粘土斜墙土石坝毕业设计

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1、1. 综合说明1.1 枢纽概况及工程目的某水库工程是河北省和水利部“八五”重点工程建设项目之一。该工程是以供水、 灌溉、发电、养殖等综合利用为主的大型控制枢纽工程。青龙河流域水量充沛，控制流域 面积6340km2，多年平均径流量9.6亿m3是滦河流域较大的一条支流。但由于降雨、径 流的年际年内分配极不均匀，必须修建大型控制工程调节水量，丰富的水资源才能得以充 分开发利用。水库按满足秦皇岛市生活、工业用水和滦河中下游农业用水的需要设计，工程规模是：正常蓄水位141 m,调节库容7.09亿m3,水库库容系数0.77，水量利用系数为70%。坝 后式电站装机容量20Mw。根据水利水电枢纽工程等级划分及

2、设计标准SDJ12-78的规定，一期工程为二等工 程，大坝为II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W级设计。1.2 水库枢纽设计基础资料1.2.1 地形、地质(1) 地形：见1:2000坝址地形图。(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400100m不等，河道比降1/4001/600。库区两岸基岩出露高程大部分在200米左右，

3、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。(3) 坝址区工程地质条件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57米，渗透系数K=lX10-2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，

4、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。坝线区河谷呈不对称“U”字形，较开阔。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。(4) 坝址区建筑物包括导流泄洪洞及枢纽电站。(I )导流泄洪洞沿洞线周围岩石厚度大于三倍开挖洞径出口段已避开塌滑体的东边界，沿线岩层

5、、岩 性主要为粉砂岩、细砂岩及砾岩，岩石较为坚硬。坚固系数 FK=4,单位弹性抗力系数 K=200kg/cm3，弹模E=0.4X105kg/cm2。透水性较大。岩层倾向下游出口段节理发育，应 采取有效措施予以处理，为进一步保证出口段岩体稳定，免除由内水压力引起的后果，建 议该段修建无压洞。(II )灌溉发电洞及枢纽电站灌溉发电洞及枢纽电站布置在右岸。上坝线方案：沿线基岩以厚层粉砂岩为主，岩石 完整，透水性小，洞顶以上岩层厚度较小。本建筑物位于南坪沟东凹沟古河道内岩面 上有05米厚的底砾岩及厚度不等的亚粘土层，电站厂房处岩石风化层厚度约56米。 对其产生的渗漏及土体坍塌应采取必要的工程措施。下坝

6、线方案：沿线全为基岩，工程比 较简易可靠。灌溉引水洞出口高程110m，闸首枢纽由一干、二干进水建筑物组成。1.2.2 水文与水利规划(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10C，年绝对最低气温为-29.2c，最高气温为38.7C，月平均温度变化较 大，离坝址较远的迁安站实测最高气温39C。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0.40.6m，岸边可达1.0m。多年平均最大风速23.7m/s，水库吹程为 3km。(2)水文分析(

7、I) 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 35 天。(II) 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19291983 年共35年资料中丰水年1961 年达21.34 X104m3，枯水年1965年仅16.77X104m3，相似枯水年连续发生，多年平均径流量9.6X 108m3。实测径流资料如表 1 所示

8、。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 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，(III) 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3891,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

9、.075mm，淤沙浮容重0.9t/m3,内摩擦角为12度。(W)水文分析成果表表 1-1 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352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=l%)立米/秒3600校核洪水洪峰流量(P=o.l%)立米/秒5200保坝洪水洪峰流量(P=0.01%)立米/秒76003洪量设计洪水洪量(p=l%)亿立米6.5五天校核洪水洪量(P=o.l%)亿立米8.2五天4多年平均年径流量亿立米9.65多年平均输沙量吨4311.2.3 水利计算(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

10、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，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

11、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。电站的主要任务是满足本灌区提灌用电的要求，因此在保证灌区工农业用水的基础 上，确定电站的运用原则是灌溉季节多引水发电，非灌溉季节少引水发电，遇丰水年则充 分利用弃水多发电，提高年水量的利用系数。(W)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

12、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 1.66X108m3。(W)水库工程特征值A. 枢纽下泄流量及相应下

