【正文】 ② 計(jì)算公式 a. 抗滑穩(wěn)定計(jì)算 計(jì)算公式： Kc= PWf ?? / 式中： Kc — 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； 工況 名稱(chēng) 設(shè)計(jì)洪水位 （ ） 校核洪水位 （ ） K′ 規(guī)范要求值 K′ 規(guī)范要求 值 寬頂堰 工 況 名 稱(chēng) 設(shè)計(jì)洪水位 （ ） 校核洪水位 （ ） 計(jì)算值 規(guī)范要求 計(jì)算值 規(guī)范要求 寬頂堰 б yu（含 U時(shí)） 最大垂直正應(yīng)力 均 小 于250kN/m2 且最小垂直正應(yīng)力均大于 0 最大垂直正應(yīng)力均小于 250kN/m2 且最小垂直正應(yīng)力均大于 0 б yd（含 U時(shí)） б yu（不含 U時(shí)） б yd（不含 U時(shí)） 42 f — 基礎(chǔ)面與基巖接觸面摩擦系數(shù)； ∑ W — 作用于墻體上的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的法向分值； ∑ P — 作用于墻體上的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的切向分值。 b. 溢洪道未泄洪工況：墻前無(wú)水，墻背水深 ， 對(duì)應(yīng)的水荷載 +自重 +土壓力 +基礎(chǔ)揚(yáng)壓力 +滲透壓力。從表 中 可知， 在各種荷載情況下 ,堰體 的最大垂直正應(yīng)力均小于基礎(chǔ)最大承載力 250kN/m2且最小垂直正應(yīng)力均大于 0， 滿(mǎn)足規(guī)范要求。 計(jì)算成果 堰體抗滑穩(wěn)定計(jì)算 結(jié)果見(jiàn)表 ，堰基應(yīng)力計(jì)算 結(jié)果見(jiàn)表 。( 式中： K′ — 按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； f′ — 堰體砼與基巖接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)； C′ — 堰體砼與基巖接觸面的抗剪斷凝聚力； A — 堰體與基巖接觸面的截面積； ∑ W — 作用于堰體上的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的法向分值； 40 ∑ P — 作用于堰體上的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的切向分值。 39 圖 邊墻示意圖 溢洪道結(jié)構(gòu)安全計(jì)算 堰體穩(wěn)定計(jì)算 計(jì)算工況 （ 1）設(shè)計(jì)洪水位 工 況 ； （ 2）校核洪水位 工 況 ； 計(jì)算 公式 堰體抗滑穩(wěn)定計(jì) 算按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算： K′ = PACWf ??? /)39。 38 圖 邊墻示意圖 （ 2）坡比 i= 的彎曲段，最高點(diǎn)由槽面到墻頂?shù)拇怪本嚯x為：+1=；最低點(diǎn)由槽面到墻頂距離為： +1=；如圖 所示。具體結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖 和圖 所示。 底板構(gòu)造：分縫采用錯(cuò)縫布置，橫縫間距為 10m 做成搭接縫。因此，在任意假定的基礎(chǔ)上 穩(wěn)定計(jì)算的意義不大。； h1坎頂平均水深 h在鉛直方向的投影； h2坎頂至河床面的高差； 36 圖 挑流示意圖 通過(guò)計(jì)算分析得出，挑距為 ，恰好在河谷中間；沖刷坑最后坡i=，在 ～ ，即：沖刷不會(huì)影響壩身安全。 