毕业设计（论文）大坝出险加固工程毕业设计.doc

目录目录1第一章 水文计算11.1 工程等别11.1.1工程等、级别确定11.1.2确定洪水设计标准11.1.3水文测站情况11.2调洪演算61.2.1水库水位库容曲线61.2.2水库泄流曲线71.2.3列表试算法101.3 坝高的计算111.3.1 超高计算111.3.2正常运用工况121.3.3非常运用工况131.4 坝顶高程确定13第二章 渗流稳定计算152.1 计算方法152.2 计算工况152.3 计算过程152.3.1 工况一：152.3.2 工况二：172.3.3 工况三：192.3.4 工况四：21第三章 坝坡稳定计算253.1 计算方法253.2 计算原理253.3 计算过程263.3.1正常运用工况273.3.2 设计工况303.3.3 校核工况333.3.4 骤降工况37第四章 溢洪道水力计算404.1溢洪道泄流能力的复核404.1.1计算原理404.1.2计算过程404.2临界水深、临界坡度424.2.1计算原理424.2.1计算过程434.3溢洪道水面线计算434.4溢洪道边墙高度454.4.1边墙高度计算公式454.4.2边墙高度计算454.5出口消能设施464.5.1计算基本公式464.5.2计算基本过程47第五章 工程量的计算495.1坝坡修整（清理表层土）495.2排水棱体495.3护坡495.4坝顶505.5下游马道505.6溢洪道50 第一章 水文计算1.1 工程等别1.1.1工程等、级别确定大池水库是一座以农业灌溉为主的小（2）型水库，水库现状坝高对应的水库总库容为81.80万m3，最大坝高21.57m。根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000及防洪标准GB50201-94之规定，确定为小（2）型水库系等工程，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。1.1.2确定洪水设计标准本次鉴定工程主要建筑物设计洪水标准按30年一遇设计，频率为3.3%；校核洪水标准按300年一遇校核频率为0.33%。溢洪道消能防冲按10年一遇设计频率为10%。本次加固水库的防洪标准采用与原“三查三定”一致。1.1.3水文测站情况工程所在的河流无水文、雨量测站，无实测暴雨资料，与工程区邻近的丰都气象站有19672008年共42年年最大1h、6h暴雨资料和19592008年共50年年最大24h暴雨资料，其资料系列长，代表性好，经与邻近流域测站资料对比，未发现异常。流域特征参数根据1:10000地形图，直接量得大池水库坝址以上集雨面积为0.84Km2,主河道长1.54m，并按公式计算，求得主河道的平均坡降J=167.5。一、水库坝址设计洪峰流量计算因本库流域及其附近类似区，除暴雨外，无其它任何实测与调查资料。本次复核根据水利水电工程设计洪水计算规范SL43-93的规定，用短历时暴雨资料推求洪水。采用丰都气象站暴雨和四川省中小流域暴雨洪水计算手册（以下简称手册）1984年版中的暴雨资料进行暴雨分析计算。本次设计还采用了四川省中小流域暴雨洪水计算手册（以下简称手册）中最大1/6h、1h、6h、24h暴雨均值及变差系数等值线图的查值成果，设计雨力Sp及暴雨公式指数n，参数n在不同暴雨历时范围内,其取值不同。大池水库暴雨历时t在16小时范围内，故按手册中暴雨历时t=16小时范围内的相应公式计算设计雨力Sp及暴雨公式指数n。t=1/6-1小时范围内时段暴雨量Htp=Sp*t(1-n1） （1.1）Sp=H1p （1.2） n1=1+1.285*lg(H1/6p/H1p) （1.3）Htp=H1/6p*(t/6)(n1-1) （1.4）t=1-6小时范围内时段暴雨量Htp=Sp*t(1-n2） （1.5）Sp=H1p （1.6）n2=1+1.285*lg(H1p/H6p) （1.7）Htp=H1p*t(1-n2) （1.8）t=6-24小时范围内时段暴雨量Htp=Sp*t(1-n3） （1.9）Sp=H6p*6(n3-1) （1.10）n3=1+1.661*lg(H6p/H24p) （1.11）Htp=H24p*(t/24)(1-n3) （1.12）表1.1 暴雨参数值及设计暴雨量时段（h）均值（mm）CVCSP=3.3%P=0.33%P=10%模比系数Kp设计频率下暴雨量Hp模比系数Kp设计频率下暴雨量Hp模比系数Kp设计频率下暴雨量Hp1/6160.353.5CV1.81166728.9866672.3938.241.4723.521390.453.5CV2.08966781.4972.94114.661.662.46700.393.5CV1.92134.42.61821.52106.424850.453.5CV2.089667177.621672.94249.91.6136暴雨参数设计雨力Sp及暴雨公式指数n，参数n在不同暴雨历时范围内,其取值不同。