重力坝剖面的优化设计毕业设计说明书Word文档格式.docx

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①满足稳定和强度要求，保证大坝的安全；

②工程量要小；

③运用方便；

④便于施工。

非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。

基本断面上部设坝顶结构。

根据交通和运行管理的需要，坝顶应有足够的宽度。

为防波浪漫过坝顶，在静水位以上还应留有一定的超高。

拟定基本剖面，再根据运用及其他要求，将基本剖面修改成为实用剖面，最后对实用剖面在全部荷载作用下进行应力分析和稳定验算，经过反复修改和计算，确定合理的坝体剖面。

2.1.1确定基本设计参数

重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水压力（水位与坝顶平齐）和扬压力三项主要荷载作用下，满足强度和稳定性要求，使工程量最小的三角形剖面。

在已知坝高H，水压力P、抗剪强度参数f、c和扬压力U的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。

2.1.2坝顶高程的计算

坝坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙高程，应高于波浪顶高程。

坝顶高程=设计/校核洪水位+安全超高，选用其中较大者。

安全超高：

（2-1）

式中：

——坝顶超高，即防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差m；

——累计频率为1%的波浪高度，m；

——波浪中心线高于静水位的高度，m；

——安全加高，取值按表2-1.

表2-1安全超高（m）

荷载组合（运用情况）

坝的级别

1

2

3

4、5

基本组合（正常情况）

0.7

0.5

0.4

0.3

特殊组合（校核情况）

0.2

（1）设计水位工况

根据基本资料，相应洪水季节50年重现期最大风速的多年平均值为16.8m/s，相应吹程1.9km，坝前水位=115-28=87（m）

由于本工程为内陆峡谷水库，根据《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005,采用官厅公式计算波高和波长。

（2-2）

（2-3）

其中，—为平均波长

查《混凝土重力坝设计规范》表B.6.3-1得：

（2-4）

波浪中心线至计算水位的高度:

（2-5）

此时，坝顶高程=115+0.32+0.5+0.87=116.69m

（2）校核水位情况

相应洪水季节50年重现期最大风速的多年平均值为16.8m/s，相应吹程2.1km，坝前水位为118.82-28=90.82（m）

根据《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005,

（2-6）

（2-7）

—为平均波长

（2-8）

此时，坝顶高程=118.82+0.32+0.5+0.91=120.55m

两者相比较，取坝顶高程为122m。

表2-2累积频率为P（%）的波高与平均波高的比值

2.1.2坝顶宽度的确定

根据《重力坝设计规范》考虑设备布置、运行、检修、施工交通等要求混凝土，坝顶宽度一般为取9m

2.1.3坝底宽度的确定

根据工程经验，底宽一般为坝高的0.7～0.9倍，初步设计取坝底宽度为70m左右。

2.1.4上下游坝坡率的确定

根据工程经验一般情况下，上游坝坡坡率n=0～0.2，常做成铅直或上部铅直下部倾向上游；

下游坝坡坡率m=0.6～0.8；

参考已建成工程的经验在本工程中可取上游坝坡坡率为n=0.1，下游坝坡坡率为m=0.7。

由剖面设计软件计算出最优剖面。

廊道的确定

在此工程设计中，采用简单的单层廊道，根据根据SL319—2005《混凝土重力坝设计规范》知基础灌浆廊道宽度为2.5～3.0m，高度取3.0～3.5m。

廊道的上游壁距离上游坝面的最小距离为该处坝面水头的0.05～0.1倍，并且不小于3.0m。

廊道的断面应根据其用途决定，同一类型廊道尽量采用定性断面。

本工程廊道采用城门洞形，断面尺寸为3.03.0；

廊道底面距离坝基5.0m，则廊道上游面距上游坝面为：

=（0.05～0.1）=（0.05～0.1）（94-5）=4.45～8.9m，取=5m。

初步拟定其实用剖面如下图2.1所示，其中坝顶宽度为9m，坝底宽度为69m。

上游起坡点高程为68m，下游起坡点高程为108m。

2.2确定荷载作用力

下列计算过程中，取单位宽度坝体研究,取荷载作用方向向下为正方向，向右为正方向；

力矩取顺时针方向为正。

式中负号表示与所选取正方向相反。

2.2.1确定各分项系数

根据国家《防洪标准》（GB50201-94），确定该工程为Ⅲ等工程。

其主要水工建筑物按3级建筑物设计，建筑物亦按4级建筑物设计。

其结构安全级别为Ⅲ级，相应的结构重要性系数为γ0=0.9又由《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999）中查得自重、静水压力的作用分项系数为1.0，渗透压力的作用分项系数为1.2，浮托力的作用分项系数为1.0，淤沙压力的作用分项系数为1.2，波浪压力的作用分项系数为1.2。

