土石坝毕业设计计算书.doc

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1、 毕业设计（论文）计算书题 目 西南地区A江 上坝址初步设计 专 业 水利水电工程 班 级 2010级二班 学 生 莫 秋 琳 指导教师 赵 迪 重庆交通大学2014年目录第一章 调洪演算计算31.1 洪水调节计算原理31.1.1工程等别及建筑物级别31.1.2泄洪方式与水库运用方案41.2.1堰顶高程及泄洪孔口的选择61.2.2 堰顶高程及孔口尺寸选择原则61.3方案拟定61.3.1方案一61.3.2方案二101.3.3方案三131.3.4 方案四161.4方案选择20第二章 坝高确定232.1 大坝高程的计算232.1.1 正常蓄水232.1.2 设计蓄水252.1.3校核蓄水273.1大

2、坝轮廓尺寸及排水防渗体设293.1.1坝顶宽度303.1.2坝坡303.1.3坝体排水303.1.4大坝防渗体313.2 细部构造设计313.2.1粘性土料设计323.2.2坝壳砂砾料设计343.2.3筑坝用料354.1 渗流分析364.1.1 渗流计算水位364.1.2 计算内容及目的374.1.3 计算原理374.1.4渗流计算应包括以下水位组合情况：374.2 稳定分析计算434.2.1 计算方法434.2.2 正常工况444.2.3 设计工况514.2.4 校核工况55第五章 坝基处理及细部结构625.1 基础处理部分625.1.1 河床部分625.1.2 坝肩处理635.2 细部构造

3、设计635.2.1 坝的防渗体，排水设备635.2.2 反滤层设计635.2.3 护坡设计635.3反滤层的设计计算，645.4护坡设计65第六章 泄水建筑物的设计656.1泄水方案选择656.2 隧洞选择与布置666.3 隧洞的体型设计666.3.1 进口建筑物666.3.2洞身断面型式与尺寸676.3.3出口消能段676.4隧洞水力计算686.4.1设计条件686.4.2平洞段底坡的确定696.4.3洞内水面曲线696.4.4出口消能计算706.5隧洞的细部构造726.5.1洞身衬砌726.5.2灌浆、防渗与排水726.5.3掺气槽736.6 放空洞设计73第七章 工程量统计74第八章 施

4、工组织设计748.1 施工导流计划748.1.1 导流方案748.1.2 施工分期758.1.3 导流工程规划计划758.2 施工控制性进度768.2.1 截流准备工作768.2.2 截流合龙并填筑挡水围堰768.2.3 封孔蓄水768.2.4 初期发电778.2.5 工程竣工778.3 施工程序安排77 第一章 调洪演算计算 1.1 洪水调节计算原理1.1.1工程等别及建筑物级别 正常蓄水位为2825m,其相应水库库容为4.6亿 m3。 根据SDJ1278水利水电工程等级划分及设计标准（山区、丘陵部分）和表1-1，由水库总库容指标（正常蓄水位时库容4.6亿 m3，估计校核情况下库容不会超过1

5、0亿m3）定为大（2）型。 表1-1 水利水电枢纽工程分等指标 工程等别工程规模分等指标水库库容（亿m3 ）防洪灌溉面积（万亩）电站装机容量 （万kw）保护城市及工矿区保护农田（万亩）一大（1）型10特别重要的城市、工矿区50015075二大（2）型101重要城市、工矿区500100150507525三中型10.1中等城市、工矿区10030505252.5四小（1）型0.10.01一般城市、工矿区3050.52.50.05五小（2）型0.010.0010.50.05 表1-2 水工建筑物级别的划分工程等别永久性建筑物的级别临时性建筑物的级别 主要建筑物次要建筑物 一123二234三345四45

6、5五555 根据表1-2可知主要建筑物为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。1.1.2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，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，整个汛期内大洪水随时都可能出现，任何时候都预留一

7、定的防洪库容是必要的。1.2调洪演算原理 采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得出设计与校核洪水过程线如下： 图1-1 设计洪水过程线 图1-2 校核洪水过程线 利用半图解法进行调洪计算。根据库容曲线Z-V，拟订的泄洪建筑物形式、尺寸，用水力学公式确定计算Q-Z关系为 本设计拟订四组方案进行比较，其计算方法如下所示。 1.计算公式 (1) (2)式中： 计算时段中的平均入库流量（m3/s），它等于； 计算时段初的下泄流量（m3/s）； 计算时段末的下泄流量（m3/s）； 计算时段初水库的蓄水量（m3）； 计算时段末水库的蓄水量（m3）； 计算时段，一般取1-6小时，需化为秒数。为时段

