【石廟水庫水利工程設(shè)計10000字（論文）】

石廟水庫水利工程設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u29887石廟水庫水利工程設(shè)計 1269311.基本資料 2303221.1工程概況 250731.2氣候特征 275721.3水文特征 218161.4工程地質(zhì) 2288801.5基本參數(shù) 3206872.壩址壩型選擇、樞紐布置及建筑物形式選擇 9270222.1樞紐等別及建筑物級別 911622.2壩型 955312.3壩址地質(zhì)條件 9182471、壩體填土物質(zhì)組成 989212、大壩填土物理力學(xué)性質(zhì) 984023、填土層滲透特征 1034662.4樞紐布置及建筑物型式選擇 1024043.壩體剖面設(shè)計 11117783.1壩頂高程的確定 1174473.2壩頂寬度 1522313.3壩坡 15276904.土石壩的構(gòu)造 1571804.1防滲體 15220534.2護(hù)坡 163365.土石壩的滲流分析 1639325.1滲流分析的目的 1688965.2滲流計算的方法及計算假定 16111175.3滲流計算 1657756.土石壩的穩(wěn)定分析 1973256.1概述 19284846.2計算工況與安全系數(shù) 19223486.3穩(wěn)定分析基本原理及方法 2051006.4穩(wěn)定分析計算 224696.5穩(wěn)定綜合分析 2817757.土石壩與壩基、岸坡及其他建筑物的連接 2873127.1壩體與壩基及岸坡的連接 28308657.2壩體與混凝土建筑物的連接 29109668.溢洪道設(shè)計 29108448.1工程布置 29279608.2泄槽 314878R=12R1+R2=0.85m323208.3出口消能段 3428349水舌挑射距離估算公式為 3428283參考文獻(xiàn) 35摘要：在設(shè)計中讓設(shè)計者體會到了設(shè)計工作者的樂趣，明白了在設(shè)計大壩的過程中用到的方法以及熟悉設(shè)計大壩用到的規(guī)范。本次畢業(yè)設(shè)計最開始需要明確的是工程規(guī)模，其次進(jìn)行壩型的確定，接著對大壩的每個分區(qū)料進(jìn)行比較詳細(xì)的設(shè)計，經(jīng)過對壩址的料場條件進(jìn)行分析后，做出對料場的選擇。經(jīng)過對泄水建筑物的深入了解，所以對該工程進(jìn)行溢洪道上下游堰面曲線的設(shè)計。本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容包括：壩頂?shù)母叱淘O(shè)計、土壩壩型選擇、粘士心墻設(shè)計、反濾料及溢洪道設(shè)計等。在具體的設(shè)計過程中，采用的主要方法依據(jù)相關(guān)規(guī)范和手冊推薦的方法。關(guān)鍵詞：均質(zhì)土石壩；溢洪道；滲流分析；穩(wěn)定分析1.基本資料1.1工程概況石廟水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的?。?）型水庫。石廟水庫樞紐屬=5\*ROMANV等工程，其大壩、溢洪道和輸水涵管為5級建筑物。水庫原設(shè)計總庫容59.0萬m3，其中興利庫容28.0萬m3，死庫容1.40萬m3。依據(jù)國家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94），水庫設(shè)計洪水為10年一遇，設(shè)計洪水位85.00m，50年一遇校核，校核洪水位86.00m，正常蓄水位83.00m，死水位76.50m。設(shè)計灌溉面積0.038萬畝，有效灌溉面積0.03萬畝。該水庫保護(hù)耕地0.05萬畝和保護(hù)人口0.031萬人。1.2氣候特征多年平均降雨量為920mm，流域多年平均氣溫16.3℃，最高氣溫41.9℃，最低氣溫-17.7℃，多年平均最大風(fēng)速15.5m/s。1.3水文特征石廟水庫位于流水鎮(zhèn)，水庫設(shè)計灌溉面積510畝，有效灌溉面積290畝。流域?