重力壩畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書(總)

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN重力壩畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書(總)第二部分設(shè)計(jì)計(jì)算書1調(diào)洪演算洪水調(diào)節(jié)方案的擬定綜合考慮該庫(kù)調(diào)洪要求，用半圖解法進(jìn)行調(diào)洪。洪演算方案擬定如下，共有三個(gè)方案，詳細(xì)情況列于表。表洪水調(diào)節(jié)方案堰頂高程(m)孔口尺寸(m)孔數(shù)方案一146114×165方案二146212×157方案三146216×155注：表示孔口尺寸(m)(寬高)，即寬m，高m表孔泄流能力計(jì)算根據(jù)庫(kù)容曲線Z-V，以及用水力學(xué)公式計(jì)算Q-Z關(guān)系采用開(kāi)敞式溢流時(shí)，利用下式計(jì)算式中：——溢流流量，單位為；——為閘孔數(shù)；——過(guò)水?dāng)嗝鎸挾?，單位為m；m——堰的流量系數(shù)，本設(shè)計(jì)中?。弧獋?cè)收縮系數(shù)，根據(jù)閘墩厚度及墩頭形狀而定，在（~）中取值，本設(shè)計(jì)中取；——堰頂全水頭，單位為m。方案一：堰頂高程1461m,堰寬為70m，孔口尺寸14×16，5孔；表孔泄流能力計(jì)算見(jiàn)下表：表q=f(V)關(guān)系曲線計(jì)算表庫(kù)水位堰頂水頭H（m）下泄流量q總泄流量Q庫(kù)容V1461000146211463214643146541466514676146871469814709147110147211147312147413147514147615147716147817147918148019148120148221方案二：堰頂高程1462m,堰寬為84m，孔口尺寸12×15，7孔；表孔泄流能力計(jì)算見(jiàn)下表：表q=f(V)關(guān)系曲線計(jì)算表庫(kù)水位堰頂水頭H（m）下泄流量q總泄流量Q庫(kù)容V1462000146311464214653146641467514686146971470814719147210147311147412147513147614147715147816147917148018方案三：堰頂高程1462m,堰寬為80m，孔口尺寸16×15，5孔；表孔泄流能力計(jì)算見(jiàn)下表：表q=f(V)關(guān)系曲線計(jì)算表庫(kù)水位堰頂水頭H（m）下泄流量q總泄流量Q庫(kù)容V1462000146311464214653146641467514686146971470814719147210147311147412147513147614147715147816147917148018148119調(diào)洪演算調(diào)洪演算的目的根據(jù)水位～庫(kù)容曲線以及設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，孔口尺寸、孔數(shù)以及堰頂高程，利用調(diào)洪演算來(lái)確定設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位，為后面壩頂高程的確定奠定基礎(chǔ)。調(diào)洪演算的基本原理和方法(a)根據(jù)庫(kù)容曲線Z-V，以及用水力學(xué)公式計(jì)算Q-Z關(guān)系式中：q——過(guò)堰流量，單位為；B——過(guò)水?dāng)嗝鎸挾龋瑔挝粸閙；m——堰的流量系數(shù)；——局部水頭損失系數(shù)；——堰頂全水頭，單位為m。(b)分析確定調(diào)洪開(kāi)始時(shí)的起始條件，起調(diào)水位357m。(c)本次調(diào)洪計(jì)算采用《水能規(guī)劃》書中介紹的列表試算法計(jì)算，依據(jù)書中所給的水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)原理，采用水量平衡方程式式中：Q1，Q2——分別為計(jì)算時(shí)段初、末的入庫(kù)流量（）；——計(jì)算時(shí)段中的平均入庫(kù)流量（m3/s），它等于(Q1+Q2)/2；q1,q2——分別為計(jì)算時(shí)段初、末的下瀉流量（m3/s）；——計(jì)算時(shí)段中的平均下瀉流量（m3/s），即=(q1+q2)/2；V1，V2——分別為計(jì)算時(shí)段初、末的水庫(kù)的蓄水量（m3）；——為V2和V1之差；——計(jì)算時(shí)段，一般取1～6小時(shí)，需化為秒數(shù)。采用開(kāi)敞式溢流時(shí)，利用下式計(jì)算式中：——溢流流量，單位為；——為閘孔數(shù)；——過(guò)水?dāng)嗝鎸挾?，單位為m；m——堰的流量系數(shù)，本設(shè)計(jì)中??；——側(cè)收縮系數(shù)，根據(jù)閘墩厚度及墩頭形狀而定，在（~）中取值，本設(shè)計(jì)中?。弧唔斎^，單位為m。調(diào)洪演算的計(jì)算說(shuō)明（a)由洪水資料獲得入庫(kù)洪水量；（b)時(shí)段平均入庫(kù)流量：由前、后時(shí)的入庫(kù)洪水量取平均值得到；（c)下泄水量：由水庫(kù)水位確定(水庫(kù)水位未知)；（d)時(shí)段平均下泄流量：由前、后時(shí)的下泄流量取平均值得到；（e)時(shí)段內(nèi)水庫(kù)水量變化：由“時(shí)段平均入庫(kù)流量”-“時(shí)段平均下泄流量”×3600得到；（f)水庫(kù)存水量：與水庫(kù)水位有關(guān)(水庫(kù)水位未知)。