水库拱坝坝工设计毕业设计.docx
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水库拱坝坝工设计毕业设计
摘要
洞门山水利枢纽工程位于位于西南某河干流中下游,是一座中型水利枢纽工程,其要紧任务有发电,浇灌和防洪。
该工程要紧由双曲拱坝、泄洪隧洞、取水建筑物和厂房等组成。
本文扼要介绍设计中进行的要紧工作和设计功效:
调洪计算,枢纽布置,拱坝坝体设计,坝体应力计算,坝肩稳固分析,泄洪隧洞的设计,坝身泄水孔的设计,坝体的细部构造和地基处置等。
设计最后提交的功效有:
设计说明书一份,工程设计图纸3张和其他计算附图附表等。
关键字
拱坝,调洪演算,应力分析,稳固分析。
summary
DongMenmountainwaterconservancyhubprojectislocatedinthesouthwestarivermainstreammiddleandlowerreaches,isamedium-sizedwaterconservancyhubproject,itsmaintaskispowergeneration,irrigationandfloodcontrol.Theprojectmainlybythehyperbolicarchdam,tunnel,waterandfloodbuildingworkshopetc.Thispaperbrieflyintroducesthemainworkinthedesignandthedesignresults:
floodregulatingcalculation,thegenerallayout,archdamdesign,damabutmentdamstresscalculation,stabilityanalysisofflooddischargetunnel,thedesign,thedesignofwaterleakage,includingtheinfluencesofthedetailstructureandfoundationtreatment,etc.
Theresearchresultshavesubmitteddesign:
thedesignspecificationa,theengineeringdrawingsthreeandothercalculationschedule,etc.Theappendeddrawings
Keywords
Archdam,floodregulatingcalculation,stressanalysis,stabilityanalysis.
第一章工程概况………………………………...........
(1)
第二章设计大体资料及水库工程特性……………(3)
1.设计大体资料………………………………………………(3)
2.水库水位与库容关系及水位流量关系…………………(12)
3.效益及淹没损失…………………………………………(13)
4.施工组织设计和建议……………………………………(14)
5.坝址地形图+其他…………………………………………(14)
第三章工程品级划分及水库运行方式…………(15)
1.确信工程等别和级别……………………………………(15)
2.水库运用方式……………………………………………(15)
第四章枢纽布置…………………………………(15)
1.调洪演算…………………………………………………(15)
.大体资料的搜集……………………………………(15)
.孔口尺寸拟定………………………………………(18)
.调洪演算……………………………………………(20)
.方案比较……………………………………………(34)
.坝高的确信…………………………………………(34)
2.组成建筑物及枢纽布置…………………………………(35)
第五章混凝土拱坝设计…………………………(36)
1.拱坝形态和剖面尺寸的拟定……………………………(36)
.拱圈形式的选择……………………………………(36)
.拱冠梁剖面尺寸的拟定……………………………(36)
1.2.1.坝顶厚度(TC)………………………………(36)
