淤地坝设计2016讲解

综合上述，再结合坝址地形图看，本设计将坝址选择在坝址地图上标注的“坝轴线2”处。
（二）淤地坝水文计算
1、拦泥库容V拦和拦泥坝高H拦的计算：
V拦=F·K·(1-ns)·T/ｒS
式中：
V拦——拦泥库容，万立方米；
F——流域面积，5平方公里；
K——流域年平均侵蚀模数，1万t/(km2.a)；
ns——坝库排沙比，无溢洪道时取为0，有溢洪道时可稍大，但由安全性方面考虑，本设计取为0；
调洪演算（试算法）：
（1）、初设取H滞为2.0m，由H-V关系曲线查得相应的V滞=6.77万m3，则溢洪道设计泄流量Q泄可按下式计算：
Q泄=Q洪（1-V滞/W洪）
式中：
Q泄——20年一遇的洪峰流量，105m3/s；
V滞——设计滞洪库容，5万m3；
W洪——20年一遇的洪水总量，10万m3。
则
Q泄=105×（1-6.77/10）=33.915m3/s
由以上原则结合地形图，本设计将溢洪道设置在坝体左端距坝端10m以外的缓坡上。且，本设计所设置的溢洪道形式为溢流堰式溢洪道。
2、水力计算
土基上的明渠溢洪道多为梯形断面，边坡视土质不同常采用1:1~1:1.5，纵坡可用1/50~1/100。
由前面调洪演算确定溢洪道堰顶净宽B为8m。
1）进口段
进口段由引水渠、进口渐变段和溢流坝组成。
7、结合槽设计
在坝底部为防渗截水，增加坝体稳定性设置底宽为1m、高为1m、边坡为1:1的梯形结合槽。
（四）溢洪道设计
1、溢洪道的布设
溢洪道布设原则及其基本要求是：
⑴工程量小要尽量利用天然的有利地形，将溢洪道建在坝端附近“马鞍形”地形的凹地处，或地形较平缓的山坡处，这样可减少开挖土石方量，降低工程投资，缩短工期。
则
Q泄=1.6×10×3.53/2=104.9 m3/s；
200年一遇洪水的校核泄流量：
Q泄′=Q200(1-V滞/W200)
=180×(1-6.77/17)
=108.3 m3/s＞Q泄=104.9 m3/s
由上述可知，当H滞=2.0m时，溢洪道最大泄流量小于200年一遇洪水的校核泄流量，故初设H滞=2.0m不符合设计要求。
5.沟道无常流水。
6.坝址附近有充足的筑坝土料，土料内摩擦角ø=20º，内聚力c=0.8t/m2。
7.放水洞设计流量Q=0.5m³/s。
二、设计内容
（一）坝址选择
坝址选择在很大程度上取决于地形和地质条件，主要考虑以下四个方面的内容：
1、地形：坝址要选择在沟谷狭窄、地形上游开阔平坦、口小肚大的葫芦状地形处，这样筑坝工程量小、库容大、淤地面积大。此外，还要有宜于开挖溢洪道的地形和地质条件，例如有马鞍形岩石山坳或有红粘土山坡。
H=H拦+H滞+⊿H=13.1+2.5+1.5=17.1 m
由坝高H=17.1m，结合坝址地形图知，坝顶海拔高度为815m。
（三）土坝设计
根据已知条件可知，沟道无常流水，且附近没有丰富的可利用水源，但有充足的筑坝土料，所以本设计选择用碾压方式筑坝，即坝型为均质碾压土坝。
1、坝顶宽度
坝顶宽度根据坝高及交通要求确定，一般可按筑坝土料控制性指标经验值取值。而对于坝高大于15m的土坝，坝顶最小宽度为4m。本设计取坝顶宽度最小值，即初设坝顶宽度为4m。
根据下式可求出溢洪道的堰顶净宽B，即
Q泄=MBH3/2
式中：
Q泄——溢洪道设计流量，33.915m3/s
M——流量模数，取1.6
H——滞洪坝高，H滞=2.0m
则
B= Q泄/(MH3/2)=33.915/(1.6×2.03/2)=7.49m
基于安全考虑，取B=10m。
确定安全加高⊿H：
在设计滞洪坝高时，安全加高取上限值，由表（1）可知，本设计取⊿H=1.5m
为简化计算，假设本设计坝址处地基为不透水地基，又加之已知坝下游无水且设有排水体，故土坝的渗透计算可按以下步骤进行：
图（1）有堆石排水体、下游无水情况渗流计算图
本设计堆石排水体上游边坡为1，则单位坝长的渗流量可近似地按下式计算：
q／k=（L2+H2）1/2－L
浸润线在排水体上游坝址上的出逸高度a1按下式计算：
2、坝边坡及坝坡马道
（1）、对于坝高大于10~15m的土坝，考虑到施工行人、交通、堆放材料、机件方便和坝坡排水，常在坝高中部设1~1.5m宽的横向水平通道，即马道。本设计初设在坝高9.1m，即海拔804m处设一宽为1.5m的马道。
（2）坝边坡陡缓对其稳定性影响极大，根据各方因素考虑，并参考经验值，初设上游坡比为1:2.0，下游坡比马道以下为1:1.5、以上为1:1.2。
（2）设H滞=2.5m，由H-V关系曲线查得相应的V滞=7.77万m3。
此时溢洪道设计泄流量Q泄=105×（1-7.77÷10）=23.415m3/s；
