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1、水利水电工程专业毕业设计目 录第一章 调洪计算- 2 -第二章 坝顶高程计算- 8 -第三章 土石料的设计- 10 -3.1粘性土料的设计- 10 -3.1.1计算公式- 10 -3.1.2 计算结果- 11 -3.1.3 土料的选用- 11 -3.2 砂砾料设计133.2.1 计算公式133.2.2 计算成果13第四章 渗流计算174.1计算方法174.2.计算断面与计算情况174.3 逸出点坡降计算：21第五章 大坝稳定分析215.1 计算方法225.2源程序（VB）235.3 工况选择与稳定计算成果28第六章 细部结构计算286.1 反滤层的设计计算：286.1.1 防渗墙的反滤层：28
2、6.1.2 护坡设计：29第七章 隧洞水力计算307.1 设计条件307.2 闸门型式与尺寸317.3平洞段底坡317.4 隧洞水面曲线的计算：31第八章 施工组织设计378.1 施工导流计算37第一章 调洪计算主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。正常运用（设计）洪水重现期100年；非常运用（校核）洪水重现期200年。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。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.图 1
3、-1拟定几组不同堰顶高程及孔口宽度B的方案。堰顶自由泄流公式Q=Bm(2g)1/2H3/2可确定设计洪水和校核洪水情况下的起调流量Q起，由Q起开始，假定三条泄洪过程线（为简便计算，假设都为直线），在洪水过程线上查出Q泄，并求出相应的蓄水库容V。根据库容水位关系曲线可得相应的库水位H，由三组（Q泄，H）绘制的QH曲线与由Q=Bm(2g)1/2H3/2绘制的QH曲线相交，所得交点即为所要求的下泄流量及相应水位。 方案一：=2811m, B=8m起调流量=0.80.50289.6=370.19 m3/s设计洪水时：Q设 =1680 m3/s计算QH曲线列表如下：表1-1假设泄水流量 Q泄 （/s）水
4、库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）70031.86462.562825.0956037.57468.452825.3542044.07474.952825.64QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =490.0m3/s，H=2825.5 m校核洪水时： Q校=2320 m3/s计算QH曲线列表如下：表 1-2假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）87051.12482.002285.9567761.64492.522826.4148373.06503.942826.74图1-2QH曲线与Q=Bm(2g
5、)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =555.0m3/s，H=2826.6 m。方案二：=2814m, B=8m起调流量=0.80.50289.6=423.29m3/s设计洪水时：Q设 =1680 m3/s计算QH曲线列表如下：表 1-3假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）64534.71384.712820.457531.05381.052828.151027.83377.832821.4QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 575.0m3/s，H=2821.0m校核洪水时： Q校=2320 m3/s计算QH曲线列表如下：
6、表 1-4假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）72055.63405.632822.360860.48410.482822.551565.53415.532822.8图 1-3QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =665.0 m3/s，H=2822.2m方案三：=2808m, B=8m起调流量=0.790.5810.5=476.2 m3/s设计洪水时：Q设 =1680 m3/s计算QH曲线列表如下：表 1-5假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）67030.19380.1
