[学士]文滩水利枢纽粘土心墙坝毕业设计.docx

文滩水利枢纽粘土心墙坝

毕
业
设
计
说
明
书

目录

第一章 工程概论 1
第二章：设计的基本资料及水库工程特性 2
2.1 设计的基本资料 2
2.1.1 水文气象 2
2.1.2 工程地质 2
2.1.3 筑坝材料及其物理力学性质 3
2.1.4 水库的运用要求 4
2.2 水库工程特性 5
2.2.1 水库淹没处理、工程占地移民处理 5
2.2.2 环境影响评价 5
2.2.3 水土保持 5
第三章 枢纽布置及工程等级 7
第四章 坝工设计 8
4.1 坝型选择 8
4.2 坝的断面设计 9
4.2.1 坝顶高程确定 9
4.2.2 坝顶宽度确定 13
4.2.3 坝坡确定 13
4.2.4 防渗体尺寸确定 13
4.2.5 排水设备的形式及其基本尺寸的确定 13
4.2.6 土坝与坝基,岸坡的连接 14
4.3 土坝的渗透计算 14
4.3.1 参数取值 16
4.3.2 计算公式 16
4.3.3 浸润线绘制 17
4.3.4 全坝长的总渗流量 20
4.3.5 成果分析与结论 20
4.4 稳定计算 21
4.4.1 计算方法与原理 21
4.4.2 稳定计算 21
4.4.3 稳定成果分析 24
4.5 土坝的细部结构 24
4.5.1 坝的防渗体、排水设备 24
4.5.2 反滤层设计 24
4.5.3 护坡及坝坡设计 25
4.5.4 坝顶布置 26
第五章 泄水建筑物设计 27
5.1 隧洞的工程布置 27
5.1.1 洞型选择 27
5.1.2 洞线位置 28
5.1.3 工程布置 28
5.2 高程确定 29
5.3 隧洞设计 29
5.3.1 平压管 29
5.3.2 通气孔 30
5.3.3 渐变段 31
5.3.4 洞身段 31
5.3.5 出口段 32
5.3.6 消能设置 32
5.3.7 消能计算、 32
5.3.8 水力计算 35
5.4 隧洞的衬砌设计 36
5.4.1 衬砌类型的选择 36
5.4.2 计算断面的选择 37
5.4.3 拟定厚度: 37
5.4.4 计算各种荷载产生的内力 37
5.4.5 荷载组合 40
5.4.6 配筋计算抗裂验算 41
5.4.7 灌浆孔布置 42
第六章 引水建筑物的设计 43
6.1 引水隧洞的线路选择 43
6.2 洞型的选择 43
6.3 工程布置 43
6.3.1 进水口段 43
6.3.2 洞身段 45
6.4 隧洞的衬砌设计 47
6.4.1 衬砌的类型选择 47
6.4.2 计算断面的选择 47
6.4.3 拟定衬砌厚度 47
6.4.4 计算各种荷载产生的内力 48
6.4.5 荷载组合 51
6.4.6 配筋计算，抗裂计算 52
6.4.7 排水 54
6.5 水击验算 54
6.6 判断是否设调压室 54
6.7 压力钢管的设计 55
参考文献 56

1 工程概况
文滩水利枢纽工程位于铅山县天柱山乡境内，距县城约50km，坝址地处铅山河支流杨村水中游，是铅山河流域内具有防洪、灌溉、发电、供水及水产养殖等综合效益的控制性工程。
经综合分析论证，文滩工程规模基本选定为：水库正常蓄水位252.0m，死水位为230.0m，防洪限制水位250.0m，防洪高水位为254.70m，相应防洪库容为0.261×108m3，调节库容0.938×108m3，水库总库容1.798×108m3；灌溉农田面积10.62万亩；电站装机容量20.0MW；枯水季节能为下游工矿企业补充1500×104m3生产生活用水。
在发电方面：电站装机2×10.0MW，年发电量6074×104kW.h，保证出力4520kW，年利用小时3037h；在供水方面：枯水季节能补充下游工矿企业生活生产用水1500×104m3。
枢纽主要建筑有：大坝部分，右岸泄洪洞，左岸引水隧洞。

