心墙土石坝设计.doc
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山东科技大学毕业设计（论文）
摘要
适当修建大坝可以实现一个流域地区发电、防洪、灌溉的综合效益。
通过对扬州地形地质、水文资料、气候特征的分析，结合当地的建筑材料，设计适合的枢纽工程来帮助流域地区实现很好的经济效益。
根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄洪建筑物尺寸；通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；详细作出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；对泄水建筑物进行设计，选择建筑物的形式、轮廓尺寸，确定布置方案。
水库配合下游河道整治等措施，可以很大程度的减轻洪水对下游城镇、厂矿、农村、公路、铁路以及旅游景点的威胁；可为发展养殖创造有利条件。
【关键词】：
坝工设计；渗流分析；稳定分析；溢洪道设计；基础处理。
Abstract
Appropriateconstructionofdamcanbeachievedinabasinareaofpowergeneration,floodcontrol,irrigationbenefit.Driverislocatedinourcountrysouthwest,throughtoitsgeological,hydrologicaldata,climateanalysis,combinedwiththelocalbuildingmaterials,designsuitablefortheprojecttohelptheregiontoachievegoodeconomicbenefit.Accordingtotherequirementoffloodcontrol,floodregulationcomputationofreservoir,todeterminethecrestelevationandreleasefloodwatersbuildingsize;throughtheanalysis,onthepossibleoptions,determinethehubofthebuildingform,dimensionsandwaterconservancyhublayoutplanmadeindetail;damdesign,throughthecomparison,determiningbasicprofilesanddimensions,makethefoundationtreatmentschemeandthedambodystructure,hydraulic,staticcalculationofoutletstructures;design,choiceofbuildingform,outlinedimensions,todeterminethelayoutscheme,makedetailstructure,hydraulic,staticcalculation.Reservoirwithriverregulationmeasures,cangreatlyreducethefloodonthedownstreamtowns,factoriesandmines,rural,highway,railwayandthetouristattractionsofthethreat;createfavorableconditionsfordevelopmentofaquaculture.
Keywords:
Damdesign；Seepageanalysis;stabilityanalysis;spillwaydesign;foundationtreatment
目录
第1章基本资料 1
1.1水文资料情况 1
1.2径流 1
1.3设计洪水 2
1.4地质 6
1.5工程参数 13
第2章坝型选择及枢纽布置 16
2.1坝型的选择 16
2.2枢纽总体布置 17
第3章调洪演算 19
3.1调洪演算与原理方法 19
3.2调洪演算过程 20
第4章坝工设计 42
4.1土石坝断面设计 42
4.2防渗体设计 45
第5章坝体渗流计算 49
5.1设计说明 49
5.2渗流计算 50
第6章土石坝坝坡稳定分析及计算 57
6.1荷载 57
6.2稳定分析方法 57
6.3计算工况 58
6.4稳定计算 58
6.5综合分析 63
第7章沉降量计算 64
7.1基本假定 64
7.2方法与步骤 64
7.3坝基沉降量计算 65
第8章泄水建筑物设计 70
8.1泄水方案与选线布置 70
