20春《水工建筑物课程设计》-答案.doc

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1、 网络教育学院水工建筑物课程设计答案在后面 将某混凝土重力坝设计改为具体重力坝设计的名称。阅后删除此文本框 题 目：某混凝土重力坝设计请把你所在的学习中心名称完整填写。阅后删除此文本框学习中心： 春季入学则去掉“/秋” 字，秋季入学则去掉“/春” 字。添加内容时注意文字保持整齐、下划线要完整。阅后删除此文本框。专 业： 年 级： 年 春/秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 1 项目基本资料1.1 气候特征根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14 m/s，重现期为50年的年最大风速23m/s，吹程：设计洪水位 2.6 km，校核洪水位3.0 km 。最大冻土深度为1.25m。河流结

2、冰期平均为150天左右，最大冰厚1.05m。1.2 工程地质与水文地质1.2.1坝址地形地质条件（1）左岸：覆盖层23m，全风化带厚35m，强风化加弱风化带厚3m，微风化厚4m。（2）河床：岩面较平整。冲积沙砾层厚约01.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚36m。坝址处河床岩面高程约在38m左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。（3）右岸：覆盖层35m，全风化带厚57m，强风化带厚13m，弱风化带厚13m，微风化厚14m。1.2.2天然建筑材料粘土料、砂石料和石料在坝址上下游23km均可开采，储量足，质量好。粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。砂

3、石料满足砼重力坝要求。1.2.3水库水位及规模死水位：初步确定死库容0.30亿m3，死水位51m。正常蓄水位： 80.0m。注：本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。表一状况坝底高程(m)坝顶高程(m)上游水位(m)下游水位(m)上游坡率下游坡率设计情况31 84.982.5045.50010.8校核情况3184.984.7246.45010.8本设计仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况：基本组合(2)为设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。特殊组合(1)为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪

4、压力。1.3大坝设计概况1.3.1工程等级本水库死库容0.3亿m3，最大库容未知，估算约为5亿m3左右。根据现行水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为等，工程规模为大（2）型水库。枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。1.3.2坝型确定坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。确定本水库大坝为混凝土重力坝。1.3.3基本剖面的拟定重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。由于作用于上游面的水压力呈三角形分部，所以重力坝的基本剖面是三角形，根据提供的资料

5、，确定坝底宽度为43.29m（约为坝高的0.8倍），下游边坡m=0.8，上游面为铅直。2 设计及计算内容2.1 坝高计算按照所给基本资料进行坝高计算，详细写明计算过程和最终结果。2.2 挡水坝段剖面设计按照所给基本资料进行挡水坝段剖面设计，详细写明计算过程和最终结果。2.3 挡水坝段荷载计算按照所给基本资料进行挡水坝段荷载计算，详细写明计算过程和最终结果。2.4 挡水坝段建基面抗滑稳定计算按照所给基本资料进行挡水坝段建基面抗滑稳定计算，详细写明计算过程和最终结果。2.5 挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核按照所给基本资料进行挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核，详细写明计算过程和最终结果。3

6、 设计书及图纸第二章坝体荷载作用和坝体稳定应力计算最终结果要以表格的形式给出，具体的格式见表二和表三。表二荷载计算荷载垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kN.m)方向+-自重W1W3水压力P1P2扬压力PL浪压力u1u2u3u4合计注：建议自重按三角形和矩形分块计算，扬压力折减系数=0.25表三挡水坝段建基面处设计校核抗滑稳定安全系数Ks正常工况下边缘应力a.上游边缘垂直正应力b.下游游边缘垂直正应力c.上游面剪应力d.下游面剪应力非正常工况下边缘应力e.上游边缘水平正应力f.下游游边缘水平正应力g.上游边缘主应力h.下游游边缘主应力CAD图内容为挡水坝段剖面图，无需绘制坝体细部构造

