黃金峽碾壓混凝土重力壩設計及有限元應力計算1

畢業(yè)設計（論文）說明書題目黃金峽碾壓混凝土重力壩設計及有限元應力計算專業(yè)水利水電工程班級工101班學生程帥指導教師李守義覃源2014年黃金峽碾壓混凝土重力壩設計及有限元應力計算摘要本設計題目題目來源于在建的引漢濟渭工程中的黃金峽水庫工程。黃金峽水庫位于漢江干流上游峽谷段，為引漢濟渭工程的第一水源地。樞紐由攔河壩、泄洪建筑物、水電站及升船機等組成，主要任務是攔蓄河水，雍高水位、發(fā)電和航運。黃金峽水庫工程為等工程，其主要建筑物按2級標準設計。本課題屬于工程設計類。本設計主要包括以下幾個方面的內(nèi)容首先在給定的地質(zhì)及水文氣象等資料，分析選定壩址后結合壩址地形，進行了樞紐布置，然后再用雙輔助線半圖解法進行了調(diào)洪演算，進而確定各特征水位與泄水建筑物的布置與尺寸。其次進行大壩建筑物的設計，分別設計了非溢流壩段，溢流壩段以及底孔壩段等。非溢流壩段的設計，主要有大壩基本斷面的確定、壩頂高程的確定、壩頂寬度的確定；溢流壩段的設計，主要有堰頂高程的確定、溢流面線形的確定、消能防沖計算，溢流壩閘門的選擇；底孔的設計，主要有進口高程的確定和底孔形式的選擇以及進口曲線的確定，在此過程中還進行了溢流壩水面線等水力計算。在設計完建筑物之后，分別在水利行業(yè)規(guī)范和電力行業(yè)規(guī)范的基礎上用材料力學法進行了壩基面和410米高程面在正常蓄水位以及地震情況下的穩(wěn)定分析和應力計算。之后進行了壩頂、廊道系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等構造設計以及地基處理方面的設計和說明。最后用ANSYS軟件對非溢流壩段進行了有限元應力計算，取10米寬度建立三維非溢流壩段模型，分析了各個工況下的位移及壩體應力，每個工況均提交壩體三個位移分量云圖，三個應力分量云圖，以及第一主應力，第三主應力的云圖，并且匯總了各應力和位移的最大最小值。具體設計詳見設計說明書，以及反映本次設計成果的七張CAD設計圖紙，以及開題報告和外文翻譯。關鍵詞碾壓混凝土重力壩；非溢流壩；溢流壩；底孔；穩(wěn)定及應力分析；ANSYS有限元應力計算THEDESIGNANDFINITEELEMENTSTRESSCALCULATIONOFHUANGJIAXIARCCGRAVITYDAMABSTRACTTHEGRADUATIONDESIGNTOPICCOMESFROMTHEHUANGJINXIARESERVOIRENGINEERINGOFYINHANJIWEIPROJECTHUANGJINXIARESERVOIRISLOCATEDINTHEUPPERHANJIANGRIVERVALLEY,WHICHISTHEFIRSTWATERSOURCEOFTHEYINHANJIWEIPROJECTTHEKEYPROJECTCONSISTSOFBLOCKINGTHERIVERDAM,FLOODDISCHARGEBUILDINGS,HYDROPOWERSTATIONANDSHIPLIFTETCANDITSMAINTASKISTOHELDWATER,PROVIDEWATER,POWERGENERATIONANDSHIPPINGHUANGJINXIARESERVOIRENGINEERINGISTHESECONDGRADEENGINEERING,ANDITSMAINBUILDINGISTHESECONDGRADEBUILDINGTHISTOPICBELONGSTOENGINEERINGDESIGNCLASSTHEDESIGNINCLUDESTHEFOLLOWINGSEVERALASPECTSINTHEFIRSTPLACE,ANALYSISOFDAMSITESELECTEDANDTHEGENERALLAYOUTBASINGONGIVENGEOLOGICALANDHYDROGEOLOGICALDATAANDCOMBINEDWITHTHEDAMSITETERRAINTHENUSETHEDOUBLESEMIGRAPHICALMETHODGUIDESWEREFLOODROUTING,ANDTODETERMINETHECHARACTERISTICSOFWATERLEVELANDTHELAYOUTANDDIMENSIONSOFTHEDRAINAGEBUILDINGSTHENDESIGNEDTHEBUILDINGDAMSWHICHCONSISTOFTHENONOVERFLOWSECTION,SPILLWAYSECTION,BOTTOMDAMANDSOONTHEDESIGNOFNONSPILLWAY,MAINLYINCLUDINGTHEDETERMINATIONOFTHEBASICSECTIONOFTHEDAM,CRESTELEVATIONANDTHECRESTWIDTHTHEDESIGNOFSPILLWAY,MAINLYINCLUDINGTHECRESTELEVATIONDETERMINATION,THEOVERFLOWSURFACELINEARDETERMINATION,ENERGYDISSIPATIONCALCULATIONS,ANDTHECHOICEOFSPILLWAYGATESTHEDESIGNOFTHEBOTTOMDAM,MAINLYINCLUDINGOFTHEDETERMINATIONTHEELEVATIONOFIMPORTS,THECHOICEOFFORMOFBOTTOMHOLEANDIMPORTCURVESINTHISPROCESS,ALSOCONDUCTEDAHYDRAULICCALCULATIONSUCHASTHEWATERLINESOHTHESPILLWAYAFTERCOMPLETEDTHEDESIGNOFBUILDINGSRESPECTIVELY,ONTHEBASISOFTHEWATERINDUSTRYANDPOWERINDUSTRYSTANDARD,ANALYSISITSSTABILITYANDSTRESSCALCULATIONSONTHESURFACEAND410MHIGHDAMWITHAMECHANICALMETHODUNDERNORMALWATERLEVELANDSEISMICCONDITIONSAFTERTHISSTEP,DONETHEDESIGNANDDESCRIPTIONOFTHEGROUNDHANDLINGANDSTRUCTURALDESIGNSUCHASCREST,CORRIDORSYSTEMSANDDRAINAGESYSTEMSFINALLY,USINGANSYSSOFTWAREFORTHEFINITEELEMENTSTRESSCALCULATIONOFNONOVERFLOWSECTIONTAKE10METERSWIDTHTOBUILDATHREEDIMENSIONALMODELOFNONOVERFLOWSECTIONANALYZESTHEDISPLACEMENTANDSTRESSOFTHEDAMONVARIOUSCONDITIONSEACHCONDITION,SUBMITTEDTHREEDISPLACEMENTCOMPONENTSCLOUD,THREESTRESSCOMPONENTSCLOUD,ANDTHEFIRSTPRINCIPALSTRESS,THIRDPRINCIPALSTRESSCONTOURSOFTHEDAM,THENSUMMARYTHEMINIMUMANDMAXIMUMVALUESFOREACHSTRESSANDDISPLACEMENTTHEDETAILSOFTHEDESIGNONTHESPECIFICATIONANDSEVENOFCADDESIGNDRAWINGS,ASWELLASOPENINGREPORTANDFOREIGNLANGUAGETRANSLATIONKEYWORDSRCCGRAVITYDAM；NONSPILLWAYDAM；SPILLWAYDAM；BOTTOMDAM；STRESSANALYSISANDSTABILITYCALCULATION；FINITEELEMENTSTRESSCALCULATION目錄第1章工程概述111工程概況112工程規(guī)模113工程特性表2第2章基本資料321水文氣象3211流域概況3212水文資料3213泥沙7214氣象922工程地質(zhì)9221區(qū)域地質(zhì)概況9322水庫區(qū)工程地質(zhì)條件10323壩址工程地質(zhì)條件12324電站工程地質(zhì)條件1523天然建筑材料15第3章調(diào)洪演算1631正常蓄水位確定1732初擬死水位1833起調(diào)水位的分析與選擇1834調(diào)洪計算19341調(diào)洪計算的目的19342調(diào)洪計算的原理19343調(diào)洪計算的過程20第4章樞紐布置3141壩址選擇32411上壩址（帶陽灘）工程地質(zhì)條件32412下壩址（懶人床）工程地質(zhì)條件32413壩址比較意見3342壩型選擇3343樞紐布置34第5章建筑物設計3651非溢流壩段設計37511壩體剖面設計3752溢流壩段設計41521溢流壩面體型設計41522閘門與閘墩46523消能防沖計算47524溢流壩面水面線計算4853泄洪排沙底孔設計5054水電站進水口53第6章非溢流壩段抗滑穩(wěn)定及應力計算5461壩基面上的計算55611荷載計算55612荷載組合60613壩基面穩(wěn)定及應力計算6162高程為410M處截面上的計算73621荷載計算73622荷載組合77623410高程面穩(wěn)定及應力計算77第7章構造設計9071壩頂構造9172廊道系統(tǒng)91721壩基灌漿廊道91722檢查和壩體排水廊道9273防滲與排水系統(tǒng)9274橫縫構造9275壩體材料分區(qū)93第8章地基處理9581壩基開挖及處理9682帷幕灌漿與固結灌漿96821基巖固結灌漿96822壩基的帷幕灌漿9683壩基排水9784斷層、軟基夾層處理97第9章基于ANSYS的有限元應力分析9791計算條件及背景9892計算假定與模型98921計算假定98922計算模型9993荷載施加及荷載函數(shù)10094荷載組合10695荷載函數(shù)匯總107951施工工況107952正常蓄水位工況107953設計洪水位工況108954校核洪水位工況109955正常蓄水位地震工況10996計算成果及分析111961正常蓄水位工況計算結果111962正常蓄水位地震工況下計算結果114963各工況下應力位移最大最小值匯總117964成果分析118第10章設計成果總結與分析119101畢業(yè)設計成果總結120102成果分析與問題提出121致謝122參考文獻123第1章工程概述11工程概況黃金峽水庫位于漢江干流上游峽谷段，陜西南部漢中盆地以東的洋縣境內(nèi)，壩址位于石泉水電站庫尾黃金峽鍋灘下游2KM處，距洋縣62KM，佛坪45KM，漢中市135KM，西漢高速從附近通過，為引漢濟渭工程的第一水源地。樞紐由攔河壩、泄洪建筑物、水電站及升船機等組成，主要任務是攔蓄河水，雍高水位、發(fā)電和航運。該階段選定黃金峽水庫正常蓄水位450M，死水位440M，河床式電站裝機容量75MW，多年平均發(fā)電量252108KWH。黃金峽樞紐工程屬等工程，主要建筑物按2級建筑物設計。112工程規(guī)模根據(jù)1988年編制的漢江上游干流梯級開發(fā)規(guī)劃報告（黃金峽將軍河）、1990年編制的漢江上游黃金峽至夾河河段綜合利用規(guī)劃及漢中市水利發(fā)展“十一五”規(guī)劃等規(guī)劃報告，在不考慮黃金峽抽水入三河口水庫的情況下，規(guī)劃提出黃金峽樞紐的正常蓄水位450M，死水位440M，電站裝機100MW。