8.2溢洪道设计 70
8.3溢洪道水力计算 75
外文文献翻译 85
垂直防渗加固措施（专题） 90
1.1混凝土防渗墙 90
1.2薄壁混凝土防渗墙 90
1.3高压喷射灌浆防渗墙 92
1.4垂直铺塑防渗 92
1.5冲抓套井防渗 92
参考文献 94
致谢 95
第1章基本资料
1.1水文资料情况
滨河现有水文测站资料精度较高的仅滨河和清水溪两站，其中滨河站位于杨舟原坝址下游约9公里，与杨舟一级下坝址区间面积397.3km2，与杨舟二级坝址区间面积160.3km2，分别占滨河站控制面积的21.5%和8.8%，该站为本次水文分析计算的设计依据站。
在滨河流域规划及杨舟等梯级开发设计中，对该站都进行过全面、深入的检查和复核，本次直接采用该站基本资料及设计成果。
1.2径流
滨河流域径流主要来源于降水。
降水在流域内地区分布上的差异，使滨河上游径流模数略大于中下游。
滨河站径流模数为0.042m3/s/km2。
据滨河站1957年5月～1998年4月41年平均流量资料统计计算，滨河站多年平均流量77.1m3/s，多年平均年径流深1328mm，折合年径流量24.3亿m3。
径流年内分配较不均匀，丰水期（5月～10月）多年平均流量为112m3/s，占年径流量的72%，枯水期（11月～4月）多年平均流量为41.0m3/s，占年径流量的28%。
最枯段（12月～2月）多年平均流量为28.9m3/s，仅占年径流量的9.2%。
径流年际间变化不大，最大年平均流量为最小年的1.97倍。
滨河站径流长系列包含完整的丰、平、枯水段，有足够的代表性。
该站以上仅有日调节性能的波罗电站，且无大型耗水工矿企业，可以认为该站径流系列具有一致性。
选用PⅢ型理论曲线适线确定统计参数，见表1-1。
滨河站与杨舟电站坝址相距10余公里，且坝址以上多年平均面雨量较滨河站以上面雨量大3%，可不做雨量修正，坝址设计成果以滨河站设计值按面积比移用。
坝址径流统计参数见表1-1。
表1-1滨河站及坝址多年平均流量频率计算成果表
项目
统计参数
设计流量（m3/s）
均值
（m3/s）
Cv
Cs/Cv
10%
50%
90%
滨河站
77.1
0.15
2
92.2
76.5
62.7
杨舟一级
60.5
0.15
2
72.4
60.1
49.2
杨舟二级
70.4
0.15
2
84.1
69.8
57.2
1.3设计洪水
根据初拟的杨舟两级开发方案，一级控制集雨面积1437.2km2，二级控制集雨面积1670.7km2。
杨舟一级695m方案库容超过1.36亿m3，工程等级为二等，主要建筑物等级二级，次要建筑物等级三级，设计洪水重现期分别为100年一遇和50年一遇，校核洪水重现期分别为2000年一遇和1000年一遇（士石坝）；杨舟一级670m方案和二级580m方案库容分别为7356万m3和1179万m3，工程等级为三等，主要建筑物等级三级，次要建筑物等级四级，设计洪水重现期分别为50年一遇和30年一遇，校核洪水重现期分别为1000年一遇和300年一遇（士石坝），500年一遇和200年一遇（砼坝）。
根据历史洪水及45年实测系列洪峰流量，以PⅢ型理论曲线适线确定滨河站洪峰统计参数；用年最大值法独立选取年最大24小时洪量和72小时洪量，并插补历史洪水洪量，组成不连续各时段洪量系列，用频率计算方法确定洪量统计参数，成果见表1-2。
设计洪水过程线选取1983年典型过程，用分段同频率放大法放大典型过程。
分别计算了频率为0.05%，0.1%，0.5%，1%和2%和洪水过程线，成果见表1-3。
表1-2滨河站洪峰及洪量设计成果
项目
均值
Cv
Cs/Cv
各频率设计值
0.05%
0.1%
0.5%
1%
2%
5%
10%
20%
50%
洪峰
（m3/s）
1370
0.49
4
5760
5300
4230
3780
3320
2710
2250
1780
1170
W2
（亿m3）
0.644
0.46
4
2.52
2.33
1.88
1.69
1.49
1.22
1.03
0.83
0.56
W72
（亿m3）
1.16
0.45
4
4.44
4.10
3.32
2.99
2.65
2.18
1.85
1.50
1.01
表1-3杨舟坝址设计洪水过程线（单位:
m3/s）
杨舟一级
杨舟二级
p=0.05%
p=0.1%
p=0.5%
p=1%
p=2%
p=0.05%
p=0.1%
p=0.5%
p=1%
p=2%
6-245:
00
512
464
381
344
303
587
550
445
400
357
6-246:
00
536
486
398
360
317
614
576
466
419
374
6-248:
00
589
535
438
396
