土石坝课程设计成果

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1、适用专业:适用班级:姓 名：指导老师:水利工程施工技术10级施工技术陶迅宁刘咏梅老师湖南水利水电职业技术学院unan Technical College of Water Resources and Hydro Power课程设计成果书课题名称土石坝课程设计设计开始日期：2012年06月04日设计结束日期：2012年06月10日水利工程系一、设计基本资料1、工程布置和主要建筑物1.1、工程等别和设计标准1.2、水文气象及洪水资料1.3、地质资料1.4、坝型、坝线、枢纽布置综合比选二、大坝尺寸设计2、选择坝型、拟定坝体剖面尺寸2.1、坝型选择2.2、剖面尺寸拟定三、渗流分析3、渗透计算3.1、渗

2、流情况选择3.2、渗流的分析方法3.3、设计洪水位时单宽流量计算四、稳定分析4、坝坡稳定分析4.1、分析情况选择4.2、步骤如下4.3、综合稳定分析五、地基与结构5、地基处理及坝体与岸坡的连接5.1、地基处理5.2、坝体与岸坡的连接5.3、坝顶细部构造5.4、护坡5.5、排水结构六、参考资料6、参考资料及文献一、设计基本资料1、工程布置和主要建筑物1.1、工程等别和设计标准东谷水利枢纽是以发电和灌溉为主，兼顾防洪及其他效益的综合性枢纽工 程。本工程正常蓄水位148.00m，校核水位149.19m，总库容1.2140亿m3，电站 装机容量16MW。根据防洪标准(GB50201-94)和水利水电工

3、程等级划分及 洪水标准(SL252-2000)的规定，确定东谷水利枢纽为II等工程，大(2)型水 库。其主要建筑物为2级建筑物，次要建筑物为4级建筑物，临时建筑物为5 级建筑物。相应本工程泄水和挡水建筑物的洪水标准，按100年一遇洪水设计，2000 年一遇洪水校核。电站厂房防洪标准采用20年一遇洪水设计，100年一遇洪水 校核。坝址区地震基本烈度小于丑度，按水工建筑物抗震设计规范(SL203-97) 的规定，设计烈度为6度,可不进行抗震设防。1.2、水文气象及洪水资料多年平均气温17.7C、极端最高气温40.2C、极端最低气温-8.3C，多年 平均风速1.8m/s，多年平均最大风速14m/s，

4、相应风向WNW，吹程D=1km。各频率洪峰流量见表5.1-2。洪峰流量表表5.1-2单位:m3/s频率(%)0.050.10.20.512510洪峰流量238021401900159013601130841630调蓄后下泄流量1490140013101200114011008416301.2.1、水位流量关系曲线下坝线水位流量关系曲线见表5.1-3。坝址水位流量关系曲线表表 5.1-3单位:m3/s水位Z (m)87.187.387.988.789.1089.991.191.9流量 Q (m3/s)8.5517.153.0125165252403521水位Z (m)92.8693.494.99

5、5.996.997.998.999.9流量 Q (m3/s)675882110013501610189021902500溢洪道出口河道断面水位流量关系曲线见表5.1-4。溢洪道出口河道断面水位流量关系曲线表表5.1-4单位:m3/sZ(m)86.4586.6587.0587.888.188.589.589.7Q(m3/s)5.611.228.8085118163307344Z(m)90.490.690.891.091.192.1093.1094.10Q(m3/s)498548602662693102013801800泥沙：含沙量：0.0487kg/m3，多年平均输沙量1.73万t淤沙容重：1.

6、80t/m3，淤沙内摩擦角201.2.2、主要设计数据正常蓄水位：148.00m发电尾水位：一台机86.79m 二台机87.139m130m死水位:校核洪水位：149.19m校核洪水位最大下泄流量：1690 m3/s(p=0.05%)相应下游水位 93.8m设计洪水位：148.00m,设计洪水位下泄流量：1360m3/s(P=1%) 相应下游水位 93.00m装机容量：16MW发电引用流量：33.28 m3/s水轮机型号：HLA551-LJ-135机组台数：2台水轮机安装高程：87.9m厂房下游设计水位：91.90m(p=3.33%)校核水位:92.80m(p=1%)1.3、地质资料1.3.1

