【正文】 案 方案一 方案二 方案三 方案四應(yīng)力 大 大 大 小拱端推力 2 3 4 1工程量 4 2 3 1平面布置 好 好 好 好倒懸度 適中 適中 適中 適中注 拱端推力、及工程量中間的數(shù)據(jù)由小到大排列。表 52 所示。 當(dāng)壩肩處在校核水位+溫升情況下時(shí)，其壩肩的穩(wěn)定條件是最差的，故以校核水位+溫升情況作為壩肩穩(wěn)定分析的原始依據(jù)。若在穩(wěn)定分析中，發(fā)現(xiàn)某些層的穩(wěn)定不足，且無(wú)把握判斷整個(gè)壩的安全時(shí)，則必須創(chuàng)造條件進(jìn)行岸坡的整體穩(wěn)定分析，最后的結(jié)果應(yīng)該使整體穩(wěn)定必須滿足要求，同時(shí)應(yīng)對(duì)局部不穩(wěn)定的部位采取必要的工程措施。⑵ 只考慮滑移體上的力的平衡，不考慮力矩平衡，后者可由力的分布自行調(diào)整滿足。193。 在各種荷載作用下，拱壩壩肩對(duì)山坡作用有一定的力，現(xiàn)切取單位高度（1m）和單位寬度（1m）水平拱進(jìn)行分析，作用在壩肩處的荷載可分解為：⑴ 拱端反力——法向力 ，剪力aHaV⑵ 梁底反力——垂直力 ，剪力Gb以上力系以圖中的指向?yàn)檎? 平面穩(wěn)定分析計(jì)算簡(jiǎn)圖 穩(wěn)定計(jì)算 從地形圖上來(lái)看，某一高程拱圈與等高線相交，從該拱圈上游面交點(diǎn)任作對(duì)線四條，對(duì)線與等高線的交點(diǎn)即該線段的長(zhǎng)為 L，將拱端所受的力 、 分aHV解為 ， ， ， 。2 拱端力的分解圖作用在上述滑移體上的力有：⑴ 1m 高的水平拱圈傳來(lái)的拱端推力 與徑向剪力 。t⑷。⑶ 滑移體自重 （W 為圖 62 所示。1 所示。ω R1UδLHadαα VcosinaL由于做了各種假定，剛體極限平衡理論為半經(jīng)驗(yàn)性的，所得成果有一定的局限性，但因其具有長(zhǎng)期的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和安全系數(shù)配套，計(jì)算精度又與當(dāng)前的勘探和試驗(yàn)手段所獲取的原始數(shù)據(jù)的精度相當(dāng)，方法簡(jiǎn)便易行。⑷ 巖體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，滑裂面上的剪力方向?qū)⑴c滑移方向平行，指向相反，數(shù)值達(dá)到極限值。采用剛體極限平衡法必須采用下列的假設(shè)。必須按空間抗滑穩(wěn)定計(jì)算才能反映實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)采用取單位寬度、單位高度的拱圈進(jìn)行分層計(jì)算。2）6 壩肩穩(wěn)定計(jì)算壩址區(qū)巖性為片巖及大理巖，庫(kù)區(qū)出露地層為石炭系三疊系前海相沉積物經(jīng)區(qū)域變質(zhì)而成的變質(zhì)巖，庫(kù)區(qū)內(nèi)無(wú)大斷裂，則對(duì)壩肩穩(wěn)定無(wú)太大影響，所以滑坡以一般組合發(fā)生滑移，一個(gè)較陡的側(cè)裂面和一個(gè)平緩的底裂面。2/mkNkN3m ，計(jì)算得到的壓應(yīng)力表中未列出。15 中看出，由于方案四應(yīng)力最小，推力小，工程量小。15。16 所示。P 其他方案的計(jì)算 由于四個(gè)方案的計(jì)算步驟是一樣的，故其他方案的計(jì)算過(guò)程不打印出來(lái)了，只打印計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)把四個(gè)方案的計(jì)算結(jié)果都列出來(lái)，如表 59。