水利工程毕业设计土坝枢纽及溢洪道设计.docx

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1、毕业设计任务书课题名称：WE盘土坝枢纽及溢洪道设计一、毕业牌计选科（一）、概论（二）、水文水利计算（三）、工程地质资料（四）、建筑材料资料（五）、施工资料二、毕业设计计算书（一）、坝工计算1） 坝型选择2） 断面构造及尺寸拟定3）、渗流计算4）、稳定分析5）、沉降计算6）、地基处理及细部构造（二）溢洪道设计1）、溢流堰水力计算2）、泄水槽的水力计算3）、确定有关尺寸三、工程图纸1）枢纽布置图2）、大坝下游立视图及横剖面图3）、细部构造图4）、溢洪道纵剖面图和平面图五、毕业设计心得体会概论1、灌区规划都江堰东风渠六期工程，根据该堰总体规划，系一引洪济枯先囤后灌，引、蓄结合的灌溉工程。在简阳的灌溉

2、区分为三片，即：（1）南北灌渠首段6.56万亩，已由建成的张家岩水库灌溉；（2）南干渠草地池支渠中部以下的原南干渠全部灌溉区57万亩，由三岔水库灌溉;（3）北干渠柏林支渠中部一下的原北干全部灌区22.17万亩，由石盘水库灌溉。2、石盘水库规划石盘水库位于赤水河上游，坝段在石盘乡猫鼻梁处，距石盘约6公里。库区跨及成都市龙泉区的茶店、大兴乡部分耕地。初期规模，可利用己建北干渠于柏杨沟隧洞出口处充水入库。石盘水库灌溉区包括养马区大部分和贾家。红塔区部分耕地，其范围：北抵龙泉山麓，东以沱江为界、南临绛溪河、西至柏林乡。包括已成的养马干渠、（中放水洞，控灌14.19万亩），太平支渠灌溉面积全部（低太平渠

3、低放水洞、控灌5.1万亩，其中支渠、高放水洞、控灌2.88万亩）共灌溉耕地22.17万亩，其中田3.89万亩，占总灌溉面积的17.5%o灌区农业主产粮食和棉花。石盘水库库区居龙泉山背斜东北依山和浅丘过渡地带，集雨面积84平方公里，P=80%（保证率80%）中等干旱年年径流总量1500万方，仅占总水量的15%,绝大部分的蓄水靠都江堰洪水充蓄规划四坝轴线总库容8701万方左右，限制高水位462.0米，死库容2880万方，死水位450.0米。有效库容5821万方，该处河底高程425.0米。最大高坝为40米左右。二、水文水利计算1、气象资料,多年平均降水量885毫米，多年平均风速1.7米/秒，多年平

4、均最大风速15.9米/秒，历年瞬时最大风速22米/秒，风向北东（NE）,无霜期295天，历年逐月水面平均蒸发量如表2。表1简阳气象变化情况月份项目123456789101112年平均日照率（）（19531973）多年平均18.0.197温度（）多年平均月平均最高月平均最低极端最高37.738.7（历年）（1952（1974.6）极端最低-5.4（历年）蒸发量（亳米）多年平均月平均最大4月平均最小降雨量（亳米）多年平均月平均最大月平均最小连续三日最大885.0210.4（历年）一日最大162.5（历年）风速（米/秒）多年平均与平均最小月平均最大1953极端最大（风向）NNEnNNENNENNE（

5、3个）NENNENENNNE（历年）无霜期（天）月份1234567水面蒸发（毫米）158.5月份89101112全年水面蒸发（亳米）由实测水面蒸发量换算为库面蒸发量的折减系数为0.72。库面蒸发量=各月实测蒸发量X折减系数。平均陆面蒸发量为Z（陆）=570毫米，将Z（陆）按分配至各月，分配实际蒸发量=库水面蒸发量一陆面蒸发量。区内无24小时暴雨资料，需参见水文手册查用有关参数。2、径流资料区内无实测径流与洪水资料，邻近三岔水库具有19521972年21年径流资料，经分析条件相似可直接移用，其成果如表3。表3年份1952195319541955195619571958径流深（亳米）年份19591

