【正文】 水壓力P1W1P2W2揚壓力U100U2U3U4浪壓力Pl泥沙壓力PsWs340小計合計 ↓ → －表12 設(shè)計洪水位情況計算成果荷載垂直力（kN）水平力（kN）偏心距（m）力矩（kNm）↓↑→←＋－自重G1G26000187500G3靜水壓力P1W1P2W2揚壓力U100U2U3U4浪壓力Pl泥沙壓力PsWs340小計420039827合計 ↓ → －表13 校核洪水位情況計算成果 荷載垂直力（kN）水平力（kN）偏心距（m）力矩（kNm）↓↑→←＋－自重G1G26000187500G3靜水壓力P1W1P2W2揚壓力U100U2U3U4浪壓力Pl泥沙壓力PsWs340小計合計 ↓ → －表14 僅自重荷載計算成果荷載垂直力（kN）水平力（kN）偏心距（m）力矩（kNm）↓↑→←＋－自重G1自重G16000187500自重G1小計合計 ↓ ＋表15 僅地震荷載計算成果荷載垂直力（kN）水平力（kN）偏心距（m）力矩（kNm）↓↑→←＋－慣性力F288F2F3動水壓力F0139。F0239。小計合計 → －三、穩(wěn)定性分析 以一個壩段單寬作為計算單元，計算公式有抗剪強度公式和抗剪斷公式。本設(shè)計采用抗剪強度公式計算：Ks=／ （17）式中：為接觸面以上的總的鉛直力；為接觸面以上的總的水平力；U為作用在接觸面上的揚壓力；f為接觸面間的摩擦系數(shù)；Ks為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，其取值見表16。表16 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks荷載組合壩的級別123基本組合特殊組合（1）（2）（一）施工期末 施工期末由于沒有蓄水，壩體僅受自身重力作用，所以一定滿足穩(wěn)定性要求。（二）運用期 = =U= f=Ks=／=﹙－﹚／ =＞ 所以，正常蓄水位情況時滿足穩(wěn)定性要求。= =U= f=Ks=／=﹙－﹚／=＞ 所以，設(shè)計洪水位情況時滿足穩(wěn)定性要。= =U= f=Ks=／=﹙－﹚／=＞ 所以，校核洪水位情況時滿足穩(wěn)定性要求。正常蓄水位情況時，=，U= ， = ；僅地震荷載作用時， =。Ks=／總=﹙－﹚／﹙＋﹚=＞ 所以，地震工況下滿足穩(wěn)定性要求。四、壩基面應(yīng)力分析應(yīng)力分析的目的是為檢驗大壩在施工期和運用期是否滿足強度要求，同時也是為研究、解決設(shè)計和施工中的某些問題，如為壩體混凝土標號分區(qū)和某些部位配筋等提供依據(jù)。（一）應(yīng)力分析所采用的分析方法應(yīng)力分析采用材料力學法，其基本假定為：（1）壩體混凝土為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料；（2）視壩段為固接于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對壩體應(yīng)力的影響，并認為各壩段獨立工作，橫縫不傳力；（3）假定壩體水平截面上的正應(yīng)力按直線分布，不考慮廊道等對壩體應(yīng)力的影響。（二）邊緣應(yīng)力的計算在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，所以應(yīng)該校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強度要求。上、下游邊緣應(yīng)力σyu和σyd按下式計算：σyu=﹙／B﹚＋﹙／B2﹚ （18）σyd=﹙／B﹚－﹙／B2﹚ （19）式中：為作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力總和，kN；為作用于計算截面以上全部荷載對截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kNm；B為計算截面的長度，m。