土石坝设计计算书 - 图文

目 录

第一章 调洪演算 ............................................................ 1 1.1设计洪水过程线 ........................................................ 1 1.2调洪演算 .............................................................. 2 第二章 大坝剖面尺寸确定 .................................................. 12 2.1坝顶高程的确定 ....................................................... 12

2.1.1坝顶超高 .......................................................... 12 2.1.2坝顶高程计算方法 .................................................. 12 2.1.3波浪平均波高和平均波周期 .......................................... 12 2.1. 4 风壅高度可按下式计算: ........................................... 13 2.1.5波浪爬高 .......................................................... 13 2.2计算过程（河底高程为1932.0M） ........................................ 13 2.3坝顶宽度计算 ......................................................... 17 2.4坝坡与马道 ........................................................... 17 2.5坝顶构造 ............................................................. 18 2.6反滤层和过滤层 ....................................................... 18 第三章 溢洪道计算 ......................................................... 19 3.1结构设计 ............................................................. 19

3.1.1引水渠 ............................................................ 19 3.1.2控制段 ............................................................ 19 3.1.3泄槽底板 .......................................................... 19 3.1.4挑流消能 .......................................................... 19 3.1.5边墙结构设计 ...................................................... 19 3.2地基及边坡处理设计 ................................................... 19 3.2.1地基开挖 .......................................................... 19 3.2.2边坡开挖及处理 .................................................... 19 3.3混凝土的强度、防渗、抗冻指标 ......................................... 20 3.4控制段 ............................................................... 20 3.5泄流能力计算： ....................................................... 21 3.6泄槽的水力计算 ....................................................... 22 3.7挑流消能计算 ......................................................... 24 第四章 导流隧洞计算 ...................................................... 26 4.1洞型尺寸 ............................................................. 26 4.2隧洞结构设计 ......................................................... 27 4.2.1衬砌厚度 .......................................................... 27 4.2.2分缝 .............................................................. 27 4.3 水力计算 ............................................................. 27 4.3.1 过流能力的计算 ................................................... 27 4.3.2 水面线的计算 ..................................................... 28 4.3.3 通气孔面积计算 ................................................... 29

目 录

4.3.4消能计算 .......................................................... 29

II

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第一章 调洪演算

1.1设计洪水过程线

根据资料所给出的设计洪水过程线和施工期洪水过程线是，令△t=2小时，求得相同时间间隔的设计洪水过程线及施工期洪水过程线如表1-1

表1-1 QA水库洪水过程线计算表(△t=2h=120min=7200s)

△t(h) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52

P=0.1% 时间 流量 7日00:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 8日00:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 9日00:00 2:00 4:00 38.7 40.3 41.8 45.3 48.8 46.8 44.7 41.7 38.7 36.9 41.2 51.6 62.0 75.0 98.3 95.7 93.0 86.5 80.1 73.6 67.1 68.6 77.9 98.3 127.2 156.0 150.5 修匀P=2% 时间 量 7日00:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 8日00：00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 9日00：00 2:00 4:00 14.5 15.1 15.6 17.0 18.3 17.5 16.7 15.6 14.5 13.8 16.1 21.6 27.0 22.7 35.7 34.8 33.8 31.4 29.1 26.7 24.4 24.9 28.3 35.7 46.2 55.6 53.5 1

P=5% 修匀流时间 量 23日20:00 22:00 24日00:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 25日00：00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 26日00：00 17.4 25.0 26.3 27.5 28.8 29.5 30.2 32.3 34.5 39.5 43.4 59.9 50.0 46.7 47.4 48.8 42.0 37.9 33.8 33.1 32.3 31.5 30.7 27.5 26.7 27.4 28.0 修匀流P=10% 时间 流量 23日20:00 22:00 24日00:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 25日00：00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 26日00：00 11.4 16.3 17.2 18.1 18.9 19.4 19.8 21.2 22.5 24.1 24.7 33.9 28.3 26.4 26.8 27.6 23.8 22.9 22.0 21.1 20.3 19.4 18.5 17.7 17.5 17.9 18.3 修匀第一章 调洪演算

54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 10日00:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 11日00:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 12日00：00 145.0 174.0 307.8 388.1 346.7 260.6 223.6 195.0 175.0 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 50.4 55.2 97.6 123.0 106.7 79.8 67.7 61.9 57.0 55.0 52.7 50.3 48.0 45.0 42.6 40.2 37.7 35.3 32.9 30.6 29.9 29.2 28.6 28.0 27.4 26.7 25.4 24.1 22.7 21.4 20.4 19.8 18.4 19.0 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 27.4 26.7 24.9 23.1 20.7 18.3 17.5 16.8 16.0 15.2 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 17.9 17.5 16.3 15.1 13.5 11.9 11.4 11.0 10.5 10.0 160.0 10日00：00 151.7 143.3 135.0 132.0 123.9 115.9 107.8 99.7 91.7 84.0 82.0 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 80.0 11日00：00 77.4 74.8 73.2 71.5 68.0 64.4 60.9 57.3 54.5 52.9 48.5 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 48.0 12日00：00 1.2调洪演算