本次在考慮調(diào)水的情況下，分析論證黃金峽特征水位和裝機規(guī)模。黃金峽水庫工程為等工程，其永久泄水建筑物按2級標準設計。正常運用的設計洪水標準為100年一遇，非常運用的校核洪水標準為1000年一遇。113工程特性表表11黃金峽碾壓混凝土重力壩工程特性表工程名稱黃金峽水利樞紐工程建設地點陜西南部漢中盆地以東的洋縣境內(nèi)所在河流漢江干流水文特征壩頂軸線全長34325M流域面積159000KM2地震烈度6度設計洪峰流量P120100M3/S二泄洪建筑物校核洪峰流量P0129000M3/S1溢流壩水庫特征堰頂高程441M正常蓄水位450M每孔凈寬15M設計洪水位P145148M孔數(shù)9個校核洪水位P0145592M最大泄量設計9435M3/S死水位440M消能方式挑流消能最大庫容45592M以下27012萬M32底孔死庫容440M以下8417萬M3孔口尺寸10M112M主要建筑物進口底部高程400M一大壩孔數(shù)4個壩型碾壓混凝土重力壩最大泄量設計9904M/S壩頂高程45597M3閘門及啟閉型式壩基面高程380M底孔工作門弧形、油壓啟閉機最大壩高7597M事故檢修門平板門、卷揚式啟閉機第2章基本資料21水文氣象211流域概況漢江系長江左岸一級支流，發(fā)源于陜西省寧強縣境內(nèi)，干流自西向東流經(jīng)漢中、安康兩市，至安康白河縣進入湖北省，在武漢漢口匯入長江。全流域地跨陜西、四川、重慶、河南、湖北五省（市），流域面積159104KM2，全長1577KM。漢江在陜西省省界以上流域面積為66670KM2，其中省內(nèi)面積62263KM2。黃金峽壩址位于漢江干流洋縣水文站（朱家村）下游72KM處，控制流域面積17070KM2，占省內(nèi)流域面積的274。212水文資料漢江黃金峽壩址處無實測水文資料，上游72KM處設有洋縣（朱家村）水文站，控制流域面積14192KM2，該站原為1953年6月設立的貫溪鋪水文站，1967年3月上遷至朱家村，1996年又下遷至漢江大橋上游，一直觀測至今。洋縣至黃金峽壩址支流黨水河設有石山村水文站，酉水河設有酉水街水文站。漢江洋縣以上干、支流設有武候鎮(zhèn)、漢中等13個水文站；黃金峽壩址以上現(xiàn)有90個雨量站，另有7個氣象站。2121徑流黃金峽壩址徑流量由3部分組成即洋縣水文站歷年實測徑流量，洋縣黃金峽壩址區(qū)間歷年徑流量，黃金峽壩址以上歷年還原水量。洋縣水文站歷年實測徑流量根據(jù)水文站測站變化情況和流域面積的變化折算到同一斷面。洋縣到黃金峽壩址區(qū)間較大支流有黨水河、酉水河、金水河。黨水河設有石山村水文站，控制流域面積239KM2。自19561967年共有11年流量資料（1959年缺測）。為延長資料系列，采用鄰近流域湑水河升仙村為參證站，根據(jù)石山村升仙村19561958、19601967年11年同步觀測資料，建立徑流相關方程，插補出石山村相應年份年徑流量。根據(jù)插補延長后的石山村19542005年52年徑流系列，計算出石山村多年平均徑流量為0993108M3。采用流域面積比，求得黨水河全流域徑流量為123108M3。酉水河設有酉水街水文站，控制流域面積911KM2。該站自19592005年共有47年實測流量資料。為了與洋縣站資料同步，故需插補延長酉水街19541958年徑流系列。其參證站選用鄰近流域湑水河升仙村站。依據(jù)酉水街升仙村19592005年47年同步觀測資料，建立徑流相關方程，插補出酉水街相應年份徑流量，計算出酉水街多年平均徑流量4293108M3。金水河流域無實測徑流資料，但有岳壩、秧田壩等雨量站。借用鄰近流域酉水河降雨徑流關系，由金水河流域歷年面雨量，求得相應年份徑流深，經(jīng)計算，金水河19542005年52年平均徑流量為352108M3。洋縣黃金峽壩址區(qū)間除了以上3條河流控制的面積外，尚有879KM2，這些區(qū)間面積大部分為漢江兩岸平川段和低山丘陵區(qū)，其中低山丘陵區(qū)居多，為徑流深低值區(qū)，故采用黨水河低山丘陵區(qū)徑流深計算。黨水河徑流深為4155MM，計算出其他區(qū)間面積徑流量為365108M3。由于洋縣及石泉水文站徑流系列采用19542005年，故還原水量計算系列為19542005年。還原計算采用分項調(diào)查法，歷年還原水量主要考慮農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)和生活用水徑流。農(nóng)業(yè)灌溉用水根據(jù)擬定的灌溉定額、灌溉水回歸系數(shù)及調(diào)查的灌溉面積，計算出農(nóng)業(yè)灌溉凈耗水量。工業(yè)和生活用水徑流根據(jù)漢江上游各地區(qū)工業(yè)結構，參照有關資料，考慮歷史條件等因素，對漢江上游各地區(qū)城市、工業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)耗水量采用用水定額進行計算。經(jīng)計算，洋縣站19542005年實測平均徑流量為5849108M3，洋縣黃金峽壩址區(qū)間徑流量為1298108M3，黃金峽壩址以上還原水量為739108M3。黃金峽壩址合計徑流量為7886108M3。2122洪水（1）暴雨洪水特性漢江上游流域地處大巴山以北，秦嶺以南。形成該流域降水的暖濕空氣主要來自孟加拉灣和西太平洋。該流域山高坡陡，巖層透水性小，洪水匯流速度快，具有陡漲陡落的特點。分析洋縣站19542005年52年實測洪水資料，洪水最早出現(xiàn)在3月，但洪峰流量較小，最大洪水多出現(xiàn)在79月，11月由于受霖雨的影響，亦有洪水發(fā)生。實測洪水的最大洪峰流量為13800M3/S1981年，一次洪水過程為35天。