【導讀】本設計是側重于壩工部分以擋水建筑物和泄水建筑物為主。心墻土石壩，并且初定了大壩的輪廓尺寸。然后通過土料設計，對照指標確定了。砂礫料場及粘土料場的位置。再次選擇壩體的三個典型斷面對大壩進行滲流計算，畫出流網(wǎng)圖，校核滲流逸出處的滲透坡降確定是否滿足要求。行穩(wěn)定分析，最終進行壩體細部構造設計。確定出大壩的型式及壩址和壩軸線。外確定該樞紐的組成建筑物，包括擋水建筑物、泄水建筑物、水電站廠房等。第三步，進入第二主要建筑物設計階段。結構，定為泄水隧洞。挑距和沖刷深度等方面校核設計的可行性。第四步，進行初步的施工組織設計。確定導流標準，施工分期。期、截流日期、攔洪日期、封孔蓄水日期、初始發(fā)電日期和竣工日期。了與土石壩的有關資料和書籍。由于知識有限，對于本設計中的不妥及錯誤之處，懇請批閱批評指正。再次表示由衷的感謝。本設計共歷時9周。

　　

【正文】 ......................................................116 粘土心 墻土石壩設計與泄洪洞襯砌內(nèi)力計算 8 第一章 前言 本科 畢業(yè)設計是大學 四年 最 重要，最關鍵 的教學 內(nèi)容 ，它既是 學以致用，知行合一 的一項嘗試，也 為 我們 以后的學習或工作模擬了一次“演習”。 通過畢業(yè)設計， 大家全面 地 系統(tǒng)地鞏固了 一下大學 所有 學 過 的 專業(yè)知識 ，提高了 專業(yè)水平 ，鍛煉了 專業(yè)技能 。 通過 這次 畢 業(yè)設計，我們 對 粘土心墻 土石壩的 壩型特點 ， 施工方式，設計理念 等有了系統(tǒng) 地 全面 地 認 知 ， 也有了一次 系統(tǒng)設計能力 的培養(yǎng)機會 。我們 對水利水電 專業(yè) 的更加了解，對水利水電事業(yè)更加熱衷 。 （ 1） 鞏固、聯(lián)系、 加深、 充實、擴大所學基本理論和專業(yè)知識，并 進行 系統(tǒng)化； （ 2）培養(yǎng)綜合運用所學知識解決實際問題的 技 能，初步掌握設計原則、方法和步驟； （ 3）養(yǎng) 成正確的設計思想，樹立嚴肅認真 ， 實事求是和刻苦認真的工作作風 ，學習態(tài)度 ； （ 4）鍛煉獨 立思考、獨立工作能力，加強計算、繪圖、編寫說明書及使用規(guī)范、手冊等技能訓練 。 設計對象和背景 本設計的對象和背景是位于我國西南地區(qū) 的 某江，進行以壩工為設計重點的工程設計。 設計過程 與 方法： 了解任務書和熟悉、分析原始資料 洪水調(diào)節(jié)計算 用圖解法確定防洪庫容、設計（校核）洪水位 及 相應的下泄流量，為確定大壩高度和下游消能防沖設施提供 了 設計依據(jù)。 主要建筑物形式選擇和水利樞紐布置 對選定的壩型和樞紐布置方式，做技術可能性和經(jīng)濟合理性的論證。 第 一主要建筑物 —— 攔河壩設計 一般應首先選定大壩結構布置 及 構造，然后進行校核計算。 （ 1） 選定壩的結構形式；擬定壩基防滲處的型式及壩的主要尺寸。 （ 2） 進行土料設計，包括對壩身不同高程的透水料和不透水料的分區(qū)規(guī)劃布置以及壓實標準的確定。 水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設計 9 （ 3） 滲流演算，計算正常 ， 校核水位 ， 浸潤線位置，確定 逸出坡降 與 總滲流量 。 （ 4） 靜力穩(wěn)定計算， 可以 用折線法求出上下游坡在某一危險水位情況下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，以論證選用壩坡的合理性。 （ 5） 擬定壩身構造，包括防滲、排 水反濾層、壩頂、護坡、馬道以及壩體與壩基、岸坡及其他建筑物 的連接。 第二主要建筑物 —— 壩外泄水道設計 （ 1） 確定結構形式和主要尺寸，進行建筑總體布置 ； （ 2） 進行必要的水力計算和靜力計算，以驗證建筑物的輪廓尺寸和各部分的結構尺寸是否合理 ； （ 3） 擬定細 部構造，包括 錨筋加固、 排水、灌漿。 預期效果 繪出 3 張工程設計 圖，自行編制說明書 和 計算書，并編寫中、英文的摘要。 第二章 土石壩 工程概況 工程 流域概況 該江位于我國西南地區(qū)，流向自東南向西北，全長約 122 公里，流域面積 2558平方公里，在壩址以上流域面積為 780 平方公里。 本流域大部分 為山嶺地帶，山脈和盆地交錯于其間，地形變化劇烈，流域內(nèi)支流很多，但多為小的山區(qū)流河流，地表大部分為松軟的沙巖、頁巖、玄武巖及石灰?guī)r的風化層，汛期河流的含沙量較大。沖積層較厚，兩岸有崩塌現(xiàn)象。 