黑河心墙坝枢纽布置及安全监测设计毕业论文设计说明书

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1、( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！ )毕业设计（论文）说 明 书题目专业班级学生指导教师黑河心墙坝枢纽布置及安全监测设计水利水电工程工 101马春辉任 杰2014年黑河心墙坝枢纽布置及安全监测设计摘要土石坝作为最主要的坝型，不但在数量上占有绝对优势，而且在高坝中也有不错的前景。设计说明书对黑河金盆水利枢纽进行了较为详细的设计。大坝坝体为心墙坝，最大坝高为132.5m 。泄水建筑物为表孔溢流式的溢洪洞和深孔无压式的泄洪洞。引水隧洞为有压式。主要的设计内容包括 :采用半图解法进行调洪计算；枢纽布置的详细说明；详细的论述大坝剖面设计的过程；针对溢洪洞和泄洪洞，进行了详细的体形设计

2、与水面线计算；通过水力学公式法进行渗流分析；通过采用瑞典圆弧法进行坝坡稳定计算； 并结合坝址的地质特点， 详细的设计了心墙、坝基开挖、截水槽、帷幕灌浆、断层破碎带的处理等；最后进行了大坝的安全监测布置。本次设计还使用了理正软件来计算渗流、坝坡稳定、水力学和隧洞衬砌。使用西安理工大学的衬砌计算软件计算隧洞的内力。使用 STAB2005 对指定圆弧面的安全系数进行了验算。所提交的成果包括：计算说明书一份，CAD 图纸共 9 张。关键字： 黑河心墙坝；隧洞设计；渗流监测；理正软件The layout ofABSTRACTEarth-rockdam is dam typeisthemostimport

3、ant,thepossession ofabsoluteadvantagenotonlyinquantity,butalsothespecification is about the detail design of Heihe jinpentunnelfor pressure.Thedesigncontentmainlyincludes:floodregulatingcalculation using semigraphical method; detailed layout ofdesignprocess; the overflow in flood discharge tunnel an

4、d spillway tunnel,were inshapedesignandcalculationofwatersurfaceprofile indetail; and seepage analysis was performed by usingArc Methodfordamslope stabilitycalculation;finallythesafetymonitoringofdam of the cloth.This design also used the software of Lizhengto calculate theseepage, dam slope stabili

5、ty,of internal forces of tunnel lining bysoftware of the Xian University of technology.Thesubmittedresultsinclude:Calculationofamanual,CADtotal of 9 drawings.Key Words:; the software of Lizheng ;目 录第 1 章工程概述 .- 1 -1.1工程概况 .- 1 -1.2工程特征表 .- 1 -1.3设计说明 .- 3 -1.3.1设计阶段 .- 3 -1.3.2设计任务 .- 3 -1.3.3建筑物级别

6、.- 4 -1.3.4设计依据 .- 5 -第 2 章 水文气象资料 .- 7 -2.1流域水文概况 .- 7 -2.1.1流域概况 .- 7 -2.1.2径流 .- 8 -2.1.3气象 .- 8 -2.2水文分析计算 .- 9 -2.2.1洪峰流量 .- 9 -2.2.2时段洪量 .- 9 -2.2.3洪水过程线 .- 9 -2.2.4坝址水位流量关系 .-11-2.2.5水位与库容曲线 .-12-2.2.6泥沙 .-12-第 3 章调洪计算 .-13-3.1调洪计算说明 .-13-3.1.1调洪计算原理及方法 .-13-3.1.2调洪方案说明 .-13-3.2调洪计算过程 .-14-3.

