水利水电工程毕业论文

水利水电工程毕业论文题目均质土坝枢纽建筑物 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 学院工学院专业水利水电工程目录1摘要1关键词1Abstract1Keywords2绪论21基本资料21.1地形地质21.1.1地形21.1.2库区工程地质条件31.1.3坝址区工程地质条件31.1.4坝址区其他建筑物31.2水文与水利规划31.2.1气象41.1.2水文分析51.2.3水利计算71.3建筑材料及筑坝材料技术指示的选定71.3.1土料81.3.2砂砾料81.3.3石料81.3.4筑坝材料技术指标的选定91.4工程效益91.5施工条件91.5.1施工地区气象与水文条件101.5.3当地建筑材料:土料101.5.4施工地区对外条件101.5.5工作日分析102枢纽布置102.1工程等级确定102.2坝轴线的选择102.3坝型选择102.3.1地质条件112.3.2水文条件112.3.3筑坝材料112.3.4坝型比较122.4枢纽布置133坝工设计133.1坝体剖面设计133.1.1坝顶高程的确定133.1.2坝顶高程计算173.3坝顶宽度确定173.4坝坡选定183.5马道183.6坝体排水184渗流分析184.1渗流分析的目的194.2分析内容194.3渗流分析方法204.4渗流计算204.4.1正常蓄水位时的渗流分析214.4.2设计洪水位时的渗流分析214.4.3校核洪水位时的渗流分析224.5渗流分析225稳定分析225.1计算工况与安全系数235.2稳定分析基本原理及方法235.2.1最危险滑弧圆心范围的确定245.3稳定分析计算245.3.1上游为正常蓄水位的下游坝坡稳定计算305.3.2上游为校核洪水位时下游坝坡稳定分析355.3.3上游为设计洪水位时上游坝坡稳定计算395.4稳定综合分析406坝体细部构造406.1坝顶406.2护坡406.3排水结构416.4反滤层436.5坝坡排水437溢洪道设计437.1概述437.2溢洪道的线路和选型447.3溢洪道引水渠447.4溢流堰控制段447.4.1溢流堰的形式447.4.2初步拟定溢流堰孔口净宽477.5泄槽设计477.5.1泄槽的平面布置及纵、横剖面517.5.2收缩段、扩散段和弯曲段设计517.5.3掺气减蚀527.5.4边墙高度确定527.5.5泄槽的衬砌537.6溢洪道消能设计548坝基处理548.1地基处理的主要要求548.2地基的处理548.3岸坡的处理55参考文献56致谢均质土石坝枢纽建筑物设计123456（甘肃农业大学工学院水利水电工程专业）摘要：适当修建大坝可以实现一个流域地区发电、防洪、灌溉的综合效益。通过对青龙河地形地质、水文资料、气候特征的分析，结合当地的建筑材料，设计适合的枢纽工程来帮助流域地区实现很好的经济效益。根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄洪建筑物尺寸；通过分析，对可能的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；详细作出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；对泄水建筑物进行设计，选择建筑物的形式、轮廓尺寸，确定布置方案。水库配合下游河道整治等措施，可以很大程度的减轻洪水对下游城镇、厂矿、农村、公路、铁路以及旅游景点的威胁；可为发展养殖创造有利条件。关键词：坝工设计；渗流分析；稳定分析；溢洪道设计；基础处理。Homogeneousearthdampivotbuildingdesign123456(InstituteofwaterconservancyandHydropowerEngineeringofGansuAgriculturalUniversity)Abstract:Appropriateconstructionofdamcanbeachievedinabasinareaofpowergeneration,floodcontrol,irrigationbenefit.Driverislocatedinourcountrysouthwest,throughtoitsgeological,hydrologicaldata,climateanalysis,combinedwiththelocalbuildingmaterials,designsuitablefortheprojecttohelptheregiontoachievegoodeconomicbenefit.Accordingtotherequirementoffloodcontrol,floodregulationcomputationofreservoir,todeterminethecrestelevationandreleasefloodwatersbuildingsize;throughtheanalysis,onthepossibleoptions,determinethehubofthebuildingform,dimensionsandwaterconservancyhublayoutplanmadeindetail;damdesign,throughthecomparison,determiningbasicprofilesanddimensions,makethefoundationtreatmentschemeandthedambodystructure,hydraulic,staticcalculationofoutletstructures;design,choiceofbuildingform,outlinedimensions,todeterminethelayoutscheme,makedetailstructure,hydraulic,staticcalculation.Reservoirwithriverregulationmeasures,cangreatlyreducethefloodonthedownstreamtowns,factoriesandmines,rural,highway,railwayandthetouristattractionsofthethreat;createfavorableconditionsfordevelopmentofaquaculture.Keywords:Damdesign；Seepageanalysis;stabilityanalysis;spillwaydesign;foundationtreatment绪论毕业设计的任务是把学生在专业主要课程内容所获得的知识加以系统化、巩固、扩大、深入，培养学生独立解决本专业技术问题的能力及培养自学能力，培养学生的设计计算，编写说明书和绘图能力。