本为木戛利水库的首部枢纽布置和部分详细设计-说明书计算书大学论文.doc

目录

摘要 1
Abstract 2
前言 3
第1章设计的基本资料 5
1.1概况 5
1.2基本资料 5
1.2.1地震烈度 5
1.2.2水文气象条件 5
1.2.3坝址地形、地质与河床覆盖条件 6
1.2.4建筑材料概况 7
1.2.5其他资料 8
第2章 工程等级及建筑物级别 9
第3章坝型选择及枢纽布置 10
3.1 坝址选择及坝型选择 10
3.1.1 坝址选择 10
3.1.2 坝型选择 10
3.2 枢纽组成建筑物确定 10
3.3 枢纽总体布置 10
第4章大坝设计 11
4.1 土石坝坝型选择 11
4.2 坝的断面设计 11
4.2.1 坝顶高程确定 11
4.2.2 坝顶宽度确定 14
4.2.3 坝坡及马道确定 14
4.2.4 防渗体尺寸确定 14
4.2.5 排水设备的形式及其基本尺寸的确定 15
4.3 土料设计 16
4.3.1 粘性土料设计 16
4.3.2 石渣坝壳料设计（按非粘性土料设计） 17
4.4 土石坝的渗透计算 18
4.4.1 计算方法及公式 18
4.4.2 计算断面及计算情况的选择 19
4.4.3 计算结果 19
4.4.4 渗透稳定计算 20
4.5 稳定分析计算 20
4.5.1 计算方法与原理 20
4.5.2 计算公式 21
4.5.3 稳定成果分析 21
4.6 地基处理 22
4.6.1 坝基清理 22
4.6.2 土石坝的防渗处理 22
4.6.3 土石坝与坝基的连接 22
4.6.4 土石坝与岸坡的连接 22
4.7 土坝的细部结构 23
4.7.1 坝的防渗体、排水设备 23
4.7.2 反滤层设计 23
4.7.3 护坡及坝坡设计 24
4.7.4 坝顶布置 25
第5章溢洪道设计 26
5.1 溢洪道路线选择和平面位置的确定 26
5.2 溢洪道基本数据 26
5.3 工程布置 26
5.3.1 引渠段 26
5.3.2 控制段 27
5.3.3 泄槽 29
5.3.4 出口消能段 35
5.4 衬砌及构造设计 36
5.5 地基处理及防渗 36
结论 37
感想体会 38
致谢 39
参考文献 40
附录一：计算书 41
附录二：外文翻译 69

III

摘要
本毕业设计为木戛利水库的首部枢纽布置和部分详细设计。此设计采用粘土直心墙土坝挡水，溢洪道过水的方案进行。其中有坝剖面设计、渗流计算、稳定分析、泄水建筑物设计、细部设计等主要内容，并有详细的计算过程和相关图纸。本设计通过简化毕肖普试算方法计算坝坡稳定，结果均符合规范要求。

关键词：枢纽布置，粘土心墙坝，溢洪道，渗流计算，稳定分析。

Abstract
The design is Major Engineering Design and Project Layout of Mugali Reservoir. This design uses the straight clay core earth dam retaining water and the spillway reservoir water. This design include dam profile design, seepage calculation, stability analysis，design on the water release structure, detail design, etc. And this design has detailed calculation process and associated drawings. This design uses simplified Bishop trial calculation method to calculate the slope stability, and the results are in line with regulatory requirements.