7、图（如廊道细部构造、止水片细部构造）图纸大小为A2，剖面图应包括挡水坝段主要构造。剖面图还应包括：1） 坝顶构造；2） 灌浆排水廊道、排水管幕；3） 坝基排水廊道；4） 防渗帷幕灌浆 ；5） 各种特征水位的标注；6） 图纸标题及相关说明。上传作业时删除此文本框，并删除该页及以后内容水工建筑物课程设计要求水工建筑物课程设计是大连理工大学网络教育学院水利水电工程专业开展的一项实践教学环节，是在学习理论基础上进行的一次综合性的实践设计，通过设计和实践，培养学生综合运用知识、设计计算与工程制图的能力，使学生牢固掌握课程中学到的重力坝的设计原理、应力与稳定的分析方法。该课程设计要求如下：1能根据课题要求

8、，通过查阅资料，独立完成课题的方案设计、合理地选择挡水坝段断面并进行设计情况与校核情况的分析，撰写设计说明书，并应用CAD画出完整的挡水坝段的剖面图并将CAD图插入到设计说明书中以文档形式上传。2完成课程设计模板提供的全部课程设计内容，字数要求达到3000字以上。3学生在进行课程设计的过程中，有问题可通过课程论坛答疑。学生需要以附件形式（附件的大小限制在10M以内）将完成的毕业清考课程设计以“离线作业”形式上传至课程平台中的“离线作业”模块，通过选择已完成的课程设计，点“上交”即可，如下图所示。4学生可随时提交课程设计，如需修改，可直接上传新文件，平台会自动覆盖原有文件。5课程设计批阅老师会在

9、离线作业关闭后集中批阅课程设计，在离线作业截止时间前不进行任何形式的批阅。注意：本课程设计应该独立完成，不准抄袭他人或者请人代做，如有雷同作业，成绩以零分计。 大连理工大学网络教育学院2020年5月 网络教育学院水工建筑物课程设计 题 目：某混凝土重力坝设计 学习中心： 专 业： 水利水电工程 年 级： 秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 1 项目基本资料1.1 气候特征根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14 m/s，重现期为50年的年最大风速23m/s，吹程：设计洪水位 2.6 km，校核洪水位3.0 km 。最大冻土深度为1.25m。河流结冰期平均为150天左右，最大冰厚1

10、.05m。1.2 工程地质与水文地质1.2.1坝址地形地质条件（1）左岸：覆盖层23m，全风化带厚35m，强风化加弱风化带厚3m，微风化厚4m。（2）河床：岩面较平整。冲积沙砾层厚约01.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚36m。坝址处河床岩面高程约在38m左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。（3）右岸：覆盖层35m，全风化带厚57m，强风化带厚13m，弱风化带厚13m，微风化厚14m。1.2.2天然建筑材料粘土料、砂石料和石料在坝址上下游23km均可开采，储量足，质量好。粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。砂石料满足砼重力坝要求。1.2.3水

11、库水位及规模死水位：初步确定死库容0.30亿m3，死水位51m。正常蓄水位： 80.0m。注：本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。表一状况坝底高程(m)坝顶高程(m)上游水位(m)下游水位(m)上游坡率下游坡率设计情况31 84.982.5045.50010.8校核情况3184.984.7246.45010.8本设计仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况：基本组合(2)为设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。特殊组合(1)为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。1.3大坝设计概况1.3.1

12、工程等级本水库死库容0.3亿m3，最大库容未知，估算约为5亿m3左右。根据现行水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为等，工程规模为大（2）型水库。枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。1.3.2坝型确定坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。确定本水库大坝为混凝土重力坝。1.3.3基本剖面的拟定重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。由于作用于上游面的水压力呈三角形分部，所以重力坝的基本剖面是三角形，根据提供的资料，确定坝底宽度为43.29m（约为