本流域內(nèi)因山脈連綿，交通不便，故居民較少，全區(qū)農(nóng)田面積僅占總面積的20％，林木面積約占全區(qū)的 30％，其種類有松、杉等。其余為荒山及草皮覆蓋。 當?shù)?氣候特征 氣溫 情況 年平均氣溫約為 度，最高氣溫為 度，發(fā)生在 7 月份，最低氣溫為 度，發(fā)生在 1 月份。 表 221 月平均氣 溫統(tǒng)計表（度） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年平均 粘土心 墻土石壩設計與泄洪洞襯砌內(nèi)力計算 10 表 222 平均溫度日數(shù) 月份日數(shù) 平均溫度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0? ℃ 6 0 0 0 0 0 0 0 0 30~0 ℃ 30 31 30 31 31 30 31 30 30? ℃ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 濕度 情況 本區(qū)域氣候特征是冬干夏濕，每年 11 月至次年和 4 月特別干燥，其相對濕度為 51～ 73％之間，夏季因降雨日數(shù)較多，相對濕度隨之增大，一般變化范圍為 67～86％。 降水量 情況 最大年降水量可達 1213 毫米，最小為 617 毫米，多年平均降水量為 905 毫米。 表 223 各月降雨日數(shù)統(tǒng)計表 日數(shù) 月份 平均降雨量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5mm 5～ 10mm 10～ 30mm 30mm 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 風力 和 風向 一般 1～ 4 月 風力較大，實測最大風速為 m/s，相當于 8 級風力，風向為 水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設計 11 西北偏西。水庫吹程為 15 公里。實測多年平均風速 14m/s。 當?shù)?水文特征 該江徑流的主要來源為降水，在此山區(qū)流域內(nèi)無湖泊調(diào)節(jié)徑流。根據(jù)實測短期水文氣象資料研究，一般是每年五月底至六月初河水開始上漲，汛期開始，至十月以后洪水下降，則枯水期開始，直至次年五月。 該江洪水形狀陡漲猛落，峰高而瘦，具有山區(qū)河流的特性，實測最大流量為 700秒立米，而最小流量為 秒立米。 年日常徑流 資料 壩址附近水文站有實測資料 8 年，參考臨近測站 水文記錄延長后有 22 年水文系列，多年年平均流量為 17 秒立米。 洪峰流量 資料 經(jīng) 過頻率的分析，可以 求得不同頻率的洪峰流量如下表 231， 232 所示，山區(qū)洪水的特性是暴漲暴落的 。 表 231 不同頻率洪峰流量（秒立米） 頻率 1 2 5 10 流量 2320 1680 1420 1180 1040 表 232 各月不同頻率洪峰流量（秒立米） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1％ 46 19 12 19 600 1240 1550 1210 670 390 28 37 2％ 36 17 11 15 530 1120 1360 1090 600 310 23 33 5％ 23 14 9 11 420 850 1100 830 480 250 16 28 10％ 19 11 7 9 370 760 980 720 410 210 15 23 固體徑流 資料 該江為山區(qū)性河流，含沙量大小均隨降水強度及降水量的大小而變化，平均含沙量達 公斤／立米?？菟畼O少，河水清徹見底，初步估算 30 年后壩前淤積高程為 2765 米。 粘土心 墻土石壩設計與泄洪洞襯砌內(nèi)力計算 12 工程地質 資料 雖然土石壩對地質結構要求不像拱壩，重力壩以般苛刻，但是地質構造對土石壩的選址，建造，后期維護都有一定程度的決定性作用。 水庫地質 資料 庫區(qū)內(nèi)出露的地層有石灰?guī)r、玄武巖、火山角礫巖與凝灰?guī)r等。經(jīng)地質勘探認為庫區(qū)滲漏問題不大，但水庫蓄水后，兩岸的坡積與殘積等物質的坍岸是不可避免的，經(jīng)過勘測，估計可能坍方量約為 300 萬立米。在考慮水庫淤積問題時可作為參考。 壩址地質 資料 壩址位于該江中游地段的峽谷地帶，河床比較平緩，坡降不太大，兩岸高山聳立，構成高山深谷的地貌特 征。 壩址區(qū)地層以玄武巖為主，間有少量火山角礫巖和凝灰?guī)r穿過，對其巖性分述如下： （ 1） 玄武巖 一般為深灰色、灰色、含有多量氣孔，為綠泥石、石英等充填，成為杏仁狀構造，并間或有方解石脈、石英脈等貫穿其中，這些小巖脈都是后來沿裂隙充填進來的。