南昌工程学院某水库土石坝课程设计

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1、某水库土石坝设计书班级姓名学号日期 指导教师：张洁目录一、设计基本资料 11、水文气象1(a) 流域概况1(b) 气象1(c) 水文12、工程地质2(a) 区域地质概况2(b) 坝址工程地质条件23、筑坝材料及物理力学性质3(a)筑坝土料场的选择与设计3( b )反滤料、过滤料及排水料的选择5( c )筑坝材料的物理力学性质6二、水库工程特性与建筑级别 71 、洪水标准72、水库库容73、水库水位及流量7三、工程规模 7四、坝体剖面设计 81 、坝高82、坝宽83、坝顶超高8(a)坝顶超高计算8( b )坝顶高程计算94、渗流计算9(a) 渗流单宽流量计算9(b) 绘制浸润线 1 03、稳定计

2、算 1 0(a) 下游坝坡稳定计算10(b) 上游坝坡稳定计算10一、设计基本资料1、水文气象(a) 流域概况某水库位于鄱阳湖水系信江上游玉山水分支金沙溪流域的棠梨山。金沙溪 是信江玉山水的主支，发源于怀玉山脉南麓，全长 66.5 公里，流域面积 500 平方公里，水库坝址以上控制流域面积324 平方公里。(b) 气象本流域属亚热带季风气候区，处赣东北暴雨中心边缘，气候温湿，雨水充 沛。多年平均降雨量 1826 毫米，降雨年内分配不匀，有春汛秋旱之现象。多 年平均气温18C，蒸发量1053毫米(E601)。风向多为东北风，最大阵风六 级，多年平均最大风速16.0米/秒。吹程3.0 km,风向与

3、坝线夹角48。(c) 水文流域内有原贲口站实测两年径流资料，邻近流域玉琅溪峡口水文站有九年 实测径流资料。利用两站径流资料，推求水库坝址水文资料。现将水文计算成果和其它有关资料汇总如下：(1 )代表性流量及洪量由降雨径流相关求得坝址处多年平均径流总量3.97亿立方米，径流深12.26 毫米,多年平均流量 12.6 秒立米.。本流域集水面积小，坡陡流急，洪水具有汇 流快，历时短的特点，坝址设计洪水由暴雨入库单位线求得，三百年一遇洪峰 2533秒立米，三日洪量1.7亿立米，千年一遇洪峰2895 秒立米，三日洪量1.93 亿立米，可能最大洪水根据江西省可能最大暴雨及频率暴雨图集计算，用 入库单位线求

4、得，可能最大洪水，洪峰为5393秒立米，三日洪量3.37 亿立米。(2)泥沙及冰情本流域无实测泥沙资料，移用玉山水上饶站资料求得坝址处多年平均输沙 量 9.08 万吨。本库内冰情不严重，可不加考虑。2、工程地质(a) 区域地质概况本区处在下扬子地槽浙西地向斜之西南端，北缘靠近波阳地背斜，南部为 华夏地块浙向隆成区，为浙西地向斜和石桥球川倒转复向斜之内。出露地层 有古生代奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系和石炭二迭系、中生代出露、白垩 系、新生代第四系。枢纽区以正长斑岩、凝灰岩、页岩、砂砾岩为主。流域地 下分水岭高程均高于水库最高水位，库区无渗漏之可能。库区及枢纽区山坡基 本稳定。(b) 坝址工程地

5、质条件主坝坝基组成岩石为下石炭砂砾岩与紫红色泥质砂页岩石层及中石炭纪砂 砾岩，石英砂岩与泥质炭质页岩，岩性亦以互层出现。其中砂砾岩、砂岩为矽 质胶结，性坚硬，力学性能较佳。在河床及河漫滩部位之土坝基是由57米的 砂砾石组成，压缩系数小，左岸台地部位为天然粘质土及砂砾石充填粘土覆盖 层，下部仍为砂砾石层。主坝左岸山坡较为平缓，山坡角约为200，且山头较 矮，边坡稳定条件好，主坝右岸山坡较陡，山坡角约为35o37o,山头较高,但据地质人员分析，边坡无大塌滑之可能。根据2001年颁发的中国地震动参数区划图本区地震动峰值加速度小于0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35s,区域稳定性较好,可不作地震

6、设防。3、筑坝材料及物理力学性质(a)筑坝土料场的选择与设计1、防渗土料的选择、防渗土料的一般要求防渗土料必须具备与其使用目的相适应的工程性质，如防渗料应有足够的 防渗性和一定的抗剪强度，高土石坝心墙料还应具有低压缩性。防渗土料还应 具有长期稳定性、有充足的抗管涌能力，地震时不产生过大的孔隙压力等。、防渗土料质量要求粘粒含量：1530；塑性指数：1020；渗透系数：10-5cm/s，小于坝壳料100倍；有机质含量：2；水溶盐含量：3(易溶盐和中溶盐的总量)天然含水量：最好与最优含水量或塑限相近；击实后密度：大于天然密度。、选定防渗土料时一般考虑的原则 、土的防渗性土料的渗透系数小于1 X 10

7、-4cm/s，即认为满足要求； 、土的抗剪强度一般坝体土料强度均能满足要求；如基础有软弱夹层，则坝体的危险滑动 面多为和软弱面联成整体的滑面，此时要求土料有较高强度。 、土的压缩性一般要求坝体底部土料要有低压缩性。要求非浸水和浸水饱和的压缩系数 不要相差很大，湿险性能很强。拉应力区的土应有较高的抗剪断凝聚力，同时 在变形特性上，防渗料与棱体料的差值要尽量少，以减少拱效应和使坝体内应 力分配均匀。 、渗透稳定性在渗透水作用下要有较高的抗管涌能力和较高的抗冲蚀能力，拟做模拟实 际渗透作用下的试验，加以判别。 、优先选用天然含水量和最优含水量相近的土料选用天然含水量的最优含水量相近的土料将便于施工，

