淤地坝设计说明书
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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的关系见图;
4.流域年侵蚀模数K=10000t/km2,20年一遇设计洪水流量Q20=105m3/s,洪水总量W洪=10万m3,200年一遇设计洪水流量Q200=180m3/s,洪水总量W洪=17万m3;
5.沟道无常流水;
6.坝址附近有充足的筑坝土料,土壤内摩擦角φ=20°,内聚力c=m2
7.放水洞设计流量Q=s
二、设计任务、要求
1.掌握中小型淤地坝设计方法、步骤;
2.在1/1000地形图上进行枢纽布置;
3.拟定淤地坝断面形状及尺寸;
4.进行坝坡稳定分析计算(k=;
5.设计溢洪道及放水建筑物(卧管放水孔水深可取台阶高度);
6.绘制设计图;
7.编写设计计算说明书。
三、设计步骤
1.淤地坝坝型选择
因为坝址附近有充足的筑坝土料,所以选择土坝;淤地坝对防渗性的要求小于水库的要求,沟道无常流水,故可采用施工方便的均质土坝。坝址附近没有充足的水资源,故选用碾压坝。
2.坝址选择
在流域沟道坝址地形图中有两个轴线位置可以选择,其中轴线二处沟谷狭窄,上游地形开阔平坦,并处于口小肚大的葫芦口地形处,在轴线二处筑坝工程量小、库容大、淤地面积大。因此,选中在轴线二处筑坝。
3.拟定淤地坝断面形状及尺寸
(1)坝高
H=H拦+H滞+⊿H
拦泥库容和拦泥坝高的确定
根据公式s s
r
T n
KF V
) 1(-
=
拦
,代入坝库排沙比n s=0,淤积年限T=5,γs=,流域年平均侵蚀模数K和流域面积F由已知
条件给出,计算得拦泥库容V拦=*104m³
查H—V关系曲线得,拦泥坝高H拦=滞洪库容和滞洪坝高的确定
采用试算法,拟定多个H滞,由计划淹没水深假设H滞,再由H-V曲线求得V滞,按公式Q泄=Q洪(1-V滞/W洪),求出Q
,按堰流公式Q泄=MBH3/2求溢洪道宽度B,得出多组数据
泄
经过多次假设计算,对工程作经济、技术比较,确定h滞为米时合适,该h滞所对应的B、Q泄,V滞即为调洪计算所求。
安全超高
土坝安全加高值表
根据土坝安全加高值表,确定设计安全加高⊿H为
坝高校核
由W200=17万m³,算出Q校核=³/s,根据公式Q泄=MBH3/2,求出H校核=,H滞+⊿H-H校核=<1,所以+1=即为最终h滞,校核完成。
坝高=H淤+H滞+⊿H=++=
(2)坝断面结构构造及尺寸(含坝坡稳定分析计算(k=)
(一)坝顶宽度
坝顶宽度根据坝高及交通要求确定,结合坝高、顶宽与边坡比表格与设计数据,确定顶宽为4M,上游坡坝坡比为1:;下游坡坝坡比为1:
(二)坝坡马道
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~宽的横向水平通道,即马道。本设计初设在坝高,即海拔处设一宽为的马道。
(三)坝边坡
设计马道后下游坡坝比在马道下部较缓,上部较陡,设计坡坝比马道以下为1:;马道以上为1:
(四)坝坡保护
(五)土坡稳定性分析
设计中有三个坡度,取最大坡度进行土坡稳定性分析,即下游马道上部土坡,使用泰勒稳定数法计算。
由土壤内摩擦角φ=20°,坡脚为°,φ′=φ/K=20/=16°,查泰勒稳定数图表得:Ns=
所以安全系数K==>,土坡稳定
4.溢洪道设计
(1)位置选择
河道右岸(上游向下游方向)边坡坡度较陡,左岸边坡坡度较缓;从地形上看,在左岸建设溢洪道工程量较小,相比较右岸节约资金,选择左岸设置溢洪道。
(2)布置形式
设计的淤地坝集水面积较大,泄洪量较大,按照工程安全的原则,选择堰流式溢洪道设计。
(3)水力计算
溢流堰尺寸计算
设计堰顶宽度为,因为堰上水深为H滞=,设计堰长=5*H滞=
陡坡段尺寸计算
计算临界水深h k
因为陡坡段为土基,所以设计断面为梯形
根据公式,采用试算法求h k,
临界水深计算
HK Q Hk Q
1
求得h k=
计算临界底坡i k
计算得过水断面面积ωk=㎡,X K=㎡,R K=,C k=,K K=s,所以i k= 设计陡坡段底坡i=1:5>i k=,所以陡坡水流为急流,可按照陡坡计算。
计算陡坡长度L0
根据公式计算得L0=
计算正常水深H0
使用明渠均匀流公式:
A为过水断面面积,A=(B+H)H,B=;C为谢才系数,,
n为粗糙系数,n=;R为水力半径,,Xk为湿周,;i为底坡坡度,i=。
代入数据使用试算法求H0
正常水深计算
H0Q HO Q
所以当Q 泄=s 时,H 0=
计算水面曲线 根据公式=
J
i v h v -+-+)
.().(2
1112
222h αα
J =2
1(R
C v
R
C v
2
22
22
1
21
21
..+
)
式中:L ∆为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深,单位m ;i 为底坡
比降,i=1:5;J 为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水力坡度的平均值;h1,h2为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深,单位m ;
v 1
,v 2
为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的平均流速,单位m/s ;
a1、a2为相邻两过水断面动能修正系数,取。 计算数据如下表格
水面曲线计算
h
A
V
X
J J
ΔL
L
0 0
根据数据绘制水面曲线图如下