水利水电工程毕业设计（论文）金家坝水利枢纽设计（下坝线粘土心墙坝方案）.doc

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1、毕业设计（论文）题 目 金家坝水利枢纽设计 （下坝线粘土心墙坝方案） 专 业 水利水电工程 班 级 2006级3班 学 生 指导教师 重庆交通大学 2010年目 录第一部分: 毕业设计任务书第二部分: 开 题 报 告第三部分: 文 献 综 述第四部分: 外 文 翻 译毕业设计（论文）任务书题 目: 金家坝水利枢纽设计 （下坝线粘土心墙坝方案） （任务起止日期： 2010 年 3 月 29 日2010 年 6 月18日） 河海 学院 水利水电工程 专业 3 班学生姓名： 学 号： 06150319 指导教师： 系 主 任： 院 领 导： 课题内容：金家坝水电枢纽工程位于重庆市酉阳县双河镇官清乡、

2、小河乡境内，为甘龙河流域水电规划梯级电站的第三级。坝址位于乌江的支流甘龙河下游，距金家坝镇1.0km，距酉阳县城47km，枢纽区位于官清乡，引水隧洞由官清乡至小河乡，长7144m，电站厂房位于小河乡下游1.6km的甘龙河左岸。工程任务以发电为主，兼有旅游、水产养殖等综合效益。枢纽主要建筑物由挡水坝、泄水建筑物、引水隧洞、发电厂房及开关站等组成。本设计主要对挡水坝、泄水建筑物进行设计，通过该工程设计使学生能全面系统地总结所学专业知识，提高学生独立思考、解决问题的能力，并在计算、制图、写作、使用规范手册、计算机应用等基本技能等方面受到良好的训练。课题任务要求：课题任务：1、设计洪水及水利调节计算：

3、计算设计洪水；选定泄洪方式和拟定泄洪建筑物尺寸；水利调节计算，确定防洪库容、上游设计和校核洪水位及相应的下泄流量。2、主要建筑物型式选择和水利枢纽布置：确定组成建筑物及其设计等级；通过不同方案的初步技术经济比较，选定坝型及其它建筑物型式；确定水利枢纽的布置方案。3、第一主要建筑物大坝设计：通过分析比较，确定大坝基本剖面型式与轮廓尺寸；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。4、第二主要建筑物泄水建筑物（坝外溢洪道或溢流坝）设计进行结构型式与轮廓尺寸，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。5、施工导流方案设计。6、工程量计算。课题要求：1、 开

4、题报告一份；2、1500字的文献综述一份；3、设计说明书一份，计算书一份；4、设计图56张（枢纽布置图2张（平面与立视），大坝结构图23张，第二主要建筑物布置与结构图1张）；5、3000字的专业英文翻译1份；6、电子文档一份。主要参考文献（由指导教师选定）：1、水工建筑物2、水利水文计算3、水利水电枢纽工程等级划分及设计标准4、浆砌石坝设计规范5、混凝土重力坝设计规范6、水工建筑物荷载设计规范7、水工建筑物水泥灌浆施工技术规范8、水力学9、水工设计手册10、水利水电工程施工组织设计指南11、水利水电工程设计洪水计算规范12、土石坝设计规范同组设计者张帅帅：金家坝水利枢纽设计（上坝线混凝土面板堆

5、石坝方案）云燕飞：金家坝水利枢纽设计（上坝线粘土心墙坝方案）周锡发：金家坝水利枢纽设计（上坝线粘土斜墙坝方案）刁边防：金家坝水利枢纽设计（下坝线混凝土面板堆石坝方案）田前明：金家坝水利枢纽设计（下坝线粘土斜墙坝方案）张思维：金家坝水利枢纽设计（上坝线混凝土重力坝方案）仇伟利：金家坝水利枢纽设计（下坝线混凝土重力坝方案）注：1. 此任务书应由指导教师填写。2. 此任务书最迟必须在毕业设计开始前一周下达给学生。学生完成毕业设计（论文）工作进度计划表序号毕业设计（论文）工作任务工 作 进 度 日 程 安 排周次12345678910111213141516171819201熟悉任务书，完成开题报告、

