虞江水利枢纽工程设计——斜心墙土石坝方案设计任务书

CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕业设计任务书论文题目： 虞江水利枢纽工程设计 学生姓名： 何爱明 学院名称： 水利与环境工程学院 专业名称： 水利水电建筑工程 班级名称： 水电1031 学 号： 1006321125 指导教师： 冯隽 教师职称: 研究生 学 历： 硕士 2013年 3月 20 日长春工程学院毕业设计任务书 水环学院水利水电工程专业2013届题 目虞江水利枢纽工程设计斜心墙土石坝方案设计专业班级水电1031学生姓名何爱明指导老师冯隽任务书下发日期20133设计截止日期20136难度系数较难毕业设计（论文）的主要内容：通过调洪演算确定工程的特征水位，确定枢纽建筑物的组成，型式和尺寸。挡水坝段设计，通过比选确定土石坝的防渗型式，并进行坝坡稳定、坝体应力、渗流等计算分析，绘出坝体横剖面图。溢流坝设计，确定溢洪道宽度、断面尺寸，并绘制剖面图。坝体细部构造设计，包括坝体分区、护坡、排水、反滤、坝顶构造等设计。毕业设计（论文）的主要要求:（具体图表，文字资料见附件）（一）文献综述；1设计目的及意义；2设计拟解决的工程实际问题；3设计拟应用的现场资料综述；4设计拟应用的文献综述；5设计相关技术的国内外现状。（二）设计说明书说明书编写应结论明确，条理分明，论证充分，并有一定的附图。每章都应有设计前提、内容、原理、方法、依据、主要步骤及设计成果，排版端正。（三）设计计算书计算书是说明书的附件，应说明说明书中计算部分具体的计算方法、步骤、数据，并附有必要的简图。说明书中的数据来源均可从计算书中查到。（四）设计图纸内容包括枢纽平面布置图，枢纽上游或下游立视图，主要建筑物剖面图及主要细部构造图。图面布局应全面考虑、要求饱满合理，绘图正确、整洁、清晰、线条主次分明，主要尺寸及高程等有一定标注。主要参考文献：1水工建筑物2. 水工设计手册3.水力学4.碾压土石坝设计规范任务书编制教师（签章）： 年 月 日教研室审核意见:教研室主任(签章): 年 月 日学院审核意见:学院院长(签章): 年 月 日备注注：任务书中的数据、图表及其他文字说明可作为附件附在任务书后面，并在主要要求中标明“见附件”。附件：工程概况1 流域概况虞江位于我国西南地区，流向自东南向西北，全长约122公里，流域面积2558平方公里，在坝址以上流域面积为780平方公里。本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区流河流，地表大部分为松软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流的含沙量较大。冲积层较厚，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20，林木面积约占全区的30，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。2 气候特征2.1 气温 年平均气温约为度，最高气温为度，发生在7月份，最低气温为度，发生在1月份。表1 月平均气温统计表（度）123456789101112年平均表2 平均温度日数日数 月份平均温度1234567891011126000000003031303131303130000000000000 湿度本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年和4月特别干燥，其相对湿度为5173之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为6786。 降水量 最大年降水量可达1213毫米，最小为617毫米，多年平均降水量为905毫米。表3 各月降雨日数统计表日数 月份平均降雨量12345678910111230mm0000000000002.4 风力及风向 一般14月风力较大，实测最大风速为米秒，相当于8级风力，风向为西北偏西。水库吹程为15公里。实测多年平均风速14m/s。3 水文特征虞江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据实测短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。虞江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为700秒立米，而最小流量为秒立米。3.1 年日常径流 坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录延长后有22年水文系列，多年年平均流量为17秒立米。3.2 洪峰流量 经频率分析，求得不同频率的洪峰流量如下表。表4 不同频率洪峰流量（秒立米）频率12510流量23201680142011801040表5 各月不同频率洪峰流量（秒立米） 月份频率1234567891011121461912196001240155012106703902837236171115530112013601090600310233352314911420850110083048025016281019117937076098072041021015233.3 固体径流 虞江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达公斤立米。枯水极少，河水清彻见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765米。4 工程地质4.1 水库地质 库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能坍方量约为300万立米。在考虑水库淤积问题时可作为参考。4.2 坝址地质 坝址位于虞江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过，对其岩性分述如下：(1) 玄武岩 一般为深灰色、灰色、含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉、石英脉等贯穿其中，这些小岩脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石，副成分为绿泥石、石英、方解石等，由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质也不同，可分为坚硬玄武岩、多气孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩等，其物理力学性质见表2-6、表2-7。渗透性：经试验得出k值为7.36米/昼夜。(2) 火山角砾岩 角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为215厘米，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至35MPa。