7、2.1调洪计算参数 .-14-3.2.2调洪方案一 .-15-3.2.3调洪方案二 .-19-3.2.4方案选定 .-21-第 4 章工程地质 .-23-4.1区地质概况 .-23-4.2库区工程地质条件 .-23-4.3坝址区工程地质条件 .-24-4.3.1大坝基础工程地质条件 .-24-4.3.2右岸溢洪洞工程地质条件 .-25-4.3.3左岸泄洪洞工程地质条件 .-28-4.3.4引水洞工程地质条件 .-30-4.3.5电钻站址工程地质条件 .-31-4.4建筑材料 .-31-4.5地震烈度 .-33-4.6计算参数 .-33-第 5 章枢纽布置 .-35-5.1坝址比选 .-35-5

8、.2坝轴线比选 .-35-5.3坝型比选 .-36-5.4枢纽布置 .-36-第 6 章建筑物设计 .-39-6.1剖面设计 .-39-6.1.1坝顶高程 .-39-6.1.2坝顶宽度 .-42-6.1.3坝高 .-42-6.1.4坝坡 .-42-6.2泄洪洞设计 .-42-6.2.1泄洪洞说明 .-42-6.2.2体型设计 .-43-6.2.3水面线计算 .-46-6.2.4挑距和冲坑计算 .-49-6.2.5衬砌设计 .-50-6.2.6细部设计 .-51-6.3溢洪洞设计 .-52-6.3.1溢洪洞说明 .-52-6.3.2体型设计 .-53-6.3.3水面线计算 .-57-6.3.4挑

9、距和冲坑计算 .-63-6.3.5衬砌设计 .-64-6.3.6细部设计 .-65-6.4引水隧洞设计 .-66-6.5发电支洞 .-67-6.6渗流分析 .-67-6.6.1渗流分析说明 .-67-6.6.2渗流分析计算 .-67-6.6.3渗流分析结果 .-69-6.7抗滑稳定分析 .-71-6.7.1稳定分析说明 .-71-6.7.2稳定分析计算 .-72-6.7.3稳定计算结果 .-74-6.7.4理正软件计算稳定 .-79-第 7 章构造设计 .-81-7.1防渗体.-81-7.2截水槽.-81-7.3灌浆平硐 .-82-7.4坝顶构造与护坡 .-82-7.5排水沟设计 .-83-7

10、.6坝体排水和反滤层 .-83-第 8 章地基处理 .-85-8.1基础开挖及处理 .-85-8.2地质缺陷处理 .-86-8.3帷幕灌浆 .-86-第 9 章安全监测设计 .-87-9.1变形监测设计 .-87-9.1.1水平位移 .-87-9.1.2垂直位移 .-87-9.2渗流监测设计 .-88-9.2.1渗流压力监测 .-88-9.2.2孔隙水压力监测 .-88-9.2.3绕坝渗流监测 .-88-9.2.4渗流量监测 .-89-9.3水文及水力学监测设计 .-89-9.4监测仪器汇总 .-89-致谢 .-90-参考文献 .-91-第 1章工程概述1.1 工程概况金盆水库位于陕西省黑河峪

11、口以上约1.5km 处，距西安市86km。黑河水利枢纽工程位于陕西省西安市周至县境内，是渭河支流黑河上的一项综合利用水利枢纽，根据流域规划和西安市社会经济发展需要，其开发任务是以城市供水为主， 兼有农灌、 发电、防洪等综合利用的大 ()型水利工程。该枢纽是继黑河引水一期开发建成后，为确保黑河引水工程全面发挥效益，促进先经济发展，保证社会稳定，改善投资环境而兴建的关键性工程，是西安人民的“生命线”工程，被陕西省委、省政府列为全省基础设施建设项目的重中之重。本次设计确定大坝坝顶高程为602.5m，正常蓄水位为594m，总库容为 2.25 亿 m3。枢纽由拦河坝、泄洪洞、溢洪洞、引水洞、坝后电站及古

12、河道防渗工程等建筑物组成。工程建成后，每年可供给西安市城镇和工业用水 3.5 亿 m3，基本解决西安市的供水问题，农业年供水量1.23 亿 m3，可使 37 万亩的农田灌溉用水得到不同程度的改善和补充；一级水电站装机1.5MW ，多年平均发电量0.55 亿 KW* =0.035水面比降J=39.5 0断面水深断面流速V=7.4ms黑河水文（三）断面水位流量关系曲线见图2-3 。黑河泄洪建筑物出口距水文（三）断面距离分别为180300m，而此段河流平顺，过水断面变化不大，因此水文（三）断面的水深按39.5 0的水面比降上抬1m即代表泄洪建筑物处的水位流量关系。图 2-3下游水位与流量关系曲线水位

13、与库容曲线黑河水库水位库容、水位面积曲线见表2-6 和图 2-2 所示：表 2-6 水位与库容、面积关系表水位（ m） 489500510520530540550560570580590面积（万0325790118153196240285349428m2）库容（万01504001000205034005150730099901315017000m3）图 2-2水位与库容关系曲线泥沙黑峪口站有自 1956 年至 1983 年共 28 年的实测泥沙资料。 由于黑河流域植被良好，河流清澈，含沙量很小，多年平均输沙量30.6 万吨，年平均含沙量 0.387kg m3，实测年最大输沙量151 万吨（ 1

14、981 年）。实测年最小输沙量为 0.75 万吨（ 1979 年）。第 3章调洪计算3.1 调洪计算说明调洪计算原理及方法调洪计算的基本原理是对水库水量平衡方程和水库蓄泄方程进行联立求解，方程组如下所示：Q 1Q 2 tq 1q 2 tV 2V 1（3.1）22qf V（3.2）该方程组概括了水库防洪调节计算的基本原理1。以上述方程为原理，调洪计算的具体方法有很多种，如列表计算试算法、半图解法和简单三角形法等2，在本次调洪计算中，采用半图解法中的双辅助线法。调洪方案说明经过初步的试算，由于黑河洪峰流量集中，泄流能力要求高，所以泄流方式和泄流建筑物的尺寸均按较大值取定，无需进行调洪比较。只需在水

15、库的运行方式上进行调洪方案比较即可，本次调洪计算分为方案一和方案二。方案一与方案二的相同之处在于泄洪建筑物的布置，即泄流能力是相同的：泄洪洞位于左岸，为深孔无压式隧洞，进口底板高程515.0m，工作弧门孔口尺寸为 10m10m。溢洪洞布置在右岸，为表孔溢流式隧洞，进口堰顶高程 585.00m，堰宽 12m。方案一与方案二的不同之处在于起调水位不同，方案一的起调水位为593.00m，方案二的起调水位为592.00m。3.2 调洪计算过程调洪计算参数洪水过程线，见工程基本资料图2-1 。库容曲线，见工程基本资料图2-2 。泄流能力计算：在枢纽布置中已经确定了泄流建筑物的基本形式。泄洪洞为深孔无压式

16、泄水隧洞，其泄流能力不受洞长影响，而受进口控制。进口段为有压短进口段。其泄洪能力的计算参照水工设计手册第六卷泄水与过坝建筑物， （ 27-7-1 ）式 3：Q Bh 2g(H h)（3.3 ）（3.4 ）其中： 流速系数； 水流垂向收缩系数；B 进口段后的隧洞宽度；H 水面高程到进口底板高程；，。溢洪洞为表孔溢流式无压隧洞，布置与岸边溢洪道类似，只是用隧洞代替了泄槽，泄流能力主要受到隧洞断面的限制4。因此溢洪洞的泄流能力计算按照溢洪道的泄流能力进行，参考毕业设计指南中的（2-2 ）式：QmB2 g H3 / 2（ 3.5 ）其中： 侧收缩系数；m流量系数；B溢洪洞宽；H 堰上水头；根据设计手册

17、，流量系数一般为0.48-0.49 ，本次取为0.48 。根据水力学 , 取 =0.9 。根据枢纽布置，溢流堰宽B=12m。调洪方案一泄水建筑物的布置如枢纽布置所述， 起调水位为 593.0m， t 为 3600s。首先计算下泄能力，结果如表3-1 所示：表 3-1水位与下泄能力关系曲线水库水位584585586587588589590（m）库容14596149761536515762161661657917000（ 104m3）H 溢（ m）0012345H 泄（ m）69707172737475q10.000.0022.9564.91119.25183.60256.59q23086.363

18、111.973137.373162.573187.583212.383237.00q3086.363111.973160.333227.493306.833395.993493.59水库水位591592593594595596597（m）库容（ 104m3）17430178701831018770192301970020170H 溢（ m）6789101112H 泄（ m）76777879808182q1337.30425.05519.31619.66725.76837.30954.04q23261.433285.683309.753333.653357.373380.933404.33q35