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)。水庫攔截承雨面積6.5km2，河道長度4.5km，壩址以上河道平均縱坡比降37‰。多年平均降雨量910mm，壩址以上承雨面積6.5km21.4工程地質(zhì)石廟水庫庫區(qū)位于流水鎮(zhèn)鄧林村，水庫攔截自然山?jīng)_雨水，石廟水庫地貌屬構(gòu)造剝蝕丘陵-壟崗過渡地帶，地形起伏較大，嶺脊寬緩，溝谷開闊，溝底標(biāo)高一般74.5m，山頂標(biāo)高100.09m，自然坡度25°-30°。1.5基本參數(shù)1.5.1 水庫的興利調(diào)節(jié)（1）水庫的特性曲線用所曉得的數(shù)據(jù)從而知曉石廟水庫容容積曲線。石廟水庫的容積曲線見圖1－1。圖1－1石廟水庫水位～庫容關(guān)系曲線（2）水庫的特征水位和特征庫容根據(jù)石廟水利樞紐的特性參數(shù)表可知：死水位76.5m，死庫容1.4萬m3；正常蓄水位83m，興利庫容28萬m3；校核洪水位86m，調(diào)洪庫容為30萬m3。1.5.2水庫的調(diào)洪計算（1）水庫調(diào)洪計算的原理對水庫進(jìn)行調(diào)洪計算就是想要我們逐時段求解，經(jīng)過這個過程我們就可以得到水庫的泄流量和蓄水量變化。水量平衡方程：一般的講，流過水庫排水建筑物的水量就是排出的水量。如果水庫的泄洪建筑為無閘面泄洪形式，則泄洪量可由溢流堰公式計算。在水量平衡方程的計算中，可用洪水過程線求得方程中的Q1、Q2，可利用水庫防洪初始條件求解未知量q1、V1。那么未知量q2（3）水庫的調(diào)洪計算水利水電工程初步設(shè)計階段基本的水庫調(diào)洪計算方法有列表試算法、半圖解法以及簡化三角形法。列表試算法因其誤差較小，可借助計算機輔助的特點，成為了進(jìn)行水庫防洪調(diào)節(jié)計算應(yīng)用最廣泛的方法，但其在實際操作中，步驟比較繁瑣且計算工作量比較大。在實際生產(chǎn)中，為了避免列表試算法在操作中的諸多不便，往往采用半圖解法代替列表是算法進(jìn)行調(diào)洪計算；通過對半圖解法的再次簡化得到采取高切林的簡化三角形法，這種方法這種方法只需求最大下泄流量，可用于初步規(guī)劃階段進(jìn)行調(diào)洪多方案比較時的調(diào)洪計算。根據(jù)壩址條件，為減少開挖量，選擇渠道溢洪道作為泄洪建筑形式?？紤]到右岸需要布置泄洪建筑物，堰底的高程為83m?？紤]到施工工藝、操作等條件。具體如下設(shè)計：右岸布置的溢洪道堰底高程83m，凈寬2m。右岸的溢流堰形式為寬頂堰，計算堰流流量的系數(shù)m=0.38，左岸設(shè)置排沙洞，計算流量系數(shù)μ=0.9。泄流公式如下：Q=μeB2gH式中：——堰頂寬度（m）；μ——閘孔流量系數(shù)；H——閘孔水頭(m)；e——閘門開度根據(jù)已知的設(shè)計資料調(diào)洪演算，計算時段取，計算過程見表1－2。表1－2某水庫輔助曲線計算表（）總庫容V總（萬m3）下泄流q（m3/s））q/2（m3/s）V/Δt（m3/s）V/Δt+q/2822587.138.0069.40108.48329.387.339.0081.39120.398433.787.640.2593.61133.868538.288.241.75106.11147.86 根據(jù)表1－2，繪出水庫庫水位與下泄流量的關(guān)系曲線，如圖1－2所示。圖1－2水庫庫水位與下泄流量的關(guān)系曲線調(diào)洪計算求過程和庫水位過程，計算過程可列表進(jìn)行，設(shè)計洪水位調(diào)洪計算結(jié)果如表1－3所示。表1－3設(shè)計洪水調(diào)洪計算表t(h)入庫流量（Q）平均入庫流量水庫水位Z（m）V2/Δt-q1/2V2/Δt+q2/2下泄流量q水庫水位Z（m)187.08983.3666.4353.284.18390.08883.6668.6773.2356.184.94587.585.584.1670.3780.1368.386.02785.085.2784.6386.286.71根據(jù)表1－3，可繪出和過程線，兩曲線交點的縱坐標(biāo)數(shù)值作為qm。