毕业设计 混凝土重力坝设计.doc

1、 1 目 录 目 录 . 1 第 1 章 非溢流坝设计 . 4 1.1 坝基面高程的确定 . 4 1.2 坝顶高程计算 . 4 1.2.1 基本组合情况下： . 4 1.2.2 特殊组合情况下： . 5 1.3 坝宽计算 . 6 1.4 坝面坡度 . 6 1.5 坝基的防渗与排水设施拟定 . 7 第二章 非溢流坝段荷载计算 . 8 2.1 计算情况的选择 . 8 2.2 荷载计算 . 8 2.2.1 自重 . 8 2.2.2 静水压力及其推力 . 8 2.2.3 扬压力的计算 . 10 2.2.4 淤沙压力及其推力 . 12 2.2.5 波浪压力 . 13 2.2.6 土压力 . 14 第 3

2、 章 坝体抗滑稳定性分析 . 16 3.2 抗滑稳定计算 . 17 3.3 抗剪断强度计算 . 18 第 4 章 应力分析 . 20 4.1 总则 . 20 4.1.1 大坝垂直应力分析 . 20 4.1.2 大坝垂直应力满足要求 . 21 4.2 计算截面为建基面的情况 . 21 4.2.1 荷载计算 . 22 4.2.2 运用期（计入扬压力的情况） . 23 4.2.3 运用期（不计入扬压力的情况） . 23 4.2.4 施工期 . 23 第 5 章 溢流坝段设计 . 25 5.1 泄流方式选择 .25 5.2 洪水标准的确定 .25 5.3 流量的确定 .25 5.4 单宽流量的选择 .

3、25 5.5 孔口净宽的拟定 .26 5.6 溢流坝段总长度的确定 .26 5.7 堰顶高程的确定 .27 5.8 闸门高度的确定 .27 5.9 定型水头的确定 .28 5.10 泄流能力的校核 .28 5.11.1 溢流坝段剖面图 . 29 5.11.2 溢流坝段稳定性分析 . 29 （ 1）正常蓄水情况 .29 （ 2）设计洪水情况 .30 （ 3）校核洪水情况 .30 第 6 章 消能防冲设计 . 31 6.1 洪水标准和相关参数的选定 .31 6.2 反弧半径的确定 .31 6.3 坎顶水深的确定 .32 6.4 水舌抛距计算 .33 6.5 最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度 .34

4、第 7 章 泄水孔的设计 . 36 7.1 有压泄水孔的设计 .36 7.11 孔径 D 的拟定 . 36 7.12 进水口体形设计 . 36 7.13 闸门与门槽 . 37 7.14 渐宽段 . 37 7.15 出水口 . 37 7.15 通气孔和平压管 . 38 参考文献 . 39 3 毕业设计（论文）任务书 题 目 车家坝河水利枢纽 (碾压重力坝设计 ) （任务起止日期 2010 年 3 月 29日 2010年 6月 18 日） 河海 院 水利水电 专业 03 班 学生姓名 谢龙 学 号 06150311 指导教师 张建梅 教研室主任 许光祥 院 领 导 周华君 第 一 章 非溢流坝设计

5、 1.1 坝基面高程的确定 由混凝土重力坝设计规范可知，坝高 10050 米时，重力坝可建在微风化至弱风化中部基岩上，本工程坝高为 50100m，由于本坝址岩层分布主要为石英砂岩，故可确定坝基面高程为 832.0 m。由水位 库容曲线查的该库容为 0.03 108m3，故可知该工程等级为 级。 1.2 坝顶高程计算 1.2.1 基本组合情况下： 1.2.1.1 正常蓄水位时： 坝顶高程分别按 设计和校核两种情况，用以下公式进行计算： 波浪要素按官厅公式计算。公式如下： 1 / 31 /1 21022000 .0 0 7 6gh gDvvv 1 / 3 .7 51 / 2 .1 5022000

6、.3 3 1gL gDvvv 21 2z h Hh cthLL 库水位以上的超高 h ： 5 1 czh h h h 式中 1h -波浪高度， m zh -波浪中心线超出静水位的高度， m ch -安全超高， m ov -计算风速。水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜用相应洪水期多年平均最大风速的 1.52.0 倍；校核洪水位时，宜用相应洪水期多年平均最大风速， m/s D-风区长度； m L-波长； M H-坝前水深 1.2.1.2 设计洪水位时： 根据水库总库容 在 880.2 10 0.25 10之间可知，大坝工程安全级别为 级 计算风速 ov 取相应洪水期多年平均最大风速的 1.8 倍，

7、即 ov =47.7m/s 根据公式 1 / 31 /1 21022000 .0 0 7 6gh gDvvv ，可知波浪高度 1h =2.71m 根据公式 1 / 3 .7 51 / 2 .1 5022000 .3 3 1gL gDvvv ，可知波长 L=23.19m 根据公式 21 2z h Hh cthLL ，可知波浪中心线超静水位高度 zh =0.994274m 可知库水位超高 1 czh h h h =4.1m 可知坝顶高程 =890.00+4.1=894.1m 1.2.1.2 校核 洪水位时： 计算风速 ov 取相应洪水期多年平均最大风速，即 ov =26.5m/s 根据公式 1 /

