黔西南民族职业技术学院水利水电工程专业毕业设计

黔西南民族职业技术学院水利电力工程系毕业设计说明及计算书题目：都匀市明英水电站枢纽布置设计专 业：水利水电建筑工程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2011年 月 日前 言3工程特性表6第一章 综合说明71.1 流域概况71.2 水文气象71.2.1水文及气象71.2.2水文气象及径流条件8第二章 工程地质82.1 地形地质82.1.1 测区地质82.1.2 工程区地质92.2 区域及水库地质92.2.1 地形地貌92.2.2地层92.2.3地质构造92.2.4水文地质92.2.5库区工程地质评价102.3库区工程地质102.3.1 地形地貌102.3.2地层102.3.3地质构造112.3.4水文地质112.3.5库区工程地质评价112.4坝区工程地质122.5枢纽区工程地质122.6 岩体力学参数132.7 天然建筑材料132.8 工程地质评价14第三章 工程任务及规模15第四章 工程布置及建筑物164.1坝轴线、坝型的确定164.1.1坝轴线的确定164.1.2 坝型选择174.2非溢流重力坝的设计184.2.1 剖面设计18实用剖面的确定194.2.2坝体强度和稳定承载能力极限状态验算214.3溢流重力坝的设计374.4进水口段的确定434.6.2主厂房的平面设计454.6.3副厂房的平面设计48第五章 施工组织设计49第六章结束语50前 言设计题目：水利水电工程枢纽毕业设计一、项目名称：都匀市明英水电站枢纽 二、工程地点及建筑规模： 都匀市明英水电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段。明英水电站工程等别为等，挡水坝为4级建筑物，次要建筑物为5级。 三、设计要求1、设计者必须发挥独立思考能力，创造性的完成设计任务，在设计中应遵循技术规范，尽量采用国内外的先进技术与经验；2、设计者对待设计计算、绘图等工作，应具有严肃认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果达到较高水平；3、设计计算要求方法先进、依据可靠、数据正确、结果可信；4、设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定的时间内圆满完成要求的设计内容，设计结果要有独特见解，有创新、有应用价值；5、设计成果包括：设计说明书和计算书一份、设计图纸7张1#2#图。设计说明书和计算书要求格式规范、字迹工整、条理清楚、文字通顺、整齐美观，总字数至少在6000字以上，并有必要的图表。设计绘图，要求结构合理、工艺性好、表达完整清晰，要符合GB规定。四、设计内容1、本次毕业设计的重点为枢纽总体布置，大坝设计，水电站厂房布置设计； 2、坝轴线、坝型选择和枢纽布置方案比较与选择；3、大坝设计，包括非溢流坝和溢流坝设计；4、水电站厂房布置设计，包括发电进水口、压力管道、主厂房、副厂房、变压器场、开关站的布置设计；5、坝体细部构造设计与地基处理方案的初步拟定；6、施工组织设计；7、设计绘图，要求结构合理、工艺性好、表达完整清晰，符合GB规定。五、毕业设计的目的毕业设计是完成培养高级技术人才基本训练的最后一个重要环节,也是专业学习中非常重要的校内实践性教学环节。通过毕业设计,使学生所学的专业知识得到系统的梳理和巩固,并受到综合训练，培养并提高学生运用所学专业知识解决实际问题的能力。在毕业设计中,学生应该做到以下要求:1、对所学专业的知识进行全面、系统的复习和巩固；2、提高运用所学专业知识解决实际问题的能力；3、了解水利水电工程项目建设的全过程 ，熟悉各设计阶段的任务和内容；4、提高对设计资料分析的能力及使用各种规范的能力；5、学会通过图纸和设计说明书正确表达设计意图；6、提高利用计算机分析计算的能力及利用计算机制图的能力工程特性表序 号 及 名 称单 位数 量备 注一、水文1.流域面积 全流域 km21164 坝址以上 km29832.利用水文系列年限 a303.多年平均年径流量 万m3710004.代表性流量 多年平均流量m3/s22.5 实测最大流量m3/s1700实测日期2000年6月8日 调查历史最大流量 m3/s2810发生日期1908年 设计洪水流量(P= 3.3 %) m3/s2641 校核洪水流量(P= 0.5 %) m3/s4114 施工导流流量(P=20%) m3/s13.75.泥沙 多年平均悬移质年输沙量 万t0.39 多年平均推移质年输沙量万t0.06二、水库 1.水库水位 校核洪水位 m691.14 设计洪水位m689.12 正常蓄水位 m683.30 死水位m683.302.水库容积 总库容(校核洪水位以下库容)万m3980.00 正常蓄水位以下库容 万m3431.70 防洪库容 万m3921.00防洪高水位至防洪限制水位 调节库容万m30正常蓄水位至死水位 兴利库容 万m30 死库容万m358.903.