水利工程毕业设计.doc
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湖南水利水电职业技术学院
HunanTechnicalCollegeofWaterResourcesandHydroPower
毕业设计任务书
课题名称：
石盘土坝枢纽及溢洪道设计
适用专业：
水利工程
指导老师：
汪文萍
设计开始日期：
年月日
设计结束日期：
年月日
水利工程系
目录
一、毕业设计资料...........................................
（一）、概论............................................................................................
（二）、水文水利计算............................................................................
（三）、工程地质资料............................................................................
（四）、建筑材料资料......................................
（五）、施工资料..........................................
二、毕业设计计算书........................................
（一）、坝工计算............................................
1）、坝型选择.............................................
2）、断面构造及尺寸拟定...................................
3）、渗流计算.............................................
4）、稳定分析.............................................
5）、沉降计算.............................................
6）、地基处理及细部构造...................................
（二）溢洪道设计.......................................
1）、溢流堰水力计算........................................
2）、泄水槽的水力计算......................................
3）、确定有关尺寸..........................................
三、工程图纸............................................
1）、枢纽布置图..........................................
2）、大坝下游立视图及横剖面图............................
3）、细部构造图..........................................
4）、溢洪道纵剖面图和平面图............................................................
五、毕业设计心得体会......................................
一、概论
1、灌区规划
都江堰东风渠六期工程，根据该堰总体规划，系一引洪济枯先囤后灌，引、蓄结合的灌溉工程。
在简阳的灌溉区分为三片，即：
（1）南北灌渠首段6.56万亩，已由建成的张家岩水库灌溉；
（2）南干渠草地池支渠中部以下的原南干渠全部灌溉区57万亩，由三岔水库灌溉；
（3）北干渠柏林支渠中部一下的原北干全部灌区22.17万亩，由石盘水库灌溉。
2、石盘水库规划
石盘水库位于赤水河上游，坝段在石盘乡猫鼻梁处，距石盘约6公里。
库区跨及成都市龙泉区的茶店、大兴乡部分耕地。
初期规模，可利用已建北干渠于柏杨沟隧洞出口处充水入库。
石盘水库灌溉区包括养马区大部分和贾家。
红塔区部分耕地，其范围：
北抵龙泉山麓，东以沱江为界、南临绛溪河、西至柏林乡。
包括已成的养马干渠、（中放水洞，控灌14.19万亩），太平支渠灌溉面积全部（低太平渠、低放水洞、控灌5.1万亩，其中支渠、高放水洞、控灌2.88万亩）共灌溉耕地22.17万亩，其中田3.89万亩，占总灌溉面积的17.5%。
灌区农业主产粮食和棉花。
石盘水库库区居龙泉山背斜东北依山和浅丘过渡地带，集雨面积84平方公里，P=80%（保证率80%）中等干旱年年径流总量1500万方，仅占总水量的15%，绝大部分的蓄水靠都江堰洪水充蓄规划四坝轴线总库容8701万方左右，限制高水位462.0米，死库容2880万方，死水位450.0米。
有效库容5821万方，该处河底高程425.0米。
最大高坝为40米左右。
二、水文水利计算
1、气象资料
灌区内无气象站，无实测雨量，蒸发等资料。
根据简阳气象站观测资料（见表1）证明，该区的主要气象特征是：
多年平均日招率27.1%，多年平均气温17.4℃，多年平均降水量885毫米，多年平均风速1.7米/秒，多年平均最大风速15.9米/秒，历年瞬时最大风速22米/秒，风向北东（NE）,无霜期295天，历年逐月水面平均蒸发量如表2。
15
表1简阳气象变化情况
月份
项目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年平均
日照率（%）
（1953—1973）
多年平均
20.7
20.4
28.8
32.1
28.7
28.3
37.8
43.3
25.7
18.0.
