毕业设计（论文）斜墙坝设计.doc

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1、目 录前 言1第一部分 设计说明书21 基本资料21.1 坝址区自然条件简况设计资料21.2 地址概况设计资料21.2.1 库区工程地质21.2.2 坝址区工程地质21.3 坝基岩石及砂砾石的物理学性质资料21.3.1 建造材料及水源资料21.3.2 粘土的物理力学指标31.3.3 砂砾石的物理力学指标31.3.4 本枢纽坝基岩石黑云角闪石英片岩的物理学力学指标如下31.4 水库特征表41.5 电站建筑物基本数据42 设计任务42.1 依据资料进行坝型选择和设计42.2 主要建筑物设计52.3 挡水坝坝段的设计52.4 泄洪道设计53 枢纽建筑物及其布置53.1 工程标准53.1.1 枢纽级别

2、53.1.2 水工建筑物级别53.2 总体布置53.3 坝型选择63.3.1 均质坝63.3.2 斜墙坝73.3.3 心墙坝73.3.473.4 坝体尺寸的拟定73.4.1坝坡73.4.2 坝顶高程83.4.3 坝体排水设备103.4.4 大坝防渗体114 土料设计124.1 粘性土料的设计124.2 非粘性土料设计125 渗流计算135.1 计算方法135.2 假设条件145.3 计算断面及计算情况的选择145.4 计算结果145.5 渗透稳定演算155.6 成果分析与结论166 稳定分析计算166.1 基本原理166.2计算方法176.3 计算结果196.4 成果分析及结论207 基础处理

3、208 细部构造218.1 坝的防渗体、排水设备218.2 反滤层218.3 坝顶228.4 护坡228.5 马道239 溢洪道249.1 溢洪道布置249.1.1 型式选择249.1.2 位置选择249.1.3 结构型式259.2 水力计算259.2.1 溢流堰259.2.2 渐变段259.2.3 陡坡段269.2.4 掺气水深289.2.5 消能段289.3 结构设计309.3.1 底板厚度309.3.2 底板构造309.3.3 底板的排水设备319.3.4 边墙319.3.5 挑坎结构31第二部分 设计计算书321 土坝设计321.1 土石坝基本剖面321.1.1 坝顶宽度321.1.2

4、 坝坡321.1.3 坝顶高程322 土料设计382.1 粘性土料设计382.2 非粘性土料设计383 渗流计算393.1 校核水位403.2 设计水位413.3 正常水位423.4 总渗流量443.5 校核443.5.1 渗流量443.5.2 渗透稳定444 稳定计算454.1 在校核水位情况下454.2 在设计水位情况下474.3 在正常水位情况下495 溢洪道设计505.1 溢洪道布置505.1.1 溢洪道选择505.1.2 位置选择515.2 水力计算515.2.1 宽顶堰515.2.2 泄槽段515.2.3 陡坡段545.2.4 消能段设计65结 论68参考文献69谢 辞70附录71

5、前 言毕业设计是大学本科教育的最后一个教学环节，也是最重要的教学环节之一。既是所学理论知识巩固深化过程，也是理论与实践相结合的过程。毕业设计是培养学生综合运用所学基本理论知识和基本技能，去解决实际问题和进一步提高运算、制图以及使用技术资料的技巧、完成工程技术和科学技术基本训练的重要环节。使学生从中受到工程师所必需的综合训练，并相应地提高各种能力，如调查研究、理论分析、设计计算、绘图、试验研究、技术经济分析、组织、撰写论文和说明书等等，培养实事求是、谦虚谨慎、刻苦钻研、勇于创新的科研态度和科学精神。经过严格的毕业设计训练，使我们进入工作岗位后，可以较快地适应工作。 本次设计的任务是大黑山水利枢纽

6、工程，此工程是以发电为主，兼顾灌溉的综合利用的水利枢纽。本枢纽处于大陆腹地，气候干燥，其上游100公里处已建成另一个水电站，坝区流道顺直，两岸为不对称河谷，岸坡陡峭。因此在组织设计过程中应充分考虑工程地质条件及处理措施，根据当地的条件选择最优的方案，使之既经济又安全。本工程承担发电、泄水、防洪任务，因此对水工建筑物的稳定、承压、防渗、抗冲等方面都有特殊要求，如要采取专门的地基处理措施和应力条件分析，以确保工程质量，优质完成设计任务。全文包括设计挡水建筑物即挡水坝的，泄水建筑物即溢流坝的设计以及土坝细部构造与坝基处理等部分，详细的介绍了大黑山水利枢纽工程设计的内容。 作者：王 珑 2012年6月