7、、地震设防烈度东谷水利枢纽区域地质构造稳定。据中国地震动参数区划图 (GB18306-2001),工程区地震动峰值加速度为小于0.05g，相应坝址区地震基 本烈度小于丑度，故地震设计烈度与基本烈度一致取设计烈度小于6度，按水 工建筑物抗震设计规范(SL203-97)的规定，不进行抗震计算。1.3.2建筑物主要基岩岩性坝址岩性为泥盆系跳马涧组石英砂岩、片状砂岩、绢云母片岩。1.3.3基岩物理力学指标a. 大坝、电站厂房坝址区各岩组及构造岩石物理力学指标列于表5.1-56。b. 导流、发电及灌溉洞初拟发电洞进口位于上坝线右岸上游冲沟中，进口段洞底标高120m,隧洞 最大长度约400m,属IIIW类

8、围岩区；F2断层破碎影响带属V类围岩区。导流、 灌溉隧洞进口位于上坝线左岸上游冲沟中，进口洞底标高分别为120m、125m, 属IV类围岩区。c. 溢洪道溢洪道布置于左岸，进口位于左坝肩上游第一个哑口，沿坝肩分水岭以外冲 沟布置，经三次转折后，于坝线下游冲沟口汇于下游河道。溢洪道中心线总长度 约615m，泄槽为开敞式，泄槽净宽为22m。溢洪道分成进口引水渠及闸室段、陡 槽段、冲坑与消力池段、尾水渠段六大部分。最大边坡高度24m，岩层及主要节 理方向与渠线夹角大，为斜向坡，局部存在边坡稳定问题，开挖坡比1：0.75, 基岩抗冲流速V=46m/s。1.3.4、设计安全系数a）大坝坝坡抗滑稳定安全系

9、数正常情况（正常蓄水、设计洪水P=1%）KN1.35非常情况KN1.25b）重力坝.控制闸和厂房整体抗滑稳定安全系数：基本组合：抗剪断KN3.0 抗剪KN1.1，特殊组合：抗剪断KN2.5 抗剪KN1.05；厂房抗浮稳定安全系数：KfN1.1；厂房地基应力：最大垂直压应力不超过地基允许应力，最小垂直压应力不得 小于零。c）防渗帷幕设计标准坝基及近岸地段qW5Lu远岸地段与地下水位线封闭为标准。d）边坡稳定安全系数工程区主要边坡有：溢洪道进出口边坡、厂房引水洞及灌溉引水洞进水口边坡和坝后厂房右侧边坡等。边坡级别：发电引水洞及灌溉引水洞进口边坡、溢洪道进出口边坡为2级， 厂房右侧边坡及其它次要建筑

10、物边坡为4级。地质参数采用值见表5.1-5和表5.1-6：下坝线坝基岩体主要地质参数采用值表表 5.1-5岩性风化程度饱和 抗压强 度弹性模量泊松比抗剪强度抗剪断强度抗冲流速临时 开挖 边坡 比永久 开挖 边坡 比LLr / lLJ 石/石砼/岩LLr / lLJ 石/石砼/岩Rb(Mpa)GpaUfff(Mpa)f(Mpa)m/s片 状强风3520.4 00.520.550.600.450.700.4541:0.5 01:0.75砂化岩D29T弱 风4540.380.580.600.680.800.750.8551:0.351:0.5 0(化河床、右 岸、 左 岸微风化5565450.320

11、.580.620.600.650.700.750.800.950.800.850.95 1.10561:0.251:0.35下部)绿泥石强 风 化20250.8 10.380.400.420.400.450.400.450.100.150.45 0.480.04231:0.751:1.0 0绢云母弱 风 化283011.50.350.45 0.480.45 0.500.45 0.500.150.250.45 0.50.08341:0.5 01:0.75片岩( 左 岸微风化4550230.220.500.550.500.550.600.650.300.400.65 0.700.350.45451

12、:0.351:0.5 0上部)上坝线坝基岩体主要地质参数采用值表表 5.1-6岩性风化程度饱和抗压强度弹性模量泊松比抗剪强度抗剪断强度抗冲流速临日一 开孑 边力 比寸永久芸开挖支边坡比岩/LLr 石砼/LLr 石LLr / lLJ 石/石砼/岩Rb(Mpa)GpaUFffCz(Mpa)fCz(Mpa)m/ s含炭质 千枚岩（河床 及左岸 下部）弱风 化221.50.350.450.520.600.350.7 00.3041:0.751:1.0片状砂LLr 石D 2（右 岸及左 岸上部）强风 化3520.4 00.520.550.600.450.7 00.4541:0.501:0.75弱风 化4