13、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8.32X 108m3，溢流 坝相应的泄量为15243m3/s；上游校核洪水位为143.3m，相应下游水位为92.4m，库容为 8.70X108m3,溢流坝相应的泄量为19857 m3/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0.78X108m3；表 1-2 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=l%)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

14、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调节特性多年表 1-3 主要建筑物尺寸序号名称单位数量备注2导流泄洪洞型式明流隧洞工作闸前隧洞内径米8X8城门洞型压力隧洞 8 米消能方式挑流最大泄量(P=0.01%)立米/秒22000最大流速米/秒闸门型式弧形门11 扇启闭机型式300 吨油压启闭机检修门15X15.5斜拉门进口底部高程米90.0灌溉发电洞型式压力钢管隧洞内径米6灌溉支洞内径米3最大流量立米/秒45进口底部高程131.64枢纽电站序号名称单位数量备注型式引水

15、式厂房面积平方米39X16.2装机容量MW3X10每台机组过水能力立米/秒12.01.2.4 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)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

16、容重 1.67 吨/立米，最优含水量20.5%,渗透系数0.44X10-6厘米/秒。具有中等压缩性，强度指标 见下页表。(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 . 6 4% 。不均匀系数 561 颗，颗组成见下表： 颗料组成(毫米)%表 1-4 颗粒组成200804020583.774.257.746.238.6210.50.250.534.632.829.724.74.9砂的

17、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(D0.7时， =3435，鉴于本地砂砾料级配不好，故选用-=310.堆石指标一般申值在3945。之间，统计国外9座砂岩地区筑坝石料申平均值为39.1，我国狮子滩堆石坝试验为3645，取用39 50 /，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。1.3 坝型选择该坝区宜建黏土心墙坝或黏土斜墙坝，具体那一种进一步比较论：心墙坝要求心墙与坝壳大体同时填筑，干扰大，一旦建成，难修补。斜墙坝防渗体置 于坝剖面的一侧，其优点是斜墙与坝壳之间的施工干扰相对较小，在调配劳

18、动力和缩短工 期方面比心墙坝有利。坝的稳定性较高，墙后整个坝体对坝的稳定性都起作用，坝体传给 地基的压力比较均匀，分期施工方便，第一期工程量少。经综合考虑该坝型为：黏土斜墙坝。1.4 坝线比选灌溉发电洞及枢纽电站布置在右岸。上坝线方案：沿线基岩以厚层粉砂岩为主，岩石 完整，透水性小，洞顶以上岩层厚度较小。本建筑物位于南坪沟东凹沟古河道内岩面 上有 05 米厚的底砾岩及厚度不等的亚粘土层，电站厂房处岩石风化层厚度约 56 米。 对其产生的渗漏及土体坍塌应采取必要的工程措施。下坝线方案：沿线全为基岩，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，工程比较 简易可靠，

19、灌溉引水洞出口高程110m，闸首枢纽由一干、二干进水建筑物组成。故选用下 坝线方案。2. 大坝剖面基本尺寸确定2.1坝顶髙程图坝顶高程2.1.1正常蓄水位情况下的坝顶超高（丫正常）(2-1)(22)Y 二R+e+A正常KV 2D e =cos B2 gH（1）R波浪爬高,m。按蒲田试验站统计分析公式计算，先计算平均爬高R，平均爬高按 按下式计算：K KR = vhL(2-3)1 + m 2h =0.0018 竺 丫(2-4)g IV 2 丿T =4.0、；h（ 2-5）式中：K与坝坡的糙率和渗透性有关的系数，本设计采用砌石护面，查教材水A 工建筑物表51得：K =0.750.80,取K=0.7

20、8;AH沿水库吹程方向的平均水域深度，初拟时，可近似取坝前水深，m； H=141-85=56m；K经验系数，由风速V=23.7m/s,坝前水深H=56.0m及及重力加速度g=9.81m/s2组成W的无维量=1.477，查教材水工建筑物表5-2得K =1.02 何WV风速，正常运用条件下的II级坝采用V=1.5V多=1.5X15.8=23.7m/s多K 折减系数,取风向与坝轴线垂直的夹角为00，查教材水工建筑物表5-4可知：K =1m坝坡系数，m二ctga,a为坝坡倾角，初拟时取m=3.0;D水库吹程，m；由本设计资料查得D=3000m；h 平均坡高，h =0.0018X 空三xf9.81 %3

