江水利枢纽工程设计计算.docx

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1、 江水利枢纽工程设计 【摘要】本设计以O江流域的水文、地形、地质为基础，通过调洪演算确定了坝型及枢纽布置、大坝设计、泄水建筑物设计和施工组织设计等方面进行简略的计算。在设计中对经济、技术及安全等方面进行了详细分析与比较,拟定相应的斜心墙土石坝设计方案。 【关键词】：土石坝设计，洪水演算，枢纽布置，土料设计，渗流计算，稳定验算，泄水建筑物，施工组织设计。【ABSTRACT】Base on the data of O-river hydraulic project ,I designed the damtotally,including the layout of engineering,the

2、design of discharge construction by storage routing which fixed on the characteristic stage of the reservoir.The progresss of the construction was planned .the factors of economic ,technology and safety are considered in the design.The optimum plan was finally selected.【KEY-WORDS】：earth and rock dam

3、, damsite selection ，choice of dam type, soil design， filtration routing，stability analysis，discharge construction，construction planning.本设计以O江流域的水文、地形、地质资料为基础，通过调洪演算确定了水库的特征水位，进行了枢纽布置；对大坝、泄水建筑物进行了比较详细的设计。通过编制施工组织计划，确定了枢纽工程各主体部分的进度。设计中考虑了经济、技术及安全等方面的因素，并对各部分可行的方案进行了比较，确定了最优方案。 目 录第一章 工程等级及建筑级别 1第二章

4、洪水调节计算 2第三章 大坝设计11第四章 泄水建筑物设计34第五章 施工组织设计 第一章工程等别及建筑物的级别水利水电工程的等别，在SDJ12-1978水利水电枢纽工程等级划分设计标准（山区，丘陵区部分）之中作出的规定，将水利水电枢纽工程根据其工程规模效益及在国民经济中的重要性划分为五类，综合考虑水库的总库容、防洪库容、灌溉面积、电站的装机容量等，工程规模有库容决定，由于该工程正常蓄水位高程.m，库容约为.亿m3，估计校核情况下的库容不会超过亿m3，最终由库控制，属于大（）型。表21 水利水电枢纽工程分等指标 工程等别工程规模分等指标水库库容（亿m3 ）防洪灌溉面积（万亩）电站装机容量 （万

5、kw）保护城市及工矿区保护农田（万亩）一大（1）型10特别重要的城市、工矿区50015075二大（2）型101重要城市、工矿区500100150507525三中型10.1中等城市、工矿区10030505252.5四小（1）型0.10.01一般城市、工矿区3050.52.50.05五小（2）型0.010.0010.50.05水工建筑物在SDJ12-1978第五条规定，该类大（）型的主要水工建筑物为级，次要建筑物为级，临时建筑物为级。表22 水工建筑物级别的划分 工程等别永久性建筑物的级别临时性建筑物的级别主要建筑物次要建筑物一123二234三345四455五555永久性水工建筑物的洪水标准：永久

6、性挡水建筑物和泄水建筑物正常洪水（设计时）的重现期为年，非常运用洪水（校核时）的重现期为年；水电站厂房正常与非正常运用洪水标准分别为年和年；临时性水工建筑物采用洪水标准为年. 永久性挡水和泄水建筑物正常运用洪水期标准 表23建筑物级别12345洪水重现期（年）500100503020永久性挡水和泄水建筑物正常运用洪水期标准表24不同坝型的枢纽工程建筑物的级别12345土坝、堆石坝、干砌石坝10000或可能最大洪水20001000500200混凝土坝、浆砌石坝50001000500200100第二章 洪水调节计算一.设计洪水与校核洪水本河流属典型山区河流，洪水暴涨暴落，设计洪峰流量取100年一遇