（2）歷史洪水及重現(xiàn)期從漢江上游洪水發(fā)生的情況分析，洋縣、貫溪鋪、渭門河段最大洪水發(fā)生在1903年，洪峰流量分別為13800M3/S、14500M3/S和17800M3/S。洋縣河段次大洪水發(fā)生在1981年，洪峰流量為13800M3/S，排位第三、第四的洪水分別發(fā)生在1949年和1962年，洪峰流量13500M3/S、13200M3/S，四場洪水量級基本相同。貫溪鋪、渭門河段次大洪水發(fā)生在1949年，其量級也與1903年最大洪水相當。石泉河段最大洪水發(fā)生在1949年，洪峰流量為20400M3/S，次大洪水發(fā)生在1903年，洪峰流量為19600M3/S，屬同一量級洪水，排位第三的洪水發(fā)生在1955年，洪峰流量17100M3/S。（3）設計洪水黃金峽壩址處無實測洪水資料，故采用水文比擬法計算設計洪水，參證站選用洋縣站。黃金峽壩址設計洪水根據(jù)洋縣站設計洪水計算成果按面積比擬法計算。洪峰流量的面積比指數(shù)為064076，本次計算洪峰流量面積比指數(shù)采用067，時段洪量采用10，計算得到黃金峽壩址不同頻率的洪峰流量、時段洪量。從洋縣站實測洪水過程線中選擇1983年7月30日、1956年6月25日兩場洪水作為典型。采用分時段同頻率控制放大法，即用同一頻率的洪峰流量和各時段洪量控制放大典型過程線，洪量控制時段采用24、72、120小時，黃金峽壩址不同頻率的洪峰流量、時段洪量計算成果見表21。洪水過程線見圖51512。上壩址水位流量曲線見圖71。表21黃金峽壩址設計洪水計算成果表P特征值00200501020330512335QMM3/S35100316002900026400243002290020100174001550013900W24108M3230208191174162152135118105950W72108M3440398366334310292260227203184W120108M3518471435398372350313275247224（4）施工洪水根據(jù)洋縣站的洪水特性和施工組織設計的要求，將全年劃分為以下4個期，分期設計洪水計算方法同全年最大洪水計算，選擇洋縣站作為參證站，計算系列采用19532005年52年，計算成果見表22。表22黃金峽壩址分期洪水成果表QMM3/S213泥沙黃金峽壩址處無實測泥沙資料，采用洋縣水文站泥沙資料推求黃金峽壩址泥沙特征值。根據(jù)洋縣站19562005年50年泥沙系列，計算出多年平均輸沙量為515104T，相應含沙量為088KG/M3。洋縣黃金峽壩址區(qū)間多年平均輸沙量為648104T，因此黃金峽壩址斷面多年平均頻率（）分期23335102010月次年5月7830671058304360294012月次年3月20日5334394153272383月21日5月6780624059903280165010月11月5890499042903120202069月174001550013900112008370輸沙量為580104T。漢江上游干支流無實測推移質(zhì)資料，故采用比例系數(shù)估算推移質(zhì)。根據(jù)流域地形、自然地理、植被和水沙條件，參照石泉、安康、丹江口和漢江支流嵐河藺河口等已建水庫的設計資料分析估算，黃金峽推懸比采用10。黃金峽壩址多年平均懸移質(zhì)輸沙量為580104T，故推移質(zhì)為58104T。2131漢江干流河道水沙分析黃金峽水庫庫區(qū)河道狹窄，從堰壩村以下到壩址是44KM的黃金峽峽谷段，河道蜿蜒曲折，是典型的河道型水庫。水庫庫區(qū)由漢江和主要支流金水河、酉水河組成，庫區(qū)長約60KM，水面寬一般為200300M，最大水面寬為1230M。根據(jù)實測的庫區(qū)縱橫斷面成果統(tǒng)計，此段河道縱比降為115，河床為砂卵石河床。良心溝在壩址上游15KM處匯入干流，金水河在壩址上游106KM處由左岸匯入漢江，水面寬50100M，縱比降為248，為砂卵石河床。黃金峽水庫是以調(diào)水為主、兼顧水能利用和航運的日調(diào)節(jié)水庫。正常蓄水位450M時，水庫面積122KM2。黃金峽水庫上游有洋縣（漢江），酉水街（酉水河）等入庫水文站，下游有石泉水文站。漢江洋縣站控制流域面積和年徑流占壩址的83。而控制年沙量占壩址的88。支流中，金水河和酉水河年徑流、輸沙量基本相當，年徑流量占壩址的10，沙量僅占壩址的4，洋縣站至壩址區(qū)間干流徑流量占壩址的7，沙量僅占壩址的73，所以壩址的產(chǎn)沙來源主要來自洋縣站以上的干流。據(jù)19562005年洋縣站和酉水街的同步水沙實測系列統(tǒng)計分析黃金峽壩址處多年平均懸移質(zhì)年沙量為580104T，折合4462104M3。本河段未進行過推移質(zhì)測驗。參考漢江干流已建水庫的資料，采取入庫懸移質(zhì)泥沙輸沙量的10作為推移質(zhì)泥沙的年輸沙量，即黃金峽壩址多年平均推移質(zhì)輸沙量為58104T，折合387104M3，故壩址年輸沙量為485104M3。2132泥沙淤積計算（1）計算條件和計算方法庫區(qū)縱橫斷面資料根據(jù)水庫泥沙沖淤及回水計算的需要，陜西省水電設計院測量隊2007年在本河段干流上布設有63個斷面，斷面間距011158KM。根據(jù)實際需要，又在1/5000實測地形圖上剖取了6個橫斷面，支流金水河測有6個斷面，剖取了5個橫斷面，斷面間距03411KM；酉水河測有4個斷面，剖取了1個橫斷面，斷面間距0811KM，基本代表了河道斷面的變化。泥沙沖淤計算主要依據(jù)水電水利工程泥沙設計規(guī)范（DL/T50891999）和泥沙設計手冊計算方法和公式，采用經(jīng)驗法判別淤積形態(tài)和計算淤積量，并依據(jù)已建石泉電站的淤積情況進行類比。