表6 坝基岩石物理力学性质试验表岩石名称比重容重kN/m3建议采用抗压强度MPa半风化玄武岩50破碎玄武岩50-60火山角砾岩35-120软弱玄武岩10-20坚硬玄武岩100-160多气孔玄武岩70-180表7 全风化玄武岩物理力学性质试验表天然含水率%干容重kN/m3比重液限塑限塑性指数压缩系数a浸水固结块剪0m2/kN10-634m2/kN10-6内摩擦角凝聚力kPa24表8 冲积层剪力试验成果表土壤名称代号 项目计算值容重（控制）kN/m3含水量（控制）三轴剪力（块剪）应变（拉制）（浸水固结块剪）内摩擦角凝聚力（kPa）内摩擦角凝聚力（kPa）含 中量细粒的砾石次数17128822最大值47153243最小值353017550平均值40342525小值平均值3732备注三轴剪力土样备系筛去大于4mm颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。应变控制土样容重系筛去大于颗粒后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。(3) 凝灰岩 成土状或页片状，岩性软弱，与近似，风化后成为碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。(4) 河床冲积层 主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石掺杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩与砂岩占极少数。沿河谷内分布：坝基部分冲积层厚度最大为32米，一般为20米左右；靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为10100毫米；砾石直径一般为210毫米；砂粒直径毫米；细小颗粒小于毫米。见表2-8。冲积层的渗透性能：经抽水试验后得，渗透系数k值为310-2厘米/秒1102厘米/秒。(5) 坡积层 在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运沉积后，形成粘土与碎石的混合物质。4.3 地质构造坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育。可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同。倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填。节理间距，密者米即有一条，疏者35米即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。4.4 水文地质条件本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩的透水性不同，裂隙少、坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.01 l/(minm)。夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。至于节理很发育的破碎玄武岩、半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩层。正因为这些隔水的与透水的玄武岩存在，遂使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水。一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层数多，难于形成泉水。石灰岩地区外围岩石多为不透水层，渗透问题也不存在。4.5 地震本地区地震烈度定为7度，基岩与混凝土之间的摩擦系数取。5 建筑材料5.1 料场的位置与储量各料场的位置与储量见坝区地形图。由于河谷内地地形平坦，采运尚方便。5.2 物理力学性质(1) 土料：（见表2-9表2-12）(2) 石料：坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件较好。表9 粘土的物理力学性质料场名称物 理 性 质渗透系数10-6cm/s力学性质化学性自然含水量%自然容重比重孔隙率%孔隙比稠度饱和度颗粒级配（成分%，粒径d）击实剪力固结压缩系数cm2/kg有机含量灼热法%可溶盐含量%流限%塑限%塑性指数砾砂粘土最大干密度g/cm3最优含水量%内摩擦角deg凝聚力kPa湿干粗中细粉2mm2mmmmmmmmKN/m31#下2#下1#上2#上3#下表10 砂砾石的颗粒级配颗 直径粒 mm含量料场300100100606020201#上2#上3#上4#上1#下2#下3#下4#下表11 砂砾石的物理性质名称1#上2#上3#上4#上1#下2#下3#下4#下容重，kN/m3比重孔隙率，%软弱颗粒，%有机物含量淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色注：各砂砾石料场渗透系数k值为10-2厘米/秒左右。最大孔隙率，最小孔隙率。表12 各料场天然休止角料场名称最小值最大值平均值1#上3430355035102#上3500371036003#上3440364035404#上3510374036301#下3410363035202#下3520380036403#下3430371035504#下3600382037106 经济资料6.1 库区经济流域内都为农业人口，多种植稻米、苞谷等。库区内尚未发现有价值可开采的矿产。淹没情况如表2-13。表13 各高程淹没情况高程（米）280728122817282228272832淹没人口（人）350036403890406053207140淹没土地（亩）3000322034103600460061006.2 交通运输坝址下游120公里处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅20公里，因此交通尚称方便。7 枢纽任务本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。8 枢纽特征枢纽的特征尺寸与主要设备特性如下。8.1 发电装机24 MW，多年平均发电量亿度。本电站装3台8MW机组。正常蓄水位为米，汛期限制水位为2820.5米，死水位为米，3台机组满发时的流量为44.5秒立米，尾水位为2752.0米。 厂房型式为引水式，厂房平面尺寸为3213米米，发电机高程为2760米，尾水管底高程为2748米，厂房顶高程为2772米。副厂房平面尺寸为3216米米。安装场平面尺寸为1213米米。开关站尺寸为3220米米。8.2 灌溉增加保灌面积10万亩。8.3 防洪可减轻洪水对水库下游的威胁，过100年一遇和200年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来1680秒立米和2320秒立米分别削减为680秒立米和800秒立米。要求设计洪水时最大下泄流量限制为900秒立米, 校核洪水位不超过正常蓄水位米。8.4 渔业正常蓄水位时，水库面积为15平方公里，为发展养殖业创造了有利条件。8.5 其它引水隧洞进口底高程为 米，出口底高程为 米；引水隧洞直径为 4 米，压力钢管直径 米，调压井直径为 米；放空洞直径为 米。可放空水库至水位 米。