2 设计的基本资料及水库工程特性
2.1 设计的基本资料
2.1.1 水文气象
文滩水利枢纽坝址处于铅山河支流杨村水中游。杨村水为信江二级支流，发源于武夷山脉读书尖。河流自南向北流经篁碧、港口、天柱山、港东、杨村、五都等地，在下坂与石塘水相汇后称铅山河。杨村水主河长70km，流域面积465km2，河道平均坡降6.6‰。文滩水库坝址以上集雨面积242km2、主河长41.9km，流域平均宽度5.77km，主河道平均比降11.62‰。坝址附近无水文测站，选择铅山河流域内铁路坪水文站作为参证站，由1959年至2000年共42年径流资料，推求坝址多年平均流量为11.0m3/s，Cv=0.31,Cs=2.5Cv，多年平均径流深1438.8mm，多年平均径流量3.48×108m3。铅山河为雨洪式河流，洪水与暴雨相应，多发生在4~9月份，洪水主要由锋面雨形成，台风雨也能形成较大洪水。经分析计算，坝址设计洪水成果：校核洪水标准（P=0.1%），相应洪峰流量为2640m3/s，洪量W1=87.73×106m3、W3=155.17×106m3；设计洪水标准（P=1%）、相应洪峰流量为1500m3/s，洪量W1=52.06×106m3、W3=92.08×106m3。铅山河属少泥沙河流，坝址多年平均悬移质输沙量4.55×104t、推移质输沙量1.82×104t。
铅山河流域属亚热带季风气候区，流域内各地多年平均气温18.1℃，极端最高气温40.1℃，极端最低气温-10.6℃，多年平均相对湿度79%。多年平均降水量1908.9mm，最大年降水量2856.7mm（1998年），最小年降水量1177.1mm（1971年），多年平均蒸发量1550.4mm，多年平均风速1.9m/s，实测最大风速20.3m/s。址区洪水期多年平均最大风速16ｍ/ｓ，吹程为2.5公里。
2.1.2 工程地质
本区处华南褶皱系、赣中南褶隆、饶南拗陷区。区内地势东南高、西北低，下游为低山丘陵区，中上游属中低山——中高山构造剥蚀地貌，不良物理地质现象不甚发育。区内出露地层主要为燕山早期花岗岩。枢纽及库区处于次一级的陈坊~永平~八都区域隆起构造带，未发现孕震断裂分布，不存在产生水库诱发地震的可能性，根据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》，本区地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱周期小于0.35s，
区域构造稳定性较好。
水库区地层岩性单一，组成库盆、库岸的花岗岩体岩性坚硬，透水性弱，库周分水岭雄厚，库区产生永久性渗漏的可能性小，库岸稳定性较好。未来库区淤积问题不大。库区内未发现有工业开采价值的矿产资源及古文化遗址分布，淹没影响较小。不存在浸没问题。
坝区含上、下两个坝址，均属构造剥蚀中低山地貌，位于燕山早期侵入的文滩岩体上岩性，为细粒花岗岩，岩性单一，一般弱风化～微新岩体为中等～较好质量岩体。地质构造较简单，未发现较大的断裂构造及顺河断层。构造节理主要为北东向和北西向两组，卸荷裂隙发育不明显。
坝区的地下水主要为基岩裂隙潜水。地下水埋深多受大气降水和地形条件及季节变化等因素所控制。岩体透水性则受地形条件、节理裂隙的密度与贯通，节理裂隙充填状况及岩体风化程度等多种因素影响，一般遵循自上而下，由大到小的规律。据水质分析结果，坝区河水和地下水对混凝土具中等溶出型侵蚀性。
上、下坝址存在的工程地质问题，主要为渗漏及坝肩稳定问题。由于岩体风化及节理裂隙的影响，坝址基础开挖以后，建基面以下一般为弱～中等透水岩体，需作防渗处理。上坝址可利用基岩埋深较大，建基面以下透水岩体厚度也较大。下坝址拱坝方案右坝肩，由于局部分布有缓倾角节理裂隙，其与坝区较发育的北西或北东向两组陡倾角结构组合，存在与拱肩推力方向夹角很小的不利组合面，有沿该组面产生滑动的可能，对拱肩稳定不利。
就工程地质条件而言，上、下坝址均具备修建90m左右大坝的条件。而下坝址的工程地质条件优于上坝址。
据本阶段对三条引水隧洞、一条导流隧洞、一个溢洪道及三个发电厂房和下坝址上、下游围堰作的地质勘探工作，这些建筑物均处于中低山地貌，围岩为细粒花岗岩，洞室大部分置于弱风化～微新岩体，地下水量不丰，地质构造较简单，洞线进出口及厂房区未见较大的滑坡、崩塌等不良物理地质现象。各引水隧洞线及厂房均未发现大的工程地质问题。上、下游围堰不存在大的工程地质问题。
2.1.3 筑坝材料及其物理力学性质
（一）坝址处地基物理力学设计指标
坝址处具有砂质亚粘土覆盖层，河床处覆盖深度约为5米，两岸垂直坡面覆盖左岸3米，右岸12米。砂质亚粘土覆盖层物理力学指标如下：