13、540.380.580.6 00.680.800.750.8551:0.351:0.5 0微风 化6550.320.620.650.900.950.9 01.1061:0.251:0.35断层角 砾岩（两 岸中部）弱风 化3520.250.620.650.620.550.680.6251:0.351:0.5 0微风 化4530.2 00.650.7 00.750.700.750.8061:0.251:0.35断层破碎带及破碎夹泥层0.35压缩模量9.2MPa原生面及层面（河床）0.481.4、坝型、坝线、枢纽布置综合比选坝线拟定：东谷河流经东谷陂后，山势陡降，河岸由峡谷地形突变为平原。 在可研

14、阶段从充分利用河流水量、水能资源角度考虑，将坝址选择范围确定在峡 口附近河段。综合河段地形地质条件，通过实地勘察，选择了东谷陂（下坝址） 和打石窝（上坝址）两个坝址，作为可研阶段比较坝址，两坝址相距2.3km。经 审定批准下坝址为本工程的坝址。而东谷陂范围较小，仅200m范围，上游左岸 有一大面积蠕变体（东谷林场滑坡，滑体以下岸坡为东谷陂岩质岸坡蠕变体）， 下游为开阔的河流滩地，不具备选多条坝线的条件，故本阶段在可研批准的下坝 址进行上下两坝线比较工作。以可研推荐的坝址坝线为下坝线，上坝线距下坝线约115m处。且由于上坝线坝基位于寒武系岩层，又受F、F、F断层切割影响， 11918上坝线建基面

15、岩石力学参数很低，设计的重力坝剖面较大，为此上坝线往下游平 移20m，使坝基大部分位于泥盆系岩层，并可大致避开F七、F18断层影响。故 上下比较坝线相距为95m。根据当地地质地形条件，结合当地建筑材料分布和储量，适合修建的坝型有 砼重力坝坝型和土石坝（粘土心墙坝）坝型，由于两种坝型带来的枢纽布置截然不 同，故而坝线比较过程中结合坝型、枢纽布置一起比较。地质方面：两条坝线地质条件均复杂，岩石较破碎、岩层倾向下游且倾角平 缓，F2断层在上坝线处横穿河谷，修建重力坝地质条件较差，修建重力坝主要 存在：坝基沿层面及破碎夹层产生浅、深层滑动，F2断层带存在较厚的夹 泥层，坝基存在不均匀沉陷问题，上坝线右

16、岸风化深度深，右岸存在边坡稳定 等问题。而当地土料及坝壳料丰富，宜修建当地材料坝，下坝线水文工程地质条 件稍优于上坝线，且水工布置条件较下坝线好，因此从水文、工程地质角度，并 综合水工布置因素推荐下坝线为设计坝线。下坝线岩石风化较厚，F2断层横贯 河床，不宜修建混凝土坝，适宜修建当地材料坝。上下坝线工程地质条件比较见表5.2-1。上、下坝线区工程地质条件比较表表 5.2-1因防渗主要坝基岩素1 1地形地貌地层岩地质岩体风水文地质帷边坡工程体工程性构造化程度条 件幕稳定地质地质分坝线1i长度问题类左岸地形坡河床为单斜构全风化透水率qV坝度35前寒武造的横埋深：3Lu铅直埋右岸 岩体 破碎，边坡

17、欠稳 定基抗40坝线下系凝灰向谷，岩右岸深：左岸滑稳上坝线游为冲质砂层产状02040m，高定沟，平水期石、千倾向下35.6m,程58505坝河床C河床宽枚岩、游偏左强风化131m，相对m基渗IV34m，水深含炭质岸为缓埋深：不透水层低漏两岸 IV0.50.7m，千枚倾角，F2左岸于正常蓄水右设计蓄水位岩，两断层在2位，河床岸边148m时，河岸为泥上坝线15m，右3539.5m，坡稳谷宽196m， 右岸地形坡 度为30。盆系跳 马涧组 变质石 英砂LLrl_U石、片 状砂山 4H 石、绢 云母石 英片岩等处横穿 河谷，地 质构造 较复杂， 断裂构 造较发 育。岸 12.5 38m；弱 风化埋 深

18、：左 岸 11.5 26.5m， 河床 12 15.5m， 右岸 23.5 45.5m。高程4758m ；右岸 4562m，高 程60114m，相对 不透水层低 于正常蓄水 位定下 坝 线左岸地形坡 度30 35，平水 期河床宽 26m，水深 3.05.0m， 设计蓄水位 148m时，河 谷宽250m， 右岸反坡向 为冲沟， 地形坡度 2530泥盆系 跳马涧 组变质 石英砂LLrl_U石、片 状砂山 4H 石、绢 云母石 英片岩 等单斜构 造的横 向谷，岩 层产状 倾向下 游偏左 岸，地质 构造较 复杂，断 裂构造 较发育。强风化 埋深： 左岸 5 27.5m， 河床 0 1.9m， 右岸 1