21、000Y45 = 0.16439.81 I 23.72 丿 _ (= !T波浪平均周期；T = 4.0h = 4.0 x 0.1643 = 1.621gT 2L -平均波长，假设 L 二 一 二 1.562T2 二 1.562 x 1.6212 二 4.106m，故为深水波;2兀R 平均爬高：R = 0.78 x 1.02 x 1 x . 0.5718 x 4.106 二 0.3267mJl + 3.02波浪设计爬高R按建筑物的级别确定，对于I、II、III土石坝取保证率P=l%的波浪爬 高值R ，该土石坝等级属于II级，故P=1%。根据h =0.1643,H=56m得 1%h/H=0.164

22、3/56=0.00294查教材水工建筑物表5-3得R/R =2.23则:R=2.23X R =2.23 X 0.3267=0.728(2) e风壅水面超出库水位的高度,m；KV 2De =cos B2 gHK平均摩阻系数，K = 3.6x 10-6；B风向与坝轴垂线的夹角；H平均水深，坝前水深为56m，x 1 = 14.1 x 10-3 m3.6 x 10-6 x 37.8752 x 30002 x 9.81 x 56(3) A-安全加高，根据坝的等级和运用情况查教材水工建筑物表1-11贝V： A=0.7m，则正常运用情况下坝顶超高为：Y二R+e+A=0.728+14.1X10-3 +0.7=

23、1.442m正常2.1.2非常运用条件下的坝顶超高(Y非常 )(1)R波浪爬咼，按蒲田试验站公式计算:V= V = 15.8m/s多h =.叱硏x15.82 ( 9.81 x 3000 15.82丿0.45= 0.612mj T = 4.0 .h = 3.13L = 1.56T 2 = 15.276R = 0.78 x 1.02 x 1 x J0.3661x 9.1379 =0.7693V.1 + 3.02R按 P = l%,=2.23R则：R=2.23xR =2.23X0.46=1.7155m2)e风壅水面超出库水位的高度,m;2x9.81x67e= 3.6x 10-6 x心 x820 =

24、5.52x 10-3m(3) A安全超高，查表得A = 0.5m则：非常运用情况下坝顶超高为：Y =R+e+A=1.7155+5.52 x 10-3 +0.5 = 2.22m 非常2.1.3 坝顶高程的确定及坝高的确定由于正常蓄水位为141m，校核洪水位为143.3。Y求得后，坝顶高程应分别按以下二种情况计算，并取最大值：亠141 + Y坝顶咼程=max =145.52m1143.3+ Y1非常丿坝体施工沉陷超高，本设计取坝高的0. 4%，即56X0.4%=0.224m考虑到上游坝段设置1.2m高的防浪墙，用防浪墙顶部高程代替坝顶高程，则坝高为: 145.52+1.2-85+0.224 = 6

25、0.496m，考虑到防渗体与坝面间的厚度应大于最大冻土厚度，则 取坝高为61m。则坝顶高程= 85+61 = 146m2.2坝顶宽度碾压式土石坝设计规范SDJ218 84规定，如无特殊要求时，高坝最高宽度为10 15m，中、低坝为510m，此坝属中坝且无特殊要求，则确定坝顶宽度为8m。2.3坝坡及平台(马道)2.3.1坝坡参考已建工程，初拟上游坝坡为：1 ：3.0；下游坝坡为：1 ：2.5。在下游变坡处设平 台，宽2.0m，以拦截并排除雨水，防止严重冲刷坝面，并兼做交通、检修、观测之用，也 有利于坝坡稳定，下游平台设集水沟。见图2-2。图2-2上下游坝坡2.4防渗体本设计防渗体初步确定采用土质

