大工16春《水工建筑物課程設(shè)計》大作業(yè)完美答案

1、題 學(xué)習(xí)中心：*奧鵬學(xué)習(xí)中心大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板1 1.1 氣候特征根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶?50 年統(tǒng)計資料，多年平均最大風(fēng)速 14 m/s，重現(xiàn)期為 50 年的年最大風(fēng)速 23m/s，吹程：設(shè)計洪水位 2.6 km，校核洪水位 3.0 km 。最大凍土深度為 1.25m。河流結(jié)冰期平均為 150 天左右，最大冰厚 1.05m。1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)1.2.1 壩址地形地質(zhì)條件（1）左岸：覆蓋層 23m，全風(fēng)化帶厚 35m，強(qiáng)風(fēng)化加弱風(fēng)化帶厚 3m，微風(fēng)化厚 4m。（2）河床：巖面較平整。沖積沙礫層厚約 01.5m，弱風(fēng)化層厚 1m 左右，微風(fēng)化層厚 36m。壩址處河床巖面

2、高程約在 38m 左右，整個河床皆為微、弱風(fēng)化的花崗巖組成，致密堅硬，強(qiáng)度高，抗沖能力強(qiáng)。（3）右岸：覆蓋層 35m，全風(fēng)化帶厚 57m，強(qiáng)風(fēng)化帶厚 13m，弱風(fēng)化帶厚 13m，微風(fēng)化厚 14m。1.2.2 天然建筑材料粘土料、砂石料和石料在壩址上下游 23km 均可開采，儲量足，質(zhì)量好。粘土料各項指標(biāo)均滿足土壩防滲體土料質(zhì)量技術(shù)要求。砂石料滿足砼重力壩要求。1.2.3 水庫水位及規(guī)模死水位：初步確定死庫容 0.30 億 m，死水位51m。正常蓄水位： 80.0m。注：本次課程設(shè)計的荷載作用只需考慮壩體自重、靜水壓力、浪壓力以及揚(yáng)壓力。表一313182.5084.7245.5046.45001

3、0.810.8本設(shè)計僅分析基本組合及特殊組合兩種情況：基本組合靜水壓力揚(yáng)壓力泥沙1大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板壓力浪壓力。特殊組合靜水壓力揚(yáng)壓力泥沙壓力浪壓力。1.3大壩設(shè)計概況1.3.1 工程等級本水庫死庫容 0.3 億 m3，最大庫容未知，估算約為 5 億 m3 左右。根據(jù)現(xiàn)行工程等別為等，工程規(guī)模為大（2）型水庫。樞紐主要建筑物擋水、泄水、引水系統(tǒng)進(jìn)水口建筑物為 2 級建筑物，施工導(dǎo)流建筑物為 3 級建筑物。1.3.2 壩型確定壩型選擇與地形、地質(zhì)、建筑材料和施工條件等因素有關(guān)。確定本水庫大壩為混凝土重力壩。1.3.3 基本剖面的擬定重力壩承受的主要荷載是水壓和自重，控制

4、剖面尺寸的主要指標(biāo)是穩(wěn)定和強(qiáng)度要求。由于作用于上游面的水壓力呈三角形分部，所以重力壩的基本剖面是三角形，根據(jù)提供的資料，確定壩底寬度為（約為壩高的 0.8 m=0.8，上游面為鉛直。2大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板2 2.1 壩高計算據(jù)大壩特性表資料，壩高 H=壩頂高程-壩底高程=84.90-31.00=53.90m,為中壩。2.2 擋水壩段剖面設(shè)計2.2.1 壩頂構(gòu)造設(shè)計壩頂寬度取 8%10%壩高，且不小于 3m， 設(shè)計壩頂寬度取 4.80m。壩頂上游設(shè)置防浪墻，墻身采用與壩體連成整體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高度取1.35m(按設(shè)計洪水位計算)，寬度取 0.50m, 壩頂下游側(cè)設(shè)攔桿