根据水库水量平衡方程：在某一时段内，入库水量减去出库水量，应等于该时段内水

2

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库增加或减少的蓄水量。水量平衡方程为

Q1?Q22?t?q1?q22 ?t?V2?V1 （1.1）

式中 Q1——时段?t始的入库流量，m3/s； Q2——时段?t末的出库流量，m3/s； V1——时段?t始的水库蓄水量，m3/s； V2——时段?t末的水库蓄水量，m3/s；

?t——计算时段，s.其能比较准确地反映洪水过程线地形状。

根据水库入库洪水过程线，式中Q1，Q2均为已知，V1、q1则是计算时段△t开始时的初始条件，未知数有两个（V2、q2），对V2、q2进行试算。根据水库入库洪水过程线，式中Q1，Q2均为已知，V1、q1则是计算时段△t开始时的初始条件，未知数有两个（V2、q2），对V2、q2进行试算。联合另一方程：

q2=f(H)=A.Hb (1.2)

式中

A-----系数，与建筑物形式和尺寸，闸孔开度以及淹没系数有关系，

A=m.B(2g)1/2；

m----流量系数； B----堰顶高度；

b----指数，对于堰流一般为3/2 。

由式(1.1)和式(1.2)联立,就可解出q2，V2两个未知数，用两个公式调洪计算的方法很多，常用试算法和半图解法。本设计中采用试算法。利用Excel图表分别绘制出P=0.1%和P=2%各个时段来水流量和下泄流量曲线图，两曲线相交点即为校核洪水位、设计洪水位。

最终确定设计洪水位和校核洪水位。其校核洪水位计算过程表见表1.1，设计洪水位计算过程见表1.2。

3

第一章 调洪演算

表1.1 设计过程校核洪水位调洪演算过程（P=0.1%）

时间 7日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 8日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00

△t 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 Q 38.7 40.3 41.8 45.3 48.8 46.8 44.7 41.7 38.7 36.9 41.2 51.6 62.0 75.0 98.3 95.7 93.0 86.5 80.1 73.6 67.1 68.6 Z 1994.70 1995.25 1995.49 1995.59 1995.65 1995.68 1995.66 1995.64 1995.60 1995.56 1995.55 1995.66 1995.75 1995.94 1996.15 1996.27 1996.25 1996.22 1996.15 1996.07 1995.99 1995.96 V 906 927 937 941 944 945 945 944 942 940 941 944 950 957 965 970 970 968 965 962 959 958 q 0.00 19.71 33.94 40.58 44.75 46.89 45.46 44.05 41.26 38.54 37.87 45.46 52.00 66.73 84.39 95.07 93.26 90.57 84.39 77.50 70.81 68.36 (Q1+Q2)/2 39.475 41.025 43.55 47.05 47.775 45.725 43.2 40.2 37.8 39.05 46.4 56.8 68.52 86.67 96.975 94.325 89.75 83.285 76.835 70.365 67.85 4

(q1+q2)/2 9.86 26.82 37.26 42.66 45.82 46.17 44.75 42.66 39.90 38.21 41.67 48.73 59.37 75.56 89.73 94.17 91.92 87.48 80.94 74.16 69.58 △V 21.33 10.22 4.53 3.16 1.41 -0.32 -1.12 -1.77 -1.52 0.61 3.41 5.81 6.59 8.00 5.22 0.11 -1.56 -3.02 -2.96 -2.73 -1.25 V2' 927.33 937.22 941.53 944.16 945.41 944.68 943.88 942.23 940.48 940.61 944.41 949.81 956.59 965.00 970.22 970.11 968.44 964.98 962.04 959.27 957.75 q2' 19.71 33.94 40.58 44.75 46.89 45.46 44.05 41.26 38.54 37.87 45.46 52.00 66.73 84.39 95.07 93.26 90.57 84.39 77.50 70.81 68.36 Z2' 1995.25 1995.49 1995.59 1995.65 1995.68 1995.66 1995.64 1995.6 1995.56 1995.55 1995.66 1995.75 1995.94 1996.15 1996.27 1996.25 1996.22 1996.15 1996.07 1995.99 1995.96 南昌工程学院本科毕业设计

20:00 22:00 9日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 10日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00

