毕业设计计算书-复杂地基下的双曲拱坝设计

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1、07 级水利水电工程专业毕业设计第 1 页 共 44 页目录全套图纸加扣 3012250582 目录 .1第一章 调洪演算 .31.1 调洪演算的原理.31.2 泄洪方案的选择.31.2.1 对以下三种方案进行调洪演算.31.2.2 对三种方案进行比较：.71.2.3 计算坝顶高程.8第二章 大坝工程量比较 .92.1 大坝剖面设计计算.92.1.1 基本剖面.92.1.2 实用剖面.92.1.3 排水位置.102.1.4 荷载计算.112.2 工程量比较.122.2.1 重力坝工程量.122.2.2 拱坝工程量计算.122.2.3 工程量比较.13第三章 第一建筑物大坝的设计计算 .133.

2、1 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置.133.1.1 坝型选择双曲拱坝.133.1.2 拱坝的尺寸.13复杂地基下的双曲拱坝设计第 2 页 共 44 页23.2 荷载组合.153.3 拱坝的应力计算.153.3.1 用 FORTRAN 程序进行电算.153.3.2 对荷载组合进行手算.173.4 坝肩稳定验算.283.4.1 计算原理.283.4.2 验算工况.293.4.3 验算步骤.30第四章 泄水建筑物的设计 .344.1 泄水建筑物的型式尺寸.344.2 坝身进水口设计.344.2.1 管径的计算.344.2.2 进水口的高程.344.3 泄槽设计计算.354.3.1 坎顶高程.354.3

3、.2 坎上水深 hc.354.3.3 反弧半径 R.354.3.4 坡度（直线段）：.364.3.5 挑射角 =20o.364.4 导墙设计.364.5 消能防冲计算.364.5.1 水舌挑距.364.5.2 冲刷坑深度.374.5.3 消能率计算.384.6 孔口应力.394.6.1 计算工况.394.6.2 计算方法.39参考文献 .4107 级水利水电工程专业毕业设计第 3 页 共 44 页第一章第一章 调洪演算调洪演算1.1 调洪演算的原理先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力曲线，再假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流

4、量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位，并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其它泄洪方案按同样的方法进行调洪演算，最后选定的泄洪方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，库水位又相对比较低。1.2 泄洪方案的选择1.2.1 对以下三种方案进行调洪演算4 表孔+2 中孔2 浅孔+2 中孔4 中孔下泄流量的计算堰流 （1-1）5 . 15 . 01)2(HgmBQ 式中Q1为下泄流量（m3/s） ； 为侧收缩系数；B 为孔口宽(m)；H 为堰上水头(m)；孔口出流

5、 （1-2）5 . 002)2( gHaBQ式中Q2为下泄流量（m3/s） ； 为侧收缩系数；复杂地基下的双曲拱坝设计第 4 页 共 44 页4B 为孔口宽(m)；H0为孔口上水头(m)；方案一: 4 表孔+2 中孔表孔: 堰顶高程 179m，孔宽 12m，m=0.48 , B=412=48m；中孔: 进口高程 135m, 出口高程 130m, 孔口宽 7.5m, 高 7m， （1-3）0/227. 096. 0Ha式中a 为孔口开度（m） 。 列表计算如下：表 1-1水位（m）182185188191H3.006.009.0012.00表孔Q1(m3/s)530.271506.442755.

6、354242.14H0(m)48.2551.2554.2557.250.920630.92320.9254310.927416268中孔Q2(m3/s)2974.123073.843170.063263.58Q1+Q2(m3/s)3504.394580.285925.417505.72起调流量 3504.39m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，4 表孔+2 中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：07 级水利水电工程专业毕业设计第 5 页 共 44 页图 1-1最大泄洪流量: 设计 5780 m3/s校核 6500m3/s最高水位: 设计 187.6m校核 189.1m方案

7、二: 2 浅孔+2 中孔浅孔: 进口高程 164 米, 出口高程 154 米, 孔口宽 8 米, 高 8.5 米 a=8.0m , B=82=16m中孔: 进口高程 135 米, 出口高程 130 米, 孔口宽 7.5 米, 高 8 米a=8m, B=7.52=15m列表计算如下：表 1-2水位（m）182185188191孔口中线以上水头H0(m)48.2551.2554.2557.25侧收缩系数 0.92060.92320.92540.9274中孔流量 Q2(m3/s)2974.123073.843170.063263.58复杂地基下的双曲拱坝设计第 6 页 共 44 页6孔口中线以上水头

8、H0(m)23.7526.7529.7532.75侧收缩系数 0.87880.88790.89510.9011浅孔流量 Q2(m3/s)2579.942766.402941.063106.47Q1+Q2(m3/s)5554.065840.246111.126370.05起调流量 5554.06m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，2 浅孔+2 中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量: 设计 6380 m3/s，校核 6600 m3/s；最高水位: 设计 185.8m，校核 187.7m。图 1-2方案三: 4 中孔中孔: 进口高程 135 米, 出口高程 130