圖1－3設(shè)計洪水和過程線由圖中可讀出qm=87.5m3/s，利用該值由圖1-2可查得設(shè)計洪水位的值為85.00m。調(diào)洪計算求過程和庫水位過程，計算過程可列表進(jìn)行，設(shè)校核洪水位調(diào)洪計算結(jié)果如表1－4所示。表1-4校核洪水調(diào)洪計算表時間t(h)入庫流量（Q）平均入庫流量水庫水位Z（m）V2/Δt-q1/2V2/Δt+q2/2下泄流量水庫水位Z（m)187.61431683.00668.4357.284.78389.40740083.20670.6775.2361.185.64586.00620085.50674.3783.1373.386.13778.5084.60788.6390.2根據(jù)表1－4，可繪出和過程線，如圖1－4所示。根據(jù)圖1－4，取和兩曲線的交點的縱坐標(biāo)數(shù)值作為qm。圖1－4校核洪水和過程線由圖中可讀出qm=88.3m3/s，利用該值由圖1－4可查得校核洪水位的值為86.00m。（4）調(diào)洪計算結(jié)果上游設(shè)計洪水位：85.00m；上游校核洪水位：86.00m；上游正常蓄水為：83.00m。

2.壩址壩型選擇、樞紐布置及建筑物形式選擇2.1樞紐等別及建筑物級別水庫正常蓄水位庫容28萬m3。工程規(guī)模屬于小（2）型。石廟水庫樞紐屬=5\*ROMANV等工程，其大壩、溢洪道和輸水涵管為5級建筑物。2.2壩型壩型選擇應(yīng)對壩址處的地形地質(zhì)條件、壩址附近筑壩材料的儲量情況以及各個壩型所對應(yīng)的工程規(guī)模以及經(jīng)濟(jì)投資進(jìn)行比較，從而確定出最適宜在此處修建的壩型。現(xiàn)對最常見的土石壩、重力壩以及拱壩進(jìn)行詳細(xì)分析：（1）重力壩：依靠自身重力來維持壩體穩(wěn)定的擋水建筑物，主要澆筑材料為鋼筋混凝土，壩體可開孔，壩頂可過水，體積較大，對地基的適應(yīng)能力較好，在石基以及地質(zhì)條件良好的土基上也能夠修建，但造價昂貴，工程量大。（2）拱壩：由鋼筋混凝土澆筑而成，以拱形的形式將上游水壓力傳遞至兩岸壩肩來保持壩體穩(wěn)定，得益于澆筑材料，其繼承了重力壩可以在壩體開孔泄流的特點，但對壩肩的地質(zhì)條件要求非常高。（3）土石壩：由土石材料填筑而成，對地基與壩肩地質(zhì)要求基地，可以修建于任何地質(zhì)條件的河流上，筑壩材料非常常見，可以輕易獲取得到。根據(jù)以上幾種壩型的優(yōu)缺點，因壩址處地基與兩岸壩肩的地質(zhì)條件不滿足條件，且壩址附近沒有大量的鋼筋混凝土等筑壩材料，因此本工程不宜選擇拱壩和混凝土重力壩作為主要擋水建筑物；而土石壩的修筑可以就地取材，且壩體擁有較強適應(yīng)地基變形的能力，對壩基處的地質(zhì)條件要求較低，可減小前期處理地基的工程量。通過以上分析，最終選擇土石壩壩型作為擋水建筑物方案。2.3壩址地質(zhì)條件1、壩體填土物質(zhì)組成大壩填筑土料主要來源于水庫周圍及崗坡地的第四系中更新統(tǒng)粘土層，料場就近取材，土料粘性一般。壩體填土經(jīng)夯實碾壓，碾壓效果一般，填土大都呈可塑—硬塑狀，填土質(zhì)量一般。2、大壩填土物理力學(xué)性質(zhì)本次工程地質(zhì)勘察對不同部位填土采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗原位測試，采取了一定數(shù)量的原狀土樣、室內(nèi)進(jìn)行了土樣的物理力學(xué)性質(zhì)試驗及滲透、顆分、擊實試驗。抗剪試驗分別采用直剪快剪和慢剪法。填土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計表見表3-2。土料采用人工夯實，未經(jīng)機械碾壓、夯實。天然含水量平均值26.0%，天然密度平均值1.93g/cm3，干密度平均值1.53g/cm3，孔隙比平均值0.777，塑性指數(shù)平均值14.6，液性指數(shù)平均值0.160，壓縮模量平均值6.48MPa。抗剪切(直剪)強度指標(biāo)推薦值：內(nèi)摩擦角φ=17.0°，凝聚力c=37kPa?？傮w上填土成分不均勻，密實度差異大。