（三）強度指標及驗算過程 施工期。 施工期考慮施工期末，易知只有重力作用，由表14知：=,=m，且B=。 代入公式（19）得：σyd =﹙／B﹚－﹙／B2﹚=﹙103／﹚－﹙6103／﹚= MPa 所以，運用期下游壩面處為壓應(yīng)力而非拉應(yīng)力，滿足要求。 運用期，在各種荷載作用組合下（地震荷載除外），壩基面的最大鉛直正應(yīng)力σymax應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力（計算時計入揚壓力），最小鉛直正應(yīng)力σymin應(yīng)大于零（計算時計入揚壓力）。由基本資料知壩基巖石的容許壓應(yīng)力為120～200 MPa。（1） 正常蓄水位情況 由表11得：=，=－m。 σymin=σyu=﹙／B﹚＋﹙／B2﹚= ﹙103／﹚＋[6﹙－﹚103／]=＞0σymax=σyd =﹙／B﹚－﹙／B2﹚=﹙103／﹚－[6﹙－﹚103／]=＜120～200 MPa 得知：運用期正常蓄水位情況時滿足強度指標。（2） 設(shè)計洪水位情況 由表12得：=，=－m。σymin=σyu=﹙／B﹚＋﹙／B2﹚= ﹙103／﹚＋[6﹙－﹚103／]=＞0σymax=σyd =﹙／B﹚－﹙／B2﹚=﹙103／﹚－[6﹙－﹚103／]=＜120～200 MPa 得知：運用期設(shè)計洪水位情況時滿足強度指標。（3） 校核洪水位情況 由表13得：=，=－m。σymin=σyu=﹙／B﹚＋﹙／B2﹚= ﹙103／﹚＋[6﹙－﹚103／]=＞0σymax=σyd =﹙／B﹚－﹙／B2﹚=﹙103／﹚－[6﹙－﹚103／]=＜120～200 MPa 得知：運用期校核洪水位情況時滿足強度指標。地震作用是一種發(fā)生概率極小的荷載，由于在動荷載作用下材料的強度有所提高，所以，在計入地震作用后，混凝土的容許壓應(yīng)力一般可比正常情況提高30％，并容許出現(xiàn)瞬時拉應(yīng)力。地震作用工況下：由表11與表15得：∑W=，∑M=﹙－﹚＋﹙－﹚=－m。σymin=σyu=﹙∑W/B﹚＋﹙6∑M/B2﹚=﹙103/﹚＋[6﹙﹣﹚103/]=＞0σymax=σyd=﹙∑W/B﹚－﹙6∑M/B2﹚=﹙103/﹚－[6﹙﹣﹚103/]=＜120～200 MPa 得知：地震工況時滿足強度指標。第四章 溢流壩剖面設(shè)計第一節(jié) 孔口設(shè)計一、泄水方式的選擇 為了使水庫具有較大的超泄能力，采用敞式孔口。二、溢流孔口流量Q溢的確定 溢流孔口下泄流量計算公式為：Q溢=Q總－αQ0 (20)式中：Q總為壩頂溢流、泄水孔及其他建筑物下泄流量的總和，m3/s；α為系數(shù)，～，；Q0為經(jīng)過電站和泄水孔等下泄的流量，m3/s。 設(shè)計洪水位情況：Q總=，α=，Q0=338m3/s，代入公式(20)得：Q溢=Q總－αQ0=－338= 校核洪水位情況：Q總=，α=，Q0=338m3/s，代入公式（20得：Q溢=Q總－αQ0=－338=三、單寬流量的選擇對一般軟弱巖石常取q=30～50m3/﹙sm﹚左右；對于地質(zhì)條件好，下游尾水較深和采用消能效果好的消能工，可以選擇較大的單寬流量。由于本工程壩為花崗斑巖，風化較淺，巖性均一，新鮮堅硬完整，所以取q=100～150m3/﹙sm﹚左右。四、溢流壩段凈寬L計算 其計算公式為：L=Q溢/q （21）式中：Q溢為溢流孔口下泄的流量，m3/s；q為單寬流量，m3/﹙sm﹚。 分別計算設(shè)計和校核洪水位情況下溢流壩段凈寬L，計算成果見表17。計算情況流量Q（m3/s）單寬流量q（m3/﹙sm﹚）溢流壩段凈寬L（m）設(shè)計情況100～150～校核情況100～150～表17 溢流壩段凈寬計算 根據(jù)以上計算，溢流壩段凈寬可取56m。