6、文献综述、外文翻译2周2熟悉设计资料，设计洪水及水利调节计算1周3主要建筑物型式选择与水力枢纽布置1周4第一主要建筑物大坝设计3周5第二主要建筑物泄水建筑物设计2周6施工导流方案设计、工程量计算1周7成果整理、评阅2周8答辩1周9注：1. 此表由指导教师填写。2. 此表每个学生一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3. 进度安排请用“”在相应位置画出。注：1. 此表由指导教师填写。2. 此表每个学生一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3. 进度安排请用“”在相应位置画出。毕业设计（论文）阶段工作情况检查表时间第一阶段第二阶段第三阶段内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况

7、组织纪律完成任务情况检 查 情 况教师签字签字 日期签字 日期签字 日期注：1. 此表应由教师认真填写；2. “组织纪律”一栏根据学生具体执行情况如实填写；3. “完成任务情况”一栏按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写；4. 对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出警告或不能参加答辩的建议。重庆交通大学毕业设计（论文）规范化检查表学院： 河海学院 专业：水利水电工程 年级：2006级姓 名杨金晶学 号06150319指导教师董玉文题 目金家坝水利枢纽设计（下坝线粘土心墙坝方案）检查内容要 求达标情况ABCD书写格式毕业设计（论文）用A4纸打印，符合以下顺序：标题，目录

8、，内容提要（中英文摘要），引言，正文，结论，谢辞，主要参考文献与目录。文 字文字通顺，语言流畅，打印工整，无错别字。图 纸图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释用工程字。曲线图表按国家规定标准或工程要求绘制。译 文译文不少于3000个字符，用A4纸打印，内容与课题（或专业）紧密相关。篇 幅见重庆交通大学毕业设计（论文）工作规范附件16文献综述根据专业特点，学生完成文献综述，字数不少于1500字，A4纸打印专家组意见检查日期： 年 月 日备注：达标评定标准A 完全符合规范化要求 B 基本符合规范化要求C 部分符合规范化要求 D 完全不符合规范化要 毕业设计（论文）

9、 开题报告题 目 金家坝水利枢纽设计 （下坝线粘土心墙坝方案） 专 业 水利水电工程 班 级 2006级3班 学 生 杨金晶 指导教师 董玉文 重庆交通大学 2010年一、选题的理论价值和现实意义1、工程概况金家坝水电枢纽工程位于重庆市酉阳县双河镇官清乡、小河乡境内，由枢纽区、引水系统和电站厂房等组成。根据甘龙河的流域规划，水电开发共分四级开发，即营盘岭、堰塘湾、金家坝和五堆电站，金家坝水电枢纽工程为第三级。坝址位于乌江的支流甘龙河下游，距金家坝镇1.0km，距酉阳县城47km，枢纽区位于官清乡，引水隧洞由官清乡至小河乡，长7144m，电站厂房位于小河乡下游1.6km的甘龙河左岸。水库大坝地理

10、坐标东经108 419北纬28 3728，北距离酉阳县城47km，南距李溪镇23km，坝址和厂址均有乡村公路与国道319和326线相连，交通较方便。工程任务以发电为主，兼有旅游、水产养殖等综合效益。枢纽主要建筑物由挡水坝、泄水建筑物、引水隧洞、发电厂房及开关站等组成。2、社会经济意义 2.1综述 根据世界能源资源会议的资料，全世界水利资源理论蕴藏量为50.5亿kw，可以开发利用的达22.61亿kw，我国水资源蕴藏量很丰富，理论蕴藏量为6.76亿kw，可能开发利用的达3.78亿kw，居世界首位。由于水能具有可再生、清洁和廉价等优点，而被世界各国广泛利用。由于我国水资源分布不均，国民经济各用水部门

11、为了解决这一矛盾，实现水资源在时间上、地区上的重新分配，做到蓄洪补枯、以丰补缺，消除水旱灾害，发展灌溉、发电、供水、航运、养殖、旅游和维护生态环境等事业，都需要因地制宜地修建必要的蓄水、引水、提水或跨流域调水工程，以使水资源得到合理开发、利用和保护。天然水的地区分布很不均匀，每年来水的数量不同，在年内又往往集中在少数月份，因此与人类用水多有矛盾。为了解决这些矛盾，人们做了一系列水利工程。其中：“水库”可以把江河流动的淡水储存起来，供工农业和城市生活之用，控制洪水，除害兴利，改善环境。我国是世界上水库最多的国家，有大大小小的水库8万多座，总库容4800亿立方米。“渠道”把清洁的水引来，输送到缺水

