【正文】 本設(shè)計中的各尺寸如下：L=5=，L1=D1=5=L2=LL1==，α=11176。長度 L 2 = L L1 = (2 ~3)D1；其底板呈水平。水流在肘管中由于轉(zhuǎn)彎受到離心力的作用，使得壓力和流速的分步很不均勻，而在轉(zhuǎn)彎后流向水平段時又形成了擴(kuò)散，因而在肘管中發(fā)生了很大的水力損失。, 出口段直徑D4=，高度h3=。（注：表中的尺寸是對轉(zhuǎn)輪直徑 D1 為 1m 而言的，當(dāng)直徑不為 1m 時,可乘以直 徑數(shù)即得所需尺寸。對大中型水輪機(jī)，為了減小尾水管的開挖深度，均采用彎肘形尾水管，本設(shè)計是混流式水輪機(jī)，故采用彎肘形尾水管。當(dāng)水電站的最大工作水頭在 40m 以上時，蝸殼通常是由鋼板焊接或由鋼鑄造而成， 統(tǒng)稱為金屬蝸殼（用字母 J 表示）， 本電站最大工作水頭為 ， 故選擇金屬 蝸殼。10(L/S)11004限制工況單位流量Q1max39。其主要參數(shù)計算結(jié)果如下（詳細(xì)過程見計算書）： HL240型水輪機(jī)參數(shù)表序號項(xiàng)目HL2401模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)推薦使用水頭范圍25452最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n39。 6 萬 kW）機(jī)組方案。 機(jī)械選擇經(jīng)計算，龍?zhí)菟徽舅^范圍 ~，裝機(jī)容量 120MW（ 12 萬 kW）。計算機(jī)械尺寸。= 消能池護(hù)坦厚度 根據(jù)沖要求，按 （513）計算消力池護(hù)坦厚度式中: t——消力池底板厚度，m； k1——消力池底板計算系數(shù)，~，；ΔH——泄水時上下游水位差，m；q——過閘單寬流量，m3/（）。 結(jié)合excel表試算，設(shè)坎高c=，則 =180。 在所設(shè)坎高情況下，為保證池內(nèi)產(chǎn)生淹沒程度不大的水躍，應(yīng)有的坎頂水頭=180。= ht = 所以坎后為淹沒式水躍銜接。)^) = 相應(yīng)的下游水深為：ht == 因?yàn)閔c139。 =180。 = 校核坎后銜接形式，因?yàn)? E01=c+H10=+= E01=hc1+q2/2gj 2hc12 hc1= Fr1=v/（ghc1）^=q/(hc1（ghc1）^)= hc139。為了使溢流壩下游發(fā)生淹沒式水躍銜接，現(xiàn)在擬設(shè)計消能池和消能坎來提高下游水深。65) = 相應(yīng)的下游水深為：ht == 因?yàn)閔t = hc39。178。180。((1+8Fr178。39。(180。 判斷是否需要做消能工校核洪水位工況（p=%）消能防沖計算E0 = P1 + H0 （55）（：泄水建筑物下游收縮斷面水深計算） E0 = ( 273) + (273 246) = m3/（）所以E0=hc+q2/2gj 2hc2式中： hc —收縮斷面水深( m) ；q—單寬流量( m3 / s m) ；j —流速系數(shù),在堰頂有閘門的曲線實(shí)用堰j 在 — 之間。加大下游水深的工程措施，主要有下列兩種：1) 降低護(hù)坦高程，使在下游形成消能池；2) 在護(hù)坦末端修建消能坎來雍高水位，使坎前形成消能池。 ,故知為遠(yuǎn)驅(qū)式水躍。 = ，下游水深ht =hc 39。列堰頂和收縮斷面的能量方程，求得收縮斷面hc =，收縮斷面 Fr 數(shù)為 ，并求得共軛水深hc39。經(jīng)過分析和參考已建工程，選定山湘水電站工程溢流壩采用底流消能。=yD = y0 + r cosａ=10+17180。（）+17180。+16）/(180。則x=（180。 （52）即y=^按上式算得坐標(biāo)值如表51所示： 堰頂O點(diǎn)下游WES曲線坐標(biāo)值計算表X（m）12345678910Y（m）X（m）11121314151617181920Y（m）9圖52WES曲線坡度m= 的下游直線 CD 與曲線相切與 C 點(diǎn)，CD 點(diǎn)的坐標(biāo) xc yc 求的堰面曲線一介導(dǎo)數(shù)，y=^，y39。Hd=18m，所以:a=,R1=9mb=,R2=c=,R3=2） OC段WES曲線方程： (51)式中 —定型設(shè)計水頭，按堰頂最大作用水頭的75%~95%計算；=18m.