【正文】 22? （ 1011） ? ?2121 vvv ?? （ 1012） ? ?2121 CCC ?? （ 1013） ? ?2121 RRR ?? （ 1014） 式中： 2h ——下游斷面水深（ m）； 2v ——下游斷面流速（ m/s）； 1h ——上游斷面水深（ m）； 1v ——上游斷面流速（ m/s）； i —— 縱坡； J ——平均水力坡度； R ——水力半徑，m； C ——謝才系數(shù)， 12/ms。 采用試算法，得 漸變段出口深度 mh ? 。 水力計(jì)算 溢流堰 溢流堰泄流能力應(yīng)滿足水庫在校核洪水位是的最大下泄流量 8850m3/s，參考《水力學(xué)》教材順?biāo)鞣较蜷L度按水力學(xué)要求 ， δ10H， H 為溢流水深 。 （ 4） 出口消能段 采用挑流消能，參考實(shí)際工程和《水工建筑物》教材，挑射角為 25176。底坡為 。 （ 3）泄槽段 等坡 陡槽段由漸變段和陡坡段組成。取 10m。 位置選擇 本設(shè)計(jì)溢洪道位置的選擇可參考已建工程，布置在壩址的右岸，其具體布置可參見樞紐總體布置圖。溢洪道除了具備足夠的泄流能力外，還要保證其在工作期間的自身安全和下泄水流與原河道水流獲得妥善的銜接。 圖 95 馬道結(jié)構(gòu)圖 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 96 排水溝平面 圖 10 溢洪道 在水利樞紐中，溢洪道是必須設(shè)置的泄水建筑物。 圖 93 壩頂布置圖 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 護(hù)坡 上游壩面設(shè)干砌石護(hù)坡，參考教材 P267，厚度為 ，下面設(shè) 的碎石墊層，下游也采用干砌石護(hù)坡，厚約 ，下面也設(shè) 的 碎石 墊層 如圖（ 94）所示 。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 92 棱體反濾層圖 壩頂 壩頂上面鋪設(shè) 30cm 厚的 100 混凝土 路面， 下有 30cm 砂石墊層。反濾層一般也布置于土質(zhì)防滲體與壩殼或壩基透水層之間及滲流進(jìn)入排水設(shè)備處。在排水體 與壩體、壩基之間設(shè)置反濾層；下游 馬道 設(shè)置排水溝，并在壩坡設(shè)置橫向排水溝以匯集雨水，岸坡與壩坡交接處也設(shè)置排水溝，以匯集岸坡雨水，防止雨水淘刷壩坡，見細(xì)部構(gòu)造詳圖 （ 91） 。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 防滲墻布置于心墻之下，從防滲角度來看偏上游為好，但從防裂角度看偏下游一側(cè)好，綜合考慮布置于心墻底面中心 ，見壩體縱剖面圖。 防滲墻的型式 防滲墻的型式 、材料及布置 .根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，采用槽板式混凝土防滲墻比較合適，設(shè)計(jì)中采用這種型式。 由于防滲墻兩側(cè)沖積層易沉陷，引起防滲墻頂部粘土心墻與兩側(cè)粘土心墻的不均勻沉陷而導(dǎo)致裂縫 。 按混凝土的允許坡降及水頭定出厚度為 。在透水層較淺（ 10~15m 以下）時(shí)，可采用回填粘土截水槽方案，由 于壩址處河床沖積層 覆蓋層深度 最大達(dá) 74m，施工比較困難而不予采用 。因此，所擬定的土壩斷面尺寸是合理的。＞ 滿足要求。＞ ，滿足要求。＞ ，滿足要求。 （ 77） 當(dāng)沿滑裂面上的 c 、 ? 為常量時(shí)，可將 c 及 ?tan 提到 ? 符號的前面。 當(dāng)土條底面為無粘性土?xí)r， 0?ic 。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 其對圓心的抗滑力矩為： ? ? ? ?iiiiiiiiiir bwlcRNlcRRSM ??? t a nc o st a n ????? （ 76） 式中： l ——為每段弧長， m ； c ——粘聚力， kpa ； ? ——內(nèi)摩擦角， 176。 hhhhw i ???? ???? （ 75） 式中： 2? ——壩體土料的飽和容重， 3/mkN 。39。 ? 如不考慮地震慣性力，則該土條上荷載對圓心的力矩代數(shù)和為： iisss Rb wMMM ?s in39。SM ： iS RbhM ?? sin239。 iN 通過圓心，對圓心不產(chǎn)生力矩，故該土條自重對圓心的力矩： iiIS RBwRTM ?s in39。 