44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 77.9 98.3 127.2 156.0 150.5 145.0 174.0 307.8 388.1 346.7 260.6 223.6 195.0 175.0 160.0 151.7 143.3 135.0 132.0 123.9 115.9 107.8 99.7 91.7 1996.03 1996.16 1996.41 1996.72 1996.86 1996.81 1996.91 1997.62 1998.47 1998.58 1998.05 1997.61 1997.34 1997.16 1996.97 1996.90 1996.81 1996.75 1996.66 1996.61 1996.54 1996.44 1996.38 1996.27 959 965 977 990 995 993 997 1026 1062 1066 1045 1026 1016 1007 1001 997 993 989 986 984 981 978 975 972 74.13 85.26 108.07 138.75 153.43 148.13 158.78 241.15 353.78 369.37 296.34 239.91 207.31 186.47 165.29 157.71 148.13 141.86 132.62 127.58 120.63 110.93 105.24 95.07 73.235 88.1 112.725 141.575 153.25 147.75 159.5 240.875 347.915 367.375 303.64 242.09 209.285 185 167.5 155.85 147.5 139.15 133.5 127.95 119.885 111.835 103.75 95.68 5

71.24 79.70 96.67 123.41 146.09 150.78 153.46 199.97 297.46 361.57 332.85 268.13 223.61 196.89 175.88 161.50 152.92 144.99 137.24 130.10 124.10 115.78 108.08 100.16 1.43 6.05 11.56 13.08 5.16 -2.18 4.35 29.45 36.32 4.18 -21.03 -18.75 -10.32 -8.56 -6.04 -4.07 -3.90 -4.21 -2.69 -1.55 -3.04 -2.84 -3.12 -3.22 959.43 965.05 976.56 990.08 995.16 992.82 997.35 1026.45 1062.32 1066.18 1044.97 1026.25 1015.68 1007.44 1000.96 996.93 993.10 988.79 986.31 984.45 980.96 978.16 974.88 971.78 74.13 85.26 108.07 138.75 153.43 148.13 158.78 241.15 353.78 369.37 296.34 239.91 207.31 186.47 165.29 157.71 148.13 141.86 132.62 127.58 120.63 110.93 105.24 95.07 1996.03 1996.16 1996.41 1996.72 1996.86 1996.81 1996.91 1997.62 1998.47 1998.58 1998.05 1997.61 1997.34 1997.16 1996.97 1996.9 1996.81 1996.75 1996.66 1996.61 1996.54 1996.44 1996.38 1996.27 第一章 调洪演算

20:00 22:00 11日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 12日00：00 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 84.0 82.0 80.0 77.4 74.8 73.2 71.5 68.0 64.4 60.9 57.3 54.5 52.9 48.5 48.0 1996.22 1996.15 1996.13 1996.07 1996.06 1996.03 1996.01 1995.98 1995.94 1995.89 1995.86 1995.81 1995.78 1995.74 1995.72 968 965 963 962 961 960 959 958 956 955 953 951 950 949 947 90.57 84.39 82.65 77.50 76.65 74.13 72.46 69.99 66.73 62.74 60.38 56.52 54.24 51.26 49.79 87.83 83 81 78.7 76.1 73.975 72.325 69.75 66.205 62.655 59.1 55.92 53.72 50.7 48.25 92.82 87.48 83.52 80.07 77.08 75.39 73.30 71.23 68.36 64.74 61.56 58.45 55.38 52.75 50.52 -3.59 -3.22 -1.81 -0.99 -0.70 -1.02 -0.70 -1.06 -1.55 -1.50 -1.77 -1.82 -1.20 -1.48 -1.64 968.41 964.78 963.19 962.01 961.30 959.98 959.30 957.94 956.45 954.50 953.23 951.18 949.80 948.52 947.36 90.57 84.39 82.65 77.50 76.65 74.13 72.46 69.99 66.73 62.74 60.38 56.52 54.24 51.26 49.79 1996.22 1996.15 1996.13 1996.07 1996.06 1996.03 1996.01 1995.98 1995.94 1995.89 1995.86 1995.81 1995.78 1995.74 1995.72 6

南昌工程学院本科毕业设计

设计过程校核洪水位的推求（P=0.1%）450.0400.0350.0300.0250.0200.0150.0100.050.00.0010203040506070

9日14：00时Qmax=qmax（图中两曲线相交时刻）， 则校核洪水位1998.58m

7

第一章 调洪演算

表1-2设计过程设计洪水位调洪演算过程（P=2%）

时间 7日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 8日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00

△t 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Q Z V q 0.00 5.68 4.24 14.11 16.07 18.12 17.60 16.58 15.08 14.11 15.08 17.09 20.80 24.17 27.10 33.29 34.58 33.29 30.77 (Q1+Q2)/2 14.8 15.35 16.275 17.625 17.9 17.1 16.15 15.05 14.14 14.94 18.85 24.3 24.85 29.2 35.225 34.275 32.6 30.245 8