12、的城市、农田。“水闸”是河流或渠道上的控制门户，调度水流。“堤防”是河道防洪的屏障，水上长城。“水井”是抽取地下水的重要通道1。2.2发展地方经济的需要金家坝水电枢纽工程所在地为重庆市酉阳县，电站建成后供电给重庆统调电网，因此电站的建设对重庆市、酉阳县的经济发展有着重要的促进作用。酉阳土家族苗族自治县地处重庆市东南边陲渝、黔、湘鄂四省结合部，幅员面积5173.2km2，总面积居重庆市各县（区）面积第一位。酉阳县地处偏僻山区，总体经济发展水平较低，是以农业经济为主的贫困山区，是国定贫困县之一，2003年全区实现国内生产总值14.72108元。重庆市能源资源匮乏，目前煤炭开发程度已高，天然气主要用

13、作化工原料和城镇居民生活，不能大规模用于发电，而重庆地区水能资源丰富，开发程度很低，开发潜力很大，优先开发建设条件较好的水电工程，是实现重庆地区国民经济可持续发展战略的重要措施。金家坝水电枢纽是甘龙河梯级水电工程中唯一一座年调节水库，工程建成后可为系统提供66MW的电力和2.096108kWh的电量，对于促进重庆地区经济的发展和酉阳县少数民族的脱贫致富、对祖国西部大开发政策的顺利实施具有十分重要的作用，因此，金家坝水电枢纽工程的建设是非常必要的。2.3 电力发展要求重庆市供电主要由统调电网和地方电网共同承担，其中重庆统调电网供电区域为中西部供区及东北部供区的大部分市、区、县，尚未覆盖东南部供区

14、，其主要的供电对象是大中城市的工商、市政和人民生活用电，供电负荷占重庆市全社会的70%左右，是重庆市电力供应的主体。目前重庆市统调电网存在以下问题：（1）自身装机容量不能满足负荷要求；（2）电网水电比重小，调节能力差，电源结构不理想；（3）负荷峰谷差大，电网调峰能力严重不足；（4）统调电网尚未覆盖全市，地方小网供电可靠性差；（5）电网结构薄弱，稳定水平低。随着经济的发展、产业结构的调整、人民生活水平的提高以及城市化扩展，重庆直辖市用电结构发生很大变化。工业用电比重逐年下降，居民用电、商业用电和公用事业用电比重逐年上升，峰谷变化幅度逐年增大。因此，建设金家坝水电枢纽工程，对改善重庆统调电网的系统

15、现状，有着积极的促进作用。 金家坝水电枢纽工程是重庆市“十一五”重点能源建设项目之一，工程任务以发电为主，兼有潜在的防洪、灌溉功能，并为人畜饮水、水产养殖及旅游等综合利用提供有利条件。金家坝水电枢纽工程建成后，将加快甘龙河流域其它梯级电站的开发进程，有效缓解重庆统调电网电力供应紧张局面，提高电网运行的可靠性和经济性，促进酉西片区产业结构调整和库区旅游业快速发展。 二、本课题在国内外的研究状况及发展趋势2.1 工程特点2.1.1 工程优点（1）心墙位于坝体中间而不倚靠在透水坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地

16、基结合，提高沿接触面的渗透稳定性；（2）当库水位下降时，上游透水坝壳中的水分迅速排泄，有利于上游坝坡稳定，使上游坝坡比均质土坝或斜墙坝陡；（3）下游坝壳浸润线也比较低， 下游坝坡也可设计得比较陡；（4）在防渗效果相同的情况下，土料用量比斜墙坝少，施工受气候影响相对小些；（5）位于坝轴线上的心墙与岸坡及混凝土建筑物连结比较方便。2.1.2 工程缺点（1）心墙土料与坝壳透水料平起，在气候对土料施工不利的情况下不能像斜墙坝那样先填坝壳争取工期；（2）心墙位于坝体中心检修不便；（3）在多泥沙河道上，土质心墙不能直接与水库淤土连接，无法利用水库淤土，作为透水坝基的防渗铺盖。虽然也可以再上游坝壳底部设置土