13、坝高的0.8倍），下游边坡m=0.8，上游面为铅直。2 设计及计算内容2.1 坝高计算按重力坝设计规范中有关规定，本水库坝顶高程波浪高+浪高中心线高出静水位高度+安全超高（1）最大波浪在坝坡上的爬高R计算： 风浪要素的计算A、风速：本水库多年平均最大风速14.0m/s，重现期最大风速23.0m/s ：B、风区吹程长度D：风作用于水域的长度；D设计=2600m，D校核=3000m。 风浪爬高计算：采用莆田试验站公式计算风浪各要素及波浪爬高，计算得：h设计=2.05m，h校核=1.11m。（2）浪高中心线高出静水位高度：h设计0=0.62m，h校核0=0.33m（3）安全加高值 ：A设计=0.5m

14、，A校核=0.4m。（4）坝体安全超高成果：设计坝顶高程=82.5+2.05+0.62+0.5=85.67m，校核坝顶高程=84.72+1.11+0.33+0.4=86.56m；水库坝顶高程为84.9m，需设防浪墙高1.7m，即：防浪墙顶高程为86 .6m。2.2 挡水坝段剖面设计1、坝顶高度确定根据资料提供，确定坝顶高程为84.90米。2、坝顶宽度坝顶宽度B=0.1H=0.1*(84.9-31)=5.39m为适应施工和运用检修的需要，并考虑坝体各部分尺寸协调，坝顶宽度取坝高的10%左右，即5.5米。2.3 挡水坝段荷载计算荷载组合分二种（1）基本荷载组合： 坝体自重 设计洪水位坝体上游静水压

15、力 设计洪水位扬压力 设计洪水位泥沙压力基本组合为设计洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力（2）特殊荷载组合：坝体自重校核洪水位上下游静水压力校核洪水位扬压力校核洪水位泥沙压力特珠组合为校核洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。图1 重力坝设计简图表二 设计洪水情况荷载计算表荷载计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（kN.m）方向 - + + -自重G1681840.54276416G22053025.21517473GW419.81.93810.2水压力P11326117.2227651P210514.85081扬压力PL

16、1627721.6135867PL243841.318115PL3218326.257263PL465842.027605浪压力U17.851.3398泥沙压力Pn10923253合计955727768133781051799780467151表三 校核洪水情况荷载计算表荷载计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（kN.m）方向 - + + -自重G1681840.54276416G22053025.21517473GW4772.06983.5水压力P11442917.9258379P211945.26146.6扬压力PL1668821.6144802PL245441.318743

17、PL3225926.259243PL468042.028550浪压力U1853.7417泥沙压力Pn10923253合计10081278261454611948010195103882.4 挡水坝段建基面抗滑稳定计算1、按抗剪断公式计算（f1W+C1A） K1= P K1抗剪断计算的抗滑稳定安全系数f1滑动面上的抗剪断摩擦系数C滑动面上的抗剪断凝聚力A滑动面截面积P 计算截面上的所有切向力W作用于计算截面上的所有法向力2、参数确定按地质资料砼和微风化岩石的抗剪断系数为C1=700Kpa f1=1.03、抗滑稳定计算见附表四抗滑稳定按抗剪断公式计算抗滑稳定安全系数，计算过程见下表，抗滑稳定计算项

18、目WfACPKK结论校核水位183101.043.2970013334.03.652.5满足要求设计洪水位187581.043.2970012308.33.993.0满足要求计算结果见下表。表四 抗滑稳定计算表类型荷载组合计算安全系数K允许安全系数（K）非溢流坝基本组合3.653.0特殊组合3.992.5满足规范要求。4、抗滑稳定按承载力极限状态验算稳定安全系数，计算结果见下表，基本公式：0.S(.)R(.)/d抗滑稳定验算项目fRWRCRAS(。）S(。)R(。）/d校核水位10.850.7717745233.343.29133521134919792正常水位110.7718211233.3

