重力坝课程设计docx.docx

1、重力坝课程设计docx1.课程设计目的课程设计包括重力坝设计的主要理论与计算问题， 通过课程设计可以达到综合训练的目的。学会融会贯通“水工建筑物”课程所学专业理论知识，完成重力坝较完整的 设计计算过程，以加深对所学理论的理解与应用。 培养综合运用已学的基础理论 知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能，全面分析考虑问题的思想 方法、工作方法。培养设计计算、绘图、编写设计文件、使用规范手册和应用计算机的能力。 提高查阅和应用参考文献和资料的能力。2.课程设计题目描述和要求 2.1设计任务、内容及作法一、 设计任务：重力坝典型剖面设计二、 设计内容根据提供的水文、水利计算成果，在分析研究所提

2、供的资料的基础上， 进行 水工建筑物的设计工作，设计深度为初步设计。主要设计内容为：1、 确定水利枢纽工程和水工建筑物的等级、洪水标准2、 通过稳定、强度分析，拟定坝体经济断面尺寸；3、 通过坝基水平截面处坝体内部应力分析，定出坝体混凝土分区方案；4、 坝体细部构造设计：廊道布置、坝体止水、坝体排水及基础防渗和排水 等。要求成果：1、 设计计算说明书一份；2、 A3设计图纸两张。三、 设计作法从分析基本资料做起，复习消化课堂内容，参照规范 1 T各相应部分进行设 计，对设计参数的选取、方案的拟定等要多加思考。设计所需基本资料，除已给定之外，要自行研究确定。 2.2基本资料一、 设计标准：某水库

3、位于某河道的上游，库区所在位置属高山峡谷地区。 根据当地的经济发展要求需修建水库，该工程以发电、灌溉、防洪为主。拟建的 水库总库容1.33亿立方米，电站装机容量960OkW。工程等级、建筑物级别以及 各项控制标准、指标按现行的国家规范规范4自行确定。二、 坝基地质条件1、 开挖标准：本工程坝体在河床部分的基岩设计高程原定在 827.2m。2、 力学指标：坝体与坝基面接触面的抗剪断摩擦系数 f/ =1.04，粘结力系 数 CZ= 900kPa3、 基岩抗压强度：1500 kg/cm2三、 特征水位经水库规划计算，坝址上、下游特征水位如下：P=0.1%校核洪水位为909.92m ,相应下游水位为

4、861.15m ;P=1% 设计洪水位为907.32m ,相应下游水位为 859.80m ; 正常挡水位为905.70m ;相应下游水位为 855.70m ; 淤沙高程为842.20m ;四、荷载及荷载组合荷载应按实际情况进行分析，决定计算内容。荷载组合根据实际情况参照规 范13要求。具体计算时每人选取1种有代表性或估计其为控制性的组合进行设 计计算。有关荷载资料如下，未经列出者由设计者自行拟定。1、 筑坝材料：混凝土容重 c=24kNm3。2、 坝基扬压力、坝基防渗处理：根据水库地基情况，设置帷幕灌浆和排水孔幕。为简化计算起见，扬压力折减系数取 0.3。3、 风速与吹程：坝址洪水期多年平均最

5、大风速 18.1ms,洪水期50年重现 期最大风速25m/s，坝前吹程1公里。4、 水库淤沙：淤沙浮容重为8.0kNm3 ,淤沙内摩擦角=12 05、 坝址地震基本烈度：根据“中国地震烈度区划图”坝址位于 7度区，设 防烈度按7度考虑。&坝顶有一般交通要求。3.课程设计报告内容3.1工程等别及建筑物级别确定水利部、原能源部颁布的水利水电工程的分等分级指标， 将水利水电工程根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等，见表 2-1-1表3-1-1 水利水电工程分等指标工程等别工程 规模水库总 库容 （108m3 ）防洪治涝灌溉供水发电a保护城 镇及工 矿企业 的重要 性保护 农田（10 4

6、 亩）治涝 面积 （10 4 亩）灌溉 面积 （10 4 亩）供水对 象重要 性装机容量(10 4 KW )I大（1） 型 10特别重 要 500 200 150特别重 要 120大 (2) 型10 1.0重要5001002006015050重要12030In中型1.00.10中等1003060 15505中等305IV小（1） 型0.10 0.01一般3051535 0.5一般51V小 (2) 型0.01 0.001530.51本设计中，水库总库容为1.33亿m3 ,由表3-1-1可知，工程等别为U级;电站装机容量为9600kW由表3-1-1可知，工程等别为V级故确定该工程等别为U级。水利水

