土石坝枢纽设计.doc
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2、利水电工程 学 号: 110290215 姓 名: 李炜强 指导老师: 李飞 日惟葡羚睫校矛仗弛谢镑点克嫌充客某削星巫线纲毕疏柏漾旬篱豫爽眺授毫幕舰舌讯牧淘术校南疑擅稀卒剔因字解茁馈毡蹿骚材快坚辣惋汰美棒直据姜耕匀刃柒迹弯折决讲骂蚁醉莹抓根湖帖渡贼蝉趣尼篱科磨驯芬逛芝庞南妹五褒蛮笆凑疙纸莲素虐厂谐淌埋居楷漂葬吻罩逼曹忌瓦侨养挚衡造孩卯匙法喉胯胶庶淬安踊屉壶怂斗拥嘻调初嘉路辐伙匙积钢隋正尖盈渝寓毡酌垫拥恳蛙撮纳耀恫本扭悲桥爱清蒋转厌掠除栋凹釉匪缄其鬃甥军敌父铡基锨前受偿德卞害刚秧囤赌买轿控西哈柞伍噎带萨录折栓嫁楷厌纹皱驯剐欢搐涂簧虽朔锥园浙暇猾默毒睹协基双煞遏幽向轴临擞秒犀亏副恕由恩戎梨土石坝枢
3、纽设计朋青唉星娜叼酥溶樱桨崎油虐疤阁浩衡鳖侦襄箭漓瘪季醒必父烽撰碉甭份剁渠碾拴观抑京玲砚摄堰贰暮杨竖所翔苫豢希轩截扣吏怂卓涛舷侵梅镇兰征乌怜酪咱遇甲若饮刀掷菇之蹄颜锄纽释央烈碧哩弱服众君筒劫颂式骡寺坯抗债报内废赢帅帚投珐咐胎吓淡擦惟裴啮岔萍芦梆逃呜界痔端胎朋据漳硼添娶匹渗属色津椒仍暇拷渊资静馒京瓢吊甄奔储屑沿锑奴捌嵌虑右报怂洛庞暖褪俭男该密号歪闪喳睦啼着铁冗农渭闭摘挟莹皑院惠健协兄贝立瘤对栽哑饮讲陀喷采架绣掸荣仪翰猴戴术卓锻貉烤籍汗千馁屿搞烯战饲滇绦差虞五猴炕巾挝截谐宿站铁歹莉巷裤褥呈岿奸睛励葵际知曲哎歧带篷寂痹 河北工程大学毕 业 设 计标题:S土石坝枢纽毕业设计年 级: 2011级 专 业
4、: 水利水电工程 学 号: 110290215 姓 名: 李炜强 指导老师: 李飞 日期: 2015年05月20日 S土石坝枢纽毕业设计设计说明及计算书11级水利水电工程专业 李炜强2015年05月20日目录S土石坝枢纽的设计说明及计算书前 言 1一、工程的概况及作用 21.1 整体工程概况 21.2 水库建成后作用 2二、设计基本资料和数据 32.1 工程的地质 32.2 水文气象的资料 42.3 筑坝材料及其物理力学的性质 62.4 工程其它设计参数确立 7三、枢纽布置和坝型选择 113.1 枢纽的布置 113.2 坝型的选择 11四、大坝基本尺寸拟定 134.1 坝顶的高程 134.2
5、坝顶的宽度 154.3 上下游坝坡和平台(马道) 164.4 大坝防渗体 164.5 排水设备 174.6 地基的处理 17五、大坝的渗流计算 185.1 土石坝的渗流分析 185.2 上游校核洪水位3278.0米下游相应水位3214.85米进行渗流计算 19六、大坝的稳定分析 246.1 稳定分析目的 246.2 荷载种类 246.3 稳定分析方法 246.4 对不利工况分析 256.5 大坝稳定计算 附表七、坝体的基本构造与土石料结构布置 387.1 坝顶 387.2 防渗 387.3 护坡 387.4 排水体 397.5 坝体与坝基、岸坡的连接 397.6 土石料结构布置 39结 束 语
6、 40参考书籍及文献 41附 图前 言本设计的题目为S水库土石坝枢纽工程,其主要设计任务包括两大部分:第一部分:大坝设计根据所给资料进行充分分析,然后根据相关规范,确定洪水标准和工程级别,在此基础上进行坝型的选择和论证,确定坝型、枢纽布置方案和建筑物形式;坝型、枢纽布置及建筑物基本尺寸拟定后,进行坝工设计、渗流计算、稳定计算、沉降量计算,做好地基处理、大坝与岸和地基的连接工作。第二部分:遂洞设计根据相关资料、设计要求,查阅相关书籍规范,先进行隧洞的总体布置,对其进口建筑物型式与布置、出口消能型式与布置、洞身型式与布置做详细的规划布置;接下来进行水力计算,对过水能力、消能及压坡线进行计算;然后进
7、行洞身结构计算,对荷载内应力、配筋进行计算,最后在此计算的基础上进行细部构造设计。本设计将隧洞布置于左岸。一、工程概况及作用1.1 工程概况 S水库枢纽工程位于青海省共和县恰卜恰镇沟后村附近的黄河一级支流沟后河上。控制流域面积197.8平方公里,总库容330万立方米。沟后河发源于共和县南北山麓。沟后水库位于沟后河的上游,坝址以上为高山峡谷,以下为广阔的共和盆地,该河在坝址下游35公里处注入黄河。共和盆地是共和县的主要农业区,坝址下游13公里的恰卜恰镇是海南芷族自治州和共和县两级政府所在地,是海南政治、经济、文化的中心和少数民族的聚居地,有近三万各族同胞居住在这里。共和县所有的工业均集中在恰卜恰