7、92820.860032.63382.632821.053035.37385.372821.2QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =650.0 m3/s，H=2820.9m校核洪水时： Q校=2320 m3/s计算QH曲线列表如下：表 1-6假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）83050.95400.952822.073053.90403.902822.263558.53408.532822.6图 1-4QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =760.0 m3/s，H=2822.0m方案四：=2809
8、m, B=8m起调流量=0.810.589.5=420.2 m3/s设计洪水时：Q设 =1680 m3/s计算QH曲线列表如下：表 1-7假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）67031.56381.562821.060034.15384.152821.253037.05387.052821.2QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =665.0m3/s，H=2821.0m校核洪水时： Q校=2320 m3/s计算QH曲线列表如下：表 1-8假设泄水流量 Q泄 （/s）水库拦蓄洪水 V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m
9、）83052.43402.432822.273056.85406.852822.463561.69411.692822.6图 1-5QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为：Q泄 =760.0m3/s，H=2822.0m第二章 坝顶高程计算风壅水面高度e= （2-1） 式中 e-计算点处的风壅水面高度，m；D-风区长度，m；K-综合摩阻系数，取3.6；-计算风向与坝轴线法线的夹角，（22.5）波浪平均波高和平均周期gh/W2 =0.0076W-1/12(gD/ W2)1/3 (2-2)gLm/W2=0.331W-1/2.15(gD/ W2)1/3.75 (2-3)式中 h,gD/W2
10、 在20250之间,为累积频率5%的波高h5，gD/W2 在2501000之间,为累积频率10%的波高h10，累积频率P的波高hp与平均波高hm的比值可由表查到。平均波浪爬高 (2-4)设计波浪爬高值应根据工程等级确定，2级坝采用累积频率为1%的爬高值.正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按下式或有关规定计算:式中 Rm平均波浪爬高m单坡的坡度系数,若坡角为a,即等于cota K斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型查规范得0.78 Kw经验系数,查规范得1.01.坝顶超高 y=R+e+A (2-5)式中y坝顶超高R最大波浪在坝坡上的爬高，m（按规范二级大坝设计情况为1.0,山区丘陵去校核情况0.5）
11、 e最大风壅水面高度 A安全加高（按规范二级大坝设计情况为1.0,山区丘陵校核情况0.5）2.坝顶高程 计算结果见表2-1表2-1 坝顶高程计算成果图项目设计+正常运用正常+正常运用校核+非常运用正常+非常运用+地震上游静水位2824.72823.62825.62823.6河底高程2750275027502750坝前水深Hm74.773.675.673.6吹程D15000150001500015000风向与坝轴线夹角22.522.522.522.5风速w21211414平均波长Lm17.0019117.0019111.3274811.32748平均波高hm1.075251.075250.647
12、7320.647732护坡粗糙系数K0.780.780.780.78上游坝面坡脚m2.752.752.752.75经验系数kw1111平均波浪爬高Rm1.1397191.1397190.7220360.7220361%波浪爬高R1%2.5415732.5415731.6101391.610139安全超高A110.51风浪引起坝前壅高e0.0150120.0152360.0065920.006772超高y3.5565853.5568102.1167322.616911坝顶高程2828.2572827.1572827.7172826.217坝高78.2565977.1568177.7167376.
