【文章內(nèi)容簡介】 ycut analysis and stress analysis。 spillway design includes profiles drawn up, checking discharge capacity, hydraulic calculation of energy dissipation, stability analysis and stress analysis. Late work detailing and ground treatment, and the main engineering calculations. Keyword: concrete gravity dam stress analysis stability analysis 3 前 言 畢業(yè)設(shè)計是各工科高校為大學生安排的最后一次全面性、總結(jié)性的教學實踐環(huán)節(jié)，既是學生 在教師指導下運用所學知識和技能，解決具體問題的一次嘗試，也是學生走向工作崗位前的一 次實戰(zhàn)演習。 本次設(shè)計的目的是：參加畢業(yè)設(shè)計的同學，首先應(yīng)熟悉本樞紐的基本資料，明確設(shè)計任務(wù)。 要嚴肅認真地對待設(shè)計工作，樹立正確的設(shè)計思想和觀點，設(shè)計中應(yīng)實事求是，刻苦鉆研，勇 于探 索、創(chuàng)新，并應(yīng)注意貫徹黨的建設(shè)方針和政策。要認真總結(jié)、運用幾年來所學的理論知識及專 業(yè)知識，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)進行思考、分析應(yīng)用。在設(shè)計中注意培養(yǎng)與提高獨立思考與獨立工 作的能力，并加強計算、繪圖、編寫設(shè)計文件，使用規(guī)范、手冊能力的培養(yǎng)。設(shè)計中既應(yīng)遵循技術(shù) 規(guī)范，亦應(yīng)盡量采用國內(nèi)、外成熟的先進技術(shù)與經(jīng)驗，出色地、創(chuàng)造性地按期完成設(shè)計任務(wù)。本次 設(shè)計的范圍：本次設(shè)計是依據(jù)有關(guān)規(guī)范主要進行混凝土重力壩及相關(guān)部分的設(shè)計。 本次設(shè)計我的題目為焦作孤山湖水庫壩址一混凝土重力壩方案，基本要求是先熟悉基本 資料，通過壩 址選擇和樞紐布置，來設(shè)計主要建筑物 （擋水壩、溢流壩），最后設(shè)計細部構(gòu)造。 通過本次設(shè)計，提高了我的動手能力，加強了我的整體思維能力，推進了理論聯(lián)系實際的 實用能力，貫穿我們四年所學知識的綜和利用能力。使之了解相關(guān)的水利水電建筑工程的知識： 水位及工程地質(zhì)在實際工程中的應(yīng)用；重點掌握壩址的選擇、樞紐的布置，尤其是水工部分的擋 水壩、溢流壩的設(shè)計及應(yīng)力計算。在這次設(shè)計中對于所遇到的問題 主要應(yīng)用所學的知識加以解決，輔以指導老師的耐心、細致的解答，同時查閱資料以及參考以建 工程的資料等。 焦作孤山湖水庫壩址一 混凝土重力壩的畢業(yè)設(shè)計使我掌握了水利水電學科的基本理論和基本 知識，了解對于水利水電建筑工程師的基本素質(zhì)和實際工作能力的要求，對于今后成為高級的 應(yīng)用型人才打下了良好的基礎(chǔ) 。 4 第一章 設(shè)計基本資料 工程概況 為了進一步開發(fā)建設(shè)峰林峽旅游風景區(qū)，焦作市群英湖水庫管理處擬在大沙河上修建一小型水庫 —— 孤山湖，以營造景區(qū)觀光旅游景點，同時進行城市供水、發(fā)電等，特委托鄭州大學進行孤山湖水庫樞紐工程可行性研究。 擬建 孤山湖水庫位于焦作市北部山區(qū)，距焦作市約 18km。壩址位于群英水庫大壩下游約 處。行政位置隸屬焦作市中站區(qū)龍洞鄉(xiāng)。 庫間控制流域面積 。