19、98.733710.733829.063953.314083.134218.244358.37水库水位（m）598599600601602603库容（ 104m3）206602115021650221562266923189H 溢（ m）131415161718H 泄（ m）838485868788q11075.741202.221333.311468.831608.671752.68q23427.573450.653473.583496.363518.993541.47q4503.314652.884806.894965.195127.665294.15计算两条辅助线所需值，结果如表3-2

20、所示：表3-2Vt-q2=f （ z）曲线与 Vt+q2=f（ z）曲线库水位 Z库容 V总V tq 总q 总 2V t-q2v t+q2（ m）（ 104m3）（ m3s）（ m3s）（ m3s）（ m3s）（ m3s）5841459640544.443086.361543.1839001.2742087.625851497641600.003111.971555.9940044.0143155.995861536542680.563160.331580.1641100.3944260.725871576243783.333227.491613.7442169.5945397.0858816

21、16644905.563306.831653.4243252.1446558.975891657946052.783395.991697.9944354.7847750.775901700047222.223493.591746.8045475.4348969.025911743048416.673598.731799.3746617.3050216.035921787049638.893710.731855.3647783.5251494.255931831050861.113829.061914.5348946.5852775.645941877052138.893953.311976.6

22、650162.2354115.545951923053416.674083.132041.5751375.1055458.235961970054722.224218.242109.1252613.1056831.345972017056027.784358.372179.1853848.5958206.965982066057388.894503.312251.6655137.2359640.555992115058750.004652.882326.4456423.5661076.446002165060138.894806.892403.4457735.4562542.336012215

23、661544.444965.192482.6059061.8564027.046022266962969.445127.662563.8360405.6265533.276032318964413.895294.152647.0861766.8167060.96半图解法作图如图3-1：图 3-1 半图解法相关曲线在设计洪水工况下进行调洪计算：表 3-3方案一设计洪水调洪演算入库流平均入库水位下泄流水库水时间 tV1 t-q12 V2 t+q22闸门情况量 Q库流量 QZ1量 q位 Z2月 -h （ m3s）（ m3s）M（ m3s） （ m3s） （ m3s）m日72 10240.0592.0

24、0592.00溢洪洞闸门全部打12340.0290592.00592.00开141000.0670592.00592.00溢洪洞闸161400.01200592.00592.00门全部打202600.02000592.00592.00开，泄洪洞213440.03020592.00592.00闸门逐步打开7 221.19 3829.059348946.583829.06 593.4822.1951004464.53593.4849523.553411.113887.7594.3723.19 5088.8 5094.41594.3750616.554617.914001.3溢洪洞和595泄洪洞闸7

25、 30.194588.8 4838.8259551372.555455.324082.8595.18门全部打1.194088.8 4338.82595.1851603.555711.324107.8594.99开2.193588.8 3838.82594.9951360.755442.324081.6594.93.133347.5 3468.19594.949253.554828.89 3452.62 594.6续表 3-3方案一设计洪水调洪演算入库流时间 t量 Q月 - 日h6 29208 220011 150014 120016 9601886074262012 52020 460平均入库

26、水位V1 t-q12V2 t+q22下泄流水库水闸门情况库流量 QZ1量 q位 Z2（ m3s） （ m3s）M（ m3s） （ m3s） （ m3s）m3133.78594.646245.252387.28 3126.3594.232560594.2343652.248805.22645.2593.121850593.1240345.345502.22205592.011350592.0138495.41420溢洪洞闸门全部打开，泄洪洞闸门逐步关闭7510860在校核洪水工况下进行调洪计算：表 3-4方案一校核洪水调洪演算入库流平均入库水位下泄流水库水时间 tV1 t-q12 V2 t+q22闸门情况量 Q库流量 QZ1量 q位 Z2月-日h （ m3s）（ m3s）m（ m3s） （ m3s） （ m3s）m7 210240.0592.00溢洪洞闸门全部打12340.0290592.00