5 水平力作用下的彎矩和拱冠梁應(yīng)力的計(jì)算表截面 i1 2 3 4 5 6（ ）h?m0 20 20 20 20 8對(duì) 截面的荷載（ ）iXkN/ 對(duì) 截面的力臂 （ ） 每分段的作用力 （ ） 對(duì)每一截面的彎矩為 piM（ ）mkN?0 10111 34786 120598每一截面的彎矩（ ）?iipi hPM??????)2(0 10111 2786 308247垂直力總彎矩（ ）imkN?0 1578 20822 43512 55237總垂直力 （ ）iW0 10424 19964總力矩 （PiiM??）kN?0 7659 106062 328211截面積 （ ）iA2m5 22截面慣性矩 （ ） 58 形心之上游面的距離 （ua） 形心之下游面的距離 （d） 上游面應(yīng)力 iuiuiIMaAW???0 2945下游面應(yīng)力 ididiI?0 5298河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)40注 ，彎矩的單位為 ，應(yīng)力的單位為 。2 所示。39。= ， = ， = ， 39。61??61?C表 5ThKn?=?3 總計(jì)徑向變位系數(shù)系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積41a 7512 1 127543 1 1 53945 1 2176 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)36 拱冠梁徑向變位 、 的求解i?iC根據(jù) 值和半中心角以及 值查《砌石壩設(shè)計(jì)》中附表可得內(nèi)插系rT/ FmE/數(shù)，見(jiàn)表 5ThKn?=25ThKn?=2539。3彎矩變位系數(shù)=41Ih?=412Ih=?=412Ih?=412Ih?徑向變位系數(shù)系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積41a0 0 0 0 4 0 0 0 0 6 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32續(xù)表 5n iTiAiI單元。3 中計(jì)算。3。ThKn? 18319 5234=177065M1 1770 1 1770 1 1770總 計(jì) 1770注： 1. = =1 = = = =39。3ijaij5 3. 分別為水和混凝土的容重。 0 1553 8268 218364616358103注 ：力為 ，彎矩為 ，長(zhǎng)度為 ，截面面積為 ，截面慣性矩為 。2Mu　 　 　 　 　 318揚(yáng)壓力及其彎矩設(shè)防滲排水時(shí)的揚(yáng)防滲排水減少的滲透壓力的力臂 uuabTe???)(32 　 　 　 　 　 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26壓力防滲排水減少的彎矩 239。?0 898 2593 5098 9323 11810浮托力對(duì)塊底形心彎矩 39。 wcbwaMM????0 0 0 累積水重的彎矩（從上向下） 39。1截 面分類 名稱及算式1 2 3 4 5 6每塊水重對(duì)底部形心的總彎矩 39。39。39。39。39。39。31uugaTb???下矩形水重重心到塊底形心的距離 39。ss?0 2851 13613 35517 71622 90768A畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23續(xù)表 539。1 拱冠梁參數(shù)意義示意圖畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21表 52所示。1。拱冠梁法按其荷載分配的計(jì)算方法不同可分為試載法和解聯(lián)立方程法兩種。 拱冠梁法的主要步驟⑴ 選定若干拱圈（ 5~7 圈） ，分別計(jì)算各拱圈以及拱冠梁與各拱圈交點(diǎn)在單位徑向荷載作用下的變位，這些變位即為變位系數(shù)。只計(jì)算基本組合⑴和特殊組合⑴。這種情況為壩肩穩(wěn)定控制條件。