9、 米, 孔口宽 7 米, 高 7.5 米 a=7.5m, B=74=28m列表计算如下：表 1-307 级水利水电工程专业毕业设计第 7 页 共 44 页水位（m）182185188191孔口中线以上水头 H0(m)48.2551.2554.2557.25侧收缩系数 0.92060.92320.92540.9274中孔流量 Q2(m3/s)5948.246147.686340.126527.16起调流量 5948.24m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，4 中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量: 设计 6200m3/s，校核 6380 m3/s；最高水位:

10、设计 185.8m，校核 187.8m。图 1-31.2.2 对三种方案进行比较：方案二即泄水建筑物采用 2 浅孔+2 中孔时所需坝顶高程较小，加之方案一与方案三都存在对坝体的结构影响较大的问题（方案一的 4 表孔使得坝体堰顶以上失去空间结构作用，方案三的 4 中孔使得坝体同一高程开孔数量过多，该层拱圈削弱过多） ，故本设计选择 2 浅孔+2 中孔的泄流方案，浅孔位于两岸，中孔位于水电站进水口两侧，对称布置。设置两浅孔，孔口宽 8m，高 8.5m，进口底高程为 164m，出口底高程为 154m；两中孔，孔口宽 7.5m，高 8.0m，进口底高程为复杂地基下的双曲拱坝设计第 8 页 共 44 页

11、8135m，出口底高程为 130m，设计洪水时，下泄流量 6380m3/s，校核洪水时，下泄流量 6600m3/s，小于允许下泄流量（下泄流量 6650 m3/s，校核洪水时，下泄流量 6750m3/s） ，设计洪水位为 185.8m，校核洪水位为 187.8m。1.2.3 计算坝顶高程坝顶超出水库静水位的高度h 为 （1-4）chhhh01式中 h1波浪高度h0波浪中心线高出静水位的高度 （1-5）)2/()/(41210LLLLHcthhhhc安全超高 （1-3/14/510166. 02DVhf6）式中Vf 计算风速D库面吹程(km)正常情况下: Vf =121.5=18,即 18m/s

12、； h1%=1.21m Lm=10.25m hz=4h12cth(H1/ LL) /(2LL) =0.897m hc=0.7m h=2.807m校核情况下: Vf =12m/s h1%=0.832m Lm=6.83m hz=4h12cth(H1/ LL) /(2LL) =0.636m07 级水利水电工程专业毕业设计第 9 页 共 44 页 hc=0.5m h=1.968m 设计情况：185.8+2.807=188.6m 校核情况：187.8+1.968=189.7m取坝顶高程为 190.0m，坝高为 190.0-92.0=98.0m。第二章 大坝工程量比较2.1 大坝剖面设计计算混凝土重力坝：

13、坝前最大水深 H=185.8-92=93.8m最大坝高为 190-92=98m2.1.1 基本剖面按应力条件确定坝底最小宽度 （2-1）2/110)/(cHB式中 c为混凝土重度，取 24kN/m3；0为水的重度取 10kN/m3； 1 为扬压力折减系数取 0.25；则 B=93.8/(24/10-0.25) 1/2=63.97m按稳定条件确定坝底最小宽度 （2-2）)/(/10cfKHB 式中 K=1.10 f=0.7 =0 1=0.25 则 B=1.193.8/0.7(24/10+0-0.25)=68.56m综合，取坝底最小宽度 B=69.0m复杂地基下的双曲拱坝设计第 10 页 共 44

14、 页102.1.2 实用剖面坝顶宽度取坝高的 810%，即（810%）98.0=(7.849.8)m,取为 10m下游坡度取下游坡度为 1:0.8上游折坡的坡度取为 1：0.2 上游设折坡折坡点距坝底的高度取为坝高的 1/32/3 范围内，即（1/32/3）98=(32.765.4)m,取为 54m。坝底宽 B则折坡上部分宽 B1=0.254=10.8m ,B2=920.8=77.6mB=B1+B2=10.8+77.6=88.4m2.1.3 排水位置设计洪水最大下泄流量为 6650 m3/s，则 Z下=114.15m，水头 H=185.8-114.15=70.85m廊道上游壁到上游坝面距离不小

15、于 0.050.1 倍水头，且不小于 45m， 即（0.050.1）70.85=(3.647)m,取为 6m。07 级水利水电工程专业毕业设计第 11 页 共 44 页图 2-1 重力坝剖面图（单位：M）2.1.4 荷载计算取设计水位 185.8m 计算荷载，校核稳定和应力。1.荷载列表计算如下：表 2-1 荷载计算 荷载 垂直力(KN/M) 水平力(KN/M) 力矩（KN.M） 对坝底截面形心力臂逆时针顺时针自重W12352028.4667968复杂地基下的双曲拱坝设计第 12 页 共 44 页12W268546.40.8759635W36998.437258941Q14216.738.81