(q1+q2)/2 2.84 8.06 12.27 15.09 17.10 17.86 17.09 15.83 14.59 14.59 16.08 18.94 22.48 25.63 30.20 33.94 33.94 32.03 △V 8.61 5.25 2.88 1.83 0.58 -0.55 -0.68 -0.56 -0.33 0.25 1.99 3.86 1.70 2.57 3.62 0.24 -0.96 -1.28 V2' 914.61 920.25 922.88 924.83 925.58 925.45 924.32 923.44 922.67 923.25 924.99 928.86 930.70 933.57 937.62 938.24 937.04 935.72 q2' 5.68 4.24 14.11 16.07 18.12 17.60 16.58 15.08 14.11 15.08 17.09 20.80 24.17 27.10 33.29 34.58 33.29 30.77 Z2' 1994.94 1995.06 1995.14 1995.18 1995.22 1995.21 1995.19 1995.16 1995.14 1995.16 1995.20 1995.27 1995.33 1995.38 1995.48 1995.50 1995.48 1995.44 14.5 1994.70 906 15.1 1994.94 915 15.6 1995.06 920 17.0 1995.14 923 18.3 1995.18 925 17.5 1995.22 926 16.7 1995.21 925 15.6 1995.19 924 14.5 1995.16 923 13.8 1995.14 923 16.1 1995.16 923 21.6 1995.20 925 27.0 1995.27 929 22.7 1995.33 931 35.7 1995.38 934 34.8 1995.48 938 33.8 1995.50 938 31.4 1995.48 937 29.1 1995.44 936

南昌工程学院本科毕业设计

14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 9日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 10日00：00 02:00 04:00 06:00

38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 26.7 1995.42 934 24.4 1995.37 932 24.9 1995.34 931 28.3 1995.35 932 35.7 1995.43 935 46.2 1995.54 940 55.6 1995.68 946 53.5 1995.76 949 50.4 1995.73 949 55.2 1995.76 950 97.6 1996.02 960 123.0 1996.38 975 106.7 1996.47 979 79.8 1996.28 971 67.7 1996.07 962 61.9 1995.94 957 57.0 1995.86 954 55.0 1995.83 952 52.7 1995.77 951 50.3 1995.76 950 48.0 1995.73 948 29.53 26.51 24.74 25.33 30.14 37.21 46.89 52.74 50.52 52.74 73.30 105.24 113.81 95.98 77.50 66.73 60.38 58.05 53.49 52.74 50.52 27.895 25.55 24.65 26.6 32 40.95 50.9 54.55 51.95 52.8 76.4 110.3 114.85 93.25 73.745 64.795 59.45 56 53.85 51.5 49.15 9

30.15 28.02 25.63 25.04 27.74 33.68 42.05 49.82 51.63 51.63 63.02 89.27 109.52 104.90 86.74 72.12 63.56 59.22 55.77 53.12 51.63 -1.62 -1.78 -0.70 1.13 3.07 5.24 6.37 3.41 0.23 0.84 9.63 15.14 3.83 -8.39 -9.36 -5.27 -2.96 -2.32 -1.38 -1.17 -1.79 934.38 932.22 931.30 932.13 935.07 940.24 946.37 949.41 949.23 949.84 959.63 975.14 978.83 970.61 961.64 956.73 954.04 951.68 950.62 949.83 948.21 29.53 26.51 24.74 25.33 30.14 37.21 46.89 52.74 50.52 52.74 73.30 105.24 113.81 95.98 77.50 66.73 60.38 58.05 53.49 52.74 50.52 1995.42 1995.37 1995.34 1995.35 1995.43 1995.54 1995.68 1995.76 1995.73 1995.76 1996.02 1996.38 1996.47 1996.28 1996.07 1995.94 1995.86 1995.83 1995.77 1995.76 1995.73 第一章 调洪演算

08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 11日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 12日00：00

80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 45.0 1995.68 946 42.6 1995.66 944 40.2 1995.61 942 37.7 1995.57 941 35.3 1995.54 940 32.9 1995.51 938 30.6 1995.47 936 29.9 1995.44 935 29.2 1995.42 935 28.6 1995.42 935 28.0 1995.41 934 27.4 1995.38 934 26.7 1995.39 934 25.4 1995.37 933 24.1 1995.35 932 22.7 1995.33 931 21.4 1995.30 930 20.4 1995.28 929 19.8 1995.27 928 18.4 1995.24 927 19.0 1995.23 927 46.89 45.46 41.95 39.22 37.21 35.23 32.66 30.77 29.53 29.53 28.91 27.10 27.70 26.51 25.33 24.17 22.46 21.35 20.80 19.18 18.65 46.5 43.8 41.4 38.95 36.5 34.1 31.75 30.25 29.55 28.9 28.3 27.675 27.025 26.05 24.75 23.4 22.05 20.9 20.1 19.1 18.7 10

