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- - 1 - -目 录第一章 调洪演算 - 3 -1.1 调洪演算的原理 - 3 -1.2 泄洪方案的选择 .- 3 -1.2.3 确定坝高 .- 5 -第二章 大坝工程量比较 - 6 -2.1 大坝剖面设计计算 .- 6 -2.2 工程量比较 - 10 -第三章 第一建筑物 大坝的设计计算 .- 11 -3.1 拱坝形式尺寸及拱坝布置 .- 11 -3.1.1 坝型选择双曲拱坝 .- 11 -3.1.2 拱坝的尺寸 - 11 -3.2 荷载组合 - 13 -3.3 拱坝的应力计算 - 13 -3.3.1 对荷载组合，使用 FORTRAN 程序进行电算 - 13 -3.3.2 对荷载组合进行手算 - 14 -3.4 坝肩稳定计算 - 21 -3.4.1 计算原理 - 21 -3.4.2 验算工况 - 22 -3.4.3 验算步骤 - 22 -第四章 泄水建筑物的设计 .- 25 -4.1 泄水建筑物的型式尺寸 .- 25 -4.2 泄槽设计计算 .- 25 -4.3 导墙设计 .- 26 -4.3 消能防冲计算 .- 26 -4.3.1 水舌挑距 .- 26 -4.3.2 冲刷坑深度 .- 27 -4.3.3 消能率计算 .- 27 -4.3.4 孔口应力计算及配筋 .- 28 -参考文献 - 31 - - 2 - -附录一 - 32 -附录二 - 33 - - 3 - -第一章 调洪演算1.1 调洪演算的原理先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力曲线，再假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位，并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其它泄洪方案按同样的方法进行调洪演算，最后选定的泄洪方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，库水位又相对比较低。1.2 泄洪方案的选择1.2.1 对以下三种方案进行调洪演算4 表孔+2 中孔2 浅孔+2 中孔4 中孔方案一：4 表孔+2 中孔表孔：堰顶高程 179m，孔宽 12mm=0.48 , =412=48m 1/23/1()QBgHB中孔：进口高程 135m，出口高程 130m，孔口宽 7.5m，高 7m闸门开度 a=7m，孔口宽度1/220()aB=27.5=15m，=0.96-0.227a / 0H表 1-1 四表孔二中孔泄流方案四表孔二中孔泄流水头（m） 182 186 190 194- - 4 - -表孔下泄流量（m 3/s） 530.2905 1890.075 3723.24 5928.828中孔侧收缩系数 0.927237 0.929733 0.931876 0.933736中孔下泄流量（m 3/s） 3003.312 3133.119 3257.776 3377.85总下泄流量（m 3/s） 3533.603 5023.194 6981.016 9306.678起调流量 3871.603 m3/s，做出 4 表孔+2 中孔的泄洪能力曲线及水库水位与所需的最大泄流量的曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量：设计 6420 m3/s校核 7350 m3/s最高水位 ：设计 188.3m校核 190.4m方案二：2 浅孔+2 中孔浅孔：进口高程 164m，出口高程 154m，孔口宽 8.5m，高 8m=0.96-0.227a / a=7m B=17m1/210()QaBgH0H中孔：进口高程 135m，出口高程 130m，孔口宽 7.4m,高 7.4m=0.96-0.227a / a=7.4m B=14.8m1/220()0表 1-2 2 浅孔 2 中孔泄流方案2 浅孔 2 中孔泄流水头（m） 182 186 190 194浅孔侧收缩系数 0.884333 0.895143 0.90325 0.909556浅孔下泄流量(m 3/s) 2609.817 2853.381 3078.02 3287.524中孔侧收缩系数 0.925222 0.927881 0.930163 0.932143中孔下泄流量(m 3/s) 3119.337 3255.264 3385.762 3511.43总下泄流量(m 3/s) 6067.153 