重力坝设计实例.doc

《重力坝设计实例.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重力坝设计实例.doc（30页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第一章 基本资料51.2 地形地质条件51.3水文条件61.4气象条件61.5工程材料、交通运输及劳动力供应情况61.5.1 当地材料61.5.2 交通运输及劳动力及机械供应条件71.6其他有关数据7第二章 枢纽总体布置72.1确定枢纽等别和建筑物级别72.2坝型选择72.2.1 坝型的初步选择72.2.2 坝型的进一步选择92.3坝址选择112.4枢纽建筑物的选择112.5工程综合说明12第三章 非溢流坝设计- 14 -3.1剖面设计- 14 -3.1.1坝顶高程的确定- 14 -3.1.2坝顶宽度- 14 -3.1.3坝面坡度- 15 -3.1.4 坝基的防渗与排水设施拟定- 15 -3.

2、2荷载计算- 16 -3.2.1计算情况的选择- 16 -3.2.2计算截面的选择- 16 -3.2.3荷载计算- 16 -3.3抗滑稳定及坝体应力分析19A设计洪水位19B设计洪水位20第四章 溢流坝设计214.1孔口设计214.1.1泄水方式的选择214.1.2洪水标准的确定214.1.3设计流量的确定224.1.4单宽流量的确定224.1.5孔口净宽的拟定224.1.6溢流坝段总长度224.1.7溢流堰顶高程的确定224.1.8闸门高度的确定。234.1.9定型设计水头的确定234.2消能防冲设计234.2.1 反弧半径的确定234.2.2挑距和冲坑的估算244.3溢流坝剖面设计25第五

3、章 泄水孔设计265.1孔径的拟定265.2进水口体形设计265.3闸门与门槽275.4渐变段275.5出水口275.6水力计算27第六章 重力坝主要构造276.1坝顶构造276.2坝体分缝与止水286.3廊道系统296.4 坝体防渗与排水29第七章 地基处理297.2 坝基的防渗处理297.3 坝基排水29参 考 文 献30春河张谷水利枢纽工程设计重力坝设计第一章 基本资料1.1 流域概况及枢纽任务春河属于山区河道，流域内多高山峡谷，平原范围甚小，张谷以上河床平均坡度为1/600，以下平均坡度为/1000，坡陡流急，暴雨急流时间甚短，每逢暴雨，山洪暴发，易泛滥成灾，下游农田受到洪水威胁，流域

4、内山区占70，垦地占30。本流域内除粮食外，还出产棉花、桐油、木耳、药材等，上游以发现铜、银、锌、铅、铁等矿很多，但目前尚未得到开发，春河本身虽流量不大，但因地势关系，水流遄急，蕴藏着丰富的水力资源。本枢纽位于春河上游山区，坝址选定在张谷，主要任务是防洪发电。发电尾水可供下游农田灌溉，规划中仅在张谷以下120公里处兴建壅水枢纽引水灌溉。1.2 地形地质条件图11 坝址地形图张谷坝址右岸高山重叠，交通不便。左岸地势较平坦，小丘陵绵延。在张谷上游地形开阔，可以蓄水，容纳水量很多。张谷是一个峡谷，两岸悬崖陡壁，十分险要，河岸狭窄，宽仅一百余米，是理想的筑坝地点。坝址地质为青灰色的石灰岩，为整体岩石，

5、石质坚硬。右岸山岗覆有薄层黄土。在甲坝轴线上，右岸山岗沙壤土覆盖层最厚的为5米，岩石风化厚度为3米。左岸岩石露头，节理不多，风化层有3米多厚。在乙坝轴线上，右岸山岗沙壤土覆盖层较厚，最后的达18米。风化岩石最厚的达7米。左岸山头亦有沙壤土覆盖。经过调查研究，已查明坝址附近无断层。坝址基础石英岩的抗压强度为10001200公斤平方厘米，摩擦系数为0.65。抗剪断摩擦系数为1.0 ，抗剪断凝聚力为1.0兆帕。本地区曾发生过轻微地震，据分析地震烈度为4级。 具体地形情况见图111.3水文条件经水文水利计算，有关数据如表11所示：表11 水文计算结果特征水位上游水位（m）下游水位（m）库容亿m3溢流坝

