水工建筑物课程设计

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1.5其它 (1) 坝顶无交通要求 (2) 对外交通情况 水路:由B城至溪口为南江段上水,自溪口至C城系睦水主流,为
内河航运,全长256公里,可通行3~6吨木船,枯水季只能通行3吨以下 船只,水运较为困难。
公路:附近公路线为AF干道,B城至C城段全长365Km,晴雨畅通 无阻,但目前C城至坝址尚无公路通行。
1级 1.5
0.7
2级 1.0
0.5
3级 0.7
0.4
4、5级 0.5
0.3
非常运用情况
1.00
0.70
0.50
0.30
(b)
该坝属于3级水工建筑物,安全加高分别取:正常运用情况下 0.7m,非常运用情况下0.5m。
3 下面采用我国水利水电科学研究院推荐的计算波浪在坝顶上的爬高: 式中: ——设计波高,;
库区地质构造以断层和裂隙为主,断裂构造较为发育,以小断层为 主,未发现有区域性大断裂通过。库区主要发育以下几组节理裂隙:
①北东东组:产状N70 ~80°E/NW∠65~85°,裂面平直,闭合~ 微张,延伸长短不一,约3~4条/m。
②北西组: 产状N30~40°W/SW∠50~75°、NE∠65~85°,裂面平直~稍起 伏,闭合~微张,延伸一般较短,约4~5条/m。 产状N60~70°W/NE∠50~75°,裂面平直,闭合~微张,延伸一般 较长,约3~4条/m。 坝址区断裂构造不发育,勘察所发现的断层构造均分布在坝址下 游,有北东和北西两组。 在坝址区地震折射时距曲线,未发现明显的时间间隔变缓跳跃点,
3.1 工程等别及建筑物级别
1. 水库枢纽建筑物组成 根据水库枢纽的任务,该枢纽组成建筑物包括:拦河大坝、溢洪道、水 电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞(拟利用导流洞作放空洞)、筏 道。
2. 工程规模 根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》以及该工程的一些指 标确定工程规模如下: (1)各效益指标等别:根据枢纽灌溉面积为20万亩,属Ⅲ等工程; 根据电站装机容量7200千瓦即7.2MW,小于10MW,属Ⅴ等工程;根据 总库容为444万m3,在0.1~0.01亿m3,属Ⅳ等工程。 (2)水库枢纽等别:根据规范规定,对具有综合利用效益的水电工 程,各效益指标分属不同等别时,整个工程的等别应按其最高的等别确 定,故本水库枢纽为Ⅲ等工程。 (3)水工建筑物的级别:根据水工建筑物级别的划分标准,Ⅲ等工 程的主要建筑物为3级水工建筑物,所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪 道、水电站建筑物、灌溉渠道,水库放空隧洞为3级水工建筑物;次要 建筑物筏道为4级水工建筑物。
综合以上分析,最终选择心墙坝。
3.3大坝断面尺寸及构造型式 3.3.1大坝断面尺寸 (1) 坝顶高程
坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和,应分别按以下运用情况 计算,取其最大值: A、正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高: B、设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高: C、校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高: D、正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震安全超高: 坝顶安全超高d的计算公式为: 1 其中风浪引起的坝前水位壅高: 式中:-最大波浪在坝坡上的爬高,m
《水工建筑物》课程设计说明书
土石坝设计及计算
三峡大学水利与环境学院 二0一三年七月
1. 基本资料
1.1 工程概况 S水库位于G县城西南3公里处的S河中游,该河系睦水的主要支
流,全长28公里,流域面积为556平方公里,坝址以上控制流域面积431 平方公里;沿河道有地势比较平坦的小平原,地势自西南向东由高变 低。河床比降3‰,河流发源于苏塘乡大源锭子,整个流域物产丰富, 土地肥沃,下游盛产稻麦,上游蕴藏着丰富的木材、竹子等土特产。
3.2选择坝型(斜墙坝与心墙坝) (1) 斜墙坝