48.70 46.17 43.71 40.59 38.21 36.22 33.94 31.71 30.15 29.53 29.22 28.01 27.40 27.10 25.92 24.75 23.31 21.90 21.07 19.99 18.91 -1.59 -1.71 -1.66 -1.18 -1.23 -1.53 -1.58 -1.05 -0.43 -0.45 -0.66 -0.24 -0.27 -0.76 -0.84 -0.97 -0.91 -0.72 -0.70 -0.64 -0.15 946.41 944.29 942.34 940.82 939.77 938.47 936.42 934.95 934.57 934.55 934.34 933.76 933.73 933.24 932.16 931.03 930.09 929.28 928.30 927.36 926.85 46.89 45.46 41.95 39.22 37.21 35.23 32.66 30.77 29.53 29.53 28.91 27.10 27.70 26.51 25.33 24.17 22.46 21.35 20.80 19.18 18.65 1995.68 1995.66 1995.61 1995.57 1995.54 1995.51 1995.47 1995.44 1995.42 1995.42 1995.41 1995.38 1995.39 1995.37 1995.35 1995.33 1995.30 1995.28 1995.27 1995.24 1995.23 南昌工程学院本科毕业设计

140.00120.00100.0080.0060.0040.0020.000.00010203040506070

9日14：00时Qmax=qmax（图中两曲线相交时刻），则设计洪水位1996.47m

11

第二章 大坝剖面尺寸确定

第二章 大坝剖面尺寸确定

2.1坝顶高程的确定

2.1.1坝顶超高

坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：

Y?R?e?A （2.1）

其中：Y----坝顶超高，m； R----最大波浪在坝顶的爬高，m； e----最大风壅水面高度，m；

A----安全超高，m，该坝为Ⅲ级建筑物，正常运行时取A=0.7，非常运行时取A=0.5。 2.1.2坝顶高程计算方法

坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值: 1.设计水位加正常运用条件下的坝顶超高; 2.正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高;

3.校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高； 4.正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高加地震安全加高。 2.1.3波浪平均波高和平均波周期

波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田试验站公式：

?0.45gD???0.0018??2????w??th?0.7??gH????m0.13th?0.7???2???w???ghmw2=

0.7?gHm??0.13th?0.7???2?w??????? （2.2） ??????? Tm=4.438×hm0.5 （2.3） Lm=

gTm?2?Hmth??L2?m?2?? （2.4） ??其中： hm —— 平均波高，m；

Tm—— 平均波周期，s； Lm—— 平均波长，m； D —— 风区长度.km；

Hm——

坝前水深，m；

12

南昌工程学院本科毕业设计

W —— 计算风速, m/s；

2.1. 4 风壅高度可按下式计算:

e?KW2Dm

2gHcos? （2.5）

式中： e —— 计算处的风壅水面高度，m； D —— 风区长度，km； K —— 综合摩阻系数3.6×10-6；

β—— 计算风向与坝轴线的夹角0°。

2.1.5波浪爬高

设计波浪爬高值应根据工程等级确定，3级坝采用累积频率为1%的爬高值. 平均波浪爬高可按下式或有关规定计算:

Rm?KwK?1?m2hmLm （2.6）

式中： Rm —— 波浪的平均爬高；

K△ —— 斜坡的糙率渗透性系数，护面类型选用砌石护坡，根据护面类型查规范得0.75；

Kw —— 经验系数，查规范得1.0；

m —— 单坡的坡度系数，若坡角为?，即等于ctg?，本设计取m=3 查规范1%累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23，故R=2.23 Rm。

2.2计算过程（河底高程为1932.0m）

1、设计水位加正常运用条件下的坝顶超高

设计水位 1996.47m 吹程D=2.12㎞ 风速W=1.5×12=18m/s 坝前水深Hm=64.47m β=0° 根据公式（2-2）求解得：

hm=0.385434m

Tm=4.438×hm0.5=2.755258s Lm

?2?Hm?th= ?L2?m?gTm13

2??=11.84652m ??

第二章 大坝剖面尺寸确定

e?KW2Dm2gHcos??3.6?10?6?182?21202?9.81?64.47cos0??0.002048mRm?KwK?1?m2hmLm?0.506794m

查规范1﹪累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23

R1%=2.23×0.506794=1.180831m

坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：

Y=R+e+A=1.180831+0.002048+0.7 =1.882879m

坝顶高程：1996.47+1.882879=1998.373m

2、正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高

正常蓄水位1994.7m 吹程D=2.12㎞ 风速W=1.5×12=18m/s 坝前水深Hm=62.7m β=0° 根据公式（2-2）求解得

hm=0.385403m

Tm=4.438×hm0.5=4.438×0.3854030.5=2.755148s

Lm=

KW2gTm?2?Hmth??L2?m??62??=11.84558m ??2e?Dm2gHcos??3.6?10?18?21202?9.81?62.7cos0??0.002048m

Rm?KwK?1?m2hmLm

= 0.75×1.0×0.385403?11.84558 / 1?32 = 0.506754m

查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23

R1% =2.23×0.506754

=1.180737m

坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：

Y=R+e+A=1.882785m

14

南昌工程学院本科毕业设计

坝顶高程：1994.7+1.882785=1996.583m 3、 校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高

校核洪水位 1998.58m 吹程D=2.12㎞ 风速W=12m/s 坝前水深Hm=66.58m β=0° 根据公式（2-2）求解得

hm= 0.246289m

Tm=4.438×hm0.5= 2.202469s Lm=

KW2gTm?2?Hmth??L2?m??62??= 7.569826m ??2e?Dm2gHcos??3.6?10?12?21202?9.81?66.5cos0??0.00091mRm?KwK?1?m2hmLm