26、防渗体，即黏土斜墙防渗体。斜墙位于坝体内靠近上 游面，顶部不小于3.0m，底部不宜小于大坝水头的1/5。顶部=4.4m，底宽=24.1285X 1/5=17m，斜墙顶高出设计洪水位0.60.8m,本设计取0.7m,即为56.0+0.7=56.7m，斜墙 上游边坡为1： 2.75，下游边坡为1： 2.25。斜墙顶部和上游设置砂砾保护层，其厚度 (146-85-1.2-56.7)=2.1m，大于多年平均最大冻土厚度0.6m。斜墙上下游均设过滤层, 过滤层为0.4m厚的粗砂。见图2-3。图2-3粘土斜墙防渗体2.5排水设备本设计采用棱体排水，棱体顶面应高出下游最高水位，超出高度应大于波浪爬高且对II

27、级坝不小于0.5米，并应保证坝体浸润线位于下游坝面冻层以下。确定棱体顶面高程93.5m，顶宽2m,棱体内坡为1：1.5，外坡为1：2.0。见图2-4。a2-4棱体排水2.6 地基处理此坝基沿线全为基岩，对基岩地基处理参数可参见混凝土坝，主要是保证地基渗流稳 定，控制渗流量。本设计初步采用黏土截水槽，与黏土斜墙连成整体，其上部厚度与斜墙 底部厚度相同为24.12m,下部宽度取为10.12m槽底开挖齿墙，以加强截水槽与基岩的连接, 截水槽开挖边坡为1：1。3. 渗流计算A1.-:II渗流计算时，水库运行中出现的不利条件，即基本工况如下(1) 上游校核洪水位143.3m，下游相应水位92.4m(2)

28、 水位降落时的渗流计算。本设计仅对第(1)种工况做渗流计算。3.1 上游校核洪水位 143.3m 下游相应水位 92.4m 的渗流计算3.1.1 分段情况根据坝轴线地质剖面图的地形，地质情况，沿坝轴线分三段进行计算，中间段为河床 平均宽的范围，在其中选取 1-1 段面进行渗流计算；左段的地形在此选取断面 2-2 进行渗 流计算；同法在右岸选取断面 3-3，进行渗流计算。3.1.2 1-1 断面的渗流计算1计算简图如图所示图3-2 1-1断面剖面图（单位：mm）2单宽渗流量：用下式计算通过斜墙和截水墙的单宽流量(3-1)“ H 2 -h2”-hq = K i + kt 10 25 sm a51h

29、：斜墙后渗水深。已知斜墙渗透系数K = 1 x 1-7cm/s ；坝前水深H=143.3-85 = 58.3m，地基厚度T =0114m，斜墙的平均厚度为：8=魚2 * 242 = 14.27m截水槽的平均厚度23.12 + Q12 = 16.62m 将 6、K、0H、T 等代入上式有：1H 2 -h2qi= K 盂k KTH -h 151用下式计算通过斜墙下游坝体和坝基的单宽流量h2 - H 2h - Hq =K2+ K T2 =f (h)2 2(L-mH )t l + 0.44T 222已知坝体渗透系数K = 5.79X10-2cm/s；坝基厚度T=14m； H =7.4m；2(3-2)m

30、 =2.5；渗径2长：L = (143.3-114)x2.5*(114 - 92.4) x 2.5-(92.4 - 85) x 2 + 59 x 3 + 8 + (24.12 +10.12)十 4 = 306.01m代入上式有：h2 一 7.42h - 7.4q 1 =5.79 X 2 x (306.01 - 2.5 x 7.4乂 心 乂14 306.01 + 0.44 x 14 =(h)K T K T0 +T-8L + 0.44T1KH2=0_1 +8 sin a L 一 mH2K TH2K TH+01 + T28L + 0.44T2 2 11x10-9x58.325.79x10-4x7.4

31、1x10-9x14x58.3 2x5.79x10-4x14x7.4= + + +14.27 x 0.41306.01 3.5 x 7.423.85353.3 + 0.44 x 14KH223.85根据水流连续条件有 q =q ，联立求解得：12A 2 + A A Ah= 21 3 x 式中取：K=1.0X10-7cm/s5.79 x 10 -4KK1 x 10 -90+=+= 1.7 x 10-68 sin aL 一 m H 14.27 x 0.41 306.01 2.5 x 7.4221 x 10-9 x 14 + 579 x 10-4 x 14 = 22.55 x 10-616.62306

