大学毕业论文-—铜钱坝枢纽及溢洪道设计

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1、湖南水利水电职业技术学院 铜钱坝枢纽及溢洪道设计湖 南 水 利 水 电 职 业 技 术 学 院Hunan Technical College of Water Resources and Hydro Power毕业设计成果设计项目名称铜钱坝枢纽及溢洪道设计 目 录第一章 基本资料11.1地形、地质情况11.1.2库区工程地质条件11.1.3坝址工程地质条件31.2 水文与气象61.3 工程特性值81.4水位91.5其他9第二章 调洪演算102.1 洪水分析计算102.1.1设计洪峰102.1.2设计洪量的推求102.2泄洪规模和死库容确定112.3 兴利库容的确定112.4 调洪计算12第三章

2、 枢纽总体布置、坝型选择173.1坝址选择173.1.1中坝址与下坝址工程地质条件比较见下表：173.2坝轴线选择173.3泄水和引水建筑物183.4 坝型选择193.4.1 各坝对地形、地质得要求193.4.2 各坝的特点203.5 枢纽布置223.5.1水利枢纽的建筑物223.5.2 枢纽总体布置223.6 坝体剖面拟定233.6.1坝坡233.6.2 坝顶宽度243.6.3 坝顶高程243.6.4 坝坡选择263.6.5坝体排水设备选择及尺寸拟定263.7 渗流计算273.7.1计算情况选择273.7.2 渗流分析的方法273.7.3 均质坝的渗流计算273.8 稳定计算293.8.1土

3、坝失稳的形式293.8.2计算公式的分析293.8.3最危险圆弧位置的确定303.8.4土条划分303.8.5不均匀块的的处理303.8.6稳定分析的步骤313.9 细部构造设计343.9.1坝顶构造343.9.2坝体排水343.9.3上下游护坡及排水343.9.4 反滤层343.9.5土料的选择353.9.6 地基处理35第四章 溢洪道设计374.1河岸溢洪道的类型和位置选择374.1.1 河岸溢洪道的类型374.1.2 溢洪道的位置选择374.2 进水渠384.3 控制段设计394.3.1定型设计水头Hd选择394.3.2 上游堰高确定394.3.3 溢流孔口尺寸的拟定404.3.4 确定

4、堰面曲线404.3.5 剖面衔接计算414.3.6溢流堰闸门闸墩设计424.4泄槽形式及水力计算424.4.1槽的形式及水面曲线设计424.4.2 泄槽弯道设计444.4.3 弯道冲击波设计454.5 消能防冲断设计464.5.1溢洪道沿程水头损失和局部水头损失464.5.2 水舌设计474.5.3溢洪道挑坎与冲沟的处理484.6 溢洪道构造484.6.1 衬砌484.7 出口消能段49第五章 地基处理505.1地基开挖与处理505.2帷幕灌浆50致 谢51参考文献52摘 要铜钱坝土坝枢纽及溢洪道设计本次毕业设计对大坝的各个部位进行了详细的设计，在分析了坝址的地质条件后，选取了坝轴线并进行了枢

5、纽布置。通过对深入部分泄水建筑的了解，对该工程的溢洪道及底孔的形式和消能及防冲进行了设计。设计的主要内容有：坝址、坝型选择和枢纽布置，调洪计算，粘土均质坝设计，泄水建筑物设计，构造设计，地基处理等。设计过程中，采用的主要方法有关于调洪计算的半图解法、坝坡稳定计算的瑞典圆弧法、渗流计算的水力学法、坝顶垂直沉降的工程类比估算法，以及相关规范、手册所推荐的方法。具体设计详见设计说明书，另外除了设计说明书外 ，还有反映本次设计成果的5张图纸。关键词： 土石坝 ；调洪计算；枢纽布置。53第一章 基本资料1.1地形、地质情况1.1.1区域地质情况本区位于大巴山旋扭构造西段北缘，北与秦岭纬向构造相连 ，由阳

6、勉大断裂与之相隔，区域主要构造线方向为北东东向，局部有近南北向受多期构造运动影响。区域地层有下元古界东房沟组震旦系下统陡山沱组、灯影组，寒武系石牌组，奥陶系中上统，志留系龙马溪组和第四系地层。所见岩层有东房沟组灰、深灰色砂质极岩，绢云母千枚岩，白云质灰岩，砂岩，岩质硅质板岩。震旦系下统千枚岩，砂岩砾岩，凝灰质砂砾岩，灯影组陡山沱组，硅质灰岩，白云质灰岩，砂岩，千枚岩等，石牌组页岩，粉砂岩，灰岩、白云质灰岩、奥陶系黄绿色质岩，砂质页岩，龟裂灰岩，泥灰岩，龙马溪组深灰绿色砂岩，砂质页岩，第四系坡积冲积亚砂土亚粘土夹碎石及砂卵石及卵石层等。主要褶曲有李家大山阳平关背斜，陈家大梁宽川铺背斜、胡家坝陈家

7、坝背斜，主要断裂有胡家垣五月坪断层、无墩沟双河寺断层，李家大山人长沟断层和铜钱坝断层等。本区属于巴山系低山区，玉带河属山区河流，发源于巴山箭竹岭，自南向北，流经宁强勉县，于勉县铜钱坝注入汉江，全长110km，流域面积近800km2。近期该区属缓慢上升区，河床及河谷两岸覆盖少，见有明显的三级阶地，河曲多，比降小，宜于见库。1.1.2库区工程地质条件 水库渗漏玉带河为汉江上游南岸最大的一条河流，河底均低于邻谷数十米，上游库段河谷两岸，大部分为透水性很大的千枚岩，变质砂岩、凝灰质砂岩等，该区泉水出露高程在620m以上，回水后一般不会产生库水向邻近河谷渗漏的可能。震旦系灯影组硅质白云岩有岩溶裂隙水，泉

