重力坝设计说明书.docx

重力坝设计说明书.docx

《重力坝设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重力坝设计说明书.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

重力坝设计说明书

重力坝设计说明书

《水工建筑物》课程设计

姓名：

专业：

学号：

基本资料

一、基本情况

本重力坝水库坝高53.9m，坝底高程31.0m，坝顶高程84.9m，坝基为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。

水库死水位51.0m，死库容亿m3，正常水位80.0m，设计状况时上游水位82.5m、下游水位45.5m，校核状况上游戏水位84.72m、下游水位46.45m。

二、气候特征

1、根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14m/s，重现期50年最大风速23m/s，设计洪水位时2.6km，校核洪水位时3.0km；

2、最大冻土层深度为125m；

3、河流结冰期平均为150天左右，最大冰层1.05m。

三、工程地质条件

1、坝址地形地质

（1）、左岸：

覆盖层2-3m，全风化带厚3-5，强风化加弱风

化带厚3m，微风化层厚4m；

（2）、河床：

岩面较平整，冲积沙砾层厚约0-1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3-6m；坝址处河床岩面高程约在38m左右，整理个河床皆为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强；

（3）、右岸：

覆盖层3-5m，全风化带厚5-7，强风化加弱风

化带厚1-3m，弱风化带厚1-3m，微风化层厚1-4m。

2、天然建筑材料：

粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2-3km均可开采，储量足。

粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。

砂石料满足砼重力坝要求。

大坝设计

一、工程等级

本水库死库容亿m3，最大库容未知，估算约为5亿m3左右。

根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大

（2）型水库。

枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。

二、坝型确定

坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。

本枢纽坝址区为较坚硬的砂岩，当地石料丰富，确定本水库大坝为浆砌块石重力坝。

三、基本剖面的拟定

重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。

由于作用于上游面的水压力呈三角形分部，所以重力坝的基本剖面是三角形，根据提供的资料，确定坝底宽度为43.29m（约为坝高的倍），下游边坡m=，上游面为铅直。

四、坝高计算

按《重力坝设计规范》中有关规定，本水库坝顶高程＝波浪高+浪高中心线高出静水位高度+安全超高

（1）最大波浪在坝坡上的爬高R计算：

1风浪要素的计算

A、风速ω：

本水库多年平均最大风速14.0m/s，重现期最大风速23.0m/s：

B、风区吹程长度D：

风作用于水域的长度；

D设计=2600m，D校核=3000m。

2风浪爬高计算：

采用莆田试验站公式计算风浪各要素及波浪爬高，计算得：

h设计=2.05m，h校核=1.11m。

（2）浪高中心线高出静水位高度：

h设计0=0.62m，h校核0=0.33m

（3）安全加高值：

A设计=0.5m，A校核=0.4m。

（4）坝体安全超高成果：

设计坝顶高程=+++=85.67m，校核坝顶高程=+++=86.56m；

水库坝顶高程为84.9m，需设防浪墙高1.7m，即：

防浪墙顶高程为86.6m。

四、挡水坝段剖面的设计

1、坝顶高度确定

根据资料提供，确定坝顶高程为84.90米。

2、坝顶宽度

坝顶宽度B==*=5.39m

为适应施工和运用检修的需要，并考虑坝体各部分尺寸协调，坝顶宽度取坝高的10%左右，即5.5米。

结构计算

一、荷载及其组合

1、计算情况确定

荷载组合分二种

（1）、基本组合为设计洪水位情况，其荷载组合：

自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力；

（2）、特珠组合为校核洪水位情况，其荷载组合：

自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。

设计洪水情况荷载计算表

荷载计算

荷载

垂直力（KN）

水平力（KN）

力臂（m）

力矩（）

方向

↑

↓

→-

←+

↙+

↘-

自重

G1

6818

276416

G2

20530

517473

GW

水压力

P1

13261

227651

P2

1051

5081

扬压力

PL1

6277

135867

PL2

438

18115

PL3

2183

57263

PL4

658

27605

浪压力

U1

398

泥沙压力

Pn

109

2．3

253

合计

9557

27768

13378

1051

799780

467151

校核洪水情况荷载计算表

