粘土心墙坝-毕业设计说明书(编辑修改稿)

粘土心墙坝-毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

图 72 土条单元 图 71 所示为用任意半径 R 和圆心 O 所画的圆弧。 为了便于计算滑动土体上各力对圆心 O的力矩，采用“条分法”。 将滑动圆弧以上的土体分成若干竖向土体，分别计算各土条上力的作用效果，然后求其总和代入公式计算稳定安全系数。 不计条块间作用力的圆弧法 （ 1）将土体分条编号 土体宽度常取半径 R 的 1/10，即 b=。 各块土条编号的顺序为：零号土条位于圆心之 下，向上游（对下游坝坡而言）个土条的顺序为 …n ，往下游的顺序为 2… m，如图 71所示。 （ 2）分别计算哥土条上的作用力（不包括底面反力）对圆心的力距 Ms 以土条 i 为例说明计算方法如下： 1）土条自重 Gi对圆心的力矩 39。 sM ：由图 72 可求得 Gi为， 长春工程学院毕业设计 18 bwG ii  （ 72）   4432311 hhhhw i   （ 73） 式中： h1~h4——土条个分段的中线高度， m； 1 ——坝体土的湿容重， 3/mkN ； 3 ——坝体土的浮容重， 3/mkN ； 4 ——坝基土的浮容重， 3/mkN ； iw ——土条单宽重量， 3/mkN。 将土条自重在土条底面中点处分解为两个分力： 切线方向分力 iii bwT sin 法线方向分力 iii bwN cos 其中 i 如图 71 所示。 注意： i 在图示垂线左边为正，右边为负。 iN 通过圆心，对圆心不产生力矩，故该土条自重对圆心的力矩： iiIS RBwRTM s in39。  2）渗流动水压力 iw 对圆心的力矩 39。 SM ： iS RbhM  sin239。 39。  如不考虑地震惯性力，则该土条上荷载对圆心的力矩代数和为： iisss Rb wMMM s in39。 39。 39。  （ 74） 4433221139。 hhhhw i   （ 75） 式中： 2 ——坝体土料的饱和容重， 3/mkN。 （ 3）土 条底部抗滑力产生的抗滑力矩 rM 根据库伦定律可求得土条底面的抗剪力 iiiii NlcS tan。 长春工程学院毕业设计 19 其对圆心的抗滑力矩为：    iiiiiiiiiir bwlcRNlcRRSM  t a nc o st a n  （ 76） 式中： l ——为每段弧长， m ； c ——粘聚力， kpa ；  ——内摩擦角， 176。 当土条底面为无粘性土时， 0ic。 （ 4）求稳定安全系数 按上述方法可求得每个土条的 sM 、 rM ，由上述可得：  iiiiiiic wlcbwKs in1t a nc o s39。 （ 77） 当沿滑裂面上的 c 、  为常量时，可将 c 及 tan 提到  符号的前面。 计算结果 （ 1）校核水位下 计算简图如下（ 73）： 图 73 校核水位计算图 长春工程学院毕业设计 20   iiiiiiic wlcbwKs in1t a nc o s39。 ＞ ，满足要求。 （ 2）设计水位下 计算简图如下（ 74）： 图 74 设计水位计算图   iiiiiiic wlcbwKs in1t a nc o s39。 ＞ ，满足要求。 （ 3）正常水位下 计算简图如下（ 75）： 图 75 正常水位设计图 长春工程学院毕业设计 21   iiiiiiic wlcbwKs in1t a nc o s39。 ＞ 满足要求。 成果分析及结论 由上述计算成果知：该坝在校核水位下的最小稳定安全系数为 ，在设计水位下的最小稳定安全系数为 ，该坝在正常水位下的最小稳定安全系数为 ，都大于规范规定的数值。 因此，所拟定的土坝断面尺寸是合理的。 8 基础处理 渗流控制方案 条件允许时优先考虑垂直防渗方案。 在透水层较浅（ 10~15m 以下）时，可采用回填粘土截水槽方案，由 于坝址处河床冲积层 覆盖层深度 最大达 74m，施工比较困难而不予采用。 混凝土防渗墙方案，施工快、材料省、防渗效果好，对于这种深度透水层是比较合适的，决定采用这种方案。 按混凝土的允许坡降及水头定出厚度为。 防渗墙深入河床 覆盖 层，底部嵌入基岩，上部则与心墙连接。 由于防渗墙两侧冲积层易沉陷，引起防渗墙顶部粘土心墙与两侧粘土心墙的不均匀沉陷而导致裂缝。 为此防渗墙顶部作成 光滑的楔形 ，两侧以高塑性粘土填筑，伸入心墙的深厚度已经确定为 15m，底部深入基岩 ， 详见构造设计。 防渗墙的型式 防渗墙的型式 、材料及布置 .根据以往经验，采用槽板式混凝土防渗墙比较合适，设计中采用这种型式。 