1.2.2.坝底厚度(TB)………………………………(37)
1.2.3.上游面曲线……………………………………(38)
1.2.4.下游面曲线…………………………………(38)
2.拱坝的布置………………………………………………(39)
3.拱坝的荷载及其组合……………………………………(40)
.荷载计算……………………………………………(40)
3.1.1.温度荷载……………………………………(40)
3.1.2.净水压力+淤沙压力…………………………(41)
3.1.3.地震荷载……………………………………(42)
3.1.4.坝体自重……………………………………(42)
3.1.5.扬压力………………………………………(42)
3.1.6.风浪压力(不予考虑)………………………(43)
.荷载组合……………………………………………(43)
3.2.1.大体组合……………………………………(43)
3.2.2.特殊组合……………………………………(43)
4.拱坝的应力分析…………………………………………(44)
.应力分析的大体方式………………………………(44)
.应力分析(纯拱法)………………………………(45)
5.拱坝的稳固分析……………………………………………(48)
.稳固计算原理………………………………………(50)
.稳固验算……………………………………………(53)
5.2.1.工况一:
(正常蓄水位+温升)………………(54)
5.2.1.1坝肩局部稳固验算………………………(54)
5.2.1.2左岸整体稳固验算………………………(56)
5.2.2.工况二:
(校核洪水位+温升)………………(56)
5.2.2.1坝肩局部稳固验算………………………(57)
5.2.2.2左岸整体稳固验算………………………(59)
第六章泄水建筑物…………………………………(59)
1.泄水建筑物的形式尺寸…………………………………(59)
2.泄水建筑物的布置………………………………………(60)
.坝身泄水孔的布置…………………………………(60)
.泄槽设计计算………………………………………(60)
.泄水隧洞的布置……………………………………(61)
第七章坝体细部构造及地基处置………………….(62)
1.坝体构造与细部结构设计………………………………(62)
.坝体与坝面…………………………………………(62)
.坝体分缝……………………………………………(63)
.坝内廊道……………………………………………(63)
.坝后工作桥…………………………………………(64)
2.地基处置…………………………………………………(64)
坝基处置的大体要求………………………………(64)
地基的处置和开挖…………………………………(64)
.坝基灌浆……………………………………………(65)
2.3.1固结灌浆………………………………………(65)
2.3.2.帷幕灌浆………………………………………(66)
.坝基排水……………………………………………(66)
设计专题:
拱坝的稳固性分析……………………(68)
附录:
外文文献及翻译………………………………(77)
参考文献……………………………………………..(89)
结语……………………………………………………(90)
第一章工程概况
西南某河是南方河流中少有的多沙河流,为减少水库泥沙淤积量,通过设置底孔泄流排沙就可使水库大体处于冲洗状态,知足排沙要求,可使水库进出库泥沙维持平稳或略有冲洗。
流域干流国内部份全长692km,落差2510m,流域面积34629km2。
沿河多急滩,但无集中落差,河谷断面为“U”型和“V”型,水面宽多为60m~100m,河道狭小,漫滩很少,岸坡30°~70°,成库库容较小。
流域总的地形自西北向东南倾斜,绝大部份属山区或半山区地形,平坝面积不足5%。
河谷深切,分水岭高程一样在2000m~3000m之间,河流最低水面高程约70米。
洞门山水电站工程位于西南某河干流中下游。
坝址处属酷热气候区,受河谷地带干热焚风的阻碍,气候干燥酷热,常年不结冰。