6、96019611962196319641965径流深（毫米）年份1933196719681969197019711972径流深（毫米）水库主要系灌溉水库，兴利设计标准按80%设计，90%校核，其典型年内分配模型如表4。模月型年型一二三四五-3七八P=80%P=90%模月型年型九十十一I-全年P=80%100P=90%100由于天然来水不足，主要由东风渠灌水，故又是东风渠灌区的囤水库。东风渠分配给该库灌区的供水流量如表5。供时间水量年型六月七月八月九月十月H一月小中旬下旬（大）（大）（小）（大）上旬中旬下旬P=80%P=90%东风渠配水通过北干渠输入水库，其输水损失为10%o3、用水资料该库区主

7、要分布在养马区境内，灌溉面积为22.17万亩。主要粮食经济作物如水稻、玉米、棉花等，经调查分析各年型灌区综合净灌水过程如表6。减轻供水的紧张程度。灌区布置有干支、斗、农各级渠道网，其渠系水利用系数为0.7。4、地形资料赤水河发源于龙泉山东侧，自北向东，流经茶店、赤水、海螺等公社，于老君寺江入绛溪河，进而汇入沱江。上游沟小，河床比降较大。下游逐渐开阔，坡将减缓，洪水暴涨暴落，枯河季水几乎断流，河道两岸有零星砂岩或砾岩裸露，河床多少、卵石及块石，河段弯曲变化大。上游山区为主，下游住丘陵地带，植被轻差。水库即在该流域猫鼻梁处建坝。据量测该库流域面积84平方公里，河流长度33.8公里，河道平均比降为1

8、82%,其水库特性曲线如表7。Z（米）427428429430431432434436438440V（万H）3040527090114200320700Z（米）442444446448450452454A（万M）V（万Z（米）456458460462464A（万M）V（万ri）6、工程资料m3,当地径流含沙量较大gs=450吨/公里工推移质占悬移质泥沙百分比为20%。淤积年限为20年。三、工程地质资料石盘水库靠近龙泉山褶断东南翼的困牛山向斜边绿地带，地层平缓，倾角3。-5,库尾达IO020,倾向东南（SE）4060。库区位于龙泉山的东南麓，属构造剥蚀而成的浅丘，低山地形，一般相对高差4080

9、米，地势由西北向东南逐渐降低，具有北西山体相对雄厚，南东分水岭单薄，低娅口多，致使副坝达到十五个以上，库区沟谷纵横，侵蚀剥蚀作用强烈，岸坡陡峻，一般35-50oo基岩以下白垩地层为主，库尾出露有侏罗系重庆统上部底层。全区第四系残破积和分布广泛。库区内有两组较为发育的节理，一组为张裂隙，走向北东（NE）10左右，倾向北西（NE）。节理面不平整，张开宽度12厘米，多被泥质充填。二组为走北向西（NE）60左右的层面节理裂隙，节理面平整。节理裂缝多呈闭合不边续状态。本区地震基本裂度小于6度。水库库盘周边为红色砂岩，其透水性差，地形坡度不大，相对高差较小，岩层倾角平缓，不具产生大规模坍岸和滑坡的地质条件

10、故水库边岸是稳定的。库区含水层以层间砂岩裂隙含水为主，次为风化裂隙含水层，地下水多由降雨补给，季节变化明显，无区域性水力联系。水库盘西北部为龙泉山脉，山体雄厚，砂泥岩重迭相间，倾向库内，对库内蓄水极为有利。库盘东南部，主坝至6号副坝单分水岭长达4.5公里，是库水向库外渗漏的重要地段，其渗透流量为8978r113昼夜或0.104nf/秒，与充水入库流量4.5m?/秒相比较，只占2.3%,对水库蓄水影响不大。2、主坝工程地质条件主坝地质各类岩石的力学指标建议值见表8。表8主坝地基各类岩石的力学指标建议值岩性允许承载力（kgc112）摩擦系数（tg）凝聚力（kgcm砂岩弱风化的60新鲜的100砾1

