土石坝毕业设计.doc
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摘要
土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。
当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝、以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合坝。
土石坝是历史最为悠久的一种坝型。
近代的土石坝筑坝技术自２０世纪５０年以后得到发展，并促成了一批高坝的建设。
目前，土石坝是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。
因农业生产的需要，云南大姚县拟在县城东北7km的金碧镇施永屯办事处龙林村兴建一个土石坝型灌溉水库。
在对本处的自然地理与水文特征、工程地质情况及周围的建筑材料了解之后。
经过详细的分析之后，选取了坝轴线并进行了枢纽布置。
依据毕业设计要求利用内插法进行了调洪演算，得到了设计洪水位与校核洪水位。
进行了枢纽布置，划分了工程等级与主要建筑物等级。
深入的进行了坝体剖面设计，计算出了坝顶高程。
然后又进行了渗流计算、稳定计算、细部结构设计、坝身构造设计、输水建筑物设计以及溢洪道布置等十章内容。
具体见设计书。
关键词：
土石坝；调洪演算；输水建筑物。
非物质文化遗产是指各族人民世代传承的，与群众生活密切相关的各种传统文化表现形式和文化空间，包括民俗活动、表演艺术、传统知识和技能以及与之相关的器具、实物、手工制品等
Abstract
Earthdamreferstolocalsoilmaterial,stoneormixture,afterthrowingfilling,rollingandothermethodspiledintodams.Whenthedammaterialtothesoilandgravel-based,saidthedam,whengravel,pebbles,stoneblastingmainlyknownrockfilldam;Whentwocategoriesaccountforaconsiderableproportionoflocalmaterials,theknowndebrismixeddam.Earthdamisoneoftheoldesttypeofdam.Moderntechnologyhasbeendevelopeddamembankmentdamsincethe20thcentury,50yearslater,andcontributedtoanumberofdambuilding.Currently,theconstructionofearthdamdamistheworld'smostwidelyusedandoneofthefastestgrowingtypeofdam.
Becauseoftheneedforagriculturalproduction,YunnanDayaoCountyproposestoconstructanearthdamirrigationreservoirinthenortheastofthecountytownSplendorLongLam,Tuen7kmofoffice.Afterthenaturalgeographicalandhydrologicalcharacteristicsofthedepartment,engineeringgeologyandunderstandingofthesurroundingbuildingmaterials.Afteradetailedanalysisofthedamaxisandselecttheprojectlayout.Graduationrequirementsbasedontheuseofinterpolationmethodoffloodrouting,gotthedesignfloodlevelandcheckfloodlevel.Conductedaprojectlayout,dividingtheprojectlevelandthelevelofthemainbuilding.Conductedathoroughcross-sectionofdamdesign,calculatethecrestelevation.Andthenconductedaseepagecalculation,stabilitycalculation,detaildesign,structuraldesignofthedambody,waterspillwaybuildingdesignandlayout,morethan10chapters.Seedetaileddesigndocument.
Keywords:
earthdam;floodrouting;conveyancebuildings.
