【正文】 建壩材料豐富，主要分石料和土料。 樞紐特征 水庫情況 正常蓄水位為 米，汛限水位為 米，死水位為 米，壩址處河底高程 2765 米，庫容 454500000 立方米。泄洪時最大下泄流量為 900 秒立米。最大孔隙率 ，最小孔隙率 。經(jīng)過多方面的比較，選取出最適宜的壩型和相應(yīng)的樞紐合理布置。上述壩型需要進行地形、地質(zhì)條件和材料儲備情況的比對，制定出最適宜的壩型。重力壩需要澆筑混凝土方量很大，混凝土水化產(chǎn)生的熱量高，散熱措施難度大。而本工程地基強度低，且不完整，易產(chǎn)生不 均勻沉陷，且壩區(qū)有 7 級地震。 拱壩是不設(shè)永久性橫縫的整體超靜定結(jié)構(gòu)，設(shè)計時必須考慮壩體應(yīng)力會受到地基位移和溫度變化的影響。按照施工的進度，土石壩能適應(yīng)不同的施工方法，高效率施工的同時土石壩的質(zhì)量可以得到保證。它的 工程造價 會因為 施工導(dǎo)流不如其它壩型方便 而增加。 泄水建筑物 泄洪采用隧洞方案。 水流的 進出口相距 30~40m以上 ，以達(dá)到減小泄洪時引起的電站尾水波動，以及防止沖刷壩腳的目的 。樞紐布置要以 綜合效益最大，有害影響最小 為宗旨，綜合 防洪、 航運、發(fā)電、灌溉等部門的經(jīng)濟效益以及 庫區(qū)的淹沒損失和樞紐上下游的生態(tài)影響等 因素進行考慮 。 樞紐的主要建筑物級別為 2 級，次要建筑物為 3 級，臨時建筑物為 4 級。 對各種 河岸泄水建筑物作以 下討論 ： （ 1） 側(cè)槽溢洪道 建于山高坡陡且水流條件復(fù)雜的河道的 河岸 上的側(cè)槽溢洪道，采用的是表孔泄流，它的泄水流量超大。井式溢洪道 需 要的 水力學(xué)條件復(fù)雜 ，其泄流能力與溢流堰、過渡段、隧洞段三者的泄流能力相關(guān) 。 黏土斜心墻土石壩初步 設(shè)計 洪水 4 9 調(diào)洪演算 初步方案的擬定 在施工技術(shù)可行的前提下，按照 泄水隧洞以及包括攔河壩在內(nèi)的總造價最小 為原則 來優(yōu)化方案， 再 通過各種可行方案的經(jīng)濟類比來決定最終方案 ，從而得到孔口尺寸與堰頂高程的最佳方案 。 洪水調(diào)節(jié)計算的原理 本設(shè)計采用列表法進行調(diào)洪演算，以計算出設(shè)計洪水位、設(shè)計泄洪量及校核洪水位、校核泄洪量 。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 表 32 校核洪水位、校核泄洪量的計算 時段 4 8 522 12 514 16 2204 20 2030 24 4 684 綜上：設(shè)計洪水位 設(shè)計泄 洪 量 校核洪水位 校核泄洪量 方案（二） 表 33 設(shè)計洪水位、設(shè)計泄洪量的計算 時段 4 8 12 16 20 24 4 676 黏土斜心墻土石壩初步 設(shè)計 洪水 4 11 表 34 校核洪水位、校核泄洪量的計算 時段 4 448 8 448 12 16 20 24 4 762 綜上：設(shè)計洪水位 設(shè)計泄洪 量 校核洪水位 校核泄洪量 方案（三） 表 35 設(shè)計洪水位、設(shè)計泄洪量的 計算 時段 4 8 12 16 20 24 4 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 表 36 校核洪水位、校核泄洪量的計算 時段 4 8 12 16 20 24 4 綜上：設(shè)計洪水位 設(shè)計泄洪 量 校核洪水位 校核泄洪量 將擬定的三組方案的計算結(jié)果匯總作比較 表 37 計算結(jié)果匯總 方案 堰頂高程 孔口尺寸 工況 泄流量 上游水位 超高 （一） 設(shè)計 校核 684 （二） 設(shè)計 校核 676 762 （三） 設(shè)計 校核 黏土斜心墻土石壩初步 設(shè)計 洪水 4 13 方案的選擇 從調(diào)洪演算的結(jié)果得出，擬定的 三 組方案均能滿足流量 Q900 m3/s 及上游水位超高 ?Z 的要求。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第四章 大壩剖面設(shè)計 土石壩壩型的選擇 壩址附近的筑壩材料，地形地質(zhì)條件、氣候因素、施工條件、壩基處理、抗震要求等因素都影響著土石壩壩型的選擇。 