6、泄量校核洪水位307.3214.59.66700设计洪水位305.1213.29.25350正常高水位303198.18.6汛前水位2991.4气象条件表12 多年平均降雨量月 份 项目123456多年平均降雨量(毫米)10.734.244.156.9135.1164.5多年平均降雨日数(天)58.68.68.29.87.4 月 份 项目789101112多年平均降雨量(毫米)191.6180.590.495.954.417.1多年平均降雨日数(天)1211.410.61110.85.4最多雨量发生在1952年，计1357毫米，最少雨量发生在1954年，只有372毫米。一日最大雨量达196毫米

7、。1.5工程材料、交通运输及劳动力供应情况 1.5.1 当地材料 石料 距坝址上游一公里处，两岸石英岩及页岩可大量开采，而且石质良好。在25次冻融之后，抗压强度为900公斤平方厘米。砂料 距坝址上游三公里处，滩地有坚硬的砾石和粗砂，蕴藏量约有四十万立方米，砂为石英颗粒，是风化产物。土料 距坝址上游五公里处有粘壤土，蕴藏量约为20万方，其内摩擦角为20(饱和的) ，天然干容重=1.6吨米3，渗透系数值为厘米秒。木材 可自距坝址15公里的深山内取得。1.5.2 交通运输及劳动力及机械供应条件目前主要交通运输靠公路干线，公路干线距坝址左岸约公里。水泥钢材可由公路自离坝址60公里处的甲城运来。附近无施

8、工动力，机械可由甲城供应。普通工人当地可以供应三万人，技术工人可由甲城调来。 1.6其他有关数据春河的河流泥沙大部分是页岩风化的产物，颗粒很细。据资料统计，多年平均输沙总量为185万立方米。每立方米淤积泥沙单位重为1.32吨立方米。在预留淤沙库容时，水土保持有效年限估计为30年。水库最大吹程为19.5公里，多年平均最大风速为14米秒。坝体混凝土采用C10，抗压强度为9.8MPa, 重度采用。第二章 枢纽总体布置2.1确定枢纽等别和建筑物级别 根据工程的效益、库容确定本工程属于大（2）型工程，其主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。2.2坝型选择2.2.1 坝型的初步选择在坝型的选择上存在拱坝、支

9、墩坝、土石坝、混凝土重力坝等。拱坝拱坝是基本坝型里最晚发展起来的。其优点是利用拱作用于坝体上的水压力传至坝肩两岸的岩体中，坝内的主要应力为压应力，从而充分利用了混凝土抗压的性能，而且可以利用拱座下游的岩体抗历来维持坝的抗滑稳定，最终达到节约材料的目的；且拱座是整体性的空间结构，超载能力较强，坝体比较轻韧，弹性较好，只要基岩稳定，拱坝的抗震能力就比较高；因拱坝较薄，扬压力也较小。但其也存在许多缺点，如拱坝的修建对河谷的形状要求较高，对两岸的岩石完整性要求较高，对坝体材料的强度和防渗要求及施工要求都比较严格，温度应力是它的主要应力，施工过程也较其它坝型困难。拱坝的修建对地形条件和河谷的要求比较高。

10、河谷的形状特征常用坝定高程处的河谷宽度L与坝高H的比值，即“宽高比”L/H来表示。在宽高比较小的河谷，拱坝的弧弦长相对于坝高较小，拱的作用能更好的发挥，大部分荷载通过拱的作用传至两岸，仅有小部分荷载通过梁的作用传至坝基，故坝体可以修建的较薄。根据工程经验，在L/H1.5的深窄河谷可以修建薄拱坝，在L/H=1.53.0的稍宽河谷可以修建一般拱坝，在L/H=3.04.5的宽河谷多修建重力拱坝，而在L/H4.5的宽浅河谷，拱的作用已经很小，梁的作用将成为主要的传力系统，一般认为只能修建重力坝或拱形重力坝较为适合。根据所给的水位可初步确定坝高H约为120米，从甲甲地质剖面图上可量得坝顶处河谷宽L约为6