（g)本設(shè)計(jì)采用半圖解法進(jìn)行計(jì)算，利用，可求出一個(gè)對(duì)應(yīng)的下瀉流量，即可求出該對(duì)應(yīng)時(shí)段的平均下瀉流量，即可求得下泄流量q和的關(guān)系，建立輔助圖線，再根據(jù)水量平衡方程式變形可求出由初始的調(diào)洪下泄流量可以在輔助圖線上查的的值利用水量平衡公式的變形公式可求的，再在輔助圖形上查的相應(yīng)的，同理可求的，········，畫出下泄流量和相應(yīng)的入庫(kù)流量與時(shí)間的關(guān)系圖線，求的其交點(diǎn)，求出最大下泄流量，查出相應(yīng)的水位。計(jì)算并繪制單輔助線方案一：計(jì)算中V取溢洪道堰頂以上庫(kù)容，計(jì)算時(shí)段取△t=2h。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水單輔助曲線計(jì)算表，堰頂高程1461m,堰寬為70m，孔口尺寸14×16，5孔，計(jì)算過(guò)程見(jiàn)下表。表單輔助曲線計(jì)算表水位Z(M)庫(kù)容v（億m3）堰上庫(kù)容14611462146314641465146614671468146914701471147214731474147514761477147814791480利用上表中第(5)、(7)兩欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成單輔助線如圖所示。圖輔助圖線方案二：計(jì)算中V取溢洪道堰頂以上庫(kù)容，計(jì)算時(shí)段取△t=2h。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水單輔助曲線計(jì)算表)堰頂高程1462m,堰寬為84m，孔口尺寸12×15，7孔；計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表。表單輔助曲線計(jì)算表水位Z(M)庫(kù)容v（億m3）堰上庫(kù)容1462146314641465146614671468146914701471147214731474147514761477147814791480利用上表中第(5)、(7)兩欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成單輔助線如圖所示。圖輔助圖線方案三：計(jì)算中V取溢洪道堰頂以上庫(kù)容，計(jì)算時(shí)段取△t=2h。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水單輔助曲線計(jì)算表)堰頂高程1462m,堰寬為80m，孔口尺寸16×15，5孔；計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表。表單輔助曲線計(jì)算表水位Z(M)庫(kù)容v（億m3）堰上庫(kù)容1462146314641465146614671468146914701471147214731474147514761477147814791480利用上表中第(5)、(7)兩欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成單輔助線如圖所示。圖輔助圖線設(shè)計(jì)水位調(diào)洪計(jì)算方案一：水庫(kù)半圖解法調(diào)洪計(jì)算表(P=%)堰頂高程1461m,堰寬為70m，孔口尺寸14×16，5孔,見(jiàn)表。表方案一調(diào)洪計(jì)算表時(shí)間t(h)入庫(kù)流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0246810121416182022242628303234363840424446485052545658606264666870727476788082848688利用上表中第(1)、(2)、(5)三欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Q~t，q~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖方案一設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪曲線圖查圖可知，最大下泄流量發(fā)生在t=28h時(shí)刻，正好是q~t曲線與Q~t曲線的交即為所求。，利用插值法查表知。方案二：水庫(kù)半圖解法調(diào)洪計(jì)算表(P=%)堰頂高程1462m,堰寬為84m，孔口尺寸12×15，7孔；見(jiàn)表。表方案二調(diào)洪計(jì)算表時(shí)間t(h)入庫(kù)流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0246810121416182022242628303234363840424446485052545658606264666870727476788082848688利用上表中第(1)、(2)、(5)三欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Q~t，q~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖方案二設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪曲線圖查圖可知，最大下泄流量發(fā)生在t=28h時(shí)刻，正好是q~t曲線與Q~t曲線的交即為所求。