水工建筑物土石坝课程设计

《水工建筑物课程设计》

课题名称：土石坝设计

专业班级：水工(本科) 13-3

姓名：袁明炜

编写日期： 2016年7月1日

水利与环境学院

摘要

适当修建大坝可以实现一个流域地区发电、防洪、灌溉的综合效益。通过对地形地质、水文资料、气候特征的分析，结合当地的建筑材料，设计适合的枢纽工程来帮助流域地区实现很好的经济效益。根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄洪建筑物尺寸；通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；详细作出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；对泄水建筑物进行设计，选择建筑物的形式、轮廓尺寸，确定布置方案。水库配合下游河道整治等措施，可以很大程度的减轻洪水对下游城镇、厂矿、农村、公路、铁路以及旅游景点的威胁；可为发展养殖创造有利条件。

目录

第1章基本资料 (1)

1.1工程概况 (1)

1.2水文与水利规划 (1)

1．气象 (1)

2．水利计算 (1)

1.3地形地质条件 (1)

1.库区工程地质条件 (2)

2.坝址区工程地质条件 (3)

1.4建筑材料及筑坝材料技术指标的选定 (4)

3．当地建筑材料 (6)

2 枢纽布置 (8)

2.1坝轴线选择 (8)

2.2工程等级及建筑物级别 (9)

2.3枢纽布置 (10)

2.3.1 导流泄洪洞 (11)

2.3.2 溢洪道 (11)

2.3.3灌溉发电洞及枢纽电站 (11)

3.1坝型确定 (12)

第3章坝工设计 (14)

3.1土石坝断面设计 (14)

3.1.1坝顶高程 (14)

3.1.2坝顶宽度 (16)

3.1.3上下游边坡 (16)

3.1.4 坝底宽度 (17)

3.2防渗体设计 (17)

3.2.1.坝体的防渗 (17)

3.2.2防渗体的土料要求 (18)

第4章坝体渗流计算 (19)

4.1设计说明 (19)

4.1.1土石坝渗流分析的任务 (19)

4.1.2渗流分析的工况 (19)

4.1.3渗流分析的方法 (19)

4.2渗流计算 (20)

4.2.1基本假定 (20)

4.2.2计算公式 (20)

4.2.3三种工况计算 (21)

4.2.4渗流校核 (23)

4.2.5浸润线计算 (24)

4.2.6理正软件校核 (27)

第5章土石坝坝坡稳定分析及计算 (30)

5.1坝体荷载 (30)

5.1.1渗流力 (30)

5.1.2孔隙压力 (30)

5.1.3地震力 (30)

5.2稳定分析方法 (30)

5.3计算工况 (31)

5.4稳定计算 (31)

5.4.1瑞典圆弧滑动法 (31)

5.4.2理正软件计算 (33)

第6章细部构造 (36)

6.1 坝顶构造 (36)

6.2 护坡 (36)

6.3 反滤层 (37)

6.4 排水体 (40)

6.5 马道 (42)

第1章基本资料

1.1工程概况

ZF水库位于QH河干流上，水库控制流域面积4990km2，库容5.05×108m3。水库以灌溉发电为主，结合防洪，可引水灌溉农田71.2×104亩，远期可发展到104×104亩。灌区由一个引水流量为45m3/s的总干渠和四条分干渠组成，在总干渠渠首及下游24km处分别修建枢纽电站和HZ 电站，总装机容量31.45MW，年发电量1.129×108kW·h。水库防洪标准为百年设计，万年校核。枢纽工程由挡水坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。

1.2水文与水利规划

1．气象

流域年平均降雨量686.1mm，70%集中在6~9月，多年年平均气温8~9℃，多年平均最高气温29.1℃(6月)，多年平均最低气温-14.3℃(1月)，多年平均最大风速9m/s，水位768.1m时水库吹程5.5km。

2．水利计算

防洪运用原则及设计洪水的确定。本水库属二级工程。水库建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。由于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响，故用万年一遇洪水作为非常保坝标准对水工建筑物进行复核。

水库排沙和淤沙计算。ZF水库回水长25km，河道弯曲，河床宽300m 左右，河床比降为2.2%，是个典型的河道型水库。

1.3地形地质条件

1:2000坝址附近地形图、建议坝轴线地质图见附图。

1.库区工程地质条件

库区两岸分水岭高程均在820m以上，基岩出露高程，大部分在800m 左右，主要为紫红色砂岩，间夹砾岩、粉砂岩和砂质页岩。新鲜基岩透水性不大。未发现大的构造断裂，水库蓄水条件良好。

Q H河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区也未发现重要矿产。

2.坝址区工程地质条件

Q H河在ZF水库坝址区呈一弯度很大的“S”形。坝段位于“S”形的中、上段。坝段右岸为侵蚀型河岸，岸坡较陡，基岩出露。上下坝线有约300 m长的低平山梁(单薄分水岭)，左岸为侵蚀堆积岸，岸坡较缓，有大片土层覆盖。右岸单薄分水岭是Q H河环绕坝段左岸山体相对侧向侵蚀的结果。

坝址区基岩以紫红色、紫灰色细砂岩为主，间夹砾岩、粉砂岩和少数砂质页岩。地层岩相变化剧烈，第四系除厚度不大的砂层、卵石层外，主要是黄土类土，在大地构造上处于相对稳定区，未发现有大的断裂构造迹象。

坝址区左岸有一大塌滑体，体积约45×104m3，对工程布置有一定影响。

本区地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防。

(1) 上坝址

上坝址位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向Q H河上游。河床宽约300m，河床砂卵石覆盖层平均厚度5m，渗透系数1×10-2cm/s。一级阶地(Q4)表层具中偏强湿陷性。左岸730m高程以上为三级阶地(Q2)具中偏弱湿陷性。

岩基未发现大范围的夹层，基岩的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿113-111- 115-104-114各钻孔连线方向，在岩面下21~47m深度范围内，有一强透水带，W=5.46~30 l/s·m2，下限最深至基岩下约80m。基岩透水性从上游向下游有逐渐增大的趋势，左岸台地黄土与基岩交界处的砾岩(最大厚度6m)透水性强，渗透系数K=10m/d。左岸单薄分水岭岩层仍属