水工建筑物土石坝课程设计.docx
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水工建筑物土石坝课程设计
《水工建筑物课程设计》
课题名称：
土石坝设计
专业班级:
水工（本科）13—3
姓名：
袁明炜
编写日期:
2016年7月1日
水利与环境学院
摘要
适当修建大坝可以实现一个流域地区发电、防洪、灌溉的综合效益。
通过对地形地质、水文资料、气候特征的分析，结合当地的建筑材料,设计适合的枢纽工程来帮助流域地区实现很好的经济效益。
根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄洪建筑物尺寸；通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；详细作出大坝设计,通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；对泄水建筑物进行设计，选择建筑物的形式、轮廓尺寸，确定布置方案.水库配合下游河道整治等措施，可以很大程度的减轻洪水对下游城镇、厂矿、农村、公路、铁路以及旅游景点的威胁；可为发展养殖创造有利条件。
第1章基本资料
1.1工程概况
ZF水库位于QH河干流上,水库控制流域面积4990km2，库容5.05×108m3。
水库以灌溉发电为主，结合防洪,可引水灌溉农田71。
2×104亩，远期可发展到104×104亩。
灌区由一个引水流量为45m3/s的总干渠和四条分干渠组成,在总干渠渠首及下游24km处分别修建枢纽电站和HZ电站，总装机容量31.45MW,年发电量1.129×108kW·h。
水库防洪标准为百年设计，万年校核。
枢纽工程由挡水坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。
1.2水文与水利规划
1．气象
流域年平均降雨量686。
1mm，70％集中在6~9月,多年年平均气温8~9℃，多年平均最高气温29。
1℃（6月），多年平均最低气温—14。
3℃（1月）,多年平均最大风速9m/s，水位768.1m时水库吹程5.5km。
2．水利计算
防洪运用原则及设计洪水的确定。
本水库属二级工程。
水库建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。
由于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响,故用万年一遇洪水作为非常保坝标准对水工建筑物进行复核。
水库排沙和淤沙计算。
ZF水库回水长25km，河道弯曲，河床宽300m左右,河床比降为2.2％，是个典型的河道型水库。
1.3地形地质条件
1:
2000坝址附近地形图、建议坝轴线地质图见附图。
1.库区工程地质条件
库区两岸分水岭高程均在820m以上，基岩出露高程，大部分在800m左右,主要为紫红色砂岩,间夹砾岩、粉砂岩和砂质页岩.新鲜基岩透水性不大。
未发现大的构造断裂，水库蓄水条件良好。
QH河为山区性河流，两岸居民及耕地分散,除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大,库区也未发现重要矿产。
表2ZF水库工程特征值
序号
名称
单位
数量
备注
1
设计洪水时最大泄流量
m3/s
2000.00
其中溢洪道815
相应下游水位
m
700.55
2
校核洪水时最大泄流量
m3/s
6830.00
其中溢洪道5600
相应下游水位
m
705.60
3
水库水位
校核洪水位（P=0。
01%）
m
770。
40
设计洪水位（P=1%）
m
768。
10
兴利水位
m
767。
20
汛限水位
m
760.70
死水位
m
737。
00
4
水库容积
总库容
108m3
5。
05
校核洪水位
设计洪水位库容
108m3
4.63
防洪库容
108m3
1。
36
兴利库容
108m3
3。
51
其中共用库容
108m3
1.10
死库容
108m3
1.05
5
库容系数
％
50.50
6
调节特性
多年
2。
坝址区工程地质条件
QH河在ZF水库坝址区呈一弯度很大的“S”形。
坝段位于“S”形的中、上段。
坝段右岸为侵蚀型河岸，岸坡较陡，基岩出露.上下坝线有约300m长的低平山梁（单薄分水岭），左岸为侵蚀堆积岸，岸坡较缓，有大片土层覆盖。
右岸单薄分水岭是QH河环绕坝段左岸山体相对侧向侵蚀的结果.
坝址区基岩以紫红色、紫灰色细砂岩为主，间夹砾岩、粉砂岩和少数砂质页岩。
地层岩相变化剧烈，第四系除厚度不大的砂层、卵石层外，主要是黄土类土，在大地构造上处于相对稳定区，未发现有大的断裂构造迹象。
坝址区左岸有一大塌滑体，体积约45×104m3，对工程布置有一定影响.
本区地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防.
（1）上坝址
上坝址位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向QH河上游。
河床宽约300m，河床砂卵石覆盖层平均厚度5m，渗透系数1×10-2cm/s。
一级阶地（Q4）表层具中偏强湿陷性。
左岸730m高程以上为三级阶地（Q2）具中偏弱湿陷性.
岩基未发现大范围的夹层,基岩的透水性不大。
河床中段及近右岸地段，沿113—111—115-104-114各钻孔连线方向,在岩面下21～47m深度范围内，有一强透水带，W=5。
46~30l/s·m2，下限最深至基岩下约80m。
基岩透水性从上游向下游有逐渐增大的趋势，左岸台地黄土与基岩交界处的砾岩（最大厚度6m）透水性强，渗透系数K=10m/d。
左岸单薄分水岭岩层仍属于中强透水性,平均W=0.48l/s·m2,应考虑排水,增加岩体稳定。
（2）下坝址
位于上坝址同一背斜的东南翼，岩层倾向下游；河床宽约120m，左岸为二、三级阶地,右岸731m高程以下为基岩,以上为三级阶地。
土层的物理力学性质见“工程地质剖面图”.
