水工建筑物土石壩課程設(shè)計(jì)

1、課題名稱： 專業(yè)班級(jí)： 姓 名: 編寫日期：Zhejiang University of Water Resources and Electric Power水工建筑物課程設(shè)計(jì)土石壩設(shè)計(jì)水工（本科）13-3袁 明 煒2016 年7月1日水利與環(huán)境學(xué)院摘要適當(dāng)修建大壩可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)流域地區(qū)發(fā)電、防洪、灌溉的綜合效益。 通過對(duì)地形地質(zhì)、水文資料、氣候特征的分析，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧?，設(shè) 計(jì)適合的樞紐工程來幫助流域地區(qū)實(shí)現(xiàn)很好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)防洪要求， 對(duì)水庫進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，確定壩頂高程及泄洪建筑物尺寸；通過分析， 對(duì)可能的方案進(jìn)行比較，確定樞紐組成建筑物的形式、輪廓尺寸及水利樞 紐布置方案；詳細(xì)作出

2、大壩設(shè)計(jì)，通過比較，確定壩的基本剖面與輪廓尺 寸，擬定地基處理方案與壩身構(gòu)造，進(jìn)行水力、靜力計(jì)算；對(duì)泄水建筑物 進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇建筑物的形式、輪廓尺寸，確定布置方案。水庫配合下游 河道整治等措施，可以很大程度的減輕洪水對(duì)下游城鎮(zhèn)、廠礦、農(nóng)村、公 路、鐵路以及旅游景點(diǎn)的威脅；可為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。目錄第1章基本資料 11.1工程概況11.2水文與水利規(guī)劃 11 .氣象12. 水利計(jì)算11.3地形地質(zhì)條件11. 庫區(qū)工程地質(zhì)條件22. 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件31.4建筑材料及筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定 43 .當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?2樞紐布置 82.1壩軸線選擇82.2工程等級(jí)及建筑物級(jí)別 92.3樞紐布置 1

3、 02.3.1導(dǎo)流泄洪洞112.3.2溢洪道1 12.3.3灌溉發(fā)電洞及樞紐電站 1 13.1壩型確定12第3章壩工設(shè)計(jì) 143.1 土石壩斷面設(shè)計(jì) 143.1.1壩頂高程143.1.2壩頂寬度 163.1.3上下游邊坡163.1.4壩底寬度 173.2防滲體設(shè)計(jì)173.2.1.壩體的防滲173.2.2防滲體的土料要求18第4章壩體滲流計(jì)算 194.1設(shè)計(jì)說明194.1.1 土石壩滲流分析的任務(wù) 194.1.2滲流分析的工況 194.1.3滲流分析的方法194.2滲流計(jì)算204.2.1基本假定204.2.2計(jì)算公式204.2.3三種工況計(jì)算214.2.4滲流校核234.2.5浸潤線計(jì)算244.

4、2.6理正軟件校核 27第5章 土石壩壩坡穩(wěn)定分析及計(jì)算 305.1壩體荷載305.1.1滲流力305.1.2孔隙壓力305.1.3地震力305.2穩(wěn)定分析方法 305.3計(jì)算工況315.4穩(wěn)定計(jì)算315.4.1瑞典圓弧滑動(dòng)法315.4.2理正軟件計(jì)算33第6章細(xì)部構(gòu)造 366.1 壩頂構(gòu)造366.2護(hù)坡366.3反濾層376.4排水體406.5馬道42第1章基本資料1.1工程概況ZF水庫位于 QH河干流上，水庫控制流域面積4990km2，庫容5.05 X08m3。水庫以灌溉發(fā)電為主，結(jié)合防洪，可引水灌溉農(nóng)田71.2 X04畝，遠(yuǎn)期可發(fā)展到104X104畝。灌區(qū)由一個(gè)引水流量為45m3/s的總

5、干渠和 四條分干渠組成，在總干渠渠首及下游24km處分別修建樞紐電站和 HZ電站，總裝機(jī)容量31.45MW，年發(fā)電量1.129為08kWh。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為 百年設(shè)計(jì)，萬年校核。樞紐工程由擋水壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、灌溉發(fā) 電洞及樞紐電站組成。1.2水文與水利規(guī)劃1氣象流域年平均降雨量 686.1mm, 70%集中在69月，多年年平均氣溫 89C，多年平均最高氣溫29.1 T （6月），多年平均最低氣溫-143C （1月）， 多年平均最大風(fēng)速9m/s，水位768.1m時(shí)水庫吹程5.5km。2.水利計(jì)算防洪運(yùn)用原則及設(shè)計(jì)洪水的確定。本水庫屬二級(jí)工程。水庫建筑物按 百年一遇洪水設(shè)計(jì)，千年一遇洪水校核

6、。由于采用的洪水計(jì)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為非常保壩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水工建筑 物進(jìn)行復(fù)核。水庫排沙和淤沙計(jì)算。ZF水庫回水長25km，河道彎曲，河床寬300m 左右，河床比降為2.2%，是個(gè)典型的河道型水庫。1.3地形地質(zhì)條件1:2000壩址附近地形圖、建議壩軸線地質(zhì)圖見附圖。1庫區(qū)工程地質(zhì)條件庫區(qū)兩岸分水嶺高程均在820m以上，基巖出露高程，大部分在800m 左右，主要為紫紅色砂巖，間夾礫巖、粉砂巖和砂質(zhì)頁巖。新鮮基巖透水 性不大。未發(fā)現(xiàn)大的構(gòu)造斷裂，水庫蓄水條件良好。QH河為山區(qū)性河流，兩岸居民及耕地分散，除庫水位以下有一定淹 沒外，浸沒問題不大，庫區(qū)也未發(fā)現(xiàn)重要礦產(chǎn)。

