课程设计.docx
- 文档编号:9501789
- 上传时间:2023-05-19
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:134.14KB
课程设计.docx
《课程设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《课程设计.docx(16页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
课程设计
水工建筑物课程设计
题目:
南岗粘土心墙土坝枢纽设计
姓名:
王大宁
学号:
2011096036
班级:
11水利水电工程班
第一章基本资料
1.1概述
1.2地形资料
1.3地质资料
1.4建筑材料
1.5水文水利资料
1.6气象资料
1.7其他资料
第二章枢纽布置
2.1工程标准确定
2.2枢纽总体布置
第三章土坝设计
3.1剖面拟定
3.2结构设计
防渗排水
护坡
反滤层设计。
3.3渗流计算
计算渗流量和浸润线
校核大坝总渗流量是否超过规范允许值
3.4稳定计算
第四章溢洪道设计
南岗粘土心墙土坝枢纽设计
第一章基本资料
1.概述
南岗土坝枢纽位于南岗河上,距南柳村三公里,控制流域面积517平方公里,流域主要为土石山区,岩石大部分为砂岩页岩及一部分石灰岩,其上覆盖有薄层黄土,水土流失严重。
枢纽以上河道长43千米,河道平均纵坡为2‰,枢纽以下流域主要为冲积平原,是重要的粮棉产区。
修建该枢纽的主要目的是灌溉、防洪、兼顾养鱼及乡镇企业供水。
2.地形资料
南岗河在坝址以上约3千米处进入一个葫芦形地带,至此河南岗河在该坝址以上河谷收缩,为一建坝的良好地形。
枢纽附近河谷基本对称,河床最低高程560.0米。
右岸有一天然冲沟,左岸有一山凹,此两处均可作为溢洪道的比较线路。
3.地质资料
库区岩石均为砂页岩,左岸覆盖有厚层黄土,河底为细沙及砂卵石。
在枢纽附近,右岸为砂质砂岩,岩石质地坚硬,无断层裂隙,左岸高程102.5米以上为黄土,以下为砂岩。
黄土可溶盐含量约0.043%,并含有18%的钙质结核。
河库覆盖有细沙及砂卵石,细砂厚约一米,砂卵石最深处5米,下为砂岩。
坝基砂卵石浮容重10.5kN/m3,内摩擦角33.0°,粘结力为0,渗透系数1x10-2cm/s。
左岸壤土干容重15.0kN/m3,孔隙比0.818,含水量17%,比重2.75,塑限16.6%,塑性指数13.6,湿容重17.6kN/m3,饱和容重19.5kN/m3,渗透系数4.5x10-4cm/s,内摩擦角23.3°,粘结力为22kPa。
4.建筑材料
(1)在坝址附近有足够的壤土可供开采,主要分布在左岸及上游小孤山处。
(2)壤土物理指标:
干容重16.0kN/m3,饱和容重19.5kN/m3,比重2.72,塑限18.9%,塑性指数14.0,渗透系数9.76x10-5cm/s,内摩擦角20°,粘结力14kPa。
(3)枢纽附近分布有大量砂质砂岩,除表面风化部分外,内含新鲜基岩质地良好,湿容重26kN/m3,内摩擦角31°。
5.水文水利资料
(1)多年平均年径流量760万m3。
(2)正常蓄水位640.50m,相应下游水位566.0m;
(3)50年一遇设计洪峰流量215m3/s,设计洪水总量160万方。
(4)500年一遇校核洪峰流量320m3/s,校核洪水总量225万方。
(5)死水位570.0m;
(6)水位~库容关系曲线如下表所示。
水位~库容关系曲线表
水位(米)
560
570
580
590
600
610
620
630
640
650
库容(万m3)
80
280
360
540
860
1000
1252
1520
1896
2140
6.气象资料
水库最大吹程2.8km;多年平均最大风速16m/s,多年平均最大冻土层深度0.64m。
7.其他资料
(1)设计灌溉面积40.0万亩,灌区在左岸;
(2)坝顶无交通要求;
(3)灌溉引水涵管设计流量2.0m3/s,加大流量2.4m3/s.
(4)坝轴线河床最低点高程560.0m.