假設(shè)每孔寬度為8m，則孔數(shù)n=L/b=56/8=7個。五、溢流壩段總長度L0的確定根據(jù)工程經(jīng)驗，擬定閘墩的厚度，初擬中墩厚為d=3m，邊墩厚t=2m，則溢流壩段總長為度L0為：L0=nb＋﹙n－1﹚d＋2t （22）代入數(shù)據(jù)得：L0=78＋﹙7－1﹚3＋22=78m。六、堰頂高程的確定初擬側(cè)收縮系數(shù)ε=,流量系數(shù)m=。因為采用開敞溢流，所以可用下式計算堰上水頭H0。 Q溢=nbεmH03/2 （23）最后用計算水位分別減去其相應(yīng)的堰上水頭，即得堰頂高程。由公式（23）計算堰上水頭H0。（一）設(shè)計洪水位情況Q溢=，把各數(shù)據(jù)代入公式（23）得： =78H03/2解得：H0≈，此為H0的第一次近似值。將H0值和已知溢流孔數(shù)n=7，按半圓形墩頭和自由出流（hs／H0≤），由參考文獻2:《水力學》下冊書表101，查的閘墩系數(shù)。按圓弧形邊墩，由參考文獻2:《水力學》下冊書表102得。,應(yīng)按計算。代入公式： （24）計算得：恰好與假設(shè)相符，則m,因為,仍按計算，故不再變化，可作為正確值。－=（二）校核洪水位情況Q溢=，同理可算得：H0=，－=。七、閘門高度的確定計算如下：門高=正常高水位－堰頂高程＋﹙～﹚=－＋=取整得門高為13m。八、定型設(shè)計水頭Hd的確定定型設(shè)計水頭Hd一般為堰上最大水頭Hmax（即校核洪水位的堰頂水頭）的75％～95％。所以定型設(shè)計水頭Hd為：Hd=（75％～95％）Hmax=(75％～95％) (－)=～,取Hd=14m，Hd/Hmax=14/=。表18Hd/Hmax最大負壓（m） 設(shè)Hd/Hmax=，對應(yīng)的最大負壓值為x,結(jié)合表18由內(nèi)插法得x==14=＜6m（水柱），所以滿足規(guī)范要求。第二節(jié) 溢流壩剖面設(shè)計一、堰頂曲線段首先在堰頂處建立直角坐標系，以堰頂頂點作為坐標原點，坐標軸及正方向見WES型堰面曲線圖。 溢流面由頂部曲線段，中間直線段和下部反弧段三部分組成。設(shè)計要求是：（1）有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；（2）水流平順，不產(chǎn)生不利的負壓和空蝕破壞；（3）體形簡單、造價低、便于施工等。 溢流壩頂部曲線段是控制流量的關(guān)鍵部位，其形狀多與銳緣堰泄流水舌下緣曲線相吻合，否則會導致泄流量減小或者堰面產(chǎn)生負壓。頂部曲線的形式很多，常用的有克—奧曲線和WES曲線。由于WES壩面曲線的流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量較省，壩面曲線用方程控制，比克—奧曲線用給定坐標值的方法設(shè)計施工方便，所以近年來我國多采用WES曲線。 WES型溢流堰頂部曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分。上游段曲線曾用過雙圓弧、橢圓等形式。近年來，又提出了三圓弧及下列型式的曲線：y／Hd =﹙x／Hd﹚－﹙x／Hd﹚ （25）本設(shè)計采用三圓弧型式曲線。R1==14=7mR2==14=R3==14=== =下游段曲線可按下式計算： （26）式中：為定型設(shè)計水頭，m。=14m,得。對該方程求導，可得切點B的坐標：。得：m ,代入上式可得m。經(jīng)計算得溢流壩上游側(cè)超出了基本剖面，故需將溢流壩做成倒懸的堰頂以滿足溢流曲線的要求，計算得倒懸高度取10m。冪曲線段的部分坐標值見表19。表19y1251015x得WES型堰面曲線圖如圖7。圖7 WES