水舌挑射距離： 221 1 1 1 21 [ s in c o s c o s s in 2 ( ) ]L v v v g h hg ? ? ? ?? ? ? ? （ 510） 沖刷坑深度（由河床表面至坑底）： 0 .5 0 .2 5kt q H t??? （ 511） 式中： L水舌挑距； g重力加速度； v1坎頂水面流速 , 112Svg? ， S1上游水面至坎頂?shù)母卟睢? grbvKZgvhBrBFghvFrr222)2(s i nt a n)2(a r c t a n,1a r c s i n????????????? （ 59） 式中： r— 彎段處半徑； v— 彎段處平均流速； β — 波角；θ — 各段圓弧中心角； Fr— 弗勞德數(shù)； K— 矩形斷面簡(jiǎn)單圓弧 K=1； h— 斷面內(nèi)、外側(cè)水深，計(jì)算外側(cè)時(shí)θ取正值，計(jì)算內(nèi)側(cè)時(shí)θ取負(fù)值； 35 彎道沖擊波計(jì)算示意圖 （ 3）消能防沖：按條件選擇挑流方式消能，挑坎如圖 所示。由式（ 79）分別 確定彎段參數(shù)。各參數(shù)意義與公式（ 53）～（ 57）一樣。如圖 所示。 ① 矩形斷面泄槽的臨界水深 hk確定： 323 23gqgbQhk ?? ?? （ 53） BQq? （ 54） KKKKk BRCgAi 2?? （ 55） 33 kkkkkkkkkkkkkhBhBARhBhBA22???????? （ 57） 式中： kh — 臨界水深， m；α =1； B= kB q — 單寬流量， m2/s； kA — 泄槽臨界斷面面積； ki — 臨界坡度； k? — 臨界斷面濕周； kR — 臨界斷面水力半徑； ② 泄槽水面線(xiàn)計(jì)算：根據(jù)（ SL253— 2021）《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》及水力學(xué)，泄槽水面線(xiàn)采用能量方程和分段疊加法計(jì)算。泄槽軸線(xiàn)布置采用直線(xiàn)和曲線(xiàn)相結(jié)合，彎曲段半徑取 6 倍的泄槽寬度。在左岸天然埡口處布置溢洪道軸線(xiàn)，此處軸線(xiàn)至河谷距離最短，且軸線(xiàn)所過(guò)地區(qū)地形高差不是太大，平順地區(qū)較多，可以減小工程的開(kāi)挖量。堰頂高程為 372m。 （ 2）控制堰段： 根據(jù)庫(kù)區(qū)資料，控制堰選擇為開(kāi)敞正堰式寬頂堰型，適用于小型工程，堰高小于 3m，設(shè)計(jì)中堰高取 2m。設(shè)計(jì)中取 1： ，設(shè)計(jì)流速宜采用 3～ 5m/s。正槽式溢洪道 由引水渠、控制堰段、邊坡段和消能防沖段組成。 材料分區(qū)示意圖 31 5 溢洪道及灌溉建筑物設(shè)計(jì) 溢洪道設(shè)計(jì) 泄水建筑物是水利樞紐中不可或缺的重要部分，主要用于宣泄規(guī)劃庫(kù)容所不能容納的洪水，防止洪水漫溢壩頂，保證大壩的安全。防滲體的材料選用開(kāi)挖出的粉砂質(zhì)粘土進(jìn)行填充詳細(xì)物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表 110 和表 114。石料場(chǎng)距工地約 125250 m，石碴場(chǎng)距工地約 100600 m，開(kāi)采運(yùn)輸方便。 由庫(kù)區(qū)的地質(zhì)情況可知，附近山體的巖層都為砂巖和泥巖，經(jīng)開(kāi)采后可成為一定級(jí)配的石渣料，石碴儲(chǔ)量豐富，質(zhì)量較好，其儲(chǔ)量達(dá) 50 萬(wàn) m3以上。首先在壩址附近進(jìn)行筑壩材料的廣泛調(diào)查，隨著調(diào)查階段逐步深入，逐步提高調(diào)查精度。壩頂下游側(cè)設(shè)置 高的護(hù)欄。本設(shè)計(jì)中，在上游設(shè)置 1m 高的混凝土防浪墻，墻體本身要求堅(jiān)固且不透水，墻底要與心墻緊密結(jié)合并且插入心墻一 定深度。由于陳橋水利樞紐最大壩高為 20m（ 70m），屬于低壩，且無(wú)特殊要求，故壩頂寬度取為 6m。