7、第一部分 设计说明书1 基本资料1.1 坝址区自然条件简况设计资料大黑山东沟工程位于某市航河干流上，河底高程435.00m，其上游100公里处已建成另一个水电站，坝区流道顺直，水面宽130140m，两岸为不对称河谷，岸坡陡峭。本枢纽处于大陆腹地，气候干燥，年降水量为328.5mm，蒸发量为1468.5mm，平均湿度为58%，全年平均气温为9.3，气温日变差大。 汛期（79月）最大风速的多年平均值为11.7m /s，水库吹程约1km，本地区地震基本烈度为7度。1.2 地址概况设计资料1.2.1 库区工程地质水库区分川、峡两部分，峡谷为相对高度在200m以上的中、高山，全长21.16公里，河流蜿蜒

8、曲折，滩多水急。水库末端为小川盆地，长约7.15公里，两岸宽度约12公里，地形开阔。1.2.2 坝址区工程地质坝址区出露岩层主要为黑云角闪石英片岩，该岩石致密坚硬，不透水，耐风化性强。右岸哑口部位出露有砂岩、砂砾岩等，与前寒武系变质岩系呈不整合接触。坝址区有四组断层。主要断层有八层，破碎带宽度一般仅0.20.8m，断层破碎带内的物质挤压紧密，胶结良好，极少有泥质材料充填，对坝基抗滑稳定不起控制作用。河床冲积层主要为砂砾石、中细砂和合砾砂土壤，并夹有少量的大小孤石，冲积层最大厚度为34.13m。1.3 坝基岩石及砂砾石的物理学性质资料1.3.1 建造材料及水源资料坝址下游五公里的大兴滩有混凝土用

9、砂、石料场，蓄量丰富，粗骨料可满足要求，细骨料储料不足。位于坝址下游三公里处，砂石储量丰富，可补足大兴滩砂子的不足。1.3.2 粘土的物理力学指标在天然状态下：粘粒含量30%40%；天然含水量23%24%；塑性指数1517；不均匀系数50；有机质含量0.4%；水溶盐含量2%；塑限17%19%；比重2.72.72。扰动后的主要物理力学指标为干容重16.50kN/m3;饱和容重20.60kN/m3；浮容重0.60kN/m3；渗透系数210-6cm/s。1.3.3 砂砾石的物理力学指标渗透系数310-3cm/s；内摩擦角：水上1=29，1=32；水下1=27，1=30；比重2.70，不均匀系数=15

10、。表1-1不同砾石含量设计干容重参考值见下表大于5mm含跞量P（%）102021303140415051606170设计干容重（kN/m3）17.0017.5018.5019.0019.5020.001.3.4 本枢纽坝基岩石黑云角闪石英片岩的物理学力学指标如下（）抗压强度 150MPa（）弹性模量 210 MPa（）混凝土与结晶片岩间的抗剪指标 f=0.7,f=1.0,C=1.0 MPa（）岩石容重 2.710kg/m（）砂砾石容重 2.210kg/m（）淤沙容重（干） 1.810kg/m（）淤沙内摩擦角 1.4 水库特征表（）水库水位 ）正常蓄水位 480.00m）设计洪水位（P=1%）

11、475.50m）校核洪水位（P=0.1%） 481.00m）汛期运行水位 472.00m）极限死水位 467.00m（）电站下游尾水位）设计洪水位 465.00m）校核洪水位 464.00m）正常尾水位 460.00m）最高尾水位 465.00m（）溢洪道下游水位）设计洪水位 462.20m）校核洪水位 463.45m（4）溢洪道的下泄流量 1900m3/s1.5 电站建筑物基本数据 本枢纽电站设三台轴流转浆式水轮机发电机组，每台装机容量为100千瓦。主厂房坝段长81m，安装间长52.4m。 发电机层地面高度471.50m，尾水管高程464.60m。三个机组间设置出口断面为4.42m的两个排沙