水量利用系数 %87三、下泄流量及相应下游水位 1.设计洪水位时最大泄量m3/s2231 相应下游水位 m665.52.校核洪水位时最大泄量m3/s3654 相应下游水位 m666.33.调节流量(P= %) m3/s38.7水电站满载发电流量 相应下游水位 m665.1 4.最小流量m3/s6.9基荷发电流量第一章 综合说明1.1 流域概况都匀市明英水电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段，为马尾河流域下游小水电梯级开发的五个电站之一，马尾河是长江流域沅江水系主干流清水江的上游河段。电站交通方便，有简易公路到达坝固镇，并经大坝通往右岸下游的甲丹等村寨。1.2 水文气象1.2.1水文及气象都匀市位于贵州省南部，苗岭南坡，东经10747，北纬25512626。东邻丹寨县、三都水族自治县，南抵独山县、平塘县，西接贵定县，北靠麻江县。马尾河是长江流域沅江水系主干流清水江的上游河段。马尾河的主流谷江河发源于苗岭中段最高峰斗蓬山（海拔1961m）南麓，自贵定县摆洗村向东流约1km进入都匀市境内弯河寨，经谷江后称谷江河，流至陆家寨与杨柳街河及摆楠河汇合后，由北向南贯穿都匀市区。市区河段又称剑江河，市区南端马尾以下称马尾河。该河段落差较大，宜建小型水电站，充分利用水资源，发展低能耗电力。都匀地区气候属中亚热带湿润气候，温和湿润，雨量充沛。明英电站坝址以上流域内有都匀气象台，属国家基本站点，具有1958年2001年共41年资料，资料项目齐全，代表性好。根据都匀气象台资料，都匀地区多年平均气温15.9，极端最高、最低气温为36.3（1966年8月17日）与-6.9(1977年1月30日)，月平均最高、最低气温为24.3(7月份)和5.6(1月份),无霜期237328d，平均289d。多年平均相对湿度79%，平均水面蒸发量800mm（E601蒸发器），陆面蒸发量650mm，洪水期多年平均最大风速13.3m/s，洪水期50年重现期的最大风速19.5 m/s，风区长度1.5km。流域内有文峰塔水文站，杨柳街、谷江、朗里、王司雨量站。朗里雨量站有19652000年共36年降水资料，多年平均降水量为1428.6mm，都匀市区上游4个雨量站（含朗里雨量站）多年平均降雨量为1422.7mm。在水资源调查评价中，将多年平均值乘以0.8的修正系数，以与周围各站协调。明英电站坝址下游下司水文站，控制流域面积2159km2，为桃花坝址以上流域面积的2.24倍。下司站有19591998年共39年（缺1970年）实测水文资料，资料整编质量及代表性较好，可用于水文水利计算。P=2%、1%、0.5%的洪峰流量为3030、3572、4114 m3/s，枯季五年一遇施工洪水流量为194.5 m3/s，年输沙量为2631 m3,，泥沙浮容重6.5 kN/m3，泥沙内摩擦角30o。1.2.2水文气象及径流条件都匀地区气候属中亚热带湿润气候，温和湿润，雨量充沛。根据都匀市气象站1958年至2001年实测统计，多年平均气温15，极端最高气温36，极端最低气温-6.9。多年平均降雨量14210.6mm，年最大降雨量1840mm，年最小降雨量960mm，日最大降雨量100mm。多年平均水温12，极端最高水温24，极端最低水温3。洪水期多年平均最大风速13.3m/s。水库控制流域面积983km2，多年平均径流量 13.4 m3/s，4月10月为汛期，11月 3 月为枯水期。明英水电站工程水工建筑物主要在枯水季节施工。明英电站坝址以上4.5km在建的桃花电站，集雨面积964km2，装机容量33000kW，调节库容为1792万m3。而明英电站集雨面积983km2，与桃花电站相差19km2，不到2%，区间没有大的支流及引水工程，故明英电站的水能计算，应以桃花电站调节后的径流量为基础推求水能参数。而桃花电站对明英电站的洪水没有影响。枯水期最大洪峰流量有桃花电站的控制，所以其枯水期最大洪峰流量为桃花电站发电机组尾水流量与明英电站到桃花电站区间径流量之叠加，对本工程的施工导流有所影响。第二章 工程地质2.1 地形地质2.1.1 测区地质测区位于贵州南部，是贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，主要山峰河谷的走向与背向斜轴向一致，背斜宽坦形成山岭，向斜狭窄形成河谷，为典型的隔槽式褶皱山区。本区发育的断层主要有蔓洞逆断层：位于测区东北蔓洞至兴仁一带，走向北东，区内长约32km，产状12960，断距7001000m；造纸山断层：位于王司背斜南端，北起新场，南止于潘洞附近，长仅9.5km，产状9760,断层北端具有强烈的重晶室化、白云石化及微弱的硅化，两盘志留系页岩的拖曳小褶曲发育。