水工建筑物课程设计

重力坝设计

第一章 基本资料

1.1基础数据

由图1-1下游水位流量关系曲线可知当流量为零时，水位为1253m，即河床高程为1253 m。假设向下开挖地基3 m，则坝基面高程为1253-3=1250 m。

图1-1

1.2工程等别

经查表1-1（课本P10），由水库总库容为1490万m3(0.149亿 m3)可判断该工程为中型Ⅲ级工程；由灌溉面积6.28万亩可判断该工程为中型Ⅲ级工程；由电站装机容量为2×250=500kw<1万kw可判断为小（2）型Ⅴ级工程。对于综合利用的水利水电工程，其工程等别应按其中最高等别确定，所以该工程为中型Ⅲ级工程。

我们所设计的建筑物为大坝，属永久性水工建筑物，查表1-2（课本P10）可得该大坝属于3级主要建筑物，再查表1-3（课本P11）可得该水工建筑物的结构安全级别为Ⅱ级。 1.3坝基的力学参数

由于岩体较完整，有一定强度，抗滑、抗变形性能受结构面和岩石强度控制，可根据表1-4（《混凝土重力坝设计规范》坝基岩体工程地质分类及岩体力学系

数表）判断该坝基岩体的工程地质分类为中硬岩Ⅲ等。从而根据规范可查得混凝土与坝基接触面的抗剪断参数为：f' 1.10~0.90,c' 1.10~0.70(Mpa)，抗剪参数为：f 0.65~0.55。 1.4水文条件

本枢纽属于中型Ⅲ等工程，永久性建筑物为3级，按规范要求，采用50年一遇洪水设计，500一遇洪水校核。 1.4.1淤积高程的确定

该工程多年平均输沙量为3.57万吨，本工程考虑正常运行期为30年，查得淤沙的饱和容重为19.5KN/m3,则淤积库容为：

4

3.57 10 30 9.8

V 53.8万m3

19.5

由图1-2查得相对应的淤积高程为1265m,淤沙高度为1265-1250=15m,由于淤积库容相对于总库容很小，故可不设排沙系统。 1.4.2死水位及死库容的确定

在满足一定生态要求的条件下，死水位越低死库容越小，兴利库容越大，经济效益越高，所以一般死水位取略高于淤积高程，即取1270m。查图1-2可得对应的死库容为108.99万m3，兴利库容=正常蓄水位以下库容-死库容=1188.99-108.99=1080万m3

图1-2

因此可得下表：

1.5气象资料

本地区多年平均最大风速为14m/s，设计情况计算风速21m/s，校核情况风速14m/s，吹程为1km。 1.6枢纽总布置

根据对地形、地质、天然建筑材料等因素的考虑，本工程选用混凝土重力坝方案。重力坝由溢流坝段和非溢流坝段组成。

第二章 非溢流坝设计

2.1剖面设计

2.1.1坝顶高程的确定

（1）波浪要素按官厅水库公式计算：hl 0.00166V05/4D1/3（m）；

L 10.4 hl （m）；

0.8

hz

hl2

L

coth

2 H

（m）； L

（一般峡谷水库因H ，所以：hz ）；

L

hl2

h hl hz hc

其中：V0为计算风速，m/s。正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应季节50年重现期最大风速，校核洪水位时宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值。

D—吹程，m；L—波长，m；hl—波浪高度，m；hz—波浪中心线高于静水位

的高度，m；H—坝前水深，m； h—超高，m； hc—安全加高（根据建筑物的安全级别可查表2-1，课本P34，由于该工程的结构安全级别为Ⅱ级，故查得。 hc设 0.5，hc校 0.4）

（2）防浪墙顶高程 max(正常蓄水位+ h设，校核洪水位+ h校) 其中 h设—正常蓄水位基本荷载组合作用下需要的超高；

h校—校核洪水位时需要的超高。 （3）经计算可得下表2-2

经比较可知防浪墙墙顶高程=max(1302.04,1305.31)=1305.31m。假设防浪墙修1.2m高，则坝顶高程=1305.31-1.2=1304.11m，最大坝高=1304.11-1250=54.11m，取54m。