土工試驗結(jié)果表明，壩體填土自由膨脹率在40~60%，平均自由膨脹率為47%，土樣具弱膨脹性。3、填土層滲透特征根據(jù)現(xiàn)場注水試驗成果綜合反映了壩址土體的滲透性能：壩體填土注水試段滲透系數(shù)在10-3～10-4cm/s之間共計4段，占100%，平均值為3.0×10-4cm/s。注水試段滲透系數(shù)K值為1.50×10-4—4.30×10-4cm/s，平均值3.0×10-4cm/s,屬中等透水性，反映出土體滲透性較強。從以上統(tǒng)計資料來看，大壩填土層滲透性為中等透水性，超過規(guī)范要求，壩體需進(jìn)行防滲處理。根據(jù)計算結(jié)果，壩體填土臨界滲透坡降為0.96，根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-99）安全系數(shù)取2.0，故壩體填土允許滲透比降推薦為0.48。2.4樞紐布置及建筑物型式選擇2.4.1樞紐建筑物的組成結(jié)合本工程的實際情況，應(yīng)該修建的水工建筑物有：均質(zhì)土壩，岸邊溢洪道和輸水建筑物：輸水涵管2.4.2樞紐建筑物的布置（1）大壩 石廟水庫壩長90m，設(shè)計壩頂寬2m，壩頂高程高10.5m，壩頂高程85.25m，大壩上坡比1:2.5，未護(hù)砌，局部存在浪坎，下游坡比1:2.（2）溢洪道85.40m；實際壩頂寬度3.3m，最大壩溢洪道建于大壩左側(cè)處，型式為開敞式寬頂堰，現(xiàn)狀堰頂高程82.5m，寬12m。溢洪道現(xiàn)狀靠大壩一側(cè)采用漿砌石襯砌，進(jìn)水渠底板未襯砌，泄槽采用砼襯砌，襯砌厚15cm，消能防沖設(shè)施為自然沖溝。（3）輸水涵管石廟水庫設(shè)有高、低輸水涵管兩座。低涵管位于大壩右壩肩樁號0+076，為分級進(jìn)水口，管徑0.5m，進(jìn)口底高程78.50m，設(shè)計流量0.8m3/s，無閘門，無啟閉設(shè)施。高涵管位于大壩右壩肩樁號0+080，為分級進(jìn)水口，管徑0.5m，進(jìn)口底高程76.50m，設(shè)計流量0.86m3/s，無閘門，無啟閉設(shè)施。3.壩體剖面設(shè)計3.1壩頂高程的確定根據(jù)所給出資料可知，水庫所在流域的多年平均最大風(fēng)速是16m/s。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274—2001）的規(guī)定。水庫靜水位與壩頂超高的和等于壩頂高程，按照以下四種條件進(jìn)行計算，取結(jié)果最大值用作壩頂高程設(shè)計洪水位+正常運用條件的壩頂超高；正常蓄水位+正常運用條件的壩頂超高；校核洪水位+非常運用條件的壩頂超高；正常蓄水位+非常運用條件的壩頂超高+地震安全超高。壩頂超高公式:d=R+e+A（3-1）式中d——壩頂超出水庫靜水位以上的高度，mR——當(dāng)波浪是最大時候在壩坡上的頻率爬高，me——風(fēng)最大時雍引起的水面高度，mA——安全加高，m=1\*GB2⑴風(fēng)壅水面高度當(dāng)風(fēng)沿水流方向吹向壩體時，壩前水位上升到靜力水位以上的垂直距離稱為壅高，可用以下公式計算：根據(jù)基本資料得年計算風(fēng)速取24QUOTE（正常運行的5級大壩，采用多年平均年最大風(fēng)速的1.5倍）,吹程由D=5B（B為峽谷最窄處，B=320m）得D=1600m，水域平均水深H=20m，β取30°。e=0.0075m。=2\*GB2⑵安全超高根據(jù)《水工設(shè)計手冊（第2版）》第64頁關(guān)于壩頂安全加高的規(guī)范值，本工程大壩等級為V級，位于山區(qū)。當(dāng)運行條件為設(shè)計時A=0.5m；當(dāng)運行條件為校核時A=0.3m。風(fēng)雍水面高度可按式e=K設(shè)計洪水位時：e=校核洪水位時：e=根據(jù)規(guī)范，波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田試驗站公式，按式（3-3）式（3-4）計算:ghTm式中：hmT根據(jù)式（3-3）9.81×hm根據(jù)規(guī)范，對內(nèi)地此類大壩，當(dāng)W<20m/s、D<20000m時波浪的平均波長可采用官廳水庫公式，按式（3-5）計算：g9.81×平均波長Lm對于正面來的波其平均波浪爬高按式（3-5）計算：當(dāng)m=1.5~5.0時Rm式中：RmK?Kwm——單坡的坡度系數(shù)，如果坡角為α，即m為cotαLm?m（其中K?