Key  Words: Project Layout, Straight Clay Core Earth Dam, Spillway, Seepage Calculation, Stability analysis

前言
毕业设计是完成教学计划、实现培养目标的一个重要的教学环节，是培养学生综合素质和工程实践能力的教育过程，对我们的思想品德、工作态度、工作作风和独立工作能力具有深远的影响。
1 设计任务
1、全面了解设计任务和工程规模，合理识别各种资料在设计中的用处，为将来的工作打下基础。
2、选定合理的枢纽布置方案，进行坝体、进水建筑物、泄水建筑物及首部交通道之间的合理布置。
3、拟定坝型、坝体尺寸及筑坝材料，对细部构造进行设计。
4、对坝体进行渗流分析和抗滑稳定计算，以确定坝体的合理性。
5、设计过水建筑物，包括进水建筑物、泄水建筑物、消能功等。
6、整理设计过程，编写设计计算书和说明书，并绘制工程图。
2 目的和意义
1、通过毕业设计的训练，进一步巩固所学的基础理论、基本技能和专业知识，使之系统化和综合化；
2、培养独立工作、独立思考并运用已学的知识解决实际工程技术问题的能力，探索创新的能力；
3、通过毕业设计，加强对文献检索与翻泽、计算、绘图、实验方 法、数据处理、编辑设计文件、使用规范、手册、规程等基本工作实践能力的培养，初步掌握水利水电工程的设计原则、设计程序、设计方法及步骤；
4、通过毕业设计的训练，树立起具有符合国情和生产实际的正确设计思想和观点，树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索并具有创新意识及与他人合作的工作作风。
3 设计成果要求
设计说明书一份，设计计算书一份，设计图纸为5～6张，且计算机出图不得少于4张，设计图纸要求正确、美观、清楚、整洁，图纸所用符号应合乎统一规定的符号，文字用工程字书写。图幅大小按实际需要确定但需符合制图要求。查阅参考文献15篇以上，翻译与设计内容有关的英文资料，译文不少于3000字；毕业设计的成果应装在学校特制的资料袋中。
我们所做的是碾压式土石坝的枢纽布置和主要建筑物设计，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求对大坝坝顶高程、坝宽、坝体断面尺寸、坝体稳定性、坝基处理及各项细部构造进行了设计。在设计的过程中，我们在朱云兰老师的指导下，以严谨的工作作风，实事求是、刻苦钻研、勇于探索的精神，认真完成了本次毕业设计。

3

第1章 设计的基本资料
1.1概况
本设计对象为西南某山区水库，水库控制径流面积31.7km2，总库容：1237.9万m3，兴利库容：878.9万m3。主要开发目标为：灌溉、供水及防洪，对该地区的生产环境和经济发展有很大的促进作用。
1.2基本资料
1.2.1地震烈度
工程设计烈度为七度。
1.2.2水文气象条件
（1） 水库主要水文数据表
水库特征水位，见表1.1。
水位、库容特征值表 表1.1
项目
库水位(m)
相应库容 (万m3)
最大下泄流量(m3/s)
校核洪水 (p=0.1%)
2162.49
1237.9
108.3
设计洪水 (p=2%)
2160.90