8、水流量不是很大，且高悬于640m720m高程以上，不致产生渗漏，据水文二队访问，在七姐妹山东端玉带河河床中偏左岸有水平溶洞，枯水季节可见从山里有一股泉水溢出，该处高程在600m左右，是值得注意的低点。库区中游的白岩河两条近东西向压扭性断层宽度一为40m，一为20m，地势向西逐渐增高，山体连绵，断层交会处已接近回水尾端，据水文二队估计，无集中渗漏可能。玉带河下游四沟一带与汉江分水岭，按回水标高计算直线距离有2500m，燕几沟一带与汉江分水岭山体单薄，宽度由2400m左右。水文二队认为回水后又可能发生渗漏。 水库的淹没及浸没按正常高水位605m，库区集中淹没范围仅在南溪沟、白岩河以下，即沿河谷两岸

9、高漫滩及一、二级阶地和各大溪沟出口段的相应高程内。南溪沟至曲尺沟，河道狭窄，零星分布的前缘标高在600m左右的一级阶地属淹没范围，未淹没的部分一级阶地大部分为浸没范围。南溪沟以下，河谷开阔，两岸分布一、二级阶地，一级阶地为库区主要淹没区，二级阶地部分淹没。白岩河瓦厂里以下将淹没部分一级阶地，未淹没的部分一级阶地为库区主要浸没范围，据统计，蓄水后将淹没3000亩耕地和分散居民房屋千余间。 水库坍岸库岸基岩裸露，系坚硬岩石组成，河谷地区侵蚀剥蚀作用强烈，一般仅有厚度不大的强烈风化层，甚至地表即位弱风化岩层，不易产生塌滑体。库区两岸存在第四系土层的崩塌体、滑坡体等不良地质体，将会产生坍岸变性。滑坡体

10、及崩塌体大部分分布在土车坝以下河段，尤以张家油房、魏其沟、南溪沟、石马滩、黄家沟及许家流等地较多，一般长约100m150m，高50m100m，厚20m30m。滑坡地面坡度2530，水文二队通过对60#和65#滑坡体验算，最终她岸宽度分别为90m和81m，而根据地质剖面分析65#滑坡塌岸最终宽度可能达100m以上。曲尺沟口30#滑坡有可能阻塞河道。另陈家坝和许家坝附近有基岩滑坡几处。 固体径流来流库区左家湾以上，河床固体径流，主要漂石夹卵块石，来源于上游寒武、奥陶系地层分布段，左家湾至南溪湾沟段细碎物质亦不多南溪沟以下，仅有部分溪谷出口处有小型碎块石组成的洪积扇，输沙量亦不大。库段内，覆盖层不发

11、育，基岩广布，植被良好，固体径流来源不多，据水文二队获得的资料，多年平均输沙量为77.2万t84.9万t，年固体径流模数为1115t/km2.1.1.3坝址工程地质条件 地形地貌中坝址距下坝址400余米，玉带河环绕单薄山脊，呈S形弯曲，中坝址河段较平直，河谷呈U形谷，流向北西西，主流偏左岸，河谷宽约80m100m，谷底平坦，河床比降为1%0.5%，平水及枯水期低漫滩广泛分布，水面标高571.6m左右，水深13m。坝址区河谷两岸发育不对称零星分布的阶地，左岸地形较缓，坡度3545，山坡上发育有小冲沟，左岸平洞上游岸边河流侧蚀冲刷，谷坡陡峭基岩裸露。右岸呈陡坡地形，坡度4560。上游略有变缓，下游

12、有一条深冲沟切割。河床覆盖层厚为4m6m，河床及岩面略有起伏，但仍较平坦，未发现较大深槽。 地层岩性中下坝址均见有下元古界东房沟组（）及后期岩脉与第四纪地层，其岩性略有差别。元古界东房沟组：、含炭砂质板岩：灰深灰色，局部炭质富集呈灰黑色，矿物成分以石英、绢云母为主，其次为炭质，含少许黄铁矿小晶体，板理发育，易风化，新鲜岩石较坚硬。、硅化灰质砾岩夹岩质板岩：深灰、灰黑色，砾石成分复杂，以灰岩、砂岩、火成岩为主，次为板岩、千枚岩。次棱角状及棱角状，砾石大小不一，直径一般为3cm5cm，偶见大者达2m，胶结物为钙质、硅质。以基底胶结为主，质坚脆、石英脉发育、地表见有轻微的溶蚀现象，本层在中坝址变化较

13、大。、炭质硅质板岩：灰黑色、黑色，风化后呈灰白色，以炭质硅质成分为主，板状构造、板理发育、单层厚3cm5cm，质坚脆、易风化。、紫色千枚岩：底部夹灰绿色千枚岩，具千枚状构造，质软，易风化。、青灰色千枚岩：具千枚状构造，片理明显，质软，易风化。、黄绿色千枚岩夹竹叶状灰岩、砂岩：风化后呈灰黄黄褐色，片理明显，易沿片理剥落，质软易风化。所夹砂岩、竹叶状灰岩呈夹层或透镜状。风化面呈褐色、质坚。、岩脉：花岗闪长岩岩脉数条，多沿破碎带或顺层侵入，出露宽度一般1m2m左右，最大厚度可达7m，与围岩接触较好，质坚，难风化。、第四系全新统河床冲积砂卵石层：卵石成分主要为砂岩，次为板岩。砂粒以石英长石岩屑为主，砂

