粘土斜墻土石壩畢業(yè)設計

1、1.綜合說明1.1樞紐概況及工程目的某水庫工程是河北省和水利部“八·五”重點工程建設項目之一。該工程是以供水、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用為主的大型控制樞紐工程。青龍河流域水量充沛，控制流域面積6340km2，多年平均徑流量9.6億m3，是灤河流域較大的一條支流。但由于降雨、徑流的年際年內分配極不均勻，必須修建大型控制工程調節(jié)水量，豐富的水資源才能得以充分開發(fā)利用。水庫按滿足秦皇島市生活、工業(yè)用水和灤河中下游農業(yè)用水的需要設計，工程規(guī)模是：正常蓄水位141 m，調節(jié)庫容7.09億m3，水庫庫容系數(shù)0.77，水量利用系數(shù)為70%。壩后式電站裝機容量20Mw。根據水利水電樞紐工程等級劃分及

2、設計標準SDJ12-78的規(guī)定，一期工程為二等工程，大壩為II級建筑物，正常應用洪水為100年一遇，非常運用洪水為1000年一遇。輔助建筑物按級設計，臨時建筑物按級設計。1.2水庫樞紐設計基礎資料1.2.1地形、地質(1)地形：見1:2000壩址地形圖。(2)庫區(qū)工程地質條件。水庫位于高山區(qū)，構造剝蝕地形。青龍河侵蝕能力較強，沿河形成不對稱河谷，由于構造運動影響，河流不斷下切，形成岸邊階地、陡岸。流域內地形北高南低，平均高程與500m，最高峰海拔1680m。河道蜿蜒曲折，河谷寬度400100m不等，河道比降1/4001/600。庫區(qū)兩岸基巖出露高程大部分在200米左右，庫區(qū)左岸非可溶性巖層分布

3、廣泛，其中主要由絹云母、千枚巖、石英、砂質頁巖組成。透水性較小，也沒有發(fā)現(xiàn)溝通庫內外的大斷層。庫區(qū)可溶性巖層分布于青龍河右岸，從隔水層分布、熔巖發(fā)育情況分析，水庫蓄水后向鄰近河流滲透的可能性很小。經過對庫區(qū)斷層的分析，水庫向外流域及下游滲漏的可能性很小。庫區(qū)外巖層抗風化作用較強，庫岸基本上是穩(wěn)定的。 (3)壩址區(qū)工程地質條件位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向青龍河上游，兩岸山體較厚。河床寬約300米，河床地面高程85m，河床砂卵石覆蓋層平均厚度57米，滲透系數(shù)K=1×10-2厘米/秒。水庫壩址選在青龍河下游的山谷河段上，共選出2條壩線，經過比較，確定第一壩線，出露巖性為大紅峪組石英砂巖

4、與板狀粉細砂巖互層，巖石堅硬、構造簡單、滲透性小。壩址區(qū)為剝蝕中低山地形，河流經壩址處急轉彎向北流向下游，由于受喬麥嶺背斜控制，巖層傾向上游，呈單斜構造狀。壩線區(qū)河谷呈不對稱“U”字形，較開闊。右岸下游形成半島狀，因河流側向侵蝕，使右岸形成陡壁，近于直立，已查明的小段層有6-7條，軟弱夾層有13條；左岸山坡平緩，覆蓋著31m厚的山麓堆積物，有斷層一條。河床壩基巖石構造較為發(fā)育，開挖揭露出斷層40余條，其中相對較大的有10多條。(4)壩址區(qū)建筑物包括導流泄洪洞及樞紐電站。 ()導流泄洪洞沿洞線周圍巖石厚度大于三倍開挖洞徑出口段已避開塌滑體的東邊界，沿線巖層、巖性主要為粉砂巖、細砂巖及礫巖，巖石較

5、為堅硬。堅固系數(shù)FK=4,單位彈性抗力系數(shù)K=200kg/cm3，彈模E=0.4×105kg/cm2。透水性較大。巖層傾向下游出口段節(jié)理發(fā)育，應采取有效措施予以處理，為進一步保證出口段巖體穩(wěn)定，免除由內水壓力引起的后果，建議該段修建無壓洞。 ()灌溉發(fā)電洞及樞紐電站灌溉發(fā)電洞及樞紐電站布置在右岸。上壩線方案：沿線基巖以厚層粉砂巖為主，巖石完整，透水性小，洞頂以上巖層厚度較小。本建筑物位于南坪溝東凹溝古河道內巖面上有05米厚的底礫巖及厚度不等的亞粘土層，電站廠房處巖石風化層厚度約56米。對其產生的滲漏及土體坍塌應采取必要的工程措施。下壩線方案：沿線全為基巖，工程比較簡易可靠。灌溉引水洞

6、出口高程110m，閘首樞紐由一干、二干進水建筑物組成。1.2.2水文與水利規(guī)劃(1)氣象根據資料統(tǒng)計，青龍河流域屬季風型大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。多年平均氣溫約10，年絕對最低氣溫為-29.2，最高氣溫為38.7，月平均溫度變化較大，離壩址較遠的遷安站實測最高氣溫39。多年平均降雨量為700mm，且多集中在夏季七、八月份。全年無霜期約180天，結冰期約120天，河道一般在12月封凍，次年三月上旬解凍，凍層厚0.40.6m，岸邊可達1.0m。多年平均最大風速23.7m/s，水庫吹程為3km。(2)水文分析()洪水青龍河洪水由暴雨形成，據統(tǒng)計七八月發(fā)生最大洪峰流量的機會占88%，而且

