大工水工建筑物课程设计.docx

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大工水工建筑物课程设计

网络教育学院

水工建筑物课程设计》

题目：

非溢流段混凝土重力坝设计

学习中心：

安徽**奥鹏学习中心

专业：

水利水电工程

年级：

2012年春季

学号：

学生：

指导教师：

水工建筑物》课程设计基本资料

1.1气候特征

根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14m/s，重现期为50年的年最大风速23m/s，吹程：

设计洪水位2.6km，校核洪水位3.0km。

最大冻土深度为1.25m。

河流结冰期平均为150天左右，最大冰厚1.05m。

1.2工程地质与水文地质

1.2.1坝址地形地质条件

（1）左岸：

覆盖层2～3m，全风化带厚3～5m，强风化加弱风化带厚3m，微风化厚4m。

（2）河床：

岩面较平整。

冲积沙砾层厚约0～1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3～6m。

坝址处河床岩面高程约在38m左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。

（3）右岸：

覆盖层3～5m，全风化带厚5~7m，强风化带厚1～3m，弱风化带厚1～3m，微风化厚1～4m。

1.2.2天然建筑材料

粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2～3km均可开采，储量足，质量好。

粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。

砂石料满足砼重力坝要求。

1.2.3水库水位及规模

①死水位：

初步确定死库容0.30亿m3，死水位51m。

②正常蓄水位：

80.0m。

注：

本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。

表

状况

坝底高程

（m）

坝顶高程

（m）

上游水位

（m）

下游水位

（m）

上游坡率

下游坡率

设计情况

31

84.9

82.50

45.50

0

1∶0.8

校核情况

31

84.9

84.72

46.45

0

1∶0.8

本设计仅分析基本组合

（2）及特殊组合

（1）两种情况：

基本组合

（2）为设计洪水位情况，其荷载组合为：

自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。

特殊组合

（1）为校核洪水位情况，其荷载组合为：

自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。

2设计及计算内容

2.1坝高计算

按照所给基本资料进行坝高计算，详细写明计算过程和最终结果。

2.2挡水坝段剖面设计

按照所给基本资料进行挡水坝段剖面设计，详细写明计算过程和最终结果。

2.3挡水坝段荷载计算

按照所给基本资料进行挡水坝段荷载计算，详细写明计算过程和最终结果。

2.4挡水坝段建基面抗滑稳定计算按照所给基本资料进行挡水坝段建基面抗滑稳定计算，详细写明计算过程和最终结果。

2.5挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核按照所给基本资料进行挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核，详细写明计算过程和最终结果。

2设计及计算内容

2.1确定工程等级

3

水库死库容0.30亿m3，属于中型，永久性水工建筑物中的主要建筑物为3级，次要建筑物和临时建筑物为4级。

2.2确定坝顶高程

（1）超高值Δh的计算

Δh=h1%+hz+hc

Δh—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m；

H1%—累计频率为1%时的波浪高度，m；

hz—波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m；

hc—安全加高，按表2－1采用

表2-1坝的安全加高hc

运用情况

坝的级别

1

2

3

设计情况（基本情况）

0.7

0.5

0.4

校核情况（特殊情况）

0.5

0.4

0.3

内陆峡谷水库，宜按官厅水库公式计算（适用于V0<20m/s及D<20km）

gh

2v0

1

0.0076v012

gD

2v0

gLm

2v0

1

0.331v02.15

gD

2v0

3

1

3.75

式中：

D——吹程，km，按回水长度计。

Lm——波长，m

hz——壅高，m

V0——计算风速

h——当gD220:

250时，为累积频率5%的波高h5%;当gD2250:

1000时，v0v0

为累积频率10%的波高h10%。

规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，应由累积频率为P（%）的波高hp与平均波高的关系可按表2-2进行换算