8、 31 /1 21022000 .0 0 7 6gh gDvvv ，可知波浪高度 1h =1.30m 根据公式 1 / 3 .7 51 / 2 .1 5022000 .3 3 1gL gDvvv ，可知波长 L=7.0034m 根据公式 21 2z h Hh cthLL ，可知波浪中心线超静水位高度 zh =0.7577m 可知库水位超高 1 czh h h h =2.355m 可知坝顶高程 =890.00+2.355=892.355m 1.2.2 特殊组合情况下： Vo=26.5 m/s 故按 莆田试验站 公式 计算： 0 . 4 50 . 7 2022 0 . 7200 00 . 0 0

9、1 8 /gh 0 . 1 3 0 . 7v 0 . 1 3 0 . 7 /mm mg D VgHth thV th g H V =6.43 10-3 故 hm=0.4603 m 0 .5m 200ghgT 1 3 .9vvm =1.1146 故 Tm=3.011 s 综合（ 1）、（ 2），可知最大坝顶高程取 894.1m 1.3 坝宽计算 为了适应运用和施工的需要，坝顶必须有一定的宽度。一般地，坝 顶宽度取最大坝高的 8%10%。，且不小于 3m 所以坝顶宽度 =6m，并可算出坝底宽为 78.5m 1.4 坝面坡度 上游坝坡采用折线面，一般起坡点在坝高的 2/3 附近，建坝基面高程为 83

10、2m，折坡点高程为 873.4m， 坡度为 1： 0.2；下游坡度为 1： 0.8。因为基本三角形的顶点与正常蓄水位齐平，故重力坝剖面的下游坡向上延伸应与正常蓄水位相交，具体尺寸见下图 7 图 1.1 重力坝剖面图 1.5 坝基的防渗与排水设施拟定 由于防渗的需要，坝基须设置防渗帷幕和排水孔幕。据基础廊道的布置要求，初步拟定防 渗帷幕及排水孔廊道中心线在坝基面处距离坝踵 5.5m。 建基面高程 83 2 m设计洪水位 891 .09 m校核洪水位 892 .33 m坝顶高程 894 .1 m设计为水位 8 53 .7 0 m校核尾水位 8 55 .6 2 m河床高程 848 .2 m第二章 非

11、溢流坝段荷载计算 2.1 计算情况的选择 作用在坝基面的荷载有：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力、土压力，常取 1m 坝长进行计算。 2.2 荷载计算 2.2.1 自重 自重 W 在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位完全一样计算步骤如下； 坝体自重 ()WKN 的计算公式： cW Vr 式中： 331cV m mr坝 体 体 积 ， ， 由 于 取 坝 长 ， 可 以 用 断 面 面 积 替 代 ， 通 常 把 它 分成 如 图 所 示 的 若 干 个 简 单 的 几 何 图 形 分 别 计 算 ；坝 体 混 凝 土 的 重 度 ， 取 24KN/m 。可知： W1=0.5 6 30

12、2.4 9.81=2118.96 KN W2=6 62.1 2.4 9.81=8772.494 KN W3=0.5 66.5 57.3 2.4 9.81=44856.62KN W=W1+W2+W3=55748.47KN 坝体自重 W =55748.47KN 2.2.2 静水压力及其推力 9 静水压力 P 与作用水头 H 有关，所以在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时静水压力 P 各不相同，应分别计算； 静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平压力 HP 和垂直压力 VP 两种。 HP 的计算公式为： 212HwP r H式中： H 计算点的作用水头 ， m ； wr 水的重度

13、，常取 39.81 /KN m ； （ 1）基本组合： 正常蓄水位情况： F1=0.5 9.81 582=16500.42KN W1=0.5 (58+28) 6 9.81=2538.72KN 设计洪水位情况： F1=0.5 9.81 58.092= 16551.67KN F2= 0.5 9.81 21.72= -2309.715KN W1=0.5 (58.09+28.09) 6 9.81= 2536.277KN W2=0.5 21.7 27.125 9.81= 2887.144KN （ 2）特殊组合： 校核蓄水位情况： F1=0.5 9.81 60.332=17852.77KN F2= 0.5

14、 9.81 17.52= 1502.156KN W1=0.5 (60.33+30.33) 6 9.81=2668.124KN W2=0.5 23.62 29.525 9.81= 3420.651KN 2.2.3 扬压力的计算 规范：当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为 1H ， 排水孔中心线处为 2 aH （ 12HH ，下游（坝趾）处为 2H ，其间各段依次以直线连接 ,则： A 坝踵处的扬压力强度为 1wrH ,坝址处的扬压力强度为 2wrH ,帷幕灌浆和排水孔处的渗透压力为 warH （ 12H H H,a 的取值如表 2-1 所示）。 B 扬压力的大小等于扬压力分布图的面积。 UUUUhhh建基面高程 832 m河床高程 848.2 m河床高程 848.2 m淤积高程 866 m图 2.1 扬压力计算图示 UUUUhhh建基面高程 832 m河床高程 848.2 m河床高程 848.2 m淤积高程 866 m