8、始末入库平均流量，由洪水过程线得到。、为时段已知值，左端、为时段末的未知值，由公式（1）可以看出（V/+q/2）是q函数，故可将q与（v/+q/2）之间的关系绘制成调洪辅助曲线。因式（1）两端都有（v/+q/2），只需绘制一条辅助线就能求解、故称单辅助线法。首先，根据起始条件，在辅助曲线查出相应的（V/+q/2）值，然后由公式（1）计算出/+/2，再由/+/2值在单辅助曲线上反查出相应的值，以作为下一个时段的，重复上述图解计算，既得下泄流量过程线q=f(t). 2将入库洪水Q-t和计算的q-t点绘在一张图纸上，二者的交点即为所求的下泄洪水流量最大值. 3根据公式 即可求得此时对应的水头H和上游

9、水位Z。 4计算工况：计算工况分为校核和设计两种。 5水位流量关系曲线的确定：本工程泄洪方式采用WES堰流曲线。水位流量关系曲线由下式确定： 式中：为流量系数，；溢流孔宽：B待拟定。1.2.1堰顶高程及泄洪孔口的选择 调洪演算时需拟定几组不同堰顶高程及孔口宽度B的方案，进行比较分析，取其优者。1.2.2 堰顶高程及孔口尺寸选择原则堰顶高程如果取的太低，孔口总净宽选的大，则泄流能力加大，所需水库防洪库容可较小，挡水建筑物高度也可较小，上游淹没损失也较小；但是这时隧洞本身工程量及造价会很高。如果堰顶高程取得高，孔口总净宽取的小，则结果与上述相反。1.3方案拟定 要得到堰顶高程与孔口尺寸的最佳方案，

10、应在技术可行前提下，结合泄水隧洞以及挡水建筑物在内的枢纽总造价最小来优化，通过各种可行方案的经济比较决定。设计中参照已建工程经验，初步拟定三组堰顶高程与孔口尺寸：方案一： =2814m， B=7m）； 方案二： =2815m, B=8m）；方案三： =2815m, B=7m）； 方案四： =2816m, B=8m）。1.3.1方案一 =2814m, B=7m） 起调流量 （1）设计洪水时:Q设 =1680 m3/s 计算并绘制q=V/t +q/2辅助曲线 表1-3 q=f(V/t +q/2)辅助曲线计算表水库水位Z(m)总库容 正常蓄水位以上库容V(万m3)V/t (万m3)q(m3/s)q/

11、2(m3/s)V/t +q/2(m3/s)堰顶高程孔口宽度BV/t -q/228254600000466 233 233 28147-233 283056800108005000815 407 5407 281474593 2835730001620075001225 613 8113 281476887 2840980002500011574 1688 844 12418 2814710730 图1-3 Q与V/T+Q2的关系曲线图 图1-4 水库水位Z与下泄流量q关系曲线图调洪计算求q-t过程 表1-4 半图解法计算时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2

12、q(m3/s)(m3/s)8.46466 233 466 121648 1057 824 492 181113 1381 1712 534 24646 880 2058 551 30474 560 2067 551 36361 417 1934 545 42278 319 1708 533 48213 245 1420 520 54162 187 1087 504 60121 141 724 478 6688 104 351 417 7255 71 5 381 7825 40 -336 346 绘制Q-t与q-t过程线，求、与 由表4-4的第1、2、5栏数值 ，可绘制Q-t与q-t过程线 图1

13、-5 Q-t与q-t过程线 由上图读出=552.49,利用值，由图3-4可查得 =2826.44m 。 (2)校核洪水时：Q校=2320/s 表1-5 半图解法结果表时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)7.48466 0233 466 122260 1363 1130 506 181525 1893 2517 576 24886 1205 3146 614 30649 767 3300 624 36494 572 3247 620 42381 438 3065 608 48291 336 2793 592 54222 257 24

14、57 572 60165 194 2079 552 66120 143 1669 531 7275 98 1236 511 7834 55 779 490 图1-6 Q-t与q-t过程线 由上图读出=624.57利用值，由图3-4可查得。1.3.2方案二 I =2815m, B=8m） 起调流量 （1）设计洪水时:Q设 =1680 m3/s 计算并绘制q=V/t +q/2辅助曲线 表1-6 q=f(V/t +q/2)辅助曲线计算表水库水位Z(m) 总库容正常蓄水位以上库容V(万m3)V/t (万m3)q(m3/s)q/2(m3/s)V/t +q/2(m3/s)堰顶高程孔口宽度BV/t -q/2

15、28254600000461 231 231 28158-231 283056800108005000846 423 5423 281584577 2835730001620075001302 651 8151 281586849 2840980002500011574 1820 910 12484 2815810664 图1-7 q-V/t +q/2辅助曲线图1-8 水位与下泄流量关系曲线调洪计算求q-t过程 表1-7 半图解法计算时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)8.43461 231 461 121648 1055 825