目录
前言
摘要
1.基本资料 1
1.1自然地理与水文气候特性 1
1.1.1流域概况 1
1.1.2水文特征 1
1.1.3其他相关的水文成果 2
1.2工程地质情况 2
1.2.1区域地质情况 2
1.2.2水库工程地质 3
1.2.3坝址地质条件 3
1.2.4地震情况 4
1.3建筑材料 4
1.3.1土料 4
1.3.2粘土料 4
1.3.3灌浆粘土料 5
1.3.4块石及碎石料 5
1.3.5砂料 5
2.调洪演算 6
2.1防洪标准确定 6
2.2基本数据 6
2.3泄洪建筑物方案拟定 6
2.4水库各库容的确定 7
2.5调洪演算 7
2.5.1宽顶堰堰流水力计算公式：
7
2.5.2试算法的基本原理 8
2.5.3方案计算 8
3.枢纽布置 9
3.1工程等级与主要建筑物级别 9
3.2坝型选择 9
3.2.1坝址地质条件 9
3.2.2水文条件 10
3.2.3筑坝材料 10
3.3坝型比较 10
3.4坝体排水 11
3.5坝轴线选择 11
4.坝体剖面设计 11
4.1坝坡 12
4.2坝顶宽度 12
4.3坝顶高程计算 12
5.渗流计算 17
5.1渗流计算分析 17
5.1.1渗流计算得内容及目的 17
5.1.2渗流计算工况 17
5.1.3渗流计算得方法 17
6.稳定计算 20
6.1土坝失稳的形式 20
6.2计算公式的分析 20
6.3最危险圆弧位置的确定 21
6.4土条划分 21
6.5不均匀块的的处理 21
6.6稳定分析的步骤 21
7.细部构造设计 24
7.1坝顶构造 24
7.2坝体排水 24
7.3上下游护坡及排水 24
7.4反滤层 24
7.5土料选择 25
7.6地基处理 25
7.7坝与两岸地基的处理 26
8.坝身构造 27
8.1消能型式选择 27
8.2鼻坎高程 27
8.3反弧半径 27
8.4挑射角 27
8.5挑距 27
8.7渐变段计算 28
8.7.1渐变段的长度 28
8.7.2渐变段的进口水深 28
8.7.3渐变段出口水深 29
8.8陡坡段 30
8.8.1判断底坡类型 30
8.8.2陡坡长度 31
9.输水建筑物设计 32
9.1涵洞水力要素分析 32
9.1.1下游渠道的水力要素 32
9.1.2校核渠道是否发生冲淤 33
9.2计算水面降落及洞内水深 33
9.3确定输水洞比降 33
9.4输水涵洞的布置和构造 34
10溢洪道布置 35
10.1溢洪道的位置选择 35
10.1.1地形条件 35
10.1.2地质条件 35
10.1.3水流条件 35
10.1.4施工条件 36
10.2引水渠 36
10.3控制段 36
10.4泄槽段 37
10.5出口消能和尾水渠 38
10.6出口消能段 39
结论 40
致谢 41
参考文献 42
外文翻译 43
3
1.基本资料
1.1自然地理与水文气候特性
因农业生产的需要，云南大姚县拟在县城东北7km的金碧镇施永屯办事处龙林村兴建一个土石坝型灌溉水库，其基本资料如下。
1.1.1流域概况
龙林水库地处东经101°19′、北纬25°48′位于蜻蛉河支流西河上游。
蜻蛉河属金沙江水系，为龙川江一级支流，发源于姚安、南华两县交界的照壁山以北，流经姚安、大姚、永仁，最后在元谋县树村附近汇入龙川江。
水库坝址以上控制径流面积10.4km2，坝址以上主河道长4.14km，河道平均坡度比降18‰。
流域内最高海拔2200m，最低坝址处绝对高程1900m，流域平均海拔高程2050m，形状呈扇形。
坝顶仅施工期间有车辆通过，无其它交通需求。
因附近没有法定标高作为参考点，现以坝轴线底部（河床）最低清基位置为相对高程的参考点，指定为相对高程100m（约海拔2000m，两者差值1800m）。
经需水量和径流来水量测算，确定正常蓄水位以上的防洪库容需8.6万m3；
水库最大供水流量8.36m3/s；水库兴利库容为124.9万m3。
1.1.2水文特征
经过水文技术人员的分析计算，提出龙林水库各组资料对应的汛期洪水过程见（表1.1）和汛末设计洪水过程见（表1.2）。
水位库容曲线见（表1.3）。
表1.1L06组汛期洪水过程（单位：