5、。2.2.2 壩底寬度計算根據(jù)大壩特性表資料，壩底寬度 T=（84.90-31.00）0.8=43.12m。2.2.3 壩體檢查排水廊道、排水管幕設(shè)計為了便于檢查、觀測和排除壩體滲水，在壩體高程 65.00 處設(shè)一檢查兼作排水用的廊道，廊道斷面采用城門洞形，寬度取1.5m，高度取2.5m，其上游側(cè)至上游壩面的距離取 0.050.07 倍作用水頭，且不小于 3m，設(shè)計取 4.00m。為了減小壩體的滲透壓力，靠近上游壩面設(shè)置排水管幕，排水管幕至上游壩面的距離取 1/151/25 倍作用水頭，且不小于2m，設(shè)計取3.00m，間距取2.50m，管徑取 200mm，排水管幕做成鉛直，與縱向排水檢修廊道相

6、通，滲入排水管的水可匯集到下層縱向廊道，排水管幕上端通至壩頂。2.2.4 壩基灌漿排水廊道設(shè)計 0.050.1 3.00m，高度取 3.50m，廊道上游側(cè)設(shè)排水溝，下游側(cè)設(shè)排水孔及揚(yáng)壓力觀測孔，廊道底面距離基巖面不小于 1.5 倍廊道寬度，設(shè)計取 4.00m。為減少壩基滲漏，防止較大滲流對壩基產(chǎn)生滲透破壞，減小壩基底面的防滲揚(yáng)壓力，提高壩體的抗滑穩(wěn)定性，在廊道上游側(cè)布置一排帷幕灌漿，帷幕灌漿深度取 0.050.07 游壩面 不宜小于 1.01.5 60m*10KN/m 233倍壩前靜水頭，取 130m*10KN/m =1300KPa。3為了充分降低壩底揚(yáng)壓力和排除基巖滲水，在廊道下游側(cè)布置一排

7、排水孔幕，3大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板排水孔深度為帷幕灌漿深度的 0.40.6 倍，且壩高 50m 以上的深度不小于 10m，排水孔深度設(shè)計取 10.00m，孔距取 2.50m，孔徑取 200mm，排水孔略向下游傾斜，與帷幕灌漿成 10交角。排水孔中心線距帷幕中心線 2.00m。2.2.5 地基處理基巖開挖的邊坡必須保持穩(wěn)定，兩岸岸坡盡量開挖成有足夠?qū)挾鹊呐_階狀，以確保壩體的側(cè)向穩(wěn)定。對于靠近壩基面的緩傾角軟弱夾層，埋藏不深的溶洞、溶濁面應(yīng)盡量挖除。開挖至距利用巖面 0.51.0m 時，應(yīng)采用手風(fēng)鉆鉆孔，小藥 0.20.3m的保護(hù)層，待澆筑混凝土前再挖除。壩基應(yīng)清到比較堅硬完

8、整的完整的巖面，基面平整、水平即可，地基開挖后，在澆筑混凝土前，必須徹底清理、沖洗和修鑿,風(fēng)化、松動、軟弱破碎的巖塊都要清除干凈，突出的尖角要打掉，光滑的巖面要鑿毛，并用水沖洗干凈，基巖表面不得殘留有泥土、石渣、油漬等其它污物，排除基巖面上全部積水，基坑內(nèi)原有的勘探鉆孔、井、洞等均應(yīng)回填封堵。2.2.6 壩體材料分區(qū)(1)上、下游最高水位以上壩體表層采用 C 、W 、F 厚 3.00m 的混凝土。100154(2)下游水位變化區(qū)的壩體表層采用 C 、W 、F 厚 3.00m 的混凝土。200158(3)上、下游最低水位以下壩體表層采用 C 、W 、F 厚 3.00m 的混凝土。1002010(