第二章枢纽布置
坝址选择根据坝址特点,各种坝型特点,比较各种坝型是否适合坝址特点确定。
枢纽布置按照便于施工,利用地形的原则,合理布置。
包括树立枢纽建筑物的确定,各种建筑物适合不同地形确定枢纽布置。
1.工程标准确定
枢纽等别和建筑物级别的确定
工程等级
工程规模
水库总库容(亿m3)
防洪
治涝
灌溉
供水
发电
保护城镇及工矿业重要性
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
发电容量(万KW)
Ⅰ
大
(1)型
≥10
特别重要
≥500
≥200
≥150
特别重要
≥120
Ⅱ
大
(2)型
10~1.0
重要
500~100
200~60
150~50
重要
120~30
Ⅲ
中型
1.0~0.1
中等
100~30
60~15
50~5
中等
30~5
Ⅳ
小
(1)型
0.1~0.01
一般
30~5
15~3
5~0.5
一般
5~1
Ⅴ
小
(2)型
0.01~0.001
<5
<3
<0.5
<1
有灌溉面积40.0万亩,故得:
工程等级——Ⅲ
主要建筑物——3级
次要建筑物——4级
2.枢纽总体布置
1)坝型选择
坝型选择是土石坝设计中需要首先解决的一个重要问题,因为它关系到整个枢纽的工程质量、投资和工期。
坝高、筑坝材料、地形、地质、气候、施工和运行条件等都是选择坝型的重要因素。
土石坝是以土、石等当地材料填筑的坝,按坝体采用的材料不同可分为好几种类型,这里指的是土质芯墙土石坝。
土石坝对不同的地形、地质和气候条件适应性好。
任何不良的坝址地基和深层覆盖层,经过处理后均可填筑土石坝。
土石坝还可以就地取材。
且目前的水平是过去被认为“劣质材料”的风化砾质土、红粘土、中细砂、开挖石渣,都可分区上坝,充分发挥就地取材的优越性。
由已知资料可知到底土石料,可选为心墙坝。
2)建筑物总体布置
泄水建筑物型式的选择
土石坝的泄洪建筑物适合采用岸边溢洪道,枢纽附近河谷基本对称,河床最低高程560.0米。
右岸有一天然冲沟,左岸有一山凹,此两处均可作为溢洪道的比较线路。
采用正槽式溢洪道泄洪,泄水槽与堰上水流方向一致,水流平顺,泄洪能力大,结构简单,运行安全可靠,适用于各种水头和流量。
灌溉引水建筑物
采用有压式引水隧洞与灌溉渠首连接。
进口设有拦污栅、进水喇叭口、闸门室及渐变段洞身筋混凝土衬砌;出口段设一段渐变段连接渠首,并采用设置扩散段的低流消能方式。
水电站建筑物
因为土石坝不宜采用坝式水电站,而宜采用引水式发电,所以这里用单元供水式引水发电。
过坝建筑物
主要是鱼道。
枢纽总体布置的确定
挡水建筑物——土石坝按直线布置在南岗河上;泄水建筑物——溢洪道布置在大坝右岸的天然冲沟处;灌溉引水建筑物——引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置;水电站建筑物——电站厂房、开关站等布置在右岸(凸岸),在副坝和主坝之间,厂房布置在开挖的基岩上,开关站布置在厂房旁边。
第三章土坝设计
1.剖面拟定
1)坝顶高程确定
坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和,应在年以下四种方式计算,取其最大值:
A、设计洪水位+正常运行条件的坝顶超高
B、正常蓄水位+正常运行条件的坝顶超高
C、校核洪水位+非常运行条件的坝顶超高
D、正常蓄水位+非常运行条件的坝顶超高
由水文资料得:
正常蓄水位:
640.50m得V死+V兴=1908.2万m3
设计洪水位:
647.06m
校核洪水位:
649.72m
坝顶超高d=R+e+A
风浪引起的坝前水位雍高e=KV2Dcosβ/(2gHm)式中:
e——风浪引起的坝前水位雍高
K——综合摩擦系数(取3.6*10-6)
V——风速
D——水面吹程
β——计算风速与坝轴线法线的夹角(取0度)
Hm——沿水库吹程方向平均水深取
得e=3.6*10-6*162*1*2.8*103/(2*9.8*Hm)=0.132/Hm
设计波高hm=0.0166V5/4*D1/3=0.0166*165/4*2.81/3=0.75m
设计波长lm=10.4(hl)0.8=8.25m
波浪在坝坡上的爬高R=KΔKw[hmlm/(1+m2)]1/2