7、.即=（p=1%），校核洪峰流量取2000年一遇.即=2320m3/s，（）.二.调洪演算.基本原理 利用半图解法进行调洪计算.本设计拟订四组方案进行比较，其计算方法与计算过程如下所示。计算公式式中 计算时段中的平均入库流量（m3/s），它等于；计算时段初的下泄流量（m3/s）；计算时段末的下泄流量（m3/s）；计算时段初水库的蓄水量（m3）；计算时段末水库的蓄水量（m3）；计算时段，一般取1-6小时，需化为秒数。式中、和均可与水库水位建立函数关系。因此，可根据选定的计算时段值、已知的水库水位容积关系曲线，以及根据水力学公式算出的水位下泄流量关系曲线，事先计算并绘制曲线组：=、=和即是水位下泄

8、力量关系曲线，其余两曲线是所介绍的半图解法中必需的两根辅助曲线，故这一方法在半图解法中亦称为双辅助曲线法，以与单辅助曲线法相区别。具体的计算方法见水利水能规划书，曲线见附页坐标纸。.水位流量关系曲线的确定本工程泄洪方式采用WES堰流曲线。侧收缩系数初估为淹没出流系数：溢流孔宽：b水位流量关系曲线由下式确定：当b=7米时： 当b=8米时： 洪水流量过程线如下:.调洪演算列表如下：方案(一):孔口尺寸:双辅助曲线如下图所示：表3-1.曲线库 水位zm库 容 v(万m3)下 泄流量q(m3/s)q/2(m3)/sv/t(m3)/sv/t-q/2(m3)/sv/t +q/2(m3)/s (1)(2)(

9、3)(4)(5)(6)(7)28203670044822433981.4833757.4834205.482820.53762048024034833.3334593.3335073.3328213843051625835583.3335325.3335841.332821.53942055027536500362253677528224020059029537222.236927375172822.54122063031538167378523848228234202066833438907.438573.439241.42823.54300070835439814.839406.84016

10、8.828244410074837440833.3340459.3341207.33表3-2调洪计算半图解法（设计工况）时间（t）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)水库水位Z1（m）V1/t-q1/2(m3)/sV2/t+q2/2(m3)/s 下泄流量q(m3/s)库水位m(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)94252820.1338504552820.212960692.52820.23400034542.54622820.6615165013052820.6634750353054902821.2318142015352821.233570036285530282

11、1.572188011502821.5736285368505552821.724685782.52821.73648537067.55652821.72275656252821.7236500371105672821.65304955302821.653640037030560表3-3调洪计算半图解法(校核工况)时间（t）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)水库水位Z1（m）V1/t-q1/2(m3)/sV2/t+q2/2(m3)/s 下泄流量q(m3/s)库水位m(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)8.44552820.1338204552820.2511.4116

12、0807.52820.253409034627.54632820.9514.4227017152820.9535220358055102821.817.4212021952821.836800374155802822.5820.4133017252822.5837900385256332822.923.49631146.52822.93843039046.56602823.0226.4790876.52823.023862039306.56692823.0829.46907402823.0838700393606702823.0732.4605647.52823.073869039347.5方

13、案(二):孔口尺寸:Z=2809m，B=7m.双辅助曲线如下图所示：表3-4，曲线库 水位zm库 容 v(万m3)下 泄流量q(m3/s)q/2(m3)/sv/t(m3)/sv/t-q/2(m3)/sv/t+q/2(m3)/s (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)28203670051625833981.4833723.4834239.482820.53762055027534833.3334558.3335108.3328213843059029535583.3335288.3335878.332821.53942063031536500361853681528224020066833

14、437222.236888.237556.22822.54122070835438167378133852128234202074837438907.438533.439281.42823.543000787.7793.8539814.839420.9540208.65282444100828.8414.440833.3340418.9341247.73表3-5 调洪计算半图解法（设计工况）时间（t）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)水库水位Z1（m）V1/t-q1/2(m3)/sV2/t+q2/2(m3)/s 下泄流量q(m3/s)库水位m(1)(2)(3)(4)(5)(6)(