17、质铺盖，以解决土质心墙与水库淤土的连接问题，但土质铺盖抗剪强度比坝壳透水料低，成为上游坝壳抗滑的软弱部位，使上游坝坡需设计的缓些2。2.2 工程组成工程由枢纽区、引水系统和电站厂房等组成。 2.3计算分析方法2.3.1 渗流计算 渗流力学最初起源于流体力学与土力学 ,是作为一门边缘学科发展起来的。与其相关的学科除了土力学与水力学外 ,还涉及到地下水动力学、农田水利等许多相对独立的学科。在土石坝设计中 ,渗流分析是有效降低土石坝渗漏破坏、布设防渗措施的重要方面。土石坝渗流为无压渗流 ,有浸润面 ,可将其视为稳定层流 ,满足达西定律。土石坝渗流研究需要了解水流特性、土体特性 ,进而研究水流在土颗粒

18、间的运移规律。其理论研究难度超过单纯研究水流与土体的性质 ,但在实际解决问题的过程中对这两方面的理论均做了许多简化。对 1 、2 级坝和高坝应采用数值法计算确定渗流场各因素 ,其它可采用公式计算。岸边的绕坝渗流和高山峡谷的高土石坝应按三维渗流用数值法计算。渗流计算应考虑坝体和坝基渗透系数的各项异性，计算渗透流量时宜采用土层渗透系数的大值平均值，计算水位降落时的浸润线宜用小值平均值3,4。2.3.2 坝坡稳定土石坝具有造价低、结构简单、对自然条件适应强、抗震性能好、工作可靠、寿命长、施工管理简便等优点 ,因而被广泛采用。在水库安全鉴定中 ,大坝安全至关重要 ,而稳定问题又是大坝安全的关键之一。特

19、别是土石坝 ,稳定问题更是影响其安全的关键。因此 ,如何更合理、更准确地开展土石坝的坝坡稳定分析工作是工程界普遍关注的问题。目前土石坝坝坡稳定分析的方法主要有刚体极限平衡法和有限元法5。2.3.3 应力应变土石坝如果是均质的，只要回答坝坡是否稳定，可不必分析其应力变形。然而，高土石坝往往都不是均质的，这不仅因为山区难以提供大体积的防渗黏性土，而且大体积黏性土孔隙水压力消散慢，不利于坝坡的稳定。高土石坝的合理坝型主要有面板堆石坝和土质心墙坝两种。不太高的坝，心墙材料也可用沥青混凝土；特殊情况还可用混凝土，如三峡围堰。土石坝的地基覆盖层较厚不能挖除时，要用混凝土防渗墙防渗。高土石坝之所以要分析应力

20、变形，实际上是要分析防渗结构混凝土面板、混凝土防渗墙、土质心墙的应力变形，看这些防渗结构是否会破坏。而防渗体是由土石料支撑的，支撑体的变形大，防渗体也就跟着产生大的变形，导致破坏。因此要将土石坝作为整体来分析应力变形6。2.3.4 国内外应用情况及发展趋势土石坝工程施工简便、地质条件要求低、造价便宜，并可就地取材且料源丰富， 因此是水利水电工程中极为重要的一种坝型。土石坝工程的建设历史久远，并经久不衰，随着科学技术的进步，今天的土石坝工程涵盖了土料防渗、混凝土面板防渗、沥青混凝土防渗、土工膜防渗等类型。我国各地气候，地质和经济等条件存在巨大差异，因而土石坝工程在不同地区的建设中所遇到的技术问题

21、也大不相同。对这些问题在逐步改进施工工艺采取有针对性措施的同时，还应结合当地情况研究使用新材料、新结构，很好地吸收国内外多方面实践经验和教训，在理论上深入开展有益的科研工作和探索。目前，土石坝工程建设水平和技术不断提高和发展，特别是20世纪90年代以来，随着我国社会经济的发展，水利水电工程建设突飞猛进，土石坝坝高开始向300米级高度研发和建设。筑坝技术难题的攻克，使我国积累了大量的工程建设经验，并在理论上有所突破7。三、研究重点3.1 设计洪水及水利调节计算计算设计洪水；选定泄洪方式和拟定泄洪建筑物尺寸；水利调节计算，确定防洪库容、上游设计和校核洪水位及相应的下泄流量。3.2 主要建筑物型式选

22、择和水利枢纽布置确定组成建筑物及其设计等级；通过不同方案的初步技术经济比较，选定坝型及其它建筑物型式；确定水利枢纽布置方案。3.3 第一主要建筑物大坝设计通过分析比较，确定大坝基本剖面型式与轮廓尺寸；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。3.4 第二主要建筑物泄水建筑物（坝外溢洪道或溢流坝）设计进行结构型式与轮廓尺寸，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。3.5 施工导流方案设计。3.6 工程量计算。四、主要参考文献1 林继镛.水工建筑物M.北京：中国水利水电出版社，2006.2 林昭.碾压式土石坝设计M.郑州：黄河水利出版社，2003.3