12、孔，孔口出口底高程为462.00m，洪水期电站仍发电运行，过流能力1000 m3/s计。2 设计任务2.1 依据资料进行坝型选择和设计根据给定的地形、地址、水文及施工运行方面的资料对选定的坝轴线，坝型进行论证。确定枢纽主要建筑物的组成，根据建筑物及其要求确定主要建筑物在枢纽布置中的现对位置。2.2 主要建筑物设计2.3 挡水坝坝段的设计确定挡水坝的使用部面及轮廓尺寸，并进行渗流分析、坝体稳定。绘出最大处挡水坝横剖面图。2.4 泄洪道设计确定泄洪道的基本部面及轮廓尺寸，进行水利计算及稳定。3 枢纽建筑物及其布置3.1 工程标准3.1.1 枢纽级别 根据水库总库容0.9亿，电站总装机容量30万千瓦

13、，查水工建筑物第四版教材表2-1知：按水库总库容分，该枢纽为等，按发电量分，该枢纽为等。以最高等别为标准，该枢纽为三等。3.1.2 水工建筑物级别 对同时保证几种用途的水工建筑物，应该根据最高的枢纽等别额定级别。土坝、溢洪道、放水涵管均为主要建筑物，查表2-2知：三等工程的主要建筑物为级，故土坝、溢洪道、防水涵管均为级建筑物。3.2 总体布置正确选择坝型和合理确定枢纽布置是设计的重要任务，一般应考虑几个可行方案，进行全面的技术经济比较，最后选定效益大，运行安全可靠、施工方便、工程量省、工期短、造价低的最优方案。本枢纽工程是由拦河大坝及泄水排沙等建筑物组成，通过技术经济比较和试验验证，确定其枢纽

14、建筑物组成及其布置见图： 图3-1 枢纽平面布置图3.3 坝型选择 坝型选择要根据地形条件、地质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件及坝基处理等各种因素，要求宣泄洪水情况，地震情况及枢纽任务，初步拟定几种坝型进行定性比较，选定技术上可靠、经济上合理的坝型。本设计限于资料只作定性的分析来确定土石坝坝型的选择。3.3.1 均质坝均质坝坝体材料单一，施工方便，当坝址附近有数量足够的适宜土料时可以选用，这种坝所用的土料的渗透系数较小，施工期坝体内会产生空隙水压力，影响土料的抗剪度，所以坝坡较缓，工程量大；此外铺土厚度薄、填筑速度慢、施工容易受降雨和冰冻影响，不利于加快进度、缩短工期。一般适用于中、低坝。

15、工程量太大，故不采用此方案。3.3.2 斜墙坝斜墙坝雨季和寒冷季节可先上透水料争取工期；坝基处理可与斜墙及坝壳填筑同时进行，不影响坝体施工；斜墙与坝壳之间的施工干扰相对较小，在调配劳动力和缩短工期方面比心墙坝有利。3.3.3 心墙坝心墙坝适应变形能力强，抗震性能较好，两岸的连接较为方便，坝址附近料场满足供应要求，故优先考虑此坝型，要求心墙与坝壳大体同时填筑，干扰大, 一旦建成，难修补，故不采用此方案。3.3.4 面板堆石坝工程量较小，施工方便。在具有大型振动碾等条件下，有很强的竞争力坝型。堆石坝施工干扰相对较小。但是由于河床地质条件较差，河床覆盖层一般为30米40米，最大深度达70余米，作为堆

16、石坝可能导致大量的开挖，此方案不予考虑。因此最终选用斜墙坝方案。3.4 坝体尺寸的拟定大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程，坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体等排水设备。坝顶宽度根据根据运行、施工、构造、交通和地震等方面的要求综合研究后确定。SL274-2001碾压式土石坝设计规范规定：高坝顶宽可选为1015m，中低把顶宽选为510m。坝顶宽度必须考虑斜墙顶部及反滤层布置的需要。 本设计的大坝高度在40m50m见，属于中低坝，所以坝顶宽度可选为10m。3.4.1坝坡坝型、坝高、建筑材料的性质，地址条件及地震等，都是影响坝坡的主要因素。上游坝坡一定要缓于下游坝坡，但底线可以相同，马道下的坝坡一定要缓于马道上的