连年平均年气温20℃~21℃,极端最高气温42.3℃,极端最低气温2.8℃,历年有霜日为,平均日照时数为2284h;降水地域散布的一样趋势为上游小、下游大,年际间转变不大,但年内分派不均,一样集中在5月~10月,占全年的85%左右;该区域连年平均蒸发量在2731mm~1565.9mm(φ20cm蒸发皿),相对湿度为68%~85%,连年平均风速2.8m/s~3.3m/s,年最多风向为C、ESE、SW,相应发生频率为37、2一、21%,历年最大风速为20m/s(ESE、SSW)。
洞门山电站为径流式日调剂电站,可改善库区水环境质量。
电站运用不改变径流的年际年内进程,可不能恶化下游水环境。
坝址处地震大体烈度Ⅶ度,水库区蓄水后无永久性渗漏问题,选定的下坝址坝基岩能够适应重力坝、拱坝及本地材料坝等各类坝型,天然建筑材料丰硕,储量、质量大体知足要求。
从地质的角度没有阻碍工程建设的制约因素。
确信西南某河干流梯级综合计划的方针是以水电为先导,兼顾防洪、航运、浇灌和供水,因地制宜、综合计划;提出洞门山梯级的任务为以发电为主,远期兼顾防洪,为进展供水、航运制造条件。
依照洞门山水电站开发任务以发电为主,远期兼顾供水和航运等。
洞门山水库依照《防洪标准GB50201-94》、《水电枢纽工程品级划分及设计平安标准》(DL5180—2003),工程等别属Ⅱ等,工程规模为大(Ⅱ)型工程,永久性要紧建筑物级别为2级,永久性次要建筑物为3级。
发电进水口、放空排沙底孔进水口、溢洪道进水口洪水标准与大坝标准一致,发电厂房按100年一遇洪水设计,200年一遇洪水校核。
洞门山水库无防洪任务,当上游来量小于或等于水库正常蓄水位的泄流能力时,水库按来水量下泄,水库水位维持在正常蓄水位;当上游来量大于水库正常蓄水位的泄流能力时,让洪水自由下泄。
整体来看,洞门山水电站的建设,抓住国家实施“西部大开发”的历史机缘,以“西电东送”为冲破口,把电力培植成仅次于烟草、有色金属以后的第三大支柱产业,拉动地址经济增加,改变地址能源结构,“以电代薪”,增进水土维持和生态建设,拉动工程建设所在地的经济进展,实施可持续进展战略有着重要的意义,工程建设是十分必要的。
第二章设计大体资料及水库工程特性
1.设计大体资料
.气象与水文资料
1.1.1.气象资料
连年平均年气温20℃~21℃;
极端最高气温42.3℃;
极端最低气温2.8℃;
该区年平均降水量700mm~1200mm,降水一样集中在5月~10月,占全年降水量的85%,其中7、8月集中全年降水量的40%~50%;
流域连年平均蒸发量在2731mm~1565.9mm(φ20cm蒸发皿);
相对湿度为68%~85%;
连年平均风速2.8m/s~3.3m/s;
年最多风向为C、ESE、SW,相应发生频率为37、2一、21%;
历年最大平均风速为17m/s;
历年最大风速为20m/s(ESE、SSW)。
1.1.2.水文资料
径流年内分派极不均匀,每一年6月~11月为汛期,径流量占年径流量的80%以上,12月~翌年5月为枯水期,径流量不足年径流量的20%,其中尤以3月~4月份最枯,径流量不足年径流量的4%。
周围A站最丰水年年平均流量为315m3/s,最枯水年年平均流量为89.2m3/s,丰枯水年径流比倍;周围B站最丰水年年平均流量为507m3/s(1971年6月~1972年5月),最枯水年年平均流量为180m3/s(1980年6月~1981年5月),丰枯水年径流比倍。
西南某河洞门山坝址径流及设计洪水功效见下表。
表1-1洞门山坝址径流功效表单位:
m3/s
项目
均值
各级频率设计值
5%
10%
20%
50%
75%
80%
90%
95%
年径流
261
397
362
322
254
207
197
170
150
枯水径流
149
136
121
表1-2坝址设计代表年径流年内分派功效表
频率
设计代表年径流年内分配
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
1月
2月
3月
4月
5月
10%
270
578
842
695
416
715
263
162
101
127
25%
353
368
983
494
462
335
220
150
117