7、年際變化很大，實測最大洪峰流量為2200秒立米(1962年)，最小洪峰流量184秒立米(1965年)，相差12倍，流域洪水峰高、歷時短，陡漲陡落。一次洪水持續(xù)時間一般35天。()年來水量青龍河流域年徑流由年降雨產生，年徑流在地區(qū)與時間上分布與年降雨量基本一致，但年際間變化懸殊，實測徑流資料19291983年共35年資料中豐水年1961年達21.34×104m3，枯水年1965年僅16.77×104m3，相似枯水年連續(xù)發(fā)生，多年平均徑流量9.6×108m3。實測徑流資料如表1所示。考慮到流域內人類活動對產流的影響，分別對未來規(guī)劃年2000年和2020年流域內耗水量進

8、行了預測，得到個規(guī)劃年的徑流系列，如表1 所示。根據徑流年內和年際變化特征，分別選擇1986年，2000年和2020年為設計水平年，()年輸沙量青龍河流域植被較好，泥沙來源在地區(qū)分布和洪水分布上一致。主要是土門子與某之間，其間來沙量約占某以上總輸沙量的95%以上，而汛期輸沙量又集中在幾次特大洪水上。年際間泥沙量的變化懸殊。由統(tǒng)計分析得知，某站多年平均淤沙量為389t,多年平均含沙量為4.0kg/m3，多年平均侵蝕模數(shù)為762.8t/km2。從泥沙的組成情況來看，泥沙顆粒較粗，中值粒徑為0.075mm，淤沙浮容重0.9t/m3，內摩擦角為12度。()水文分析成果表 表1-1水文分析成果表序號姓

9、名單 位數(shù) 量備 注1利用水文系列年限 35 2代表性流量    多年平均流量立米/秒30.5  調查歷史最大流量立米/秒3400  設計洪水洪峰流量(P=1%)立米/秒3600  校核洪水洪峰流量(P=0.1%)立米/秒5200  保壩洪水洪峰流量(P=0.01%)立米/秒7600 3洪量    設計洪水洪量(P=1%)億立米6.5五 天 校核洪水洪量(P=0.1%)億立米8.2五 天4多年平均

10、年徑流量億立米9.6 5多年平均輸沙量噸431 1.2.3水利計算()死水位選擇為盡可能增加自流灌溉面積，并使電站水頭適當加高，力求達到電源自給以及為今后水庫淤積留有余地。按二十年淤積高程，選定死水位104m。()調節(jié)性能的選定灌溉保證率選取P=75%，水庫上游來水，首先滿足灌區(qū)工農業(yè)用水，電站則利用余水發(fā)電，從年調節(jié)和多年調節(jié)兩方案的水電量利用系數(shù)和壩高都相差不大，但是多年調節(jié)性能的水庫能提供的電量和裝機利用小時都較年調節(jié)性能水庫提高20%。故確定該水庫為多年調節(jié)性能水庫。()興利水位的確定原則和指標根據青龍河洪水特性，汛期限制水位在七、八月定為140.5米。七、八月以后

11、可重復利用一部分防洪庫容蓄水興利以不降工程防洪標準，以防洪興利兼顧為原則，確定九、十月限制水位，提高為136.2米汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超超過百年設計洪水位考慮，確定汛末興利水位為141米。 電站的主要任務是滿足本灌區(qū)提灌用電的要求，因此在保證灌區(qū)工農業(yè)用水的基礎上，確定電站的運用原則是灌溉季節(jié)多引水發(fā)電，非灌溉季節(jié)少引水發(fā)電，遇豐水年則充分利用棄水多發(fā)電，提高年水量的利用系數(shù)。()防洪運用原則及設計洪水的確定 某水庫屬一級工程。水庫大壩建筑物按千年一遇洪水設計，萬年一遇洪水校核。由于采用的洪水計算數(shù)值中未考慮歷史特大洪水的影響，故用萬年一遇洪水作非常保壩標準對水工建筑物進行復核。調洪運

12、用原則：入庫洪水為百年一遇時，為提高下游河道的電站、橋梁等建筑物的防洪標準，水庫控制下流量為2000秒立米。當入庫洪水為千年一遇時，溢洪道單寬流量以70每秒立米控制泄流。 當入庫洪水為萬年一遇時，按上述原則操作，即庫水位接近校核水位時，水庫水位仍繼續(xù)上漲，為確保大壩安全，溢洪道敞開洪，允許溢洪道局部破壞。 ()水庫排沙和淤沙計算某水庫回水長25公里，河道彎曲，河床比降為2.2%，河床寬300米左右，是個典型的河道型水庫。水庫利用異重流排沙。在蓄水過程中，只能用灌溉、發(fā)電有盈余水進行排沙，經計算，多年平均排沙量只占5.2%，94.8%的泥沙都要淤積在庫區(qū)內侵占興利庫容。淤沙高程為97.6m，堆沙

13、庫容為1.66×108m3。()水庫工程特征值A. 樞紐下泄流量及相應下游水位水庫上游設計洪水位為142.0m，相應下游水位為92.0m，庫容為8.32×108m3，溢流壩相應的泄量為15243m3/s；上游校核洪水位為143.3m，相應下游水位為92.4m，庫容為8.70×108m3，溢流壩相應的泄量為19857 m3/s；上游正常蓄水位為141m（與汛限水位同高），相應下游水位為86.1m；死水位為90.0m，相應的庫容為0.78×108m3； 表1-2水庫技術經濟指標表序號名 稱單 位數(shù) 量備 注1水庫水位  