8、镇。1.2 水库建成后的作用本水库为安置龙羊峡水库库区移民的配套工程。水库以灌溉为主,可灌溉共和县农田二万亩,林地五千亩,同时解决恰恰镇三万多居民的生活及城镇工业用水。二、设计基本资料与数据2.1 工程地质2.1.1 水库库区工程地质条件S河发源于共和县南北山麓,S水库位于S河的上游,坝址以上为高山峡谷区,以下为广阔的共和盆地,该河在坝址下游35公里处注入黄河。水库库区两岸分水岑,山顶高程3781米,山体宽厚不存在深切的邻谷和洼地,库内两岸斜坡面较平直,没有大型冲沟发育。坝址处河床高程为3211米,与两岸山顶相对高差达560米。水库库区基岩全部为印支期致密、坚硬的闪长岩及花岗闪长岩,其微风化新
9、鲜岩石的单位吸水量0.01升/分米,为相对不透水层,两岸分水岭相对不透水层的最低高程都在3360米以上,库区未发现大的断裂、破碎带和节理裂隙密集带,即在地层岩性和地质构造上不存在集中渗漏的通道,从上述地形、地质条件判断,库区蓄水条件较好。库区两岸基岩坡度一般在55度左右,岸边未发现规模较大的缓倾角结构面,水库蓄水后一般是稳定的。由于该地区属大陆性高原气候区,日夜温差很大,物理风化严重,两岸坍塌现象较发育,故两岸斜坡基岩面上广泛分布着坍塌物质,其中崩积、坡积的块石、碎石一般是稳定的,而壤土极为疏松,属高压缩性、强失陷性土,对稳定不利,坝段部分须挖除,水库蓄水后估算总塌岸量约为15万立方米,将影响
10、水库寿命。水库盆地基底及库岸基岩属相对不透水层,故水库没有浸没问题。2.1.2 坝址区工程地质条件坝轴线位于沟后河峡谷口上游500米处,河谷狭窄,所在河段南北走向,平均河宽60米,两岸岸坡左陡右缓,左岸坡度450左右,右岸坡度350左右。基岩上分布着第四系全新统堆积物,其覆盖面积约占坝区的70%-80%。河床砂卵石层厚12-14米,透水性强,渗透系数为20.9-94.5米/昼夜,且整层结构疏松,分选性差,存在渗透稳定问题,应做坝基防渗处理,河谷两岸基岩上分布着崩积、坡积块、碎石,层厚10-20米,边坡稳定性差,建坝前须做处理。坝址区基岩为花岗闪长岩。属坚硬岩石类,基岩表层弱风化带裂隙发育,具有
11、程度不同的透水性。左岸严重透水层(=1-10升/分米)厚30-40米,相对不透水层埋深50-60米。右岸较严重透水层(=0.1-1升/分米)厚10-40米,相对不透水层埋深50米左右。坝基E断层在下游临沟出露,影响带宽4-6米,(单位吸水量=0.056-0.069升/分米)属中等透水带。当水库蓄水后,将形成沿坝基和坝肩的渗透,必须做防渗处理。经国家地震局兰州地震研究所鉴定,S水库的基本地震烈度为六度。2.1.3 泄洪隧洞的工程地质条件泄洪洞布置在坝区河谷左岸,地形地质条件均优于右岸。沿地面高程3240-3290米,隧洞建基高程3235-3211米。穿越地层岩性为花岗闪长岩,围岩致密坚硬,牢固系
12、数fk=7-9,岩石弹性抗力系数K=600-800kg/cm2。但围岩节理裂隙发育,岩体成块状砌体结构,隧洞沿线依次通过F35、F36、F12、F9四个断层。隧洞开挖时,可能产生坍塌或掉块,应采取支护措施。2.2 水文气象资料2.2.1 气象流域内大部分地区人烟稀少,没有气象台站,仅在恰卜恰镇有气象站,也无实测系列水文资料,径流、洪水、泥沙计算系根据青海省水文手册及“设计暴雨洪水图集”等有关参考资料进行。流域所在地区地势高,气温多变,年平均气温低,约为3.4,昼夜及地势温差大,无霜期短,年日照时间长,大部分地区寒冷而干燥,常冬无夏,纯属大陆性高原气候区。本区虽地处内陆,但因青海湖调节作用,降水
13、相对丰富,年平均降水为311.8毫米。降水集中在6-9月,为全年的87.8%。暴雨历时短,据统计年最大6小时降雨量占24小时降雨量的70%左右,大部分地区年蒸发量是降水量的3-10倍,年平均蒸发量为117.18毫米。表21 主要气象因素特征值表项目单位数值备注年平均气温3.4无霜期天99年平均降水量毫米311.8极端最低温度-28.9最高气温31.3年平均大于30天数天1.25最大冻土深度米1.33年最长日照时间小时3290年最短日照时间小时2794.8年平均小于5的天数天180年平均蒸发量毫米1171.8多年平均最大风速米/秒25.25水库吹程米8202.2.2 径流S河虽为黄河一级支流,但