，利用插值法查表知。方案三：水庫(kù)半圖解法調(diào)洪計(jì)算表(P=%)堰頂高程1462m,堰寬為80m，孔口尺寸16×15，5孔；見(jiàn)表表方案三調(diào)洪計(jì)算表時(shí)間t(h)入庫(kù)流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0246810121416182022242628303234363840424446485052545658606264666870727476788082848688利用上表中第(1)、(2)、(5)三欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Q~t，q~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖方案三設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪曲線圖查圖可知，最大下泄流量發(fā)生在t=28h時(shí)刻，正好是q~t曲線與Q~t曲線的交即為所求。，利用插值法查表知。校核水位調(diào)洪計(jì)算方案一：水庫(kù)半圖解法調(diào)洪計(jì)算表(P=%)堰頂高程1461m,堰寬為70m，孔口尺寸14×16，5孔,見(jiàn)表。表方案一校核調(diào)洪計(jì)算表時(shí)間t(h)入庫(kù)流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0246810121416182022242628303234363840424446485052545658606264666870727476788082848688利用上表中第(1)、(2)、(5)三欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Q~t，q~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖校核洪水調(diào)洪曲線圖查圖可知，最大下泄流量發(fā)生在t=28h時(shí)刻，正好是q~t曲線與Q~t曲線的交即為所求。，利用插值法查表知。方案二：水庫(kù)半圖解法調(diào)洪計(jì)算表(P=%)堰頂高程1462m,堰寬為84m，孔口尺寸12×15，7孔；見(jiàn)表。表方案二校核調(diào)洪計(jì)算表時(shí)間t(h)入庫(kù)流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0246810121416182022242628303234363840424446485052545658606264666870727476788082848688利用上表中第(1)、(2)、(5)三欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Q~t，q~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖方案二校核洪水調(diào)洪曲線圖查圖可知，最大下泄流量發(fā)生在t=28h時(shí)刻，正好是q~t曲線與Q~t曲線的交即為所求。，利用插值法查表知。方案三：水庫(kù)半圖解法調(diào)洪計(jì)算表(P=%)堰頂高程1462m,堰寬為80m，孔口尺寸16×15，5孔；見(jiàn)表。表方案三校核調(diào)洪計(jì)算表時(shí)間t(h)入庫(kù)流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0246810121416182022242628303234363840424446485052545658606264666870727476788082848688利用上表中第(1)、(2)、(5)三欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Q~t，q~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖方案三設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪曲線圖查圖可知，最大下泄流量發(fā)生在t=28h時(shí)刻，正好是q~t曲線與Q~t曲線的交即為所求。，利用插值法查表知。調(diào)洪計(jì)算結(jié)果根據(jù)設(shè)計(jì)與校核調(diào)洪，其結(jié)果如表。表調(diào)洪計(jì)算成果表項(xiàng)目頻率設(shè)計(jì)洪水%)校核洪水%)方案一：1461m,14×16，5孔最大泄量(m3/s)水庫(kù)最高水位(m)方案二：1462m,12×15，7孔最大泄量(m3/s)水庫(kù)最高水位(m)方案三：1462m,16×15，5孔最大泄量(m3/s)水庫(kù)最高水位(m)方案比較與選擇方案比較：從運(yùn)用上看方案一中的設(shè)計(jì)與校核水位較方案二、三高一些，不太經(jīng)濟(jì)，而方案二中所需設(shè)置的孔口數(shù)目多，不太利于施工，方案三中泄水量與水位相對(duì)來(lái)說(shuō)比較合理，而且孔口數(shù)也不多，這樣可以節(jié)省施工量，節(jié)約材料，可節(jié)省一定的成本，為下游的施工減少工程量。