心墙土石坝水利枢纽工程毕业设计计算书.doc
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1、目 录第一节 调洪计算2第二节 大坝高程的确定7第三节 土石料的设计13第四节 渗流计算18第五节 稳定分析25第六节 细部结构计算32第七节 泄水建筑物的计算34第八节 施工组织设计39第一节 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。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。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
2、过程线。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:I=2818m, B=7m起调流量=0.90.5710.8=495.22 m3/s设计洪水时:Q设 =1680 m3/s计算QH曲线列表如下:表1-1 设计水位流量关系表(方案
3、一)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)56033.8579.82830.170028.9574.92829.998020.8566.82829.6QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为:Q泄 =585 m3/s,H=2830.06 m校核洪水时: Q校=2320 m3/s计算QH曲线列表如下:表1-2 校核水位流量关系表(方案一)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)582.461.8607.82831.3776.652.4598.42830.9970.744.1590.128
4、30.6QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为:Q泄 =660 m3/s,H=2831.125 m图1-1 方案一调洪演算结果方案二:I=2819m, B=7m起调流量=0.90.579.8=428.05 m3/s设计洪水时:Q设 =1680 m3/s计算QH曲线列表如下:表1-3 设计水位流量关系表(方案二)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)49038.7584.72830.456035.8581.82830.270030.4576.42830.098021.7567.72829.6QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2
5、的交点为:Q泄 =530 m3/s,H=2830.275m校核洪水时: Q校=2320 m3/s计算QH曲线列表如下:表1-4 校核水位流量关系表(方案二)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)485.470.2616.22831.8776.654.5600.52831.0970.745.5591.52830.7QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为:Q泄 =610 m3/s,H=2831.425m图1-2 方案二调洪演算结果方案三:I=2819m, B=8m起调流量=0.90.589.8=489.2 m3/s设计洪水时:Q设 =168
6、0 m3/s计算QH曲线列表如下:表1-5 设计水位流量关系表(方案三)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)49036.5582.52830.356034.0580.02830.270029.1575.12829.998020.9566.92829.7QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为:Q泄 =590 m3/s,H=2830.125m校核洪水时: Q校=2320 m3/s计算QH曲线列表如下:表1-6 校核水位流量关系表(方案三)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)582.462.06
7、08.02831.3776.652.6598.62831.0970.744.3590.32830.6QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为:Q泄 =675 m3/s,H=2831.15m图1-3 方案三调洪演算结果方案四:I=2820m, B=8m起调流量=0.90.588.8=416.27 m3/s设计洪水时:Q设 =1680 m3/s计算QH曲线列表如下:表1-7 设计水位流量关系表(方案四)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)49039.2585.22830.456036.2582.22830.370030.7576.72830.
8、098021.8567.82829.6QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为:Q泄 =535 m3/s,H=2830.34m校核洪水时: Q校=2320 m3/s计算QH曲线列表如下:表1-8 校核水位流量关系表(方案四)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)582.465.2611.22831.5776.654.8600.82831.0970.745.7591.72830.7QH曲线与Q=Bm(2g)1/2H3/2 的交点为:Q泄 =620 m3/s,H=2831.4m图1-4 方案四调洪演算结果第二节 大坝高程的确定坝顶在水库静水位以
9、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,校核时取A=0.5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. 设计水位加正常运用条件下的坝顶超高;2. 正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高;3. 校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高; 4. 正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高。波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田试验站公式g hm/w2 = T=4.438hmL= hm平均波高,mT平均波周期,sD风区长度km水域平均水深,mW 计算风速, m/s风壅高度可按下式计
10、算: 式中 e计算处的风壅水面高度m D风区长度km K综合摩阻系数3.610计算风向与坝轴线的夹角22.5(1)设计水位加正常运用条件下的坝顶超高设计水位 2830.275m 吹程D=15 风速W=25m/s 坝前水深Hm=80.275m =22.5解得hm=1.31423m T=4.438hm=5.0877sL= =40.41439m波浪爬高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:m=2.5= 0.771.0 / =2.084m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
11、渗透性系数,根据护面类型查规范得0.77 Kw经验系数,查规范得1.0查规范1累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23 R/R=2.23R1%=2.232.084=4.648m因风向与坝轴线的法线成22.5,波浪爬高应按等于正向来波计算爬高值乘以折减系数K查规范得0.95 KR1%=0.95 4.648=4.42m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定:y=R+e+A=4.42+0.0198+1.00=5.4398m坝顶高程2830.275+5.4398=2835.7m坝高2835.7-2750=85.7m为预防坝体竣工后的沉陷,预留0.4%的坝高坝高+0.4%沉陷=2835.7+85.70.
