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1、河北工程大学毕业设计（论文） 目 录 1. 枢纽状况和工程目的12. 设计基本资料22.1 流域概况22.2 气象22.3 洪水22.4 年径流32.5 泥沙32.6 特征水位及库容32.7 兴利调节42.8 水电站52.9 水库淤积52.10 水库淹没52.11 工程地质条件62.12 库区渗漏问题62.13 坝址工程地质条件62.14 其他建筑物的工程地质条件72.15 筑坝材料92.16 工程等级及地震烈度102.17 其他数据102.18 枢纽主要技术指标102.19坝轴线河谷断面图113. 坝址及坝型的选择123.1 坝址的选择123.1.1 坝段的选择123.2 坝型选择123.2
2、.1 各种坝型的比较123.2.2主坝坝型的选择134. 挡水建筑物的布置154.1坝顶高程计算154.1.1正常蓄水位情况下坝顶高程的计算164.1.2校核洪水位情况下坝顶高程的计算174.1.3考虑地震影响情况下坝顶高程的计算174.1.4 确定坝顶高程及坝高174.2坝顶长174.3坝顶宽度184.4坝坡184.5防渗体设计194.6 排水设备195. 渗流稳定计算215.1 设计说明215.1.1 土石坝渗流分析的任务215.1.2 渗流分析的工况21 5.1.3 渗流分析方法215.2 渗流计算225.2.1 基本假定225.2.2 渗流计算公式225.2.3 总渗流量计算235.2
3、.4 主坝的最大剖面渗流计算245.2.5 渗流计算过程256. 坝坡稳定分析及计算286.1设计说明286.1.1 设计任务286.1.2 计算工况286.1.3荷载组合296.1.4计算断面296.1.5控制标准296.2不利水位下上游坝坡稳定分析296.2.1基本原理与计算方法296.2.2上游水位大约在坝底以上1/3坝高处的上游坝坡31 6.3稳定渗流期的下游坝坡稳定分析.34 6.4正常运用加地震情况上游坝坡稳定分析.357. 土石坝细部构造设计377.1坝顶的布置377.2护坡及坝面排水的布置38 7.2.1上游护坡的布置387.2.3坝面排水39 7. 3土石坝土料的选择407.
4、 3.1 坝壳对土石料要求407. 3.2防渗体对土石料的要求407. 3.3 排水设施和护坡的结构布置407. 3.4 反滤层的结构布置408. 地基处理428.1地基处理428.1.1 坝基清理428.1.2土石坝与岸坡的连接428.2土石坝的防渗处理428.3裂缝处理42谢 辞44参考文献451. 枢纽状况和工程目的 片上水库是河海流域大清河北支流拒马河上的一座大（二）型综合利用水利工程。水库总库容7.16亿立米，死库容0.44亿立米可进行防洪、兴利的调节库容6.72亿立米。 拒马河发源于河北省涞源县，流经涞源、易县、涞水山峡地区，至北京房山县张坊镇流入平原，并分南北两支。南拒马河经涞水
5、至北河店与易水汇流至新城白沟镇，北拒马河汇合胡良河、琉璃河后在涿州县东茨村入白沟河，往南流至白沟镇汇合南拒马河后为大清河。 拒马河位于太行山东麓，流域面积约10000km2。地形特点，西部为山区，流域面积约5000km2，东部为平原。山区多为石质山区，植被较少，坡度较陡。仅上游涞源以上分水岭处于黄土高原边缘地区。平原河槽较窄，坡度很缓。本流域且为华北暴雨中心所在，因此洪水大，危害较为严重。 本工程可为东部平原房、涞、涿灌区的一百多万亩农田灌溉、北京生活及工业用水提供水源。 枢纽建筑物包括主坝、付坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站。2. 设计基本资料2.1 流域概况片上水库是河海流域大
6、清河北支流拒马河上的一座大（二）型综合利用水利工程。水库总库容7.16亿立米，死库容0.44亿立米可进行防洪、兴利的调节库容6.72亿立米。拒马河发源于河北省涞源县，流经涞源、易县、涞水山峡地区，至北京房山县张坊镇流入平原，并分南北两支。南拒马河经涞水至北河店与易水汇流至新城白沟镇，北拒马河汇合胡良河、琉璃河后在涿州县东茨村入白沟河，往南流至白沟镇汇合南拒马河后为大清河。拒马河位于太行山东麓，流域面积约10000km2。地形特点，西部为山区，流域面积约5000km2，东部为平原。山区多为石质山区，植被较少，坡度较陡。仅上游涞源以上分水岭处于黄土高原边缘地区。平原河槽较窄，坡度很缓。本流域且为华
7、北暴雨中心所在，因此洪水大，危害较为严重。本工程可为东部平原房、涞、涿灌区的一百多万亩农田灌溉、北京生活及工业用水提供水源。2.2 气象本流域处于山区，夏季炎热多雨。附近张坊站平均年降雨量740mm，年平均气温约为11.6，年内气温变化较大，最高温度达43.5，最低温度-26。降雨主要集中在七、八月份，多年平均降雨量470mm，占全年降雨量的65%，七、八月降雨又主要集中在几次暴雨上，特点是强度大，雨量集中。由于天气系统及地形抬升的相互影响，张坊上游的紫荆关一带极易形成暴雨，如1950年8月上旬、1955年8月中旬、1956年、1963年8月上旬均出现日降雨量大于100mm的暴雨。暴雨过程一般