19、0 16m；弱 风化埋 深：左 岸15 40m，河 床6 12.1m， 右岸 19 25m。透水率qV 3Lu铅直埋 深：左岸 3449m，高 程60 135m，相对 不透水层低 于正常蓄水 位；河床 1750m，高 程608 73m，右岸 2025m，高 程73 137m，相对 不透水层低 于正常蓄水 位。540 m较稳 定 坝 基抗 滑稳 定 坝 基渗 漏 承 压水 问题BIV坝型拟定：可研阶段对下坝址进行了粘土心墙坝和面板堆石坝的比较，由于 地形地质条件及当地材料等因素的影响不宜采用面板堆石坝，而选择采用粘土心 墙坝，故本阶段不再比较面板堆石坝方案。在落实当地建筑材料的情况下，结合 地形

20、及地质条件，本阶级选择混凝土重力坝、粘土心墙坝和粘土斜墙坝三种坝型 进行比较。由于这几种坝型的枢纽布置完全不一，而上坝线由于距上游右岸东谷 滑坡蠕变体仅80 m左右，上坝线只能选重力坝，土石坝上游放坡影响到右岸蠕 变体，下坝线主选土石坝，故将坝型、坝线、枢纽布置一起进行比较。枢纽布置方面：由于左岸山体雄厚，有天然垭口可布置溢洪道，垭口下游有 天然洼地可归槽；而右岸山体相对较单薄，邻谷平行河流方向，布置溢洪道归槽 困难；灌溉取水口只能布置在右岸，接右岸灌溉引水渠系统。进厂公路及交通只 能位于左岸。故重力坝方案枢纽布置只宣布置坝下左岸厂房、右岸溢洪道。粘土 心墙坝和斜墙坝方案只宣布置左岸溢洪道及灌

21、溉取水洞、右岸引水发电洞、坝后 式厂房。所有方案进厂公路均布置在左岸。将上坝线重力坝方案枢纽布置、下坝线重力坝方案枢纽布置、下坝线粘土心 墙土石坝方案和下坝线粘土斜墙土石坝方案枢纽布置四方案一起进行综合比较。方案一：上坝线混凝土重力坝方案：混凝土重力坝+坝后式厂房。坝体的溢 流坝段泄洪。坝内设引水发电管，接坝后式厂房发电。灌溉取水口设在重力坝段， 坝内预留灌溉取水管。对大坝建基面及F2断层进行固结灌浆处理。河床坝段建 基面位于强风化中下部，岸坡坝段建基面位于强风化中上部。左岸上坝公路和左 岸进厂公路两条交通道，枢纽布置紧凑。施工采用分期导流。方案二：下坝线混凝土重力坝方案：混凝土重力坝+坝后式

22、厂房。布置和上 坝线重力坝方案相同，但坝轴线较上坝线长123.6m。方案三：下坝线粘土心墙坝方案：粘土心墙土石坝+左岸溢洪道+左岸引水 发电洞+左岸导流洞。粘土心墙料位于坝轴线下游1km处，土石坝坝壳料全部使 用上游滑坡体减载石碴混合料和建筑物的开挖料。防渗体为粘土心墙+帷幕灌浆， 心墙底部设压浆板。心墙部位清除砂卵石覆盖层后，设置1.5m厚压浆平台，直 接与弱风化岩层相接，其它部位清除腐植土及有机质质即可。上游坝面水位变幅 区设干砌石护坡，下游坝面设草皮护坡。方案四：下坝线粘土斜墙坝方案：粘土斜墙土石坝+左岸溢洪道+左岸引水 发电洞+左岸导流洞。粘土心墙料位于坝轴线下游1km处，土石坝坝壳料

23、全部使 用上游滑坡体减载石碴混合料和建筑物的开挖料。防渗体为粘土斜墙+帷幕灌浆， 斜墙底部设压浆板。斜墙部位清除砂卵石覆盖层后，设置1.5m厚压浆平台，直 接与弱风化岩层相接，其它部位清除腐植土及有机质质即可。上游坝面水位变幅 区设干砌石护坡，下游坝面设草皮护坡。上坝线重力坝坝顶高程150.5m，最大坝高70.5m。坝轴线长225m，坝体横 剖面上游面坝坡1： 0.25,下游面坝坡1： 0.85。坝体混凝土为C15和C20。河 床部位建基面高程为80.00m，下坝线重力坝坝顶高程150.5m，最大坝高70.5m。坝轴线长348.6m，坝体 横剖面上游面坝坡1： 0.15,下游面坝坡1： 0.6