16、63608Q22860.640.6116140Q31852.932.660405P上4315631.31350783静水压力P下23167.216675u118844.3000u27275.110.777844u31095.541.243651扬压力u41591.342.267153PSV44940.618229泥沙压力PSN1582.97.712188浪压力PWK忽略忽略13011961612024合计 fR=1.3 CR=3.0 -3108282. 坝基面抗滑稳定（1）.设计情况 W=99064.8+4216.7+2860.6+1852.9+449=108444（KN/M） P=43156

17、-2316+1582.9+41.73=42464.63（KN/M）摩擦系数 K=f(W-u)/P=0.7(108444-28770.2)/42464.63=1.31K=1.1 满足抗滑稳定要求。抗剪断公式：K=f(W-u)+CA/P=2.5 满足要求。3. 坝址上、下游抗拉应力验算（1）.坝踵应力 y=(W-u)/T+6M/T2=(108444-28770.2)/88.4+ 6*(-310828)/88.42 = 662.7 y0 即坝踵未出现拉应力，应力满足要求。 坝址应力 y=(W-u)/T-6M/T2=901.3+238.6=1.139MPa y190MPa 即坝址处压应力小于容许压应力

18、，满足要求。07 级水利水电工程专业毕业设计第 13 页 共 44 页2.2 工程量比较2.2.1 重力坝工程量重力坝工程量计算分三个坝块利用下式进行计算： （2-3）HmmbLHmmbLHV)(23)(36/212211第块 L1=202m L2=80m b=34.4m m1=0.2 m2=0.8 H=54m V=54/6202334.4+(0.2+0.8)54+80334.4+2(0.2+0.8)54= 437814m3第块 L1=259m L2=202m b=10m m1=0 m2=0.8 H=30.5m V=30.5/6259310+(0+0.8)30.5+202310+2(0+0.8

19、)30.5= 152540m3第块 L1=303m L2=259m b=10m m1=0 m2=0 H=13.5m V=13.5/6303310+(0+0)13.5+259310+2(0+0)13.5=37935m3重力坝工程量:V1= V+ V+ V=628389 m3 。2.2.2 拱坝工程量计算拱坝工程量分四个坝块列表计算如下：表 2-2 拱坝工程量计算层内径外径中心角面积坝块体积1180188.310928411770282155167.510234472886043131147.599.537863880904102123923405469507复杂地基下的双曲拱坝设计第 14 页

20、共 44 页145689376.52269V323229223 工程量比较拱坝的工程量仅为重力坝的 51.4%，可以节约大量材料，故本设计采用拱坝设计方案。第三章 第一建筑物大坝的设计计算3.1 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置3.1.1 坝型选择双曲拱坝3.1.2 拱坝的尺寸坝顶的厚度 Tc 0.01(H+2b1)= =0.01*(986+2.4*303)=8.249m 取 Tc=8.3m坝底的厚度 TB （3-1） aBHbbKT/)(41式中K=0.0035b1,b4分别为第一，第四层拱圈两拱端新鲜基岩之间直线距离 b1=303m b4=152m；H=100.16m；a=6.25kN/m3；

21、TB=0.0035(303+152) 98/6.25=24.89m 取 TB=25.0m07 级水利水电工程专业毕业设计第 15 页 共 44 页上游面的曲线采用二次抛物线 （3-2）221)/()/(HyxHyxz式中x1=21x2 x2=2TB/(21-1)1=0.60.65，取 1=0.62=0.30.6，取 2=0.3 则 x2=37.5， x1=45上游面的曲线方程为 z= -45y/98+37.5(y/98)2下游面的曲线按 Tc，TB沿高程线性内插设第 i 层拱圈的厚度为 Ti，则 Ti=Tc+(TB-Tc)/ Hyi=8.3+(25.0-8.3)/98yi 列表计算如下：表 3

22、-1 拱冠剖面参数高程上游面坐标下游面坐标坝体厚度19008.38.3165.5-8.9063.56912.475141-13.1253.52516.65116.5-12.6568.16920.82592-7.517.525拱冠剖面图如下：复杂地基下的双曲拱坝设计第 16 页 共 44 页16图 3-1 拱冠剖面图拱坝布置图详见枢纽平面布置图。3.2 荷载组合本设计共计算以下三种工况下的应力：1.正常水位+温降2.校核水位+温升3.正常水位+温降+地震（手算）3.3 拱坝的应力计算3.3.1 用 FORTRAN 程序进行电算07 级水利水电工程专业毕业设计第 17 页 共 44 页1.正常水位

