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1、目 录摘 要2第一章 前 言4第二章 工程概况6第三章 设计条件和设计依据 15第四章 洪水调节计算（专题） 17第五章 坝型选择及枢纽布置 26第六章 大坝设计 28第七章 泄水建筑物设计 46第八章 施工组织设计 51附：稳定计算程序 53 摘 要本设计通过对流域的自然地理，水文气候特征，工程地址及水文地质分析的基础上，通过调洪演算得到堰顶高程及溢流堰空口净宽，并得到设计水位及其流量，校核水位及其流量。通过坝址及坝型的技术经济的比较及定性分析，定出坝轴线的位置，其坝型定为土石坝，然后对大坝进行全面的设计。首先，通过在土石坝中对几种不同类型的土石坝进行技术经济等方面的比较，确定大坝为斜墙土石
2、坝。然后对大坝的基本剖面及轮廓尺寸进行拟定，验算。并对坝体排水及坝坡，粘土防渗墙进行防渗设计。坝址附近有粘土料场及沙砾料场，通过土料分析，计算确定粘土料场及沙砾料场的选用。接下来对坝体进行渗流计算，本设计分别选用坝体中间剖面及坝体左右各一个有代表性的剖面进行设计，计算渗透流量及逸出水深。并画出斜墙处的流网图，计算渗流溢出点的渗透坡降，确定是否满足要求。然后进行稳定性计算，确定在各种水位工况下上下游坝坡的最小安全系数，并经过反复计算得到大坝经济剖面。土石坝坝基处理是分析河床部分及坝肩，选择适宜的渗流控制方案。再设计大坝的细部构造。分别设计坝防渗体及排水设备，并对防渗体及排水部位进行反滤层设计，确
3、定坝顶布置。土石坝坝顶不能溢流，故采用隧洞泄洪。隧洞要设计进口部分，洞身尺寸及出口消能。进行必要的水力计算和静力计算，验证建筑物的轮廓尺寸和各部分的结构尺寸是否合理。通过隧洞水面线计算最终确定洞身尺寸。然后对隧洞细部及放空洞进行设计。最后进行施工组织设计，包括施工导流计划和施工控制性进度。由于知识有限，缺乏经验，本设计中的不妥及错误之处，望各位老师予以批评指正。谢谢！ABSTRACT Is it pass physical geography in basin to design originally, hydrology climate characteristic, project add
4、ress and at the foundation that hydrogeology analyse, through adjust big to is it get weir high Cheng very and is it flow weir empty mouthfuls of clear width to overflow to make mathematical calculations , receive and design water level and flow, check water level and flow . Comparison of the techno
5、logical economy through the dam site and dam type and qualitative analysis, make the position of the axis of the dam , its dam type determines as the soil stone dam , then carry on the overall design to the dam. First of all, through stone carry on technological economy comparison of to several diff
6、erent kinds of soil stone dam among the dam in soil, confirm dam as the earth-rocking dam of slopping core-wall. Then draft the basic section and size of outline of the dam, checking computations. Drain off water to dam body and dam slope, clay prevention of seepage wall design the prevention of see
7、page. Have clay material field and grit material field near the dam site , analyse through soil material , is it confirm clay material field and grit exertion , material of field to calculate. Carry on influent calculate to dam body , is it select for use dam body section and dam body about all firs
8、t section design respectively to design originally, calculate and permeate the flow and ease and surface deeply. Draw core-wall office flow wotoo , calculate influent infiltration slope ordered to overflow lower, confirm whether to meet the demands or not. Carry on stability calculate , confirm in v
9、arious kinds of water level visiting minimum safety coefficient , dam of sloping from head to foot under the operating mode, and is calculated and got the economic section of dam repeatedly . Earth-rocking dam foundation is it analyse riverbed part and dam shoulder , choose the suitable influent to
