土石坝毕业设计.docx

1、土石坝毕业设计陕西广播电视大学ZF水库水利枢纽工程土石坝课程设计分校（工作站） 水利厅工作站 专 业 2014 水利水电本科 学 号学生姓名2016第一章 基本资料第一节、工程概况及工程目的ZF水库位于QH河干流上，控制面积4990k*总库容5.05 x 108m3。该工程以灌溉 发电为主，结合防洪，可引水灌溉农田 7.12 万亩，远期可发展到 10.4 万亩。灌溉区由 一个引水流量为45nVs的总干渠和四条分干渠组成，在总干渠渠首及下游24km处分别 修建枢纽电站和HZ电站，总装机容量31.45MW年发电量11290完千瓦时。水库建成后， 除为市区居民生活和工业提供给水外， 还可使城市防洪能

2、力得到有效的提高。 水库防洪 标准为百年设计，万年校核。枢纽工程由挡水坝、溢洪道和输水洞、灌溉发电洞及枢纽 电站组成。第二节、基本资料1、特征水位及流量挡水坝、溢洪道、输水洞的特征水位及流量见表 2-1 。表 2-1 ZF 水库工程特征值序号名 称单位数量备注1:设计洪水时最大泄流量m3/s2000 :其中溢洪道815相应下游水位700.552校核洪水时最大泄流量m3/s6830其中溢洪道5600相应下游水位 :m705.6 :3水库水位校核洪水位（P=0.1%）m770.4设计洪水位（P=1%）m768.1兴利水位m767.2汛限水位m760.7死水位m737.04:水库容积总库容（校核洪水

3、位一下库容）104m350500防洪库容（防洪高水位至汛期限制 水位）104m313600(P=2 %)防洪库容（防洪高水位至汛期限制 水位）104m31237(P=5 %):兴利库容104m335100其中共用库容104m311000死库容104m3105005库容系数50. 50%6调解特征多年7导流泄洪洞形式明流隧洞工作阀门前为有 压隧洞直径m8:消能方式挑流 :最大泄量（P=0.01%）m3/s1230最大流速m/s23.1闸门尺寸mxm7*6.50启闭机T300检修门mxm8*9.00进口底部咼程m703.358:灌溉发电隧洞形式m3/s压力钢管内径m5.40灌溉支洞内径m3.00最

4、大流量m3/s45.00进口底部咼程m731.469枢纽电站形式引水式厂房面积mxm39*16.2装机容量kw5*1250:每台机组过水能力3T m s8.052、气象气象资料见表2-2项目单位数 量备 注多年平均气温 412SW SSWS、SSE SE向多年平均m/s17.0（7、8、9、10 月）最大风速m/s34.0相应设计水位库面吹程km1.15相应校核水位库面吹程km1.37表2-2气象资料表3、 地质1、 坝址区工程地质条件ZF水库的右岸较陡，坡度为30左右，大部分基岩出露高程为770810m主河槽 在右岸，河宽月100米左右；左岸为堆积岸，左岸台地宽 200m左右，山岭高程在77

5、5m 左右，岸坡较平缓，大都为土层覆盖。水库枢纽处施工场地狭窄，枢纽建筑物全部布置 在左岸，施工布置较为困难。坝区为上二迭系石千峰组的紫红色、紫灰色细砂岩，间夹同色砾岩及砂质页岩等岩 层。右岸全部为基岩，河床砂卵石层总厚度约 50m覆盖层厚度约5m高漫滩表层亚砂 土厚515m左岸728m高程以下为基岩。基岩面向下游逐渐降低，土层增厚。砂卵石 层透水性不会很强，施工开挖排水作业估计不会很困难。2、 溢洪道工程地质条件上坝线方案溢洪道堰顶高程 757m沿建筑物轴线岩层倾向下游。岩性主要为坚硬的细 砂岩，其中软弱层多为透镜体，溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的。 下坝线溢洪道高 程750m基础以下10

6、m左右为砂质页岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水性大，对建筑安全不利第二章、枢纽布置第一节、 坝轴线选择选择坝址时，应根据地形、地址、工程规模及施工条件，经过经济和技术的综合分 析比较来选定。应尽量选在河谷的狭窄段。 这样坝轴线短， 工程量小， 但必须与施工场地和泄水建 筑物的布置情况以及运用上的要求等同时考虑对于两岸坝段要有足够的高程和厚度。 坝 基和两岸山体应无大的不利地质构成问题。 岩石应较完整， 并应将坝基置于透水性小的 坚实地层或厚度不大的透水地基上。 坝址附近要有足够数量符合设计要求的土、 砂、石 料且便于开采运输。通过以上分析， ZF 水库坝轴线的选择，在地形上，应尽量选