9、4)壩體靠近基礎(chǔ)的底部采用 C 厚8.00m 的混凝土，滿足強(qiáng)度要求。2002010(5)壩體內(nèi)部采用 C 、W 低熱混凝土。10 24大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板2.3 擋水壩段荷載計算本設(shè)計荷載僅分析基本組合(2)及特殊組合(1)兩種情況。2.3.1 力+泥沙壓力+浪壓力。PwW11HP2死水位51.00W2QP2HPP2S331.00U1HrwU2HHrwrwa設(shè)計洪水位壩體尺寸與荷載（m）(1)自重。壩體斷面分為一個三角形和一個矩形分別計算，混凝土容重采用24KN/m ，因廊道尺寸較小，計算自重時不考慮。3揚(yáng)壓力。壩踵處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度為 H ，排水孔線上為 H + ，12

10、壩址處為 H ，其間均以直線連接，揚(yáng)壓力折減系數(shù) =0.25。 2泥沙壓力。大壩迎水面前泥沙的淤積高度計算至死水位 51m，大壩迎水面前泥沙的淤積高度h =51.0-31.0=20.0ms泥沙干重度 取13.5KN/m ，孔隙率n 取，內(nèi)摩擦角取，泥沙的浮3ssd重度 -(1-n) =13.5-(1-0.42) 10=7.7 KN/m 。單位長度大壩迎水面上的3sbsd5大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板水平泥沙壓力值按公式P =1/2 h tan（45- 2/ ）。壩址處河床巖面高程約22ssbssk在38m h =38.00-31.00=7.00ms沙壓力外還應(yīng)計算豎直泥沙壓力，

11、其值按泥沙浮重度與泥沙體積的乘積求得。50年的年最大風(fēng)速23m/s2600m，按鶴地水庫試驗公式gh /v =0.00625v(gD/v ) 和gL /v =0.0386(gD/v )20(1/6)2 (1/3)22 (1/2)2%00m00計算得累積頻率為 2%的波高 h =2.07m，平均波長 L =14.45m，經(jīng)查表求得2%mh =2.25m。1%使波浪破碎的臨界水H =L/(4)ln(L+2h )/(L-2h )=5.19m。mm1%m1%cr因為壩前水深H=82.50-31.00=51.50m，HH 和HL/2，發(fā)生深水波，單位mcr長度大壩迎水面上的浪壓力值按公式P =1/4 L

12、 h +h 計算。m( 1%zwk=波浪中心至計算靜水位的高度h h /L)=1.10m。2z1%mm=防浪墻頂高程為：82.50+h +h +h 82.5+2.25+1.10+0.40=86.25m。zc1%上述荷載計算見計算表。重 力 壩 基 本 荷 載 組 合 計 算 表垂直力(kN) 水平力(kN)力矩(kN.m)+ -對壩底截面形心力臂(m) 12122000123422*2泥沙壓力2w 6大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板2.3.2荷載特殊組合(1)為校核洪水位情況，其荷載組合為：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力。校核1H51.00W2Q2HPPP2U1HrwU2

13、HHrwrwa校核洪水位壩體尺寸與荷載（m）(1)自重。壩體斷面分為一個三角形和一個矩形分別計算，混凝土容重采用24KN/m ，因廊道尺寸較小，計算自重時不考慮。3揚(yáng)壓力。壩踵處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度為 H ，排水孔線上為 H + ，12壩址處為 H ，其間均以直線連接，揚(yáng)壓力折減系數(shù) =0.25。2泥沙壓力。大壩迎水面前泥沙的淤積高度計算至死水位 51m，大壩迎水面前泥沙的淤積高度 h =51.00-31.00=20.00m，水平泥沙壓力在垂直方向上呈三角形s分布，泥沙干重度 取13.5KN/m ，孔隙率n 取0.42，內(nèi)摩擦角取，泥3ssd沙的浮重度 -(1-n) =13.5-(1-0.42) 10