23、 姜帆,宓永宁,张茹.土石坝渗流研究发展综述J.水利与建筑工程学报,2006,(04)4 碾压式土石坝设计规范(SL274-2001).中国水利水电出版社.20025 靳春国,彭小金,洪明.浅议土石坝坝坡稳定分析J.山西建筑,2009,(21)6 殷宗泽.高土石坝的应力与变形J,岩土工程学报.2009,(01)7 王柏乐,刘瑛珍,吴鹤鹤.中国土石坝工程建设新发展J.水力发电.2005,(01)五、指导教师意见 指导教师： 六、学院毕业设计（论文）指导小组意见 负责人： 毕业设计（论文）文献综述题 目 金家坝水利枢纽设计 （下坝线粘土心墙坝方案） 专 业 水利水电工程 班 级 2006级3班 学

24、 生 杨金晶 指导教师 董玉文 重庆交通大学 2010年一、工程概况1.1 枢纽位置水库大坝地理坐标东经108 419北纬28 3728，北距离酉阳县城47km，南距李溪镇23km，坝址和厂址均有乡村公路与国道319和326线相连，交通较方便。金家坝水电枢纽工程位于重庆市酉阳县双河镇官清乡、小河乡境内，为甘龙河流域水电规划梯级电站的第三级。坝址位于乌江的支流甘龙河下游，其控制流域面积1059km2、占全流域面积的63，多年平均流量269m3s，多年平均含沙量为0698kgm3。水库正常蓄水位445m、死水位407m，调节库容1125亿m3具有年调节性能。坝址距金家坝镇1.0km，距酉阳县城47

25、km，枢纽区位于官清乡，引水隧洞由官清乡至小河乡，长7144m，电站厂房位于小河乡下游1.6km的甘龙河左岸。工程任务以发电为主，兼有旅游、水产养殖等综合效益。1.2 枢纽组成枢纽主要建筑物由挡水坝、泄水建筑物、引水隧洞、发电厂房及开关站等组成。金家坝水电枢纽工程建成后，将加快甘龙河流域其它梯级电站的开发进程，有效缓解重庆统调电网电力供应紧张局面，提高电网运行的可靠性和经济性，促进渝东南少数民族革命老区的经济发展。二、工程的社会经济意义2.1综述根据世界能源资源会议的资料，全世界水利资源理论蕴藏量为50.5亿kw，可以开发利用的达22.61亿kw，我国水资源蕴藏量很丰富，理论蕴藏量为6.76亿

26、kw，可能开发利用的达3.78亿kw，居世界首位。由于水能具有可再生、清洁和廉价等优点，而被世界各国广泛利用。由于我国水资源分布不均，国民经济各用水部门为了解决这一矛盾，实现水资源在时间上、地区上的重新分配，做到蓄洪补枯、以丰补缺，消除水旱灾害，发展灌溉、发电、供水、航运、养殖、旅游和维护生态环境等事业，都需要因地制宜地修建必要的蓄水、引水、提水或跨流域调水工程，以使水资源得到合理开发、利用和保护。天然水的地区分布很不均匀，每年来水的数量不同，在年内又往往集中在少数月份，因此与人类用水多有矛盾。为了解决这些矛盾，人们做了一系列水利工程。其中：“水库”可以把江河流动的淡水储存起来，供工农业和城市

27、生活之用，控制洪水，除害兴利，改善环境。我国是世界上水库最多的国家，有大大小小的水库8万多座，总库容4800亿立方米。“渠道”把清洁的水引来，输送到缺水的城市、农田。“水闸”是河流或渠道上的控制门户，调度水流。“堤防”是河道防洪的屏障，水上长城。“水井”是抽取地下水的重要通道1。2.2发展地方经济的需要金家坝水电枢纽工程所在地为重庆市酉阳县，电站建成后供电给重庆统调电网，因此电站的建设对重庆市、酉阳县的经济发展有着重要的促进作用。酉阳土家族苗族自治县地处重庆市东南边陲渝、黔、湘鄂四省结合部，幅员面积5173.2km2，总面积居重庆市各县（区）面积第一位。酉阳县地处偏僻山区，总体经济发展水平较低