m3/s）
时段（△T=1h）
0.33%
0.50%
3.33%
5%
10%
20%
1
6.61
5.28
5.00
4.34
1.64
0.94
2
16.79
15.04
6.93
6.09
5.19
4.44
3
28.60
26.48
15.46
13.82
8.06
12.02
4
45.67
42.92
27.86
25.22
18.07
59.92
5
145.07
138.44
100.03
92.14
76.09
49.29
6
119.39
113.55
81.66
75.16
62.30
35.54
7
87.12
82.50
58.68
54.06
44.90
24.98
8
61.87
58.31
41.10
37.96
31.55
17.46
9
43.39
40.68
28.60
26.48
22.06
12.26
10
30.26
28.28
19.94
18.58
15.50
8.73
11
21.23
19.82
14.08
13.21
11.05
6.38
12
15.13
14.13
10.14
9.62
8.10
4.84
13
11.05
10.35
7.56
7.28
6.16
3.85
14
8.36
7.87
5.86
5.75
4.90
3.22
15
6.61
6.28
4.79
4.79
4.11
2.85
16
5.49
5.26
4.13
4.20
3.62
2.64
17
4.81
4.65
3.74
3.87
3.36
2.55
18
4.43
4.30
3.53
3.71
3.24
2.52
19
4.22
4.13
3.45
3.67
3.20
2.55
20
4.13
4.08
3.45
3.69
3.24
2.52
21
4.13
4.09
3.50
3.76
3.31
2.73
22
4.25
4.22
3.59
3.90
3.43
2.73
23
4.16
4.16
3.73
3.92
3.45
2.64
24
4.34
4.34
3.76
4.09
3.48
2.76
洪峰（m3/s）
145.07
138.44
100.03
92.14
76.09
59.92
24h洪量（万m3）
247.36
233.71
165.81
154.55
126.00
97.37
表1.2汛末（枯期）设计洪水成果（L04组）
频率
0.333%
3.33%
5%
10%
20%
洪峰流量（m3/s）
10.62
7.03
6.54
5.51
4.44
24h洪量（万m3）
19.57
13.59
12.82
10.62
8.45
表1.3水位（m）—库容（万m3）关系
水位
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
库容
0
0
0.4
0.8
1.6
3
5
7.4
9.8
13
水位
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
库容
16
20
24
28.51
33.55
38.61
44.29
50.29
58.86
63.91
水位
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
库容
74.48
83.41
92.99
103.4
114.7
134.1
160.6
195.1
230.6
267.1
1.1.3其他相关的水文成果
水库吹程0.52km，50年重现期最大风速为23.3m/s，多年平均最大风速17.0m/s，风向垂直于坝轴线。
平均每年泥沙淤积量约0.09万m3。
1.2工程地质情况
1.2.1区域地质情况
测区属于大姚地西北面外围的低中山构造侵蚀狭窄河谷地貌，河谷呈“U”型，山脊呈长垄状，山顶浑圆。
出露地层为“滇中红层”之白垩系杂色泥岩、粉砂岩夹钙质泥岩。
地表覆盖第四系残坡积、冲洪积层，为含砾低液限粘土夹碎石土。
水库位于云南山字型构造前弧构造西翼内侧，盾地北端，属大姚~楚雄上叠坳陷三级构造单元。
测区在大姚、姚安褶皱带上，该区以褶皱为主，断裂构造不发育。
