均質土壩課程設計

1、水工建筑物課程設計均質土壩設計指導老師：姓名：胡 曉 班級：2010華水水工本科 專業(yè)：水利水電工程土石壩設計實例一、壩型選擇均質壩滲透系數(shù)K=3.010-5cm/s，滿足KBmin=5m取B=6m。2、壩頂高程壩頂高程等于水庫靜水位與超高之和，并分別按以下運用情況計算，取其最大值。設計洪水位加正常運用情況的壩頂超高，校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高。超高計算式一：其中：ha波浪在壩坡上的爬高，m；e風浪引起的壩前水位壅高，m；A安全加高，m,根據壩的級別按下表采用。表一：壩的級別、正常運行非常運行1.50.71.00.50.70.40.50.3某水庫工程設計灌溉面積為7000畝，水庫總庫容

2、為700萬立方米，故工程級別為級。式二：e=KV2Dcos/2gH其中=90所以cos90=0，故e為零；式三：ha=0.45hlm-1n-0.6其中hl設計波高；m m壩坡坡率；取壩坡坡率取3； n壩坡護面糙率，其值為：拋石0.035，干砌塊石0.0275，漿砌石并勾縫0.025，瀝青和混凝土0.0155；糙率取：0.025；其中；hl=0.0166V05/4D1/3=0.34（設計洪水時）/0.343（校核洪水時）由上式得：ha=0.45hlm-1n-0.6= 0.46（設計）0.47（校核）故：d=ha+e+A=1.04m(設計)/0.74m（校核）故：壩頂高程為：1081.50m+1.

3、04m=1082.54m(設計) 1081.8m+0.74m=1082.54m(校核)得出壩高：1082.54m-1056.00=26.54m3、壩坡壩高26.54m，故采用三級變坡。 上游壩坡：1:3.0; 1:3.25; 1:3.5。 下游壩坡：1:2.5; 1:2.75; 1:3.0。 馬道：第一級馬道高程為1064.8m，第二級馬道高程為1073.6m，馬道寬度：2m。三、壩體排水設備選擇及尺寸擬定常用的壩體排水有以下幾種型式：貼坡排水、棱體排水、褥墊式排水。貼坡排水不能降低浸潤線。多用于潤浸線很低和下游無水的情況。棱體排水可降低浸潤線，防止壩坡凍脹和滲透變形，保護下游壩腳不受尾水淘刷

4、，且有支撐壩體增加穩(wěn)定的作用，是效果較好的一種排水型式。褥墊排水，對不均勻沉陷的適應性差，不易檢修。本土壩壩體排水設備可選用棱體排水，尺寸為頂寬2m，內坡1:1.5; 外坡1:2.0；頂部高程須高出下游最高水位1.02.0 m，故頂部高程為340.1m。在排水設備與壩體和土基接合處，設反濾層。作出壩體最大剖面見圖1。圖 1 壩體最大剖面圖（單位：m）四、滲流計算1、計算情況選擇。滲流計算水力學法：q=k(H12-H22)/2L=3.010-51.75=5.2510-5根據公式：其中x計算點到下游面的距離 L滲流區(qū)長度即：164.242、滲流分析的方法采用水力學法進行土石壩滲流計算，將壩內滲流分

5、為若干段，應用達西定律和杜平假設，建立各段的運動方程式，然后根據水流的連續(xù)性求解滲透流速，滲透流量和浸潤線等。3、計算斷面及公式本設計僅對河槽處最大斷面進行滲流計算。計算公式采用表1中的不透水地基情況。4、單寬流量計算結果列表1。表1 單寬流量計算表計算情況ho(m)q(m3/s.m)正常蓄水位3.965.2510-5設計洪水位7.975.9310-50.4030.71410-5 5、繪制浸洞線正常蓄水位情況下，浸潤線方程：列表2如下，繪于圖1。表2 正常蓄水位情況下浸潤線表x (m)0102080y(m)05.928.37516.75五、穩(wěn)定計算1、分析情況選擇以上游正常高水位，而下游無水：