15、7)(8)9.65202820.1339005222820.4212.610808002820.4234410349805492820.9315.6168013802820.9335200357905902821.4218.6127014752821.4236000366756282821.6821.683010502821.6836420370506482821.7224.66607452821.7236490371656502821.727.65506052821.73648537095648.530.6480表3-6调洪计算半图解法(校核工况)时间（t）入库流量Q(m3/s)平均入库流量

16、Q(m3/s)水库水位Z1（m）V1/t-q1/2(m3)/sV2/t+q2/2(m3)/s 下泄流量q(m3/s)库水位m(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)（8）95302820.1339005222820.36121365947.52820.363430034847.55422821.121523181841.52821.123552036141.56042822.0218195021342822.0236990376546722822.5821121815842822.5837810385747182822.83249451081.52822.8253823038951.5735

17、2822.927780862.52822.93839039092.57402822.9130685732.52822.913841039122.57422822.87335856352822.873833039045738方案(三):孔口尺寸:m.双辅助曲线如下图所示：表3-7曲线库 水位zm库 容 v(万m3)下 泄流量q(m3/s)q/2(m3)/sv/t(m3)/sv/t-q/2(m3)/sv/t+q/2(m3)/s (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)282036700525262.533981.4833718.9834243.982820.53762056828434833.3

18、334549.3335117.3328213843061030535583.3335278.3335888.332821.539420653326.53650036173.536826.5282240200693346.537222.236875.737568.72822.541220732366381673780138533282342020775387.538907.438519.939294.92823.54300081240639814.839408.840220.8282444185842940833.3340404.3341262.33表3-8调洪计算半图解法（设计工况）时间（t）

19、入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)水库水位Z1（m）V1/t-q1/2(m3)/sV2/t+q2/2(m3)/s 下泄流量q(m3/s)库水位m(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)（8）9.65202820.1339005322820.2712.610808002820.2734185347005502820.77515.6168013802820.77534980355655902821.318.6127014752821.335820364556342821.5521.683010502821.5536220368706532821.624.66607452821.63

20、6300369656582821.5327.65506052821.53362003685065030.6480515表3-9调洪计算半图解法(校核工况)时间（t）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)水库水位Z1（m）V1/t-q1/2(m3)/sV2/t+q2/2(m3)/s 下泄流量q(m3/s)库水位m(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)（8）95302820.1339005322820.37121365947.52820.373430034847.55592821.121523181841.52821.123552036141.56182822181950213428

21、2236950376546902822.5221121815842822.5237800385347322822.72249451081.52822.723810038881.57502822.7727780862.52822.773820038962.57552822.7630685732.52822.763818538932.575233585635方案(四):孔口尺寸:m双辅助曲线如下图所示： 表3-10曲线库 水位zm库 容 v(万m3)下 泄流量q(m3/s)q/2(m3)/sv/t(m3)/sv/t-q/2(m3)/sv/t +q/2(m3)/s (1)(2)(3)(4)(5)(6

22、)(7)282036700445222.533981.4833758.9834203.982820.537620485242.534833.3334590.8335075.83282138430525262.535583.3335320.8335075.832821.53942056828436500362163678428224020061030537222.236917.237527.22822.541220653326.53816737840.538493.5282342020693346.538907.438560.939253.92823.54300073236639814.8394

23、48.840180.8282444100775387.540833.3340445.8341220.83表3-11.调洪计算半图解法(设计工况)时间（t）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)水库水位Z1（m）V1/t-q1/2(m3)/sV2/t+q2/2(m3)/s 下泄流量q(m3/s)库水位m(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)（8）94252820.1339204552820.24812960692.52820.2483418034612.54682820.7515165013052820.7534980354855092821.3618142015352821.36

24、35960365155582821.732188011502821.7336540371105902821.8524685782.52821.853672037322.56002821.87275656252821.8736740373456032821.82304955302821.823668037270596表3-12，调洪计算半图解法(校核情况) 时间（t）入库流量Q(m3/s)平均入库流量Q(m3/s)水库水位Z1（m）V1/t-q1/2(m3)/sV2/t+q2/2(m3)/s 下泄流量q(m3/s)库水位m(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)（8）8.44552820.13