7、表2ZF水庫工程特征值序號(hào)名稱單位數(shù)量備注1設(shè)計(jì)洪水時(shí)最大泄 流里3 m/s2000.00其中溢洪道815相應(yīng)下游水位m700.552校核洪水時(shí)最大泄 流里3 m/s6830.00其中溢洪道5600相應(yīng)下游水位m705.603水庫水位校核洪水位(P=0.01%)m770.40設(shè)計(jì)洪水位(P=1%)m768.10興利水位m767.20汛限水位m760.70死水位m737.004水庫容積總庫容1083m5.05校核洪水位設(shè)計(jì)洪水位庫容1083m4.63防洪庫容1083m1.36興利庫容1083m3.51其中共用庫容1083m1.10死庫容1083m1.055庫容系數(shù)%50.506調(diào)節(jié)特性多年2壩址

8、區(qū)工程地質(zhì)條件QH河在ZF水庫壩址區(qū)呈一彎度很大的“ S”形。壩段位于“S”形的 中、上段。壩段右岸為侵蝕型河岸，岸坡較陡，基巖出露。上下壩線有約 300 m長的低平山梁（單薄分水嶺），左岸為侵蝕堆積岸，岸坡較緩，有大片 土層覆蓋。右岸單薄分水嶺是 QH河環(huán)繞壩段左岸山體相對(duì)側(cè)向侵蝕的結(jié) 果。壩址區(qū)基巖以紫紅色、紫灰色細(xì)砂巖為主，間夾礫巖、粉砂巖和少數(shù) 砂質(zhì)頁巖。地層巖相變化劇烈，第四系除厚度不大的砂層、卵石層外，主 要是黃土類土，在大地構(gòu)造上處于相對(duì)穩(wěn)定區(qū)，未發(fā)現(xiàn)有大的斷裂構(gòu)造跡 象。壩址區(qū)左岸有一大塌滑體，體積約 45X 104m3，對(duì)工程布置有一定影 響。本區(qū)地震基本烈度為6度，建筑物按

9、7度設(shè)防。（1）上壩址上壩址位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向QH河上游。河床寬約300m，河床砂卵石覆蓋層平均厚度 5m，滲透系數(shù)1xi0-2cm/s。一級(jí)階地 （Q4）表層具中偏強(qiáng)濕陷性。左岸 730m高程以上為三級(jí)階地（Q2）具中偏弱 濕陷性。巖基未發(fā)現(xiàn)大范圍的夾層，基巖的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿113-111- 115-104-114各鉆孔連線方向，在巖面下2147m深度范圍 內(nèi)，有一強(qiáng)透水帶，W=5.4630 l/s m2,下限最深至基巖下約80m?；鶐r 透水性從上游向下游有逐漸增大的趨勢，左岸臺(tái)地黃土與基巖交界處的礫 巖（最大厚度6m）透水性強(qiáng)，滲透系數(shù)K=10m/d。左

10、岸單薄分水嶺巖層仍屬于中強(qiáng)透水性，平均 W=0.48l/s m2，應(yīng)考慮排水，增加巖體穩(wěn)定。(2)下壩址位于上壩址同一背斜的東南翼，巖層傾向下游；河床寬約120 m,左岸為二、三級(jí)階地，右岸731m高程以下為基巖，以上為三級(jí)階地。土層 的物理力學(xué)性質(zhì)見“工程地質(zhì)剖面圖”。左岸基巖有一條寬200250m呈北北東方向的強(qiáng)透水帶，右岸 Z溝單 薄分水嶺的透水性亦很大，左右岸巖石中等透水帶下限均可達(dá)巖面下80m左右。河床地段基巖透水性與中等透水帶厚度具有從上游向下游逐漸變小 的趨勢。下游發(fā)現(xiàn)承壓水，二、三級(jí)階地礫石層透水性與上壩線相同，左 岸壩腳靠近塌滑體。1.4建筑材料及筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定庫區(qū)及

11、壩址下游土石料豐富，有利于修建當(dāng)?shù)夭牧蠅巍?1) 土料。壩址上、下游均有土料場，儲(chǔ)量豐富，平均運(yùn)距小于1.5km。 根據(jù)155組試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)，土料平均粘粒含量為 26.4%，粉粒55.9%,粉 砂17.6%，其中25%屬粉質(zhì)粘土，60.7%屬重粉質(zhì)壤土，14.3%屬中粉質(zhì)壤 土。平均塑性指數(shù)11.1，比重27.5kN/m3。最大干重度16.7kN/m3,最優(yōu)含 水量20.5%，滲透系數(shù)0.44X 10-5cm/s。具有中等壓縮性，強(qiáng)度特性見表3。(2) 砂礫料。主要分布在河灘上，儲(chǔ)量為 205 X 104m3，扣除漂石及圍 堰淹沒部分，可利用的砂礫料約100151X 104m3。其顆粒級(jí)配不連

12、續(xù)，缺 少中間粒徑，根據(jù)野外29組自然坡度角試驗(yàn)，34組室內(nèi)試驗(yàn)分析，統(tǒng)計(jì) 成果分析如下：天然重度18.7kN/m3,軟弱顆粒含量2.64%。顆粒組成見表 4。砂的儲(chǔ)量很少，且石英顆粒少，細(xì)度模數(shù)很低，不宜作混凝土骨料， 砂(D<2mm)的相對(duì)緊密度為0.895。（3）石料。壩址區(qū)石料較多，運(yùn)距均在1km以內(nèi)，為厚層砂巖，儲(chǔ)量可滿足需要。溢洪道、導(dǎo)流洞出碴也可利用表3 土料的強(qiáng)度特性試驗(yàn)方法統(tǒng)計(jì)方法抗剪強(qiáng)度指標(biāo)2 -C(kN.cm )飽和固結(jié)快剪（25組）算術(shù)平均23.272.80算術(shù)小值平均20.961.93快剪（82 組）算術(shù)平均21.542.93算術(shù)小值平均21.302.93快剪（