71.5
拦洪渡汛水位(p=5%)
2131.25
186.0
37.2
防洪限制水位
2158.98

正常水位
2158.98
1037.63

死水位
2129.68
158.73

枯期洪水(p=10%)
2122.0
72.99
5.26

（2）气象条件
①工程所在地属亚热带和温带，为半温，半干燥气候过度带，主要气候特征：干湿分明。5－10月份降水量占年降水量的80％，多年平均降水量903.8mm，多年平均蒸发量2123.2mm，多年平均气温16.3℃，实测最高35.6℃,最低-6.0℃。
②风速与吹程
多年平均最大风速20m/s（库面10m高），风向垂直坝轴线，吹程1.5km。
1.2.3坝址地形、地质与河床覆盖条件
（1）地形地貌
坝址基本对称的“U”型谷，左岸地形坡度为35°左右的陡坡，地表残坡积层覆盖；河床宽约146m，为冲洪积覆盖，右岸地形坡度为38°左右的陡岸，地表为残坡积覆盖，其下伏峨嵋山组玄武岩。
（2）地质岩性
①大坝工程地质条件
左岸主要分布二叠统峨嵋山玄武岩，其岩性为：上部为强风化玄武岩，厚度为20.4 ～ 35m，下部为弱风化玄武岩。
右岸：岩性与左岸相同，残坡积层厚3m，强风化层厚43m，下部为弱风化，该岸19 ～36m为断层。
河床由上而下分布有：①粉质粘土、粉土，含少量砾石，厚度0.9～1.3m，分布河床表层，为高液限粉土砾；②由玄武岩和少量石英砂岩砾石组成的砂砾石层，厚度11.7～15.0m；③含砾石粉质粘土、粉质土砾，厚度1.4～2.8m。 不存在砂土液化问题。④强风化玄武岩。
②溢洪道工程地质条件
溢洪道位于枢纽区右岸，地表主要为残坡积层及全风化玄武岩覆盖。地基持力层为强风化玄武岩，裂隙发育，下部为弱风化玄武岩，溢洪道边坡为岩土混合边坡。
建议开挖坡比为：1：0.75～1：1。
1.2.4建筑材料概况
（1）土料（防渗料）：在水库区均有土料分布，各指标能满足防渗土料质量要求。物理、力学指标见表1.3。
粘土料物理、力学性指标 表1.3
土料试验成果评价及参数建议值

（2）风化石渣料
石渣料场均为玄武岩，质地坚硬，厚度大且稳定，分布面十分广泛，无用盖层薄，不夹无用层，受地下水影响小，易开采。
石渣料的不均匀系数C＝70，曲率系数C＝2.96，属良好级配的砾。小于5mm的细粒含量为12.7%。符合细粒含量小于20％的技术要求，平均最大干密度为2.03g/cm3，平均孔隙率为29.3％，符合孔隙率小于30％的质量要求，比重为2.87。平均渗透系数7.58×10-2cm/s,符合碾压后大于1×10-3cm/s的技术要求。浸水饱和后进行直剪试验，测得内摩擦角φ=50°57′，内聚力C=50.75KPa，符合坝壳料φ大于30度的质量要求。
其储量与质量可满足设计要求。石碴料物理力学指标见表4

石碴料物理力学指标表 表4
野外编号
碴1
碴2
碴3
三组算术平均
比重
2.87
2.87
2.87
2.87
击
实试验
层数×击数
2×70
2×70
2×70
2×70
总功能(kgf-cm/cm2)
863kJ/m3
最大干密度(g/cm3)
2.06
2.00
2.02
2.03
最优含水量(g/cm3)
3.0
2.94
2.77
2.90
孔隙比e
0.393
0.435
0.421
0.416
相对密度实验
最小干密度γmin (g/cm3)
1.71
1.69
1.70
1.70
最大干密度γmax (g/cm3)
2.19
2.21
2.20
2.20
最大孔隙比εmax
0.678
0.698
0.688
0.688
最小孔隙比εmin
0.311
0.311
0.300
0.307
直接快剪
φ
51°25′
50°33′
50°54′
50°57′
C（kPa）
40.27
56.75
55.22
50.75
渗透系数K（cm/s）
6.08×10-2
8.41×10-2
8.26×10-2
7.58×10-2
（3）堆石料、砂料
有现成采石场，岩性为二叠系下统阳新组灰岩，岩石质地坚硬，质纯，厚度稳定，储量满足设计用量要求，工程区及附近无天然砂料，采用石料场石料轧制人工砂。
1.2.5其他资料
1、1：500库区地形图一张；
2、1：500溢洪道纵剖面图一张；

第2章 工程等级及建筑物级别
由于该工程正常蓄水位高程2158.98m，总库容约为0.13亿m3，工程等级由库容控制，根据《水利水电枢纽工程等级划分设计标准》SDJ12-1978（山区，丘陵区部分）之中作出的规定，该工程等级属于Ⅲ等，主要建筑物为3级,次要建筑物为4级。