基本原则是：设计应满足功能要求，并力求经济、安全、施工便利和美观，根据可能的和合理的方案进行技术经济比较来选定建筑物的型式、材料、布置。设计时注意的事项是：以严肃的态度对待资料，不自行修改或增减，一切必要的补充或修改必须征得指导教师的同意。本此设计包括：枢纽布置，坝体剖面设计，渗流、稳定分析，细部构造设计以及溢洪道设计，地基处理等章节。根据基本资料中的地质、水文资料确定坝址、坝型，根据工程的用途以及地形条件进行枢纽总体布置。由水文，气象资料初步拟定坝体剖面后，经过渗流分析，稳定分析后验证坝体的稳定性性指标。之后对坝体细部构造设计，满足大坝的功能要求。土石坝的坝顶是不容许过水的，因此必须设置独立的泄水，本设计采用正槽式溢洪道，布置在河道的左岸。在完成设计过程中主要参考了《水工建筑物》，SL274-2001《碾压式土石坝设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》，在张老师的精心指导下完成本次设计。1基本资料1.1地形地质1.1.1地形地质见1:2000坝址地形图。1.1.2库区工程地质条件水库位于高山区，构造剥蚀地形。青龙河侵蚀能力较强，沿河形成不对称河谷，由于构造运动影响，河流不断下切，形成岸边阶地、陡岸。流域内地形北高南低，平均高程与500m，最高峰海拔1680m。河道蜿蜒曲折，河谷宽度400~100m不等，河道比降1/400~1/600。库区两岸基岩出露高程大部分在200米左右，库区左岸非可溶性岩层分布广泛，其中主要由绢云母、千枚岩、石英、砂质页岩组成。透水性较小，也没有发现沟通库内外的大断层。库区可溶性岩层分布于青龙河右岸，从隔水层分布、熔岩发育情况分析，水库蓄水后向邻近河流渗透的可能性很小。经过对库区断层的分析，水库向外流域及下游渗漏的可能性很小。库区外岩层抗风化作用较强，库岸基本上是稳定的。青龙河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区亦未发现重要矿产。1.1.3坝址区工程地质条件本区地震基本裂度为六度，建筑物按七度设防坝址位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向青龙河上游，两岸山体较厚。河床宽约300米，河床地面高程85m，河床砂卵石覆盖层平均厚度5—7米，渗透系数K=1×10-2厘米/秒。水库坝址选在青龙河下游的山谷河段上，共选出2条坝线，经过比较，确定第一坝线，出露岩性为大红峪组石英砂岩与板状粉细砂岩互层，岩石坚硬、构造简单、渗透性小。坝址区为剥蚀——中低山地形，河流经坝址处急转弯向北流向下游，由于受乔麦岭背斜控制，岩层倾向上游，呈单斜构造状。坝线区河谷较为开阔。右岸下游形成半岛状，因河流侧向侵蚀，使右岸形成陡壁，近于直立，已查明的小段层有6-7条，软弱夹层有13条；左岸山坡平缓，覆盖着31m厚的山麓堆积物，有断层一条。河床坝基岩石构造较为发育，开挖揭露出断层40余条，其中相对较大的有10多条。1.1.4坝址区其他建筑物溢洪道上坝线溢洪道位置岩性主要为坚硬的细砂岩，其中软弱层多为透镜体，溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的，下坝线溢洪道堰顶高程750米，基础以下10米左右为砂质页岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水性大，对建筑物安全不利。1.2水文与水利规划1.2.1气象根据资料统计，青龙河流域属季风型大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。多年平均气温约10℃，年绝对最低气温为-29.2℃，最高气温为38.7℃，月平均温度变化较大，离坝址较远的迁安站实测最高气温39℃。多年平均降雨量为700mm，且多集中在夏季七、八月份。全年无霜期约180天，结冰期约120天，河道一般在12月封冻，次年三月上旬解冻，冻层厚0.4—0.6m，岸边可达1.0m。多年平均最大风速23.7m/s，水库吹程为3km。1.1.2水文分析1.1.2.1洪水青龙河洪水由暴雨形成，据统计七～八月发生最大洪峰流量的机会占88%，而且年际变化很大，实测最大洪峰流量为2200秒立米(1962年)，最小洪峰流量184秒立米(1965年)，相差12倍，流域洪水峰高、历时短，陡涨陡落。一次洪水持续时间一般3—5天。1.1.2.2年来水量青龙河流域年径流由年降雨产生，年径流在地区与时间上分布与年降雨量基本一致，但年际间变化悬殊，实测径流资料1929—1983年共35年资料中丰水年1961年达21.34×104m3，枯水年1965年仅16.77×104m3，相似枯水年连续发生，多年平均径流量9.6×108m3。实测径流资料如表1-1所示。考虑到流域内人类活动对产流的影响，分别对未来规划年2000年和2020年流域内耗水量进行了预测，得到个规划年的径流系列，如表1-1所示。根据径流年内和年际变化特征，分别选择1986年，2000年和2020年为设计水平年。