綜合考慮選擇方案三。此時(shí)，樞紐的設(shè)計(jì)、校核和設(shè)計(jì)工況情況下上游水位、最大下泄流量和下游水位如表（根據(jù)最大下泄流量由壩址處流量-水位曲線查得）。表調(diào)洪演算得到的水利水能資料上游水位(m)最大下泄流量(m3/s)下游水位(m)正常設(shè)計(jì)校核2非溢流壩段設(shè)計(jì)剖面擬定計(jì)算確定壩頂高程壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱蹋瑧?yīng)高于波浪頂高程，防浪墻頂與設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，可由下面的公式計(jì)算，應(yīng)選擇兩者中防浪墻頂高程的高者作為選定高程。式中：—累計(jì)頻率為1%時(shí)的波浪高度，m；—波浪中心線高于靜水位的高度，m；—安全加高，m；按表選用，對(duì)于該工程，基本情況＝，特殊情況＝。表安全加高運(yùn)用情況壩的級(jí)別123設(shè)計(jì)情況（基本情況）校核情況(特殊情況)根據(jù)SL319-2005《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》該水庫(kù)屬于峽谷水庫(kù)，故可按下面的官?gòu)d公式計(jì)算：式中：為計(jì)算風(fēng)速，m/s，是指水面以上10m處10min的風(fēng)速平均值，水庫(kù)為正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)季節(jié)50年重現(xiàn)期的最大風(fēng)速；校核洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)洪水期最大風(fēng)速的多年平均值；為風(fēng)作用于水域的長(zhǎng)度，km，稱為吹程，按回水長(zhǎng)度計(jì)算。計(jì)算風(fēng)速在水庫(kù)正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的～倍，校核洪水位時(shí)宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速。根據(jù)給定資料：歷年最大風(fēng)速s，風(fēng)作用于水域的長(zhǎng)度約。不同工況下計(jì)算風(fēng)速取值見(jiàn)表：表不同工況下計(jì)算風(fēng)速取值計(jì)算情況庫(kù)水位(m)吹程(km)最大風(fēng)速(m/s)計(jì)算風(fēng)速(m/s)正常工況4171421設(shè)計(jì)工況1421校核工況1414計(jì)算時(shí)，對(duì)于波高，當(dāng)=20～250時(shí)，為累計(jì)頻率5%的波高；當(dāng)=250～1000時(shí)，為累計(jì)頻率10%的波高。規(guī)范規(guī)定應(yīng)采用累計(jì)頻率為1%時(shí)的波高，對(duì)應(yīng)于5%波高，應(yīng)乘以；對(duì)應(yīng)于10%波高，應(yīng)乘以。（1）正常工況下的計(jì)算：=0：20，所以為累計(jì)頻率4%的波高h(yuǎn)4%。故h4%因此（2）設(shè)計(jì)工況下的計(jì)算：=0：20，所以為累計(jì)頻率4%的波高h(yuǎn)4%。故h4%因此（3）校核工況下的計(jì)算：=0:20，所以為累計(jì)頻率4%的波高h(yuǎn)4%。故：h4%因此壩頂上游防浪墻頂高程按下式計(jì)算：防浪墻高程=正常蓄水位+防浪墻高程=設(shè)計(jì)洪水位+防浪墻高程=校核洪水位+式中：、、分別為防浪墻頂距正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位的高度。由于正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水在計(jì)算壩頂超出靜水位Δh時(shí)，所采用的風(fēng)速計(jì)算值及安全超高值不一樣，所以在決定壩頂高程時(shí)，應(yīng)按正常工況、設(shè)計(jì)工況和校核工況分別求出壩頂高程，但壩頂高程應(yīng)高于校核水位。根據(jù)以上三種水位時(shí)計(jì)算結(jié)果，得出三種工況下防浪墻高程。（1）正常工況下（2）設(shè)計(jì)工況下（3）校核工況下計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表：表計(jì)算結(jié)果計(jì)算情況（m）（m）（m）（m）防浪墻頂高程（m）正常情況設(shè)計(jì)情況校核情況為保證大壩的安全運(yùn)行，應(yīng)該選用其中的較大值，故選取防浪墻頂高程＝，在壩頂上游面設(shè)置有與壩體連成整體的防浪墻，取防浪墻高為，壩頂高程=防浪墻頂高程=，取壩頂高程為。確定壩基高程修建在巖基上的重力壩，其壩址由于經(jīng)受長(zhǎng)期的地質(zhì)作用，一般都有風(fēng)化、節(jié)理、裂隙等缺陷，有時(shí)還有斷層、破碎帶和軟弱夾層，所有這些都需要采取適當(dāng)?shù)挠嗅槍?duì)性的措施，以滿足建壩要求。壩基處理時(shí)，要綜合考慮地基及其上部結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系，有時(shí)甚至需要調(diào)整上部結(jié)構(gòu)形式，使其與地基工作相協(xié)調(diào)。