壩址一混凝土重力壩設(shè)計(jì)（優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)）

PAGEPAGE4鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：焦作市孤山湖水庫(kù)壩址一混凝土重力壩設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：胡良明職稱(chēng)：教授學(xué)生姓名：謝小雨學(xué)號(hào)：20060510328專(zhuān)業(yè)：水利水電工程院（系）：水利與環(huán)境學(xué)院完成時(shí)間：2010年6月2010年6目錄摘要 1Abstract 2前言 3第一章設(shè)計(jì)基本資料 4工程概況 4、基本資料 5地質(zhì)資料 51.2.1.1區(qū)域地質(zhì) 51.2.1.2地形地貌 51.2.1.3物理地質(zhì)現(xiàn)象 61.2.1.4水文地質(zhì)條件 61.2.1.5巖土物理力學(xué)性質(zhì) 61.2.2水文資料 7氣象 71.2.2.2洪水 71.2.2.3泥沙 81.2.2.4水庫(kù)死水位確定 91.2.2.5水庫(kù)正常蓄水位及其庫(kù)容確定 91.2.3其它資料 9第二章樞紐布置 11工程等級(jí)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 112.1.1工程等級(jí)及建筑物級(jí)別 112.1.2工程洪水標(biāo)準(zhǔn) 11．樞紐總體布置 122.2.1壩型的選擇 122.2.2樞紐布置方案比較 13第三章非溢流壩段設(shè)計(jì) 14、壩頂高程的確定 143.2壩頂寬度的確定 153.3壩坡的擬定 15壩基的防滲與排水設(shè)施擬定 15荷載組合及其計(jì)算 163.5.1設(shè)計(jì)情況 163.5.2校核情況 193.5.3地震情況 23應(yīng)力分析 263.6.1設(shè)計(jì)情況 27校核情況 293.6.3地震情況 29第四章溢流壩段設(shè)計(jì) 31泄水方式的選擇 31堰頂高程確定 31定型設(shè)計(jì)水頭的確定 31、溢流壩段剖面設(shè)計(jì) 314.4.1堰頂圓弧曲線及WES曲線的確定 324.4.2溢流壩段消能防沖設(shè)計(jì) 334.5溢流壩段抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算以及應(yīng)力分析 35發(fā)電輸水洞和泄洪排沙洞設(shè)計(jì) 394.6.1發(fā)電輸水洞設(shè)計(jì)（有壓孔） 394.6.2排沙孔設(shè)計(jì) 39第五章細(xì)部構(gòu)造 41壩頂構(gòu)造 41非溢流壩段 41溢流壩段 415.2溫控措施 42壩體分縫及止水 425.3.1壩體分縫 42止水 42廊道系統(tǒng) 43壩體防滲排水 435.6.壩體材料分區(qū) 435.7地基處理 445.7.1地基開(kāi)挖與清理 445.7.2壩基的帷幕灌漿 445.7.3壩基的固結(jié)灌漿 455.7.4軟弱帶處理 45第六章.安全檢測(cè)設(shè)計(jì) 46滲流觀測(cè) 466.1.1揚(yáng)壓力觀測(cè) 466.1.2滲水量觀測(cè) 466.1.3繞壩滲流觀測(cè) 46外部變形觀測(cè) 466.2.1水平位移觀測(cè) 466.2.2壩體繞度觀測(cè) 466.2.3基礎(chǔ)變形觀測(cè) 46大壩內(nèi)部觀測(cè) 46致謝 47參考文獻(xiàn) 48附件一：中英文專(zhuān)題翻譯 49附件二：圖紙 58PAGE59 摘要孤山湖水庫(kù)是一座綜合利用的小型水利工程，其開(kāi)發(fā)主要任務(wù)是城市供水，兼顧發(fā)電、旅游、防洪及發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖。本次設(shè)計(jì)為混凝土重力壩設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括擋水建筑物即擋水壩的設(shè)計(jì)和泄水建筑物即溢流壩的設(shè)計(jì)。樞紐按五十年一遇洪水設(shè)計(jì)，五百年一遇洪水校核。水庫(kù)正常蓄水位401米，設(shè)計(jì)洪水位米，校核洪水位米。電站裝機(jī)2臺(tái)320千瓦，總裝機(jī)640千瓦。設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作有基本資料分析、壩址選擇。擋水壩設(shè)計(jì)包括剖面基本尺寸的擬訂、抗剪斷穩(wěn)定分析和應(yīng)力分析；溢流壩設(shè)計(jì)包括剖面擬定、泄流能力驗(yàn)算、消能水力計(jì)算、穩(wěn)定分析和應(yīng)力分析。后期工作有細(xì)部構(gòu)造及地基處理。關(guān)鍵詞：混凝土重力壩、應(yīng)力分析、穩(wěn)定分析AbstractGuShanlakereservoirisacomprehensiveutilizingsmallwaterconservancyprojection,themaindevelopingofurbaniswatersupply,bothpowerandtourism,thefloodcontrolanddevelopmentofaquaculture.Thedesignoftheconcretegravitydamhubdesign,Designfeaturesincluderetainingthatbuildingthedamdesignanddischargestructuresthatspillwaydesign.Waterprojectplanisdesignedaccordingtomeetingflooddesignonceinfiftyyears,andmeetfloodcheckonceinfivehundredyears.Thenormalwaterleveloftheprojectis401m,thedesignfloodlevelism,andthecheckfloodlevelism.Thetotalvolumeofthepowergenerationunitsis640Designofabasicpreparationsfortheanalysisoftheinformation,Pa-choiceandthegenerallayout.Damdesignincludesprofilesbasicdimensionsintheformulation,stability-cutanalysisandstressanalysis;spillwaydesignincludesprofilesdrawnup,checkingdischargecapacity,hydrauliccalculationofenergydissipation,stabilityanalysisandstressanalysis.Lateworkdetailingandgroundtreatment,andthemainengineeringcalculations.Keyword:concretegravitydamstressanalysisstabilityanalysis前言畢業(yè)設(shè)計(jì)是各工科高校為大學(xué)生安排的最后一次全面性、總結(jié)性的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，既是學(xué)生在教師指導(dǎo)下運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，解決具體問(wèn)題的一次嘗試，也是學(xué)生走向工作崗位前的一次實(shí)戰(zhàn)演習(xí)。本次設(shè)計(jì)的目的是：參加畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)，首先應(yīng)熟悉本樞紐的基本資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù)。要嚴(yán)肅認(rèn)真地對(duì)待設(shè)計(jì)工作，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn)，設(shè)計(jì)中應(yīng)實(shí)事求是，刻苦鉆研，勇于探索、創(chuàng)新，并應(yīng)注意貫徹黨的建設(shè)方針和政策。要認(rèn)真總結(jié)、運(yùn)用幾年來(lái)所學(xué)的理論知識(shí)及專(zhuān)業(yè)知識(shí)，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)進(jìn)行思考、分析應(yīng)用。