23、+温降Arch.dat 数据如下：5.2,-47,3.39,2.40,10,.85,2200000.0,2200000.0,.000008,5.25,77.16,40.3,32.50,25.04,50.08,75.12,9845,45,45,45,45151.5,123,102.5,75.95,42.58.3,12.725,17.15,20.825,25193.5,173,145.5,109.5,75.5电算结果如下： 270.84 168.17 129.21 316.33 0.00 0.00 0.00 0.00 314.46 118.25 54.17 264.88 62.26 49.78 -

24、25.51 125.38 297.82 49.79 -14.12 209.51 76.48 128.28 -1.28 181.12 234.37 -36.49 -75.65 133.69 31.96 240.46 131.13 115.08 90.02 -62.03 -50.74 42.11 -66.39 400.29 364.65 -54.22 0.046405 0.000324 0.00 -9.84 9.84 0.00 0.038221 0.000399 19.25 1.08 17.09 1.08 0.027268 0.000500 43.75 18.48 22.42 2.86 0.014

25、283 0.000457 68.25 34.64 25.24 8.37 0.003504 0.000203 106.51 78.46 20.31 7.74 1828.28 0.00 589.23 1837.31 -18.02 -1073.81 2730.57 0.00 2542.06 2774.09 -97.38 -4473.89 2975.81 0.00 5716.61 3085.01 -253.63 -9571.37 2235.10 0.00 9732.75 2453.56 -574.32 -14821.73 549.51 0.00 7789.16 763.17 -722.72 -9303

26、.98坝体的最大拉应力为 66.39kPa 120kPa,最大压应力为 400.29kPa，故应力满足条件。2.校核水位+温升Arch.dat 数据如下：5.2,47,3.39,2.40,10,.85,2200000.0,2200000.0,.000008,2.3,77.16,40.3,32.5复杂地基下的双曲拱坝设计第 18 页 共 44 页180,24.5,49,75.3,9845,45,45,45,45151.5,123,102.5,75.95,42.58.3,13.125,16.35,20.575,25193.5,173,145.5,109.5,75.5电算结果如下： 310.66 2

27、37.73 210.07 342.97 0.00 0.00 0.00 0.00 329.77 178.94 129.68 289.17 87.71 25.87 -25.51 125.38 311.37 109.89 57.98 237.16 109.43 97.27 -1.28 181.12 251.30 24.36 -8.46 164.91 74.16 198.06 131.13 115.08 121.30 -13.76 -3.74 76.68 -15.12 321.87 364.65 -64.22 0.033114 0.000133 0.00 -12.20 12.20 0.00 0.029

28、535 0.000233 22.20 1.84 19.70 0.67 0.022305 0.000374 46.70 18.21 26.00 2.49 0.012103 0.000372 71.20 33.77 30.46 6.97 0.003208 0.000170 109.46 73.25 29.21 7.00 2280.37 0.00 418.51 2286.79 -12.80 -762.69 3197.32 0.00 1954.17 3230.78 -74.86 -3439.24 3573.52 0.00 4643.63 3662.22 -206.03 -7774.87 3016.58

29、 0.00 8154.61 3199.61 -481.20 -12418.43 1521.49 0.00 6919.02 1711.29 -641.99 -8264.61坝体的最大拉应力为 64.22kPa 120kPa,最大压应力为 364.65kPa，故应力满足条件。3.3.2 对荷载组合进行手算拱冠梁法计算应力的变形协调方程：ai1x1+ai2x2+ ai3x3+ ai4x4+ ai5x5+ xii= Pii+Ai-Bi （3-3） 式中：07 级水利水电工程专业毕业设计第 19 页 共 44 页aij单位荷载作用在梁上 j 点使 i 点产生的径向变位，称为梁的变位系数； i在单位均匀径

30、向水平荷载作用下，第 i 层拱圈拱冠处的径向变位，称为拱的变位系数；Ai第 i 层拱圈由于该层均匀温度变化 时在拱冠处的径向变位；Bi作用于梁上竖直方向荷载引起的拱冠梁上 i 点的径向变位；Pi、xi分别为 i 层截面处水平径向总荷载、梁分担的荷载。 i=1，2，3，4，51拱圈变位系数 i的计算及均匀温降 时的 Ai的计算 （3-4）)/(0ciERr式中：0可由拱圈的 A、T/R 查表 4-7（沈长松编拱坝 ）得出； EC混凝土的弹性模量，取 2.2106； R第 i 层拱圈的平均半径。 （3-5）)(0RCrAi式中：0可由拱圈的 A、T/R 查表 4-8（沈长松编拱坝 ）得出； R第

31、i 层拱圈的平均半径； C坝身材料线胀系数，取 0.810-5；第 i 层拱圈的均匀温度下降值。=47/（T+3.39）(oC) （3-6） T第 i 层拱圈的拱厚。表 3-2I和 AI的计算表i 计算均匀温降 时Ai 计算高程(m)T/R半中心角Aoi(1/Ec)均匀温降R*C*oAi*EcEc*C*复杂地基下的双曲拱坝设计第 20 页 共 44 页20190.00.04554.5-48.3-88854.020.006-1.85-23961070.75165.50.07751-27.8-44802.960.004-1.78-14864052.1141.00.1249.7-18.1-25142