14、0; 校核洪水位(P=0.01%)米 考慮淤積20年 設計洪水位(P=1%)米 考慮淤積20年 興利水位米 考慮淤積20年 汛限水位米 考慮淤積20年 死水位米 考慮淤積20年2水庫容積    總庫容億立米5.05校核洪水位 設計洪水位庫容億立米4.63 序號名 稱單 位數(shù) 量備 注 防洪庫容億立米14.93  興利庫容億立米   其中共用庫容億立米   死庫容億立米  3庫容系數(shù)%  4調節(jié)特性

15、 多年 表1-3主要建筑物尺寸序號名 稱單 位數(shù) 量備 注2導流泄洪洞    型式 明流隧洞工作閘前 隧洞內徑米8×8城門洞型    壓力隧洞8米 消能方式 挑流  最大泄量(P=0.01%)立米/秒22000   最大流速米/秒   閘門型式 弧形門11扇  啟閉機型式 300噸油壓啟閉機  檢修門 15×

16、15.5斜拉門  進口底部高程米90.0  灌溉發(fā)電洞    型式 壓力鋼管隧洞  內徑米6  灌溉支洞內徑米3  最大流量立米/秒45  進口底部高程 131.6 4樞紐電站   序號名 稱單 位數(shù) 量備 注 型式 引水式  廠房面積平方米39×16.2  裝機容量MW3×10 

17、0;每臺機組過水能力立米/秒12.0 1.2.4建筑材料及筑壩材料技術指示的選定 當?shù)靥烊唤ㄖ牧戏植荚趬沃返貐^(qū)上、下游河灘及兩岸階地。其中，土料主要分布在莊窩、土谷子等七處，沙礫卵石料主要有南杖子、某等八處，各料廠的材料物理性質基本滿足要求，可做大壩混凝土骨料及拱圍堰。(1)土料 壩址上、下游均有土料場，儲量豐富，平均運距小于1.5公里，根據155組試驗成果統(tǒng)計，土料平均粘粒含量為26.4%，粉粒55.9%，砂粉17.6%，其中25%屬粉質粘土，60.7%屬重粉質壤土，14.3%屬中粉質壤土，平均塑性指數(shù)11.1，比重2.75。最大干容重1.67噸/立米，最優(yōu)含水量20.5%，滲透

18、系數(shù)0.44×10-6厘米/秒。具有中等壓縮性，強度指標見下頁表。(2)砂礫料 主要分布在河灘上，儲量為205萬立米，扣除漂石及圍堰淹沒部分，可利用的約100151萬立米，其顆粒級配不連續(xù)，缺少蹭粒徑，根據野外29組自然坡度角試驗，34組室內試驗分析，統(tǒng)計成果如下： 自然么重1.87噸/立米，軟弱顆料含量2.64%。 不均勻系數(shù)561顆，顆組成見下表：顆料組成(毫米)%表1-4顆粒組成<200<80<40<20<5<2<1<0.5<0.25<0.583.774.257.746.238.634.632.829.724.74.9

19、 砂的儲量很少，且石英顆料少，細度模數(shù)很低，不宜作混凝土骨料，砂(D<2毫米)的相對緊密度為0.895。(3)石料壩址區(qū)石料較多，儲量可滿足需要，溢洪道、導流洞出碴也可利用。沙石料廠設在水庫下游13km的鹿尾山，大楊莊、薛莊，總儲量1176萬m3.(4)筑壩材料技術指標的選定 本工程經過試驗，并參考有關文獻資料及其他的工程的經驗，最后選定其筑壩材料的各項技術指標。表1-5砂礫料強度指標1試驗方法統(tǒng) 計 方 法剪 力 (度)C(公斤/公分2)飽合固結快剪(25組)飽合固結快剪(82組)算術平均23.270.280算術小值平均20.960.193算術平均21.540.293快剪(18組)算術

20、小值平均21.30.293值平均1.30.293值小值平均21.00.194算術平均22.680.583算術小值平均20.030.356值平均22.50.583值小值平均23.80.356快 剪 (8組)算術平均28.80.451算術小值平均25.750.293值平均29.00.451值小值平均28.70.293三軸不排水剪(10組)三軸不排水剪(6組)總應力小值平均200.288有效應力小值平均25°200.13總應力小值平均13°300.28有效應力小值平均25°200.08三軸飽合固結不排水剪(6組)總應力小值平均18°200.42有效應

21、力小值平均22°300.35 表1-6砂礫料強度指標2試驗方法統(tǒng) 計 方 法剪 力（°）C(公斤/厘米2)野外自然坡度角(29組)算術平均35°7 算術小值平均31°2 室內剪力試驗算術平均31.1° 算術小值平均29.1° 算術平均31° 算術小值平均29° 筑壩土料統(tǒng)計國外9座粘料含量2030%的高壩=21°，C=0.4公斤/厘米2左右，國內建國初期建成的壩選用指標一般較低，但近期建成的壩一般在25左右初始孔隙水壓力系數(shù)一般在0.3

