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1、水工建筑物课程设计班级：姓名：学号:水工建筑物课程设一斜墙坝一、基本资料：1、河谷地形见附图。2、天然材料。在坝址附近3公里范围内渗透系数为k=10-5cm/s的土料储量丰 富，砂石料分布较为广泛。覆盖层厚度：岸坡35m，河床57m。覆盖 层渗透系数平均为10-2cm/s 10-3cm/s.3、内外交通。工程紧靠公路，与铁路线相距约10公里，交通便利，不需另外 修建对外临时施工道路。4、水库规划资料。该工程主要为下游城市和农田供水，供水工程的最大引用 流量为20m3/s。水库正常蓄水位590 m、设计洪水位592 m、校核洪水位593m。 设计洪水流量1200m3/s,下泄允许最大单宽流量18
2、m3/s。水库最大风速12m/s， 吹程D=5km。灌区位于左岸，灌溉输水渠渠首设计水位572m。二、设计报告（一）土石坝的剖面尺寸及构造经分析，该设计选择斜墙坝。1、坝顶高程：坝顶高程二水库静水位+坝顶超高，取4种运用条件：1）设计洪水位+坝顶正常超高值2）正常蓄水位+坝顶正常超高值3）校核洪水位+坝顶正常超高值4）正常蓄水位+坝顶正常超高值+地震安全加高中的最大值。坝顶超高值：d = R + e + A式中：d一坝顶超高，m； R一波浪在坝坡上的设计爬高，m； e一风浪引起的坝前水位壅高，m； A安全加高，m。1） 风壅水面高度：e = KW2D cos P2 gHm式中，K一综合摩阻系数
3、，取3.6x10一6 ； D一风区长度，取吹程5km； p 一计算风向与坝轴线的法线间的夹角，该坝P = 0。； Hm一风区内水域平均深度，设为35m； W 一计算风速，m/s， 2级坝米用多年平均最大风速的1.52.0 倍，此处取2倍。算得，e=0.015m2）波浪爬高R的计算:平均波浪爬高R :当坝坡系数m=1.55.0时，式中，K 斜坡的糙率及渗透性系数，查表得1.0； K 一经验系数，查 表得1.0； h 平均波高，m ； L 一平均波长，m。平均波高与平均波长由经验公式得出:51h = 0.0166W4D3 n h = 0.63Wm = 0.331W-2115（WWD2）3.175
4、n L =7.251.则，R , 0.63 x 7.25 0.68m设计波浪爬高R :p对2级坝取累计频率1%的爬高值匕,，不同累计频率下的波浪爬高Rp ,可由的值和相应的累计频率P （%）查表得出。hRm 0.1，查表得 i =2.66,HRmR = 0.68R = 2.66 x 0.68 1.81所以，R = R = 1.81m3）安全加高A：根据坝的级别，按表5-1选用。表格1土石坝的安全加高单位：m坝的级别123正常运行条件1.501.000.70非正常运行条件（a）0.700.500.40非正常运行条件（b）1.000.700.50该坝属于2级坝，所处地形属于山区、丘陵区。4种运用条
5、件成果如下：表格2土石坝的坝顶高程单位：m运用条件水位波浪爬高R风壅水高e安全加高A地震安全加高坝顶高程（1）5921.810.0151.0-594.83（2）5901.810.0151.0-592.83（3）5931.810.0150.5-595.33（4）5901.810.0150.51.0593.33选取4中运用条件中的最大值作为坝顶高程，即坝顶高程为595.33m。考虑水库综合利用情况，取596m。2、坝顶构造：（1）坝顶宽度：SL 274200J碾压式土石坝设计规范规定：高坝顶宽可选为10-15m， 中、低坝顶宽可选为5-10m。由于该设计中无交通要求时，仅考虑抢险防汛及检修灌浆和运
6、行管理要 求，坝顶宽度8m。（2）坝顶构造：坝顶盖面材料应根据当地材料情况及坝顶用途确定，一般采用密实的砂 砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土等柔性材料。本设计采用碎石路面。坝顶上游侧宜设防浪墙，墙顶一般高出坝顶1.0-1.20m。防浪墙应坚固不透水，用砌石浆建造，取1.2m。3、坝坡构造：（1）坝坡坡度：土坝坝坡比参考值坝高/m上游坝坡下游坝坡 30(1:3.00)(1:3.50)(1:2.50)(1:3.00)斜墙坝下游坝坡的坡率取值宜偏陡，上游则可适当放缓。该坝最大坝高596-560=36m，采用两级边坡。故上游坝坡为1： 3.00，下游坝坡从坝顶到坝踵依次为1:2.5, 1:3.00，土
7、石坝下游坝坡常沿高程每隔10-30m设置一条马道，其宽度不小于为1.52.0m，马道一般设在坡度变化处，坡率相差0.2-0.5。该坝在坝高1处2设置宽为2m的马道，坡度为1:1.5，1:2.0。（2）护坡构造：土石坝上游坡面要经受波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰层和漂浮物等的危害作 用；下游坡面要遭受雨水、大风、尾水部位的风浪、冰层和水流的作用以及 动物、冻胀、干裂等因素的破坏作用，因此，上下游八面必须设置护坡。该坝上游护坡采用浆砌石护坡，从坝顶一直到坝角，护坡厚度为50cm，下部 设厚度均为40cm的碎石或粗砂垫石。下游护坡设厚度为50cm的碎石护坡， 护坡下面设厚度为40cm的粗砂垫层。4、坝体