ntnt d mt荷載的具體計(jì)算方法見(jiàn)應(yīng)力計(jì)算過(guò)程中的公式一欄。⑷ 溫度荷載：包括沿截面厚度的平均溫度變化 ，等效線性溫差 ，非線性溫差mtdt。⑴ 自重：對(duì)于分塊澆注的混凝土壩，自重全部由懸臂梁承擔(dān)，并不影響水平徑向荷載的分配，單獨(dú)計(jì)算自重應(yīng)力。從輪廓線以及工程量判斷，得出其中較優(yōu)秀的方案。由于拱壩應(yīng)力計(jì)算程序在進(jìn)行計(jì)算的同時(shí)，也算出了壩體工程量。做法：在頂拱弦長(zhǎng)線的中點(diǎn)上量取各圈的弦長(zhǎng)（ = , = , = , = , = 。并使兩端夾角大致接近（其余各層拱圈也要求左右半中心角之差小于 2176。 122 100注 = ， = (L=200)uR2sin?LduRT 拱圈的平面布置拱壩平面布置的方法及步驟如下：⑴ 定出壩址，可利用基巖面等高線地形圖，這個(gè)工作前面已經(jīng)作完。 122 540 104176。 122 580 104176。 131 109620 104176。 131 540 96176。 131 580 96176。1 四個(gè)方案的中心角及半徑匯集表方案高程中心角外半徑內(nèi)半徑方案高程中心角外半徑內(nèi)半徑620 96176。各方案保持拱壩在上下游面曲線與各拱圈的厚度不變，僅改變半徑，布置時(shí)保證兩個(gè)半中心角之差不超過(guò) 2176。 本設(shè)計(jì)根據(jù)以上情況及地質(zhì)地形資料并結(jié)合設(shè)計(jì)要求，定各方案中心角為 96176。 現(xiàn)代拱壩設(shè)計(jì)中，頂拱圈的中心角多為 90176。若按與工程實(shí)際更為接近的兩端固端拱計(jì)算，當(dāng)中心角 ?120176。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13圖 41 方 案 四 拱 冠 梁 剖 面 圖 拱壩的平面布置 基本原則及假定 基本原則⑴ 控制梁的自重拉應(yīng)力不超過(guò)允許值，一般為 ~.⑵ 控制壩面倒懸度不超過(guò)允許值，整體為 :1，局部在（~）:1 范圍內(nèi)。則厚BT高比 = =，屬于中厚拱壩。4 式和 42LHcL——為到數(shù)第二層處的拱圈弦長(zhǎng)，現(xiàn)取為與 同長(zhǎng)。任德林公式：當(dāng) =60~100 ， =~ 時(shí)。——壩頂高程處，河谷開(kāi)挖后兩拱端之間的直線距離， 。 壩頂厚度 cT畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11選擇 時(shí)，應(yīng)該考慮工程的規(guī)模，交通和運(yùn)行要求。則每截mm面的高程分別為 、 、580 、 、 、 。故在拱壩開(kāi)挖后的河谷地形等高線要比原地形等高線的相同處少 5m高程，也就是說(shuō)，以前是 625 的高程，在開(kāi)挖后變成了 620 高程。故本設(shè)計(jì)采用等中心角、等外半徑的等截面圓弧單曲拱壩。雙曲拱壩雖然各層拱圈的剛度變化不大，但剛度條件已經(jīng)能夠滿足受力條件，且能充分發(fā)揮混凝土的強(qiáng)度。所以中孔泄洪的形式、尺寸、高程、數(shù)目均沿用原設(shè)計(jì)。 壩身開(kāi)孔泄流，一般布置于河心或?qū)ΨQ的布置于河心中央的兩側(cè)。 壩身開(kāi)孔泄流的缺點(diǎn)是：⑴ 壩身開(kāi)孔過(guò)大或過(guò)多，不利于壩體受力，同時(shí)也會(huì)引起震動(dòng)。壩身開(kāi)孔泄流除節(jié)省工程量，經(jīng)濟(jì)外還具有以下的優(yōu)點(diǎn)：⑴ 泄流流量隨水位的變化關(guān)系不大。若將滑雪道布置在拱壩的兩側(cè)，由于拱壩有向心集中和河床狹窄的特點(diǎn)，因此水舌能夠在空中沖擊消能。 