水庫下游的焦作市是我國主要的煤炭基地和晉東南能源南下的重要門戶，焦作現(xiàn)已發(fā)展成為一個以能源、化工、冶金、建材工業(yè)為主，機械、輕紡、食品等綜合性的新興工業(yè)城市。 孤山湖水庫是一座綜合利用的小型水利工程，其開發(fā)主要任務(wù)是城市供水，兼顧發(fā)電、旅游、防洪及發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖。 焦作市位于河南省西北部，地處太行山南麓，座落在山前坡地和平原交接地帶。城區(qū)位于北緯 34176。48′ ～ 35176。30′ ，東經(jīng) 112176。02′ ～ 113176。02′ ，北依太行山，南接武陟，東鄰修 武，西靠博愛，總面積 4072km2。按焦作市城市總體規(guī)劃，為加快城市現(xiàn)代化進程，提升整個城市的功能，規(guī)劃擴大中心城區(qū)的規(guī)模，新建高新經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)和中鋁工業(yè)區(qū)，形成一市轄六區(qū)（解放區(qū)、山陽區(qū)、中站區(qū)、馬村區(qū)、高新區(qū)和中鋁工業(yè)區(qū)）的基本格局，到 2020 年，規(guī)劃城區(qū)面積將達到 424 平方公里，人口達到 150 萬人。根據(jù) 2021 年焦作市人民政府《關(guān)于全面建設(shè)小康社會的規(guī)劃綱要》，到 2021 年人均 GDP 超過 3000 美元，到2020 年人均 GDP 達到 4300 美元。 根據(jù)《焦作市中心城總體規(guī)劃》，焦作市的定位是以能源、化工、 冶金、建材、旅游業(yè)為主的區(qū)域性中心城市。其總體發(fā)展戰(zhàn)略是：逐步將焦作市建設(shè)成為聯(lián)系東西、貫穿南北的交通樞紐城市，功能齊全、設(shè)施先進、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理的現(xiàn)代化工業(yè)城市，生態(tài)平衡、環(huán)境優(yōu)美的園林式城市。要想達到上述目的，水 — 自然成為焦作未來發(fā)展的關(guān)鍵所在。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化人口的增加，對水的需求量越來越大，水已成為經(jīng)濟社會發(fā)展的瓶頸。焦作是全國缺水城市之一，年平均降雨量 ，主要集中在 79 月份；由于降雨時間的分布不均，缺水已經(jīng)影響到焦作市經(jīng)濟社會發(fā)展。 目前，城市大量超采地下水，在城區(qū)周圍形成地下水漏 斗。興建孤山湖水庫，每年可向焦作市區(qū)供水 1247～ 2462萬 m3（供水保證率為 75%），大大緩解了用水矛盾。 因此，為滿足城市供水，兼顧發(fā)電、旅游等，建設(shè)孤山湖水庫工程不僅完全必要而且非常緊迫。 為了做好孤山湖水庫的前期準備工作， 2021 年焦作市水利局組織河南省有關(guān)專家對孤山湖水庫庫區(qū)進行了多次考查，在大沙河上擬選了壩址一、壩址二、壩址三共三處壩址。 5 、基本資料 地質(zhì) 資料 區(qū)域地質(zhì) 擬建庫區(qū)位于山西臺隆向華北平原的過渡地帶，伴隨著山西地臺的強烈上升和平原的劇烈下降運動，地形切割 強烈。庫區(qū)一帶表現(xiàn)為典型的中山特征。本區(qū)出露地層主要為一套淺海相沉積巖系，巖性主要為寒武系厚層，巨厚層狀白云巖、灰質(zhì)白云巖，奧陶系中厚層、厚層狀灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r，局部殘留石炭系鐵鋁質(zhì)粘土巖、頁巖和灰?guī)r。 新生代以來，受加里東運動影響，出現(xiàn)強烈的造山運動，產(chǎn)生新華夏經(jīng)向構(gòu)造體系與秦嶺緯向構(gòu)造體系兩大一級構(gòu)造體系，受該兩大體系的共同作用和控制，產(chǎn)生晉東南 ―山 ‖字型二級構(gòu)造體系。庫區(qū)即位于該 ―山 ‖字型構(gòu)造東翼之反射弧部位。