14、岩比为4：6。 地质构造中坝址为浅薄山脊，为一倾覆倒转背斜，背斜轴向大致为2.53.0东，向被东东方向倾覆，倾覆角5070，轴部由含炭砂质板岩地层组成，褶皱强烈，岩石层倒转，倾角陡立，翼部由硅化灰质砾岩、炭质桂质千枚岩等组成。为一紧密同斜褶曲，西翼岩层产状：北2030西，倾南西，倾角6580。坝址断层发育，按其发育方向，大致分为北西、北北东、北东东三组为主，北东东向为压性断层，北西与北东东为扭裂，南北向为压性断层。坝址区节理裂隙发育，根据坝肩平洞揭露，其中以北北东、北东东及北西西三组最为发育，次为北西西组，与坝址区构造线方向基本一致。 主要物理地质现象及岩石风化情况规模较大的滑坡体有：左坝肩滑

15、坡体、导流洞出口坍塌体、右坝肩坍塌体。左坝肩滑坡体对建筑物危害较大，该滑坡体东以压性断层为界，西以凹沟左壁为界，后缘位于CH15号孔下方（标高630m左右），滑动方向为北25m，东西宽80m，南北长后缘位于CH15号孔下方（标高630m左右），滑动方向为北25m，东西宽80m，南北长85m，钻孔中接露厚为20m24m。据水文二队初步估算其方量达10万m3，为一基岩谷滑坡，目前处于稳定，但坡脚破坏，仍有复活可能。 水文地质坝址区水文地质条件较简单，地下水有基岩裂隙水和河床砂卵石层孔隙潜水。坝基及坝肩基岩含有微弱的裂隙水，由于岩层裂隙发育，连通性和岩石破碎程度不一，使岩石透水性变化很大，含水不均，

16、局部有带状裂隙承压水，两岸基岩裂隙水由大气降水补给。排泄于玉带河。由于裂隙充填较多，其透水性较河床基岩透水性为小。千枚岩夹砂岩为相对隔水层，透水性很差，但裂隙发育可含微量裂隙水，其透水性不均一。河床砂粒层为极强透水层，厚度4m8.9m。根据中坝址两个试坑抽水试验，降深为0.315m0.51m时渗漏系数为432m/d523m/d.(6) 各坝轴线工程地质条件中坝址位单薄山梁倾伏倒转背斜轴部，岩层强烈褶皱，断裂发育，坝基及坝肩两岸均坐落于含炭砂质板岩、硅化灰质砾岩及炭质硅质板岩上。坝址工程地质条件复杂各坝址地质条件如下：、线：位于背斜轴部，岩石挤压破碎，左坝肩坐落在滑坡体上，处理困难，右坝肩上方孔

17、附近断层破碎带密集8余m，其铅直厚度达48m，并有岩脉穿插，强风化层深达36.4m，岩石透水性较强，渗透途径短，为绕坝渗漏主要通道。右坝肩下方有断层通过，硅化灰质砾岩组成，山体单薄，稳定性差。、线：左坝肩小凹沟有断层的压碎岩宽约8m，坝脚坐落在滑坡体上，不利坝肩稳定，强风化层厚9m12m，右坝肩正处硅化灰质砾岩与炭质硅质板岩软弱带上，近北东北，东东向东向断层发育，于此交会，构成断层交会带，岩石强度低，稳定性差，并为绕坝渗漏通道。、线：左坝肩发育有充填黏土的缓倾角裂隙，且有层间挤压破碎带，坝基有断层斜交通过，岩石透水性较强，底板埋深大于50m，为坝下渗透的主要通道，右坝肩坐落于、断层交会软弱带上

18、。1.2 水文与气象玉带河发源于宁强县巴山箭竹岭，流贯宁强县境内，由南向北，于勉县铜钱坝处流入汉江，河道曲折，高山植被良好，海拔1000m以下垦荒坡地少，河道总长110 km，河床平均比降3，下游河床比降为1/6001/800。坝址以上集水面积798。集水区呈狭长形，流域平均高程为1100m，多年平均降雨量1000mm1100mm，由“陕西省年降雨量等值线图”上可见，降水量分布由上游向下游递减，且宁强、铁锁关一带为暴雨中心。铜钱坝水库坝址附近无实测水文资料，玉带河上游有铁锁关水文站、宁强气象站，汉江干流上有武侯镇站和大安站，沮水河有茶店子、观音寺、茅坝站，各站水文气象资料系列情况见表1-1。表

19、1-1 各站水文气象资料系列情况河流水文站雨量站玉带河铁锁关F=433km2 19601974年铁锁关 19601974年宁强 19581959年宁 强 19601974年汉江武侯镇F=3092km2武侯镇 1934、19361974年19351941年 19531974年大 安 19551970年沮水河茶店子F=1683km2茶店子 19661974年19661974年茅 坝 19571970年观音寺 19551970年根据铜钱坝水库设计洪水标准，频率为1，0.1所涉及洪峰、洪量及洪水过程线的有关资料如下：铜钱坝水库采用值为： ： 坝洪水历时定为3天。分别统计铁锁关站和武侯镇站实测历年最大一

20、、二、三日洪量，如表1-2所示。进行频率计算，求得不同频率各时段的洪量，绘制最大洪量与流域面积关系图，内插得铜钱坝频率为1%时段的洪量。表1-2 铁锁关站和武侯镇站实测历年最大一、三日洪量时段一二三洪水总量（亿 m3）1.321.792.08洪水过程线典型放大已知铜钱坝水库坝址设计洪水的一日洪量及洪峰量。选用铁锁关站1964年9月24日一次洪水过程线为典型：典型洪峰;24小时洪量，作为一日洪量（3日4时4日4时）；典型洪水线及其用同倍比放大的设计洪水过程线见表1-3。其曲线如图1-1。表1-3 铜钱坝典型洪水过程线与设计洪水过程线日时（3日）10 时11 时 12时13时14时15时16时17

