心墙土石坝水利枢纽工程设计.doc
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1、摘 要本设计是侧重于坝工部分以大坝挡水建筑物和泄水建筑物为主的心墙土石坝水利枢纽设计。挡水建筑物部分:首先,通过调洪演算得到堰顶高程及溢流堰孔口净宽,及相应水位和下泄流量 。其次在对坝址处地质地形、库区经济、料场以及几种不同类型的土石坝进行技术经济等方面的分析比较的基础上,最终确定大坝为心墙土石坝,并对大坝的轮廓尺寸进行了拟定。通过土料设计,选定了粘土及砂砾料场的位置。选择坝体的三个典型断面对大坝进行渗流计算,画出断面流网图验算渗流逸出点的渗透坡降确定是否满足要求。然后通过编程进行大坝稳定分析计算,最后进行坝体细部构造设计。泄水建筑物部分:设计采用隧洞泄洪,通过隧洞的体型设计和水力计算确定了洞
2、身尺寸及出口消能中的挑距和冲坑深度。最后对隧洞细部及放空洞进行设计。枢纽其余部分直接引用设计资料给定的型式和尺寸确定其在枢纽中的相对位置。本设计完全以碾压式土石坝设计规范为设计依据,兼以参考了设计施工方面的有关资料和书籍。由于知识有限,对于本设计中的不妥及错误之处,恳请批评指正。关键词: 粘土 心墙 土坝 AbstractThe target of the design project for graduation is the design project of earth-filled dam focusing on the construction. In the design proj
3、ect, the main content is to define the style of the main buildings and the set of the key water control project. Here the main buildings include the dams and the sluicing buildings. The safety and the economy should be considered in the consequence for the design.It is clear that the design can be d
4、ivided into three big steps:The first step is routing of flood regulation. From the results, we can know the design flood level is 2830.275m and the check flood level is 2831.425m.The second step is to design the dam.The dam which is a earth-rock one has a height of 86m at last.The mass of dam consi
5、sts of gravity soil and sand. The impervious elements at the base of dam are key trench and impervious concrete wall. The key trench is at the right side of the dam, while the concrete one is at the left side, when seeing from the upstream of the dam. The third step is the last step,it is to design
6、the spillway tunnel. Which is located with diversion tunnel and air raid shelter? All through the axis line, it all used reinforced concrete lined tunnel. At the intake it has a gate opening of size 7m14m , with a gate of 713 square meters. When design we should take more attention to water-hammer,
7、and should design the aerated slots.The achievements for the design consist of the manual drawings and the computer drawings as well as working out the corresponding direction for the design. From this graduation design, I conclude that if one wants to design the key water control project, he needs
8、considering not only element in all aspects but also the special conceptions and ideas.Key words: clunch the aerated slots Earth-filled dam目 录第一章 前言4第二章 工程概况5第三章 设计条件和设计依据15第四章 洪水调节计算16第五章 坝型选择及枢纽布置18第六章 大坝设计20第七章 泄水建筑物设计43第八章 施工组织设计50第一章 前言毕业设计是我们大学在校期间最后一个全面性、总结性、实践性的教学环节,它既是运用所学知识和技能,解决某一工程具体问题的一
9、项尝试,也是我们走向工作岗位前的一次“实战演习”。1.1 毕业设计主要目的和作用(1)巩固、联系、充实、加深、扩大所学基本理论和专业知识,并使之系统化;(2)培养综合运用所学知识解决实际问题的能力,初步掌握设计原则、方法和步骤;(3)形成正确的设计思想,树立严肃认真、实事求是和刻苦认真的工作作风;(4)锻炼独立思考、独立工作的能力,并加强计算、绘图、编写说明书及使用规范、手册等技能训练;1.2 设计的对象和背景本设计的对象和背景是为位于我国西南地区的江,进行以坝工为设计重点的工程设计。1.3 设计过程和方法1.3.1了解任务书和熟悉、分析原始资料;1.3.2洪水调节计算用图解法确定防洪库容、设
10、计(校核)洪水位与相应的下泄流量,为确定大坝高度和下游消能防冲设施提供设计依据。1.3.3主要建筑物形式选择和水利枢纽布置对选定的坝型和枢纽布置方式,做技术可能性和经济合理性的论证。1.3.4第一主要建筑物拦河坝设计一般应首先选定大坝结构布置与构造,然后进行校核计算。1.选定坝的结构形式;拟定坝基防渗处的型式以及坝的主要尺寸。2.进行土料设计,包括对坝身不同高程的透水料和不透水料的分区规划布置以及压实标准的确定。3.渗流演算,计算正常、校核水位 浸润线位置,确定总渗流量与逸出坡降。4.静力稳定计算,用折线法求出上下游坡在某一危险水位情况下的最小稳定安全系数,以论证选用坝坡的合理性。5.拟定坝身
11、构造,包括防渗、排水反滤层、坝顶、护坡、马道以及坝体与坝基、岸坡及其他建筑物的连接。1.3.5第二主要建筑物坝外泄水道设计1.确定结构形式和主要尺寸,进行建筑总体布置。2.进行必要的水力计算和静力计算,以验证建筑物的轮廓尺寸和各部分的结构尺寸是否合理。3.拟定细部构造,包括排水、锚筋加固、灌浆。1.4 预期效果绘出3张工程设计图,并自行编制说明书与计算书,并编写中、英文的摘要。第二章 工程概况2.1 流域概况该江位于我国西南地区,流向自东南向西北,全长约122公里,流域面积2558平方公里,在坝址以上流域面积为780平方公里。本流域大部分为山岭地带,山脉和盆地交错于其间,地形变化剧烈,流域内支