13、18 組）算術(shù)平均21.302.93算術(shù)小值平均21.001.94算術(shù)平均22.685.83算術(shù)小值平均20.033.56算術(shù)平均22.505.83算術(shù)小值平均23.803.56快剪（8組）算術(shù)平均28.804.51算術(shù)小值平均25.752.93算術(shù)平均29.004.51算術(shù)小值平均P28.702.93三軸不排水剪（10 組）算術(shù)平均20.002.88算術(shù)小值平均25.201.30三軸不排水剪（6組）算術(shù)平均13.302.80算術(shù)小值平均25.200.80三軸飽和固結(jié) 不排水剪（6組）算術(shù)平均18.204.20算術(shù)小值平均22.303.50野外自然坡度角（29 組）算術(shù)平均35.70算術(shù)小值平

14、均31.20室內(nèi) 剪切 試驗(yàn)算術(shù)平均31.10算術(shù)小值平均29.10算術(shù)平均31.00算術(shù)小值平均29.00表4砂礫料顆粒組成粒<<<<<<<<<0<0.徑(mm)2008040205210.5.2505含87543332244.9量(%)3.74.27.76.28.64.62.89.7.7(4) 筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定。經(jīng)過試驗(yàn)，并參考有關(guān)文獻(xiàn)資料及其 他工程的經(jīng)驗(yàn)，最后選定其筑壩材料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，見表5。3.當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?1) 土料。根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ牧险{(diào)查報(bào)告，土料場有五個(gè)。根據(jù)試井和 鉆孔情況，從1:2000地形圖初步計(jì)算四個(gè)土

15、場的總儲(chǔ)量為 2 248.6X 104m3, 為需要量的4倍多。各土料場的儲(chǔ)量如表6。(2) 砂礫料。根據(jù)調(diào)查，壩址附近的三個(gè)砂礫場，開采總量約100151 x 104m3(水上部分)，不夠使用。(3) 石料。未進(jìn)行石場儲(chǔ)量的調(diào)查試驗(yàn)工作。在壩址右岸有兩個(gè)石料場。石場空間不夠開闊，運(yùn)輸困難。(4) 骨料。沿河調(diào)查，本地砂只能用于漿砌石和混凝土，其他用砂需 外運(yùn)。表5筑壩材料技術(shù)指標(biāo)筑壩材料壩 體壩基土料砂 礫料堆石砂 礫料黃土比重(kN/m 3)27.527.0度濕重度(kN/m 3)16.518.018.018.016.0重3飽和重度(kN/m 3)19.819.1干重度(kN/m 3)10

16、.411.010.510.2孔隙率n0.33摩 擦 角,施工期內(nèi)總應(yīng)力1031403120有效應(yīng)力22穩(wěn)定滲流期有效應(yīng)力23水位降落有效應(yīng)力23粘聚力C(kN/cm j2.0滲透系數(shù)K(cm/s1)1 X10-61 X0-21 X0-21 X0-5初始孔隙水壓力系數(shù)0.3表6各土料場的儲(chǔ)量土場南坪溝川坡上山大河灘合計(jì)高程74680720767107472277(m)5098卄日儲(chǔ)量(104m3)913.6855.7119.9359.42248.62樞紐布置2.1壩軸線選擇壩軸線應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件、壩型、壩基處理方式、樞紐中 各建筑物（特別是泄洪建筑物）的布置和施工條件等，經(jīng)多方案的技術(shù)

17、經(jīng) 濟(jì)比較確定。壩軸線應(yīng)因地制宜地選定。宜采用直線；當(dāng)采用折線時(shí)，在 轉(zhuǎn)折處應(yīng)布置曲線段。設(shè)計(jì)烈度為 8度、9度地地區(qū)不宜采用折線。9 當(dāng) 壩址處存在喀斯特、大斷層或軟粘土等不良地質(zhì)條件時(shí)，應(yīng)研究避開的可 能性。按照現(xiàn)有給定資料，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析確定壩軸線位置，主要考慮上壩線和下壩線兩個(gè)方案方案因素上壩線下壩線地形條件位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向QH河上游，河 床寬約300m 級(jí)階地（Q4）表 層具中偏強(qiáng)濕陷性，左岸730m 高程以上為三級(jí)階地 （Q2）具 中偏弱濕陷性。位于上壩址同一背斜的東南翼，巖層傾向下游，河床寬約120m 左岸為一、三級(jí)階地，右岸 731m 高程以下為基巖，以上

18、為三級(jí)階地。地質(zhì)條件基巖無夾層，透水性不大，透水性 從上游向下游有逐漸增大的趨 勢，左岸臺(tái)地黃土與基巖交界處 的礫巖透水性強(qiáng)，左岸有單薄分 水嶺.左岸基巖有一條呈東北方向的強(qiáng)透 水帶，左右岸皆有強(qiáng)透水性，透水性 從上游向下游有逐漸變小的趨勢，左岸壩腳靠近塌滑體，右岸有有單 薄分水嶺.筑壩材料壩體:土料,沙礫料，堆石;壩基:沙礫 料，黃土 .壩體：土料，沙礫料，堆石；壩基:沙礫 料，黃土 .施工條件施工布置較為困難，開挖排水不困難施工布置較為困難，開挖排水不困難樞紐布置導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道均布置在左溢洪道可布置在右岸 Z溝，灌溉發(fā)岸單薄分水嶺，灌溉發(fā)電洞則布 置在左岸東凹 溝附近三級(jí) 階地 上。電