地基處理的主要任務(wù)是：防滲和提高基巖的強(qiáng)度和整體性。河床高程約為1400m，地基開(kāi)挖時(shí)河床上的沖積砂夾石層、沖積粘土夾碎石層必須清除，壩址處河床覆蓋層厚6～10m。原則上應(yīng)考慮技術(shù)加固處理后，在滿足壩的強(qiáng)度和穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，減少開(kāi)挖。基礎(chǔ)中存在的局部工程地質(zhì)缺陷，例如表層夾泥裂縫、強(qiáng)風(fēng)化區(qū)、斷層破碎帶、節(jié)理密集帶及巖溶充填物等均應(yīng)結(jié)合基礎(chǔ)開(kāi)挖予以挖除。初步定出開(kāi)挖深度25m，確定的建基面最低開(kāi)挖高程為▽。因此，最大壩高為106m。擬定壩頂寬度根據(jù)交通和運(yùn)行管理的需要，壩頂應(yīng)有足夠的寬度。一般取壩高的8%～10%，且不小于2m。當(dāng)在壩頂布置移動(dòng)式啟閉機(jī)時(shí)，壩頂寬度要滿足安裝門機(jī)軌道的要求。按壩高的10%計(jì)算，即為米，考慮到上游防浪墻、下游側(cè)護(hù)欄、排水溝槽及兩邊人行道等，取壩頂寬為，以滿足大壩維修作業(yè)通行需要。擬定剖面尺寸根據(jù)規(guī)范SL319-2005規(guī)定，非溢流壩段的基本斷面呈三角形，其頂點(diǎn)宜在壩頂附近。基本斷面上部設(shè)壩頂結(jié)構(gòu)。壩體的上游面可為鉛直面、斜面或折面。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，上游壩坡坡率n=0～，常做出鉛直或上部鉛直下部?jī)A向上游；下游壩坡坡率m=～；底寬約為壩高的～倍。初步擬定時(shí)，該大壩壩高中點(diǎn)處向上游傾斜，上游坡率取n=，下游坡率取m=。壩底寬度擬定壩底寬度約為壩高的～倍，本工程的壩高為106m，通過(guò)已經(jīng)確定的上下游壩坡坡率，最終確定壩底寬度B=?；A(chǔ)灌漿廊道尺寸擬定壩內(nèi)必須基礎(chǔ)灌漿廊道，兼作灌漿、排水和檢查之用。帷幕灌漿需要在壩體澆筑到一定高度后進(jìn)行，以便利用混凝土壓重提高灌漿壓力，保證灌漿質(zhì)量。為此需要在壩踵附近距上游壩面～倍作用水頭、且不小于4～5m處設(shè)置灌漿廊道。廊道斷面多為城門洞形，寬度和高度應(yīng)能滿足灌漿作業(yè)的要求，一般寬為～3m，高為3～4m，地面距基巖面不宜小于倍廊道寬度。灌漿廊道兼有排水作用，需要在其上游側(cè)設(shè)排水溝﹑下游側(cè)設(shè)壩基排水孔幕及揚(yáng)壓力觀測(cè)孔，并在靠近廊道的最低處設(shè)置集水井，匯集從壩基和壩體的滲水，然后，經(jīng)橫向排水管自流或水泵抽水排至下游壩外。灌漿廊道隨著壩基面由河床向兩岸逐漸升高，坡度不宜陡于400～450，以便鉆孔﹑灌漿及其設(shè)備的搬運(yùn)。本次設(shè)計(jì)基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取×，形狀采用城門洞型；廊道上游壁離上游面的距離應(yīng)滿足防滲要求，本次設(shè)計(jì)取10m；為滿足壓力灌漿，基礎(chǔ)灌漿廊道距基巖面取。初步擬定壩體形狀剖面如圖所示。圖非溢流壩段剖面尺寸圖荷載計(jì)算及其組合重力壩的主要荷載主要有：自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、動(dòng)水壓力﹑波浪壓力、泥沙壓力、冰壓力﹑土壓力﹑溫度作用﹑風(fēng)壓力﹑地震作用等，常取1m壩長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。荷載組合可分為基本組合與特殊組合兩類?；窘M合屬于設(shè)計(jì)情況或正常情況，由同時(shí)出現(xiàn)的基本荷載組成。特殊組合屬校核情況或非常情況，由同時(shí)出現(xiàn)的基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從這兩類組合中選擇幾種最不利的、起控制作用的組合情況進(jìn)行計(jì)算，使之滿足規(guī)范中規(guī)定的要求。本次設(shè)計(jì)考慮的基本荷載組合為正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位；特殊組合為校核洪水位，它們分別考慮的荷載如表所示：表荷載組合表荷載組合主要考慮情況荷載自重靜水壓力揚(yáng)壓力泥沙壓力浪壓力基本組合（1）正常蓄水位情況√√√√√（2）設(shè)計(jì)洪水位情況√√√√√特殊組合（1）校核洪水位情況√√√√√下面就各種情況計(jì)算相應(yīng)荷載，計(jì)算示意圖見(jiàn)圖:圖重力壩基本荷載示意圖自重W自重計(jì)算公式為式中:—壩體體積,m3；由于取1m壩長(zhǎng)，可以用斷面面積代替，通常把它分成如圖所示的若干個(gè)簡(jiǎn)單的幾何圖形分別計(jì)算自重；—壩體混凝土的重度（根據(jù)規(guī)范本設(shè)計(jì)中混凝土的重度取24kN/m3）。則1m壩段內(nèi)，三種工況下自重不變其大小為44520KN靜水壓力P靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載，計(jì)算時(shí)常分解為水平水壓力和垂直水壓力兩種。