土石坝实训文档.docx
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土石坝实训文档
湖南水利水电职业技术学院
HunanTechnicalCollegeofWaterResourcesandHydroPower
综合实训成果书
班级：
13级水建一班
姓名：
庄蕾
学号：
201302010031
指导老师：
王菜刚
任务下达日期：
2015年6月1日
设计完成日期：
2015年6月7日
第一章、设计任务书
一、题目
土石坝课程设计
二、设计资料
某水利枢纽，拟定坝型为土质心墙坝，其任务以防洪为主，兼顾发电，灌溉的要求，大坝为3级建筑物，基本资料如下：
1，水电规划成果。
上游设计洪水位355.0m，相应的下游水位为328m；上游校核洪水位356.3m，相应的下游水位为329m；正常高水位354m；死水位339.5m。
2，地址资料。
河床高程328m，约有1~2m的淤泥层，清基后的最低高程为326m。
基岩为石灰岩，节理裂隙少，地质构造良好。
拟定粘土心墙的渗透系数k=1.0*10^（-6）cm/s，坝壳沙壤土的渗透系数k=1.0*10^（-4）cm/s，土壤的摩擦角ψ=20.1°，c=15kpa，湿容重γm=19.5kN/m3，浮容重γ‘=10.5kN/m3，饱和容重γsat=20.5kN/m3。
3，其他资料。
建议下游设堆石排水棱体，下游坝坡坡比建议1：
2.5。
风区长度D=900m，多年平均最大风速15m/s。
三、设计容
（1）大坝基本剖面的设计
（2）大坝渗流分析，只算设计洪水位
（3）采用瑞典圆弧法进行大坝下游坝坡稳定计算，只算设计洪水位
四、设计要求
（1）计算书应书写清楚，字体工整，主要计算步骤、计算公式、计算简图均应列入，并尽量利用表格编制计算过程。
（2）图纸应整洁，线条及字体应规，并在规定时间完成。
五、时间安排
2014年至2015年第二学期第14周
上课次数
第一节
第二节
周一
任务熟悉及基本知识复习
土石坝基本尺寸计算
周二
渗流分析
渗流分析
周三
稳定计算
稳定计算
周四
图纸整理，文本整理
图纸整理，文本整理
周五
实训答辩
实训答辩
六、课题完成后应提交的资料
每位同学按规定的有关格式独立完成上述设计任务的成果一份，包括：
（1）设计说明书。
要求说明设计的步骤、依据的理论、采用的公式或方法，必要时将计算成果列入表格。
（2）设计图纸为CAD绘制的基本剖面图，渗流分析计算图，瑞典圆弧法稳定分析图纸。
（3）实训日志及实训心得报告。
七、成绩考核
成绩考核、成绩评定分为：
优、良、中、及格、不及格五等级，实训考勤30%，期中实训表现占30%，成果作业站40%。
八、装订
请将以下容装订成册（A4纸打印），前后顺序如下：
1封面
2目录
3设计任务书
4实训报告
5图纸
6实训总结
第二章、基本资料及设计数据
2.1设计资料
某水利枢纽，拟定坝型为土质心墙坝，其任务以防洪为主，兼顾发电，灌溉的要求，大坝为3级建筑物，基本资料如下：
1，水电规划成果。
上游设计洪水位355.0m，相应的下游水位为328m；上游校核洪水位356.3m，相应的下游水位为329m；正常高水位354m；死水位339.5m。
2，地址资料。
河床高程328m，约有1~2m的淤泥层，清基后的最低高程为326m。
基岩为石灰岩，节理裂隙少，地质构造良好。
拟定粘土心墙的渗透系数k=1.0*10^（-6）cm/s，坝壳沙壤土的渗透系数k=1.0*10^（-4）cm/s，土壤的摩擦角ψ=20.1°，c=15kpa，湿容重γm=19.5kN/m3，浮容重γ‘=10.5kN/m3，饱和容重γsat=20.5kN/m3。
3，其他资料。
建议下游设堆石排水棱体，下游坝坡坡比建议1：
2.5。
风区长度D=900m，多年平均最大风速15m/s。
2.2水位
死水位：
339.5m；正常蓄水位354.0m；设计洪水位：
355.0m；
校核洪水位：
356.3m;正常蓄水时下游无水；设计洪水时下游水位：
328m；
校核洪水时下游水位：
329m。
2.3气象资料
校核洪水情况下平均最大风速15m/s；正常蓄水位及设计洪水情况下最大风速为30m/s，水库吹程D=900m。
采用公式进行波浪要素：
波高和波长的计算,情况如下为：
1、设计洪水时：
平均波高hm=0.46m，平均波长Lm=14.2m
3、校核洪水时：
平均波高hm=0.22m，平均波长Lm=6.7m
2.4筑坝材料及坝基岩石物理力学性质
摩擦角∮（°）=
20.1
湿容重=
19.5
浮容重=
10.5
饱和容重=
20.5
粘聚力c=
15kapa
第三章、土坝类型及剖面基本尺寸拟定
3.1坝顶高程
坝顶高程由水库静水位加波浪爬高和壅水面高度及安全加高确定。
坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶的高程按下式计算：
坝顶高程=设计洪水位+正常运用条件的
=校核洪水位+非常运用条件的
=正常蓄水位+非常运用条件的
+
坝顶静水位超高值按下式计算：
式中：
——波浪在坝坡上的设计爬高，m；
——风壅水面高度，m；
——安全加高，m。