19、洞移至上壩線溢洪道軸線西側(cè)40m左右,導(dǎo)流泄洪洞布置在左岸.比較結(jié)果分析后，初步選定壩軸線位置在上壩線，主要考慮到下壩 線的塌滑體，對(duì)工程存在不利的隱患。2.2工程等級(jí)及建筑物級(jí)別水利部、能源部頒布的水利水電工程的分等分級(jí)指標(biāo)，將水利水電工 程，根據(jù)工程規(guī)模、效益和在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性分為五等，見表4<水利水電工程中的水工建筑物，根據(jù)其所屬工程等別及其在工程中的 作用和重要性劃分為五級(jí)，見表 5。水工建筑物的安全級(jí)別，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性及破壞可能產(chǎn)生后果 的嚴(yán)重性而定，與水工建筑物的級(jí)別對(duì)應(yīng)而分為三級(jí)，如表 6所示。表4水利水電工程分等指標(biāo)表工程等別水庫總庫容（108m3）防洪排澇灌溉

20、供水水力發(fā)電保護(hù)城市及工礦區(qū)保護(hù)農(nóng)田（萬畝）排澇面積（104ha灌 溉面積（104ha）供給城鎮(zhèn)及礦區(qū)裝機(jī)容量（MW）一一一>10特別重要>33.30>13.33>10特別重要>1200二二二101.0重要33.3C6.6713.33 4.0103.33重要1200300-三1.0中等6.674.03.33中300500.12.01.00.33等四0.1 0.01一般2.00.331.00.20.330.03般50 10五<0.01<0.33<0.2<0.03<10表5水工建筑物級(jí)別工程等別永久性建筑物級(jí)別臨時(shí)性建筑物級(jí)別主要建筑物次

21、要建筑物-一一134二二二234345四455五55表6水工建筑物的結(jié)構(gòu)安全級(jí)別水工建筑物級(jí)別水工建筑物的結(jié)構(gòu)安全級(jí)別1I2、3n4、5本工程水庫庫容為5.05X 108m3，所以該工程為U等工程。主要建筑物大壩、溢洪道級(jí)別為 2級(jí)。2.3樞紐布置2.3.1導(dǎo)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(xì)砂巖及礫巖，巖石較為堅(jiān)硬，堅(jiān)固 系數(shù)Fk=4，單位彈性抗力系數(shù) Ko=2OMPa/cm,彈模E=0.4X 104MPa，透水 性較大。巖層傾向下游，出口段節(jié)理發(fā)育，應(yīng)采取有效措施予以處理。為 進(jìn)一步保證出口段巖體穩(wěn)定，免除由內(nèi)水壓力引起

22、的后果，建議該段修建 無壓洞。2.3.2溢洪道上壩線方案溢洪道堰頂高程 757m，沿建筑物軸線巖層傾向下游。巖 性主要為堅(jiān)硬的細(xì)砂巖，其中軟弱層多為透鏡體，溢洪道各部分的抗滑穩(wěn) 定條件是好的。下壩線溢洪道堰項(xiàng)高程 750m?；A(chǔ)以下10m左右為砂質(zhì) 頁巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風(fēng)化嚴(yán)重，透水性大，對(duì)建筑物安全不 利。2.3.3灌溉發(fā)電洞及樞紐電站上壩線方案沿線基巖以厚層粉砂巖為主，巖石完整，透水性不大，洞頂以上巖層厚度較小。在建筑物的基巖巖面上有05m厚的礫巖及厚度不等 的亞粘土層，電站廠房處巖石風(fēng)化層厚度約 56m，對(duì)其產(chǎn)生的滲漏及土體 坍塌應(yīng)采取必要的工程措施，灌溉發(fā)電洞則布置在左岸東凹

23、溝附近三級(jí)階地 上。下壩線方案沿線全為基巖，工程安全比較可靠。可將灌溉發(fā)電洞移至 上壩線溢洪道軸線西側(cè)40m左右.結(jié)論：導(dǎo)流泄洪洞，上下方案布置位置相同，均為左岸；溢洪道，上壩 線方案宜布置在左岸單薄分水嶺，下壩線方案宜布置在右岸Z溝；灌溉發(fā)電 洞及樞紐電站，上壩線方案可布置在左岸東凹溝附近三級(jí)階地上。下壩線 方案沿線全為基巖，工程安全比較可靠?？蓪⒐喔劝l(fā)電洞移至上壩線溢洪 道軸線西側(cè)40m左右.3.1壩型確定土石壩按壩高可分為：低壩、中壩和高壩。我國碾壓式土石壩設(shè)計(jì) 規(guī)范(SDJ218 84)規(guī)定：高度在30米以下的為低壩，高度在 3070 米間的為中壩，高度超過70米的為高壩。土石壩壩高均

24、從清基后的地面算 起。土石壩按其施工方法可分：碾壓式土石壩、充填式土石壩、水中 填土壩和定向爆破壩等。應(yīng)用最為廣泛的是碾壓式土石壩。土石壩壩型的選擇的有關(guān)因素很多，其中主要的是壩址附近的筑壩材 料。除了含腐殖質(zhì)太多的土料外，所有的土石料都可筑壩，只要適當(dāng)?shù)呐?置在壩體部位即可。不適合作防滲體的土料，用一定的施工方法或加工處 理后也可作防滲料。除筑壩材料是壩型選擇的主要因素外，還要根據(jù)地形、 地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理方案、抗震要求、人防要求等 各種因素進(jìn)行研究比較，初選幾種壩型，擬定斷面輪廓，進(jìn)一步比較工程 量、工期、造價(jià)，最后選擇技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。按照土料在壩身內(nèi)的配

25、置和防滲體所用的材料種類，碾壓式土石壩可 分為以下幾種主要類型：a. 均質(zhì)壩：壩體主要有一種土料組成，同時(shí)起防滲和穩(wěn)定的作用。b. 土質(zhì)心墻壩：由相對(duì)不透水或弱透水土料構(gòu)成中央防滲體，而以透水土石料作為下游支撐體。c. 土質(zhì)斜墻壩：由相對(duì)不透水或弱透水土料構(gòu)成上游防滲體，而以透水土石料作為下游支撐體。d. 多種土質(zhì)壩：壩體由多種土料構(gòu)成，以細(xì)粒土料建成中央或靠近上游的防滲體，壩體其他部位則由各種粗粒土料構(gòu)成。e. 人工材料心墻壩：中央防滲體由瀝青混凝土或混凝土、鋼筋混凝土構(gòu)成,壩殼由透水或半透水土石料組成。f. 人工材料面板壩：壩的支撐體由透水或半透水土石料組成，上游防滲面板由鋼筋混凝土、瀝青