32、.01 + 0.44 x 14=180.8 x 10-6代入上式有：h = 3.535m则单宽流量q :q = 0.3x 10-6 m3/ (s m)3绘制浸润线：浸润线近似为一直线，见图。3.1.3 2-2 断面的渗流计算1计算简图如图所示。Iiiu.ll I： r f4图3-3 22断面（单位：mm）2单宽流量：上游水位143.3m,下游无水，坝底高程为112.4m，无排水设备，用下式计 算通过斜墙的单宽渗流量：(3-3)4 42 + 24 124.42 十 24.12 = 14.27m,下游水深 H =1q=k o 歸=f )已知斜墙的渗透系数：K = 1 x 10 -7 cm / s,

33、 H = 143.3 112.4 = 20.9m, 6 =017.4m，代入上式：q = 1 x 10-9 x县歸 =f S通过下游坝体的单宽流量按下式计算：q 2 =生= f2(h)坝体渗透系数为5.79 x 10-2cm/s，计算长度:L = (143.3 -114) x 2.5 + 2 + (114 -112.4) x 2.5 + 8 + (144 -112.4) x 2.25 =161.9m5.79 x10-4 x h2q = f (h)22x 161.92 由 q = q 得：12h = 0 285m则单宽流量：q 二 0.09x 10-6m3 /(sm)13逸出调度及浸润线绘制：h

34、 = (m + 0.5)已知：q = 0.09x 10-6m3/(sm),0 K 2K = 5.79x10-4 m / s ， m =3.0代入上式有： h = 5.44 x10-4 m20按下式绘制浸润线：尸単X + h 2K 0代入已知数据有：y.0.031x10-2x + 0.3x10-6在0161.9m之间假定一系列x值，求得相应的y值，列于表(5-1)中，将表中x, y值绘制于图5-2(2-2断面图)上并连成曲线变为坝体浸润线。(坐标原点在下游)表3-1：表 3-1 浸润线坐标x(m)020406080100120140160161.9y(m)0.00050.07870.1110.1

35、360.1570.1760.1930.2080.2230.2243.1.4 3-3 断面的渗流计算1 计算简图如图3-3所示图3-4 3-3断面(单位：mm)2单宽流量：上游水位143.3m,下游无水，坝底高程为122.4m，无排水设备，用下式计 算通过斜墙的单宽渗流量：q1H 2 h225 sin a已知斜墙的渗透系数K=1.0X10-7m/s；上游水深H=143.3-122.4=20.9m，斜墙的平01均厚度为：8=皿 * &52=6.25m代入上式：q = 1 x 10-9 x 20.92 h2 = f (h)i5.125 i通过下游坝体的单宽流量按下式计算：q =，坝体渗透系数K=5.

36、79X10-4m/s。计算长度:22 LL=(143.3-122.4)X2.5+8+(144-122.4)X2.25=52m5.79 x 10 -4 h 22 x 52= f2(h)由 q = q 得：h=0.049m12则单宽流量：q = 0.013 x 10 -6 m 3/(sm)逸出高度：h = (m + 0.5)0 K 20.013 x10-65.79 x10-4(2.5*0.5)= 0.67x104m3逸出高度及浸润线绘制：已知：h = 0.67 x 10-4m按下式绘制浸润线：0y = 丝兀 + h 2 = 10.4x 10-4x + 0.45x 10-8 K 0式中x、y值绘于图

37、5-3（3-3断面图）上并连成曲线，便为坝体的浸润线。（坐标原点在下游）在052之间假定一系列x值，求得相应的y值，列于表5-2中表 3-2 浸润线坐标X(m)0102030405052Y(m)0.0000670.020.0280.03460.040.04470.04563.1.5 总渗流量计算已知：q = 0.3 x 10-6 m3/(s*m), q = 0.09 x 10-6 m3 / (s*m), q = 0.013 x 10-6 m3 / (s-m),123L = 60m, L = 100m,L = 70m ,123则总渗流量为：Q = 1lqL + (q + q)L + (q + q