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡多以東西向或北東向高角度正斷層為主。伴隨著斷裂的產(chǎn)生，區(qū)內(nèi)斷層破碎帶、網(wǎng)狀節(jié)理、裂 隙、溶洞、溶孔廣泛發(fā)育。晚第三紀至第四紀以后，伴隨著喜瑪拉雅運動的發(fā)生，區(qū)內(nèi)差異升降運動加劇，以河谷階地形態(tài)分析，該區(qū)新構(gòu)造運動仍表現(xiàn)為較強烈的上升運動。 焦作處在河北平原地震帶、汾渭地震帶、河淮地震帶三個地震帶的交匯部位。焦作歷史上地震雖不強烈，但從整體地震構(gòu)造上看，具備發(fā)生中強地震的構(gòu)造背景。近幾年來，與焦作相鄰的河北平原地震帶和汾渭地震帶，地震比較活躍，特別是河北平原地震帶相繼發(fā)生了幾次中強地震，焦作及附近地區(qū)未來的地震活動受到人們的密切關(guān)注。 1978 年第二次全國抗震工作會議將焦作確定為全國重點抗震城 市，地震基本烈度為 7 度。 本區(qū)從地震地質(zhì)背景和地震活動特征來看，都具有發(fā)生中強地震活動的危險性。 根據(jù) 2021 年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（ 1:400 萬）》（ GB18306—2021），水庫區(qū)地震動峰值加速度為 ，相應(yīng)地震基本烈度為 VII 度，地震動反應(yīng)譜特征周期為 。 地形地貌 孤山湖水庫壩址位于孤山村北約 ，大沙河近南北走向，在壩址區(qū)下游向東延伸呈一 ?S‘型彎曲。兩岸支溝不發(fā)育，僅在小滾水壩左岸有一較大支溝，寬 25～ 40m，走向北東，入口處與大 沙河近直交。 大沙河兩岸均為高大雄厚山體，山頂高程 450～ 578m，兩岸岸坡坡度均在 50176。以上，且多處近直立。河底高程為 340～ 348m，河床比降 1/100～ ，河谷呈狹窄的 ?U‘型，二、三壩址間河底寬 40～ 80m。兩岸階地不發(fā)育，僅零星殘留有二級階地，二級階地由上更新統(tǒng)（ Q3）沖洪積物組成，零星分布于壩址區(qū)左右岸緩坡上，分布高程為 350～ 390m，高出現(xiàn)代河床 20～ 40m。左岸局部有崩積物，河床中漫灘有沖洪積物覆蓋，由全新統(tǒng)（ Q4）沖洪積物組成。 6 物理地質(zhì)現(xiàn)象 壩址區(qū)兩岸岸坡陡 峻，溝谷兩側(cè)巖石裸露，風化輕微，在大沙河左岸局部有小范圍崩塌體及不穩(wěn)定體。如在小滾水壩下游左岸有孤立的危巖體，坡腳有脫落的崩塌體，但規(guī)模均不大。另外，壩址區(qū)地層主要為碳酸鹽巖，右岸支溝中見有沿裂隙、小斷層局部形成小的溶蝕洞穴，深度一般小于 2m，連通性差。 水文地質(zhì)條件 壩址區(qū)地下水可劃分為基巖裂隙水、第四系松散層孔隙水兩大類?；鶐r裂隙水巖性主要為鮞粒白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、薄層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r。地下水主要沿斷層破碎帶和裂隙密集帶發(fā)育。據(jù) 51 組壓水試驗，壩基巖體透水率 q 為 ～ ,其中中等透水 1 組，占 2%；弱透水 42 組，占 %。微 極微透水 8 組，占 %。壩基巖體以弱 極微透水性為主。第四系松散巖類孔隙水由粘性土、卵石層及漂石層組成，地下水屬孔隙潛水型。卵石層及漂石層主要分布于河床內(nèi)，為主要含水層。地下水主要由地表水和地下徑流補給，據(jù)經(jīng)驗，其滲透系數(shù) K=200～ 500m/d，屬強透水。 壩址區(qū)地下水類型雖有不同，但二者聯(lián)系密切，壩址區(qū)地下水化學類型為 HCO3CaMg型水。礦化度 ，均屬淡水。 pH 值 ，屬弱堿性水。總硬度 176。，屬微硬水。 