KΔ——坝坡粗糙渗透系数(取0.8)
Kw——经验系数(取1.0)
hm、lm——分别为设计波高(m)和波长(m)
m——取3
得R=0.8*1.0*[0.75*8.25/(1+32)]1/2=0.2m
A、设计洪水位+正常运行条件的坝顶超高
647.06+0.2+0.0015+0.7=647.96m
B、正常蓄水位+正常运行条件的坝顶超高
640.5+0.2+0.0015+0.7=641.40m
C、校核洪水位+非常运行条件的坝顶超高
649.72+0.2+0.0015+0.4=650.32m
D、正常蓄水位+非常运行条件的坝顶超高
640.5+0.2+0.0015+0.4=641.10m
考虑到土质防渗体分区坝预留沉降量一般为拔高的1%
综上:
运用
情况
静水位
(m)
坝址最低点(m)
R(m)
e(m)
A(m)
坝高(m)
预留坝高(m)
取坝高(m)
坝顶高程(m)
A
647.06
560
0.2
0.0015
0.7
87.96
0.87
91.22
651.22
B
640.5
560
0.2
0.0016
0.7
81.4
0.81
C
649.72
560
0.2
0.0015
0.4
90.32
0.90
D
640.5
560
0.2
0.0016
0.4
81.1
0.81
2)坝顶宽度确定
由SL274-2011《碾压式土石坝设计规范》高坝顶宽10——15m,中、低坝顶宽5——10m,该坝坝高91.22m是高坝,故选坝顶宽10m。
3)上下游坝坡坡比确定
下游坝壳采用堆石时,常用坡率为1:
1.5——1:
2.5;上游坝壳采用堆石时常用坡率为1:
1.7——1:
2.7.选
上游坡率1:
2.5;
考虑到下游水深6m,坝高91.22m,可将下游坝坡分为三级,
第一级高28m,坡率1:
1.5,
第二级高28m,坡率1:
2,
第三级高28.5hupom,坡率1:
2.5。
马道:
一级马道高程594.8m,宽2m;二级马到高程623.2,宽2m.
2.结构设计
1)防渗材料
主要分布在左岸及上游小孤山处的壤土可供开采,其干容重16.0kN/m3,饱和容重19.5kN/m3,比重2.72,塑限18.9%,塑性指数14.0,渗透系数9.76*10-5cm/s,内摩擦角20.度,粘结力14kp,符合渗透体土料选择原则。
2)防渗体设计
根据SL274-2011《碾压式土石坝设计规范》心墙的[Ja]不宜大于4,在土石坝建设实践中厚心墙的底部厚度常取水头的30%-50%,取作用水头为正常蓄水位水深m,故厚心墙的底部厚度为32m;考虑机械化施工要求防渗体顶部水平宽度不应小于3m,故取心墙顶宽3m;防渗体顶部高程在静水位以上超高0.3-0.6m,风浪爬高0.2m,沉降超高0.81m,心墙顶部的保护层厚度不小于冻结深度0.64m,防渗体延伸到不透水层,不透水层到河床底部的深度为6m,故防渗体高为88m.
3)坝顶及护坡设计
防浪墙:
钢筋混凝土筑成,高于坝顶1.2m,宽0.9m墙底和坝体防渗体紧密连接。
坝顶面:
坝顶护面采用密实的干砌石以适应坝的变形,并对防渗体起保护作用,防止干裂和雨水冲蚀。
防止洪水漫过防浪墙,冲蚀坝顶材料,淘刷防浪墙底脚,使防浪墙倾倒,造成洪水漫顶而失事。
坝顶选用混凝土,对坝顶保护有一定好处。
坝顶上游侧宜设防浪墙,墙顶高于坝顶1.0-1.2m。
防浪墙应坚固且不透水,用钢筋混凝土筑成,墙底应和坝体防渗体紧密连接。
为了排除雨水,坝顶面应向上游或下游侧倾斜,做3%的坡度。
根据SL-274-2001《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5-10则该坝高坝坝顶宽度B=12m向下游侧倾斜,坡度2%
护坡:
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冻胀、干裂等因素的破坏作用。
因此,上下游坝面必须设置护坡。
上游护坡采用人工砌石护坡。
下游坝坡上为干砌石护坡,其下游垫层时可不设排水沟系统。
由资料得多年平均最大冻土层深度0.64m。
位于严寒地区的豁性土坝坡,为使护坡不致因坝坡土冻胀而变形,应设防冻垫层,其厚度不得小于当地的冻结深度0.64m。
综上所述:
上下游护坡均采用浆砌石护坡,护坡厚度0.7m.
