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1、专业.专注水工建筑物课程设计 重力坝姓名： 武 亮学号： 2011101812 班级： 11水利水电工程（本）04指导老师： 张 洁目 录一、原始资料(数据) -2-二、坝体剖面拟定 -3-三、稳定分析 -5- 四、 应力分析 -13-五、溢流坝面设计 -15-六、细部构造设计 -17-七、地基处理设计 -19-附录1：参考资料 -21-附录2：坝体剖面图 -21-一、原始资料(数据) 某枢纽以发电为主，兼顾防洪灌溉。水库建成后，还可以提高下游二个水电站的出力和发电量。该工程坝型为混凝土重力坝。1、水库特征： 1.1、水库水位： 正常蓄水位349米 设计洪水位349.9米 校核洪水位350.4
2、米1.2、下泄流量及相应下游水位：千年一遇洪水的下泄流量13770，相应下游水位271.90米；五千年一遇洪水的下泄流量15110，相应下游水位272.63米1.3、库容：总库容为17.9亿立方米 考虑开挖后，坝基面高程269m2、综合利用效益：2.1、装机容量20万千瓦，年发电量7.4亿度。2.2、防洪：可将千年一遇洪峰流量以18200削减至13770；可将五千年一遇洪峰流量从21200削减至15110；可灌溉农田30万亩；此外还可改善航运条件，库区可从事养殖。3、自然条件：3.1、地形：坝址位于峡谷出口段，左岸地势较低，山坡较缓；右岸地势较高，山坡较陡。3.2、地质：坝址出露岩层为志留系圣
3、母山绿色含砾片岩。岩性坚硬完整，新鲜岩石饱和极限抗压强度在60-80Mpa以上，坝上游坡角为绢云母绿泥石英片岩, 饱和极限抗压强度为30-40 Mpa。坝基坑剪断摩擦系数经野外试验及分析研究确定为1.0-1.1；坝基坑抗剪断凝聚力为0.6-0.8 Mpa。3.3、水文地质：坝址水文地质较简单。相对不透水层埋藏深度一般在35米以内，库区无渗漏问题。3.4、气象资料：最高气温为，最低气温为-8，多年平均最大风速为14，水库吹程为1.4km3.5、淤泥：百年后坝前淤沙高程为286.6米，淤积泥沙内摩擦角取，淤沙浮容重为二、坝体剖面拟定1、 工程等级 总库容为17.9亿立方米，确定为大（1）型水库，等
4、级为级。2、确定坝高2.1、超高值h 的计算坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差h，可由式（2-1）计算。h = h1% + hz + hc （2-1）h防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m；h1% 累计频率为1%时的波浪高度，m；hz 波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m；hc 安全加高，由于该工程的级别为级，故查得设计洪水位情况hc0.7m；校核洪水位情况hc0.5m。下面按官厅公式计算h1% ， hz。V0 为计算风速，14m/s；D 为吹程，1.4km；波高hl：gD/V02=70(20250)，为累计频率
5、5%的波高h5%，规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，应乘以1.24；首先计算波浪高度hl 和波浪长度L 和波浪中心线超出静水面的高度hz。（1） 设计洪水位时：设计洪水位时h 计算，风速采用多年平均最大风速 V0 =14m/s，吹程D=1.4km。波浪三要素计算如下：波高hl=0.0166 V05/4 D1/3=0.016614(5/4)1.4(1/3)=0.50m波长L=10.4(hl)0.8 =10.40.50.8=6.00m雍高hz=hl2/Lcth2H/L=3.140.52/6.0cth(23.1480.9/6.0)=0.13m计算得出h=h5% =0.50m，因g
6、D/V02=70，h1%=1.24h5%=0.62m ； hz = 0.13m ； hc = 0.7mh = h1% + hz + hc=0.62+0.13+0.7=1.45m（2） 校核洪水位时：计算方法同上，hc=0.5m，h = h1% + hz + hc=0.62+0.13+0.5=1.25m2.2、坝高计算坝顶高程按下式计算，并选用其中较大值坝顶高程=设计洪水位+h 设=349.9+1.45=351.35m坝顶高程=校核洪水位+h 校=350.4+1.25=351.65m取校核洪水位时的情况351.65m为保证坝体运行安全，需设置防浪墙，取1.2m，坝顶高程取为350.5m。坝基面高
7、程为269m,坝顶高程为350.5m,坝高为350.5-269=81.5m。3、 拟定坝顶宽度因无特殊要求，根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的8%10%取值，且不小于2m 并应满足交通和运行管理的需要。按坝高的10%计算，即为6.52m8.15m，考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，取坝顶宽为8m，以满足大坝维修作业通行需要。4、 拟定剖面尺寸拟定坝体形状为基本三角形。本次设计采用上游坝面铅直，下游倾斜的形式。该形式为实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验。下游坝坡坡率m=0.60.8，取m=0.8。计算得坝底宽度为B=0.881.5=65.2m。坝体剖面示意