17、坝坡。土坝的坝坡初选可参照已有工程实践经验拟定。土质防渗体的斜墙坝，当下游坝壳选用堆石时，常用坡率1：1.51:：2.5。采用土料时，常用1:2.01:3.0:；上游坝壳采用堆石时，常用1:1.71:2.7，采用土料时，常用1:2.01:3.5根据规范规定与实际结合，上游取1：3；下游取1：2.5。3.4.2 坝顶高程坝顶高程分别按正常情况、非常情况下的两种方案来计算大坝的高程，最后计算出数据取最大值，同时并保留一定的沉降值.坝顶高程在水库正常运用和非常运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高h按下式计算：d = R + e + A （3-1）式中：R波浪在坝坡上的爬高，

18、m；风浪引起的坝前水位壅高，m；安全加高，m。根据坝的级别和运行情况按下表选用。 表3-1 土坝坝顶的安全超高 单位：m坝的级别 、正常运行 1.50 1.00 0.70 0.50非常运行（a） 0.70 0.50 0.40 0.30非常运行（b） 1.00 0.70 0.50 0.30查碾压式土石坝设计规范波浪的爬高R可按用蒲田实验站公式计算： （3-2） （3-3） （3-4） 式中：平均波高，m；v多年平均风速，m/s，正常情况下(1.52)V，非常情况下V；D吹程，km，D=6km； 经验系数，根据计算无维量查碾压式土石坝设计规取1.0； 斜坡糙率及渗透性系数，K=0.750.80，取

19、K=0.80； 折减系数，风向与坝轴垂线的夹角为0，查得折减系数K =1.0；平均波长，m。风壅水面高e按下式计算： （3-5）式中：K综合摩阻系数，取3.610-6；v多年平均风速，m/s，正常情况下(1.52)V，非常情况下V；D为库面吹程，km，D=6km ；风向与坝轴线方向所成的夹角，=0；H水库的平均水深，m。结果取正常、非常情况两者之大者，并预留一定的沉降值.结果见下表，表3-2 坝顶高程计算成果表计算情况计算项目设计情况校核情况上游水位（m）475.50481.00河地变程（m）435坝前水深H(m)40.546吹程D(km)1风向与坝轴线夹角00风速v(m/s)23.411.7

20、经验系数Kw1.01坝坡糙率系数K0.80初拟上游坝坡m3波浪爬高R（m）1.2310.502风壅水面高度e（m）0.0050.001安全超高A （m）1.9360.803地震涌浪高度（m）1.5防浪墙（m）1.2坝顶高程（m）477.436481.6坝高4446.6坝顶高程加0.2%沉陷(m)478.74482.773设计情况取坝顶高程为483m，坝高48m，3.4.3 坝体排水设备 坝体排水主要是控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定性，防止渗透变形，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。 坝体排水有一下几种形式： （1）棱体排水，又称为滤水坝趾。是在下游坝脚处用块石堆成的棱

21、体。棱体与坝体以及 土质之间均应设置反滤层。在棱体上游坡脚出应该尽量避免出现锐角。棱体排水可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护尾水范围内的下游坝坡不受波浪淘刷，还可以与坝基排水相连。（）贴坡排水，又称为表面排水。排水顶部必须高于浸润线逸出点，对于1级、2级坝不小于2m，对于35级坝不小于1.5m。贴坡排水可以防止坝坡土发生渗流破坏，保护坝坡免受下游波浪淘刷，但不能有效的降低浸润线，且易因冰冻而失效。（）坝内排水。包括褥垫排水层，网状排水层、网状排水带、排水管、竖式排水体等。当下游无水时，褥垫排水能有效地降低浸润线，有助于坝基排水，加速软粘土地基的固结。主要缺点是对不均匀沉降的适应性差，易断裂.，

22、且难以检修。当下游水位高于排水设施时，降低浸润线的效果将显著降低。本地区石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜，它可以降低坝体浸润线，防止坝坡冻涨和渗透变形，保护下游坝址免受尾水淘刷，并可支撑坝体，增加下游坝坡的稳定性。按规范棱体顶面高程高出下游最高水位1m为原则，上游校核洪水时下游为最高水位水位465.00m。最后取466.00m，堆石棱体内坡取1:1，外坡取1:1.5，顶宽2.0m，在下游坝坡设纵横连通的排水沟，沿坝与岸坡的结合处，也设置排水沟，一般设于马道内侧，沿坝轴线方向每隔100m设置排水沟。3.4.4 大坝防渗体所谓防渗体，就是该部分土体比坝壳其他部位更不透水，它的作用是控制坝体内