20.9
197
27.4
温度
（℃）
多年平均
月平均最高
月平均最低
极端最高
6.4
7.9
4.9
17.4
8.3
11.1
4.8
22.3
13.4
15.8
9.5
30.7
21.0
20.5
16.1
34.6
22.1
25.5
20.2
37.8
24.5
25.8
22.9
37.7
26.6
28.0
25.7
35.4
26.8
28.6
20.5
38.7
22.0
23.3
20.5
35.6
17.3
19.1
16.1
30.7
12.8
14.2
10.7
24.1
8.4
10.4
4.7
21.1
17.4
21.3
38.7（历年）
（1952—（1974.6）
极端最低
-5.4
-4.4
0.9
3.4
9.3
14.3
17.7
13.4
12.5
6.6
2.0
-2.6
-5.4（历年）
蒸发量
（毫米）
多年平均
月平均最大
43.3
82.2
49.5
82.1
96.1
142.3
126.6
171.6
158.5
205.0
150.5
204.5
153.3
194.7
149.1
187.9
103.0
135.8
57.7
84.6
49.6
66.2
35.5
46.8
1172.6
1355.2
1952.5—1996.12
月平均最小
27.9
29.5
60.9
71.9
92.2
108.0
116.1
87.9
69.4
38.7
37.6
27.9
921.9
降雨量
（毫米）
多年平均
月平均最大
月平均最小
连续三日最大
10.2
19.0
6.0
15.3
14.3
40.5
5.1
18.4
18.1
37.2
6.6
12.6
54.0
142.1
12.3
59.8
81.7
289.6
28.6
70.6
14.85
587.9
56.5
210.4
184.8
414.4
47.3
167.2
173.0
458.9
40.6
197.5
129.5
231.9
43.9
113.0
48.6
101.8
21.7
79.5
19.0
42.8
1.3
26.1
9.1
34.5
0.5
31.0
885.0
1267.4
567.0
210.4（历年）
1952.5—1974.6
一日最大
10.5
14.5
9.7
47.2
57.8
138.6
162.5
112.6
93.1
79.1
20.5
16.9
162.5（历年）
风速
（米/秒）
多年平均
与平均最小
月平均最大
1.3
2.3
1.0
1.6
2.3
0.9
1.8
2.7
1.4
2.1
3.3
1.4
2.1
2.7
1.6
1.9
2.7
1.2
1.3
2.7
1.1
1.6
2.5
0.9
1.7
2.5
0.9
1.4
2.3
0.9
1.5
2.2
0.7
1.3
1.9
0.7
1.7
2.3
1.1
1953—1974.6
极端最大
（风向）
1.0
NNE
1.7
n
1.7
N
2.2
NE
2.0
NNE
2.1
NNE
2.0
（3个）
2.0
NE
1.8
NNE
2.0
NE
1.3
N
1.2
N
2.2
NE（历年）
无霜期（天）
29.5
表2
月份
1
2
3
4
5
6
7
水面蒸发（毫米）
43.3
49.5
96.1
126.6
158.5
150.5
153.3
月份
8
9
10
11
12
全年
水面蒸发（毫米）
149.1
103.0
57.7
49.6
35.5
1172.6
由实测水面蒸发量换算为库面蒸发量的折减系数为0.72。
库面蒸发量=各月实测蒸发量×折减系数。
平均陆面蒸发量为Z（陆）=570毫米，将Z（陆）按分配至各月，分配实际蒸发量=库水面蒸发量－陆面蒸发量。
区内无24小时暴雨资料，需参见水文手册查用有关参数。