溢洪道堰顶净宽B=3.7m,基于安全考虑，取B=8.0m；
安全加高如（1）中所述，取⊿H=1.5m。
校核滞洪坝高：
溢洪道最大可泄流量Q泄=102.4m3/s
b′——马道宽度，1.5m。
则Bm=4+2×17.1+1.5×9.1+1.2×8+1.5=62.95m
4、排水体的设计
为了在排水的同时降低浸润线，本设计采用棱式反滤体。其梯形断面尺寸如下：上底宽为2m，边坡为1:1，外层粗砂厚0.3m，内层小砾石厚0.3m，高为4m。采用卵石填充，用干砌块石砌护暴露于空气中的坡面。
200年一遇洪水的校核泄流量Q泄′=97.7 m3/s＜Q泄=102.4m3/s
综合上述可知，当H滞=2.5m时，溢洪道最大泄流量大于200年一遇洪水校核泄流量，故取H滞=2.5m符合设计要求。此时，溢洪道堰顶净宽B=8.0m，滞洪库容V滞=7.77万m3，安全加高⊿H=1.5m。
3、最大坝高H的确定：
β=b/h=2[1+（1+m2）1/2-m]
式中：
β——最佳宽深比；
b——梯形断面底宽，m；
h——水流深度，m；
m——梯形渠道边坡，为2。
则由计算可得
β=b/h≈3
拟取b=3h=6m，h=2m
根据下式校核梯形引水渠：
Q=AC（Ri）1/2
式中：
Q——渠道可过流量，m3/s；
A——渠道断面面积，可用式A=b(b+mh)h计算得A=120m2；
式中：
B——堰顶宽度，m；
Q——溢洪道设计泄流量，23.415m3/s；
H0——堰顶水头，取1.5m。
则B=23.415／（1.6×1.53/2）=8 m，与调洪演算确定的堰顶净宽一致。故溢流堰堰顶宽为8m。
由水力学书可知，宽顶堰堰长δ为堰上水头H0的2.5~10倍，本设计取堰长δ=5H0=7.5m。
T——设计淤积年限，初设T=5a；
ｒS——淤积泥沙的干容重，取1.30t/m3。
则
V拦=5×10000×5÷1.3=19.23万m3
根据H-V关系曲线，查得相应坝高海拔为811m，则可计算出H拦=13.1m；再由H-A关系曲线查得拦泥淤地面积为45亩。
2、滞洪库容V滞和滞洪坝高H滞：
由于本设计为三大件，即由坝体、溢洪道、放水建筑物组成的枢纽工程，所以滞洪库容要经过调洪演算后方可确定。
表（2）坝坡坡比与坡角值表
坝坡坡比
1:1
1:1.2
1:1.5
1:2
坝坡坡角
45°
39.8º
33°40′
26°34′
（3）根据所选择的破率进行坝坡稳定性分析，校核下游边坡：
由安全因素考虑，假设马道上部的土体存在，取安全系数K为1.1。
则
Ck=C／K=0.8／1.1=0.72
Øk=ø／K=20°／1.1=18.18°
3、大坝最大铺底宽度计算
坝底沟床的最大铺底宽度可按下式计算：
Bm=b+m1H+m2H1+m3H3+b′
式中：
Bm——土坝最大铺底宽度，m；
b——坝顶宽，4m；
m1——上游坡比；
m2——下游马道以下坡比；
m3——下游马道以上坡比；
H——最大坝高，17.1m；
H1——马道以下坝高，9.1m；
H2——马道以上坝高，8m；
⑵渐变段
渐变段是衔接引水渠和溢流堰的渠段，即是梯形断面到矩形断面的过度断，故采用扭曲面。其墙高为2.5m，边墙厚为0.5m，底宽由6m渐变到8m，深入地基1m，地板厚0.4m，底坡0.01，用浆砌石砌护。
⑶溢流堰
根据坝址地形地质条件，本设计采用宽顶堰，则由下式校核堰顶宽度B：
B=Q／(MH03/2)
5、土坝的渗透计算
土坝渗透计算的目的是为了确定土坝中浸润线的位置。均质土坝由于上下游水位差的作用，上游的水就会通过坝体和坝基土粒的孔隙向下游渗透。在渗透过程中受阻力作用，渗透水流不断损失能量，使水头不断降低，形成一条逐渐下降的曲线，直至下游排水体。渗流在坝身中形成的自由水面，叫做浸润面；它在坝横断面上形成的一条抛物线叫做浸润线。
⑵地质良好溢洪道应选在土质坚硬、无滑坡塌方或非破碎岩基上。
⑶泄洪安全溢洪道进口应布设在距坝端至少10m以外，出口布设在距坝坡坡脚20-30m以外。溢洪道尽可能不与放水建筑物放在同一侧，以免水流相互干扰，影响放水建筑物的安全。
⑷水力条件良好溢洪道轴线应布设为直线，若因地形、地质条件不允许而布置成曲线，转弯半径应不小于渠道水面宽度的5倍，并应在凹岸做好砌护工作。
淤地坝设计
一、已知基本资料
1.流域沟道坝址地形图一张（1/1000）；
2.坝址以上集水面积5km２;
3.经勘测计算求得坝高H与库容V、淤地面积A的关系总图；
4.流域年侵蚀模数K=10000t/km2，20年一遇设计洪水量Q20=105m3/s，洪水总量W洪=10万m3,200年一遇洪水量Q200=180m3/s，洪水总量W洪=17万m3。