在設(shè)計(jì)中注意培養(yǎng)與提高獨(dú)立思考與獨(dú)立工作的能力，并加強(qiáng)計(jì)算、繪圖、編寫(xiě)設(shè)計(jì)文件，使用規(guī)范、手冊(cè)能力的培養(yǎng)。設(shè)計(jì)中既應(yīng)遵循技術(shù)規(guī)范，亦應(yīng)盡量采用國(guó)內(nèi)、外成熟的先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，出色地、創(chuàng)造性地按期完成設(shè)計(jì)任務(wù)。本次設(shè)計(jì)的范圍：本次設(shè)計(jì)是依據(jù)有關(guān)規(guī)范主要進(jìn)行混凝土重力壩及相關(guān)部分的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)我的題目為焦作孤山湖水庫(kù)壩址一混凝土重力壩方案，基本要求是先熟悉基本資料，通過(guò)壩址選擇和樞紐布置，來(lái)設(shè)計(jì)主要建筑物（擋水壩、溢流壩），最后設(shè)計(jì)細(xì)部構(gòu)造。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，提高了我的動(dòng)手能力，加強(qiáng)了我的整體思維能力，推進(jìn)了理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)用能力，貫穿我們四年所學(xué)知識(shí)的綜和利用能力。使之了解相關(guān)的水利水電建筑工程的知識(shí)：水位及工程地質(zhì)在實(shí)際工程中的應(yīng)用；重點(diǎn)掌握壩址的選擇、樞紐的布置，尤其是水工部分的擋水壩、溢流壩的設(shè)計(jì)及應(yīng)力計(jì)算。在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于所遇到的問(wèn)題主要應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)加以解決，輔以指導(dǎo)老師的耐心、細(xì)致的解答，同時(shí)查閱資料以及參考以建工程的資料等。焦作孤山湖水庫(kù)壩址一混凝土重力壩的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我掌握了水利水電學(xué)科的基本理論和基本知識(shí)，了解對(duì)于水利水電建筑工程師的基本素質(zhì)和實(shí)際工作能力的要求，對(duì)于今后成為高級(jí)的應(yīng)用型人才打下了良好的基礎(chǔ)。第一章設(shè)計(jì)基本資料1.1工程概況為了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)建設(shè)峰林峽旅游風(fēng)景區(qū)，焦作市群英湖水庫(kù)管理處擬在大沙河上修建一小型水庫(kù)——孤山湖，以營(yíng)造景區(qū)觀光旅游景點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行城市供水、發(fā)電等，特委托鄭州大學(xué)進(jìn)行孤山湖水庫(kù)樞紐工程可行性研究。擬建孤山湖水庫(kù)位于焦作市北部山區(qū)，距焦作市約18km。壩址位于群英水庫(kù)大壩下游約處。行政位置隸屬焦作市中站區(qū)龍洞鄉(xiāng)。庫(kù)間控制流域面積2。水庫(kù)下游的焦作市是我國(guó)主要的煤炭基地和晉東南能源南下的重要門(mén)戶，焦作現(xiàn)已發(fā)展成為一個(gè)以能源、化工、冶金、建材工業(yè)為主，機(jī)械、輕紡、食品等綜合性的新興工業(yè)城市。孤山湖水庫(kù)是一座綜合利用的小型水利工程，其開(kāi)發(fā)主要任務(wù)是城市供水，兼顧發(fā)電、旅游、防洪及發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖。焦作市位于河南省西北部，地處太行山南麓，座落在山前坡地和平原交接地帶。城區(qū)位于北緯34°48′～35°30′，東經(jīng)112°02′～113°02′，北依太行山，南接武陟，東鄰修武，西靠博愛(ài)，總面積4072km2根據(jù)《焦作市中心城總體規(guī)劃》，焦作市的定位是以能源、化工、冶金、建材、旅游業(yè)為主的區(qū)域性中心城市。其總體發(fā)展戰(zhàn)略是：逐步將焦作市建設(shè)成為聯(lián)系東西、貫穿南北的交通樞紐城市，功能齊全、設(shè)施先進(jìn)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理的現(xiàn)代化工業(yè)城市，生態(tài)平衡、環(huán)境優(yōu)美的園林式城市。要想達(dá)到上述目的，水—自然成為焦作未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵所在。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化人口的增加，對(duì)水的需求量越來(lái)越大，水已成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸。焦作是全國(guó)缺水城市之一，年平均降雨量，主要集中在7-9月份；由于降雨時(shí)間的分布不均，缺水已經(jīng)影響到焦作市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。目前，城市大量超采地下水，在城區(qū)周?chē)纬傻叵滤┒贰Ｅd建孤山湖水庫(kù)，每年可向焦作市區(qū)供水1247～2462萬(wàn)m3（供水保證率為75%），大大緩解了用水矛盾。因此，為滿足城市供水，兼顧發(fā)電、旅游等，建設(shè)孤山湖水庫(kù)工程不僅完全必要而且非常緊迫。為了做好孤山湖水庫(kù)的前期準(zhǔn)備工作，2006年焦作市水利局組織河南省有關(guān)專(zhuān)家對(duì)孤山湖水庫(kù)庫(kù)區(qū)進(jìn)行了多次考查，在大沙河上擬選了壩址一、壩址二、壩址三共三處壩址。1.2、基本資料1.地質(zhì)資料1..1區(qū)域地質(zhì)擬建庫(kù)區(qū)位于山西臺(tái)隆向華北平原的過(guò)渡地帶，伴隨著山西地臺(tái)的強(qiáng)烈上升和平原的劇烈下降運(yùn)動(dòng)，地形切割強(qiáng)烈。庫(kù)區(qū)一帶表現(xiàn)為典型的中山特征。本區(qū)出露地層主要為一套淺海相沉積巖系，巖性主要為寒武系厚層，巨厚層狀白云巖、灰質(zhì)白云巖，奧陶系中厚層、厚層狀灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r，局部殘留石炭系鐵鋁質(zhì)粘土巖、頁(yè)巖和灰?guī)r。新生代以來(lái)，受加里東運(yùn)動(dòng)影響，出現(xiàn)強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生新華夏經(jīng)向構(gòu)造體系與秦嶺緯向構(gòu)造體系兩大一級(jí)構(gòu)造體系，受該兩大體系的共同作用和控制，產(chǎn)生晉東南“山”字型二級(jí)構(gòu)造體系。庫(kù)區(qū)即位于該“山”字型構(gòu)造東翼之反射弧部位。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡多以東西向或北東向高角度正斷層為主。伴隨著斷裂的產(chǎn)生，區(qū)內(nèi)斷層破碎帶、網(wǎng)狀節(jié)理、裂隙、溶洞、溶孔廣泛發(fā)育。晚第三紀(jì)至第四紀(jì)以后，伴隨著喜瑪拉雅運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，區(qū)內(nèi)差異升降運(yùn)動(dòng)加劇，以河谷階地形態(tài)分析，該區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)仍表現(xiàn)為較強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)。焦作處在河北平原地震帶、汾渭地震帶、河淮地震帶三個(gè)地震帶的交匯部位。焦作歷史上地震雖不強(qiáng)烈，但從整體地震構(gòu)造上看，具備發(fā)生中強(qiáng)地震的構(gòu)造背景。近幾年來(lái)，與焦作相鄰的河北平原地震帶和汾渭地震帶，地震比較活躍，特別是河北平原地震帶相繼發(fā)生了幾次中強(qiáng)地震，焦作及附近地區(qū)未來(lái)的地震活動(dòng)受到人們的密切關(guān)注。1978年第二次全國(guó)抗震工作會(huì)議將焦作確定為全國(guó)重點(diǎn)抗震城市，地震基本烈度為7度。