堅硬玄武巖應為不透水層，但因節(jié)理裂縫較發(fā)育，透水性也會隨之增加，其礦物成份為普通輝石、檢長石，副成分為綠泥石、石英、方解石等，由于玄武巖成分不甚一致，風化程度不同，力學性質也不同，可分為堅硬玄武巖、多氣孔玄武巖、破碎玄武巖、軟弱玄武巖、半風化玄武巖和全風化玄武巖等，其 物理力學性質見表 24表 242。 滲透性：經(jīng)試驗得出 k 值為 ～ 米 /晝夜。 表 241 壩基巖石物理力學性質試驗表 巖石名稱 比重 Gs 容重γ kN/m3 建議抗壓強度 MPa 半風化玄武巖 50 破碎玄武巖 5060 火山角礫巖 35120 軟弱玄武巖 1020 堅硬玄武巖 100160 多氣孔玄武巖 70180 表 242 全風化玄武巖物理力學性質試驗表 水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設計 13 天然含水率 ? % 干容重 ? kN/m3 比重 Δ 液限 l? 塑限 p? 塑性指數(shù)pI 壓縮系數(shù) a 浸水固結塊剪 0～ m2/kN 179。 106 3～ 4 m2/kN 179。 106 內(nèi)摩擦角Φ 凝聚力 kPa 24 （ 2） 火山角礫巖 角礫為玄武巖，棱角往往不明顯，直徑為 2～ 15 厘米，膠結物仍為玄武巖質，膠結緊密者抗壓強度與堅硬玄武巖無異，其膠結程度較差者極限抗壓強度低至 35MPa。 （ 3） 凝灰?guī)r 成土狀或頁片狀，巖性軟弱，與近似，風化后成為碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。 （ 4） 河床沖積層 主要為卵礫石類土，砂質粘土與砂層均甚少，且多呈透鏡體狀，并有大漂石摻雜其中。卵礫石成分以玄武巖為主，石灰?guī)r與砂巖占極少數(shù)。沿河谷內(nèi)分布：壩基部分沖積層厚度最大為 32 米，一般為 20 米左右 ；靠岸邊最少為幾米。顆粒組成以卵礫石為主，砂粒和細小顆粒為數(shù)很少。卵石最小直徑一般為 10～ 100 毫米；礫石直徑一般為 2～ 10 毫米；砂粒直徑 ～ 毫米；細小顆粒小于 毫米。見表 243。 沖積層的滲透性能 經(jīng)抽水試驗后得，滲透系數(shù) k 值為 3179。 102 厘米 /秒 ～ 1179。102 厘米 /秒。 （ 5） 坡積層 在水庫區(qū)及壩址區(qū)山麓地帶均可見到，為經(jīng)短距離搬運沉積后，形成粘土與碎石的混合物質。 據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程 SL2512020》，初步設計階段的天然建筑材料勘察應在初查基礎上進行詳查。應 詳細查明料場巖土層結構及巖性，夾層性質，及空間分布，地下水位，剝離層，無用層厚度及方量有用層儲量，質量，開采運輸條件和對環(huán)境的影響等。 當需要時應進行混凝土天然摻合料的調(diào)查，在可行性研究階段做過詳查的料場可視需要進行復查。 宜采用 1： 1000～ 1： 2020的地形圖作底圖進行料場地質測繪及勘探布置。對人工骨料和塊石料應實測 1： 500～ 1： 2020料場地質剖面，砂礫料和土料料場可實測料場 1： 500～ 1： 2020地質剖面圖?？辈靸α颗c實際儲量誤差應不超過勘察儲量不得 15%應編制 1： 10000～ 1： 50000料場分 布圖 ， 1： 10000～ 1： 2020料場綜合地質圖 1： 500～ 1： 2020料場地質剖面圖。 表 243 沖積層剪力試驗成果表 粘土心 墻土石壩設計與泄洪洞襯砌內(nèi)力計算 14 土壤 名稱 項目 計 算值 容重 (控制） kN/m3 含水量 （控制） 三軸剪力 （ 塊 剪） 應變（拉制） （浸水固結快剪） 內(nèi)摩擦角 凝聚力（ kPa） 內(nèi)摩擦角 凝聚力 （ kPa） 含 中 量 細 粒 的 礫 石 次數(shù) 17 12 8 8 2 2 最大值 47176。 15′ 32176。 43′ 最小值 35176。 30′ 17176。 55′ 0 平均值 40176。 34′ 25176。 25′ 小值 平均值 37176。 32′ 注：三軸剪力土樣備系篩去大于 4mm 顆粒后制備的。試驗時土樣的容重為控制容重。應變控制土樣容重系篩去大于 顆粒后制備的。 以上兩種試驗的土樣系擾動的。 地質構造 資料 壩址附近無大的斷層，但兩岸露出的巖石，節(jié)理特別發(fā)育?？梢苑譃閮山M，一組走向與巖層走向幾乎一致，即北東方向，傾向西北；另一組的走向與巖層傾向大致相 同。傾角一般都較大，近于垂直，裂隙