= 0.75×1.0×0.246289?7.569826 / = 0.323837m

查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23

R1%=2.23×0.323837= 0.754541 m

坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：

Y=R+e+A = 0.754541+0.00091+0.5 = 1.255451m

坝顶高程： 1998.58+ 1.255451= 1999.855m

4、正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高加地震安全加高

1?32

正常蓄水位1994.7m 吹程D=2.12㎞ 风速W=12m/s 坝前水深Hm=62.7m β=0° 根据公式（2-2）求解得

hm= 0.24627m

Tm=4.438×hm0.5= 2.202384s

Lm?2?Hmth?= ?L2?m?gTm2??= 7.569243m ?? 15

第二章 大坝剖面尺寸确定

e?KW2Dm2gHcos??3.6?10?6?1022?212?9.81?62.7cos0??0.00091mRm?KwK?1?m2hmLm

= 0.75×1.0×0.24627?7.569243 / = 0.323812m

查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23

R1%=2.23×0.323812= 0.754482m

1?32

坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：

Y=R+e+A

= 0.754482+0.00091+0.5 = 1.255393m

根据DL5073-1997《水工建筑物抗震设计规范》要求，地震安全加高按设计地震烈度和坝前水深情况取为0.5～1.5m，本设计取1.0

坝顶高程 1994.7+1.255393+1.0=1996.955m

综上所述，四种情况中取最大值，即校核洪水位加非常运用条件下的坝顶高程：1999.855m，则坝高：1999.855-1932.0=67.855m,取为68m.

设计的坝顶高程是针对坝沉降稳定以后的情况而言的，因此，竣工时的坝顶高程就预留足够的沉降量，一般施工质量良好的土石坝，坝体沉降量约为坝高的0.2%～0.4%，此处取为0.3%

坝顶高程：1998.855+0.3%×68=2000.059m，为方便计算取为2000.0m 综合情况见下表2-1：

表 2-1 各种工况下的坝顶高程

计算情况 计算项目 上游静水位（m） 河底高程（m） 坝前水深（m） 吹程 （km）

正常运用情况 非常运用情况 校核洪水位 1998.58 正常蓄水位 设计洪水位 正常蓄水位 1994.7 1996.47 1994.7 1932.0 62.7 64.47 2.12 16

62.7 66.58 南昌工程学院本科毕业设计

风向与坝轴线夹角 （?） 风浪引起坝前雍高 （m） 0.002048 风速V（m/s） 波高hm (m) 护坡粗糙系数 上游坝面坡脚 波浪沿坝面爬高（m） 安全超高（m） 地震安全加高（m） 坝顶高程（m） 1996.583 1.180737 0.385403 18 0.385434 0.002048 0 0.00091 12 0.24627 0.75 arctg1/3.0 1.180831 0.7 0 1998.373 1.0 1996.955 0.754482 0.754541 0.5 0 1999.855 0.246289 0.00091 综上所述，此大坝坝顶高程为2000.0m，坝高为68m。

2.3坝顶宽度计算

坝体宽度必须考虑斜心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要。土石坝坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合研究后确定 ，SL274-2001《碾压土石坝设计规范》要求高坝的最小顶宽为10～15m，中低坝则为5～10m。此坝坝高为68m，为中坝，故其坝顶宽度取为10m。

坝顶的最小宽度也可按-水工建筑物（中国水利水电出版社P283）公式 R?H 式中： H为坝高，m； R为所求坝顶宽度。 此坝坝高为68m，为中坝，故其坝顶宽度取为10m。 2.4坝坡与马道

土石坝坝坡的选择取决于坝型、坝高、坝的等级、坝体及坝基材料材料的性质、承受的荷载、施工和运行等主要因素。一般可参考已建坝的实践经验或用近似的计算方法初步拟定坝坡，然后进行稳定等计算确定合理的坝坡。在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。

根据规范规定与实际结合，上游坝坡考虑在一半坝高处变坡一次，上部取2.5，下部取

17

第二章 大坝剖面尺寸确定

3.0，下游坝坡自上而下均取为2.5。

在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.5～2.0m的马道以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，综合上述等各方面的因素取其宽度为2.0m。

2.5坝顶构造

本工程属于中坝，根据运行、施工交通的方便，坝顶宽度定为10m，坝顶路面的材料采用沥青混凝土 ，坝顶面向下游侧放坡，由于当地的降雨量并不强，所以坡度取i=0.02。在上游侧设防浪墙，高度为1.2m，下游侧设置栏杆。详见图QA-1。

2.6反滤层和过滤层

按照1.被保护土不发生渗透变形；2.渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流；3.不致被细粒土淤塞失效的原则进行反滤层设计，过渡层采用连续级配，最大粒径小于300mm，采用等厚度。