21、时18时Q(m3/s)50011801590164016001270890610480设计（P=1%）9452230.23005.13099.630242400.31682.11153907校核(P=0.1%)13853268.64404.34542.8443235177.92465.31689.71329.6图1-1铜钱坝水库同倍比放大法推求设计洪水过程线1.3 工程特性值表1-3 铜钱坝水库工程特性表工程名称铜钱坝土坝枢纽及溢洪道设计坝址陕西省汉中市勉县铜钱坝乡坝址区地震烈度度水文特性控制流域面积798km2百年一遇设计洪峰流量4550m3/s千年一遇校核洪峰流量3100m3/s水库特性水

22、位正常蓄水位605m防洪限制水位604.98m设计洪水位605.06m校核洪水位607.51m死水位588m库容总库容0.73亿m3设计库容0.53亿m3正常库容0.52万m3死库容0.1亿m3土石坝坝型均质土石坝坝顶高程617.3m坝顶长度166.68m坝基防渗形式截水槽与灌浆帷幕联合防渗溢洪道型式正槽溢洪道底高程590m底宽71m最大泄量4238.61.4水位设计洪水位（1%） 上游：605.06m 下游：576.05m 校核洪水位（0.1%） 上游：607.51m 下游：581.57m正常蓄水位 上游：605m 下游：579.01m死 水 位 558m多年平均最大风速：12.5m/s（4

23、5Km/h）多 年 最 大 风速：20m/s（72Km/h）1.5其他工程等级：枢纽为3等，建筑物为3级；水库吹程：3km；地震基本烈度：7度。第二章 调洪演算2.1 洪水分析计算根据铜钱坝水库设计洪水标准，频率为1，0.1所涉及洪峰、洪量及洪水过程线的有关资料如下：2.1.1设计洪峰铜钱坝水库采用值为： ： 2.1.2设计洪量的推求通过铁锁关站洪水资料分析，洪水过程线多呈单峰，洪水历时为3天，铜钱坝洪水历时定为3天。分别统计铁锁关站和武侯镇站实测历年最大一、二、三日洪量，如表2-1所示。进行频率计算，求得不同频率各时段的洪量，绘制最大洪量与流域面积关系图，内插得铜钱坝频率为1%时段的洪量。表

24、2-1铁锁关站和武侯镇站实测历年最大一、三日洪量时段一二三洪水总量（亿 m3）1.321.792.08洪水过程线典型放大已知铜钱坝水库坝址设计洪水的一日洪量及洪峰量。选用铁锁关站1964年9月24日一次洪水过程线为典型：典型洪峰;24小时洪量，作为一日洪量（3日4时4日4时）；典型洪水线及其用同倍比放大的设计洪水过程线见表2-2。其曲线如图2-1。表2-2 铜钱坝典型洪水过程线与设计洪水过程线日时（3日）10 时11 时12时13时14时15时16时17时18时Q(m3/s)50011801590164016001270890610480设计（P=1%）9452230.23005.13099.

25、630242400.31682.11153907校核(P=0.1%)13853268.64404.34542.8443235177.92465.31689.71329.6图2-1铜钱坝水库同倍比放大法推求设计洪水过程线2.2泄洪规模和死库容确定灌溉要求放水入坝下游河道，同时考虑水库排沙和意外情况下泄洪的需要，设隧洞和溢洪道。根据水库淤积计算和排沙要求，为了保证设计洪水时宣泄通畅，选取隧洞进口高程580m,进口处闸门尺寸33m，隧洞明流泄量为，兼顾水力发电最小工作水头的要求，选取死水位（即兴利下限水位）为588m，由图2-2 钱坝坝水库水位和库容关系曲线查得相应死库容为。2.3 兴利库容的确定工

26、业供水净用水量为，考虑管道沿途损失以10%计，工业供水保证率为97%。农业上要求水库补偿灌溉用水年。其中5月份，6月份。同时要求5、6、7、8四个月的河道天然径流不纳入水库径流调节。水库渗漏蒸发损失估算根据当地水文气象资料分析，水库多年平均水面蒸发量为360，水库库区地质条件属中等，月渗漏量以月平均库容水量的1.5%计。根据当地水文、用水变化特点，选取调节度从9月初开始至次年8月底结束，确定水库运用方式为10月至次年4月为蓄水期，56月为用水高峰期，79月为防汛排沙期。这样可以做到工、农业用水，蓄清、排浑相结合，保证水库安全渡汛，延长水库使用寿命，又可将部分兴利库容作为防汛使用。用历时列表法，

27、进行代表年P=25%，50%，75%，97%年调节兴利库容的推求，从中选择最大者作为采用年调节兴利库容，兴利库容为6349.9，相应的正常蓄水位为605m.2.4 调洪计算初定大坝采用排沙隧洞和溢洪道联合泄流，溢洪道堰顶设闸门高10m，堰顶高程为597 m,净宽65m。隧洞进口高程580m,闸门处尺寸3.53m。大坝库水位库容ZV关系曲线如图2-2，大坝下游河道水位流量ZQ关系曲线如下图所示：图2-2 铜钱坝水库水位和库容的关系曲线图2-3 铜钱坝水库下游河道水位流量关系曲线库水位下泄流量关系曲线计算过程见表2-3表2-3铜钱坝水库库水位下泄流量曲线计算表Z上(m)Z下(m)水头h1(m)排沙

28、洞泄量 q1(m3/s)水头h2(m)溢洪道泄量 q2(m3/s)602.5575.919.95186.95.51604.6603.0576.320.45189.26.01828.3603.5576.720.95191.56.52061.5604.0577.121.45193.87.02304604.5577.421.951967.52555605.0577.822.45198.28.02814.9605.5578.122.95200.48.53082.8606.0578.423.45202.69.03358.8606.5578.823.95204.79.53642.5607.0579.124