32、.340.0026-1.67-9701041.18116.50.18646-11.3-12661.940.002-1.39-5187034.14920.31138.3-5.58-449.21.650.001-0.82-1987029.042. 垂直荷载作用下引起的梁的径向变位 Bi 的计算Bi=BiI+Bi （3-7）式中：BiI为垂直荷载（坝重、水荷载）作用下由于梁本身弯曲引起的变位Bi为拱冠梁梁基力系作用下，地基产生角变 x 及径变 f，由于地基变形而使拱冠梁随着产生变位，按几何关系可知，距梁基高为 hi处梁上某截面 I 处的径向变位。(1)BiI的计算垂直荷载（坝重、水荷载）作用下由于梁

33、本身弯曲引起的变位 BiI （3-iiiIyB8）式中： i垂直荷载作用下 i 截面以下 M/ECI 图的面积；yii面积形心至 i 截面的距离只考虑坝体自重荷载作用下拱冠梁各截面的 M/ECI（弯矩以顺时针为正）的计算表如下：表 3-3h24.524.524.524.524.5r184.15161.237139.325112.412580.5T8.312.47516.6520.8252507 级水利水电工程专业毕业设计第 21 页 共 44 页su1.0225359761.038688391.0597523781.0926275991.155279503s11111e10.031174766

34、0.0804331640.1658128470.3214949590.646997929ad4.1811747666.3179331648.49081284710.73399495913.146997929au4.1188252346.1570668368.15918715310.09100504111.853002071ae7.1754.175-1.82-3.82au5.1367583982.172879683-3.751817888-5.58199703Ia47.640850178161.70509905384.18844531750.464133281291.6181753A8.312.

35、47516.6520.82525Apj10.387514.562518.737522.9125W16107.858562.7511017.6513472.55W16107.8514670.625688.25M114636.42258858.3958-19900.580-36459.930M113271.623-55041.419-143391.7M114636.422522130.019-74941.999-179851.66M/I090.513055157.601990-99.860867-139.24522（2）Bi的计算 （3-9）fiIxhB仅垂直荷载时x= Mx （3-10）f= M

36、x2 （3-11）取拱坝 Ec=Er=22105t/m2，即 n=1=5.62/（EcT2）n=5.62/(26.62Ec)=000794/Ec2=0Mx=-179851.66521KN/M2则 Bi的计算如下：表 3-4BI(1/EC)的计算高程（m）BiBiIBi复杂地基下的双曲拱坝设计第 22 页 共 44 页2298-158488-209638-36812673.5-118866-187702-30656849-79244-123821-20306524.5-39622-37843-7746500003.梁变位系数 aij的计算表 3-5h4/T23h4/T33h4/T43h4/T53

37、h3/T52h2/T2h2/T3h2/T4h2/T5haij201.1277 84.4329 43.1020 24.8942 24.7621 49.4236 37.0068 29.5763 24.6307 24.5a114204838.537.21.51.51.50.750.89256190.725 a211103227.527.90.751.51.50.750.89253706.566 a312.51616.518.60.751.50.750.89251761.679 a4145.59.30.750.750.8925566.708 a510.892521.866 a12224726360.9

38、21.5331.51.7858349.445 a220.512484545.690.75331.51.7855367.463 a323242730.461.531.51.7852751.166 07 级水利水电工程专业毕业设计第 23 页 共 44 页a426915.231.51.51.785928.219 a521.78543.733 a134364240.61.531.51.7853892.401 a232243030.451.531.51.7852742.051 a330.5121820.30.7531.51.7851603.694 a433610.151.51.51.785619.83

39、7 a531.78543.733 a1462120.31.51.51.7851324.237 a2441515.231.51.51.785986.799 a342910.151.51.51.785649.127 a440.535.0750.751.51.785309.902 a541.78543.733 a153.53.3840.750.8925200.209 a252.52.5380.750.8925157.243 a351.51.6920.750.8925114.277 复杂地基下的双曲拱坝设计第 24 页 共 44 页24a450.50.8460.750.892571.310 a550.