22、0.4。我國岳城水庫施工期采用0.21。據此采用的技術指標見下表。砂礫料的強度指標，試驗結果與實際出入較大，統(tǒng)計國內12座水庫資料，平均值在32°以上，特別是最近建成的橫山=38°39°；毛家村=37°，美國“土與土石壩”一書推薦，當相對緊密度D>0.7時，=34°35°，鑒于本地砂礫料級配不好，故選用=310.堆石指標一般值在39°45°之間，統(tǒng)計國外9座砂巖地區(qū)筑壩石料平均值為39.1°，我國獅子灘堆石壩試驗為36°45°，取用39°50，故本工程取用值40

23、6;。左巖黃土臺地(Q2)壓縮系數(shù)SS=0.025，起始孔隙比e0=0.725，平均料徑D50=0.1mm。1.3 壩型選擇該壩區(qū)宜建黏土心墻壩或黏土斜墻壩，具體那一種進一步比較論：心墻壩要求心墻與壩殼大體同時填筑，干擾大，一旦建成，難修補。斜墻壩防滲體置于壩剖面的一側，其優(yōu)點是斜墻與壩殼之間的施工干擾相對較小，在調配勞動力和縮短工期方面比心墻壩有利。壩的穩(wěn)定性較高，墻后整個壩體對壩的穩(wěn)定性都起作用，壩體傳給地基的壓力比較均勻，分期施工方便，第一期工程量少。經綜合考慮該壩型為：黏土斜墻壩。1.4壩線比選灌溉發(fā)電洞及樞紐電站布置在右岸。上壩線方案：沿線基巖以厚層粉砂巖為主，巖石完整，透水性小，洞

24、頂以上巖層厚度較小。本建筑物位于南坪溝東凹溝古河道內巖面上有05米厚的底礫巖及厚度不等的亞粘土層，電站廠房處巖石風化層厚度約56米。對其產生的滲漏及土體坍塌應采取必要的工程措施。下壩線方案：沿線全為基巖，出露巖性為大紅峪組石英砂巖與板狀粉細砂巖互層，巖石堅硬、構造簡單、滲透性小，工程比較簡易可靠，灌溉引水洞出口高程110m，閘首樞紐由一干、二干進水建筑物組成。故選用下壩線方案。2.大壩剖面基本尺寸確定2.1壩頂高程2.1.1正常蓄水位情況下的壩頂超高（）=R+e+A （2-1） （2-2）(1)R-波浪爬高,m。按蒲田試驗站統(tǒng)計分析公式計算,先計算平均爬高，平均爬高按按下式計算：= （2-3）

25、 =0.0018 （2-4） =4.0 （2-5）式中： -與壩坡的糙率和滲透性有關的系數(shù)，本設計采用砌石護面，查教材水工建筑物表51得：=0.750.80,取K=0.78;H-沿水庫吹程方向的平均水域深度，初擬時，可近似取壩前水深，m；H=141-85=56m；-經驗系數(shù),由風速V=23.7m/s,壩前水深H=56.0m及及重力加速度g=9.81m/s2組成的無維量=1.477,查教材水工建筑物表5-2得=1.02V-風速，正常運用條件下的II級壩采用V=1.5 =1.5×15.8=23.7m/s-折減系數(shù),取風向與壩軸線垂直的夾角為00，查教材水工建筑物表5-4可知：=1m-壩坡

26、系數(shù)，為壩坡傾角，初擬時取m=3.0;D-水庫吹程，m；由本設計資料查得D=3000m；-平均坡高，=0.0018×-波浪平均周期； -平均波長,假設，故為深水波；-平均爬高: =波浪設計爬高R按建筑物的級別確定,對于、土石壩取保證率P=1%的波浪爬高值，該土石壩等級屬于II級，故P=1%。根據=0.1643,H=56m得/H=0.1643/56=0.00294查教材水工建筑物表5-3得R/=2.23則:R=2.23×=2.23×0.3267=0.728(2)e-風壅水面超出庫水位的高度,m； K-平均摩阻系數(shù),；-風向與壩軸垂線的夾角；H-平均水深,壩前水深為5

27、6m,e(3)A-安全加高,根據壩的等級和運用情況查教材水工建筑物表1-11則：A=0.7m，則正常運用情況下壩頂超高為: =R+e+A=0.728+14.1×10+0.7=1.442m2.1.2非常運用條件下的壩頂超高（）(1)R波浪爬高，按蒲田試驗站公式計算：V=15.8m/s =0.0018×0.612m =0.7693 按P1%，2.23則：R2.232.23×0.46=1.7155m（2）e-風壅水面超出庫水位的高度,m;e（3）A安全超高，查表得A0.5m則：非常運用情況下壩頂超高為：R+e+A1.7155+0.52.22m2.1.3壩頂高程的確定及壩

28、高的確定由于正常蓄水位為141m，校核洪水位為143.3。Y求得后，壩頂高程應分別按以下二種情況計算，并取最大值：壩頂高程max145.52m壩體施工沉陷超高，本設計取壩高的0.4，即56×0.4=0.224m考慮到上游壩段設置1.2m高的防浪墻，用防浪墻頂部高程代替壩頂高程，則壩高為：145.52+1.2-85+0.22460.496m，考慮到防滲體與壩面間的厚度應大于最大凍土厚度，則取壩高為61m。則壩頂高程85+61146m2.2壩頂寬度碾壓式土石壩設計規(guī)范SDJ21884規(guī)定，如無特殊要求時，高壩最高寬度為1015m，中、低壩為510m，此壩屬中壩且無特殊要求，則確定壩頂寬度