6446.646 6801.781 7136.953起调流量 6067.2 m3/s，做出 2 浅孔+2 中孔的泄洪能力曲线及水库水位与所需的最大泄流量的曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量：设计 6520 m3/s校核 7000 m3/s最高水位 ：设计 186.9m校核 189.8m方案三：4 中孔中孔：进口高程 135m，出口高程 130m，孔口宽 7.5m，高 7.5m=0.96-0.227a / a=7.5m B=30m1/210()QaBgH0H- - 5 - -表 1-3 4 中孔泄流方案4 中孔泄流水头 182 186 190 194中孔侧收缩系数 0.927237 0.929733 0.931876 0.933736中孔下泄流量(m 3/s) 6184.448 6437.138 6679.804 6913.548起调流量 6184.4 m3/s，做出 4 中孔的泄洪能力曲线及水库水位与所需的最大泄流量的曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量：设计 6540m3/s校核 6640 m3/s最高水位 ：设计 186.9m校核 189.8m1.2.2 泄流方案的选择由下游容许下泄流量在设计情况下为 6550 m3/s,校核情况下为 7550 m3/s.选择泄洪防方案，即设置两浅孔，孔口尺寸为 8.5m8m，进口底高程为 164m，出口底高程 154m，两中孔，孔口尺寸为 7.4m7.4m，进口底高程为 135m，出口底高程为 130m。设计洪水时，设计水位为 186.9m，下泄流量为 6520m3/s，小于允许流量 6550m3/s,。校核洪水时，校核洪水位为 189.8m，下泄流量为 7000m3/s，小于允许下泄流量 7550 m3/s。1.2.3 确定坝高1.2.3.1 波浪三要素计算（采用官厅水库公式）坝顶超出水库静水位的高度h 为0.52013.9()mmgThVmL1/21/3020.76()ghgDV1%zmHctL- - 6 - -式中 V 0计算风速, m/s； D库面吹程，m； 平均波高，m；h平均波周期， s；H 水深，m。mT1.2.3.2 坝顶高程计算坝顶高程= Max设计洪水位+h 设 ，校核洪水位+h 校 其中： h=2 1%zch式中 h1%累积频率 1%的波浪高度（m） ，hz波浪中心线高出静水位的高度 (m),hc取决于坝的级别和计算情况的安全超高（等级为 1 级时：设计hc=0.7m，校核 hc=0.5m） 。经计算得：坝顶高程为 192.3 米，即拱坝坝高 100.3 米。第二章 大坝工程量比较2.1 大坝剖面设计计算混凝土重力坝：坝前水深：189.8-92=97.8m最大坝高：192.3-92=100.3m基本剖面 根据应力条件，确定坝底最小宽度1/2c0/()BH式中 =24kN/m3 =10kN/m3 扬压力折减系数 1 取 0.25c0则 B=97.8/(24/10-0.25) 1/2=68.4m按稳定条件确定坝底最小宽度c01/()BKHf- - 7 - -式中 =1.10 =0.7 =0 =0.25Kf1则 B=1.197.8/ 0.7(24/10+0-0.25)=73.3m综合，取坝底最小宽度 B=74m实用剖面坝顶宽度：取坝高的 810%，即（810%）100.3=(8.0210.03)m,取为 10m下游坡度为 1：0.75上游设折坡，折坡点距坝底的高度取为坝高的 1/32/3 范围内，即（1/32/3）100.3=(33.166.2)m,取为 54m。上游折坡的坡度取为 1：0.15坝底宽度为 6+(100.3-2.48-13.33)0.75+10=81.47m排水位置设计洪水最大下泄流量为 6520m3/s，则 Z 下 =114.4m，水头 H=189.8-114.4=75.4m廊道上游壁到上游坝面距离不小于 0.050.1 倍水头，且不小于 45m ， 即 （0.050.1）75.4=(3.77 7.54)m ,取为 6m。宽取 2.5m，高取 3m。