这两个断层距离水库区均较远，对大坝的稳定及水库的渗漏基本无影响，此两断层在挽近无活动迹象，属稳定型地质构造。2.1.2 工程区地质工程区地处贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，左岸地形较为平坦，右岸多为陡岩，以中低山地貌为主，地面一般海拔8001100m，相对高差100300m。库区地貌以溶蚀类地貌为主，主要表现为丘峰浅洼地貌，河谷多为宽浅的“U”型横向谷，河流坡降4.2。岩层总体倾向右岸偏上游，致使左岸以顺向边坡为主，右岸以反向边坡为主；库区两岸坡度多在1020之间，植被较发育。库区河流两岸有两级阶地分布，一级阶地高出水面14m，二级阶地57m。水库不存在可渗漏邻谷，库区内地下水向河流补给，有较好的水文地质条件，库区内库岸相对稳定，无大型固体径流源，不存在水库诱发地震的条件，工程地质条件较好。2.2 区域及水库地质2.2.1 地形地貌库区地貌以溶蚀类地貌为主，主要表现为丘峰浅洼地貌，河谷多为宽浅的“U”型横向谷，河流坡降4.2。岩层总体倾向右岸偏上游，致使左岸以顺向边坡为主，右岸以反向边坡为主；库区两岸坡度多在1020之间，植被较发育。库区河流两岸有两级阶地分布，一级阶地高出水面14m，二级阶地57m。2.2.2地层库区出露地层为寒武系上统炉山组地层，可分为上下两段。2.2.3地质构造库区范围无区域性地质构造通过，局部发育有次一级断裂，对水库稳定及库区蓄水无影响。2.2.4水文地质库区河流流向近北东30，地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，岩性主要为厚层块状白云岩，地下水埋藏较浅，泉点出露高程均高于河流，两岸山体地下水向河流补给。水库周边无低矮邻谷，两岸山体宽厚，不存在邻谷和库区渗漏问题。2.2.5库区工程地质评价库区两岸坡度多在1020之间，植被较发育，库岸相对稳定。由于库区为宽谷型河谷，故不存在水库浸没问题。工程区地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，地下水埋藏较浅，地下水位较高，两岸山体均有地下水出露，且均多高于河水水位，水库两岸山体雄厚，库区内又无大的垂直河床方向的构造发育，库区成库条件良好，无绕渗及邻谷渗漏之忧。总之，水库不存在可渗漏邻谷，库区内地下水向河流补给，有较好的水文地质条件，库区内库岸相对稳定，无大型固体径流源，不存在水库诱发地震的条件，工程地质条件较好。2.3库区工程地质2.3.1 地形地貌库区地貌以溶蚀类地貌为主，主要表现为丘峰浅洼地貌，河谷多为宽浅的“U”型横向谷，河流坡降4.2。岩层总体倾向右岸偏上游，致使左岸以顺向边坡为主，右岸以反向边坡为主；库区两岸坡度多在1020之间，植被较发育。库区河流两岸有两级阶地分布，一级阶地高出水面14m，二级阶地57m。2.3.2地层库区出露地层为寒武系上统炉山组地层，可分为上下两段。现由新到老分述如下：第四系（Q）：以坡积、冲积、崩积、残积层为主，成份为砂、粘土、砂卵石、碎石及块石等松散堆积物。厚010m。炉山组上段（3l2）：为浅灰、浅灰微带红色厚层粗晶白云岩，夹暗色白云岩，下部20100m为含砾鲕状白云岩夹浅灰色白云岩，底部还有一层黄绿色粘土质砂砾岩。厚62694m。炉山组下段（3l1）：为浅灰、灰白带肉红色厚层中晶白云岩，夹深灰色白云岩，底部常有含砾鲕状白云岩一层（与中统分界的标志）或多孔白云岩夹少量白云岩，白云岩中含被重结晶破坏过的白云岩砾石，向上每隔50100m夹有含砾鲕状白云岩一层。厚421826m。2.3.3地质构造库区范围无区域性地质构造通过，局部发育有次一级断裂，对水库稳定及库区蓄水无影响。2.3.4水文地质库区河流流向近北东30，地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，岩性主要为厚层块状白云岩，地下水埋藏较浅，泉点出露高程均高于河流，两岸山体地下水向河流补给。地下水一般流量1090 l/s，地下水径流模数3.016.43 l/ sm2。2.3.5库区工程地质评价库区范围无区域性地质构造通过，局部发育有次一级断裂，对水库稳定及库区蓄水无影响。库区两岸坡度多在1020之间，植被较发育，库岸相对稳定。由于库区为宽谷型河谷，故水库浸没问题不严重。库区河流流向近北东30，岩层走向主要为北东010，与河流流向大体一致。工程区地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，地下水埋藏较浅，地下水位较高，两岸山体均有地下水出露，且均多高于河水水位，水库两岸山体雄厚，库区内又无大的垂直河床方向的构造发育，库区成库条件良好，无绕渗及邻谷渗漏之忧。总之，水库不存在可渗漏邻谷，库区内地下水向河流补给，有较好的水文地质条件，库区内库岸相对稳定，无大型固体径流源，不存在水库诱发地震的条件，工程地质条件较好。