拱壩課程設(shè)計(jì)

Themanuscriptwasrevisedontheeveningof2021Themanuscriptwasrevisedontheeveningof2021拱壩課程設(shè)計(jì)《水工建筑物課程設(shè)計(jì)》學(xué)院：土木工程學(xué)院專業(yè)名稱：水利水電工程學(xué)號(hào)：22姓名：余官榮指導(dǎo)老師：鄒爽老師 提交時(shí)間：2015年1月6日拱壩課程設(shè)計(jì)一、目的1、學(xué)會(huì)初擬拱壩尺寸的方法；2、掌握拱壩壩肩穩(wěn)定計(jì)算和應(yīng)力計(jì)算；3、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)拱壩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。二、基本資料（一）、水文、氣象及泥沙資料某水庫(kù)所在流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，立體帶狀氣候明顯，其特點(diǎn)是“冬長(zhǎng)夏短，春秋相連、雨熱同季、干濕分明”。流域內(nèi)無(wú)氣象觀測(cè)資料，其氣象資料參照威寧縣氣象站資料：多年平均氣溫℃，最冷月1月平均℃，最熱月7月平均℃，極端最高氣溫℃（1963年5月29日），極端最低氣溫℃（1977年2月9日）。年平均相對(duì)濕度80%，最大在秋季，達(dá)85%左右，最小在春季，在73%上下，全年平均霧日數(shù)，年平均日照時(shí)數(shù)，為貴州全省各縣之冠。全年無(wú)霜期，大風(fēng)日數(shù)，冰雹日數(shù)，雷暴日數(shù)，霧日天數(shù)，降雪日數(shù)，最大積雪深度27cm。多年平均風(fēng)速s，最大風(fēng)速s，全年以SE（東南風(fēng)）風(fēng)為多，頻率為17%。流域水汽主要來(lái)自印度洋孟加拉灣，由于地勢(shì)較高，多年平均相對(duì)濕度較其它地區(qū)低。流域內(nèi)地表徑流主要來(lái)自降雨，但降雨時(shí)空上分布不均，大多集中在每年5～10月，降雨量占全年降雨總量的80-90%。暴雨一般出現(xiàn)在5～10月，日降雨量大于100mm的暴雨主要出現(xiàn)在6～8月，汛期比其他地區(qū)出現(xiàn)晚，降雨量較其它地區(qū)少，根據(jù)威寧縣氣象站歷年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)：多年平均降雨量為，豐水期(5～10月)平均降雨量，占全年降雨量的%，枯水期(11月至次年4月)平均降雨量，占全年降雨量的%，最大一日降水量為（1984年7月23日），降水量≥的日數(shù)193d，降水量≥的日數(shù)28d，降水量≥的日數(shù)7d，降水量≥的日數(shù)，多年平均水面蒸發(fā)量為（20cm蒸發(fā)皿）。吹程為600米。（二）特征水位表5-5主要建筑物特征水位及流量序號(hào)部位項(xiàng)目單位數(shù)量備注1水庫(kù)校核洪水位（P=%）m2設(shè)計(jì)洪水位（P=2%）m3正常蓄水位m4死水位m5校核洪水位最大下泄流量m3/s7566相應(yīng)下游水位m7設(shè)計(jì)洪水位最大下泄流量m3/s3628相應(yīng)下游水位m9淤沙高程m（三）、地質(zhì)資料1、地形地貌下壩址河谷深切，為橫向谷，河流由SE（東南）向轉(zhuǎn)向NE（東北）向。兩岸坡山體地形坡度較陡，其中在1890m高程以下地形坡度較陡，基巖裸露；上部地形稍緩，為坡耕地、林地和荒坡，殘坡積層厚度最大達(dá)10m，一般3～5m；地形為淺切中山地形，河谷地形呈較寬緩的“V”形谷，河床沖積層厚度達(dá)。右岸坡在高程修建有一條通鄉(xiāng)油路，寬9m左右。兩岸地貌主要為侵蝕切割形成的尖棱狀山脊地貌，為侵蝕構(gòu)造類型。下壩址河面高程，河面寬43m；壩線位置河谷地形在高程時(shí)寬高比為，下壩址河流位于二塘向斜北東翼，靠二塘向斜軸部發(fā)育。壩址區(qū)右岸坡上游80m位置發(fā)育一條小溪溝（即鍋廠小河），為下切侵蝕型溪溝，鍋廠小河交匯口高程，溪溝地形隨著山體地形的抬高，溪溝河床在1890m高程以下基巖裸露，基本上無(wú)沖積層，兩岸多為耕地和林地，殘坡積層厚度不大，一般為3m左右。3、地層巖性下壩址出露基巖地層主要為二疊系上統(tǒng)峨嵋山玄武巖組(P2β)玄武巖，地層總體傾向河床下游，其在壩址區(qū)分布特征是壩址地形與巖層之間構(gòu)成橫向河谷。綜合槽探、硐探、鉆探和地表地質(zhì)勘察資料，壩址區(qū)左右岸坡殘坡積層厚度達(dá)3～5m，局部地段深達(dá)10m，河床上第四紀(jì)沖積覆蓋層厚度為左右。某水庫(kù)下壩址的巖土層具體構(gòu)成情況如下：（1）二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組（P2β）：厚度10～1294m。