25、39204552820.311.41160807.52820.32423034727.54702821.0214.4221017152821.023540035945530282217.42120219528223.695375956122822.6520.4133017252822.6538000386756652822.9523.49631146.52822.953849039146.56892823.05226.4790876.52823.0523868039366.56982823.129.46907402823.138745394207022823.07532.4605647.528

26、23.0753871039392.5700调洪演算成果表方案孔口尺寸工况Qm3/sV（）上游水位z超高z一z=2810mB=7m设计5653982821.721.62校核6694202823.082.98二z=2809mB=7m设计6483982821.721.62校核7404182822.912.81三z=2810mB=8m设计6533972821.61.5校核7504132822.772.67四z=2811mB=8m设计6003992821.871.77校核6984212823.13.00以上方案均能满足泄流量Q900m3/s，上游水位最高Z3.5m的要求，从这个角度上看四种方案都是可行的

27、.因而方案的选择就应该通过技术经济比较选定.同时也应结合导流问题.一般来说，Z大坝增高，从而坝的工程量加大；B大则增加隧洞的开挖及其他工程量，而Q/B越大消能越困难，衬砌要求也高.后两种方案量Q/B的水头较小，可降低闸门及其启闭设备的造价.但Z,B较大，主体工程量较大故而不予采用.第一方案与其它方案比较虽然超高Z较大，但流量Q较小，水头H也较小，故采用第一方案.即堰顶高程Z=2810m，溢流孔口净宽B=7m,设计水位2821.72m，校核水位2823.08m，设计泄洪流量565m3/s,校核泄洪流量669m3/s.第三章 大坝设计一.大坝轮廓尺寸的确定1.坝顶宽度根据交通要求及施工条件，防汛抢

28、险的需要及以往工程的统计资料；本设计坝顶宽度采用10m.2.坝坡与戗道根据规范规定与实际结合，上游考虑在一半坝高附近变坡一次，上游坡率取2.5，下部取3.0，变坡处设戗道。下游坡率自上而下分别取2.0,2.0,2.50.下游每隔25米变坡一次，变坡处设戗道。设置戗道有利于坝坡稳定，便于观测和检修、设置排水设备，也可以作为交通之用，考虑这些因素其宽取2m.3.坡顶高程分别按设计情况和校核情况计算，取两者之大者，并预留一定的沉降值.结果见下表，设计竣工时坝顶高程为2825m.坡顶高程计算成果表计算情况计算项目设计情况校核情况上游静水位（m）2821.722823.08河地变程（m）2750坝前水深

29、H(m)71.7273.08吹程D(km)12风向与坝轴线夹角c025风浪引起坝前 高e(m)0.00630.0062风速v(m/s)1515波高2h(m)1.1221.122护坡粗糙系数0.78上游坝面坡角21.8波浪沿坝坡爬高（m）1.1201.120安全超高A （m）1.00.5坝顶高程（m）2823.852824.71坝顶高程加0.4%沉陷(m)2824.152825其中：e=0.36二.土料设计1.粘土料设计 .料场设计干容量:同理可求出其余料场的参数粘性土料设计成果表料 场比重s2.6762.672.652.742.7最优含水量22.0721.0722.3023.816.9设计干容

30、重1.5361.5841.49761.47841.728塑限含水量wp23.1422.2025.026.320.0填筑含水量w21.7820.6823.2924.6619.02自然含水量%24.824.225.626.315.90塑性指数19.4621.7024.5723.5014.0孔隙此e0.7420.6860.76950.8530.5625湿密度1.871.9121.8461.8432.00浮密度0.9620.9910.93250.9391.088内摩擦角244025302310213028粘聚力0.240.230.250.380.17渗透系数k（）4.3194.81.93.9630土料