该坝的级别为Ⅲ级，则正常运行的安全加高A=0.7m，非常运行的安全加高A=0.4m。
（1）风壅水面高度的计算：
式中：
K——综合摩阻系数，取
；
v——计算风速，正常运用条件下的5级坝，采用多年平均离地面10m高的最大风速的1.5倍，非常运用条件下，采用多年平均年最大风速；
D——风区长度，为100m；
β——计算风向与坝轴线法线的夹角；
Hm——水域平均水深27m，取坝前水深的2/3，为18m。
（2）波高和波长的计算，在三种设计工况下分别为：
1、设计洪水时：
平均波高hm=0.46m，平均波长Lm=14.2m
2、校核洪水时：
平均波高hm=0.22m，平均波长Lm=6.7m
（3）平均波浪爬高的计算
——平均波浪爬高，m；
——单坡的坡度系数，取3.0；
——斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型为砌石，取
；
——经验系数。
最终计算成果：
坝顶高程计算
运用情况
静水位H（m）
R（m）
e（m）
A（m）
超高Y（m）
坝顶高程H（m）
设计洪水
355
2.150473655
0.005504587
0.7
2.855978242
357.8559782
坝高取较大值为
326
校核洪水
356.3
0.894725906
0.001376147
0.4
1.296102053
357.5961021
357.8559782
3.2坝坡
因最大坝高约356.3-326.0=30.3m,故采用二级变坡。
（1）上游坝坡：
从坝顶到坝踵依次为1:
2.5
（2）下游坝坡:
从坝顶到坝踵依次为1:
2.5
（3）马道:
马道高程为343m,马道宽度取2m，设0.3m×0.3m排水沟。
3.3排水设施
堆石棱体排水尺寸确定：
顶宽2.0m，坡1：
1.5，外坡1：
2，顶部最高水位须高出下游最高水位对Ⅰ、二级坝不小于1.0m，对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级大坝不小于0.5m.
由已知条件可知，此次设计大坝为Ⅲ级大坝通过校核洪水位356.3m，相应下游最高洪水位为329.00m，超高取1.5m，所以顶部高程为329.00+1.5=330.5m。
3.4心墙
心墙尺寸确定：
心墙比校核洪水位校高0.5m,所以顶部高程为356.3.00+0.5m=356.8m,坝款取4米，坡度两边都取1：
0.15。
第四章、渗流计算
4.1渗流分析的方法
采用水力学法进行土坝渗流计算。
求解渗流流量和浸润线方程。
4.2单宽流量计算公式
通过心墙的单宽流量
通过心墙下游坝壳的单宽流量为
，联立二式得：
he=
8.187239746
q=
4.48938E-05
4.3浸润线计算公式
本设计仅对河槽截面处进行最大断面的渗流计算，并假设地基为不透水。
采用的公式：
x和y数值
X
0
10
20
30
40
50
60
70.2
y=
2
3.602604603
4.685885172
5.562039174
6.317835048
6.992410143
7.607401628
8.187239746
第五章、坝坡稳定分析
5.1稳定计算条件
本设计粘土心墙坝，在正常蓄水位稳定渗流条件下，采用圆弧滑动面稳定计算方法：
5.2稳定计算原理
假定滑裂面为圆柱面，将滑动面土体看做刚涂脱落，土体绕滑动面的圆心转动即为边坡失稳。
5.3稳定计算结果表
课程总结报告
为期一周的课程设计终于在紧的节奏中接近尾声，一周的时间，同学们都受益匪浅，它是繁忙的，但更是充实的。
课程设计，是《土石坝设计》课程，主要是复习相关知识点。
它牵涉到了两年来所学的有关水工建筑物方面课程如《工程制图》、《工程力学》、《工程地质与土力学》特别是《水工建筑物》的容，还牵涉到了未曾学习的《材料力学》等课程容，可以说它是对两年来前面所学各课程的一个很好总结，更是一个前所未有的实践性挑战！
一周的时间，是漫长的。
可以看出，一天天，同学们大都是一步步熬过来的，因为同学们在设计时对太多东西都不是很确定，像对闸底板的选材及对闸室的校核等部分容我们未曾做过，这要花费我们一部分时间去一点一点儿的查找资料学习，在加上校核的反复性，说是熬过来的一点儿也不为过。
但一周的时间，也是短暂的。
超负荷的工作量，让我们从早上9点到晚上将近10点除了吃饭把所有的时间都泡在了土石坝设计教室中，但仍然感觉时间是那么的不够用。
无论如何，没有人放弃，大家都坚强的挺了过来。
水闸设计共分为五个阶段：
第一阶段：
土坝断面尺寸拟定；
第二阶段：
土坝渗流分析；
第三阶段：
土坝稳定分析；
第四阶段：
土坝细部构造；
第五阶段：
设计图纸。
总结：
一周的课程设计，要谈感受，没有人说自己认识不深刻的，它不但花去了我们大量的劳力精力，但相应的，我们得到的也很多。
通过这次水闸设计，使我们学到了很多仅靠课本不能学到的知识，还学到了些以前没有讲过的知识；另外，加深了对以前学过的相关水工设计方面的知识，对今后的社会实践及就业无疑起到重要作用。
一周的时间，大家是繁忙的，但更是充实的。
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