水工建筑物报告.docx
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水工建筑物报告
水工建筑物课程设计
目录
1、工程资料1
1.1地形、地质资料1
1.2水位资料1
1.3气象资料1
1.4其他1
2、剖面设计2
2.1坝顶宽度2
2.2坝坡拟定2
2.3土石坝坝顶高程2
2.4细部构造3
2.4.1坝顶构造3
2.4.2坝的防渗体（坝体截水墙）4
2.4.3土石坝的排水设施4
2.4.4反滤层4
2.4.5土石坝的护坡排水4
3、渗流计算4
3.1渗流计算4
3.2浸润线绘制5
4、稳定验算7
4.1稳定验算工况确定7
4.2稳定验算分析及计算7
4.2.1稳定验算分析7
4.2.2稳定验算计算8
5、结论及建议10
6、心得体会10
附图二（均质坝稳定计算图）……………………………………………………12
附图三（均质坝设计剖面图）……………………………………………………13
《水工建筑物》课程设计
——某土石坝设计
1、工程资料
1.1地形、地质资料
某水利枢纽以防洪为主兼有灌溉、发电等效益的综合利用工程，坝址处河床宽约178米，坝轴线处河床高程为121米，河床覆盖层上层为1.5米厚湿陷性黄土，下层为4米厚砂卵石层，以下坝址岩体主要为透水性很小的花岗岩。
工程下游有若干城镇及矿区，电站装机容量1万kw，灌溉农田10.3万亩。
该坝址附近粘土与砂砾石材料主要分布在上下游，储量充足，其具体物理性质参数如下表所示。
项目
含水量%
湿容重kN/m3
饱和容重KN/m3
浮容量KN/m3
凝聚力kg/cm2
内摩擦角ф○
渗透系数cm/s
粘土
17
19.5
20.0
10.5
0.20
25
5.50×10-6
砂砾石
19.5
20.5
10.8
35
2.2×10-2
坝基砂卵石
17.5
19.7
9.7
31
2.2×10-2
注：
内摩擦角及凝聚力中分子为水上数值，分母为水上数值
因为该工程处土料、石料储量大，为坝体填筑、施工提供了有利的条件，故确定该坝为土石坝，切不设防渗心墙。
1.2水位资料
特征水位及下泄流量
项目
水库水位（m）
下游水位（m）
正常蓄水位（m）
134.0
死水位（m）
129.0
设计洪水位（p=1%）（m）
135.2
122.5
校核洪水位（p=0.02%）（m）
136.0
123.0
1.3气象资料
库区多年平均最大风速15.0m/s，吹程3.5km，风向与坝轴线法线的夹角β=0o。
1.4其他
地震基本烈度：
6度。
2、剖面设计
2.1坝顶宽度
初步拟定该土石坝的坝高为H=136.0-121.0=15m。
因为该土石坝顶无交通、防汛、施工及其其他专门性的要求，坝高在100m以下，B=H/10，可选用5～10m。
故此处拟定坝顶宽度为5m。
2.2坝坡拟定
因该坝坝高初拟为15m（h=136.0-121.0=15m<20m），故坝上下坡不设马道，根据规定常用坝坡一般取1:
4.0～1:
2.0。
故：
拟定该坝上游坝坡取1:
3.0，下游坝坡取1:
2.0。
2.3土石坝坝顶高程
从灌溉面积、装机容量、下游有若干城镇及工矿区，查《水工建筑物》表1.3.1判定水库规模中型，工程等级三级。
查表1.3.3得主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时性建筑物级别为5级；查表1.4.1该土石坝按100年设计1000年校核；查表1.4.7得水工建筑物的安全级别为Ⅱ级；查表1.4.4得设计（正常运用条件）土石坝安全加高A=0.7m，校核（非正常运用条件）土石坝安全加高A=0.4m。
ω计算风速，3～5坝正常运用条件下取1.5ωmax；非正常运用条件情况，取ω=ωmax，ωmax坝址多年平均最大风速。
根据下公式计算坝顶超高：
【坝顶高程等于水库静水位加相应的超高，取下列中的最大值：
①设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；②正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高③校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；④正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高加地震安全加高（地震安全加高1.0m）】,坝顶高程取其中最大值。
（简化后的蒲田公式）
根据上面公式得下表：
相关参数
表1
参数
最大风速
k
D
g
cosβ
数值
15
0.0000036
3500
9.81
1
参数
Kω
hm
Lm
m
KΔ
数值
1.22（正）
0.619563（正）
15.48909（正）
3（近似值）
0.8
1.08（非）
0.396629（非）
9.915749（非）
根据《水工建筑物》表2.2.4得经验系数Kω（故上表中查的对应的Kω有两近似值）
ω/（ghm）^0.5
2.82
2.70
1.88
1.75
注：
本处取值均为近似值、Kω值为近似值，（正）正常运用条件、（非）非正常运用条件，计算表如下：
坝顶高程计算表表2
计算情况计算项目
正常运用条件
非正常运用条件
正常蓄水位
设计洪水位
正常蓄水位
校核洪水位
上游静水位（m）
134.00
135.20
134.00
136.00
河底高程（m）
121.00
坝前平均水深（m）
6.50
7.10
6.50
7.50
计算风速ω（m/s）
22.500
15.000
