开题报告

信阳学院

项目研究（设计）开题论证报告

论文题目: 长兴水库溢洪道边坡及消能池稳定性

分析研究

院 系 信阳学院土木工程学院 专 业 土木工程 班 级 学生姓名 学 号 导师姓名

2016年 月 日

工程项目研究（设计）开题论证报告

一、课题研究（设计）现状及发展趋势:

（一）国内外研究现状

近年来，国内外一些高坝、大泄量的工程趋向于采用坝肩式溢洪道。好处是：

解决溢洪道布置的困难；溢洪道的开挖料能作土石坝的筑坝材料，运距短且有利于环境保护。巴西的伊塔坝，系混凝土面板堆石坝，主溢洪道在右坝肩，该处是筑坝材料的主要开挖地，该坝是该国正在规划的造价最低的大型水电站之一。我国60年代的土石坝设计规范中，明确要求溢洪道与大坝要有相当的距离，但这往往是困难的，并要付出较大代价，限制了土石坝的发展。现在我国《溢洪道设计规范》及其编制说明，对采用坝肩式溢洪道时保证大坝安全的措施做出了明确规定。同时有认为可以因地制宜采用，不必受过大的限制。从70年代末至今，我国碧口、石头河、龙羊峡、鲁布革、天生桥等一级水电站均采用了坝肩式溢洪道。

隧洞式溢洪道，躲在两岸陡峻的河谷中修建水利枢纽时采用，以解决布置困难，避免大开挖或不稳定的高边坡，且可选择适当的隧洞出口地点，将水流消能负担转移到远离大坝的河段。隧洞式溢洪道有的采用开敞式控制段，后接明流隧洞，既保持了开敞式溢洪道的优点，又避免了对坝体稳定的影响。也有未采用开敞式控制段的，如我国二滩水电站在右侧山体中布置了两条溢洪道，进水口设胸墙，在立面上呈龙抬头型，从水力学分类属无压隧洞。为消除空蚀、沿洞每隔200M设一补气廊道。其出水口能分设两处，均远离坝址，减轻了近坝河段的消能负担。挪威学者莱斯尼在1992年提出：在两岸山坡陡峻的峡谷中，难以采用开敞式溢洪道，若采用压力泄洪隧洞则易被冰块和树木等堵塞，故通常采用名流的隧洞式溢洪道。由于地形限制，隧洞式溢洪道往往设有弯道，导致高速水流在洞内形成恶劣流态, 尤其是封顶的冲击波, 形成压力流, 故需对预防措施和隧洞布置进行研究。据莱斯尼介绍, 挪威已对此制定了新的设计规范, 要求隧洞的纵坡沿程不变（出于结构上的原因, 最大约1:7）弯道在平面上的曲率也保持不变。 目前, 除了对溢洪道的布置方案经历了认识和实践的过程外, 对溢洪道的形式和细部构造也进行了论证和研究。并在设计理论上有所突破。溢洪道闸门向大尺寸发展。我国开敞式闸门挡水面积, 50年代最大为144 m2, 而当时世界上最大表孔弧形门尺寸为24.38×7.62m(宽×高) 面积185.78m2。随着制造工艺水平的提高, 新技术的发展, 溢洪道闸门尺寸已增至19×23.面积437 m2（我国湖南省五强溪水电站溢流坝采用9扇弧形门）, 由于大尺寸闸门的选用, 单宽泄量的日益增加, 我国《溢洪道设计规范》、《混凝土重力坝设计规范》和《混凝土拱坝设计规范》等已对其限制不再作出规定。采用大单宽泄量的好处是:解决枢纽布