表1-1实测径流表 年份 天然 1986年 2000年 2020年 年份 天然 1986年 2000年 2020年 1929 11.099 10.9 10.495 10.244 1957 2.932 2.733 2.357 2.16 30 21.229 21.03 20.625 70.383 58 4.398 4.199 3.805 3.603 31 4.729 4.530 4.125 3.864 59 19.860 19.85 19.240 18.995 32 6.181 5.982 5.593 5.396 60 4.664 4.465 4.066 3.869 33 7.572 7.373 7.015 6.818 61 3.425 3.226 2.821 2.583 34 16.774 16.575 16.17 15.944 62 18.193 17.994 17.589 17.35 35 9.027 8.828 8.429 8.239 63 3.682 3.483 3.078 2.817 36 2.114 1.915 1.510 1.303 64 13.406 13.207 12.802 12.566 37 12.986 12.787 12.382 12.121 65 4.328 4.129 3.734 3.537 38 15.431 15.232 14.827 14.566 66 10.480 10.281 9.876 9.165 39 10.896 10.697 10.292 10.071 67 6.168 5.969 5.564 5.346 40 4.209 4.010 3.606 3.253 68 2.624 2.423 2.023 1.826 41 3.340 2.141 1.736 1.528 69 18.517 18.318 17.943 17.682 42 9.824 9.625 9.220 8.959 70 4.974 4.775 4.370 4.145 43 12.487 12.288 11.882 11.622 71 3.108 2.909 2.519 2.322 44 4.725 4.526 1.121 3.860 72 3.428 3.229 2.824 2.627 45 7.222 7.023 6.618 6.357 73 9.315 9.116 8.711 8.450 46 8.372 8.173 7.768 7.507 74 9.105 8.906 8.501 8.261 47 8.186 8.024 7.759 7.487 75 10.089 9.785 9.067 9.278 48 8.235 8.036 7.631 7.370 76 11.324 11.125 10.720 10.459 49 37.022 36.803 36.398 36.137 77 21.34 21.141 20.726 20.475 50 7.511 7.312 6.907 6.646 78 13.057 12.858 12.453 12.192 51 5.565 5.386 4.961 4.738 79 10.119 9.920 9.519 9.251 52 6.362 6.163 5.758 5.559 80 2.233 2.034 1.645 1.448 53 17.917 17.718 17.313 17.054 81 1.736 1.537 1.148 0.951 54 14.976 14.777 14.372 14.111 82 1.891 1.692 1.298 1.118 55 13.690 13.491 13.086 12.825 83 2.091 1.892 1.517 1.320 56 7.996 7.797 7.392 7.131 84 1.1.2.3年输沙量青龙河流域植被较好，泥沙来源在地区分布和洪水分布上一致。主要是土门子与某之间，其间来沙量约占某以上总输沙量的95%以上，而汛期输沙量又集中在几次特大洪水上。年际间泥沙量的变化悬殊。由统计分析得知，某站多年平均淤沙量为389t,多年平均含沙量为4.0kg/m3，多年平均侵蚀模数为762.8t/km2。从泥沙的组成情况来看，泥沙颗粒较粗，中值粒径为0.075mm，淤沙浮容重0.9t/m3，内摩擦角为12度。1.1.2.3水文分析成果表表1-2水文分析成果表 序号 姓名 单位 数量 备注 1 利用水文系列年限 35 2 代表性流量 多年平均流量 立米/秒 30.5 调查历史最大流量 立米/秒 3400 设计洪水洪峰流量(P=1%) 立米/秒 3600 校核洪水洪峰流量(P=0.1%) 立米/秒 5200 保坝洪水洪峰流量(P=0.01%) 立米/秒 7600 3 洪量 设计洪水洪量(P=1%) 亿立米 6.5 五天 校核洪水洪量(P=0.1%) 亿立米 8.2 五天 4 多年平均年径流量 亿立米 9.6 5 多年平均输沙量 吨 431 1.2.3水利计算水文水利规划成果如下：(Ⅰ)死水位选择为尽可能增加自流灌溉面积，并使电站水头适当加高，力求达到电源自给以及为今后水库淤积留有余地。按二十年淤积高程，选定死水位104m。(Ⅱ)调节性能的选定灌溉保证率选取P=75%，水库上游来水，首先满足灌区工农业用水，电站则利用余水发电，从年调节和多年调节两方案的水电量利用系数和坝高都相差不大，但是多年调节性能的水库能提供的电量和装机利用小时都较年调节性能水库提高20%。故确定该水库为多年调节性能水库。(Ⅲ)兴利水位的确定原则和指标根据青龙河洪水特性，汛期限制水位在七、八月定为140.5米。七、八月以后可重复利用一部分防洪库容蓄水兴利以不降工程防洪 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，以防洪兴利兼顾为原则，确定九、十月限制水位，提高为136.2米汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超超过百年设计洪水位考虑，确定汛末兴利水位为141米。(Ⅳ)防洪运用原则及设计洪水的确定某水库属一级工程。水库大坝建筑物按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核。由于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响，故用万年一遇洪水作非常保坝标准对水工建筑物进行复核。