第3章坝型选择及枢纽布置
3.1 坝址选择及坝型选择
3.1.1 坝址选择
坝址基本对称的“U”型谷，左岸地形坡度为35°左右的陡坡，地表残坡积层覆盖；河床宽约146m，为冲洪积覆盖，右岸地形坡度为38°左右的陡岸，地表为残坡积覆盖，其下伏峨嵋山组玄武岩。
3.1.2 坝型选择
综合考虑地形地质条件，筑坝材料，施工条件，综合效益等因素，最终选择土石坝方案。
3.2 枢纽组成建筑物确定
1.挡水建筑物：土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，由于坝址附近有大量天然的防渗土料、石渣料、筑坝料和开挖料，因此造价相对较低，所以采用土石坝方案。
2.泄水建筑物：土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，采用正槽式溢洪道泄洪，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。
3.3 枢纽总体布置
挡水建筑物——土石坝按直线布置在地形图上所给的坝轴线处（即河道相对较窄处），泄水建筑物——溢洪道布置在大坝右岸。综合考虑各方面因素，枢纽布置见枢纽总平面布置图。

第4章 大坝设计
4.1 土石坝坝型选择
斜墙坝:斜墙坝土质防渗体设在上游或接近上游面，该坝型斜墙与坝体施工干扰小，但其抗震性和适应不均匀沉降的性能不如心墙坝。由于该工程所在地区的地震烈度为7度，故不宜采用斜墙坝。
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。
综合以上分析，最终选择粘土心墙坝。
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—最大波浪在坝坡上的爬高；
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，因e很小，风向难定，为安全与方便起见，取β=0；
V、D—计算风速（在正常运用条件下，3级坝设计风速取多年平均年最大风速的1.5倍；在非常运用条件下，取多年平均年最大风速）和吹程；
A—安全加高，(对于本设计:查规范《碾压土石坝规范》表5.3.1得:正常运行取A=0.70；非常运行取A=0.40)。
（一）：计算超高Y
Y=R+e+A
1：计算波浪爬高R
波浪爬高按下式计算：

式中：
Rm—平均波浪在坝坡上的爬高；
m—单坡的坡度系数，初步拟定为1.9；
—斜坡的糙率渗透性系数,根据枢纽的基本情况,确定水库采用砌石护面,查《碾压土石坝规范》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；
Kw—经验系数，查规范《碾压土石坝规范》表A.1.12-2得kw=1.00；
hm,Lm—分别为平均波高和波长（m）。
对于丘陵水库，当风速v<26.5m/s,吹程D<7500m时，波浪波高和平均波长可采用鹤地水库公式：

由以上公式算得非常运用条件下：h2%=1.40m,Lm=9.55m；正常运用条件下：h2%=2.57m,Lm=14.32m。
由《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001知，设计波浪爬高值应根据工程等别确定，1、2、3级坝采用累积频率为1％的爬高值R1％。
经计算，①非常运用情况下：R1%=2.03m；②正常运用情况下：R1%=3.37m。
2.计算坝前水位壅高e

各水位下正常与非常运用时的水位壅高值e
运用情况
校核水位
设计水位
正常水位
正常运用
0.0045
0.0047
0.0049
非常运用
0.0020
0.0021
0.0022

3.安全加高A
查规范《碾压土石坝规范》表5.3.1得:正常运行取A=0.70m；非常运行取A=0.40m。
4. 坝顶高程计算结果表如下：

运用情况

静水位
H

R

e

A

y
坝顶高程=H+y
设计洪水位+正常运用超高y
2160.90
2.03
0.0047
0.7
2.7347
2163.63
正常洪水位+正常运用超高y
2158.98
2.03
0.0049
0.7
2.7349
2161.71
校核洪水位+非常运用超高y
2162.49
3.37
0.0020
0.4
3.7720
2166.26
正常洪水位+非常运用超高y
2158.98
3.37
0.0022
0.4
3.7722
2162.75