349
676
634
512
460
411
6-2410:
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708
643
527
476
419
812
762
616
553
494
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00
1131
1026
841
760
670
1297
1216
983
884
789
6-2413:
00
1309
1188
974
880
776
1502
1408
1139
1023
913
6-2414:
00
1767
1604
1314
1188
1047
2027
1901
1537
1381
1233
6-2414:
30
2779
2522
2066
1868
1646
3187
2989
2417
2172
1938
6-2416:
00
2553
2317
1898
1716
1512
2928
2746
2220
1995
1780
6-2418:
00
2154
1955
1602
1448
1276
2471
2317
1873
1683
1502
6-2420:
00
1975
1793
1469
1328
1170
2266
2125
1718
1544
1378
6-2422:
00
1840
1709
1378
1240
1093
2164
1987
1609
1448
1278
6-250:
00
1673
1554
1253
1127
994
1967
1806
1463
1316
1162
6-252:
00
1554
1443
1164
1047
923
1827
1677
1359
1222
1079
6-254:
00
1577
1465
1181
1063
937
1855
1703
1379
1241
1096
6-255:
00
1583
1471
1186
1067
941
1862
1709
1385
1246
1100
6-256:
00
1625
1510
1217
1095
966
1911
1754
1421
1278
1129
6-258:
00
1787
1659
1338
1203
1061
2100
1929
1562
1405
1241
6-2510:
00
2689
2498
2014
1811
1598
3161
2903
2351
2115
1868
6-2512:
00
3537
3286
2649
2383
2102
4159
3818
3093
2782
2457
6-2513:
40
4898
4505
3601
3217
2824
5415
4981
3981
3556
3122
续表1-4杨舟坝址设计洪水过程线（单位:
m3/s）
杨舟一级
杨舟二级
p=0.05%
p=0.1%
p=0.5%
p=1%
p=2%
p=0.05%
p=0.1%
p=0.5%
p=1%
p=2%
6-2514:
00
4063
3774
3043
2737
2414
4777
4386
3553
3196
2822
6-2516:
00
3059
2842
2291
2061
1818
3597
3302
2675
2406
2125
6-2518:
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2079
1931
1557
1401
1235
2445
2245
1818
1636
1444
6-2520:
00
1111
1032
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749
660
1307
1200
972
874
772
6-2522:
00
1012
918
752
680
599
1160
1088
880
791
706
6-260:
00
928
842
690
624
550
1065
998
807
725
647
6-262:
00
827
751
615
556
490
949
890
719
646
577
6-264:
00
720
653
535
484
427
826
774
626
563
502
6-265:
00
678
616
504
456
402
778
730
590
530
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6-266:
00
672
610
500
452
398
771
723
585
525
469
6-268:
00
