拱坝设计资料

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1、计算书目录：1、设计参数及控制指标2、拱坝体形3、应力计算4、拱坝稳定计算5、消能计算6、坝体细部及放空、取水孔设计1、设计参数及控制指标1.1 坝体参数坝体材料:C15砼砌600#毛石，坝体容重r=2.3t/m3，坝体弹模E=9.0xl09Pa, 坝体变模E5.0x109Pa,泊松比卩=0.25。线膨胀系数取0.8x105/,导温系数 取3 m2/月。坝基：左坝基为灰岩，变形模量E5.0x109Pa，泊松比卩= 0.28。右坝基为 泥灰岩，变形模量E=3.8x109Pa，泊松比卩= 0.30，坝体底部为泥页岩，变形模 量E2.5x109Pa,泊松比卩=0.32。线膨胀系数取0.8x105/1

2、，导温系数取3m2/ 月。水文及地质资料见附件1。1.2 控制指标大坝坝肩稳定及应力控制指标按浆砌石坝设计规范（SL25-91）执行，见表1 1、 1 2。表 1-1抗滑稳定安全系数表类别何载组合情况安全系数抗剪断强度K基本组合3.00特殊组合2.50表 1-2大坝允许应力表类别位置允许应力允许压应力（104Pa）拱冠梁底部110其它部位100允许拉应力（104Pa）拱冠梁底部410其它部位4102、拱坝体形拱坝体形为双曲拱坝，拱圈平面曲线采用圆弧。因两岸地形基本对称而采 用相同半径的双曲拱坝。2.1 坝顶高程的拟定2.1.1 已知：校核洪水位（p=0.2%） :746.50m设计洪水位（p

3、= 2%）： 744.00m正常蓄水位： 742.50m2.1.2 坝顶高程根据各种运行情况的水库静水位加上相应超高后的最大值确定。坝顶超高值Ah按下式计算（浆砌石坝设计规范（SL2591）第八章坝体构造）h=2 h+h0+hc式中：Ah坝顶距水库静水位的高度，m2 h波浪高，mh0.波浪中心线超出水库静水位的风壅高度，mhc安全超高，m：正常运用情况取0.4m,非常运用取0.3m。2.1.3波浪要素按浆砌石坝设计规范（SL25-91）附录二计算。波高、波长 可按下式计算2h = 0.0166u 4D 32 f 4 f32L =10.4（2h ）0.8L1,4兀h 2 了兀Hh= cth 10

4、 2 LLLL式中：2h2浪高，m；2Ll波长，m；u 计算风速，按瓮安县多年平均最大风速为11.1m/s；fD 计算吹程（ km）， D =0.8km； ffh0波浪中心线超出水库静水位的风雍高度，m；H1坝前上游水深，m。计算结果如表 21：坝顶高程成果表表 2 1算况 汁青上游 静水位(m)算速 计风仙吹程(km)浪高(m)安全 超咼 (m)计算顶部 咼程(m)设计744.0011.100.800.790.4744.79校核746.5016.700.800.960.3747.46根据以上的计算结果，根据结构要求，确定坝顶防浪墙高度为0.8m，坝顶防浪 墙高程则为747.50m,上游校核情

5、况下静水位为746.50m,坝顶高程取74670m,坝 顶高程高于该水位 0.20m。本方案属扩机工程，在该坝址已经修了一座底宽为10m,高19m的低坝，原设 计方案的建基面为689.0m，采用双曲拱坝的圆弧拱。扩机方案在原坝体加宽加高， 坝体底部高程取原坝体底部高程，即建基面为689.0m。因基础为泥页岩，比较软弱， 故采用2.0m厚的垫层。则坝高为57.70m，属中坝，在坝顶高程746.70m开挖后的 河谷水平宽度为170.0m，则河谷的宽高比L/H= 170/57.5 = 2.946,属“U”型河谷。2.2、拱坝体形设计2.2.1坝顶厚度Tc (参见砌石坝设计P137)Tc=0.4+0.

6、01(L+3H)式中：Tc坝顶厚度(m)H最大坝高(m )=57.70mL顶拱弦长(m)= 170.0m经计算得Tc= 0.4+0.01 (170+3x57.7)=3.83m，考虑交通等要求，取Tc = 5m。2.2.2 拱圈厚度( 1)、坝底厚度 Tb 参见砌石坝设计 P138 的经验公式Tb=0.132(L/H)0.269+(2H/1000)xH式中：Tb坝底厚度(m)最大坝高(m )=57.70mL顶拱弦长(m)= 170.0m经计算得 Tb = 0.132(170/57.7)0269+(2x57.7/1000)x57.7 = 16.84m。 由美国肯务局的经验公式Tb= *0.0012

7、HL(H/122) h心式中：Tb坝底厚度(m)H最大坝高(m )=57.70mL1顶拱弦长(m)= 170.0mL2顶底以上0.15H处弦长(m)=71.8m经计算得 Tb= 30.0012x57.7 x 170x 71.8x (57.7/122)沪心 =8.40m。 综合考虑，取坝底厚度为Tb = 16.0m.。水平拱圈厚度按T=Tc+ (TbTc) Y/H计算，即T = 5+ (16 5) Y/57.7 = 5+0.19064Y2.2.3 上游面曲面初拟由于该工程是扩建项目，为了不影响其电站的运行以及施工方便（不用重新修筑围堰），只在下游增加其厚度。所以其上游面曲线只有按原设 计方案。设

