工程学课程设计文档Word下载.docx
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10~1
<
1
1000
1000~100
10
堆积物体积（104m3）
50
50~20
2~1
影响面积（km2）
20
20~10
根据一次泥石流造成（或可能造成）的破坏后果（死亡人数和直接经济损失），可将其灾度等级划分为特大灾、大灾、中灾和小灾四个级别（表1-2）。
表1-2泥石流的灾度等级划分
破坏后果
灾度等级
特大灾
大灾
中灾
小灾
死亡人数（人）
直接经济损失（104元）
*两个指标不在同一级次时，按从高的原则确定灾度等级。
根据泥石流的灾变等级和灾度等级，可将其防治工程的安全等级划分为四个安全等级（表1-3）。
表1-3泥石流防治工程安全等级划分
泥石流
防治工程安全等级
一级
二级
三级
四级
大型
中型
小型
大灾
中灾
小灾
*两个指标不在同一级次时，按从高的原则确定防治工程安全等级。
主体工程（拦挡坝）的整体稳定性符合抗滑和抗倾覆安全系数的要求（表1-4）。
表1-4泥石流防治主体工程设计标准
防治工程安全等级
降雨强度
拦挡坝抗滑安全系数
拦挡坝抗倾覆安全系数
基本荷载
特殊荷载
100年一遇
1.20
1.05
1.60
1.30
50年一遇
1.15
1.03
1.50
1.25
30年一遇
1.10
1.02
1.40
10年一遇
1.01
同时，坝体内或地基的最大压应力max不超过筑坝材料的允许值，最小压应力min不允许出现负值。
根据以上资料可知所设计的泥石流防治工程安全等级应达到二级安全标准，按50年一遇标准设计。
4、泥石流设计参数计算
4.1设计暴雨频率计算
经过计算得下表:
1--2
年份
暴雨强
序号ｍ
由大到小排列
模比系数Ki
Ki-1
（Ki-1）2
经验频率
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
1958
86
88.6
1.54
0.54
0.2916
3.0
1959
64.8
2
0.50
0.2500
6.1
1960
45.4
3
74.5
0.30
0.0900
9.1
1961
51.4
4
72.3
1.26
0.26
0.0676
12.1
1962
63.7
5
71.7
0.25
0.0625
15.2
1963
41.9
6
70.5
1.23
0.23
0.0529
18.2
1964
66.3
7
0.15
0.0225
21.2
1965
8
24.3
1966
9
64.9
1.13
0.13
0.0169
27.3
1967
57.5
30.3
1968
55.2
11
1.11
0.11
0.0121
33.3
1969
44.6
12
61.5
1.07
0.07
0.0049
36.4
1970
52.1
13
59.8
1.04
0.04
0.0016
39.4
1971
44.8
14
1.00
0.00
42.4
1972
54.2
15
56.7
0.99
-0.01
0.0001
45.5
1973
16
56.5
0.98
-0.02
0.0004
48.5
1974
41.8
17
0.96
-0.04
51.5
1975
52.4
18
54.5
1976
19
0.94
-0.06
0.0036
57.6
1977
53.3
0.93
-0.07
60.6
1978
21
0.91
-0.09
0.0081
63.6
1979
22
66.7
1980
38.6
23
0.89
-0.11
69.7
1981
47.8
24
0.83
-0.17
0.0289
72.7
1982
25
0.79
-0.21
0.0441
75.8
4.1.1系列的统计参数
=12.7432
4.2清水洪峰流量（
）计算，列表
（其中
=2.6m3/s·
km2，选取Cs=2Cv，Cv=0.35，然后查P-Ⅲ型模比系数可得出
。
）
表2-2清水洪峰流量计算表
P
90
1.64
1.47
1.28
0.59
10.88727
9.758713
8.497382
6.505808
3.916762
4.3泥石流洪峰流量（
1.64
1.47
1.28
n
43.54908
39.03485
33.98953
26.02323
15.66705
4.4泥石年流淤积量（
泥石流淤积量计算采用侵蚀模数法，根据对流域综合情况的判断，给出林地和坡耕地的侵蚀模数，给出输移比，结合侵蚀物容重和不同地类面积计算
参考林地侵蚀模数为：
1000t/km2·
a，坡耕地侵蚀模数为：
8000t/km2·
a。
林地年侵蚀量:
4.08km2X68%X1000t/km2·
a=2774.4t/a