13、21691坝顶高程沉陷后0.3%2828.4912827.3882827.952826.446沉降后坝高78.4913577.3882877.9498876.44556坝顶高程2829m，坝高79m。第三章 土石料的设计3.1粘性土料的设计3.1.1计算公式粘性土料的填筑密度以压实干容重为设计指标，并按压实度确定：P = gd/gdmax (3-1)式中：P填土的压实度； gd设计填筑干容重；gdmax标准击实试验最大干容重。对、级坝和各种等级的高坝P应不低于0.981.00；对、级坝（高坝除外）应不低于0.960.98。设计最优含水量取在塑限附近略高于塑限，可用下式拟定： = p+ILIp
14、(3-2)式中 p土料的塑限含水量，以小数计；Ip土料的塑性指数，以小数计；IL土料的液性指数，亦称稠度，高坝可取-0.010.1，低坝可取0.100.20。粘性土料实际所能达到的设计干容重为：gd = gs(1-Va)/(1+wgs/g0) (3-3)式中： Va压实土体单位体积中的含气率，粘土0.05，壤土0.04，砂壤土0.03； gs土粒容重； OP填筑含水量。要乘以m才可作为设计干容重。再用下式校核d1.021.12(d)o (3-4)式中： d设计干容重；(d)o土场自然干容重。3.1.2 计算结果粘性土料设计的计算成果见表3-1。3.1.3 土料的选用上下游共有5个粘土料场，储量
15、丰富。因地理位置不同，各料场的物理性质，力学性质和化学性质也存在一定差异，土料采用以“近而好”为原则。粘粒含量为15%40%之间，均满足。规范指出粘土的渗透系数大于1010-6 cm/s,所有料场均满足要求。可溶盐含量都不大于3%，1#上 的有机质含量为2.20%，大于规定的2%，故不予采用。2#下 和2#上 的塑性指数大于20%和液限大于40%，根据规范不能作为坝的防渗体材料。3#下 的渗透系数比1#下 的小，防渗性能好，最大干容重比1#下 的大，压缩性能好，且3#下 的填筑含水量比天然含水量小，施工时只需加水，故选3#下 为主料场，1#下 为辅助及备用料场。39表3-1 粘性土料设计成果表
16、料场比重GS最大容重gdma(kN/m3)最优含水量（%）设计干容重(g/c m3)塑限含水量p（%）塑性指数Ip填筑含水量（%）自然含水量（%）孔隙比E湿容重rw(kN/m3)浮容重rb(g/c m3)内摩擦角液限（%）渗透系数10-6有机含量（%）可容盐含量（%）1#下2.671569622.0715.53923.1419.4622.521724.80.73418.910.9424.6742.604.3171.730.0702#下2.6716.186521.0216.024622.2021.7020.70424.20.72118.910.9325.5043.904.801.900.0191
17、#上2.6515.303622.3015.150625.0024.5723.77725.60.99017.350.8123.1749.571.902.200.1102#上2.7415.107423.8014.95626.3023.5025.81626.310.9316.370.8221.5049.93.960.250.1103#下2.7017.65816.9017.4814220.0014.0016.27415.90.58019.111.0628.0034.003.001.900.0803.2 砂砾料设计3.2.1 计算公式坝壳砂砾料填筑的设计指标以相对密实度表示如下：Dr =(emax-e)
18、/(emax-emin) (3-1)或 Dr =(rd-rmin)rmax/(rmax-rmin)rd (3-2)式中：emax最大孔隙比0.7857；emin最小孔隙比0.36986(nmax=0.44,nmin=0.27,e=n/(1-n)e填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的孔隙比；rd填筑的砂、砂卵石或原状砂、砂卵石干容重。 rd=Gs*9.81/(1+e) （3-3）设计相对密实度Dr要求不低于0.700.75；地震情况下，浸润线以下土体按设计烈度大小Dr不低于0.750.80。3.2.2 计算成果砂砾料的计算成果见表3-2 和表3-3。表3-2 砂砾料计算成果汇总表料场不均匀系数
19、Cu5mm砾石含量（%）比重Gs天然孔隙比相对密实度Dr设计干容重gd(g/cm3)设计孔隙比e.1#上43.87 46.82.750.4810.73218.2160.4802#上26.1247.72.740.5310.61217.560.5303#上26.4152.12.760.4490.81018.6860.4504#上39.8145.42.750.4600.78418.4780.4601#下50.1245.82.750.4810.73218.2160.4802#下42.6642.22.730.4750.74818.1570.4753#下66.0743.32.730.4810.73218.
