毕业设计开题报告.docx

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毕业设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告

题目：

杨水碾水利枢纽设计—实体重力坝

设计方案

课题类别：

设计论文□

学生姓名：

罗安琪

学号：

201219040408

班级：

水电1202班

专业（全称）：

水利水电工程

指导教师：

胡炜

2016年3月

一、本课题设计（研究）的目的：

1、通过本次设计，使学生更加深刻的掌握专业知识，以及设计的流程；

2、培养学生调查研究、查阅技术文献和资料及编写技术文档的能力；

3、能过设计成果的整理与修改，培养我们在计算、识图、手工绘图、编写设计文件及应用计算机的综合能力；

4、通过本次毕业设计，培养学生综合运用所学知识解决实际工程技术问题的能力；培养学生独立思考、解决问题和独立工作能力；

5、提高创新精神与科学态度相结合的能力树立严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风和团队合作的精神。

6、本次毕业设计是以杨水碾水利枢纽为课题，该枢纽由挡水建筑物、泄水建筑物、电站建筑物等主要建筑物组成。

其主要任务是发电和防洪。

要求学生利用所学知识独立完成以下工作：

1）分析地形地质、水文气象、施工条件等基本资料；

2）根据枢纽建筑物的组成及施工导流等因素进行枢纽总体布置；

3）调洪演算；

4）非溢流坝段设计，包括剖面设计、坝段稳定及强度分析等；

5）溢流坝段设计，包括消能防冲设计、溢流剖面设计、坝段稳定及强度分析等；

6）细部构造设计与地基处理

7）科技论文写作与文献资料翻译等。

8）毕业设计成果整理（绘图、整理设计计算说明书等）；

9）毕业答辩。

二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：

摘要：

重力坝是一种古老而迄今应用仍很广的坝型，因主要依靠自重维持稳定而得名。

尽管这种坝型作用结构清楚，坝体体积大，稳定性好，但由于各种原因，仍然有可能失事，如1928年美国63m高的圣佛朗西斯重力坝的溃坝失事。

因此，重力坝的应力应变状态及其坝基的抗滑稳定安全问题一直是工程界十分关注和重视的问题。

当坝基内存在可能导致沿基岩内部滑动的不利的软弱结构面时，大坝的抗滑稳定问题便成为了大坝安全的控制因素。

正确评价大坝安全与否的关键，一是应力稳定的分析方法，二是合理的安全标准。

应力和稳定的计算应力求采用真实的材料本构关系和物理力学参数，并有与之相配套的安全评价标准。

而大坝抗滑稳定分析的理论、方法、参数取值和安全评价标准的确定等一系列基本问题，均需进一步深入统筹研究配套使用。

本文将就上述问题浅析如下。

关键词：

重力坝；安全评价准则；强度储备法；剪力比值系数

1国内外研究现状

目前国内外核算混凝土重力坝的抗滑稳定问题应用比较广泛的方法有：

刚体极限平衡法、有限单元法、分项系数法等。

1.1刚体极限平衡法

刚体极限平衡法是坝基岩体抗滑稳定分析中应用最广泛且为规范所推荐的一种方法。

此法概念清楚，计算简便，任何规模的工程均可采用，有丰富的工程经验，并且具有与之配套的比较成熟的安全判定标准。

但是，它不能确定滑动块体的位移和滑裂面上的应力分布，因而也就不能探索破坏的机理及其变化发展过程；当滑动面是多折坡时，不得不作出一些假定和简化，影响了成果的可靠性；当滑动面是多层次时，情况就变得更复杂，需要将可能出现得滑移通道逐个进行试算，以确定控制的滑动面，试算工作量相当大；试算过程中无法考虑软弱夹层间的相互影响，使得计算结果的可用性变得更差；由于刚体极限平衡法是基于滑动面上所有点同时进入滑动状态，与实际情况不符。

1.2有限单元法

有限元法已经成为分析复杂地基的有力工具，它不但可以分析断层、节理等地质缺陷的影响，而且可以将水工建筑物的应力、变形、渗流和稳定问题结合在一起分析，由此了解整个系统的破坏机理。

应用非线性有限元法可以对具有软弱夹层地基上坝体深层的抗滑稳定这个复杂问题做出较深入的探索，通过分析可以比较可靠地确定地基内地应力和变形情况，了解软弱带的破坏区域和错动值，确定最危险的滑动通道，研究一些加固措施的效果，并确定最终的安全系数和阐明失稳发展的机理。

