【正文】 總體布置 7 擋水建筑物 7 泄水建筑物 7 水電站建筑物 7第三章 洪水調(diào)節(jié)計算 8 工程等別及建筑物等級的判定 8 洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定 8 泄洪方式的確定 8 調(diào)洪演算 9 初步方案的擬定 9 洪水調(diào)節(jié)計算的原理 9 調(diào)洪計算表 9 將擬定的三組方案的計算結(jié)果匯總作比較 12 方案的選擇 13第四章 大壩剖面設(shè)計 14 土石壩壩型的選擇 14 堆石壩 14 均質(zhì)壩 14 斜墻壩和心墻壩 14 斜心墻壩 15 土石壩剖面尺寸的擬定 15 壩頂高程 15 壩頂寬度 22 壩坡 22 壩體排水 22 壩體防滲體 23 壩基防滲 23 土料的選擇 23 防滲體土料的選擇 23 壩殼沙礫料的選擇 24 土石壩剖面簡圖 24第五章 滲流分析 25 滲流分析的任務(wù) 25 滲流分析 25 滲流計算結(jié)果總匯 31 總滲流量的計算 31 土石壩的滲透變形形式 32 滲流穩(wěn)定計算 32 34第六章 穩(wěn)定分析 35 壩坡滑裂面形式 35 土石壩荷載情況 35 計算工況及安全系數(shù) 35 計算方法概述 36 計算成果與分析 37 上游壩坡 37 下游壩坡 38 附圖 38 穩(wěn)定計算成果與分析 39第七章 土石壩的細(xì)部構(gòu)造 40 壩頂布置 40 防滲體及排水設(shè)施 40 護(hù)坡設(shè)計 40 細(xì)部構(gòu)造詳圖 42 大壩安全監(jiān)測 45 45 45 45總 結(jié) 46附錄1 穩(wěn)定計算源代碼 47附錄2 GeoStudio計算結(jié)果 53謝 辭 56參考文獻(xiàn) 57黏土斜心墻土石壩初步設(shè)計洪水4緒論本設(shè)計中，設(shè)計者是獨立的完成斜心墻土石壩初步設(shè)計的。此外參考了與土石壩的有關(guān)資料和書籍。最后，對壩體的細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計。初步擬定出斜心墻土石壩的剖面尺寸后，取其三個特征剖面進(jìn)行滲流計算，校核滲透逸流處的滲透坡降是否滿足要求。調(diào)洪方案初步擬定后，應(yīng)用列表計算來確定出設(shè)計洪水位、校核洪水位、設(shè)計泄洪量、校核泄洪量。本畢業(yè)設(shè)計側(cè)重于攔河壩段斜心墻土石壩的擋水建筑的初步設(shè)計。中文摘要某江河位居于我國西南地區(qū)，在該江中上游建造以斜心墻土石壩為擋水建筑物的水利樞紐。水利樞紐以防洪為主要任務(wù)，以發(fā)電、灌溉等為該地區(qū)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值。首先，應(yīng)用該樞紐的各項具體數(shù)據(jù)，來確定出工程等級和建筑物的等別。隨后針對土石壩各種壩型方案進(jìn)行定性分析比對，最終選擇斜心墻土石壩。本畢業(yè)設(shè)計采用折線法的VB編程進(jìn)行斜心墻土石壩的穩(wěn)定分析。本設(shè)計以《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范DL/T53952007》為基本設(shè)計依據(jù)。由于知識有限，對于本設(shè)計中的不妥及錯誤之處，懇請批閱批評指正。遵循著設(shè)計規(guī)范，參照以建造完成的斜心墻土石壩的經(jīng)驗，對斜心墻土石壩進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計。本設(shè)計著重于大壩剖面尺寸的制定、滲流穩(wěn)定計算、邊坡穩(wěn)定計算以及土石壩細(xì)部構(gòu)造設(shè)計等章節(jié)的敘述。嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度是設(shè)計人在設(shè)計中必須要秉承的。本設(shè)計是西南地區(qū)某水利工程土石壩初步設(shè)計，經(jīng)過論證設(shè)計選用斜心墻土石壩壩型。斜心墻土石壩具有適應(yīng)地形地質(zhì)能力強(qiáng)、抗震性能優(yōu)良、施工受到氣候干擾小等特點，適應(yīng)能力強(qiáng)，適合建在溫差大、降水頻繁、地質(zhì)條件差的設(shè)計工況壩址處。歷年來興建完成的水利樞紐除了控制水災(zāi)來保證人民切身安全及利益外，在發(fā)電、灌溉、交通等方面發(fā)揮了巨大的效益，推動了國民經(jīng)濟(jì)的增長和社會的進(jìn)步。長江三峽水利樞紐集防洪、發(fā)電、航運、南水北調(diào)、養(yǎng)殖、旅游、生態(tài)保護(hù)、供水灌溉、凈化環(huán)境、開發(fā)性移民等十大效益于一體，其中每項效益都甚是巨大?？梢娖渚C合效益是無可替代的。自1991年9月開始興建至2001年底竣工的黃河小浪底土石壩水利樞紐就是斜心墻土石壩的典型代表。據(jù)統(tǒng)計，我國水資源開發(fā)量僅為總開發(fā)量的十分之一以及江河的防洪能力，同時與發(fā)達(dá)國家水平有一定距離，故在我國水利水電建設(shè)事業(yè)任重而道遠(yuǎn)。山嶺地帶，山脈和盆地交織于其間，地形變化猛烈。柔軟的沙巖、頁巖、玄武巖及石灰?guī)r的風(fēng)化層分布在地殼。同時沖積層較厚，兩岸有崩塌現(xiàn)象。本區(qū)域的氣候特征是冬干夏濕，每一年11月至次年的4月格外干燥，其相對濕度為45~62％之間，夏天降雨天數(shù)不少，相對濕度很大變化范圍為67~86％。風(fēng)力和風(fēng)向情況。水庫吹程為15千米。 洪峰流量資料實測分析后，不同頻率的洪峰流量如下表11。玄武巖是壩址地層的主要成分，地層中間有少許的火山角礫巖和凝灰?guī)r。卵礫石類土是沖積層的主體成分，砂質(zhì)粘土與砂質(zhì)土的含量極少。 地震資料 本地區(qū)地震烈度定為7度。石料場中儲量較豐富的堅硬的玄武巖可作為堆石壩石料，石料場距離壩址不遠(yuǎn)，覆蓋層很淺，開采條件非常好。 交通狀況鐵路干線距離壩址的下游有120千米，且壩址附近20千米通有高速公路，交通尚稱便利。 發(fā)電。 防洪洪水來臨時，大壩可抵抗100年一遇和2000年一遇的洪水，大大降低了庫區(qū)下游受到洪水的威脅。 。表11 土料數(shù)據(jù)表12 砂礫料的顆粒配級顆粒直徑 料場300~100100~6060~2020~~~~~1上2上3上4上1下2下3下4下表13 砂石料的物理數(shù)據(jù)名稱1上2上3上4上1下2下3下4下容重kN/m3比重孔隙率%軟弱粒%有機(jī)物淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色注：102米/秒左右。針對相同的壩址可能有不同的壩型和樞紐布置方案。經(jīng)過多方面的比較，選取出最適宜的壩型和相應(yīng)的樞紐合理布置。壩型選擇會受到地形、地質(zhì)、氣候、壩高、筑壩材料、施工以及運行條件等重要因素的影響。上述壩型需要進(jìn)行地形、地質(zhì)條件和材料儲備情況的比對，制定出最適宜的壩型。大量的材料使用降低了壩內(nèi)壓應(yīng)力，但材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮。重力壩需要澆筑混凝土方量很大，混凝土水化產(chǎn)生的熱量高，散熱措施難度大。（2）支墩壩支墩壩是由支墩和所支承的上游擋水蓋板所組成。而本工程地基強(qiáng)度低，且不完整，易產(chǎn)生不均勻沉陷，且壩區(qū)有7級地震。