材料分项系数中，混凝土/基岩的抗剪断摩擦系数为1.3，粘聚力分项系数为3.0，混凝土抗压强度分项系数为1.5由《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999）中查得抗滑稳定极限状态设计式中基本组合和偶然组合的结、构系数都为γd=1.2，混凝土抗压极限状态设计式中的基本组合和偶然组合的结构系数为γd=1.8。

根据SL—2005《混凝土重力坝设计规范》，重力坝的几种见下表：

表2-3荷载组合表

荷载

组合

主要工况

自重

静水压力

扬压力

泥沙

压力

浪压力

地震

动水

其他荷载

基本

（1）正常

蓄水位

√

（2）设计

洪水位

（3）

冰冻情况

特殊

（1）校核

（2）

地震情况

2.2.2坝体自重

设计采用的混凝土为R18020.0Mpa，三级配，其理论容重为24kg/m3。

分三块计算：

图2-1重力坝基本剖面示意图

（2-9）

（2-10）

（2-11）

（2-12）

式中——水的容重，取9.81KN/m³

；

H——计算点以上水深，m；

——坝斜坡面以上水的体积，m³

L——力臂，m。

坝体自重：

力矩

荷载值：

力矩值：

2.2.3静水压力

上游水位为115m，相应下游水位为45.5m，水平力臂按照（2-11）式计算，铅直力臂按照式（2-12）计算。

上游：

水平水压力：

力臂

水平力矩值：

铅直水压力：

铅直力矩值：

下游：

铅直水压力：

（2）校核水位工况

上游相应水位118.82m，下游相应水位48.67m

上游侧：

下游侧：

2.2.4扬压力

目前在重力坝设计中在用坝底面扬压力分布图型如下图所示。

由《混凝土重力坝设计规范》中表B.3.1查得河床坝段底面的渗透压力系数α=0.2，又由《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999）中表8.2.1-1查得扬压力中渗透压力的作用分项系数为1.2，浮托力的作用分项系数为1.其中η=0.2，Hu为上游水深，Hd为下游水深。

图2-2扬压力计算示意图

各部分扬压力计算公式：

第一部分：

（2-13）

（2-14）

第二部分

（2-15）

（2-16）

第三部分：

（2-17）

（2-18）

第四部分：

（2-19）

（2-20）

式中，——1,2,3,4部分的扬压力，KN;

——1,2,3,4部分扬压力对应的力臂,m。

（1）设计水位情况：

第一部分渗透压力：

力臂：

力矩：

第二部分渗透压力：

第三部分渗透压力：

第四部分浮托力：

合计：

扬压力：

力矩：

（2）校核水位情况：

2.2.5淤沙压力

根据资料知水库泥沙淤积高程为44.52m，淤积高度为16.52m，泥沙容重,内摩擦角φ，其作用分项系数为1.2。

（2-21）

设计情况：

校核情况：

2.2.6波浪压力

（2-22）

设计情况下，坝前水深H=87m大于半平均波长，所以属于深水波，按下式计算：

校核水位情况，坝前水深为90.82m，大于半平均波长，按照深水波计算。

荷载统计

设计水位工况：

水平方向（KN）

铅直方向（KN）

力矩（KN·

M）

—

75984

—741344

上游水压力

37125.95

2629.08

985949.15

下游水压力

—1502.16

1051.51

27514.50

—21390.12

—186294

波浪压力

22.88

1990.56

泥沙压力

1188.52

6933.03

合计

36835.19

60455.63

76902.38

校核水位工况：

40457.78

2778.98

1128917

—2095.66

1466.96

36171

—21423.57

—188036

24.28

2077.96