目前，国内用来衡量坝基软弱夹层的稳定安全性，大致有以下三种安全系数：

“超载安全系数”Kp、“强度储备系数”Kc、“剪力比值系数”Ks。

1.3分项系数法

新发布的电力行业标准《混凝土重力坝设计规范》（DL5108—1999）于2000年7月起开始实施，由于直接采用可靠指标进行结构设计比较复杂，规范规定使用极限状态表达式来进行结构和地基的稳定验算，要求将建筑物抗滑稳定分析从传统的安全系数表达式改为极限状态表达式。

新发布的水利行业标准《混凝土重力坝设计规范》（SL315-2005）于2005年11月实施，坝基面抗滑稳定计算应按抗剪断强度公式或抗剪强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数。

2分析比较

众所周知，当采用刚体极限平衡法校核抗滑稳定时，安全系数是一个笼统的整体结构的安全指标。

例如，抗剪公式的安全系数为实际作用于可能滑动面上的法向力乘以摩擦系数f，与沿该岩面滑动的力的比值，计算这种安全系数并不考虑强度上的要求，因而未能反映实际的安全度；此外，这种计算当然亦不能反映出整个结构的破坏变形。

要知道，结构在破坏过程中，随着变形的增大，应力不断进行重分布，直至达到极限荷载，产生极限变形、结构完全破坏为止。

对这种破坏过程及其安全度，只有采用非线性弹塑性有限元法计算才能得到确切反映。

所以，目前对于一些重要的工程，特别是对坝基深处的抗滑稳定问题较严重的情况，除刚体极限平衡法外，常常进行有限元分析。

有限元法计算思路明确，理论、方法日趋成熟，通过降低强度指标和增加荷载，利用弹塑性有限元法研究坝体的渐进破坏过程，这种评价大坝的安全度的方法已逐渐为工程界接受。

这种方法将应力和稳定一起计算统一研究，将抗滑失稳破坏看成是点破坏的累进，且稳定是由应力强度问题引起的，从而使应力强度及抗滑稳定的安全评价合二为一。

电力行业标准《混凝土重力坝设计规范》（DL5108—1999）中，作用分项系数考虑对各种荷载的标准值的不利变异，是超载系数的概念；材料性能分项系数用来反映材料实际强度对所采用的材料强度标准值的不利变异而定出，类似强度的降低系数；设计状况系数用来反映结构不同状况有不同的目标可靠指标；结构重要性系数用来考虑结构或构件的重要性和失事后果；结构系数用来反映作用效应计算模式的不定性和材料抗力计算模型的不定性。

与水利行业标准《混凝土重力坝设计规范》（SL315-2005）相比，电力行业标准《混凝土重力坝设计规范》（DL5108—1999）中采用分项系数的概念更为合理。

单一安全系数法中，作用效应函数和结构抗力函数中的材料和作用是按定值进行的，而在极限状态验算式中，材料和作用必须以标准值配以相应的分项系数进行分析。

标准值和分项系数（包括结构系数）是以概率理论为基础，以结构达到规定的可靠度水平为原则确定的，这样就同时考虑了实际上坝体遇到的既有材料弱化又有荷载增加的可能组合作用。

显然，分项系数法是更加科学和合理的。

三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：

1安全评价标准的研究

用有限元法来分析坝的安全性，如何评价其安全度呢？

这是大家普遍关注的问题。

因此必须确定什么是设计意义上的失稳，以什么作为其安全准则。

1.1失稳判据

体系的稳定是指系统在外荷载的作用下能够保持稳定的平衡状态，即这样的平衡状态不会受外部条件的微小干扰而改变。

体系的失稳是指系统受外部条件的微小扰动而丧失原来的平衡状态。

体系从静力平衡转向塑性流动的平衡状态称为体系的极限平衡状态即稳定临界状态。

寻找大坝失稳临界状态下的安全系数是抗滑稳定计算中的难题之一。

在非线性计算中，一般采用逐渐降低材料参数来逼近坝体失稳的临界状态。

所谓失稳，可以通过以下方式来判别：

（1）当Kp（Kc）达到一定值后，坝体及地基的变化（可以用某些控制点上的值代表）急剧增大，出现明显的从量变转向质变的现象；

（2）当Kp（Kc）达到一定值后，沿滑动通道的全部单元均处于屈服或破坏状态，或者塑性区贯通；

（3）当Kp（Kc）达到一定值后，非线性方程组出现不收敛，得不到稳定的解答。

对应于临界失稳状态的安全系数即为最终安全系数。

1.2安全评价准则

1.2.1强度储备法

根据以往国内外大部分学者的计算经验以及一些工程实例，一般认为，强度储备系数大于原设计规范中的抗剪断公式要求的安全系数（即3.0）即认为稳定复核符合要求。

结合河海大学水工结构研究所的《三峡大坝左岸1＃～5＃厂房坝段整体稳定分析报告》，潘家铮院士在95年8月三峡总公司技委会组织的“厂坝联合作用”讨论会上的总结发言也肯定了这种做法。