16、 491 181113 1381 1715 537 24646 880 2057 556 30474 560 2061 556 36361 417 1922 548 42278 319 1693 536 48213 245 1403 520 54162 187 1070 503 60121 141 708 485 6688 104 328 466 7255 71 -67 357 7825 40 -385 322 绘制Q-t与q-t过程线，求、与由表3-7的第1、2、5栏数值 ，可绘制Q-t与q-t过程线， 图1-9 Q-t与q-t过程线 由上图读出,利用值，由图3-8可查得 (2)校核洪水时：

17、Q校=2320m3/s 调洪计算求q-t过程 表1-8 半图解法计算时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)7.46461 0231 461 122260 1361 1131 506 181525 1893 2518 583 24886 1205 3140 624 30649 767 3283 635 36494 572 3220 630 42381 438 3027 616 48291 336 2747 598 54222 257 2406 576 60165 194 2023 554 66120 143 1612 531 7275

18、 98 1178 508 7834 55 725 485 绘制Q-t与q-t过程线，求与由表3-8的第1、2、5栏数值 ，可绘制Q-t与q-t过程线 图1-10 Q-t与q-t过程线由上图读出,利用值，由图3-8可查得。 1.3.3方案三 =2815m, B=7m） 起调流量（1）设计洪水时:Q设 =1680 m3/s 计算并绘制q=V/t +q/2辅助曲线表1-9 q=f(V/t +q/2)辅助曲线计算表水库水位Z(m) 总库容正常蓄水位以上库容V(万m3)V/t (万m3)q(m3/s)q/2(m3/s)V/t +q/2(m3/s)堰顶高程孔口宽度BV/t -q/2282546000004

19、03 202 202 28157-202 283056800108005000740 370 5370 281574630 2835730001620075001140 570 8070 281576930 2840980002500011574 1593 796 12370 2815710778 图1-11 q-V/t +q/2辅助曲线 图1-12 水位与下泄流量关系曲线 调洪计算求q-t过程 表1-10 半图解法计算时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)8.01403 202 403 121648 1026 825 429 18

20、1113 1381 1776 472 24646 880 2184 492 30474 560 2252 495 36361 417 2174 491 42278 319 2002 483 48213 245 1764 471 54162 187 1481 458 60121 141 1164 444 6688 104 824 429 7255 71 466 414 7825 40 92 331 绘制Q-t与q-t过程线，求 。由表3-10的第1、2、5栏数值 ，可绘制Q-t与q-t过程线 图1-13 Q-t与q-t过程线 由上图读出,利用值，由图3-12可查得 (2)校核洪水时：=2320m

21、3/s 调洪计算求q-t过程 表1-11 半图解法计算 时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)6.98403 202 403 122260 1332 1131 442 181525 1893 2582 513 24886 1205 3274 554 30649 767 3487 568 36494 572 3491 569 42381 438 3359 560 48291 336 3135 545 54222 257 2847 528 60165 194 2512 509 66120 143 2146 490 7275 98 175

22、3 471 7834 55 1337 452 绘制Q-t与q-t过程线，求、 由表3-11的第1、2、5栏数值 ，可绘制Q-t与q-t过程线， 图1-14 Q-t与q-t过程线由上图读出,利用值，由图3-12可查得 =2827.42m 。 1.3.4 方案四 =2816m, B=8m ） 起调流量（1）设计洪水时:Q设 =1680 m3/s 计算并绘制q=V/t +q/2辅助曲线 表1-12 q=f(V/t +q/2)辅助曲线计算表V/t (万m3)qq/2V/t +q/2堰顶高程孔口宽度BV/t -q/2(m3/s)(m3/s)(m3/s)281680392 196 196 28168-19

23、6 5000761 381 5381 281684619 75001203 602 8102 281686898 11574 1708 854 12428 2816810720 图1-15 q-V/t +q/2辅助曲线 图1-16 水位与下泄流量关系曲线调洪计算求q-t过程 表1-13 半图解法调洪计算表时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V/T+q/2(m3/s)q(m3/s)7.92392 196 392 121648 1020 824 421 181113 1381 1784 469 24646 880 2194 491 30474 560 2263 495 36

24、361 417 2185 491 42278 319 2014 481 48213 245 1778 469 54162 187 1496 452 60121 141 1185 439 6688 104 851 423 7255 71 499 406 7825 40 133 316 绘制Q-t与q-t过程线，求 。由表3-13的第1、2、5栏数值 ，可绘制Q-t与q-t过程线 图3-17 Q-t与q-t过程线由上图读出,利用值，由图3-12可查得 (2)校核洪水时：=2320m3/s 调洪计算求q-t过程 表3-14 半图解法计算表时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)V