本區(qū)從地震地質(zhì)背景和地震活動(dòng)特征來(lái)看，都具有發(fā)生中強(qiáng)地震活動(dòng)的危險(xiǎn)性。根據(jù)2001年國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（1:400萬(wàn)）》（GB18306—2001），水庫(kù)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為，相應(yīng)地震基本烈度為VII度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為。1.2.1.2地形地貌孤山湖水庫(kù)壩址位于孤山村北約處，大沙河近南北走向，在壩址區(qū)下游向東延伸呈一‘S’型彎曲。兩岸支溝不發(fā)育，僅在小滾水壩左岸有一較大支溝，寬25～40m，走向北東，入口處與大沙河近直交。大沙河兩岸均為高大雄厚山體，山頂高程450～578m，兩岸岸坡坡度均在50°以上，且多處近直立。河底高程為340～348m，河床比降1/100～，河谷呈狹窄的‘U’型，二、三壩址間河底寬40～80m。兩岸階地不發(fā)育，僅零星殘留有二級(jí)階地，二級(jí)階地由上更新統(tǒng)（Q3）沖洪積物組成，零星分布于壩址區(qū)左右岸緩坡上，分布高程為350～390m，高出現(xiàn)代河床20～40m。左岸局部有崩積物，河床中漫灘有沖洪積物覆蓋，由全新統(tǒng)（Q4）沖洪積物組成。1..3物理地質(zhì)現(xiàn)象壩址區(qū)兩岸岸坡陡峻，溝谷兩側(cè)巖石裸露，風(fēng)化輕微，在大沙河左岸局部有小范圍崩塌體及不穩(wěn)定體。如在小滾水壩下游左岸有孤立的危巖體，坡腳有脫落的崩塌體，但規(guī)模均不大。另外，壩址區(qū)地層主要為碳酸鹽巖，右岸支溝中見(jiàn)有沿裂隙、小斷層局部形成小的溶蝕洞穴，深度一般小于2m，連通性差。1..4水文地質(zhì)條件壩址區(qū)地下水可劃分為基巖裂隙水、第四系松散層孔隙水兩大類(lèi)?；鶐r裂隙水巖性主要為鮞粒白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、薄層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r。地下水主要沿?cái)鄬悠扑閹Ш土严睹芗瘞Оl(fā)育。據(jù)51組壓水試驗(yàn)，壩基巖體透水率q為～14.4Lu,其中中等透水1組，占2%；弱透水42組，占82.4%;微-極微透水8組，占15.6%。壩基巖體以弱-極微透水性為主。第四系松散巖類(lèi)孔隙水由粘性土、卵石層及漂石層組成，地下水屬孔隙潛水型。卵石層及漂石層主要分布于河床內(nèi)，為主要含水層。地下水主要由地表水和地下徑流補(bǔ)給，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其滲透系數(shù)K=200～500m/d，屬?gòu)?qiáng)透水。壩址區(qū)地下水類(lèi)型雖有不同，但二者聯(lián)系密切，壩址區(qū)地下水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-CaMg型水。礦化度/l，均屬淡水。pH值，屬弱堿性水?？傆捕?2.4H°，屬微硬水。根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-99）附錄G評(píng)價(jià)，壩址區(qū)地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。1..5巖土物理力學(xué)性質(zhì)表1壩址巖土體物理力學(xué)參數(shù)建議值項(xiàng)目巖性塊體密度g/cm3彈性模量GPa泊松比巖體抗剪斷強(qiáng)度砼與巖體抗剪斷強(qiáng)度巖體抗剪強(qiáng)度允許承載力f'c'（MPa）f'c'（MPa）fMPa弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r87微風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r101.39備注：壩基與卵石摩擦系數(shù)f=0.50～0.53。（1）松散巖類(lèi)1）Q4低液限粘土壩址區(qū)Q4低液限粘土呈透鏡體狀分布于Q4卵石層中，灰色，屬軟塑-可塑狀態(tài)，標(biāo)貫擊數(shù)3-4擊。2）Q3低液限粘土呈透鏡體狀分布于Q3卵石層中，棕黃色，硬塑狀態(tài)，標(biāo)貫擊數(shù)19-22擊。3）Q4卵石在壩址及其附近上、下游河槽中，對(duì)表層卵石混合土層取樣進(jìn)行了試驗(yàn)，粒度成分中漂石含量占23%～40%，卵石占17%～45%；礫石占12%～25%，小于礫石的顆粒占15%～40%，不均勻系數(shù)值為120～190，屬不均勻土類(lèi)。4）Q3礫砂、卵石Q3礫砂、卵石分布于河槽下部，屬中密-密實(shí)土類(lèi)。（2）基巖類(lèi)壩址區(qū)巖石種類(lèi)有鮞粒灰質(zhì)白云巖、鮞粒白云質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r等。均屬堅(jiān)硬巖，其單軸飽和抗壓強(qiáng)度為～143MPa，平均。飽和抗剪斷試驗(yàn)所得凝聚力范圍值為～5.18MPa，平均值為4.85MPa，內(nèi)摩擦角為53.2°～58.6°，平均值為55.67°。巖土體參數(shù)建議值見(jiàn)表1。1.水文資料1..1氣象地處暖溫帶，屬大陸季風(fēng)型氣候。據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶仲Y料，該區(qū)春季溫暖多風(fēng)干旱，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季干冷少雪。年平均氣溫℃，1月份最冷，平均氣溫℃，年極端最低氣溫-20℃，7月份最熱，平均氣溫℃，年極端最高氣溫℃，年平均降雨量，主要集中在7-9月份，年最高降雨量為，年最低降雨量為。年水面蒸發(fā)量1350mm，陸面蒸發(fā)量490mm。最大風(fēng)速33m/s，多年平均最大風(fēng)速/s。多年平均徑流深160mm。1..2洪水孤山湖水庫(kù)位于焦作市郊，流域主要由山丘區(qū)組成。上游群英水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水和群英水庫(kù)下游至孤山湖水庫(kù)區(qū)間設(shè)計(jì)洪水均依據(jù)河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院1984年編制的《河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《洪水圖集》）進(jìn)行計(jì)算。群英水庫(kù)調(diào)節(jié)后的洪水，與區(qū)間洪水相疊加作為孤山湖水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水。洪水計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。表2各壩址洪水計(jì)算結(jié)果壩址一（b=60m）起調(diào)水位：401m對(duì)應(yīng)庫(kù)容：設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪峰流量(m3/s)水位(m)庫(kù)容(萬(wàn)m3)泄量(m3/s)50年一遇406.78500年一遇壩址二（b=55m）起調(diào)水位：397m對(duì)應(yīng)庫(kù)容：設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪峰流量(m3/s)水位(m)庫(kù)容(萬(wàn)m3)泄量(m3/s)50年一遇500年一遇壩址三（b=65m）起調(diào)水位：395m對(duì)應(yīng)庫(kù)容：設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪峰流量(m3/s)水位(m)庫(kù)容(萬(wàn)m3)泄量(m3/s)50年一遇500年一遇壩下游設(shè)計(jì)水位50年一遇水位(m)500年一遇水位(m)壩址一壩址二壩址三1..3泥沙孤山湖水庫(kù)壩址附近沒(méi)有實(shí)測(cè)泥沙資料。查《河南省水利工程水文計(jì)算常用圖》，大沙河流域?qū)崪y(cè)輸沙量模數(shù)200t/km2～500t/km2。由于孤山湖庫(kù)區(qū)內(nèi)植被良好，故選取孤山湖水庫(kù)壩址輸沙量模數(shù)為200t/km2，則孤山湖水庫(kù)壩址懸移質(zhì)輸沙量為1.338萬(wàn)t，推移質(zhì)輸沙量為0.201萬(wàn)t，多年平均輸沙量為1.539萬(wàn)t。