水利水电工程专业毕业论文设计

水利水电工程专业毕业论文设计内容摘要：

，防浪墙基础伸入防渗体 ；坝顶下游侧设浆砌石路缘石，断面尺寸 ，超出坝顶面。 坝顶构造如图 所示。 坝体防渗 常见的防渗体形式有心墙、斜墙、斜墙 +铺盖、心墙 +截水墙、斜墙 +截水墙等。 土石坝的防渗体包括土质防渗体和人工材料防渗体，已建 工程中以土质防渗体居多，故本设计选取土质心墙 10 防渗体。 土质心墙一般布置在坝体中部，有时稍偏向上游，以便于和防浪墙相连接，通常采用透水性很小的黏性土筑成。 SL2742020 中 规定：土质防渗体断面应满足渗透比降、下游浸润线和渗透流量的要求，应自上而下逐渐加厚，两侧边坡一般在 1:～ 1: 之间，顶部的水平宽度不宜小于 ，心墙底部厚度不宜小于水头的 1/4； 规定：土质防渗体顶部设有防浪墙时，防渗体顶部高程不得低于正常运用的静水位； 规定：土质防渗体顶部应设保护层，保护 层厚度（包括上游护坡垫层）应不小于该地区的冻结和干燥深度，还应满足施工机械的需要。 根据以上规定，结合原始资料所给：设计洪水位 ，多年平均最大冻土深度 ，坝底高程 ，校核洪水位坝前水头为 ，所拟定坝顶高程 ，且上游侧设置防渗墙，由此确定防渗心墙顶部保护层厚度 ，则心墙顶部高程为 （ ）超过设计洪水位 ，则防渗心墙高 H==；防渗墙顶宽度取 ，心墙两侧边坡取1:，则防 渗墙底部宽度为： 。 心墙与上、下游坝体之间，应设置足够厚度的过渡层或反滤层，以防渗流将心墙粘土颗粒带走，并利于与坝壳紧密结合。 过渡层或反滤导层，从心墙底部一直延伸到顶部。 反滤层一般由 1～3 层级配均匀、耐风化的砂、砾、卵石或碎石构成，每层粒径随渗流方向而增大。 水平反滤层的最小厚度为 ，铅直或倾斜反滤层的最小厚度为。 本设计采取 3 层反滤层形式： d1=— 1mm 厚 ， d2=1— 5mm 厚 ， d3=5— 20mm 厚。 反滤层构造如图 所示。 坝基防渗 土石坝修建在砂卵石地基上时，地基的承载力通常是足够的，而且地基因压缩产生的沉降量一般也不大。 总的说来，对砂卵石地基的处理主要是解决防渗问题，通过采取“上堵”、“下排”相结合的措施，达到控制地基渗流的目的。 土石坝渗流控制的基本方式有垂直防渗、水平防渗和排水减压。 垂直防渗设施能可靠而有效地截断坝基渗透水流，解决坝基防渗问题，在技术条件可能而又经济合理时，应优先采用。 垂直防渗可采取黏性土截水槽、混凝土截水墙、混凝土防渗墙、水泥黏土灌浆帷幕等基本形式。 黏性土截水槽适用于：当透水砂卵石覆盖层深度在 10— 15m 以内，最多不超过 20m 时，其结构简单、工作可靠，防渗效果好；当砂卵石深度小于 30m 时，如果采用黏性土截水槽，则开挖工程太大，施工排水比较困难，此时可用混凝土截水墙防渗措施；当坝基砂卵石层深度大于 30m 时，如果仍采用混凝土截水墙，则施工困难，工期较长，造价也相应增加，因而可采用机械造孔的方法，浇筑混凝土防渗墙，以控制坝基渗流；当砂卵石层很深时，用上述处理方法都较困难或不经济，可采用帷幕灌浆防渗。 由坝线地质地形剖面图分析可知，砂砾石厚度 左右，未 超过 20m，所以采用黏性土截水槽，开挖边坡 1:，底部高程 ，槽顶与心墙同宽。 为加强截水槽与岩石的连接，在截水槽底部浇筑砼盖板，并设置砼齿墙。 在截水槽两侧边坡铺设反滤层，以免槽内回填土颗粒被渗透水流带走，构造同防渗墙反滤层。 截水槽底宽 =（ 699695） 2= 11 因基岩节理发育，需在砼底板下进行灌浆处理，深度应达到弱透水层，钻也两排，梅花交错布置，间距 3m，排距 3m。 