11、LJ石弱风化的150新鲜的20泥岩弱风化的3新鲜的6四坝线勘测线呈北西（NE）65方向，拟建议坝轴线向上游偏移9,横跨赤水河两岸，坝址所在处河谷地段为极不对称的“U”型河谷，河床高程425米，左岸岸坡较陡，右岸坡较缓，河谷两岸不对称的发育有一介地。1）坝基的工程地质条件（1）坝基岩（土）特征区上复第四系（Q）松散堆积物，一般厚58米，有的大于9米，主要由冲洪积物质组成，河槽内砂卵石层夹砂，两岸阶地及河漫滩，从上至下依次为砂粘土、粘砂土及灰褐色粘砂层及砂砾石层。上层为相对隔水层，可作为天然防渗铺盖，中层潮湿松软，底层分布范围不详，局部夹朽木，结构松散易垮塌，透水性强。并含少量孔隙潜水。砂粘土，

12、粘砂土物理力学性质见表9表9砂粘土，粘砂土物理力学指标实验结果表采采含干饱抗剪强度测定值渗压样编水容和饱和固结饱和透缩深度（米）编711f号量W(%)量VdTm3度快剪快剪系数K(cmsec系数acm3kg饱和前饱和后C(Kgcm3)（度）C(Kgcm3)（度）4-11665100274-2上2392100284-2上2489100285-1277892第四系复盖层之下为白垩系下统（Kl）紫红色泥钙质胶结构的细沙砂岩，夹不稳定的砂质粘土岩及砾岩透镜体。岩层产状大体倾向北西（NW）倾角一般2。5。基岩强风化带厚2。7。米，弱风化带23米左右。砂岩和砾岩裂隙发育，主要为两组X型切断裂隙，次为层面裂

13、隙。在385米高程以上加以F21渗透系数K值大于0.05米/昼夜。主坝地基各类岩石的力学指标建议如表80坝基土的物理力学性质如表10、表11。-一见后。区内砂岩物理力学性质如表120表12岩石物理力学指标实验成果表指岩标石名称比重YX容量YO吸水率%WB抗压强度（kgcm）备注干湿-LIl_LIl砂层3132003031149192（2）断层F3断层：为顺河延伸的逆断层，走向北东（NE）2040,与坝轴线呈60左右的交角,倾向北西（NW）,倾角1030,地表露出处倾角变大，断距23米。沿走向构成破碎带,其平面投影宽度100米左右，在工程控制内破碎带埋深的最低标高为388米。在区内该断层被第四系

14、堆物覆盖。钻孔压水资料表明破碎带渗透性能较大,单位吸水量W值为2.5公升/分.疔至7.386公升/分.in，渗透系数K值2.7874米/昼夜。2）左岸坝肩工程地质条件坝肩山体雄厚，在460米高程处宽达20余米，强风化带厚3米，弱风化带L5米。但由于F3断层的影响，局部岩层破碎，W值为1.897公升/分.11K值为L683米/昼夜，相对隔水层埋藏深。为此，在高水头压力下将会产生严重的坝绕坝渗漏。3）右岸坝肩工程地质条件坝肩山体单薄，在445米高程处，山体宽4060米，岩石较完整，渗透系数小，属弱透水层，相对隔水层埋藏较浅。岩石风化严重，强风化带厚6.5m,弱风化带厚2m。综上所述，F3断层的存在

15、是该坝址的主要工程地质问题，因为它严重的破坏了岩层的完整性，并促使岩层裂隙进一步发育，构成了水库的良好通道，为了水库正常蓄水，保证坝体安全，对它必须进行专门性处理，其措施是：采用挖洞回填的方法筑一道地下防渗墙，达到加固基岩和防止库水渗漏，确保坝体安全的目的。同时还必须配合上游截水墙，垂直防漏和水平防渗以及其它必要的措施，才能完全达到上述的目的。否则，不仅不能保证水库的正常运转，而且在渗漏进一步恶化的情况下会危及坝体安全。此外，对四系复盖层部局部含朽木的灰褐色粉砂层及砂卵砾石层也应引起必要的注，在技施设计或施工详图阶级中需取样进行室内实验，查明其物理力学特性。以确定其承载能力对坝体稳定性的影响程