11、30米，宽高比LH=630/120=5.25,宽高大于4.5，不适合选用拱坝，故在坝型选择上不考虑拱坝。支墩坝支墩坝由一系列支墩和盖板所组成。至墩沿坝轴线排列，前面设有盖板，形成挡水面。库水压力由盖板传给支墩，在由支墩传给地基。支墩坝可以节约混凝土方量，随受力情况调整厚度，从而充分利用混凝土的容许抗压强度，从而充分利用材料强度。但其侧向稳定性差，对地基要求严格，钢筋用量也较大，施工条件难易并存，溢流要慎重。由于支墩坝应力复杂，并存在许多问题未得到解决，且近几年的工程中已经很少采用支墩坝了，故本工也不采用支墩坝。土石坝土石坝是土坝和堆石坝的总称。土石坝历史悠久，在国内为广泛采用。因为它可以就地取

12、材，节约水泥、木材和钢筋等重要的建筑材料；对地质要求较低，能适应地基变形；结构简单，便于维修和加高、扩建；施工技术较简单，工序少，便于组织机械化快速施工；有较丰富的修建经验。但其抵御洪水漫顶的能力差，坝身一般不能溢流，需另设溢洪道；施工导流不如混凝土坝方便；粘性土料的填筑受气候条件的影响较大。在甲坝轴线上，没有垭口，不能设置溢洪道，因此不适合选用土坝。混凝土重力坝岩基上的重力坝在水压力作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定。与常用坝型比较，混凝土重力坝具有如下优点：重力坝设计和建造的经验比较丰富，安全可靠，剖面尺寸大，应力较低，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗水的渗漏、洪水漫顶、地震和

13、战争的能力较强，使用年限较长，养护费用较低；由于坝体作用于地基面上的压应力不高，对地形、地质条件适应性强，任何形状的河谷都可以修建重力坝；重力坝可以做成溢流的，也可以在坝内设置泄水孔，一般不需要另外设置溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑，泄洪问题容易解决；便于施工导流，在施工期可以利用坝体导流，一般不需要另开导流隧洞；大体积混凝土可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇捣方面都比较简便；重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，应力分析和稳定计算都比较简单；在严寒地区，与拱坝或支墩坝相比，受到冻害的影响较小。但是由于依靠自身重力维持稳定，所以坝体的体积较大，要消耗大量的水泥

14、；坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；坝体与地基的接触面积大，因而坝底的扬压力较大，对稳定不利；由于坝体体积大，施工期混凝土的温度应力和收缩应力较大，在施工期对混凝土温度控制的要求较高。经过以上几种坝型相比较，本工程适合选用混凝土重力坝。2.2.2 坝型的进一步选择在重力坝中根据坝的横断面的结构型式可分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、预应力重力坝、碾压混凝土重力坝等。宽缝重力坝一般重力坝沿坝轴线所设横缝很宽，又称实体重力坝。宽缝重力坝是在实体重力坝的基础上，将横缝扩宽成为空腔而成的。设置宽缝后，坝基的渗透水可从宽缝中排出，所以扬压力显著降低，作用面积也相应减小；由于宽缝重力坝所受的扬压力

15、小，坝体混凝土方量可较实体重力坝节省1020，甚至更多；宽缝增加了坝体的侧向散热面，加快了坝体混凝土的散热过程。但是宽缝重力坝增加了摸板用量，尤其是倒坡部分更增加了立模的复杂性；在某些部为上存在局部的不利应力分布，温度应力问题也较多；施工比较复杂，需要的人工多，且施工进度慢。因此本工程可不考虑宽缝重力坝。空腹重力坝空腹重力坝是在坝内布置大型空腔，空腔下面不设底板，坝底所受的荷载直接由所谓的前后腿传到地基上。空腹重力坝坝体内的空腔减小了坝基扬压力，因而混凝土方量可较实体重力坝节省2030，并且可以节省坝基开挖量；上游坝踵的应力较大，扬压力可进一步得到降低；可以适应某些不利的地质条件（例如坝修建在