堆石壩 壩坡陡、剖面小的堆石壩，施工時受到 的干擾因素較小，可以快速施工。 均質(zhì)壩 均質(zhì)壩材料單一，施工簡單。對沉降比較敏感的壩體和壩基導(dǎo)致斜墻壩整體的抗震性能不高，容易易產(chǎn)生各種裂縫。本地區(qū)為地震區(qū)，基本烈度為 7度，心墻壩有較好的抗震性能和較強的適應(yīng)變形的能力，因此適宜建造心墻壩。綜上本設(shè)計采用斜心墻壩方案。分別按以下三種工 況計算，然后其中的最大值為壩頂高程。 壩頂高程應(yīng)用的計算公式如下： 1） 壩頂在靜水位以上的超高 Y 按式 (41)計算： （ 41） 2） 風(fēng)壅水面超出庫水位的高度 e 按式 (42)計算： （ 42） 式中： 。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 4） 平均波高 按式 （ 44） 計算： （ 44） 式中：水庫吹程 以 計。 （ 48） 設(shè)計洪水位正常運用時壩頂超高 ， ， 黏土斜心墻土石壩初步 設(shè)計 洪水 4 17 ， ， 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 假設(shè)為深水波： ，驗證： 是深水波。 地震安全加高 =1++1= 黏土斜心墻土石壩初步 設(shè)計 洪水 4 21 壩頂高程計算成果表如下 表 41 表 41 壩頂高程計算成果表 項目 設(shè)計洪水位 + 正常運用 校核洪水位 + 非正常運用 正常蓄水位 + 地震安全加高 壩前水深 備注： 此工況下，表 中項目不做計 算 護坡粗糙系數(shù) 平均波高 平均波長 波浪爬高 風(fēng)壅水面超高 安全加高 1 1 地震安全加高 0 0 壩頂超高 0 壩頂高程 根據(jù)上表可知：壩頂高程由校核水位加上非正常運用情況來控制，按照正常運用條件下，壩頂應(yīng)高出靜水位 ，非常運用條件下，壩頂應(yīng)不低于靜水位的原則。上游設(shè) 高的防浪墻，設(shè)計伸入入壩體部分是 以達(dá)到 防浪墻與防滲體緊密結(jié)合的目的。在與下游壩坡連接處設(shè)置長 4m、深 1m 的 護肩。 按照以往的工程經(jīng)驗來看，在 無特殊要求時，高壩最小頂寬為 10m~15m，中低壩最小頂寬為5m~10。 為了方便檢修、施工及壩體的觀測設(shè)置戧道。 壩體排水 在壩體下游部分還設(shè)置排水設(shè)施以達(dá)到排出土石壩防滲體后仍會有一定殘余的滲水的目的。 （ 3）貼坡式排水。 （ 3）壩基工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。本工程所在壩址處的壩基地質(zhì)沖積層較厚可能會發(fā)生不均勻沉降，但是褥墊排水對地基的不均勻沉陷的適應(yīng)能力較差在本設(shè)計中不適合。 校核洪水位時 下游水位高程 2773m。 位居 于壩體中央或是稍偏上游 的黏土斜心墻的底部最小厚度由粘土的允許滲透坡降決定的 。 為了反濾和排水，在心墻與上下游壩體間設(shè)置反濾層 。防滲墻的厚度根據(jù)施工條件來看，墻厚 ~ 之間，本設(shè)計取 。 土料的選擇 防滲體土料的選擇 適用于填筑黏土斜心墻的土料應(yīng)該滿足以下要求： （ 1） 黏土 土料的滲透系數(shù)小于 1105cm/s。上游壩殼的水位變動區(qū)和下游壩殼 的水下部位要有較 高的透水性。如果不能達(dá)到壓實要求，就會直接對 大壩 的 穩(wěn)定 產(chǎn)生影響 。計算壩體和壩基的滲流量、確定壩坡逸出段，判斷其滲透穩(wěn)定性。 滲流分析 本設(shè)計采用水力學(xué)法進行滲流分 析計算 。 （ 2） 上游設(shè)計洪水位與下游對應(yīng)最高水位，此時壩內(nèi)侵潤線高，滲流量大，侵潤容 易產(chǎn)生變形。 11， 22， 33 典型橫截剖面的剖面線詳見下圖 51 所示。 圖 51 計算剖面簡圖剖面 斷面滲流計算 取壩體上述三個橫截剖面，應(yīng)用達(dá)西定律近似解土石壩滲流問題，計算簡圖見圖52。由滲流計算結(jié)果的中匯來看，校核洪水位 時，各個斷面的逸出水深最大，單寬滲流量最大，最容易發(fā)生邊坡的破壞。土石壩的滲透變形的形式有如下幾種： （ 1） 管涌。在黏性土體中，黏土顆粒之間的凝聚力會阻礙其被滲流力拉扯而分離，因此粘性土中基本上不會發(fā)生管涌。 （ 4） 接觸流土。 