、—與上游壩面坡度有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)，當(dāng)壩面鉛直時，；當(dāng)壩面坡度為3：1時。1） 頂部的曲線對于開敞溢流式，溢流壩頂部可采用冪曲線和橢圓曲線，如圖51所示。 溢流壩段剖面設(shè)計溢流重力壩的基本剖面也呈三角形。因?yàn)槭锹俄斒介l門，由《水工建筑物》可知閘門面板的曲率半徑R與閘門高度H的比值，～，則曲率半徑：R==，取R=21m。檢修閘門：因?yàn)榭卓赽=13m，所以檢修閘門寬13m。由于本工程工程地質(zhì)及巖石條件較好，所以取 m3/（）5） 溢流壩段總長度可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步擬定閘墩厚度，中墩厚d=4m，邊墩厚4m 則溢流壩段的總長度B0：B0=nb+44+42=65+16+8=89m 6） 堰頂高程的確定根據(jù)已知資料。所以單寬流量的選定，應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、樞紐布置和消能工設(shè)計，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。甚至危及大壩的安全。單寬流量愈大，孔口凈寬L愈小，從而減少溢流壩長度和交通橋工作橋等造價。2） 流量的確定經(jīng)第一章水文、水利調(diào)洪演算確定，溢流壩的最大入庫流量為13000m3/s。經(jīng)過分析比較后確定，本工程采用開敞式溢流泄洪，堰頂設(shè)有閘門，閘門頂高程高于正常蓄水位，利用閘門不同開啟度來調(diào)節(jié)庫內(nèi)水位和下泄流量，減少上游淹沒損失?？卓谝缌魇綖榱私档脱唔旈l門的高度，增大泄流，可采用帶有胸墻的溢流壩。堰頂可以設(shè)置閘門，也可不設(shè)。因此，需要有足夠的孔口尺寸，較好體型的堰型，以滿足泄水的要求；并使水流平順，不產(chǎn)生空蝕破壞。以上各種情況的計算結(jié)果均遠(yuǎn)小于弱風(fēng)化帶承載力特征值（20002500kPa），也沒出現(xiàn)壓應(yīng)力超過混凝土極限承載能力特征值（20002500kPa）的情況，故滿足應(yīng)力要求。上述壩基面的容許壓應(yīng)力是根據(jù)巖石抗壓強(qiáng)度結(jié)合壩基地質(zhì)條件除以安全系數(shù)確定的。在各種荷載組合情況下（地震荷載除外），壩基面下游邊緣的最大垂直正應(yīng)力應(yīng)小于基巖容許壓應(yīng)力（分別計入揚(yáng)壓力和不計入揚(yáng)壓力）；壩基面上游邊緣的最小垂直正應(yīng)力應(yīng)該大于零（計入揚(yáng)壓力），即不產(chǎn)生拉應(yīng)力，以防壩體與地基接觸面被拉裂而導(dǎo)致防滲帷幕破壞。經(jīng)計算應(yīng)力（過程見計算書）結(jié)果見表47（壩基面）。 計算結(jié)果本設(shè)計計算截面主要是壩基面，計算工況是正常和校核兩種情況。 =)邊緣剪應(yīng)力為 邊緣正應(yīng)力為 上游邊緣主應(yīng)力為 下游邊緣主應(yīng)力為 式中 —分別為上下游邊緣的揚(yáng)壓力強(qiáng)度；其余符號同上?？紤]揚(yáng)壓力時（B=。式中 —作用在計算截面以上全部荷載的鉛直分力總和,kN；—作用在計算截面以上全部荷載對截面形心的力矩總和,kNσyu=ΣW/B +6ΣM/B178?？紤]揚(yáng)壓力時的邊緣應(yīng)力計算圖410考慮揚(yáng)壓力壩體應(yīng)力計算圖以上公式均未計入揚(yáng)壓力，當(dāng)計入揚(yáng)壓力時水平截面上的正應(yīng)力假定任一水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布。 （429） （430）式中 —分別為上下游邊緣第一主應(yīng)力； —分別為上下游邊緣第二主應(yīng)力；當(dāng)上游壩面傾斜時，由于，即使≥0，但如果＜,上游面主應(yīng)力仍會出現(xiàn)拉應(yīng)力。3） 邊緣水平正應(yīng)力求得和以后，由上下游壩體微元體的平衡條件可求得和 。根據(jù)力的平衡條件即可求得： （425） （426）式中—分別為計算截面處上下游壩面水壓力強(qiáng)度（如有泥沙壓力和地震動水壓力時也應(yīng)計算在內(nèi)）；、—上下游壩面坡率，、為上下游壩面與鉛直面的交角。 =。m；B —計算截面沿上下方向的寬度,m。 （423）σyd=ΣW/B 6ΣM/B178。可用材料力學(xué)偏心受壓公式計算。計算時應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模和具體情況，沿壩高方向每隔一定高度（或斷面輪廓有突變處）切取水平截面作為計算截面。剪應(yīng)力以微分體的拉伸對角線在一三象限為正。計算時應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模和具體情況，沿壩高方向每隔一定高度（或斷面輪廓有突變處）切取水平截面作為計算截面。故本設(shè)計應(yīng)力分析采用材料力學(xué)法。理論法包括材料力學(xué)分析法和彈性力學(xué)分析法。重力壩的應(yīng)力狀態(tài)與很多因素有關(guān)，如壩體輪廓尺寸、靜力荷載、地基性質(zhì)、施工過程、溫度變化以及地震特性等，由于在應(yīng)力分析中，還不能確切考慮各種因素，所以無論采用哪種方法得出的成果都不同程度的帶有一定的近似性。5） 利用預(yù)加應(yīng)力提高抗滑穩(wěn)定性。3） 利用地形地質(zhì)特點(diǎn)，在壩踵或壩趾設(shè)置深入基巖的齒墻，用以增加抗力提高穩(wěn)定。2） 將壩基面開挖成傾向上游的斜面，借以增加抗滑力提高穩(wěn)定性。 提高抗滑穩(wěn)定性的工程措施從上述抗滑穩(wěn)定分析可以看出，要提高重力壩的穩(wěn)定性關(guān)鍵在于增加抗滑力。本設(shè)計使用基本荷載組合，,。設(shè)計3符合校核符合全部滿足要求，所以設(shè)計合理。～，換算為1100KN/㎡。 計算參數(shù)的確定抗剪斷摩擦系數(shù)，凝聚力的確定，一般是根據(jù)工程的實(shí)際情況，野外現(xiàn)場試驗(yàn)測定來選取。抗剪斷強(qiáng)度公式考慮了壩體與基巖的膠結(jié)作用，計入了摩擦力和凝聚力，是比較符合壩的實(shí)際工作狀態(tài)，物理概念也較明確。2） 抗剪斷強(qiáng)度公式此法認(rèn)為，壩與基巖膠結(jié)良好，滑動面上的阻滑力包括摩擦力和凝聚力，并直接通過膠結(jié)面的抗剪斷試驗(yàn)確定抗剪強(qiáng)度的參數(shù)和。當(dāng)滑動面為傾向上游的傾斜面時，計算公式為 （421） 式中，為滑動面與水平面的夾角，其他符號同前式?；瑒用嫔系淖杌χ挥嬆Σ亮?，不計凝聚力。 抗滑穩(wěn)定計算公式目前常用的有兩種公式。本工程也只進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析。m)垂直力水平力↓↑→←↘＋↙自重()W1W2靜水壓力（）P1 P2 水重（）P3揚(yáng)壓力U1（） U2（） U3（） U4（）359 小計浪壓力（）P1 小計 總計Σ ↓→↙ 穩(wěn)定分析工程實(shí)踐和試驗(yàn)研究表明，巖基上混凝土重力壩的失穩(wěn)破壞可能有兩種類型：一種是壩體沿抗剪能力不足的薄弱層面產(chǎn)生滑動，包括沿壩與基巖接觸面的滑動以及沿壩基巖體內(nèi)連續(xù)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的深層滑動；另一種是在荷載作用下上游壩踵以下巖體受拉產(chǎn)生傾斜裂縫以及下游壩趾巖體受壓被壓碎引起傾壞。 非溢流壩段正常（設(shè)計）情況下主要荷載的計算成果荷載作用及其分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計值（KN）對截面形心的力臂(m)力矩的設(shè)計值(KN以上的荷載在穩(wěn)定以及應(yīng)力分析時，可不計入。 因?yàn)閴吻八畲笥诎肫骄ㄩL，波浪運(yùn)動不受庫底的約束，這樣條件下的波浪稱為深水波。圖45揚(yáng)壓力圖計算公式 (411) (412) (413) (414) (415)式中：U——揚(yáng)壓力，KN；——水的重度，；α——揚(yáng)壓力折減系數(shù)（），——上游水深，m；——下游水深，m；—— 上下游水位差，m；B——壩底寬度B＇——帷幕中心到壩踵的距離正常工況下計算結(jié)果見表44，校核情況下計算結(jié)果見表45 ，（過程見計算書）4） 浪壓力圖46浪壓力荷載計算圖計算公式本水庫平均浪高、平均波長按官廳水庫式計算：h1%=（416）L=%