16、度，便于采取相应的处理措施。3、枢纽其它建筑物工程地质条件1）溢洪道溢洪道位于主坝左岸蛮于洞山境上，其高程约为459米，该处为厚层状长石砂岩夹砾岩透镜体，岩层倾向北西（NW）,倾角平缓，节理裂隙不发育，风化不甚严重，岩石较完整，力学强度较高，边坡稳定，故工程条件较良好。溢流堰岩石指标建议值如表13。表13*Xc*砂石砾岩允许承载应力C。J公斤/cm?101520摩擦系数f=tg凝聚力C公斤ci1120O开挖边坡m2)放空洞放空洞位于主坝左岸蛮子洞山腰，距左坝肩15m,隧钢进口标高430.0m,洞身穿越地层为厚层状长石砂岩夹泥岩、砾岩透镜体，岩层倾向北西(NW)60,倾角3,进口岩层风化严重，裂

17、隙发育、泥岩剥蚀掏空，砾岩在重力作用下发生崩塌，堆于斜坡上，只有少量的崩塌坡积物，工程地质条件是较好的。其岩石的坚固系数fk：长石砂岩为2,泥岩为1,砾岩为5。四、建筑材料资料1、土料：建筑土料在库区分布较广，主要分布在张家沟一带。土料主要为棕红色砂质粘土，粘性较强，是较好的防渗材料，土层一般厚46米，平均5米左右，距四坝轴2公里，按平均取土23米厚，总贮量为176264米左右，足以满足主坝、副坝土料用量，土料试验成果见表14。表14指标A土的液限WL(%)土的塑限WP(%)塑性指数IP(%)砂粒()粉粒(%)粘液()CU分类名称粘土30-4819-2416-2414-3330-5432-27

18、10-32粉质粘土42222023423521壤土33-3618-1915-1720-2743-5327-3017-23重粉质壤土351916244729202、石料及石渣料所取石料均系下白垩系地层中泥钙胶结的长石砂岩或长石石英，强度不高，主要分布在张家沟、四郎洞、戏台子一带。覆盖不厚，至四坝轴的运距2-4公里，数量24万方左右，尚能满足需要。%渗透系数采用现场碾压后的渗透试验指标K=3X1（厘米/秒。其饱和固结快剪强度指标，采用强风化石渣料，水下的内摩擦角27度的0.85倍，即203、设计可选用的土料参考指标列于表15。见后。4、反滤材料石盘水库距沱江河卵石料场20公里，帅选后的级配是很好的

19、反滤材，贮量丰富。而建坝河道距主坝L5公里范围内，卵石料贮量较多，便于群众开采，从颗粒级配曲线分析，亦是作反滤的好建筑材料。对两个产地的材料，进行了技术、经济比较后，选定主坝附近本河道料场。在粘土心墙（或斜墙）与坝壳石渣之间的反滤过渡带，可采用土坝石渣料的强风化碎块。设计采用的排水棱体的参考指标，如表16。见后。5、筑坝材料bP曲线值见表17。表17筑土坝的0-p曲线值表,i012345678910坝体粘土72石渣料坝基土五、施工资料1、施工条件该水库对外交流方便，成渝铁路通过该区区委所在地养马河，现己有公路通石盘乡和周家乡赤水河倒虹管，所以只需修建7.5公里和施工用公路支线，就可以与现有的两

20、条公路衔接，其长度分别为L2公里和6.3公里。施工用电，电源由成都电网供给，接线地点养马河变电站，只需架设14公里十千伏高压线路，便可满足主坝施工用电和照明。为便于各副坝施工用电，及为水库建后，满足提进电灌站用电需要，尚需从主坝架设9公里十千伏线路。辎，混凝土5378Om力土石料贮量丰富，分布广泛。反滤层砂卵石的大部分由当地河道开采，少部分砂卵石和混凝土所需卵石、河砂到沱江河中采集，运距18公里。根据简阳县人民政府的统一安排，该水库由养马、红塔、镇金、三岔、石板等五个区承担施工。采用常年专业施工队与农闲集中劳力打歼灭战的方法，可满足施工中高峰时期劳动力的要求、施工管理，由原三岔水库的、有施工实