左岸单薄分水岭采用井点排水。 坝体及坝基防渗构造，详见图。 坝体排水 排水 设备是土石坝的一个重要组成部分。 土石坝设置坝身排水的目的主要是： （ 1）降低坝体浸润线及孔隙压力，改变渗流方向，增加坝体稳定； （ 2）防止渗流逸出处的渗透变形，保护坝坡和坝基； （ 3）防止下游波浪对坝坡的冲刷及冻涨破坏，起到保护下游坝坡的作用。 设计坝体排水设备需综合考虑坝型、坝基地质、下游水位、气候和施工条件等因素，通过技术经济比较确定。 排水设备应具有足够的排水能力，同时应按反滤原则设计，保证坝体和地基土不发生渗透破坏，设备自身不被淤堵，且便于观测和检修。 常见的排水形式有：棱体排水、贴坡排水、褥垫排水和 组合式排水，另外还有网状排水带、排水管和竖式排水体等形式。 下面将棱体排水和贴坡排水进行列表比较，如表 所示。 表 内容 形式 棱体排水 贴坡排水 优点 能够降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护坝坡不被冲刷，增加坝坡的稳定性。 用料较少，便于检修，能够防止渗流逸出处的渗透变形，并可保护下游坝坡不受冲刷。 优点 用石料较多，造价较高，与坝体施工有些干扰。 不能降低浸润线 适用条件 较高的坝或石料较多的地区 浸润线较低和下游无水的中小型土石坝。 综合以上排水体特点，故采用棱体排水形式。 依据 SL2742020 中有关棱体排水设计规定及参考教材书中有关规定，棱体排水顶部高程应保证坝体浸润线距坝坡面的距离大于该地区的冰冻深度，并保证超出下游最高水位，超出的高度，对 2 级坝不小于 ，故棱体排水顶部高程为： +=；棱体排水体顶部宽 ，内坡 1:1，外坡 1:。 在排水棱体与坝体及坝基之间设反滤层二层，一层厚 ，二层厚。 坝体排水如图 所示。 护坡及坝坡排水 为保护土石坝坝坡免受波浪淘刷、冰层和漂浮物的损害及降雨冲刷，防止坝体土料发生冻结、膨胀和收缩，以及人畜破坏等，需设置护坡结构。 上游坝面的工作条件较差，承受风浪的淘刷和冰层、漂浮物的损害，我国建造的土石坝的上游面多采用干砌石护坡。 本设计上游坝坡选取双层干砌石护坡厚 ，干砌石下设碎石垫层厚 ，护坡范围：上至坝顶，下至死水位以下 ，即 =；下游坝坡工作条件较好，选取单层干砌石厚 ，下铺碎石垫层 ，护 12 坡范围自坝顶护至排水设备。 护坡在马道及坡脚 处适当加厚，嵌入坝体或坝基内以增加护坡的稳定性。 坝体护坡见图 、。 为了防止雨水的冲刷，在下游坝坡上设置纵横向连通的排水沟，沿土石坝与岸坡的接合处，也设置排水沟以拦截山坡上的雨水。 坝面上的纵向排水沟沿马道内侧布置，用浆砌石铺设成梯形，沿坝轴线方向每隔 100m 设一条横向排水沟。 排水沟的横断面，深 ，宽。 坝坡排水见图 所示。 初拟坝体剖面图 坝体剖面图如图 所示。 土坝与坝基、岸坡的连接 土石坝的各种结合面都是防渗的薄弱部位，如处理不当，极易产生集中渗流，造 成接触冲刷；如结合的形状及坡度不适宜，还可能引起坝体不均匀沉陷而裂缝；如结合面上存在软弱、松散土层，可能影响坝体稳定。 因此，必须妥善处理土石坝与坝基、岸坡的连接。 土石坝与坝基的连接 土质防渗体与岩基连接时，在防渗体与岩石之间的接合面上浇筑砼底。 对于保证填土质量、便于施工碾压，防止接触冲刷，特别是便于帷幕灌浆等，都是必要的有效措施。 如坝基与坝体土壤相近，可在清基后直接填土，土质不同时，在接合面作接合槽，槽深 ，槽宽 2m，布置在坝轴线处。 