贵州大学水电毕业设计计算说明书

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1、第 1 页 共 20 页1第一章 清水河某电站工程条件1.气象、水文清水河流域属亚热带高原气候区，由于大气环流和流域地形影响，气候类型较为复杂，垂直变化十分明显，多年平均气温为 14.1C。流域内降水较多，但年内及地区分配极不均匀，年降雨量为 1130mm，410月占全年降水量的 86.5%。支流独木河上游为多雨区，多年平均降雨量超过 1200mm。每年 58 月为暴雨集中的季节，降雨量占全年的 60%。坝址集雨面积为 4328km2，多年平均流量 76m3/s，多年平均来水量 23.97 亿m3，径流系数 0.48。流域洪水特性与暴雨特性和流域自然地理条件密切相关。洪水过程一般从 5 月份开

2、始，到 10 月份结束，汛期洪水较为频繁，年最大洪峰多出现在 67 月。设计洪水标准（P=1%时），洪峰流量为 5240m3/s，相应 3 天为洪量 6.0 亿 m3。校核洪水标准（P=0.1%）时，洪峰流量为 7430m3/s，相应 3 天洪量为 8.4 亿 m3。坝址多年平均年输沙量 52.8 万 t，主要集中在汛期，占全年输沙量的 92.8%，其中57 月来沙量占全年的 73.8%。2.工程地质电站地处云贵高原的黔中地区，区域内碳酸盐岩广布，属中低山岩溶山地地貌，地层自寒武系至三迭系均布分布。区域地处黔北台隆、遵义断拱南部，属扬子准台地中稳定的 III 级构造单元，自中更新世以来，区域内

3、无断裂活动迹象，构造环境稳定，地震基本烈度为 6 度。水库河段均属峡谷型水库。库区构造以南北向为主，北东向和北西向断裂也很发育。南明河近坝 6km 库段大部分为横向谷，上游库段为走向谷，左岸为顺向坡；独木河库段大部为走向谷，右岸为顺向坡。水库两岸山体雄厚，其间分布有多层隔水层和相对隔水层，不存在向邻谷渗漏问题。水库库岸多为坚硬的灰岩、白云岩组成，一般稳定性较好。局部以软岩为主的走向谷顺向坡地段，风化后抗剪强度和抗冲刷能力降低，蓄水后可能产生顺层塌滑，除近坝的南明河口左岸边坡外，其余边坡距坝址较远，规模不大，对库容和工程的建设无影响。第 2 页 共 20 页2工程枢纽区河段，河谷断面呈不对称“V

4、”型，左岸较缓，右岸较陡。河床及两岸坡出露地层主要为吴家坪组（ ）中厚层燧石条带灰岩、夹泥页岩、钙质页岩和少Pw2量泥灰岩，其中软岩占总厚度的 19%，河床基岩大部裸露，岩层缓倾上游偏右岸。该地层属弱岩溶含水层，在垂直层面方向可取相对隔水作用，防渗处理简单。坝址附近天然建筑材料丰富，开采及运输条件均较好，坝址下游 2km 处有公路通过，距左右岸坝肩也仅 12km。3.设计标准电站正常蓄水位初拟为 835m，装机容量 60MW，保证出力 10.1MW，多年平均发电量 2.51 亿 kWh，装机年利用小时为 4183h。电站工程规模为大（二）型，属二等工程，主要挡水及泄水建筑物为 2 级，厂房为

5、3 级建筑物，次要建筑物为 3 级，临时建筑物为 4 级。大坝及泄水建筑物正常运用洪水为 100 年一遇（P=1%），非常运用洪水标准为 1000 年一遇（P=0.1%）；厂房正常运用洪水标准为 100 年一遇（P=1%），非常运用洪水标准为 200 年一遇（P=0.5%）。4.水库、水能参数正常蓄水位 835m水库死水位 820m装机容量 230Mw电站引用流量 129.4m 3/s最大水头 64m最小水头 42.8m平均水头 55.5m设计洪水：100 年一遇，坝址相应洪峰流量 5240m3/s，相应下泄流量 4593m3/s。设计洪水位 836.41m，相应下游水位 792.75m。校核

6、洪水：1000 年一遇，坝址相应洪峰流量 7430m3/s。相应下泄流量 6654m3/s。设计洪水位 841.68m，相应下游水位 796.27m。5.工程地质岩体力学指标坝基(肩)岩体力学指标及岩体质量分类表第 3 页 共 20 页3抗剪断强度岩/岩 岩/砼地层代号岩 性 风化分级容重s(T/m3)承载力(MPa)泊桑比变模E0(103MPa)f c(MPa)f c(MPa)质量分类P2w中厚层含燧石条带灰岩夹页岩和泥灰岩微风化 2.60 4.5 0.25 8 0.9 0.8 0.8 0.7 A 1P2c 含燧石结核灰岩 微风化 2.65 6.0 0.23 12 1.2 1.0 1.1 0

7、.9 ATd1页岩夹薄层灰岩 弱风化 2.30 1.0 0.35 2 0.55 0.2 0.5 0.1 C2薄层灰岩夹页岩 弱风化 2.40 2.0 0.30 3 0.65 0.3 0.6 0.2 CP1m 中厚层灰岩 微风化 2.60 6.0 0.23 12 1.2 1.0 1.1 1.0 A节理裂隙 0.7 0.2泥页岩夹层 0.3 0.026 课程设计要求布置重力坝的溢流与非溢流部分，选择消能方式。在地形图上作出平面布置图；上游立视图；下游立视图；溢流坝剖面图；非溢流坝剖面图；图纸要满足制图规范要求。文字部分有相应稳定、应力、水力学计算及设计说明书，字数不限。所布置的建筑物要根据地形。假

8、设重力坝开挖深度为地面以下15M，帷幕灌浆中心线距上游坝面7M，淤沙高程在1/3坝高处。7 方法步骤31 由基本三角形剖面，确定非溢流坝剖面。满足稳定及上、下游坝面强度要求。32 由水力计算确定溢流坝剖面及消能方式的具体布置。33 在电脑或图板上作出相应图（作图与计算可交叉进行）第二章 枢纽总体布置2.1 基本剖面设计第 4 页 共 20 页41. 坝底宽确定设 n 为 0，m 为 0.8B=78.4m W1=0 B98.1 38.127.9)8.01(24.9284.723W 640P51892P kNU 281.7.718.947801.9502)0.5( 3.4.2-47.60) (1.