18

第三章 溢洪道水力计算

1.40 30.80 1.20 26.40 1.00 22.00 0.80 17.60 12.67 14.78 17.74 22.18 8.18 11.14 16.04 25.06 9.58 1.43 2.76 1.24 1.08 0.04 0.20 0.19 7.15 7.15 12.34 2.76 17.04 4.70 25.86 8.82 14.53 21.68 1.08 0.069 0.116 28.40 50.08 0.75 0.14 0.11 76.86 126.94 3. 边墙高度

泄槽两侧的边墙高由泄槽的水面曲线加上超高来确定，由于泄槽采用同一坡度，则其边墙高度一致h=1.56?1.4=2.96，本次设计取3m。

3.7挑流消能计算

1. 水舌挑距：

水舌挑距按水舌外缘计算，按-溢洪道设计规范（中国电力出版社P59）公式计算： L?式中

L——自挑坎坎顶算起的挑流水舌与下游面交点的水平距离。m；

?1——坎顶水面流速，ms?1g2cos?(sin??sin??2g(h1?h2)/?1) （3.8）

22，可按鼻坎处平均流速V的1.1倍计；

??挑射角，取30?；

（h为坎顶法向平均水深），3.8m； h1?鼻坎铅直方向水深，m；h1?h/cos?；

h2?坎顶到下游水面的高差，m；21.77m。

鼻坎处平均流速：V??2gZ0?0.946?2?9.8?59.8=25.26ms 代入数据得：L =92.1m 2. 冲坑深度：

冲坑最大水垫深度按-按溢洪道设计规范（中国电力出版社P60）公式计算： t?Kq0.5H0.25 （3.9） 式中：

t——自下游水面至坑底的最大水垫深度，m当t

K——冲刷系数，查规范取0.8；

q——坎顶单宽流量，14.05 mH

3(s.m)

——上，下游水位差，为60.94m;

24

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代入数据计算得：t3. 校核情况

?8.36m

挑距L?92.1m?2.5tR?2.5?8.36?20.9m所以满足要求。（详见计算书）

25

第四章 导流隧洞计算

第四章 导流隧洞计算

4.1洞型尺寸

在设计通过16m3/s的一定流量时,对于无压隧洞,要用明渠均匀流公式 Q?ACRi，先假定断面尺寸，进行试算，一直算到和设计规定的流量相等的方式来确定隧洞的断面尺寸，根据教学安排，指定本人进行3 m洞径的输水隧洞设计，断面尺寸的高宽比为1:1.2。 在隧洞的进口之后用抛物线段、斜坡段及反弧段与导流洞的洞身相接。表孔进口后的抛物线段底板应符合射流曲线并有一定的安全值，以便闸门在不同开度时均能保持一定的正压。由于本设计的起始流速为水平，所以抛物线方程为：

x2?4?2 （4.1）

式中 H----工作闸门处孔口顶缘的最大设计水头，38.6m；

ψ----修正流速及保持边界正压的系数，一般在1.18-1.30范围内，取1.20； x,y----横，纵坐标

表4-5 抛物线底板曲线表

y(m) x(m)

0.50 10.54 1.00 14.91 2.00 21.10 3.00 25.80 4.00 29.80 5.00 33.30 6.00 36.50 7.00 39.50 进水口采用顶板和边墙顺水流方向三面收缩的平底矩形断面，其体形应符合孔口泄流的形态，避免产生不利的负压和空蚀破坏，同时还应尽量减少局部水头损失，以提高输水能力，本工程进口段喇叭口的顶板和边墙采用椭圆曲线，其方程为：

xa22?yb22?1 （4.2）

式中 a-----椭圆长半轴，对于顶板曲线为闸门处的孔口高度3.25m，对于边墙曲线为闸门处的孔口宽度2.6m；

b-----椭圆短半轴，对于顶板曲线为闸门处的孔口高度的1/3，1.08m，对于边墙曲线为闸门处的孔口宽度1/3，0.87m。 所以 顶板 边墙

x223.25x22?y221.08y22?1

2.6?0.87?1 详见隧洞详图。

隧洞平面布置见枢纽总布置图（其中上游进口距围堰40m，出口距离坝脚线30m处，

26

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进口与河道的夹角约为350，出口夹角为450，距出口13米处设一半径为58m的弯道。

4.2隧洞结构设计

4.2.1衬砌厚度

开挖隧洞在弱风化层以内，围岩具有一定的抗渗能力，衬砌的防渗要求为一般，查《水工隧洞设计规范》表6.1.7可知，计算控制条件为衬砌结构裂缝宽度不应超过允许值，衬砌的设计原则为限制裂缝宽度设计。本设计采用龙抬头式无压隧洞，由规范表6.1.10可知岩洞的衬砌形式可选择钢筋混凝土的衬砌。根据《水工隧洞设计规范》6.3.1中，双层钢筋混凝土衬砌厚度不应小于300mm，所以本隧洞衬砌厚度定为400mm。 4.2.2分缝