斜墙坝与心墙坝,一般的优缺点无显著差别,粘土斜墙坝沙砾料填 筑不受粘土填筑影响和牵制,沙砾料工作面大,施工方便;考虑坝址的 地质条件,由于坝基有破碎带和覆盖层,截水槽开挖和断层处理要花费 很多时间,并且不容易准确的预计,斜墙截水槽接近坝脚,处理时不影 响下游沙砾料填筑,处理坝基和填筑沙砾料都有充裕的时间,工期较心 墙坝有把握;土料及石料储量丰富,填筑材料不受限制。 (2) 心墙坝
D. 正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震安全超高:
则可以确定坝顶高程为301.736m。
(2) 坝顶宽度 坝顶宽度根据运行,施工,交通和地震等方面的要求综合研究后确
定,SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》规定:高坝顶宽可选 10m~5m,中、低坝顶宽可选为5m~10m。 因此,坝顶宽度可选为8m。
由于S河为山区性河流,雨后源自文库洪常给农作物和村镇造成灾害,另
外,当雨量分布不均时,又易造成干旱现象,因此有关部门对本地区作 了多次勘测规划以开发这里的水利资源。
1.2枢纽任务 枢纽主要任务以灌溉发电为主,并结合防洪、航运、养鱼及供水等
任务进行开发。 根据初步规划,本工程灌溉面积为20万亩,装机7200千瓦。防洪方
心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上,其自重通过本身传到基 础,不受坝壳沉降影响,依靠心墙填土自重,使得沿心墙与地基接触面 产生较大的接触应力,有利于心墙与地基结合,提高接触面的渗透稳定 性;使其因坝主体的变形而产生裂缝的可能性小,粘土用量少,受气候 影响相对小,粘土心墙冬季施工时暖棚跨度比斜墙小。移动和升高较便 利。
(4) 灌溉:主要灌区位于河流右岸; (5) 水库放空隧洞:为便于检修大坝和其它建筑物,拟利用导流隧 洞作放空洞,洞底高程为277.0m,洞直径为1.0m。
2.4筑坝材料
枢纽大坝采用当地材料筑坝,据初步勘察,土料可以采用坝轴线下 游1.5~3.5公里的丘陵区与平原地带的土料,且储量很多,一般质量尚 佳,可作筑坝之用。砂料可在坝轴线下游1~3公里河滩范围内及S河出 口处两岸河滩开采。石料可以用采石场开采,采石场可用坝轴线下游左 岸山沟较合适,其石质为石灰岩、砂岩,质量良好,质地坚硬,岩石出 露,覆盖浅,易开采。 3设计步骤及内容
(3) 坝坡 参照相关的已有工程的实践经验,结合设计的相关数据,拟定的坝
坡坡率如下: 上游坝坡:1:2.5 下游坝坡:1:2
3.3.2大坝构造型式 大坝坝型为心墙土石坝,根据已知资料确定坝体的高程,坝顶宽度
及上下游坝坡度。在满足渗流要求的前提下对大坝进行细部构造设计, 包括防渗体心墙的设计,排水棱体的设计,反滤层等的设计。
2.3枢纽组成建筑物 (1) 大坝:布置在1#坝轴线上; (2) 溢洪道:堰顶高程为295m; (3) 水电站:装机容量3600千瓦,2台机组,主厂房由主机间和安装
间两部分组成,其中主机间尺寸为长×宽×高=27.0m×16.0m×19.3m,安 装间尺寸为长×宽×高=8.98m×16.0m×19.3m;
铁路:D城为乐万铁路车站,由B城至D城180Km,至工地有53公
里。 (3)地震:本地区为5~6度,设计时可不考虑。
2.设计数据
2.1工程等级:根据规范自定 2.2水库规划资料
(1) 正常水位:295m; (2) 最高洪水位(校核):298.85m; (3) 死水位:285.0m; (4) 灌溉最低库水位:284.0m; (5) 总库容:444万m3; (6) 库容系数:0.0017; (7) 设计引用流量Q=9.87m3/s (8)风速风向 多年平均风速1.8m/s,多年平均最大风速14.3m/s,历年最大风速 20.7m/s。 最多风向为东北风。 (9)吹程可取正常蓄水位时的河谷宽度的5倍进行计算。 (10)水位及淤砂高程 上游正常蓄水位相应下游最低水位:260.00m 上游设计洪水位相应下游水位:269.04m 上游校核洪水位相应下游水位:270.70m 死水位:285.00m相应下游水位:260.00m 上游淤砂高程:280.00m
表1
设计洪水洪峰流量成果表(单位:m3/s)
频率 (%)
0.2 0.33 0.5
1
2 3.33 5 20
推理公式 法
1580 1470 1380 1230 1070