將土條自重在土條底面中點(diǎn)處分解為兩個(gè)分力： 切線方向分力 iii bwT ?sin? 法線方向分力 iii bwN ?cos? 其中 i? 如圖 71 所示。 （ 2）分別計(jì)算哥土條上的作用力（不包括底面反力）對圓心的力距 Ms 以土條 i 為例說明計(jì)算方法如下： 1）土條自重 Gi對圓心的力矩 39。 不計(jì)條塊間作用力的圓弧法 （ 1）將土體分條編號 土體寬度常取半徑 R 的 1/10，即 b=。為了便于計(jì)算滑動土體上各力對圓心 O的力矩，采用“條分法”。每一個(gè)假設(shè)圓弧面的抗滑安全系數(shù)均可由下式計(jì)算： src MMK ??? （ 71） 比較一系列滑動圓弧的 cK ，最小的安全系數(shù) mincK 即為該計(jì)算情況的安全系數(shù)，其值不得小于下表（ 71）所列數(shù)值。假設(shè)不同的圓心和半徑畫出一系列圓 弧，對每一圓弧上的土體進(jìn)行力的分析，分別求出各力對圓心的力矩。圓柱面在壩體橫剖面圖上為宜圓弧。 本次設(shè)計(jì)采用瑞典圓弧法。假設(shè)達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土體將沿某一滑裂面產(chǎn)生剪切破壞而失穩(wěn)。因此該斷面滿足設(shè)計(jì)要求。 成果分析與結(jié)論 以心墻、混凝土防滲墻作為防滲措施。 經(jīng)演算校核情況下 滲透逸出點(diǎn)的實(shí)際滲透坡降 為 ?? 小于其允許坡降 J 允許 =， 故而認(rèn)為滲透坡降滿足要求。 滲透坡降的計(jì)算公式： HJ L??? （ 64） 式中 ： ??——減逸出水深 減下游水深， m； L?—— 滲流區(qū)長度， m。s） 107 107 壩頂長 （ m） 總滲流量 Q（ m3/天 ） 總滲流量 Q（ m3/年 ） 滲透穩(wěn)定演算 心墻之后的壩殼，由于水頭大部分在防滲體損耗了壩殼滲透坡降及滲透速度甚小，發(fā)生滲透破壞的可能性不大，而在防滲墻與粘土 心 墻的接觸 面按允許坡降設(shè)計(jì)估計(jì)問題也不大。 計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇 計(jì)算斷面取 河床中間斷面 I—I 進(jìn)行滲流計(jì)算，計(jì)算主要針對正常蓄水 、校核洪水 及設(shè)計(jì)洪水長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 時(shí)進(jìn)行。 ??? （ 62） 浸潤線方程： xshy 22 ? （ 63） 式中： H ——上游水深， m； 1k ——壩殼的滲透系數(shù)，取 sm/105 6?? ； 2k ——心墻的滲透系數(shù)，取 sm/102 6?? ； 3k ——壩基的滲透系數(shù)，取 sm/103 6?? ； ? ——心墻的平均厚度， 2/)( 21 ??? ?? ， 1? 、 2? 為心墻在水庫水位高 程上和在地基上的厚度， m； T ——透水地基深度， m； h ——心墻浸潤線的溢出高度， m； S ——浸潤線的水平投影長度， edS ?? ，其中 he ? ， m。 計(jì)算簡圖如下 （ 61）： 圖 61 大壩滲流計(jì)算簡圖 查《水力計(jì)算手冊》第二版，進(jìn)行滲流計(jì)算。 計(jì)算方法 選擇水力學(xué)解土壩滲流問題。參照下表 （ 51） ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇 3/20 mkNd ?? 。 非粘性土料設(shè)計(jì) 對于砂礫料，由于含有礫石，如果用一般砂土的干容重控制砂礫料施工，會使壩殼緊密度降低。土料設(shè)計(jì)的主要目的是確定粘土的填筑干容重、含水量，礫質(zhì)土的礫石含量、干容重、含水量，砂礫料的相對密度和干容重等指標(biāo)，同時(shí)要使材料具有較高的強(qiáng)度，以減小壩體斷面尺寸，防滲體較小的滲透性，以保證滲透穩(wěn)定。見 大壩剖面 簡 圖 (41)。材料給出壩址區(qū)露巖層主要為黑云角閃石英片巖，該巖石致密堅(jiān)實(shí)，不透水，乃風(fēng)化性強(qiáng)。 （ 1） 壩體的防滲 壩體防滲的結(jié)構(gòu)和尺寸必須滿足減小滲透流量、降低浸潤線控制滲透坡降的要求，同時(shí)還要滿足構(gòu)造、施工、防裂、穩(wěn)定等方面的要求 .