14、=7.7 KN/m 。單位長度大壩迎水3sbsd面上的水平泥沙壓力值按公式P =1/2 h tan（45- 2/ ）。壩址處河床巖面22ssbssk高程約在38m h =38.00-31.00=7.00ms水平泥沙壓力外還應(yīng)計算豎直泥沙壓力，其值按泥沙浮重度與泥沙體積的乘積求得。7大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板14m/s3000m水庫試驗公式gh /v =0.00625v(gD/v ) 和gL /v =0.0386(gD/v ) 計算得20(1/6)2 (1/3)22 (1/2)2%00m00累積頻率為的波高h(yuǎn) =1.03m，平均波長L =9.45m，經(jīng)查表求得h =1.12m。

15、2%m1%使波浪破碎的臨界水H =L/(4)ln(L+2h )/(L-2h )=1.45m。mm1%m1%cr因為壩前水深H=84.72-31.00=53.72m，HH 和HL/2，發(fā)生深水波，單位mcr長度大壩迎水面上的浪壓力值按公式P =1/4 L h +h 計算。m( 1%zwk=波浪中心至計算靜水位的高度h h /L)=0.42m。2z1%mm=防浪墻頂高程為：84.72+h +h +h 84.72+1.12+0.42+0.30=86.56m。大壩特zc1%性表資料提供的壩頂高程不足。上述荷載計算見計算表。重 力 壩 特 殊 荷 載 組 合 計 算 表垂直力(kN) 水平力(kN)力矩

16、(kN.m)-12122000123422*2泥沙壓力22w 2.3.3擋水壩段荷載計算成果本設(shè)計荷載僅分析基本組合(2)及特殊組合(1)兩種情況，荷載組合作用計算成果見表二和表三。表二：壩體基本荷載組合作用計算成果8大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板0001w表三：壩體特殊荷載組合作用計算成果表0001w9大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板2.4 擋水壩段建基面抗滑穩(wěn)定計算沿壩軸線方向取 1m 長進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析計算。2.4.1 力+泥沙壓力+浪壓力。參照類似工程資料，微、弱風(fēng)化的花崗巖抗剪斷摩擦系數(shù)及黏聚力分別取 =0.85，C =0.65MPa，基巖允許抗壓強(qiáng)度取 1

17、430KPa。建基面抗滑穩(wěn)定根據(jù)抗抗剪斷強(qiáng)度公式計算得：K = (f W+ C A)/ P=(0.85*19778+650*43.12)/13044=3.44K =3.0，滿足抗滑穩(wěn)定要求。2.4.2 荷載特殊組合(1)為校核洪水位情況，其荷載組合為：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力。參照類似工程資料，微、弱風(fēng)化的花崗巖抗剪斷摩擦系數(shù)及黏聚力分別取 =0.85，C =0.65MPa，基巖允許抗壓強(qiáng)度取 1430KPa。建基面抗滑穩(wěn)定根據(jù)抗抗剪斷強(qiáng)度公式計算得：K = (f W+ C A)/ P=(0.85*19372+650*43.12)/13984=3.18K =2.5，滿足抗滑穩(wěn)定

18、要求。2.5 擋水壩段建基面邊緣應(yīng)力計算和強(qiáng)度校核2.5.1 力+泥沙壓力+浪壓力。當(dāng)計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下游邊緣垂直正應(yīng)力分別為： = W/B+6 M/B =19778/43.12+6*（-79461）/43.12 =202.27(KPa)0，滿u 22y足要求。 = W/B-6 M/B =19778/43.12-6*（-79461/43.12 =715.09(KPa)1430Kpa，d 22y滿足抗壓強(qiáng)度要求。當(dāng)計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下上游面剪應(yīng)力分別為：=(P-P )m =(51.5*10-51.5*10-202.27) 。uduuuy1 +P -P )m =(715.09+14.