2.4坝区工程地质坝址区地形为近横向宽浅的不对称“U”型谷，右岸多为陡岩,左岸地形较为平坦，地形坡度约1525，河流坡降4.2。坝区出露地层为第四系（Q）、寒武系上统炉山组上段（3l2），现由新到老分述如下：第四系（Q）：为砂土、亚粘土、粘土夹碎石、卵砾石等。厚度05.0m。寒武系上统炉山组上段第四层（3l2-4）：出露岩石为浅灰带肉红色厚层到块状细中晶白云岩,细小晶洞较发育,局部有硅化现象。厚度100.0m。寒武系上统炉山组上段第三层（3l2-3）：出露岩石为深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩，岩体节理裂隙较发育。厚75.0m。寒武系上统炉山组上段第二层（3l2-2）：出露岩石为浅灰色中厚层白云岩夹薄层灰质白云岩。厚34.0m。寒武系上统炉山组上段第一层（3l2-1）：出露岩石为灰白带肉红色中厚层至厚层微细晶白云岩。厚度100.0m。岩层总体倾向NE，倾向上游偏右岸，倾角2431。坝区构造较简单，无区域性断裂及褶皱发育，仅在大坝下游发育有两条规模较小的断层。2.5枢纽区工程地质坝区构造较简单，无区域性断裂及褶皱发育，仅在大坝下游发育有两条规模较小的断层，距离大坝较远，对水库蓄水及稳定均无影响。近坝区两岸山体雄厚，无低矮邻谷存在，坝区岩性以白云岩为主，岩体节理裂隙发育，岩溶弱发育，无深部基础渗漏之忧，局部沿裂隙或开挖破碎带渗漏，经基础固结及帷幕灌浆后，能达到稳定及防渗要求。坝后河床基岩裸露，岩体中至弱风化，未见断裂构造发育。岩体垂直弱风化深 35m ，节理裂隙发育，岩体完整性一般，岩体抗冲刷力一般。推荐值如下：白云岩： （强风化）a=1.61.9 抗冲流速2m/s （弱风化）a=1.41.5 抗冲流速3m/s2.6 岩体力学参数坝区地层为寒武系上统岩炉山组上段地层，出露岩石为白云岩及灰质白云岩，岩体节理裂隙发育，且局部有细小晶洞发育，根据水利水电工程地质手册及岩石力学参数手册建议微弱风化岩体物理力学参数如表3-3： 表2-1 岩石物理力学指标推荐值岩石类别白云岩灰质白云岩抗压强度（Mpa）干燥5545饱和4530弹性模量(Gpa)干燥5045饱和4740泊桑比0.220.240.220.24抗剪断强度指标fR,0.90.9C, (Mpa)0.50.5抗剪强度指标f0.750.75纯摩（层面）0.550.5抗冲刷系数1.452.7 天然建筑材料大坝枢纽及厂房扩建工程共需砂石料约2.5万m3，为方便施工，减小投资，特选定以下两个料场：1、料场（主料场）：该料场位于大坝下游左岸，距大坝320m，需新建公路200m，；出露岩石为3l1地层灰白带肉红色厚层至块状细中晶白云岩，局部有细小晶洞发育，岩体节理裂隙发育。物理力学性质参考值：密度(2.77g/cm3)、饱和抗压强度(50MPa)，其物理力学性质较好，储量相对较少，且距离大坝相对较远，可作为备用砂石料场。有用层储量约15.6万m3。2、料场（备用料场）：该料场位于大坝上游右岸，距约大坝310m，有简易公路通往；出露岩石为3l2地层浅灰带肉红色中厚层至厚层中粗晶白云岩，岩体节理裂隙发育，局部为铁质浸染。物理力学性质参考值：密度(2.75g/cm3)、饱和抗压强度(45MPa)，其物理力学性质较好，交通方便，储量丰富且较易开采，是理想的砂石料场。有用层储量约179.6万m3。两个料场砂石料总有用层储量约195.2万m3，为大坝枢纽工程工程所需砂石料的10倍以上，储量丰富，完全能够满足工程所需。各料场的砂石储量如表2-2：表2-2 砂 石 料 储 量 表料场编号勘察精度建材类别岩(土)性产地名称产地高程（m）地形坡度产地面积(万m2)平均厚度有用层储量(万m3)无用层储量(万m3)运距及开采条件有用层（m）无用层（m）详查砂石料白云岩坝下游左岸68072715-5000.819.53.115.62.5距大坝约320m，需新建公路200m，开采较方便。砂石料白云岩坝上游右岸70578625-3505.731.52.6179.614.8距大坝约310m，有简易公路，开采方便。2.8 工程地质评价坝址区地形为近横向宽浅的不对称“U”型谷，右岸多为陡岩,左岸地形较为平坦，地形坡度约1525，两岸多为岩质边坡，边坡较稳定，河床段覆盖层厚约03m，主要为亚砂土夹岩屑、碎石、块石，砂卵砾石层等冲积、洪积、残坡积物。坝址两岸岩层产状911022431，岩层倾上游偏右岸。坝区构造较简单，无区域性断裂及褶皱发育，仅在大坝下游发育有两条规模较小的断层，距离大坝较远，对水库蓄水及稳定均无影响。近坝区两岸山体雄厚，无低矮邻谷存在，坝区岩性以白云岩为主，坝肩、坝基岩体为3l2-4及3l2-3浅灰带肉红色厚层到块状细中晶白云岩，及深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩，岩体节理裂隙发育，岩溶弱发育，无深部基础渗漏之忧，局部沿裂隙或开挖破碎带渗漏，经基础固结及帷幕灌浆后，能达到稳定及防渗要求。