2、径流资料
区内无实测径流与洪水资料，邻近三岔水库具有1952—1972年21年径流资料，经分析条件相似可直接移用，其成果如表3。
表3
年份
1952
1953
1954
1955
1956
1957
1958
径流深（毫米）
283.5
216.3
232.1
298.5
392.2
285.1
163.2
年份
1959
1960
1961
1962
1963
1964
1965
径流深（毫米）
286.3
268.0
424.9
416.5
306.8
292.5
506.3
年份
1933
1967
1968
1969
1970
1971
1972
径流深（毫米）
198.7
240.2
426.2
242.8
214.5
56.7
27.1
水库主要系灌溉水库，兴利设计标准按80%设计，90%校核，其典型年内分配模型如表4。
模月型%年型
一
二
三
四
五
六
七
八
P=80%
0.80
0.73
0.98
0.80
0.83
1.39
32.8
47.8
P=90%
3.9
3.9
5.3
0.4
0.3
5.6
16.9
52.4
模月型%年型
九
十
十一
十二
全年
P=80%
6.15
3.55
2.71
1.46
100
P=90%
4.7
2.7
1.2
2.7
100
由于天然来水不足，主要由东风渠灌水，故又是东风渠灌区的囤水库。
东风渠分配给该库灌区的供水流量如表5。
表5（单位：
m3/s）
供时间
水
量
年型
六月
七月
八月
九月
十月
十一月小
中旬
下旬
（大）
（大）
（小）
（大）
上旬中旬下旬
P=80%
5.55
5.55
7.4
7.4
7.4
7.4
6.66
P=90%
5.55
5.55
7.4
7.4
7.4
7.4
6.66
东风渠配水通过北干渠输入水库，其输水损失为10%。
3、用水资料
该库区主要分布在养马区境内，灌溉面积为22.17万亩。
主要粮食经济作物如水稻、玉米、棉花等，经调查分析各年型灌区综合净灌水过程如表6。
表6
定额月㎥/亩
年型
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
全年
P=80%
45
34
15
33
27
31
43
10
3
3
26
0
270
P=90%
45
34
24
48
34
37
39
24
7
0
26
0
318
据统计灌区内平塘701口，蓄水量154万m3，利用系数为0.545；小型水库一座，蓄水300万m3，利用系数为0.933。
此部分分散的当地径流可用于一月份冬灌之需，以减轻供水的紧张程度。
灌区布置有干支、斗、农各级渠道网，其渠系水利用系数为0.7。
4、地形资料
赤水河发源于龙泉山东侧，自北向东，流经茶店、赤水、海螺等公社，于老君寺江入绛溪河，进而汇入沱江。
上游沟小，河床比降较大。
下游逐渐开阔，坡将减缓，洪水暴涨暴落，枯河季水几乎断流，河道两岸有零星砂岩或砾岩裸露，河床多少、卵石及块石，河段弯曲变化大。
上游山区为主，下游住丘陵地带，植被轻差。
水库即在该流域猫鼻梁处建坝。
据量测该库流域面积84平方公里，河流长度33.8公里，河道平均比降为1.82%，其水库特性曲线如表7。
表7
Z（米）
427
428
429
430
431
432
434
436
438
440
V（万㎥）
30
40
52
70
90
114
200
320
487.4
700
Z（米）
442
444
446
448
450
452
454
A（万㎥）
152.3
191.7
236.0
283.5
336.3
378.8
427.0
V（万㎥）
946.7
1293.7
1722.1
2241.4
2860.8
3575.5
4381.3