24、5。坝体混凝土为C15和C20。 河床部位建基面高程为80.00m，下坝线粘土心墙坝及斜墙坝：坝顶高程为149.8m，最大坝高67.8m，防浪墙 顶高程为151.0m。上游面坝坡1： 2.53.0，下游面坝坡1： 2.252.5。四方案比较主要工程量详见表5.2-2。方案比较工程量表表 5.2-2项目单位方案一方案一上坝线砼重力坝方案下坝线砼重力坝方案砼坝、溢洪 道灌溉 取水口发电厂 及引水管合计砼坝、溢洪道 灌溉取水口发电厂 及引水管合计砂砾石 开挖万m30.360.7331.0930.370.791.16土方开挖万m33.023.024.654.65石方开挖万m36.830.327.157

25、.580.438.01洞挖万m3粘土填筑万m3土石方填筑万m30.253.73.950.343.94.24干砌石 护坡万m30.20.20.20.2堆石填筑万m3C25混凝土万m30.040.1430.1830.040.1430.183C20混凝土万m39.951.1211.0712.721.1213.84C15混凝土万m317.70.227517.9325.30.3325.63钢管m3m-9292 3m-9292钢筋m1680750243016807502430止水铜片m5502508007502501000回填灌浆固结灌浆帷幕灌浆滑坡体处理工程可比投资m2万m3万元400079502050

26、50520504505795042508700205050520504755870066 （计费500万）8746.566 （计费500万）9586方案比较工程量表表 5.2-2 （续）项目单位方案三方案四下坝线粘土心墙土石坝方案下坝线粘土斜墙土石坝方案土石 坝岸坡式溢洪道发电 厂发电 引水 洞灌溉 引水 管取 水口合计土石 坝岸坡式溢洪道发电 厂发电 引水 洞灌溉 引水 管取 水口合计砂砾石 开挖万m30.150.270.420.150.270.42土方开 挖万m33.91517.70.670.1222.4 053.91517.70.670.1222.4 05石方开 挖万m33.5612.8

27、31.720.960.08515.5953.5612.831.720.960.08515.595洞挖万m30.8010.241.0410.8010.241.041粘土填 筑万m326.826.825.325.3土石方 填筑万m3100.24.50104.7101.74.50106.2干砌石 护坡万m31.621.621.621.62堆石填 筑万m31.841.841.841.84C25混 凝土万m30.720.0850.8050.720.0850.805C20混 凝土万m30.2862.2721.19 70.870.0754.70.562.2721.19 70.870.0754.97浆砌石万m

28、30.3350.3350.3350.335钢管m钢筋m173680785420802136373680785420802336止水铜 片m50038020010805003802001080回填灌 浆m220505522602205055226021.4.1、坝型、坝线、枢纽总布置综合分析见表5.2-3。坝型、坝线、枢纽总布置综合比较表表5.2-3方案方案一（上坝线）方案二（下坝线）方案三（下坝线）方案四（下坝线）地形特征上坝线左岸地形坡 度3540，坝线 下游为冲沟，平水 期河床宽34m，水深 0.7m,设计蓄水位 148m时，河谷宽196m, 右岸地形坡度为30下坝线左岸地形坡 度3035

29、，平水 期河床宽26m，水深 3.05.0m，设计蓄水 位148m时，河谷宽 250m，右岸反坡向为 冲沟，地形坡度 2530同方案二同方案二地 质 条件河床以前寒武系 凝灰质砂岩为主，两 岸以泥盆系跳马涧组 片状砂石为主，石层 倾向下游偏左岸为缓 倾角，F2断层横穿河 谷，构造较复杂，断 裂构造较发育。河床 发育破碎夹泥层，深 度较大。全风化埋深：右岸 035.6m,强风化埋 深：左岸215m，右 岸12.538m；弱风化 埋深：左岸11.5 26.5m，河床12 15.5m，右岸 23.5 45.5m。透水率qV3Lu铅直 埋深：左岸2040m，以泥盆系跳马涧组 片状砂岩为主岩层产状倾向下

30、游 偏左岸，构造较复杂， 断裂构造较发育。左 岸见有2条破碎夹泥 层。强风化埋深：左岸 527.5m，河床0 1.9m，右岸 1016m； 弱风化埋深：左岸 1540m，河床6 12.1m，右岸 1925m。透水率qV3Lu铅直 埋深：左岸3449m， 相对不透水层低于正 常蓄水位；河床17 50m，右岸 2025m， 相对不透水层低于正 常蓄水位。帷幕线长同方案二同方案二相对不透水层低于正 常蓄水位，河床35 39.5m,右岸 4562m, 相对不透水层低于正 常蓄水位，帷幕线长 505m右岸岩体破碎边坡 欠稳定，施工难度大。540m。边坡较稳定，施工 条件较好。工程地质条件稍优 于上坝线。