各種情況下上下游水深情況列于下表表各種情況下上下游水深特征水位上游水深(m)下游水深(m)正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位水平水壓力計(jì)算公式為式中:—計(jì)算點(diǎn)處的作用水頭，m；—水的重度，常取kN／m3；垂直水壓力按水重計(jì)算各種工況下靜水壓力的計(jì)算：（1）正常工況上游水平水壓力下游水平水壓力 KN上游垂直水壓力下游垂直水壓力（2）設(shè)計(jì)工況上游水平水壓力下游水平水壓力上游垂直水壓力下游垂直水壓力（3）校核工況上游水平水壓力下游水平水壓力上游垂直水壓力下游垂直水壓力揚(yáng)壓力U排水處揚(yáng)壓力折減系數(shù)可取。（1）正常工況（2）設(shè)計(jì)工況（3）校核工況泥沙壓力及其推力（1）水平泥沙壓力及其推力的計(jì)算公式為式中，—為壩面單位寬度上的水平泥沙壓力，kN/m；—為淤沙的浮容重，kN/m3，—為壩前泥沙淤積厚度，m；—為淤沙的內(nèi)摩擦角，度。淤沙浮容重可取，內(nèi)摩擦角可取15度。查資料可得泥沙的淤積高程為，壩前淤積厚度為。則水平淤沙壓力（2）豎直淤沙壓力浪壓力根據(jù)給定資料：歷年最大風(fēng)速14m/s，風(fēng)作用于水域的長(zhǎng)度約。下面進(jìn)行波浪要素計(jì)算及波態(tài)判別。根據(jù)規(guī)范SL319-2005《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，波浪要素按官?gòu)d水庫(kù)公式計(jì)算：可求出波浪高度和波長(zhǎng)。當(dāng)時(shí)為深水波，則浪壓力的計(jì)算公式為(1)基本組合（正常工況+設(shè)計(jì)工況）因?yàn)?，為深水波，故浪壓力?2)特殊組合（校核工況）因?yàn)?，為深水波，故浪壓力為下游浪壓力可忽略不?jì)。地震荷載本工程可不進(jìn)行抗震計(jì)算，所以不考慮該工程的地震荷載。其它荷載冰壓力、土壓力應(yīng)根據(jù)具體情況來(lái)定。溫度荷載一般可以采取措施來(lái)消除，穩(wěn)定和應(yīng)力分析時(shí)可以不計(jì)入。風(fēng)荷載、雪荷載、人群荷載等在重力壩荷載中所占比例很小，可以忽略不計(jì)。全部荷載計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表，。表正常工況下全部荷載計(jì)算結(jié)果類別符號(hào)垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)對(duì)基礎(chǔ)中心力矩（↓）（↑）（→）（←）逆時(shí)針（+）順時(shí)針（-）自重445201144164自重自重上游水壓力水平垂直下游水壓力水平`垂直波浪壓力水平淤沙壓力垂直淤沙壓力合計(jì)（↓）（→）（-）浮托力滲透壓力滲透壓力滲透壓力合計(jì)（↓）（→）（-）表設(shè)計(jì)工況下全部荷載計(jì)算結(jié)果類別符號(hào)垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)對(duì)基礎(chǔ)中心力矩（↓）（↑）（→）（←）逆時(shí)針（+）順時(shí)針（-）自重445201144164自重自重上游水壓力水平垂直下游水壓力水平`垂直波浪壓力水平淤沙壓力垂直淤沙壓力合計(jì)（↓）（→）（-）浮托力滲透壓力滲透壓力滲透壓力合計(jì)（↓）（→）（-）表校核工況下全部荷載計(jì)算結(jié)果類別符號(hào)垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)對(duì)基礎(chǔ)中心力矩（↓）（↑）（→）（←）逆時(shí)針（+）順時(shí)針（-）自重445201144164自重自重上游水壓力水平垂直下游水壓力水平`垂直波浪壓力水平淤沙壓力垂直淤沙壓力合計(jì)（↓）（→）（-）浮托力滲透壓力滲透壓力滲透壓力合計(jì)（↓）（→）（-）抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算抗滑穩(wěn)定分析的目的是核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度?？够€(wěn)定計(jì)算時(shí)取單寬作為計(jì)算單元。計(jì)算公式有抗剪強(qiáng)度公式和抗剪斷公式。壩體抗滑穩(wěn)定性分析示意圖如下圖：圖抗滑穩(wěn)定分析示意圖抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算將壩體與基巖間看成是一個(gè)接觸面，而不是膠結(jié)面。按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算的壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)值應(yīng)不小于表規(guī)定：式中：為接觸面以上的總鉛直力；為接觸面以上的總水平力；為作用在接觸面上的揚(yáng)壓力；為接觸面間的摩擦系數(shù)，本工程取表壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks荷載組合壩的級(jí)別123基本組合特殊組合（1）（2）1．00由表，的荷載計(jì)算結(jié)果可得（1）正常工況>（2）設(shè)計(jì)工況>（3）校核工況>抗剪斷公式計(jì)算按抗剪斷強(qiáng)度的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，將壩體與基巖間看成是一個(gè)膠結(jié)面。