大池水库暴雨历时t在16小时范围内，故按手册中暴雨历时t=16小时范围内的相应公式计算设计雨力Sp及暴雨公式指数n。表 1.2 暴雨雨力及衰减指数工况衰减指数n暴雨雨力sp=3.3%0.423181.497p=0.33%0.3872114.66p=10%0.455562.4产流参数根据大池水库所在的地理位置、地质概况、洪水发生季节与暴雨相应，流域地处山区，河流短，洪水陡涨陡落，过程线多以单峰型出现，具有山区洪水的特性。采用手册中表3-1盆缘山区的值统计系数公式得：=3.6F-0.19、CV=0.23、Cs=3.5CV计算各设计值。汇流参数m根据手册中表3-2的m值综合成果表，经计算=2.919，盆缘山区的m值计算公式：当=130时，采用公式m=0.3180.204=0.3956。最大洪峰流量计算洪峰流量按推理公式法计算，计算公式如下： （1.13）表 1.3 设计洪峰流量工况p=3.3%p=0.33%p=10%流量Q19.191927.87214.3134校核：由上述公式推出来的最大流量反求m与前面的m值对比是否十分接近。 （1.14）表1.4 校核情况对比表工况mmp=3.3%0.39570.4534980.0578p=0.33%0.39570.4392550.0436p=10%0.39570.4684490.0728由上表可见m与m十分接近。最大洪水总量计算采用单峰洪水 （1.15） 洪水总量 （1.16）矩形概化历时 （1.17）表1.5 洪水总量及概化历时WpTpp=3.3%10.303121.492435p=0.33%14.982611.494402p=10%7.7953591.514038表1.6总体成果工况衰减指数n暴雨雨力s洪峰流量Q洪水总量Wp矩形概化历时Tpp=3.3%0.42310881.49719.191910.3031.4924p=0.33%0.387191114.6627.871814.9831.4944p=10%0.45548562.414.31347.79541.514二、设计洪水过程线本工程无实测洪水过程线数据，水库坝址设计洪水过程线，采用东部地区单峰概化模型推求，根据上述推求的设计洪峰流量Qp及设计洪水总量Wp，计算设计洪水过程线概化矩形历时Tp=2.78Wp/Qp由，计算Q1及t,再加入基流量可得设计、校核洪水过程线，分别见表1.7、图1.1。表1.7 手册资料设计洪水过程表序号洪水频率P=10.00%设计洪水频率P=3.33%校核洪水频率P=0.33%t（h）流量（m3/s）t（h）流量（m3/s）t（h）流量（m3/s）100.001600.001600.001620.171.010285610.171.4060599030.172.09198837830.232.060212230.232.8462473060.234.18237305640.314.2813556040.315.9675353180.318.36314241350.386.9284270940.389.5681817070.3813.9375015660.469.9536516540.4613.683206150.4619.511860770.5212.415121950.5217.123062140.5224.3894249580.5713.894179550.5718.759912910.5727.1766045290.6713.976894240.6718.671797030.6727.17660452100.8212.592268780.8216.678382910.8124.38942495111.0410.070239611.0413.289913491.0319.5118607121.47.1614883341.49.424640511.3813.93750156132.14.4837923992.15.9058939942.148.363142413143.32.1851158153.32.8536375843.294.182373056154.41.067792614.41.3639065854.332.091988378165.30.4099728225.30.4796978715.310.698398592洪水历时过程线0510152025300123456小时(h)流量（m3/s)p=10%p=3.3%p=0.33%图1.1 查手册等值线设计洪水过程线1.2调洪演算大池水库本次复核不考虑防洪限制水位，溢洪道为正堰开敞式，调洪运用方式为自由溢流方式。本水库的调洪计算采用半图解法。利用水库库容曲线、溢洪道泄流曲线和设计洪水流量过程线，从正常蓄水位（即溢流堰顶高程）起调，求得最高库水位、最大库容及最大下泄流量。1.2.1水库水位库容曲线水库库容曲线采用的是由丰都县水利农机局1982年“三查三定”复查时实测的1/2000库区地形图的成果。水位库容曲线成果见表1.8和图1.2。