壩面泄流 壩面泄流指水流過(guò)堰頂后繼續(xù)沿壩身下泄，最后以挑流或與下游尾水相接。⑵ 壩頂下泄水流的挑流速小，挑距近，容易沖刷壩腳，需對(duì)岸坡和壩腳采取一定的保護(hù)措施。⑷ 工程造價(jià)較低。而壩體泄洪有壩頂泄流、壩面泄流、滑雪道式和壩身泄水孔等幾種，現(xiàn)對(duì)他們進(jìn)行分析比較。 在本次設(shè)計(jì)中，隧洞、電站廠房、引水道都未進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)圖紙上為一個(gè)大體形象，多數(shù)引用了原設(shè)計(jì)。根據(jù)壩軸線和地形地質(zhì)條件，擬利用引水渠引水到壩端，再以引水道引水到下游東干渠渠首。由于時(shí)間關(guān)系，引水隧洞不進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，采用原設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，進(jìn)口高程為 ，電站引水口的進(jìn)口高程為 。 而右岸為凸岸，引水隧洞短而直，泄水迅速，經(jīng)濟(jì)合理，故擬在右岸修建隧洞。故必須在兩岸山體中開(kāi)挖隧洞作為施工導(dǎo)流和引水之用。② 軸線與地形線垂直，能充分起抗滑作用。② 該處軸線較長(zhǎng)，工程量大，造成浪費(fèi)?，F(xiàn)分析比較選擇中間合理的方案。 ⑹ 可壩身泄水。 ⑶ 拱壩具有較高的超載能力和抗震能力，可達(dá)到設(shè)計(jì)荷載的 5~11 倍。 ⑷ 重力壩重要依靠自重產(chǎn)生的抗滑力維持穩(wěn)定，無(wú)疑壩體的工程量大，壩體內(nèi)鋼筋用量較多，未能很好的利用混凝土的抗壓強(qiáng)度。 重力壩和拱壩⑴ 兩種壩型均可滿足樞紐布置的總體要求，也都適合壩址的地質(zhì)及地形條件。因此該壩址不選擇修建土石壩?，F(xiàn)分別比較如下： 土石壩 土石壩僅靠壩身自重與地基接觸而產(chǎn)生的抗滑力維持穩(wěn)定，因存在滑坡的問(wèn)題，土石壩在各種壩型中體積最大，底寬最長(zhǎng)，工程量也較大。kM3m礫石成分主要為花崗巖、石英巖，砂子以石英、長(zhǎng)石為主，質(zhì)地較好，交通運(yùn)輸便利。壩址下游 20公里聯(lián)接寶成和襄與鐵道德陽(yáng)（平關(guān)）安（康）鐵路即將建成通車。kN 工程材料設(shè)計(jì)指標(biāo)壩址區(qū)巖石容重模量 ，彈性模量 16 ，泊桑比 ，摩擦系數(shù)3/mkGPa。下游水位：設(shè)計(jì)洪水位： ，校核洪水位：電站進(jìn)口高程 567 ，最大引水流量 。m畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4該水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水 =4290 ，校核洪水位 =5590 。庫(kù)區(qū)內(nèi)岸坡地段基巖裸露，不會(huì)產(chǎn)生塌岸。 工程地質(zhì)資料褒河庫(kù)區(qū)在褒河峽谷出口段，大地構(gòu)造上位于南秦嶺褶皺帶中斷南緣，庫(kù)區(qū)出露地層為石炭系，三迭系前海相沉積物經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成的變質(zhì)巖，三迭系巖層為片巖、片麻巖，并夾有大理巖、白云巖，分布于將軍鋪至青橋鋪一帶，石炭系巖層為片巖及大理巖分布于壩區(qū)附近。① 該地區(qū)多年平均降雨量為 ，其中 6～9 月雨量約占全年 75%。褒河水利樞紐控制流域面積 3 861 平方公里，擬裝機(jī) 萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量 億度，可將原灌區(qū) 萬(wàn)畝農(nóng)田灌溉保證率由 50%提高到 %，并擴(kuò)澆 32 萬(wàn)畝耕地。為此，樞紐定為：渠首電站、攔河壩（拱壩） 、