21、践经验的、有相当领导能力的和水平的一批施工干部和及技术队伍承担，对于搞好本质工作和施工是完全可行的。2、施工导流(1)施工时段洪水计算石盘水库集雨面积84平方公里，河道全长33.8公里。河床平均坡降为2.1%,施工枯水期为头年10月至第二年5月，为了较准确的控制围堰高度，按照P=5%的流量，将施工枯水时段划分为三段，4-5月、IOT1、12-3月，根据简阳气象站实测降雨资料计算得如下成果表(如表17)0(2)导流方案的设想初步估计石盘水库、四坝轴主坝高为41m、设计总回填工程量为96万方，一个冬春修到设计高程很大，需要进行施工导流。四坝轴河道开阔，可以采用原河床导流方案，经过一次断流围堰隧洞，

22、导流与分期围堰导流方案初步比较，认为前者较好。此方案的施工过程是将全年分为枯水时段(头年10月，次年5月)及洪水时段(6-9),在枯水时段内用围堰挡水、隧洞导流，坝体于5月初抢修到446.0(或445.0)米高程。洪水期用坝体挡水(围堰失效)，仍用隧洞导流。(3)枯水围堰根据四坝址前的地形，确定枯水围堰布置在离坝前蹿100150米处，依据施工枯水时段的调洪计算的淹没高程，结合坝体施工安排的上升高度，初步决定围堰高程为436.0米，堰高为11.0米。围堰可采用均质土坝，顶宽用2米左右，便于人行交通、围堰脚宜置于基岩上。3、施工进度计划石盘水库四坝轴枢纽由主坝一座，副坝十六座，溢洪道一座，非常溢洪

23、道一处，施工导流兼放空隧洞一座，高、中、低放水洞各一个。根据施工条件，工程数量，劳力情况结合本工程平面布置以及上级指示精神，拟定施工方案。确定四坝轴枢纽用两年半时间建成。表10坝基砂质粘土、粘质砂土物理力学性质实验综合成果表含水量W(%)干容量a(Tm3)空隙比e饱和度Sr压缩系数a(cm/kg)渗透系数(cmsec)饱和快剪KiK2K2C(kgcm2)砂质粘土17704XlOT8XIOf710719粘质砂土17571XlO84XlOfIXloY24表11坝基卵砾石夹砂、砂层的物理实验成果表野外编号采样深度(m)天然状态颗粒比重G颗粒分组()按颗粒组成的分类抗压强度(R)(Tm2)含水量W(%

24、)湿容重Y(Tm3)干容重Yd(Tm3)饱和度Sr(%)空隙比O40mm40-20mm20-10mm10-2mm2-0.05mmO.005mm(m)130根据表绘制的浸润线图见图(1)校核洪水位，下游有水洲429:y=Jl5.5-0.17XV(W)0204060708091(m)44.稳定计算分为两种情况计算(1)上游坝坡：从正常水位下降至1/3坝高处由于是心墙坝滑裂面通过的是无粘性土，其形状是直线或者折线型的非圆弧滑动稳定计算非粘性土坝坡部分浸水稳定计算对于部分浸水的非粘性土坝坡，由于水上与水下土的物理性质不同，滑裂面不是一个平面，而是近似折线面.研究上部分的土块T1=w1CoSaT2=wl

25、SinaF拄=WICOS4+fg(p=PSinel利用极限平衡方程K=盎%-=IxR-WlSinajc。SatanJo111K研究下半部分土块F拉=W2CoSa尔。+Plsin-冬床。%=Wsi11+cos(a-幻同上理得出W?cos国9+口SinMiJgo_wsinG-c必4-幻=0将以上两个联解求得安全系数K以及p：先假定，和上游水位,求出“和上游水位不变的情况下，一般至少假设3个”才能求出最危险的名,同理求出最危险的水位和4。最危险水位和a4对应的滑动面的安全系数即为坝坡的最小稳定系数。4=27”假定4=13。上游水位为1/3坝高处假定G=239=20WI02K271341WlW202K

26、231341WlW2d51K5721450201341可以得出上游坝坡的最不安全系数为2=13。仇=23。时K=1,60(1.30)=IOp假定?=23。上游水位为1/3坝高处假定4=11。=9WIW2夕2K1123Wl叫夕2K1023WIW2402HK923可以得出上游坝坡的最不安全系数为。2=134=23时K=L60(1.30)(2)情下游坝坡：上游为校核水位，下游为相应最高水位V4291、不计条块间作用力的总应力法的稳定分析步骤如下：利用方捷耶夫法利费兰纽斯法确定最危险滑弧所对应圆心的范围。在一扇形范现行的边坡稳定分析方法很多，基本上都属于刚体极限平衡法。首先选定一种（或几种）破坏面的型

