虞江水利枢工程设计斜心墙土石坝方案设计任务书.docx
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虞江水利枢工程设计斜心墙土石坝方案设计任务书
CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY
毕业设计任务书
论文题目：
虞江水利枢纽工程设计
学生姓名：
何爱明
学院名称：
水利与环境工程学院
专业名称：
水利水电建筑工程
班级名称：
水电1031
学号：
1006321125
指导教师：
冯隽
教师职称:
研究生
学历：
硕士
2013年3月20日
长春工程学院
毕业设计任务书
水环学院水利水电工程专业2013届
题目
虞江水利枢纽工程设计——斜心墙土石坝方案设计
专业班级
水电1031
学生姓名
何爱明
指导老师
冯隽
任务书下发日期
2013．3
设计截止日期
2013．6
难度系数
较难
毕业设计（论文）的主要内容：
通过调洪演算确定工程的特征水位，确定枢纽建筑物的组成，型式和尺寸。
挡水坝段设计，通过比选确定土石坝的防渗型式，并进行坝坡稳定、坝体应力、渗流等计算分析，绘出坝体横剖面图。
溢流坝设计，确定溢洪道宽度、断面尺寸，并绘制剖面图。
坝体细部构造设计，包括坝体分区、护坡、排水、反滤、坝顶构造等设计。
毕业设计（论文）的主要要求:
（具体图表，文字资料见附件）
（一）文献综述；
1．设计目的及意义；2．设计拟解决的工程实际问题；3．设计拟应用的现场资料综述；4．设计拟应用的文献综述；5．设计相关技术的国内外现状。
（二）设计说明书
说明书编写应结论明确，条理分明，论证充分，并有一定的附图。
每章都应有设计前提、内容、原理、方法、依据、主要步骤及设计成果，排版端正。
（三）设计计算书
计算书是说明书的附件，应说明说明书中计算部分具体的计算方法、步骤、数据，并附有必要的简图。
说明书中的数据来源均可从计算书中查到。
（四）设计图纸内容包括枢纽平面布置图，枢纽上游或下游立视图，主要建筑物剖面图及主要细部构造图。
图面布局应全面考虑、要求饱满合理，绘图正确、整洁、清晰、线条主次分明，主要尺寸及高程等有一定标注。
主要参考文献：
1．《水工建筑物》2.《水工设计手册》3.《水力学》4.《碾压土石坝设计规范》
任务书编制教师（签章）：
年月日
教研室审核意见:
教研室主任（签章）:
年月日
学院审核意见:
学院院长（签章）:
年月日
备注
注：
任务书中的数据、图表及其他文字说明可作为附件附在任务书后面，并在主要要求中标明“见附件”。
附件：
工程概况
1流域概况
虞江位于我国西南地区，流向自东南向西北，全长约122公里，流域面积2558平方公里，在坝址以上流域面积为780平方公里。
本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区流河流，地表大部分为松软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流的含沙量较大。
冲积层较厚，两岸有崩塌现象。
本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20％，林木面积约占全区的30％，其种类有松、杉等。
其余为荒山及草皮覆盖。
2气候特征
2.1气温
年平均气温约为12.8度，最高气温为30.5度，发生在7月份，最低气温为-5.3度，发生在1月份。
表1月平均气温统计表（度）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年平均
4.8
8.3
11.2
14.8
16.3
18.0
18.8
18.3
16.0
12.4
8.6
5.9
12.8
表2平均温度日数
日数月份
平均温度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
℃
6
1.2
0.3
0
0
0
0
0
0
0
0
3.1
℃
25.0
26.8
30.7
30
31
30
31
31
30
31
30
27.9
℃
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2.2湿度
本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年和4月特别干燥，其相对湿度为51～73％之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为67～86％。
2.3降水量
最大年降水量可达1213毫米，最小为617毫米，多年平均降水量为905毫米。
表3各月降雨日数统计表
日数月份
平均降雨量
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
<5mm
2.6
2.2
4.3
4.2
7.0
8.6
11.5
8.5
9.6
9.5
4.8
4.3
5-10mm
0.3
0.2
0.2
1.4
2.0
2.4
2.7
2.7
2.6
2.4
0.8
0.1
10-30mm
0.1
0.1
0.7
0.5
2.3
4.6
4.9
3.8
2.2
1.3
0.6
0.1
>30mm
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2.4风力及风向
一般1—4月风力较大，实测最大风速为19.1米／秒，相当于8级风力，风向为西北偏西。
水库吹程为15公里。
实测多年平均风速14m/s。
3水文特征
虞江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。
根据实测短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。
虞江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为700秒立米，而最小流量为0.5秒立米。
3.1年日常径流
坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录延长后有22年水文系列，多年年平均流量为17秒立米。
3.2洪峰流量
经频率分析，求得不同频率的洪峰流量如下表。
表4不同频率洪峰流量（秒立米）
频率
0.05
1
2
5
10
流量
2320
1680
1420
1180
1040
表5各月不同频率洪峰流量（秒立米）
月份
频率
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1％
46
19
12
19
600
1240
1550
1210
670
390
28
37
2％
36
17
11
15
530
1120
1360
1090
600
310
23
33
5％
23
14
9
11
420
850
1100
830
480
250
16
28
10％
19
11
7
9
370
760
980
720
410
210
15
23