（2）泥沙淤積形態(tài)判別黃金峽水庫系河道型水庫。入庫洪水大，庫容小，河床比降小。庫內(nèi)水流流速較大，而入庫含沙量一般不飽和。水庫運行初期為三角洲淤積，遠期沖淤平衡后的淤積形態(tài)為錐體淤積。已建石泉電站的淤積形態(tài)也為三角洲淤積，綜合判定黃金峽樞紐的運行初期的淤積形態(tài)為三角洲淤積。當三角洲推移到壩前時，便呈現(xiàn)錐體淤積形態(tài)。（3）泥沙淤積計算黃金峽壩址的產(chǎn)沙來源主要來自洋縣站以上的干流，參照已運行30余年的石泉電站多年平均年淤積量443104T，多年平均排沙率58，本階段黃金峽排沙率也按58考慮，多年平均的庫容淤損率為13，用水庫淤積上延距離法計算樞紐運行20年后的淤積量、淤積形態(tài)及庫區(qū)各橫斷面的淤積厚度。水庫淤積20年后的淤積量為4074104M3，淤積末端距壩址的距離為662KM，淤積坡段比降為117，試算法結合石泉電站的庫容損失率得壩前淤積厚度93M。抽水泵站所在的良心溝位于漢江右岸，距離壩址15KM，河道順直，有利于異重流推到壩前。壩址處河道稍有彎曲，右岸泥沙淤積明顯，結合良心溝口的位置，泄流排沙洞布置于右岸，對控制良心溝口處漢江干流的淤積高程有利。本階段綜合考慮底檻高程、泄量、排沙期，參考石泉電站的排沙洞布置和實際運行的排沙效率，建議本階段泄流排沙洞底檻高程不宜高于413M。泥沙浮容重按80KG/M3計算，內(nèi)摩擦角取為14。214氣象黃金峽壩址處無氣象資料，借用洋縣氣象站（海拔高程4686M）資料說明。據(jù)洋縣氣象站19612006年氣象資料統(tǒng)計，多年平均氣溫145，極端最高氣溫394（2006年7月21日），極端最低氣溫119（1991年12月28日）；多年平均日照時數(shù)1720H，多年平均降水量8064MM，多年平均風速12M/S，多年平均最大風速107M/S，重現(xiàn)期為50年的年最大風速163M/S。（1987年8月11日），多年平均水面蒸發(fā)量10656MM（20CM蒸發(fā)皿）。正常蓄水位和設計洪水位時風作用于水域的長度為35KM，校核洪水位時風速作用于水域的長度為40KM。122工程地質(zhì)221區(qū)域地質(zhì)概況工程區(qū)位于秦嶺中低山區(qū)，地勢北高南低，地面高程9001200M。漢江由西向東穿行于秦嶺與巴山之間，河流蜿蜒曲折，河谷狹窄，兩岸山高坡陡，階地不甚發(fā)育。工程區(qū)位于秦嶺褶皺系中的南秦嶺印支褶皺帶中部。較大規(guī)模有大龍山秧田壩傾伏背斜；黑峽子陽莊河街倒轉(zhuǎn)傾伏向斜；龍山三岔庵傾伏背斜；長許家臺鐵爐鄉(xiāng)復向斜；湯坪東河背斜；寧陜太山廟向斜；佛平縣東復背斜朝陽廟向斜；構造線方向北西300310。發(fā)育區(qū)域二級構造斷裂8條，斷層破碎帶寬數(shù)十至數(shù)百米，糜棱巖、壓碎巖和斷層角礫巖。工程區(qū)外圍分布的活動斷裂有風鎮(zhèn)山陽活動斷裂；陽平關洋縣斷裂，饒峰麻柳壩鐘寶斷裂。距壩址較遠。工程區(qū)無4級以上地震記錄；最大的影響烈度不超過度。構造形跡以褶皺擠壓變形為主，屬相對穩(wěn)定的地區(qū)，適宜興建水利樞紐工程。根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB183062001）標準，工程區(qū)地震動峰值加速度為0067G，地震動反應譜特征周期為045S，相應的地震基本烈度為度。322水庫區(qū)工程地質(zhì)條件3221基本地質(zhì)條件（1）地形地貌工程區(qū)按地貌形態(tài)可分為兩大地貌類型，一類為構造盆地地貌，一類為中低山地貌。東村以上為洋縣盆地區(qū)，約占庫區(qū)回水長度的6，地形開闊平坦，兩岸發(fā)育有級階地，東村下游為中低山區(qū)，約占庫區(qū)回水長度的90，河谷多呈“V”型。多急流險灘，兩岸山峰高程6001000M，基巖大多裸露，僅有緩坡地帶及坡腳處分布有第四系松散堆積物，厚度510M。（2）地層巖性庫區(qū)出露地層有太古下元古界（ARPT1）、志留系、石炭系的變質(zhì)地層及下元古界（PT1）、薊縣系、青白口系、三疊系的侵入巖和第四系的松散堆積地層。（3）地質(zhì)構造水庫區(qū)位于秦嶺造山帶與楊子陸塊結合部（東村以下侵入巖區(qū)，東村以上斷陷盆地），構造形式以脆性斷裂為主。庫區(qū)測繪共發(fā)現(xiàn)8條斷層，其中區(qū)域性大斷裂2條金水酉水斷層、潭家灣玉河斷層，走向近EW向，斷帶寬約20100M，其余為小規(guī)模的斷層。（4）水文地質(zhì)條件庫區(qū)兩岸地下水分水嶺高于庫水位，地下水均受大氣降水補給，向河谷排泄。（5）物理地質(zhì)現(xiàn)象庫區(qū)共發(fā)育滑坡7處，以第四系松散層滑坡為主，單個滑坡方量一般2070104M3。崩塌體共4處，規(guī)模較小，方量一般1030104M3，且多位于庫水位以下，對水庫安全運行無影響。3222主要工程地質(zhì)問題（1）水庫滲漏。庫盆周邊山體雄厚，巖體由侵入巖組成，巖性較致密，可視為相對隔水層。庫區(qū)雖有斷層橫穿庫盆，但沿斷層帶分布有泉水，其分布高程遠高于庫水位，因此不會沿斷層帶形成滲漏。兩岸地下水位較高，均向河水排泄，分水嶺遠高于庫水位。最近的鄰谷為楊柳溝，溝內(nèi)有泉水分布，高程高于470M，直線距離達3KM，巖性為火成巖，故不存在向鄰谷滲漏的地形、地質(zhì)條件。根據(jù)上述地質(zhì)環(huán)境及水文地址條件，庫區(qū)不存在永久性滲漏問題。（2）水庫岸坡穩(wěn)定問題水庫回水總長度65KM，庫岸總長約130KM，可分為三類基巖岸坡、滑坡岸坡、第四系松散堆積岸坡。基巖岸坡屬基本穩(wěn)定岸坡，總長度約92KM，約占岸坡總長度的71，其組成巖性主要為早期的侵入巖，分布廣范。