8、二者相差大，则需 加水或翻晒。如在多雨潮湿地区筑坝，降低含水量困难，可选用天然含水量稍 高于最优含水量，但不应超过 3，以不影响施工为准。对于天然含水量低于最优含水量的土，不宜低于 2。 、仔细研究颗粒级配a、粘粒(d5;曲率系数(Ced302/d10Xd60)=13,认为级配良好；d、如遇两种土料均能满足要求，则应选用粒径范围较宽的土料。 、土的膨胀量、膨胀力和体缩遇膨胀量、膨胀力及体缩较大，应做矿化分析，当粘土矿物以蒙脱石和伊 里石为主时，必须充分论证，工程中要采取措施。 、水溶盐、有机质含量水溶盐含量是指易溶盐和中溶盐的总量，以重量计不大于 3；有机质含量(按重量计)，对心墙坝和斜心墙坝

9、不大于 2。 、综合研究土料性质在土料选择中，应综合研究土料性质，不可过分强 调某一特性，因为各种因素的常常是互相矛盾的，如土的含粘粒高，防渗性和 可塑性好，但强度低；压缩性大，施工较困难。(b)反滤料、过滤料及排水料的选择1 、反滤料、过滤料及排水料一般技术要求使用的石料或砾石料是坚硬未经风化与溶蚀的材料，并应耐风化且不易为 水所溶解；其颗粒组成必需满足不穿越和排水条件好；没有塑性。2、质量技术要求反滤料、过滤料及排水料的材料，可使用砾、砾卵石、角砾碎石和破碎岩 石、天然冲击层、山麓堆积物以及开挖出级配良好的小石块。级配：尽量均匀、 要求一层的粒组不钻入另一层粒组的孔隙中去，最小粒径0.1m

10、m含量不应超过5%；不均匀系数W8；颗粒中无片状、针状、坚硬抗冻；含泥量3%；渗透系数 5.8 X 103 cm/s。（c）筑坝材料的物理力学性质枢纽区附近土料、石料相当丰富，其储量大大超过建设所需，唯砂料需到 工程下游十多公里外的河道采供。其物理力学特性如下：1、坝基质量评价坝基粘土截水槽与基岩接触面J=4,坝基砂卵石层平均干容重1.65t/m3,允平均饱和容重2.00t/m3,平均浮容重1.00t/m3,渗透系数为1.1 X 10-2cm/so2、坝体质量评价 大坝设计为均质土坝,坝体填土为粘土,经试验得出：坝体填土平均湿容重1.95t/m3,平均干容重1.63t/m3,平均饱和容重2.0

11、0t/m3,平均浮容重1.00t/m3, 渗透系数为 1.5X 10-4cm/s。3、粘土铺盖现状质量评价经试验得出粘土铺盖平均干容重1.62t/m3,平均饱和容重2.00t/m3,平均 浮容重1.00t/m3，粘土铺盖渗透坡降J=8,粘土铺盖与截水槽渗透系数为 允1.5X 10-6cm/s。有关各土层物理力学指标值见下表1 . 1 。表1.1材料容重和抗剪指标、指标部位容重（t /m3）抗剪指标r干r湿（饱r（度）C (kg/cm2)坝身粘土1.631.952.001.00200.2风化料1.631.832.001.0021.70.2粘土铺盖1.622.001.0020.80.28砂卵石层1

12、.652.001.00300二、水库工程特性与建筑级别1、洪水标准设计洪水重现期 300 年一遇，校核洪水，大坝和副坝采用可能最大洪水， 溢洪道和引水系统按重现期 1000 年一遇。2、水库库容水库总库容 2.489 亿立米，调洪库容0.479 亿立米，防洪库容0.152亿立 米，死库容0.76 亿立米，调节库容1.25 亿立米，库容系数0.315。3、水库水位及流量水库正常蓄水位94.00米，设计洪水位（300年一遇）96.11 米 ，相应的 最大下泄流量为2466m3/s；校核洪水位（1000年一遇）96.19 m,相应的最大 下泄流量为 2484m3/s。三、工程规模根据水库总库容2.4

13、89亿立方米,在110亿立方米之间,工程规模为大 （ 2）型,工程等别为二等。1、坝高坝高约54m,采用三级变坡。上游坝坡：1 4.0；1；。下游坝坡：1；。马道：第一级马道高程为,第二级马道高程为。2、坝宽坝高在 30m70m 之间为中坝,所以坝宽选为 8m。3、坝顶超高(a)坝顶超高计算3000m，所以波浪的波高和为 16.0 米 / 秒,风速修正系数 取 1.0 , D 为O对内陆峡谷水库,当 、 时平均波长可以官厅水库公式：算得一为累积频率5%的波高=0.76m 。=8.44m。为 12m、一0.1=0.007858采用砌石护面，取0.75, =1.47,所以 取1.02。R=0.6057m。（b）坝顶高程计算运行情况静水位R（m）e（m）A（m）（m）高程坝顶咼程设计情况96.110.60570.0078580.71.31497.42497.424校核情况96.190.60570.0078580.41.01497.2044、渗流计算（a）渗流单宽流量计算计算情况L (m)q 正常高水位124.203.61校核洪水位118.734.04(b)绘制浸润线正常高水位校核洪水位3、稳定计算先取半径R, 土条宽度B=0.1R。(a)下游坝坡稳定计算(b)上游坝坡稳定计算