土石坝工程设计计算书

土石坝工程设计计算书内容摘要：

○2得 : h= Q= 设计洪水位与相应下游水位 H= T=0m 可解得 h= Q= 校核洪 水位与相应下游水位 H= T=0m 可解得 h= Q= 列至表 中 表 计算情况 计算项目 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位 上游水深 H （ m） Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ 下游水深 T1 （ m） Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ 0 0 0 Ⅲ Ⅲ 0 0 0 逸出水深 h （ m） Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ 单宽流量 q (106m3/) Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ 土料设计 计算公式 粘性土料的填筑密度以压实干容重为设计指标，并按压实度确定： P = d/dmax 式中： P————— 填土的压实度； d———— 设计填筑干容重； dmax———— 标准击实试验最大干容重。 Ⅱ级坝和各种等级的高坝 P应不低于 ～ ；对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级坝（高坝除外）应不低于 ～。 在该计算中 P取 斜墙土石坝计算书 19 水利水电工程学院 05 级毕业设计 19 设计最优含水量取在塑限附近略高于塑限，可用下式拟定： ω= ω p+IlIp 式中： ω p———— 土料的塑限； Ip————— 土料的塑性指数； Il————— 土料的液性指数，高坝可取 ～ ，低坝可取 ～。 粘性土料实际所能达到的最大干容重为： d = s(1Va)/(1+ws/0) 式中： Va————— 压实土体单位体积中的含气率，粘土 ，壤土 ，砂壤土 ； s————— 土粒容重； ω ———— 填筑含水量。 计算结果 粘性土料设计的计算成果见表。 表 粘性土料设计成果表 料 场 比 重 GS 最大 容重 dmax 设计 干容重 d 塑限 含水量 ω p 液限含水率 ω p 塑性指数 Ip 填筑 含水量 ω 自然 含水量 孔隙比 e 内摩擦角 φ 凝 聚 力 1下 2下 1上 2上 3下 2.70 料场 有机含量灼热法 % 可溶盐含量 % 渗透 系数 106 凝聚力 kPa 固结压缩系数 cm2/kg 1下 2下 1上 2上 3下 斜墙土石坝计算书 20 水利水电工程学院 05 级毕业设计 20 计算公式 坝壳砂砾料填筑的设计指标以相对密实度表示如下： Dr =(emaxe)/(emaxemin) 或 Dr =(rdrmin)rmax/(rmaxrmin)rd 式中： emax为最大孔隙比； emin为最小孔隙比； e 为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的孔隙比； rd为填筑的砂、砂卵石或原状砂、砂卵石干容重。 设计相对密实度 Dr要求不低于 ～ ；地震情况下，浸润线以下土体按设计烈度大小 Dr不低于 ～。 nmax=, emax= nmax/(1 nmax)=()= nmin=, emin= nmin/(1 nmin)=()= e= emax Dr (emax emin) 根据砂砾场颗粒粒径，画出个料场砂砾曲线图 如图 , 所示。 在图上找出 d60和 d10时所对应的土粒含量 .从而求的不均匀系数 η = d60/ d10 在图上直接查处大与 5mm 的颗粒含量 . 土石坝的坝壳材料主要为了保持坝体的稳定性，要求有较高的强度。 下游坝壳水下部位和上游坝壳水位变动区宜有较高的透水性，且具有抗渗和抗震稳定性。 应优先选用不均匀和连续级配的砂石料。 认为不均匀系数η =30～ 100 时较易压实，η 5～ 10 时则压实性能不好。 W=Wp+I1Ip I=~ 选用 Va= 各砂砾场的渗透系数均为 179。 102厘米 /秒左右 ,最大孔隙率为 ,最小空隙率为 . 1000 100 10 1 0 . 10204060801001 上砂砾石级配曲线大于某粒径砂粒P（%）1000 100 10 1 0 . 10204060801002 上砂砾石级配曲线大于某粒径砂粒P（%）斜墙土石坝计算书 21 水利水电工程学院 05 级毕业设计 21 1000 100 10 1 0 . 10204060801003 上砂粒石级配曲线大于某粒径砂粒P（%）1000 100 10 1 0 . 10204060801004 上砂粒石级配曲线大于某粒径砂粒P（%） 图 砂砾场颗粒级配曲线图 1000 100 10 1 0 . 10204060801001 下砂粒石级配曲线大于某粒径颗粒P（%）1000 100 10 1 0 . 10204060801002 下砂粒石级配曲线大于某粒径颗粒P（%） 斜墙土石坝计算书 22 水利水电工程学院 05 级毕业设计 22 1000 1 0 0 10 1 0 . 