坝后河床基岩裸露，出露地层为3l2-3地层，出露岩石为深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩，岩层倾上游偏右岸，岩体节理裂隙发育，裂面均为砂泥质冲填，岩体中至弱风化，未见断裂构造发育。岩体垂直弱风化深 35m ，节理裂隙发育，岩体完整性一般，岩体抗冲刷力一般。推荐值如下：白云岩： （强风化）a=1.61.9 抗冲流速2m/s （弱风化）a=1.41.5 抗冲流速3m/s 第三章 工程任务及规模明英电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段，距离明英2.5km、坝固镇5km。为满足泄洪的要求，大坝按4级建筑物设计，设计洪水标准为30年一遇设计，非常校核洪水标准为200年一遇洪水标准校核，相应下泄流量分别为2231m3/s 1和3654 m3/s 。第四章 工程布置及建筑物4.1坝轴线、坝型的确定4.1.1坝轴线的确定方案一：坝轴线取在上游692.10如图所示：上游坝轴线所处的河谷断面呈对称的“U”型河谷，地质属稳定型地质构造岩层总体倾向上游，致使左岸以顺向边坡为主，库区两岸坡度为1020之间。植被较为发育，库区河流两岸有两级阶级分布。坝轴线较长，库容小，比较开阔，开挖量大，工程成本高，宜修重力坝，且筑坝的材料需求大。方案二：坝轴线取在中游692.10如图所示：上游坝轴线所处的河谷断面左右岸呈对称的“U”型河谷，岩层总体倾向上游，致使左岸以顺向边坡为主，库区两岸坡度为1020之间。植被较为发育，库区河流两岸有两级阶级分布。库容相对较大，淹没耕地面积较小，右岸有悬崖部分层理破坏大，破碎带多，坝轴线适中，投资减少，工期缩短宜修重力坝。方案三：坝轴线取在下游692.102.10如图所示：上游坝轴线所处的河谷断面左右岸呈对称的“U”型河谷，岩层总体倾向上游，致使左岸以顺向边坡为主，库区两岸坡度为1020之间。植被较为发育，库区河流两岸有两级阶级分布。下坝线左坝坝岸较长，工程量较大，左坝岸占有耕地，工程成本高。综上所述：根据各坝线的位置进行综合性比较，最终确定中坝线为坝轴线。4.1.2 坝型选择1、土石坝修筑土石坝，坝身不能溢流，必须修建溢洪道，导致建筑物分散，不利于管理。施工导流条件差，围堰时要修筑导水隧洞或明渠导流，工程成本高。土料运输受气候的影响大，土石坝的填筑材料为散粒体结构，抗剪强度低，防渗处理工作大，颗粒间粘结力小，土石坝的抗冲能力低，颗粒间存在较大的孔隙，导致产生沉降。2、拱坝拱坝对地形的要求，需要坝址上游宽阔，左右岸对称，岸坡平顺无突变，该处是宽浅的不对称“U”型谷，不能修筑拱坝。3、重力坝重力坝对地形、地质条件适应性好，任何形状的河谷都可以修建重力坝，枢纽泄洪及导流问题容易解决，结构简单，体积大，有利于机械化施工，传力系统明确，便于分析与设计，运行期间的维护及检修工作量较少，建筑物布置集中便于管理。综上所述:根据重力坝，土石坝和拱坝的特点，进行综合性比较，最终选择混凝土重力坝。4.2非溢流重力坝的设计4.2.1 剖面设计（一） 基本剖面的设计 根据重力坝的荷载特点与工作特点，基本剖面为三角形，如图2-1所示。659表2-1 正常蓄水位时的各项参数上游水深H1下游水深H2上下游水位差H上游坝坡坡率n下游坝坡坡率m坝底宽度B扬压力折减系数抗剪断参数f抗剪断凝聚力c24.30m6.50m17.80m00.830.08m0.251.11.0 （二）实用剖面的确定4.2.1.1坝底高程、坝底宽度的确定根据地形图资料得河底高程为668m，由地质资料可知该坝坝址覆盖层厚度为0-3m,弱风化层厚度为3-5m,所以开挖深度为5m,水深4m，河底高程664m。坝底高程为659m。根据工程实践经验，下游坝坡坡率m=0.6-0.8，取m=0.8。则坝底宽度B=30.08m4.2.1.2坝顶宽度的确定因为要考虑交通要求，所以宽度取6m。4.2.1.3坝顶高程该工程属于小（1）型，坝的安全级别为4级。正常蓄水位时：hc取0.3校核洪水位时：hc取0.2坝顶高程： 1）设计洪水位时 风速V=19.5m/s 吹程D=1500m波高：波长：壅高：因为 ,所以，所以正常蓄水位对应的坝顶高程为684.86m。 2）校核洪水位时 风速V=13.3m/s 吹程D=1500m波高：波长：壅高：因为 ,所以，所以校核洪水位对应的坝顶高程为692.10m所以，相比之下，取校核洪水位对应的坝顶高程为692.10m为坝顶高程。4.2.1.4细部结构帷幕灌浆：根据要求，帷幕中心线距上游坝面6.25m，设置一排帷幕，孔距4m廊道：选用城门洞形，宽3.5m，高4m。廊道底面距坝基面为4m,，廊道距上游面4m。