26、混凝土或塑料薄膜等材料構(gòu)成。根據(jù)地形、地質(zhì)、建筑材料、施工情況、工程量、投資等方面，綜合 比較選定壩型。類別土質(zhì)防滲心墻土質(zhì)防滲斜墻均質(zhì)壩地形條件對(duì)地形無特別要求對(duì)地形無特別要求對(duì)地形無特別要求地質(zhì)條件對(duì)地質(zhì)無特別要求對(duì)地質(zhì)無特別要求對(duì)地質(zhì)無特別要求工程量只需要按照卸料T鋪 料T碾壓T取樣等工 序流水作業(yè)，相對(duì)來 說,工程量較小.斜墻壩由于抗剪強(qiáng)度 較低的防滲體位于上 游面，故上游壩坡較 緩，工程量大。般來說，所用的土料滲 透系數(shù)小，施工期壩體內(nèi) 會(huì)產(chǎn)生孔隙水壓力， 影響 抗剪強(qiáng)度，所以壩坡較 緩，工程量大。建筑材料庫區(qū)當(dāng)?shù)叵掠瓮潦?豐富，有利于修建防滲 墻的各種材料，無需另 外購買庫區(qū)當(dāng)?shù)?/p>

27、下游土石料 豐富，有利于修建防滲 墻的各種材料，無需另 外購買庫區(qū)當(dāng)?shù)叵掠瓮潦县S 富，有利于修建防滲墻的 各種材料，無需另外購買適用條件不僅適宜低壩，也適宜于髙壩不僅適宜低壩，也適宜于髙壩一般使用于中、低高度壩比較結(jié)果本設(shè)計(jì)土壩是高壩，因此均質(zhì)壩不適合，而斜墻對(duì)于沉降以及地震的適應(yīng)能力比心墻小，因此防滲體定為粘土心墻。結(jié)論：本設(shè)計(jì)土壩選擇壩型為心墻壩。第3章壩工設(shè)計(jì)3.1 土石壩斷面設(shè)計(jì)土石壩斷面設(shè)計(jì)的基本尺寸主要包括：壩頂高程、壩頂寬、上下游坡 度、防滲結(jié)構(gòu)、排水設(shè)備的形式及基本尺寸。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求及參照 已建工程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并考慮本工程的具體情況，對(duì)本工程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)設(shè) 計(jì)如下。3.1

28、.1壩頂咼程由于土石壩是不允許漫項(xiàng)溢流的，因此壩頂高程由水庫靜水位加上風(fēng) 浪壅水增加高度、壩面波浪爬高及安全超高確定，同時(shí)壩頂高程的計(jì)算， 應(yīng)同時(shí)考慮以下3種情況：(1) 設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；(2) 校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高；(3) 正常高水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高再加地震區(qū)安全超高。 壩頂超高按下式計(jì)算：Y=R+e+A式中：丫一壩頂在水庫靜水位以上的超高；R最大波浪在壩坡上的爬高e最大風(fēng)壅水面咼度；A安全加高查碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范有：KW 2D -ecos2gH m式中：e 計(jì)算處的風(fēng)壅水面高度， m風(fēng)區(qū)長度，D=5.5KmK 綜合摩阻系數(shù)3.6X 10-6B 計(jì)

29、算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角15°W 計(jì)算風(fēng)速,m/s. W= (1.52) V=2 9=18m/sHm壩前平均水深768.1m；kWd4ecos - 4.1210 m可忽略不計(jì)2gHL由于D< 10km 且v=1020m/s,(查土壩設(shè)計(jì)3-12)412h =0.026 v D332h 二 1. 144m上游壩坡較緩初步采用1: 3.0故tan 9 =1/3.0=0.33外層上游壩殼為砌石 取k=0.8 (查水利水電工程建筑物表 2-14)R=3.2kx 2hx tan 9 =3.2 x 0.8 x 1.144 x 0.33=0.96m 水利水電工程 建筑物2-47正常運(yùn)行情況下

30、壩頂超高 Y=R+e+A=0.96+仁1.96m非正常運(yùn)行情況下壩頂超高 Y=R+e+A=0.96+0.5=1.46m壩頂高程取以下三種情況的最大值(1) 校核洪水位加非常運(yùn)用條件下的壩頂超高：H=770.40m+1.46m=771.86m(2) 正常蓄水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高：H=767.20m+1.96m=769.16m(3) 正常蓄水位加非常運(yùn)用條件下的壩頂超高加地震安全加高：H=767.20m+1.46m+1.5m=770.16m由于(2) (3)計(jì)算結(jié)果小于校核洪水位，故計(jì)算壩頂高程取(1)情 況771.86m考慮壩頂上設(shè)防滲體 1.2m高防滲墻，故取設(shè)計(jì)壩頂高程為 771.8

31、6m-1.2m=770.66m壩頂高程計(jì)算成果表計(jì)算工況水庫水位(m)壩頂超咼丫(m)壩頂咼程(m)設(shè)計(jì)洪水位767.201.96769.16校核洪水位767.201.46770.16考慮沉降量為壩高的 0.2%0.4%取為0.3%,則沉降量為62.86 X0.3%=0.19m則壩頂防浪墻高程為 丫設(shè)計(jì)=771.86+0.19=772.05m。3.1.2壩頂寬度壩頂寬度根據(jù)構(gòu)造、施工等因素確定，由碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(SL2742001 )高壩選用1015 m,中低壩可選用510 m,根據(jù)所 給資料，初步擬定壩體斷面，壩頂寬度為12m。3.1.3上下游邊坡壩坡的確定應(yīng)根據(jù)壩型、壩高、壩的等級(jí)、