12、流很多,但多为小的山区流河流,地表大部分为松软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层,汛期河流的含沙量较大。冲积层较厚,两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵,交通不便,故居民较少,全区农田面积仅占总面积的20,林木面积约占全区的30,其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。2.2 气候特征2.2.1 气温 年平均气温约为12.8度,最高气温为30.5度,发生在7月份,最低气温为-5.3度,发生在1月份。表2-1 月平均气温统计表(度)123456789101112年平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表2-2 平均温度日数日数 月份平
13、均温度12345678910111261.20.3000000003.125.026.830.7303130313130313027.90000000000002.2.2湿度 本区域气候特征是冬干夏湿,每年11月至次年和4月特别干燥,其相对湿度为51-73之间,夏季因降雨日数较多,相对湿度随之增大,一般变化范围为67-86。2.2.3降水量 最大年降水量可达1213毫米,最小为617毫米,多年平均降水量为905毫米。表2-3 各月降雨日数统计表日数 月份平均降雨量12345678910111230mm0000000000002.2.4 风力及风向 一般14月风力较大,实测最大风速为19.1米秒
14、,相当于8级风力,风向为西北偏西。水库吹程为15公里。实测多年平均风速14m/s。2.3 水文特征该江径流的主要来源为降水,在此山区流域内无湖泊调节径流。根据实测短期水文气象资料研究,一般是每年五月底至六月初河水开始上涨,汛期开始,至十月以后洪水下降,则枯水期开始,直至次年五月。该江洪水形状陡涨猛落,峰高而瘦,具有山区河流的特性,实测最大流量为700秒立米,而最小流量为0.5秒立米。2.3.1 年日常径流 坝址附近水文站有实测资料8年,参考临近测站水文记录延长后有22年水文系列,多年年平均流量为17秒立米。2.3.2 洪峰流量 经频率分析,求得不同频率的洪峰流量如下表。表2-4 不同频率洪峰流
15、量(秒立米)频率0.0512510流量23201680142011801040表2-5 各月不同频率洪峰流量(秒立米) 月频率1234567891011121461912196001240155012106703902837236171115530112013601090600310233352314911420850110083048025016281019117937076098072041021015232.3.3 固体径流 该江为山区性河流,含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化,平均含沙量达0.5公斤立米。枯水极少,河水清彻见底,初步估算30年后坝前淤积高程为2765米。2.4
16、工程地质2.4.1 水库地质 库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大,但水库蓄水后,两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的,经过勘测,估计可能坍方量约为300万立米。在考虑水库淤积问题时可作为参考。2.4.2 坝址地质 坝址位于该江中游地段的峡谷地带,河床比较平缓,坡降不太大,两岸高山耸立,构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主,间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过,对其岩性分述如下:(1) 玄武岩 一般为深灰色、灰色、含有多量气孔,为绿泥石、石英等充填,成为杏仁状构造,并间或有方解石脉、石英脉等贯穿其中,这些小岩脉都是后来沿裂隙充填进来的。
17、坚硬玄武岩应为不透水层,但因节理裂缝较发育,透水性也会随之增加,其矿物成份为普通辉石、检长石,副成分为绿泥石、石英、方解石等,由于玄武岩成分不甚一致,风化程度不同,力学性质也不同,可分为坚硬玄武岩、多气孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩等,其物理力学性质见表2-6、表2-7。渗透性:经试验得出k值为4.14-7.36米/昼夜。表2-6 坝基岩石物理力学性质试验表岩石名称比重容重kN/m3建议采用抗压强度MPa半风化玄武岩3.0129.650破碎玄武岩2.9529.250-60火山角砾岩2.9028.735-120软弱玄武岩2.8527.010-20坚硬玄武岩2.962
18、9.2100-160多气孔玄武岩2.8527.870-180表2-7 全风化玄武岩物理力学性质试验表 天然含水率%干容重kN/m3比重液限塑限塑性指数压缩系数a浸水固结块剪00.5m2/kN10-634m2/kN10-6内摩擦角凝聚力kPa2.516.32.9747.332.2616.95.971.5128.3824 (2) 火山角砾岩 角砾为玄武岩,棱角往往不明显,直径为215厘米,胶结物仍为玄武岩质,胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异,其胶结程度较差者极限抗压强度低至35MPa。(3) 凝灰岩 成土状或页片状,岩性软弱,与近似,风化后成为碎屑的混合物,遇水崩解,透水性很小。(4) 河床冲积
19、层 主要为卵砾石类土,砂质粘土与砂层均甚少,且多呈透镜体状,并有大漂石掺杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主,石灰岩与砂岩占极少数。沿河谷内分布:坝基部分冲积层厚度最大为32米,一般为20米左右;靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主,砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为10100毫米;砾石直径一般为210毫米;砂粒直径0.050.2毫米;细小颗粒小于0.1毫米。见表2-43。冲积层的渗透性能 经抽水试验后得,渗透系数k值为310-2厘米/秒110-2厘米/秒。(5) 坡积层 在水库区及坝址区山麓地带均可见到,为经短距离搬运沉积后,形成粘土与碎石的混合物质。表2-8 冲积层剪力试验成果表土壤名
20、称代号 项目计算值容重(控制)kN/m3含水量(控制)三轴剪力(块剪)应变(拉制)(浸水固结快剪)内摩擦角凝聚力(kPa)内摩擦角凝聚力(kPa)含 中量细粒的砾石次数17128822最大值24.38.66471537.0324310.5最小值22.24.27353012.017550平均值23.086.47403418.225255.3小值平均值373214.8备注三轴剪力土样备系筛去大于4mm颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。应变控制土样容重系筛去大于0.1mm颗粒后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。2.4.3 地质构造坝址附近无大的断层,但两岸露出的岩石,节理特别发育。可以分为
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