29、為8m。2.3壩坡及平臺（馬道）2.3.1壩坡參考已建工程，初擬上游壩坡為：13.0；下游壩坡為：12.5。在下游變坡處設平臺，寬2.0m，以攔截并排除雨水，防止嚴重沖刷壩面，并兼做交通、檢修、觀測之用，也有利于壩坡穩(wěn)定，下游平臺設集水溝。見圖2-2。2.4防滲體本設計防滲體初步確定采用土質防滲體，即黏土斜墻防滲體。斜墻位于壩體內靠近上游面，頂部不小于3.0m,底部不宜小于大壩水頭的1/5。頂部=4.4m，底寬=24.1285×1/5=17，斜墻頂高出設計洪水位0.60.8m,本設計取0.7m,即為56.0+0.7=56.7m，斜墻上游邊坡為1：2.75，下游邊坡為1：2.25。斜墻

30、頂部和上游設置砂礫保護層，其厚度（146-85-1.2-56.7）2.1m，大于多年平均最大凍土厚度0.6m。斜墻上下游均設過濾層，過濾層為0.4m厚的粗砂。見圖2-3。2.5排水設備本設計采用棱體排水，棱體頂面應高出下游最高水位，超出高度應大于波浪爬高且對II級壩不小于0.5米，并應保證壩體浸潤線位于下游壩面凍層以下。確定棱體頂面高程93.5m，頂寬2m，棱體內坡為11.5，外坡為12.0。見圖2-4。2.6地基處理此壩基沿線全為基巖，對基巖地基處理參數(shù)可參見混凝土壩，主要是保證地基滲流穩(wěn)定，控制滲流量。本設計初步采用黏土截水槽，與黏土斜墻連成整體，其上部厚度與斜墻底部厚度相同為24.12m

31、,下部寬度取為10.12m槽底開挖齒墻，以加強截水槽與基巖的連接，截水槽開挖邊坡為11。3.滲流計算圖3-1 大壩平面圖 單位(m)滲流計算時，水庫運行中出現(xiàn)的不利條件，即基本工況如下：(1)上游校核洪水位143.3m，下游相應水位92.4m(2)水位降落時的滲流計算。本設計僅對第(1)種工況做滲流計算。3.1上游校核洪水位143.3m下游相應水位92.4m的滲流計算3.1.1 分段情況 根據壩軸線地質剖面圖的地形，地質情況，沿壩軸線分三段進行計算，中間段為河床平均寬的范圍，在其中選取1-1段面進行滲流計算；左段的地形在此選取斷面2-2進行滲流計算；同法在右岸選取斷面3-3，進行滲流計算。3.

32、1.21-1斷面的滲流計算1>計算簡圖如圖所示圖3-2 1-1斷面剖面圖 （單位：mm）2>單寬滲流量：用下式計算通過斜墻和截水墻的單寬流量 (3-1)h：斜墻后滲水深。已知斜墻滲透系數(shù)；壩前水深H1143.3-8558.3m，地基厚度T14m，斜墻的平均厚度為：截水槽的平均厚度將、K0、H1、T等代入上式有：用下式計算通過斜墻下游壩體和壩基的單寬流量：q2=K=f2(h) (3-2)已知壩體滲透系數(shù)K5.79×10-2cm/s；壩基厚度T14m；H27.4m；m22.5；滲徑長：代入上式有：=5.79×10-4=f2(h)根據水流連續(xù)條件有q1=q2，聯(lián)立求解

33、得：h 式中取：K1.0×10-7cm/s代入上式有：h3.535m則單寬流量： 0.3/（s·m）3>繪制浸潤線：浸潤線近似為一直線，見圖。3.1.32-2斷面的滲流計算1>計算簡圖如圖所示。圖3-3 2-2斷面（單位：mm）2>單寬流量：上游水位143.3m，下游無水，壩底高程為112.4m，無排水設備，用下式計算通過斜墻的單寬滲流量： (3-3)已知斜墻的滲透系數(shù)：下游水深H17.4m，代入上式： 通過下游壩體的單寬流量按下式計算：壩體滲透系數(shù)為，計算長度： 由得：h0.285m則單寬流量： /(s·m)3>逸出調度及浸潤線繪制： 已

34、知：/(s·m)，m2=3.0代入上式有：按下式繪制浸潤線：y= 代入已知數(shù)據有：y=在0161.9m之間假定一系列x值，求得相應的y值，列于表(5-1)中，將表中x，y值繪制于圖5-2(2-2斷面圖)上并連成曲線變?yōu)閴误w浸潤線。(坐標原點在下游)表3-1：表3-1浸潤線坐標x(m)020406080100120140160161.9y(m)0.00050.07870.1110.1360.1570.1760.1930.2080.2230.224 3.1.4 3-3斷面的滲流計算1>計算簡圖如圖3-3所示圖3-4 3-3斷面（單位：mm）2>單寬流量：上游水位143.3m，

35、下游無水，壩底高程為122.4m，無排水設備，用下式計算通過斜墻的單寬滲流量：已知斜墻的滲透系數(shù)K0=1.0×10-7m/s；上游水深H1143.3-122.4=20.9m，斜墻的平均厚度為：代入上式：通過下游壩體的單寬流量按下式計算：，壩體滲透系數(shù)K=5.79×10-4m/s。計算長度：L=(143.3-122.4)×2.5+8+(144-122.4)×2.25=52m則由得：h=0.049m則單寬流量：/(s·m)逸出高度：3>逸出高度及浸潤線繪制：已知：按下式繪制浸潤線：式中x、y值繪于圖5-3(3-3斷面圖)上并連成曲線，便為壩體