32、壩體和壩基材料的性質(zhì)、 壩所承受以及施工和運(yùn)用條件等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。上下游邊坡比見表壩咼(m)上游下游101 : 2 1: 2.51 : 1.5 1: 210 201 : 2.25 1 : 2.751: 2 1 : 2.520 301 : 2.5 1: 31: 2.25 1: 2.75> 301: 3.0 1: 3.51: 2.5 1 : 3壩高為772.05-699-1.2=71.85m(防浪墻高1.2米)，壩頂高程:770.85, 坡度取值為：1、上游壩坡：1:3.0 。2、下游壩坡：1:2.5。3.1.4壩底寬度推算最大底寬為:71.85 X( 3+2.5) +12+10

33、=417.18m3.2防滲體設(shè)計(jì)321壩體的防滲1、防滲體尺寸確定考慮采用機(jī)械施工，防滲體頂面寬度為3m頂面高程滿足高于正常運(yùn) 用情況下的靜水位0.3-0.6m，且不低于非常運(yùn)用情況下的靜水位。實(shí)際選 取0.5m,則防滲體頂面高程為768.1+0.5=768.6m ;上游坡度均為1:3，下 游坡度為 1:2.5，則底寬為 3+ (768.6-699 )X( 3 -2.5 ) =37.8m,滿足斜 墻底寬不小于 H/4= (768.9-699 )- 4=17.4葉因此，本壩防滲體采用碾壓式粘土心墻，頂寬3m底厚37.8m。2、尺寸確定心墻頂部和上游坡設(shè)保護(hù)層，以防沖刷、冰凍和干裂，保護(hù)層材料常

34、用砂、礫石或碎石，其厚度不得小于當(dāng)?shù)乇鶅龊透闪押穸取?22防滲體的土料要求防滲體要具有足夠的不透水性和塑性，要求防滲體的滲透系數(shù)比壩主 體至少小1001000倍，且其透水系數(shù)不宜大于10cms，防滲體要有足 夠的塑性。這樣，防滲體能適應(yīng)壩基和壩體的沉陷和不均勻變形，從而不 致斷裂。長期的筑壩經(jīng)驗(yàn)告訴我們，粘粒含量為1530%或塑性指數(shù)為1017的中壤土、重壤土粘粒含量為 3540或塑性指數(shù)為1720的 粘土都是填筑防滲體的合適土料。粘性土的天然含水量最好，稍高于塑限 含水量，使土料處于硬塑狀態(tài)。第4章壩體滲流計(jì)算4.1設(shè)計(jì)說明4.1.1 土石壩滲流分析的任務(wù)土石壩的剖面尺寸初步擬定后，必須進(jìn)行

35、滲流分析和穩(wěn)定分析，為確 定經(jīng)濟(jì)可靠的壩體剖面提供依據(jù)，滲流分析的主要任務(wù)是： 確定壩體浸潤線和下游溢出點(diǎn)的位置，為壩體穩(wěn)定計(jì)算和排水體選 擇提供依據(jù)； 計(jì)算壩體與壩基的滲流量，以計(jì)算水庫滲漏損失，和確定排水體尺 寸；計(jì)算壩體與壩基的滲流溢出處的滲透坡降，以驗(yàn)算其滲透穩(wěn)定性。 4.1.2滲流分析的工況滲流計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件，一般需考慮計(jì)算下 列幾種工況：上游正常蓄水位767.20m與下游相應(yīng)最低水位700.55m,此時(shí)壩內(nèi) 滲流的坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形； 上游校核洪水位774.40m與下游相應(yīng)最高水位705.60m,此時(shí)壩內(nèi) 浸潤線最高，滲流也最大；分析時(shí)，常根據(jù)河谷地形

36、情況，選若干、單寬壩坡，按二元滲流問題 考慮，對(duì)河床中間斷面及左右對(duì)稱的 i-i、n-n、m-m三個(gè)典型斷面 進(jìn)行滲流計(jì)算。4.1.3滲流分析的方法土石壩滲流分析的方法有公式計(jì)算法（流體力學(xué)法、水力學(xué)法、有限 單兀法）流網(wǎng)法和電模擬法。本設(shè)計(jì)采用水力學(xué)法，水力學(xué)法建立在一些基本假定上，是一種近似2解法，只能求得過水?dāng)嗝嫔蠞B流要素的平均值，但其計(jì)算簡單，且精度一 般可以滿足工程要求4.2滲流計(jì)算4.2.1基本假定 壩體土料為均質(zhì)，壩體內(nèi)任一點(diǎn)在各方向上的滲透系數(shù)相同且為常數(shù)； 滲流二元穩(wěn)定層流，流動(dòng)運(yùn)動(dòng)符合達(dá)西定律：V=KJ（ V為滲透流速，K為滲透系數(shù)，J為滲透坡降） 滲流為漸變流，任意過水?dāng)?/p>

37、面上各點(diǎn)的坡降和流速相同。422計(jì)算公式在眾多滲流分析方法中，較水力學(xué)法和流網(wǎng)法比較簡單實(shí)用，流網(wǎng)法雖然能夠求解滲流場內(nèi)任意一點(diǎn)滲流要素，但對(duì)不同土質(zhì)和滲透系數(shù)相差較大的情況難以采用；水力學(xué)法是在一些假設(shè)條件基礎(chǔ)上的近似解法，能滿足工程精度要求本設(shè)計(jì)采用水力學(xué)方法進(jìn)行滲流分析。計(jì)算公式:單寬滲流量K-H222LHi通過心墻的滲流量為:qi =K1H- h2心墻后的滲流量為:q2 =K2h2 - H222L其中:H1 上游水深；h 墻后逸出水深，m；T 基巖透水深度，取最大值15m；、：一黏土心墻平均厚度；K2 防滲體后堆石體滲透系數(shù)，1.3X 10-4m/s；H2 下游水深；k1 粘土滲透系數(shù)