由此算得泥沙淤積庫(kù)容及相應(yīng)水位：3，淤積高程為；3，淤積高程為；3，淤積高程為；1..4水庫(kù)死水位確定考慮水庫(kù)泥沙淤積對(duì)進(jìn)水口高程的影響，水庫(kù)死水位應(yīng)高于壩前淤沙高程。通過(guò)綜合比較，取水庫(kù)死水位壩址一取為，相應(yīng)庫(kù)容22.19萬(wàn)m3；壩址二取為3；壩址三取為3，可以滿足設(shè)計(jì)年限內(nèi)泥沙淤積和各部門(mén)正常工作的最低要求。1..5水庫(kù)正常蓄水位及其庫(kù)容確定根據(jù)孤山湖水庫(kù)來(lái)水由群英水庫(kù)下泄流量和區(qū)間來(lái)水兩部分組成，經(jīng)群英水庫(kù)調(diào)節(jié)后，各月來(lái)水相對(duì)較為均勻，對(duì)城市供水有利。焦作市工業(yè)及居民生活用水有多個(gè)水源，孤山湖水庫(kù)建成后將成為新的補(bǔ)給供水水源，群英水庫(kù)不再直接供給焦作市用水。正常情況下孤山湖水庫(kù)需向焦作市供水3/s，無(wú)水情況可不供給。現(xiàn)根據(jù)孤山湖水庫(kù)來(lái)水、焦作市綜合用水以及水庫(kù)壩址地形、地質(zhì)條件，擬定三個(gè)孤山湖水庫(kù)正常蓄水位比選方案如表3所列。表3孤山湖水庫(kù)各壩址防洪方案壩址位置起調(diào)水位(m)相應(yīng)庫(kù)容(104溢流壩寬度(m)運(yùn)用方式壩址一40160無(wú)閘門(mén)控制壩址二39755無(wú)閘門(mén)控制壩址三39565無(wú)閘門(mén)控制1.其它資料電站機(jī)組主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4基本參數(shù)。表4電站機(jī)組主要技術(shù)指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目壩一（2×320KW）壩二、三（2×400KW）1水輪機(jī)型號(hào)HL220-WJ-42HL220-WJ-502水輪發(fā)電機(jī)型號(hào)TSWN85/31-6TSWN99/37-83調(diào)速器型號(hào)TT-150YT-3004設(shè)計(jì)水頭（m）335設(shè)計(jì)流量（m3/s）6水輪機(jī)效率（%）837發(fā)電機(jī)效率（%）938水輪機(jī)出力（KW）3504599設(shè)計(jì)點(diǎn)模型汽蝕系數(shù)0.13310水輪機(jī)單價(jià)（萬(wàn)元）11發(fā)電機(jī)單價(jià)（萬(wàn)元）12裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)（h）22831744第二章樞紐布置2.1工程等級(jí)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2.工程等級(jí)及建筑物級(jí)別根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252—2000有表1-1水利水電工程分等指標(biāo)工程等別工程規(guī)模水庫(kù)總庫(kù)容(10mEQ）防洪治澇灌溉供水發(fā)電保護(hù)城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)的重要性保護(hù)農(nóng)田(10畝)治澇面積(10畝)灌溉面積(10畝)供水對(duì)象重要性裝機(jī)容量(10KW)Ⅰ大（1）型≥10特別重要≥500≥200≥150特別重要≥120Ⅱ大（2）型重要500～100200～60150～50重要120～30Ⅲ中型中等100～3060～1550～5中等30～5Ⅳ?。?）型一般30～515～3一般5～1Ⅴ?。?）型<5<3<1注:①水庫(kù)總庫(kù)容指水庫(kù)最高水位以下的靜庫(kù)容；②治澇面積和灌溉面積均指設(shè)計(jì)面積。確定孤山湖水利樞紐工程為Ⅳ等工程，?。?）型規(guī)模。表1-2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)別主要建筑物次要建筑物Ⅰ133Ⅱ234Ⅲ345Ⅳ455Ⅴ555確定孤山湖水利樞紐的水工建筑物級(jí)別為：主要建筑物4級(jí)，次要建筑物5級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別5級(jí)。2.工程洪水標(biāo)準(zhǔn)表1-3山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)[重現(xiàn)期（年）]項(xiàng)目水工建筑物級(jí)別12345設(shè)計(jì)1000～500500～100100～5050～3030～20校核土石壩可能最大洪水（PMF）或10000～50005000～20002000～10001000～300300～200混凝土壩、漿砌石壩5000～20002000～10001000～500500～200200～100本工程采用混凝土重力壩，所以永久性水工建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常運(yùn)用情況下為50年一遇,非常運(yùn)用情況下為500年一遇。表1-4臨時(shí)性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)[重現(xiàn)期（年）]臨時(shí)性建筑物類(lèi)型臨時(shí)性水工建筑物級(jí)別345土石結(jié)構(gòu)50～2020～1010～5混凝土、漿砌石結(jié)構(gòu)20～1010～55～3確定臨時(shí)性建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)：5年一遇。2.2．樞紐總體布置樞紐的整體布置要綜合考慮上、下壩址的地形和地質(zhì)條件，結(jié)合所給工程的實(shí)際要求，全面考慮運(yùn)用、施工、管理、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題。在保證方便和安全可靠的前提下，力求作到節(jié)省工程量，便于施工、縮短工期，優(yōu)選技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益最佳的方案。2.2.1壩型的選擇目前，應(yīng)用比較多的壩型有重力壩、拱壩和土石壩。在選擇壩型時(shí)，要根據(jù)壩區(qū)的地質(zhì)、地形條件、筑壩材料、施工技術(shù)、施工條件、施工導(dǎo)流等眾多因素來(lái)定。由于壩址區(qū)河道曲折，在壩址區(qū)下游向東延伸呈一“S”型彎曲，河床礁灘密布，坡降大，地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為大面積間歇抬升，因此，很明顯不適合拱壩的修筑，重力壩和土石壩都在考慮范圍之內(nèi)。對(duì)這兩種壩型進(jìn)行比較后再作選擇?？紤]到本樞紐主要承擔(dān)了發(fā)電、防洪任務(wù)，而且在校核洪水位時(shí)的流量和泄流量都較大，需要開(kāi)敞式的壩體泄流樞紐，由于土石壩自身不能在壩頂溢流的缺點(diǎn)，不能夠滿足防洪時(shí)泄流的需要，故選用混凝土重力壩作為設(shè)計(jì)的壩型。重力壩主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來(lái)滿足穩(wěn)定要求；同時(shí)依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來(lái)抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強(qiáng)度要求。重力壩之所以得到廣泛應(yīng)用，是因?yàn)槠渚哂幸韵聨讉€(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：（1）安全可靠。重力壩剖面尺寸大，壩內(nèi)應(yīng)力較低，筑壩材料強(qiáng)度高，耐久性好，因而抵抗洪水漫頂、滲漏、地震和戰(zhàn)爭(zhēng)破壞的能力都比較強(qiáng)。（2）任何形狀的河谷都可以修建重力壩。（3）樞紐泄洪問(wèn)題容易解決。重力壩可以做成溢流的，也可以在壩內(nèi)不同高程設(shè)置泄水孔，一般不需要另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。（4）便于施工導(dǎo)流。在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，一般不需要另設(shè)導(dǎo)流隧洞。（5）施工方便。