左岸基岩有一条宽200~250m呈北北东方向的强透水带，右岸Z沟单薄分水岭的透水性亦很大,左右岸岩石中等透水带下限均可达岩面下80m左右。
河床地段基岩透水性与中等透水带厚度具有从上游向下游逐渐变小的趋势.下游发现承压水，二、三级阶地砾石层透水性与上坝线相同，左岸坝脚靠近塌滑体。
1.4建筑材料及筑坝材料技术指标的选定
库区及坝址下游土石料丰富,有利于修建当地材料坝。
（1）土料。
坝址上、下游均有土料场,储量丰富,平均运距小于l。
5km。
根据155组试验成果统计,土料平均粘粒含量为26。
4％,粉粒55.9％，粉砂17。
6％,其中25％属粉质粘土，60。
7％属重粉质壤土，14.3%属中粉质壤土。
平均塑性指数11。
1，比重27。
5kN/m3。
最大干重度16.7kN/m3，最优含水量20.5％，渗透系数0。
44×10—5cm/s。
具有中等压缩性，强度特性见表3。
（2）砂砾料。
主要分布在河滩上，储量为205×104m3，扣除漂石及围堰淹没部分,可利用的砂砾料约100～151×104m3。
其颗粒级配不连续,缺少中间粒径，根据野外29组自然坡度角试验，34组室内试验分析,统计成果分析如下：
天然重度18.7kN/m3，软弱颗粒含量2。
64%.颗粒组成见表4.
砂的储量很少，且石英颗粒少，细度模数很低,不宜作混凝土骨料，砂（D<2mm）的相对紧密度为0.895。
（3）石料。
坝址区石料较多,运距均在1km以内，为厚层砂岩，储量可满足需要。
溢洪道、导流洞出碴也可利用。
表3土料的强度特性
试验方法
统计方法
抗剪强度指标
φ（o）
C（kN。
cm-2）
饱和固结快剪（25组）
算术平均
23。
27
2.80
算术小值平均
20.96
1。
93
快剪
（82组）
算术平均
21。
54
2。
93
算术小值平均
21.30
2.93
快剪
（18组）
算术平均
21.30
2。
93
算术小值平均
21.00
1。
94
算术平均
22.68
5.83
算术小值平均
20。
03
3.56
算术平均
22.50
5.83
算术小值平均
23。
80
3.56
快剪
（8组）
算术平均
28.80
4。
51
算术小值平均
25.75
2。
93
算术平均
29。
00
4.51
算术小值平均
28。
70
2.93
三轴不排水剪
（10组）
算术平均
20.00
2。
88
算术小值平均
25。
20
1.30
三轴不排水剪
（6组）
算术平均
13。
30
2.80
算术小值平均
25.20
0.80
三轴饱和固结
不排水剪（6组）
算术平均
18.20
4.20
算术小值平均
22.30
3。
50
野外自然坡度角
（29组）
算术平均
35。
70
算术小值平均
31.20
室内
剪切
试验
算术平均
31.10
算术小值平均
29。
10
算术平均
31。
00
算术小值平均
29.00
表4砂砾料颗粒组成
粒径（mm）
〈200
〈80
〈40
<20
〈5
<2
<1
<0。
5
〈0.25
<0.05
含量（％）
83。
7
74。
2
57.7
46。
2
38.6
34.6
32。
8
29。
7
24.7
4。
9
（4）筑坝材料技术指标的选定。
经过试验，并参考有关文献资料及其他工程的经验，最后选定其筑坝材料的各项技术指标，见表5。
3．当地建筑材料
（1）土料。
根据当地建筑材料调查报告，土料场有五个.根据试井和钻孔情况，从1:
2000地形图初步计算四个土场的总储量为2248。
6×104m3，为需要量的4倍多。
各土料场的储量如表6。
（2）砂砾料。
根据调查，坝址附近的三个砂砾场，开采总量约100~151×104m3（水上部分），不够使用.
（3）石料。
未进行石场储量的调查试验工作。
在坝址右岸有两个石料场。
石场空间不够开阔，运输困难.
（4）骨料。
沿河调查，本地砂只能用于浆砌石和混凝土，其他用砂需外运。
表5筑坝材料技术指标
筑坝材料
坝体
坝基
土料
砂砾料
堆石
砂砾料
黄土
比重（kN/m3）
27.5
27.0
重度
湿重度（kN/m3）
16。
5
18.0
18.0
18。
0
16。
0
饱和重度（kN/m3）
19.8
19.1
干重度（kN/m3）
10.4
11。
0
10.5
10.2
孔隙率n
0.33
内摩擦角
施工期
总应力
10
31
40
31
20
有效应力
22
稳定渗流期
有效应力
23
水位降落
有效应力
23
粘聚力C（kN/cm2）
2。
0
渗透系数K（cm/s1）
1×10—6
1×10-2
1×10-2
1×10—5
初始孔隙水压力系数
0。
3
表6各土料场的储量
土场
南坪沟
川坡
上山
大河滩
合计
高程（m）
746～805
720~760
710~749
722～778
储量（104m3）
913.6
855.7
119。
9
359。
4
2248。
6
2枢纽布置
2.1坝轴线选择
坝轴线应根据坝址区的地形地质条件、坝型、坝基处理方式、枢纽中各建筑物（特别是泄洪建筑物）的布置和施工条件等,经多方案的技术经济比较确定。
坝轴线应因地制宜地选定。
宜采用直线；当采用折线时，在转折处应布置曲线段。
设计烈度为8度、9度地地区不宜采用折线。
9·当坝址处存在喀斯特、大断层或软粘土等不良地质条件时，应研究避开的可能性。
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