38、，1.5X 107 m/s；m2 下游坡比?？倽B流量的計(jì)算全壩的總滲流量為：Q = 1 匕1丨1 q1 q2 丨2qn J qn In qnln2式中：q1、q2、，、qn 斷面1、2、，、n的單寬滲流量；l1、l 2、，、 ln、In1 相鄰兩斷面之間的距離。423三種工況計(jì)算三種工況：上游為設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、正常蓄水位和相應(yīng)的下 游水位見圖校核水位-設(shè)計(jì)水位正常蓄水位tL各水位示意圖(1) 正常蓄水位時(shí)，上游正常高水位取為興利水位767.2m,下游相應(yīng)低水位取為700.55m。河床高度為699m,壩頂寬度為12m，壩高為71.85m， m 1=3.0m 2 =2.5。聯(lián)立方程可得22

39、2 、K2H2 LK1H12h =2- =48.7mLK1 + 6K2聯(lián)立方程可得h=6.98m , q=1.69 x 10-5 mS 忡(2) 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，上游正常高水位取為設(shè)計(jì)洪水位768.1m，下游相應(yīng)低水位取為700.55m。河床高度為699m，壩頂寬度為12m，壩高為71.85m， m 1=3.0 m2 =2.5。222、.K2H2LK1H12聯(lián)立萬程可得h =2- =49.70m ,LK1 十 6K2聯(lián)立方程可得h=7.05m , q= 1.73X 10-5吹和(3) 校核洪水位時(shí)，上游正常高水位取為興利水位770.4m,下游相應(yīng)低水位取為705.6m。河床高度為699m，壩頂寬

40、度為12m，壩高為71.85m,m1 =3.0 m2 =2.5o聯(lián)立方程可得h2=2 2、K2H2LK1H1_LK1、K2_2=93.85m聯(lián)立方程可得h=9.67m , q= 1.83X 10-5說已知三種工況單寬流量則最大總滲流量為：1Qmax =3丄1q1 92 L2q2 3 S二 75. 7010_4m3 / s則一天的總滲流量為：75.70 10，24 3600 =654m3424滲流校核1>.滲漏量：大壩在校核洪水位的庫容為 5050萬m3。而每日滲漏量僅0.21m3，故滿足防滲要求。2>.滲透穩(wěn)定：對(duì)于非粘性土，滲透破壞形式的判別可參考下式:n <10時(shí)為流土n

41、 >20時(shí)為管涌10< n <20時(shí)不定允許坡降可參考采用下列數(shù)字：10<n <20; J允許=0.2; >20, J允許=0.1滲流逸出點(diǎn)的實(shí)際坡降為：J = 土AL已知： H=h-H2=3.07m, L可近似取為計(jì)算長度 L=177.7m,貝J =0.017根據(jù)表4砂礫料顆粒組成可得 d60=45.57, d10=0.1又：n =d60/d10=455.7>20, J 允許=0.1。J =0.02< J允許=0.1,所以滿足要求。425浸潤線計(jì)算1、上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最高水位上游校核洪水位取為興利水位767.2，下游相應(yīng)高水位取為70

42、0.55m。基礎(chǔ)采用防滲處理，視為基礎(chǔ)不透水。(1)計(jì)算示意圖y 八-1：3.0K斜墻壩滲流計(jì)算圖(2)心墻后的浸潤線方程x22q x 二 Hi k-yH1 =h=6.97m簡化得心墻后的浸潤線方程:y2 +0.26x=48.7x/m060120180y/m6.985.754.181.552、上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的最高水位上游校核洪水位取為興利水位770.4，下游相應(yīng)高水位取為705.60m< 基礎(chǔ)采用防滲處理，視為基礎(chǔ)不透水。（1）計(jì)算示意圖y?LTH1h十亠'3.0.Kt1：3.5 士二-_-rl Ko-aTKt1L斜墻壩滲流計(jì)算圖（2）心墻后的浸潤線方程計(jì)算公式：2q

43、22x = H ! - ykH =h=7.05簡化得：y2 +0.27x=49.7x/m060120180y/m7.055.794.161.053、上游校核洪水位與下游相應(yīng)的最高水位上游校核洪水位取為興利水位770.4，下游相應(yīng)高水位取為705.60m< 基礎(chǔ)采用防滲處理，視為基礎(chǔ)不透水。(1)計(jì)算示意圖yf f1：3.0K1 1 OKt* . TZ. . ZZ. JJ J 丿 d.L斜墻壩滲流計(jì)算圖(2)心墻后的浸潤線方程計(jì)算公式:H1 =h=9.67m簡化得：y2 +0.28x=93.5x/m060120180y/m9.578.767.746.57426理正軟件校核上游正常水位和項(xiàng)目

44、水位下游最低水位土堤頂部寬度b12.000(m)土堤頂部高度h71.660(m)上游坡坡率1:m13.0下游坡坡率1:m22.5堤身滲透系數(shù)k0.003(m/d)上游水位h168.200(m)下游水位h21.550(m)心墻頂部寬度3.000(m)心墻底部寬度37.800(m)心墻滲透系數(shù)0.003(m/d)透水地基深度5.000(m)透水地基滲透系數(shù)8.400(m/d)排水棱體高度8.000(m)排水棱體寬度2.000(m)L169.530(m)透水地基有效深度374.130(m)浸潤線計(jì)算公式原點(diǎn)374.130(m)浸潤線起點(diǎn)x坐標(biāo)204.6(m)浸潤線終點(diǎn)x坐標(biāo)376.31(m)上游設(shè)計(jì)