调洪运用原则：入库洪水为百年一遇时，为提高下游河道的电站、桥梁等建筑物的防洪标准，水库控制下流量为2000秒立米。当入库洪水为千年一遇时，溢洪道单宽流量以70每秒立米控制泄流。当入库洪水为万年一遇时，按上述原则操作，即库水位接近校核水位时，水库水位仍继续上涨，为确保大坝安全，溢洪道敞开洪，允许溢洪道局部破坏。(Ⅴ)水库排沙和淤沙计算某水库回水长25公里，河道弯曲，河床比降为2.2%，河床宽300米左右，是个典型的河道型水库。水库利用异重流排沙。在蓄水过程中，只能用灌溉、发电有盈余水进行排沙，经计算，多年平均排沙量只占5.2%，94.8%的泥沙都要淤积在库区内侵占兴利库容。淤沙高程为97.6m，堆沙库容为1.66×108m3。(Ⅵ)水库工程特征值A.枢纽下泄流量及相应下游水位水库上游设计洪水位为142.0m，相应下游水位为92.0m，库容为8.32×108m3，溢流坝相应的泄量为1024m3/s；上游校核洪水位为143.3m，相应下游水位为92.4m，库容为8.70×108m3，溢流坝相应的泄量为1159m3/s；上游正常蓄水位为141m（与汛限水位同高），相应下游水位为86.1m；死水位为90.0m，相应的库容为0.78×108m3；表1-3水库技术经济指标表 序号 名称 单位 数量 备注 1 水库水位 校核洪水位(P=0.01%) 米 考虑淤积20年 设计洪水位(P=1%) 米 考虑淤积20年 兴利水位 米 考虑淤积20年 汛限水位 米 考虑淤积20年 死水位 米 考虑淤积20年 2 水库容积 总库容 亿立米 5.05 校核洪水位 设计洪水位库容 亿立米 4.63 序号 名称 单位 数量 备注 防洪库容 亿立米 14.93 兴利库容 亿立米 其中共用库容 亿立米 死库容 亿立米 3 库容系数 % 4 调节特性 多年 1.3建筑材料及筑坝材料技术指示的选定当地天然建筑材料分布在坝址地区上、下游河滩及两岸阶地。其中，土料主要分布在庄窝、土谷子等七处，沙砾卵石料主要有南杖子、某等八处，各料厂的材料物理性质基本满足要求，可做大坝混凝土骨料及拱围堰。1.3.1土料坝址上、下游均有土料场，储量丰富，平均运距小于1.5公里，根据155组试验成果统计，土料平均粘粒含量为26.4%，粉粒55.9%，砂粉17.6%，其中25%属粉质粘土，60.7%属重粉质壤土，14.3%属中粉质壤土，平均塑性指数11.1，比重2.75。最大干容重1.67吨/立米，最优含水量20.5%，渗透系数0.44×10-6厘米/秒。具有中等压缩性，强度指标见下页表。1.3.2砂砾料主要分布在河滩上，储量为205万立米，扣除漂石及围堰淹没部分，可利用的约100—151万立米，其颗粒级配不连续，缺少蹭粒径，根据野外29组自然坡度角试验，34组室内试验分析，统计成果如下：自然么重1.87吨/立米，软弱颗料含量2.64%。不均匀系数561颗，颗组成见表1-4：表1-4颗料组成(毫米)% <200 <80 <40 <20 <5 <2 <1 <0.5 <0.25 <0.5 83.7 74.2 57.7 46.2 38.6 34.6 32.8 29.7 24.7 4.9砂的储量很少，且石英颗料少，细度模数很低，不宜作混凝土骨料，砂(D<2毫米)的相对紧密度为0.895。1.3.3石料坝址区石料较多，储量可满足需要，溢洪道、导流洞出碴也可利用。沙石料厂设在水库下游13km的鹿尾山，大杨庄、薛庄，总储量1176万m3.1.3.4筑坝材料技术指标的选定本工程经过试验，并参考有关文献资料及其他的工程的 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 ，最后选定其筑坝材料的各项技术指标见表1-5。表1-5筑坝材料强度指标表 筑坝材料名称 比重 容重(kg/cm) 孔隙率N 内摩擦角 内凝力C(kg/cm3) 渗透系数K(cm/S) 初孔隙压力系数B EMBEDEquation.3 施工期 稳定渗流期 水位降落 总应力 有效应力 有效应力 有效应力 坝体土料 2.75 1.65 1.98 2.04 10 22 23 23 0.2 1×10-6 0.3 坝体砂砾料 1.80 2.10 31 1×10-2 坝体堆石 2.7 1.80 2.05 0.33 40 坝基砂砾料 1.80 31 1×10-2 黄土地基 1.60 1.91 2.02 20 1×10-5 筑坝土料统计国外9座粘料含量20—30%的高坝=21°，C=0.4公斤/厘米2左右，国内建国初期建成的坝选用指标一般较低，但近期建成的坝一般在25℃左右初始孔隙水压力系数一般在0.3—0.4。我国岳城水库施工期采用0.21。据此采用的技术指标见下表。砂砾料的强度指标，试验结果与实际出入较大，统计国内12座水库资料，平均值在32°以上，特别是最近建成的横山=38°—39°；毛家村=37°，美国“土与土石坝”一书推荐，当相对紧密度D>0.7时，=34°—35°，鉴于本地砂砾料级配不好，故选用=310。堆石指标一般值在39°～45°之间，统计国外9座砂岩地区筑坝石料平均值为39.1°，我国狮子滩堆石坝试验为36°～45°，取用39°50ˊ，故本工程取用值40°。左岩黄土台地(Q2)压缩系数SS=0.025，起始孔隙比e0=0.725，平均料径D50=0.1mm。如表1-6所示。表1-6坝体土料的压缩曲线(r=2.65kg/cm2),平均料径d50=0.1mm。 P(kg/cm2) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0.665 0.645 0.632 0.612 0.593 0.575 0.528 0.520 0.503 0.500 0.489 0.4801.4工程效益该水库建成后能收到灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人蓄吃水等多方面效益，是一座综合利用的水库。一期建成，可谓秦皇岛是提供工农业、城市用水1.82亿m3,可使滦河中下游地区120万亩农田灌溉用水得到不同程度的改善和补充。