钢筋混凝土衬砌是分段分块浇筑的，为防止混凝土干缩和温度应力而产生裂缝，在相邻段间设有环向伸缩缝，由于工程中，围岩地质条件比较均一，坝区的多年平均温度为7.5℃，其中7月的平均气温为21.1℃，1月平均气温-5.2℃。

所以取浇筑的分段长度取8m,对于本工程隧洞洞身大部分处于弱风化层，有一定的防渗要求，所以在缝中设止水，在进口闸门室与洞身的交接处，需设置环向伸缩缝，缝面不凿毛，分布钢筋不穿过，在缝内填1cm的沥青油毡并设止水。见图4-1

图9.1伸缩逢详图

4.3 水力计算

4.3.1 过流能力的计算

规范规定无压隧洞洞内水面线以上的空间不宜小于隧洞断面面积的15％，此时洞内

水深为2.4m，θ=125o。

无压隧洞洞身过流能力的计算按照明渠均匀流公式：

27

第四章 导流隧洞计算

Q?ACRi

式中

A---过水断面面积，6.23m2。 C---谢才系数，c?1n1R6=69.34。

R---水力半径，0.84。 i---洞底的纵坡降，0.007。 代入数据计算，

Q?6.23*69.340.84*0.007

=32.33m/s 4.3.2 水面线的计算

下游只需16m3/s水流就可以满足要求，又因隧洞的泄流能力不受洞长影响，进口水流为宽顶堰流，所以此时的上游水头为：

Q?m?sb2gH0式中

b----隧洞的过水断面的宽度，2.6m；

?s----淹没系数，本隧洞下游为自由出流，?s=1； m----流量系数，m=0.32。 代入数据计算，

16?0.32*1*2.62*9.81H032323

得H?=2.66

所以当闸前水头为2.66时，就可满足下游需水，洞内水面线最高。

表4-6 水面线计算表：

H (m) A (m2) V (m/s2) 19.23 17.58 15.38 12.31 10.26 v/2g (m) 18.85 16.10 12.06 7.72 5.36 2ES (m) 19.170 ΔES (m) R (m) 0.250 0.276 0.306 0.361 0.411 J i?J Δs (m) S (m) 7.09 0.32 0.82 0.35 0.91 0.40 1.04 0.50 1.30 0.60 1.56

0.44 0.337 0.225 0.116 0.068 -0.384 7.09 16.450 -2.720 12.460 8.220 5.960 -3.986 -4.240 -2.260 28

-0.274 14.55 21.64 -0.163 25.97 47.61 -0.019 29.05 76.66

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0.70 1.82 0.80 2.08 0.90 2.34 1.00 2.60 1.10 2.86 1.20 3.12 1.30 3.38 8.79 7.69 6.83 6.15 5.59 5.13 4.734 3.94 3.016 2.383 1.93 1.595 1.34 1.142 4.640 3.816 3.283 2.930 2.695 2.54 2.44 -1.320 -0.824 -0.533 -0.353 -0.235 -0.155 -0.098 0.455 0.043 -0.049 27.14 103.80 0.495 0.0296 -0.029 28.12 131.92 0.532 0.0212 -0.018 28.96 160.88 0.565 0.0159 -0.015 30.60 191.48 0.596 0.0122 -0.007 33.30 224.78 0.624 0.0097 -0.004 39.37 264.15 0.650 0.0078 -0.001 55.98 320.13

4.3.3 通气孔面积计算

根据最大通气量来确定通气管的面积，当闸门全开时，出现通气量的最大值：

a?0.09vw?va

式中

a----通气管的断面面积, ㎡；

ω---闸门后的管道断面面积，7.33㎡； vω---闸门孔口处的流速，2.3m/s；

va---通气管的允许风速，40m/s。

代入数据计算，

0.09vw?va=0.092.3*7.3340

=0.037

得a≥0.037 4.3.4消能计算

当上游水深为2.66m时，满足下游需水且为最不利挑流。由此可得，挑流鼻坎的反弧半径R可采用反弧最低点最大水深H的6--12倍,本工程反弧半径取10m，挑角取27o。

L??vg121sin?cos??v1cos?v1sin??2g(h1cos??h2)

22?式中

L----自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距； θ----挑流水舌水面出射角，近似取鼻坎挑角，27 o； h1----挑流鼻坎末端法向水深，1.3m； h2----鼻坎坎顶至下游河床高程差，4.5m；

29

第四章 导流隧洞计算

v1----鼻坎坎顶水面流速，按顶处平均流速的1.1倍计，鼻坎末端水深为1.3m，所以

v1=1.1*16/(1.3*2.6)=5.21m/s；

代入数据计算，

L??5.212sin90?cos27??1.3cos27?1.3227??2*9.81(1.3cos27??4.5)?

?9.81?1得L=7.1m（详见说明书）

30

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c377.html