10、control the scheme to deal with. And then design the detail structure of the dam. Design the body of prevention of seepage of the dam and drainage separately, and strain the design of floor instead to body and position of draining off water of prevention of seepage, confirm the dam carries assigning
11、. Earth-rocking dam can overflow and flow to carry, so adopt tunnels to release floodwater. Tunnel is it is it import some to design to want, hole body size is it can disappear to export. Carry on essential water conservancy calculate with quiet strength calculating , prove outline of building size
12、and every physical dimension of part reasonable. Calculate through the line above water of tunnel that confirms hole body measurement finally. Then and put the cavity to design to the tunnel detail. Is it is it is it design to organize to construct to go on finally , construct water conservancy dive
13、rsion plan and construct progress of controlling etc. Because knowledge is limited, lack experience, the improper and wrong place in this design, hope every teacher makes a comment. Thanks!第一章 前言毕业设计是我们大学在校期间最后一个全面性、总结性、实践性的教学环节，它既是运用所学知识和技能，解决某一工程具体问题的一项尝试，也是我们走向工作岗位的前的一次“实战演习”。11 毕业设计主要目的和作用毕业设计是学
14、生在校期间最后的、总结性的重要教学环节，其目的是： 1巩固、加深、扩大学生所学的基本理论和专业知识，并使之系统化； 2培养学生运用所学的理论知识解决实际技术问题功能力，初步掌握设计原则、方法和步骤； 3培养学生具有正确的设计思想，树立严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风； 4锻炼学生独立思考、独立工作的能力，并加强计算、绘图、编写说明书及使用规范、手册等技能训练。1.2 设计的对象和背景本设计的对象和背景是为位于我国西南地区的某江，进行以坝工为设计重点的工程设计。1.3 设计过程和方法：1.3.1了解任务书和熟悉、分析原始资料；1.3.2洪水调节计算用图解法确定防洪库容、设计（校核）洪水位与
15、相应下泄流量，为确定坝高和下游消能防冲设施提供设计依据。1.3.3主要建筑物形式选择和水利枢纽布置对选定的坝型和枢纽布置方式，做技术可能性和经济合理性的论证。1.3.4第一主要建筑物拦河坝设计一般应首先选定大坝结构布置与构造，然后进行校核计算。1.选定坝的结构形式；拟定坝基防渗处的型式以及坝的主要尺寸。2.进行土料设计，包括对坝身不同高程的透水料和不透水料的分区规划布置以及压实标准的确定。3.渗流演算，计算正常、校核水位 浸润线位置，确定总渗流量与逸出坡降。4.静力稳定计算，用折线法求上下游坡在某危险水位情况最小稳定安全系数，以论证选用坝坡合理性。5.拟定坝身构造，包括防渗、排水反滤层、坝顶、
16、护坡、马道以及坝体与坝基、岸坡及其他建筑物的连接。1.3.5第二主要建筑物坝外泄水道设计1.确定结构形式和主要尺寸，进行建筑总体布置。2.进行必要的水力计算和静力计算，以验证建筑物的轮廓尺寸和各部分的结构尺寸是否合理。3.拟定细部构造，包括排水、锚筋加固、灌浆。1.4 预期效果绘出3张工程设计图，并自行编制说明书与计算书，并编写中、英文的摘要。第二章 工程概况 2.1 流域概况该江位于我国西南地区，流向自东南向西北，全长约122公里，流域面积2558平方公里，在坝址以上流域面积为780平方公里。本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区流河流，地
17、表大部分为松软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流的含沙量较大。冲积层较厚，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20，林木面积约占全区的30，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。2.2 气候特性2.2.1 气温 年平均气温约为12.8度，最高气温为30.5度，发生在7月份，最低气温为-5.3度，发生在1月份。表1 月平均气温统计表（度）123456789101112年平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表2 平均温度日数日数 月份平均温度12345678910111261