Z（米）
456
458
460
462
464
A（万㎥）
482.9
541.6
603.4
657.0
706.0
V（万㎥）
5219.5
6315.7
7450.1
8722.7
10087.5
6、工程资料
据水库远期规划干渠渠道取水高程为450.60米，渠底宽取3.2米，深为2.3米，主灌养马灌区大部分面积，其余可利用死库容之水低水控灌溉。
东风渠充水因沿途有建筑物控制，含沙量较少，P=0.7kg/m³，当地径流含沙量较大gs=450吨/公里2。
推移质占悬移质泥沙百分比为20%。
淤积年限为20年。
三、工程地质资料
石盘水库靠近龙泉山褶断东南翼的困牛山向斜边绿地带，地层平缓，倾角3°-5°，库尾达10°—20°，倾向东南（SE）40°—60°。
库区位于龙泉山的东南麓，属构造剥蚀而成的浅丘，低山地形，一般相对高差40—80米，地势由西北向东南逐渐降低，具有北西山体相对雄厚，南东分水岭单薄，低垭口多，致使副坝达到十五个以上，库区沟谷纵横，侵蚀剥蚀作用强烈，岸坡陡峻，一般35°—50°。
基岩以下白垩地层为主，库尾出露有侏罗系重庆统上部底层。
全区第四系残破积和分布广泛。
库区内有两组较为发育的节理，一组为张裂隙，走向北东（NE）10°左右，倾向北西（NE）。
节理面不平整，张开宽度1～2厘米，多被泥质充填。
二组为走北向西（NE）60°左右的层面节理裂隙，节理面平整。
节理裂缝多呈闭合不边续状态。
本区地震基本裂度小于6度。
水库库盘周边为红色砂岩，其透水性差，地形坡度不大，相对高差较小，岩层倾角平缓，不具产生大规模坍岸和滑坡的地质条件，故水库边岸是稳定的。
库区含水层以层间砂岩裂隙含水为主，次为风化裂隙含水层，地下水多由降雨补给，季节变化明显，无区域性水力联系。
水库盘西北部为龙泉山脉，山体雄厚，砂泥岩重迭相间，倾向库内，对库内蓄水极为有利。
库盘东南部，主坝至6号副坝单分水岭长达4.5公里，是库水向库外渗漏的重要地段，其渗透流量为8978m3/昼夜或0.104m3/秒，与充水入库流量4.5m3/秒相比较，只占2.3%，对水库蓄水影响不大。
2、主坝工程地质条件
主坝地质各类岩石的力学指标建议值见表8。
表8主坝地基各类岩石的力学指标建议值
岩性
允许承载力（kg/cm2）
摩擦系数（tgΦ）
凝聚力（kg/cm2）
砂
岩
弱风化的
6
0.50
0
新鲜的
10
0.55
0
砾
岩
弱风化的
15
0.55
0
新鲜的
20
0.60
0.10
泥
岩
弱风化的
3
0.35
0.05
新鲜的
6
0.44
四坝线勘测线呈北西（NE）65°方向，拟建议坝轴线向上游偏移9°，横跨赤水河两岸，坝址所在处河谷地段为极不对称的“U”型河谷，河床高程425米，左岸岸坡较陡，右岸坡较缓，河谷两岸不对称的发育有一介地。
1）坝基的工程地质条件
（1）坝基岩（土）特征
区上复第四系（Q）松散堆积物，一般厚5～8米，有的大于9米，主要由冲洪积物质组成，河槽内砂卵石层夹砂，两岸阶地及河漫滩，从上至下依次为砂粘土、粘砂土及灰褐色粘砂层及砂砾石层。
上层为相对隔水层，可作为天然防渗铺盖，中层潮湿松软，底层分布范围不详，局部夹朽木，结构松散易垮塌，透水性强。
并含少量孔隙潜水。
砂粘土，粘砂土物理力学性质见表9
表9砂粘土，粘砂土物理力学指标实验结果表
采
样
深
度
（米）
采编
编号
含
水
量
W
（%）
干容量
Vd
T/m³
饱
和
度
抗剪强度测定值
渗
透
系
数
K
（cm/sec
压
缩
系
数
a
cm3/kg
饱和固结
快剪
饱和
快剪
饱和前
饱和后
C
（Kg/cm3）
Φ
（度）
C
（Kg/cm3）
Φ
（度）
1.5
4-1
16
1.61
65
100
0.06
27
8.10
0.060
1.2
4-2