屬巖漿巖地層，主要為暗綠、暗灰藍(lán)、油綠色細(xì)粒玄武巖、拉斑玄武巖，上部夾一層厚度4～6m的玻屑凝灰?guī)r，在～1866m高程夾有2至3層厚度3～8cm的軟弱夾層，為鐵質(zhì)粘土巖或銅質(zhì)凝灰?guī)r。玄武巖新鮮巖石堅(jiān)硬，但表面易風(fēng)化成碎塊狀，壩基巖體工程地質(zhì)分類為中硬巖，屬于BⅢ1類。（2）第四紀(jì)覆蓋層(Q4)：在河谷兩岸坡上為殘坡積層，成分為褐黃褐色的含碎石粘土。河床上為沖積層，成分為塊石、碎石、沙卵石、砂礫石、細(xì)粉沙和少量淤泥等組成。4、地質(zhì)構(gòu)造下壩址位于二塘向斜北東翼。壩址區(qū)玄武巖為巖漿巖，屬噴出巖，巖層無(wú)產(chǎn)狀，主要結(jié)構(gòu)面為不同時(shí)期玄武巖噴出的流層理層面，玄武巖流層理層面傾向與早期下部沉積巖的成層方向一致，總體傾向河床上游偏右岸。在下壩址無(wú)區(qū)域性斷裂地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育通過(guò)。但在下壩址鍋廠小河左岸和水庫(kù)右岸的山坡上發(fā)育有次生F1張性斷層（不明原因斷層），向庫(kù)區(qū)上游延伸，總體走向?yàn)楸蔽髯呦?，傾角近直立，北西端延伸到庫(kù)區(qū)上壩址和下壩址之間，南東端直抵庫(kù)區(qū)內(nèi)爐山鎮(zhèn)尖山附近，長(zhǎng)約800m左右。該斷層斷距一般為，未見(jiàn)破碎帶。下壩址玄武巖中節(jié)理裂隙發(fā)育，發(fā)育密度較高，在河谷左右岸按勘察規(guī)范要求統(tǒng)計(jì)的節(jié)理裂隙產(chǎn)狀見(jiàn)表3-4-3。主要有兩個(gè)方向發(fā)育，第一組節(jié)理裂隙產(chǎn)狀為走向170°，傾向260°，傾角為70～80°或近直立；第二組節(jié)理裂隙產(chǎn)狀為走向65～80°，傾向155～170°，傾角近直立。節(jié)理裂隙向下延伸深度大，大部分節(jié)理裂隙內(nèi)無(wú)充填物，呈閉合狀，向下延伸到微風(fēng)化和新鮮基巖后，裂隙逐漸尖滅，少數(shù)節(jié)理裂隙內(nèi)偶有充填物。地表巖層呈強(qiáng)風(fēng)化狀，巖體一般較破碎，多呈塊狀。2、壩址地質(zhì)資料經(jīng)取樣試驗(yàn)，結(jié)合有關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)類比，參考有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，地質(zhì)專業(yè)提出了巖石（體）物理、力學(xué)參數(shù)，見(jiàn)表5-2～表5-4。表5-2壩基巖體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)名稱項(xiàng)目玄武巖(強(qiáng)風(fēng)化)玄武巖(弱風(fēng)化)玄武巖(微風(fēng)化)凝灰?guī)r（強(qiáng)風(fēng)化）抗壓強(qiáng)度Rc(MPa)15757510抗拉強(qiáng)度σt(MPa)彈性模量Ee(GPa)7352泊松比μ承載力標(biāo)準(zhǔn)值[R](MPa)巖石與巖石抗剪強(qiáng)度f(wàn)C(MPa)巖石與巖石抗剪斷強(qiáng)度f(wàn)＇C＇(MPa)砼與巖石抗剪強(qiáng)度f(wàn)C(MPa)砼與巖石抗剪斷強(qiáng)度f(wàn)＇C＇(MPa)表3-4-12壩基結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)強(qiáng)風(fēng)化玄武層面抗剪強(qiáng)度f(wàn)C(MPa)弱風(fēng)化玄武巖層面抗剪強(qiáng)度f(wàn)C(MPa)微風(fēng)化玄武巖層面抗剪強(qiáng)度f(wàn)C(MPa)玄武巖陡傾結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度f(wàn)C(MPa)fC(MPa)強(qiáng)風(fēng)化玄武巖層面抗剪斷強(qiáng)度f(wàn)C(MPa)弱風(fēng)化玄武巖層面抗剪斷強(qiáng)度f(wàn)＇C＇(MPa)微風(fēng)化玄武巖層面抗剪斷強(qiáng)度f(wàn)＇C＇(MPa)玄武巖陡傾結(jié)構(gòu)面抗剪斷強(qiáng)度f(wàn)＇C＇(MPa)玄武巖層間軟弱夾層抗剪斷強(qiáng)度f(wàn)＇C＇(MPa)大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算的物理力學(xué)參數(shù)表項(xiàng)目名稱單位數(shù)值項(xiàng)目名稱單位數(shù)值砼容重γckN/m324基巖抗壓強(qiáng)度f(wàn)RMPa75水容重γwkN/m310砼/基巖摩擦系數(shù)f（固接灌漿后）淤沙浮容重γsbkN/m38砼/基巖凝聚力C＇（固接灌漿后）MPa淤沙高度HsM滲透壓力強(qiáng)度系數(shù)α砼抗壓強(qiáng)度f(wàn)kMPa淤沙內(nèi)摩擦角φ度30（四）附壩址處地形圖及地質(zhì)剖面圖（見(jiàn)CAD圖）三、要求1、擬定壩體尺寸，進(jìn)行拱壩穩(wěn)定計(jì)算及應(yīng)力計(jì)算；2、提交成果（1）設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明書(shū)。