坡耕地年侵蚀量:
4.08km2X32%X8000t/km2·
a=10444.8t/a
表2-4泥石流淤积量计算表
面积（km2）
侵蚀模数（t/km2·
a）
输移比
（t/a）
林地
2.7744
0.4
1109.76
坡耕地
1.3056
8000
4117.92
合计
4.08
528.68
5、拦砂坝设计
5.1坝址选择
坝址选择原则
（1）在地形条件方面，应选择沟道狭窄、库内平坦广阔的地形，以提高单位坝体拦蓄泥沙的库容。
（2）地质条件和水文地质条件方面，力求坝基和山坡基础良好，不漏水，尽量避免地质松软及沟床向下倾斜较陡的地段，以免坝身发生塌陷、滑动等危险。
坝址两侧山坡应稳定，无滑坡危险。
（3）坝址上游集水区土壤侵蚀严重时，有滑坡潜在危险。
（4）坝址附近应有足够的适宜筑坝用的材料，如粘性土、壤土、砂土、砂、石以及石料等。
根据以上原则,此次设计将坝布设在等高线为900m的沟道上,具体位置见附图4-1。
5.2坝型选择
从安全、经济的原则对多种坝型进行比较，考虑到建筑材料来源、泥石流的特点和技术经济可能，选择坝型为重力坝。
其结构简单、施工方便、就地取材、耐久性强。
建筑材料采用浆砌石。
5.3坝的设计：
5.3.1初步拟定断面尺寸
初定:
坝高H=10m
坝间距L=85m
坝顶宽b=3m
坝底宽度a=15m
坝坡：
上游为1:
1；
下游为1:
0.8
坝断面图:
5.3.2稳定性分析
坝高：
10m，基础埋深：
2m，堰顶宽：
3m。
采用砌石砌体筑，砌体容重2.3t／m
.砌体与与坝基之间摩擦系数为0.5。
泥石流容重与淤积物容重均取2.1t／m
坝体受力示意图：
1、作用力计算：
（1）坝体重力（以1m坝长算）
G1=20X3X2.3=138t（↓）
G2=1/2X10X10X2.3=115t（↓）
G3=1/2X67X10X2.3=77.5t（↓）
G4=1/2X8X10X2.3=92t（↓）
坝上游淤积物重:
G5=1/2X7.5X10X2.2=86.25t（↓）
G6=0.5X10X2.2=11.5t（↓）
（2）水压力P
=1/2X2.52X1=3.125t
（3）泥砂压力
=1/2X21X102X0.018X1=18.9t（→）
（4）被动土压力
=1/2X32X21X0.018=1.7t（←）
（5）坝基压力：
=1/2X2.2X10X20X1=220t（↑）
（6）泥石流冲击力：
=1.3X2.1X4.082X0.5=22.72t
化为集中力为:
F冲=22.72X1.4X1=31.8t（→）
（7）地震力:
地震惯性力
=0.025X0.75X1.5X2.5=0.07t（→）
地震泥沙力
=（1+2X0.05X0.36）X9.26=9.59t（→）
2抗滑稳定计算
=0.5X（G1+G2+G3+G4+G5+G6-Wφ）/（P泥+F冲+S+Q-E）
=2.54>
1.05满足抗滑稳定要
3坝基应力计算：
N=G1+G2+G3+G4+G5+G6-Wφ=300.25
M=287.4
e=M/N=0.95<
20/6
下游应力
=300.25/20X（1+6X0.95/20）
=1.92kg／cm
σ=4
基于以上计算，所设计的拦砂坝满足稳定性要求。
6、溢流口的设计
6.1溢流口位置的选择
六库芭蕉河排路坝地形地质图可知右岸比较平缓，将溢流口选在右岸高程为910m处，由该处的岩性，考虑到提高安全系数，将溢流口设计为梯形，边坡比为1:
1。
设计标准为５０年一遇，校核标准为１００年一遇。
泥石流设计流量
QB
＝（１＋∂）；
ｒH取2.4;
Ｄ取2.5;
堵塞系数Ｄc值表
堵塞程度
最严重
较严重
一般
较弱
Ｄ
2.6~3.0
2.0~2.5
1.5~1.9
1.0~1.4
代入数据：
５０年一遇：
Qc=6.86（m3/s）
１００年遇：
Qc=7.245（m3/s）
6.2溢流口的确定
6.2.1溢流口宽度计算：
选择单宽流量q=2.0（m3/s）。
B=Qc/q
=6.86/2
=3.43m
B----溢流口宽度（m）
Qc---泥石流设计流量（m3/s）
q-----单宽溢流流量（m3/s）
6.2.2溢流口高度计算：
计算溢流口高度h＝h0+△h,△h为超高,一般采用0.5～1.0m。
式中H——过流深度（m）；
Qc——泥石流流量（m3／s）；
m——流量系数，通常取m=1.45
～1．55，流道表面光滑者取大值，粗糙者取小值；
本设计取1.5
B——溢流堰宽度（m），取3m。
带入数据得：
0.82m
取△h=0.5m所以：
h=0.82+0.5=1.32m
6.2.3计算山洪的流速
Vc-----山洪流速（m/s）
R,I-----水力半径（m）及水面纵坡
a-------阻力系数
式中：
φ——改正系数；