置困难;节省工程量;有助于防止空蚀;增加泄槽水深, 有利于泄槽底板稳定。 采用沿程消能和局部或全部不衬砌的溢洪道。象阶级式和沿泄槽设置消力墩或加糙工的溢洪道。这种滋洪道可以使水流沿程消耗能量, 简化甚至省去下游的消能防冲设施, 有利于环境保护。阶级式滋洪道在岩石好的部位可不衬砌并可利用挖出的石料筑坝。国外对一些不危及大坝安全的非常溢洪道不衬砌;对正常溢洪道认为在岩石条件好时, 可对某些部位不衬砌, 在岩石破碎区则仍要衬砌, 以防止上游发展的朔源冲刷。滋洪道采用局部或全部不衬砌的工程尚有我国的佛子岭、东圳等工程的滋洪道。我国《溢洪道设计规范》规定：“ 全部或局部不衬砌 的泄槽, 应开挖至坚硬、完整的新鲜或微风化岩石” 。该规范的《编制说明》提出：“ 岩石坚硬、完整、受断裂构造影响小时, 利用其抵抗水流冲刷是可行和经济的。” 以及“ 溢洪道是否进行衬砌, 应根据工程地质条件和泄流特性, 对岩 体的抗冲能力进行论证分析。”

掺气工的应用。对掺气工及其供气系统的型式、布置位置、间距、通气量、 掺气保护长度等方面进行了大量理论研究、模型试验和原型观测, 在设计理论上也有所突破。有了初步的估算方法, 并提出了掺气工水舌轨迹等电算程序。目前, 掺气工已发展成为多种形式。根据实际的经验, 采用挑坎与跌槽（坎）结合的形式, 可在较大范围的流量条件下形成稳定的空腔和满意的流态, 故目前普遍采用组合型式。掺气工的位置, 目前的趋势是泄槽纵坡变化处, 以代替复杂的过渡曲线, 简化设计和施工, 并可适应较大泄量。

迷宫堰的推广应用。迷宫堰的优越性进一步得到了重视, 对其水力特性的认识进一步深化, 水利设计方法也不断改进, 更加得到推广应用。我国浙江省的青溪口、山溪头、桐柏等水库的溢洪道, 均采用迷宫堰进口, 并获得显著效益。该省还推荐了一套简便实用的迷宫堰水力设计方法。山东省曾开展迷宫堰的专项研究, 建成5座试验和示范性迷宫堰, 带动建成了十多座。该省的实践表明：:用迷宫堰来改造已建的无闸溢洪道, 既可提高兴利库容, 又能满足泄洪要求, 效果与建闸相近而造价只有建闸的1/2~1/4 , 维修管理费用只有1/3。效益十分显著。 齐头型墩尾闸墩的采用。为了减少水流经闸墩时形成的冲击波和水冠花, 以往常将闸墩的墩尾延长而逐渐缩窄成机翼型, 现在则趋向于采用短的齐头型墩尾。这种造型, 结构简单, 费用最省, 又不存在空蚀现象, 对提高墩尾下游坝面压力, 向水中掺气也有好处。目前, 国内外在宽尾墩的应用方面均取得了成功。

二、研究（设计）的主要目的及内容

溢洪道，用于宣泄规划库容所不能容纳的洪水，保证坝体安全的开敞式可带有胸墙进水口的溢流泄水建筑物。溢洪道一般不经常工作，但却是水库枢纽中重要的建筑物。溢洪道布置可包括进水渠、控制段、泄槽、消能防冲 设施及出水渠。溢洪道的布置应根据地形、地质、工程特点、枢纽布置、坝 型、施工及运用条件、经济指标等综合因素进行全面考虑。

消能池有三种形式：①挖深式消能池：降低护坦高程形成消能池，使池

内水深大于护坎，产生淹没水跃；②坎式消能池：在护坦末端加筑消能坎形成消能池，使坎前水深大于护坎，产生淹没水跃。③既较低护坦高程又修建消能坎的综合消能池。

长兴水库的溢洪道位于坝轴线桩号0+011处，长323.4m，穿越地貌类型 为剥蚀低山丘陵、一二级阶地以及河漫滩，溢洪道基底以下地层为细砾及全风化花岗岩，为强透水~中等透水地层，所以溢洪道与坝体相接段基础部位应做防渗处理，溢流坝基础坐落于细砾或全风化花岗岩或强风化花岗岩上，强度较高，可满足强度和变形设计要求。