根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001，坝顶高程应取以上四种运用情况中的最大值，即坝顶高程为2166.26m。
设计的坝顶高程是指大坝沉降稳定后的坝顶高程，因此竣工时的坝顶高程应预留足够的沉降量，一般施工良好的土石坝，坝体沉降量约为坝高的0.2%~0.4%，为防止坝顶低于设计高程应预留适当的沉降量，按坝高的0.4%预留,则坝顶高程为2166.49m，防浪墙高1.2m，则碾压坝顶高程为2165.29m，坝高57.36m。
4.2.2 坝顶宽度确定
坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件，同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。当无特殊要求时，中低坝可选用5～10m。坝顶宽度必须满足考虑心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要。初步拟定坝顶宽度为8m。
4.2.3 坝坡及马道确定
土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。一般是参考以建成类似工程的经验拟定坝坡，再通过计算分析，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，以减小坝体工程量。
根据规范规定与实际结合，上游坡率取1.9，下游自上而下分别取1.7,1.8,1.9，下游自下而上每20m变坡一次。
在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.5～2ｍ宽的马道（戗道）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，考虑这些因素其宽度取为1.5ｍ，并设0.5m的横向排水沟。（注：下图尺寸为米）

4.2.4 防渗体尺寸确定
坝体防渗体。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54.56m，心墙底部厚须大于54.56/4=13.64m。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0.25，底宽32.3m大于13.64m。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2164.29m，上留有1m的保护层。
坝基防渗体。心墙底部采用粘土截水槽和帷幕灌浆进行坝基防渗。根据规范，灌浆帷幕的设计标准应按灌后基岩的透水率控制，3级及其以下的坝，透水率宜为5～10Lu，且帷幕的底部深入相对不透水层宜不小于5m。根据渗透及地质剖面图，将心墙底部的冲洪基层全部挖掉，截水槽顶宽与心墙底宽相同，取32.3m，底宽取4m，截水槽底部高程2093.78m，槽中回填粘土料，槽深14.15m，两侧边坡1:1，截水槽底部设0.3m的混凝土铺盖，并在铺盖上设一排灌浆孔，孔距为2m。帷幕灌浆灌至相对不透水层以下5m，即渗透剖面图上q=4.4Lu向下5m，即灌浆底部高程为2084.49m。防渗体的尺寸图如下：（下图尺寸为米）

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,可采用溢洪道开挖的石料，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2109.7m并且三级坝不得小于1.0m.故取高程为2110.7m,顶宽不小于1.0m取2m。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，最后用石料堆砌。具体构造见图。
4.3 土料设计
筑坝材料的设计与土坝的结构设计、施工方法及工程造价有关，一般力求坝体内的材料分区简单，就地就近取材，因材设计。土料设计的主要目的是确定粘土的填筑干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标，同时要使材料具有较高的强度，以减小坝体断面尺寸，防渗体较小的渗透性，以保证渗透稳定。
4.3.1 粘性土料设计
（1）计算公式：
选用室内标准击实实验，进行土料的击实试验，根据击实次数，得出该组平均最大干容重和平均最有含水量：
设计干容重为：
式中：
——设计干容重（g/cm3）；
—— 在室内标准击实实验下的平均最大干容重；
m——施工条件系数（压实系数），对于1、2级高坝，m值采用0.96~0.99之间，3、4级坝可采用0.93~0.96，本设计取m=0.96。
粘性土的填筑含水量W为：
W=Wp+IlIp
式中：
Wp——土的塑限含水量；
Il——液性系数，取0.07~0.1，本次设计取0.1；
Ip——土的塑性指数；
设计最优含水量： （样最优含水量接近其塑限含水量）
用下述公式计算最大干容重作为校核参考：

式中：
G——土粒比重；
W——填筑含水量；
Va——压实土的含气量，粘土取0.05。
运用下式校核：
为土场的干容重 (对于1、2级坝，还应进行碾压试验进行复核，据以确定碾压参数)
（2）计算成果汇总表
比
重

