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1、- 1 -毕业设计资料（土石坝方向）学生姓名 所在班级 指导教师 昆明理工大学电力工程学院水电教研室2012 年 2 月- 2 -一、枢纽任务本枢纽工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。1. 发电装机 24 MW，多年平均发电量 1.2 亿度。本电站装 3 台 8MW 机组。正常蓄水位为 2826.8 米，汛期限制水位为 2826.8米，死水位为 2796.0 米，3 台机组满发时的流量为 44.1 秒立米，尾水位为 2752.2米。 厂房型式为引水式，厂房平面尺寸为 3213 米，发电机高程为 2760 米，尾水管底高程为 2748 米，厂房顶高程为 2772 米。副厂房平面尺寸为
2、326 平方米。安装场平面尺寸为 813 平方米。开关站尺寸为 3220 平方米。2. 灌溉增加保灌面积 1.5 万亩。3. 防洪可减轻洪水对下游两岸的威胁，过 100 年一遇和 200 年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来 1680 秒立米和 2320 秒立米分别削减为 537.5 秒立米和600.0 秒立米。要求设计洪水时最大下泄流量限制为 900 秒立米, 校核洪水位不超过正常蓄水位 3.5 米。4. 渔业正常蓄水位时，水库面积为 15 平方公里，为发展养殖业创造了有利条件。5. 其它引水隧洞进口底高程为 2789.00 米，出口底高程为 2752.30 米；引水隧洞直径为 4 米
3、，压力钢管直径 2.3 米，调压井直径为 12.0 米；放空洞直径为 2.5 米。可放空水库至水位 2770.00 米。二、设计要求(一) 基本要求在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求：1.根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及溢洪道尺寸；2.通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的型式、轮廓尺寸及水利 枢纽布置方案；3.详细设计出大坝，通过比较，确定大坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；4.厂房平面布置，确定厂房和副厂房尺寸，确定各部分预留空间。5.水轮机的型式、型号及装置位置，水轮机的转轮直径及转速；选择发动机-
4、 3 -型号及装置位置，选择尾水管和蜗壳类型。(二) 深入要求每位同学根据自己的喜好选择下列一个子题目作为深入设计部分：1. 厂房设计；2. 厂房排架设计；3. 厂房吊车梁；4. 发电机机墩设计；5. 进水闸门设计；6. 泄水隧洞设计；7. 枢纽的施工导流方案和施工的控制性进度设计；8. 调压井设计；9. 土石坝坝体防渗设计；10.除以上提供选择的深入设计部分外，每位同学还可自行拟定深入设计部分。三、枢纽设计资料说明(一) 流域概况该江位于我国西南地区，流向自东南向西北，全长约 122 公里，流域面积2558 平方公里，在坝址以上流域面积为 780 平方公里。本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地
5、交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区流河流，地表大部分为松软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流的含沙量较大。冲积层较厚，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20，林木面积约占全区的 30，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。(二) 气候特性1. 气温 年平均气温约为 12.8 度，最高气温为 30.5 度，发生在 7 月份，最低气温为-5.3 度，发生在 1 月份。表 1 月平均气温统计表（度）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年平均4.8 8.3 11.2 14.8 16.3 18.0 18
6、.8 18.3 16.0 12.4 8.6 5.9 12.8表 2 平均温度日数日数 月份平均温度1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1206 1.2 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 3.1- 4 -3025.0 26.8 30.7 30 31 30 31 31 30 31 30 27.90 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 02. 湿度 本区域气候特征是冬干夏湿，每年 11 月至次年和 4 月特别干燥，其相对湿度为 5173%之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为 6786%。3. 降水量 最大年降水量可达 1213 毫米，最小为 617 毫米，
7、多年平均降水量为 905 毫米。表 3 各月降雨日数统计表日数 月份平均降雨量1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1230mm 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 04. 风力及风向 一般 14 月风力较大，实测最大风速为 19.1 米秒，相当于 8 级风力，风向为西北偏西。洪水期实测最大平均风速为 14m/s。水库吹程为15 公里。(三) 水文特性该江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据实测短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。该江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的
8、特性，实测最大流量为700 秒立米，而最小流量为 0.5 秒立米。1年日常径流 坝址附近水文站有实测资料 8 年，参考临近测站水文记录延长后有 22 年水文系列，多年年平均流量为 17 秒立米。2洪峰流量 经频率分析，求得不同频率的洪峰流量如下表。表 4 不同频率洪峰流量（秒立米）频率 0.05 1 2 5 10流量 2320 1680 1420 1180 1040表 5 各月不同频率洪峰流量（秒立米） 月频率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12- 5 -1 46 19 12 19 600 1240 1550 1210 670 390 28 372 36 17 11 15 5
