重力坝毕业设计论文正文.doc

三峡大学科技学院 毕业设计（论文）ST重力坝设计学生姓名： 学号：专业：水利水电专业 班级：指导教师：评阅教师完成日期 二一二年五月十八日 毕业设计（论文）课题任务书（ 2011- 2012学年）学院名称：科技学院课题名称ST混凝土重力坝设计学生姓名罗磊专业水利水电工程学号20084013165指导教师黄耀英任务书下达时间课题概述:（设计型课题包括工程概况，设计的具体内容、步骤；论文型课题包括课题研究要解决的理论或实际问题，研究方法和内容）本课题以ST水电站为依托。ST水电站位于乌江干流贵州省沿河县城上游约7km处，距乌江口250.5km。ST水电站以发电为主，其次航运，兼顾防洪等综合效益。根据专业培养的要求和毕业设计的目的，本课题针对ST水电站进行设计。由于毕业设计时间限制，设计内容主要为基于水位-容积曲线及实测洪水过程线进行调洪演算获得设计洪水位和校核洪水位，通过应力分析和抗滑稳定分析确定大坝的基本剖面，其中溢流坝段采用WES剖面的水力设计方法进行设计，同时计算溢流坝段的堰面水面线，另外，还需进行消能防冲设计等。要求阅读或检索的参考资料及文献（包括指定给学生阅读的外文资料）：1 DL5077-1997 水工建筑物荷载设计规范2 DL5108-2005 混凝土重力坝设计规范3 中华人民共和国水利行业标准 碾压混凝土坝设计规范 北京：中国水利水电出版 社20054 SL252-2000 水利水电工程等级划分及洪水标准5 水利水电规划设计总院 水工设计手册（基础理论）水利电力出版社，19836 水利水电规划设计总院 水工设计手册（砼坝）水利电力出版社，19877 水利水电规划设计总院 水工设计手册（泄水与过坝建筑物） 水利电力出版社，19878 潘家铮 重力坝的设计和计算 水利电力出版社，19879 林继镛 水工建筑物 中国水利水电出版社 200610 吴持恭主编 水力学上、下册 高等教育出版社，200511 周之豪主编 水利水能规划 中国水利水电出版社，200612 王世夏编著 水工设计的理论和方法 水利水电出版社，2000设计（论文）成果要求：（包括外文翻译、开题报告、设计或论文正文的数量和质量等要求等）1 开题报告： 不少于2500 字2 译文： 不少于3000 汉字3 设计说明书： 50 页 2 万字； 设计计算书： 50 页图纸： 1号3张说明书要求文字简洁、论点明确、层次分明、书写清楚，并附有必要的图表。计算书是说明书的补充文件，应包括计算过程、计算公式、计算依据、计算成果，要求条理分明，书写工整。其它要求：（如设计型课题的原始资料及主要参数要求或论文型课题的论点、论据、逻辑性要求等）搜集、阅读与本课题相关的资料，调查研究，独立设计；根据进度要求按时、按质、按量完成毕业设计。进度及要求起止日期要求完成的内容及质量1-1周 23周45周69周 1011周 12-14周了解设计任务，熟悉分析相关资料；坝型选择和枢纽布置；调洪演算；非溢流坝剖面设计及应力计算和稳定性分析；溢流坝剖面设计；消能防冲设计等；整理资料；评阅及论文答辩。审核（教研室主任）批准（系主任） 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名： 日 期： 摘要以ST水电站为依托，从坝型选择，枢纽布置，调洪计算，剖面设计，稳定分析和应力分析，细部构造设计与坝基处理，地基处理以及廊道系统等方面对ST水电站进行了初步设计。主要设计内容如下：（1）采用半图解法进行调洪演算，演算调得设计洪水位365.61m，校核洪水位366.71m。（2）设计的初步剖面为，坝高88.05m，顶宽8m，下游坡率1:0.7，底宽61.64m，溢流坝采用816表孔溢流。（3）采用按抗剪断强度公式法进行抗滑稳定计算,计算结果设计时抗滑系数K为3.21大于3，校核时抗滑系数K为3.13大于2.5，均满足抗滑要求。（4）采用材料力学分析法进行强度分析，未出现拉应力，满足强度要求。（5）其他。关键词：枢纽布置 混凝土重力坝 剖面设计 荷载计算 稳定分析和应力分析AbstractBased on the ST hydroelectric station, making primary design on the hydroelectric station in selection on the type of dam, ground-handling project layout, calculus of flooding, section design, stability analysis and stress analysis, detailed structural design and dam foundation treatment, foundation treatment and gallery systems and so on. The main design contents as follows.