40、892521.866 4. 计算 Pi正常水位 184.75m，H1=184.75-165.5=19.25m，水库淤积高程 115m。P1=0P2=wH1=119.25=192.5KN/m2P3=wH2=1(19.25+24.5)= 437.5KN/m2P4=wH3=1(49+24.5)=682.5KN/m2P5w=wH4=927.5 KN/m2P5s=shstg2(45o-s/2)=141 KN/m2P5= p5w+ p5s=1068.5 KN/m25.列出方程并求解根据列出五元一次方程组：iiiiiiiiiiiBAPxxaxaxaxaxa5544332211化成标准形式为：-15075.7

41、X1-8349X2-3892X3-1324.24X4-200.21X5=-128516-3706.566X1-9847.21X2-2742.051X3-986.8X4-157.243X5=-704424-1761.68X1-2751.2X2-4118.1X3-649.13X4-114.282X5=-993995-566.71X1-928.22X2-619.84X3-1575.5X4-71.31X5=-838177-21.866X1-43.133X2-43.733X3-43.733X4-471X5=-499840求解得：X1=-87.6754，X2=-8.29615，X3=185.566，X4=

42、449.844，X5=1007.07则拱梁荷载分配如下:07 级水利水电工程专业毕业设计第 25 页 共 44 页表 3-6 拱梁荷载（单位 KN/M2）单位：tPi拱冠梁荷载 Xi拱圈荷载（Pi-Xi）10-87.675487.67542192.5-8.29615200.796153437.5185.566251.9344682.5449.844232.65651068.51007.0761.436. 拱圈应力根据各层拱圈 T/R、A值查表得拱圈应力系数，如下：表 3-7 拱圈荷载应力系数拱圈荷载应力系数高程T/R半中心角A拱冠上游面拱冠下游面拱端上游面拱端下游面1900.04554.528

43、.2907520.2840517.0803232.3831165.50.0775117.6034648.6619645.41147621.1699361410.1249.712.6787143.7546440.95923615.952262116.50.186469.0946480.307584-1.72243211.814672920.31138.35.1708238-1.306126-1.7889066.410539表 3-8 拱圈温降应力系数拱圈温降应力系数Ec*C*T/R半中心角 A拱冠上游面拱冠下游面拱端上游面拱端下游面707.50.04554.50.178585-0.175909-

44、0.308420.297255210.077510.271888-0.329892-0.5482280.51112411.80.1249.70.36658-0.500248-0.7711820.684006341.40.186460.419744-0.732288-0.9985520.776816290.40.31138.30.2408092-0.827423-0.9081640.4474336复杂地基下的双曲拱坝设计第 26 页 共 44 页26将各层拱圈荷载、温降产生的应力相加得拱圈的应力如下：表 3-9 拱圈应力（单位 KN/M2）拱圈应力高程拱冠上游面拱冠下游面拱端上游面拱端下游面19

45、02606.751711653.956571279.316733049.50562165.53676.361441567.41529800.9767584517.135161413345.15677739.920355-75.9085854300.59084116.52259.22502-178.44186-741.639793013.9593192387.574697-320.51904-373.62341523.7341287. 拱冠梁应力考虑梁的分载和坝自重引起的应力列表计算如下：表 3-10 拱冠梁应力计算表（单位 KN/M2）拱冠梁应力计算表高程梁荷载坝重（累加）M 自重M 水平总弯

46、矩轴力上下190-87.675400000165.5-8.296156107.8514636.422541-18372.3-3735.8774586107.85633.640465345.57396314141185.56614670.622130.019063-30253-8122.98093614670.61056.92494705.30928904116.5449.84425688.25-74941.9995476288.41346.400459925688.251214.901871252.1569508921007.0739160.8-179851.6652482212302360.

47、3347939160.8-1336.22724469.09121407 级水利水电工程专业毕业设计第 27 页 共 44 页8.地震荷载计算按 7 级烈度计算，地震荷载计算参见黎展眉编撰拱坝 。表 3-11 地震产生的纵向力(单位 KN/M2)纵向地震惯性力拱冠内力左拱端内力右拱端内力截面轴力 Ho剪力Vo弯矩Mo轴力HA剪力VA弯矩MA轴力HA剪力VA弯矩 MA11577.602391.422336.49238271.28894274.0202336.492271.28894274.02021798.2302980.50382592.3109214.68161145.89312592.310

48、214.681145.89331689.1304074.8182474.999117.8933-2479.86502474.999117.893319-2479.86541218.7204954.0201860.582-102.510-6933.78841860.582-102.51032-6933.7885138.00061905953.48520607.43392-547.618-10967.896607.4339-547.6188-10967.8967纵向地震激荡力拱冠内力左拱端内力右拱端内力截面轴力 Ho剪力Vo弯矩Mo轴力HA剪力VA弯矩MA轴力HA剪力VA弯矩 MA10000000

49、0022064.075087802278.877272082.5414289.03430-697.896182050.70342124.751882252.0250676131701.29730603082.714721747.541562.833426-3360.26591749.0295115.6053542037.3339382复杂地基下的双曲拱坝设计第 28 页 共 44 页2841029.095572203427.185491109.34860-132.205-5594.25851098.12367-69.055697-4280.6094765121.14287820794.6762

50、98288.979759-461.536-12716.192531.111110-264.32918-5148.460467表 3-12 地震产生的横向力(单位 KN/M2)横向地震惯性力拱冠内力左拱端内力右拱端内力截面轴力Ho剪力Vo弯矩Mo轴力HA剪力VA弯矩MA轴力HA剪力VA弯矩 MA10334.50170-1285.5156-1224.74-38149.8901285.5156955-1224.74963238149.89083220336.69750-1444.4345-1247.36-31582.9101444.43450-1247.363331582.91093930319.7

51、6700-1415.2911-1175.67-24741.3731415.29115-1175.674624741.37309340227.31170-1142.5569-855.098-13480.7451142.55699-855.0987813480.74555450107.57310-699.47138-414.090-3844.9683699.471387-414.090943844.9683276横向地震激荡力拱冠内力左拱端内力右拱端内力截面轴力Ho剪力Vo弯矩Mo轴力HA剪力VA弯矩MA轴力HA剪力VA弯矩 MA100000000020181.17730104.662987-66

52、8.771-16871.673-104.66298-668.7710616871.6736330150.9753082.3294987-550.121-11470.557-82.329498-550.121571711470.55741807 级水利水电工程专业毕业设计第 29 页 共 44 页4090.32439045.3095821-331.406-5093.3634-45.309582-331.406475093.36340815045.46625016.30905-158.103-1312.8785-16.309050-158.103881312.8785321地震产生内力汇总拱冠左拱

53、端右拱端截面轴力Ho剪力Vo弯矩Mo轴力HA剪力VA弯矩MA轴力HA剪力VA弯矩MA11577.6685805334.50172391.425421050.97668-953.460-33875.8693622.00807-953.4606742423.91182223862.3082737517.87485259.381123335.08090-1612.41-48006.5875982.78594-1576.700849852.50275433390.4340659470.74247157.53292889.57975-1605.06-42052.0615556.99100-1492.29

54、7535769.39942942247.8249344317.63618381.206031872.68356-1421.22-31102.1554055.95346-1358.0717359.71102455259.14349743153.03946748.16150213.251350-1581.35-28841.9361821.70737-1384.1428-10958.51039地震应力 拱冠 左拱端 右拱端截面上游 下游 上游 下游 上游 下游 1398.362652.67292-2823.8073077.0554131.3127-3258.53972512.3743160.6961

55、-1583.5072118.1902401.5985-1442.43443358.5420130.2496-736.59551083.6921107.9198-440.413374223.893376.83996-340.3755520.2251296.5857592.9415852575.148097.877962-268.3525285.4126-32.33340178.0699949.应力汇总复杂地基下的双曲拱坝设计第 30 页 共 44 页30表 3-13 应力汇总表（正常水位+温降+地震）单位：KPA应力汇总表拱冠左拱端右拱端悬臂梁截面上游 下游 上游 下游 上游 下游 上游下游13

56、005.11434261706.6295039-1544.4909636126.56071665410.62952-209.034130024188.73582181728.1114875-782.53104456635.32527643202.575283074.70072633.64046571345.5739631433703.6988315870.16996616-812.50415775384.28308481032.011213860.177471056.9249452705.3092890442483.1183364-101.6018937-1082.0153863534.184

57、468-445.054033106.900891214.90187281252.15695085462.72278804-312.6410797-641.9759507809.14677084-405.95682701.804123-1336.2272144469.091214由上表知坝体中最大拉应力出现在左拱端上游，值为 1.54MPa3.5 抗滑稳定满足要求。对工况进行稳定验算：计算过程同工况同工况。求拱由均匀水压 P，均匀温降 和地震荷载产生的轴向力 HA，剪力 VA，结果见下表：表 3-17左拱端（正常水位+温降+地震）右拱端（正常水压+温降+地震）截面HAVAHAVA11046.31

58、37466-956.93019723617.3451366-956.930197226410.0817418-1699.1272939057.7867878-1663.40971438793.2097554-1974.29253911460.621005-1861.5206115921522.793 6923.384 0.785 39566.679 11511.206 21361.918 1210.5615007 级水利水电工程专业毕业设计第 35 页 共 44 页48775.0675472-2622.59223910958.337444-2559.44241055937.5227877-45

59、23.1118857545.9788144-4325.904378根据 HA,VA来求 S,N,P,Q,W表 3-18截面高程(m)S(kN)N(kN)(rad)G(kN)U(kN)P(kN)W1190232.721398.6 0.785 0.000 0.000 988.9 389.4582165.52660.56074.30.785 6571.1102. 7839. 603.29331414069.8 8040.8 0.785 16297 3421 13788 805.7164116.54350.4 8059.4 0.785 27142 6721 18170 1008.39左左岸岸59215

60、77.4 7295.5 0.785 39567 10997 22139 1210.56截面高程(m)S(kN)N(kN)(rad)G(kN)U(kN)P(kN)11901167.5 3554.90.785 0.000 0.000 2514389.4592165.54336.7 8124.2 0.785 65711102 9289 603.29431415853.8 10027 0.785 16297 3421 15193 805.7164116.55938.9 9558.60.785 27142 6721 192301008.39右右岸岸5922928.68190.20.785 39567 1