23、浸润线的位置，并保持渗流稳定。均质坝的整个坝体都是防渗体。分区坝防渗体的主要形式为心墙和斜墙。SL274-2001碾式土石坝设计规范规定：心墙的不宜大于4，斜墙的不宜大于5。国内外土石坝的建设实践中，后斜墙的的底部常取为水头的30%50%，薄斜墙的底部厚度常取为水头的15%20%。大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面。（1）坝体的防渗坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求，同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面的要求.该坝体采用粘土斜墙，其底部最小厚度由粘土的允许坡降而顶，根据经验本设计允许渗透坡降取J=4，参考以往工程的经验，斜墙的顶部宽度取为

24、4（满足大于3机械化施工要求），粘土斜墙坝坡的坡度为1:2.2，斜土心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高0.6m）并高于校核洪水位为原则，最终取其心墙顶高程为481.5，墙顶的上部预留有1.5m的保护层，斜墙两侧设0.6m厚的粗砂层。（2）.坝基防渗体这个大坝坝基不设坝基防渗体。材料给出坝址区露岩层主要为黑云角闪石英片岩，该岩石致密坚实，不透水，抗风化性强。由材料可以知道，坝基岩体非常好，不透水，所以不用做坝基防渗体。见大坝剖面图： 图3-2 大坝剖面图4 土料设计筑坝材料的设计与土坝的结构设计、施工方法及工程造价有关，一般力求坝体内的材料分区简单，就地就近取材，因材设计。土料设计的主要

25、目的是确定粘土的填筑干容重、含水量，砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标，同时要使材料具有较高的强度，以减小坝体断面尺寸，防渗体较小的渗透性，以保证渗透稳定。4.1 粘性土料的设计计算公式：设计初步阶段，缺乏实验资料时，干容重按下式计算 （4-1） （4-2）式中：d 设计干容重，（/3）；w 水容重，取9.81N/mG 土粒比重，取2.72； 经验系数，取0.95；p 土的塑限，取18%；B 稠度系数，取0.1；Ip 塑性指数，取16% 含水量（%）4.2 非粘性土料设计对于砂砾料，由于含有砾石，如果用一般砂土的干容重控制砂砾料施工，会使坝壳紧密度降低。可根据不同

26、粗砾的含量，选择设计干容重。参照下表，根据经验选择=20 kN/m。表4-1 不同砾石含量设计干容重参考表大于5mm的含砾量P（%）102021303140415051606170设计干容重（kN/m）17.0017.5018.5019.0019.5020.005 渗流计算土石坝的渗流计算主要确定坝体的浸润线极其下游溢出点的位置，绘制坝体及坝基内的等势线分布图。为了坝体稳定分析，应力应变分析及排水设备选着提供依据。 5.1 计算方法选择水力学解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近视解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。计算简图如下

27、：图5-1大坝渗流计算简图通过防渗体的渗流量： （5-1）通过下游坝壳和坝基的渗流量： （5-2）浸润线方程： （5-3）式中：H上游水深，m；k1坝壳的渗透系数，取310-5m/s；k2斜墙的渗透系数，取210-8m/s；斜墙的平均厚度，=（1+2）/2，1、2为斜墙在库水位高程上和在地基上的厚度，m；h斜墙浸润线的逸出高度 ，m；S浸润线的水平投影长度，S=d+e，其中e=0.05h，m。5.2 假设条件5.2.1 不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；5.2.2 设斜墙的上、下游水位分别等于坝的上、下游水位；5.2.3 总渗流量可按河床中间断面渗流量的平均进行计算。5.3 计算断面及计算

28、情况的选择计算断面取河床中间断面II进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水、校核洪水及设计洪水时进行。5.4 计算结果渗流计算结果见下表：表5-1 渗流计算结果表 计算工况计算项目正常情况校核情况设计情况上游水深H（m）45.0046.0040.50棱体排水内坡（m）111斜墙平均厚度（m） 26.626.626.6斜墙后水深h（m）25.0529.0530.04坝顶长（m）500500500斜墙单宽q（m3/ms）1.0510-61.0310-68.7810-7总渗流量Q（m3/年8278.26602.726922.175.5 渗透稳定演算斜墙之后的坝壳，由于水头大部分在防渗体损耗了坝壳渗透坡降