本土石壩初步擬定上游坡面坡度系數(shù)m為2.5。表3-2糙率及滲透性系數(shù)K本土石壩上游坡面選擇砌石護(hù)坡，則K?取0.80。表3-5壩頂高程計算表波浪爬高（R）風(fēng)浪雍高（e）安全加高（A）地震安全加高水位壩頂高程設(shè)計洪水位0.810.0070.5-85.0086.317正常蓄水位0.810.0070.5-83.0084.317校核洪水位0.530.0030.3-86.0087.113正常蓄水位0.530.0030.30.5083.0084.613取上表當(dāng)中的最大值作為壩頂高程，則壩頂高程為86.833m，壩高12m。以壩高的1%為預(yù)留沉超高，則施工高程為87.113+12×0.01=87.233米，為了方便大壩施工，最終確定大壩壩頂高程為87.3m，壩高13m。3.2壩頂寬度 壩頂?shù)膶挾却_定與很多因素有關(guān)系，比如說水庫地理的位置、大壩的高度、工程施工條件等。我國土石壩設(shè)計規(guī)范要求，高壩的最小寬度為10到15米，中低壩為5到10米。一般情況下，當(dāng)大壩高度小于100m的時候，此壩的壩頂最小寬度可以采取大壩高度的1/10，所以該壩的壩頂寬度為2m3.3壩坡根據(jù)工程經(jīng)驗，上、下游坡率取值范圍見表3-6。表3-6上下游邊坡比本壩壩高13m，所以上游坡度采用1:2.5，下游壩坡的坡度為1:24.土石壩的構(gòu)造4.1防滲體在土石壩設(shè)計中，土質(zhì)防滲體是目前應(yīng)用最廣泛的防滲方式，并且可作為防滲體的土料有很多。除了均質(zhì)土壩因為壩體土料透水性較差(一般滲透系數(shù)K<1×10此壩的防滲方式采用黏土心墻：黏土心墻位于壩體的中間或者稍偏向上游的位置，使用黏性土筑成（要求土料透水性很?。ＴO(shè)計該工程的心墻頂部在靜水位以上0.65m，心墻頂部厚度為3.5m，底部厚度選的4m，邊坡選取1:0.24.2護(hù)坡在大壩的上游做了厚度為0.2m的漿砌塊石護(hù)坡，上游死水位為76.5m。下游有大小為0.15m厚干砌石護(hù)坡，在護(hù)坡的下方增加了厚度是0.1m的礫石墊層。5.土石壩的滲流分析5.1滲流分析的目的滲流計算可直觀的表現(xiàn)出水庫的滲漏流量情況，可以幫助人們了解水庫的滲漏損失，同時可為后續(xù)的穩(wěn)定分析提供依據(jù)，是大壩設(shè)計不可或缺的重要部分。5.2滲流計算的方法及計算假定5.2.1滲流計算方法對于土石壩的滲流分析，一般采用的是水力學(xué)方法，根據(jù)本工程自身情況，可在壩體上選擇Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ以及Ⅲ-Ⅲ三個典型斷面進(jìn)行分析，并假定在任意斷面上各點的滲透坡降均相等，以達(dá)西定理近似解土壩滲流問題5.2.2滲流計算假定（1）滲透的水流是重力水，它的運動重力起決定作用；（2）土體為各向同性且飽和；（3）土體和滲流的水這個都是不能壓縮的，在滲流中土塊中孔隙的大小一直一樣；（4）滲流是層流運動，可以使用達(dá)西定律。5.3滲流計算本設(shè)計中壩基為不透水地基，壩的下游有棱體排水且壩下游有水。對于排水體上游表面與壩基面夾角符合的均質(zhì)土壩，當(dāng)下游有水時，浸潤線的坐標(biāo)軸移至下游水面和排水體上游邊坡相交點處，坐標(biāo)原點O即位于該點（圖5-1）。圖5-1滲流分析圖利用替代法，土壩的上游三角形楔體acb可用一個寬度為的矩形來代替，即從上游水位與上游壩坡交點a向上游方向量取水平長度得e點，自e點向下作垂線de，則傾斜坡面ba即可用垂直面de來代替，而壩體內(nèi)的浸潤線在計算時也可用來代替。求得浸潤線后，從上游水位與壩坡面交點a開始，垂直于壩坡面作一光滑曲線與計算的浸潤線相交（實際是相切）于點，則可得壩體內(nèi)實際的浸潤線（圖5-1）。