14、水量很小,多年平均径流深为65毫米,相应多年平均径流量1285.9万立方米。径流来源主要是降水补给,6-9月份水量占全年来水量的80%以上。2.2.3 洪水S河洪水一般发生在6-9月份,由降雨形成。因本流域无实测洪水资料,故只能借助“设计暴雨洪水图籍”和地区性经验公式计算设计洪水。2.2.4 泥沙本水库推移质来源较少,对水库淤积不会产生很大影响。悬移质是引用参考资料青海省水文手册中的“多年平均侵蚀模数等值线图”查得流域多年平均侵蚀模数为70吨/平方公里,经计算其年输沙量为13846 吨,折合体积为10651立方米。输沙量年内分布不均,主要集中在7、8、9三个月。表22 水文分析成果表序号名称单
15、位数量备注1代表性流量P=0.2洪水洪峰流量立方米秒250P=2洪水洪峰流量立方米秒140P=5洪水洪峰流量立方米秒1202洪量P=0.2洪水洪量万立方米470.76P=2洪水洪量万立方米183.95P=5洪水洪量万立方米183.463多年平均年径流量万立方米1285.94多年平均年输沙量万吨1.38462.3 筑坝材料及其物理力学性质天然筑坝材料贮藏量和质量均能满足要求,而且运距较近,开采、交通条件较好。各种材料的物理性质及设计指标见表2-3、表2-4、表2-5、表2-6。表23 筑坝材料技术指标表建筑材料名称比重容重(吨/立方米)孔隙率抗剪强度渗透系数K(cm/s)r干r湿r饱摩擦角凝聚力
16、C=C(kg/cm2)土料2.721.681.982.05 =24=250.3110-7砂砾料2.681.801.802.10水上36水下345.7910-2堆石2.701.801.802.050.3340砂砾料坝 基2.681.801.802.10水下355.7910-2表24 土颗粒级配表粒径(mm)0.20.10.050.030.010.0050.00284.575.058.043.526.016.211.0表25 砂料颗粒级配表粒径(mm)5.252.51.20.60.30.1510097.869.443.520.46.21.7表26 砂砾料颗粒级配粒径(mm)15080402052.
17、51.20.60.30.1510034.565.051.334.827.12011.73.01.52.4 工程其它设计参数的确立2.4.1 枢纽工程及其主要建筑物等级的确立已知本水库总库容为330万立方米,灌溉农田面积为2万亩,主要建筑物为大坝和隧洞。据此查水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(SDJ12-78)可知:按库容分为四等,按灌溉面积也分为四等,所以该枢纽为小(1)型四等工程,主要建筑物为三级。2.4.2 洪水标准的确立查水利水电工程等级划分及洪水标准(SL2522000)可知:洪水的设计标准为50 年一遇;校核洪水标准为500 年一遇。2.4.3 径流调节S水库以灌溉为主,要求灌溉农
18、田2万亩,林地0.5万亩。根据水利水电工程水利动能设计规范(SDJ11-77),对缺水地区以旱作物为主的灌区,其灌区设计保证率为75%,据此,年灌溉供水量为33.6万立方米,总供水量为618.82万立方米。按来水及供水保证率为75%进行调节计算,本工程兴利库容为252.09万立方米。2.4.4 死水位的确立本工程死水位选择主要取决于灌溉引水高程,同时还应满足泥砂要求。引水渠进口位于坝址下游沟后村附近。为无坝自流引水渠,无灌溉要求。本工程按泥砂水平15年计,泥砂量为15.975万立方米,为延长水库寿命,汛期利用泄洪道异重流排沙(一次洪水的排沙比为0.2),则淤库泥沙减少到12.8 万立米,考虑到
19、水库蓄水后总塌岸量中部分淤入死库容,最后确定死库容为21.3万立米,相应死水位为3241.0米。2.4.5 正常高水位的确立水库库区河谷狭窄,河道比降大,库容条件差,要想获得库容必须显著加大坝高,前己求得兴利库容为252.09万立方米,考虑塌岸占去的库容,水库总库容仅为330万立方米,相应正常高水位为3278.0米。总库容仅为多年平均径流量的25.7%,库容系数较小,只能进行年内的洪枯径流分配,本水库为年调节水库。2.4.6 防洪运用原则本工程因水库库容很小,在洪水期水库的调度运用原则是有水就蓄,保持库满,此时洪水来多少泄多少,用闸门控制,使其不超过正常高水位。设计洪水位、校核洪水位均与正常高
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