29、.45206.910.03933.9607.5579.424.9520910.54232.6608.0579.725.45211.111.04538.5表2-3中各流量分别由下列公式确定:隧洞 其中流量系数取用0.90。为上游水面到计算断面中心的水位差。溢洪道其中取用0.43，B=65m,h2= Z上597 本设计隧洞为非淹没出流，其出流量和下游水位有关，而下游水位又决定于总下泄流量。因而需要进行试算。淹没出流的一般试算步骤是：首先假定上游水位，再假定下游水位，然后由流量公式求出各项流量。如果求得的总下泄流量与假定的下游水位符合下游水位流量关系，则该结果即为所求。如不符需重新假定下游水位，直至

30、符合为止。表5所列的即为B=65m时水库蓄水位与下泄能力关系的试算结果。取，根据库水位下泄流量曲线，即可计算相应工作曲线，计算步骤见表2-4。工作曲线见图2-4。表2-4 工作曲线计算表库水位Z库容V(万m3)总下泄量q(m3/s) q/2 (m3/s)V/t(m3/s)V/t-q/2 (m3/s)V/t+q/2 (m3/s)602.546101791.5895.7512805.55611909.8113701.316034724.42017.51008.7513123.33312114.5814132.08603.54846.222531126.513461.66712335.1714588

31、.176044975.82497.81248.913821.66712572.7715070.57604.55114.627511375.514207.22212831.7215582.726055264.33013.11506.5514623.05613116.5116129.61605.55427.13283.21641.615075.27813433.6816716.886065605.93561.41780.715571.94413791.2417352.64606.558053847.21923.61612514201.418048.66076030.44140.772070.385

32、16751.11114680.7318821.5607.56290.94441.62220.817474.72215253.9219695.526086600.44749.562374.7818334.44415959.6620709.22图2-4 铜钱坝水库调洪演算工作曲线调洪演算工作曲线绘出后，先对百年一遇设计洪水进行调洪演算。起调水位为600m，随着入库流量增大，泄洪隧洞闸门逐渐开启以控制下泄，使泄量等于来量，库水位维持在600m不变。随后，因隧洞闸门已全开而来水量仍然继续增大，故进入自由泄流情况，库水位被迫上升，由初时段的泄量查曲线得，加上值后得值，再回查曲线得，以此方法计算，最后求得

33、最大泄量为3045.5，相应最高水位即设计洪水位为605.06m。详细计算过程见表8。对于千年一遇设计洪水与百年一遇洪水调洪演算方法相同，求得最大泄量为4447.8，相应最高水位即校核洪水位为608m。详细计算过程见表2-5，表2-6。表2-5千年一遇洪水调洪计算表时间 (h)入库 Q (m3/s)平均入库Q (m3/s)水位Z1(m)V1/t-q/2 V1/t+q/2 q(m3/s)水位Z2 （m）3.113005.1604.9815182.773005.1607.48124404.33704.7607.4815231.019656.254429.6607.51134542.84473.66

34、07.511526819718.44146.93607.241444324487607.2419242.54285.2表2-6 百年一遇洪水调洪计算表时间 (h)入库 Q (m3/s)平均入库Q (m3/s)水位Z1(m)V1/t-q/2 V1/t+q/2 q(m3/s)水位Z2 （m）3.123005.1604.9813107.83005.1605.03133099.63052.4605.031313316160.2605.061430243061.8605.0613151.716194.8604.561524002712.215863.9调洪计算成果汇总见表2-7表2-7P(%)下游水位1

35、605.063045.5579.050.1607.514447.8581.57第三章 枢纽总体布置、坝型选择3.1坝址选择3.1.1中坝址与下坝址工程地质条件比较见下表：坝址工程地质条件比较表中坝址下坝址地形地貌河道形态平直转弯河床宽度80-100m90-100m左岸坡度35-40度50度右岸坡度45度30度河床覆盖层4m-5.8m2.4m-9m岩性河床岩性左半部软，右半部硬右半部软，左半部硬坝基岩石完整性岩石较完整岩石破碎 左坝肩岩石软，强风化层8-21m岩石硬，强风化层13m右坝肩岩石硬强风化层10-36m岩石软炭质层分布右岸分布厚度大左岸不连续薄层状下游冲刷坑岩石大部软岩石破碎 地质构造

36、褶曲顺坝线方向河床偏左断层左坝肩有F4，应处理F7应处理断层右坝肩F1，F5，F12应处理有小断层挤压带裂隙河床有缓倾角裂隙河床有缓倾角裂隙物理地质左坝肩基岩石滑坡约10万立方米，风化严重，应处理局部构造破碎，应处理右坝肩局部构造破碎，应处理风化严重通过上述综合比较，中坝址地质较好，故选择了中坝址建坝3.2坝轴线选择1坝轴线应根据坝址区的地形条件、坝型、坝基处理方式、枢纽中各建筑物（特别是泄洪建筑物）的布置和施工条件等，经多方案技术经济比较确定。2坝轴线应因地制宜地选定。宜采用直线。当采用折线时，在转折处应布置曲线段。设计地震烈度为8度、9度的地区不宜采用折线。3当坝址处存在有喀斯特、大断层或