16、具有软弱断层的地基上，可用空腹越过软弱层）同时尚可利用空腹布置水电站的厂房等。它的缺点是在空腹附近的应力分布较复杂，可能存在一定的拉应力，须配置较多的钢筋，应力分析及施工过程比较复杂在实际工程中很少采用。因此，本工程不选空腹重力坝方案。预应力混凝土重力坝坝的特点是利用预加应力措施来增加上游部分的压应力，以增加坝体的稳定性，并有效地改善坝身应力，从而可以大大消减坝体的断面，达到节约混凝土的用量。但这种坝也同样存在施工复杂钢筋用量多的缺点，在实际工程中很少采用。因此，本工程不选预应力重力坝方案。碾压式混凝土重力坝要考虑渗透和层与层之间的接触问题且施工复杂，因为我们现在的水平有限，不能作出很好的论证

17、，因而放弃此种很好的坝型。实体重力坝实体重力坝是最原始也是最简单的型式。其优点是施工，计算，设计均较简单，应分布也较明确和有利。但其缺点是扬压力大，端面面积和工程量大。本工程所在坝址的地质条件比较好，因而也无须建空腹重力坝，从而减少施工难度；由于宽缝重力坝对扬压力的减少不明显，且其应力也复杂，故也无须修建宽缝重力坝；预应力重力坝的钢筋用量大，施工复杂，在此也不宜选用此重力坝；而实体重力坝其优点及本枢纽所在的地形地质条件（地质较好，河谷的宽高比较大）决定了实体重力坝是重力坝里的最佳坝型。最终方案采用混凝土实体重力坝。 2.3坝址选择从开挖量上来考虑，在甲坝轴线上，右岸山岗沙壤土覆盖层最厚的为5米

18、，岩石风化厚度为3米。左岸岩石露头，节理不多，风化层有3米多厚；乙坝轴线上，右岸山岗沙壤土覆盖层较厚，最后的达18米。风化岩石最厚的达7米。左岸山头亦有沙壤土覆盖。由此可见乙坝轴线的开挖量较大。从水流特性上来考虑，应该尽量选择与水流流向相垂直的坝轴线，以减小水流对岸坡的冲刷。从地形图上可见，水流流向与甲坝轴线近于垂直。经以上的比较，可见选择甲坝轴线比较合适。2.4枢纽建筑物的选择本枢纽的主要任务是防洪发电，主要建筑物有挡水建筑物，泄水建筑物，放空建筑物和电站建筑物。泄水建筑物：常用的坝身泄水建筑物有坝身泄水道（包括溢流坝、中孔泄洪孔、深式泄水孔、坝下涵管等）和河岸泄水道（包括河岸溢洪道和泄水隧

19、洞等）。河岸泄水道多用于土石坝的水利枢纽中，并且因为没有垭口，不适合用河岸溢洪道。本工程选用的是实体重力坝，坝身可过水，无需采用泄水隧洞。实体重力坝可做成溢流的形式，坝顶溢流式除宣泄洪水外，也能用于排除冰凌和飘浮物。由于坝顶闸门承受的水头较小，空口尺寸可以较大，随着库水位的升高，下泄量也迅速增大。因此，当遭遇意外洪水时，可有较大的超泄能力，而且闸门启闭操作方便，易于检查修理，工作安全可靠，所以本工程的泄水建筑物可选用溢流坝形式。电站建筑物：在泄流量大，河谷狭窄，地面布置电站厂房有困难时可采用地下室厂房，但此类厂房工程造价高，工期长，通风防潮和运行条件差，目前建设较少。河床式厂房是挡水建筑物的一