最大爬高R（m）
2.132
2.132
1.208
1.208
最大风壅高度e（m）
0.050
0.046
0.022
0.019
安全超高A（m）
0.70
0.40
地震超高（m）
0.00
0.00
1.00
0.00
坝顶高程（m）
136.882
138.078
136.631
137.628
（注：
h/Hm<0.1，3级土石坝，故R1%=2.23Rm）
综上所述：
取大坝坝顶高程为Hˊ=138.078m；
坝顶施工高程（考虑沉降量）
，取坝顶施工高程为138.280m。
2.4细部构造
2.4.1坝顶构造
（1）坝顶因无交通要求，故按规定取坝顶宽度为5m，坝高H=138.280-121=17.28m，因坝型较小的均质坝，故不设防浪墙（防浪墙要和防渗体紧密结合，设计不设防渗心墙）。
（2）坝顶坝面材料：
砂砾石、碎石、单层砌石；坝顶要做好向下游的排水系统。
（3）坝顶面坡度确定：
根据规定：
坝顶坡面向上游倾斜，坡度取2%~3%；向下游侧放坡坡度取2%~3%，坝顶需要做好向下游的排水系统，因此处坝顶没做相关要求，固不做坡度。
2.4.2坝的防渗体（坝体截水墙）
由资料所得该坝体内部不设防渗体（心墙），坝基为透水地基，故要设截水墙，截水墙的位置位于坝基中心位置。
由资料可得透水层深度为5.5m（按临界状态算），按规定要求可得截水墙的坡度为1:
1（一般采用坡度为1:
1.0～1:
0.5），截水墙的底宽（与不透水层的接触面）应大于水头的1/4，故截水墙的底宽b=（135.2-122.5）×1/4=3.175m，取截水墙底宽为3.5m,得截水墙上宽14.5m。
2.4.3土石坝的排水设施
下游坡脚用块石堆成棱体，规定为：
堆棱体内坡一般为1:
1.5~1:
1.0；外坡为1:
2.0~1:
1.5，棱体顶宽1~2m，一般不宜作交通道路，以免泥土污物落入堵塞排水。
顶部高程应高出下游最高水位0.5~1.0m。
故此处取棱体内坡为1:
1.0，外坡取1:
2.0棱体顶宽取2m，确定棱体顶部高程为122.5m+1.0=123.5m。
2.4.4反滤层
因该坝为均质坝，切底部设有截水墙，故截水墙部分要设反滤层。
2.4.5土石坝的护坡排水
因该坝坝性型较小，故上游护面采用砌石护面，下游护面采用草皮护面。
3、渗流计算
3.1渗流计算
该坝是透水地基上的均质坝（下游有水），分析时把坝体与坝基分开考虑，即先假设地基为不透水的，计算出坝体的渗流量q1（用q1代替q）和浸润线，然后再假定坝体不透水的，计算坝基渗流量q2，利用叠加原理可得通过坝体坝的渗流量q。
因设有棱体排水，设浸润线在下游水面与排水体上游面的交点进入排水体，通过坝体的渗流量q1。
计算q1时，先计算△L
得△L=6.086m，在计算
=△L+3×（17.28-14.2）+5+（17.28-2.5）×2-（2.5-1.5）×1=48.89m，进而得
引入流体力学分析结果，通过坝基的渗流量q2可表达为：
根据上述细部构造得：
截水墙底宽为3.5m,得截水墙上宽14.5m，在此计算时需等效为矩形，即矩形宽为L0=9m，由资料得不透水层的厚度T=5.5m，根据《水工建筑物》表2.2.8得L0/T=1.64，故插值对应表值为n=1.595,
坝体、坝基的单宽渗流总量q按下式计算：
得q值为
浸润线将渗流量q用坝体渗流量q1计算：
根据上式的浸润线方程为：
3.2浸润线绘制
根据3.1渗流计算相关内容和浸润线方程，可得以下参数：
L/
H1
H2
K
q1
48.89
14.2
1.5
0.000000055
1.12154E-07
浸润线坐标原点为：
以上游设计洪水位与上游坝坡的交点处向上△L与坝基的交点为（0，0），则根据浸润线方程
得浸润线上的点，如下表3：
表3—A
x
0
2
4
6
8
10
12
14
16
y
14.2
13.91
13.613
13.311
13.001
12.683
12.357
12.023
11.678
（x,y）
0,14.2
2,13.91
4,13.613
6,13.311
8,13.001
10,12.683
12,12.357
14,12.023
16,11.678
表3—B
x
18
20
22
24
26
28
30
32
34
y
11.324
10.958
10.579
10.186
9.778
9.351
8.904
8.434
7.936
（x,y）
18,11.324
20,10.958
22,10.579
24,10.186
26,9.778
28,9.351
30,8.904
32,8.434
34,7.936
表3—C
x
36
38
40
42
44
46
48
48.89
y
7.404
6.831
6.205
5.509
4.711
3.747
2.425
1.5
（x,y）
36,7.404
38,6.831
40,6.205
42,5.509
44,4.711
46,3.747
48,2.425
48.89,1.5
根据上表中的坐标绘制土石坝的浸润线：
（如附图一所示）
附图一：
4、稳定验算
4.1稳定验算工况确定
依照《碾压混凝土设计规范》（SL274--2001）规定，控制坝坡稳定应按如下几种工况计算。
⑴正常运用条件:
①上游正常蓄水位与下游相应的最低水位或上游设计洪水位与下游相应的最高水位形成稳定渗流期的上下游坝坡。
②水库水位从正常蓄水位或设计洪水位正常降落到死水位的上有游坝坡。
⑵非常运用条件Ⅰ：
①施工期的上下游
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