丁山水库工程设计.docx
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丁山水库工程设计
黑龙江大学水利电力学院
毕业设计任务书
题目:
丁山水库工程设计
姓名:
学号:
指导教师:
2012年12月30日
1.毕业设计目的、任务
1.1设计目的
毕业设计是完成水利水电工程专业人才培养目标最后一项实践性教学环节。
是在完成其它实践教学环节的基础上，通过对有代表性的已建或在建工程的资料分析，结合生产实际，进行水利水电工程设计，提高专业基本技能及工作能力的一项指导性实践环节。
毕业设计的基本任务是培养学生综合运用基础理论知识和专业知识解决工程设计问题的能力，掌握工程设计原则、设计方法和设计步骤；培养学生善于运用设计图册、国家标准规范和规程，提高设计计算、专业绘图及编写设计文件等基本技能；提高学生分析问题、解决问题、独立工作的能力。
1.2设计任务
主要使该设计者掌握土石坝及溢洪道的相关设计内容。
2.基本资料
2.1设计资料
2.1.1工程概况
丁山水库位于QH河干流上，水库控制流域面积4990km2，总库容5.05×108m3。
水库以灌溉发电为主，结合防洪，可引水灌溉农田71.2×105亩，远期可发展到10.4×105亩。
灌区由一个引水流量为45m3/s的总干渠和4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1.129×108kW.h。
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、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。
2.2设计基本资料
2.2.1水文资料
表1-1水文资料
序号
名称
单位
数量
备注
1
利用水文系列年限
年
22
—
2
代表性流量
—
—
—
—
多年平均流量
m
/s
21.9
—
—
调查历史最大流量
m
/s
3980
—
—
设计洪水洪峰流量（P＝1％）
m
/s
4000
—
—
校核洪水洪峰流量（P＝0.1％）
m
/s
6550
—
—
保坝洪水洪峰流量（P＝0.01％）
m
/s
9100
—
3
洪量
—
—
—
—
设计洪水洪量（P＝1％）
m
/s
5.00×10
5d
—
校核洪水洪量（P＝0.1％）
m
/s
7.95×10
5d
4
多年平均径流量
m
/s
6.94×10
—
5
多年平均输沙量
t
431×10
—
表1-2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/s
2000.00
其中溢洪道815
相应下游水位
m
700.55
2
校核洪水时最大泄流量
m3/s
6830.00
其中溢洪道5600
相应下游水位
m
705.60
水库水位
3
校核洪水位（P＝0.01％）
m
770.40
设计洪水位（P＝1％）
m
768.10
兴利水位
m
767.20
汛限水位
m
760.70
死水位
m
737.00
4
水库容积
总库容
m3
5.05×108
校核水位
设计洪水位库容
m3
4.63×108
防洪库容
m3
1.36×108
兴利库容
m3
3.51×108
其中共用库容
m3
1.10×108
死库容
m3
1.05×108
5
库容系数
50.50％
6
调节特性
多年
导流泄洪洞
7
形式
明流遂洞
工作闸门前为有压
遂洞直径
m
8
城门洞型压力遂洞8m
消能方式
挑流
序号
名称
单位
数量
备注
7
最大泄量（P=0.01%）
m3/s
1230.00
最大流流速
m/s
23.10
闸门尺寸
m×m
7×6.5
弧形门
启闭机
t
300.00
油压启闭机
检修门
m×m
8×9.00
斜拉门
进口底部高程
m
703.35
8
灌溉发电隧洞
形式
压力钢管
内径
m
5.40
灌溉支洞内径
m
3.00
最大流量
m3/s
45.00
进口底高程
m
731.64
2.2.2气象
流域年平均降雨量686.1mm，70％集中在6～9月，多年年平均气温8～90C，多年平均最高气温29.10C（6月），多年平均最低气温-14.30C（1月），多年平均最大风速9m/s，水位768.1m时水库吹程5.5km。
2.2.3地质
（1）坝址区工程地质条件
QH河在丁山水库坝址区呈一弯度很大的S形。