8、为2-3天。2.3 洪水本流域洪水均为暴雨洪水，主要发生在七、八月份，一次洪水历时5天左右。较大洪水多是单峰型，陡涨陡落，双峰或多封不多，且为小水年。据实测20年资料统计，洪峰流量最大为9920m3/s（1963年），最小洪水为45m3/s（1965年）相差220倍，1963年三天洪量最大为5.67亿立米，1965年三天最小洪量0.08亿立米，相差77倍（实测洪水系表列从略）。本流域调查最大洪水为1801年，洪峰流量20000m3/s。考虑到下游为宽阔平原，并有京广铁路经过，大坝为土坝等情况，校核洪水采用1000年一遇，设计洪水采用100年一遇。实测资料中，以1963年洪水最大，1956年次之
9、，洪峰流量分别为9920m3/s和4200m3/s，以1963年、1956年平均概化过程线为典型，按洪峰流量比值放大计算设计洪水、校核洪水过程线，如图2.1所示。图2.1 片上水库设计、校核洪水过程线2.4 年径流本水库上游拟建紫荆关水电站，年径流按紫荆关-张坊站区间的径流量计算，紫-张区间年径流量最大为14.55亿立米（1956-1957年），最小为1.27亿立米（1965-1966年），相差11倍，1951-1970年19年系列平均值为5.74亿立米。2.5 泥沙本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量占全年的99%。据实测资料，紫-张区间多年平均输沙量为46万吨，推移质占总沙量的20%。紫荆关
10、水电站建成后，本库多年平均来沙量为55万吨。2.6 特征水位及库容（1）设计洪水考虑到本水库应有一定的防洪库容以拦蓄洪水，若降低洪水位对防洪、兴利效益大为不利，而若提高洪水位，可能降低京-原铁路标准或进行局部改建，协调二者，本库设计洪水位定位186.8m（P=1%），相应库容为6.09亿m3。（2）校核洪水京-原铁路在拒马河左侧穿越，有十余座桥涵通过库区，桥梁高程最低者为190.44m，墩顶高程为190.26m。考虑在校核洪水时不影响铁路正常通车，校核洪水定位190.1m（P=0.1%），相应库容为7.16亿m3。（3）死水位本库为综合利用水利枢纽，死水位确定应考虑工业、给水、灌溉、发电等用水
11、要求，确定为130.0m。（4）汛限水位根据下游河道现有行洪能力，按1955年洪水限泄1300m3/s时，洪水不漫滩；遇1963年洪水限泄3000m3/s，不超过下游河道泄洪能力；遇校核洪水时，限泄最大流量7000m3/s；水位达到190m时，相应泄量为18000m3/s。根据上述分级标准和相应洪水过程线，调洪计算按分级控制确定防洪库容，求得设计洪水位以下防洪库容2.98亿m3，设计洪水位至190m库容0.56亿m3。故总防洪库容为3.54亿m3，相应汛限水位为167.5m。2.7 兴利调节本库工业需水4.0m3/s。农业灌溉毛定额为400m3/亩。水库蒸发损失350万m3/年。依据紫-张区间
12、多年实测径流量，加上紫荆关水电站汛期弃水量，进行径流调节计算，由时历法求得调节流量保证曲线及平、枯水年调节流量(见图2.2，表2.1)。2.2 片上水库流量保证率曲线表2.1 调节流量表标准毛调节流量秒立米折合毛水量亿立米净调节水量亿立米工业用水量亿立米灌溉用水量亿立米平水年14.74.634.531.263.27枯水年10.53.313.211.261.95由表2.1可见，平水年可用的灌溉水量为3.27亿m3，可灌溉82万亩，遇到枯水年，可灌溉49万亩。2.8 水电站 片上水库兴利任务，主要是农业灌溉和工业供水，发电服从灌溉和工业供水，在灌溉和工业引水出口各修建一水电站，利用灌溉和工业供水发
13、电。灌溉供水电站为季节性发电，引水流量33m3/s，采用2台机组，总装机容量1.6万千瓦。电站尾水位为105.0109.6m。工业给水结合发电，引水流量为4m3/s，装机2台机组，总装机容量2500千瓦，电站尾水水位为110.3m。由于水头变化范围较大，库水位在149m以下时，工业用水用旁通管下泄，此时机组可进行检修。2.9 水库淤积本库库区河道纵坡约2.5%，属带状均匀淤积，淤积前后河底比降基本不变，河道多年平均含沙量约1kg/m3，主要集中在汛期。水库淤积按50年考虑，建库后前10年流域来沙量1200万m3，后40年紫荆关建库后，水库来沙量为2500万m3，50年淤沙量为3700万m3，根
14、据各高程的淤积量，库容曲线见图2.3。图2.3 片上水库水位库容、面积曲线2.10 水库淹没水库主要由基岩组成，第四纪堆积物不多，没有坍岸、浸没问题，水库两岸冲沟发育，沟内均有居民点分布，耕地主要分布在阶地上和冲沟边。沿库区左岸有京原铁路，张坊至浦洼公路和输电线等穿过。水库淹没面积在校核洪水位190m时为20km2，汛期最高蓄水位179m时为16.3km2。2.11 工程地质条件本区除第四系地层外，均为中震旦系，雾迷山组地层（Z2w），分层、厚度及岩性见表2.2。表2.2 地层厚度及岩性编号岩性厚度/m相应坝区分层编号备注Z52w板状、厚层状白云岩夹少量页岩、石英岩、底部为杂色石英砾岩400Z42w厚层白云岩180-200Z32w硅质条带灰岩夹硅质白云岩220-250Z22w硅质条带状、斑点状白云质灰岩（局部变质成大理岩）夹绢云母片岩（在与辉绿岩接触处滑石化）300-400Z2wZ2w