29、及渗透速度甚小，发生渗透破坏的可能性不大，而在防渗墙与粘土斜墙的接触面按允许坡降设计估计问题也不大。在斜墙逸出点渗透坡降较大，予以验算。渗透坡降的计算公式： （5-4）式中：减逸出水深减下游水深，m； 渗流区长度，m。对于非粘性土，渗透破坏形式的判别根据指导书可参考下式：20 为管涌1020 时不定允许坡降可参考：1020，J允许=0.1。经演算校核情况下渗透逸出点的实际渗透坡降为9.23小于其允许坡降，故而认为渗透坡降满足要求。其计算详见毕业设计计算书。5.6 成果分析与结论以斜墙、混凝土防渗墙作为防渗措施。总渗流在正常蓄水时为8278.2m3/年，校核洪水时为6602.72m3/年，设计洪

30、水位为6922.17 m3/年，与其总库容相比显然是很小的。因此该断面满足设计要求。6 稳定分析计算6.1 基本原理工程上采用的土坡稳定分析方法，主要是建立在极限平衡理论基础之上的。假设达到极限平衡状态时，土体将沿某一滑裂面产生剪切破坏而失稳。滑裂面上的各点，土体均处于极限平衡状态，满足摩尔库伦强度条件。本次设计采用瑞典圆弧法。假设坝坡或坝坡连同部分坝基土体沿某一圆柱面滑动。圆柱面在坝体横剖面图上为宜圆弧。通常取单位坝长按平面问题计算。假设不同的圆心和半径画出一系列圆弧，对每一圆弧上的土体进行力的分析，分别求出各力对圆心的力矩。设Mr为圆弧面上抗滑力产生的抗滑力矩总和，Mg为滑裂土体上的荷载对

31、圆心的力矩代数和。每一个假设圆弧面的抗 滑安全系数均可由下式计算： （6-1）比较一系列滑动圆弧的Kc，最小的安全系数Kcmin即为该计算情况的安全系数，其值不得小于下表所列数值。表6-1 坝坡抗滑稳定的安全系数运用情况工 程 等 级、正常1.301.251.201.15非常1.201.151.101.051.101.051.051.006.2 计算方法 图6-1 计算简图 图6-2 土条单元图6-1所示为用任意半径R和圆心O所画的圆弧。为了便于计算滑动土体上各力对圆心O的力矩，采用“条分法”。将滑动圆弧以上的土体分成若干竖向土体，分别计算各土条上力的作用效果，然后求其总和代入公式计算稳定安全

32、系数。不计条块间作用力的圆弧法 （1）将土体分条编号土体宽度常取半径R的1/10，即b=0.1R。各块土条编号的顺序为：零号土条位于圆心之下，向上游（对下游坝坡而言）个土条的顺序为1、2、3、n，往下游的顺序为-1、-2-m，如图6-1所示。 （2）分别计算哥土条上的作用力（不包括底面反力）对圆心的力距Ms 以土条i为例说明计算方法如下：1）土条自重Gi对圆心的力矩：由图6-2可求得Gi为 （6-2） （6-3）式中： h1h4土条个分段的中线高度，m； 1 坝体土的湿容重，kN/m3； 3 坝体土的浮容重，kN/m3； 4 坝基土的浮容重，kN/m3； wi 土条单宽重量，kN/m。将土条自

33、重在土条底面中点处分解为两个分力： 切线方向分力 法线方向分力 其中如图6-1所示。注意：在图示垂线左边为正，右边为负。通过圆心，对圆心不产生力矩，故该土条自重对圆心的力矩： 2）渗流动水压力对圆心的力矩： 如不考虑地震惯性力，则该土条上荷载对圆心的力矩代数和为： （6-4） （6-5）式中： 2 坝体土料的饱和容重，kN/m3。（3）土条底部抗滑力产生的抗滑力矩根据库伦定律可求得土条底面的抗剪力。其对圆心的抗滑力矩为： （6-6）式中： 为每段弧长，m； 粘聚力，kpa； 内摩擦角，。 当土条底面为无粘性土时，ci=0。（4）求稳定安全系数按上述方法可求得每个土条的、，由上述可得 （6-7）