4.2.2坝体强度和稳定承载能力极限状态验算4.2.2.1荷载组合计算11、荷载组合计算：1）、坝体自重: 2)、静水压力表2-2 校核洪水位时的各项参数上游水深H1下游水深H2上下游水位差H上游坝坡坡率n下游坝坡坡率m坝底宽度B扬压力折减系数32.14m7.30m24.84m00.830.080.25上游水压力：下游水压力：3）、扬压力： 4）、淤沙压力： 坝前泥沙淤积高度: 淤沙的容重: 淤沙的内摩擦角: 则淤沙压力: 5)、浪压力：坝前水深，所以浪压力按深水波计算。浪压力 ： 2、承载能力极限状态1）、正常蓄水位（基本组合）时抗滑稳定性极限状态验算表2-4 正常蓄水位时的荷载作用荷载符号大小(KN)作用方向作用点距坝基面形心距离（m）产生力矩（KN.m）力矩和（KN.m）自重W14766.4012.0457387.4631081.63W28697.701.01-8813.67静水压力P12893.408.0-23436.55P2207.032.15448.55扬压力U11916.1000U2682.410.9-1601.39U3209.3311.92-2729.64U4313.9912.98-4303.78浪压力PL187.6433.10-4005.59淤沙压力PS130.003.3-433.33下游水重W165.6213.32-2203.85因为结构安全级别为3级，则结构重要性系数，设计状况系数 结构系数: 作用效应函数: 抗力函数 : 则 所以 经过计算可知，该重力坝在校核洪水位情况下坝基面的抗滑稳定性满足要求。2）、坝趾抗压强度极限状态 因为结构安全级别为3级，则结构重要性系数，设计状况系数 结构系数 作用效应函数: 选用混凝土，抗压强度性能分项系数为1.5，则设计值为：抗力函数：则 3）、校核洪水位（偶然组合）时抗滑稳定性极限状态表2-3 校核洪水位时的荷载作用荷载符号大小(KN)作用方向作用点距坝基面形心距离（m）产生力矩（KN.m）力矩和（KN.m）自重W14766.4012.0457387.46-3091.03W28697.701.01-8813.67静水压力P15061.6010.71-54226.61P2261.122.4635.39扬压力U12151.9200U2952.310.97-2234.74U3292.1211.92-3809.22U4438.1812.98-6005.95浪压力Pl85.3733.10-2569.24淤沙压力PS130.003.3-433.33下游水重W208.9013.11-2735.16因为结构安全级别为3级，则结构重要性系数，设计状况系数，结构系数作用效应函数： 抗力函数： 则 所以 经过计算可知，该重力坝在校核洪水位情况下坝基面的抗滑稳定性满足要求。4)、坝趾抗压强度极限状态 因为结构安全级别为3级，则结构重要性系数，设计状况系数 ，结构系数 选用混凝土。 作用效应函数: 选用混凝土，抗压强度性能分项系数为1.5，则设计值为：抗力函数：则 所以经计算，该重力坝在校核洪水位情况下坝趾抗压强度满足要求。5）、上游坝踵不出现拉应力极限状态。因此上游坝踵不出现拉应力极限状态属于正常使用极限状态，故设计状况系数作用分项系数和材料性能分项系数都采用1.0。扬压力系数直接用标准值0.25代入计算，结构功能的极限值c=0.4.2.2.2坝体应力计算(一)正常蓄水位（基本组合）时坝体边缘应力计算表2-5 正常蓄水位时的荷载作用荷载符号大小(KN)作用方向作用点距坝基面形心距离（m）产生力矩（KN.m）力矩和（KN.m）自重W14766.4012.0457387.4631081.63W28697.701.01-8813.67静水压力P12893.408.0-23436.55P2207.032.15448.55扬压力U11916.1000U2682.410.9-1601.39U3209.3311.92-2729.64U4313.9912.98-4303.78浪压力PL187.6433.10-4005.59淤沙压力PS130.003.3-433.33下游水重W165.6213.32-2203.85表2-6 正常蓄水位时的各项参数上游水深H1下游水深H2上下游水位差H上游坝坡坡率n下游坝坡坡率m坝底宽度B淤沙高程m扬压力折减系数2430m650m1780m00.83008669000.251、不计扬压力 上游面垂直正应力：下游面垂直正应力： 上游面剪应力： 下游面剪应力： 上游面水平正应力： 下游面水平正应力： 上游面主应力： 下游面主应力： 2、计入扬压力时 上游面垂直正应力：下游面垂直正应力： 上游面剪应力： 下游面剪应力： 上游面水平正应力： 下游面水平正应力： 上游面主应力： 下游面主应力： （二）、正常蓄水位时坝体内部应力的计图2-4 坝内主应力计算简图1、坝内垂直正应力根据在水平截面上呈直线分布的假定可得距下游坝面x处的为：其中a、b由边界条件和偏心受压公式确定。