4)坝体排水
坝体排水用堆石棱柱体排水,在下游坝脚处用块石堆成的棱体。
可以降低浸润线,防止坝坡冻胀,保护尾水范围内的下游坝脚不受波浪淘刷,还可与坝基排水相连接。
可发挥支撑坝体、增加稳定的作用。
棱体顶宽不小于1.0m,顶面超出下游最高水位的高度,3、4级坝不小于0.5m,应保证浸润线位于下游坝坡面的冻层以下,因下游无水,故取棱体顶高6.72m,顶宽2m。
取内坡1:
1.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。
4)坝基处理
处理要求:
.控制渗流,减小渗流比降,避免管涌等有害的渗流变形
保持坝体和坝基的静力和动力稳定不产生有害的渗流变形,不发生明显的不均匀沉降,竣工后,坝体和坝基的总沉降量一般不宜大于坝高的1%
在保证把安全运行的条件下节省投资
3.渗流计算
1)计算情况
渗流分析计算只考虑正常蓄水位情况下坝的稳定渗流计算。
2)渗流分析方法
采用水力学法近似确定浸润线位置,计算渗流流量、平均流速和比降。
基本假定:
渗流为缓流,等势线和流线均缓慢变化。
渗流系数相差在10倍以内的竖向条带土层或是水平条带土层均可用一等效的均质土层代替。
上游三角形可用以等效的矩形代替
3)单宽流量和浸润线计算
已知:
防渗体渗透系数k1=9.76*10-5cm/s,坝壳渗透系数k2=1*10-2cm/s,上游水深H1=86.5m,下游水深H2=12m
基本公式:
q=k1(H12-H2)/2tcq=k2(H2–H22)/2L
计算过程:
L=28*1.5+2+28*2+2+28.5*2.5+6.72/2-[(32-3)/2-7]=141.1m
1:
2.5
1:
2.5
tc=(32+3)/2=17.5m
q=9.76*10-5*(86.52-H2)/(2*17.5)——————
q=1*10-2*(H2-122)/(2*141.1)——————
联解
得H=27.35m,q=0.019m3/s
浸润线方程:
y2=H上2-2qx/k
防渗体浸润线方程:
y2=7482.25-389.34x(0≤x≤32)
坝壳浸润线方程:
y2=748.02-3.8x(0≤x≤162.4)
4)反滤层设置
心墙的变形渗透验算:
J=ΔH/δ=(86.5-27.35)/32=1.85<4=[Ja],基本满足要求,不会发生渗透变形。
为是心墙不发生渗透破坏,需要设置反滤层。
反滤层一般由1—3层级配均匀,耐风化的砂、砾、卵石或碎石构成,每层粒径随渗流方向而增大。
反滤层的颗粒级配要求:
SL274-2011《碾压式土石坝设计规范》规定,被保护图为无粘性土,且不均匀系数Cu≤5—8时,其第一层反滤层的级配,建议D15/d85≤4—5,D15/d1≥5,第二层反滤层采用相同的准则。
3.稳定分析
稳定分析是确定坝的设计剖面和评价坝体安全的依据。
稳定分析的可靠程度对坝体的经济性和安全性具有重要的影响。
1)渗流计算:
(用简化毕肖普法进行设计洪水位情况下的下游边坡稳定性)
滑动面圆心的位置选在坝坡中部上方、坡线中点铅垂线与法线之间的半径为(1/2—3/4)L的范内,L为坝坡水平面上的投影长度。
根据摩尔-库伦条件,达到极限平衡的状态时,在土条底面应有
由每一土条竖向力平衡条件得
由以上两式可得
式中
滑动体对圆心的力矩平衡条件为
化简后得到
为方便可解,毕肖普孔爱设土条间的切向力近似相等,相互抵消。
简化后可以得到
计算工况与安全系数:
(1)稳定渗流期。
校核设计洪水位,下游为相应水位,属于正常运用条件;
(2)水库水位骤降。
水库水位处于设计洪水位,下游为相应水位,属于正常运用条件。
按SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》规定,坝坡抗滑稳定的最小安全系数根据坝的级别,参照表5-2加以选取。
表5-2坝坡抗滑稳定的安全系数
坝的级别
1
2
3
4、5
正常运用条件
1.50
1.35
1.30
1.25
非正常运用条件Ⅰ
1.30
1.25
1.20
1.15
非正常运用条件Ⅱ
1.20
1.15
1.15
1.10
表5-1中的安全系数适用于计及条块间作用力的简化毕肖普。
由坝坡稳定计算采用计及条块间作用力的简化毕肖普法公式如下。
K=
下游边坡稳定性试算:
第一次试算假定k=1,求得K=6500/5000=1.3
第二次试算假定k=1.25,求得故取K=6500/5010=1.29
第三次试算假定k=1.30,求得K=6547.6/4850.1=1.35
第二次试算假定k=1.40,求得K=6547.6/4676.9=1.40故取1.40
经过多次迭代后的k=1.40>[k]=1.30,满足边坡稳定要求。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 课程设计