表1.8 水库水位库容曲线成果表序号水位容积（m）（万m3）1553.560.02555.0623557.564.54560.0695562.5614.56565.06247567.5637.58570.06589572.567110573.067511575.569612578.0610813578.5611514581.0613615583.5615216586.06168图1.2 水库水位库容曲线1.2.2水库泄流曲线大池水库溢洪道为正堰开敞式自由溢流，溢洪道泄流能力曲线采用宽顶堰堰流公式进行计算： （1.18） （1.19）式中：溢流堰宽 B=6.89m； 闸孔孔数 n=1；H0计入流速水头的堰上总水头，（m）； c侧收缩系数，此处为1；m自由溢流的流量系数，按照别列辛斯基的经验公式进行计算，本工程采用直角形进水口，因此按照下式进行计算： （1.20）式中：a堰高； H坝前堰上水深。当a/H=3时，由堰高引起的水流垂向收缩已达到充分的程度，故当a/H3时，仍取a/H=3带入公式中计算m值。表1.9 水库水位下泄流量曲线成果表序号水位（m）流量（m3/s）1573.19 0.00 2573.290.31 3573.390.874573.491.605573.592.476573.693.45 7573.794.54 8573.895.72 9573.996.9910574.098.3411574.199.7712574.2911.2713574.3912.8314574.4914.4815574.5916.1816574.6917.94 17574.7919.75 18574.8921.6519574.9923.5820575.0925.5821575.1927.6222575.2929.7223575.3931.8724575.4934.0725575.5936.3126575.6938.6027575.7940.9428575.8943.3329575.9945.76 2.3 水库水位下泄流量曲线1.2.3列表试算法基于水量平衡原理的水库调洪计算公式： （1.21） 计算步骤：1、根据已知的水库水位容积关系曲线和建筑物泄洪方案，求出下泄流量与库容的关系曲线。2、选取合适的计算时段（本次设计取0.2小时）3、决定开始计算的时刻和此时刻的V1、q1值，然后列表计算。计算过程中，对每一计算时段的V2、q2值都要进行试算。4、将计算结果绘成曲线，供查阅。在计算过程中，每一时段的Q1、Q2、q1、V1均为已知。先假定一个q2值，代入式（1.1），求出V2值。然后按此在下泄流量与库容关系曲线上查出q2值，将其与假定值相比较。若两值不相等，则要重新假定一个q2值，重复上述试算过程，直至两者相等或很接近为止。这样多次求得的q2、v2值就是下一时段的q1、V1值，可依据此值进行下一阶段的试算。逐时段依次计算的结果即为调洪演算的成果。表1.10 大池水库洪水调节计算成果表资料频率 (%)重现期洪峰流量最高库水位最大库容最大下泄量（m³/s）（年）（m³/s)（m）（万m³）东泉站实测P=10.01014.31574.5580.024.36P=3.333019.19574.57 80.184.59P=0.3330027.87 574.8081.80 7.28经计算：水库仍属于小（2）型水库，与“三查三定”资料一致，工程等级不变。1.3 坝高的计算1.3.1 超高计算根据SL-2001碾压式土石坝施工规范，坝顶超高按以下公式计算： Y=A+e+R （1.22）式中： y 坝顶超高，m；A 安全加高，m。，按 SL2742001碾压土石坝设计规范表 5.3.1 确 定。根据工程等级5级设计状况取 0.5m, 校核洪水位时取 0.3m；e 最大风速水面雍高，可按 SL2742001碾压土石坝设计规范附录 A 计算，m；（1.23） R 最大波浪在坝坡上的爬高，可按 SL2742001碾压土石坝设计规范附录A计算，m； （1.24）W 风速，根据资料正常蓄水位时和设计洪水位时取25.5 m/s ，校核洪水位时取17m/s；D 风作用于水域的长度，取340m；m坝坡坡率，K斜坡的糙率渗透性系数，根据湖面类型由SL274-2001碾压土石坝计规范表 A. 1. 12-1 查得，取 0.8；Kw 经验系数，内插表 SL2742001碾压土石坝设计规范附录 A.1.122，得 1.0；K综合摩阻系数，取 3.6×10-6,风向与坝轴线方向的夹角，取900H m 水库水域的平均水深,m。