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594
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370
717
672
543
488
436
1.4地质
1.4.1区域地质概况
工程区位于四川盆地西南部。
地势西高东低，河谷下切剧烈，海拔530～2122m，相对高差＞1000m，属中～高山区。
其岷江一级支流滨河由西向东流经本区，区内多为狭窄的“V”型谷，两岸坡角40°～75°，冲沟发育。
除泥盆、石炭系和第三系地层缺失外，从前震旦系至第四系地层均有出露。
其中，前震旦系峨边群～志留系下统龙马溪组（S1l）分布于库区外围。
与本工程有关的主要地层为二迭系～侏罗系及第四系地层。
由老至新分述如下：
1）二迭系：
下统包括梁上组（P1L）、西霞组（P1q）及茅口组（P1m），为炭质砂岩及页岩、页岩夹粘土岩及灰岩，厚200～500m；上统包括峨眉山玄武岩（P1β）及乐平组（P1l），为灰绿至黑色玄武质火山角砾岩，致密斑状、杏仁状、气孔状玄武岩及页岩、砂岩、粉砂岩等，厚286～758m，上述地层广泛分布于库区西侧、库尾及靛兰坝一带。
2）三迭系：
下统包括飞仙关组（T1f）、铜街子组（T1t）、嘉陵江组（T1j），中下部为砂砾岩、砂岩、粉砂岩，上部为灰岩夹白云质灰岩及石膏层，总厚度大于400m；中统雷口坡组（T2L），下部为砂岩夹页岩、泥灰岩，上部为白云岩、白云质灰岩夹石膏层，厚度大于147m；上统包括垮洪洞组（T3k）及须家河组（T3x），由灰岩、泥灰岩夹页岩及砂岩、粉砂岩组成，厚约700m。
分部于上梯级库区。
3）侏罗系：
中统包括自流井组（J2z）、沙溪庙组（J2s）及遂宁组（J2sn）和上统蓬崃镇组（J3p），为泥岩、砂岩、粉砂岩及泥灰岩，厚度1135～1651m，广泛分布于上梯级坝区及下梯级库坝区。
4）白垩系：
仅出露下统（K1）之石英砂岩、粉砂岩及砂质泥岩，厚度大于932m。
分布于工区东侧靛兰坝、双溪及老晓寺一带。
5）第四系：
上更新统（Q3al）上部为粉质粘土、粘土、粉土层，下部为粉土夹卵砾石，厚10～20m，分布于Ⅱ、Ⅲ级阶地；全新统包括：
（1）近代河流冲积层（Q41al）之松散粉土夹砾石层，厚3～10m，分布于Ⅰ级阶地；
（2）现代河流冲积层（Q42al）为漂卵砾石夹砂，分布于河床；（3）崩坡积堆积层（Q4col+dl）为块石碎石夹粉质粘土、粘土、粉土，厚数米至数十米，主要分布于岸坡坡脚；（4）残坡积堆积层（Q4del）为块碎石夹粉质粘土，厚几米至几十米不等。
工程区位于四川盆地弱活动断裂构造区与川滇断块强烈活动区之间的凉山断块构造区东缘，大地构造位置位于扬子准地台西南缘。
该区是川滇断块与四川盆地之间的过渡区，在构造形迹的归属上属于滨河～沐川帚状构造的西侧边缘部位，与川滇南北向构造带紧靠并受之影响，在地质历史上历经多次构造运动。
喜山运动在本区表现为强烈的区域性褶皱造山运动和断块的差异性升降运动，在区域性东西向挤压下，北东向断裂产生顺扭，北西向断裂产生反扭。
第四系以来的挽近期构造运动，表现为间歇性的整体抬升并伴有断块间的差异活动与水平滑移，导致沿断裂带的地震活动。
工程区在构造体系上属滨河帚状构造带的西侧边缘部位，紧邻其西侧的南北向构造带并受之影响。
对工程区地质结构起控制作用的主要的构造形迹为滨河向斜和陈子岩——沙匡背斜。
滨河向斜（14）：
属于滨河帚状构造。
总体走向南北向，赶场坝以北为北北东走向，赶场坝以南为北北西走向。
全长约24km，发育于白垩系至侏罗系地层中。
两翼基本对称，东翼地层倾角12°～35°，西翼地层倾角10°～40°。
南端在杨舟一带倾没于沙溪庙地层之中。
对下梯级库坝区地质结构起控制作用。
陈子岩——沙匡背斜（8）：
属于川滇南北向构造。
全长30km，由震旦系至三迭系地层组成。
两翼不对称，西翼地层倾角40°～50°，东翼地层倾角大于75°，局部倒转。
轴部被断层破坏，地貌上表现为侵蚀槽谷和垭口。
对上梯级水库区地质结构起控制作用。
库坝区不存在区域断裂构造，工程场地本身不具备发生6级以上地震的地质构造背景和孕震条件，主要受外围地震的影响，历史地震对工程区的最大影响烈度为Ⅷ度。
根据四川地震局工程地震研究所《滨河杨舟水电站地震安全性评价报告》滨河杨舟电站工程场地50年超越概率10%的地震动反应谱拐点周期T1为0.1s，T2为0.25s，基岩水平峰值加速度190.6cm/s2，与之对应的地震基本烈度为Ⅷ度，按区域稳定性评价标准，工程区区域构造稳定属次稳定区。
调整梯级、坝址及水位均未改变工程区区域地质背景。
1.4.2水库区工程
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