区域构造线呈NW~NNW展布，岩层走向近似EW（倾向348~358°、倾角15~65°）。
受区域构造和局部应力场影响，岩体较破碎，节理裂隙发育。
区域上无大断裂通过，距元谋活动性断裂约60km，龙林水库区域构造基本稳定。
1.2.2水库工程地质
库区出露白垩系江底河组三段、四段（K2j3、K2j4），上覆第四系松散土体。
库区处于大姚盆地西北向外围低中山地带，为一向斜的翘起端，断裂构造不发育。
岩层总体倾向NW，走向NW～SW，倾向348～358°，倾角15～65°，地层岩性较为简单。
库区无断裂构造通过，地下水以碎屑岩裂隙溶孔水为主。
库区两岸植被覆盖一般，水土流失较轻。
龙林水库库盆区两岸山体厚实，分布泥岩、粉砂质泥岩，为相对隔水层，未发现通向库外的透水构造。
库盆为斜向谷，岩层中缓倾上游偏左岸，本次查勘未发现库水向邻谷及向下游渗漏问题。
但坝区岩体风化强烈，岩体破碎，透水性好，存在坝基及绕坝渗漏条件。
水库库岸为岩质边坡，两岸坡上缓下陡，植被发育。
右岸呈凸形，坡度28～42°，为逆向坡；左岸呈折线形，坡度30～45°。
库区河谷为横向谷，岩层倾角大于坡角且岩层倾向与坡向交角较大，不存在大的不利结构面组合。
岸坡岩体节理、裂隙较发育，存在局部剥落。
水库库岸总体稳定性较好。
龙林水库周围植被覆盖一般，水土流失较轻，水库淤积不严重。
1.2.3坝址地质条件
坝址处于河谷窄变的过渡，河谷呈NW向延伸，河床海拔高程约1880m，自西向东迳流。
库岸坡度变化较大，上缓下陡。
坝址区岩层主要为白垩系上统江底河组上段K2j3，岩性为杂色粉砂质泥岩夹钙质泥岩、泥灰岩，薄～厚层状，岩层走向与坡向近于直交，倾向上游偏左岸，倾角33～45°，坝址区无断裂构造通过，岩体较稳定，基本没有坝基、坝肩的稳定问题。
坝基河床表层为第四系冲、洪积红褐、灰黑色含砾粉质粘土夹砾砂，厚1.3～10.85m。
坝址区基岩上部强风化岩体透水性较强，坝基、坝肩均存在较严重的渗漏问题。
1.2.4地震情况
根据国家地震局颁布的1/400万《中国地震烈度区划图（1990）》和据国家质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图》（GB18306~2001），工程地区地震基本烈度为Ⅶ度，50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期0.45秒。
1.3建筑材料
1.3.1土料
挖取水库两岸的强风化泥岩类荒坡为坝体主料，储量超过150万m3，物理力学指标如表1.4及《土工试验成果总表》所示。
1.3.2粘土料
在坝址下游约200—400m处有适合制作防渗体的粘土料场，储量达9万m3，其物理力学指标如表1.4及《土工试验成果总表》所示。
表1.4各分区物理力学指标建议值
物理力学指标
坝基
冲洪积层
坝体主料
防渗体料
棱体石料
湿容重
（g/cm3）
平均值
1.90
2.02
1.91
2.02
干容重
d（g/cm3）
1.51
1.61
1.49
饱和容重
sat（g/cm3）
2.24
比重
Gs
2.70
2.69
2.72
孔隙比
E
大值均值
0.894
0.684
0.864
天然含水量
（%）
平均值
26.19
25.36
28.24
液限
L（%）
35.6
36.6
37.4
塑限
p（%）
22.0
21.7
22.9
塑性指数
Ip
13.6
14.9
14.5
压缩系数
a1-2（MPa-1）
0.37
0.38
0.51
压缩模量
Es（MPa）
4.9
5.0
3.9
渗透系数
k（cm/s）
2.29×10-5
2.38×10-4
1.69×10-6
抗剪
强度
指标
统
计
法
（ ）
平均值
28.91
20.59
27.3
c（kPa）
29.4
30.55
28.99
（ ）
小值均值
20.29
18.68
24.96
c（kPa）
27.87
22.10
24.14
建议值
（ ）
20.29
18.68
24.96
34.0
1.3.3灌浆粘土料
在水库右岸与坝顶高差约80～100m的山坡上选定一个粘土料场。