替代寬度值：（5-3）有排水設(shè)備的均質(zhì)土壩在下游水深為時，滲流量和浸潤線的計算公式為：q=kH1?2H2y=式中k為壩體的滲透系數(shù)，這里取0.4×105.3.1正常蓄水位時的滲流計算正常蓄水位時，上游水深H1=43米，下游水深根據(jù)式（5-3）?L=根據(jù)式（5-4）單寬流量：q=根據(jù)公式（5-4）計算得壩體內(nèi)浸潤線坐標(biāo)如表6-2所示。表5-2正常蓄水位時浸潤線坐標(biāo)值x(m)0102030405060y(m)43.040.136.933.429.525.0設(shè)計洪水位時的滲流計算設(shè)計洪水位時，上游水深H1=42.5m，下游水深根據(jù)式（5-3）?L=根據(jù)式（5-4）單寬流量：q=根據(jù)公式（5-4）計算得壩體內(nèi)浸潤線坐標(biāo)如表5-3所示。表5-3設(shè)計洪水位時浸潤線坐標(biāo)值x(m)0102030405060y(m)42.539.636.5校核洪水位時的滲流計算校核洪水位時，上游水深H1=45m，下游水深根據(jù)式（5-3）?L=根據(jù)式（5-4）單寬流量：q=根據(jù)公式（5-4）計算得壩體內(nèi)浸潤線坐標(biāo)如表6-4所示。表5-4校核洪水位時浸潤線坐標(biāo)值x(m)0102030405060y(m)45.042.038.735.231.326.821.36.土石壩的穩(wěn)定分析6.1概述土石壩的壩體穩(wěn)定分析是在滲流分析的基礎(chǔ)上利用滲流計算所得的數(shù)據(jù)對土石壩壩體的穩(wěn)定進(jìn)行進(jìn)一步分析，并以此來判斷壩體設(shè)計是否合理，是初步設(shè)計中必不可少的一部分。在進(jìn)行計算時應(yīng)選擇施工期、穩(wěn)定滲流期和庫水位降落期三個特殊時期對其所對應(yīng)的最小安全系數(shù)進(jìn)行驗算，以此來判斷壩體是否穩(wěn)定。土石壩滑面實際形狀非常復(fù)雜，目前的研究還不夠。穩(wěn)定性計算通常采用滑動面簡化法和經(jīng)驗法。在工程上常假定它是一個圓形曲面。土石壩的穩(wěn)定性程度的分析，具體原理過程參照《水工建筑物（第5版）》5.4土石壩的問抵擋分析，其中（6-1）如K值小于1，則表示壩坡是不穩(wěn)定的；如K值大于1，則表示壩坡是穩(wěn)定的。因此，在一般情況下都應(yīng)使所設(shè)計的壩坡的穩(wěn)定安全系數(shù)K略大于1，即達(dá)到既保證安全又不浪費的目的。6.2計算工況與安全系數(shù)土石壩的穩(wěn)定性程度的分析是需要考慮穩(wěn)定滲流階段、水庫水位下降期兩種工程狀況。壩坡抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)的選擇可以比較下表6-1。表6-1壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)6.3穩(wěn)定分析基本原理及方法在本次設(shè)計中，采用瑞典圓弧法計算土石壩的穩(wěn)定，這種方法把復(fù)雜的滑動面化簡成圓弧形的面，滑動面上的土體分開為為好幾條土條，不計算土條之間的作用。假若考慮穩(wěn)定的影響的時候加進(jìn)地震，就要用極限狀態(tài)評價法，但在這個設(shè)計中不考慮土間力。a圖6-2土條的劃分和作用力圖土條的劃分：將坍滑土體劃分成數(shù)個相等寬度的土條，使得每個土條的寬度b等于圓弧半徑R的1/m，m常取為10，即b=R/m=0.1R，把每個土條都進(jìn)行編號，記在下面的表6-2。表6-2壩坡坡度與、、、值關(guān)系表根據(jù)表6-2，上游壩坡β1=27°，β2=36，R1=0.75H，R2土料的滑動面與其凝聚性正相關(guān)，本次土石壩設(shè)計選取滑動面與壩腳相交。坍滑土體中任一土條上的作用力有，土條自身的質(zhì)量，土條頂部的外部作用力，如果土條的兩側(cè)面在浸潤線以下，此時土條局部要承受水壓力，分別以和來表示，土條底部滑動面上的總凝聚力，如圖6-2b所示。