2.1.2坝顶宽度 按规范，考虑交通需求，坝顶宽度取7m。

2.1.3坝底宽度 根据工程经验，坝底宽度一般为0.7～0.9倍的坝高。取底宽与坝高比为0.8，此时坝底宽B=0.8×54.11=43.29m，取43m。

2.1.4坝面坡度 上游坝面采用铅直；下游坡面采用基本三角形顶点与校核洪水位齐平的剖面形式，则折坡处向上延伸与校核洪水位相交。根据几何关系，可得坡度为1:0.8，下游折点高程为1295.55m。

因此可得非溢流坝段剖面尺寸如图2-1。

图2-1非溢流坝段剖面面尺寸

2.2抗滑稳定及坝基面应力分析 2.2.1荷载组合及计算

选取两种荷载组合进行计算，分别为基本组合对应的是设计洪水位，偶然组合对应的是校核洪水位。

由于坝基地质条件不是很好，即在离坝踵5m处设置防渗帷幕和排水孔。渗透压强系数 0.25。荷载分布如下图2-2（沿坝轴线方向取1米宽坝体作为计算单元）：

图2-2 荷载分布图

图中P1为上游水压力；P2为下游水压力，W为坝体自重；U为扬压力,Ps为泥沙压力。

设坝基面水平，根据抗剪断理论分析及其计算公式得：

Ks'

f W U c A

P

P——大坝在任何水平截面以上的坝体所承受的总水平推力； W——为水平截面所承受的正压力；

f ——该平面上的摩擦系数（取f' 1.2）； c ——抗剪断凝聚力（取c' 1.1Mpa）；

A——滑动截面面积；

设计洪水位时Ks＝3.0；校核洪水位时Ks＝2.5

设下游坝面与水平地面的夹角分别为： ，因为坡度为1:0.8。可由三角函数得

cos 0.625 sin 0.781

将坝体分为一个矩形和一个三角形其中矩形长×宽=54×7（m×m），三角形高

B l43 7

45m，三角形的底长为:B l 43 7 36m。 为h m0.8

A、 设计洪水位时的抗滑稳定性计算：

上游水位1303.43m，下游水位1257.26m，可得上游水深H1=1303.43-1253=50.43m，下游水深H2=1257.26-1253=4.26m

11

hB l）=54 7 24+ 24 45 36 28512KN； ①坝体自重：W Hl 混 混（221

②上游水压力：P1 WH12 0.5 9.8 50.432 12461.6KN；

212

0.5 9.8 4.262 88.9KN； ③下游水压力：P2 WH2

2 水平方向分力：P2x P2sin 88.9 0.781 69.4KN； 竖直方向分力：P2y P2cos 88.9 0.625 55.6KN；

④扬压力的计算：由于设置有防渗帷幕，渗透压强系数 0.25。则坝底面上游处（坝踵）扬压力作用水头为H1 50.43m，排水孔中心出

H2 H1 H2 4.26 0.25 50.43 4.26 15.8，坝地面下游处（坝址）扬压力作用水头H2=4.26m，各段之间都是直线连接。总的扬压力为该图中折线和坝底围城的面积。如图2-2所示：

11

U BH2 15.8 H2 B 5 15.8 H2 5 H1 15.8 5 w

22

43 4.26 0.5 (15.8 4.26) (43 5) (15.8 4.26) 5 0.5 (50.43 15.8) 5 9.8 183.18 219.26 57.7 86.575 9.8 5357.8KN

1

Ps sbhs2tan2(45 s)

22 0.5 9.5 152 tan2(45

27

) 401.34KN2

⑤泥沙压力：

⑥ P P1 Ps P2x 12461.6 401.34 69.4 12793.54KN 所

Ks'

f W P2y U c A

以

P

1

12793.54

Ks

B、 校核洪水位时的抗滑稳定性计算：

上游水位1304.34m，下游水位1258.14m，可得上游水深H1=1304.34-1253=51.34m，下游水深H2=1258.14-1253=5.14m

11

hB l）=54 7 24+ 24 45 36 28512KN； ①坝体自重：W Hl 混 混（221

②上游水压力：P1 WH12 0.5 9.8 51.342 12915.4KN；

212

0.5 9.8 5.142 129.5KN； ③下游水压力：P2 W …… 此处隐藏：6404字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……