（3）拱壩拱壩是三面固結(jié)于基巖上的拱向上游凸出且不設(shè)永久性分縫的空間殼結(jié)構(gòu)，屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)。拱壩是不設(shè)永久性橫縫的整體超靜定結(jié)構(gòu)，設(shè)計時必須考慮壩體應(yīng)力會受到地基位移和溫度變化的影響。因此本設(shè)不考慮拱壩的壩型。按照施工的進(jìn)度，土石壩能適應(yīng)不同的施工方法，高效率施工的同時土石壩的質(zhì)量可以得到保證。適應(yīng)地形變形能力強(qiáng)是土石壩一大特點，土石壩的三立體結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)地基變形的良好條件，對地基的要求比混凝土壩的低。它的工程造價會因為施工導(dǎo)流不如其它壩型方便而增加。綜合考慮地形、地質(zhì)條件、建筑材料、施工條件、綜合效益等因素進(jìn)行壩型的定性分析，最終選擇土石壩方案。 泄水建筑物泄洪采用隧洞方案。為了對壩區(qū)流域的流態(tài)不產(chǎn)生大的影響，水流經(jīng)隧洞流出必須直接入主河道。水流的進(jìn)出口相距30~40m以上，以達(dá)到減小泄洪時引起的電站尾水波動，以及防止沖刷壩腳的目的。在開挖后的堅硬玄武巖上設(shè)置廠房，廠房附近設(shè)置開關(guān)站。樞紐布置要以綜合效益最大，有害影響最小為宗旨，綜合防洪、航運、發(fā)電、灌溉等部門的經(jīng)濟(jì)效益以及庫區(qū)的淹沒損失和樞紐上下游的生態(tài)影響等因素進(jìn)行考慮。按照規(guī)范由水庫總庫容指標(biāo)，定為大（2）型；由防洪效益，灌溉面積，裝機(jī)容量等指標(biāo)定為?。?）型。樞紐的主要建筑物級別為2級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級。設(shè)計洪峰流量Q設(shè) = 1680m3/s（P=1%），校核洪峰流量Q校 = 2320 m3/s（P=%）。對各種河岸泄水建筑物作以下討論：（1）側(cè)槽溢洪道建于山高坡陡且水流條件復(fù)雜的河道的河岸上的側(cè)槽溢洪道，采用的是表孔泄流，它的泄水流量超大。側(cè)槽溢洪道必須經(jīng)水工模型試驗驗證。井式溢洪道需要的水力學(xué)條件復(fù)雜，其泄流能力與溢流堰、過渡段、隧洞段三者的泄流能力相關(guān)。是以寬頂堰或各種實用堰來控制泄流的河岸溢洪道。 調(diào)洪演算 初步方案的擬定在施工技術(shù)可行的前提下，按照泄水隧洞以及包括攔河壩在內(nèi)的總造價最小為原則來優(yōu)化方案，再通過各種可行方案的經(jīng)濟(jì)類比來決定最終方案，從而得到孔口尺寸與堰頂高程的最佳方案?！?2810m， B=7m ?！?2810m， B=8m ?！?2811m， B=8m 。調(diào)洪演算中需要如下數(shù)據(jù)：?正常=?汛限= ，?下底=2765m 。 調(diào)洪計算表 方案（一）表31 設(shè)計洪水位、設(shè)計泄洪量的計算時段Q入V入Q泄V出?VV0Vi?i48121620244注：單位：Qm3s,V106m3，?im，后續(xù)調(diào)洪演算表與此單位一致?！蒻孔口尺寸Bm工況泄流量Qm3s上游水位Zm超高ΔZm（一）209。∩=2810B=8設(shè)計校核676762（三）209。相對于方案的選擇，本設(shè)中僅作定性說明。故采用方案二，即堰頂高程209。第四章 大壩剖面設(shè)計 土石壩壩型的選擇壩址附近的筑壩材料，地形地質(zhì)條件、氣候因素、施工條件、壩基處理、抗震要求等因素都影響著土石壩壩型的選擇。本設(shè)計限于資料只作定性分析，進(jìn)而確定出土石壩的壩型。 堆石壩壩坡陡、剖面小的堆石壩，施工時受到的干擾因素較小，可以快速施工。