心墻剖面尺寸如圖 所示： 圖 心墻剖面尺寸示意圖 壩頂構(gòu)造 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL274－ 2021），壩頂寬度應(yīng)根據(jù)構(gòu)造、施工、運(yùn)行和抗震等因素確定。心墻高為 ，頂部高程為 ，心 28 墻超高為 在允許值范圍內(nèi)。保護(hù)層可采用砂、砂礫或碎石，其厚度不小于該地區(qū)凍深或干燥深度。如防滲體頂部設(shè)有穩(wěn)定堅(jiān)固、不透水又與防滲體緊密連接的放浪墻，則防滲體頂部高程不低于正常運(yùn)用的靜水位即可。當(dāng)然應(yīng)結(jié)合具體工程，通過(guò)穩(wěn)定分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后確定防滲體尺寸。如采用機(jī)械化施工心墻或斜墻頂寬不小于 3m，其最小底寬取決于防滲土料的允許水力比降，因采用的土料而異，對(duì)于粘土為（ 1/5～ 1/6） H，土壤為（ 1/4～ 1/5） H，輕土壤為（ 1/3～ 1/4） H，其中 H 為上下游水頭。本工程反濾的設(shè)計(jì)均采用 1 層 50cm 厚的砂巖作為反濾層，分別在心墻上、下游與壩殼料的接觸處布置，以及排水棱體與壩殼料的接觸處布置。 根據(jù)反濾過(guò)度要求，反濾層數(shù)一般為 1～ 3 層。在土質(zhì)防滲體與壩殼或壩基透水層之間，壩殼與壩基的透水部位均應(yīng)盡量滿(mǎn)足反濾原則。當(dāng)壩基強(qiáng)度足夠高時(shí)，可發(fā)揮支撐壩體、增加穩(wěn)定的作用。在棱體上游坡角處應(yīng)盡量避免出現(xiàn)銳角。是在下游壩腳處用塊石堆成棱體，棱體寬度不小于 1米，頂面超出下游水位的高度，對(duì) 2級(jí)壩不小于 1 米，對(duì) 35級(jí)壩不小于 米，而且還應(yīng)保證浸潤(rùn)線(xiàn)位于下游壩坡面的凍層以下。如圖 所示： 圖 下游馬道及排水溝尺寸示意圖 26 壩體排水和反濾層設(shè)計(jì) 壩體排水設(shè)計(jì) 壩體排水型式：棱體排水，貼坡式排水，壩內(nèi)排水。 根據(jù)工程壩殼所填筑的材料，本工程上游壩坡采用變坡處理，坡率擬用 1： 25 和 1： ；下游同樣采用變坡 處理，壩坡率擬用 1： 和 1： ，如圖 所示： 1：1：1：1：367 .5m368 .5m 圖 壩體上、下游坡率示意圖 馬道及護(hù)坡設(shè)計(jì) 根據(jù)工程需要，在上游高程 的橫向排水溝；在下游高程為 處的地方同樣也布置寬為 的馬道及寬為 的橫向排水溝。 人工材料面板壩，采用優(yōu)質(zhì)石料分層碾壓時(shí)，上游壩坡坡率一般采用 1：～ 1： ，按照施工要求，瀝青混凝土面板壩上游壩坡不宜陡與 1： ；良好堆石的下游壩坡可為 1： ～ 1： ，如為卵礫石，可放緩至 1： ～ 1： ，壩高超過(guò) 110m 時(shí)，也宜適當(dāng)放緩。 土質(zhì)防滲體的心墻壩，當(dāng)下游壩殼采用堆石時(shí)，常用的坡率為 1： ～ 1：，采用土料時(shí)，常用 1： ～ 1： ；上游壩殼采用堆石時(shí)，常用 1： ～1： ，采用土料時(shí)，常用 1： ～ 1： 。 壩坡設(shè)計(jì) 壩坡坡率關(guān)系到壩體穩(wěn)定以及工程量的大小，土石壩的壩坡初選可以參照已有的工程經(jīng)驗(yàn)擬定。面板壩耗費(fèi)的混凝土要多，工程造價(jià)要高，因此不選用。但是，面板堆石壩對(duì)壩基的要求高，趾板地基開(kāi)挖要求平順，須避免陡坎和反坡，趾板須置于堅(jiān)硬、不沖蝕和可灌漿的基巖面上，且建基面一般須開(kāi)挖到弱風(fēng)化層上部。 面板堆石壩 面板堆石壩采用振動(dòng)碾薄層碾壓填筑，堆石體壓縮性小，面板的防滲效果得以保證。心墻在施工時(shí)必須和兩側(cè)壩殼平齊上升，施工干擾大，受氣候條件的影響也大。薄心墻有利于降低孔隙水壓力。