G
最大
干容重
γmax
(kN/m3)
最优
含水量
W0
(%)
设计
干容重
γd
(kN/m3)
塑性指数

IP

填筑
含水量
W
(%)
饱和容重

rsat
(kN/m3)
浮容重
rb
(kN/m3)
湿容重

γw
(kN/m3)
内摩擦角

φ
粘聚力

C
(kpa)
渗透系数
K
(10-6cm/s)

2.7
12.7
40.9
12.2
19.8
40.9
18.3
8.3
17.9
17.35
20.9
0.825

4.3.2 石渣坝壳料设计（按非粘性土料设计）
（1）计算公式
填筑指标以相对密度表示：

设计相对密度要求不低于0.7~0.75，地震区为防震动液化，浸润线以下部分土体设计相对密度不低于0.75~0.85。

（2） 计算成果汇总表

比
重
G

设
计
孔
隙
比
e

孔
隙
率
（%）

设计
干容重
γd
(kN/m3)

填筑
含水量
W
(%)

饱和容重
rsat
(kN/m3)

浮容重
rb
(kN/m3)

湿容重
γw
(kN/m3)

内摩擦角
φ

粘聚力
C
(kpa)

渗透系数
K
(10-6cm/s)

2.87
0.414
29.3
21.12
2.9
27.31
17.31
21.73
50.95
50.75

4.4 土石坝的渗透计算
土石坝的渗流计算主要是确定坝体浸润线的位置，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流量，以估算水库的渗漏损失，而且还要确定坝体和坝基渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便取适合的控制措施。
4.4.1 计算方法及公式
选用水力学解土石坝渗流问题
根据心墙土坝在有限透水地基上，心墙筑至不透水层，无排水设备情况计算渗流量。
不考虑心墙上游坝体部分对渗流的影响时，其渗流计算可通过下式求出单宽渗流量，心墙下游坡渗流水深和渗流出逸高度：

浸润线方程为

式中：
K1、K2、K3——坝壳、心墙和坝基的渗流系数，K1=7.58×cm/s，K2=8.25×cm/s， K3=1.0×cm/s；
T——透水地层深度，23.44m；
H1——上游水深,m；
h——逸出水深,m；
δ——防渗体有效厚度，m；
L——渗流区长度，m；
m2——上游坡率，m=1.9；
a0——下游溢出点高度，m。
4.4.2 计算断面及计算情况的选择
对河床中间断面I—I及由I—I断面向西100m的II—II断面，向东77.9m的III—III断面进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水及设计洪水时进行。
4.4.3 计算结果
总渗流量公式为：

计算情况
计算项目

正常蓄水位

设计洪水位

上游水深H
（m）

Ⅰ~Ⅰ

51.05

52.97

Ⅱ~Ⅱ

27.115

29.035

Ⅲ~Ⅲ

26.75

28.67

下游水深T1
（m）

Ⅰ~Ⅰ

0

0

Ⅱ~Ⅱ

0

0

Ⅲ~Ⅲ

0

0

逸出水深h
（m）

Ⅰ~Ⅰ

1.72

1.77

Ⅱ~Ⅱ

1.08

1.15

Ⅲ~Ⅲ

1.13

1.19

渗流量q
(m3/s.m)

Ⅰ~Ⅰ

1.1×

1.16×

Ⅱ~Ⅱ

7.67×

8.4×

Ⅲ~Ⅲ

8.3×

9.1×

总渗流量Q(m3/d)

163.04

175

占总库容的比例

0.013‰

0.014‰

4.4.4 渗透稳定计算
渗透坡降计算公式：

式中：
Δh——心墙后浸润线水面降落差；
Δl——渗径。
计算成果见下表：
列表汇总结果
断面
Ⅰ~Ⅰ
Ⅱ~Ⅱ
Ⅲ~Ⅲ
计算情况
正常
设计
正常
设计
正常
设计
坡降J
0.48
0.50
0.45
0.48
0.44
0.48