8、图如图二-1。图二-1 坝体剖面示意图三、稳定分析1、 荷载及其组合重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力等，常取1坝长进行计算。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。本次荷载组合分二种（1）、基本组合为设计洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力；（2）、特珠组合为校核洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+
9、泥沙压力+浪压力。2、设计洪水情况荷载计算：2.1、自重W坝体自重的计算公式： W =Vc（kN） （3-1）式中 V坝体体积，m3；由于取1m坝长，可以用断面面积代替，通常把它分成如图三-1 所示的若干个简单的几何图形分别计算重力；c 坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为24kN/ m3）图 三-1分解后的两部分自重：W1=24881.5=15648kNW2=1/22471.557.2=49077.6kNW= W1+ W2=15648+49077.6=64725.6kN取坝底部中点为力矩作用中心点O，则W1作用点至O点的力臂L1=32.6-4=28.6mW2作用点至O点的力臂L2=32.
10、6-(8+57.2/3)=5.53m;竖向力对O点的弯矩（顺时针为“”，逆时针为“+”）： MOW1 = 1564828.6=447532.8KNm MOW2 =49077.65.53=271399.128KNmMOW =447532.8+271399.128=718931.928 KNm2.2、静水压力P静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力PH和垂直水压力PV两种,本设计上游坝面只有水平水压力，下游有水平和垂直两种压力。如图三-2所示。图 三-2根据水力学公式水平水压力PH 计算公式为： 式中： 计算点处的作用水头，m；w 水的重度，常取9.81 kNm3；垂直水压
11、力PV 按水重计算。H上=349.9-269=80.9mH下=271.90-269=2.9m上游水压力：P上H=1/29.8180.980.9=32102.29kN （）下游水平水压力：P下H=1/29.812.92.9=41.25KN（）下游垂直水压力：P下v=1/29.812.322.9=33.00KN()上游水压力力臂L上H=80.9/3=26.97m下游水平水压力力臂L下H=2.9/3=0.97m下游垂直水压力力臂L下V=32.6-2.32/3=31.83m静水压力对O点的弯矩（顺时针为“”，逆时针为“+”）：MoP上H=-32102.2926.97=-865798.76KNmMoP下
12、H=41.250.97=40.01KNmMoP下V=-33.0031.83=1050.39 KNm水平水压力对O点的弯矩：MoP=-865798.76+40.01-1050.39=-866809.14KNm2.3 、扬压力U (设帷幕灌浆，设排水孔)根据规范，排水处扬压力折减系数：=0.25,如图三-3 所示，将扬压力分成四部分，U1，U2，U3，U4。图 三-3U4=28.4565.2=1854.94 kNU3=1/2（189.50-28.45）57.2=4606.03kNU2=（189.50-28.45）8=1288.4kNU1=1/2(793.63-189.50)8=2416.52kNU
13、=U1+U2+U3+U4=10165.89kNU4作用点至O点的力臂L4=0U3作用点至O点的力臂L3=32.6-(57.2/3+8)=5.53mU2作用点至O点的力臂L2=32.6-8/2=28.6mU1作用点至O点的力臂L1=32.6-8/3=29.93 m竖向扬压力力对O点的弯矩（顺时针为“”，逆时针为“+”）：Mo1=-2416.5229.93=-72326.44 KNmMo2=-1288.428.6=-36848.24KNmMo3=-4606.035.53=-25471.35KNmMo4=0MOU =0-72326.44-36848.24-25471.35=-134646.03KNm2.4、 泥沙压力Ps一般计算年限取50100 年，本设计取100年，水平泥沙压力Ps 为：式中：sb泥沙的浮容重，8kN/m3；hs 坝前淤沙厚度，286.6-269=17.6m；s 淤沙的内摩擦角，( 0)。故泥沙压力为Ps=1/2817.617.6tan245=1239.04kN对O点的力臂L=17.6/3 = 5.87m对O点取矩： MOPS=-1239.045.87=-7273.1