按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算的壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)值應(yīng)不小于表規(guī)定：式中：—按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；—壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)，??；—壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，MPa，取；—壩基接觸面截面積，m2；—作用于壩體上全部荷載（包括揚(yáng)壓力）對(duì)滑動(dòng)平面的法向分值，kN；—作用于壩體上全部荷載對(duì)滑動(dòng)平面的切向分值，kN。表壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks’荷載組合Ks’基本組合特殊組合（1）（2）由表，的荷載計(jì)算結(jié)果可得（1）正常工況>（2）設(shè)計(jì)工況>（3）校核工況>兩種分析的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表：表抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位(抗剪強(qiáng)度公式)Ks（>）（>）（>）（抗剪斷公式）Ks’（>）（>）（>）表可知，該重力壩在正常蓄水位﹑設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位情況下均滿足承載能力極限狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。應(yīng)力分析計(jì)算圖邊緣應(yīng)力計(jì)算圖在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，所以，在重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，首先應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求,計(jì)算公式如下：不計(jì)揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算1.水平截面上的正應(yīng)力。因?yàn)榧俣ò粗本€分布，所以可按偏心受壓公式計(jì)算上、下游的邊緣應(yīng)力和。式中：—作用于計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；—作用于計(jì)算截面以上全部荷載對(duì)壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；—計(jì)算截面的長(zhǎng)度，該工程為。由表，的荷載和彎矩計(jì)算結(jié)果可得（1）正常工況=（2）設(shè)計(jì)工況=（3）校核工況=剪應(yīng)力，。式中：—上游面水壓力強(qiáng)度（有泥沙壓力時(shí)應(yīng)該計(jì)算在內(nèi)）；—下游面水壓力強(qiáng)度（有泥沙壓力時(shí)應(yīng)該計(jì)算在內(nèi)）；—上游壩坡坡率；—下游壩坡坡率。,分別為上下游水深，，，意義和取值同計(jì)算泥沙壓力中一樣。（1）正常工況====（2）設(shè)計(jì)工況====（3）校核工況====3.水平正應(yīng)力,。（1）正常工況（2）設(shè)計(jì)工況（3）校核工況4．第一主應(yīng)力,。（1）正常工況（2）設(shè)計(jì)工況（3）校核工況5．第二主應(yīng)力,。（1）正常工況（2）設(shè)計(jì)工況（3）校核工況不計(jì)揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表。表不計(jì)揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表正常工況（kPa）設(shè)計(jì)工況（kPa）校核工況（kPa）*2由表可以看出不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)壩體邊緣應(yīng)力狀態(tài)良好，未出現(xiàn)拉應(yīng)力的情況。計(jì)揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算1.水平截面上的正應(yīng)力。按偏心受壓公式計(jì)算上、下游的邊緣應(yīng)力和。式中：—作用于計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；—作用于計(jì)算截面以上全部荷載對(duì)壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；—計(jì)算截面的長(zhǎng)度，m。（1）正常工況=（2）設(shè)計(jì)工況=（3）校核工況=剪應(yīng)力，。式中：—上游面水壓力強(qiáng)度（有泥沙壓力時(shí)應(yīng)該計(jì)算在內(nèi)）；—下游面水壓力強(qiáng)度（有泥沙壓力時(shí)應(yīng)該計(jì)算在內(nèi)）；—上游邊緣的揚(yáng)壓力強(qiáng)度；—下游邊緣的揚(yáng)壓力強(qiáng)度；—上游壩坡坡率；—下游壩坡坡率。