γH——山洪中固体物质比重，一般为2.4～2.7t／m3；
γC——山洪容重。
带入得到vc=3.34m/s
经查阅资料计算得到，V不於=1.44m/sV不冲=4.25m/s
V不於<
vc<
V不冲故设计合理
6.3坝下消能与冲刷深度计算采用护坦消能
护坦多用浆砌块石砌筑，其长度为2—3倍主坝高。
护坦厚度可用下列经验公式估算：
式中：
b——护坦厚度（m）；
q——单宽流量（m3/s/m）z——上下游水位差（m）σ——经验系数，在0.175-0.2之间。
单宽流量2m3/s/m,上下游水位差10m，经验系数取0.2
带入计算得：
护坦厚度b=0.5
7、排导沟设计
7.1各参数值确定
根据课程设计提供的背景资料，结合相关规范，可以确定如下参数：
（1）渠道长，由地形图量取计算得渠道长=1230m
（2）水力坡度:
i=120/1230=0.097
（3）糙率值:
查相关表格可得到：
渠道的糙率值n=0.03
7.2路线布设
沿着原来的泥石流流通的沟道布设排导沟，按照尺寸在岸边设置挡墙，把水和沙限制在一定的范围内，避免对周围的生产生活带来不便。
7.3断面尺寸设计
①横断面设计横断面设计的主要任务是确定过流断面的底宽b和深度h。
横断面设计的步骤如下：
A.根据荒溪的类型，计算山洪或泥石流的设计流量。
排导沟的设计标准为:
对于排导沟两侧均为农田而无居民点者，可按20年一遇标准设计；
两侧有居民点和重要设施时，按50年一遇标准设计。
排导沟周围有学校和汽车站，所以选用50年一遇标准。
B.根据冲积扇的特性选定排导沟的断面形式。
一般情况下，排导沟采用梯形断面，其内坡采用1:
1.5—1:
1.75，外坡为1:
1—1:
1.5，堤顶宽1.5—2.5m。
C.根据公式初步确定底宽。
=0.947m
b—排导沟底宽m；
l—排导沟纵坡%；
F—流域面积km2。
D.根据山洪或泥石流流量公式试算水深或泥深。
E.排导沟深度的确定
②纵断面设计排导沟的纵断面设计按如下步骤进行：
A.根据高程测量数据绘出地面高程线；
B.根据选定的纵坡，并考虑与大河的衔接，绘出排导沟的沟底线；
C.根据横断面设计水（泥）深，绘出水（泥）位线，即水（泥）位高程=沟底高程+设计水（泥）深；
D.根据水（泥）位高程和超高，绘堤顶线，即堤顶高程=水（泥）位高程+超高；
③断面尺寸设计：
渠道断面采用梯形断面，最优的断面比取值参照下表
梯形渠道的最佳宽深比β值
m
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.50
3.00
β
1.56
1.24
0.83
0.70
0.61
0.53
0.47
0.39
0.32
m=1.5，β=b/h=0.61即b=0.61h
排导漕按明渠均匀流进行设计：
Qm为溢洪道的设计流量为：
6.86m3/s；
A=（b+mh）h=（0.61h+1.5h）h=2.11h2
R=A/X=0.5h;
把数据代入公式
h=2.615m；
宽为：
0.61X2.615=1.60m；
根据相关规范还应加上安全超高0.5-1.0m，
本设计中取0.5m，最终高为：
h=3.115m。
8、沉沙场规划布置
在规划沉沙场时要考虑以下几点：
（1）山坡陡峻，坡面侵蚀作用强烈的荒溪流域、山洪中可能挟带很多泥石，在这类沟道中除修筑拦沙坝外，还可修筑沉沙场。
（2）沉沙场可选在坡度较小的沟段修筑。
也可将沉沙场设在沟道出山谷后的冲积扇上。
（3）在沉积区修建沉沙场时，由于淤积作用强烈，有些地段可能造成沟底高于两岸以外的田地、房舍等现象。
因此，在淤积作用强烈而又可能危及农田、房舍的沟段不宜设置沉沙场。
（4）在沉沙场被淤满沙石后，可以另选场地设置一个新的沉沙场。
在缺乏新场地时，就必须清挖已淤积的沙石。
2.沉沙容量的确定在确定沉沙场的容量时，要对流域的地质、地形、坡度、植被等情况进行充分的调查研究，并计算出山洪中所挟带的沙石数量，按每年1次或2次的挟沙量来决定沉沙场的容量。
用以下经验公式计算山洪或泥石流的一次挟沙量：
式中：
M—山洪或泥石流一次挟沙量，m3；
E—流域面积，km2;
h100—百年一遇最大日雨量，mm；
ψ0—径流系数。
农地0.55，林地0.3，牧场0.65，砾石坡0.2，基岩0.8；
J—冲积圆锥表面比降，%；
Hu—沟口的海拔高度，m；
S—悬移质含量（石灰岩山区S=0.8）；
l——底沙运输距离，km。
3.沉沙场的结构
沉沙场最简单的构造是将沟道宽度扩大，沟岸用普通砌石工程或其他护岸工程加以防护。
在沉沙场的入口与出口处，都要修筑横向建筑物（如坝、堰、护底工程等），并需使沉沙场以外沟道的上、下游大致维持沟床的原有高程。
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