干容重Υｄ=1.59ｔ/ｍ3 饱和容重ΥS=2.00ｔ/ｍ3
浮容重Υｂ=0.98ｔ/ｍ3 渗透系数K=4.5×10-6ｃｍ/ｓ
凝聚力ｃ=0.38ｋｇ/ｃｍ2 内摩擦角φ=20.570
（二）筑坝材料
1.砂壤土
干容重Υｄ=1.70ｔ/ｍ3 饱和容重ΥS=2.10ｔ/ｍ3
浮容重Υｂ=1.00ｔ/ｍ3 渗透系数K=2.5×10-5ｃｍ/ｓ
凝聚力ｃ=0.29ｋｇ/ｃｍ2 内摩擦角φ=300
湿容重Υｗ=1.90ｔ/ｍ3
2、粘土防渗体
干容重Υｄ=1.65ｔ/ｍ3 饱和容重ΥS=2.07ｔ/ｍ3
浮容重Υｂ=1.05ｔ/ｍ3 渗透系数K=3×10-6ｃｍ/ｓ
凝聚力ｃ=0.35ｋｇ/ｃｍ2 内摩擦角φ=240
湿容重Υｗ=1.85ｔ/ｍ3
3、砂砾料
干容重Υｄ=1.67ｔ/ｍ3 饱和容重ΥS=2.04ｔ/ｍ3
浮容重Υｂ=0.99ｔ/ｍ3 渗透系数K=2×10-2ｃｍ/ｓ
凝聚力ｃ=0 内摩擦角φ=330
湿容重Υｗ=1.81ｔ/ｍ3
4、块石
干容重Υｄ=1.79ｔ/ｍ3 饱和容重ΥS=2.14ｔ/ｍ3
浮容重Υｂ=1.19ｔ/ｍ3 内摩擦角φ=380
湿容重Υｗ=1.85ｔ/ｍ3
2.1.4 水库的运用要求
文滩水利枢纽工程位于铅山河流域杨村水中游，是以防洪、灌溉为主，兼顾发电、供水和水产养殖的综合利用工程。经综合分析论证，文滩工程规模基本选定为：水库正常蓄水位252.0m，死水位为230.0m，防洪限制水位250.0m，防洪高水位为254.70m，相应防洪库容为0.261×108m3，调节库容0.938×108m3，水库总库容1.798×108m3；灌溉农田面10.62万亩；电站装机容量20.0MW；枯水季节能为下游工矿企业补充1500×104m3生产生
活用水。
文滩水利 枢纽工程综合利用效益显著。在防洪方面：经水库调蓄可使下游沿河两岸和港东、杨林、五铜、永平、鹅湖、福惠等7个乡（镇）的村镇和农田、永平铜矿的供水设施和尾矿污水排放设施、横 南铁路线和上饶联络段铁路线以及铅山县河口镇的防洪标准由5年一遇提高到20年一遇；在灌溉方面：从水库坝下取水可灌溉下游铅山西部灌区的杨林、五铜、福惠、虹桥、汪二、河口茶场、新安埠、汪二垦殖场等九个乡（镇、场）的10.62万亩，农田灌溉保证率达90%；在发电方面：电站装机2×10.0MW，年发电量6074×104kW.h，保证出力4520kW，年利用小时3037h；在供水方面：枯水季节能补充下游工矿企业生活生产用水1500×104m3。
2.2 水库工程特性
2.2.1 水库淹没处理、工程占地移民处理
水库淹没影响涉及铅山县天柱山乡的檀合村、子源村、邓源村、叠石村4个自然村及葛仙山林场、林管站等2个林业单位。水库淹没及工程占用耕地共1250.74亩，需迁移人口1273人，其中农业户口1148人。移民安置采取开发农业为主的安置方针，安置去向主要安排在土地资源较为丰富的杨林乡和港东乡。淹没补偿总投资为5857.43万元。
2.2.2 环境影响评价
工程建设对生态环境和社会环境的影响有利有弊：工程在防洪、灌溉、发电和供水等方面均产生巨大的环境效益和社会效益，可缓解洪水对杨林中下游地区人民生命财产和心理威胁，为该地区创造更为安全的生活环境；通过水库调节，可提高下游农田的灌溉保证率，提高土地生产能力，促进农业生态环境良性循环；发电效益的发挥对铅山县的经济发展也起着促进作用；另外水库还为水产养殖、休闲和旅游创造了有利条件。除水库淹没造成土地损失属永久不利影响外，其于如施工期施工弃喳、废水气、噪声等不利影响均可采取一定措施予以减免。总之，不存在影响工程可行性的环境问题。
2.2.3 水土保持
工程建设中将不可避免压占部分土地、改变原有地貌，对水土保持有一定影响，施工中产生的弃土石喳，可能引起水土流失，影响河道泄洪能力等，本工程施工损坏水土保持
设施包括工程建设征用或租用的林地、荒坡等，共计168.15km2，其中林地158.70km2、荒地9.45km2。通过制定相应的对策，对施工区、灌区、移民安置区采取切实可行的工程、植物等防治措施，可减少工程建设造成的水土流失影响，以其更好地发挥工程效益，实现工程建设与水土保持建设的协调发展。