38、)L 211122233=-X 0.3 x 10-6 x 60 + (0.3 + 0.09) x 10-6 x 100 + (0.09 + 0.013) x 10-6 x 70 2= 64.21x10-6m3 /s则一天的总渗流量为： 64.21x10-6 x 24 x 3600 = 5.55m33.1.6 校核渗漏量：大坝在校核洪水位的库容为5.05亿m3。而每日渗漏量仅5.55 m3，故满足防渗要求。4. 大坝稳定分析4.1 稳定分析的目的对土石坝进行稳定分析的目的，是通过计算坝体剖面的稳定安全度来确定坝的经济剖 面。4.2 荷载作用在土石坝上的荷载主要有以下几种：4.2.1 土体自重坝体

39、浸润线以上的部分按湿容重计，浸润线以下于坝体外水位之间的部分按饱和容重 计，坝体水位以下部分按浮容重计。4.2.2 渗流力可由流网法求得，本设计不计渗流力。4.2.3 孔隙压力对于粘性坝坡，由于孔隙中的水或空气不易排出，当孔隙为水或气饷且受压时，上部 传来的荷载将有孔隙水，气和土粒骨架共同承担，土粒骨架承担的应力万亩有效应力。， 孔隙水、气承担的应力称孔隙压力口，二者之和为总应力。，孔隙力是一种张力，各向相 等，其数值与土料性质，填土含水量，受荷载与排水条件，运用工况有关，并随时间而变 化，随荷载增加而变大，又随孔隙水的排出而流散，精确计算较复杂，目前多为近似计算， 由于本设计坝壳材料多为砂砾

40、料，属于无粘性土，故不计孔隙压力。4.2.4 地震力本工程所在地区基本烈度为6度，根据我国水工建筑物抗震规范（SDJ10-78）设计 烈度在 6 度以下时，除对重要工程采取适当的抗震结构和工程措施外：可不作抗震设计。本水库可忽略地震力。4.3 稳定分析方法对于无粘性土坝坡的上下游坝壳及斜墙连同上游保护层一起滑动时的稳定计算，宜采 用直线法或折线法。本设计为无粘性土坝壳材料，故采用折线法对土石坝进行稳定分析计算。4.4 计算工况上游水位为校核洪水位，下游为相应水位的下游坝坡。4.5 稳定计算上游为校核水位，下游为相应水位的下游坝坡4-1)4-2)上游水位为143.3m，下游水位为92.4m,按下

41、式计算安全系数K1P 一 W sin a + W cos a tg申=01 1 K 1 1 1W cos a tg 甲 + 丄 P sin (a -a g 一 W sin a 一 P cos (a -a )= 0K 2 2 2 K 1 2 2 2 2 1 24.5.1计算简图4.5.2计算过程已知：申=36,甲=34,为计算简便，下游坝坡取平均值m=3.0.1 2(1) 假设a =18.5, a =13,取单宽重量W、W，分别按下式计算:1 2 1 2W =面积cbedc x 1 xy1 1W =面积edge x 1 xy + 面积gdag x 1 xy2 1 2dh = 92.4 85 =

42、7.4mah =dh7.4tga0.23=32.173meh = ah = 32.173 = 10.724mm 3.0ed 二 eh dh 二 10.724 3.85 二 6.874m bi 二 146 92.4 二 53.6mig = bi x m = 53.6 x 3.0 = 160.8m dg = ed x m = 6.874 x 3.0 = 20.622m id =ig dg =160.820.622 =140.178mfi = id x tga = 140.178 x 0.336 = 47.01m bf =bi fi =53.647.01=6.5mcb = L = 20mtga 0.

43、325将以上数据代入W、W中，得12W=1x1x1.8x 9.81cb x bf + x (bf + ed )x id22卜询7 a】95+訣195+”09).723 “a8 心81= 4980.1m 2W = ed x dg x 1 x 1.8 x 9.81 + dg x dh x 1.1 x 9.812 2 2=1 x 6.874 x 20.622 x 1 x 1.8 x 9.81 +1 x 20.622 x 7.4 x 1.1 x 9.812 2= 183.86m 2将以上数据代入式中：p 一4980.1 x sm185+Kx 4980.1 x cos185x tg 360=0x 183

44、.86 x cos13o x tg34。+x P x sinG.5。一 13。)x tg34。K183.86 x sin13。 P x M13。)= 0整理，得K 2 + 2 K 0.1275 = 0得 K=2.062 或 K=0.062则 K=2.062在此工况下，重新设定不同的、a角，计算其安全系数K，并列于下表:12表 4-1 不同工况下安全系数水库水位a ()1a ()2W ( m21)W ( m22)K18.54980.12.062上游为19.2133267.94183.862.049校核水位202691.072.031143.3米183349.212.24319152101.357