,分別為上下游水深，，，意義和取值同計(jì)算泥沙壓力中一樣。由此可知，，的值與不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)是一樣的。（1）正常工況（2）設(shè)計(jì)工況（3）校核工況3.水平正應(yīng)力,。（1）正常工況（2）設(shè)計(jì)工況（3）校核工況4.第一主應(yīng)力,。（1）正常工況（2）設(shè)計(jì)工況（3）校核工況5.第二主應(yīng)力,。（1）正常工況0KPa（2）設(shè)計(jì)工況0KPa（3）校核工況0KPa計(jì)揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表表計(jì)揚(yáng)壓力邊緣應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表正常工況（kPa）設(shè)計(jì)工況（kPa）校核工況（kPa）由表可以看出計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)壩體邊緣應(yīng)力狀態(tài)良好，未出現(xiàn)拉應(yīng)力的情況。3溢流壩段設(shè)計(jì)頂部曲線段計(jì)算溢流壩頂部曲線是控制流量的關(guān)鍵部位，其形狀多與銳緣堰泄流水舌下緣曲線相吻合，否則會(huì)導(dǎo)致泄流量減小或堰面產(chǎn)生負(fù)壓。頂部曲線的型式很多，常用的有克-奧剖面和WES曲線。由于WES曲線的流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量較省，壩面曲線用方程控制，施工方便，所以選用WES曲線為堰頂面曲線。WES型溢流堰頂部曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分，上游段采用三圓弧曲線；當(dāng)上游面垂直時(shí)，下游段曲線采用下面的方程計(jì)算：式中：為定型設(shè)計(jì)水頭，一般為校核洪水位時(shí)堰上水頭的75%～95%，坐標(biāo)原點(diǎn)為堰頂。根據(jù)計(jì)算，取定型設(shè)計(jì)水頭*90%=。上游面采用三圓弧連接，其半徑分別為：下游面采用冪曲線，根據(jù)上面的方程可以得到簡(jiǎn)化方程：擬定出WES曲線函數(shù)表達(dá)式，在上面取一些點(diǎn)，進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算，即可得出WES曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)，從而可得到WES曲線，見(jiàn)表和圖。表WES曲線坐標(biāo)表X(m)Y(m)X(m)Y(m)1829310411512613714圖溢流面WES曲線圖中間直線段計(jì)算頂部的曲線段確定后，中部的直線段分別與頂部曲線、底部的反弧段相切，坡度與非溢流壩段的下游坡相同，即：得X=則Y=。直線與冪曲線相切時(shí)，切點(diǎn)C記為為（XC,YC）,即可得切點(diǎn)坐標(biāo)C，。反弧段計(jì)算溢流壩面反弧段是使溢流面下泄水流平順轉(zhuǎn)向的工程設(shè)施，通常采用圓弧曲線，反弧半徑應(yīng)結(jié)合下游消能設(shè)施來(lái)確定。根據(jù)SL319-2005《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：對(duì)于挑流消能，，h為校核洪水閘門全開(kāi)時(shí)反弧段最低點(diǎn)處的水深。反弧處流速愈大，要求反弧半徑愈大。當(dāng)流速小于16m/s時(shí)，取下限；流速大時(shí)，宜采用較大值。當(dāng)采用底流消能，反弧段與護(hù)坦相連時(shí)，宜采用上限值。實(shí)際工程中，反弧半徑R的取值范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)的限度。求校核洪水閘門全開(kāi)時(shí)反弧段最低點(diǎn)處的水深h單寬流量：式中：—上游面坡度影響修正系數(shù)，在這里上游面豎直，??；—側(cè)收縮系數(shù)，與邊墩及閘墩頭部的型式﹑堰孔的數(shù)目﹑堰孔的尺寸以及全水頭有關(guān)，可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，式中為堰孔的數(shù)目；為堰頂全水頭；為邊墩形狀系數(shù)；為閘墩形狀系數(shù)；在此設(shè)計(jì)中可取。—淹沒(méi)系數(shù)，為自由出流，??；—流量系數(shù)，曲線形實(shí)用堰的流量系數(shù)初步設(shè)計(jì)時(shí)采用；—為重力加速度，通常取s2；—計(jì)上行進(jìn)流速水頭的堰上總水頭（m）,近似取=上游水位-堰頂高程。=s大壩流速系數(shù)，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：Z-上下游水位差Z=所以可取。計(jì)算收縮斷面水深，可按伯努利方程計(jì)算：行進(jìn)流速很小可忽略不計(jì)，即為校核洪水位對(duì)應(yīng)的壩前水深。則該式可化為：通過(guò)試算，可以求出，即為校核洪水閘門全開(kāi)時(shí)反弧段最低點(diǎn)處的水深h，故可進(jìn)一步求出,R=（4～10）h=（～）m，取稍大于上限值，得R=40m。溢流壩水面線計(jì)算及邊墻