37、软粘土等不良地质条件时，应研究避开的可能性。各坝线的工程地质条件：中坝址位单薄山梁倾伏倒转背斜轴部，岩层强烈褶皱，断裂发育，坝基及坝肩两岸均坐落于含炭砂质板岩、硅化灰质砾岩及炭质硅质板岩上。坝址工程地质条件复杂各坝址地质条件如下： 线：位于背斜轴部，岩石挤压破碎，左坝肩坐落在滑坡体上，处理困难，右坝肩上方孔附近断层破碎带密集8余m，其铅直厚度达48m，并有岩脉穿插，强风化层深达36.4m，岩石透水性较强，渗透途径短，为绕坝渗漏主要通道。右坝肩下方有断层通过，硅化灰质砾岩组成，山体单薄，稳定性差。 线：左坝肩小凹沟有断层的压碎岩宽约8m，坝脚坐落在滑坡体上，不利坝肩稳定，强风化层厚9m12m，右

38、坝肩正处硅化灰质砾岩与炭质硅质板岩软弱带上，近北东北，东东向东向断层发育，于此交会，构成断层交会带，岩石强度低，稳定性差，并为绕坝渗漏通道。 线：左坝肩发育有充填黏土的缓倾角裂隙，且有层间挤压破碎带，坝基有断层斜交通过，岩石透水性较强，底板埋深大于50m，为坝下渗透的主要通道，右坝肩坐落于、断层交会软弱带上。通过上述比较，线工程地质条件比，线略好，初步设计选择坝线。但线岩石透水性较强，仍需要进行地基处理。3.3泄水和引水建筑物1枢纽中的泄水建筑物应能满足设计规定的运用条件和要求。建筑物应运用灵活可靠，其泄洪能力必须满足宣泄设计洪水、校核洪水要求，并应满足排沙、排冰的要求。2泄水建筑物的布置和形

39、式，应根据地形、地质条件和泄洪规模、水头大小和防沙要求等综合比较后选定。可采用开敞式溢洪道和隧洞。在地形有利的坝址，宜布设开敞式溢洪道。3设计地震烈度为8度、9度地区或1级、2级土石坝，应论证是否设泄水底孔。4多泥沙河流应设排沙建筑物，并在进水口设防淤和防护措施。5泄水和引水建筑物进、出口附近的坝坡和岸坡，应有可靠的防护措施。出口应采取妥善的消能措施，并使消能后的水流离开坝脚一定距离。6泄水建筑物宜布置在岸边岩基上。对高、中坝不应采用布置在软基上的坝下埋管形式。低坝采用软基上埋管时，必须进行技术论证。地雷区的坝采用坝下埋管应按SL203-97水工建筑物抗震设计规范的有关规定执行。3.4 坝型选

40、择坝型选择应综合考虑下列因素，经技术经济比较确定：1. 坝址区河势地形、坝址基岩、覆盖层特征及地震烈度等地形地质条件： 2. 筑坝材料的种类、性质、数量、位置和运输条件； 3. 施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件和初期度汛等施工条件； 4. 坝高：高坝多采用土质防渗体分区坝 ，低坝多采用均质坝，条件合适时宜采用混凝土面板堆石坝； 5. 枢纽布置、坝基处理以及坝体和泄水、引水建筑物等的连接； 6. 运行条件：如对渗漏量要求 高低，上、下游水位变动情况，分期建设等； 7. 坝及枢纽的总工程量、总工期和总造价。 8. 3级低坝竟工论证可采用土工膜防渗体坝。9. 轴线较长

41、的土石坝根据地形、地质及料场的具体条件，可分段采用不同坝型，但在坝型变化处应设置渐变段。3.4.1 各坝对地形、地质得要求重力坝对地质、地形条件的要求如下： 1. 具有足够的抗滑能力，能满足抗滑稳定的要求。大坝与基岩接触面抗剪强度大、坝基岩体内没有软弱结构面和可能滑动的岩体或其抗剪强度满足抗滑稳定的要求，不致在水推力作用下沿之产生滑动，否则要采取阻滑措施。 2. 坝基应有足够的抗压强度和与坝体混凝土相适应的弹性模量，其均匀性和完整性也应较好，能承受坝体传来的巨大压力，不致产生过大的变形或不均匀变形，否则坝体内会产生较大的拉应力，使坝体裂开，甚至毁坏。重力坝对坝基岩体承载力的要求低于拱坝。有的低

42、坝可建在均匀密实的卵砾石层上。 3. 坝基(肩)应有良好的抗渗性，在库水上下游水头差作用下不发生大量渗漏、不产生过大扬压力，也不会产生岩体的软化、泥化和软弱夹层、断层破碎带的渗透变形。 4. 重力坝对地形适应性好，几乎可以在任何形状的峡谷中修建，但两岸山坡岩体必须稳定，没有难以处理的滑坡体和潜在的不稳定的滑移体。 5. 重力坝可以从坝顶宣泄大量洪水，下游河床岩体应具有对高速水流的抗冲能力，以免冲刷坑向上游扩展，威胁大坝安全。 6. 坝区附近应有足够的、合乎要求的混凝土骨料或石料。 拱坝对地质、地形条件的要求 拱坝的外荷载主要是通过拱的作用传递到坝端两岸，所以拱坝的稳定性主要是依靠坝端两岸岩体维

43、持。与重力坝相比较，拱坝对两岸地形完整性和岩体的要求较高，要求两岸对称，岸坡平顺无突变、平面上向下游收缩的峡谷段。坝端下游侧应有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定。 土石坝对地质、地形条件的要求 土石坝由散体材料经碾压堆筑而成，坝坡平缓，体积庞大，底宽较大，对地基的压应力小、允许产生较大的变形，故与混凝土坝相比，它对地质地形条件要求低，从岩石地基到土质地基，尽管地基性状不同，但都可修建土石坝。3.4.2 各坝的特点重力坝的特点（一） 优点1. 对地形地质条件适应较强。2. 枢纽泄洪及倒流问题容易解决。3. 重力坝结构简单、体积大，有利于机械化施工。4. 传力系统明确，便于分析与设计，运行期间的维