根據(jù)公式（6-1）得（6-2）如果滑動面平行于浸潤線，則，當(dāng)壩坡面上無外部作用力時，則公式（6-2）可簡化為（6-3）式中：——第n個土條底面與水平線的夾角；——第n個土條的有效內(nèi)摩擦角；——第n個土條的有效凝集力。土條自重為（6-4）式中：，；，；，；，所表示的是特定含水量下的高度和重度。由于土條的寬度為，因此對于第n個土條，有（6-5）（6-6）對于滑動土體兩側(cè)的土條，其形狀接近于三角形，故可按三角形計算。若兩側(cè)土條的實際寬度為，則（6-7）（6-8）6.4穩(wěn)定分析計算（1）第一次嘗試算R=41.6m，b=5.2m。計算過程記入表6-3中。圖7-3正常蓄水位時上游壩坡穩(wěn)定分析圖a根據(jù)公式（6-3），6-3計算對應(yīng)于計算滑弧面的穩(wěn)定安全系數(shù)。符合穩(wěn)定要求。（2）第二次嘗試算R=38，b=3.6m。計算過程計入表7-4中。圖6-4正常蓄水位時上游壩坡穩(wěn)定分析圖b根據(jù)公式（6-3），表6-4計算對應(yīng)于計算滑弧面的穩(wěn)定安全系數(shù)。，符合穩(wěn)定要求。（3）第三次試算R=176m，b=17.6m。計算過程記入表6-5中。圖6-5正常蓄水位時上游壩坡穩(wěn)定分析圖c根據(jù)公式（6-3），表6-5計算對應(yīng)于計算滑弧面的穩(wěn)定安全系數(shù)。，符合穩(wěn)定要求。表6-3正常蓄水位時上游壩坡穩(wěn)定計算表a表6-4正常蓄水位時上游壩坡穩(wěn)定計算表b表6-5正常蓄水位時上游壩坡穩(wěn)定計算表c6.5穩(wěn)定綜合分析將上述三種情況的穩(wěn)定分析結(jié)果記入表6-12中表6-12穩(wěn)定分析成果表坡面分析工況滑動面半徑R（m）計算安全系數(shù)K規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)K上游壩坡正常蓄水位521.681.15471.51441.42下游壩坡正常蓄水位471.321.15491.12441.18校核洪水位471.371.15491.23431.30根據(jù)穩(wěn)定分析成果表可知，在穩(wěn)定滲流時期，上游壩坡正常情況，下游壩坡正常情況。壩坡安全系數(shù)在正常范圍以內(nèi)，所以設(shè)計合理。7.土石壩與壩基、岸坡及其他建筑物的連接壩體與壩基、岸坡及混凝土建筑物的結(jié)合處是土石壩的薄弱部位，容易受到水流侵蝕，嚴(yán)重情況會沖刷為裂縫，影響建筑物的穩(wěn)定。所以對結(jié)合面的處理必須嚴(yán)密，最好采用不透水的材料，必須保證不受水流滲入，保證大壩的后期穩(wěn)定運行。7.1壩體與壩基及岸坡的連接對于土質(zhì)壩基與岸坡的連接，第一步需要把連接處打理干凈，所有連接段的軟性土料，廢渣等都要清除，盡量把連接處得防滲體的面積做的大一點，同時厚度也要加厚，用料要選擇更不透水的材料。反濾層也需要調(diào)整的更優(yōu)良。在基巖表面進(jìn)行開挖回填的過程中，回填前需要在其表面涂抹鍍漿，以保證基巖處得滲流穩(wěn)定。在體布置時，所到連接處必須順暢，不能有明顯的波折。總體上，較下部平緩的話，變角不宜太明顯，一般控制在二十度以內(nèi)。為了保證大壩不產(chǎn)生裂縫，坡面的土壓力要略大于水流滲透壓力。7.2壩體與混凝土建筑物的連接與混凝土壩、溢洪道、涵管等建筑物的連接需要注意不能讓連接處表面水流直接沖刷，防止水流集中沖刷引起裂縫的產(chǎn)生，以及有害的滲流變形。本次土石壩采用的連接結(jié)構(gòu)是翼墻式。通常將連接處的土石壩壩體放大，并在連接處設(shè)置混凝土翼墻，將土石壩壩體包裹，也可在翼墻背面設(shè)置一道或數(shù)道刺墻，插入壩體內(nèi)。為使接觸面結(jié)合緊密，并具有良好的抗震性能，翼墻式連接可采用以下措施：a.混凝土擋土墻宜采用較緩的坡度，一般為1:0.5左右，不宜陡于1:0.25，使填土高度緩慢變化，避免出現(xiàn)裂縫；b.為避免混凝土和土兩種不同類型結(jié)構(gòu)地震時變形不協(xié)調(diào)，致使在結(jié)合部位脫開或產(chǎn)生間隙，應(yīng)盡可能增大接觸面積，將土石壩的防滲體適當(dāng)擴大c.結(jié)合部位數(shù)米范圍內(nèi)設(shè)置良好的反濾層，一旦出現(xiàn)裂縫可以自行愈合。