7、在河谷狭窄段。由地 形图上可知，上游坡坝轴线、 坝轴线以及和下游坝轴线三者的比见地形图， 下游的坝轴 线最符合。因为它是河谷的狭窄段， 这样坝轴线短， 工程量小，可减少投资，库容较大， 淹没少。第二节、 枢纽布置枢纽布置应做到安全可靠，经济合理，施工互不干扰，管理运用方便。高中坝和地震区的坝， 不得采用布置在非岩石地基上的坝下埋管型式， 低坝采用非 岩石地基上的坝下埋管时， 必须对埋管周围填土的压实方法， 可能达到的压实密度及其 抵抗渗透破坏的能力能否满足要求进行保证。 枢纽布置应考虑建筑物开挖料的应用。 土 石坝枢纽通常包括拦河坝、 溢洪道、 泄洪洞输水或引水洞及水电站等， 应通过地形地质

8、条件以及经济和技术等方面来确定。坝址应选在地形地质有利的地方，使坝轴线较短，库容较大，淹没少。附近有丰富 的筑坝材料， 便于布置泄水建筑物。 在高山深谷区常将坝址选在弯曲河段， 把坝布置在 弯道上， 利用凸岸山脊抗滑稳定和渗透稳定， 并采取排水灌浆等相应加固措施， 应尽量 避免将坝址选在工程地质条件不良的地段。 如活断层含形成整体滑动的软弱夹层， 以及 粉细砂、软粘土和淤泥等软弱地基上。坝轴线一般宜顺直，如布置成折线，转折处山曲 线连接。如坝轴平面形成弧形，最好试凸向上游，如受地形限制，不得凸向下游，曲度 应小些，防渗体不要过薄，以免蓄水后防渗体产生拉力而出现顺水流方向的裂缝。根据枢纽布置原则

9、， 枢纽中的泄水建筑物应做到安全可靠、 经济合理、 施工互不干 扰、管理运用方便。枢纽布置应满足以下原则：枢纽中的泄水建筑物应满足设计规范的运用条件和要求。选择泄洪建筑物形式时， 宜优先考虑采用开敞式溢洪道为主要泄洪建筑物， 并经济比较确定。 泄水引水建筑物进 口附近的岸坡应有可靠的防护措施， 当有平行坝坡方向的水流可能会冲刷坝坡时， 坝坡 也应有防护措施。 应确保泄水建筑物进口附近的岸坡的整体稳定性和局部稳定性。 当泄 水建筑物出口消能后的水流从刷下游坝坡时， 应比较调整尾水渠和采取工程措施保护坝 坡脚的可靠性和经济性， 可采取其中一种措施， 也可同时采用两种措施。 对于多泥沙河 流，应考虑

10、布置排沙建筑物，并在进水口采取放淤措施。溢洪道应选择在地形开阔、 岸坡稳定、 岩土坚实和地下水位较低的地点， 宜选用地 质条件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂砾石适于作为水闸地基，尽量避免淤 泥质土和粉砂、 细砂地基， 必要时应采取妥善处理措施。 从地质地形图可知坝体右岸有 天然的垭口， 地质条件好，且有天然的石料厂， 上下游均有较缓的滩地， 两岸岩体较陡， 岩体条件好，施工起来更快捷更经济合理。因此，溢洪道修建于QH右岸山坡上，紧邻右坝肩。由于闸址段地形条件好，所以采用正槽式溢洪道第三章、坝工设计第一节、坝型确定根据所给资料，选择大坝型式，还应根据地形、地质、建筑材料、工程量以及施工

11、条件等综合方面确定坝型。水库处于平原地区。由基本资料可知，库区土料丰富，料场距坝址较近，运输条件 良好。施工简便，地质条件合理，造价低。通过以上几方面的综合分析比较，所以选用 土石坝方案。第二节、 挡水坝体断面设计1、坝顶高程的确定1.1、 风区长度由题目已知该流域多年平均最大风速为 9m/s,水位768.1m时水库吹程为5.5km。1.2、坝顶高程计算坝顶在静水位以上的超高值按下式计算 ;y=R+e+A式中 y 坝顶超高, m;R最大波浪在坝坡上的爬高，m;A 安全加高，m ;由上可知等效吹程5.5km1.6m，近似估计R+e在0.91.2之间。所以，正常运行条件时 R+e 取 1.2非常运