大體積混凝土可以采用機(jī)械化施工，在放樣、立模和混凝土澆筑方面都比較簡(jiǎn)單，并且加強(qiáng)、修復(fù)、維護(hù)或擴(kuò)建也比較方便。重力壩的缺點(diǎn)主要是壩體剖面尺寸大，材料用量多，把體應(yīng)力較低，材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，而且需要嚴(yán)格的溫度控制措施，壩體與地基的接觸面積大，相應(yīng)的壩體揚(yáng)壓力大，對(duì)穩(wěn)定不利。對(duì)穩(wěn)定不利可以采用多種措施進(jìn)行改良，例如：1.利用水重；2.采用有利的開(kāi)挖輪廓線；3.設(shè)置齒墻；4.抽水措施；5.加固地基；6.橫縫灌漿；7.預(yù)加應(yīng)力措施。因此，最后決定采用混凝土重力壩。2.2.2樞紐布置方案比較樞紐由以下部分組成：溢流壩段、非溢流壩段、廠房、通航建筑物。在進(jìn)行水利樞紐布置時(shí)應(yīng)全面考慮運(yùn)用、施工、管理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等多方面的問(wèn)題。初步擬定了兩種方案以供比選：方案一：左岸通航建筑物，右岸廠房，中間大壩方案二：左岸廠房，右岸通航建筑物，中間大壩方案比較：考慮到右岸有比較開(kāi)闊的地方來(lái)布置發(fā)電廠房，對(duì)壩后式廠房的布置非常有利；左岸地勢(shì)相對(duì)平坦，因此水流比較平順，有利于船只的順利通航，因此在左岸布置通航建筑物是不錯(cuò)的選擇。開(kāi)挖引水渠的費(fèi)用也比較高，所以，在選擇方案時(shí)選擇壩后式廠房，綜上所述，選擇方案一。第三章非溢流壩段設(shè)計(jì)3.1、壩頂高程的確定壩頂高程=max(設(shè)計(jì)洪水位+超高；校核洪水位+超高)壩頂上游防浪墻頂高程應(yīng)超出水庫(kù)靜水面的高度按下式計(jì)算：（3-1）式中—累積頻率為1％的波浪高度（m），素按官?gòu)d水庫(kù)公式計(jì)算：—波浪中心線高出靜水面的高度（m），按下式計(jì)算：—取決于壩的級(jí)別和計(jì)算情況的安全超高，查下表：安全超高（m）荷載組合（運(yùn)用情況）壩的級(jí)別123基本組合（正常情況）特殊組合（校核情況）設(shè)計(jì)和校核情況壩頂高程（或壩頂防浪墻頂高程）按下式計(jì)算，并選用其中的較大值。式中，和分別按式（3-1）的要求考慮。對(duì)于1、2級(jí)的壩，如果按照可能最大洪水校核時(shí)，壩頂高程不得低于相應(yīng)靜水位，放浪墻頂不得低于波浪頂高程。此工程防浪墻高度取m，與壩體在結(jié)構(gòu)上連成整體，墻身應(yīng)有足夠的厚度，以抵擋波浪及漂浮物的沖擊。壩頂高程計(jì)算成果表正常蓄水位情況下HDV0V02gD/V02Lmhh1%1325331089πh1%2/Lm2πH/Lmcth(2πH/Lm)hzhc△h設(shè)計(jì)水位墻頂高程1校核洪水位情況HDV0V02gD/V02Lmhh1%1325πh1%2/Lm2πH/Lmcth(2πH/Lm)hzhc△h校核水位墻頂高程1則壩頂高程取最大值）則最終壩頂高程m.壩高為409.73m-326.5m=3.2壩頂寬度的確定為了滿足設(shè)備布置、運(yùn)行、交通及設(shè)施的需要，經(jīng)過(guò)分析選取壩頂寬度B1為9m。3.3壩坡的擬定常用的剖面形態(tài)有：（１）上游壩面鉛直，適用于混凝土與基巖接觸面間的f,c值較大或壩體內(nèi)設(shè)有泄水孔或水管道，有進(jìn)口控制設(shè)備的情況；（２）上游壩面上部鉛直，下部?jī)A斜，既便于布置進(jìn)口控制設(shè)備，又可利用部分水重幫助壩體維持穩(wěn)定；（３）上游壩面略向上傾斜，適用于混凝土與基巖面間的f,c值較低的情況。經(jīng)比較，本設(shè)計(jì)采用第2種，即上游壩面上部鉛直，下部?jī)A斜的剖面形態(tài)。上游壩坡坡率取n=0.2，下游邊坡系數(shù)m=0.8，上游起坡點(diǎn)高度，一般在壩高的1/3～2/3范圍內(nèi)。(～）壩高m=（～）×=（～）m上游折坡點(diǎn)高程=（～）+318=～m為盡量利用水重，折坡點(diǎn)高程初步定在處。重力壩剖面的下游坡的起坡點(diǎn)的高程取為m.由于防滲的需要，壩基須設(shè)置防滲帷幕和排水孔幕。根據(jù)基礎(chǔ)廊道的布置要求，初步擬定防滲帷幕及排水孔中心線在壩基面處距離壩踵分別為6.5m和9m。擬定的剖面尺寸如下圖所示：作用在重力壩的荷載主要有：壩體自重，上下游壩面上的水壓力，揚(yáng)壓力，浪壓力，泥沙壓力，地震壓力等，取1m壩長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。設(shè)計(jì)重力壩時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的運(yùn)用條件確定各種荷載的數(shù)值，并選擇不同的荷載組合，用以驗(yàn)算壩體的穩(wěn)定和強(qiáng)度。設(shè)計(jì)情況上游設(shè)計(jì)洪水位為406.78m，相應(yīng)下游洪水位為352.65m，壩基設(shè)有防滲帷幕和基礎(chǔ)排水措施。要求抗滑安全系數(shù)Ks≧1.05。按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)k'≥3.0?；举Y料：壩頂高程(m)壩底高程(m)上游水位(m)409.73326.50406.78壩頂寬B1（m)壩底寬B2(m)壩體高H(m)9.0074.8083.23淤沙高度hs（m)沙浮容重γsb（kN/m3)壩體容重γ壩（kN/m3)31.7010.0024.00下游水位(m)上游折坡高程(m)下游折坡高程(m)上游坡率n352.65371.50397.500.20浪高2hl(m)上游折坡高度H3(m)下游折坡高度H4(m)波長(zhǎng)2Ll(m)1.4545.0071.0013.98水容重γ水（kN/m3)摩擦系數(shù)f淤沙內(nèi)摩擦角φs計(jì)算風(fēng)速（m/s)9.810.6526.0033.00下游坡率m滲透壓力系數(shù)α上游水深H1排水孔至壩踵距L2(m)0.800.2580.289.00h0(m)下游水深H20.4326.15吹程(km)多年風(fēng)速(m/s)混凝土/基巖摩擦系數(shù)f'混凝土/基巖凝聚力C'(MPa)1.3322.501.000.90自重：自重部分分三部分分別為上游三角體、矩形體、下游三角體。壩體矩形體自重W1=B1*H*γ壩=17977.68KN上游三角體自重W2=0.5*n*H32γ壩=4860.00KN下游三角體自重W3=0.5*m*H4^2*γ壩=48393.60KN水重：上游矩形Q1=n*H3*h*γ水=3114.87KN上游三角體Q2=0.5*n*H32*γ水=1986.53KN下游三角體Q3=0.5*m*H22*γ水=2683.32KN水壓力：上游水壓力P1=0.5*H12*γ水=31612.13KN(→)下游水壓力P2=0.5*H22*γ水=3354.15KN(←)浪壓力：Pl=γ水[(Ll+2hl+h0)Ll-Ll2]=淤沙壓力：水平向Psk1=0.5*γsb*hs2tg2(45°-φs/2)=1961.86KN豎向Psk2=0.5*γsb*n*H32+γsb*(hs-H3)*n*H3=828.00KN合計(jì):垂直方向的合力∑W=79844.00KN(↓)水平方向的合力∑P=33580.56KN(→)揚(yáng)壓力：浮托力u1=B2*H2*γ水=19188.56KN滲透壓力u2=α*（H1-H2）*L2*γ水=1194.78KN滲透壓力u3=0.5*L2*(1-α)*(H1-H2)*γ水=1792.18KN滲透壓力u4=0.5*(H1－H2)*α*(B2-L2）*γ水=4367.60KN計(jì)入揚(yáng)壓力后合計(jì)：垂直方向的合力∑W=53300.88KN(↓)水平方向的合力∑P=30226.41KN(→)按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K’K’=所以，按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算的壩體抗滑穩(wěn)定滿足要求；按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)KK=f（∑W-U）/∑所以，按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算的壩體抗滑穩(wěn)定也滿足要求。