二期建成，可调节水量5.67亿m3,年均发电量9330亿kwh，可全面解决冀东钢铁基地建设用水。1.5施工条件1.5.1施工地区气象与水文条件该水库没有建立水文气象站，根据气象站1958年至1963年、1970年至1972年共9年资料，分析最高气温29.1℃(6月)，最低气温-14.3℃(1月)，多年平均日气温4—24℃，历年各月气温特征值如下表1-7：表1-7气温特征值表 项目 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 多年平均日气温 4.5 1.1 4.6 11.3 18.1 21.7 23.6 21.7 16.4 10.3 18.9 2.1 多年最高日气温 4.6 7.2 17.0 22.2 25.0 29.1 23.0 26.5 30.1 22.4 18.9 38.1 多年最低日气温 14.3 0.0 5.8 1.0 3.1 10.5 18.9 14.4 1.9 1.9 0.7 10.01.5.3当地建筑材料:土料根据当地建筑材料调查报告，土料场有五个。根据试井及土钻孔情况，从1:2000地形图，初步计算四个土场的蕴藏量2248.6万立米，为设计总量的4倍多。1.5.4施工地区对外条件水库距卢龙县35Km,新建公路至工地，交通方便。施工用电青龙山双山子变电所架设110kv输电线路供电，电力保障可靠。1.5.5工作日分析根据沁水县1958年—1963年和1970年—1972年九年降雨气温资料，参考其它土坝水库气温，降雨停工标准，土料、砂砾料、石方、混凝土工程施工工作日确定如表1-8：表1-8工程施工工作日表 类别 土料 砂砾 隧洞石方 混凝土 一般石方 工作日(天/年) 253 307 302 250 2922枢纽布置2.1工程等级确定根据资料可知，大坝为2级建筑物，正常应用洪水为100年一遇，非常运用洪水为1000年一遇。辅助建筑物按Ⅲ级设计，临时建筑物按Ⅳ级设计。2.2坝轴线的选择坝轴线选择时，根据地形、地质、工程规模及施工条件、经济条件和技术综合分析比较来选定。选在河谷的狭窄段，这样坝轴线短，工程量小，但要综合考虑对于两岸坝段要有足够宽度和高度。坝基和两岸山体无大的不利构造问题，岩石应较完整，并应将坝基置于透水性小的坚实地层或厚度不大的透水层地基上。坝址附近有足够数量符合设计要求的土、砂、石料且便于开采运输。2.3坝型选择2.3.1地质条件库区两岸基岩出露高程大部分在200米左右，库区左岸非可溶性岩层分布广泛，其中主要由绢云母、千枚岩、石英、砂质页岩组成。透水性较小，也没有发现沟通库内外的大断层。库区可溶性岩层分布于青龙河右岸，从隔水层分布、熔岩发育情况分析，水库蓄水后向邻近河流渗透的可能性很小。经过对库区断层的分析，水库向外流域及下游渗漏的可能性很小。库区外岩层抗风化作用较强，库岸基本上是稳定的。青龙河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，且库区亦未发现重要矿产。2.3.2水文条件根据资料统计，青龙河流域属季风型大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。多年平均气温约10℃，年绝对最低气温为-29.2℃，最高气温为38.7℃，月平均温度变化较大，离坝址较远的迁安站实测最高气温39℃。多年平均降雨量为700mm，且多集中在夏季七、八月份。全年无霜期约180天，结冰期约120天，河道一般在12月封冻，次年三月上旬解冻，冻层厚0.4—0.6m，岸边可达1.0m。2.3.3筑坝材料2.3.3.1土料坝址上、下游均有土料场，储量丰富，平均运距小于1.5公里，根据155组试验成果统计，土料平均粘粒含量为26.4%，粉粒55.9%，砂粉17.6%，其中25%属粉质粘土，60.7%属重粉质壤土，14.3%属中粉质壤土，平均塑性指数11.1，比重2.75。最大干容重1.67吨/立米，最优含水量20.5%，渗透系数0.44×10-6厘米/秒。具有中等压缩性。2.3.3.2砂砾料主要分布在河滩上，储量为205万立米，扣除漂石及围堰淹没部分，可利用的约100—151万立米。砂的储量很少，且石英颗料少，细度模数很低，不宜作混凝土骨料，砂(D<2毫米)的相对紧密度为0.895。2.3.3.3石料坝址区石料较多，储量可满足需要，溢洪道、导流洞出碴也可利用。沙石料厂设在水库下游13km的鹿尾山，大杨庄、薛庄，总储量1176万m3.2.3.4坝型比较重力坝：结构作用明确，设计方法简便，安全可靠，对地形、地质条件适性强，枢纽泄洪问题容易解决，便于施工导流，施工方便。但其缺点是：坝体剖面尺寸大，材料用量多，坝体应力较低，材料强度不能充分发挥，坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力大，对稳定不利，坝体体积大，在浇筑混凝土时，需要有较严格的温度控制。拱坝：对地形的要求是左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷各段。坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。该坝段左右两岸不对称分布，不适宜修建拱坝。土石坝：对地质的要求：河谷两岸的岩基必须能承受由拱端传来的推力，要在任何情况下都能保证稳定，不致危害坝体的安全。理想的地质条件是：基岩比较均匀、单一，坚固整齐，有足够的强度，透水性小，能抵抗水的侵蚀，耐风化，岸坡稳定、没有大断裂。土石坝的优点是可以就地取材，就近取材。节省大量水泥、木材和钢材。减少工地的外线运输量，能适应不同的地形、地质和气候条件。大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝建设的发展。通过以上比较，综合考虑工程施工的经济、安全、便利等因素，所以此处修建土石坝可行。影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形地质条件、气候条件、坝基处理、抗震要求等。