27、式（如圆弧、直线、折线或复合滑动面），再在其中选取若干个可能的破坏面，分别计算出它们的安全系数，其中安全系数最小的滑动面即为最危险滑动面，相应的安全系数即为所求的安全系数。土石坝设计中目前最广泛应用的圆弧滑动静力计算方法有不计及条块间作用力的瑞典圆弧法和简化的毕肖普法。采用计及条块间作用力的计算方法时，坝坡的抗滑稳定安全系数应不小于表1所规定的数值。采用不计及条块间作用力的瑞典圆弧法计算坝坡抗滑稳定安全系数时，对1级坝正常运用条件最小安全系数应不小于1.30,其他情况应比表1规定的数值减小8%。表1容许最小抗滑稳定安全系数运用条件工程等级1234、5正常运用非常运用正常运用加地震首先采用B.B

28、方捷耶夫法与费兰钮斯法确定可能的最危险圆弧位置。然后利用以下式进行计算抗滑稳定安全系数。I）（I）不计条块间作用力的瑞典圆弧法在渗流稳定期，用总应力法计算公式如下（参照图图1用总应力法计算稳定安全系数1一坝坡面；2浸润线；3一下游水面；4地基面；5滑裂面(1)EWiCoSjtg(Pi+璃ZwiSin处.式中Mi=Yl+/3（2+加）+hi-Iu土条各分段的中线高土条编号湿土块面积饱和土块的面积浮土块的面积WsincosMrMs-3O0550.953156.81-2068.28-21801090.988308.18-3533.13-14911090.9911841.05-2479.31O8216

29、13001.0018373.740.001103381240.9922614.924735.182128571060.9825917.0011021.43315771740.9527851.3318247.58418883300.9228601.9726006.0952196400.8726477.6131847.626241900.8021388.0033418.757178000.7113567.6027706.06835000.602241.396226.08总和210339.61151128.06K=MLr=1.39、又aa)说明在校核水位时符合要求详细图纸见图一土条编号湿土块面积饱和

30、土块的面积浮土块的面积WsincosMrMs-300610.953501.19-2293.91-22001090.988517.33-3622.07-16021310.9914438.21-3023.120851913801.0019512.740.001105411314530.9923582.164937.70213059Ill0.9826641.3411329.46316071740.9528156.7818447.71418883300.9228601.9726006.0952196400.8726477.6131847.626241900.8021388.0033418.757178

31、000.7113567.6027706.06835000.602241.396226.08总和216626.34150980.37= 1.43 (1.35)说明在校核水位时符合要求IVLrMs详细图纸见图二土条编号湿土块面积饱和土块的面积浮土块的面积WSincosMrMs-300330.951894.09-1240.97-290990.986777.47-2882.18-14911200.9912499.58-2617.200851913801.0019512.740.001105411314530.9923582.164937.70213059Ill0.9826641.3411329.463

32、15471740.9527545.8818047.46418782240.9228070.1825522.5752195700.8725795.6931027.406240100.8020582.6932160.457168000.7112805.3726149.54830000.601921.195336.64总和147770.86=1.40(1.35)说明在校核水位时符合要求详细图纸见图三5.土石坝沉降计算用单向压缩分层总和法用公式E=幺二线区l+e1选3个特征点进行沉降计表：坝顶中点、上、下坡中点4；各t层的平均初始应力为g汨2z各t层的最终应力为司+附加应力因砂卵石层厚度8mBmax0

33、25故不考虑坝基应力扩散1）坝顶中点沉降计算表分层(CM)d(依加)a,(m2)*“一女1一，45600.3050.3050.0000.0006000.5730.5470.01710.2186000.5730.5240.03118.8126000.5730.5050.04325.9956000.5730.4900.05331.7666000.5730.4790.06036.1275400.5720.4710.06534.9048000.5580.4720.05544.159201.9812）上下游坝坡中点沉降计算表：分层(CM)&伏gW)1(kgmt)e2SiI-GI6000.3190.3190.0000.0006000.3190.2940.01911.2516000.3190.2830.02716.1812500.3400.2780.04611.5498000