3 枢纽布置及工程等级
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-----2000划分。
综合考虑水库总库容,防洪效益,灌溉面积,电站装机容量,工程规模,取最高级别,由库容(总库容1.798×108m3)控制，所以工程等级属大(2)型。
永久性水工建筑物洪水标准:正常运用(设计)洪水重现期100年;非常运用(校核) 洪水重现期2000年。
查教材建筑物分级表格：大(2)型的主要建筑物为2级,次要建筑物为3级,临时建筑物为4级。

4 坝工设计
4.1 坝型选择
坝型选择应综合考虑下列因素，经技术经济比较确定：
1．坝址区河势地形、坝址基岩、覆盖层特征及地震烈度等地形地质条件；
2．筑坝材料的种类、性质、数量、位置和运输条件；
3．施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件和初期度汛等施工条件；
4．坝高：高坝多采用土质防渗体分区坝，低坝多采用均质坝，条件合适时宜采用混凝土面板堆石坝；
5．枢纽布置、坝基处理以及坝体与泄水、引水建筑物等的连接；
6．运行条件：如对渗漏量要求高低，上、下游水位变动情况，分期建设等；
7．坝及枢纽的总工程量、总工期和总造价。
拱坝:对地基要求较高,施工较难,技术复杂,故不可选。
重力坝:对地基要求较高,又不能就地取材,浪费了当地的自然资源,施工较复杂,对施工场地的要求较高,故不可采用.
土石坝:对地基要求低,对地质地形要求低,又可就地取材.主施工方法灵活,施工技术简单,经济等.故可采用.
但选用土石坝又有均质和心墙两种:
均质坝:施工期易产生孔隙水压力,坝体材料抗剪强度小,且施工碾压困难,均质坝材料单一,施工简单,但坝体粘性较大,冬雨季施工不方便,而坝址处主要以石料为主,不利于就地取材.
心墙坝:工程量较小,且有利于就地取材,能较好地适应不均匀变形,稳定性,抗震性好,坝壳对心墙的拱效应作用减弱.出于对当地材料大充分利用，可以用粘土作为防渗体材料。
综合考虑地形地质条件,建筑材料,施工条件,综合效益等因素,最终选择粘土心墙土石坝方案.

4.2 坝的断面设计
大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体及排水设施等。
4.2.1 坝顶高程确定
因土石坝不允许漫顶溢流,要求坝顶距上游静水位必需有一定的超高,超高值由下式确定:
Y=R+e+A
式中:
R—最大浪在坝坡上的爬高；
e—最大风壅水面高度；
k—综合摩住阻系数,k=3.6×10-6；
H—坝前水深；
β—风向与坝轴线的夹角；
V、D—计算风速（在设计洪水位时，V取2倍的平均风速；在校核洪水位时，取最大风速）和吹程；
A—安全加高；(对于本设计:查课本P222表5-1得:正常运行取A=1.00;非常运行取A=0.50)
（一）：计算超高Y
Y=R+e+A
1：计算波浪爬高R
波浪爬高按蒲田试验站公式计算.先计算平均爬高,再计算设计爬高R, 平均爬高按下式计算：

式中：－—平均波浪爬高
——平均波高
——平均波长
m——单坡的坡度系数
——斜坡的糙率渗透性系数,根据护面类型由表A.1.12-1查得
根据枢纽的基本情况,确定水库采用砌石护面,查《碾》表A.1.12-1得与坝坡粗糙率有关的系数
=0.75~0.8,采用0.8
知风速16×2=32m/s坝前水深256.00-170=86m,取g为9.81m/s2,求得无量纲,，查规范《碾》表A.1.12-2得经验系数kw=1.02，取风向与坝轴线垂线的夹角为0º
查规范表V.1.15得折减系数kβ=1,初拟定坝坡m=2,又知吹程D=2.5×103m.
2：计算坝前壅水位的高度e

3：安全加高
查课本P222表5-1得:正常运行取A=1.00;非常运行取A=0.50
Ⅰ：对于正常运行情况
1：爬高R的计算：
平均坡高：
=0.0018×322/9.81×(9.81×2500/322)0.45=0.784m
平均坡长：
=25×0.784=19.612 m
将上式各值代入得:

根据爬高值累积概率P按工程等级给来确定,对该枢纽Ⅱ级土石坝取P=1%的爬高值R1% ；根据=0.784m, H=86m,得,查规范《碾》表A.1.13得 ，则：
R=2.23=2.23×1.431=3.191m。
2：计算坝前壅水位的高度

3：安全加高，按Ⅱ级坝和正常运用情况查规范表5.3.1,A=1.正常运用情况下坝顶超高为Y=3.191+0.0055+1=4.197m
4：正常运用条件下的坝顶高程及坝高为：
设计洪水位：254.75+4.197=258.947m
坝顶高程：258.947-1=257.947m （取防浪墙高为1米）
坝高：257.947-170=87.947m
Ⅱ：对于非常运用情况
1：爬高R的计算

=0.0018×162/9.81(9.81×2500/162)0.45
=0.366m
=25×0.366=9.15m
同样

又 及
R=2.23=2.23×0.668=1.490m
2：计算坝前壅水位的高度

3：安全加高，按Ⅱ级坝和非常运用情况查规范表5.3.1,A=0.5.非常运用情况下坝顶超高为Y=1.467+0.00134+0.5=1.981m
非常运用条件下坝顶高程为
校核：256.45+1.981=257.981 m
坝顶高程：257.981-1=256.981 m
坝高：256.981-170=86.981 m
超高就算结果表：
工况
参数

R
e
A
Y
正常运行情况
3.191
0.0055
1
4.197
非常运行情况
1.490
0.0013
0.5
2.004

坝顶高程计算结果表：
工况
参数

超高Y
坝顶高程Δ=H+Y-1(防狼墙)
坝高
取值
（两种取其大值）
正常运行情况
4.197
257.94
87.947
√
非常运行情况
2.004
257.004
87.004

综上，比较正常运用和非常运用条件下的坝顶高程257.947m和256.981m中取较大值257.947m，所以确定坝顶高程为257.947m，则坝高为87.947m。以坝高的0.4%为预留沉陷值,则施工高程为257.947+87.947×0.4%=258.299m

4.2.2 坝顶宽度确定
按《碾》SL247-2001规定,坝顶宽度取决于构造；有无交通要求和人防条件，同时考虑防汛抢险,抗震,人防等需要,对高坝(坝高大于70m)可选用10~15米,又根据《水工建筑物》可知坝顶高度不小于坝高的1/10(即86.78/10≈9m)并一般不小于3米,由地形图可知,在坝顶附近有一交通桥,因此坝顶可做交通的要求,取10米.
4.2.3 坝坡确定
土石坝的坝坡取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素，一般参照已建成类似工程经验拟定坝坡，再经过计算分析逐步修改确定。在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减少坝体工程量。
上游考虑在一半坝高附近变坡一次，上部坡率取2.5，下部坡率取3.0，变坡处高马道。下游每隔25m变坡一次，变坡处设1.5～2.0m宽的马道，坡率自下而上依次为2.0、2.0、2.5。
设置马道有利于坝坝稳定，便于观测和检修、设置排水设备，也可作为交通之用，考虑这些因素其宽度取为2.0m。
4.2.4 防渗体尺寸确定
坝的防渗体。防渗体的尺寸以满足构造、施工及防止开裂等要求为原则，同时也要满足稳定要求。坝的防渗体为粘土心墙，其最小厚度（底部）由粘土的允许渗透坡降确定。根据经验，本设计粘土允许坡降取[J]=４，承受的最大水头78.94m，心墙底部厚须大于78.94/４=19.735m。参考以往工程心墙顶宽取4m（满足大于3m机械化施工要求），上下游坡率为0.2，底宽34.78m大于19.735m。心墙顶高程以设计水位加0.6m超高并高于校核洪水为原则,最后取256.947m，上留有1m的保护层。
4.2.5 排水设备的形式及其基本尺寸的确定
根据工程实际,坝址处石料丰富,可采用隧洞开挖的石料故采用堆石体棱体排水设备。
根据《水工建筑物》堆石体顶面应高出下游最高水位177.51m（校核水位178.581m）并且二级坝不得小于1.0m.故取高程为178.5m,顶宽不小于1.0m取3m。其内坡根据施工条件取1:1.5外坡取1:2见图。由外向内分别铺设粗砂0.2m卵石0.3m最后面用砌石。具
体构造见图。
4.2.6 土坝与坝基,岸坡的连接
坝体与坝基及岸坡的连接必须妥善设计和处理，连接面不应发生水力劈裂和临近接触面岩石大量漏水，不得形成影响坝体稳定的软弱面，不应由于岸坡形状或坡度不当引起不均匀沉降而导致坝体裂缝。
本设计中所选坝址处为砂质亚粘土覆盖层，河床处覆盖深度约为5米，两岸垂直坡面覆盖左岸3米，右岸12米。砂质亚粘土覆盖层物理力学指标如下：
干容重Υｄ=1.59ｔ/ｍ3 饱和容重ΥS=2.00ｔ/ｍ3
浮容重Υｂ=0.98ｔ/ｍ3 渗透系数K=4.5×10-6ｃｍ/ｓ
凝聚力ｃ=0.38ｋｇ/ｃｍ2 内摩擦角φ=20.570
根据实际工程情况，对土坝与坝基,岸坡的连接做出以下处理：
１．与坝基的连接
筑坝前将坝基范围内的表面层腐植土,稀泥,乱石等清除掉清基深度为0.3~1m。
防渗体与岩基的连接,把岩基开挖至新鲜岩面,并使岩面平整,在岩表面喷一层砂浆后回填粘土。
2．两岸的连接
两岸岸坡应进行清基,开挖后的岸坡不应陡于1:0.5~1:0.75,心墙与岸坡连接处的断面应扩大1/3,如两岸山坡有强风化层时可采用截水墙式将心墙伸入到弱风化层内。根据本工程的实际，岩石较好，可按实际进行清基。
4.3 土坝的渗透计算
土石坝的渗流计算主要是为了确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据；同时确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗漏损失，而且还要确定坝体和坝体渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便采取适当的控制措施。
目的在于：为稳定分析时，划分饱水区提供依据。
确定对稳定有影响的渗流作用力
进行坝体防渗体布置和土料选择
渗流计算包括以下水位组合情况：

