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1、水工建筑物课程设计水工建筑物课程设计重力坝重力坝姓名：姓名： 学号：学号： 班级：班级： 14 水利水电工程（本）水利水电工程（本）04指导老师：指导老师： 张张 洁洁目录目录一、 原始资料 - 1 -二、坝体剖面 拟定 - 2 -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 -一一、原始资料原始资料某枢纽以发电为主，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。（一）水库特征： 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35
2、0.4 米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sm3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 272.63sm3米。3、库容：总库容为 17.9 亿立方米， 考虑开挖后，坝基面高程 269m（二） 、综合利用效益：装机容量 20 万千瓦，年发电量 7.4 亿度。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sm3sm3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sm3sm3条件，库区可从事养殖。（三）自然条件1、地形：坝址位于峡谷出口段，左岸地势较低，山坡较缓
3、；右岸地势高，山坡陡。2、地质：坝址出露岩层为志留系圣母山绿色含砾片岩。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-f 1.1；坝基坑抗剪断凝聚力为 0.6-0.8 Mpa。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。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4214，水库吹程为 1.4kmsm5、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 0容重为。3
4、3108mN二、坝体二、坝体剖剖面面拟定拟定1 1 工程等级工程等级水利水电工程等级指标防洪治涝灌溉供水发电工程等级工程规模水库总容量（亿 m3)保护城镇及工矿企业重要性保护农田（万亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）供水对象重要性装机容量（万 KW)大（1）型10特别重要500200150特别重要120大（2）型101.0重要500100 2006015050重要12030中型1.00.1中等100306015505中等305小（1）型0.10.01一般30515350.5一般51小（2）型 0.010.001Lm /2，属于深水波。（2）波浪压力计算各种情况均按深水波计算浪压力，如图3-4
5、所示。图 3-4 深水波浪压力分布浪压力计算公式为(3-8)(3-8)1=4(1%+ )h1%=1.24h5%=0.62m ； =0.13m ；=9.810.214（0.62+0.13）=0.386kN1=4(1%+ ）对坝底中点 O 取矩为（顺时针为“” ，逆时针为“+” ）：MOPl =0.386(80.9+0.13)=31.278 KNm2.6 其它荷载冰压力、土压力应根据具体情况来定。温度荷载一般可以采取措施来消除，稳定和应力分析时可以不计入。风荷载、雪荷载、人群荷载等在重力坝荷载中所占比例很小，可以忽略不计。坝体廊道及坝顶设备重也忽略不计。2.7、将计算的各荷载进行汇总整理。结论请见
6、下表3-1表 3-1 设计水位情况各项作用力 单位：KN、KNm序号荷载效应方向力值力矩 M 值1自重为正64751.53719210.532水平静水压力为正32061.04-865758.753垂直静水压力为正33.001050.393扬压力为正-11151.81-142728.604浪压力为正0.38631.285淤沙压力为正1239.047273.163 3 同理可得校核洪水荷载同理可得校核洪水荷载表 3-2 校核水位情况各项作用力 单位：KN、KNm序号荷载效应方向力值力矩 M 值1自重为正64721.53719210.532水平静水压力为正32435.7-881655.753垂直静水
7、压力为正51.711635.693扬压力为正-11211.47-143643.574浪压力为正0.38631.4715淤沙压力为正1239.047273.164 4 稳定分析稳定分析重力坝的抗滑稳定分析按单一安全系数法和分项系数极限状态设计进行计算和验算。抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。抗滑稳定计算时取单宽作为计算单元。按单一安全系数法验算,计算公式如下：(3-9)=( )+ 式中：Ks 按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数，f=1.10c 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa，c=0.8Mpa=80
8、0KPa；A 坝基接触面截面积，单宽，A=65.2m2。W 作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，kN；P 作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN；按抗剪断强度公式（3-18）计算的坝基面抗滑稳定安全系数Ks值应不小于3.0（1）设计洪水位稳定分析=1.1(64751.53+33.00-11151.81)+80065.21/33300.47=3.34所以，（K）=3满足规范要求。（2）校核洪水位稳定分析=1.1(64751.53+51.71-11211.47)+80065.21/33675.13=3.30所以，（K）=2.5满足规范要求。四、应力分析四、应力分析应力分