18、.20.3000000003.125.026.830.7303130313130313027.90000000000002.2.2 湿度 本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年和4月特别干燥，其相对湿度为5173%之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为6786%。2.2.3 降水量 最大年降水量可达1213毫米，最小为617毫米，多年平均降水量为905毫米。表3 各月降雨日数统计表日数 月份平均降雨量12345678910111230mm0000000000002.2.4 风力及风向 一般14月风力较大，实测最大风速为19.1米秒，相当于8级风力，风向为西北偏西。水库吹
19、程为15公里。洪水期实测最大多年平均风速 14 米/秒。2.3 水文特性该江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据实测短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。该江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流特性，实测最大流量700秒立米，而最小流量0.5秒立米。2.3.1 年日常径流 坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录延长后有22年水文系列，多年年平均流量为17秒立米。2.3.2 洪峰流量 经频率分析，求得不同频率的洪峰流量如下表。表4 不同频率洪峰流量（秒立米）频率0.0512510流
20、量23201680142011801040 表5 各月不同频率洪峰流量（秒立米） 月频率1234567891011121461912196001240155012106703902837236171115530112013601090600310233352314911420850110083048025016281019117937076098072041021015232.3.3 固体径流。该江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量大小变化，平均含沙量达0.5公斤立米。枯水极少，河水清澈见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765米。2.4 工程地质2.4.1 水库地质 库区内出露的
21、地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能坍方量约为300万立米。在考虑水库淤积问题时可作为参考。2.4.2 坝址地质 坝址位于该江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过，对其岩性分述如下：2.4.2.1玄武岩 一般为深灰色、灰色、含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉、石英脉等贯穿其中，这些小岩脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝
22、较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石，副成分为绿泥石、石英、方解石等，由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质也不同，可分为坚硬玄武岩、多气孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩等，其物理力学性质见表6、表7。渗透性：经试验得出k值为4.147.36米/昼夜。表6 坝基岩石物理力学性质试验表岩石名称比重容重kN/m3建议采用抗压强度MPa半风化玄武岩3.0129.650破碎玄武岩2.9529.250-60火山角砾岩2.9028.735-120软弱玄武岩2.8527.010-20坚硬玄武岩2.9629.2100-160多气孔玄武岩2.8527.87
23、0-180表7 全风化玄武岩物理力学性质试验表天然含水率%干容重kN/m3比重液限塑限塑性指数压缩系数a浸水固结块剪00.5m2/kN10-634m2/kN10-6内摩擦角凝聚力kPa2.516.32.9747.332.2616.95.971.5128.3824 2.4.2.2 火山角砾岩 角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为215厘米，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至35MPa。2.4.2.3 成土状或页片状，岩性软弱，与近似，风化后成为碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。2.4.2.4 河床冲积层 主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚
24、少，且多呈透镜体状，并有大漂石掺杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩与砂岩占极少数。沿河谷内分布：坝基部分冲积层厚度最大为32米，一般为20米左右；靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为10100毫米；砾石直径一般为210毫米；砂粒直径0.050.2毫米；细小颗粒小于0.1毫米。见表8。冲积层的渗透性能 经抽水试验后得，渗透系数k值为310-2厘米/秒1102厘米/秒。表8 冲积层剪力试验成果表土壤名称代号 项目计算值容重（控制）kN/m3含水量（控制）三轴剪力（块剪）应变（拉制）（浸水固结快剪）内摩擦角凝聚力（kPa）内摩擦角凝聚力（kPa）含
25、中量细粒的砾石次数17128822最大值24.38.66471537.0324310.5最小值22.24.27353012.017550平均值23.086.47403418.225255.3小值平均值373214.8备注三轴剪力土样备系筛去大于4mm颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。应变控制土样容重系筛去大于0.1mm颗粒后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。2.4.2.5坡积层 在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运沉积后，形成粘土与碎石的混合物质。2.4.3 地质构造坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育。可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，