19、43.29133781337820091表五 稳定验算表类型荷载组合计算值0S(.)允许值R(.)/d非溢流坝基本组合1134919792特殊组合1337820091满足规范要求。2.5 挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核1、应力分析根据砌石坝设计规范SL25-91，实体重力坝应力计算以材料力学为基本分析方法，计算各种荷载组合下坝体垂直正应力和坝体主应力。荷载组合分基本组合与特殊组合二种。（1）基本组合（设计洪水位）应力计算边缘应力计算（1） 坝基面y下计算不计扬压力时： W 6M 27768 6571477y下= - = + =2471KpaT T2 43.29 43.292计入扬压力：W

20、 6W 18758 6332628y下= - = + =1498KpaT T2 43.29 43.292（2）特殊组合（校核洪水位）应力计算边缘应力计算坝基面y下计算不计扬压力时： W 6M 27826 6541969y下= - = + =2378KpaT T2 43.29 43.292计入扬压力：W 6W 18310 6290631y下= - = + =1353KpaT T2 43.29 43.292抗拉强度验算项目TWMW/T+6M/T2比较结论校核洪水位不计扬压力43.292782654196923780满足要求计入扬压力43.291831029063113530满足要求设计洪水位不计扬

21、压力43.292776857147724710满足要求计入扬压力43.291875833262814980满足要求坝体边缘的主应力上、下计算上游边缘按不计扬压力的情况计算，按下式计算上=y上（1+n2）-P上n2上坝体上游边缘的主应力下坝体上游边缘垂直正应力n坝体上游边坡P上上游坝面水压力强度（包括泥沙压力）下游边缘按以下两种情况校核不计扬压力时下=y下(1+m2)-P下m22、坝内应力计算将扬压力作为水平截面上的荷载进行计算。原点在下游面，取X=0，10，20，30，40，43.29，各点计算。水平截面上的垂直正应力yy=a+bxa=y下=1042.5 y上-y下 156.8-1042.5b

22、= = = -18.986 T 43.29 水平正应力xa2+b2xx上P上-( P上-y上)n2x下P下+(y下- P下)m2剪应力=a1+b1x+c1x2计算上，上上=(p上-6y上)n下=y下- p下)m计算a,b,c,a=下=729.75b=c= 主应力各点的主应力及其方向，按以下两式计算上两式中，第一第二主应力 垂直水平正应力 剪应力第一主应力与水平夹角设A= B= C=则抗压强度验算项目0T1+m2WrMrS(。）S(。)比较R(。）/d结论校核水位不计扬压力10.8543.291.6427826290631-471.88-40111111.1满足要求计入扬压力10.8543.29

23、1.6417745290631-853.79-72611111.1满足要求设计水位不计扬压力1143.291.6427768571477-1948.7-194911111.1满足要求计入扬压力1143.291.6418211332628-1056.6-105711111.1满足要求3 设计书及图纸表二 设计洪水情况荷载计算表荷载计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（kN.m）方向 - + + -自重G1681840.54276416G22053025.21517473GW419.81.93810.2水压力P11326117.2227651P210514.85081扬压力PL162

24、7721.6135867PL243841.318115PL3218326.257263PL465842.027605浪压力U17.851.3398泥沙压力Pn10923253合计955727768133781051799780467151表三 校核洪水情况荷载计算表荷载计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（kN.m）方向 - + + -自重G1681840.54276416G22053025.21517473GW4772.06983.5水压力P11442917.9258379P211945.26146.6扬压力PL1668821.6144802PL245441.318743PL3

25、225926.259243PL468042.028550浪压力U1853.7417泥沙压力Pn10923253合计1008127826145461194801019510388注：建议自重按三角形和矩形分块计算，扬压力折减系数=0.25表四 抗压强度验算表项目0T1+m2WrMrS(。）S(。)校核水位不计扬压力10.8543.291.6427826290631-471.88-401计入扬压力10.8543.291.6417745290631-853.79-726设计水位不计扬压力1143.291.6427768571477-1948.7-1949计入扬压力1143.291.6418211332628-1056.6-1057图2 重力坝基本剖面图