荷载计算设计水位时坝体自重W1=1/264024=2880 kN/mW2=109524=22800 kN/mW3=1/26081.124=58392 kN/mW= W1+ W2+ W3=84072 kN/m水压力垂直水压力W 水上 =108.1(186.9-146)+108.154/2=5499.9kN/mW 水下 =1/210（114-92）0.75=1815 kN/m水平水压力P 上 =1/20H 上 2=1/210(186.9-92)2=44175.5 kN/m P 下 =1/20H 下 2=1/210(114.0-92)2=2420.0 kN/m扬压力- - 8 - -=22m， m， 2H127.9H0.25194.HU1=102281.47=17923.4 kN/mU2=100.2572.914.1=2569.71 kN/mU3=1/20.2572.967.3710=6139.09 kN/mU4=1/21014.154.675=3854.59 kN/m浪压力=54.31 kN/m1%()4kmzPLh泥沙压力垂直泥沙压力 8.5230.15/2=337.2 kN/m水平泥沙压力 Ph=1/2nhn2tg2(45o-n/2)式中 n=8.5kN/m3 hn=115-92=23m n =10o 故Ph=1/28.5232tg2(45o-10o/2)=1582.9kN/m稳定校核设计状况f(W-U)/ P=0.75/3（93575.4+5499.9+1815-17923.4-（2569.73+3854.591.1）-6139.091.2+337.2）+0.5/381.4710/ （44174.5-2420+1582.971.2+54.311.2）=1.16K校核状况f(W-U)/ P=0.75/3（93575.4+5734.8+1898.4-18330.75-（2654.325+3981.571.1）- - 9 - -6341.21.2+337.2）+0.5/381.4710/ （47824.2-2531.25+1582.971.2+19.641.2）/1.2=1.12K稳定满足要求应力分析(取坝基面)设计水位力 (kN) 力臂 (m) 弯矩(105kN/m)重力 3799.2 27.635 1.055248.8 35.335 1.8584456 8.178 6.91静水压力 5499.9 36.9 2.0344175.5 31.63 -13.971815 29.735 -0.542420 7.33 0.177扬压力 17923.4 0 02509.73 33.685 -0.8456139.09 4.18 -0.263854.59 36.035 -1.39淤沙压力 1582.97 18 0.285浪压力 忽略上游拉应力=420.20 满足RRMTWAJ=2183.60 满足RRMTWAJ=2306.72.5 满足要求。对中孔：=1.0q=244.33m3/sH=186.9-114.1=72.8mt=114.1-92=22.1mtk= q0.5H0.25-t=1.0244.330.572.80.25-22.1=23.56mL/ tk=153.7/23.562.5 满足要求。4.3.3 消能率计算对冲消能主要研究对冲点处水舌相撞的动能损失。令m1= q1，m 2=q 2， 为水的密度。对 x，y，z 三个方向计算碰撞体的动能损失为：T x= /2q1q2/(q1+q2) (V1cos 1sin 1+V2cos 2sin 2)2T y=/2q 1q2/(q1+q2) (V1 cos 1 1-V2cos 2cos 2)2- - 30 - -T z= /2q1q2/(q1+q2) (gt1-V1sin 1-gt2+V2sin 2)2T=T x +T y +T zT=/2(q 1 V12+ q2 V22)交汇点处的消能率=T/T本设计中： 1= 2= 20o 1= 2= V1= V2 = V=38.42m/s q1= q2 t1= t2T x=/2q/2(Vcos sin 1+Vcossin 2)2=q(Vcossin) 2Ty=/2q/2(Vcos cos 1-Vcoscos 2)2=0T z= /2q/2(Vsin-Vsin) 2=0T=/2(q 1 V12+ q2 V22)= q V 2对浅孔：q=170.82m 3/s =41 oTx=170.82(38.42cos 20sin41 ) =95832T=q V 2=170.8238.42 2=242146=T/T=38.0%对中孔：q=244.33m3/s =42 oTx=244.33(38.42cos 20sin41) =142588T=q V2= 244.3338.42=360654 =T/T=39.5%4.3.4 孔口应力计算及配筋4.3.4.1 计算原理将坝内孔口视为无限弹性体中小孔进行计算4.3.4.2 应力计算
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