畢業(yè)設(shè)計-開題報告

1、畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目：楊水碾水利樞紐設(shè)計實體重力壩設(shè)計方案 課 題 類 別： 設(shè)計R 論文學(xué) 生 姓 名： 羅安琪學(xué) 號： 201219040408班 級： 水電1202班專業(yè)（全稱）： 水利水電工程指 導(dǎo) 教 師： 胡煒2016 年 3 月一、 本課題設(shè)計（研究）的目的：1、通過本次設(shè)計，使學(xué)生更加深刻的掌握專業(yè)知識，以及設(shè)計的流程； 2、培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、查閱技術(shù)文獻(xiàn)和資料及編寫技術(shù)文檔的能力； 3、能過設(shè)計成果的整理與修改，培養(yǎng)我們在計算、識圖、手工繪圖、編寫設(shè)計文件及應(yīng)用計算機的綜合能力； 4、通過本次畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際工程技術(shù)問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生獨立思

2、考、解決問題和獨立工作能力； 5、提高創(chuàng)新精神與科學(xué)態(tài)度相結(jié)合的能力樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、實事求是和刻苦鉆研的工作作風(fēng)和團隊合作的精神。 6、本次畢業(yè)設(shè)計是以楊水碾水利樞紐為課題，該樞紐由擋水建筑物、泄水建筑物、電站建筑物等主要建筑物組成。其主要任務(wù)是發(fā)電和防洪。要求學(xué)生利用所學(xué)知識獨立完成以下工作：1）分析地形地質(zhì)、水文氣象、施工條件等基本資料；2）根據(jù)樞紐建筑物的組成及施工導(dǎo)流等因素進(jìn)行樞紐總體布置；3）調(diào)洪演算；4）非溢流壩段設(shè)計，包括剖面設(shè)計、壩段穩(wěn)定及強度分析等；5）溢流壩段設(shè)計，包括消能防沖設(shè)計、溢流剖面設(shè)計、壩段穩(wěn)定及強度分析等；6）細(xì)部構(gòu)造設(shè)計與地基處理7）科技論文寫作與文獻(xiàn)資料翻譯等

3、。8）畢業(yè)設(shè)計成果整理（繪圖、整理設(shè)計計算說明書等）；9）畢業(yè)答辯。二、 設(shè)計（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（文獻(xiàn)綜述）：摘要：重力壩是一種古老而迄今應(yīng)用仍很廣的壩型，因主要依靠自重維持穩(wěn)定而得名。盡管這種壩型作用結(jié)構(gòu)清楚，壩體體積大，穩(wěn)定性好，但由于各種原因，仍然有可能失事，如1928年美國63m高的圣佛朗西斯重力壩的潰壩失事。因此，重力壩的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)及其壩基的抗滑穩(wěn)定安全問題一直是工程界十分關(guān)注和重視的問題。當(dāng)壩基內(nèi)存在可能導(dǎo)致沿基巖內(nèi)部滑動的不利的軟弱結(jié)構(gòu)面時，大壩的抗滑穩(wěn)定問題便成為了大壩安全的控制因素。 正確評價大壩安全與否的關(guān)鍵，一是應(yīng)力穩(wěn)定的分析方法，二是合理的安全標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)力和穩(wěn)定的計

4、算應(yīng)力求采用真實的材料本構(gòu)關(guān)系和物理力學(xué)參數(shù)，并有與之相配套的安全評價標(biāo)準(zhǔn)。而大壩抗滑穩(wěn)定分析的理論、方法、參數(shù)取值和安全評價標(biāo)準(zhǔn)的確定等一系列基本問題，均需進(jìn)一步深入統(tǒng)籌研究配套使用。本文將就上述問題淺析如下。關(guān)鍵詞：重力壩；安全評價準(zhǔn)則；強度儲備法；剪力比值系數(shù)1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外核算混凝土重力壩的抗滑穩(wěn)定問題應(yīng)用比較廣泛的方法有：剛體極限平衡法、有限單元法、分項系數(shù)法等。1.1 剛體極限平衡法剛體極限平衡法是壩基巖體抗滑穩(wěn)定分析中應(yīng)用最廣泛且為規(guī)范所推薦的一種方法。此法概念清楚，計算簡便，任何規(guī)模的工程均可采用，有豐富的工程經(jīng)驗，并且具有與之配套的比較成熟的安全判定標(biāo)準(zhǔn)。但是，它不