本设计限于资料制作定性分析确定土石坝坝型选择。均质坝材料单一，施工简单，且有足够适宜的土料来做均质坝。综合考虑,选择修建均质土石坝的方案。2.4枢纽布置枢纽布置做到安全可靠，经济合理，施工互不干扰，管理运用方便。高、中坝和地震区的坝，不得采用布置在非岩石地基上的坝下埋管型式，低坝采用非岩石地基上的坝下埋管时，必须对埋管周围填土的压实方法，可能达到的压实密度及其抵抗渗透破坏的能力能否满足要求进行保证。枢纽布置要考虑建筑物开挖料的应用。土石坝枢纽通常包括拦河坝、溢洪道、泄洪洞输水或引水洞及水电站等，应通过地形地质条件以及经济和技术等方面来确定。坝址选在地形地质有利的地方，使坝轴线较短，库容较大，淹没少。附近有丰富的筑坝材料，便于布置泄水建筑物。在高山深谷区常将坝址选在弯曲河段，把坝布置在弯道上，利用凸岸山脊抗滑稳定和渗透稳定，并采取排水灌浆等相应加固措施，尽量避免将坝址选在工程地质条件不良的地段。如活断层含形成整体滑动的软弱夹层，以及粉细砂、软粘土和淤泥等软弱地基上。根据枢纽布置原则：枢纽中的泄水建筑物应做到安全可靠、经济合理、施工互不干扰、管理运用方便。枢纽中的泄水建筑物应满足设计规范的运用条件和要求。选择泄洪建筑物形式时要优先考虑采用开敞式溢洪道为主要泄洪建筑物。泄水引水建筑物进口附近的岸坡应有可靠的防护措施。应确保泄水建筑物进口附近的岸坡的整体稳定性和局部稳定性。当泄水建筑物出口消能后的水流冲刷下游坝坡时，要比较调整尾水渠和采取工程措施保护坝坡脚的可靠性和经济性，可采取其中一种措施，也可同时采用两种措施。对于多泥沙河流，要考虑布置排沙建筑物，并在进水口采取放淤措施。溢洪道选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点，宜选用地质条件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂砾石适于作为水闸地基，尽量避免淤泥质土和粉砂、细砂地基，必要时应采取妥善处理措施。从地质地形图可知坝体左岸地质条件好，且有天然的石料厂，上下游均有较缓的滩地，两岸岩体条件好，施工起来更快捷更经济合理。因此，溢洪道修建于右岸山坡上。由于闸址段地形条件好，所以采用正槽式溢洪道。3坝工设计3.1坝体剖面设计3.1.1坝顶高程的确定由基本资料可知，该流域多年平均最大风速23.7m/s,水库吹程为2km。3.1.2坝顶高程计算坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，按以下四种计算条件计算，取其大值：①设计洪水位加正常运用条件的坝顶超过；②正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；③校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；④常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加高。坝顶超高d按式（3-1）计算，对于特殊的重要工程，可取d大于计算值。d=R+e+A（3-1）式中：R为波浪在坝坡上的设计爬高，m；e为风浪引起的坝前水位雍高，m；A为安全加高，m，根据坝的级别按表3-1选用，其中非常运行条件（a）适用于山区、丘陵区，非常运行条件（b）使用于平原区、滨海区。式（3-1）中R和e的计算公式多很多，重要是经验半经验性的，适用于一定的条件，可按SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》推荐的计算公式确定。涉及的坝顶高程是针对坝沉降以后的情况而言的，因此，竣工时的坝顶高程应预留足够的沉降量。根据以往工程经验，土石坝预留沉降量一般为坝高的1%。表3-1土石坝安全加高单位m 坝的级别 1 2 3 4、5 正常运用条件 1.50 1.0 0.7 0.5 非常运用条件（a） 0.70 0.5 0.4 0.5 非常运用条件（b） 1.00 0.7 0.5 0.5e=（3-2）式中：e-----的风雍高度D------水面吹程g-----重力加速度h-----延水库吹程方向平均水域深度v-----计算风速β-----计算风向与坝轴线法线的夹角（。），取为0度-K----综合摩阻系数，取3.6×10正常情况：e===0.022m非正常情况:e=e===0.005m由官厅水库公式：h=.0166vD（3-3）l=10.4h（3-4）初拟m=3,用=（3-5）式中：-----平均波浪爬高；m------单坡坡度系数；---斜坡的造率渗透系数，根据护坡类型由表3-2查的；---经验系数，根据表3-3查的.正常运用情况下：==1.28=1.01非正常运用情况下：==0.63=1.0查表3-2本设计采用砌石护坡，=0.80表3-2造率及渗透性系数 护坡类型 光滑不透水护面 1.00 混凝土或混凝土板 0.90 草皮 0.85～0.90 砌石 0.75～0.80 抛填两层块石（不透水基础） 0.60～0.65 抛填两层块石（透水基础） 0.50～0.55表3-3经验系数 ≤1 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 ≥5.0 1.00 1.02 1.08 1.16 1.22 1.25 1.28 1.30平均爬高：（3-6）正常运用情况：=EMBEDEquation.3=EMBEDEquation.3=1.31非正常运用情况：h=EMBEDEquation.3=EMBEDEquation.3=0.61平均周期：=4.438（3-7）正常运用情况：T=4.438=4.438=5.08非正常运用情况：T=4.438=4.438=3.47平均波长：正常运用情况：v=47.4m/sD=3km代入式（3-3）、（3-4）得h===2.98ml===24.9m==5.56>0.5为深水波=1.56=40.26m非正常运用情况：v=23.7m/是D=3km代入式（3-3）、（3-4）得h=1.25ml=12.4m==11.56>0.5为深水波=1.56=18.78m计算波浪爬高正常运用情况：h=142.0-85=57m==0.023查表3-4得：=2.23非正常运用情况：143.3-85=58.3m==0.01<0.1查3-4得：=2.23表3-4不同累计频率下的爬高与平均爬高比值（） 0.1 1 2 4 5 10 14 20 30 50 <0.1 2.66 2.23 2.07 1.10 1.84 1.64 1.53 1.39 1.22 0.96 0.1～0.3 2.44 2.08 1.94 1.80 1.75 1.57 1.48 1.36 1.21 0.97 >0.3 2.13 1.86 1.76 1.65 1.61 1.48 1.39 1.31 1.19 0.99.