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水工建筑物课程设计

专 业 : 水利水电工程

班 级 : 10级水利5班

姓 名 : 徐 书 华

学 号 : 1 0 1 5 0 6 1 9

指导老师 : 李 霞

1 设计基本资料
1.1工程等别、 建筑物级别及洪水标准
根据《防洪标准》GB50201—94和《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252— 之规定, 隘口水库属Ⅲ等中型水库工程。枢纽主要水工建筑物挡水坝、 泄水建筑物、 取水建筑物为3级。
1.2 技术规范
《防洪标准》 GB50201—94
《水利水电工程等级划分及洪水标准》 SL252—
《钢筋砼面板堆石坝设计规范》 SL228—98
《碾压式土石坝设计规范》 SL274—
1.3 气象、 泥沙资料
( 1) 气象: 多年平均最大风速: 14.0m/s
( 2) 泥沙
坝前泥沙淤积高程表
表1-1
淤积年限( 年)
淤积高程( m)
50
502.15
泥沙淤积参数: 浮容重0.722t/m3, 内摩擦角24°～28°。

1.4 特征水位
( 1) 水库特征水位, 见表1-1。
水库特征水位表
表1-1
项 目
水库特征水位( m)
校核洪水位
548.90
设计洪水位
548.00
防洪高水位
547.45
正常蓄水位
544.45
汛前限制水位
544.45
灌溉死水位
505.15
2、 坝后水位, 见表1-2。
坝后水位表
表1-2
工 况
坝后水位( m)
下泄流量(m3/S)
校核洪水时
487.29
1110
设计洪水时
486.39
674

1.5 设计标准
堆石坝: 大坝为钢筋砼面板堆石坝。主要设计指标如下:
水工建筑物级别: 3级
坝顶安全超高: 设计情况0.7m, 校核情况0.5m。

2 方案选择
应本课程设计要求坝型定为钢筋砼面板堆石坝, Ⅱ坝线为本阶段设计采用坝轴线。

3 坝体设计
3.1 坝体布置
根据地形、 地质、 施工导流、 建材和枢纽布置等条件, 挡水坝选用下坝线混凝土面板堆石坝。坝轴线坐标如下: x=577294.625m, y=3134459.372m ; x=577727.880m, y=3134252.755m。
本推荐方案水库正常蓄水位544.45m, 校核洪水位548.90m, 大坝坝顶高程550m, 最低建基面高程470.00m, 最大坝高80m, 坝顶宽10.0m。
3.2面板石渣坝最大坝高的确定( 坝顶、 坝基高程的确定)
选择建基面最低高程为470m。
根据规范和工程经验, 采用上游坝坡率为1:1.4,下游坝坡率1: 1.5。
依据《碾压式土石坝设计规范》SL274— , 坝顶高程计算公式如下: y=R+e+A
波浪要素、 Lm等按《碾压式土石坝设计规范》( SL274— ) 鹤地公式计算。即:

W——计算风速( m/s) , 《碾压式土石坝设计规范》中规定正常运用条件下的3级水工建筑物采用多年平均最大风速的1．5倍即W=1.5V; 非常运用情况下采用多年平均最大风速即W=V。V为多年平均最大风速, V=14 m/s。
设计情况下: gD/W2=8.90不属于20～250; 校核情况下, gD/W2=20.02∈20～250, 因此采用鹤地公式, h为累积频率2%的波高。平均波高,
正常应用情况下: ,,;
非常应用情况下: ,,。

波浪在坝坡上的平均爬高Rm, 根据规范波浪爬高累积频率应采用1% , 需根据规范由计算平均爬高Rm换算, 换算公式如下: 。波浪平均爬高计算公式如下:

KW——经验系数, 与有关, H为坝迎水面前水深, 因此
正常运用加正常蓄水位: ;
正常运用加设计洪水位:
非常运用加正常蓄水位: ;
非常运用加校核洪水位:
因此在各种工况下的KW 均为1.0 。
正常运用情况下:

非常运用情况下:

风壅水面高度e:

