1、土石坝课程设计I水工建筑物课程设计土石坝课程设计专 业： 水利水电工程 班 级： 水电 XXXX 姓 名: XXXX 学 号： XX 指导教师： 成 绩： 土石坝课程设计II目录一、 基本资料 .- 1 -1.1 坝址区自然条件 .- 1 -1.2 坝址区地质条件 .- 2 -1.3 建筑材料物理力学指标 .- 3 -1.4 其它资料 .- 4 -二、 枢纽布置 .- 5 -2.1 坝型选择 .- 5 -2.2 枢纽建筑物及其布置 .- 6 -三、 剖面设计 .- 8 -3.1 坝顶高程 .- 8 -3.2 坝顶宽度 .- 13 -3.3 坝坡 .- 13 -3.4 坝底宽度 .- 13 -四
2、、 土料设计 .- 14 -4.1 土料设计 .- 14 -4.2 填筑标准设计 .- 15 -五、 防渗排水设计 .- 16 -5.1 渗流计算（电算） .- 16 -5.2 渗透破坏验算 .- 24 -5.3 排水设施选择 .- 25 -六、 土石坝稳定计算 .- 26 -土石坝课程设计III七、 土石坝的地基处理 .- 33 -7.1 土石坝的坝基清理 .- 33 -7.2 土石坝的防渗处理 .- 34 -八、 土石坝两岸连接建筑物设计 .- 34 -8.1 土石坝与坝基的连接 .- 34 -8.2 土石坝与岸坡的连接 .- 35 -九、 土石坝细部构造设计 .- 35 -9.1 坝顶
3、.- 35 -9.2 防渗体 .- 36 -9.3 排水设施 .- 37 -9.4 护坡与贴坡排水 .- 37 -主要参考文献 .- 40 -土石坝课程设计- 1 -一、 基本资料小浪底水利枢纽工程是以防洪（包括防凌） 、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电、蓄清排浑，除害兴利的综合利用的水利枢纽。小浪底水利枢纽工程属一等工程，主要建筑物为 1 级，按千年一遇洪水设计，洪峰流量为 40000m3/s（三门峡水库不控制的情况下） 。水库防洪限制水位 275m，总库容 126.5 亿 m3，长期有效库容 51 亿 m3为不完全年调节水库。电站总装机容量 180 万千瓦，正常运用期的保证出力为 30 万千
4、瓦。1.1 坝址区自然条件小浪底工程位于黄河中游最后一个峡谷的出口，上距三门峡水库 130km，下游是黄淮海平原。坝址处河道自西向东，水面宽约200m，河床底宽 400m600m，河床最低高程约 130m，河滩分布在南岸。距离地面十米处的风速为 15m/s，吹程为 6km。本地区地震基本烈度为 7 度，挡水建筑物要求按 8 度地震烈度设计，非挡水建筑物设防烈度为 7 度，峰值加速度为 0.215g。混凝土与基岩之间的抗剪摩擦系数 f=0.65。由于受地形、气候、产流条件的影响，黄河径流的地区分布很不平衡。大部分径流来自兰州以上及龙门到三门峡区间。受大气环流和季风的影响，黄河径流的年际变化较大，
5、年内分配很不均衡。干流及较大支流汛期径流量占全年的 60%左右，每年 3 月份-6 月份，土石坝课程设计- 2 -径流量只占全年的 10%-20%，小浪底水利枢纽控制黄河 90%的水量。黄河流域的洪水主要由暴雨形成，发生时间为 6-10 月，其中大洪水和特大洪水的发生时间，兰州以上一般在 7 月-9 月，三门峡- 花园口之间在 7 月中旬到 8 月中旬。黄河洪水的洪峰形式，上游为矮胖型，洪水历时较长，洪峰较低。中游洪水形式为高瘦型，洪水历时较短，洪峰较高。小浪底枢纽 2000 年水平年设计多年平均年径流为 277.6 亿 m3，设计年均输沙量 13.5 亿 t，年平均含沙量 48.6kg/m3
6、，在天然情况下汛期 7 月9 月来沙量占 85%。不同频率的洪峰流量见下。表 1-1 不同频率的洪峰流量表频率 0.01 0.1 1洪峰流量（Q/m 3）52300 40000 27500黄河径流的泥沙含量居世界首位，多年平均含沙量 37.6kg/m3，多年平均输沙量 13.51 亿 T。在一年之中，泥沙主要集中在汛期，干流站 7-9 月沙量占全年沙量的 80%左右，支流站接近 100%；汛期沙量又集中在几次暴雨洪水之中。黄河泥沙约有 1/4 沉积在下游河床，致使下游河床每年以 10cm 速度抬高。小浪底水利枢纽控制近 100%的沙量。1.2 坝址区地质条件小浪底工程坝址河床覆盖层最深达 74