对基本组合而言，一般认为采用逐步降低强度储备系数法进行安全评价时，当强度储备系数大于材料分项系数时，认为大坝是稳定的，反之，若强度储备系数小于材料分项系数，则大坝稳定的安全储备不足。

对建基面的验算一般认为强度储备系数大于3.0即符合稳定复核要求（混凝土与基岩材料性能分项系数3.0）。

1.2.2应力成果核算法

不难发现式:

与《混凝土重力坝设计规范》（DL5108—1999）中极限状态设计表达式相似，与《混凝土重力坝设计规范》（SL315-2005）中坝基抗滑稳定抗剪断公式也相似，由此得出了基于两种规范上的安全系数以及配套的参数选择。

基于《混凝土重力坝设计规范》（DL5108—1999），引入分项系数的概念，从而得出Ks需满足下式：

也就是说，采用剪力比值法来评价大坝安全度时，剪力比值系数应当大于

，与之配套的是：

荷载应采用标准值进行计算，抗剪断摩擦系数、粘聚力也应采用材料的标准值。

这种安全准则的选取与过去常用的安全系数相比，它考虑了更多结构自变量的综合因素。

此外，公式本身是由规范规定的极限平衡安全系数方法套改而来，因此公式具有可靠度理论和工程经验相结合的优点。

基于《混凝土重力坝设计规范》（SL315-2005），剪力比值系数只需要满足该规范中对于抗滑稳定的要求。

与之配套的是：

荷载应采用设计值进行计算，抗剪断摩擦系数、粘聚力也应采用材料的设计值。

这种安全准则的选取计算方法简便，思路明确，与传统的极限平衡法相对应，易于被接受。

但随着可靠度理论的发展，分项系数的概念越来越完善，这种安全准则必将经历一次长足的发展。

四、设计（研究）进度计划：

1、英文翻译第4周

2、文献综述、开题报告第5周

3、调洪演算、枢纽布置第6~9周

4、非溢流坝段设计第10~11周

5、溢流坝段设计第12~13周

6、细部构造设计、地基处理第14周

7、绘图、成果整理及评阅第15~16周

8、毕业答辩第17周

五、参考文献：

[1].DL5108-1999混凝土重力坝设计规范[S].北京：

中国电力出版社，2000；

[2].SL319-2005混凝土重力坝设计规范[S].北京：

中国水利水电出版社，2005；

[3].SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准[S].北京：

中国水利水电出版社，2000；

[4].DL5077-1997水工建筑物荷载设计规范[S].北京：

中国水利水电出版社，1998；

[5].DL5073-1997水工钢筋混凝土结构设计规范[S].北京：

中国水利水电出版社，1997；

[6].SL265-2001水闸设计规范[S].北京：

中国水利水电出版社，2001；

[7].SL253-2000溢洪道设计规范[S].北京：

中国水利水电出版社，2000；

[8]水利水电规划设计总院.水工设计手册（基础理论）[M].北京：

中国水利水电出版社，2011；

[9]水利水电规划设计总院.水工设计手册（混凝土坝）[M].北京：

中国水利水电出版社，2011；

[10]水利水电规划设计总院.水工设计手册（泄水与过坝建筑物）[M].北京：

中国水利水电出版社，2011；

[11]张光计、王光伦.水工建筑物[M].水利水电出版社，1992；

[12]陈胜宏.水工建筑物[M].北京：

中国水利水电出版社，2004；

[13]潘家铮.重力坝的设计和计算.北京：

水利电力出版社，1987；

[14]王世夏.水工设计的理论和方法[M].北京：

中国水利水电出版社，2000；

[15]JAMESD.CRAIO.GravityDamDesign[M].US:

ArmyCorpsofEngineers，1995.

指导教师意见

签名：

月日

教研室（学术小组）意见

教研室主任（学术小组长）（签章）：

月日