28、，是以农业经济为主的贫困山区，是国定贫困县之一，2003年全区实现国内生产总值14.72108元。重庆市能源资源匮乏，目前煤炭开发程度已高，天然气主要用作化工原料和城镇居民生活，不能大规模用于发电，而重庆地区水能资源丰富，开发程度很低，开发潜力很大，优先开发建设条件较好的水电工程，是实现重庆地区国民经济可持续发展战略的重要措施。金家坝水电枢纽是甘龙河梯级水电工程中唯一一座年调节水库，工程建成后可为系统提供66MW的电力和2.096108kWh的电量，对于促进重庆地区经济的发展和酉阳县少数民族的脱贫致富、对祖国西部大开发政策的顺利实施具有十分重要的作用，因此，金家坝水电枢纽工程的建设是非常必要的

29、。2.3 电力发展要求重庆市供电主要由统调电网和地方电网共同承担，其中重庆统调电网供电区域为中西部供区及东北部供区的大部分市、区、县，尚未覆盖东南部供区，其主要的供电对象是大中城市的工商、市政和人民生活用电，供电负荷占重庆市全社会的70%左右，是重庆市电力供应的主体。目前重庆市统调电网存在以下问题：1) 自身装机容量不能满足负荷要求；2) 电网水电比重小，调节能力差，电源结构不理想；3) 负荷峰谷差大，电网调峰能力严重不足；4) 统调电网尚未覆盖全市，地方小网供电可靠性差；5) 电网结构薄弱，稳定水平低。随着经济的发展、产业结构的调整、人民生活水平的提高以及城市化扩展，重庆直辖市用电结构发生很

30、大变化。工业用电比重逐年下降，居民用电、商业用电和公用事业用电比重逐年上升，峰谷变化幅度逐年增大。因此，建设金家坝水电枢纽工程，对改善重庆统调电网的系统现状，有着积极的促进作用。三、设计任务本设计主要对挡水坝、泄水建筑物进行设计，通过该工程设计使学生能全面系统地总结所学专业知识，提高学生独立思考、解决问题的能力，并在计算、制图、写作、使用规范手册、计算机应用等基本技能等方面受到良好的训练。任务内容归纳如下：3.1 设计洪水及水利调节计算计算设计洪水；选定泄洪方式和拟定泄洪建筑物尺寸；水利调节计算，确定防洪库容、上游设计和校核洪水位及相应的下泄流量。3.2 主要建筑物型式选择和水利枢纽布置确定组

31、成建筑物及其设计等级；通过不同方案的初步技术经济比较，选定坝型及其它建筑物型式；确定水利枢纽的布置方案。3.3 第一主要建筑物大坝设计通过分析比较，确定大坝基本剖面型式与轮廓尺寸；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。3.4 第二主要建筑物泄水建筑物（坝外溢洪道或溢流坝）设计进行结构型式与轮廓尺寸，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。3.5 施工导流方案设计。3.6 工程量计算。四、本设计国内外发展状况和发展趋势4.1 工程特点4.1.1工程优点（1）坝体由土质或沥青混凝土防渗体及若干透水性不同的土料分区所构成，筑坝材料就地取材，可节省大

32、量钢材、水泥、木材等建筑材料；（2）适应地基变形能力强。其散粒体结构能较好地适应地基的变形；（3）施工方法选择灵活性大。能适应不同的施工方法，从简单的人工填筑到高度机械化施工都可以;且工序简单、施工速度快，质量也易保证；（4）结构简单、造价低廉、运行管理方便、工作可靠，便于维修加高2。4.1.2工程缺点（1）心墙土料与坝壳透水料平起，在气候对土料施工不利的情况下不能像斜墙坝那样先填坝壳争取工期；（2）心墙位于坝体中心检修不便；在多泥沙河道上，土质心墙不能直接与水库淤土连接，无法利用水库淤土，作为透水坝基的防渗铺盖。虽然也可以再上游坝壳底部设置土质铺盖，以解决土质心墙与水库淤土的连接问题，但土质