19、5*10-14.5*10)*0.8=572.07(KPa)，滿足要求。ddyu2當(dāng)計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下游邊緣水平正應(yīng)力分別為： =(P-P )-(P-P )m =(51.5*10-51.5*10)- (51.5*10-51.5*10-202.27)*0uuuu2xuuy1。 =( P -P )+ +P -P )m =(14.5*10-14.5*10)+ (715.09+14.5*10dddd2xuyu2-14.5*10)*0.8 =457.66(KPa)，滿足要求。210大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板當(dāng)計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下游上游邊緣主應(yīng)力分別為： =(1+m -(P-

20、P )m =(1+0)*202.27 -(51.5*10-51.5*10)*0=202.27(KPa)，u2uu211yu1滿足要求。 = P-P =51.5*10-51.5*10=0(KPa)。uu2u =(1+m - (P -P )m =(1+0.8 )* 715.09-(14.5*10-14.5*10) *0.8d2dd22212yu2=1172.75(KPa)，滿足要求。 = P -P =14.5*10-14.5*10=0(KPa)。dd2u當(dāng)不計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下游邊緣垂直正應(yīng)力分別為： = W/B+6 M/B =29227/43.12+6*（-46139）/43.12 =52

21、8.92(KPa)0，滿u 22y足要求。 = W/B-6 M/B =29227/43.12-6*（-46139/43.12 =826.69(KPa)1430Kpa，d 22y滿足抗壓強(qiáng)度要求。當(dāng)不計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下上游面剪應(yīng)力分別為：=(P )m =(51.5*10-528.92)*0=0(KPa)。uduuy1 P )m =(826.69-14.5*10)*0.8=545.35(KPa)，滿足要求。ddy2當(dāng)計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下游邊緣水平正應(yīng)力分別為： =P -(P )m =51.5*10-(51.5*10-528.92)*0 =515.00(KPa)，滿足要求。uuuu2x

22、y1 =P -P )m =14.5*10+ (826.69-14.5*10)*0.8 =581.28(KPa)dddd22xy2當(dāng)不計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下游上游邊緣主應(yīng)力分別為： =(1+m - P *m =(1+0)*528.92-(51.5*10-51.5*10) *0=528.92(KPa)u2uu211y1足要求。 = P =51.5*10=515.00(KPa)，滿足要求。u2 =(1+m -P *m =(1+0.8 )* 826.69-14.5*10*0.8 =1262.97(KPa)，滿足要d2dd22212y2求。 = P =14.5*10=145.00(KPa)，滿足要求

23、。d22.5.2 荷載特殊組合(1)為校核洪水位情況，其荷載組合為：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力。當(dāng)計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下游邊緣垂直正應(yīng)力分別為： = W/B+6 M/B 19372（/43.12 =104.08(KPa)0，滿u 22y足要求。 = W/B-6 M/B =19372/43.12-6* （ -106966 ） /43.12 =794.43(KPa) d22y1430KPa，滿足抗壓強(qiáng)度要求。11大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板當(dāng)計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下上游面剪應(yīng)力分別為：=(P-P )m =(53.72*10-53.72*10-104.08) 。u

24、uuuy1=( +P -P )m =(794.43+15.45*10-15.45*10)*0.8=635.54(KPa)，滿足要dddyu2求。當(dāng)計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下游邊緣水平正應(yīng)力分別為： =(P-P )-(P-P )m =(53.72*10-53.72*10)- (53.72*10-53.72*10-uuuu2xuuy1104.08)*0=0(KPa)。 =( P -P )+ +P -P )m =(15.45*10-15.45*10)+ (794.43+15.45*10dddd2xuyu2-15.45*10)*0.8 =508.44(KPa)，滿足要求。2當(dāng)計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下游上游邊緣主應(yīng)力分別為： =(1+m -(P-P )m =(1+0)*104.08 -(53.72*10-53.72*10)*0=104.08u2uu211yu1，滿足要求。 = P-P =53.72*10-53.72*10=0(KPa)。uu2u =(1+m - (P -P )m =(1+0.8 )* 794.43-(15.45*10-15.45*10) *0.8d2dd22212yu2=1302.87(KPa)，滿足要求。 = P -P =15.45*10-15.45*10=0(KPa)。dd2u當(dāng)不計入揚(yáng)壓力時，建基面上、下游邊緣垂直正應(yīng)力分別為： = W/