁应力(T/m^2)(压为正)
梁应力梁应力(震)梁自重应力
ScuScdScuvScdvScugScdg
(6)拱冠变位
RorRorv
(7)最大应力
SauSadSouSodScuScd
最大
(1)
(1)
(1)
(1)(5)(4)
最小(5)(5)(5)(5)
(1)
(1)
***END***
右半拱
4.正常水位加温降:
拱坝
坝数据
NHB1HB2HSFSMSMH
51844141
MCGCECEFKCCSu
1600000760000.025.8.17
高程外半径拱圈厚半中心角坝趾距岸坡角AF坝肩弹模EF
HRTAYAFEF
760000
760000
760000
760000
760000
当量矩形长宽比m=19.
坝体积V=m^3
温升G=/(T+
计算结果
E=2(双向扭转效应)
(1)荷载分配
高程总荷载梁载拱载扭载梁载(震)拱载(震)扭载(震)
HPXXAZXvXAvZv
1888
1877
1866
1855
1844
(2)拱端内力
MaoVaoHaoMaovVaovHaov
(3)拱应力(T/m^2)(压为正)
拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)
SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv
(4)粱内力
MocVocWocMocvVocvWocv
(5)梁应力(T/m^2)(压为正)
梁应力梁应力(震)梁自重应力
ScuScdScuvScdvScugScdg
(6)拱冠变位
RorRorv
(7)最大应力
SauSadSouSodScuScd
最大
(1)(3)(3)
(1)
(1)(4)
最小(4)(5)(5)(4)(4)
(1)
***END***
5.设计洪水位加温升:
拱坝
坝数据
NHB1HB2HSFSMSMH
5141
MCGCECEFKCCSu
.000011600000760000.025.8.17
高程外半径拱圈厚半中心角坝趾距岸坡角AF坝肩弹模EF
HRTAYAFEF
760000
760000
760000
760000
760000
当量矩形长宽比m=19.
坝体积V=m^3
温升G=/(T+
计算结果
E=2(双向扭转效应)
(1)荷载分配
高程总荷载梁载拱载扭载梁载(震)拱载(震)扭载(震)
HPXXAZXvXAvZv
1888
1877
1866
1855
1844
(2)拱端内力
MaoVaoHaoMaovVaovHaov
(3)拱应力(T/m^2)(压为正)
拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)
SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv
(4)粱内力
MocVocWocMocvVocvWocv
(5)梁应力(T/m^2)(压为正)
梁应力梁应力(震)梁自重应力
ScuScdScuvScdvScugScdg
(6)拱冠变位
RorRorv
(7)最大应力
SauSadSouSodScuScd
最大
(1)
(1)
(1)
(1)(5)(4)
最小(5)(5)(5)(5)
(1)
(1)
***END***
6.校核洪水位加温升:
拱坝
坝数据
NHB1HB2HSFSMSMH
5141
MCGCECEFKCCSu
.000011600000760000.025.8.17
高程外半径拱圈厚半中心角坝趾距岸坡角AF坝肩弹模EF
HRTAYAFEF
760000
760000
760000
760000
760000
当量矩形长宽比m=19.
坝体积V=m^3
温升G=/(T+
计算结果
E=2(双向扭转效应)
(1)荷载分配
高程总荷载梁载拱载扭载梁载(震)拱载(震)扭载(震)
HPXXAZXvXAvZv
1888
1877
1866
1855
1844
(2)拱端内力
MaoVaoHaoMaovVaovHaov
(3)拱应力(T/m^2)(压为正)
拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)
SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv
(4)粱内力
MocVocWocMocvVocvWocv
(5)梁应力(T/m^2)(压为正)
梁应力梁应力(震)梁自重应力
ScuScdScuvScdvScugScdg
(6)拱冠变位
RorRorv
(7)最大应力
SauSadSouSodScuScd
最大
(1)
(1)
(1)
(1)(5)(4)
最小(5)(5)(5)(5)
(1)
(1)
***END***
7.由上述结果可得最大拉应力出现在坝踵为
,拱冠梁的设计符合要求。
6.坝肩稳定计算
为什么平面稳定分析法进行拱座稳定分析
1、分层计算比较简捷,成果常偏于安全。
2、分层计算可以大致判断各高程在失稳问题上的相对安全度,便于发现薄弱部位,为进一步分析或专门处理提供情况;
3、在某实际工程中,水平软弱面往往成组存在,与陡倾面相互切割,需在不同高程上验算稳定度。
这时,采用平面分析基本合理。
平面稳定分析中系切取拱坝某一高程的平面图形进行稳定核算。
计算中,荷载和抗力都取一定高度△Z为准,通常取△Z=1m来考虑。
为通用性强些,考虑侧裂面为高倾角结构面,且倾向河床。
计算方法
由以上的数据得到第四层拱圈处拱端内力
,拱端应力
拱冠应力
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 拱坝 课程设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)