（1）Making the calculus of flooding by semi graphical method, the result of the calculus is that the design flood level is 365.61 meters and the check flood level is 366.71 meters.（2）The designed primary section is that the height of dam is 88.05 meters, the breadth of the top is 8 meters, the gradient of lower reaches is 1:0.7, the breadth of bottom is 61.64 meters, overflow dam makes use of 816 surface outlet hole overflow.（3）Adopt the shearing assistance strength equation to the skid assistance stability calculation, when designing antiskid coefficient is K=3.21 more than 3 and antiskid coefficient is K=3.13 More Than2.5 when checking nucleus and the result is satisfied the requirement.（4）Adopt the material mechanics methods to the intensity analysis, Does not appear tensile stresses and the result is satisfied the intensity requirement.（5）Others.Keywords：Ground-handling project layout concrete gravity dam section the load calculation stability analysis and stress analysis目录前言1第一部分 设计说明书1基本资料21.1自然条件及工程31.2坝址与地形情况21.3水库规划资料32枢纽布置42.1 枢纽组成建筑物及其等级42.2枢纽布置53洪水调节63.1基本资料63.2洪水调节基本原则73.3调洪演算84非溢流坝剖面设计114.1设计原则114.2剖面拟订要素114.3抗滑稳定分析与计算134.4应力计算145.溢流坝段设计165.1泄水建筑物方案比较165.2工程布置165.3溢流坝剖面设计165.4消能设计与计算176细部构造设计186.1坝顶构造186.2廊道系统196.3坝体分缝206.4坝体止水与排水216.5基础处理22第二部分 设计计算书1.调洪演算251.1调洪演算的目的251.2调洪演算的基本原理和方法251.3调洪的基本资料271.4调洪演算的过程计271.5调洪计算结果402坝体剖面设计402.1非溢流坝段计算402.2溢流坝剖面设计432.3下游消能设计472.4 WES堰面水面线计算493.荷载计算及组合533.1抗滑稳定分析534.稳定分析.605.应力分析625.1弯矩计算626.应力分析计算65参 考 文 献 68致 谢6969ST重力坝毕业设计前言本次毕业设计是根据根据教学要求，对水利水电专业本科毕业生进行的最后一项教学环节。本毕业设计内容为宁溪水利枢纽工程，它基本包括了一般水利枢纽所需进行的坝工初步设计的全过程。ST水电站位于贵州省东北部沿河县境内，系乌江干流规划开发的第七个梯级，上游120.8公里为思林水电站，下游7公里为沿河县城。沙沱水电站以发电为主，兼顾航运、防洪及灌溉等任务。ST坝址控制流域面积54508平方公里，多年平均流量951立方米/秒。初拟电站正常蓄水位365米，汛期限制水位351米（68月），死水位350米。水库总库容6.31亿立方米，调节库容4。13亿立方米，电站装机容量100万千瓦，与构皮滩水电站联合运行保证出力35.66万千瓦，多年平均发电量38.77亿千瓦时，机组年利用小时3877。枢纽工程拟建垂直升船机，设计可通航500吨机动驳，2020年过坝货运量按193.2万吨(其中下水173.6万吨)规划.电站枢纽为二等工程,主要水工建筑物为二级建筑物。此工程建成后可以保护广大的农田和城镇，免受洪水和渍涝灾害，从而减免国民经济的损失，具有很好的社会经济效益。大坝为混凝土实体重力坝，坝顶高程为368.05m，最大坝高88.05。