34、当沿滑裂面上的、为常量时，可将及提到符号的前面。6.3 计算结果（1）校核水位下： 计算简图如下：图6-3 校核水位计算图1.711.20 ，满足要求。（2）设计水位下： 计算简图如下：图6-4 设计水位计算图 1.71.30，满足要求。（3）正常水位下： 计算简图如下：图6-5 正常水位设计图 1.841.20 满足要求。具体计算见设计计算书。6.4 成果分析及结论由上述计算成果知：该坝在校核水位下的最小稳定安全系数为1.567，在设计水位下的最小稳定安全系数为1.597，该坝在正常水位下的最小稳定安全系数为1.541，都大于规范规定的数值。因此，所拟定的土坝断面尺寸是合理的。7 基础处理材

35、料给出坝址区露岩层主要为黑云角闪石英片岩，该岩石致密坚实，不透水，乃风化性强。由材料可以知道，坝基岩体非常好，不透水，所以不用做基础处理。8 细部构造8.1 坝的防渗体、排水设备坝体防渗体内斜墙上、下游设置反滤层；坝体排水为棱体排水。在排水体与坝体、坝基之间设置反滤层；下游马道设置排水沟，并在坝坡设置横向排水沟以汇集雨水，岸坡与坝坡交接处也设置排水沟，以汇集岸坡雨水，防止雨水淘刷坝坡，见细部构造详图。图8-1 护坡踏步8.2 反滤层参考土坝设计P456，对于粘土斜墙与下游砂砾石之间的反滤层，常可只设计一层60厘米厚的粗砂层，斜墙的上游面反滤层与下游面相同，反滤层一般布置于土质防渗体与坝壳或坝基

36、透水层之间及渗流进入排水设备处。在棱体排水和下游坝壳接触面也设置反滤层，设计两层分别厚70厘米粗砂层和40厘米的砾石。图8-2 棱体反滤层图8.3 坝顶坝顶上面用碎石铺设路面，坝顶上面铺设30cm厚的100 #混凝土路面，下有30cm砂石垫层。坝顶向下游倾斜2%的坡度，上游侧设1.2m高的防渗墙。图8-3 坝顶布置图8.4 护坡上游坝面设干砌石护坡，参考教材P267，厚度为0.50m，下面设0.2m的碎石垫层，下游也采用干砌石护坡，厚约0.3m，下面也设0.2m的碎石垫层。图8-4 护坡细部图8.5 马道上下游均设置马道，马道宽2m，下游马道上设置排水沟，其结构详图见下：图8-5 马道结构图图

37、8-6排水沟平面图9 溢洪道 在水利枢纽中，溢洪道是必须设置的泄水建筑物。溢洪道是一种最常见的泄水建筑物，用于宣泄规划水库所不能容纳的洪水，防止洪水漫溢坝顶，保证大坝安全。溢洪道除了具备足够的泄流能力外，还要保证其在工作期间的自身安全和下泄水流与原河道水流获得妥善的衔接。9.1 溢洪道布置9.1.1 型式选择因为开敞式溢洪道泄洪能力大，工作可靠，结构简单，施工、管理和维修方便，水流条件较好，可省去闸门和启闭设备，所以选用开敞式溢洪道。9.1.2 位置选择本设计溢洪道位置的选择可参考已建工程，布置在坝址的右岸，其具体布置可参见枢纽总体布置图。9.1.3 结构型式（1） 进口段由于溢洪道进口紧靠水

38、库，水流条件较好，不需引水渠，仅做喇叭口式进水段，长5m。（2） 控制段控制段的设计参考实际工程，采用宽顶堰，堰顶高程为471m，堰宽38.76m。（3）泄槽段由渐变段和陡坡段组成。渐变段的收缩角为20，长度为24.84m，底坡为0.05，陡坡段宽度为30m，底坡为0.1，陡坡长度71.28m，等宽，等坡。（4） 出口消能段采用挑流消能，参考实际工程和水工建筑物教材，挑射角为25，反弧半径为30m，挑流鼻坎高程应高于下游最高水位12m，取1m，则挑流鼻坎高程为466m。9.2 水力计算9.2.1 溢流堰溢流堰泄流能力应满足水库在校核洪水位是的最大下泄流量1900m3/s，参考水力学教材顺水流方向长度按水力学要求，2.5H10H，H为溢流水深。9.2.2 渐变段（1）渐变段临界坡度计算公式如下：