=正常运用情况：=1.31m=4.026m==1.86m非正常运用情况：=0.61m=18.78m==0.86m故正常运用情况：R=2.231.86=4.15m非正常运用情况：R=2.230.86=1.92m综合以上可以得到：=R+e+A=4.15+0.022+1.0=5.172m=R+e+A=4.15+0.022+1.0=2.425m坝顶高程计算计入表3-5中表3-5坝顶高程计算表 波浪爬高R 风雍高度e 安全超高A 地震波浪高度 水位(m) 坝顶高程(m) 设计洪水位 4.15 0.002 1.0 - 142.0 147.172 正常蓄水位 4.15 0.002 1.0 - 142.0 146.172 校核洪水位 1.92 0.005 0.5 - 143.3 145.725 正常蓄水位 1.92 0.005 0.5 0.5 141.0 143.925由以上可得坝顶高程为147.172m。由平面布置图可知坝址处河床高程为84.0m,向下开挖7m清除砂卵石覆盖层后期高程为77.0m，则坝高为147.2-77.0=70.2m，考虑到要预留1%的沉降里，则坝高为70.2（1+1%）=70.9m，取坝高为71.0m，坝顶高程为148.0m。3.3坝顶宽度确定坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和地震等方面的要求综合考虑确定。SL274-200《碾压式土石坝设计规范》规定：高坝坝顶可选10～15m，中、低坝坝顶可选5～10m。该设计大坝坝高71m属于高坝，坝顶高度拟定为12m.3.4坝坡选定坝坡坡率关系到坝体稳定以及工程量大小。上游坝坡长期处于饱和状态，加之水库水位有可能快速下降，是坝坡稳定处于不利地位，故其坡率比下游坡率缓。粘性土料的稳定坝坡为一曲面，上不破窦，下部坡缓，所以用粘性土料做成的坝坡，常沿高度分成数段，每隔10～30m，从上而下逐段放缓相邻坡率差值取0.25或0.5.由粉土、砂、轻壤土修建的均质坝，透水性较大，为了保持渗流稳定，适当放缓下游坡度。当坝基或坝体土料延坝轴线分布不一致时，分段采用不同坡率，在各段过渡区，使坝坡缓慢变化。上下游边坡比见表3-6表3-6上下游边坡比 坝高(m) 上游 下游 〈10 1：2～1：2.5 1：1.5～1：2 10～20 1：2.25～1：2.75 1：2～1：2.5 20～30 1：2.5～1：3 1：2.25～1：2.75 〉30 1：3～1：3.5 1：2.5～1：3该坝坝高71m，上游坝坡为1:2.75、1:3.0、1:3.25，下游坝坡1:2.25、1:2.5。如图3-1所示。3.5马道为防止坝面冲刷，同时便于交通、检测、观测维修并且有利于坝坡稳定，沿高程每隔10～30m设置一条马道，其宽度不小于1.5m，马道设在边坡坡度变化处。该坝在上下游每隔25m设置一条马道，其宽度为2m，高程分别为102m、127m.。3.6坝体排水坝体排水有棱体排水、贴破排水、坝内排水三种形式。棱体排水适用于下游有水坝型，故该坝使用棱体排水，它可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护尾水范围内下游坝脚不受波浪淘刷，还可与坝基排水想连接。当坝强度足够时，还可发挥支撑作用，增加稳定作用。棱体排水体内坡坡率为1:1.0，外坡坡率为1:1.5，顶部宽度为2.0m。图3-1坝体剖面示意图4渗流分析4.1渗流分析的目的在于：①土中饱水程度不同，土料的抗剪强度等水力学特性也相应的发生变化，渗流分析将为坝体内各部分土的饱水状态的划分提供依据；②确定对坝坡稳定有较重要影响的渗流稳作用力；③进行坝体防渗布置与土料配置，根据坝体内部的渗流参数与渗流逸出比降，检验土体的渗流稳定性，防止发生管涌和流土，在此基础上确定坝体及坝基中防渗体的尺寸和排水设施的容量和尺寸；④确定通过坝体和河岸的渗水量损失并社会排水系统的容量。渗流分析可为坝型初选和坝坡稳定分析打下基础。4.2分析内容①确定坝体内浸润线；②确定渗流量。4.3渗流分析方法在众多渗流分析方法中，较水力学法和流网法比较简单实用，同时也具有一定的精度。本设计采用水力学方法进行渗流分析。根据电拟试验结果，上游三角形可用高为H、宽为H的矩形来代替，这一矩形和上游三角形消耗同样的水头，而且通过同样的渗流量，值由式4-1计算：（4-1）式中：为坝的上游边坡系数土石坝不透水地基渗透计算，下游有棱体排水时：(1)下游无水时：见图4-1a所示。(a)下游无水(b)下游有水图4-1有排水的均质土坝渗透计算见图由于排水体的渗透系数大于坝体的渗透系数，故浸润线将进入排水体时下降加快，进入排水体后则骤降。坝体内浸润线为抛物线，选用O点做原点的坐标系且作为抛物线的焦点，原点处抛物线y的坐标值为，焦点至原点的水平距离有抛物线性质可知，抛物线的标准方程为y=2px+C根据已知条件可求得：（4-2）此式满足边界条件x=l时y=代入得：（4-3）通过x处断面的流量为：即：（4-4）与式4-1联立可知：（4-5）由式（4-3）求，式（4-5）计算q，由式（4-4）绘制浸润线。（2）下游有水时如图4-1b所示近似把高度内的坝体视为不透水，即参照式（4-3）求出值。式中换为、，即（4-6）计算渗流量（4-7）用式4-1绘制浸润线(x轴与下游水面一致)。