一個儲量豐富、方便開采的堅硬玄武巖石料場在壩址附近處，玄武巖可用做堆石壩材料，從筑壩材料角度可以考慮堆石壩方案。 均質(zhì)壩均質(zhì)壩材料單一，施工簡單。此外高壩很少采用這種壩型，本設(shè)計中壩高預(yù)計可以超過60m，所以不宜采用均質(zhì)壩壩型方案。對沉降比較敏感的壩體和壩基導(dǎo)致斜墻壩整體的抗震性能不高，容易易產(chǎn)生各種裂縫。心墻壩施工時，心墻的黏土土料與壩殼的砂礫料必須要同時上升，施工怕干擾，工期的時間挺長的。本地區(qū)為地震區(qū)，基本烈度為7度，心墻壩有較好的抗震性能和較強(qiáng)的適應(yīng)變形的能力，因此適宜建造心墻壩。 斜心墻壩斜心墻壩兼收了斜墻壩和心墻壩的一些有點，斜心墻位置介于心墻和斜墻之間，上游坡比心墻緩，有利于減免壩殼對心墻的拱效應(yīng)，同時保持了心墻壩較陡的上游壩坡，使其抗震性能優(yōu)于斜墻壩，多用于高土石壩。綜上本設(shè)計采用斜心墻壩方案。下面進(jìn)行各個尺寸的計算及其確定。分別按以下三種工況計算，然后其中的最大值為壩頂高程。(2)校核洪水位+非常運用情況下的壩頂高程。壩頂高程應(yīng)用的計算公式如下：1）壩頂在靜水位以上的超高Y按式(41)計算：Y=R+e+A （41）2）風(fēng)壅水面超出庫水位的高度e按式(42)計算：e=KV2D2gHcosβ （42）式中：K=106。根據(jù)土石壩的設(shè)計規(guī)范采用蒲田試驗公式(43)：R=K?Kw1+m2hL （43）式中：K?=。4）平均波高按式（44）計算：ghV2= （44）式中：水庫吹程D以m計。設(shè)計爬高按建筑物等別而定，對Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級土石壩取累計頻率1%的爬高，對Ⅳ級、Ⅴ級土石壩取累計頻率5%的爬高。R=RpKβ （48） 設(shè)計洪水位正常運用時壩頂超高Y=R+e+A e=KV2D2gHcosβH==，β=176。=R=K?Kw1+m2hLK?=，Kw=1，m=3ghV2===+=======+==ghV2===h===T= =4=假設(shè)為深水波：L==，驗證：HL=≥。V=14ms ，K=106e=KV2D2gHcosβ=106142150002176。R=K?Kw1+m2hL=11+=本設(shè)計為Ⅱ級土石壩，取P=1%的波浪爬高作為設(shè)計爬高，查表得：RpR=，Kβ=RP===R=RpKβ==安全超高A=綜上：設(shè)計洪水位正常運用時壩頂超高：Y=R+e+A=++= 正常蓄水位時地震安全加高地震安全加高=地震浪涌加高+地震附加沉陷值+安全加高~，地震附加沉陷值取壩高的1%。壩頂高程最終定為2828m，壩高63m。本設(shè)計可在上游側(cè)加設(shè)防浪墻，這樣防浪墻頂高程就是壩頂高程。下游側(cè)根據(jù)要求用尺寸為25cm25cm、每10m布置一道的混凝土樁以代替欄桿。壩頂設(shè)防浪墻時，計算得高程是指防浪墻頂高程，滿足要求。 壩頂寬度壩頂寬度會受到施工、交通、構(gòu)造、運行、抗震與防汛等多種因素的影響。本工程壩高H=63m，屬于中壩，取頂寬10m。參照已建工程的實踐經(jīng)驗初步擬定上下游壩坡尺寸：在上游少設(shè)變坡，在高程2795m處設(shè)一道，坡率自上而下取1：、1：3；下游坡分別在2805m跟2785m處設(shè)一道，坡率分別取1：、1：、1：。設(shè)置戧道對壩坡的穩(wěn)定有利，同時可在戧道內(nèi)側(cè)設(shè)置排水設(shè)備以便達(dá)到壩面排水的目的。本設(shè)計設(shè)置寬度為2m普通直線型的戧道以使交通便利。能自由地向壩外排出全部滲透水、便于土石壩的觀測和檢修是壩體排水設(shè)施的基本功能。（2）棱體排水。（4）綜合型排水由上述各種排水型式中的兩種或多種綜合組成。（2