当x=0时，当x=B时， 2、坝内剪应力 根据呈线性分布，由平衡条件可得出水平截面上剪应力呈二次抛物线分布，即： 其中，、由边界条件确定。 所以： 3、坝内水平截面正应力 根据在水平截面呈二次抛物线分布，由平衡条件可得出水平正应力 呈三次抛物线分布，即： 其中、可由边界条件确定。由于的三次抛物线分布与直线相当接近。因此，可近似地作为直线分布，即： 所以： 4、坝内主应力 、 5、将坝底四等分，分别计算各等分点的主应力 1）、A点的应力：X=7.52m 2）、B点的应力：X=15.04m 3）、C点的应力：X=22.56m 4）、E点的应力：X=30.08m 所以，经过计算，在正常蓄水位时坝体应力没有出现拉应力，满足应力要求。（三）、校核洪水位时坝体边缘应力的计算 表2-7 校核洪水位时的荷载作用荷载符号大小(KN)作用方向作用点距坝基面形心距离（m）产生力矩（KN.m）力矩和（KN.m）自重W14766.4012.0457387.46-3091.03W28697.701.01-8813.67静水压力P15061.6010.71-54226.61P2261.122.4635.39扬压力U12151.9200U2952.310.97-2234.74U3292.1211.92-3809.22U4438.1812.98-6005.95浪压力Pl85.3733.10-2569.24淤沙压力PS130.003.3-433.33下游水重W208.9013.11-2735.16表2-8 校核洪水位时的各项参数上游水深H1下游水深H2上下游水位差H上游坝坡坡率n下游坝坡坡率m坝底宽度B淤沙高程m扬压力折减系数32.14m7.30m24.84m00.830.08100.251、不计扬压力的情况 上游面垂直正应力：下游面垂直正应力： 上游面剪应力： 下游面剪应力： 上游面水平正应力： 下游面水平正应力： 上游面主应力： 下游面主应力： 2、计入扬压力的情况 上游面垂直正应力：下游面垂直正应力： 上游面剪应力： 下游面剪应力： 上游面水平正应力： 下游面水平正应力： 上游面主应力： 下游面主应力： （四）校核洪水位时坝体内部应力的计算1、坝内垂直正应力根据在水平截面上呈直线分布的假定可得距下游坝面x处的为：其中a、b由边界条件和偏心受压公式确定。当x=0时，当x=B时， 2、坝内剪应力 根据呈线性分布，由平衡条件可得出水平截面上剪应力呈二次抛物线分布，即： 其中，、由边界条件确定。 所以： 3、坝内水平截面正应力 根据在水平截面呈二次抛物线分布，由平衡条件可得出水平正应力 呈三次抛物线分布，即： 其中、可由边界条件确定。由于的三次抛物线分布与直线相当接近。因此，可近似地作为直线分布，即： 所以： 4、坝内主应力 、 5、将坝底四等分，分别计算各等分点的主应力 1）、A点的应力：X=7.52m 2）、B点的应力：X=15.04m 3）、C点的应力：X=22.56m 4）、C点的应力：X=30.08m 经过计算，在校核洪水位时坝体应力满足要求4.3溢流重力坝的设计一、堰顶高程的确定（一）基本资料 1、泄水方式的选择：为使水库有较好的超泄能力，采用开敞溢流式孔口。2、洪水标准的确定；本次设计的重力坝是4级建筑物，根据规范查山区、丘陵区水利工程建筑物洪水标准，采用30年一遇的洪水标准设计，200年一遇的洪水校核。 3、设计资料：设计洪水位情况下，溢流坝的下泄流量为2231m3/s ，电站引用流量 6.9m3/s；校核洪水位情况下，溢流坝的下泄流量为3654 m3/s，电站引用流量 38.7m3/s4、初步拟定采用曲线型实用堰（二）计算 1、计算公式通过溢流孔的下泄流量： 初拟闸孔总净宽: 设计闸孔总净宽： 溢流前缘总长： （m）式中：经过电站和泄水孔等的下泄流量；系数，正常运用时取0.750.9，校核运用时取1.0。单宽流量m3/s.m，对一般软弱岩石常取3050m3/s.m左右，对地质条件好、下游尾水较深和采用消能效果较好的消能工，可以选取较大的单宽流量。孔口数，孔口宽为b，则孔口数，一般选用略大于计算值的整数。 闸墩的厚度，中间闸墩约为孔径的 ，边闸墩约为。 闸墩侧收缩系数，与墩头有关，根据规范SL282-2003中可取=0. 900.95;流量系数，曲线型实用堰的流量系数主要取决于上游眼高于设计水头之比、堰顶全水头与设计水头之比以及堰上游坡度。重力加速度，9.81； 堰顶水头，m。2、计算表3-1 设计洪水位和校核洪水位时的各项参数计算计算情况Q总（m3/s）Q溢设（m3/s）q（m3/s.m）b（m）设计L(m)n实际L(m)实际q（m3/s.m）L。（m）校核洪水36543615.30501572.3034581.3351设计洪水22312200.04501545.0034551.151取流量系数, 侧收缩系数，则根据 可得1）、设计洪水位时： 则设计洪水位时的堰顶高程为设计洪水位减去(689.12-8.12=681.00m).