6、上游設計洪水位而下游相應水位來驗證下游壩坡的穩(wěn)定。以庫水位為1/3壩高處，而下游無水來驗證上游壩坡穩(wěn)定分析。2、滑裂面形式對于均質壩，上下游壩坡均為曲線滑裂面。采用圓弧法進行穩(wěn)定計算。3、不計條塊間作用力的總應力法的穩(wěn)定分析步驟如下：1) 利用B.B方捷耶夫法和費蘭紐斯法確定最危險滑弧所對應圓心的范圍。在一扇形范圍內的M1、M2延長線附近。2) 取0為圓心，以R=75m為半徑，作滑弧。3) 分條編號：b=0.1R，從圓心作垂線為0號土條的中心線，向上依次為1，2，3，；向下依次為-1，-2，.4) 列表計算荷載，參見下表1，表2，表3。5) 利用公式計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)kc。式中：wi=r1h

7、1+r3(h2+h3)+r4h4r1、r3壩體土的濕重度、浮重度，r4、h4本設計不考慮wi=r1h1+r2h2+r3h3+r4h4r1、r2、r3壩體上的濕容重、飽和容重、浮容重。由提供的資料可知，本建筑物是3級建筑物。r1=19.5KN/m3 ， r2=20.1KN/m3 ， r3=20.5-9.81=10.7KN/m3。三種情況計算結果如下：正常運用期表1 正常蓄水位情況下下游壩坡穩(wěn)定計算表土條編號h1h2r1h1r3h2r2h2wiwisinicosiwicosiWisini(1)(2)(3)(4)(5)(6)=(3)+(4)(7)=(3)+(5)(8)(9)(10)(11)81.60

8、31.20031.231.20.80.618.7224.96791.5175.516.0530.75191.55206.250.70.7113.6144.38696.5175.569.55133.25245.05308.750.60.8109.04185.2557.510.5146.25112.35215.25258.6361.50.50.87224.98180.7546.512126.75128.4246255.15372.750.40.92234.4149.135.513.5107.25144.45276.75251.73.840.30.95239.12115.22411.578123.0

9、5235.75201.05313.750.20.98197.0362.751412.578133.75256.25211.75334.250.10.99209.6333.4303.510.568.25112.35215.25180.6283.50000-146.57869.55133.25147.55211.23-0.10.99146.07-21.13-26.50126.7500126.75126.75-0.20.98124.22-25.35-31.33025.940025.9425.94-0.30.9524.64-7.78合計1664.19841.56 上游為設計洪水，下游相應水位表2 設計

10、洪水位情況下下游坡壩穩(wěn)定計算表土條編號h1h2h3r1h1r2h2r3h2r3h3wiwisinicosiwicosiWisini(1)(2)(3)(4)(5)(6)(3)+(4)(7)(3)+(5)(8)(9)(10)(11)831.7058.534.8518.19076.6993.250.80.861.3574.6873.856.5075.08133.2569.550144.63208.330.70.71102.69145.8362.511.5048.75235.75123.050171.8284.50.60.8137.44170.75115019.5307.5160.501803270.

11、50.87158.6163.540.516.509.75338.25176.550186.33480.40.93123.26139.230.5160.759.75328171.28.03188.98345.780.30.95179.53103.7320.75132.514.63266.5139.126.75180.48307.880.20.98176.8761.5810.610.53.511.710.25112.3537.45161.559.40.10.991605.9400.757.75414.63158.8882.9342.8140.36216.3101140.360-11.54.53.5

12、29.2592.2548.1537.45114.85158.95-0.10.99113.7-15.9-23.50268.250021.489.6589.65-0.20.9887.86-17.93-31.401.427.30014.9842.2842.28-0.30.9512.68-12.68合計1504.34818.65當上游水位為壩高處，上游壩坡的K為：表3 上游水位為壩高處上游壩坡抗滑穩(wěn)定計算表土條編號h1h2r1h1r3h3wiwisinicosiwicosiWisini(1)(2)(3)(4)(5)(3)+(4)(6)(3)+(4)(7)(8)(9)(10)80.101.9501.951.950.80.61.171.5675091.5097.597.50.70.7169.2368.25690175.50175.5175.50.60.8140.4105.35130253.50253.5253.50.50.87220.55126.75413.51263.2510.7275.95273.950.40.92252.03109.58310519553.5248.5248.50.30.95236.0874.5527.57.5146.2580.25226.5226.50.20.98221.9745.314.