滲透穩(wěn)定計算與分析 在整個土壩的滲流過程中，滲流經(jīng)過黏土心墻時其侵潤線高度會明顯降低。計算如下： 滲流逸出點處，逸出坡降公式 (61)： (61) 式中： ， L 取平均流線長。 發(fā)生管涌的臨界坡降Jc=42d3/(k/n3) =，滲透坡降符合要求。三個剖面的單寬滲流量分別為 、 m3/、 m3/，總滲流量為 m3/，相對于以往類似的斜心墻土石壩來說是比較小的。計算結(jié)果顯示在三種工況下的侵潤線高程均高于手動 計算出的侵潤線高程 。壩體的結(jié)構(gòu)形式、壩基狀況以及大壩的工作條件等因素都會對壩坡坍塌失穩(wěn)的滑裂面形式產(chǎn)生影響。 （ 2） 直線或折線滑裂面。失去穩(wěn)定的滑動裂隙表面通常由直線和曲線組成的復(fù)合形式。本設(shè)計中，我們考慮了土體自重和地震荷載兩種荷載。 計算工況及安全系數(shù) 土石壩邊坡穩(wěn)定計算工況包括如下幾種。水平向地震荷載為 Pi=KhCzAiWi；鉛直向地震荷載為 Pj=2/3KhCzAiWi。這種失穩(wěn)滑動面多出現(xiàn)在由幾種不同性質(zhì)的土料組成的壩體。這種滑裂多發(fā)生在由砂礫石構(gòu)成的無黏性土壩的壩坡的失去穩(wěn)定的工況時。 （ 1）曲線形滑裂面。滲流校核結(jié)果見附錄 2。因此，滲流單寬流量和滲透坡降都滿足設(shè)計需求。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 本設(shè)計的整體防滲措施分別為 防滲體采用的黏土斜心墻方案、地基防滲采用的混凝土防滲墻方案。 在此認(rèn)為不會發(fā)生滲透破壞。本設(shè)計采用流網(wǎng)法，計算出逸出點處的滲透坡降 J。 滲流穩(wěn)定計算 滲透變形形式的判別 壩殼的填筑材料是砂礫料，砂礫料的不均勻細(xì)數(shù) Cu=細(xì)粒 (d2mm)含量Pz35%，滲透變形形式應(yīng)該是管涌。 （ 3） 接觸沖刷。這種現(xiàn)象通常會在砂礫料壩殼的土石壩 中發(fā)生。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 土石壩的滲透變形形式 土石壩的土體顆粒及其骨架受到滲流力的作用，可能會失去平衡產(chǎn)生滲透變形。 假設(shè)地基為不透水地基，滲流計算分為防滲體段和防滲體墻后段兩部分。右岸 33 斷面上游高程 2788m，下游高程 2770m，計算時取平均高程 。 典型計算剖面 對河床中間橫截剖面 22 以及左右岸坡段各一橫截剖面 1 33 三個典型橫截剖面進行滲流計算。 （ 2） 滲流為二元層穩(wěn)定層流，滲流運動符合達(dá)西定律： V=KJ (V為滲流速度， K為滲透系數(shù)， J 為滲透坡降 ) （ 3） 滲流為漸變流，任意過水的橫截面上的各點具有相同的坡降和流速。 （ 2） 計算壩體與壩基滲流逸出處的滲透坡降，以便演算其滲透穩(wěn)定。其不均勻系數(shù) Cu=30 易壓實，滲透系數(shù)為 2 102 cm/s。砂石料要優(yōu)先選取不均勻系數(shù)高和連續(xù)級配良好的來當(dāng)作土石壩的壩殼用料。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 為滿足上述的要求，選擇 3下 粒區(qū)的土料，其塑性指數(shù) IP=、黏粒粒徑d 含量為 %， 滲透系數(shù)為 106 cm/s。 伸入防滲體內(nèi)部高度不 可以 小于 倍 的壩高， 且 并不小于 2m， 因此 設(shè)計 防滲墻頂 伸入 到防滲體內(nèi)部的 高度 為 8m。壩基防滲措施有粘土截水槽、混凝土防滲墻、灌漿帷幕、鋪蓋等防滲措施。參考以往工程 經(jīng)驗 ，斜心墻頂 寬 取 5m，上游坡率 m1=，下游坡率 m2=，底寬 29m 大于。參考以往工程經(jīng)驗，堆石棱體內(nèi)坡取 1:1，外坡取 1:，頂寬 。因此設(shè)計采用棱體排水方案。 （ 5）筑壩地區(qū)的氣候條件。 本設(shè)計必結(jié)合壩基排水的需要及型式，根據(jù)下列工程情況通過技術(shù)經(jīng)濟的定性比較來決定出排水 設(shè)施的選?。? （ 1）下游水位的程度及持續(xù)的時間以及沉淀下游對排水的影響。壩體排水可在以下幾種型式中選擇： （ 1）壩體內(nèi)排水。一般每 15m~30m 設(shè)置一戧道。 壩坡 壩體邊坡的穩(wěn)定直接受到土石