土石坝毕业设计计算书

土石坝设计方向

毕 业 设 计 计 算 书

水利水电工程学院

学 号 ： 01021324 姓 名 ： XXX 指导教师 ： XXX 评 阅 人 ：

日 期 ： 2005年06月

中国 南京

水利水电工程专业毕业设计

目 录

第一章 调洪计算……………………………………… 3

第二章 坝高计算……………………………………… 9

第三章 土料计算及料场分析…………………………11

第四章 渗流计算………………………………………16

第五章 稳定分析………………………………………20

第六章 细部结构计算…………………………………27

第七章 泄水建筑物的计算……………………………29

第八章 施工组织计算…………………………………33

土石坝

斜心墙

第一章 调洪计算

主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。

永久建筑物洪水标准：正常运用（设计）洪水重现期100年；非常运用（校核水重现期2000年。

由于明渠开挖量巨大，故采用隧洞泄洪方案

水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来流量，水库保持汛前限制水位不变，当来流量继续加大，则闸门全开，下泄流量随水位的升高而加大，流态为自由泄流。

调洪演算原理

采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得出设计与校核洪水过程线如下：

图1-1 设计洪水过程线 图1-2 校核洪水过程线

拟定几组不同堰顶高程 I及孔口宽度B的方案。堰顶自由泄流公式Q=Bm (2g)1/2H3/2可确定设计洪水和校核洪水情况下的起调流量Q起，由Q起开始，假定三条泄洪过程线（为简便计算，假设都为直线），在洪水过程线上查出Q泄，并求出相应的蓄水库容V。根据库容水位关系曲线可得相应的库水位H，由三组（Q泄，H）绘制的Q～H曲线与由Q=Bm (2g)1/2H3/2绘制的Q～H曲线相交，所得交点即为所要求的下泄流量及相应水位。

水利水电工程专业毕业设计

方案一： I=2812m, B=7m

3

起调流量Q起 2gH=0.9 0.5 8 2 9.81 10=501.74m/s

32

32

图1-3 方案一设计洪水过程线 图1-4 方案一校核洪水过程线

土石坝

斜心墙 3

设计流量Q=541.43m/s,水位H=2823.76m 校核流量Q=560m/s,水位H=2824m

方案二： I=2812m, B=8m

3

起调流量Q起 gH=0.9 0.5 7 2 9.81 10=573.41m/s

3

32

32

图1-5 方案二设计洪水过程线 图1-6 方案二校核洪水过程线

水利水电工程专业毕业设计

3

设计流量Q=603m/s,水位H=2823.60m 校核流量Q=622.86m/s,水位H=2823.89m 方案三： I=2811m, B=7m

3

起调流量Q起 2gH=0.9 0.5 7 2 9.81 11=570.41m/s

3

32

32

图1-7 方案三设计洪水过程线 图1-8 方案三校核洪水过程线

土石坝

斜心墙

3

设计流量Q=600m/s,水位H=2823.60m 校核流量Q=622.86m/s,水位H=2823.89m

方案四： I=2811m, B=8m

3

起调流量Q起 gH=0.9 0.5 8 2 9.81 10=651.9m/s

3

32

32

水利水电工程专业毕业设计

图1-9 方案四设计洪水过程线 图1-10 方案四校核洪水过程线

土石坝

斜心墙

3

设计流量Q=684m/s,水位H=2823.59m

3m校核流量Q=706.67/s,水位H=2823.86m

第二章 大坝高程的计算

坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：

y R e a

其中：y----坝顶超高；

R----最大波浪在坝顶的爬高；

e----最大风壅水面高度；

A----安全超高。该坝为二级建筑物，设计时取A=1.0，校核时取A=0.5 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. 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。