31、主要工程量土石方开挖：13.27 万m3,土石方回填：3.95万m3；混凝土：28.183 万 m3,钢筋：2170t,帷幕灌浆：7950m,固结灌浆：4505m土石方开挖：11.82 万m3,土石方回填：4.24万m3；混凝土：37.653 万 m3,钢筋：2330t,帷幕灌浆：7650m,固结灌浆：4755m土石方开挖：38.42 万 m3， 土石方回填： 130.275 万 m3；混凝土： 6.54万m3，钢筋：2138t, 帷幕灌浆： 8100m,固结灌浆：5664m土石方开挖：38.42 万 m3， 土石方回填： 130.275 万 m3；混凝土： 6.79万m3，钢筋：2318t,

32、 帷幕灌浆： 17110m,固结灌浆：7554m导流全年大基坑土石不过 水围堰，由左岸300m 长导流洞导流。全年大基坑土石不 过水围堰，由左岸 300m长导流洞导流。全年大基坑土 石不过水围堰， 由左岸400m长 导流洞导流。（投 资差值98万元）同方案三枢纽征地差值00240亩林地（16.8万元）同方案三投资差值629.5万元1469万元0324万元方案优缺点优点：1.河床相对较窄；适 宜建混凝土重力坝， 重力坝布置紧凑。缺点：1. 距上游滑坡体近， 不宜建土石坝2. F2断层横穿河谷， 基础处理工程量大。 不可预见因素增多。3. 右岸岩体破碎，强 风化埋深大，开挖量 大，边坡欠稳定，4.

33、 厂坝施工干扰大。5. 工程投资相对方案优点：1. 重力坝布置较紧 凑。2. F2断层埋藏较深， 基础处理较上坝线稍 小。缺点：1. 河床相对较宽；不 适宜建混凝土重力 坝。2. 厂坝施工干扰大。3. 工程投资相对方案 三多1469万元。优点：1. 河床相对较 宽；适宜建土石 坝。2. F2断层埋藏 较深，土石坝对 基础要求不高， 基础处理较上坝 线稍小。3. 可利用滑坡体 和溢洪道的开挖 料填筑坝体。4. 工程投资相对 较省。缺点：优点：同方案三缺点：1. 河床相对较 宽；不适宜建混 凝土重力坝。2. 建筑物类型 多，设计、施工、 运行管理较复 杂。3. 坝体适应变形 能力较差。4. 坝基防

34、渗处理 困难。三多629.5万元。1. 河床相对较 宽；不适宜建混 凝土重力坝。2. 建筑物类型 多，设计、施工、 运行管理较复 杂。四个方案施工总工期、首台机发电工期、单位度电投资均相差很小，故不参 与比较。方案一、方案三和方案四较优，而方案三较方案一投资少629.5万元， 案三较方案一投资少324万元。结合上游滑坡体情况：根据可研审批意见及本阶 段进一步查勘及稳定复核，滑坡目前处于稳定状态，水库蓄水后，当库水位骤降 时，滑坡处于不稳定状态，需将滑体露出正常高水位上部约66万m3进行减载， 方案三可解决滑坡减载料的弃碴问题。综合地质、当地材料、工程投资、滑坡体 处理等因素，选定方案三，即下坝

35、线粘土心墙土石坝+左岸溢洪道+右岸引水发电 系统+坝后式厂房为推荐方案。二、大坝尺寸设计2、选择坝型、拟定坝体剖面尺寸2.1、坝型选择综合以上资料方案，根据作业要求选择粘土均质坝。上游选用砌石护坡， 下游选用草皮护坡。2.2、剖面尺寸拟定2.2.1、坝顶超高二波浪爬高+最大的涌水高度+安全加高d=七+ e+ a因上游选用砌石护坡，查得K=0.8选择坡度系数为1： m=2.5,则由：设计值:h1 = 3.2*K*2hi*tan。单位（m）=3.2*0.8*0.0166*285 4 *11 3 * tan(1 2.5)=0.0191v2 * De = 0.036 一D COSa2*g* H282