26、倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同。倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填。节理间距，密者0.5米即有一条，疏者35米即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。2.44 水文地质条件本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩的透水性不同，裂隙少、坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.01 l/(minm)。夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。至于节理很发育的破碎玄武岩、半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩
27、层。正因为这些隔水的与透水的玄武岩存在，遂使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水。一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层数多，难于形成泉水。石灰岩地区外围岩石多为不透水层，渗透问题也不存在。2.4.5 本地区地震烈度定为7度，基岩与混凝土之间的摩擦系数取0.65。2.5 建筑材料2.5.1 料场的位置与储量各料场的位置与储量见坝区地形图。由于河谷内地地形平坦，采运尚方便。2.5.2物理力学性质2.5.2.1土料：见表9表12。2.5.2.2石料：坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件较好。2.6 经济资
28、料2.6.1 库区经济流域内都为农业人口，多种植稻米、苞谷等。库区内尚未发现有价值可开采的矿产。淹没情况如下表。表13 各高程淹没情况高程（米）280728122817282228272832淹没人口（人）350036403890406053207140淹没土地（亩）3000322034103600460061002.6.2 交通运输坝址下游120公里处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅20公里，因此交通尚称方便。2.7 枢纽任务本枢纽工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。2.7.1 发电装机 24 MW，多年平均发电量为1.2亿度。本电站装 3台8 MW机组。正常蓄水位2821.5米
29、，汛期限制水位2821.5 米，死水位2796.00米， 3台机组满发流量 44.1 秒立米，尾水位2752.20米。 厂房型式引水式，厂房平面尺寸为 3213 米米，发电机高程为2760米，尾水管底高程为2748米，厂房顶高程为2772米。副厂房平面尺寸为326米米。安装场平面尺寸为 813 米米。开关站尺寸为 3020 米米。2.7.2 灌溉 增加保灌面积 1.5 万亩。2.7.3 防洪可减轻洪水对 下游两岸 的威胁，过 100年一遇和2000年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来1680秒立米和 2320 秒立米分别削减为1171秒立米和1695秒立米。要求设计洪水时最大下泄流量限制
30、为 900 秒立米。并且要求最高校核洪水位不超过正常蓄水位3.5米。2.7.4 渔业正常蓄水位时，水库面积17.610 6平方公里，为发展养殖业创造了有利条件。2.7.5 其它引水隧洞进口底高程为 2789.00 米，出口底高程为 2752.30 米；引水隧洞直径为 4 米，压力钢管直径 2.3 米，调压井直径为 12.0 米；放空洞直径为 2.5 米。可放空水库至水位 2770.00 米。料场名称物 理 性 质渗透系数10-6cm/s力学性质化学性自然含水量%自然容重比重孔隙率%孔隙比稠度饱和度颗粒级配（成分%，粒径d）击实剪力固结压缩系数cm2/kg有机含量灼热法%可溶盐含量%流限%塑限%
31、塑性指数砾砂粘土最大干密度g/cm3最优含水量%内摩擦角deg凝聚力kPa湿干粗中细粉2mm20.5mm0.50.05mm0.050.005mm0.005mmKN/m31#下24.818.9115.162.6742.260.73442.6023.1419.460.937.475.9517.8735.4833.231.6022.074.31724.6724.00.0211.730.0702#下24.218.9115.182.6741.900.72143.9022.2021.700.917.254.1514.3541.7532.251.6521.024.8025.5023.00.0201.900.
32、0191#上25.617.3513.032.6549.800.99049.5725.0024.570.878.838.0017.5031.0034.671.5622.301.9023.1725.00.0262.200.1102#上26.316.3712.842.7452.301.09349.9026.3023.500.694.504.3320.6736.2034.301.5423.803.9621.5038.00.0330.250.1103#下15.919.1116.642.7037.000.58034.0020.0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016