5、能確定滑動塊體的位移和滑裂面上的應(yīng)力分布，因而也就不能探索破壞的機理及其變化發(fā)展過程；當(dāng)滑動面是多折坡時，不得不作出一些假定和簡化，影響了成果的可靠性；當(dāng)滑動面是多層次時，情況就變得更復(fù)雜，需要將可能出現(xiàn)得滑移通道逐個進(jìn)行試算，以確定控制的滑動面，試算工作量相當(dāng)大；試算過程中無法考慮軟弱夾層間的相互影響，使得計算結(jié)果的可用性變得更差；由于剛體極限平衡法是基于滑動面上所有點同時進(jìn)入滑動狀態(tài)，與實際情況不符。1.2 有限單元法有限元法已經(jīng)成為分析復(fù)雜地基的有力工具，它不但可以分析斷層、節(jié)理等地質(zhì)缺陷的影響，而且可以將水工建筑物的應(yīng)力、變形、滲流和穩(wěn)定問題結(jié)合在一起分析，由此了解整個系統(tǒng)的破壞機理。

6、應(yīng)用非線性有限元法可以對具有軟弱夾層地基上壩體深層的抗滑穩(wěn)定這個復(fù)雜問題做出較深入的探索，通過分析可以比較可靠地確定地基內(nèi)地應(yīng)力和變形情況，了解軟弱帶的破壞區(qū)域和錯動值，確定最危險的滑動通道，研究一些加固措施的效果，并確定最終的安全系數(shù)和闡明失穩(wěn)發(fā)展的機理。目前，國內(nèi)用來衡量壩基軟弱夾層的穩(wěn)定安全性，大致有以下三種安全系數(shù)：“超載安全系數(shù)”Kp、“強度儲備系數(shù)”Kc、“剪力比值系數(shù)”Ks。 1.3 分項系數(shù)法 新發(fā)布的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（DL51081999）于2000年7月起開始實施，由于直接采用可靠指標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜，規(guī)范規(guī)定使用極限狀態(tài)表達(dá)式來進(jìn)行結(jié)構(gòu)和地基的穩(wěn)定驗算

7、，要求將建筑物抗滑穩(wěn)定分析從傳統(tǒng)的安全系數(shù)表達(dá)式改為極限狀態(tài)表達(dá)式。 新發(fā)布的水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范( SL315-2005 )于2005年11月實施，壩基面抗滑穩(wěn)定計算應(yīng)按抗剪斷強度公式或抗剪強度公式計算壩基面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。2 分析比較眾所周知，當(dāng)采用剛體極限平衡法校核抗滑穩(wěn)定時，安全系數(shù)是一個籠統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的安全指標(biāo)。例如，抗剪公式的安全系數(shù)為實際作用于可能滑動面上的法向力乘以摩擦系數(shù)f，與沿該巖面滑動的力的比值，計算這種安全系數(shù)并不考慮強度上的要求，因而未能反映實際的安全度；此外，這種計算當(dāng)然亦不能反映出整個結(jié)構(gòu)的破壞變形。要知道，結(jié)構(gòu)在破壞過程中，隨著變形的增大，應(yīng)力不

8、斷進(jìn)行重分布，直至達(dá)到極限荷載，產(chǎn)生極限變形、結(jié)構(gòu)完全破壞為止。對這種破壞過程及其安全度，只有采用非線性彈塑性有限元法計算才能得到確切反映。 所以，目前對于一些重要的工程，特別是對壩基深處的抗滑穩(wěn)定問題較嚴(yán)重的情況，除剛體極限平衡法外，常常進(jìn)行有限元分析。有限元法計算思路明確，理論、方法日趨成熟，通過降低強度指標(biāo)和增加荷載，利用彈塑性有限元法研究壩體的漸進(jìn)破壞過程，這種評價大壩的安全度的方法已逐漸為工程界接受。這種方法將應(yīng)力和穩(wěn)定一起計算統(tǒng)一研究，將抗滑失穩(wěn)破壞看成是點破壞的累進(jìn)，且穩(wěn)定是由應(yīng)力強度問題引起的，從而使應(yīng)力強度及抗滑穩(wěn)定的安全評價合二為一。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（DL5