36、的浸潤線。(坐標原點在下游)在052之間假定一系列x值，求得相應的y值，列于表5-2中表3-2 浸潤線坐標X(m)0102030405052Y(m)0.0000670.020.0280.03460.040.04470.04563.1.5總滲流量計算已知：(s·m), (s·m), (s·m), ，則總滲流量為：則一天的總滲流量為：3.1.6校核滲漏量：大壩在校核洪水位的庫容為5.05億。而每日滲漏量僅5.55，故滿足防滲要求。4.大壩穩(wěn)定分析4.1穩(wěn)定分析的目的 對土石壩進行穩(wěn)定分析的目的，是通過計算壩體剖面的穩(wěn)定安全度來確定壩的經濟剖面。4.2荷載作用在土石壩上

37、的荷載主要有以下幾種：4.2.1土體自重壩體浸潤線以上的部分按濕容重計，浸潤線以下于壩體外水位之間的部分按飽和容重計，壩體水位以下部分按浮容重計。4.2.2滲流力可由流網法求得，本設計不計滲流力。4.2.3孔隙壓力對于粘性壩坡，由于孔隙中的水或空氣不易排出，當孔隙為水或氣餉且受壓時，上部傳來的荷載將有孔隙水，氣和土粒骨架共同承擔，土粒骨架承擔的應力萬畝有效應力，孔隙水、氣承擔的應力稱孔隙壓力，二者之和為總應力，孔隙力是一種張力，各向相等，其數(shù)值與土料性質，填土含水量，受荷載與排水條件，運用工況有關，并隨時間而變化，隨荷載增加而變大，又隨孔隙水的排出而流散，精確計算較復雜，目前多為近似計算，由于

38、本設計壩殼材料多為砂礫料，屬于無粘性土，故不計孔隙壓力。4.2.4地震力本工程所在地區(qū)基本烈度為6度，根據我國水工建筑物抗震規(guī)范(SDJ10-78)設計烈度在6度以下時，除對重要工程采取適當?shù)目拐鸾Y構和工程措施外：可不作抗震設計。本水庫可忽略地震力。4.3穩(wěn)定分析方法對于無粘性土壩坡的上下游壩殼及斜墻連同上游保護層一起滑動時的穩(wěn)定計算，宜采用直線法或折線法。本設計為無粘性土壩殼材料，故采用折線法對土石壩進行穩(wěn)定分析計算。4.4計算工況上游水位為校核洪水位，下游為相應水位的下游壩坡。4.5穩(wěn)定計算上游為校核水位，下游為相應水位的下游壩坡上游水位為143.3m，下游水位為92.4m，按下式計算安全

39、系數(shù)K（4-1）（4-2）4.5.1計算簡圖圖4-1 大壩下游計算圖4.5.2計算過程已知：=36º，=34º，為計算簡便，下游壩坡取平均值m=3.0.(1) 假設=18.5º, =13º,取單寬重量、，分別按下式計算：將以上數(shù)據代入中，得將以上數(shù)據代入式中：整理，得得 K=2.062 或 K=0.062則 K=2.062在此工況下，重新設定不同的、角，計算其安全系數(shù)，并列于下表：表4-1 不同工況下安全系數(shù)水庫水位（º）（º）()()上游為校核水位143.3米下游為相應水位92.4米18.5134980.1183.862.06219

40、.23267.942.049202691.072.03118153349.2179.472.243192101.352.159201352.332.13018.5171405.4213.3162.15019927.692.08820491.572.052經分析計算知，在此情況下當=20º，=13º時，取得=2.031大于規(guī)范規(guī)定的1.10，因此所擬定的土壩斷面尺寸是合理的，滿足穩(wěn)定要求。5.沉降量計算土壩的沉降量包括壩基與壩體的兩個部分。一般都應進行沉降估算，其目的在于確定竣工時壩頂應預留的超高，以及估算壩體各個部位之間的不均勻沉降和不均勻沉降梯度，以便初步判斷是否存在發(fā)生

41、裂縫的可能性，并研究防止裂縫的工程措施。本設計由于壩體為砂礫石，在施工期一般即可完成總沉降的80%以上，所以一般可不進行沉降計算。計算壩身最終沉降量時需要有大量的壓縮實驗成果，即壓縮曲線。因本設計資料不全，僅做簡單的方法說明。5.1壩體沉降量計算5.1.1 計算要求精確計算壩體沉陷，應根據壩體應力計算成果進行，但一般沉陷計算不要求十分精確，用以下基本假定進行計算，就可以滿足要求：（1）壩體中任何因自重所引起的垂直壓應力等于該點上面土柱的重量；（2）壩體中最大沉降量發(fā)生在壩軸線附近；（3）壩體土料在壓縮時不發(fā)生側向膨脹。5.1.2方法與步驟（1）若存在壓縮曲線，如圖所示：圖5-1 壓縮曲線圖為了