33、.903.0028.0017.00.0101.900.080表10 粘土的物理力学性质表9 砂砾石的颗粒级配颗 直径粒 mm含量料场300100100606020202.52.51.21.20.60.60.30.30.150.151#上5.218.621.412.318.613.95.44.60.32#上4.817.820.314.117.814.84.65.30.53#上3.815.418.515.316.420.53.56.20.44#上6.018.319.416.415.616.74.82.50.31#下4.514.120.123.214.97.28.67.20.22#下3.919.22
34、2.418.719.18.35.72.80.13#下5.023.119.114.218.48.96.34.10.94#下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7名称1#上2#上3#上4#上1#下2#下3#下4#下容重，kN/m318.617.919.119.018.618.518.418.0比重2.752.742.762.752.752.732.732.72孔隙率，%32.534.731.031.532.532.232.533.8软弱颗粒，%2.01.50.91.22.50.81.01.2有机物含量淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色表11 砂砾石的物理性质料场名称最小值最
35、大值平均值1#上3430355035102#上3500371036003#上3440364035404#上3510374036301#下3410363035202#下3520380036403#下3430371035504#下360038203710注：各砂砾石料场渗透系数k值为2.010-2厘米/秒左右。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27 第三章 设计条件和设计依据3.1 设计任务在对原始资料进行综合分析的基础上，掌握设计意图，明确设计任务。3.1.1 洪水调节计算根据防洪要求，对水库进行洪水调节，选定泄洪方式和拟定泄洪建筑物的孔口尺寸；通过洪水调节计算确定防洪库容、上游设计和校核水位及
36、相应的下泄流量。3.1.2 主要建筑物型式选择和水利枢纽布置本阶段任务包括：确定枢纽组成建筑物及其设计等级；通过不同方案的初步经济技术比较，选定坝型；确定水利枢纽的布置方案。3.1.3 第一主要建筑物大坝设计该阶段任务有：通过比较分析，确定大坝基本剖面型式和轮廓尺寸；拟定地基处理方案与坝身构造；进行水力和静力计算；进行细部结构设计。3.1.4 第二主要建筑物泄水建筑物设计本阶段要求确定泄水建筑物结构型式和轮廓尺寸，进行总体布置；拟定细部构造；进行必要的水力、静力计算与结构设计。3.2 设计依据设计过程中主要参考了以下文献：1水工建筑物（下），张光斗、王光伦著，水利电力出版社，19942水力学，
37、李家星、赵振兴主编，河海大学出版社，20013水工建筑物，左东启、王世夏、林益才主编，河海大学出版社，19954水工钢闸门设计，河海大学图书馆 5土石坝地基混凝土防渗墙设计与计算，郑秀培，水利电力出版社，19796SL274-2001碾压式土石坝设计规范，水利部，20017SD134-84水工隧洞设计规范8水工设计手册土石坝，水利水电出版社，20029GB50287-99水利水电工程地质勘察规范，国家质量技术监督局、中华人民共和国建设部，199910土力学，卢廷浩主编，河海大学出版社，200211水利工程施工，袁光裕主编，中国水利水电出版社，199612水工设计的理论和方法，王世夏著，中国水利
38、水电出版社，200013水利水电工程专业毕业设计指南 索丽生等，中国水利电力出版社，200114. Chow,Wan Te,editier-in-chief,handbook of Applied Hydrology.MeGraw.New york:N.Y.196415.M.H.Chaudry.Appllied Hydraulic Transients,Litton Educational Publishing Inc.16.D.K.Maidment.Handbook of Hydrology.McGraw-Hill17. V.T.Chow et Applied Hydrlogy. McGra
39、w-Hill18. Mays.Water Resources Handbook. McGraw-Hill19.Viessman and Gary.Introductuon to Hydrology.4th ed.第四章 洪水调节计算（专题）4.1 洪水调节计算原理本河流属于典型山区河流，洪水暴涨暴落，设计洪峰流量Q设 = 1680m3/s（P=1%），校核洪峰流量Q校 = 2320 m3/s（P=0.05%）。采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得出设计洪水与校核洪水过程线。4.1.1 工程等别及建筑物级别正常蓄水位为2821.50m,其相应水库库容为389.98106 m3.根据S
40、DJ1278水利水电工程等级划分及设计标准（山区、丘陵部分），由水库总库容指标（正常蓄水位时库容389.98106 M3，估计校核情况下库容不会超过10亿m3）定为大（2）型；由防洪效益，灌溉面积，装机容量等指标定为小（1）型；根据“各指标分属不同标准时，采用其中最高级别来控制”的原则，最终由水库库容确定该工程规模为大（2）型。主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。永久建筑物洪水标准：正常运用（设计）洪水重现期100年；非常运用（校核）洪水重现期2000年。4.1.2泄洪方式与水库运用方案泄洪方式：由于地形条件的限制，为减小工程开挖量，比较明渠方案，决定采用隧洞泄洪方案。水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来流量，水库保持汛前限制水位不变，当来流量继续加大，则闸门全开，下泄流量随水位的升高而加大，流态为自由泄流。防洪限制水位的选择：防洪限制水位取与正常蓄水位重合，这是防洪库容与兴利库容完全不结合情况，因为山区河流的特点是暴涨暴落，整个汛期内大洪