应假定高度内坝体不透水与实际不符，算出偏大，引起绘制的浸润线偏高，计算坝的稳定是偏于安全，q偏小。4.4渗流计算4.4.1正常蓄水位时的渗流分析上游水位为141.0m，下游相应水位为86.1m则上游水深=141.0-77.0=64.0m，下游水深=86.1-77.0=9.1m。=EMBEDEquation.3==27.43m=（148-141）×3+12+（148-102）×2.5-（102-86.1）×1.0=132.1mL=+L=27.42+132.1=159.53m代入式4-5得==9.18代入式4-6有=11.79由资料可知K=㎝/s则渗流量为：q=11.79×=㎡/s代入式4-1得浸润线方程为y=18.36x+84.27将渗流曲线坐标值列入表4-1中.表4-1正常蓄水位时渗流曲线坐标值 X 0 10 30 50 70 90 110 120 130 150 y 9.18 16.37 25.20 31.66 37.00 41.67 45.87 47.00 49.71 53.284.4.2设计洪水位时的渗流分析上游洪水位为142.0m，下游相应水位为92.0m则上游水深=142.0-77.0=65.0m，下游水深=92.0-77.0=15.0m===27.86m=（148-142）×3+12+（148-102）×2.5-（102-92.0）×1.0=135mL=+L=27.83+135=162.86m代入式4-5得==7.5代入式4-6有=11.41则渗流将为：q=11.41×=㎡/s代入式4-1得浸润线方程为y=15x+56.25将渗流曲线坐标值列入表4-2中.表4-2设计洪水位时渗流曲线坐标值 x 0 10 30 50 70 90 110 130 150 y 7.5 14.36 22.5 28.39 33.26 37.50 41.31 44.79 48.024.4.3校核洪水位时的渗流分析上游校核洪水位为143.3m，下游相应水位为92.4m则，上游水深=1423.3-77.0=66.3m，下游水深=92.4-77.0=15.4m===28.41m=（148-143.3）×3+12+（148-102）×2.5-（102-92.4）×1.0=131.5mL=+L=28.413+131.5=159.91m代入式4-5得==7.9代入式4-6有=12.05则渗流将为：q=12.05×=㎡/s代入式4-1得浸润线方程为y=15.8x+62.41将渗流曲线坐标值列入表4-3中.表4-3校核洪水位时渗流曲线坐标值 x 0 10 30 50 70 90 110 130 150 y 7.9 14.85 23.16 29.10 34.18 38.52 42.43 46.00 59.324.5渗流分析将前面三种工况计算所得的渗流曲线绘制在图4-2中。由图中所示三种状况下的渗流曲线没有相交，说明渗流分析结果是合理的。图4-2渗流曲线图5稳定分析稳定分析是确定坝的设计剖面和评价坝体安全的依据。稳定分析的可靠程度对坝体的经济性和安全性具有重要的影响。5.1计算工况与安全系数（1）稳定渗流期。校核两种工况的上、下游稳定：①水库水位处于正常蓄水位或设计洪水位，下游为相应水位，属于正常运用条件；②水库水位处于校核洪水位，下游为相应水位，属于非常运用条件Ⅰ。（2）水库水位骤降。水库水位处于正常蓄水位或设计洪水位，下游为相应水位，属于正常运用条件。按SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》规定，坝坡抗滑稳定的最小安全系数根据坝的级别，参照表5-1加以选取。表5-1坝坡抗滑稳定的安全系数 坝的级别 1 2 3 4、5 正常运用条件 1.50 1.35 1.30 1.25 非正常运用条件Ⅰ 1.30 1.25 1.20 1.15 非正常运用条件Ⅱ 1.20 1.15 1.15 1.10表5-1中的安全系数适用于计及条块间作用力的简化毕肖普和摩根斯顿-普莱斯法等。采用瑞典圆弧法时，对1级坝正常运用条件要求最小安全系数不低于1.30，其他情况可较表中数值减小8%。5.2稳定分析基本原理及方法本设计采用圆弧法，其基本原理为假定滑动面为一圆柱面。将滑动面内的土体看作刚体，失稳时该土体绕圆弧的中心旋转，沿着坝轴线方向取单宽坝段按平面问题进行分析。计算时将滑动面以上的土体分成若干铅直土条，求出各土条对圆弧中心的抗滑力矩之和以及滑动力矩之和。二者之比为该滑弧抗滑稳定安全系数圆弧法有分两种：毕肖普法和瑞典圆弧法，本设计采用瑞典圆弧法。5.2.1最危险滑弧圆心范围的确定如图5-1，做点、，点的方向由坝坡坡度查表5-2而得、角来确定。同时在坝坡中部上方、坝线中点铅垂线与法线之间半径为（1/2～3/4）L的范围内，L为坝坡在水平面上的投影长度。表5-2坝坡坡度表 ` 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 角度(°) 2837 2635 2535 2536 2537 半径 RR 0.75H1.5H 0.75H1.75H 1.0H2.3H 1.5H3.75H 2.2H4.8土料的凝聚性愈强，相应的滑动面愈深；无粘性土的滑动面则较浅。本设计选取滑动面与下游坝脚附近相交。图5-1圆弧法计算简图计算公式：==（5-1）式中：i-----土条编号；W-----土条重量；b-----土条宽度-----土条延滑裂面的夹角，单位（°）；、-----有效抗剪强度指标.5.3稳定分析计算5.3.1正常蓄水位的下游坝坡稳定计算第一次试算：R=172mb=17.2m计算过程计入表5-3中：图5-2正常蓄水位时下游坝坡稳定计算简图a表5-3正常蓄水位时下游坝坡稳定计算表a 编号 -2 0 0 0 0 142.06 20.4 19.8 16.5 20.5 18 -1 0 0 0 104.06 156.52 20.4 19.8 16.5 20.5 18 0 0 0 63.145 217.54 156.52 20.4 19.8 16.5 20.5 18 1 213.97 163.53 56.85 20.495 99.67 20.4 19.8 16.5 20.