33、铺盖抗剪强度比坝壳透水料低，成为上游坝壳抗滑的软弱部位，使上游坝坡需设计的缓些3。4.2工程工作特点土石坝是利用当地土、石材料建造的一种坝型，主要是由散粒土料填筑而成的挡水建筑物。由于土粒间凝聚力较低，在渗流、冲刷、沉降、冰冻、地震等因素的影响下，表现出相应的工作特点：（1）稳定。士坝的断面形状为梯形，断面比较大，在水平荷载作用下，不会发生沿坝基面的整体滑动。（2）渗流。土坝挡水后，库水将通过坝身、坝基及两岸向下游渗透，在坝身和坝基的结合面及坝和其他建筑物的结合面更是渗流易于通过而产生集中渗流的地方。（3）冲刷。由于坝体土料级俺的凝聚力很小，因此抗冲能力低。（4）沉降。由于土粒间存在孔隙，且很

34、容易产生相对移动，因此在坝体自重和土压力影响下，坝体和坝基都会由于压缩而产生沉降。（5）其他。严寒地区，冬季水库水面结冰形成冰盖，冰盖层的膨胀对坝坡产生很大的冰推力，导致护坡破坏；位于水位以上的坝体粘性土壤，在冰融作用下会形成孔穴、裂缝4。4.3 基本组成土石坝主要由四部分组成，即坝壳、防渗体、排水设备和护坡组成。坝壳是土石坝的柱体，坝的稳定主要靠它来维持；防渗体的作用是降低浸润线，防止渗透破坏坝体和减少渗流量；排水设备的主要作用是要全地排除渗漏水，增加坝体和下游坝坡的稳定性，降低扬压力；护坡的作用是防止波浪、冰层、温度变化、雨水和水流等对坝坡的破坏。4.4 稳定4.4.1 计算目的坝坡稳定计

35、算是为了保证土石坝在自重，各种情况下的孔隙压力和一些外荷载（如水压力和地震力等）作用下具有足够的稳定性，不至于产生通过坝体或坝体和地基的整体剪切破坏。针对拟定的坝体断面布置，所采用的筑坝材料和采用的各种物理力学性指标如密度和抗剪强度等。在完成渗流计算的基础上，进行坝坡稳定计算，以确定上下游坝坡，保证大坝安全运行。4.4.2 稳定计算分期（1）施工期（包括竣工期）：坝体逐渐填高直至竣工，在填土自重作用下，土料空隙中气体压缩，产生孔隙压力，对坝坡稳定不利，应核算上下游坝坡稳定。（2）稳定渗流期：土石坝投入正常运行，坝体形成稳定渗流，在高水位时库水压力对上游坝坡稳定有利，一般仅核算下游坝坡稳定，但当

36、库水位在高水位以下的某一不利水位时，尚需核算上游坡稳定。（3）水库水位降落期：运行时，库水位降落，往往对上游坝坡稳定不利，需要核算。4.4.3计算方法目前土石坝坝坡稳定分析的方法主要有刚体极限平衡法和有限元法。（1）极限平衡法(瑞典圆弧滑动法、毕肖普法、不平衡推力法)不考虑土条之间的作用力, 假定土体是理想塑性材料,将土体作为一个刚体, 按照极限平衡的原则进行分析,最大不同之处在于对相邻土条之间的内力做何种假定。由于极限平衡法不考虑土体本身的应力 应变关系,不能反映边坡失稳时的应力场和位移场, 因此受到质疑。（2） 有限元分析法的基本原理有限元分析法考虑土体应力 应变关系, 克服了极限平衡方法

37、完全不考虑土体本身的应力应变关系的缺点,计算边坡稳定时采用有限元强度折减法, 为边坡稳定分析提供了较为正确和深入的概念。（3） 有限元强度折减法的基本原理。有限元强度折减法(以下简称有限元法) 的基本原理是将坡体强度参数粘聚力 c 和内摩擦角值同时除以一个折减系数 F ,得到一组新的 C1 ,1 值,然后将 C1 1作为新的计算参数输入, 再进行试算,当计算不收敛时,对应的 F 被称为坡体的最小稳定安全系数,此时坡体达到极限状态, 发生剪切破坏, 同时可以得到坡体的破坏滑动面。在Mohr-Coulomb 屈服准则中引入剪胀角为了克服在应用有限元强度折减法求解安全系数对材料处理上的不足,更好地考

38、虑岩土材料的剪胀性对计算结果的影响,使用如下的方法引入参数 6,9。4.5 渗流4.5.1 渗流计算目的和内容目的：渗流计算是为了确定经济可靠的坝型、合理的结构尺寸以及适宜的防渗和排水设施。内容：（1）确定坝体浸润线，坝体及坝基等势线或流网图，供坝体稳定计算或选定排水设备用；（2）确定坝体或坝基渗流量，用以估算水库渗漏量；（3）确定坝坡及坝基渗透比降，以判断其渗透稳定性。4.5.2 渗流计算方法（1）公式计算法：各种不同情况通过不同经验公式进行计算（2）数值解法：目前利用电子计算机，通过有线单元解决土石坝各种渗流问题已得到广泛运用。（3）绘制流网：当地层不太复杂的情况下，可以采用手绘流网办法来