12、行条件时 R+e 取 0.9由基本资料可知大坝级别为 3 级正常运行条件时 安全加高 A 取 0.7非常运行条件时 安全加高 A 取 0.5 坝顶高程等于水库静水位与超高之和，应按下列四种情况计算，并取其中最大值； 设计洪水位 +正常情况的坝顶超高；H=768.1m正常蓄水位 +正常情况的坝顶超高；H=767.20m校核洪水位 +非常情况的坝顶超高；H=770.40m正常蓄水位 +非常情况的坝顶超高；H=737.00m由计算可知，计算坝顶高程为770.4m,考虑坝顶上设与防渗体紧密连接的1.2m高 防浪墙，取设计坝顶高程为 769.2m。2、 坝顶宽度坝顶宽度根据构造、 施工等因素确定, 由碾

13、压式土石坝设计规范 (SL2742001)5高坝选用1015 m,中低坝可选用510 m,根据所给资料，初步拟定坝体断面，坝顶宽度为8m见图3-1图3-1坝顶结构图3、上下游边坡上下游边坡比见表3-2表3-2上下游边坡比坝咼(m)上游下游101: 21: 2.51: 1.5 1: 210201: 2.25 1: 2.751: 21: 2.520 301: 2.5 1: 31: 2.25 1: 2.75301: 31: 3.51: 2.5 1: 3根据资料，大坝为中低坝，故定上游坝坡 1: 3.0 ,下游坝坡1: 2.54、马道为了拦截雨水，防止坝面被冲刷，同时便于交通、检测和观测，并且利于坝坡

14、稳定, 下游常沿高程每隔1030 m设置一条马道，其宽度不小于1.5 m，马道一般设在坡度 变化处，均质坝上游不宜或少设马道，故本坝不设马道。第三节、坝体渗流计算渗流计算方法采用有限深透水地基上设灌浆帷幕的土石坝渗流， 帷幕灌浆的防渗作用可以用相当于不透水底版的等效长度代替。渗流分三种情况：上游为设计洪水位、校核洪水位、正常蓄水位和相应的下游水位见图3-2L 1? _|r 1校核水位设计水J位 7正常蓄水位 一 ”L11II 1 JI、一 H，1L图3-2各水位示意图设计洪水位时 坝顶高程为769.2m,设计洪水位为768.1m,河床高度为731.2m,坝顶宽度为8m,坝高为38m, m,=3

15、.0m2=2.50L=L2+ m1 (769.2-768.1)+B+ m 2 H=123mL1=L-L 3=117m上游水深 已=36.55口 下游水深H2=1.89m。hh.L, (H1 H2)2 L1=5.01 mq=H；(H2 h )22L=6.8 x 10y=、H；2qxV k.1325.9 11.4x x(0,114.5)表3-3设计水位浸润线计算成果表x(m)01020304050y(m)36.5534.8133.1331.3629.4927.4960708090100110114.525.3922.9720.3417.3213.638.402.93校核洪水位时坝顶高程为769.2

16、m,设计洪水位为768.1m,河床高度为731.2m,坝 顶宽度为8m 坝高为38m m,=3.0 m 2=2.5。L=L2+ m1 (769.2-768.1)+B+ m 2 H=120mL1=L-L3=113.25m上游水深H1=37.71m 下游水深H2=2.15m。h= L12 (H1 H2)2 L1=5.45 m=7.2 X 10 6 m/Sy=JH；严表3-4校核水位浸润线计算成果表x(m)01020304050y(m)37.7134.9633.2031.3429.3727.2560708090100110110.8524.9522.4219.5616.2011.944.753.42

17、正常蓄水位时 坝顶高程为769.2m，正常蓄水位为767.2 m河床高度为731.2 m坝顶宽度为8m 坝高为38m m, =3.0 m 2=2.5。L=L 2 + mi(216.9-213.43)+B+ m2 H=128.2 mL 1=L-L 3=123.7 m上游水深 比=37.71口 下游水深H2=2.15mh=丄2(H1 H2)2 L1=4.73 m=5.67 X0 6说表3-5正常蓄水位浸润线计算成果表x(m)01020304050y(m)34.5332.3030.8129.2627.6225.8860708090100110121.524.0121.9819.7417.2214.2