31、的采用以近而好的为原则. 料场渗透系数偏大（310-5）不予采用.其余4个料场物理、力学性质相差不是太大,基本上能满足筑坝要求.料塑性指数小于20（其余大于20），从碾压的角度宜采用料场为主料场，其余3个料场为辅助料场.2.坝壳砂砾料设计（1）计算公式：坝壳砂砾料的设计指标以相对密实度表示如下： 或 小于某粒径颗粒含量料场名称10060202.51.20.60.30.1594.876.254.842.523.9104.60.395.277.457.14325.210.45.80.596.280.862.34730.610.16.60.49475.756.339.924.37.67.80.395

32、.581.461.338.123.2167.40.296.176.954.535.816.78.42.70.19571.952.838.620.211.350.995.973.554.840.722.88.44.30.7计算过程如下：由堆石坝设计规范要求设计相对密实度不低于0.700.75，地震区为防震动液化，浸润线以下部分土体设计密实度大小不低于0.750.85，以本工程取设计相对密实度为0.75。= 湿密度 浮密度同理可求其他料场。砂砾料设计成果表料 场不均匀系数y大于5mm砾石含量%比重s设计干容重ra设计孔隙比e保持含水量%湿容重ru浮容重r内摩檫角粘聚力渗透系数k110-2cm/s4

33、3450.751.86590.473851.961.19363002.045482.751.86590.473851.961.19351002.045462.751.86590.473851.961.19352002.034422.731.85240.473851.951.174364002.0从颗粒级配曲线可看出、料场级配较好，物理力学指标也较高，应优先采用. 三.渗流计算单宽渗流计算选择水力学方法解土坝渗流问题.将坝体分为若干段，应用达西定理近似解土坝渗流问题.计算简图如下：选择-，-， 三个典型断面进行渗流计算.通过防渗体渗流量: 通过防渗体后渗流量: 其中 K防渗体渗透系数，H上游水深

34、；H1逸出水深；B防渗体有效厚度；防渗体等效倾角;K2混凝土防渗墙渗透系数，m/s;t下游水深，T冲积层厚度，取最大值32m;D防渗墙厚度;K0坝后堆石体渗透系数；m/s;KT冲积层渗透系数；210-4m/s;T冲积层厚度。1.-断面的渗流计算：坝后渗流体的渗流长度：L=201m上游水深.正常工况：.设计工况：2.IIII断面渗流计算：坝后渗流体的渗流长度： L=89m上游水深.正常工况：.设计工况：3.IIIIII断面渗流计算： 计算示意图与IIII相似。 坝后渗流体的渗流长度： L=166m上游水深.正常工况：.设计工况：.总渗流量计算：.正常蓄水情况：沿坝轴线方向参照II地质剖面图，截面

35、之间的距离按等距离原则选取L=108m：.设计洪水情况：沿坝轴线方向参照II地质剖面图，截面之间的距离按等距离原则选取L=108m：渗流计算结果表计算情况计算项目正常情况设计情况上游水深H-70.171.72-37.138.72-64.165.72下游水深t(m)-2.24.88-00-00逸出水深H1(m)-2.42226.1005-0.040.0438-0.17280.1816渗流量qM3/s-5.856.08431-1.6381.749-4.95.151总渗流量Qm3/d115.595121.58.渗透稳定演算斜心墙之后的坝壳，由于水头大部分在防渗体损耗了坝壳渗透坡降及渗透速度甚小，发生渗透破坏的可能性不大，而在防渗墙与粘土斜墙的接触面按允许坡降设计估计问题也不大.在斜墙逸出点渗透坡降较大，予以验算.计算示意图如下所示：如上图所示，其中所示水位由上向下依次为所选、断面相应的粘土斜心墙的底面高程，而A，B，C，D，E，F为相应的正常和设计工况的斜心墙逸出点.渗透坡降的计算公式：断面:正常工况 ： J=设计工况： J=断面：正常工况 ： J=设计工况： J=断面： 正常工况 J=设计工况： J=各种工况渗流逸出点坡降 断 面