7、电工程中的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物， 根据其所属工程等别及在工程中的作用和重要性划分为五等和三等，见表 3-1-2表3-1-2 永久性水工建筑物的级别工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级 别主要建筑物次要建筑物I133U234In345IV455V555由于确定了水利工程等别为U级，查表 3-2可知，主要建筑物级别确定为2级，次要建筑物级别确定为3级。 本设计未设计临时性水工建筑物3.2初步拟定坝体断面3.2.1基本剖面尺寸的确定假定基本剖面为三角形，上游水位与坝顶齐平，扬压力、静水压力均为三角 形分布，确定满足强度和稳定条件下的最小坝底宽度 T 0一、按满足强度条件确定坝底的最小

8、宽度 T当库满时：7 W=Wl W2 -U =TH C wV下游边缘铅直正应力2当库空时，令式、式中w=0，得:上游边缘铅直正应力；yu CH 1 - i下游边缘铅直正应力二yd = CHl强度控制条件是坝基面不允许出现拉应力。当库空时，由式 （3）可以看出:只要在O1之间，即上游坡度取正坡，坝基面不出现拉应力。当库满时要使 上游不出现拉应力，可令式中二yu = O，求得坝底宽度为：HT ,由该式可知，当H为一定值时，一：值越小，则底.c 1 一 ： ： 2 一、宽也越小。考虑库空时，下游坝面不出现拉应力，可取 1 =0，求得上游坝面为铅本设计中取坝顶水位为校核洪水位,1.04(56772 -

9、6961.67) 980 57 133790.55= 3.19 - 2.5 ,满足要H =909.92 - 827.2 =82.72m 83m二、按满足稳定条件确定坝底的最小宽度 T将求得的7 P、 、W、U及由强度要求得出的T代入K = f W-PU CA ,若满足要求则由强度条件确定的最小坝底宽T就是坝底的最小宽度。若不满足要求则将坝底宽 T增大，直到满足抗滑稳定要求为止。f W -U ca求。综上：H =83m,T =57m3.2.2坝顶高程、坝顶宽度的确定一、坝顶高程坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程， 其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，可由式 3-2-1计算

10、，应选择两者中防浪墙顶高 程的高者作为选定高程。h 十 hz he （3-2-1）式中： h防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m hi%波高（m ；hz波浪中心线至正常或校核洪水位的高差（m ；he安全超高，按表8.1.1 采用。计算hi%和hz时选用官厅水库公式，公式如下5-h=166Vo4D0.8L=104(h)2Jr hl 岷 2nH hz Cthhz L L式中：V0为计算风速，m/s ,是指水面以上10m处10min的风速平均值，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应季节50年重现期的最大风速，校核洪水 位时，宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值；D为风作用于水域的长度，k

11、m， 称为吹程或风区长度；H为坝前水深，m。表3-2-2-1 安全超高he相应水位坝的安全级别123正常畜水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.31、设计洪水位时H =907.32 -827.2 =80.12mh.166V04D 3 p.0166 2554 1 3 793mZ X 08 0.8hz2H 二2-Oeth9.812 二 80.12m =0.28m9.81L=104(h) M0.4 0.93 81mh1% T24h5% T24h T24 093=115m 由表3-2-1 得 he =05m所以 h=1.15+0.28+0.5=1.93mZ =907.32+1.93=909.

12、25m2、校核洪水位时H =909.92 -827.2 =82.72mh166Vo4D 3 P.0 1 66 1 8.1 4 1 3 = 0.62m0.8 0.8hzcth纣二L L20.62Cth m=0.12m9.812 二 82.729.81L04(h) =10.4 0.62 09mhi% T24h5% T24h T24 0.62=0.77m由表3-2-1 得 he =0.4m所以：h=0.77+0.12+0.4=1.29mZ =909.92+1.29=911.21m综上，防浪墙顶高程Z=911.21m ,防浪墙高取1.2m,则坝顶高程Z=911.21-1.2=910.01m当坝顶上游侧

