心墙土石坝设计及泄水建筑物水面线计算毕业设计计算书 优秀论文 定稿.docx

1、心墙土石坝设计及泄水建筑物水面线计算毕业设计计算书 优秀论文 定稿第一章 调洪演算1.1 调洪演算的原理先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力曲线，再假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位，并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其它泄洪方案按同样的方法进行调洪演算，最后选定的泄洪方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，库水位又相对比较低。1.2 泄洪方案的选择

2、1.1.1 对以下三种方案进行调洪演算4表孔+2中孔2浅孔+2中孔4中孔方案一: 4表孔+2中孔表孔: 堰顶高程179m，孔宽12m(1-1)式中：m=0.48 B=412=48m H为泄孔中心水头中孔: 进口高程135m, 出口高程130m, 孔口宽7.5m, 高7.5m (1-2) 式中：闸门开度a=7.5m H0为泄孔中心水头孔口宽度B=27.5=15m (1-3) 表1-1 4表孔+2中孔调洪演算水位182186190194表孔H0371115m0.480.480.480.48Q1530.29051890.0753723.245928.828中孔空中心线H048.2552.2556.2

3、560.25侧收系数u0.9247150.9274160.9297330.931743流量Q23200.83340.5653474.7353603.932Q1+Q23731.0915230.647197.9759532.76Q1+Q2+3384069.0915568.647535.9759870.76起调流量4609.091m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，4表孔+2中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量: 设计6420 m3/s校核7400 m3/s最高水位: 设计 187.4m校核189.4m方案二: 2浅孔+2中孔浅孔: 进口高程164米, 出口高程1

4、54米, 孔口宽8.5米, 高8.8米 , a=8.8m , B=8.52=17m 中孔: 进口高程135米, 出口高程130米, 孔口宽7.5米, 高7.2米 , a=7.5m, B=7.52=15m表1-2 浅孔+2中孔调洪演算水位182186190194浅孔孔中心线H023.627.631.635.6侧收缩系数U0.8753560.8892680.8982220.905163Q12817.8753095.7683345.8633578.762中孔空中心线H048.452.456.460.4侧收系数u0.9262310.9288090.9310210.93294流量Q23082.58832

5、16.3653344.8173468.531Q1+Q25900.4636312.1336690.687047.294Q1+Q2+3386238.4636650.1337028.687385.294起调流量6238.463m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，2浅孔+2中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量: 设计6550 m3/s校核7050 m3/s最高水位: 设计 184.80m校核188.40m方案三: 4中孔中孔: 进口高程135米, 出口高程130米, 孔口宽7.5米, 高7.0米 , a=7.0m, B=7.54=30m表1-3 4中孔调洪演算水位1

6、82186190194中孔空中心线H048.552.556.560.5侧收系数u0.9272370.9297330.9318760.933736流量Q16006.6246266.2376515.5526755.76344.6246604.2376853.5527093.7起调流量6344.624m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，4中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量: 设计6550 m3/s校核6850 m3/s最高水位: 设计 185.0m校核188.8m1.1.2 泄流方案的选择由下游容许下泄流量在设计情况下为6750 m3/s,校核情况下为7750

7、m3/s.方案一使得坝体堰顶以上失去空间结构作用，而方案三开孔过多，拱圈削弱过多，方案二水头最小，坝高也就最小，节省工程量。选择泄洪防方案，即设置两浅孔，孔口尺寸为8.58.8m，进口底高程为164m，出口底高程154m，两中孔，孔口尺寸为7.5m7.2m，进口底高程为135m，出口底高程为130m。设计洪水时，设计水位为184.8m，下泄流量为6550m3/s，小于允许流量6750m3/s,。校核洪水时，校核洪水位为188.4m，下泄流量为7050m3/s，小于允许下泄流量7750 m3/s。1.1.3 计算方案二的坝高 坝顶超出水库静水位的高度h为 (1-4)式中： 2h1波浪高度 hz波

8、浪中心线高出静水位的高度 hc安全超高 正常运用条件下，利用官厅公式V0=20 m/s ,Hm=184.8-92=92.8 m , =68 在20-250以内=1.113(1-5)假设，=1.95，hm=0.57, =1.38Lm =11.38Hz =0.52正常情况下hc=0.7h=21.38+0.526+0.7=3.986设计洪水位坝顶高程=184.8+3.986=188.79m校核情况下，Hm=188.4-92=96.4mhp=0.588,hm=0.344,h1%=0.832,Lm=6.835hz=0.318mh=20.832+0.318+0.5=2.48校核洪水位坝顶高程=188.4+

9、2.482=190.88m两者取其大的:故坝顶高程定为190.88米第二章 大坝工程量比较2.1 大坝剖面设计计算混凝土重力坝：坝前最大水深H=188.4-92=96.4m最大坝高为190.88-92=98.88m基本剖面按应力条件确定坝底最小宽度(2-1)式中 c=24kN/m3 0=10kN/m3 扬压力折减系数1取0.25则B=96.4/(24/10-0.25) 1/2=65.74m 按稳定条件确定坝底最小宽度 (2-2)式中 K=1.10 f=0.7 =0 1=0.25 则B=1.196.4/0.7(24/10+0-0.25)=70.46m综合，取坝底最小宽度B=71m实用剖面坝顶宽度

10、：取坝高的810%，即（810%）98.88=(7.91049.888)m,取为10m下游坡度为H/B=98.88/71=1:0.72 上游设折坡，折坡点距坝底的高度取为坝高的1/32/3范围内，即（1/32/3）98.88=(32.9665.92)m,取为40m。上游折坡的坡度取为1：0.15坝底宽度为71+400.15=77m图2-1 重力坝剖面图（单位：m）(三) 排水位置设计洪水最大下泄流量为6550m3/s，则Z下=114m，水头H=184.8-114=70.8m廊道上游壁到上游坝面距离不小于0.050.1倍水头，且不小于45m， 即 （0.050.1）70.8=(3.547.08)

11、m,取为5m。(四)荷载计算坝体自重W1=1/264024=2880 kN/mW2=1098.8824=23731 kN/mW3=1/261(98.88-13.93)24=62183 kN/mW= W1+ W2+ W3=88794 kN/m(2-3)水压力垂直水压力W水上=1/26（184.8-132）+(184.8-92)10=4368kN/mW水下=1/2(114-92)20.7210=1742.4kN/m水平水压力P上=1/20H上2=1/210(184.8-92)2=43059.2 kN/m P下=1/20H下2=1/210(114 -92)2=2420 kN/m扬压力图2-2 扬压力

12、计算简图 H上=184.8-92=92.8m H下=114-92=22m0H上=1092.8=928 kN/m20H下=1022=220 kN/m20H=0H上-0H下=708 kN/m20H=0.25708=177 kN/m2U=77220=16940kN/mU=1/211(708+177)=4867.5 kN/mU=1/266177=5841 kN/mU= U+ U+ U=27648.5 kN/m(2-4) 浪压力 PL=0（LL+2hL+h0）LL/2-0LL2/2=10(6.8+1.4+0.45) 6.8/2-106.82/2=62.9 kN/m (2-5) 泥沙压力 垂直泥沙压力Pn

13、=1.21/22320.158.5=404.685 kN/m 水平泥沙压力Ph=1/2nhn2tg2(45o-n/2) (2-6)式中 n=8.5kN/m3 hn=115-92=23m n =10o 故 Ph=1/28.5202tg2(45o-10o/2)=1582.4kN/m稳定校核 K=f(W-U)/ P=0.7 (88794+4368+1742.4+404.685-27648.5)/(43059.2-2420+62.9+1582.4)=1.12K (2-7)稳定满足要求。应力分析（取坝基面） 水平截面上的边缘正应力y和”yy= W/B+6M/B2(2-8)”y= W/B-6M/B2 (2

14、-9) 式中 W作用在计算截面以上全部荷载的铅直分力总和（向下为正） M作用在计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和（逆时针为正） B计算截面沿上下游方向的宽度 W1=2880kN(下) LW1=38.5-62/3=34.5m MW1=288034.5=99360kNmW2=23731 kN(下) LW2=38.5-6-5=27.5m MW2=2373127.5=652602kNmW3=62183 kN(下) LW3=612/3-38=2.667m MW3=621832.667=165842 kNmW水上=4368 kN(下) LW水上= -(252.8+92.8)/(352.8+392.8

15、)6+38.5=35.8 M W水上=436835.8=157018.8kNmW水下=1742.4 kN(下) L W水下=38.5-220.721/3=33.2m M W水下= -1742.433.2= -57882.54 kNmP上=43059.2kN (右) L P上=92.81/3=30.93m M P上= -43059.230.93= -1331821kNmP下=2420kN (左) L P下=221/3=7.3m M P下=24207.3=17666kNmU=16940kN(上) L U=0 M U=0U=4867.5 kN(上) L U=38.5-(2177+708)/(3177

16、+3708)11=34.1 m M U= -4867.534.1= -165981.75 kNmU=5741 kN(上) LU=662/3-38.5=5.5m MU=57415.5=31575.5 kNmW=67255.9 kN M= -431621.79 kNm y=67255.9/77+6(-431621.79)/772=436.7kpa”y=67255.9/77-6(-431621.79)/772=1310.24kpa 边缘剪应力和” =(p-pu-y)n= -y n= -436.70.15= -65.505kpa ”=(”y +pu”-p”)m=”y m=1310.240.72=943

17、.37kpa 铅直截面上的边缘正应力x和”x x=(p-pu)-(p-pu-y)n2=yn2=436.70.152=9.83kpa ”x=(p”-pu”)+(”y +pu”-p”)m2=”y m2=1310.240.722=679.23kpa 上游边缘主应力1和2 1=(1+n2)y -( p-pu)n2=(1+0.152) 436.7=446.53kpa 2= p-pu=0 下游边缘主应力”1和”2 ”1=(1+m2)”y -( p”-pu”)m2=(1+0.722) 1310.24=1989.47kpa ”2= p”-pu”=0没有出现拉应力，故应力满足要求。2.2 工程量比较比较重力坝和

18、拱坝的工程量：重力坝工程量计算利用下式分别对三个坝块进行计算：V=H/6L13b+(m1+m2)H+L23b+2(m1+m2)H (2-10)第块 L1=180m L2=82m b=71-400.72=42.2m m1=0.15 m2=0.72 H=40m V=40/6180342.2+(0.15+0.72)40+82342.2+2(0.15+0.72)40=324198m3第块 L1=257m L2=180m b=10m m1=0.15 m2=0.72 H=44.95m V=44.95/6257310+(0+0.72)44.95+180310+2(0+0.72)45.95=249755m3第

19、块 L1=302m L2=257m b=10m m1=0 m2=0 H=13.93m V=13.93/6302310+(0+0)13.93+257310+2(0+0)13.93=38934.4m3重力坝工程量:V1= V+ V+ V=324198+249755+38934.4=612887.4 m3拱坝工程量计算利用下式分别对四个坝块进行计算：V=(A上+A下) h/2 (2-11)A1=（2002-191.52）100.5/360=2918.4m2A2=（1682-1552）97/360=3554.3m2A3=（1402-122.7542）99/360=3914.7.5m2A4=（1102-

20、88.382）87/360=3256.2m2A5=（702-442）68/360=1758.8m2V=（A1 +A2）h/2=(2818.4+3554.3) 24.72/2=78766.57m3V=（A2 +A3）h/2=(3554.3+3914.75) 24.72/2=92317.5m3V=（A3 +A4）h/2=(3914.75+3256.2) 24.72/2=88632.9m3V=（A4 +A5）h/2=(3256.2+1758.8) 24.72/2=61985.4 m3拱坝工程量:V2= V+ V+ V+ V=321702.37m3经比较，拱坝较重力坝可节约工程量（V1- V2）/ V

21、1=（612887.4-321702.37）/612887.4=47.5。故采用拱坝比较经济合理。 第三章 第一建筑物大坝的设计计算3.1 拱坝形式尺寸及拱坝布置V形河谷或其它上宽下窄的河谷，若采用定半径式拱坝，其底部会因中心角过小而不能满足应力的要求，此时宜将水平拱圈的半径从上到下逐渐减小，以使上下各层拱圈的中心角基本相等，并在铅直向设计成一定曲率，形成变半径等中心角双曲拱坝，而做到上下层拱圈的中心角相等很困难，故采用变半径变中心角的双曲拱坝.3.1.2拱坝的尺寸坝顶的厚度Tc =0.01(98.88+2302)=8.23=35m (3-1)= 0.01(98.88+2.4302)=8.23

22、m (3-2)取=8.5m坝底的厚度 (3-3) 式中K=0.35,分别为第一，第四层拱圈两拱端新鲜基岩之间直线距离=302m =170m H=98.88m=655t/m3 =0.35(302+170) 98.88/655=24.94m 取=26m上游面的曲线采用二次抛物线 (3-4)式中 x1=21x2 x2=2TB/(21-1) 1=0.60.65 2=0.30.6取1=0.62 2=0.3 则x2=0.3276 (20.62-1)=32.5 x1=20.6232.5=40.3上游面的曲线方程为 z= -40.3y/98.88+32.5(y/98.88)2下游面的曲线按Tc，TB沿高程线性

23、内插。设第i层拱圈的厚度为Ti 则=8.5+(26-8.5)/98.88yi =0.1769yi +8.5 (3-5)图3-1 拱冠梁示意图表3-1 各层拱圈的形体参数（单位：m）层12345高程190.88166.16141.44116.7292纵坐标y024.7249.4474.1698.88上游面横坐标z10-8.047-12.037-11.969-7.843拱厚Ti8.512.87317.24621.61926下游面横坐标z28.54.82585.209319.6503118.157 图3-2 拱冠梁横剖面图（单位：m）图3-2 拱冠梁横剖面图（单位：m）3.2 荷载组合正常水位+温降

24、设计水位+温升校核水位+温升正常水位+温降+地震3.3 拱坝的应力计算3.3.1 对荷载组合，使用FORTRAN程序进行电算正常水位+温降 n= 5 u= .20 AT=-47.00 BT= 3.39 RG= 2.40 FS=10.00 RS= .85 EC=2200000.0 EF=2200000.0 GC= .000008 HW= 7.63 HS= 75.88 X1= 40.30 X2= 32.50 DESIGN POINT 0 X1= 40.3000 X2= 32.5000 LEVEL HI AF SL T R 1 .00 45.00 151.00 8.50 195.75 2 24.72

25、 45.00 122.00 12.87 161.56 3 49.44 45.00 103.00 17.25 131.38 4 74.16 45.00 76.00 21.62 108.19 5 90.88 45.00 42.50 26.00 66.50 LEVEL SM= SS= 1 213.20 122.56 87.76 253.57 .00 .00 .00 .00 2 248.30 89.58 38.28 211.08 41.30 69.39 -18.56 118.88 3 220.98 44.78 1.71 162.94 44.75 157.21 16.33 164.04 4 139.03

26、 -27.11 -49.09 82.19 -15.80 285.87 158.04 87.57 5 81.77 -49.54 -32.83 44.11 -67.80 361.16 296.87 -39.09 LEVEL DISPLASE PA PAT 1 .040292 .000357 7.27 .00 2 .031299 .000406 13.75 1.15 3 .020511 .000451 18.51 2.55 4 .009045 .000347 15.53 5.80 5 .003066 .000173 20.91 22.52设计水位+温升 n= 5 u= .20 AT= 47.00 B

27、T= 3.39 RG= 2.40 FS=10.00 RS= .85 EC=2200000.0 EF=2200000.0 GC= .000008 HW= 6.08 HS= 75.88 X1= 40.30 X2= 32.50 DESIGN POINT 0 X1= 40.3000 X2= 32.5000 LEVEL HI AF SL T R 1 .00 45.00 151.00 8.50 195.75 2 24.72 45.00 122.00 12.87 161.56 3 49.44 45.00 103.00 17.25 131.38 4 74.16 45.00 76.00 21.62 108.19 5 90.88 45.00 42.50 26.00 66.50 LEVEL SM= SS= 1 245.62 188.33 166.33 271.14 .00 .00 .00 .00 2 254.71 144.51 108.89 226.56 66.70 44.39 -18.56 118.88 3 230.04 98.72 66.62 184.40 85.82 115.84 16.33 164.04 4 159.29 30.60 13.57 113.30 43.45 223.62 158.04 87.57 5 107.1