25、/T+q/2(m3/s)q(m3/s)6.87392 196 392 122260 1326 1130 436 181525 1893 2587 514 24886 1205 3278 559 30649 767 3487 574 36494 572 3484 574 42381 438 3348 564 48291 336 3120 548 54222 257 2828 529 60165 194 2493 509 66120 143 2126 488 7275 98 1736 467 7834 55 1323 446 调洪计算求q-t过程 图3-18 Q-t与q-t过程线由上图读出,利用值

26、，由图3-12可查得 =2827.50m 。 表1-15 调洪演算结果如下方案孔口尺寸工况q（）V(百万)上游水位Z（m）一I=2814mB=7m 设计552.47 4912826.44 校核624.55 5102827.31 二I=2815mB=8m设计557.66 4912826.45 校核634.98 5092827.28 三I=2815mB=7m设计495.35 4922826.48 校核569.62 5122827.42 四I=2816mB=8m设计495.15 4952826.60 校核575.06 5142827.50 1.4方案选择 根据以上方案都能满足泄流量 q900m3/s

27、，校核洪水位都不超过正常蓄水位的3.5米，因而需四个方案的技术经济进行比较，同时也应结合导流问题。二、三两方案堰顶高程均为 2815m，第二方案虽然库水位较低，但是与第三方案相比相差甚小，而洞宽相对较大，会增大溢洪道开挖工程量，故选择第三方案较为合适，即堰顶高程为I=2815m，溢流孔口净宽 B=7m,设计水位 2826.48m，校核水位 2827.42m，设计泄洪流量 495.35m3/s,校核泄洪流量 569.62m3/s。 第二章 坝高确定2.1 大坝高程的计算坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值: 1. 设计洪水位加正常运用条件下的坝顶超高; 2. 正

28、常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高; 3. 校核洪水位加正常运用条件下的坝顶超高。 因该地区地震烈度为7， 故还需考虑正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度， 最后取以上四种工况最大值，同时并保留一定的沉降值。2.1.1 正常蓄水坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定： 其中：y-坝顶超高； R-最大波浪在坝顶的爬高； e-最大风壅水面高度； A-安全超高。该坝为二级建筑物取A=1.0； W 设计风速，根据以上规范取为 ，取 ； D 风区长度，根据资料取为 m ； K 综合摩阻系数，取 ； 计算风向与坝轴线法线的夹角，取 0； Hm 水库水域的平均水深，m 。 对于内陆峡谷水库，在风

29、速W26.5m/s、吹程D20km时，波浪的波长和波高h可采用官厅公式： 式中： h当=20250时，为累积频率5%的波高，m。 =2501000时，为累计频率10%的波高，m。波浪平均爬高计算公式如下： 式中： R平均波浪爬高，m； m单坡的坡度系数，取2.5; 斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型确定，工程采用干砌块石护坡，查规范表 A.1.12-1，取 =0.80； 经验系数； H =正常水位-河床最低高程=2825.0-2750.0=75.0m 查规范表 A.1.12-2,取=1 =（正常水位-河床最低高程）/2=（2825.0-2750.0）/2=37.5m ,从而h为累积频率10%的

30、波高。 ，查规范表A.1.8得：平均波高 （m）(m)工程大坝为二级建筑物，根据规范波浪爬高应采用累积频率为1%的爬高值。 ,查规范表A.1.13得，=2.23。 超高 y=R+e+A=3.108+0.033+1=4.141m2.1.2 设计蓄水 坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定： 其中： y-坝顶超高； R-最大波浪在坝顶的爬高； e-最大风壅水面高度； A-安全超高。该坝为二级建筑物，设计时取A=1.0。 W 设计风速，根据以上规范取为 ，取； D 风区长度，根据资料取为 m ； K 综合摩阻系数，取 ； 计算风向与坝轴线法线的夹角，取 0； Hm 水库水域的平均水深，m 。 对于内陆

31、峡谷水库，在风速W26.5m/s、吹程D20km时，波浪的波长和波高h可采用官厅公式： 式中 h当=20250时，为累积频率5%的波高，m。 =2501000时，为累计频率10%的 波高，m。波浪平均爬高计算公式如下： 式中 R平均波浪爬高，m； m单坡的坡度系数，取2.5; K斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型确定，工程采用干砌块石护坡，查规范表 A.1.12-1，取 K=0.80； KW 经验系数，H =设计水位-河床最低高程=2826.48-2750.0=76.48m 查规范表 A.1.12-2,取=1 =（设计水位-河床最低高程）/2=（2826.48-2750.0）/2=38.24m ,从而h为累积频率10%的波高。 查规范表A.1.8得：平均波高（m） (m)工程大坝为二级建筑物，根据规范波浪爬高应采用累积频率为1%的爬高值。 ,查规范表A.1.13得，=2.23。 超高 y=R+e+A=3.108+0.032+1=4.140m2.1.3校核蓄水 坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：