泄洪坝段位于河床中部，两侧为挡水坝段。电站采用右岸引水式，水库的防洪库容，可满足本工程2000年防洪标准。设计的基本内容包括枢纽总述，坝型选择及枢纽布置，主要建筑物的设计与计算，细部构造设计及地基处理等。根据设计总要求，设计内容偏重于坝型选择与主要建筑物的设计，而由于时间关系对建筑物中电站厂房坝段的设计及施工导流设计两部分设计这里不进行叙述。本书在阐述过程中，尽可能的配置了许多的插图、附表和附录，以供参阅。本次设计期间要特别感谢指导老师吴海林老师的悉心指导。由于时间仓促，限于本人的水平以及以前从未进行过工程实践缺乏经验，特别是对本设计的工程所在地也未进行过实地考察，因此，书中如有不当和错误之处，恳望各位老师和读者谅解予以指正。第一部分 设计说明书1基本资料1.1自然条件及工程ST水电站位于贵州省东北部沿河县境内，系乌江干流规划开发的级，上游120.8公里为思林水电站，下游7公里为沿河县城。乌江是典型的山区河流，全长1037公里(其中贵州境内为874公里)，干流天然落差2124米，平均比降2.05。乌江流域地势由西南向东北倾斜，东西向高差大，流域面积87900平方公里，在贵州境内有67500平方公里。自河源到乌江渡，定为乌江上游，长448公里，这段河道河谷深切，纵坡陡峻，伏流众多，洪枯水位变幅特大。从乌江渡到沿河县城为乌江中游，长346公里，河道穿行于深山谷之中，礁石林立，滩险密布，有名的璇塘天生桥镇天洞、一子三滩号称“四大天险”，均在此段。从沿河县城到重庆市的涪陵河口为乌江的下游，长243公里，此段河道河谷宽窄相间，两岸多有田地分布，农田和居民点较为集中。 本流域属亚热带季风气候区。冬季主要受西伯利亚冷气流的影响，夏季受印度洋孟加拉湾的西南暖湿气流和西太平洋的海洋性气侯影响。流域内雨量丰沛，ST坝址以上流域多年平均降水量为1091.0mm。多年平均水面蒸发量为753.8mm，年际之间相差较大，年内各月也相差很大。多年平均相对湿度一般在76%以上。多年平均风速为0.7m/s，实测最大风速为25m/s，相应风向为E。多年平均远近雷暴日为46.5日，七月份最多为9.0日。沿河站气温统计表见表1-7。沿河站地温水温统计表见表1-8。表1.1 沿河站气温统计表 单位：项 目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年多年平均6.47.712.217.621.624.928.027.724.018.313.38.517.5极端最高24.628.632.735.639.139.941.642.038.436.632.725.242.0相应日期2310261606212708101208058/8相应年份1972196219731958198819811971198119901985197919681981极端最低-5.4-3.10.01.89.013.918.317.513.07.0-0.3-3.5-5.4相应日期300810020804282D2429301630相应年份19771974197419721960196119922Y19771957196219751977表1.2 沿河站地温及水温统计表 单位：项目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年地面均温7.18.513.319.424.227.932.632.427.020.314.49.019.7极端最高37.538.551.055.862.965.070.273.267.555.843.441.555.2极端最低-6.4-6.8-3.70.88.413.317.716.410.94.3-1.4-9.13.75cm平均7.48.512.918.422.726.630.430.626.220.114.59.519.010cm平均7.98.812.918.222.426.330.230.526.420.315.110.119.115cm平均8.29.012.818.022.326.029.830.426.520.715.410.519.120cm平均8.79.312.517.922.225.629.530.026.321.016.011.119.2平均水温12.713.015.318.420.621.723.323.722.520.017.314.418.6注：表中地温为沿河站统计，水温因沿河站无水温观测资料，根据上游思南水文站统计。 1.2坝址与地形情况坝址处河床狭窄,（普通洪水流量时）死河滩，坝址附近河床坡度甚陡，水流湍急，有小瀑布，右岸地势较高，左岸地势较低，有起伏之山头。坝址处为震旦纪砂岩。左岸风化较严重，深达3 4，且夹有页岩。水层岩岩层为向斜层之一翼微倾向上游。坝址处水流急，故无砂卵石等淤积物。无侵蚀地下水。附近曾发生6级地震，设计应按7级进行考虑。