42、簡化起見，一般計算土壩壓縮時，在壓應力的一定范圍內以直線代替壓縮曲線，如圖（5-1）所示。開始壓應力P1與終結壓應力P2愈接近，則誤差愈小，根據圖（5-1）有：e2=e1-(P2-P1)tge1-AP (5-1)式中：a為壓縮系數(shù)，a=tg（2）由以上壓縮曲線查得壓縮系數(shù)a，孔隙比e1，把已知數(shù)據代入到最終沉降量計算公式有：S （5-2）在此將壩高分為7層，前6層厚為10m，第7層厚為9m?？倝胃邽?9m。計算各層沉降量Si （5-3）式中：hi第i層計算土層厚度，m。Pi1第i層土高度處本層土柱的有效重量，等于hi(1-)，KN/m3Pi2第i層土高度處自壩頂或壩面的土柱自重，KN/m3ai

43、 （5-4）ai第i層的壓縮系數(shù)。ei1Pi1層有效重量壓應力下的孔隙比，ei1可采用設計初始孔隙比e0；ei2Pi2壓應力下的孔隙比；填土的起始孔隙壓力系數(shù)。5.2壩基沉降量計算5.2.1基本假定（1） 設單位長壩體的總重量為R，其作用線通過壩斷面形心；（2） 設該荷載從壩的上、下游壩址按45度向壩基內擴散；（3） 壩基內任一水平面上由此引起的附加應力呈三角形分布，三角形頂點與壩自重合力作用線吻合。5.3.1沉降量計算（1）計算簡圖：如圖（5-2）圖5-2 大壩沉降計算圖 單位(m)（2）由于斜墻在壩體中體積很小，且所給資料中黏土的比重為2.75，砂礫料的比重為2.7，兩者相差不大，則可在此

44、認為整修壩體為砂礫料，取河谷段壩的最高處單寬為研究對象，進行壩基沉降量計算。鑒于本次設計的性質，在此僅計算壩軸線附近引力最大處一點的沉降量既可。a壩體自重R的確定：已知：壩頂寬為8m，壩底寬B341.53m，壩高為61m，單寬b=1m，d=1.80t/m3則：R（8+341.53）×61×1×1.8019189.197tb受壓區(qū)深度ya：受壓區(qū)深度由下式7-3-1計算：ya =235.921m 因為砂礫石基礎厚度為T7m，Tya，則受壓區(qū)的深度采用yT7mc壩基沉降量S：計算壩基沉降量應用的公式與壩體沉降量應用的公式相同，只是求壓應力P時使用式（5-2）（5-3）

45、求出。壩基土亦應分層進行沉降量計算，其總和即為總沉降量S如下： （5-5） （5-6）S （5-7）式中：Pi用式5-2及式5-3算得之值；hi分層厚度（m） ai壓縮系數(shù)aiei1該層原狀孔隙比ei2筑壩后該層孔隙比Pi1未筑壩前壓力Pi2=Pi1-Pi l由壓應力三角形頂點至端點的水平距離（m） 由壓應力三角形頂點至計算點的水平距離（m）由于本設計資料不全，無法用以上分層總和法計算壩基沉降量，則用下式(7-3-5)對砂礫石基礎進行沉降量估算：S （5-8）式中：S基礎壓縮變形；E0砂礫石彈性模量，取E0（KPa） P基礎表面承受的上部壩體自重應力，在此以式5-3計算其則：h砂礫石層的厚度，

46、h7m則：S0.156m（4） 經以上估算知在應力最大處的沉降量為0.156m。滿足要求，其它點在此不做計算。6.土石料的結構布置根據壩體各部位不同的工作條件，合理的選擇性能相應的土石料及布置區(qū)域。不同的部位對土石料的選擇有不同的要求。6.1壩殼的結構布置使用于填筑壩殼的土石料應滿足：（1）填筑壩殼的土石料應具有較好的透水性，以減小壩體內孔隙壓力和滲流力；（2）具有較高的抗剪強度，以減小壩體工程量（3）具有一定的抗?jié)B穩(wěn)定性，不易發(fā)生管涌，土料級配要好，不均勻系數(shù)要大些；（4）應有較好的抗震穩(wěn)定性，不易遇震發(fā)生液化流動?；谝陨弦?，壩殼材料采用砂礫料，滲透系數(shù)為5.79×6.2防滲體

47、的結構布置防滲體的土料應滿足：（1）應具有一定的不透水性。用于填筑防滲體的土料，其滲透系數(shù)不大于×；（2）應具有一定的可塑性，以適應壩與壩基的變形而不致產生裂縫；（3）為保證有一定的抗水性，填筑防滲體及均質壩的土料，其有機質含量應分別小于2%和5%（按重量計）；水溶鹽含量均應小于3%?；谝陨弦?，并結合當?shù)赝亮系膬α?，防滲體采用粘土，其滲透系數(shù)為×。6.3排水設施及護坡的結構布置用于排水設備和護坡的石料，應具有較高的抗壓強度，良好的抗水性，不易溶蝕，并具有抗凍融性和抗風化性。飽和抗壓強度應小于40或50，軟化系數(shù)（飽和抗壓強度于抗壓強度之比）不小于0.75或0.85。巖石