荷载计算

荷载

垂直力（KN）

水平力（KN）

力臂（m）

力矩（）

方向

↑

↓

→-

←+

↙+

↘-

自重

G1

6818

276416

G2

20530

517473

GW

477

水压力

P1

14429

258379

P2

1194

扬压力

PL1

6688

144802

PL2

454

18743

PL3

2259

59243

PL4

680

28550

浪压力

U1

8

417

泥沙压力

Pn

109

2．3

253

合计

10081

27826

14546

1194

801019

510388

二、挡水坝抗滑稳定分析计算

1、抗滑稳定计算

（一）荷载计算

1．荷载组合：

（1）基本荷载组合：

1坝体自重

2设计洪水位坝体上游静水压力

3设计洪水位扬压力

4设计洪水位泥沙压力

（2）特殊荷载组合：

①坝体自重

②校核洪水位上下游静水压力

③校核洪水位扬压力

④校核洪水位泥沙压力

2、抗滑稳定验算

1．按抗剪断公式计算

（Σf1W+C1A）

K1=

ΣP

K1——抗剪断计算的抗滑稳定安全系数

f1——滑动面上的抗剪断摩擦系数

C——滑动面上的抗剪断凝聚力

A——滑动面截面积

ΣP——计算截面上的所有切向力

ΣW——作用于计算截面上的所有法向力

2．参数确定

按地质资料砼和微风化岩石的抗剪断系数为

C1=700Kpaf1=

3.抗滑稳定计算见附表5

抗滑稳定按抗剪断公式计算抗滑稳定安全系数，计算过程见下表，

-抗滑稳定计算

项目

∑W

f'

A

C'

∑P

K'

〔K〕

结论

校核水位

18310

700

满足要求

设计洪水位

18758

700

满足要求

计算结果见下表。

稳定计算表

类型

荷载组合

计算安全系数K

允许安全系数（K）

非溢流坝

基本组合

特殊组合

满足规范要求。

4.抗滑稳定按承载力极限状态验算稳定安全系数，计算结果见下表，基本公式：

γ0.φ.S（.）≤R（.）/γd

抗滑稳定验算

项目

γ0

φ

f'R

∑WR

C'R

A

S（。

）

γφS（。

）

R（。

）/γd

校核水位

1

17745

13352

11349

19792

正常水位

1

1

18211

13378

13378

20091

稳定验算表

类型

荷载组合

计算值γ0φS（.）

允许值R（.）/γd

非溢流坝

基本组合

11349

19792

特殊组合

13378

20091

满足规范要求。

三、挡水坝边缘应力分析与强度计算

3、应力分析

根据《砌石坝设计规范》SL25-91，实体重力坝应力计算以材料力学为基本分析方法，计算各种荷载组合下坝体垂直正应力和坝体主应力。

荷载组合分基本组合与特殊组合二种。

（1）基本组合（设计洪水位）应力计算

1．边缘应力计算

（1）坝基面Óy下计算

不计扬压力时：

ΣW6ΣM277686×571477

Óy下=-=+=2471Kpa

TT2

计入扬压力：

ΣW6ΣW187586×332628

Óy下=-=+=1498Kpa

TT2

（1）特殊组合（校核洪水位）应力计算

1．边缘应力计算

（2）坝基面Óy下计算

不计扬压力时：

ΣW6ΣM278266×541969

Óy下=-=+=2378Kpa

TT2

计入扬压力：

ΣW6ΣW183106×290631

Óy下=-=+=1353Kpa

TT2

抗拉强度验算

项目

T

∑W

∑M

∑W/T+

6∑M/T2

比较

结论

校核洪

水位

不计扬压力

27826

541969

2378

＞

0

满足要求

计入扬压力

18310

290631

1353

＞

0

满足要求

设计洪

水位

不计扬压力

27768

571477

2471

＞

0

满足要求

计入扬压力

18758

332628

1498

＞

0

满足要求

（2）坝体边缘的主应力Ó上、Ó下计算

上游边缘按不计扬压力的情况计算，按下式计算

Ó上=Óy上（1+n2）-P上n2

Ó上——坝体上游边缘的主应力

Ó下——坝体上游边缘垂直正应力

n——坝体上游边坡

P上——上游坝面水压力强度（包括泥沙压力）

下游边缘按以下两种情况校核

不计扬压力时

Ó下=Óy下×（1+m2）-P下m2

3．坝内应力计算

将扬压力作为水平截面上的荷载进行计算。

原点在下游面，取X=0，10，20，30，40，，各点计算。

（1）水平截面上的垂直正应力Óy

Óy=a+bx

a=Óy下=

Óy上-Óy下==

T

（2）水平正应力Óx＝a2+b2x

Óx上＝P上-（P上-Óy上）n2

Óx下＝P下+（Óy下-P下）m2

（3）剪应力τ=a1+b1x+c1x2

计算τ上，τ上

τ上=（p上-6y上）n

τ下=y下-p下）m

计算a,b,c,

a=τ下=

b=

c=

（4）主应力

各点的主应力及其方向，按以下两式计算

上两式中，——第一第二主应力

—垂直水平正应力

——剪应力

——第一主应力与水平夹角

设A=B=C=

则

抗压强度验算

项目

γ0

φ

T

1+m2

∑Wr

∑Mr

S（。

）

γφS（。

）

比较

R（。

）/γd

结论

校核

水位

不计

扬压力

1

27826

290631

-401

＜

满足

要求

计入

扬压力

1

17745

290631

-726

＜

满足

要求

设计