上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；
上游设计洪水位与下游相应的水位；
上游校核洪水位与下游相应的水位；
库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况
（说明：本设计计算第二种情况为例，其他三种情况只在数值方面区别于第二种情况，计算方法和步骤完全一样。故不做重复劳动，在稳定计算里也只取此种情况进行计算。重在掌握计算方法和步骤，实际工程设计需对各种情况进行计算和校核，不可效仿）

断面选择:根据坝址处地质条件和下游是否有水情况,取三个高程,四个分段.如图:

I断面(170m高程)
II断面(200m高程)
III断面(230m高程)
如下面示意图：

4.3.1 参数取值
Ke=3×10-8m/s,K=2×10-4m/s, KT=4.5×10-8m/s
Ke为心墙的渗透系数;
K为坝体的渗透系数;
KT为坝基的渗透系数.
4.3.2 计算公式
上游设计洪水位254.75m，下游相应最高水位为176.43m；
由于河床平均比降为11.62%.而引水洞均不往坝址处排水,只有泄洪洞在洪水期间向下游宣泄洪水，所以坝址下游水位可看为零。且K/KT=4444>100,视地基为不透水地基.无须设置截水槽.
所以所有断面都采用：下游无水无截水槽心墙土坝的渗流计算公式
通过心墙的渗流量：

通过下游坝体渗流量：

由于通过心墙的渗流量等于通过下游坝体及坝基的渗流量，故解方程求得q及he,浸润线方程，其中。
4.3.3 浸润线绘制
Ｉ断面（170m高程）：
下游无水，按下游无水无截水槽心墙土坝的渗流计算公式计算。
H1=84.75m
δ=(4+34.78)/2=19.39
由设计图计算得L=184.5m。
计算得出单宽流量和逸出点高程：
he=3.1995m ；q=5.548×10-6m2/s
则浸润曲线为：
II断面（200m高程）
下游无水，按下游无水无截水槽心墙土坝的渗流计算公式计算。
H1=54.75m

δ=(4+24.15)/2=14m
由设计图计算得L=115m。
则按公式求得
he=1.9155m ;q=3.191×10-6m2/s
则浸润曲线为：

III断面（230m高程）
下游无水，按下游无水无截水槽心墙土坝的渗流计算公式计算。
H1=24.75m
δ=(4+13.47)/2=10.7m
由设计图计算得L=56m。
则按公式求得
he=0.7671m ;q=1.051×10-6m2/s
则浸润曲线为：