9、析的目的是为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求，同时也是研究解决设计和施工期中的某些问题，如混凝土标号区分和某些部位的配筋等提供依据。在一般情况下，坝体的最大、最小正应力和主应力都出现在上下游坝面，所以重力坝设计规范规定，应核算上下游坝面的应力是否满足强度要求。应力分析的过程是：首先进行荷载计算和荷载组合，然后选择适宜的方法进行应力计算，最后检验坝体各部位的应力是否满足强度要求。依据规范，本次应力分析用材料力学法进行计算。材料力学法三个基本假定：坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。假
10、定坝体水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。1 1 设计洪水位应力计算设计洪水位应力计算1.1 正应力计算=62上、下游边缘应力yu和yd计算公式(4-1)=62其中：W作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，kN；M作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kNm；B计算截面的长度，m。W=64725.6+33.0-10165.89=54592.71 kNM=718931.928-1050.39-865758.76-134646.03-31.278-7273.16=-289827.69kNmyu =54592.71/65.26（-289827
11、.69）/65.22=837.31-409.07=428.24kPayd =837.31+409.07=1246.38kPayu和yd均大于 0,坝踵、坝址处均没有出现拉应力，满足工程规范要求，并且都小于坝踵和坝址的饱和极限抗压强度。上游水面压强：=9.8180.9=793.63kPa上hpu1.2 主应力计算=(1+n2)yu -=428.24kPaPun2=(1+0.80.8)1246.38=2044.06kPa22 1)1 (mpmdydd坝体混凝土材料 C20 拉压强度为 20Mpa。计算结果表明，重力坝在设计洪水水位情况下应力满足规范要求。2 2 校核洪水位应力计算校核洪水位应力计算
12、2.1 正应力W=64725.6+51.71-10720.63=54056.68kNM=718931.928-1635.69-881655.75-135170.57-31.471-7273.16=-306834.713kNmyu =54056.68/65.26（-306834.713）/65.22=829.09-433.07=396.02kPayd =829.09+433.07=1262.16kPayu和yd均大于 0,坝踵、坝址处均没有出现拉应力，满足工程规范要求，并且都小于坝踵和坝址的饱和极限抗压强度。上游水面压强：=9.8181.4=798.534kPa= 上2.2 、主应力计算=(1+
13、n2) yu -=396.02kPaPun2=(1+0.80.8)1262.16=2069.94kPa22 1)1 (mpmdydd坝体混凝土材料 C20 拉压强度为 20Mpa。计算结果表明，重力坝在校核洪水水位情况下应力满足规范要求。五五 溢流坝面设计溢流坝面设计溢流坝曲线由顶部曲线段，中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线采用 WES 曲线。1 1 基本资料基本资料工况上游水位 m下泄流量 m3/s下游水位 m正常349设计349.913770271.90校核350.415110272.63Hmax=1.4m2 2 溢流曲线设计溢流曲线设计溢流曲线具体尺寸要求如表，其中 Hd 为堰
14、面曲线定型设计水头，要求按最大作用水头 Hmax 的 75%95%计算，本设计采用 80%倍的 Hmax，所以 Hd=1.12m。2.1 曲线上游圆弧段参数计算如表0.282=0.316mH=0.04=0.045mR3H0.276=0.309mH=0.20=0.224mR2H0.175=0.196mH=0.50=0.56mR1H2.2 顶部曲线段顶部曲线段计算公式为：x1.85=2.00.85y (5-1)Hx0.511.522.533.544.55y0.126 0.454 0.961 1.637 2.474 3.466 4.610 5.901 7.338 8.917 x5.566.577.5
15、88.599.510y10.637 12.494 14.489 16.618 18.880 21.274 23.799 26.454 29.236 32.147 曲线如图 5-1图 5-12.3、中间直线段dy/dx=1/(2.00.85)1.85 x0.85 =1/0.8Hx=1.596m,y=1.078m2.4、下游反弧段本设计采用挑流消能，反弧段半径 R=（410）,式中为校核水位闸门全开时hh挑流鼻坎反弧段最低点处的水深。挑流鼻坎高程取 274.00m。反弧段最低点流速v=0.93=0.93=36.01m/s2gH0(2 9.81 (350.4 - 274)水深=q/v=90/36=2.5mh反弧段半径 R=（410），本设计反弧段流速为 36.01m/s16m/s,但流速也不是h特别大，同时考虑反弧段要与中间直线段相切，所以取 R=15m。六六 细部构造设计细部构造设计1 1 坝顶构造坝顶构造坝顶路面应具有 23的横向坡度，并设置砼排水沟(3030cm)以排出坝顶雨水，坝顶上游的防浪墙（宽