水庫畜水后岸坡整體穩(wěn)定性較好，僅局部因巖體風化卸荷，會產(chǎn)生小規(guī)模的崩塌現(xiàn)象，對水庫蓄水無影響?；w岸坡測區(qū)共發(fā)育七個滑坡，其中1滑坡位于壩下游，3、6滑坡位于庫水位以上，僅有2、4、5、7四個滑坡前緣位于庫水中，屬整體穩(wěn)定性差的滑坡，水庫蓄水后，在動水壓力作用下可能產(chǎn)生再次滑動，對庫岸造成破壞。滑體岸坡總長度約16KM；約占庫岸坡總長度的12，滑坡塌岸累計總方量約210104M3。第四系松散堆積岸坡可分為三類階地堆積岸坡，崩坡積岸坡，沖洪積岸坡。階地堆積岸坡庫岸長約25KM，約占庫岸總長度的19；經(jīng)初步估算蓄水后坍塌寬度約3665M，塌岸方量約210104M3。崩坡積岸坡庫岸長約15KM，約占岸坡總長度的12，蓄水后坍塌寬度約2662M，塌岸方量約120104M3。沖、洪積岸坡主要由卵石或塊石構成，岸坡長約103KM，約占岸坡總長度的78，主要分布于庫尾龐家灣以上，基本不存在塌岸。以上塌岸累計總方量約540104M3。（3）淹沒及浸沒庫區(qū)以峽谷地形為主，金水鎮(zhèn)居民眾多，存在淹沒，其它地方均為零散居民。淹沒耕地約360畝。正常蓄水位附近無較大面積的耕地分布，水庫回水區(qū)浸沒范圍甚小。（4）水庫固體徑流庫區(qū)多為基巖，植被覆蓋率高，固體徑流物質(zhì)貧乏，淤積物質(zhì)來源主要庫岸坍塌堆積，對水庫正常運行影響輕微。1323壩址工程地質(zhì)條件黃金峽水庫工程在規(guī)劃階段共選有史家村、帶陽灘、懶人床、高白沙共四個壩址進行比較論證。經(jīng)對初選的四個壩址進行綜合分析,本階段在對四個壩址進行初步比較的基礎上，最終確定相距約2KM的帶陽灘上壩址及懶人床下壩址作為重點比較。3231地形地貌上壩址位于良心溝下游約15KM處，壩軸線處谷底寬度1800M，高程4030M4140M。下壩址距離上壩址約14KM，河谷相對較寬為2600M。上、下壩址區(qū)地貌形態(tài)屬中低山區(qū)，漢江呈SN向，河床高程400M405M，兩岸天然坡度4045，河谷呈開闊的“V”型谷，兩岸發(fā)育多條小沖溝。3232地層巖性壩址區(qū)出露地層主要有太古下元古界的變質(zhì)巖、青白口紀晚元古代碾子溝組竹園溝段及杜家溝段的侵入巖以及第四系松散堆積層。（1）太古下元古界后河群響洞子巖組（ARPT1）X巖性為二云斜長片麻巖夾少量變粒巖，僅在下壩址下游高白沙村對岸出露。（2）青白口紀晚元古代碾子溝組侵入巖巖性為中細?；◢徠閹r，出露于上下壩址漢江河谷，成為壩址工程區(qū)主要地層巖性。（3）第四系松散堆積層主要有中更新統(tǒng)沖積堆積、上更新統(tǒng)沖積堆積、全新統(tǒng)沖積堆積、全新統(tǒng)洪積堆積、全新統(tǒng)坡積堆積、全新統(tǒng)崩積堆積。3233地質(zhì)構造壩區(qū)出露地層為古老的侵入巖系，地質(zhì)構造簡單，主要構造形跡有斷層、裂隙，壩區(qū)發(fā)育斷層17條，均規(guī)模較小。裂隙三組第一組走向NW340350,傾向SW（NE），第二組走向NE2030,傾向NW（SE），第三組走向4070，傾向NW（SE）。多為高傾角，裂面多平直、光滑，發(fā)育間距0520M,多閉合，少量張開者一般210MM，多充填巖粉及泥質(zhì)。3234物理地質(zhì)現(xiàn)象受區(qū)域地質(zhì)構造、地層巖性以及水文地質(zhì)條件的控制，壩址區(qū)物理地質(zhì)作用以巖體風化、卸荷為主，分述如下（1）巖體風化巖體具有明顯的球狀或囊狀風化的特點，風化深度變化較大，展布不均勻?？碧浇沂緩婏L化最大水平深度達47M（下壩址右岸PD4平硐），鉛直厚度可達30M。而相對低洼地形段，風化深度較淺，風化水平深度一般1020M。（2）巖體卸荷探洞揭示上壩址卸荷帶水平深度6M8M，下壩址卸荷帶水平深度13M24M。3235水文地質(zhì)條件（1）地下水類型及分布特征基巖裂隙水主要分布于壩區(qū)巖體裂隙中，向河谷方向排泄。第四系孔隙潛水在河床及漫灘的松散層中分布，受河水及基巖裂隙水的雙重補給，并向河流排泄。（2）環(huán)境水化學特征根據(jù)水質(zhì)分析成果，地下水類型為HCQ3CA2MG2型水，地表水和泉水對混凝土無腐蝕性。3236巖石（體）物理力學性質(zhì)及地質(zhì)參數(shù)建議值（1）巖石的物理力學性質(zhì)壩址區(qū)巖性為中細?；◢徠閹r。試驗弱風化巖石飽和抗壓強度平均值為56MPA，軟化系數(shù)平均值為071；微風化飽和抗壓強度平均值為7146MPA，軟化系數(shù)平均值為072；屬中硬巖堅硬巖。（2）巖體質(zhì)量分級依據(jù)工程巖體分級標準（GB5021894）進行巖體質(zhì)量分級見表23。表23巖體質(zhì)量分級表計算參數(shù)質(zhì)量指標壩址巖性風化程度RCKVBQ基本質(zhì)量級別弱風化56059405上壩址微風化71068473弱風化56053390下壩址花崗片麻巖微風化71072483（3）巖石（體）物理力學性質(zhì)建議值見表24。表24巖石體物理力學指標建議值表巖體力學參數(shù)建議值巖石密度巖石抗壓強度巖石抗剪強度巖體抗剪斷強度巖/砼抗剪斷強度巖體抗剪強度變模彈模泊松比巖體承載力RBFCFCFCFCE0EEF巖性名稱巖體風化程度巖體基本質(zhì)量級別G/CM3MPAMPAMPAMPAMPAGPAGPAMPA弱風化280560913090808070602467002820花崗片麻巖微風化2857109523121211510070410013002530324電站工程地質(zhì)條件電站地貌單元為高漫灘，地面高程408414M,上部為厚約80140M卵石層,下伏基巖高程約398399M，巖性花崗片麻巖，強風化層厚度13M。