斜墻對(duì)壩體的沉降變形也較為敏感，與陡峻河岸的連接也較為困難，故高壩中斜墻壩所占的比例較心墻壩要小。 斜墻壩方案 斜墻壩的壩殼可以超前于防滲體進(jìn)行填筑，而且不受氣候條件的限制，也不依賴(lài)于 地基灌漿施工的進(jìn)度，施工干擾小。這種壩所用的土料的滲流系數(shù)小，施工期壩體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生孔隙水壓力，影響土料的抗剪強(qiáng)度，所以壩坡較緩，工程量大；此外鋪土厚度薄、填筑速度慢、施工容易受降水和冰凍影響，不利于加快進(jìn)度和縮短工期。現(xiàn)將四種壩型的特點(diǎn)羅列 如下： 均質(zhì)壩方案 均質(zhì)壩壩體主要有一種土料組成，同時(shí)起防滲和穩(wěn)定作用。壩型選擇要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w條件，因地制宜，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇出技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。防浪墻高度設(shè)置為 1m。 各種工況下計(jì)算結(jié)果結(jié)果如表 33所示： 表 33 波浪爬高計(jì)算表 運(yùn)用情況 上 游壩坡坡率 糙率滲透性系數(shù) K△ 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) Kw 平均波高 hm 平均波長(zhǎng) Lm 平均波浪爬高 Rm 波浪爬高 R5% 正常運(yùn)用 +設(shè)計(jì) 1 非常運(yùn)用 +校核 1 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL2742021） A 的取值如表 34 所示。 D為吹程，取 5 倍壩軸線(xiàn)長(zhǎng)度。壩頂在靜水位以上的超高按《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（ SL189— 96）中的公式計(jì)算： y=R+A 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。最終的設(shè)計(jì)洪水位為 ，校核洪水位為 。用 QBASIC 程序調(diào)進(jìn)行洪演算。 半圖解法是用圖解和計(jì)算相結(jié)合的方式進(jìn)行求解，此法避免了列表試算法的繁瑣，減輕了計(jì)算工作量，同時(shí)半圖解法的輔助線(xiàn)也可以用計(jì)算機(jī)繪制。接下去，把這一時(shí)段末的 2q 、 2V ，作為下一時(shí)段的 1q 、 1V ，在進(jìn)行下一時(shí)段的的試算。否則，要重新設(shè)定一個(gè) 2q 值，重復(fù)上述試算過(guò)程，直至兩者相等或很接近為止。 列表試算法是由已知時(shí)段的 1q 、 1V 和入庫(kù)流量 1Q 、 2Q ，假設(shè)時(shí)段末的下泄流量 2q ，根據(jù)水量平衡方程求出時(shí)段末水 庫(kù)的蓄水增量 V? ，而 12V V V?? ? ，由 2V 查 ()q f V? 曲線(xiàn)得到 2q 。于是，下泄流量又可以寫(xiě)成庫(kù)容 V的函數(shù)式，得出兩者的關(guān)系曲線(xiàn)，此式稱(chēng)為蓄泄方程，即 ()q f V? q 下泄流量（ m3/s）； V 庫(kù)容（ m3）。并由此可以換算出水庫(kù)水位 Z 和和泄量 q的關(guān)系 q=f(Z)。 水量平衡方程： 1 2 1 2 2 1( ) 1 / 2 ( ) 1 / 2 ( )Q q t Q Q t q q t V V V? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 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