8.溢洪道設(shè)計8.1工程布置本次設(shè)計樞紐工程中的擋水建筑物初定為土石壩，由于土石壩壩體自身無法過水，因此在樞紐工程中還應(yīng)單獨設(shè)計泄洪建筑物。根據(jù)壩址處的形資料可以得出：兩岸的山坡較為陡峭，如果采用溢洪道的泄水方式，在此處開挖會大幅度增加工程量以及工程投資，應(yīng)采用隧洞泄洪方式。進(jìn)口采用WES型實用堰的型式可最大程度避免地形條件的影響，且無需安裝過大的閘門，又能使泄洪過程滿足無壓要求，管理方便，經(jīng)濟(jì)適用。溢洪道控制段由溢流堰和兩側(cè)的連接結(jié)構(gòu)組成，這是一個以灌溉防洪工程為主的?。?）型工程，右岸巖石的滲水率只達(dá)到為0.001~0.01，采用實用堰。(1)實用堰剖面的設(shè)計溢流面由三部分組成：上曲線段、中直線段和反圓弧段1)確定定型設(shè)計水頭堰頂高程=83m；校核洪水位=86.00m；最大堰上水頭=86-83=3m；定型設(shè)計水頭：=（0.65~0.85）取=0.8m。2)確定堰剖面上游段各圓弧參數(shù)為：R1=0.5HR1=0.2HR1=0.04H下游段滿足方程：整理得：（9-3）對于WES型標(biāo)準(zhǔn)堰面，其大致范圍是：X=（-0.282~0.85）Hd，Y=(0~0.37)Hd，故因此x最大取0.6，相應(yīng)的y取0.22。(2)孔口設(shè)計①WES剖面的流量系數(shù)mm的值主要取決于、的值。Hd——設(shè)計水頭查表取值：m=0.504②溢流孔的設(shè)置為了調(diào)節(jié)水位和流量，在溢流堰頂上設(shè)溢流孔，兩孔之間設(shè)置閘墩，在與岸邊連接處設(shè)置邊墩，以便安設(shè)閘門。開敞式WES型實用堰的泄流能力公式：（9-4）式中：Q溢ε——閘墩側(cè)收縮系數(shù)，與墩頭形式有關(guān)，本設(shè)計取0.95；c——上游堰坡影響系數(shù)，取1；m——堰流系數(shù)，取0.49；σsH0g——重力加速度，取9.81；則溢流段凈寬度L為5.8m，為保證設(shè)計安全溢流段凈寬度取6m單寬流量q=令：溢流孔孔數(shù)n=1，則孔口寬b=5m，溢流段前緣總長L0=nb+(n-1)d（9-5）由于b為孔口寬度，d為中閘墩寬度取1.0m，邊墩寬度取2.0m，則溢流前緣總長為L0=1×5+1+2×2=10m單寬流量q=Q8.2泄槽由地形地質(zhì)平面圖上得出實用堰底到下游水位處的水平距離為12m，高差為3m，故初定泄槽縱坡i=3/12=0.25。因泄槽縱坡須大于臨界坡度，須對泄槽初定縱坡進(jìn)行驗算。對于矩形斷面泄槽臨界坡度計算公式（9-6）臨界水深和謝才系數(shù)按式（9-7）、式（9-8）計算將已知數(shù)據(jù)代入公式計算i因此應(yīng)地勢而建的縱坡為0.25的泄槽符合要求，故確定泄槽縱坡為0.25。(2)泄槽水力計算泄槽流段距離公式（9-9）（9-10）堰下收縮斷面處起始計算水深(9-11）起始斷面流速公式（9-12）水力半徑（9-13）式中：φ——考慮從進(jìn)口到計算起始斷面間沿程和局部阻力損失的流速系數(shù)，可取為0.95；q——斷面單寬流量；θ——泄槽底板和水平面夾角；H0——計算斷面渠底以上總水頭。試算法求的值=0.7m，=3m，cosθ=0.94，=3.7m，q=9.6取幾組值代入公式右邊得到的結(jié)果與比較，若不相等，則繼續(xù)取值代入公式進(jìn)行計算，直到等式兩邊的值相等。表9-2試算法求h1的值由此可取=2.26m今以=2.26m，=2.02m，求兩斷面之間的水平距離。v1=vR1RRα1vJ?=8.3出口消能段挑流消能是在泄水建筑物的出口處設(shè)置挑流鼻坎，將急速下泄的水流拋向空中，然后自由落入離建筑物較遠(yuǎn)處的河床。本挑流消能的鼻坎型式采用連續(xù)式挑流鼻坎。鼻坎挑射角度越大，挑射距離越遠(yuǎn)。本鼻坎挑射角度為20o。鼻坎反弧半徑R一般采用（6~12）h，h為鼻坎上水深。本鼻坎反弧半徑R取1.2m。鼻坎坎頂高程高出下游最高水面1~2m，取45.5m。水舌挑射距離估算公式為故L=19.81沖刷坑深度計算公式為（9-