土石坝与岸坡的连接 两岸岸坡应进行清基（坡 比 1： 1～ 1： ），岸坡应大致平顺，不应成台阶状、反坡或突然变坡，岸坡上缓下陡时，变坡角小于 20176。 ；岩石坡不陡于 1： ，当岸坡有倒坡，可用砼或浆砌石补成正坡；防渗体随岸坡的上升，逐渐放缓心墙的上、下游坡，以增加心墙与岸坡的接触面积。 如两岸山坡有强风化层时，可采用截水槽方式将心墙深入到弱风化层内。 渗流计算 渗流计算的目的、方法和原理 1. 土石坝渗流分析的目的 （ 1）确定坝体浸润线和下游溢出点位置，绘制坝体及地基内的等势线分布图或流网图，为坝体稳定核算、应力应变分析和排水设备的选 择提供依据； 13 （ 2）计算坝体和坝基渗流量，以便估算水库的渗漏损失和确定坝体排水设备的尺寸； （ 3）确定坝坡出逸段和下游地基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降，以判断该处的渗透稳定性； （ 4）确定库水位降落时上游坝壳内自由水面的位置，估算由此产生的孔隙压力，供上游坝坡稳定分析之用。 计算方法和原理 分析方法主要有流体力学法、水力学法、流网法、试验法和数值解法。 流体力学法只有在边界条件简单的情况下才有解，且计算较繁；水力学法是在一些假定基础上的近似解法，计算简单，能满足工程精度要求，所以在实践中被广 泛采用；流网法是一种简单方法，能够求解渗流场内任一点的渗流要素，但对不同土质和渗透系数相差较大的情况难以采用；试验法需要一定的设备，且费时较长。 近年来，随着计算机的快速发展，数值解法在渗流分析中得到了广泛的应用，对于复杂和重要的工程，多采用数值计算方法来分析。 本次设计采用水力学法进行渗流计算。 用水力学法进行土石坝渗流分析时，常做如下假定： （ 1）坝体土是均质的，坝内各点在各方向的渗透系数相同； （ 2）渗透水流为二元稳定层流状态，符合达西定律，即 V=KJ； （ 3）渗透水流是渐变的，任一铅直过水断面内各点的渗 透坡降和流速相等，即 q 上 =q 下。 渗流计算的水位组合情况 进行渗流计算时，应考虑水库运行中可能出现的不利情况，常需计算以下几种水位组合情况： （ 1）上游正常高水位与下游相应的最低水位； （ 2）上游设计洪水位与下游相应的最高水位； （ 3）上游校核洪水位与下游相应的最高水位； （ 4）库水位骤降时对上游坝坡稳定最不利的情况。 本次设计选取第（ 2）种水位组合情况进行渗流计算，即上游设计洪水位 ，相应下游的水位。 计算步骤、公式 1. 分段情况 根据坝轴线地质剖面图的 地形、地质情况，沿坝轴线分三段进行计算，中间段 (0+～0+)，选取 11 断面进行渗流计算；左段 (0+～ 0+)的地形、地质及水头情况与右段 (0+～ 0+)大体相同，断面 22 的渗流量与断面 33 的渗流量基本相同，故只计算 22断面。 如附图 7Ⅰ Ⅰ坝线工程地质剖面图所示。 2. 计算每段的单宽渗流量，并绘制浸润线。 （ 1） 11 断面的渗流计算 1）计算简图如图 所示 2）计算单宽渗流量 14 通过防渗心墙和地基截水槽的单宽渗流量 q1:    2 2211 ThTHkq o  （ 33） 式中： Ko — 心墙渗透系数， m/s； H1 — 坝前水深， m； T — 地基厚度， m； h — 心墙后水深， m； б — 心墙平均厚度，心墙与截水墙厚度的加权平均值， m； 已知： Ko=1 106cm/s； H1==； T==4m；心墙厚度为        22 将σ代入公式得      hfhq 122261  。