45、洪水位和上游校核洪水位和下下游相應(yīng)最高水位游相應(yīng)最高水位12.000(m)12.000(m)71.660(m)71.660(m)3.03.02.52.50.003(m/d)0.003(m/d)69.100(m)71.400(m)1.550(m)6.600(m)3.000(m)3.000(m)37.800(m)37.800(m)0.003(m/d)0.003(m/d)5.000(m)5.000(m)8.400(m/d)8.400(m/d)8.000(m)8.000(m)2.000(m)2.000(m)166.830(m)159.930(m)374.130(m)374.130(m)374.130(

46、m)374.130(m)207.3(m)214.2(m)376.31(m)376.31(m)q'1.824*10-5 ( m3/s) 1.972*10-5( m3/s)2.26*10-5(m3/s)正常蓄水位出圖設(shè)計(jì)洪水位出圖校核洪水位出圖ucn結(jié)論:（1）正常蓄水位下，簡化得心墻后的浸潤線方程：y2 +0.26x=48.7 當(dāng) x=169.53m 時(shí)，y=2.15m<8m，校核安全（2）設(shè)計(jì)洪水位下，簡化得心墻后的浸潤線方程：y2 +0.27x=49.7 當(dāng) x=166.83m 時(shí)，y=2.16m<8m，校核安全（3）校核洪水位下，簡化得心墻后的浸潤線方程：y2 +0.2

47、8x=93.5 當(dāng) x=159.93m 時(shí)，y=6.98m<8m，校核安全第5章土石壩壩坡穩(wěn)定分析及計(jì)算5.1壩體荷載壩體浸潤線以上的部分按濕容重計(jì)，浸潤線以下于壩體外水位之間的 部分按飽和容重計(jì)，壩體水位以下部分按浮容重計(jì)。5.1.1滲流力可由流網(wǎng)法求得，本設(shè)計(jì)不計(jì)滲流力。5.1.2孔隙壓力對(duì)于粘性壩坡，由于孔隙中的水或空氣不易排出，當(dāng)孔隙為水或氣餉 且受壓時(shí)，上部傳來的荷載將有孔隙水，氣和土粒骨架共同承擔(dān)，土粒骨 架承擔(dān)的應(yīng)力萬畝有效應(yīng)力（7，孔隙水、氣承擔(dān)的應(yīng)力稱孔隙壓力 卩，: 者之和為總應(yīng)力7 ,孔隙力是一種張力，各向相等，其數(shù)值與土料性質(zhì)， 填土含水量，受荷載與排水條件，運(yùn)用

48、工況有關(guān)，并隨時(shí)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(jì)算較復(fù)雜，目前多為近 似計(jì)算，由于本設(shè)計(jì)壩殼材料多為砂礫料，屬于無粘性土，故不計(jì)孔隙壓 力。5.1.3地震力本工程所在地區(qū)基本烈度為6度，根據(jù)我國水工建筑物抗震規(guī)范 （SDJ10-78）設(shè)計(jì)烈度在6度以下時(shí)，除對(duì)重要工程采取適當(dāng)?shù)目拐鸾Y(jié)構(gòu)和 工程措施外：可不作抗震設(shè)計(jì)。本水庫為大（2）型二等工程，主要建筑物為 二級(jí)則可忽略地震力。5.2穩(wěn)定分析方法對(duì)于無粘性土壩坡的上下游壩殼及斜墻連同上游保護(hù)層一起滑動(dòng)時(shí)的 穩(wěn)定計(jì)算，宜采用直線法或折線法本設(shè)計(jì)為無粘性土壩殼材料，故米用折線法對(duì)土石壩進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)5.3計(jì)算工況(1)

49、上游水位大約在壩底以上1/3壩高處的上游壩坡；(2) 水庫水位降落期的上游壩坡；(3) 上游水位為校核洪水位，下游為相應(yīng)水位的下游壩坡5.4穩(wěn)定計(jì)算5.4.1瑞典圓弧滑動(dòng)法采用圓弧滑動(dòng)法有效應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算?；》€(wěn)定安全系數(shù)公式為：有效應(yīng)力法：送（Gi cosj Ujljtan%+送 cili k ='、Gi sin 一：式中 G 土條重量；u作用于土條底面的孔隙壓力；'條塊重力線與通過此條塊底面中心點(diǎn)的半徑之間的夾角;l 土條寬度；c、一土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；計(jì)算結(jié)果可得施工期抗滑安全系數(shù)K最小為1.5>K=1.254.5H=323.325M15.4.2理正軟件

50、計(jì)算理正軟件計(jì)算所需參數(shù)表計(jì)算方式項(xiàng)目、施工期穩(wěn)定計(jì)算穩(wěn)定滲流期穩(wěn)定計(jì)算水位驟降期穩(wěn)定計(jì)算采用規(guī)范：水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范SL 386-2007計(jì)算工期施工期穩(wěn)定滲流期水位降落期計(jì)算目標(biāo)安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算滑裂面形狀圓弧滑動(dòng)法圓弧滑動(dòng)法圓弧滑動(dòng)法不考慮地震圓弧穩(wěn)定分析法瑞典條分法瑞典條分法瑞典條分法土條重切向分力與滑動(dòng)方向反向時(shí)當(dāng)下滑力對(duì)待當(dāng)下滑力對(duì)待當(dāng)下滑力對(duì)待穩(wěn)定計(jì)算目標(biāo)自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面條分法土條寬度10.000(m)10.000(m)10.000(m)搜索時(shí)圓心步長5.000(m)5.000(m)5.000(m)搜索時(shí)半徑步長5.000(m)5.000(m)5.000(m)滑動(dòng)圓心(55.080,166.455)(m)(83.620,140.915)(m)(77.124,145.685)(m)滑動(dòng)半徑189.010(m)186.335(m)179.126(m)滑動(dòng)安全系數(shù)1.5003.2602.438軟件計(jì)算結(jié)果(1) 施工期穩(wěn)定計(jì)算最不利滑動(dòng)面：滑動(dòng)圓心=(55.080,166.455)