对于内陆峡谷水库，在风速W<20m/s、吹程D<2000m时，波浪的波长和波高可采用官厅公式：

ghgD3 0.0076W()W2W2 gLmgD.75

.15

0.331W(2)W2W

1

水利水电工程专业毕业设计

D----风区长度； W ----计算风速；

R

KwK m

2

hmLm

其中：K 0.5；经验系数Kw 1.0

KW2De cos

2gHm

其中： ----风向与坝轴线法向夹角；K----综合摩阻系数，取K=3.6 10

6

表2-1 爬 高 计 算 成 果

3m正常水位正常运用时：取W=28/s, D=15000m,

计算得到：R=2.201m,A=1.0,e=0.028。

3

m1. 设计水位正常运用时：取W=14/s, D=15000m,

2.校核洪水非常运用时：R=1.011m, A=0.5,e=0.007。

3.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1.5m

土石坝

斜心墙

表2-2 坝 顶 高 程 计 算 成 果

综合各种设计工况，最后确定坝顶高程为2827m,坝高为77m。

第三章 土料的设计

3.1粘土土料设计

1. 计算公式

粘性土料的填筑密度以压实干容重为设计指标，并按压实度确定： P = d/ dmax

式中：P—————填土的压实度； d————设计填筑干容重；

dmax————标准击实试验最大干容重。

对Ⅰ、Ⅱ级坝和各种等级的高坝P应不低于0.96～0.99；对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级坝（高坝除外）应不低于0.93～0.96。

设计最优含水量取在塑限附近略高于塑限，可用下式拟定：

水利水电工程专业毕业设计

ω= ωp+IlIp 式中：ωp————土料的塑限；

Ip—————土料的塑性指数；

Il—————土料的液性指数，高坝可取0.07～0.1，低坝可取0.10～

0.20。

粘性土料实际所能达到的最大干容重为：

d = s(1-Va)/(1+w s/ 0)

式中： Va—————压实土体单位体积中的含气率，粘土0.05，壤土0.04，砂壤土0.03；

s—————土粒容重； ω————填筑含水量。

2. 计算结果

粘性土料设计的计算成果见表6-3。

表6-3 粘性土料设计成果表

3. 土料的选用

防渗土料经压实后，应具有足够的防渗性。土料还应该具有足够的塑性，使之能适应坝体及坝基的变形而不致产生裂缝。

已经探明上，下游共有5个料场，总储量足够本工程使用 ，因地理位置不同，各料场的物理性质，力学性质和化学性质也存在一定的差异，土料的采用以“近而好”为原则 。2#下 料场有机质含量超标，含量大于2%而不采用。其余四个料

土石坝 斜心墙

场物理，力学性质有一定的差异，基本上能满足筑坝要求。3#下，1#下料场塑性指数小于20（其余大于20）1#上，2#上料场塑性指数偏大，对施工不便，不易保证填筑质量，对含水率比较敏感。1下料场的设计干容重不满足γd≥1.02-1.12（γd）o的条件，故也不予采用。所以定3#下料场为料场。

3.2坝壳砂砾料设计

1.计算公式

坝壳砂砾料填筑的设计指标以相对密实度表示如下：

Dr =(emax-e)/(emax-emin)

或 Dr =(rd-rmin)rmax/(rmax-rmin)rd

式中：emax为最大孔隙比；emin为最小孔隙比；e为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的孔隙比；rd为填筑的砂、砂卵石或原状砂、砂卵石干容重。

设计相对密实度Dr要求不低于0.70～0.75；地震情况下，浸润线以下土体按设计烈度大小Dr不低于0.75～0.80。

2.计算成果

砂砾料的计算成果见表6-4 和表6-5。

表中Cu分别为不均匀系数。

绘出各沙石料场的级配曲线如下：

水利水电工程专业毕业设计100大 大 大 下 大 下 下 P( %)

80 60 40 20 0 1000

100

10 1#上 下 下 下 下 下 下 下

1

0.1

100大 大 大 下 大 下 下 P( %)

80 60 40 20 0 1000

100

10 2#上 下 下 下 下 下 下 下

1

0.1

100大 大 大 下 大 下 下 P( %)