根據(jù)水質(zhì) 分析結(jié)果，按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（ GB5028799）附錄 G 評價，壩址區(qū)地下水對混凝土無腐蝕性。 巖土物理力學性質(zhì) 表 1 壩址巖土體物理力學參數(shù)建議值 項目 巖性 塊體密度g/cm3 彈性 模量 GPa 泊 松比 巖體 抗剪斷強度 砼與巖體 抗剪斷強度 巖 體抗剪強度 允許 承載力 f39。 c39。（ MPa） f39。 c39。（ MPa） f MPa 弱風化白云質(zhì)灰?guī)r 8 7 微風化白云質(zhì)灰?guī)r 10 9 備注：壩基與卵石摩擦系數(shù) f= ～ 。 （ 1） 松散巖類 7 1） Q4 低液限粘土 壩址區(qū) Q4 低液限粘土呈透鏡體狀分布于 Q4 卵石層中，灰色，屬軟塑 可塑狀態(tài)，標貫擊數(shù) 34 擊。 2） Q3 低液限粘土 呈透鏡體狀分布于 Q3 卵石層中，棕黃色，硬塑狀態(tài)，標貫擊數(shù) 1922 擊。 3） Q4 卵石 在壩址及其附近上、下游河槽中，對表層卵石混合土層取樣進行了試驗，粒度成分中漂石含量占 23%～ 40%，卵石占 17%～ 45%；礫石占 12%～ 25%，小于礫石的顆粒占 15%～40%，不均勻系數(shù)值為 120～ 190，屬不均勻土類。 4） Q3 礫砂、卵石 Q3 礫砂、卵石分布于河槽下部，屬中密 密實土類。 （ 2） 基巖類 壩址區(qū)巖石種類有鮞?；屹|(zhì)白云巖、鮞粒白云質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r等。均屬堅硬巖，其單軸飽和抗壓強度為 ～ 143MPa，平均 。飽和抗剪斷試驗所得凝聚力范圍值為 ～ MPa，平均值為 MPa，內(nèi)摩擦角為 176?！?176。，平均值為 176。 巖土體參數(shù)建議值見表 1。 水文資料 氣象 大沙河 流域 地處 暖溫帶，屬大陸季風型氣候。據(jù)當?shù)貧庀缶仲Y料，該區(qū)春季溫暖多風干旱，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季干冷少雪。年平均氣溫 ℃， 1月份最冷，平均氣溫 ℃，年極端最低氣溫 20℃， 7 月份最熱，平均氣溫 ℃，年極端最高氣溫 ℃，年平均降雨量 ，主要集中在 79 月份，年最高降雨量為 ，年最低降雨量為 。年水面蒸發(fā)量 1350mm，陸面蒸發(fā)量 490mm。最大風速 33m/s，多年平均最大風速 。多年平均徑流深 160mm。 洪水 孤山湖 水庫位于焦作市郊，流域 主要 由山丘區(qū)組成。上游群英水庫設(shè)計洪水和群英水庫下游至孤山湖水庫區(qū)間設(shè)計洪水均依據(jù)河南省水利勘測設(shè)計院 1984 年編制的《河南省中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集》（以下簡稱《洪水圖集》）進行計算。群英水庫調(diào)節(jié)后的洪水，與區(qū)間洪水相疊加作為孤山湖水庫設(shè)計洪水。 洪水計算結(jié)果見表 2。 表 2 各壩址洪水計算結(jié)果 8 壩址一（ b=60m） 起調(diào)水位： 401m 對應(yīng)庫容： 萬 m3 設(shè)計標準 洪峰流量(m3/s) 水位 (m) 庫容 (萬 m3) 泄量 (m3/s) 50年一遇 500 年一遇 壩址二（ b=55m） 起調(diào)水位： 397m 對應(yīng)庫容： 萬 m3 設(shè)計標準 洪峰流量(m3/s) 水位 (m) 庫容 (萬 m3) 泄量 (m3/s) 50年一遇 500 年一遇 壩址三（ b=65m） 起調(diào)水位： 395m 對應(yīng)庫容： 萬 m3 設(shè)計標準 洪峰 流量 (m3/s) 水位 (m) 庫容 (萬 m3) 泄量 (m3/s) 50年一遇 500年一遇 壩下游設(shè)計水位 50年一遇水位 (m) 500 年一遇水位 (m) 壩址一 壩址二 壩址三 泥沙 孤山湖水庫壩址附近沒有實測泥沙資料。查《河南省水