13、设有防浪墙时，坝顶应高出设计洪水位0.5m且不低于校核洪水 位，z=910.01m满足要求。所以坝顶高程为910.01m二、坝顶宽度坝顶宽度一般取坝高的8%10%,且不小于3m,又坝顶需要行走门式起重机， 门机轨距7.0m,所以坝顶宽度定为8m。3.2.3拟定坝体基本断面上游坝面坡度应与溢流坝段、放水孔坝段相协调，为照顾泄、放水需要，上 游面宜采用直立或部分折坡坝面； 坝体基本三角形顶点，可放在校核洪水位，或 略予提高。1、 上游面铅直，适用于混泥土与基岩接触面间的 f、C值较大或坝体内设有 泄水孔或引水管道、有进口控制设备的情况；2、 上游坝面上部铅直，下部倾斜，既便于布置进口控制设备，又可

14、利用一 部分水重帮助坝体维持稳定，是实际工程中经常采用的一种形式；3、 上游坝面略向上游倾斜，适用于混泥土与基岩接触面间的 f、C值较低的 情况。本设计中f、C值较低，故采用上游坝面略向上游倾斜，坡率取为 1:0.1。基本剖面如图一：9寸-二65丘8图一3.3荷载计算及抗滑稳定分析(手算)一、确定荷载组合表3-3-1 荷载组合表荷载组合主要考虑情况何载作用力自重水压力扬压力淤 沙 压 力浪压力冰压力地震力动 水 压 力其/、他基本组合(1)正常畜水位情 况(2)设计洪水位特殊组合(1)校核洪水位(2)地震情况、荷载计算自重、扬压力、泥沙压力计算简图1、基本组合(设计洪水位)H1=907.32-

15、827.2=80.12m,H2=859.80-827.2=32.6m表3-3-2 荷载及力矩计算表序号何载名称计算式何载(每m坝长)力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-1自重WTAI8228.0027.12223143.4WCA215899.5220.36323714.2WCA341953.800.031258.612水压力PIIH231486.2526.71840892.7WI=YWAI3148.6229.9794364.3PVWH 2-5212.8410.8756646.2W2 = 筈 IA3579.6625.1890135.73扬压力UI=YWA-2987.7729.3

16、987810.6U 2 =lA2-2515.6630.4776652.1U 3 =Yw A3-18789.203.2661282.1U eA4-4110.236.5526922.04淤沙压力PSV=YSbA110.3631.143436.6PSH =Ysbht tan j590.185.002950.95浪压力R =SLm X6% -IhZ)34.4078.9727624.5 H =26897.99送V =44517.10 M =-389143.22、特殊组合(校核洪水位)H1=909.92-827.2=82.72m,H2=861.15-827.2=33.95m表3-3-3 荷载及力矩计算表序

17、号何载名称计算式何载(每m坝长)力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-1自重WImCA8228.0027.12223143.4WA215899.5220.36323714.2WA341953.800.031258.62水压力PImYH 233562.9527.57925442.3W11 =A113356.2929.88100286.1PYWH 2-5656.8511.3264035.5W2 = 瓷 A23884.5624.9897036.23扬压力UI=YWA-3098.2129.3992056.5U 2 =*wA2-2604.0430.4779344.9U闫WA-19582.

18、423.2663838.7UZwA4-4217.486.5527624.54淤沙压力PSV=YSbA110.3631.143436.61斗 2PSH =2 sbhs20 电) tan .45 盲 |590.185.002950.95浪压力YwLjPl =-4-6% 4hz)15.4881.841266.9 H =28511.76 V =43930.38 M =-446009.13、地震力计算水平向地震惯性力Fh h G： /g=0.1 9.81 0.25 66081.3 1.4/9.81 = 2312.8kN上游地震动水压力2 2Fu = 0.65 PWH u =065 汉0仆 9.81 汉

19、0.25x1 汉 78 5 =982.3kN下游动水压力2 2Fd =065c( h P w H d =0.65 汉 0.1 汉 981 X0.25 汉1 汉 28 5 =1295kN地震力方向都沿水平方向指向下游。三、坝体抗滑稳定分析对几种荷载组合情况分别进行稳定分析：按照规范规定的抗剪断强度计算公 式K = fW CA计算。式中：f为坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系 数；c为坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力； X W为作用于坝体全部荷载对滑动平面的法向分值； P为作用于坝体全部荷载对滑动平面的切向分值。表3-3-4 抗滑稳定计算及成果分析表（f =1.04,c =980kPa, A

20、 = 65.28m ）何载组合、计算方法 W P计算式计算K要求K结论基本组合（设计洪水位）44517.1026897.99f T W +cA K - P4.13.0满足抗滑稳定要求特殊组合（校核洪水位）43930.3828511.76f 无 W +cA K - P3.92.5满足抗滑稳定要求3.4校核洪水位下坝体应力分析（手算） 对坝基截面，上、下游边缘应力及内部应力用材料力学法计算。 重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力应符合下列要求：运用期：1） 在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝趾 垂直应力应小于坝基容许压应力；2） 在地震荷载作用下，坝踵、坝趾的垂直应力应符

21、合水工建筑物抗震设计规 范（SL203）的要求；施工期：坝趾垂直应力可允许有小于 0.1MPa的拉应力。 一、计算边缘应力，判定坝基、坝体强度是否满足要求1、依次计算二 yu、二 yd、 U、-d、二 XU、二 Xd 及主应力二 Iu、二 Id、二 2u、二 2d ；= 428 6 4600914）=44.99kPa、W 6 M= 428 一6 （一446009M =1300.92kPa65.28265.28P-PU UU Sbhsbtan 4500 12tan 45二 78.69kPa6528 65.28Pd 一 PUd=OkPan =0.1,m =0.7UJP - P - yu n = 7

22、8.69 -44.99 0.1 =3.37kPaU UUUyU.d =爲 yd PUd - pcj m =1300.92 0.7 = 910.64kPa XU=（PU 一 PUU）-E un =78.69 一3.37沃0.1 = 78.35kPa Xd=(Pd Pud * I dm = +91.64x.7 =637.45kPau=1 十 n* yu(PU PUUhj +0.f k44.9978.69 汇 .1 = 4465kpaid = 1 myd 一 pd 一 PUdmhI O.7 13.91938.37kpa二 2u= Pu_Puu =7869kPa二 2d = Pd 一 PUd= OkP

23、a2、判断坝基截面上、下游边缘处是否满足强度要求。基岩容许应力 -1500 9.81 10 =14715OkPa；一 yu =44.99kPa OkPay 1 坝基截面上、下游边缘处满足强度要求。匚 yd =1300.92kPa ： 二、计算坝基截面处坝体内部应力1、 选取坝基水平截面处6个计算点，对二y、二X、二1、二2分别进行计算;2、 选坐标，作计算简图表明计算点如下：坝体应力计算简图3、计算水平截面(I I截面)上垂直正应力Oy列F分布表达式：1 =a bxX =O时，yf1 =130092kPa边界条件 J 代入表达式解得a=1300.92,b=-1924X =65.28时,，yu=

24、44.99kPa所以匚 y =1300.92 -19.24X列表计算各计算点的j y值表3-4-1 Uy计算表计算点编号012345坐标X= (m)013.0626.1139.1752.2265.282Cry (kN / m )1300.921049.65798.56547.29296.2144.99I I截面 y分布图如下a1 =910.64 14、计算水平截面（I I截面）上剪应力列.分布表达式：.=a1 b1x c1x22 .a1 65.28b1 65.28 d=3322 6P查规范得6a1 3b1B 2C1B二将B =65.28, P =28511.76代入表达式得B+ + 2 6氏

25、28511.766a1 3b1 65.28 2C1 65.28 花 3由(1) (2) (3)解得 & =910.64,b1 =T5.86,c1 =0.032所以 E =910.6415.86x + 0 Q3列表计算各计算点的.值表3-3-2 JE计算表计算点编号012345坐标X= (m)013.0626.1139.1752.2265.28 (kNm2)910.64708.63516.99335.43164.243.37画出I I截面.分布图5、计算水平截面（I I截面）上水平正应力二X列匚X分布表达式：-X U b2Xx=0时, 如=637.45kPa边界条件 UXd 代入表达式解得a=6

26、37.45,b= -8.56X =65.28时，Xu=78.35kPa Cl U所以二 y =637.45 -8.56X列表计算各计算点的二X值表3-3-3 UX计算表计算点编号012345坐标X= (m)013.0626.1139.1752.2265.282x (kN /m )637.45525.66413.95302.15190.4578.35画出I I截面二X分布图6计算各点主应力G、匚2Cy=IarCtg即 tg2 =将各点的匚y、匚X代入公式计算；一、二2 ,将计算成果列表如下;表3-3-4 主应力二I、二2计算表计算点编号012345坐标X= (m)013.0626.1139.1752.2265.282UX (kNm )637.45525.66413.95302.15190.4578.35Gy (kN m2)1300.921049.65798.56547.29296.2144.992JC (kN /m )910.64708.63516.9933