44、护及检修工作量较少。（二）缺点1. 坝底扬压力较大。2. 水泥水化热较大，可能导致坝体裂缝。拱坝的特点1. 拱坝在水平外荷载作用下的稳定性主要是依靠作为拱座的两岸岩体的反力，并不全靠坝体自重来维持稳定，这是拱坝的一个主要工作特点。2. 拱坝可比重力坝节省工程量1/32/3；另外还可减少基础开挖，缩短泄水(引水)渠道和导流洞的长度。3. 拱坝超载能力很强，其破坏时所达到的荷载可达设计荷载的711倍(只要拱肩有足够的稳定性)。4. 拱坝的抗震性能好。(世界坝高100m以上的拱坝有40座建在78度以上的地震区)。5. 拱坝砼的标号一般高于重力坝，(百米高以上的拱坝常用200300号砼，百米以下的拱坝

45、常用200号砼，重力坝则用150号砼)，但每方砼增加的单价一般不会超过重力坝的1015。6. 近年来，拱坝坝顶或表孔大流量泄洪已趋普遍，单宽流量已超过200m3/s。7. 温度荷载应列为拱坝的主要荷载，扬压力对坝体应力的影响则小，对薄拱坝可忽略之。但在计算拱肩稳定时，则应考虑扬压力。因此拱坝应力计算中三个最主要的荷载为：水平水(砂)压力、温度荷载、自重。土石坝的特点(一) 优点1. 散粒体结构，就地取材。2. 对地质要求低，地基适应性强。3. 必须采取防渗措施。4. 一般不会整体滑动。5. 结构简单，工作可靠，便于维修，加高和扩建.6. 施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工.(二) 缺

46、点1. 坝顶不能溢洪，一般要另设溢洪道(洞).2. 施工导流不如砼坝或浆砌石方便.3. 粘性土料的填筑受气候影响较大.4. 沉陷和不均匀沉陷大。根据基本资料给出的地形、地质情况可知，玉带河属山区河流，河床及河谷两岸覆盖少，河曲多，库岸岩石裸露，系坚硬岩石组成，地表即位弱风化层，不易产生塌滑体，地震基本烈度为7度。综合以上资料，参阅设计手册以及联系工程实际情况，经技术经济比较后确定。大坝采用均质土坝。均质坝，坝体基本上由一种透水性较小的土料填筑而成，这种坝型土料单一，施工方便，便于质量控制，同时坝址附近有材料性质适宜，数量足够的土料时，宜优先采用。土石坝还有如下优点：就地取材，可节省大量的水泥。

47、地基适应能力强，对地基要求比比混凝土低；施工技术较简单，工序少，便于机械化施工；结构简单便于管理、维修、加高和扩建；土坝理论、试验及计算技术的发展加快了设计进度，保障了大坝设计的可靠性。3.5 枢纽布置3.5.1水利枢纽的建筑物水利枢纽的建筑物包括主要建筑物和临时建筑物，主要建筑物有挡水建筑物；泄水建筑物；输水建筑物和水电站建筑物。临时建筑物有导流围堰，导流洞和临时工作桥等。挡水建筑物是混凝土面板对石坝。泄水建筑物有溢洪道，排沙洞，导流洞。输水建筑物有引水渠，隧洞，尾水渠。水电站建筑物有电站厂房，进厂房压力钢管，开关站等。3.5.2 枢纽总体布置枢纽布置的一般性原则：合理安排枢纽中各个水工建筑

48、物的相互位置称为枢纽布置，其应该遵循的一般原则是：1. 坝址，坝及其他主要建筑物的型式选择和枢纽布置要做到：施工方便，工期短，造价低。 2. 枢纽布置应该满足各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下都能正常工作。 3. 在满足建筑物强度和稳定的条件下，降低枢纽总造价和年运转费用。 4. 枢纽中各建筑物布置要紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少联结建筑。 5. 尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益（如提前蓄水，早期发电或灌溉）。铜钱坝水库主要由挡水建筑物大坝、泄水建筑物隧洞和溢洪道组成。本次设计的枢纽布置为：土石坝位于原河槽部位，上游面上游面坡率1：3.5，最大坝高

49、47m，大坝轴线总长211.5m 。溢洪道堰顶高程597m，分5孔，每孔净宽13m，大坝为均质土石坝，消能方式采用挑流消能3.6 坝体剖面拟定3.6.1坝坡土石坝的坝坡取决于坝型、坝高、坝体和坝基材料的性质、坝体所承受的荷载以及坝的施工情况和运用条件等因素。一般情况下，上游坝坡经常浸在水中，工作条件不利，所以当上下游坝坡采用同一种土料时，上游坝坡比下游坝坡缓。心墙坝上下游坝壳多采用强度较高的非粘性土填筑，所以坝坡一般比均质坝陡。塑性斜墙坝上游坝坡较缓，下游坡则和心墙坝相仿。地基条件好、土料碾压密实的，坝坡可以陡些，反之则应放缓。黏性土料的稳定坝坡为一面曲，上部陡坡，下部坡缓，所以用黏性土料做成

50、的坝坡，常沿高度风成数段，每段1030m，从上而下逐渐放缓，相邻坡率差值取0.25或0.5。砂土和堆石的稳定坝坡为一平面，可采用均一坡率。当坝基或坝土料沿坝轴线分布不一致时，应分段采用不同坡率，在各段间设过度区，使坝坡缓慢变化。土石坝坝坡确定的步骤是：根据经验用类比法初步拟定，再经过核算、修改以及技术经济比较后确定。坝坡经验值见表3-2。在变坡处可根据需要确定是否设置马道，碾压土石坝上下游坝坡常沿高程每隔1030m设置一条马道，其宽度不小于1.5m，用以拦截雨水，防止冲刷坝面，同时也兼作交通、检修和观测之用，还有利于坝坡稳定。马道一般设在坡度变化初。根据线地质图，结合工程实际情况考虑取坝底高程