45、9.472.159下游为201352.332.130相应水位18.51405.422.15092.4米1917927.6913.3162.08820491.572.052经分析计算知，在此情况下当a =20, a =13。时，取得K =2.0311 2 min大于规范规定的1.10，因此所拟定的土坝断面尺寸是合理的，满足稳定要求。5. 沉降量计算土坝的沉降量包括坝基与坝体的两个部分。一般都应进行沉降估算，其目的在于确定 竣工时坝顶应预留的超高，以及估算坝体各个部位之间的不均匀沉降和不均匀沉降梯度， 以便初步判断是否存在发生裂缝的可能性，并研究防止裂缝的工程措施。本设计由于坝体 为砂砾石，在施工

46、期一般即可完成总沉降的80%以上，所以一般可不进行沉降计算。计算 坝身最终沉降量时需要有大量的压缩实验成果，即压缩曲线。因本设计资料不全，仅做简 单的方法说明。5.1坝体沉降量计算5.1.1计算要求精确计算坝体沉陷，应根据坝体应力计算成果进行，但一般沉陷计算不要求十分精确, 用以下基本假定进行计算，就可以满足要求：(1) 坝体中任何因自重所引起的垂直压应力等于该点上面土柱的重量；(2) 坝体中最大沉降量发生在坝轴线附近；(3) 坝体土料在压缩时不发生侧向膨胀。5.1.2方法与步骤图5-1压缩曲线图为了简化起见，一般计算土坝压缩时，在压应力的一定范围内以直线代替压缩曲线， 如图(5-1)所示。开

47、始压应力P与终结压应力P愈接近，则误差愈小，根据图(5-1)有:12e 二e-(P-P) tgB=e-AP(5-1)2 1 2 1 1式中：a为压缩系数，a二tg B(2) 由以上压缩曲线查得压缩系数A,孔隙比e,把已知数据代入到最终沉降量计算1公式有：S=竺(5-2)1 + e1在此将坝高分为7层，前6层厚为10m，第7层厚为9m。总坝高为69m。计算各层沉 降量S=工 =工止:P匹(5-3)11+e1 + e1i11i1式中：h第i层计算土层厚度，m。i1 1 P 第i层土 -高度处本层土柱的有效重量，等于-h Y(1-B ), KN/M311 22 i1P第i层土 一高度处自坝顶或坝面的

48、土柱自重，KN/m312 2e -ea = t 些(5-4)i p -p12 11a第i层的压缩系数。ie P层有效重量压应力下的孔隙比，e可采用设计初始孔隙比e；11 i1i10e P压应力下的孔隙比；12 i2填土的起始孔隙压力系数。5.2 坝基沉降量计算5.2.1 基本假定(1) 设单位长坝体的总重量为R,其作用线通过坝断面形心；(2) 设该荷载从坝的上、下游坝址按45度向坝基内扩散；(3) 坝基内任一水平面上由此引起的附加应力呈三角形分布，三角形顶点与坝自重 合力作用线吻合。5.3.1沉降量计算(1) 计算简图：如图(5-2)冲” I4E1L1拦 irj1图5-2大坝沉降计算图单位(m

49、)(2) 由于斜墙在坝体中体积很小，且所给资料中黏土的比重为2.75，砂砾料的比重 为2.7，两者相差不大，则可在此认为整修坝体为砂砾料，取河谷段坝的最高处单宽为研 究对象，进行坝基沉降量计算。鉴于本次设计的性质，在此仅计算坝轴线附近引力最大处 一点的沉降量既可。a. 坝体自重R的确定：已知：坝顶宽为8m，坝底宽B = 341.53m，坝高为61m，单宽b=1m，丫 =1.80t/m3d1贝y： R= (8+341.53)X61X1X1.80 = 19189.197t2b. 受压区深度y：受压区深度由下式7-3-1计算：ay = 0.0625B2 + 5R -0.25B =235.921ma因