50%
277
527
618
510
325
198
168
133
75%
372
348
423
359
192
307
165
100
90%
150
372
501
309
187
115
101
表1-3洞门山坝址设计洪水功效表
站名
项目
单位
各级频率p(%)设计值
1
2
5
洞门山坝址
Qm
(m3/s)
16100
14500
12800
10600
8990
7440
6320
5470
W1d
(108m3)
W3d
(108m3)
W7d
(108m3)
表1-4分期设计洪水洪峰功效表
站名
(坝址)
分期
各级频率P(%)设计值(m3/s)
5
10
20
50
洞门山坝址
3个月(2月~4月)
487
371
272
165
4个月(1月~4月)
518
414
317
206
5个月(1月~5月)
1210
946
708
366
6个月(12月~翌年5月)
1490
1200
896
440
7个月(12月~翌年6月)
2370
1770
1310
843
1.1.3.泥沙资料
西南某河为多沙性河流,流域内植被破坏较严峻,水土流失现象较为普遍。
泥沙年际年内转变较大,有90%以上的泥沙集中于汛期。
坝址处连年平均悬移质输沙量4080万吨,连年平均含沙量5.35kg/m3,最大年平均悬移质含沙量11.8kg/m3(1986年),最小年平均悬移质含沙量2.75kg/m3(1980年)。
推移质输沙量按悬移质输沙量的7%计,为286万吨,那么洞门山坝址连年平均输沙总量为4370万t。
表1-5洞门山坝址泥沙特点值统计表(1973年~2003年系列)
集水
面积(km2)
多年平均流量
(m3/s)
多年平均年悬移质输沙量
(万t)
多年平均年推移质输沙量
(万t)
多年平均悬移质含沙量
(kg/m3)
最大年平均悬移质含沙量
最小年平均
悬移质含沙量
含沙量
(kg/m3)
年份
含沙量
(kg/m3)
年份
28875
265
(242)
4240
(4080)
(286)
)
1986
1980
.主腹地质资料及参数
1.2.1.设计采纳地质资料及参数
坝区N14a(Ⅰ线)岩组泥岩碎屑较多或泥岩碎屑为主,以钙泥质胶结为主,岩石强度较低:
弱风化砾岩、砂砾岩单轴湿抗压强度Rb=~,
=,软化系数~,平均,属软岩。
N14b(Ⅲ线)以灰岩碎屑为主,以钙质胶结为主,岩石强度较高:
弱风化上部(180m高程以上)单轴湿抗压强度Rb=~,
=,软化系数~,平均,属偏软的中硬岩;(180m高程以下)弱风化下部~轻风化带岩石单轴湿抗压强度Rb=~,
=,软化系数~,平均,属偏硬的中硬岩。
N15灰岩角砾岩弱风化带岩石Rb=,软化系数~,平均,为中硬岩,轻风化带岩石Rb=,软化系数,为坚硬岩。
设计中采纳的其他地质资料及参数见表1-6、表1-7、表1-8:
表1-6坝址岩层风化深度
位置
覆盖层(m)
弱风
化顶板埋深(m)
相对隔水层埋深(m)
河床
厚小于30m
高程约191.0m左右
埋深小于30m
顶板高程高于184.0m
坝基弱风化岩体透水率普遍较大,在本阶段70~120m勘探深度范围内,未发现较连续分布的相对隔水层(q≤3Lu)
左岸
存在第四系松散堆积层,为残坡积、崩塌堆积和人工堆积,厚度不大
两岸坝头石场范围弱风化出露
右岸
表1-7岩体渗透性能特点表
地层岩性
砂砾岩夹砾岩(
)
灰岩角砾岩(
)
位置
左岸
河床
右岸
左岸
河床
右岸
分布高程(m)
~
~
~
~
~
以上
以下
以上
以下
以上
以下
以上
以下
以上
以下
透水率(Lu)
11~190局部225~300
~10
11~81局部100~340
~
15~103局部110~290
~
13~155
~10
~
~166局部129~416
~10
表1-8枢纽建筑物岩体力学参数建议值表
岩石
名称
风化程度
抗剪断(砼/岩)
抗剪断(岩/岩)
承载力
变形模量
坝基岩体质量分级
f’
c’(MPa)
f’
c’(MPa)
[R](MPa)
E0
(Gpa)
灰岩角砾岩(N15)
弱风化
~4
~
Ⅲ
微风化
~5
7~9
Ⅱ
砂砾岩夹砾岩(N14b)
弱风化上部
~
~
~
~
~2