20、部分，该形式厂房多建在平原地区的低坝枢纽上，当水头较大时，机组及厂房的尺寸相对较小，厂房难于独立承受上游水压力，此时可采用坝后式厂房。放空建筑物：坝下涵管通常布置在土石坝下部，本枢纽采用混凝土重力坝，则不必采用涵管。 隧洞需开挖山体，工程量较大，不宜采用。本工程采用深孔作为放空建筑物。2.5工程综合说明 本工程是以发电为主的综合利用工程，溢流坝段布置在主河槽处，冲沙孔布置在电站进水口附近。本枢纽的主体工程由挡水坝段、溢流坝段、泄水底孔坝段、电站坝段及其建筑物组成，电站为坝后式。本重力坝由20个坝段组成，每个坝段的长度大约为15m，从右岸到左岸依次是110号坝段为右岸挡水坝段，11号12号为底孔

21、坝段，1316号为溢流坝段，1720号为左岸挡水坝段。该坝坝基面最低高程为194.8m，坝顶高程为307.3m，坝体总长度为306m，枢纽工程布置见图21。非溢流坝段：右岸全长150m，左岸全长60m，坝段均长15m。坝顶宽度为10m，坝顶两侧各设一宽1m的人行道。坝顶的上游侧设置高1.2m宽0.5m的钢筋混凝土结构防浪墙，下游设置栏杆。沿坝轴线方向每隔20m设置一个照明灯。坝上游面为折线面，起坡点高程为233.5m，坡度为1：0.2，下游面坡度为1：0.7，折坡点高程为293m。溢流坝段：全长66m，分4个坝段，每段长16.5m，共分5孔。溢流堰顶高程为291.4m。堰顶安装工作闸门和检修闸

22、门，闸门宽高=1012。工作闸门为平面钢闸门，采用坝顶门机启闭。工作桥面与非溢流坝顶一致。堰顶设有两个中墩，其厚度为3m边墩厚2m，缝设在闸孔中间。溢流堰面采用WES曲线，过堰水流采用连续式鼻坎挑流消能，坎顶高程为215.5m，反弧半径为30m，挑射角为25o，边墩向下游延伸成导水墙，其高度为5m，断面为梯形，顶宽为0.5m底边为3m，需分缝，缝距为15m。电站坝段：电站的装机容量为105000万千瓦，坝段总长30m，坝顶高程为307.3宽度为20m，坝顶人行道与挡水坝段一致，门机与溢流坝段一致，上游突出2m为拦污闸槽，引水口孔径为3.3m，进口为三向收缩的喇叭口，进口前紧贴坝面布置拦污栅，进

23、口处设置事故闸门和工作闸门，均为平面闸门。在进口闸门后设置渐变段，渐变段为圆角过渡，长度为7m。电站厂房采用坝后式，位于右岸非溢流坝后，由主厂房、副厂房等组成。副厂房在主厂房的上游侧，厂房与坝之间用缝分开。图21 枢纽工程布置图（单位m）第三章 非溢流坝设计3.1剖面设计3.1.1坝顶高程的确定本枢纽属于内陆峡谷地区（风速V020M/S，吹程D20KM )，所以波浪要素按官厅水库公式计算.hl=0.00166V05/4D1/3 (m)L=10.4(hl)0.8 (m)Hz=(hl2/L)coth(2H/L) （m）自坝面沿法线到对岸的最大距离作为吹程，故吹程D取2200M。设计情况坝前水深取1

24、10.3M。校核情况取112.5M。表31 防浪墙高程计算成果表计算情况水位高程风速（M/S）波高（M）波长L(M)风壅水面高度（M）安全加高（M）静水位以上的超高（M）防浪墙高程设计情况305.128.001.3913.530.450.72.54307.6校核情况307.314.000.586.730.160.51.24308.5经过比较可知防浪墙高程为308.5m，因此坝顶高程为防浪墙高程减去防浪墙高度1.2 m，则坝顶高程为307.3m。最大坝高为307.3-194.8=112.5m3.1.2坝顶宽度为了适应运用和施工的需要，坝顶必须有一定宽度。一般地，坝顶宽度取最大坝高的810，故坝顶