论文研究的主要内容包括以下几个方面：

（一）吉林省安图市长兴水利枢纽工程的自然地质环境条件研究 主要通过资料收集处理、现场调研和访问等手段，研究该地区的自然地质环境条件，包括地形地貌、地层岩性、地质构造及地震情况、水文地质、不良地质、特殊地质、气象水文等方面的现状及其演化特征。

（二）该水利工程工程内容分析研究

通过对长兴水库全方面了解，确定与其他水利建筑物相适应的溢洪道结构，比较不同形式的溢洪道结构对整个泄水过程的影响。通过模拟以及计算的方式决定最合适的结构。

（三）长型水库溢洪道和消能池稳定性评价研究

对该水利工程的溢洪道的设计进行评价：评价参数的选取与取值。进行溢洪道水力计算，溢洪道地基处理、防渗排水设计。

（四）提出治理措施及建议，并进行论证，应结合枢纽总体布置全面考虑，避免泄洪、发电、航运及灌溉等建筑物在布置上的相互干扰。

三、研究方法及研究手段

长兴水库溢洪道边坡及消能池稳定性分析研究。研究工作从了解研究区区域地质背景和溢洪道边坡及消能池工程设计条件与工程地质条件入手，弄清研究溢洪边坡及消能池段岩土结构特征，选用相应的稳定性评价模型，溢洪道边坡及消能池稳定性分析研究。

1．阅读有关专业文献资料，了解国内外在溢洪道边坡及消能池稳定领域的研究现状及动态；

2．明确研究方向与内容，收集拟建水库工程设计和溢洪道区工程地质条件资料；

3．分析研究区工程地质勘察资料，有条件时参于必要的室外内试验测试工作；

4．开展边坡及消能池抗滑、抗冲稳定分析评价，完成研究论文编写工作。

四、研究工作条件

研究工作在吉林省东部安图县长兴乡境内展开，该研究得到了安图县水利局和吉林大学建设工程学院室内实验室的支持，并且对工作现场进行踏查, 并采用工程地质测绘、钻探、坑探、物探，原位测试，取样、室内试验等综合勘察方法，对安图县长兴水利枢纽工程进行了可行性研究的地勘工作，主要查明工程区的环境工程地质条件，建筑物区各岩土体工程地质特性。其次，学校图书馆藏书十分丰富，可以十分方便的借阅有关书籍和资料，为论文的编写工作提供了丰富的辅助资料来源。学校方面还专门设有论文研究经费，主要用于研究工作中的实地考察与调研之用。

五、预期目标及研究进度计划

预期研究工作将完成吉林省东部安图县长兴乡长兴水库周边自然地质环境条件的调查工作、长兴水库的溢洪道边坡及消能池稳定性评价工作、提出有关该水库溢洪道以及消能池设计的改善措施及建议，合计论文一篇。 进度安排：

2011年11月1日—3月6日：在老师的指导下，确定论文方向，收集相关

文献资料，并了解相关技术的国内外动态

2012年3月6日—3月15日：进行文献阅读、水利工程资料收集与分析，完成论文开题报告编写；

2012年3月15日—4月31日：进入现场实习，参与或了解有关水利工程地质勘察、试验测试、理论分析，完成论文大纲，完成论文初稿； 2012年6月1日—6月5日：进行论文修改； 2012年5月1日—5月30日：编写论文答辩题纲，完成毕业论文打印装订； 2012年6月6日—6月16日：进行毕业论文答辩。

六、参考文献

[1] 水利水电工程地质勘察规范GB50487-2008

[2] 中小型水利水电工程地质.长春地质学院工程地质编写组.1978 [3] 中小型水利水电工程地质.郭见扬.1995

[4] 高边坡变形破坏机制及稳定性评价.王士天.西南交通大学出版社.1994 [5] 边坡与滑坡工程治理.郑颖人.人民交通出版社.2007

[6] 水利电力部第四、十三工程局.大坝基础灌浆.水利电力出版社.1976.10. [7] 浅谈小型水库的溢洪道设计 [8] 溢洪道设计的近现代发展 [9] 溢洪道设计规范[SL 253-2000]

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