8、 X=Hd/H卩2=Ad/Hk=m/H式中：H为坝高m；久一凸点的相对高度，Hd为凸点D所对应该的高度。卩2凸度，Ad为凸点D到轴线的距离。K上游曲线的平均倒悬度，m为坝踵B到铅垂线DF的距离。各项意义见下图 2 1 。图 2 1根据原坝体的设计成果值为：Hd=20.0mAd=7.32mM = 3.25m将地形图上可利用基岩线确定后，再确定每一层拱圈对应的水平弦长，定出半径后（用半中心角控制，顶拱的半中心角在80110之间， 底拱的半中心角在4080之间，半径的连线为一光滑的曲线）经过应力 控制的优化后得到拱坝体形。该大坝为加高工程，在 708.0m 高程以下，只有用原坝体设计参数。 拱坝体型

9、设计、优化、应力分析及坝肩稳定计算，采用浙江大学拱坝应力 计算程序ADAO进行（该程序通过电力部鉴定，并于95年被列入国家级 科技成果重点推广计划， 98 年荣获国家科技进步奖），在计算机上完成。3、应力计算3.1 计算方法及荷载组合拱坝应力按多拱多梁混合法计算，采用浙江大学拱坝应力计算程序ADAO 进行计算，初拟采用 8 层拱圈，其高程分别为：745.0、737.5、731.5、723.0、 714.0、706.0、697.5、689.0m（拟合层为砼垫层 687.0m）。荷载组合情况分基本组合及特殊组合两类。基本组合为：（1）正常蓄水位相应尾水位设计正常温降自重扬压力泥沙压力 浪压力。特殊

10、组合为：（2）较核洪水位相应尾水位设计正常温升自重扬压力泥沙压力 浪压力。地区地震烈度小于W度，故不作动力计算。3.2 温度参数说明多年年平均气温13.6C多年平均最低月（1月）气温3.8C多年平均最高月（7月）气温24.7C日照影响按2C计温降变幅=年平均气温一年平均气温= 13.6-3.8=9.8C考虑日照影响后，设计正常温降=9.8+2 = 11.8C，计算时间取1.5 温升变幅二最高月平均气温一年平均气温=24.7-13.6 = 11.1C 考虑日照影响后，设计正常温升= 11.1+2=13.1C，计算时间取7.5 库底水温因无实测资料，按规范（SD145-85）附录规定，Tkd可近似

11、按最 低 3 个月平均气温计，Tkd=（3.8+5.0+5.9） /3=4.9C水表面年平均水温=年平均气温+日照影响=13.6+2= 15.6C 表面水温年变幅=气温年变幅的一半=（24.7-3.8） /2 = 10.45C 温度计算的初相位取值为6.5（月）。3.3 计算成果经计算，拱坝最大拉应力为0.76MPa，发生在706.0m高程左拱端的下游 面，计算工况为校核洪水位+温升，最大压应力为2.76 MPa，发生在706.0m 高程左拱端的下游面，计算工况为校核洪水位+温升，均小于大纲中规定的允 许应力。应力分布规律符合一般规律，较合理，计算原始数据和结果文件见附4 拱肩稳定计算4.1

12、计算方法拱肩抗滑稳定按刚体极限平衡法计算，并根据 浆砌石坝设计规范(SL25-91)规定，拱肩稳定分析应按空间问题处理，确定其整体抗滑稳定安全系数。如情况简单且无复杂的滑裂面时，可按平面分层累计计算。 计算步骤：(1)绘制各层拱肩抗滑岩体图。( 2)根据地质专业提供的资料，列出几组不同侧滑面(裂隙或岩体)，在抗滑岩 体图中分别量出侧滑面与拱端径向的夹角、底滑面面积、侧滑面长度。( 3)根据前面量出的参数，各层拱端高程，计算工况的水位，各侧滑面、底滑 面分别对应的抗剪断参数，程序计算得到的各层拱端作用力，代入抗剪断公式，分 别计算各层、各侧滑面的K值，取其中每层最小K值为该层安全系数K。4.2

13、已知条件4.2.1 由拱坝应力计算得拱端力系计算结果如下表：拱端力系表(单位：t)工况拱端高程849.7843.0827.2811.4795.6779.8763.8正常畜 水位+ 温降左拱端推力-428.7383.11290.11746.72153.12082.4934.8拱端剪力11.6-25.9184.3480.1860.41494.92117.0右拱端推力-138.0531.11119.31642.82157.32231.61084.2拱端剪力-6.4293.8907.31645.22368.82414.71243.5校核洪 水位+ 温升左拱端推力813.31137.81304.4169

14、9.22116.42007.1876.2拱端剪力-33.7-395.5-106.5351.2751.91347.51915.2右拱端推力1653.21591.71105.71582.32131.62038.5835.2拱端剪力1581.51480.21158.01595.92270.12167.8959.84.2.2 水文：校核洪水位 848.87m；4.2.3 地质： 河谷呈“V型，出露地质为T1 薄至中厚层灰岩。 坝址岩层产状平缓，层面(岩层产状)为：左岸N5E/Z6。；右岸 N20W/Z10。主要发育裂隙有：E0W/Z90；S0N/Z90；断层主要有：f101： E0W/NZ2035。、破碎带宽0.30.5m；f102: N50W/SWZ2035。、破碎带宽 0.30.5m；4.3 计算假定根据地质报告，坝肩两岸产状倾角较缓，陡倾角裂隙较发育，无其它大的结 构面发育，拱肩稳定按平面分层抗滑计算，为简化计算，在计算中作如下假定： (1)地基为灰岩，因其产状倾角较缓(1020。)，故可近似假定