9、 PAcfKs当 m=0.75 时 3.78s当 m=0.74 时 15s当 m=0.72 时 ，但为了以后计算都能满足，所以按 m=0.8 算。.0sK2.2 实用剖面计算2.2.1 坝顶高程的确定第 5 页 共 20 页5坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位和校核洪水位的高差，可根据混凝土重力坝设计规范，由下式（3-1）计算，应选择两者中高程的高者作为选定高程czhh%1式中： 防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）；h波高（m）；%1波浪中心线至正常或校核洪水位的高差（m）；z安全超高，按混凝土重力坝设计规范规定，按下表 310 采用。ch表

10、 310 安全超高 hc坝的安全级别相应水位 正常蓄水位（基本情况） 0.7 0.5 0.4第 6 页 共 20 页6校核洪水位（特殊情况）0.5 0.4 0.32.2.2 正常蓄水位时坝顶高程的确定坝的安全级别为级，查表 310 得, m5.0ch在 CAD 图中地形剖面图中测得 B= 173.383m D=5Bkm smV20在 20250 之间,故 h 为累积频率为 5%的 ；21.60920.869320 VgD %5h.5m1.3145hol 9m7.5418)(.8.0lhL0.8632HcthLz 40.31262.051h=0.5+0.186+0.830=1.517m%1zc2

11、.2.3 校核蓄水位坝顶高程的确定坝的安全级别为级，查表 310 得, m5.0ch在 CAD 图中地形剖面图中测得 B= 187.573m D=5Bkm sV20在 20250 之间,故 h 为累积频率为 5%的 ；23.01920.937820 VgD %5h.6m16.3145hol 4m7.062)(4.08.lL0.19282LHcthz .8517.1005h=0.4+0.192+0.853=1.445 m%1hzc防浪墙顶高程=设计洪水位+h 设 =836.41+1.517=837.927m防浪墙顶高程=校核洪水位+h 校 =841.68+1.445=843.125m所以，坝顶高

12、程= 843.125 m (取其中较大值)2.3 稳定计算第 7 页 共 20 页72.3.1 正常蓄水位时坝体沿坝基面的抗滑稳定性验算（1）波浪压力临界水深 m75.0)6.14325.7(14.3)2(40 nlnlhLlHH=98L/2=3.775，所以浪压力 按深水波计算。lpKN.8).06.(475.819)(4 zllhP（2）泥沙压力Ps 为坝面单位宽度上的水平泥沙压力，KN/m;sb 为淤沙的浮容重 7.8-10.8KN/m3;hs 为坝前泥沙淤积厚度，m;s 为淤积的内摩擦角在 26-30 度。 KN138.75)245(31802)45(21 22 tgtghPsss 3

13、.27.-.-9.-47.6409 80 (. PAcUWfKs2.3.2 校核洪水位时坝体沿坝基面的抗滑稳定性验算（1）波浪压力临界水深 m7.0)68.143270.(14.3)2(40 nlnlhLlHH=98L/2=3.852，所以浪压力 按深水波计算。lpKN6.)9.68.0(47.819)(4 zllhP（2）泥沙 KN163.8)245(318.2152 22 tgtgsss .0476.8-.0-7.96-348. 7) 4 (.1)( PAcUWfKs2.4 应力计算应力计算公式如下：上游面垂直正应力： 26BMWyu第 8 页 共 20 页8下游面垂直正应力： 26BMW

14、yd上游面剪应力： npyuu下游面剪应力： mdd上游面水平正应力： uxu下游面水平正应力： pdd上游面主应力： 221nuyu下游面主应力： dddmup2d以上公式适用于无扬压力作用的情况，当截面上有扬压力作用时，应分别采用下列公式：npyuumdyd2npyuuuxpdyddy 221nuuu2221 mpmudyddup2其中 upd式中：B 坝体计算截面沿上、下游面的长度，m ;n 上游坝坡；m 下游坝坡；第 9 页 共 20 页9pu、p d计算截面在上、下游坝面所承受的水压力强度（如有淤沙压力时，应计入在内）；puu、p ud计算截面在上、下游坝面处的扬压力强度；计算截面上

15、全部垂直力之和（包括坝体自重、水重、淤沙重及计算的扬W压力等），以下向下为正，对于实体重力坝，均切取单位宽度坝体为准（下同）；计算截面上全部垂直力及水平力对于计算截面形心的力矩之和，以使上M游面产生压应力者为正。1）坝内垂直正应力 y根据在水平截面上呈直线分布的假定可得距下游坝面 x 处的 为：ybxay其中 a、b 由边界条件和偏心受压公式确定。当 x=0 时， 26BMWayd当 x=B 时， 31bydu2）坝内剪应力 根据 呈线性分布，由平衡条件可得出水平截面上剪应力y呈二次抛物线分布，即： 其中， 、 、x 211xcbax1ab由边界条件确定。1cda duBPb4261duBPc36123、坝内水平截面正应