正常运用加正常蓄水位: Hm=( 548-470) /2=37.225m

正常运用加设计洪水位:Hm=( 544.45-470) /2=39.0m

非常运用加正常蓄水位: Hm=( 548-470) /2=37.225m

非常运用加校核洪水位: Hm=( 548.90-470) /2=39.45m

坝顶高程等于水库静水位加坝顶超高, 应分别按以下运用条件计算, 取其最大值:
1、 设计洪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顼超高。
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。
其中:
水库特征水位表
表5.1.4
项 目
水库特征水位( m)
校核洪水位
548.90
设计洪水位
548.00
正常蓄水位
544.45
计算成果如下表:
坝顶高程计算表
表5.3.3
设计情况
W
(m/s)
e
( m)
R1%
( m)
A
( m)
▽h
( m)
水库静
水位( m)
计算坝顶高程( m)
正
常
运
用
正常蓄
水位
21.0
0.0009
1.741
0.7
2.442
544.45
546.89
设计洪水位
21.0
0.0008
1.741
0.7
2.441
548.00
550.44
非
常
运
用
校核洪水位
14.0
0.0004
0.919
0.5
1.419
548.90
550.32
正常蓄水位
14.0
0.0004
0.919
0.5
1.419
544.45
545.87
从上表看出, 计算最大坝顶高程为550.44m。

面板石渣坝的剖面拟定
坝顶高度为550.44-470=80.44m,属于高坝。高坝的顶部宽度宜为10m～15m, 综合考虑本工程施工、 交通、 运行等要求, 确定坝顶宽10.0m。
拟定上游坝坡率为1: 1.4, 下游坝坡率为1:1.5。
排水形式则采用贴坡排水。
三、 渗流稳定验算
渗流计算应考虑水库运行中出现的不利条件, 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、 上游设计洪水位与下游相应的水位。
3、 上游校核洪水位与下游相应的水位。
4、 库水位降落时对上游坝坡稳定最不利的情况。

在用理正计算渗透稳定时, 先计算出容许比降:
>20%～30%, 其中n=0.607, 因此为管涌型渗透破坏, 由于级配连续, 则允许的水力坡降为0.25。

在校核洪水时:
浸润线计算结果:
X(m)
Y(m)
ΔX(m)
ΔY(m)
i
62.270
44.200
15.116
1.799
0.11901
77.386
42.401
15.117
1.879
0.12430
92.503
40.522
15.116
1.970
0.13033
107.619
38.552
15.117
2.076
0.13733
122.736
36.476
15.117
2.202
0.14566
137.853
34.274
15.116
2.354
0.15573
152.969
31.920
15.117
2.541
0.16809
168.086
29.379
15.116
2.783
0.18411
183.202
26.596
15.117
3.111
0.20579
198.319
23.485
15.116
3.591
0.23756
213.435
19.894

在设计洪水时:
浸润线计算结果:
X(m)
Y(m)
ΔX(m)
ΔY(m)
i
61.578
43.705
15.321
1.810
0.1181
76.899
41.895
15.322
1.892
0.1235
92.221
40.003
15.321
1.986
0.1296
107.542
38.017
15.321
2.096
0.1368
122.863
35.921
15.321
2.226
0.1453
138.184
33.695
15.321
2.383
0.1555
153.505
31.312
15.321
2.581
0.1685
168.826
28.731
15.322
2.836
0.1851
184.148
25.895
15.321
3.188
0.2081
199.469
22.707
15.321
3.716
0.2425
214.790
18.991

因此渗透稳定演算合格

四、 边坡稳定验算
控制抗滑稳定的工况有以下四种情况:
1、 施工期的上、 下游坝坡稳定。
2、 稳定渗流期的上、 下游坝坡稳定。
3、 水库水位降落期的上游坝坡稳定。
4、 正常运用遇地震的上、 下游坝坡稳定。
主要在这里进行稳定渗流期的边坡抗滑稳定验算。
在校核洪水位条件下:
计算条件:
圆弧稳定分析方法: 瑞典条分法
土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待
稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面
条分法的土条宽度: 1.000(m)
搜索时的圆心步长: 1.000(m)
搜索时的半径步长: 0.500(m)
计算结果:
最不利滑动面:
滑动圆心 = (19.11,94.52)(m)
滑动半径 = 65.81(m)
滑动安全系数 = 1.35

在设计洪水位条件下:
计算条件:
圆弧稳定分析方法: 瑞典条分法
土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待
稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面
条分法的土条宽度: 1.000(m)
搜索时的圆心步长: 1.000(m)
搜索时的半径步长: 0.500(m)
计算结果:
最不利滑动面:
滑动圆心 = (19.11,94.52)(m)
滑动半径 = 65.81(m)
滑动安全系数 = 1.35

因此在稳定渗流期的滑动安全系数均为1.35,大于正常运用情况下的1.3, 边坡稳定。