4.3.4 全坝长的总渗流量
总渗流量公式为：
列表计算如下
计算情况
计算项目
设计洪水位
上游水深H（m）
Ⅰ-Ⅰ
84.75
Ⅱ-Ⅱ
54.75
Ⅲ-Ⅲ
24.75
L1（m）
Ⅰ-Ⅰ
184.5
Ⅱ-Ⅱ
115
Ⅲ-Ⅲ
56
L（m）
Ⅰ-Ⅰ
140
Ⅱ-Ⅱ
70
Ⅲ-Ⅲ
100
逸出水深H1（m）
Ⅰ-Ⅰ
3.1995
Ⅱ-Ⅱ
1.9155
Ⅲ-Ⅲ
0.7671
渗流量q（m3/s·m）
Ⅰ-Ⅰ
5.548×10-6
Ⅱ-Ⅱ
3.191×10-6
Ⅲ-Ⅲ
1.051×10-6
总渗流量Q（m3/d）
95.49
4.3.5 成果分析与结论
由于水头大部分在防渗体中损耗,因此渗透坡降及渗透速度都很小，发生渗透破坏的可能性不大，防渗体与坝体接触面以按允许坡降[J]=4设计，亦不会发生渗透破坏，填筑材料的渗透坡降满足要求，且都设有防渗、反虑层；因此坝体发生渗透破坏的可能性不大。且考虑坝址处为V形河谷，岩石较为单一，整体性好，岩性好，且该断面坝址处水头最大，
水压力等不良因素最严重，比起坝体两端较复杂。因此，可不考虑计算两端的渗透问题。
4.4 稳定计算
4.4.1 计算方法与原理
土石坝发生稳定破坏时，将带来严重后果，甚至垮坝，土石坝稳定分析的目的就是核算土石坝在自重等各种情况下的孔隙压力和外荷载作用下，坝坡是否稳定、经济，对心墙坝来说，滑动面往往接近圆弧，滑裂曲面线在坝顶接近于垂直，在岩基上接近于坝坡底部处渐趋于水平；因此，心墙坝的滑裂面初定为圆弧面，根据水工建筑物和经验采用圆弧法分析坝坡稳定是较为合符实际。
先假定一系列圆心位置及半径不同的圆柱面.作为可能的滑裂面,对每一滑裂面计算坍塌滑体,即各种力对圆心和力矩,并分别归为抗滑力矩Mr和滑动力矩MS,两者的比值即该滑裂南的安全系数K=Mr/MS.一系列圆心位置作出许多可能滑裂面将得出许多相应的K值.从中求出一个最小值Kmin,若Kmin满足要求,则坝体稳定,反之,修改坝坡重新计算,直到满足要求为止。
4.4.2 稳定计算
1、确定定圆心位置：
在下游坡中点作一铅垂线,半在该点作另一直线与坡面成85°角,并以G为圆心,R1和R2为半径分别做弧,交以上两条直线成一扇形,上般情况下,最危险滑裂面圆心位置大致在此扇形面积内, R1和R2之值随坡度而变,由《水工建筑物》表4-8查得R1=0.75, R2=1.75。
距坝顶2H并距坝脚4.5H的点为M点,由坝脚坝顶按α,β两直线相交于M1 ，联接MM1 ，并延长,最危险滑动面圆心的范围,大致在扇形面积内MM1,延长线cd的附近, α、β的值随坝坡而变。由《水工建筑物》表4-9查得α=25°, β=35°
在cd线上选择n点为圆心,如O1,,O2,O3等作圆弧并均通过坝脚B点,求各圆弧的稳定安全系数k,标于O1,,O2,O3之上连接成R的变化曲线,从曲线上找出最小安全系数k的位置,通过作cd的垂线MN在此线上定两点O4，O5为圆心，仍通过B点作圆弧求其K值，同样将标于O4，O5的上方画出最大曲线，从中找出最小点，一般情况下，最小点的k值通过B1点的最小值。
在坡脚附近B2仿前解类拟的计算，经过计算k值增大，为了两单起点认为通过B1的最小值即安全系数。
2、计算步骤
用列表法计算：
①将拟定好的坝体横断面和计算出的浸润线位置绘于坝体横断面上。并按选好的圆心和半径并画出滑裂面，假定其厚度为1m。
②将滑弧内的土体按照每条土条宽度b=R/10划分为若干等宽的铅直土条，并进行编号，通过圆心O点的铅直直线作为第0号土条和中心线，0号从左到右的顺序为1，2，3，4，……n，以右顺序为-1，-2，-3，………-m,将时对应的sinα,cosα有值填入相应的表格中：
土条号I
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
sinαi
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
-0.3
cosαi
0.60
0.714
0.800
0.866
0.907
0.980
0.954
0.995
1.000
0.995
0.980
0.954
③根据具体情况，滑弧与坝底岩基相切故将土条高度分成，坝壳，坝体，砂砾料为一区，粘土防渗心墙料分为二区，坝底覆盖层砂性粘土为三区。第一区内浸润线以上的高度用h1表示，下游因考虑坝址处无水情况所以浸润线以下的高度用h2表示，第二区内同样浸润线以上的高度用h2表示，浸润线以下的高度用h2表示，第三区根据枢纽的具体及前面计算可知均在下浸润线以下，所以均用h2表示，将土条中心线的各种土条的高度hi量出，填入相应的表格中：
④根据各区土条的高度计算出各土条的重量。计算第一区浸润线以上时采用砂砾料的湿容重γw=1.81t/m3，计算浸润线以下部分时采用饱和湿容重γs =2.04t/m3 ，第二区浸润线以上用粘土的湿容重γw=1.85t/m3浸润线以下计算滑动力时用饱和湿容重γs =2.07t/m3，计算抗滑力时用浮容重γb=0.99t/m3；第三区覆盖层采用亚粘土的饱和湿容重γw=2.00t/m3，然后根据公式计算出（wi）1及（wi）2填入表格中，各断面滑弧的左右两侧土条宽度一般达不到标准宽度的可取化引高度按下式 计算（选自湖南省水利学校主编《水工建筑物》上册）表中所涉及到的公式均来自湖南省水利学校主编的《水工建筑物》