坝段位于S形的中、上段。
坝段右岸为侵蚀型河岸，岸坡较陡，基岩出露。
上下坝线有约300m长的低平山梁（单薄分水岭），左岸为侵蚀堆积岸，岸坡较缓，有大片土层覆盖。
右岸单薄分水岭是QH河环绕坝段左岸山体相对侧向侵蚀的结果。
坝址区基岩以紫红色、紫灰色细砂岩为主，间夹砾岩、粉砂岩和少数砂质页岩。
地层岩相变化剧烈，第四系除厚度不大的砂层、卵石层外，主要是黄土类土，在大地构造上处于相对稳定区，未发现有大的断裂构造迹象。
坝址区左岸有一大塌滑体，体积约45×104m3，对工程布置有一定影响。
本区地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防。
上坝址：
上坝址位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向QH河上游。
河床宽约300m，河库砂卵石覆盖平均厚度5m，渗透系数1×10-2cm/s。
一级阶地（Q4）表层具中偏强湿陷性。
左岸730m高程以上为三级阶地（Q2），具中偏弱湿陷性。
岩基未发现大范围的夹层，基岩的透水性不大。
河床中段及近右岸地段，沿113-111-115-104-114各钻孔连线方向，在岩面下21～47m深度范围内，有一强透水带，w＝5.46～30L/（s.m.m）,下限最深至基岩下约80m。
基岩透水性从上游向下游有逐渐增大的趋势，左岸台地黄土与基岩交界处的砾岩（最大厚度6m）透水性强，渗透系数K＝10m/d。
左岸单薄分水岭岩仍属于中强透水性，平均w＝0.48L/（s.m.m），应考虑排水，增加岩体稳定。
下坝址：
位于上坝址同一背斜的东南翼，岩层倾向下游；河床宽约120m，左岸为二、三级阶地，右岸731m高程以下为基岩，以上为三级阶地。
左岸基岩有一条宽200～250m呈北东方向的强透水带，右岸Z沟单薄分水岭的透水性亦很大，左右岸岩石中等透水带下限均可达岩面下80m左右。
河床地段基岩透水性与中等透水带厚度具有从上游向下游逐渐变小的趋势。
下游发现承压水，二、三级阶地砾石层透水性与上坝线相同，左岸坝脚靠近塌滑体。
（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。
下坝线溢洪道堰顶高程750m。
基础以下10m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，对建筑物安全不利。
2.2.4天然建筑材料
（1）土料场
坝址上、下游均有土料场，储量丰富，平均运距小于1.5KM。
根据155组试验成果统计，土料平均黏粒含量为26.4%，粉粒55.9%，粉砂17.6%，其中25%属粉质黏土，60.7%属重粉质壤土，14.3%属中粉质壤土。
平均塑性指数11.1，最大干重度16.7KN/M3,最优含水量20.5%，渗透系数0.44×10-5cm/s。
具有中等压缩性，强度特性见表1-2。
表1-3土料的强度特性
试验方法
统计方法
抗剪强度指标
ψ/（0）
c/kPa
饱和固结快剪（25组）
算术平均
23.27
28.0
算术小值平均
20.96
19.3
快剪（82组）
算术平均
21.54
29.3
算术小值平均
21.30
29.3
快剪（18组）
算术平均
21.30
29.3
算术小值平均
21.00
19.4
算术平均
22.68
58.3
算术小值平均
20.03
35.6
算术平均
58.3
22.5
算术小值平均
23.8
35.6
快剪（8组）
算术平均
28.8
45.1
算术小值平均
25.75
29.3
算术平均
29
45.1
算术小值平均
28.7
29.3
三轴不排水剪（10组）
算术平均
20.00
28.8
算术小值平均
25.2
3.0
三轴不排水剪（6组）
算术平均
13.30
28.0
算术小值平均
25.20
8.0
三轴饱和固结不排水剪（6组）
算术平均
18.20
42.0
算术小值平均
22.30
35.0
试验方法
统计方法
抗剪强度指标
ψ/（0）
c/kPa
野外自然坡度角（29组）
算术平均
35.70
—
算术小值平均
31.20
—
室内剪切试验
算术平均
31.10
—
算术小值平均
29.10
—
算术平均
31.00
—
算术小值平均
29.00
—
（2）砂砾料
主要分布在河滩上，储量为800×104m3，扣除漂石及围堰淹没部分，可利用的砂砾料约650×104m3。