经取样测试，该土料20～2mm粒径占11%，2～0.005mm粒径占55.5%，＜0.005mm粒径占34.5%。
最大干密度1.67g/cm3，最优含水量18.955%，渗透系数1.16×10-6cm/s。
符合灌浆粘土料的质量要求。
该料场面积为3820m2，平均厚度1.5m，储量0.4万m3。
剥离系数2.5%，料场的开采方式以平采为主，运距约400～500m，已有现成土路可以使用。
1.3.4块石及碎石料
水库周围大面积分布泥岩类岩层，无合适的石料可用，区外至水库距离最近的新街石料场，石料岩性为白垩系江底河组第四段（K2j4）紫红色厚层状粉砂岩，运距25km。
含泥质，力学性能稍差。
选定石料场为赵家店料场，岩性为白垩系赵家店组（K2z）紫红色厚层状细～粗粒长石石英砂岩，储量＞10万m3，开采运输较为方便。
主要物理力学指标：
比重2.68g/cm3，容重2.44g/cm3，孔隙率8.96%，最大吸水率3.22%，软化系数0.39，
1.3.5水泥
在县城可以购买正规厂家生产的水泥，运距约7km，交通较为方便。
1.3.6砂料
库区附近天然砂料分布少，经实地踏勘调查，含泥量大，且颗粒细小达不到工程质量要求，建议不采用。
建议采用大姚龙街砂，该砂为灰白色石英砂，细度摸数1.95，含泥量4.6%。
砂料是多年来县城和乡镇建筑一直用砂料场，质量较好，储量富足，完全可以满足工程要求。
其它资料和材料参数见物理力学指标表及《土工试验成果总表》；并可参考有关设计手册和规范中的推荐值选取。
2.调洪演算
2.1防洪标准确定
云南大姚县属于一般城镇、四等城市级别，查GB50201-94《防洪标准》知该工程的防洪标准设计重现期为20―50年，校核30-100根据龙林水利枢纽设计基本资料，防洪设计标准重现期选取30年，相应的洪水频率为3.33%；防洪校核重现期选取300年，相应的洪水频率为0.33%。
主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。
永久建筑物洪水标准：
正常运用（设计）洪水重现期50年；非常运用（校核水重现期300年。
2.2基本数据
经过以上防洪标准的确定，在已知数据中选取汛期洪水过程设计见（表2.1）和汛期洪水过程校核（表2.2），水库库容曲线与（表1.3）一致。
表2.1汛期设计洪水过程（单位：
）
时间（△T=1h）
1
2
3
4
5
6
7
8
入库洪水流量（3.33%）
2.86
3.96
8.84
15.93
57.19
46.69
33.55
23.50
时间（△T=1h）
9
10
11
12
13
14
15
16
入库洪水流量（3.33%）
16.35
11.40
8.05
5.80
4.32
3.35
2.74
2.36
时间（△T=1h）
17
18
19
20
21
22
23
24
入库洪水流量（3.33%）
2.14
2.02
1.97
1.97
2.00
2.05
2.13
2.15
表2.2汛期校核洪水过程（单位：
）
时间（△T=1h）
1
2
3
4
5
6
7
8
入库洪水流量（0.33%）
3.87
9.60
16.35
26.11
82.94
68.26
49.81
35.37
时间（△T=1h）
9
10
11
12
13
14
15
16
入库洪水流量（0.33%）
24.81
17.30
12.14
8.65
6.32
4.78
3.78
3.14
时间（△T=1h）
17
18
19
20
21
22
23
24
入库洪水流量（0.33%）
2.75
2.53
2.41
2.36
2.36
2.43
2.38
2.48
2.3泄洪建筑物方案拟定
溢洪道和隧洞是土石坝最常用的泄水建筑物，对于中、高坝，大多采用泄洪隧洞，该工程中属于低坝，泄水建筑物采用岸边正槽溢洪道。
考虑到有利的地形以及排污、排冰的要求，采用开敞式溢洪道。
根据资料所给的数据可断定该工程等别属于Ⅳ等，工程规模属于小
（1）型，泄流量不大，溢洪道的的型式选用宽
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