填筑土料的安全坡降，根据实践经验一般为5~10，故而认为渗透坡降满足要求，加上粘土斜心墙有反滤层，故而认为不会发生渗透破坏。
4.5 稳定分析计算
4.5.1 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，所以选择瑞典圆弧法进行稳定分析。
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,即各种力对圆心取力矩,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面的安全系数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。
4.5.2 计算公式
采用不计条块间作用力的圆弧滑动法（瑞典圆弧法）进行计算，计算公式如下：

式中：
i——土条号；
——i号土条重力,KN；
——粘聚力，kPa；
——土条弧长，m；
φ——内摩擦角，º。
附土石坝稳定分析图如下，具体计算见计算书：

4.5.3 稳定成果分析
由计算成果可知：在正常工作条件下，该坝在Bı点处的最小稳定安全系数为2.846，大于规范规定的1.3，要想找到正常工作条件下的最小安全系数，至少需要13个滑弧才可确定。（由于时间关系，只算了7个滑弧。）
4.6 地基处理
土石坝的地基处理应力求做到技术上可靠，经济上合理。筑坝前要完全清除表层的腐殖土，以及可能发生集中渗流和滑动的表层土。
4.6.1 坝基清理
岸坡处的树根，耕植土，河床底的淤泥应清理。坝基清理后，应平整密实，无陡坎和台阶，坡度一般不陡于1:1.5，为避免土坝于岸坡的接触面产生裂缝现象，坝体岸坡不应成台阶状，反坡或突然变坡。应对坝基进行平整，轻型振动碾压或夯板夯实。
4.6.2 土石坝的防渗处理
由于本坝址基岩为玄武岩，属于坚硬岩石，故本设计采用截水槽和帷幕灌浆相结合，截水槽的具体尺寸见上文防渗尺寸中的坝基防渗。
4.6.3 土石坝与坝基的连接
由于坝体是建在基岩上的，所以本坝在截水槽底部做混凝土盖板与坝基连接，不至把心墙压裂。
4.6.4 土石坝与岸坡的连接
土石坝的岸坡应清理成缓慢的坡度，不应为阶梯状或反坡。开挖坡度不宜太陡，岩石岸坡不陡于1:0.5--1：0.75。
4.7 土坝的细部结构
4.7.1 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2164.29m，高出设计洪水位1.8m，顶部保护层厚度为1m。心墙顶宽为4m，自顶向下逐渐加厚，边坡上、下游都取1:0.25，计算点最大的作用水头54.56m，根据经验取允许渗透坡降[J]=4,底部厚度为32.3>，满足厚度要求。
（2）坝基防渗
坝基防渗采用粘土截水槽，上部厚与心墙底等厚，下部厚度取4m，截水槽开挖坡度为1:1，两侧有0.2m的粗砂过滤层。
（3）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，可采用溢洪道开挖的石料，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2109.7m并且三级坝不得小于1.0m，故取高程为2110.7m，顶宽不小于1.0m取2m。其内坡根据施工条件取1:1.5，外坡取1:2。由外向内分别铺设粗砂0.2m，卵石0.3m，最后用石料堆砌。具体构造见图。
4.7.2 反滤层设计
（1）反滤层的作用是滤土排水，防止在渗流逸出处遭受管涌、流土等渗流变形的破坏以及不同土层界面处的接触冲刷。对下游侧具有承压水的土层，可以起压重作用。在土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间，以及渗流逸出处或进入排水处，都必须设置反滤层。在坝壳内各土层之间，坝壳与透水坝基的接触部位均应尽量满足反滤原则。反滤层可分为渗流自上而下和自下而上两种型式，本设计主要考虑自下而上的II型。非粘性土反滤料层采用碎石（带棱角的颗粒）,坝体排水部位的反滤料设计为两层不同的砂砾石铺填而成，层面与渗流方向垂直，沿渗流方向的渗透性逐渐增大设计如下：
根据碾压土石坝设计规范，人工施工时倾斜反滤层的最小厚度可采用0.50m。
根据《碾压土石坝设计规范》附录B有关反滤层计算的规定，被保护土为粘性土，第一层反滤料按下试计算：
D15/d85≤4～5
D15/d15≥5
式中 ：D15 反滤料粒径，按重量计小于此料占15%的粒径；d15,d85被保护土粒径，即被保护层土料，按重量计小于该粒径各占15%和85%的粒径。
同理第二层反滤层土料的设计以第一层反滤料土料为被保护对象。
D50/d50≤5～10
（2）反滤层设两层，反滤层设计结果如下：（由于没有颗粒级配曲线，所以就参照以往工程的反滤层进行了设计）
第一层 =2.0mm天然砂，厚20cm
第二层 =20mm卵石料，厚30cm
4.7.3 护坡设计
（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，厚0.92 m，下面铺厚0.2m碎石垫层，护坡范围上至坝顶,下至死水位以下2.5m。
（2）下游护坡
下游护坡坡面采用草皮护坡，护坡范围上至坝顶，下至排水棱体。
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，岸坡排水设置成矩形，排水沟为0.5×0.4m。
（3） 护坡类型确定
上游可采用干砌石护坡、浆砌石护坡和混凝土护坡，考虑到经济和实际情况，选用干砌石护坡，经济且方便施工；下游护坡可考虑采用干砌石护坡或草皮护坡等型式，从经济和美观上考虑，下游坡面选择草皮护坡，从坝顶到棱体处。
（4） 护坡石块尺寸确定
根据《碾压土石坝设计规范》，砌石护坡在最大局部波浪压力作用下所需的换算球形直径和厚度可按下式确定：