附滑面断面图计算表格，具体计算如计算书。

4.4.3 稳定成果分析
由上述计算成果可知：该坝在正常工作条件下的最小稳定安全系数为1.687，大于规范规定的1.15；所以拟定的断面尺寸合理。其它非正常校核情况，因坝址处的雨量多发在每年的4～9月，而该时段为引水发电的高期，用水高峰期，加上有泄洪建筑物的调节，基本上可以保持水位的不变，又该水库为大（2）型水库，库容量较大，调节性强，水位和上升降落维持时间较长，而坝体材料比较单一，渗流量又小，所以浸润线的回落比较的均匀缓慢，所以渗流问题较为稳定，对大坝的影响不大，可以不再考虑其他运行情况的渗流分析。
4.5 土坝的细部结构
4.5.1 坝的防渗体、排水设备
1、坝体防渗
坝体防渗体根据地质和该枢纽所在地的材料储备情况采用粘土心墙,心墙顶部高程为256.947m高出设计洪水位256.947-254.75=2.197m，顶部保护层厚度为1m.心墙顶度为4m自顶向下逐渐加厚,边坡上、下游都取1:0.2,计算点作用水头H=256-170=86m,根据经验取允许渗透坡降[J]=4,底部厚度为38.28>满足厚度要求，心墙与地基接合处为1m,取1:1的坡度，心墙两侧有0.2m的粗砂过滤层。
2、坝基防渗
坝基防渗采用粘土截水墙,上部厚与心墙底等厚,下部厚度取36.28m>截水槽开挖坡度为1:1,两侧有0.2m的粗砂过滤层。
4.5.2 反滤层设计
1、«碾压式土石坝设计规范» (SL274-2001)进行反滤层设计。对于被保护的第一层反滤料，考虑安全系数1.5-2.0，按太沙基准则确定，即

式中：为反滤料粒径，小于该粒径土占总土重的15%；为被保护的土粒径，小于该粒径土占总土重的85%；为被保护的土粒径，小于该粒径土占总土重的15%。
第二、三层反滤料的选择也按上述办法进行。
按此标准天然沙砾料不能满足要求，须对土料进行筛选。
2、设计结果：
粘土部位：第一层d=0.45mm厚20cm
第二层d=2.0mm厚30cm
第三层d=30mm厚20cm
第四层d=90mm厚60cm
4.5.3 护坡及坝坡设计
1、上游护坡
上游护坡坡面，从就地取材及材料经济考虑，设干砌石护坡,其下游主要防流水冲刷及人为破坏,下面放厚0.2m碎石垫层,护坡范围上至坝顶,下至死水位以下3m。
2、下游护坡
护坡下游护坡坡面(从就地取材及材料经济考虑)设干砌石护坡,厚0.3 m,下面放厚0.2m碎石垫层,护坡范围上至坝顶,下至排水棱体顶面。
下游坡面上设有排水沟,以汇集坡面流水,避雨水漫流坝面造成坝坡冲刷。据《水工建筑物》可知:垂直坝轴线方向每隔100m设置纵向排水沟连接横向排水沟，岸坡排水设置成梯形，排水沟为0.4×0.4m。
3、坝坡
坝坡:参考己建工程及根据《水工建筑物》可知,在碾压式土石坝中用砂性土壤筑成的坝坡其平均坡度一般在1：2~1：4左右,当坝基为较软弱的土质时,还需要适当放缓。
为了有利于坝坡的稳定,和有利于坝体的观测与检修,以及设置排水设备等,在变坡处设置马道,上、下游坝坡均设置3米宽的马道.并在下游马道靠坝体处设有0.4 m×0.4 m的截流沟,做坝体排水用
为了保护大坝坝坡坡面不受波浪,雨水,冰雹及穴居动物的破坏,防止波浪的淘刷,冰层和飘浮物的损害,顺坝水流的冲刷等对坝的危害,上、下游坝坡面应设置护