9、30 1120 1360 1090 600 310 23 335 23 14 9 11 420 850 1100 830 480 250 16 2810 19 11 7 9 370 760 980 720 410 210 15 233固体径流 该江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达 0.5 公斤立米。枯水极少，河水清彻见底，初步估算 30年后坝前淤积高程为 2765 米。(四) 工程地质1水库地质 库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能
10、坍方量约为 300 万立米。在考虑水库淤积问题时可作为参考。2坝址地质 坝址位于该江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过，对其岩性分述如下：(1) 玄武岩 一般为深灰色、灰色、含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉、石英脉等贯穿其中，这些小岩脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石，副成分为绿泥石、石英、方解石等，由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质也不同，可分为坚硬玄武岩、
11、多气孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩等，其物理力学性质见表 6、表 7。渗透性：经试验得出 k 值为 4.147.36 米/昼夜。表 6 坝基岩石物理力学性质试验表岩石名称 比重 容重 kN/m3 建议采用抗压强度 MPa半风化玄武岩 3.01 29.6 50破碎玄武岩 2.95 29.2 50-60火山角砾岩 2.90 28.7 35-120软弱玄武岩 2.85 27.0 10-20坚硬玄武岩 2.96 29.2 100-160多气孔玄武岩 2.85 27.8 70-180- 6 -表 7 全风化玄武岩物理力学性质试验表 压缩系数 a 浸水固结块剪天然含水率 %干
12、容重 kN/m3比重液限 l塑限 p塑性指数 pI00.5m2/kN10-634m2/kN10-6内摩擦角 凝聚力kPa2.5 16.3 2.97 47.3 32.26 16.9 5.97 1.51 28.38 24(2) 火山角砾岩 角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为 215 厘米，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至 35MPa。(3) 凝灰岩 成土状或页片状，岩性软弱，与近似，风化后成为碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。(4) 河床冲积层 主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石掺杂其中。卵砾石成分以玄武岩
13、为主，石灰岩与砂岩占极少数。沿河谷内分布：坝基部分冲积层厚度最大为 32 米，一般为 20 米左右；靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为 10100 毫米；砾石直径一般为 210 毫米；砂粒直径 0.050.2 毫米；细小颗粒小于 0.1 毫米。见表 8。冲积层的渗透性能 经抽水试验后得，渗透系数 k 值为 310-2 厘米/秒1102 厘米 /秒。表 8 冲积层剪力试验成果表三轴剪力（块剪）应变（拉制）（浸水固结快剪）土壤名称代号项目计算值容重（控制）kN/m3含水量（控制） 内摩擦角凝聚力（kPa）内摩擦角凝聚力（kPa）次数 17 12 8
14、8 2 2最大值 24.3 8.66 4715 37.0 3243 10.5最小值 22.2 4.27 3530 12.0 1755 0平均值 23.08 6.47 4034 18.2 2525 5.3含 中量细粒的砾石小值平均值 3732 14.8备注三轴剪力土样备系筛去大于 4mm 颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。应变控制土样容重系筛去大于 0.1mm 颗粒后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。(5) 坡积层 在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运沉积后，- 7 -形成粘土与碎石的混合物质。3地质构造坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育。可以分为两组，一组
15、走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同。倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填。节理间距，密者 0.5 米即有一条，疏者 35 米即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。4水文地质条件本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩的透水性不同，裂隙少、坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于 0.01 l/(minm)。夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。至于节理很发育的破碎玄武岩、半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩层。正因为这些隔水的与透水的玄武岩存在，遂使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水。一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层数多，难于形成泉水。石灰岩地区外围岩石多为不透水层，渗透问题也不存在。(5) 本地区地震烈度定为 7 度，基岩与混凝土之间的摩擦系数取