建議將電站基礎放置在弱風化基巖上，弱風化巖石飽和抗壓強度RB56MPA，地基承載力為F20MPA，電站基坑開挖坡比砂卵石層水上114；水下1175。23天然建筑材料調(diào)查的天然建材類型主要有混凝土粗、細骨料、塊石料及圍堰用土料。其中混凝土骨料約320104M3，土料約24104M3。根據(jù)水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程的要求，勘察儲量可滿足要求。初選的混凝土骨料以壩址區(qū)為中心分別在上、下游選擇了主河道的沖積砂、卵石（Q42AL）。砂礫石料場共四個，沿河道呈帶狀分布，料場地貌單元及巖性成分特征基本一致，地貌單元屬漢江漫灘，根據(jù)取樣試驗成果，料場的質(zhì)量和儲量都可滿足設計要求。各料場開采條件好，但受下游石泉水庫回水影響，各料場地下水位較淺，大部分砂礫料均為水下開采。所選四處料場都位于壩址附近3KM范圍以內(nèi)，運距較短，但各料場與壩址之間僅有簡易的小道相通，交通不便?？辈斓氖蠄龉踩?，巖性為細粒角閃巖，中?；◢弾r，巖石堅硬，質(zhì)量滿足規(guī)范要求，山坡表層覆蓋薄層坡積物，開采條件較好，運距534KM。選擇的土料為漢江右岸史家村周圍的坡洪積碎石質(zhì)壤土（Q4DLPL）及階地表層的沖積砂壤土（Q4AL），為庫水淹沒區(qū)。土料巖性主要為壤土及粉質(zhì)粘土,呈硬塑狀,含少量碎石、塊石,含量不大于10，固結后阻水性能較好，可作為圍堰防滲土料。料場距離上壩址僅05KM，開采及運輸條件較好。根據(jù)所調(diào)查的各料場規(guī)模及試驗資料，所選的四處砂礫石料場混凝土粗細骨料總儲量可滿足工程需求。黃金峽水電樞紐工程石料用量較小，所選石料場，可滿足工程建設需要。所選的土料場儲量、質(zhì)量、開采及運輸條件較好，可滿足工程要求。1第3章調(diào)洪演算31正常蓄水位確定正常蓄水位變化不僅影響枯水期電量，也影響汛期電量，為此，在初選黃金峽水庫死水位為4400M時，擬定了445M、450M、455M方案，分別與三河口水庫正常蓄水位643M，汛限水位641M，死水位為5880M，受水區(qū)地下水進行聯(lián)合調(diào)節(jié)計算，裝機容量按裝機與保證出力倍比基本相同擬定。各正常蓄水位比較的裝機容量分別按65MW、75MW、85MW，機組臺數(shù)采用3臺。按同一壩型和相同的施工強度估算其工程投資。按供水與發(fā)電費用分攤后，用水庫分攤的發(fā)電費用進行不同正常蓄水位方案的比較。從滿足調(diào)水任務分析，黃金峽水庫正常蓄水位4450M、死水位4400M方案與三河口水庫正常蓄水位643M、汛限水位641M、死水位為5880M，受水區(qū)地下水進行聯(lián)合調(diào)節(jié)計算，不能滿足引漢濟渭設計水平年2020年調(diào)水任務供水保證率95的要求；黃金峽水庫正常蓄水位4500M、死水位4400M與水庫正常蓄水位4550M、死水位4400M方案分別與三河口水庫正常蓄水位643M、汛限水位641M、死水位為5880M，受水區(qū)地下水進行聯(lián)合調(diào)節(jié)計算，均能滿足引漢濟渭設計水平年2020年調(diào)水任務供水保證率95的要求。從水庫淹沒損失分析，各正常蓄水位的水庫淹沒實物指標不同，4450M方案的淹沒損失投資為11129468萬元，4500M方案的淹沒損失投資為11885084萬元，4550M方案的淹沒損失投資為53640745萬元，正常蓄水位從4450M抬高到4500M，淹沒損失投資增加755616萬元；正常蓄水位從4500M抬高到4550M，淹沒損失投資增加4175566萬元；足以說明正常蓄水位4550M方案在滿足調(diào)水任務情況下，對上游的洋縣有巨大的淹沒損失，因此，從水庫淹沒損失方面分析，正常蓄水位以4500M相對較優(yōu)。從黃金峽水庫分攤的發(fā)電投資的動能經(jīng)濟指標分析，正常蓄水位4450M的單位千瓦投資為586426元/KW、單位電能投資為155元/KWH；正常蓄水位4500M的單位千瓦投資為577854元/KW、單位電能投資為152元/KWH；正常蓄水位4550M的單位千瓦投資為608959元/KW、單位電能投資為161元/KWH；以正常蓄水位4500M的單位動能指標最低。從動能經(jīng)濟性分析，正常蓄水位4500M相對較合適。綜合引漢濟渭設計水平年調(diào)水任務供水保證率要求、黃金峽水庫淹沒損失和發(fā)電投資的動能經(jīng)濟指標分析，確定黃金峽水庫正常蓄水位為4500M。332初擬死水位死水位的選定本階段主要考慮黃金峽泵站布置、排防沙及樞紐布置的要求，結合漢江梯級開發(fā)規(guī)劃、河道泥沙淤積及上游防洪要求，綜合考慮運行期抽水和發(fā)電的效益等因素綜合確定。據(jù)黃金峽壩址19562005年50年同步水沙系列統(tǒng)計，多年平均徑流量7077108M3，懸移質(zhì)輸沙量580104T，多年平均含沙量為0812KG/M3，漢江屬少沙河流。根據(jù)黃金峽水庫水工布置和規(guī)劃的死水位進行淤積形態(tài)分析與計算，水庫淤積20年后的淤積量為4074104M3，滿足泥沙淤積庫容要求的最低死水位為4305M。按照黃金峽水庫死水位440M，經(jīng)東西線泵站站址方案比選，東線方案良心河站址的泵站工程與隧洞工程總投資比西線方案金水河站址節(jié)省447108元。從工程經(jīng)濟性方面分析，初步確定黃金峽死水位440M與東線方案良心河站址作為水庫水位與站址輸水線路的代表方案。14在滿足調(diào)水任務情況下，兼顧水能利用，結合本階段泵站站址位置與黃三隧洞線路比選的代表方案結論，確定黃金峽水庫死水位為4400M。