水工建筑物重力坝课程设计

水工建筑物课程设计 ——重力坝 姓名：    武  亮 学号：    2011101812 班级：  11水利水电 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 （本）04 指导老师：  张  洁 目  录 一、原始资料(数据)                  …………………………    -2- 二、坝体剖面拟定                    …………………………    -3- 三、稳定分析                      ………………………      -5- 四、 应力分析                      …………………………      -13- 五、溢流坝面设计                  …………………………      -15- 六、细部构造设计                  …………………………      -17- 七、地基处理设计                    …………………………    -19- 附录1：参考资料                      ………………………    -21- 附录2：坝体剖面图                …………………………      -21- 一、原始资料(数据) 某枢纽以发电为主，兼顾防洪灌溉。水库建成后，还可以提高下游二个水电站的出力和发电量。该工程坝型为混凝土重力坝。 1、水库特征： 1.1、水库水位： ①正常蓄水位—349米  ②设计洪水位—349.9米  ③校核洪水位—350.4米 1.2、下泄流量及相应下游水位：①千年一遇洪水的下泄流量13770 ，相应下游水位271.90米；②五千年一遇洪水的下泄流量15110 ，相应下游水位272.63米 1.3、库容：总库容为17.9亿立方米  考虑开挖后，坝基面高程269m 2、综合利用效益： 2.1、装机容量20万千瓦，年发电量7.4亿度。 2.2、防洪：可将千年一遇洪峰流量以18200 削减至13770 ；可将五千年一遇洪峰流量从21200 削减至15110 ；可灌溉农田30万亩；此外还可改善航运条件，库区可从事养殖。 3、自然条件： 3.1、地形：坝址位于峡谷出口段，左岸地势较低，山坡较缓；右岸地势较高，山坡较陡。 3.2、地质：坝址出露岩层为志留系圣母山绿色含砾片岩。岩性坚硬完整，新鲜岩石饱和极限抗压强度在60-80Mpa以上，坝上游坡角为绢云母绿泥石英片岩, 饱和极限抗压强度为30-40 Mpa。 坝基坑剪断摩擦系数 经野外试验及分析研究确定为1.0-1.1；坝基坑抗剪断凝聚力为0.6-0.8 Mpa。 3.3、水文地质：坝址水文地质较简单。相对不透水层埋藏深度一般在35米以内，库区无渗漏问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 3.4、气象资料：最高气温为 ℃，最低气温为-8℃，多年平均最大风速为14 ，水库吹程为1.4km 3.5、淤泥：百年后坝前淤沙高程为286.6米，淤积泥沙内摩擦角取 ，淤沙浮容重为 二、坝体剖面拟定 1、 工程等级 总库容为17.9亿立方米，确定为大（1）型水库，等级为Ⅰ级。 2、确定坝高 2.1、超高值Δh 的计算 坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差Δh，可由式（2-1）计算。 Δh = h1% + hz + hc                          （2-1） Δh—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m； h1% —累计频率为1%时的波浪高度，m； hz —波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m； hc —安全加高，由于该工程的级别为Ⅰ级，故查得设计洪水位情况hc＝0.7m；校核洪水位情况hc＝0.5m。 下面按官厅公式计算h1% ， hz。 V0 为计算风速，14m/s；D 为吹程，1.4km；波高hl：gD/V02=70∈(20～250)，为累计频率5%的波高h5%，规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，应乘以1.24； 首先计算波浪高度hl 和波浪长度L 和波浪中心线超出静水面的高度hz。 （1） 设计洪水位时：设计洪水位时Δh 计算，风速采用多年平均最大风速 V0 =14m/s，吹程D=1.4km。 波浪三要素计算如下： 波高hl=0.0166 V05/4 D1/3=0.0166×14^(5/4)×1.4^(1/3)=0.50m 波长L=10.4(hl)0.8 =10.4×0.5^0.8=6.00m 雍高hz=πhl2/Lcth2πH/L=3.14×0.5^2/6.0×cth(2×3.14×80.9/6.0)=0.13m 计算得出h=h5% =0.50m，因gD/V02=70，h1%=1.24h5%=0.62m ； hz = 0.13m ； hc = 0.7mΔh = h1% + hz + hc=0.62+0.13+0.7=1.45m （2） 校核洪水位时： 计算方法同上，hc=0.5m，Δh = h1% + hz + hc=0.62+0.13+0.5=1.25m 2.2、坝高计算 坝顶高程按下式计算，并选用其中较大值 坝顶高程=设计洪水位+Δh 设=349.9+1.45=351.35m 坝顶高程=校核洪水位+Δh 校=350.4+1.25=351.65m 取校核洪水位时的情况351.65m 为保证坝体运行安全，需设置防浪墙，取1.2m，坝顶高程取为▽350.5m。