961
871 562
本工程大坝防洪设计标准为30年一遇,校核标准为200年一遇,因 此,设计洪水洪峰流量为961m3/s,校核洪水洪峰流量1380m3/s. 1.4.2气象
正常蓄水位情况下,
校核洪水位情况下,
工程所在地属亚热带气候,冬半年受东北季风控制,气候寒冷略干 燥,夏半年受西南和东南季风控制,气候炎热多雨。多年平均气温 20.2℃。年极端最高气温39.2℃,年极端最低气温-5.1℃。年平均降雨量 在1897.8mm,最大降雨量2859mm,最小降雨量827mm。降雨量年内分 配不均, 4~9 月雨量占全年降雨量的75%,10月~3月占全年的25%。 多年平均相对湿度77%。多年平均最大风速14.3m/s。多年平均蒸发量 1210mm。
库区属于低山区,两岸山体雄厚,分水岭山顶高程在550m~750m左 右。山体多呈北东向展布,山高坡陡,坡度在30°~50°,局部60°~70°, 地形险峻。库区植被茂盛。沿河两岸冲沟发育,以北东—南西向为主。 基岩在河流两岸及冲沟处出露良好。
坝址附近河流流向总体向南,河床宽约8-15m。两岸山体雄厚,山 顶高程在370m以上。坝址两岸上、下游均发育有冲沟,冲沟切割深度 20m左右。 1.3.2地质情况
3.4.3渗流计算方法 采用水力学方法进行土石坝渗流计算,近似的确定浸润线的位置,
计算渗流流量、平均流速和比降。假定:渗流为缓变流动,等势线和流 线均缓慢变化,渗流区可以用矩形断面的渗流场模拟。 3.4.4渗流计算过程 1 单宽流量
在这里取近似计算,将心墙看作等厚的矩形,则平均宽度为: 通过心墙的单宽流量 通过心墙下游坝壳的单宽流量为,其中
推测所测量的物探剖面中没有断裂构造带。
1.4水文、气象 1.4.1水文
该水流域缺乏实测洪水资料,坝址的设计洪水本次对可行性研究阶 段推理公式法和综合单位线法进行复核计算。又采用C站实测洪水进行 水文比拟法计算,作为比较复核其成果与推理公式法十分相近,为使各 阶段成果统一,仍采用推理公式法计算成果,见表1。
-最大风浪引起的坝前水位壅高,m -安全加高,m -综合摩阻系数(可取其值变化在(6~12)之间,计算时一般取) -设计风速,(取14.3) -坝前水域平均水深,粗略估计为50m -风向与坝轴线法线方向的夹角(取)。 所以,
2 安全加高,见表1: 表2
安全加高
(单位:m)
坝的级别 正常运用情况
非常运用情况 (a)
3.4渗流计算 3.4.1渗流计算的基本假定
1)心墙采用粘土料,渗透系数K=1×10-6cm/s;坝壳采用砂土 料,渗透系数K=1×10-2cm/s,两者相差104倍,可以把粘土心墙看作相 对不透水层,因此计算时可以不考虑上游楔行降落水头的作用。
下游设有棱体排水,可近似的假设浸润线的逸出点为下游水位与 堆石棱体内坡的交点。下游坝壳的浸润线也较平缓,接近水平,水头主 要在心墙部位损失。
面,由于水库调洪作用,使S河下游不致洪水成灾,同时配合下游睦水 水利枢纽,对睦水下游也能起到一定的防洪作用,在流域900m3/s。在 航运方面,上游库区能增加航运里程20公里,下游可利用发电尾水等航 运条件,使S河下游四季都能筏运,并拟建竹木最大过坝能力为25吨的 筏道。
1.3地形、地质概况 1.3.1地形情况
m——坝坡坡率,取m=3.0; n——坝坡护面糙率 ,取n =0.025 由所给的设计资,取正常运用情况和非正常运用情况波高分别为,, 则,。 所以得,正常运用条件下的坝顶超高为 非常运用条件下的坝顶超高为 由以上计算结果比较求得坝顶高程:
A. 正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高:
C. 校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高:
2)土体中渗流流速不大,且处于层流状态,渗流服从达西定律平 均流速等于渗透系数与渗透比降的乘积,即;
3)发生渗流时土体的空隙体积不变,饱和度不变,渗流为连续 的。 3.4.2渗流计算条件 1 上游正常蓄水位+下游相应的最低水位 2 上游设计水位+下游相应水位 3 上游校核洪水位+下游相应水位
根据资料拟定如下工况进行计算: 1)上游正常蓄水位295m,相应下游的最低水位260m 2)上游校核洪水位298.85m,相应下游的水位270.70m
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