8、防渗设置：（1）防渗体：防渗体的厚度主要决定于土料的质量，如容许渗流比降、塑性、抗裂性能等。 在设计中通常采用平均容许比降lja作为控制标准，它等于作用水头H与防渗 体厚度T的比值，斜墙的J,不宜大于5。防渗体顶部的水平宽度不应小于3m， 自上而下逐渐加厚，在坝底部不低于容许比降所规定的要求。此斜墙坝顶部宽度定为3m，上游坡度取为1:2.5，上下游作用最大水头差H 36H=596-560=36m，故墙厚T 2 切 =y = 7.2m，斜墙底宽取为10m7.2m，斜墙下游与水平面夹角为0，tan。=北邑=0.456，则其坡度为m = - = 2.2。72tan 0斜墙上游应设置保护层，以防止冰冻
9、和十裂。保护层可采用砂或碎石，其厚 度不小于该地区的冻结和干燥深度，此处取1.0m，分别铺0.5m厚的碎石和砂 砾石。5、坝基防渗设置：（1）截水槽：截水槽是坝体防渗体向透水地基中的延伸，是构造简单、防渗有效、稳妥可靠的坝基防渗设施。槽底宽度应根据回填土料的容许渗透比降、与基岩接触面抗渗流冲刷的容许比降以及施工条件确定。槽的边坡一般不陡于(1:1) (1:1.5),槽两侧设置反滤层或过渡层。此处取槽的边坡1:1.2。(2)铺盖：铺盖是均质坝体心墙或斜墙上游水平的延伸，可以延长坝基渗流的渗径，以 控制渗透坡降和渗流量在允许的范围内。铺盖土料的渗透系数应小于10-Cm/s, 且至少要小于坝基透水层
10、渗透系数的100倍以上，此坝周围的砂石料符合这 一要求。铺盖向上游伸展的长度一般最长不超过68倍水头，铺盖的厚度， 上游端按构造要求，不小于0.5m，取为1m，向下游逐渐加厚使某断面处在顶、 底水头差作用下其渗透比降在允许范围内，在与坝体防渗体连接处要适当加 厚以防断裂。铺盖上应设保护层，以防止蓄水前十裂、冻蚀和运用期的风浪 或水流冲刷，铺盖底应设置反滤层保护铺盖土料不流失。6、土坝排水设置：坝体排水用堆石棱柱体排水，它是在下游坝脚处用块石堆成的棱体。棱体顶宽 不小于1.0m，顶面超出下游最高水位的高度，对2级坝不小于1.0m，而且还 应保证浸润线位于下游坝坡面的冻层以下，因下游无水，故取棱体
11、顶高3m,顶 宽2m。棱体内坡根据施工条件决定，一般为1:1.01:1.5，外坡取为1:1.51:2.0，在此处取内坡1:1.5，外坡1:2.0。在棱体与坝体及土质地基 之间均应设置反滤层，在棱体上游坡脚处应尽量避免出现锐角。7、反滤层和过滤层反滤层的作用是滤土排水，防止土工建筑物在渗流溢出处遭受管涌、流土 等渗流变形的破坏以及不同土层界面外的接触冲刷。反滤层一般由1-3层级 配均匀，耐风化的砂、砾。卵石和碎石构成，每层粒径随渗流方向而增大。水 平反滤层的最小厚度可采用0.3m；垂直或倾斜反滤层的最小厚度可采用0.5m。过渡层主要对其两侧土料的变形起协调作用。反滤层可以起到过渡层的作 用，而过
12、渡层却不一定能满足反滤的要求。合理的反滤层设计要满足的要求：(1)被保护土层不发生管涌等有害的渗流变形，在防渗体出现裂缝的情况 下，土颗粒不会被带出反滤层，而且能促进使裂缝自行愈合。要求反滤 层有足够小的孔隙，以防土粒被冲入孔隙或通过孔隙而被冲走。（2）透水性大于被保护土层，能畅通的排除渗透水流，同时不致被细粒土淤塞而失效。这要求反滤层必须有足够大的孔隙。8、坝型剖面图（见图纸）（二）土石坝防渗分析渗流分析的内容包括：确定坝体内浸润线；确定渗流的主要参数渗流 流速与比降；确定渗流量。在渗流分析中，一般假定渗流流速和比降的关系符合达西定律，即6=1。斜墙采用粘土料，渗透系数k = 1.0X10-
13、5cm/S，坝壳采用砂土料，渗透系数k =1.0X10-2cm/s，两者相差103倍，可以把粘土斜墙看做相对不透水层，因此计算时可以不考虑上游楔形降落的水头作用。坝体渗透计算斜墙的平均厚度：8 = % 片2 = 6.5m22通过斜墙的q1: q1 = K：2h2（1） h 2 - H 2,、通过坝壳的q2: q = K一2 2（2）Kh 2 H 228由公式（1）、（2）相等得: _ e 2 K2 LH; - h 2下游无水，H = 0，10 -5 h 2 2 x 6.5 10-2 2L 302 - h2堆石棱柱体排水体高度为3m，计算L的长度:L = 5 + 72+8 + 45+2 + 45
14、 - 4.5 172.5m则，h = 4.82m，K =10-5cm/s = 8.64x10-3m/日H2 h2302 4.822q = K 1= 8.64 x10-3 x= 0.58m2 / 日282 x 6.5坝壳浸润线方程 x =(0 x 172.5)，K =10-2cm/ s = 8.64m/|日，2q则坝壳浸润线方程可写为y2 0.134x (0 x 172.5)坝壳浸润线方程 y2 = 0.134x （0 x 172.5）坐标点浸润线轮廓如图示:水力坡降J = H =卫=0.174L 172.5渗漏总量约为Q = qL = 6.71 x 10-6 x 608.42 = 4.08 x 10-3m3 / s渗漏量控制平均流速v = kJ = 10-5 x 0.174 = 1.74 x 10-6 m / s（三）土坝稳定性计算1、土坝失稳的形式，主要是坝坡或坝坡连同部分坝基沿