1.3水库规划资料表1.3 规划资料序号名 称单 位数 量备 注1水库水位：正常蓄水位m365死水位m353.52正常蓄水位时水库面积km229.96静水3回水长度km114.44水库容积：总库容亿m39.05校核洪水位以下正常蓄水位以下库容亿m37.7调节库容亿m32.87死库容亿m34.83死水位以下5调节特性日调节2枢纽布置2.1枢纽组成建筑物及其等级2.1.1根据枢纽的任务确定枢纽组成建筑物根据ST水电站以发电为主，兼顾航运、防洪及灌溉等任务，故需的永久建筑物包括挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、开关站、通航建筑物。为便于施工，还需要导流建筑物、施工围堰等临时建筑物。2.1.2确定建筑物等级表2.1 水利水电枢纽工程的分等指标工程等别工程规模分等指标水库总库容（亿米）防洪灌溉面积（万亩）水电站装机容量（万千瓦）保护城镇及工矿区保护农田面积（万亩）一大（1）型10特别重要城市、工矿区500150120二大（2）型101重要城市、工矿区5001001505012030三中 型10.1中等城市、工矿区10030505305四小（1）型0.10.01一般城镇、工矿区30550.551五小（2）型0.010.00150.53.0)3.13(2.5)满足稳定要求。4.4应力计算4.4.1分析的目的检验所拟坝体断面尺寸是否经济合理，并为确定坝内材料分区，某些部位配筋提供依据。4.4.2分析方法应力分析的方法有理论计算和模型试验两类。理论计算又分为材料力学法和弹性理论法，材料力学法计算简便，适应面广，并有一套比较成熟的应力控制标准，目前仍被普遍采用，适应于地质比较简单的高坝；本工程坝高366.08.8-280m=88.05m在大于70m范围内，采用材料力学分析法。4.4.3 材料力学法的基本假设1、坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料；2、视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力；3、假定坝体水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。4.4.4荷载组合1、设计洪水情况：自重+设计洪水位对应的静水压力+扬压力+浪压力+沙压力；2、校核洪水情况：自重+校核洪水位对应的静水压力+扬压力+浪压力+沙压力；4.4.5应力计算在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，所以，在重力坝设计规范中规定，首先应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。计算公式如下：1、水平截面上的正应力，因为假定正应力按直线分布，所以按偏心受压公式；=；来计算上下游边缘应力，其中：作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的合力，kN;作用于计算截面以上全部荷载对截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kNm；计算截面的长度， 2、剪应力上游面水压力强度, 下游坝坡坡率上游面水压力强度, 上游坝坡坡率3、水平正应力=- =+4、主应力=（1+）- =（1+）- =重力坝非溢流坝段的荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、冰压力、地震荷载等，常取1坝长进行计算。应力计算结果如下：（以下应力单位均为KPa）1、 计扬压力 由上面的公式计算出各个应力，分析可看出由以上可以看出坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。2、不计扬压力不计扬压力时其应力计算与计扬压力是计算方法一样，主要分析垂直正应力和、剪应力，、水平正应力, 、第一主应力,、第二主应力五种应力，详情见计算说明书。由成果分析，以上可以看出坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。5.溢流坝段设计5.1泄水建筑物方案比较5.1.1布置原则（1）坝址洪峰流量大,泄水建筑物要有较大的泄流能力和灵活可靠的运行方式。考虑下游的防洪要求，泄水建筑物应有较好的泄流能力。（2）坝址左岸陡峭，右岸为顺向坡，采用了右岸引水式厂房，两岸没有布置溢洪道的条件，加上选择了混凝土重力坝，所以采用河床坝身泄洪方式。5.1.2泄洪方案选择由第三章中的调洪演算中可知选取第一个方案为最终方案：8个表孔。8个表孔堰顶高程为345，孔口净宽816=128，设计洪水位为365.61，相应下泄量q为230