Hm、Lm分别为波浪波高和波浪波长，由按SL2742001碾压土石坝设计规范附录A(A.1.72)、(A1.72)计算： （1.25） （1.26）1.3.2正常运用工况平均波高：平均波长：爬高：雍高：那么坝顶超高 Y=A+e+R=0.417+0.0038+0.5=0.92（m）1.3.3非常运用工况平均波高：平均波长：爬高：雍高：那么坝顶超高 Y=A+e+R=0.264+0.0017+0.3=0.566（m）1.4 坝顶高程确定正常蓄水位：573.19m设计洪水位：574.57m校核洪水位：574.8m根据SL-2001碾压土石坝设计规范5.3.3坝顶高程由下面几个方面来确定：（1） 正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高：573.19+0.92=574.11m；（2） 设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高：574.57+0.92=575.49m；（3） 校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高：574.8+0.566=575.37m；表1.10 水库坝顶高程计算成果表项 目正常运用非常运用计算风速W（m/s）25.517吹程D（m）340340波浪爬高（m）0.4174765910.264480074风雍高度（m）0.0038146970.001677301安全超高A0.50.3坝顶超高Y（m）0.9212912880.566157375水库静水位（m）574.57574.8计算坝顶高程（m）575.4912913575.3661574由计算结果知，大坝最大计算坝顶高程为575.49m，不满足坝顶超高要求，加防浪墙的墙顶高程576.69m满足超高的要求，故本次整治后坝顶高程满足碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）要求。第二章 渗流稳定计算2.1 计算方法根据实测大坝最大剖面和试验报告中渗透系数值，渗流计算用北京理正软件设计研究院开发的渗流分析软件5.11版，采用公式法进行稳定和非稳定渗流分析，按坝基不透水计算。2.2 计算工况根据碾压式土坝设计规范（SL274-2001）第8.1.2条之规定，进行了以下4种水位组合情况的渗流计算：工况一、上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；工况二、上游设计洪水位与下游相应的水位；工况三、上游校核洪水位与下游相应的水位；工况四、库水位骤降时形成的非稳定渗流情况。2.3 计算过程2.3.1 工况一： 计算条件 土堤顶部宽度b = 4.000(m)土堤顶部高度h = 21.570(m)上游坡坡率1:m1 = 3.000下游坡坡率1:m2 = 3.630堤身渗透系数k = 0.432(m/d)上游水位h1 = 19.910(m)下游水位h2 = 0.500(m)不透水地基排水棱体高度 = 5.000(m)排水棱体宽度 = 4.000(m)棱体临水坡率 = 1.000图2.1 计算简图 中间计算结果 浸润线计算公式原点= 123.859(m)浸润线起点x坐标 = 59.730(m)浸润线终点x坐标 = 124.958(m) 最终计算结果 h0 = 2.664(m)单位宽度渗流量: = 1.157(m3/d.m)浸润线计算结果: X(m) Y(m) 66.143 17.786 72.556 16.792 78.969 15.736 85.382 14.603 91.795 13.375 98.207 12.022 104.620 10.496 111.033 8.707 117.446 6.439 123.859 2.664 123.859 2.664 124.079 2.433 124.299 2.178 124.519 1.888 124.738 1.545 124.958 1.099图2.2 计算结果图2.3.2 工况二： 计算条件 土堤顶部宽度b = 4.000(m)土堤顶部高度h = 21.570(m)上游坡坡率1:m1 = 3.000下游坡坡率1:m2 = 3.630堤身渗透系数k = 0.432(m/d)上游水位h1 = 21.290(m)下游水位h2 = 0.500(m)不透水地基排水棱体高度 = 5.000(m)排水棱体宽度 = 4.000(m)棱体临水坡率 = 1.000图2.3 计算简图 中间计算结果 浸润线计算公式原点= 123.859(m)浸润线起点x坐标 = 63.870(m)浸润线终点x坐标 = 125.113(m) 最终计算结果 h0 = 3.102(m)单位宽度渗流量: = 1.387(m3/d.m)浸润线计算结果: X(m) Y(m) 69.869 18.873 75.868 17.824 81.867 16.708 87.866 15.513 93.865 14.218 99.863 12.793 105.862 11.187 111.861 9.308 117.860 6.937 123.859 3.102 123.859 3.102 124.110 2.830 124.361 2.530 124.611 2.189 124.862 1.784 125.113 1.254图2.4 计算结果图2.3.3 工况三： 计算条件 土堤顶部宽度b = 4.000(m)土堤顶部高度h = 21.570(m)上游坡坡率1:m1 = 3.000下游坡坡率1:m2 = 3.630堤身渗透系数k = 0.432(m/d)上游水位h1 = 21.520(m)下游水位h2 = 0.500(m)不透水地基排水棱体高度 = 5.000(m)排水棱体宽度 = 4.000(m)棱体临水坡率 = 1.000图2.5 计算简图 中间计算结果 浸润线计算公式原点= 123.859(m)浸润线起点x坐标 = 64.560(m)浸润线终点x坐标 = 125.141(m) 最终计算结果 h0 = 3.181(m)单位宽度渗流量: = 1.428(m3/d.m)浸润线计算结果: X(m) Y(m) 70.490 19.051 76.420 17.993 82.350 16.868 88.280 15.663 94.210 14.357 100.139 12.920 106.069 11.302 111.999 9.409 117.929 7.023 123.859 3.181 123.859 3.181 124.116 2.902 124.372 2.594 124.628 2.244 124.885 1.827 125.141 1.282图2.6 计算结果图2.3.4 工况四： 计算条件 土堤顶部宽度b = 4.000(m)土堤顶部高度h = 21.570(m)上游坡坡率1:m1 = 3.000下游坡坡率1:m2 = 3.630堤身渗透系数k = 0.432(m/d)上游水位h1 = 19.910(m)下游水位h2 = 0.500(m)水位下降速度 = 3.000（m/d）下降到的最低水位 = 2.380（m）堤身土的给水度 = 0.005图2.7 计算简图 最终计算结果 水位下降所需时间 = 5.84(天) 时间(天) 浸润线最高点h0(t)+h0(m) 上游坡出渗点高度he(t)(m) 1.17 17.392 10.507 X(m) Y(m) 31.521 10.507 34.342 11.384 37.163 12.199 39.984 12.962 42.804 13.683 45.625 14.368 48.446 15.022 51.267 15.648 54.088 16.250 56.909 16.831 59.730 17.392 时间(天) 浸润线最高点h0(t)+h0(m) 上游坡出渗点高度he(t)(m) 2.34 14.874 7.119 X(m) Y(m) 21.357 7.119 25.194 8.230 29.032 9.208 32.869 10.092 36.706 10.904 40.543 11.660 44.381 12.370 48.218 13.041 52.055 13.680 55.893 14.290 59.730 14.874 时间(天) 浸润线最高点h0(t)+h0(m) 上游坡出渗点高度he(t)(m) 3.51 12.357 4.974 X(m) Y(m) 14.923 4.974 19.403 6.127 23.884 7.094 28.365 7.945 32.846 8.713 37.326 9.419 41.807 10.075 46.288 10.691 50.769 11.274 55.249 11.828 59.730 12.357 时间(天) 浸润线最高点h0(t)+h0(m) 上游坡出渗点高度he(t)(m) 4.67 9.839 3.620 X(m) Y(m) 10.861 3.620 15.748 4.634 20.635 5.463 25.522 6.182 30.408 6.825 35.295 7.413 40.182 7.958 45.069 8.467 49.956 8.948 54.843 9.404 59.730 9.839 时间(天) 浸润线最高点h0(t)+h0(m) 上游坡出渗点高度he(t)(m) 5.84 7.321 2.858 X(m) Y(m) 8.573 2.858 13.689 3.565 18.804 4.154 23.920 4.669 29.036 5.132 34.151 5.557 39.267 5.952 44.383 6.322 49.499 6.672 54.614 7.004 59.730 7.321图2.8 计算结果图第三章 坝坡稳定计算3.1 计算方法由于大池水库大坝为均质土坝，计算方法采用瑞典圆弧法公式计算。北京理正软件设计研究所开发的边坡稳定分析软件3.41版是按瑞典圆弧法编制的，该程序可用以计算均质土坝在各种工况时的坝坡稳定情况。自重搜索出给定条件下的坝坡抗滑稳定最小安全系数、最危险滑动面圆心的坐标及滑弧半径。故用北京理正软件设计研究所开发的边坡稳定分析软件3.41版运用程序进行抗滑稳定计算。根据碾压式土坝设计规范SL 2742001规范规定，采用瑞典圆弧法计算时，大坝的最小抗滑稳定安全系数允许值：正常运用条件下：1.15非常运用条件下：1.053.2 计算原理本设计稳定