则设计洪水位时的堰顶高程为：681.00m 2）、校核洪水位时：则设计洪水位时的堰顶高程为设计洪水位减去(691.14-11.73=679.41m). 则校核洪水位时的堰顶高程为：679.41m所以取堰顶高程为：681.00m二、消能防冲设计通过溢流坝顶下泄的水流，具有很大能量，所以要采取有效的消能措施，保护下游河床免受冲刷。消能设计的原则：消能效果好，结构可靠，防止空蚀和磨蚀，以保证坝体和有关建筑物的安全。设计时应根据坝址地形，地址条件，枢纽布置，坝高、下泄流量等综合考虑。溢流坝常用的消能方式是：挑流消能、底流消能、面流消能和消力戽消能。 挑流消能是利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，将下泄急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的河床，与下游水流相衔接的消能方式。挑流消能通过鼻坎可以有效地控制射流落入下游河床的位置、范围、和流量分布，对尾水变幅适应性强，结果简单，施工、维修方便。工程量小。但下游冲刷较严重，堆积物较多，尾水波动与雾化较大。挑流消能适用于基岩比较坚固的中、高水头各类泄水建筑物，应用较广泛，较经济。底流消能：底流消能是通过水跃，将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流，以消除多余动能的消能方式。消能主要靠水跃产生的表面漩滚与底部主流间的强烈紊动、剪切和掺混作用。底流消能具有流态稳定、消能效果好、对地质条件和尾水变幅适应性强以及水流雾化很小等优点，多用于中、低水头。但护士坦较长，土石方开挖量和混凝土浇筑量一般都较大，与挑流消能比较，底流消能在经济方面往往不利。综上所述：选用连续式挑流消能（一）、挑流鼻坎的设计 挑流鼻坎的型式多样，采用连续坎。根据试验，鼻坎挑射角度一般采用，本次设计采用。鼻坎高程一般高出最大下游水位12m，所以鼻坎高程为：。鼻坎反弧半径一般采用，为鼻坎上水深(二)、水舌挑射距离和冲刷坑深度的计算 1、水舌挑射距离按水舌外缘计算，其估算公式为： 其中：为水舌挑射距离（m）；为重力加速度（）；为坎顶水面流速（m/s），约为鼻坎处平均流速的1.1倍；为挑射角度；为坎顶平均水深h在铅直向的投影，；为坎顶至河床面的高差（m）。 1）、鼻坎处水流平均流速用水力学挑流消能的计算公式 式中：堰面流速系数 库水位至坎顶的高差 因为 ，其中B为鼻坎处水面宽，h为坎顶平均水深 所以 所以反弧半径2）、坎顶平均水深：3)、坎顶至河床面的高差：4）、坎顶水面流速： 2、冲刷坑深度的估算公式为: 式中：为水垫厚度，即水面至坑底的距离（m）；q为单宽流量；H为上下游水位差（m）；为冲坑系数，对于坚硬较完整的基岩=0.91.2，坚硬但完整性较差的基岩=1.21.5。 所以： 则最大冲坑深度： 则： 满足混凝土重力坝设计规范的规定要求，所以挑流形成的冲刷坑不会影响大坝的安全。三、溢流坝的剖面设计 溢流坝的基本剖面为三角形，上游面为铅直，下游面倾斜。溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三部分组成。（一）顶部曲线段为校核洪水位时对应的堰顶高程：堰顶的定型设计水头取：采用WES型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分上游段和下游段两部分上游段曲线用三圆弧： 下游段曲线，当坝体上游面为铅直时的计算公式为： 所以： 按上式的的坐标值如下表所示x(m)0123456789y(m)00.070.250.540.921.391.942.583.314.11图3-1 WES型堰面曲线（二）反弧段的设计 根据DL 51081999混凝土重力坝设计规范规定：对于挑流消能，R=(410)h,为校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深。当流速小于16m/s时取下限；流速较大时，宜采用较大值。取R=11(m)。（三）中间直线段 中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同坡度的下游直线段CD与曲线OC相切与C点，C点坐标 可如下求的：对堰面求一阶导数 直线CD的坡度为：所以， 反弧曲线的上端与直线CD相切于D点，下端与鼻坎末端相切与E点。D点、E点及反弧段曲线的坐标，可利用作图法或分析法确定1）、确定反弧圆心点的坐标（，）及直线与反弧切点D（，）的坐标： 圆心高程： 所以： 2）、直线与反弧切点D为： 所以：C（14.34,9.34）,D（14.83,10.35）,O（23.52,3.53），A（23.52,14.58）。图3-2 溢流坝剖面图4.4进水口段的确定进水口段包括：进水口、闸门室、通气孔、拦污栅、平压管和渐变段几部分。进水口高程的确定：校核洪