~
Ⅳ
弱风化下部~
微风化
2~
4
Ⅲ
备注:
砂砾岩夹砾岩(N14b)弱风化上部深挖至185m高程以下取高值,以上取低值。
续表
岩石类别
密度
(g/cm3)
允许
承力(MPa)
软化系数
变形
模量(MPa)
抗剪(断)强度
岩石/岩石
岩石/混凝土
f1
c1(MPa)
f1
c1(MPa)
f
C(MPa)
弱风化花岗岩
6×103
~
~
~
~
~
/
强风化花岗岩
/
/
3×103
/
/
/
/
/
引水隧洞洞身要紧在弱微透水的弱风化岩体内通过,未发觉大的断层发育,多属Ⅱ~Ⅲ类围岩。
Ⅱ类围岩:
取f=5~6,K0=4000~5000MN/m3;
Ⅲ类围岩:
取f=4~5,K0=3000~4000MN/m3;
续表土料物理力学性质指标
项目
单位
防渗土料
强风化料
河床砂砾石
石渣
干密度
g/cm3
天然含水量
%
最优含水量
%
孔隙比e
孔隙率n
%
湿容重
g/cm3
饱和容量
g/cm3
浮容重
g/cm3
渗透系数k
大值平均
cm/s
×10-5
×10-4
3×10-2
1×10-3
小值平均
cm/s
×10-6
总应力
强度
φu
°
Cu
kPa
φcu
°
Ccu
kPa
有效应
力强度
φ’cu
°
C’cu
kPa
续表渗流分析计算参数
项目
渗透系数K(cm/s)
备注
防渗土料
×10-5
大值平均值
防渗土料
×10-6
小值平均值
坝壳料
×10-4
河床砂砾石及砂填料
3×10-2
排水反滤层
5×10-3
排水棱体
1×10-2
砼防渗墙
1×10-9
帷幕
1×10-8
基岩
5×10-5
石渣及戗堤
1×10-3
有土砂混合
续表溢洪道地基的物理力学指标
岩石类别
允许承载力(kpa)
岩石/混凝土摩擦系数f
弱风化花岗岩
2000
强风化花岗岩
600
1.2.2.永久开挖边坡建议值
岩土永久开挖边坡建议值见表1-9。
表1-9永久工程边坡坡比建议值表(坡高小于10m)
类别
残坡积层
全风化带
强风化带
弱风化带
微风化带
坡比
1:
~1:
1:
1:
~1:
1:
~1:
1:
~1:
1.2.3.抗冲流速
岩土的抗冲流速建议为:
中粗砂为1.0m/s~1.2m/s;砂卵砾石层为1.2m/s~1.5m/s;人工填土为0.5m/s~0.75m/s;弱风化灰岩角砾岩为5.0m/s~6.0m/s。
1.2.4.地震烈度
依照标准《水工建筑物抗震设计标准》(DL5073),坝址区地震大体烈度为Ⅶ度,设计烈度为Ⅶ度。
地震动峰值加速度为0.08g。
.本地的建筑材料
坝址周围散布有土料、石料和天然砂砾料。
其中
砂砾料散布在下坝址上下游2km范围内河滩上,能知足工程对粗骨料、细骨料储量要求,质量方面,除含泥量偏高、砂的细度模数平均粒径偏低外,其余指标能知足标准要求。
石料场位于(下)坝址上游右岸约200m,目前正在开采。
该石料场为砂砾岩夹砾、灰岩,质量和数量能知足要求。
土料场有三个,本工程需要土量较少,坝区土料场的土料能知足要求。
本砂砾场岩性要紧为砂砾石和砂卵砾石,下部含泥量慢慢增多,有效层厚度可达15.0m,靠近岸边散布有薄层砂壤土。
其中以卵砾石含量较多(%),第二为中粗砂,砂的含量为%。
据实验统计功效,砂的平均粒径为,砂细度模数为,干松密度为1.87g/cm3,含泥量为%,针片状含量为%,上述指标除含泥量偏高,砂的细度模数平均粒径偏低外,其余指标均知足标准要求。
.交通条件
对外交通以公路运输为主。
目前坝址左岸有公路通过,为2级公路,该公路高程约239m,为混凝土路面,路宽约5~5.5m;坝址右岸有公路与外界联系。
施工前期,利用右岸公路与外界联系,后期打算围堰作为跨河通道,要紧利用左岸原有公路与外界联系。
对外交通打算需新修公路2km,扩建公路4km,加固桥梁一座。
场内交通中左岸公路为场内运输骨干道。
场内交通以汽车运输为主。
2.水库水位与库容关系及水位流量关系
表2-1水库水位与库容关系及水位流量关系
高程(m)
211
215
220
225
230
235
240
245
250
255
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