25、宽度取10M。3.1.3坝面坡度多年平均输沙总量为185万立方米，在预留淤沙库容时水土保持有效年限估计为30年，淤沙容积为18530=0.555108亿立方米，由水位库容曲线可查得淤沙高程为233.5米。上游折坡点高程不低于淤沙高程并一般取在坝高的1/32/3处，即位于228.3266.5米的高程处，所以上游折坡点可取在淤沙高程233.5米处，坡度为1：0.2；，因为基本三角形的顶点与校核洪水位齐平，故重力坝剖面的下游坡向上沿伸应与校核洪水位相交，则可以得出下游坡的起坡点的高程为293米处，坡度为1：0.7。图31 非溢流坝剖面图3.1.4 坝基的防渗与排水设施拟定由于防渗的需要，坝基须设置防

26、渗帷幕和排水孔幕。据基础廊道的布置要求，初步拟定防渗帷幕及排水孔中心线在坝基面处距离坝踵分别为7.8m和10.2m.拟定的剖面尺寸如图31所示。对初拟定的剖面修改校核再修改的重复的计算过程略。3.2荷载计算3.2.1计算情况的选择 在设计重力坝剖面时，应按照承载能力极限状态计算荷载的基本组合和偶然组合。荷载组合有：正常蓄水位情况、设计洪水位情况、冰冻情况；偶然组合有：校核洪水情况、地震情况。设计时应对这五种情况分别进行计算。由于本地区的地震烈度小于六度，故不考虑地震荷载，本次设计仅选取设计洪水位和校核洪水位情况进行荷载分析计算。3.2.2计算截面的选择对于本工程，岩石较完整，节理不发育，可以仅

27、分析沿坝基面的抗滑稳定。3.2.3荷载计算先算出荷载作用的标准值，标准值乘以其分项系数即为荷载作用的设计值；然后，求出荷载作用点对滑动面截面形心的力臂、荷载所产生的力矩的标准值、设计值。设计洪水位和校核洪水位情况下作用在坝基面的荷载有：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。有关参数的选择：混凝土的重度为24KN/M3，水的重度为9.81 KN/M3，扬压力的折减系数为0.25，泥沙的浮重度为9.5 KN/M3,内摩擦角为12。荷载分布如图3-2所示图 32荷载计算情况如下表（各组合情况均取单位坝长计算）：表32 设计洪水位情况下荷载计算成果表荷载作用及分项系数标准值（KN）设计值（KN）对

28、截面形心的力臂（m）力矩标准值（KN.m）力矩设计值（KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重W1（1.0）3594359427.69919499194W2（1.0）270002700020.0540000540000W3（1.0）81026810267.9640105640105水压力PH1（1.0）596755967517.310323771032377Ph2（1.0）1661166128.64750547505水压力Pv1（1.0）5437543728.9157129157129Pv2（1.0）1469146930.24436444364Pv3（1.0）1162116249.4

29、5740357403泥沙压力Psh（1.2）4665559818.586303103563Psv（1.2）1342161130.24052848652浪压力Pl（1.2）28634335.61018112211扬压力U1（1.0）15614156140U2（1.2）2299275927.76368276424U3（1.2）8598103188.87566290798U4（1.2）3448413826.491027109243小计299591210306462616613282912129965616166195687720285839801372078831总计9107162965884706

30、3955-1071706-1098694表33 校核洪水位情况下荷载计算成果表荷载作用及分项系数标准值（KN）设计值（KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（KN.m）力矩设计值（KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重W1（1.0）3594359427.69919499194W2（1.0）270002700020.0540000540000W3（1.0）81026810267.9640105640105水压力PH1（1.0）620796207918.411422541142254Ph2（1.0）1904190427.95312253122水压力Pv1（1.0）5604560428.