36、*1=0.036 *，COS45o2*9.8*(148-80)=0.015根据大坝的级别2级确定设计安全超高值为：1.0md 雇=h.e + a设=0.0191 + 0.015 +1.0=1.0341mh1 = 3.2*K*2htanO校核值:=3.2 *0.8 *0.0166 *145 4 *11 3 * tan(1 2.5)=0.008v2 * D0.036COSa2*g* H142 *1单位（m）0.036 *2*9.8*(149.19-80)0.0037COS45根据大坝的级别2级确定校核安全超高值为：0.5md = he +a又=0.008 + 0.0037 + 0.5=0.5117

37、m大坝高程取校核情况和设计情况的最大值，顶=设+ d=148+1.0341 = 149.0341m。校二D校+=149.19 + 0.5117=149.7017m因D校=149.7017 D设=149.0341所以坝顶高程为149.7m.由平面布置图可 知坝址处河床高程为84.0m，向下开挖4m透水地基清除砂卵石覆盖层后期高程 为 80.0m，则坝高为 149.7-80.0=69.7m。2.2.2、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。 SL 274-200 碾压式土石坝设计规范规定：高坝坝顶宽度可选1015m，中、 低坝坝顶可选510m。该设计大坝坝高

38、69.7m属于中坝，坝顶宽度拟定为7m。2.2.3、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，故其上游坡率比下游 坡率缓。粘性土料的稳定坝坡为一曲面，上部坡陡，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1030m，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，为了保持渗透稳定，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。该坝坝高69.7m，故采用三级变坡。上游坝坡为1： 2.75

39、、1： 3.0、1： 3.25, 下游坝坡 1： 2.25、1： 2.5、1： 2.752.2.4、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1030m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23m设置一条马道，其马道宽度为2m，第一级马道高程 为103m，第二级马道高程为126m。2.2.5、坝体排水坝体排水有棱体排水、贴坡排水、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

40、业，增加稳定作用。棱体排水内坡坡率为1： 1.0，外坡坡率为1： 1.5,顶部宽度为2.0m。2.2.6、坝体剖面图三、渗流分析3、渗透计算3.1、渗流情况选择上游设计蓄水位与下游相应的最低水位。3.2、渗流的分析方法采用水利学法进行土石坝渗流计算，将坝内渗流分为若干段，应用达西定律 和杜平假设，建立各段的运动方程式，然后根据水流的连续性求解渗透流速、渗 透流量和浸润线等。3.2.1、本次设计仅对河槽处最大断面进行渗流计算。按不透水层地基情况。3.3、设计洪水位时单宽流量计算上游设计洪水位为148m,下游相应水位为93m则上游水深H1=148-80=68m, 下游水深H =93-80=13m。

41、2 L = mi H =3*68 = 29.14m1 + 2m1 i 1 + 2*3L1 = （149.7-148） *3 + 7 +（149.7-80） *2.5-（94.8-80） *1.5-2-（94.8-93） * 1.0 = 160.35mL = L + L广 29.14 +160.35 = 189.49mh0 = J（HH2 + L2 - L = J（68-13） 2 +189.492 -189.49 = 7.8m=11.06mq = H 2 -（H + h ）2 682-（13 + 7.8）2 K 2L2 2 * 189.49根据均质坝筑坝材料规定渗流系数K = 4.0 * 10

42、-5 cms = 4.0 * 10-7 m s q = 11.06 *4.0 * 10-7 = 4.424 * 10-6 m2, s浸润线方程为：y2 = 2h0X + h02 = 2*7.8x + 7.82将渗流曲线坐标值列入表中设计洪水位时渗流曲线坐标值x01030507090110130150y7.814.723.029.034.038.342.445.750四、稳定分析4、坝坡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和安全性具有重要的影响。4.1、分析情况选择以上游正常高水位，而下游无水：4.1.1、滑裂面形式对于均质坝，上下游坝坡均为曲线

43、滑裂面。采用圆弧法进行稳定计算。4.1.2、不计条块间作用力的总应力法的稳定分析4.2、步骤如下4.2.1、利用B.B方捷耶夫法和费兰纽斯法确定最危险滑孤所对应圆心的范 围。在一扇形范围内的MM2延长线附近。4.2.2、取为圆心1，以2 R=160m半径，作圆弓瓜。4.2.3、分条编号：b=0.1R=16m,从圆心作垂线为0号土条的中心线，向上 依次为1，2，3，一8；向下依次为-1，-2，-.4.2.4、列表计算荷载，参见下表1。4.2.5、利用公式计算抗滑稳定安全系数kc。 w cos a /an0 +k c ek _ i i i b i ic w sina式中：w =rh+rh+rh i