61、0997 22772 1210.56由表格算得最终 K 值如下表 3-19 抗滑稳定安全系数 K抗滑稳定安全系数 K截面右半拱左半拱115.40269.40027.76011.99538.24611.446410.21113.648复杂地基下的双曲拱坝设计第 36 页 共 44 页36524.73145.434最小的 K 值为 7.762.5 抗滑稳定满足要求。第四章 泄水建筑物的设计4.1 泄水建筑物的型式尺寸泄水建筑物采用 2 浅孔+2 中孔的泄流方案，浅孔位于两岸，中孔位于水电站进水口两侧，对称布置。两浅孔，孔口宽 8m，高 8.5m，进口底高程为 164m，出口底高程为 154m；两中

62、孔，孔口宽 7.5m，高 8m，进口底高程为 135m，出口底高程为 130m，下泄流量 6380 m3/s。4.2 坝身进水口设计4.2.1 管径的计算压力管道的直径在初步设计阶段可采用彭德舒公式来确定： （4-1）7/13max)/2 . 5(HQD 式中：Qmax钢管的最大设计流量，(m3/s) H设计水头Qmax =338/4=84.5 m3/sH=185.8-103.5=82.3m则 D=(5.284.53/83.3) 1/7=4.513m故取 D=4.6m。07 级水利水电工程专业毕业设计第 37 页 共 44 页4.2.2 进水口的高程本设计进水口采用有压进水口。有压进水口应底于

63、可能出现的最低水位，并有一定的淹没深度，以避免进水口前出现漏斗吸取旋涡并防止有压引水道内出现负压。可采用戈登公式： （4-2）2/1CVDscr式中：Scr闸门门顶低于死水位的临界淹没水深（米） C经验系数，一般在 0.550.73 之间；因对称进水，本设计取 0.6 V闸门断面的水流流速； D闸门孔口高度。V=Qmax/S=84.5/(4.52/4)=5.316m/sScr=CVD1/2=0.65.3164.51/2=6.8m，取 Scr=6.8m又死水位为 164m进水口高程为 164-6.8-4.5=152.7m。4.3 泄槽设计计算4.3.1 坎顶高程坎顶高程=下游设计水位+（25m）

64、=114.15+（25m）=116.15119.15m取坎顶高程为 119m。4.3.2 坎上水深 HC （4-3）)2/(222CchgqhT式中：T上游设计水位至坎顶的高差 66.8mq单宽流量=0.95对浅孔：Q=2810m3/s，q=Q/(82)=175.6m3/s由式 66.8= hc +1741.4/hc2 经试算得 hc =5.32m。对中孔：复杂地基下的双曲拱坝设计第 38 页 共 44 页38Q=3570m3/s，q=Q/(7.52)= 238m3/s由式 66.8= hc +3199/hc2 经试算得 hc =7.35m。4.3.3 反弧半径 RR=(610) hc对浅孔：

65、R=3253.2m，取 R=40m。对中孔：R=4473.5m，取 R=50m。4.3.4 坡度（直线段）：取与孔身底部坡度一致。浅孔 1：2.0，中孔 1：4.0。4.3.5 挑射角 =20O4.4 导墙设计导墙厚度一般为 0.52m,本设计导墙厚度取为 1m,导墙应高出泄水时掺气水面以上 11.5m。 掺气水深 =0.97 =11.41) 1100/(hvhbgsv2 对浅孔： =34.7 m =1.2gsv2 带入公式得 hb=（1.237.7/100+1)175.6/34.7=7.2m 取导墙高度 8.5m。对中孔： =32.6mgsv2 h1=q/v=238/32.6=7.3 hb=

66、(32.61.2/100+1)7.3=10m 取导墙高度 11m。4.5 消能防冲计算4.5.1 水舌挑距 （4-4）2/121221121)(2sin(coscossin/1hhgVVVgL07 级水利水电工程专业毕业设计第 39 页 共 44 页式中L水舌挑距，是鼻坎末端至冲坑最深点的水平距离V1坎顶水面流速 （H0为水库水位至坎顶的落差）2/101)2(1 . 11 . 1gHVV鼻坎的挑射角度h1坎顶垂直方向的水深 h1=hcos (h 为坎顶平均水深)h2坎顶至河床表面落差对浅孔：H0=185.8-119=66.8mV1=1.1(2gH0)1/2 =1.10.95(29.8166.8)1/2=37.8m/sh1=h/cos=5.32/cos20o=5.66mh2=119-92=27mL=1/9.8137.8sin20ocos20o+37.8cos20o(37.8sin20o+29.81(5.32+27)1/2 =149.7m对中孔：H0=66.8mV1=1.1(2gH0)1/2 =1.10.95(29.867.8)1/2=38.11m/sh1=h/cos=6.835/cos2