（2）拱壩非溢流壩段剖面圖，溢流壩段剖面圖；（3）拱壩平面布置圖及下游立視圖。拱壩課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)確定開(kāi)挖高程：根據(jù)壩高小于50米時(shí)，可建在弱風(fēng)化中下部至上部基巖上，及其他相關(guān)條件，選擇壩底高程為1844m。水位高程（m）相應(yīng)壩前水深（m）正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位確定壩高：①設(shè)計(jì)洪水位、正常蓄水位：由資料得V0=sD=安全加高：防浪墻頂高程：+=②校核洪水位：安全加高：防浪墻頂高程=+=選擇較大防浪頂高程所以壩高H=拱冠梁設(shè)計(jì)1.根據(jù)資料得：壩頂厚度取4m，壩底高程為1844m，溢流堰頂高程為1888m，所以壩的計(jì)算高度2.壩底厚度：根據(jù)所打剖面的開(kāi)挖線可得W為H=44m；3.確定上游面曲線：由上述可得：4.厚度曲線：取5層拱圈；5.圓心連線的確定：有資料得，頂拱弦長(zhǎng)為，底拱弦長(zhǎng)為25m，以底拱弦長(zhǎng)的垂直平分線為界，把拱壩分為左半拱和右半拱，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，處的半中心角取弦長(zhǎng)壩體左岸半邊拱的圓心連線：壩體右岸半邊拱的圓心連線：根據(jù)圓心連線圖和拱圈弦長(zhǎng)圖可以在CAD上量出其他各層拱圈的半徑和弦長(zhǎng)，根據(jù)公式，可以算出其他各層拱圈的半中心角。高程（m)Z壩址距（m）Tc（m）XFL(m)XFR(m)RcL(m)RcR(m)фL(°）фR(°）1888045550187711186622404018553318444425253030應(yīng)力計(jì)算由程序算得的各項(xiàng)應(yīng)力如下，左岸半邊拱。1.正常水位加溫降：拱壩壩數(shù)據(jù)NHB1HB2HSFSMSMH51844141MCGCECEFKCCSu1600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當(dāng)量矩形長(zhǎng)寬比m=壩體積V=m^3溫升G=/(T+計(jì)算結(jié)果E=2(雙向扭轉(zhuǎn)效應(yīng))(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內(nèi)力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應(yīng)力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv(4)粱內(nèi)力MocVocWocMocvVocvWocv(5)梁應(yīng)力(T/m^2)(壓為正）梁應(yīng)力梁應(yīng)力(震)梁自重應(yīng)力ScuScdScuvScdvScugScdg(6)拱冠變位RorRorv(7)最大應(yīng)力SauSadSouSodScuScd最大(1)(3)(3)(1)(1)(4)最小(4)(5)(5)(4)(4)(1)***END***2.設(shè)計(jì)洪水位加溫升：拱壩壩數(shù)據(jù)NHB1HB2HSFSMSMH5141MCGCECEFKCCSu.000011600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當(dāng)量矩形長(zhǎng)寬比m=壩體積V=m^3溫升G=/(T+計(jì)算結(jié)果E=2(雙向扭轉(zhuǎn)效應(yīng))(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內(nèi)力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應(yīng)力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv(4)粱內(nèi)力MocVocWocMocvVocvWocv(5)梁應(yīng)力(T/m^2)(壓為正）梁應(yīng)力梁應(yīng)力(震)梁自重應(yīng)力ScuScdScuvScdvScugScdg(6)拱冠變位RorRorv(7)最大應(yīng)力SauSadSouSodScuScd最大(1)(1)(1)(1)(5)(4)最小(5)(5)(5)(5)(1)(1)***END***校核洪水位加溫升：拱壩壩數(shù)據(jù)NHB1HB2HSFSMSMH5141MCGCECEFKCCSu.000011600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當(dāng)量矩形長(zhǎng)寬比m=壩體積V=m^3溫升G=/(T+計(jì)算結(jié)果E=2(雙向扭轉(zhuǎn)效應(yīng))(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內(nèi)力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應(yīng)力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv(4)粱內(nèi)力MocVocWocMocvVocvWocv(5)梁應(yīng)力(T/m^2)(壓為正）梁應(yīng)力梁應(yīng)力(震)梁自重應(yīng)力ScuScdScuvScdvScugScdg(6)拱冠變位RorRorv(7)最大應(yīng)力SauSadSouSodScuScd最大(1)(1)(1)(1)(5)(4)最小(5)(5)(5)(5)(1)(1)***END***右半拱4.正常水位加溫降：拱壩壩數(shù)據(jù)NHB1HB2HSFSMSMH51844141MCGCECEFKCCSu1600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當(dāng)量矩形長(zhǎng)寬比m=19.壩體積V=m^3溫升G=/(T+計(jì)算結(jié)果E=2(雙向扭轉(zhuǎn)效應(yīng))(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內(nèi)力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應(yīng)力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv(4)粱內(nèi)力MocVocWocMocvVocvWocv(5)梁應(yīng)力(T/m^2)(壓為正）梁應(yīng)力梁應(yīng)力(震)梁自重應(yīng)力ScuScdScuvScdvScugScdg(6)拱冠變位RorRorv(7)最大應(yīng)力SauSadSouSodScuScd最大(1)(3)(3)(1)(1)(4)最小(4)(5)(5)(4)(4)(1)***END***5.設(shè)計(jì)洪水位加溫升：拱壩壩數(shù)據(jù)NHB1HB2HSFSMSMH5141MCGCECEFKCCSu.000011600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當(dāng)量矩形長(zhǎng)寬比m=19.壩體積V=m^3溫升G=/(T+計(jì)算結(jié)果E=2(雙向扭轉(zhuǎn)效應(yīng))(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內(nèi)力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應(yīng)力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv(4)粱內(nèi)力MocVocWocMocvVocvWocv(5)梁應(yīng)力(T/m^2)(壓為正）梁應(yīng)力梁應(yīng)力(震)梁自重應(yīng)力ScuScdScuvScdvScugScdg(6)拱冠變位RorRorv(7)最大應(yīng)力SauSadSouSodScuScd最大(1)(1)(1)(1)(5)(4)最小(5)(5)(5)(5)(1)(1)***END***6.校核洪水位加溫升：拱壩壩數(shù)據(jù)NHB1HB2HSFSMSMH5141MCGCECEFKCCSu.000011600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當(dāng)量矩形長(zhǎng)寬比m=19.壩體積V=m^3溫升G=/(T+計(jì)算結(jié)果E=2(雙向扭轉(zhuǎn)效應(yīng))(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內(nèi)力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應(yīng)力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauv