淤地坝设计说明.docx

1、淤地坝设计说明淤地坝设计第一章 概况第一节 基本资料 第二节 淤地坝的组成和作用一、淤地坝的组成二、淤地坝的作用第二章 淤地坝坝体设计第一节 淤地坝总体设计一、淤地坝组成方案选择二、淤地坝类型选择三、坝址选择第二节 土坝坝体设计一、坝高及库容确定（一）、拦泥库容及拦泥坝高的确定（二）、滞洪库容及滞洪坝高的确定 1 、先用 20 年一遇洪水进行设计 2 、按工程安全防洪标准确定溢洪道尺寸进行校核3、安全加高 h的确定二、土坝断面结构构造及尺寸（一）、坝顶宽度（二）、坝坡马道（三）、坝边坡（四）、坝坡保护（五）、坝体排水（六）、坝基和岸坡处理 第三节 土坝的稳定计算 第三章 土坝溢洪道设计 第一节

2、 位置选择和布置形式一、位置选择二、布置形式第二节 水力计算一、溢流堰尺寸计算二、陡坡段尺寸计算（一）、计算临界水深 h k（二）、计算临界底坡 ik（三）、计算陡坡长度 L0（四）、计算正常水深 h 0（五）、计算水面曲线（六）、陡坡终点水深 ha 和末端流速 v（七）、陡坡边墙高度 H 确定三、出口段尺寸计算（一）、消力池深度 S 计算1、求跃后水深 h 2、求尾渠正常水深 h t3、消力池深度（二）、消力池长度计算 第四章 溢洪道结构设计 第一节 进口段设计 一、 引水渠设计 二、 渐变段设计三、 溢流堰设计 第二节 陡坡段设计 第三节 出口段设计 第五章 土坝放水建筑物设计 第一节 放

3、水工程组成及作用 一、 放水工程组成 二、 放水工程作用 第二节 工程布设 第三节 水力计算一、 卧管水力计算 （一）、进水孔尺寸计算 （二）、卧管涵洞断面尺寸计算 二、 消力池水力计算 第四节 工程结构设计 一、 卧管结构设计 二、 输水涵洞结构设计第一章 概况第一节 基本资料1.坝址以上集水面积 5km 2;2.经勘测计算，求得坝高H与库容V、淤地面积A的关系见图；3.流域年侵蚀模数 K=10000t/ km 2,20 年一遇设计洪水流量 Q 20 =105 m 3 /s ， 洪水总量 W洪=10万m3,200年一遇设计洪水流量 Q2oo=180 m3 /s，洪水总 量W洪=17万m3;4

4、.沟道无常流水；5.坝址附近有充足的筑坝土料，土壤内摩擦角二20。，内聚力c=0.8t/m 2 ;6.放水洞设计流量 Q=0.5 m 3 /s 。第二节 淤地坝的组成和作用一、淤地坝的组成 淤地坝工程一般由三大件组成，即大坝、溢洪道，放水洞。二、淤地坝的作用 坝体是横拦沟道的挡水建筑物，用以拦蓄洪水，淤积泥沙。溢洪道是排洪建 筑物，当淤地坝内洪水位超过设计高度时， 洪水就会由溢洪道排出， 以保证坝体 的安全和坝堤生产的正常运行。 放水建筑物用以排泄沟道长流水、 库内积水到坝 的下游，通常采用竖井和卧管的形式。淤地坝的最终目的就是增加农田。第二章 淤地坝坝体设计 第一节 淤地坝总体设计 一、淤地

5、坝组成方案选择淤地坝枢纽工程组成在实践中有三大件方案 （大坝、溢洪道和放水建筑物） ， 也有两大件方案（大坝和放水建筑物） ，还有一大件方案（大坝） 。虽然三大件方案中溢洪道工程量大， 工程投资和维修费用较高， 但考虑到淤 地坝控制的流域面积较大， 为 5km 2, 从工程建成后运用安全方面及淤地坝上游淹 没损失两方面综合考虑，淤地坝设计为三大件方案。二、淤地坝类型选择 坝地附近有充足的筑坝土料，可以就地取材， 考虑到土坝对地基要求低，施 工技术较为简单，因此淤地坝设计为均质土坝。土坝按照施工方法可以分为碾压坝和水坠坝。 在坝地附近有充足的土料， 但 是没有充足的水源，水坠坝无法施工，因此土坝

6、设计为碾压坝。综上，淤地坝设计为碾压均质土坝。三、坝址选择 好的坝址是淤地面积大、工程量小、施工方便、运用安全可靠。在流域沟道 坝址地形图中有两个轴线位置可以选择， 其中轴线二处沟谷狭窄， 上游地形开阔 平坦，并处于口小肚大的葫芦口地形处，在轴线二处筑坝工程量小、库容大、淤地面积大。因此，选中在轴线二处筑坝第二节 土坝坝体设计、坝高及库容确定淤地坝坝高H 般由拦泥坝高h拦，滞洪坝高h滞和安全超高Ah三部分组KF(1 - nTr5式中：F 淤地坝控制的流域面积，单位 km2,取F=5 km 2K 年平均侵蚀模数，K=10000t/ （km2 ?年）ns坝库排沙比，从安全角度考虑，认为土坝不排沙，

7、即 ns=0T 设计淤积年限，N=10年 g淤积泥沙的干容重，rs =1.3t/m 3得:KFil-nT 卩拦=rs=38.5 万 m3根据H-V曲线，查出相应的拦泥坝高h拦=24m，高程为822米（二）、滞洪库容及滞洪坝高的确定对于三大件方案，滞洪库容需通过调洪计算确定。（1-V 滞/W 洪）两公示联立得：MBh 滞3/2 = Q 洪（1-V 滞/W 洪）| r *比木hh张葩山刖tftuhfk溢洪道最大泄流量Q泄为： Q泄=0洪溢流堰堰流公式为： Q泄=MBh滞3/2其中，M 流量系数，取值为M=1.7 ; H 溢洪道堰上水头；B 溢洪道堰顶净宽；W洪一溢洪道最大泄洪量；V滞一滞洪容积；Q

8、洪一来水洪峰流量1、先用20年一遇洪水进行设计已知20年一遇设计洪水流量 Q2o=1O5m 3/s ,洪水总量 W洪=10万m3求解采用试算法，步骤为：1 ）先假设一个h滞，再由HV曲线求得V 滞;2 ）按公式 Q泄=Q洪（1-V 滞/W洪）求Q泄；3） 按堰流公式 0泄=MBh滞3/2求溢洪道宽度B ；4） 经过多次假设计算，最终对工程作经济、技术比较，取一个合适的 B，该B 所对应的h滞，Q泄，V滞即为调洪计算所求。根据经济分析技术比较最终得出 h滞=2m，B=8.7m 。此时Q泄=Q洪（1-V滞/W 洪）=42m 3 /s2、按工程安全防洪标准确定溢洪道尺寸进行校核200年一遇设计洪水流

9、量 Q2oo=18O m 3 /s，洪水总量 W洪=17万m3， 校核步骤：1 ）先假设一个h滞，再由HV曲线求得V滞；2） 按公式 Q泄=Q洪（1-V 滞/W洪）求Q泄；3） 按堰流公式 Q泄=MBh滞3/2，其中M=1.7，B=8.7m,可求得h滞；4） 将假设的h滞的值与求得的h滞的值对比，如果两个数值接近或相等，贝以所 求的h滞h滞=3m时，所求的两个数值比较的接近，因此校核 h滞等于3m3、安全加高 h的确定20 年一遇的洪水计算 出0= h拦+h滞+h安=24m+2.0m+2.0m=28m200 年一遇的洪水计算 H 200 = h 拦+h 滞+h 安=24m+3.0m+2.0m=

10、29m由于200年一遇洪水需要的坝体高度 29m 大于20年一遇洪水的坝体高度28m，故坝体高度H=29m取最大坝高为29m,相应坝顶高程为827m,沟底高程为798m 。、土坝断面结构构造及尺寸衰H坝摇、顶宽与边坡比610我目111521初上辭墟坝坡比1 t 1.SM L 751也0J * 251 J 2, i下WW比1*1.01I * h乔i 3.(1顶釦m3.0t. 047上讲坡坝坡比1 r 1.512.251 SE i 3.0下游坡境坡比* L25L 1 L B1 ). 75 2.(1i 2. 353+04, 55,06-07a1.25,所以该土坡处于稳定状态。第三章 土坝溢洪道设计第

11、一节位置选择和布置形式一、 位置选择溢洪道是淤地坝中最主要的建筑物之一，根据对地形图的分析，沟道的右岸坡度较陡，左岸坡度较缓，地形较平缓故选择在沟道的左岸， 同时溢洪道的进口布设在距坝端10m以外处，出口布设坝坡坡脚线 20-50m 以外处。二、 布置形式根据此流域的集水面积，及泄流量情况，采用堰流式溢洪道，用浆砌石建造。 根据地形及工程量大小选用陡坡正堰式溢洪道，由进口段，陡坡段， 出口段三部分组成。19 5堰配武灌推道示克图第二节水力计算一、 溢流堰尺寸计算溢流堰采用无坎宽顶堰，堰上水深为H=h滞=2m ,堰长设计为2.5 10倍的 H，即L=10m，堰顶宽度为 B=8.7m 。二、 陡坡

12、段尺寸计算（一）、计算临界水深h k陡坡段设计为梯形,底宽B=8.7m,边坡比为1:1 o对于梯形断面陡槽，h k可按照水力学公式试算求得，即a 世2式中：a为不均匀系数，a 一般取值1.1 ;g、B k分别为相应于h k的过水断面面积和水面宽；Q泄=42m 3s ; g为重力加速度，g=9.81m/s 2试算法：假设一个水深h，可以求得一个流量 Q，将h和Q的关系进行线性分 析，做出趋势线，根据趋势线公式代入Q泄=42m3/s便可以求得hk的 值。临界水深试算表hk(m)Q泄(万m3)Wk(m)Bk(m)127.589.710.71.133.5810.810.91.238.4911.911.

13、11.343.6713.011.31.449.1114.111.51.554.8015.311.71.660.7416.511.91.2742.0912.711.2480.00方 立60.00万）40.00（米量 流20.000.00水深流量关系图 Q泄 （万 m3）Q泄 （万 m3）0.5 1 1.5水深（m线性（Q泄（万 m3）线性（Q泄（万 m3）通过计算可以求出：当 Q 泄=42m 3s 时，hk =1.27m , Vk=Q 泄/ g =42/12.7=3.31m 2/s（二）、计算临界底坡ik.二 g aC Bk Kk2 其中 Kk为流量模数；g为过水断面面积：g k =12.7 m

14、 2Rk为相应的临界水深hk时的水力半径, 界水深hk时的湿周Xk , Xk为相应的临n为粗糙系数，n=0.025 ； Ck为谢才系数,将hk=1.27m代入公式得：湿周 Xk=12.3m ;叫Rk =Xk=12.7 - 12.3=1.03m将 g=12.7m 2,RK=1.03m,代入下式，得：KK=518.91m 3s,i k=6.55 x 10-3陡坡段底坡设计为i=1：5，因为ik =6.55 x 10-3 米方立万量流*流量Qai、a2为相邻两过水断面动能修正系数，取 1.0 。h/m A/m2 x/m R/m 1/nR2/3 v/(m/s ) J=v2/av2/2g/m AL/m

15、和AL/m1.2712.6612.291.0340.7983.3170.00661020.5607920.0060.0320.032421.211.8812.090.9839.5263.53540.0080.637040.0370.1920.224621.110.7811.810.9137.6363.89610.01071630.7736810.0820.4370.6618319.711.530.8435.654.32990.01475140.9555560.1490.8171.479090.98.6411.250.7733.5544.86110.02098821.2044040.2521.4

16、52.928810.87.610.960.6931.3325.52630.03110941.5565830.422.6225.551150.76.5810.680.6228.9626.3830.04857152.0765760.7115.26210.8130.65.5810.40.5426.4177.52690.08118552.8875611.26114.8525.66660.54.610.110.4523.6569.13040.14896884.2489720.77528.4854.14670.464.214100.4222.489.96770.19660595.063991(c2R)Es

17、/m水面曲线 h/m.8.2.93o0010 20 30 40 50 60陡坡长度/m从水面曲线中计算可以得到L=54.147m ,小于陡坡段长度L=122.38m 。由此可以说明陡坡段末端水深达到正常水深。(六)、陡坡终点水深ha和末端流速Va因为求出的水面曲线的长度L=54.147m 溢洪道陡坡段长度L。=122.38m ，所以陡坡段末端水深ha正常水深h=0.46m 此时Q泄=42m 3/s , 过水断面面积 A= ( B+H ) H=(8.7+0.46) X 0.46=4.21m 2, Va=Q 泄/A =42 - 4.21=9.97m/s(七八陡坡边墙高度H确定考虑到陡坡流速较大，参

18、气会使水深增加，故边墙高度 H:H=h+h b + hh未掺气时陡坡中的水深，m hB 掺气时的水深增加值，可按下式计算：当流速V小于或等于20m/s 时,hB=vh/100 ； Ah为安全加高，可取 0.51.0m。即：H=h+h b + h=0.46+9.97*0.46/100+仁1.5三、出口段尺寸计算(一)、消力池深度S计算1、求跃后水深h 梯形明渠共轭水深可以运用迭代公式：(出自水力学高等教育出版社-吴持恭主编P276 )沧 + 1 = 1r 2/ aQ2 2 11b + 0.5（ + 叫）却 0 h t 0.5（ 卜叫）九/1 二1 1的.A 1 = D.5 2由 +TH】+ 皿2

19、）妬耐.式中:h2,i+i和hi互为共轭水深；ml、m2为边坡系数，mi=m2=1 ;b为底宽，b=8.7m ;A为过水断面面积；hi为跃前水深，hi=0.46m ; h2为跃后水深； 代入数据得：X 0.46=2.2im心匕日广小卜汽汽；%=0.5 x 8.7+ ( i+i )X 0.46 Ji=Ai h i+Q2/gA i=82.4 m 3由迭代公式计算可得h =2.6m2、求尾渠正常水深ht尾渠设计成梯形断面，底宽 B=8.7m，边坡设计为i:3 利用明渠均匀流公式：Q二ACx 其中：A为过水断面面积，A= (B+3H ) H，B=8.7m ;C = RC为谢才系数， ,n为粗糙系数，n

20、=0.025Xk为湿周，|愛=列m胡；i为尾渠底坡坡度，可以与土坝下游区域坡降近似相等， i0.0225明渠均匀流公式可以转化为只有一个变量 h的公式,即：n(2 7 2 h 卜 B)3试算法：假设一个水深h，可以求得一个流量 Q，将h和Q的关系进行线性分 析，做出趋势线，根据趋势线公式代入 Q泄=42m3/s便可以求得ht的 值。通过计算可以求出当 Q泄=42m3/s 时，ht =0.88m3、消力池深度 计算公式选用经验公式：5= 1.250/ - ht)其中：h 一以陡坡段末端水深ha为跃前水深计算出的跃后水深，单位 m ； ht 尾渠正常水深，单位 m代入数据得 S=1.25(h ”

21、-ht)=1.25(2.6-0.88)=2.15m消力池深度设计为2.2m。(二八消力池长度计算6.9（胪批）式中：为折减系数，取值0.7 ;h ”为跃后水深，h ” =2.6m ; h 为跃前水深，h =0.46m则：坷=皿(人-斤)=6.9 x (2.6-0.46)=14.766mL 卩却=0.7 x 14.766=10.33m ，设计为 11m第四章第一节溢洪道结构设计 进口段设计一、 引水渠设计土坝建设在土基上，采用梯形明渠，用浆砌石衬砌。梯形渠道断面边坡采用 1:3，底宽B=8.7m，侧墙高H=3m，厚度为0.4m二、 渐变段设计渐变段长度L=5m采用扭曲面作为导流墙，浆砌石衬砌，侧墙厚为0.4m 导流墙与边墩用缝分开，墙顶超高1m，底板上游端做防渗齿墙，齿墙深入地基 1m，厚度为0.5m，底板衬砌厚0.3m。