10204060801003 下砂砾石级配曲线大于某粒径颗粒P（%）1000 100 10 1 0 . 10204060801004 下砂砾石级配曲线大于某粒径颗粒P（%） 图 砂砾场颗粒级配 曲线图 计算成果 砂砾料的计算成果见表 砂砾料的相对密实度计算成果表 料场 emax emin n e Dr 1上 2上 3上 4上 1下 2下 3下 4下 只有 3上 和 4上 料场的相对密实度大于 ，满足规范要求，现对 3上和 4上料场土料进行物理性质计算。 斜墙土石坝计算书 23 水利水电工程学院 05 级毕业设计 23 砂砾料不均匀系数表 料场 1上 2上 3上 4上 1下 2下 3下 4下 Cu 表 砂砾料计算成果汇总表 料 场 不均匀系数 Cu 5mm砾石含量 （ %） 比 重 GS 设计干容重 d (kN/m3) 设计孔隙比 e 保持 含水量 ω（ %） 湿容重 w (kN/m3) 浮容重 b (kN/m3) 内摩擦角 φ 粘聚力 c 渗透 系数 k (102cm/s) 1上 56 ．23 46 5 1 5 35186。 10 0 2上 6 48 4 1 5 36186。 00 0 3上 0 49 6 9 5 35186。 40 0 4上 1 46 5 0 5 36186。 30 0 1下 8 47 5 1 5 35186。 20 0 2下 2 42 3 5 5 36186。 40 0 3下 8 44 3 1 5 35186。 50 0 4下 7 46 2 1 5 37186。 10 0 土石坝的坝壳材料主要为了保持坝体的稳定性，要求有较高的强度。 根据规范要求砂 砾石的 相对密实度 Dr要求不低于 ，上述料场中只有 3上 和 4上 料场满足要求，其余料场不符合要求不予采用。 下游坝壳水下部位和上游坝壳水位变动区宜有较高的透水性，且具有抗渗和抗震稳定性，应优先选用不均匀和连续级配的砂石料。 认为不 均匀系数η =30～ 100 时较易压实，η 5～ 10 时则压实性能不好。 而 3上 料场砂砾料的不均匀系数η =25＜ 30,不满足要求，从颗粒级配曲线上也可以看出， 4上 料场的砂砾料颗粒级配较好，物理力学指标也较高，可优先使用，故选择 4上 料场作为砂砾料的主料场。 斜墙土石坝计算书 24 水利水电工程学院 05 级毕业设计 24 a167。 182。 39。 ? i? ii←↓↓←↓滑动面滑动面 稳定分析 由于稳定验算荷载组合情况较多，为节省时间，本设计采用 Visual basic编写的山坡填土楔块稳定分析计算机程序进行，源程序见附录一。 该程序处 理三个楔形块，即破坏平面的数目为三个。 在使用时，破坡平面的位置没有必要一定取在填土的底部，可假设破坏平面由任何三条或小于三条的直线组成，然后计算出安全系数，最小的破坏平面即是最危险的破坏面 滑楔法如图所示 图 滑楔法 示意图 Pi=sec(￠ ei’ ąi+223。 i)[Pi1cos(￠ ei’ ąi+223。 i)(Wi+Vi)sin(￠ ei’ ąi)+Uisecąisin￠ ei’ △ xCei’ secąicos￠ ei’△ x+cos(￠ ei’ ąi)] 其中： Cei’ =Ci’ /K tan￠ ei’ =tan￠ i’ /K Wi：楔块重量 Pi:：土条一侧的抗滑力 Pi1：土条另一侧的下滑力 Wi：土条重量 Ui：作用于土条底部的孔隙压力 Wi、 Vi：分别为水平和垂直地震惯性力 ąi：土条底部与水平面的夹角 223。 i：土条一侧 Pi 与水平面夹角 223。 i1：土条另一侧 Pi1 与水平面夹角 稳定计算中需选取不利工况和不利部位进行稳定计算，本设计中对上下游坡分别计算以下几种工况下的安全系 数： 上游坡： 1） 1/3 坝高水深 H = m ； 2）死水位 2796 m ； 3）正常蓄水位 ； 4）正常蓄水位 +地震。 下游坡： 1）正常蓄水位时 m ； 2)设计洪水位时 m ； 3）正常蓄水位 +地震。 计算以上几种工况下的上下游坝坡的最小安全系数，计算成果见表。 斜墙土石坝计算书 25 水利水电工程学院 05 级毕业设计 25 表 各种工况上下游坝坡稳定计算成果 部位 组合情况 最小安全系数 Kmin 上 游 坡 1/3 坝高水深 H = m 死 水位 2796 m 正常蓄水位 m 正常蓄水位 +地震 下 游 坡 正常蓄水位时 设计洪水位时 m 正常蓄水位 +地震 主要建筑物土坝的等级为Ⅱ级，查规范可知其坝坡抗滑稳定的安全系数应满足以下条件：正常运用条件下不低于 ，非常运用条件Ⅰ时不低于 ，非常运用条件Ⅱ时不低于。 表 中各工况下的安全系数均满足要求，且坝坡的稳定安全系 数较大，就此而言，可考虑加陡坝坡以节省工程量。 但鉴于进行稳定计算时所作的假设条件可能与实际不符等因素，故而不改变坝坡，维持原拟定剖面尺寸不变。 细部设计 ，反滤层的设计计算： 反滤层的设计要满足两个条件：（ 1）滤土要求；（ 2）排水要求。 ．防渗墙的反滤层 ： 按照规范，被保护土是粘性土，小于 颗粒含量 71%，在 40%到 85%之间。 由滤土要求： 15D  由排水要求： 15D  4 15d ，且要满足 15D  第一层反滤料从已经探明的料场中可以发现只有 1下 满足要求， 15D =。