計(jì)算的成果表如下圖所示：垂直力(kN)水平力（kN）荷載計(jì)算公式↑↓→←自重壩體矩形部分W1B1*H*γ壩17977.68上游三角體W20.5*n*H32γ壩4860.00下游三角體W30.5*m*H4^2*γ壩48393.60水重上游矩形Q1n*H3*h*γ水3114.87上游三角體Q20.5*n*H32*γ水1986.53下游三角體Q30.5*m*H22*γ水2683.32水壓力上游水壓力P10.5*H12*γ水31612.13下游水壓力P20.5*H22*γ水3354.15浪壓力PLγ水[(Ll+2hl+h0)Ll-Ll2]63.11淤沙壓力水平向Psk10.5*γsb*hs2tg2(45°-φs/2)1961.86豎向Psk20.5*γsb*n*H32+γsb*(hs-H3)*n*H3828.00小計(jì)79844.0033637.09揚(yáng)壓力浮托力u1B2*H2*γ水19188.56滲透壓力u2α*（H1-H2）*L2*γ水1194.78滲透壓力u30.5*L2*(1-α)*(H1-H2)*γ水1792.18滲透壓力u40.5*(H1－H2)*α*(B2-L2）*γ水4367.60小計(jì)26543.12合計(jì)26543.1279844.0033637.093354.1553300.8830282.94校核情況上游校核洪水位為409.11m，相應(yīng)下游洪水位為353.98m，壩基設(shè)有防滲帷幕和基礎(chǔ)排水措施。要求抗滑安全系數(shù)Ks≧1.05。按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)k'≥3.0。校核情況和設(shè)計(jì)情況只有水位情況不一樣，故計(jì)算部分只有數(shù)據(jù)不一樣，因此計(jì)算結(jié)果表如下：垂直力(kN)水平力（kN）荷載計(jì)算公式↑↓→←自重壩體矩形部分W1B1*H*γ壩17603.15上游三角體W20.5*n*H32γ壩2878.75下游三角體W30.5*m*H4^2*γ壩50092.60水重上游矩形Q1n*H3*h*γ水3269.38上游三角體Q20.5*n*H32*γ水122.50下游三角體Q30.5*m*H22*γ水302.06水壓力上游水壓力P10.5*H12*γ水33473.74下游水壓力P20.5*H22*γ水3704.01浪壓力PLγ水[(Ll+2hl+h0)Ll-Ll2]27.16淤沙壓力水平向Psk10.5*γsb*hs2tg2(45°-φs/2)1961.86豎向Psk20.5*γsb*n*H32+γsb*(hs-H3)*n*H3994.00小計(jì)75262.4335462.75揚(yáng)壓力浮托力u1B2*H2*γ水20056.66滲透壓力u2α*（H1-H2）*L2*γ水1216.86滲透壓力u30.5*L2*(1-α)*(H1-H2)*γ水1825.29滲透壓力u40.5*(H1－H2)*α*(B2-L2）*γ水4421.25小計(jì)27520.05合計(jì)27520.0575262.4335462.753704.0147742.3831758.74基本組合(1)按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)k'＝3.61>[k']=(2)按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)k＝1.05故校核情況下壩體的抗滑穩(wěn)定也是滿足要求的。地震情況上游校核洪水位為406.78m，相應(yīng)下游洪水位為352.65m，壩基設(shè)有防滲帷幕和基礎(chǔ)排水措施。要求抗滑安全系數(shù)Ks≧1.05。按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)k'≥3.0。垂直力(kN)水平力（kN）荷載計(jì)算公式↑↓→←自重壩體矩形部分W1B1*H*γ壩上游三角體W20.5*n*H32γ壩2878.75下游三角體W30.5*m*H4^2*γ壩50092.60水重上游矩形Q1n*H3*h*γ水3109.38上游三角體Q20.5*n*H32*γ水122.50下游三角體Q30.5*m*H22*γ水302.06水壓力上游水壓力P10.5*H12*γ水31612.13下游水壓力P20.5*H22*γ水3704.01浪壓力PLγ水[(Ll+2hl+h0)Ll-Ll2]62.94淤沙壓力水平向Psk10.5*γsb*hs2tg2(45°-φs/2)1961.86豎向Psk20.5*γsb*n*H32+γsb*(hs-H3)*n*H3994.00地震慣性力FF=ah§GEa/g903.99小計(jì)75102.4333636.92揚(yáng)壓力浮托力u1B2*H2*γ水20056.66滲透壓力u2α*（H1-H2）*L2*γ水1165.43滲透壓力u30.5*L2*(1-α)*(H1-H2)*γ水1748.14滲透壓力u40.5*(H1－H2)*α*(B2-L2）*γ水4234.39小計(jì)27204.62合計(jì)27204.6275102.4333636.923704.0147897.8129932.91基本組合(1)按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)k'＝3.84(2)按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)k＝1.12故地震情況下壩體的抗滑穩(wěn)定也是滿足要求的。強(qiáng)度和穩(wěn)定是表征建筑物安全兩個(gè)重要方面。而應(yīng)力分析是校核強(qiáng)度和穩(wěn)定的前提。重力壩的應(yīng)力分析是在壩體斷面業(yè)已初步擬訂的情況下進(jìn)行的，其目的是為了判定壩體運(yùn)用期和施工期是否滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定方面的要求，同時(shí)也為研究與設(shè)計(jì)和施工有關(guān)的其他問(wèn)題（如確定壩體混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)以及在某些部位配置鋼筋等）提供依據(jù)。設(shè)計(jì)的壩體斷面需要滿足規(guī)定的應(yīng)力條件：在基本荷載組合下，重力壩壩基面的最大垂直正應(yīng)力應(yīng)小于壩基允許壓應(yīng)力，最小垂直正應(yīng)力應(yīng)大于零；對(duì)于壩體應(yīng)力，在基本荷載組合下，下游面最大主壓應(yīng)力不大于混凝土的允許壓應(yīng)力值，上游面的最小主壓應(yīng)力應(yīng)大于零。重力壩的應(yīng)力狀態(tài)是一個(gè)三維問(wèn)題，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，應(yīng)采用三維優(yōu)先單元法進(jìn)行應(yīng)力分析。但經(jīng)驗(yàn)證明，重力壩的應(yīng)力分布情況基本上接近平面狀態(tài)，只是局部應(yīng)力分布較為復(fù)雜。為此，通常仍以平面分析為基礎(chǔ)，加上一定的局部應(yīng)力復(fù)核。重力壩的整體應(yīng)力分析，仍可用材料力學(xué)法計(jì)算。重力壩的實(shí)際水平截面形狀比較復(fù)雜，計(jì)算時(shí)可簡(jiǎn)化為工字形截面，并假定壩體應(yīng)力沿軸線的厚度方向均勻分布，水平截面上的垂直正應(yīng)力仍為直線分布。用偏心受壓公式計(jì)算上下游邊緣正應(yīng)力、，即：σyu=ΣW/T+6ΣM/T2(kN/m2)σyd=ΣW/T-6ΣM/T2(kN/m2)式中：——上游邊緣垂直正應(yīng)力，Pa；——下游邊緣垂直正應(yīng)力，Pa；∑M——作用于計(jì)算表面以上全部荷載對(duì)截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；T——計(jì)算截面的長(zhǎng)度，m。根據(jù)SDJ—78?混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范?可計(jì)算邊緣其他的應(yīng)力分量。上游面剪應(yīng)力：下游面剪應(yīng)力：上游面水平正應(yīng)力：下游面水平正應(yīng)力：上游面主應(yīng)力：下游面主應(yīng)力：以上公式適用于無(wú)揚(yáng)壓力作用的情況，當(dāng)截面上有揚(yáng)壓力作用時(shí)，應(yīng)分別采用下列公式：σ1d=（1+m2）σyd-m2（p‘-pud）式中：n——上游壩坡；m——下游壩坡；、——計(jì)算截面在上、下游壩面所承受的水壓力強(qiáng)度（如有淤沙壓力時(shí)，應(yīng)計(jì)入在內(nèi)）；、——計(jì)算截面在上、下游壩面處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度；——計(jì)算截面上全部垂直力之和（包括壩體自重、水重、淤沙重及計(jì)算的揚(yáng)壓力等），以下向下為正，對(duì)于實(shí)體重力壩，均切取單位寬度壩體為準(zhǔn)（下同）；以使上游面產(chǎn)生壓應(yīng)力者為正。