44、 1 12 23 3、r一坝体土的湿重度、浮重度，w =r h +r h +r hi 1 12 ,23 3、r、r、r一坝体上的湿容重、饱和容重、浮容重123由提供的资料可知:r19KN/m3,顼20.5叩面，顼10.龄加气=25 c = 6kPa表1正常蓄水位情况下下游坝坡稳定计算表土条编号h1h2H3rjr2h2七七w.wisina icosa iw cosa iW. sinai8.00.52.49.549.258.758.70.80.635.247.07.017.35.5328.7112.8441.5441.50.70.7313.4309.06.018.512.2351.5250.160

45、1.6601.60.60.8481.3361.05.015.419.0292.6389.5682.1682.10.50.9593.4341.14.012.223.9231.8490.0721.8721.80.40.9664.0288.73.09.320.75.7176.7424.459.9601.1660.90.31.0571.0198.32.06.916.79.8131.1342.4102.9473.5576.40.21.0464.0115.31.05.112.112.396.9248.1129.2345.0474.10.11.0341.547.40.04.06.713.076.0137.4

46、136.5213.4349.90.01.0213.40.0-1.04.412.383.6129.283.6212.8-0.11.082.8-21.3-2.07.983.083.0-0.21.00.0-16.6合计3760.01669.84.2.6、计算结果如下:tan 3 = tan25。= 0.466i LinR1803.14 x160180x70 = 195.413760 X0.466 +x6 X195.4=1.09-K =16. 1669.84.3、综合稳定分析查规范查得规定安全系数K=1.35，设计安全系数K=1.09规定安 全系数K=1.35，故不满足大坝稳定，需要改变坝坡，重新拟定

47、坝面， 以满足坝体的安全。五、地基与结构5、地基处理及坝体与岸坡的连接5.1、地基处理河槽处：水流常年冲刷，基岩裸露，抗风化能力强，吸水量也较低，故只需 清除覆盖层即可，挖至基岩即可。大坝覆盖层厚。清基开挖量大，故表面58m的黄土覆盖层，处理的方法是： 预先浸水，促其湿陷，即在坝基上开挖纵横沟槽或坑，灌水，必要时随着浸水的 过程预加荷重。35m厚的砂卵石层可用钻孔灌浆的方法。5.2、坝体与岸坡的连接土坝与岸坡的接合面是工程中较软弱的环节，应妥加处理，避免沿接合面 发生集中渗流，土坝裂缝等现象。左坝肩到左滩地，坡积风化层510m，需彻 底清除，左岸坡上修建混凝土齿墙，岸坡较陡，开挖时基本与基岩大

48、致平行。右 坝肩到右滩地坡积风化层处理与左岸相同，基岩开挖角不宜太大。5.3、坝顶细部构造本坝无交通要求，坝高H=149.7-80=69.7m；坝顶宽度B=1/10*H=6.97m;取 坝宽为7m.坝顶护面材料采用密实的砂砾石、混凝土以适应大坝的变形，并对坝 体起保护作用，防止干裂和雨水冲刷。坝顶两侧设栏杆以防安全，栏杆高于坝顶 1.0m，坝面向下游侧放坡，坡度选择3%。路面厚O-3rn碎石厚0.4e冷杆粗砂厚0加：-5.4、护坡土石坝上游坡面经受波浪冲刷和漂浮物的撞击等危害作用，下游坝坡要遭 受雨水、大风、冻胀干裂等破坏作用。因此，上下游坝面都需设置护坡。本设计上游护坡采用砌石护坡，厚度为0

49、.6m。同时还应设垫层，采用碎石 厚0.3m，护坡上至坝顶下至坝踵，下游采用堆石护坡。如图所示(b)(b)下游护坡(a)上游护坡5.5、排水结构适用棱体排水，是在下游坝脚处用块石堆成棱体，顶部高程应超出下游最高 水位，超出高度应大于波浪沿坡面的爬高。大坝为2级，不应小于1.0m，并使 坝体浸润线距坝坡的距离大于冰冻深度。堆石棱体内破一般为1： 1.0,外坡为1：1.5, 应避免棱体排水上游坡脚出现锐角，顶宽应根据施工条件及检查观测需要 确定，但不得小于1.0m，本次设计取2m。排水构造如下图：六、参考资料6、参考资料及文献（1）GB5020194中华人民共和国防洪标准;（2）SL2522000 水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准;（3）SL2742001碾压式土石坝设计规范;（4）SDJ21383碾压式土石坝施工技术规范;（5）SL2371999土工实验规程;（6）DL/T5073-1997水工建筑物抗震设计规范;（7）SL4794 水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范;（8）DL/T50571996水工钢筋混凝土结构设计规范;