80 60 40 20 0 1000

100

10 3#上下下下下下下下

1

0.1

100

大 大 大 下 大 下 下 P( %)

80 60 40 20 0 1000

100

10 4#上下下下下下下下

1

0.1

01 级水工三班

- 14 –

熊翰文

强度。下游坝壳水下部位和上游坝壳水位变动区宜有较高的透水性，且具有抗渗和抗震稳定性。应优先选用不均匀和连续级配的砂石料。通常认为不均匀系数η

水利水电工程专业毕业设计

=30～100时较易压实，η<5～10时则压实性能不好。

由于坝址处地震烈度为7度，Dr需达到0.75，其中只有3#上和4#上两个料场的相对密实度大于0.75。而其中又以3#上的大故取3#上料场为主料场，4#上为副料场。

砂砾料场上下游共8处，大坝工程在400万m³左右，用两个料场假定数量满足，如不够可以1上，、2下砂砾料作为辅助之用。

第四章 渗流计算

4.1 渗流计算应包括以下内容:

确定坝体浸润线及其下游出逸点的位置，绘制坝体及其坝基内的等势线分布图或流网图；

1. 确定坝体与坝基的渗流量；

2. 确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降；

3. 确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置空隙压力； 4. 确定坝肩的的等势线、渗流量和渗透比降．

4.2 渗流计算应包括以下水位组合情况：

1. 上游正常蓄水位与下游相应的最低水位； 2. 上游设计水位与下游相应的水位； 3. 上游校核水位与下游相应的水位；

4.3 计算方法

选择水力学方法解决土坝渗流问题。根据坝体内部各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定律近似解土坝渗流问题。计算中假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等。计算简图见图6-41。

通过防渗体流量：

q1=K(H2-H12)/2Bsinα + K2(H1-T1)T/D 通过防渗体后的流量：

q2=K1(H12-T12)/2L1 + KT(H1-T1)T/(L+0.44T) 假设：1）不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；

土石坝 斜心墙

2）由于砂砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水与下游水位相差不是很大，认为不会形成逸出高度；

3）对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端即为坝趾。

4.4 计算断面与计算情况

对河床中间断面1-1以及左右岸坡段各一断面2-2、3-3三个典型断面进行渗流计算，参见图4-1，断面的简化图见图4-2，计算按正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位三种情况进行。

图4-1 大坝剖面图

水利水电工程专业毕业设计

1-1

不透水地基

2-2

图4-2 简化断面图

表4-1 渗流计算表

表4-2 渗流计算结果汇总表

4.5渗透稳定分析

通过手绘流网计算渗透坡降。流网图见附图1。计算成果见表4-3

第五章 稳定分析

5.1.程序说明

以简化折线滑动法为理论基础，相关公式见SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》、《土力学》、《水工建筑物》等参考文献，见图附1。以图片顶处为坐标原点，坝上游底角坐标（100，200）水平向坝坡向为X轴，竖直向下为Y轴建立直角坐标系统。假设滑动面的三点A,B,C.A点在坝顶上并且不会切到斜心墙。B点为折点，在水位附近。C点在上游坝脚斜坡面上。先按一定步长确定三点的坐标，然后分成两块，分别计算重力。套用公式进行判断。初始安全系数假定为3.00，当满足判断条件并且安全系数小于上次取出的安全系数，取出安全系数，并绘出最危险滑动面。

土石坝 斜心墙

三个点的坐标加安全系数的计算循环。这样，程序总共有4层循环嵌套。

不透水地基

附图1稳定计算图

计算公式：

G1 * (1 / Tan(n - l))1G1

(1 )*Tan(n) 0

G2Tan(m - n)G2

注：β=l,θ=m ψ=n

5.2源程序

附上一种工况上、游坡的计算程序，其余工况类似可得： Dim A() As Single, B() As Single, C() As Single, D() As Single

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lp3e.html