混凝土防渗墙要求材料有足够的抗渗能力及耐久性，能防止环境水的侵蚀和溶蚀；有一定的强度，满足压应力、拉应力、剪应力等各项强度要求有良好的流动性、和易性以便在运输中不发生离析现象 .而且能在水下施工。 长春工程学院毕业设计 22 防渗墙布置于心墙之下，从防渗角度来看偏上游为好，但从防裂角度看偏下游一侧好，综合考虑布置于心墙底面中心 ，见坝体纵剖面图。 9 细部构造 坝的防渗体、排水设备 坝体防渗体内心墙上 、 下游设置反滤层；坝体排水为棱体排水。 在排水体 与坝体、坝基之间设置反滤层；下游 马道 设置排水沟，并在坝坡设置横向排水沟以汇集雨水，岸坡与坝坡交接处也设置排水沟，以汇集岸坡雨水，防止雨水淘刷坝坡，见细部构造详图 （ 91）。 图 91 护 坡 马道 踏步 反滤层 参考水工建筑物教材 P271，对于粘土心墙与下游砂砾石之间的反滤层，设 60 厘米厚的粗砂层，心墙的上游面反滤层与下游面相同。 反滤层一般也布置于土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间及渗流进入排水设备处。 在棱体排水和下游坝壳接触面也设置反 滤层，设计两层分别厚 60 厘米粗砂层和 40 厘米的砾石如图（ 92）所示。 长春工程学院毕业设计 23 图 92 棱体反滤层图 坝顶 坝顶上面铺设 30cm 厚的 100 混凝土 路面， 下有 30cm 砂石垫层。 坝顶向下游倾斜 2%的坡度，上游侧设 高的防渗墙 如图（ 93）所示。 图 93 坝顶布置图 长春工程学院毕业设计 24 护坡 上游坝面设干砌石护坡，参考教材 P267，厚度为 ，下面设 的碎石垫层，下游也采用干砌石护坡，厚约 ，下面也设 的 碎石 垫层 如图（ 94）所示。 图 94 护坡细部图 马道 下游均设置马道，马道宽 2m，下游马道上设置排水沟，如图（ 95）所示。 图 95 马道结构图 长春工程学院毕业设计 25 图 96 排水沟平面 图 10 溢洪道 在水利枢纽中，溢洪道是必须设置的泄水建筑物。 溢洪道是一种最常见的泄 水建筑物，用于宣泄规划水库所不能容纳的洪水，防止洪水漫溢坝顶，保证大坝安全。 溢洪道除了具备足够的泄流能力外，还要保证其在工作期间的自身安全和下泄水流与原河道水流获得妥善的衔接。 溢洪道布置 型式选择 因为开敞式溢洪道泄洪能力大，工作可靠，结构简单，施工、管理和维修方便，水流条件较好，可省去闸门和启闭设备，所以选用开敞式溢洪道。 位置选择 本设计溢洪道位置的选择可参考已建工程，布置在坝址的右岸，其具体布置可参见枢纽总体布置图。 长春工程学院毕业设计 26 结构型式 （ 1） 进口段 由于 溢洪道进口紧靠水库，水流条件较好，不需引水渠，仅做喇叭口式进水段。 取 10m。 （ 2） 控制段 控制段的设计参考实际工程，采用宽顶堰，堰顶高程为 ，堰宽 343m。 （ 3）泄槽段 等坡 陡槽段由渐变段和陡坡段组成。 溢洪道陡槽坡度由缓变陡，参 考实际工程， 渐变段收缩角为 25176。 ，底坡为。 陡坡段宽度为 ，底坡为 ，等宽。 （ 4） 出口消能段 采用挑流消能，参考实际工程和《水工建筑物》教材，挑射角为 25176。 ，反弧半径为 120m，挑流鼻坎高程应高于下游最高水位 1～ 2m，取 1m，则挑流鼻坎高程为。 水力计算 溢流堰 溢流堰泄流能力应满足水库在校核洪水位是的最大下泄流量 8850m3/s，参考《水力学》教材顺水流方向长度按水力学要求 ， δ10H， H 为溢流水深。 渐变段 （ 1） 渐变段 临界坡度计算公式如下： 2 kk kkgi aC B （ 101） 23k aqh g （ 102） ()A b mh h （ 103） 221b h m    （ 104） 2B b mh （ 105） 长春工程学院毕业设计 27 AR  （ 106） 161CRn （ 107） （ 2） 渐变段出口深度 采用能量守恒公式进行计算： 2 211222 fav avh iL h hgg     22f vLh cR （ 108） 式 中： fh —— 水头损失； v —— 断面流速， /ms； L —— 渐变段长度， m； 1h ——进口水深， m； 2h ——出口水深， m； i ——渐变段底坡坡度。 采用试算法，得 渐变段出口深度 mh 。 陡坡段 （ 1）底坡类型 经过水力计算得 mh  ， mhc  临界底坡 ci ＜ i 故属于陡坡，水流为急流，又 0h ＜ ch ，所以水面曲线为 2S 型降水曲线。 ( 2 ) 水面曲线 长春工程学院毕业设计 28 以渐变段末端为起始位置，水面曲线按分段求合法进行计算，其计算公式如下： 22212122vvhhggliJ            （ 109） 其中： gavhEs 2 2 （ 1010） RCvJ 22 （ 1011）  2121 vvv 。