50、为砂砾石基础厚度为T = 7m，TVy，则受压区的深度采用y = T = 7maC.坝基沉降量S：计算坝基沉降量应用的公式与坝体沉降量应用的公式相同，只是求压应力P时使用式 (5-2) (5-3)求出。坝基土亦应分层进行沉降量计算，其总和即为总沉降量S如下：q2R1(5 5)F口 , =x(5-5)最大B + 2 y 10L 一 XP = P 曰亠x (56)取大 XS= Y(5-7：1 + e1i1式中：P用式5-2及式5-3算得之值；ih分层厚度(m)ia 压缩系数ie 一 ea i2e 该层原状孔隙比i1e 筑坝后该层孔隙比i2P 未筑坝前压力i1P =P-Pi2 i1 il由压应力三角

51、形顶点至端点的水平距离（m）Y由压应力三角形顶点至计算点的水平距离（m）由于本设计资料不全，无法用以上分层总和法计算坝基沉降量，则用下式（7-3-5）对 砂砾石基础进行沉降量估算：5-8)S- PhE0式中：S 基础压缩变形；E砂砾石弹性模量，取E 1 x 105 （KPa）00P基础表面承受的上部坝体自重应力，在此以式5-3计算其P + 最大则：P最大2 x 19189.197341.53 + 2 x 7x =1120.44( KPa)h砂砾石层的厚度，h 7m则：s1120.44 x 71 x 1050.156m（4）经以上估算知在应力最大处的沉降量为0.156m。满足要求，其它点在此不做

52、计算。6. 土石料的结构布置根据坝体各部位不同的工作条件，合理的选择性能相应的土石料及布置区域。不同的部 位对土石料的选择有不同的要求。6.1 坝壳的结构布置使用于填筑坝壳的土石料应满足： （1）填筑坝壳的土石料应具有较好的透水性，以减小坝体内孔隙压力和渗流力； （2）具有较高的抗剪强度，以减小坝体工程量（3）具有一定的抗渗稳定性，不易发生管涌，土料级配要好，不均匀系数要大些；（4）应有较好的抗震稳定性，不易遇震发生液化流动。基于以上要求，坝壳材料采用砂砾料，渗透系数为5.79X 10-2cm/s6.2 防渗体的结构布置防渗体的土料应满足：（1）应具有一定的不透水性。用于填筑防渗体的土料，其渗

53、透系数不大于1 X10-5cm/s；（2）应具有一定的可塑性，以适应坝与坝基的变形而不致产生裂缝；（3）为保证有一定的抗水性，填筑防渗体及均质坝的土料，其有机质含量应分别小 于2%和5%（按重量计）；水溶盐含量均应小于3%。基于以上要求，并结合当地土料的储量，防渗体采用粘土，其渗透系数为1 X 10-7cm/s。6.3 排水设施及护坡的结构布置用于排水设备和护坡的石料，应具有较高的抗压强度，良好的抗水性，不易溶蚀，并 具有抗冻融性和抗风化性。饱和抗压强度应小于 40mpa 或 50mpa ，软化系数（饱和抗压 强度于抗压强度之比）不小于0.75或0.85。岩石孔隙率不大于3%，吸水率（按孔隙体

54、积比计算）不大于0.8,容重应大于22KN/m3。可采用块石，碎石，砾石。基于上述考虑，排水设备采用棱体排水；护坡采用干砌石护坡。6.4 反滤层的结构布置反滤层由23层不同粒径的砂石料排列组成，层面与渗流方向大致正交，粒径沿渗 流方向由细到粗逐层增大。按照机械化施工，每层厚度在lm以上，总厚度不小于3.0m。 根据上面原则布置反滤层，见细部构造附图所示。反滤层设在心墙与坝壳交界处、节水槽 开挖交界处和排水体与坝壳交界处。填筑反滤层的砾和砾石，应质地致密坚硬，具有较高的抗水性和抗风化能力，一般不 采用风化料；粒组间应有较好的透水性，粒径d 0.1 mm的颗粒含量应小于5%。基于上述考虑，反滤层采用细砂d=0.3mm，中砂d=2mm，粗砂d=107. 细部构造7.1 坝顶为防止防渗体干裂和雨水冲蚀，满足维修和防汛要求，坝顶做柔性