39、求解众多的平面渗流问题。该法简便易行，通过试画或不断修正，绘得流网，能适应各种边界条件、满足设计精度要求，只要对渗流特性有所理解，通过短时实践，会很快熟悉掌握，不失为解决渗流问题的良好办法。（4）模拟试验：模拟试验法主要有连续介质的水电比拟法和将渗流场离散开来逐点求解的电阻网模拟法。前者可解决非均质和各项异性问题，但对于大型的复杂渗流场求解有一定困难。大型电阻网模拟使用方便，精度较高，多用于解决空间渗流试验。这两种方法都在渗流分析中发挥了较大作用6。4.6 应力计算方法土石坝如果是均质的，只要回答坝坡是否稳定，可不必分析其应力变形。然而，高土石坝往往都不是均质的，这不仅因为山区难以提供大体积的

40、防渗黏性土，而且大体积黏性土孔隙水压力消散慢，不利于坝坡的稳定。高土石坝的合理坝型主要有面板堆石坝和土质心墙坝两种。不太高的坝，心墙材料也可用沥青混凝土；特殊情况还可用混凝土，如三峡围堰。土石坝的地基覆盖层较厚不能挖除时，要用混凝土防渗墙防渗。高土石坝之所以要分析应力变形，实际上是要分析防渗结构混凝土面板、混凝土防渗墙、土质心墙的应力变形，看这些防渗结构是否会破坏。而防渗体是由土石料支撑的，支撑体的变形大，防渗体也就跟着产生大的变形，导致破坏。因此要将土石坝作为整体来分析应力变形。土质心墙坝中泊松比也会影响到心墙坝是否会发生水力劈裂。设想如果心墙料的泊松比为0，这意味着在上部坝体重力作用下尽管

41、心墙的竖向应力增加，且有压缩；但不对侧向土产生挤压，侧向应力就可能小于墙前水压力，从而导致发生水力劈裂。反之，如果心墙料的泊松比为0.5，向水一样。侧压力系数将等于1.0。竖向应力产生多大增量，侧压力也产生相同的增量。那么，在重力作用下就相当大，蓄水时就不会小于墙前水压力。也就是说，抗水力劈裂的能力很强。可见，泊松比由小变大，水力劈裂的危险性是降低的。应力变形计算宜采用非线性弹性应力应变关系分析，也可采用弹塑性应力应变关系进行分析。对于粘性土的坝体和坝基宜考虑固结对坝体应力和变形的影响6,7,10。4.7 施工碾压式土石坝的施工包括：准备作业、基本作业、辅助作业和附加作业：（1）准备作业包括：

42、平整场地、通车、通水、通电，架设通信线路，修建生产生活，行政办公用房以及排水清基等项工作（2）基本作业包括：料场土石料开采，挖、装、运、卸以及坝面铺平、压实、质检等项作业（3）辅助作业是保证准备及基本作业顺利进行，创造良好工作条件的作业，包括清除施工场地及料场覆盖，从上坝土料中剔除超径石块、杂物，坝面排水、层间刨毛和加水等。（4）附加作业：附加作业时保证坝体长期安全运行的防护及修整工作，包括坝坡修整，铺砌湖面块石及铺植草皮等5。4.8 该类工程的应用、发展现状、发展趋势土石坝是一种充分利用坝址附近的土、石料等建造而成的坝型，是历史最为悠久的一种坝型。其特点是可以就地、就近取材，以节省大量的水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量;能适应各种不同的地形、地质和气候条件，对于任何不良的坝址地基，经处理后均可筑坝，特别是在气候恶劣、工程地质条件复杂和高烈度地震区的情况下，土石坝实际上是唯一可取的坝型;随着大型高效施工机械的广泛采用，使得施工人数大大减少，施工工期不断缩短，施工费用显著降低，施工条件日益改善，同时提高了土石坝的施工质量，促进了高土石坝建设的发展;由于岩土力学理论、试验方法和计算技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性;高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等土石坝配套设计工程和施工技术的综合发展