33起調(diào)水位的分析與選擇在不影響水庫正常供水，不增加壩高的前提下，使用部分有效庫容滯洪并給泄水建筑物爭取一段開閘準備時間，在汛前預留出一定的庫容以備攔蓄洪水，需設汛限水位，并作為調(diào)洪驗算的起調(diào)水位。此水位的選擇應兼顧水庫防洪與興利的結合問題。在根據(jù)黃金峽水庫水位庫容關系及基礎上，本次設計選擇起調(diào)水位為449M。34調(diào)洪計算341調(diào)洪計算的目的無論在水庫的規(guī)劃階段還是在已建水庫的管理運用階段,水庫的調(diào)洪計算總是必須的。不過,由于不同階或同一階段所遇到的具體情況不同,其計算目的是不同的水庫在規(guī)劃階段,往往是根據(jù)水庫的設計洪水,擬定若干個泄洪措施方案,通過調(diào)洪計算,分別求出下泄洪水過程、防洪特征庫容、特征水位、壩頂高程以及投資、效益等,然后在通過綜合比較,選擇技術上可行且經(jīng)濟合理的水庫、泄洪建筑物及下游防洪工程的規(guī)模和有關參數(shù)；而在水庫的運用管理階段,庫容和泄洪建筑物的尺寸是定值,這時的調(diào)洪計算是根據(jù)某種頻率的入庫洪水或預報的入庫洪水,在不同防洪限制水位時,求出水庫的洪水位與最大下泄流量QMAX,為編制防洪調(diào)度規(guī)程、制訂防洪措施提供科學依據(jù),既要盡可能滿足下游防洪要求,又要保證水工建筑物的安全。9342調(diào)洪計算的原理水庫調(diào)洪是在水量平衡和動力平衡（即水力學所說的連續(xù)方程和運動方程）的原理下進行的。水量平衡可以表示為水庫水量平衡方程，動力平衡可由水庫蓄泄方程（或蓄泄曲線）來反映。從起調(diào)水位開始，逐時段連續(xù)求解這兩個方程即可由入庫流量過程QT，求得出庫流量過程QT,這就是水庫調(diào)洪計算所遵循的基本原理。在某T時段內(nèi)，入庫水量減去出庫流量，應等于時段內(nèi)增減或減少的蓄水量，對此可寫出如下的水量平衡方程（31）式。根據(jù)水庫的水量平衡原理和水庫的蓄泄關系（32）式組成方程組（31）TVQQ12121（32）FZ用已知（設計或校核）的入庫洪水過程線QT,由起調(diào)水位開始，逐時段連續(xù)求解方程組，從而求得水庫出流過程QT,這就是調(diào)洪演算的基本原理。9這里采用雙輔助曲線半圖解法，將（31）式其改寫成（33）22112QTVTQ式中V/T、Q/2、（V/TQ/2）和（V/TQ/2）均可與庫水位Z建立函數(shù)關系。因此，可以選定的計算時段T值、已知的水庫水位容積曲線，以及根據(jù)水力學公式算出的水位下泄流量關系曲線，繪制曲線組（V/TQ/2）FZ、（V/TQ/2）FZ以及QFZ,其中QFZ即水位下泄流量關系曲線，其余兩曲線是所介紹的兩根輔助線。從起調(diào)水位開始每一個水位，對應一個Q1、V1、Q1,而對于下一時段，上時段末的Q2、V2、Q2即為本時段初的Q1、V1、Q1，于是重復同樣步驟，又可求的下一時段末的Z2、Q2。如此逐時段連續(xù)計算，便可求得水庫泄流過程QT。343調(diào)洪計算的過程初定大壩采用底孔和溢流壩聯(lián)合泄流，溢流壩設閘門，堰頂高程為441M,溢流壩段總凈寬為135M，分成9孔，每孔凈寬15M。底孔設4個,進口底檻高程405M,孔口尺寸為11210M。大壩的庫水位庫容ZV關系曲線以及水位面積ZF關系曲線如圖31，大壩下游河道水位流量ZQ關系曲線如圖32。圖31黃金峽水庫水位庫容、水位面積關系曲線圖32黃金峽壩址下游水位流量關系曲線首先計算在個各水位條件下溢流堰流量、底孔泄流量以及V/T、Q/2、（V/TQ/2）和（V/TQ/2）等參數(shù)。取T24H即T8640S。（A）溢流堰泄洪表孔泄流能力計算溢流堰泄洪表孔下泄流量按混凝土重力壩設計規(guī)范（SL3192005）計算Q（34）2/3WSHGBCM式中Q流量，M3/S；B溢流孔凈寬M；HZ溢流堰頂作用水頭M；C上游面坡度影響修正系數(shù)，當上游面為鉛直面時，C取10；側收縮系數(shù)，根據(jù)墩厚度及墩頭形狀而定，取093；M淹沒系數(shù)，M1；MZ流量系數(shù)，取MZ05；（B）底孔泄流能力計算底孔泄水能力按混凝土重力壩設計規(guī)范（SL3192005計算（35）WKGHAQ2式中Q下泄流量，M3/S；AK出口處的面積，M2；HW自由泄流時為孔口中心線處的作用水頭，淹沒泄洪時為上、下游水位差，M；孔口或管道的流量系數(shù)，根據(jù)水工設計手冊第六冊知由以下公式取得,/12ICMJ計算得取089；G重力加速度，G981M/S2。各水位下下泄ZQ以及水庫ZV/TQ/2、ZV/TQ/2輔助曲線計算表如表31，表31輔助曲線ZV/TQ/2、ZV/TQ/2計算表庫水位/Z堰頂水頭/H庫容/V總V/T溢流壩流量Q1底孔流量Q2Q總Q總/2V/TQ總/2V/TQ總/2（M）（M）（104M3）（M3/S）（M3/S）（M3/S）（M3/S）（M3/S）（M3/S）（M3/S）444311342413128144586471009250468082181744454122110141332225882611050552586081965844651314171521031099000121106055915521265447614139716365408791721325966309736229954487152112176065150934014491724510360248514498163642189406293950515798789911041268394509176090203807509966817177858811792289694511018957821942879498281862