31、9161956161956Pv2（1.0）1469146930.24436444364Pv3（1.0）1333133349.16545065450泥沙压力Psh（1.2）4665559818.586303103563Psv（1.2）1342161130.24052848652浪压力Pl（1.2）688236.825023018扬压力U1（1.0）16717167170U2（1.2）2321278527.76429277150U3（1.2）8681104172.72343928126U4（1.2）3483418029.4102400122880小计312021213686681219043409

32、912163767759190490948121564289222922207542总计90166640988753865855-1246947-12852503.3抗滑稳定及坝体应力分析A设计洪水位（1）抗滑稳定极限状态本次采用抗滑稳定极限状态法进行分析。查相关规范可知设计洪水位情况下：0=1.0 ，=1.0， 的材料性能分项系数分别为1.3，3.0；混凝土抗压强度材料性能分项系数为选用C10混凝土，则标准值 ，设计值为0S(GGK，QQK，K) 1.01.0P 639551.0 63955（KN）1/d1R( fk /m，K )1/d1（fW + cA）=1/1.2（0.692388470

33、+233.33386.5）=67859（KN）由以上计算可知：设计洪水位情况下，坝基满足抗滑稳定极限状态要求。（2）应力分析按坝体强度极限状态法计算。用承载能力极限状态法（荷载及材料性能均采用设计值）计算坝趾应力状态，用正常使用极限状态（荷载及材料性能均采用标准值）计算坝踵的应力状态。0=1.0 ，=1.0，结构系数d = 1.8，下游坡度m = 0.7，坝底宽度B=86.5m。坝趾处： 1.01（8847086.56109869486.52）（10.72）2837kpa对于坝址混凝土：2837kpa对于坝址岩基，其抗压强度为100兆帕，抗剪凝聚力为1兆帕，抗剪系数为1.0，抗压强度远大于混凝

34、土，故满足设计要求。坝踵处：0S()0(W/B+6M/B2) 1.0( 9107186.56107170686.52) 193.4kpa0由以上计算可知：设计洪水位情况下，坝趾、坝踵处的应力符合强度要求。B设计洪水位（1）抗滑稳定极限状态0=1.0 ，=0.85， 的材料性能分项系数分别为1.3，3.0；混凝土抗压强度材料性能分项系数为选用C10混凝土，则标准值 ，设计值为0S(GGK，QQK，K) 0.851.0P 658550.8555977（KN）1/d1R( fk /m，K )1/d1（fW + cA）=1/1.2（0.692387538+233.33386.5）=67322（KN）由

35、以上计算可知：校核洪水位情况下，坝基满足抗滑稳定极限状态要求。（2）应力分析按坝体强度极限状态法计算。用承载能力极限状态法（荷载及材料性能均采用设计值）计算坝趾应力状态，用正常使用极限状态（荷载及材料性能均采用标准值）计算坝踵的应力状态。0=1.0 ，=1.0，结构系数d = 1.8，下游坡度m = 0.7，坝底宽度B=86.5m。坝趾处：1.00.85（8753886.56128525086.52）（10.72）2587kpa对于坝址混凝土：2587kpa对于坝址岩基，其抗压强度为100兆帕，抗剪凝聚力为1兆帕，抗剪系数为1.0，抗压强度远大于混凝土，故满足设计要求。坝踵处：0S()0(W/

36、B+6M/B2) 1.0( 9016686.56124694786.52) 42.5kpa0由以上计算可知：校核洪水位情况下，坝趾、坝踵处的应力符合强度要求。第四章 溢流坝设计4.1孔口设计4.1.1泄水方式的选择 重力坝的泄水主要方式有开敞式溢流和孔口式溢流，前者除泄洪外还可以排除冰凌或其他漂浮物。设置闸门时，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节水位和下泄流量，适用于大中型工程，所以为使水库有较大的泄洪能力，本设计采用开敞式溢流。4.1.2洪水标准的确定 本次设计的重力坝是2级建筑物，采用100年一遇的的洪水标准设计，1000年一遇的洪水标准校核。4.1.3