上
23
1.60
92
100
0.10
28
7.88
0.012
1.2
4-2
上
24
1.56
89
100
0.10
28
3.79
0.013
1.8
5-1
27
1.68
78
92
0.08
25.3
2.43
0.038
第四系复盖层之下为白垩系下统（K1）紫红色泥钙质胶结构的细沙砂岩，夹不稳定的砂质粘土岩及砾岩透镜体。
岩层产状大体倾向北西（NW）倾角一般2°～5°。
基岩强风化带厚2°～7°米，弱风化带2～3米左右。
砂岩和砾岩裂隙发育，主要为两组X型切断裂隙，次为层面裂隙。
在385米高程以上加以F2断层的影响，岩石透水性较强，单位吸水量W值大于0.05公升/分·m2，渗透系数K值大于0.05米/昼夜。
主坝地基各类岩石的力学指标建议如表8。
坝基土的物理力学性质如表10、表11。
---见后。
区内砂岩物理力学性质如表12。
表12岩石物理力学指标实验成果表
指
岩标
石
名
称
比
重
YX
容
量
YO
吸
水
率
%
WB
抗压强度（kg/cm）
备注
干
湿
┴
‖
┴
‖
砂
层
2.59
～
2.62
2.62
～
2.35
2.24
～
3.91
202.5
～
313
200
～
303
105.5
～
209.5
1149
～
192
（2）断层
F3断层：
为顺河延伸的逆断层，走向北东（NE）20～40,与坝轴线呈60左右的交角，倾向北西（NW），倾角10～30，地表露出处倾角变大，断距2～3米。
沿走向构成破碎带，其平面投影宽度100米左右，在工程控制内破碎带埋深的最低标高为388米。
在区内该断层被第四系堆物覆盖。
钻孔压水资料表明破碎带渗透性能较大，单位吸水量W值为2.5公升/分.㎡至7.386公升/分.㎡，渗透系数K值2.7874米/昼夜。
2）左岸坝肩工程地质条件
坝肩山体雄厚，在460米高程处宽达20余米，强风化带厚3米，弱风化带1.5米。
但由于F3断层的影响，局部岩层破碎，W值为1.897公升/分.㎡，K值为1.683米/昼夜，相对隔水层埋藏深。
为此，在高水头压力下将会产生严重的坝绕坝渗漏。
3）右岸坝肩工程地质条件
坝肩山体单薄，在445米高程处，山体宽40～60米，岩石较完整，渗透系数小，属弱透水层，相对隔水层埋藏较浅。
岩石风化严重，强风化带厚6.5m，弱风化带厚2m。
综上所述，F3断层的存在是该坝址的主要工程地质问题，因为它严重的破坏了岩层的完整性，并促使岩层裂隙进一步发育，构成了水库的良好通道，为了水库正常蓄水，保证坝体安全，对它必须进行专门性处理，其措施是：
采用挖洞回填的方法筑一道地下防渗墙，达到加固基岩和防止库水渗漏，确保坝体安全的目的。
同时还必须配合上游截水墙，垂直防漏和水平防渗以及其它必要的措施，才能完全达到上述的目的。
否则，不仅不能保证水库的正常运转，而且在渗漏进一步恶化的情况下会危及坝体安全。
此外，对四系复盖层部局部含朽木的灰褐色粉砂层及砂卵砾石层也应引起必要的注，在技施设计或施工详图阶级中需取样进行室内实验，查明其物理力学特性。
以确定其承载能力对坝体稳定性的影响程度，便于采取相应的处理措施。
3、枢纽其它建筑物工程地质条件
1）溢洪道
溢洪道位于主坝左岸蛮于洞山垭上，其高程约为459米，该处为厚层状长石砂岩夹砾岩透镜体，岩层倾向北西（NW），倾角平缓，节理裂隙不发育，风化不甚严重，岩石较完整，力学强度较高，边坡稳定，故工程条件较良好。
溢流堰岩石指标建议值如表13。
表13
岩
石
各
类
单
位
岩
性
指
标
砂石
砾岩
允许承载应力「σ」
公斤/cm2
10
15～20
摩擦系数f=tgφ
0.45～0.50
0.55
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