7、m。坝址区出露基岩为二、土石坝课程设计- 3 -三叠系砂岩和粘土岩互层，坝址左岸岸坡较陡，由紫红色砂岩夹薄层粘土岩组成，基岩出露高程为 290m300m，出露的地程其上为黄土覆盖，厚 10m20m。坝址右岸岸坡较缓，离河岸较远处基岩出露高程为 380m400m，由青灰色砂岩和紫红色粘土岩组成。坝址区断裂构造发育，沿坝轴线有 13 条断层，其中对大坝影响较大的 F1 断层位于河床右岸岸边，走向大致与河道平行，断层带物质为断层泥、角砾及岩粉，为一隔水断层。河床砂卵石覆盖层厚度一般为 30m40m，最厚约 80m，河床右侧覆盖层下有一基岩陡坎，坝轴线处陡坎高 45m，坎的坡度约为1：0.35，向上游
8、陡坎逐渐变缓直至消失。坝址区两岸及坝肩基岩泥化夹层发育，其抗剪强度指标：f=0.230.28，C=10 kpa。夹层抗剪强度低，给坝体、坝肩均带来严重的稳定问题。1.3 建筑材料物理力学指标粘土在天然状态下：粘粒含量 30%40%；天然含水量23% 24%；塑性指数 1517；不均匀系数 50；有机质含量 0.4%；水溶盐含量 2%；塑限 17%19% ；比重 2.72.72。扰动后的主要物理力学指标为干容重 15.0kN/m3;饱和容重 19.0kN/m3；浮容重11.0kN/m3；渗透系数 110-6cm/s。砂砾石渗透系数 310-3cm/s；内摩擦角：=25；比重 2.72，不均匀系数
9、 =15。土石坝课程设计- 4 -表 1-2 不同砾石含量设计干容重参考值表大于 5mm 的含砾量P（%）1020 2130 3140 4150 5160 6170设计干容重（kN/m 3）17.00 17.50 18.50 19.00 19.50 20.001.4 其它资料1.4.1 工程规模小浪底水利枢纽位于三门峡水利枢纽下游 130 公里、河南省洛阳市以北 40 公里的黄河干流上，下距郑州花园口 128 公里，工程以防洪（包括防凌） 、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电、蓄清排浑，除害兴利，枢纽是由拦河大坝及泄水排沙等建筑物组成。拦河大坝总长 1667m，泄洪建筑物由泄洪底孔和溢洪道组成，溢
10、洪道布置 3孔闸门，闸门尺寸 11.517.5m。工程总库容 126.5 亿 m3，按水利部、能源部颁布的水利水电工程的分等分级指标，确定枢纽为等工程，主要建筑物为 1 级，次要建筑物为 2 级，临时建筑物为 3 级。洪水设计标准按千年一遇设计，万年校核。1.4.2 水文、水利计算及调洪演算成果经洪水调节计算，确定的水库特征水位及库容成果如下表所示：土石坝课程设计- 5 -表 1-3 水库水位与库容表序号 项 目 单位 数值 备 注1 死水位 m 230.0 2 汛限水位 m 252.0 3 正常蓄水位 m 275.0 4 设计洪水位 m 274.0 P=0.1%5 校核洪水位 m 275.0
11、 P=0.01%6 下游最高水位 m 141.57 防洪库容 亿 m3 40.58 有效库容 亿 m3 51.0 9 初始库容 亿 m3 17.110 总库容 亿 m3 126.5 11 溢洪道泄流量 m3/s 3700 P=0.01%根据水库防洪要求，遇千年一遇洪水，库水位 274m，要求总泄流量不得小于 13480m3/s；遇万年一遇洪水，库水位 275m，要求总泄流量不得小于 17000 m3/s，并应留有足够的余地。工程坝体部分设有 9 孔泄洪洞,泄流能力为 13500 m3/s。土石坝课程设计- 6 -二、 枢纽布置2.1 坝型选择图 2-1 所选坝址纵剖面图所选的坝轴线处河床冲积层
12、较深，两岸风化岩石透水性大，基岩的强度较底，且不完整。从地质条件看不宜建拱坝。支墩坝本身的应力较高，对地基的要求也很高，在这种地质条件下修建支墩坝也是不可能的。较高的混凝土重力坝也要求修建在岩石基础上，因此也是不可行的。而土石坝适应地基变形能力较强，对地基的要求较低。从当地的材料来看材料比较丰富，土石坝又有就地取材特点。通过各种不同的坝型进行定性的分析比较，综合考虑地形条件、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝的方案。2.2 枢纽建筑物及其布置土石坝课程设计- 7 -泄 洪 洞 溢 洪 道进 水 塔 主 厂 房闸 室 尾 水 洞黄河大 坝公 路消 力 池主 变 室马 道坝 顶 马 道2.2.1 枢纽组成建筑物（1）挡水建筑物：土石坝。（2）泄水建筑物：包括泄洪隧洞和溢洪道结合。2.2.2 枢纽总体布置（1）挡水建筑物土坝挡水建筑物按直线布置，坝布置在河弯地段上。（2）泄水建筑物溢洪道泄水建筑物采用溢洪道，溢洪道布置在坝体的左侧。枢纽总布置图见下图：图 2-1 枢纽总平面布置图