当时，
当时，
式中：
D——石块的换算球形直径，m；
Q——石块的质量，t；
Kt——随坡率变化的系数，已知大坝上游坝坡坡比为1：1.9，查表得Kt=1.2；
——块石密度，取2.2t/；
—水的密度，取1.0t/；
——累积频率为5％的波高，计算得hp =2.24m(按正常运用情况计算)；
m——坡度系数，值为1.9；
t——护坡厚度，m。
计算得：D=0.66mm，干砌石护坡计算厚度，t=0.92m。
4.7.4 坝顶布置
坝顶上面用泥结石铺设路面，厚0.3m。坝顶要向下游倾斜3%的坡度，以利于坝顶排水，上游设高1.2m，厚0.3m的防浪墙,下游设宽0.3m，深0.2m的纵向排水沟。

第5章 溢洪道设计
5.1 溢洪道路线选择和平面位置的确定
根据本工程地形地质条件，利用枢纽右岸的天然垭口，采用正槽式溢洪道，进水渠末端设置圆形渐变段，泄槽不设收缩、弯曲段和扩散段，布置在地形图上的溢洪道轴线处。
5.2 溢洪道基本数据
由于没有做调洪演算，初步拟定溢洪道水力计算成果见下表：
计算情况
上游水位（m）
下泄最大流量（m）
相应的下游水位（m）
校核
2162.49
108.3
2109.7

5.3 工程布置
5.3.1 引渠段
由于地形、地质条件限制，溢流堰往往不能紧靠库区，需在溢流堰前开挖进水渠，将库水平顺地引向溢流堰。流速应大于悬移质不淤流速，小于渠道的不冲流速，设计流速宜采用3～5m/s，本设计采用设计流速v为3m/s。进水渠的横断面在岩基上接近矩形，边坡根据岩层条件确定，新鲜岩石一般为1:0.1～1:0.3，风化岩石为1:0.5～1:1.0，本设计采用边坡坡率m为1:0.5。从地形图可知进水渠水深3.