該壩體采用粘土心墻，其底部最小厚度由粘土的允許坡降而頂， 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 本設(shè)計(jì)允許滲透坡降 取 [J]=4， 參考以往工程的經(jīng)驗(yàn)，心墻的頂部寬度取為 3ｍ， 粘土心 墻壩坡的坡度為 1:， 粘土心墻的頂部高程以設(shè)計(jì)水位加一定的超高（超高 ）并高于校核洪水位為原則，最終取其 心 墻頂高程為 ， 墻頂?shù)纳喜款A(yù)留有 的保護(hù)層，心墻兩側(cè)設(shè) 厚的粗砂層。國內(nèi)外土石壩的建設(shè)實(shí)踐中，后心墻的的底部常取為水頭的 30%~50%，薄心墻的底部厚度常取為水頭的 15%~20%。分區(qū)壩防滲體的主要形式為心墻和斜墻。 大壩防滲體 所謂防滲體，就是該部分土體比壩殼其他部位更不透水，它的作用是控制壩體內(nèi)浸潤線的位長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 置，并保持滲流穩(wěn)定。 按規(guī)范棱體頂面高程高出下游最高水位 1m 為原則，上游校核洪水時(shí)下游為最高水位水位 最后取 ，堆石棱體內(nèi)坡取 1:，外坡取 1:2，頂寬 。當(dāng)下游水位高于排水設(shè)施時(shí)，降低浸潤線的效果將顯著降低。當(dāng)下游無水時(shí)，褥墊排水能有效地降低浸潤線，有助于壩基排水，加速軟粘土地基的固結(jié)。 （ 3）壩內(nèi)排水。排水頂部必須高于浸潤線逸出點(diǎn)，對于 1 級、 2 級壩不小于 2m，對于 3~5 級壩不小于 。棱體排水可以降低浸潤線，防止壩坡凍脹，保護(hù)尾水范圍內(nèi)的下游壩坡不受波浪淘刷，還可以與壩基排水相連。棱體與壩體以及 土質(zhì)之間均應(yīng)設(shè)置反濾層。 壩體排水有一下幾種形式： （ 1）棱體排水，又稱為濾水壩趾。所以土料相同時(shí)，上游坡應(yīng)比下游坡緩 ； （ 2）從壩型上看，心墻壩其下游坡穩(wěn)定受心墻土料特性影響較大 ，故下游坡一般較斜墻壩緩 ； 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （ 3）從受載情況看，為適應(yīng)越向底部荷載逐漸增加的特征，壩坡應(yīng)上陡下緩，且土石壩上下游一般做成變坡的，自上而下逐漸變緩，相鄰坡率差為 ～ 。 確定壩頂寬 為 mB 13? 。在寒冷地區(qū)，還應(yīng)使心墻或斜墻至壩面的最小距離大于當(dāng)?shù)貎鐾翆雍穸?，以免防滲體凍融破壞。 SL2742020《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：高壩頂寬可選 為 m1510～ ， 中、低壩頂寬選為m105～ 。 表 42 壩頂高程計(jì)算成果表 計(jì)算情況 計(jì)算項(xiàng)目 設(shè)計(jì)情況 校核情況 上游水位（ m） 河地變程（ m） 壩前水深 H(m) 吹程 D(km) 風(fēng)向與壩軸線夾角 β0 0 風(fēng)速 v(m/s) 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) Kw 壩坡糙率系數(shù) KΔ 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 初擬上游壩坡 m 波浪爬高 R（ m） 風(fēng)壅水面高度 e（ m） 安全超高 A （ m） 地震涌浪高度（ m） 防浪墻（ m） 壩頂高程（ m） 壩高 壩頂高程加 1%沉陷 (m) 設(shè)計(jì)情況取壩頂高程為 ，壩高 ， 壩頂寬度 壩頂寬度取決于施工、交通、構(gòu)造、運(yùn)行、抗震與防風(fēng)等要求。； H——水庫的平均水深， m。查得折減系數(shù) ??K ； lL ——平均波長， m 。根據(jù)壩的級別和運(yùn)行情況按下表 41 選用。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 4 擋水壩段設(shè)計(jì) 大壩剖面輪廓尺寸包括壩頂高程，壩頂寬度、上下游壩坡、防滲體等排水設(shè)備。 樞紐總體布置 （ 1） 擋水建筑物 ─土壩 擋水建筑物按直線布置，壩布置在河彎地段上。 樞紐建筑物及其布置 樞紐組成建筑物 （ 1）擋水建筑物：土石壩。 心墻壩 適應(yīng)變形能力強(qiáng)，抗震性能較好，兩岸的連接較為方便，壩址附近料場滿足供應(yīng)要求，故優(yōu)先考慮此壩型，且根據(jù)地形條件、地質(zhì)條件、筑壩材料、施工條件、氣候條件等，最終決定采用心墻壩方案。堆石壩施工干擾相對較小。 面板堆石壩 工程量較小，施工方便。工程量太大，故不采用此方