12、004=2836m(2)校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高校核洪水位 2831.425m 吹程D=15 风速W=14m/s 坝前水深Hm=81.425m =22.5解得hm=0.68904m T=4.438hm=3.683905sL= =21.18877m波浪爬高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:m=2.5= 0.771.0 / =1.093m查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23 R/R=2.23R1%=2.231.093=2.44m因风向与坝轴线的法线成22.5,波浪爬高应按等于正向来波
13、计算爬高值乘以折减系数K查规范得0.95KR1%=0.95 2.44=2.315m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定:y=R+e+A=2.315+0.00612+0.5=2.82m坝顶高程2831.425+2.82=2834.25m坝高2834.25-2750=84.25m为预防坝体竣工后的沉陷,预留0.4%的坝高坝高+0.4%沉陷=2834.25+84.250.004=2834.6m(3)正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高正常蓄水位 2828.8m 吹程D=15 风速W=25m/s 坝前水深Hm=78.8m =22.5解得hm=1.31381mT=4.438hm=5.08sL= =40.
14、4014m波浪爬高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:m=2.5= 0.771.0 / =2.083m查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23 R/R=2.23R1%=2.232.083=4.646m因风向与坝轴线的法线成22.5,波浪爬高应按等于正向来波计算爬高值乘以折减系数K查规范得0.95KR1%=0.95 4.646=4.41m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定:y=R+e+A=4.41+0.02017+1.00=5.43m坝顶高程2828.8+5.43=2834.2m坝高2834.2-
15、2750=84.2m为预防坝体竣工后的沉陷,预留0.4%的坝高坝高+0.4%沉陷=2834.2+84.20.004=2834.57m(4)正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高正常蓄水位 2828.8m 吹程D=15 风速W=14m/s 坝前水深Hm=78.8m =22.5解得hm=0.689mT=4.438hm=3.6835sL= =21.18409m波浪爬高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:m=2.5= 0.771.0 / =1.093m查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23 R/R=2.2
16、3R1%=2.231.093=2.44m因风向与坝轴线的法线成22.5,波浪爬高应按等于正向来波计算爬高值乘以折减系数K查规范得0.95KR1%=0.95 2.44=2.315m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定:y=R+e+A=2.315+0.00632+0.50=2.821m坝顶高程2828.8+2.821=2831.62m坝高2831.62-2750=81.62m为预防坝体竣工后的沉陷,预留0.4%的坝高坝高+0.4%沉陷=2831.62+81.620.004=2832m坝顶高程计算成果表:表2-1 坝顶高程计算成果表计算情况计算项目正常运用情况非常运用情况上游静水位(m)正常蓄水位设
17、计洪水位正常蓄水位校核洪水位2828.82830.2752828.82831.425河底高程 (m)27502750坝前水深H(m)78.880.27578.881.425吹程D(km)1515风向与坝轴线法向的夹角 ()22.522.5风浪引起坝前壅高 e(m)0.020170.01980.006320.00612风速V(m/s)2514平均波高hm)1.313811.314230.6890.689护坡粗糙系数0.770.77上游坝面坡角cot1/2.5co1/2.5波浪沿坝坡爬高(m)4.414.422.3152.315安全超高A(m)1.00.5坝顶高程(m)2834.22835.728
18、31.622834.25坝顶高程加0.4沉陷(m)2834.57283628322834.6坝顶高程取为2836 m。第三节 土石料的设计3.1粘土料的设计3.1.1计算公式粘壤土用南京水利科学研究所标准击实试验求最大干容重、最优含水量。应该使土样最优含水量接近其塑限含水量,据此确定击数,得出多组平均最大干容重gdmax 和平均最优含水量W,设计干容重为gd设计填筑干容重gdmax 标准击实试验最大干容重m 施工条件系数,或称压实度,m值对于一二级坝或高坝采用0.960.99,三四级坝或低坝采用0.930.96。本设计的m=0.98。设计最优含水量为 = 3.1.2计算结果粘性土料设计的计算成
19、果见表3-1。表3-1 粘性土料设计成果表料场比重S最大密度gdma(g/cm3 )设计干密度(g/cm3)塑限含水量p%流限%塑性指数Ip填筑含水量%自然含水量%最优含水量%1#下2.671.601.56823.1442.6019.4622.0724.822.072#下2.671.651.61722.2043.9021.7021.0224.221.021#上2.651.561.52925.0049.5724.5722.3025.622.302#上2.741.541.50926.3049.9023.5023.8026.323.803#下2.701.801.76420.0034.0014.001
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