其颗粒级配良好，根据野外29组自然坡度试验，34组室内试验分析，统计成果分析如下：
天然重度18.7kN/m3，软弱颗粒含量2.64%。
颗粒组成见表1-3。
表1-4砂砾料颗粒组成
粒径/mm
<200
<80
<40
<20
<5
<2
<1
<0.5
<0.25
<0.05
含量/%
83.7
74.2
57.7
46.2
38.6
34.6
32.8
29.7
24.7
4.9
（3）石料
坝址区石料较多，远距均在1km以内，为厚层砂岩，储量可满足需要。
溢洪道、导流洞出碴也可利用。
（4）筑坝材料技术指标的选定
经过试验，并参考有关文献资料及其他工程的经验，最后选定其筑坝材料的各项技术指标，见表1-4。
表1-5筑坝材料技术指标
筑坝材料
坝体
坝基
土料
砂砾料
堆石
砂砾料
黄土
重度
湿重度/（kN•m-3）
16．5
18．0
18．0
18．0
16．0
饱和重度/（kN•m-3）
19．8
20．8
20．3
—
19．1
干重度（kN•m-3）
16．4
17．0
16．5
—
16．2
孔隙率n
—
—
0．33
—
—
内摩擦角
施工期
总应力
10
31
40
31
20
有效应力
22
稳定渗流期
有效应力
23
水位降落
有效应力
23
黏聚力c/kPa
20
—
—
—
—
渗透系数K（cm•s-1）
1×10-6
1×10-2
—
1×10-2
1×10-5
初始孔隙压力系数
0．3
—
—
—
—
2.3工程等别及建筑物级别
2.3.1水库枢纽主要建筑物组成
根据本工程的任务，主要建筑物物应包括：
拦河大坝、溢洪道。
2.3.2工程规模
根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》以及该工程的一些指标确定工程规模如下：
根据水库总库容5.05×108m3（校核洪水位时相应的库容），在10亿~1亿m3间，属Ⅱ等工程；根据枢纽灌溉面积可引水灌溉农田71.2×105亩，属Ⅱ等工程。
故本水库枢纽为Ⅱ等工程。
同时又根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅱ等工程中的主要建筑物为2级建筑物，所以本枢纽中的大坝、溢洪道都为2级建筑物。
本区地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防。
永久性水工建筑物的洪水标准：
永久性挡水建筑物和泄水建筑物正常洪水（设计时）的重现期为200年，非常运用洪水（校核时）的重现期为500年。
表1-6工程等级
工程
等别
工程
规模
分等指标
水库库容
（
m3）
防洪
灌溉面积
（万亩）
电站装机容量（万kw）
保护城市及工矿区
保护农田（万亩）
一
大
（1）型
>10
特别重要的城市、工矿区
>500
>150
>75
二
大
（2）型
10~1.0
重要城市、工矿区
500~100
150~50
75~25
三
中型
1~0.1
中等城市、工矿区
100~30
50~5
25~2.5
四
小
（1）型
0.1~0.01
一般城市、工矿区
30~5
5~0.5
2.5~0.05
五
小
（2）型
0.01~0.001
—
<5
<0.5
<0.05
表1-7水工建筑物级别划分
工程等别
永久性建筑物的级别
临时性建筑物的级别
主要建筑物
次要建筑物
一
1
2
3
二
2
3
4
三
3
4
5
四
4
5
5
五
5
5
5
表1-8永久性挡水和泄水建筑物正常运用洪水期标准
建筑物级别
1
2
3
4
5
洪水重现期（年）
500
100
50
30
20
3.设计任务
1）土坝工程
⑴坝顶高程复核计算
⑵土坝设计
包括土坝加高拟按加设防浪墙方案与填土加高培厚方案比较选择设计方案，坝顶路面设计，土坝渗流计算，大坝边坡抗滑稳定分析计算，坝基渗流稳定分析计算，护坡设计。
2）溢洪道工程
新建底流消能式溢洪道，对其优化论证及计算。
拟新建溢洪道由进水渠、闸室控制段、渐变段、陡槽段、消力池、海漫防冲段及尾水渠等七部分组成。
4.设计成果
1.开题报告一份
2.毕业设计论文一本。
3.图纸：
设计图纸3-4张（要求有两张手绘），内容包括枢纽平面布置图，枢纽上游或下游立视图，主要建筑物剖面图及主要细部构造图。
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