18、610.491.65第四节、土坝稳定计算坝坡稳定计算采用计及条块间作用力的简化毕肖普法公式如下。(W V)sec ubsec tan cbsec 1/(1 tan tan / K) K=-(W V)sin Mc/R式中W土条重量；Q V分别为水平和垂直的地震惯性力；U作用于土条底面的空隙压力；土条重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角;b土条宽度；c、 一土条地面的有效应力和抗剪强度指标；ML 水平地震惯性力对圆心的力矩；R圆弧半径；稳定计算系数见表3-6。表3-6物理力学指标表序号位置土料名称湿容重饱和容重C(g/ 3)cm%)(kPa)(度)1坝壳堆石1.82心墙粘土1.651.982

19、010.43反滤砂跞石1.8324 :反滤碎石1.952.0r o385坝基砂砾料1.86坝基黄土1.61.91稳定计算有三种情况施工期、稳定渗流期和水库水位骤降期 均质坝材料为粘土湿容重 =1.65 KNm3饱和容重 sat=2.0 KNm3浮容重=0.5KNm3坝基为砂砾料湿容重 =18KNm3饱和容重 sat =19.6 KNm3浮容重=0.5 1KNm3施工期上游边坡稳定计算见表3-7计算图见附图1下游边坡表3-8计算图见附1第一次试算假定k=1,求得 k= 6371.35085.71.25第二次试算假定k=1.25求得 k= 6375.75085.71.25故取k=1.25第一次试算

20、假定k=1求得 k= 6360.55171.11.23第二次试算假定k=1.23求得 k= 638621.23故取k=1.235171.1稳定渗流期下游边坡稳定计算见表 4-9计算见附图2第一次试算假定k=1 求得k= -646 1.314931.2第二次试算假定k=1.31求得k= 6480.7 1.31 故取k=1.314931.2水位降落期上游边坡稳定计算见表 4-10计算见附图37202.4第一次试算假定 k=1, 求得k=87 1.21第二次试算假定8694 4k=1.21 求得 k= 1.21 故取 k=1.217202.4表3-7施工期上游边坡稳定计算成果表土条编号hi(m)(r

21、bh i)wisin iCOS iwi si n i(1- B) wi tanC- bm i(k=1)(6) (7)(8)m i(k=1.25)(6) (7)(10)NO(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)-3 d1P 148.8-0.30.951-44.625.4188.80.876244.50.891240-26892.8-0.20.978-178.6152.3188.80.9273880.938383.6-1101488-0.10.994-148.8253.9188.80.969496.90.974484.60 1131934.4010330.1188.815

22、48.91548.91162380.80.10.994238.1406.3188.81.0195841.014586.92172529.60.20.978505.9413.6188.81.0285961.018591.83182678.40.30.951803.5457188.81.026689.41.011688.84182678.40.40.9131071.1457188.81.012658.20.9926515162380.40.50.8661190.2406.2188.80.988662.20.963667.96142083.20.60.8091249.9355.5188.80.952

23、671.70.92467971014880.70.7431041.6254188.80.906488.80.873508.283P 446.40.80.699357.176.2188.80.850341.80.813336刀5085.76371.36375.7表3-8施工期下游边坡稳定计算成果表土条编号hi(m)(rbh i)wisin iCOS iwi s in i(1- B)wi tanC- bm i(k=1)(6) (7)(8)m i(k=1.23)(6) (7)(10)NO(2)(3)(4)(5)(7)(8)(9)(10)(11)-22384-0.20.978-76.865.5188.

24、80.952287.10.932282.8-14768-0.10.994-76.8131 1188.80.942389.40.922386.8071344010229.3188.81478.11488.611019200.10.994192327.6188.81.019676.60.966684.621223040.20.978460.8393 1188.81.029680.21.024663.231324960.30.951748.8426188.81.026689.21.019690.341324960.40.913998.4426188.81.012762.51.003755513249

25、60.50.8661284426188.80.988762.30.977759.361019200.60.8091152327.6188.80.952662.40.939689.97713440.70.743940.8229.3188.80.906581.30.891589.280.5960.80.66976.816.4 :188.80.850381.40.834386.8刀5171.16360.56386.2表4-9稳定渗流期下游边坡稳定计算成果表土条hi(rbh i)sin iCOS iwi si n i(1- B)C- bm i(6) (7)m i(6) (7)编号(m)wiwi tan(k=1)(8)(k=1.31)(10)NO(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)-2 n1r 192-0.20.978-38.432.8188.80.927259.10.930298.3-1477