20、0830.4804#下45.7145.42.720.5110.66217.6590.510 表3-2 续料场保持含水量（%）湿容重w(g/cm3)浮容重(g/cm3)内摩擦角粘聚力ckPa渗透系数K（10-2cm/s）1#上51.901.18351002.02#上51.821.14360002.03#上51.951.21354002.04#上51.941.20363002.01#下51.901.18352002.02#下51.891.17364002.03#下51.881.17355002.04#下51.831.14371002.0第四章 渗流计算渗流计算应包括以下内容:1.确定坝体浸润线及其
21、下游出逸点的位置，绘制坝体及其坝基内的等势线分布图或流网图；2.确定坝体与坝基的渗流量；3.确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降；4.确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置空隙压力；5.确定坝肩的的等势线、渗流量和渗透比降渗流计算应包括以下水位组合情况：1.上游正常蓄水位与下游相应的最低水位2.上游设计水位与下游相应的水位3.上游校核水位与下游相应水位4.1计算方法选择水力学方法解决土坝渗流问题。根据坝体内部各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定律近似解土坝渗流问题。计算中假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等。通过防渗体流量： q=K(H2-H12
22、)/2 + K2(H-H1)T/D (4-1)通过防渗体后的流量： q2=K1(H12-T12)/2L1 + KT(H1-T1)T/(L+0.44T) (4-2)假设：1）不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；2）由于砂砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水与下游水位相差不是很大，认为不会形成逸出高度；3）对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端即为坝趾。4.2.计算断面与计算情况对河床中间断面-以及左右岸坡段各一断面-、-
23、三个典型断面进行渗流计算，断面的简化图见附录，计算按正常蓄水和设计洪水两种情情况进行。-断面：（1）正常蓄水位+相应下游水位正常蓄水位2823.6m 下游相应的最低水位为2752.2mK=3.0cm/s, K2=1.0 cm/s K1=2.010-2 cm/s KT取2.010-2 cm/sT1=2.2m T=32m D=0.9m H=73.6m =19.6m L=212.96m L1=195.32m=+ =由= 计算得： =6.1, H1=2.63m(2) 设计水位与下游相应的水位H=74.7m T1=5.3m(2755.3-2750) L=212.96m L1=195.32m=+ =由=计
24、算得： = 6.3, H1=2.94m(3) 校核水位与下游相应水位H=75.6m T1=5.5m (2755.45-2750) L=212.96m L1=195.32m=+ =由=计算得： = 6.4, H1=3.31m-断面:上游坝底高程取在2752m 处，下游坝底高程取在2802m 处，经简化近似等效为上下游坝底高程均在2790m，坝与地基的接触面近似为一水平面，覆盖层深4m。(1) 正常蓄水位+相应下游水位K=3.0cm/s, K2=1.0 cm/s K1=2.010-2 cm/s KT取2.010-2 cm/s T1=0m T=4m D=0.9m H=33.6m =12.9mL1=1
25、00.35m L=110.63m=+ =由=计算得： = 1.48, H1=0.041m(2) 设计水位与下游相应的水位H=34.7m L1=100.35m L=110.63m=+ =由=计算得： = 1.83, H1=0.047m(3) 校核水位与下游相应水位H=35.6m L1=100.35m L=110.63m=+ =由=计算得： = 2.07, H1=0.056m-断面：上游坝底高程取在2790m 处，下游坝底高程取在2763m 处，经简化近似等效为上下游坝底高程均在2775m，坝与地基的接触面近似为一水平面，覆盖层深28m。（1）正常蓄水位+相应下游水位K=3.0cm/s, K2=1
26、.0 cm/s K1=2.010-2 cm/s KT取2.010-2 cm/sT1=0m T=28m D=0.9m H=48.6m =14.8m L1=172.93m L=188.60m=+ =由= 计算得： = 3.4, H1=0.237m(2) 设计水位与下游相应的水位 H=49.7m L1=172.93m L=188.60m=由= 经过试算得： = 3.8, =0.282m(3）校核洪水位与下游相应的水位K=3.0cm/s, =50.6m, =0m, =18m, =2.0cm/s， =1.0cm/s,=由= 经过试算得： = 4.3, =0.325m结果整理如下：表4-1 渗流计算结果汇
27、总表 计算情况计算项目正常蓄水位设计洪水位校核洪水位上游水深H（m）-73.674.775.6-33.634.735.6-48.649.750.6下游水深T1（m）-2.25.35.5-000-000逸出水深H1（m）-2.632.943.11-0.0410.0470.056-0.2370.2820.325渗流量q(10-6m3/s.m)-6.126.356.47-1.481.832.07-3.453.834.37 4.3 逸出点坡降计算：用流网法可准确求出渗流区任一点的渗透压力、渗透坡降和渗流量。绘制等势线和流网时，两者互相正交，并且分割的网格大致长宽相等。各种工况下渗流逸出点坡降计算成果如