37、设计流量的确定 设计情况下，溢流坝的下泄流量为5350m3/s，校核情况下，溢流坝的下泄流量为6700m3/s。4.1.4单宽流量的确定坝址处基岩为青色的石灰岩，为整体岩石，石质坚硬。根据枢纽的总体布置，单宽流量取q100150m3/(sm)4.1.5孔口净宽的拟定分别计算设计和校核情况下泄洪所需的孔口宽度，计算成果如下表。表41 孔口净宽计算计算情况流量Q （m3/s）单宽流量q m3/(sm)孔口净宽B(m)设计情况535010015053.535.7校核情况67001001506744.7根据以上计算，溢流坝孔口净宽取50m,假设每孔宽度为10m，则孔数为n为5。4.1.6溢流坝段总长度

38、根据以往经验，拟定闸墩的厚度，初拟定闸墩的厚度d为3m。边墩厚t为2m，则溢流坝的总长度B0为：B0=nb（n1）d2t50 + 12 + 4 = 66 (m)4.1.7溢流堰顶高程的确定初拟侧收缩系数=0.95，流量系数m=0.507。因过堰水流为自由出流，故s=1，由堰流公式，则，计算水位分别减去其相应的堰上水头即为堰顶高程。表42 堰顶高程计算计算情况流量Q （m3/s）侧收缩系数流量系数孔口净宽（m）堰上水头（m）堰顶高程（m）设计情况53500.950.5025013.7291.4校核情况67000.950.5025015.9291.4根据以上计算，取堰顶高程为291.4m。4.1.

39、8闸门高度的确定。计算如下：门高=正常高水位堰顶高程+（0.10.2）=303291.4+0.2 =11.8 (m)取门高为12m。4.1.9定型设计水头的确定堰上最大水头Hmax=校核洪水位堰顶高程，即：Hmax=307.3291.4=15.9（m）定型设计水头Hs为：Hs=（75%95%）Hmax=11.915.1 （m）取Hs=13.5m，由13.5/15.9= 0.85，查表知坝面最大负压0.3Hs=4.05（m），小于规定的允许值（36m水柱）。4.1.10泄流能力校核由水力学公式计算侧收缩系数，然后计算不同水头作用下的流量系数m，根据已知条件，运用堰流公式校核溢流坝的泄流能力。计算

40、成果如表43。表43 泄流能力校核计算计算情况mB(m)H(m)Q(m3/s)|(QQ)/Q|100设计情况0.5120.955013.754622.1校核情况0.4900.955015.965362.4由表可知误差小于5%，说明孔口设计符合要求。4.2消能防冲设计此次设计的重力坝是高水头、大流量、基岩较坚固的高坝，对比几种消能方式，选用挑流消能。参考已建工程经验取挑射角=25，挑流鼻坎应高出下游最高水位（214.5m）12m，那么鼻坎的高程为214.5+1=215.5m。4.2.1 反弧半径的确定坎顶水流流速u按公式u= （2gH）1/2计算。其中，经计算KE值为0.0486，求得=0.91

41、，H为校核洪水位与坎顶的水头差H=91.8m。 u0.91（29.8191.8）1/238.62 (m/s)坎顶水深为： H = Q/Bu = 6700/5038.62 = 3.47 （m）反弧半径R为： R = （4 10）h = 13.88 34.7 （m）取R=30m4.2.2挑距和冲坑的估算水舌的挑距L0的计算公式为：式中 L0水舌挑距，m；h2坎顶至河床面高差，m；h1坎顶垂直方向水深，m，h1=hcos；v1坎顶水面流速，m/s，取鼻坎处平均流速的1.1倍。经计算求得L0 = 181 (m)图41 挑流消能冲刷坑计算图最大冲坑水垫厚度估算公式为：tk=q0.5H0.25 tk=q0.5H0.25-H2式中 tk水垫厚度，自水面算至坑底，m；tk冲坑深度，m；q单宽流量，m3/（s.m）；H上下游水位差，m；H2下游水深，m；冲坑系数，坚硬完