9、1081999）中，作用分項系數(shù)考慮對各種荷載的標(biāo)準(zhǔn)值的不利變異，是超載系數(shù)的概念；材料性能分項系數(shù)用來反映材料實際強度對所采用的材料強度標(biāo)準(zhǔn)值的不利變異而定出，類似強度的降低系數(shù)；設(shè)計狀況系數(shù)用來反映結(jié)構(gòu)不同狀況有不同的目標(biāo)可靠指標(biāo)；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)用來考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性和失事后果；結(jié)構(gòu)系數(shù)用來反映作用效應(yīng)計算模式的不定性和材料抗力計算模型的不定性。與水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范( SL315-2005 )相比，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（DL51081999）中采用分項系數(shù)的概念更為合理。單一安全系數(shù)法中，作用效應(yīng)函數(shù)和結(jié)構(gòu)抗力函數(shù)中的材料和作用是按定值進(jìn)行的，而在極限狀態(tài)驗算

10、式中，材料和作用必須以標(biāo)準(zhǔn)值配以相應(yīng)的分項系數(shù)進(jìn)行分析。標(biāo)準(zhǔn)值和分項系數(shù)(包括結(jié)構(gòu)系數(shù))是以概率理論為基礎(chǔ)，以結(jié)構(gòu)達(dá)到規(guī)定的可靠度水平為原則確定的，這樣就同時考慮了實際上壩體遇到的既有材料弱化又有荷載增加的可能組合作用。顯然，分項系數(shù)法是更加科學(xué)和合理的。 三、 設(shè)計（研究）的重點與難點，擬采用的途徑（研究手段）：1 安全評價標(biāo)準(zhǔn)的研究用有限元法來分析壩的安全性，如何評價其安全度呢？這是大家普遍關(guān)注的問題。因此必須確定什么是設(shè)計意義上的失穩(wěn)，以什么作為其安全準(zhǔn)則。 1.1 失穩(wěn)判據(jù)體系的穩(wěn)定是指系統(tǒng)在外荷載的作用下能夠保持穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，即這樣的平衡狀態(tài)不會受外部條件的微小干擾而改變。體系的失

11、穩(wěn)是指系統(tǒng)受外部條件的微小擾動而喪失原來的平衡狀態(tài)。體系從靜力平衡轉(zhuǎn)向塑性流動的平衡狀態(tài)稱為體系的極限平衡狀態(tài)即穩(wěn)定臨界狀態(tài)。尋找大壩失穩(wěn)臨界狀態(tài)下的安全系數(shù)是抗滑穩(wěn)定計算中的難題之一。 在非線性計算中，一般采用逐漸降低材料參數(shù)來逼近壩體失穩(wěn)的臨界狀態(tài)。所謂失穩(wěn)，可以通過以下方式來判別：(1)當(dāng)Kp（Kc）達(dá)到一定值后，壩體及地基的變化（可以用某些控制點上的值代表）急劇增大，出現(xiàn)明顯的從量變轉(zhuǎn)向質(zhì)變的現(xiàn)象； (2)當(dāng)Kp（Kc）達(dá)到一定值后，沿滑動通道的全部單元均處于屈服或破壞狀態(tài)，或者塑性區(qū)貫通； (3)當(dāng)Kp（Kc）達(dá)到一定值后，非線性方程組出現(xiàn)不收斂，得不到穩(wěn)定的解答。 對應(yīng)于臨界失穩(wěn)狀