表2-2累积频率为P（%）的波高与平均波高的比值

超高值Δh的计算的基本数据

设计洪水位

校核洪水位

吹程D（m）

2600

3000

风速v0（m）

21

14

安全加高hc（m）

0.4

0.3

设计洪水位时，采用重现期为50年的最大风速，本次设计v021m/s；校核洪水位时，

a.设计洪水位时Δh计算：

波浪三要素计算如下：

h=1.03m

Lm=10.65m

壅高：

hz

h2

Lm

3.14

1.032

10.65

0.31m

gD

2

v0

9.81

2600

212

57.84，

故按累计频率为500计算

hm

Hm

1.030，由表B.6.3-1

53.9

查表换算

故h101.24h501.241.031.28m

hc0.4m

hh1%hzhc

1.280.310.4

1.99m

b.校核洪水位时Δ

h计算：

波高：

9.81h

2

14

0.0076

1

1412

9.813000

h=0.65m

波长：

9.81142Lm

0.331

1

142.15

Lm=7.37m

壅高：

hh2

hzLm

3.1407..63572

142

9.813000

142

0.18m

1

3.75

gD

2

v0

9.813000

142

150.15，故按频率为500计算

hm

Hm

0.65

53.9

0,由由表B.6.3-1查表换算

故h1001.24h500

1.240.650.81m

hc0.3m

hh1%hz

hc

0.810.180.3

1.29m

（2）坝顶高程：

a.设计洪水位的坝顶高程：

82.51.99

84.49m

b.校核洪水位的坝顶高程：

校校核洪水位h校

84.721.29

86.01m为了保证大坝的安全，选取较大值，所以选取坝顶高程为86.01m

2.3挡水坝段剖面设计

拟定坝体形状为基本三角形。

坝的下游面为均一斜面，斜面的延长线与上游坝面相交于最高库水位处，本次设计采用上游坝面铅直，下下游面倾斜的形式，坡度为1:

0.8，折点设在高程为77.22m。

坝底高程顶84.9m

a.坝高为：

86.01-31=55.01m

b.坝顶宽度：

坝顶宽度取坝高的1000即为5.5m，考虑到坝顶机械设备作业，取6m。

c.坝底宽度：

校B底

1

B0.8

0.8

底

0.8（84.72-31）

42.98m取43m

d.基础灌浆廊道尺寸拟定：

～3m，

3.0

基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定，一般宽为2.5高为3～4m，为了保证完成其功能且可以自由通行，本次设计基础灌浆廊道断面取×3.5m，形状采用城门洞型。

e.廊道的位置：

廊道的上游避距离上游面10.5m廊道底部距离坝底面6m初步拟定坝体形状剖面如图：

6m

2.4

挡水坝段荷载计算

1.自重：

C24KN/m3,10KN/m3

坝身自重：

WVc

W1655.0124（1/23.141122）247787.76KN

11

W2B2H3c3746.222420521.68KN

22

下游水自重：

a.设计洪水位时：

B30.8H20.814.511.6m

11

W3B3H211.614.510841KN

22

WW1W2W3

7787.7620521.68841

29150.44KN

b.校核洪水位时：

B30.8H20.815.4512.36m

11

W3B3H212.3615.4510954.81KN

22

WW1W2W3

7787.7620521.68954.81

29264.25KN

特征水位

上游水深H1

下游水深H2

上下游水位差H

设计洪水位

51.50

14.50

37.00

校核洪水位

53.72

15.45

38.27

2.静水压力：

不同情况下上下游水深及水位差

Pu

1wH12

w1

1

10

51.52

13261.25KN

2w1

2

Pd

1wH22

w2

1

10

14.52

1051.25KN

2w2

2

b.校核洪水位时:

a.设计洪水位时：

Pu

1

H2

w1

1

10

53.722

14429.19KN

2

2

Pd

1

wH2

1

10

15.452

1193.51KN

2

2

3.扬压力：

扬压力折减系数

0.25

a.设计洪水位时：

62355551711.25832.59333.75KN

b.校核洪水位时：

U1wH2B1015.45436643.5KN

U

2

wHB10.2510

38.276574.05KN

1

1

U

3

wHB2

0.251038.27371769.99KN

1

U42wH1H2H

32

2

B1

110

53.72

15.450.2538.276861.08KN

2

UU1U2U3

U4

6643.5

574.05

1769.99861.089848.62KN

4.浪压力：

wLm

Pl4

h100

hz

a.设计洪水位时：

Pl

1010.65

1.28

0.3142.33KN

4

b.校核洪水位时：

Pl

107.37

0.81

0.1818.24KN

4

2.5挡水坝段建基γ面抗滑稳定计算附表5-1结构系数γd

附表5-2

结构系数γm

重力坝