坝基面高程为269m,坝顶高程为350.5m,坝高为350.5-269=81.5m。 3、 拟定坝顶宽度 因无特殊要求，根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的8%～10%取值，且不小于2m 并应满足交通和运行管理的需要。按坝高的10%计算，即为6.52m～8.15m，考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，取坝顶宽为8m，以满足大坝维修作业通行需要。 4、 拟定剖面尺寸 拟定坝体形状为基本三角形。本次设计采用上游坝面铅直，下游倾斜的形式。该形式为实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验。下游坝坡坡率m=0.6～0.8，取m=0.8。计算得坝底宽度为B=0.8×81.5=65.2m。坝体剖面示意图如图二-1。 图二-1 坝体剖面示意图 三、稳定分析 1、 荷载及其组合 重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力等，常取1ｍ坝长进行计算。 荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。 本次荷载组合分二种 （1）、基本组合为设计洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力； （2）、特珠组合为校核洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。 2、设计洪水情况荷载计算： 2.1、自重W 坝体自重的计算公式：              W =Vγc（kN）              （3-1） 式中  V——坝体体积，m3；由于取1m坝长，可以用断面面积代替，通常把它分成如图三-1 所示的若干个简单的几何图形分别计算重力； γc ——坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为24kN/ m3） 图 三-1 分解后的两部分自重： W1=24×8×81.5=15648kN W2=1/2×24×71.5×57.2=49077.6kN W= W1+ W2=15648+49077.6=64725.6kN 取坝底部中点为力矩作用中心点O，则 W1作用点至O点的力臂L1=32.6-4=28.6m W2作用点至O点的力臂L2=32.6-(8+57.2/3)=5.53m; 竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）： MOW1 = 15648×28.6=447532.8KN·m MOW2 =49077.6×5.53=271399.128KN·m ∑MOW =447532.8+271399.128=718931.928 KN·m 2.2、静水压力P 静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力PH和垂直水压力PV两种,本设计上游坝面只有水平水压力，下游有水平和垂直两种压力。如图三 -2所示。 图 三-2 根据水力学公式 水平水压力PH 计算公式为： 式中： Ｈ — 计算点处的作用水头，m； γw —水的重度，常取9.81 kN／m3； 垂直水压力PV 按水重计算。 H上=349.9-269=80.9m H下=271.90-269=2.9m 上游水压力：P上H=1/2×9.81×80.9×80.9=32102.29kN （→） 下游水平水压力：P下H=1/2×9.81×2.9×2.9=41.25KN（→） 下游垂直水压力：P下v=1/2×9.81×2.32×2.9=33.00KN(↓) 上游水压力力臂L上H=80.9/3=26.97m 下游水平水压力力臂L下H=2.9/3=0.97m 下游垂直水压力力臂L下V=32.6-2.32/3=31.83m 静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）： MoP上H=-32102.29×26.97=-865798.76KN·m MoP下H=41.25×0.97=40.01KN·m MoP下V=-33.00×31.83=1050.39 KN·m 水平水压力对O点的弯矩： MoP=-865798.76+40.01-1050.39=-866809.14KN·m 2.3 、扬压力U (设帷幕灌浆，设排水孔) 根据规范，排水处扬压力折减系数：α=0.25,如图三-3 所示，将扬压力分成四部分，U1，U2，U3，U4。 图 三-3 U4=28.45×65.2=1854.94 kN U3=1/2×（189.50-28.45）×57.2=4606.03kN U2=（189.50-28.45）×8=1288.4kN U1=1/2×(793.63-189.50)×8=2416.52kN U=U1+U2+U3+U4=10165.89kN U4作用点至O点的力臂L4=0 U3作用点至O点的力臂L3=32.6-(57.2/3+8)=5.53m U2作用点至O点的力臂L2=32.6-8/2=28.6m