51、570m，因此坝高约47m。表3-2 坝坡经验值类型上游水坡下游坝坡土坝坝高(m)1012.0012.50115.012.00102012.2512.7512.0012.50203012.5013.0012.2512.753013.0013.5012.5013.00分区坝心墙坝堆石（坝壳）11.712.711.5012.5土料（坝壳）1213.012.0013.0斜墙坝石质比心墙坝缓0.2;土质缓0.5取值比心墙坝可适当偏陡 上游坝坡：1:3.0; 1:3.5。 下游坝坡：1:2.5; 1:3.0。 马道：第一级马道高程为597m，第二级马道高程为585m。3.6.2 坝顶宽度坝顶宽度应根据运

52、行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合研究后确定。当无特殊要求时，高坝的坝顶最小宽度可选用1015 m，中低坝可选用510 m。坝顶宽度必须考虑心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要。本坝顶无交通要求，对中低坝最小宽度BBmin=5m取B=6m。3.6.3 坝顶高程坝顶高程等于水库静水位与超高之和，并分别按以下运用情况计算，取其最大值。 设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高，校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。计算情况： 坝顶设防浪墙时，超高值Y是指静水位与墙顶的高差。计算的坝顶高程是指坝体沉降稳定后的数值。Y按下式计算。Y=R+e+A式中 R波浪在坝坡上的最大爬高，m; e最大风壅水面高度，即风

53、壅水面超出原库水位高度的最大值,m; Hm坝前水域平均水深，m; K综合摩阻系数，其值变化在（1.55.0）之间，计算时一般取K=3.6风向与水域中线（或坝轴线的法线）的夹角，度；v0、D计算风速和风区长度；A安全加高，m;根据坝的等级和运用情况计算情况见表3-3；表3-3 坝顶高程计算表运用情况静水位(m)R(m)e(m)A(m)h(m)坝顶高程(m)设计情况605.068.70.000290.79.1614.46校核情况607.519.40.000330.49.8617.31 验算：坝顶高程根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）的规定，坝顶高程取上计算成果中大值，故坝顶高程为61

54、7.31m。考虑到在自重及水压力作用下，会产生沉陷。为防止坝顶低于设计高程，坝高预留沉陷量，按坝高的2预留沉陷值。根据规范要求要设防浪墙，其高度取1.2m.顶高程为: =坝顶+坝高2.0=617.3+ (617.3-581.57-1.2)2%-1.2=616.2m3.6.4 坝坡选择参阅水工设计手册并结合实践经验类比，初步拟定大坝内坡坡率分别为一级坡1：3. 0，二级坡1：3.5，按坝高27m变坡。大坝外坡坡率为一级坡1：2.5，二级坡1：3.0，按坝高20m变坡。变坡处设马道（戗道），宽度根据交通需要而定，为设置排水沟和人行道，规范规定最窄需要1.5米。则初步拟定为2.0m。3.6.5坝体排

55、水设备选择及尺寸拟定常用的坝体排水有以下几种型式：贴坡排水、棱体排水、褥垫式排水。贴坡排水不能降低浸润线。多用于润浸线很低和下游无水的情况。棱体排水可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚不受尾水淘刷，且有支撑坝体增加稳定的作用，是效果较好的一种排水型式。褥垫排水，对不均匀沉陷的适应性差，不易检修。本土坝坝体排水设备可选用棱体排水，尺寸为顶宽2m，内坡1:1; 外坡1:2.0；顶部高程须高出下游最高水位1.02.0m，故顶部高程为572.0m。在排水设备与坝体和土基接合处，设反滤层。经论证选用棱体排水，具体见下图：3.7 渗流计算3.7.1计算情况选择渗流计算应考虑下列水位组合情况：

56、1. 上游正常高水位与下游相应的最低水位。2. 上游设计洪水位与下游相应的水位。3. 上游水位为坝高处。3.7.2 渗流分析的方法采用水力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。3.7.3 均质坝的渗流计算 渗流计算按不透水地基上设有棱体排水设 备、下游有水的土坝的渗流计算公式进行计算。宽度L的计算公式如下： 式（3.1） 下游水位与排水体上游坡交点处的浸润线高度计算公式如下： 式（3.2）通过坝身和坝基的单宽渗流量按下式计算： 式（3.3）坝身浸润线按下式确定： 式（3.4） 计算简图如

57、下：图3-1大坝渗流计算简图经计算，L=15m，L=181m通过坝身和坝基的单宽流量为：q=0.00023 cm3/s经整理得，浸润线方程为：= 8X+16假设x=0，20，40，60，140，代入浸润线方程，计算结果见下表：表3-4 正常蓄水位情况下浸润线表020406080100120140413.318.322.325.628631.233.73.8 稳定计算3.8.1土坝失稳的形式土坝失稳的主要形式：坍塌失稳、塑性流动失稳、液化失稳。鉴于本坝 考虑渗流坝体动水压力，通过对地质、地形条件的分析，土坝剖面大，应力低，整体滑动的可能性不大，又根据对斜坡坍塌的观察和研究证明，当斜坡发生滑动时，滑动面形状是比较复杂的，粘性土近似于圆弧形。故本坝在进行稳定计算时，按圆弧形滑动面形状考虑。 3.8.2计算公式的分析当水库蓄满水后，形成从上游向下游的稳定渗流，这时坝的下游坡除受坝体的自重外，还受到渗流的作用。因此在作上游为正常蓄水位，下游无水时的下游坝坡稳定分析