設(shè)計(jì)情況A無(wú)揚(yáng)壓力情況下：=T=74.80m上游面垂直正應(yīng)力：σyu=ΣW/T+6ΣM/T2=79844/74.8+6*200159.09/74.8^2=852.79Kpa下游面垂直正應(yīng)力：σyd=ΣW/T-6ΣM/T26*200159.09/74.8^2=1282.08KpaB計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)：∑W=53300.88KN∑M=601437.97KN·m上游面垂直正應(yīng)力：σyu=ΣW/T+6ΣM/T2=532=1357.55Kpa下游面垂直正應(yīng)力：σyd=ΣW/T-6ΣM/T22=67.61Kpa上游面剪應(yīng)力:τu=(P-Puu-σyu）n=（1357.55）*0.2=KN下游面剪應(yīng)力:τd=(σyd-P'+Pud）m*0.8=54.09Kpa上游面水平正應(yīng)力:σxu=（P-Puu）-（P-Puu-σyu）n2=911.32-787.55-()2=173.13Kpa下游面水平正應(yīng)力:σxd=（P'-Pud）+（σyd-P'+Pud）m2=256.53-787.55+（67.61-256.53+2=43.27Kpa上游面主應(yīng)力:σ1u=(1+n2)σyu-n2(P-Puu)=（1+0.22）*2（911.32-787.55）=1406.90Kpaσ2u=P-Puu=911.32-787.55=123.78Kpa下游面主應(yīng)力:σ1d=(1+m2)σyd-m2(P'-Pud)=（1+0.82）*67.61-0.82*（256.53-256.53）=110.88Kpaσ2d=P'-Pud=0根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果可以得出壩踵沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力，故滿足應(yīng)力要求。計(jì)算結(jié)果如下表所示：(3)應(yīng)力計(jì)算a.上游面垂直正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σyu=ΣW/T+6ΣM/T2(kN/m2)1357.55b.下游面垂直正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σyd=ΣW/T-6ΣM/T2(kN/m2)67.61c.上游面垂直正應(yīng)力（不計(jì)揚(yáng)壓力）σyu=ΣW/T+6ΣM/T2(kN/m2)852.79d.下游面垂直正應(yīng)力（不計(jì)揚(yáng)壓力)σyd=ΣW/T-6ΣM/T2(kN/m2)1282.08τu（計(jì)入揚(yáng)壓力）τu=(P-Puu-σyu）n(kN/m2)-246.75τd（計(jì)入揚(yáng)壓力）τd=(σyd-P'+Pud）m(kN/m2)54.09g.上游面水平正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力）σxu=（P-Puu）-（P-Puu-σyu）n2173.13h.下游面水平正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力）σxd=（P'-Pud）+（σyd-P'+Pud）m243.27i.上游面主應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力）σ1u=(1+n2)σyu-n2(P-Puu)1406.90σ2u=P-Puu123.78j.下游面主應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力）σ1d=(1+m2)σyd-m2(P'-Pud)110.88σ2d=P'-Pud0.00校核情況計(jì)算結(jié)果如下表所示：(3)應(yīng)力計(jì)算a.上游面垂直正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σyu=ΣW/T+6ΣM/T2(kN/m2)1204.90b.下游面垂直正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σyd=ΣW/T-6ΣM/T2(kN/m2)78.50c.上游面垂直正應(yīng)力（不計(jì)揚(yáng)壓力）σyu=ΣW/T+6ΣM/T2(kN/m2)773.34d.下游面垂直正應(yīng)力（不計(jì)揚(yáng)壓力)σyd=ΣW/T-6ΣM/T2(kN/m2)1249.85τuτu=(P-Puu-σyu）n(kN/m2)6684.06τdτd=(σyd-P'+Pud）m(kN/m2)-2684.75σxu=（P-Puu）-（P-Puu-σyu）n233288.38σxd=（P'-Pud）+（σyd-P'+Pud）m21286.64σ1u=(1+n2)σyu-n2(P-Puu)-131.91σ2u=P-Puu34625.19σ1d=(1+m2)σyd-m2(P-Pud)-2069.30σ2d=P'-Pud3434.43從表中可以看出壩踵沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力，故校核情況下應(yīng)力也滿足要求。地震情況結(jié)果如下表所示：(3)應(yīng)力計(jì)算a.上游面垂直正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σyu=ΣW/T+6ΣM/T2(kN/m2)1207.12b.下游面垂直正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σyd=ΣW/T-6ΣM/T2(kN/m2)80.46c.上游面垂直正應(yīng)力（不計(jì)揚(yáng)壓力）σyu=ΣW/T+6ΣM/T2(kN/m2)847.68d.下游面垂直正應(yīng)力（不計(jì)揚(yáng)壓力)σyd=ΣW/T-6ΣM/T2(kN/m2)1171.20τuτu=(P-Puu-σyu）n(kN/m2)6315.86τdτd=(σyd-P'+Pud）m(kN/m2)-2683.18σxu=（P-Puu）-（P-Puu-σyu）n231523.26σxd=（P'-Pud）+（σyd-P'+Pud）m21287.89σ1u=(1+n2)σyu-n2(P-Puu)-56.05σ2u=P-Puu32786.44σ1d=(1+m2)σyd-m2(P-Pud)-2066.09σ2d=P'-Pud3434.43從表中可以看出壩踵沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力，故地震情況下應(yīng)力也滿足要求。第四章溢流壩段設(shè)計(jì)溢流重力壩既要擋水又要泄水，不僅要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，還要滿足泄水要求。因此，需要有足夠的孔口尺寸、較好體形的堰型，以滿足泄水的要求；并使水流平順，不產(chǎn)生空蝕破壞。溢流壩的泄水方式主要有以下兩種：開(kāi)敞溢流式。除泄洪外，它還可排除冰凌或其他漂浮物。堰頂可設(shè)置閘門(mén)，也可不設(shè)。不設(shè)閘門(mén)時(shí)，堰頂高程等于水庫(kù)的正常高水位，泄洪時(shí)庫(kù)水位壅高，從而加大了淹沒(méi)損失，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便，適用于泄洪量不大、淹沒(méi)損失小的中小型工程；設(shè)置閘門(mén)的溢流壩，閘門(mén)頂高程大致與正常高水位齊平，堰頂高程較低，可利用閘門(mén)的開(kāi)啟高度調(diào)節(jié)庫(kù)水位和下泄流量，適用于大型工程及重要的中型工程?？卓谝缌魇?。為了降低堰頂閘門(mén)的高度，增大泄流，可采用帶有胸墻的溢流堰。這種型式的溢流孔可按洪水預(yù)報(bào)提前放水，從而騰出較大庫(kù)容蓄納洪水，提高水庫(kù)的調(diào)洪能力。為使水庫(kù)具有較大的泄洪潛力，宜優(yōu)先考慮開(kāi)敞式溢流孔。從實(shí)際工程中水頭較大需較充分泄流等要求出發(fā)，結(jié)合開(kāi)敞式與孔口溢流式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，本設(shè)計(jì)中選擇開(kāi)敞溢流式并不設(shè)置閘門(mén)。根據(jù)基本資料可知，溢流壩寬度為60m；洪水標(biāo)準(zhǔn)為：正常運(yùn)用情況下為50年一遇,33/s3/（s·m）。因?yàn)槭情_(kāi)敞溢流式并不設(shè)閘門(mén)，故堰頂高程取正常蓄水位高程401.0m。堰上最大水頭Hmax=校核洪水位-堰頂高程，即：Hmax=-401=m定型設(shè)計(jì)水頭Hd=（75%～95%）Hmax=m～m取Hd=7.5m，7.5/8.11=d=m，小于規(guī)定的允許值（最大不超過(guò)3m～6m的水柱）。