48、孔隙率不大于3%，吸水率（按孔隙體積比計算）不大于0.8，容重應大于22?？刹捎脡K石，碎石，礫石?；谏鲜隹紤]，排水設備采用棱體排水；護坡采用干砌石護坡。6.4反濾層的結構布置反濾層由23層不同粒徑的砂石料排列組成，層面與滲流方向大致正交，粒徑沿滲流方向由細到粗逐層增大。按照機械化施工，每層厚度在1m以上，總厚度不小于3.0m。根據上面原則布置反濾層，見細部構造附圖所示。反濾層設在心墻與壩殼交界處、節(jié)水槽開挖交界處和排水體與壩殼交界處。填筑反濾層的礫和礫石，應質地致密堅硬，具有較高的抗水性和抗風化能力，一般不采用風化料；粒組間應有較好的透水性，粒徑<0.1的顆粒含量應小于5%?；谏鲜隹?/p>

49、慮，反濾層采用細砂d=0.3mm，中砂d=2mm，粗砂d=107.細部構造7.1壩頂為防止防滲體干裂和雨水沖蝕，滿足維修和防汛要求，壩頂做柔性護面，以適應壩頂變形和及時發(fā)現(xiàn)壩體裂縫。護面采用0.2米厚黃泥灌漿碎石，其下設0.2米厚碎石墊層。壩頂高程為146m，壩頂寬度為8m，為排除雨水，壩頂做成向下游側的斜坡，坡度為3%。坡面末端設排水溝，匯集壩頂積水，排水溝端面尺寸為0.2m0.2m。在壩頂上游側做穩(wěn)定、堅固和不透水的防浪墻，高5米，高程147.2米，見細部構造附圖所示?；A牢固地埋入壩內并與防滲體緊密結合，墻底與防滲體頂部接觸滲徑滿足：式中：防浪墻底面承受的水頭m，算至波浪水面； 防浪墻底

50、與防滲體接觸滲徑長度，m； 萊因系數(shù)，取2.5。,滿足要求。防浪墻采用漿砌石。墻頂高出壩頂1.2m，墻厚0.6m。墻內設伸縮縫間距為15m，縫內設止水。壩頂下游側設邊石，邊石采用漿砌石修筑，邊石內每隔60m設排水孔，以將壩頂排水溝內匯集的雨水經壩面排水溝排至下游。7.2地基處理土石壩的地基滲水、承載能力小，壓縮性大、抗剪強度低及震動液化等問題，通常需對地基采取不同的處理措施。本設計壩址處砂卵層7米，需開挖7米做截水槽，并與基巖連接。壩基的防滲處理主要是在上游壩踵周邊的基座上進行帷幕灌漿。根據規(guī)范“防滲帷幕上游的壩基宜進行固結灌漿”， 固結灌漿深度一般為58米，孔距4米成梅花形排列。帷幕灌漿深度

51、是按相對隔水層的單位吸水率標準確定的，本工程按中壩控制，帷幕灌漿是為了防止壩基內產生機械或化學管涌以保證壩基滲透穩(wěn)定。帷幕灌漿深度取0.30.7倍的壩高，根據本地區(qū)的地質情況確定平均灌漿深度為30米左右。河床部分作用水頭按60米計，按允許水力坡降算得帷幕厚度2.8米，帷幕排數(shù)為兩排，孔距2米，排距1.5米，兩岸邊坡設一排灌漿孔，孔距2米。7.3排水設備本設計采用堆砌石棱體排水設備，棱體頂高為93.5m，高出下游水位1m，頂寬2m，棱體內坡為1：1.5，外坡為1：2.0圖7-1 棱體排水布置圖 單位(mm)7.4護坡及壩面排水7.4.1 上游護坡上游壩面設計干砌石護坡，厚度0.3m，下面設厚度0

52、.2m的碎石墊層，護坡范圍上至壩頂、下至壩址，見細部構造附圖所示。 7.4.2下游護坡下游護坡也采用干砌石護坡，厚度為0.3m，下面設厚度為0.2m的碎石墊層，護坡范圍上至壩頂，下至壩腳，見細部構造附圖所示。圖7-2 下有護坡布置圖 單位(mm)7.4.3壩面排水為防止雨水沖刷，下游壩面常設置縱橫連通的排水溝，沿壩體與岸坡的結合處，也設置排水溝以攔截山坡上的雨水。壩面上的縱向排水溝沿馬道內側布置，用漿砌石做成梯形或矩形斷面。沿壩軸線方向每隔80m設一條橫向排水溝。7.4.4土壩與壩基、岸坡的連接這些連接面設計遵循的原則是：防止連接面或靠近連接面處發(fā)生水力劈裂，以及防止鄰近連接面的巖石節(jié)理大量滲

53、漏，引起壩體管涌；防止壩基內殘存軟弱層面，影響壩體穩(wěn)定；防止岸坡形狀和坡度不當，引起不均勻沉降導致壩體裂縫。7.4.5土壩與壩基的連接筑壩前將壩基范圍內的表層腐植土、稀泥、草皮、亂石等清除，清基厚度為0.3m1m。防滲體與基巖連接時，把巖基開挖至新鮮巖面并使巖面平整，且設置4m0.5m 的齒槽，在巖面噴一層沙漿之后回填粘土。7.4.6土壩與兩岸的連接土石壩的岸坡應清理成緩變的坡面，開挖邊坡不宜太陡，巖石岸坡不能陡于1：0.5或1：0.75，土岸坡不陡于1：1.5；砂礫壩殼部位的岸坡以維持岸坡看顧身穩(wěn)定為原則。為延長滲徑，粘土斜墻在岸坡結合處應適當加寬，斜墻擴寬至少1倍，以漸變形式過渡到正常端面，