12、態(tài)的安全系數(shù)即為最終安全系數(shù)。1.2 安全評價準(zhǔn)則1.2.1 強度儲備法根據(jù)以往國內(nèi)外大部分學(xué)者的計算經(jīng)驗以及一些工程實例，一般認(rèn)為，強度儲備系數(shù)大于原設(shè)計規(guī)范中的抗剪斷公式要求的安全系數(shù)（即3.0）即認(rèn)為穩(wěn)定復(fù)核符合要求。結(jié)合河海大學(xué)水工結(jié)構(gòu)研究所的三峽大壩左岸15廠房壩段整體穩(wěn)定分析報告，潘家錚院士在95年8月三峽總公司技委會組織的“廠壩聯(lián)合作用”討論會上的總結(jié)發(fā)言也肯定了這種做法。 對基本組合而言，一般認(rèn)為采用逐步降低強度儲備系數(shù)法進(jìn)行安全評價時，當(dāng)強度儲備系數(shù)大于材料分項系數(shù)時，認(rèn)為大壩是穩(wěn)定的，反之，若強度儲備系數(shù)小于材料分項系數(shù)，則大壩穩(wěn)定的安全儲備不足。對建基面的驗算一般認(rèn)為強度

13、儲備系數(shù)大于3.0即符合穩(wěn)定復(fù)核要求（混凝土與基巖材料性能分項系數(shù)3.0）。 1.2.2 應(yīng)力成果核算法不難發(fā)現(xiàn)式:與混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（DL51081999）中極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式相似，與混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（SL315-2005）中壩基抗滑穩(wěn)定抗剪斷公式也相似，由此得出了基于兩種規(guī)范上的安全系數(shù)以及配套的參數(shù)選擇。 基于混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（DL51081999），引入分項系數(shù)的概念，從而得出Ks需滿足下式： 也就是說，采用剪力比值法來評價大壩安全度時，剪力比值系數(shù)應(yīng)當(dāng)大于，與之配套的是：荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計算，抗剪斷摩擦系數(shù)、粘聚力也應(yīng)采用材料的標(biāo)準(zhǔn)值。這種安全準(zhǔn)則的選取與過去常用的安

14、全系數(shù)相比，它考慮了更多結(jié)構(gòu)自變量的綜合因素。此外，公式本身是由規(guī)范規(guī)定的極限平衡安全系數(shù)方法套改而來，因此公式具有可靠度理論和工程經(jīng)驗相結(jié)合的優(yōu)點。 基于混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（SL315-2005），剪力比值系數(shù)只需要滿足該規(guī)范中對于抗滑穩(wěn)定的要求。與之配套的是：荷載應(yīng)采用設(shè)計值進(jìn)行計算，抗剪斷摩擦系數(shù)、粘聚力也應(yīng)采用材料的設(shè)計值。這種安全準(zhǔn)則的選取計算方法簡便，思路明確，與傳統(tǒng)的極限平衡法相對應(yīng)，易于被接受。但隨著可靠度理論的發(fā)展，分項系數(shù)的概念越來越完善，這種安全準(zhǔn)則必將經(jīng)歷一次長足的發(fā)展。四、設(shè)計（研究）進(jìn)度計劃：1、英文翻譯 第4周2、文獻(xiàn)綜述、開題報告 第5周3、調(diào)洪演算、樞紐布置

15、 第69周4、非溢流壩段設(shè)計 第1011周5、溢流壩段設(shè)計 第1213周6、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計、地基處理 第14周7、繪圖、成果整理及評閱 第1516周8、畢業(yè)答辯 第17周五、參考文獻(xiàn)：1. DL5108-1999 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范S. 北京：中國電力出版社，2000；2. SL319-2005 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范S. 北京：中國水利水電出版社，2005；3. SL252-2000 水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)S. 北京：中國水利水電出版社，2000；4. DL5077-1997 水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范S. 北京：中國水利水電出版社，1998；5. DL5073-1997 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范S. 北京：中國水利水電出版社，1997；6. SL265-2001 水閘設(shè)計規(guī)范S. 北京：中國水利水電出版社，2001；7. SL253-2000 溢洪道設(shè)計規(guī)范S. 北京：中國水利水電出版社，2000；8 水利水電規(guī)劃設(shè)計總院. 水工設(shè)計手冊（基礎(chǔ)理論）M. 北京：中國水利水電出版社，2011；9 水利水電規(guī)劃設(shè)計總院. 水工設(shè)計手冊（混凝土壩）M. 北京：中國水利水電出版社，2011；10 水利水電規(guī)劃設(shè)計總院. 水工設(shè)計手冊（泄水與過壩建筑物）M. 北京：中國水利水電出版社，2011；11 張光計、王