4.4、溢流壩段剖面設(shè)計(jì)溢流壩面由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧三部分組成。堰頂上半段做成三圓弧曲線，上游堰面鉛直，堰頂下半段做成WES曲線，下游做成挑流鼻坎。堰頂圓弧曲線及WES曲線的確定A堰頂圓弧曲線的確定（上游堰面鉛直）最大作用水頭：，設(shè)計(jì)作用水頭Hd=7.5m。查規(guī)范，得第一個(gè)圓弧半徑R1=0.5Hd=0.5*7.5=3.75m；第一個(gè)圓弧寬度b1=0.175Hd=0.175*7.5=1.31m；第二個(gè)圓弧半徑R2=0.2Hd=0.2*7.5=1.50m;第二個(gè)圓弧寬度b2=0.276Hd=0.276*7.5=2.07m;第三個(gè)圓弧半徑R3=0.04Hd=0.04*7.5=0.30m;第三個(gè)圓弧寬度b3=0.282Hd=0.282*7.5=2.12m.根據(jù)以上三個(gè)圓弧半徑和寬度就可以確定出上游圓弧曲線。與圓弧曲線連接的是WES曲線。BWES曲線方程的確定WES曲線方程：由于上游面為鉛直的，,，HdmWES曲線方程為：WES曲線與中間直線段連接的接點(diǎn)是兩線的切點(diǎn),設(shè)切點(diǎn)坐標(biāo)為（x0，y0）,則：即WES曲線段與直線段的接點(diǎn)坐標(biāo)為（）。溢流壩的剖面設(shè)計(jì)如下圖所示：溢流壩段消能防沖設(shè)計(jì)通過(guò)溢流壩頂下泄的水流，具有很大的能量，必須采取有效的消能措施，保護(hù)下游河床免受沖刷。消能設(shè)計(jì)的原則是：消能效果好，結(jié)構(gòu)可靠，防止空蝕和磨損，以保證壩體和有關(guān)建筑物的安全。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)壩址地形、地質(zhì)條件、樞紐布置、壩高、下泄流量等綜合考慮。對(duì)于大型工程及高壩，還應(yīng)進(jìn)行水工模型試驗(yàn)。溢流壩常用的消能方式有：挑流消能、底流消能。挑流消能是利用溢流壩下游的挑流鼻坎將從壩頂下泄的高速水流拋向空中，使水流擴(kuò)散、摻氣，然后跌入下游河床的水墊中。水流在同空氣摩擦的過(guò)程中可消耗一部分能量，水流進(jìn)入水墊后，發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦、旋滾，沖刷河床形成沖坑，其余大部分能量消耗于沖坑中。這種方式比較經(jīng)濟(jì)，一般適用于高水頭、大流量、基巖較堅(jiān)固的高壩或中壩。底流消能是通過(guò)水躍，將泄水建筑物泄出的急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，以消除多于?dòng)能的消能方式。消能主要靠水躍產(chǎn)生的表面旋滾與底部主流間產(chǎn)生的強(qiáng)烈紊動(dòng)、剪切和摻混作用。它具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果較好，對(duì)地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)以及水流霧化很小等特點(diǎn)，可適應(yīng)高、中、低水頭；但護(hù)坦較長(zhǎng)，土石方開(kāi)挖量和混凝土方量較大，工程造價(jià)高。結(jié)合消能工的布置原則并結(jié)合本樞紐地形、地質(zhì)條件，對(duì)比兩種消能方式，擬選用挑流消能。根據(jù)已建工程的經(jīng)驗(yàn)，挑射角取=30，挑流鼻坎應(yīng)高出下游最高水位1~2米，鼻坎高程定為m，A反弧半徑的確定 由能量方程可得,鼻坎平均水流流速v：v=φⅹ=31.27m/s因?yàn)椋员强财骄?m)為：=式中：—堰面流速系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)=0.96；—庫(kù)水位至坎頂高差，m；—校核洪水位時(shí)溢流壩下泄流量，m3/s； —鼻坎處水面寬度，m==2930.1/(60X31.27)=1.56m反弧半徑R為:(由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：)取R=20mB水舌拋距計(jì)算坎頂水面流速v1坎頂垂直方向水深h1=hcos250=1.353m坎頂至河床面高差h2=354.98-348.5=6.48m水舌拋距L為：==mC最大沖坑水墊厚度計(jì)算3/（s.m）—水墊厚度：沖坑深度=（）=21.15mL/==>2.5，由此可見(jiàn)，挑流消能形成的沖坑不影響大壩的安全。溢流壩段抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算以及應(yīng)力分析計(jì)算結(jié)果如下表所示：(3)應(yīng)力計(jì)算a.上游面垂直正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σyu=ΣW/T+6ΣM/T2(kN/m2)722.90b.下游面垂直正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σyd=ΣW/T-6ΣM/T2(kN/m2)531.53c.上游面垂直正應(yīng)力（不計(jì)揚(yáng)壓力）σyu=ΣW/T+6ΣM/T2(kN/m2)1211.78d.下游面垂直正應(yīng)力（不計(jì)揚(yáng)壓力)σyd=ΣW/T-6ΣM/T2(kN/m2)767.79e.上游面剪應(yīng)力τu（計(jì)入揚(yáng)壓力)τu=(P-Puu-σyu）n(kN/m2)-119.82f.下游面剪應(yīng)力τd（計(jì)入揚(yáng)壓力)τd=(σyd-P'-Pud）m(kN/m2)425.22g.上游面水平正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σxu=（P-Puu）-（P-Puu-σyu）n2147.74h.下游面水平正應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σxd=（P'-Pud）+（σyd-P'+Pud）m2340.18i.上游面主應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σ1u=(1+n2)σyu-n2(P-Puu)746.86σ2u=P-Puu123.78j.下游面主應(yīng)力（計(jì)入揚(yáng)壓力)σ1d=(1+m2)σyd-m2(P-Pud)871.71σ2d=P'-Pud0.00τu（不計(jì)揚(yáng)壓力）τu=(P-σyu）n-55.52τd（不計(jì)入揚(yáng)壓力)τd=(σyd-P'）m398.57m.上游面水平正應(yīng)力（不計(jì)入揚(yáng)壓力)σxu=P-（P-σyu）n2945.28n.下游面水平正應(yīng)力（不計(jì)入揚(yáng)壓力)σxd=P'+（σyd-P'）m2588.43o.上游面主應(yīng)力（不計(jì)入揚(yáng)壓力)σ1u=(1+n2)σyu-n2P1222.89σ2u=P934.18p.下游面主應(yīng)力（不計(jì)入揚(yáng)壓力)σ1d=(1+m2)σyd-m2P1086.64σ2d=P'269.58垂直力(kN)水平力（kN）力臂(m)力矩(kN.m)荷載計(jì)算公式↑↓→←↙+↘-自重W10.5*n*H32*γ壩4860.0041.93203755.50W20.5*b上*h上*γ壩24.2237.51908.49W3b上*（H-h上）*γ壩3742.1237.87141695.46W40.5*xA*yA*γ壩762.8433.5525589.47W5xA*(yB-yA)*γ壩8142.4431.92259865.87W60.5*(xB-xA)*(yB-yA)*γ壩11551.7717.78205332.71W7xB*yB*γ壩30002.9818.04541253.82W8x*y*γ壩28920.9724.57710631.72水重上游矩形Q1n*H3*h*γ水3320.5943.43144196.49上游三角體Q20.5*n*H32*γ水1986.5341.9383285.06水壓力上游水壓力P10.5*H2*γ水27223.9824.83676062.08下游水壓力P20.5*H22*γ水3704.019.1633928.76動(dòng)水壓力水平動(dòng)水壓力PHq*ρ水*v*(cosа2-cosа1)1717.4925.8044311.21鉛直動(dòng)水壓力PVq*ρ水*v*(sinа2+sinа1)130.04-16.352125.51淤沙壓力水平向Psk10.5*γsb*hs2tg2(45°-φs/2)1961.8610.5720730.27豎向Psk20.5*