28、表4-2：表4-2 逸出点渗透坡降成果表-情况正常设计校核坡降J3.473.933.38第五章 大坝稳定分析土石坝在自重、水荷载、渗透压力和地震荷载等作用下，若剖面尺寸不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或坝体连同坝基有可能发生失稳。本设计中的稳定分析，主要指边坡的抗滑稳定。稳定分析计算的目的在于分析坝坡在各种不同工作条件下可能产生的失稳形式，校核其稳定性。5.1 计算方法以简化折线滑动法为理论基础，假设滑动面只在坝壳中，而防渗体不连同坝壳一起滑动，如图5-1所示。图5-1 稳定计算图滑动面上的抗剪强度利用充分程度应该是一样的，其安全系数表达方式为： 式中：即为安全系数，为试验得到的抗剪强
29、度指标。图中0点为坐标原点，水平向坝坡向为X轴，竖直向上为Y轴建立直角坐标系统。假设滑动面的三点A、D、C（按一定步长确定这三点的坐标），且滑动面不会切到心墙。其中A点在坝脚斜坡面上移动，但不会到达坝顶，D点为折坡点，C点在坝体计算那一面的表面上移动，可以到达坝顶，但不会移动到坝体的另一侧。其他字母如图所示。计算中把滑动土体ADC（构成的滑动面）分成三个滑块，为相邻两土体滑面上的作用力。计算时先假设不同的安全系数，从第一条土块的平衡条件中求出，然后将其作用在第二块上，求出，再作用在第三块上，看求出是否0，如不平衡则重新假定安全系数，重复上述步骤，直到为 0，此时的即为该滑动面的安全系数。其中，
30、在水位以上的土体所受的重力，用面积乘以天然容重，水位以上，由于浮力作用，乘以浮容重得到。Qi为水平地震惯性力，其值为惯性系数aij乘以相应土体的重量，所有力都可以简化到形心处，只考虑力的平衡，不考虑力矩的平衡。设计中为简化程序起见，还进行了以下假定：滑面ED、PQ铅直，条间力Pi，作用方向总是和上一个土体平行。这些假定会对计算结果的精确度产生一定影响，但总体影响不是太大，近似计算中可以忽略。5.2源程序（VB）Option ExplicitPrivate Sub Command1_Click() Dim H As Single, WH As Single, m As Single, R As
31、Single, RF As Single, D As Single, am As Single, ah As Single, Wr As Boolean Dim xa As Single, ya As Single, xb As Single, xc As Single, xc_max As Single, xd As Single, yd As Single, ye As Single, xf As Single, xg As Single, a1 As Single, a2 As Single Dim h1 As Single, h2 As Single, Alf1 As Single,
32、Alf2 As Single, W1 As Single, W2 As Single, F1 As Single, F2 As Single Dim a As Single, b As Single, c As Single, Dlt As Double, k As Single, kc As Single, xd_f As Single, yd_f As Single kc = 5 Wr = False If Option2.Value = True Then If Text_am.Text = 7 Then am = 3 ah = 0.1 ElseIf Text_am.Text = 8 T
33、hen am = 2.5 ah = 0.2 ElseIf Text_am.Text = 9 Then am = 2 ah = 0.4 Else Wr = True End If End If If Text_D.Text = Or Text_H.Text = Or Text_WH.Text = Or Text_m.Text = Or Text_R.Text = Or Text_RF.Text = Or Wr = True Then MsgBox 请正确输入计算所需数据！, 48, 错误提示 Else H = Val(Text_H.Text) WH = Val(Text_WH.Text) m =
34、 Val(Text_m.Text) R = Val(Text_R.Text) RF = Val(Text_RF.Text) D = Val(Text_D.Text) xb = H * m For xa = 0 To xb - ed Step ed ya = xa / m For xd = xa + ed To xb Step ed For yd = ya + ed To xd / m - ed Step ed a2 = Atn(yd - ya) / (xd - xa) ye = xd / m xc_max = xb + D If xa + (H - ya) / Tan(a2) xc_max Then xc_max = xa + (H - ya) / Tan(a2) End If For xc = xb To xc_max Step ed If xd xc Then a1 = Atn(H - yd) / (xc - xd) If WH ya And WH yd And WH ye Then xf = WH * m xg = xd + (WH - yd) / Tan(a1) W1 = (xg - xf) + (x