3.3固体径流
虞江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达0.5公斤／立米。
枯水极少，河水清彻见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765米。
4工程地质
4.1水库地质
库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。
经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能坍方量约为300万立米。
在考虑水库淤积问题时可作为参考。
4.2坝址地质
坝址位于虞江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。
坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过，对其岩性分述如下：
（1）玄武岩一般为深灰色、灰色、含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉、石英脉等贯穿其中，这些小岩脉都是后来沿裂隙充填进来的。
坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石，副成分为绿泥石、石英、方解石等，由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质也不同，可分为坚硬玄武岩、多气孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩等，其物理力学性质见表2-6、表2-7。
渗透性：
经试验得出k值为4.14～7.36米/昼夜。
（2）火山角砾岩角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为2～15厘米，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至35MPa。
表6坝基岩石物理力学性质试验表
岩石名称
比重
Δ
容重γ
kN/m3
建议采用抗压强度
MPa
半风化玄武岩
3.01
29.6
50
破碎玄武岩
2.95
29.2
50-60
火山角砾岩
2.90
28.7
35-120
软弱玄武岩
2.85
27.0
10-20
坚硬玄武岩
2.96
29.2
100-160
多气孔玄武岩
2.85
27.8
70-180
表7全风化玄武岩物理力学性质试验表
天然含水率
%
干容重
kN/m3
比重
Δ
液限
塑限
塑性指数
压缩系数a
浸水固结块剪
0～0.5
m2/kN
×10-6
3～4
m2/kN
×10-6
内摩擦角Φ
凝聚力
kPa
2.5
16.3
2.97
47.3
32.26
16.9
5.97
1.51
28.38
24
表8冲积层剪力试验成果表
土壤
名称
代
号
项目
计
算
值
容重
（控制）
kN/m3
含水量
（控制）
三轴剪力
（块剪）
应变（拉制）
（浸水固结块剪）
内摩擦角
凝聚力
（kPa）
内摩擦角
凝聚力
（kPa）
含中
量
细
粒
的
砾
石
次数
17
12
8
8
2
2
最大值
24.3
8.66
47°15′
37.0
32°43′
10.5
最小值
22.2
4.27
35°30′
12.0
17°55′
0
平均值
23.08
6.47
40°34′
18.2
25°25′
5.3
小值
平均值
37°32′
14.8
备
注
三轴剪力土样备系筛去大于4mm颗粒后制备的。
试验时土样的容重为控制容重。
应变控制土样容重系筛去大于0.1mm颗粒后制备的。
以上两种试验的土样系扰动的。
（3）凝灰岩成土状或页片状，岩性软弱，与近似，风化后成为碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。
（4）河床冲积层主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石掺杂其中。
卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩与砂岩占极少数。
沿河谷内分布：
坝基部分冲积层厚度最大为32米，一般为20米左右；靠岸边最少为几米。
颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。
卵石最小直径一般为10～100毫米；砾石直径一般为2～10毫米；砂粒直径0.05～0.2毫米；细小颗粒小于0.1毫米。
见表2-8。
冲积层的渗透性能：
经抽水试验后得，渗透系数k值为3×10-2厘米/秒～1×102厘米/秒。
（5）坡积层在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运沉积后，形成粘土与碎石的混合物质。
4.3地质构造
坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育。
可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同。
倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填。
节理间距，密者0.5米即有一条，疏者3—5米即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。
上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。
4.4水文地质条件
本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。
根据压水试验资料，玄武岩的透水性不同，裂隙少、坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.01l/（min•m）。
夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。
至于节理很发育的破碎玄武岩、半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩层。
正因为这些隔水的与透水的玄武岩存在，遂使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水。
一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层数多，难于形成泉水。
石灰岩地区外围岩石多为不透水层，渗透问题也不存在。
4.5地震
本地区地震烈度定为7度，基岩与混凝土之间的摩擦系数取0.65。
5建筑材料
5.1料场的位置与储量
各料场的位置与储量见坝区地形图。
由于河谷内地地形平坦，采运尚方便。
5.2物理力学性质
（1）土料：
（见表2-9—表2-12）
（2）石料：
坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件较好。
表9粘土的物理力学性质
料
场
名
称
物理性质
渗
透
系
数
10-6
cm/s
力学性质
化学性
自然含水量
%
自然容重
比
重
孔隙率
%
孔隙比
稠度
饱和度
颗粒级配（成分%，粒径d）
击实
剪力
固
结
压
缩
系
数
cm2/kg
有机含量灼热法
%
可溶盐含量
%
流限
%
塑限
%
塑性指数
砾
砂
粘土
最
大
干
密
度
g/cm3
最优含水量
%
内摩擦角
deg
凝聚力
kPa
湿
干
粗中
细
粉
>2
mm
2～
0.5
mm
0.5～
0.05
mm
0.05
～
0.005
mm
<
0.005
mm
KN/m3
1#下
24.8
18.91
15.16
2.67
42.26
0.734
42.60
23.14
19.46
0.93
7.47
5.95
17.87
35.48
33.23
1.60
22.07
4.317
24.67
24.0
0.021
1.73
0.070
2#下
24.2
18.91
15.18
2.67
41.90
0.721
43.90
22.20
21.70
0.91
7.25
4.15
14.35
41.75
32.25
1.65
21.02
4.80
25.50
23.0
0.020
1.90
0.019
1#上
25.6
17.35
13.03
2.65
49.80
0.990
49.57
25.00
24.57
0.87
8.83
8.00
17.50
31.00
34.67
1.56
22.30
1.90
23.17
25.0
0.026
2.20
0.110
2#上
26.3
16.37
12.84
2.74
52.30
1.093
49.90
26.30
23.50
0.69
4.50
4.33
20.67
36.20
34.30
1.54
23.80
3.96
21.50
38.0
0.033
0.25
0.110
3#下
15.9
19.11
16.64
2.70
37.00
0.580
34.00
20.00
14.00
0.67
6.40
9.00
12.00
35.00
19.60
1.80
16.90
3.00
28.00
17.0
0.010
1.90
0.080
表10砂砾石的颗粒级配
颗直径
粒mm
含量
料场
300
～
100
100
～
60
60
～
20
20
～
2.5
2.5
～
1.2
1.2
～
0.6
0.6
～
0.3
0.3
～
0.15
<0.15
1#上
5.2
18.6
21.4
12.3
18.6
13.9
5.4
4.6
0.3
2#上
4.8
17.8
20.3
14.1
17.8
14.8
4.6
5.3
0.5
3#上
3.8
15.4
18.5
15.3
16.4
20.5
3.5
6.2
0.4
4#上
6.0
18.3
19.4
16.4
15.6
16.7
4.8
2.5
0.3
1#下
4.5
14.1
20.1
23.2
14.9
7.2
8.6
7.2
0.2
2#下
3.9
19.2
22.4
18.7
19.1
8.3
5.7
2.8
0.1
3#下
5.0
23.1
19.1
14.2
18.4
8.9
6.3
4.1
0.9
4#下
4.1
22.4
18.7
14.1
17.9
14.4
4.1
3.6
0.7
表11砂砾石的物理性质
名称
1#上
2#上
3#上
4#上
1#下
2#下
3#下
4#下
容重，kN/m3
18.6
17.9
19.1
19.0
18.6
18.5
18.4
18.0
比重
2.75
2.74
2.76
2.75
2.75
2.73
2.73
2.72
孔隙率，%
32.5
34.7
31.0
31.5
32.5
32.2
32.5
33.8
软弱颗粒，%
2.0
1.5
0.9
1.2
2.5
0.8
1.0
1.2
有机物含量
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
注：
各砂砾石料场渗透系数k值为2.0×10-2厘米/秒左右。
最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。
表12各料场天然休止角
料场名称
最小值
最大值
平均值
1#上
34°30′
35°50′
35°10′
2#上
35°00′
37°10′
36°00′
3#上
34°40′
36°40′
35°40′
4#上
35°10′
37°40′
36°30′
1#下
34°10′
36°30′
35°20′
2#下
35°20′
38°00′
36°40′
3#下
34°30′
37°10′
35°50′
4#下
36°00′
38°20′
37°10′
6经济资料
6.1库区经济
流域内都为农业人口，多种植稻米、苞谷等。
库区内尚未发现有价值可开采的矿产。
淹没情况如表2-13。
表13各高程淹没情况
高程（米）
2807
2812
2817
2822
2827
2832
淹没人口（人）
3500
3640
3890
4060
5320
7140
淹没土地（亩）
3000
3220
3410
3600
4600
6100
6.2交通运输
坝址下游120公里处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅20公里，因此交通尚称方便。
7枢纽任务
本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。
8枢纽特征
枢纽的特征尺寸与主要设备特性如下。
8.1发电
装机24MW，多年平均发电量1.05亿度。
本电站装3台8MW机组。
正常蓄水位为2820.5米，汛期限制水位为2820.5米，死水位为2796.0米，3台机组满发时的流量为44.5秒立米，尾水位为2752.0米。
厂房型式为引水式，厂房平面尺寸为32×13米×米，发电机高程为2760米，尾水管底高程为2748米，厂房顶高程为2772米。
副厂房平面尺寸为32×16米×米。
安装场平面尺寸为12×13米×米。
开关站尺寸为32×20米×米。
8.2灌溉
增加保灌面积10万亩。
8.3防洪
可减轻洪水对水库下游的威胁，过100年一遇和200年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来1680秒立米和2320秒立米分别削减为680秒立米和800秒立米。
要求设计洪水时最大下泄流量限制为900秒立米,校核洪水位不超过正常蓄水位3.5米。
8.4渔业
正常蓄水位时，水库面积为15平方公里，为发展养殖业创造了有利条件。
8.5其它
引水隧洞进口底高程为2789.00米，出口底高程为2752.30米；引水隧洞直径为4米，压力钢管直径2.6米，调压井直径为12.0米；放空洞直径为2.5米。
可放空水库至水位2770.00米。
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