1、建筑工程系水工毕业设计一、设计题目：O 江土石坝工程设计二、设计目的和要求:使学生融会贯通本课程所学专业理论知识，完成一个较完整的设计计算过程，以加深对所学理论的理解与应用。培养学生综合运用已学的基础理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能，全面分析考虑问题的思想方法、工作方法以及计算、绘图和编写设计文件的能力。要求坚持“规格严格，功夫到家” 的优良传统，加强基本功训练，做到理论与实际相结合，继承与创新相结合，充分发挥学生的主观能动性与教师因材施教、严格要求相结合，抓智力因素教育与非智力因素教育相结合，教书育人。三、毕业设计主要内容在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求
2、：1通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案。2详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算。关于水利枢纽的布置：进行水利枢纽布置设计，设计应至少有 23 个方案比较，方案中应包括施工方案的考虑，并整理成设计计算书和说明书，绘制枢纽总体布置图1：1000。关于建筑物设计：对于设计内容主要有：确定坝体的剖面形状及尺寸；坝体的应力分析或渗流计算；坝体稳定设计和地基处理；建筑物的构造设计； 3.关于施工组织设计：初步拟定施工导流方案、截流渡汛方案、工程分期、主要水工建筑物的施工程序、施工方法和控制性
3、进度，并将计算分析整理成设计计算书和说明书及绘制施工总体平面布置图。设计、计算时，必须以规范为依据，所有计算分析要整理成设计计算书和说明书，并绘制土石坝结构平面图、剖面图、上下游立面图(1：200)和细部详图(1： 50)四、毕业设计的一般步骤 本专业的毕业设计大体分为三个阶段：选题与收集资料、设计计算、编写毕业设计说明书(或论文)。每个阶段要求指导教师作专门布置，使学生明确本阶段的具体任务内容和要求，以及应注意的问题。1、收集资料、文献阶段：要求作好调查研究记录，原始数据要准确。查阅文献在 3 篇以上。 最后向指导教师写出开题报告；2、设计计算阶段，要求在主要技术环节上有方案比较，设计计算要
4、求依据可靠、数据正确、结果可信，鼓励应用计算机计算和绘图；3、设计说明书(论文)要求格式规范、绘图布局合理、图表清晰、表达完、图幅符合规定。五、毕业设计的成果要求 学生在规定时间内，在教师的指导下，独立完成毕业设计工作，最后提交如下成果：1、对设计图的要求应包括枢纽平面布置图、土石坝剖面图、上下游立面图(1：200)、和大坝细部构造图各 1 张，不少于 3 张；同时在计算说明书里绘制施工总体平面布置图。2、毕业设计说明书（毕业论文）编写内容如下：（1）设计题目（2）目录与前言（3）内容摘要（100200 字）（4）正文(以设计说明书为例：方案拟定、方案比较、最终方案确定、计算原理、方法及结果。
5、)（5）结束语：成果评价、问题展望（6）参考文献六、 基本资料1、枢纽任务本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。发电本电站装机 3 台 0.8 万千瓦机组，共装机 2.4 万千瓦。正常蓄水位 2818.9 米，死水位 2796.0 米。3 台机满载时的流量为 44.1 ，尾水位 2752.2 米。sm/3厂房型式为引水式， 厂房平面尺寸为 3213 米，发电机层高程2760 米，尾水管底高程 2748 米，厂房顶高程 2772 米。付厂房平面尺寸为 326米。安装场尺寸为 3526 米，开关站尺寸为 3020 米。2、灌溉增加保灌面积 1.5 万亩。3、防洪可减轻洪水对下游两岸的威胁
6、，在遇 100 年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来 1680 消减为 548 。要求设计洪水时最大下泄流量限制为sm/3s/3900 。s/34、渔业正常蓄水位时，水库面积为 15.6 平方公里，为发展养殖创造了有利条件。5过木要求布置过木筏道。6其它引水涵洞进口高程 2789.0m，出口底高程 2752.3m，直径 4.0m，压力钢管直径2.3m，调压井直径 12.0m，放空洞洞径 2.5m，能放空至水位 2770.0m。O 江水利枢纽设计资料说明流域概况O 江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约 122 公里，流域面积2558 平方公里，在坝址以上流域面积为 780 平方公里。
7、本流域大部分为山岭地带，山脉、盆地相互交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区河流，地表大部分为松软沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流含沙量较大，冲积层较厚，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的 20%，林木面积约占全区的 30%，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。气候特性（1）气温：年平均气温约为 12.8，最高气温为 30.5，发生在 7 月份，最低气温-5.3 ，发生在 1 月份。月平均气温统计表（） 表 1月份1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均气温4.8 8.3 11.214.8 16
8、.3 18.0 18.8 18.3 16.0 12.4 8.6 5.9 12.8平均温度日数 表 21 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120 6 1.2 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 3.1030 25 26.8 30.7 30 31 30 31 31 30 31 30 27.930 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0月份日 数温 度（2）湿度：本区域气候特征是冬干夏湿，每年 11 月至次年四月特别干燥，其相对湿度在 51%73%之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为 67%86%。（3）降水量：最大年降水量可达 1213 毫米，最小为
9、617 毫米，多年平均降水量为 905 毫米。各月降雨日数统计表 表 31 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 125mm 2.6 2.2 4.3 4.2 7.0 8.6 11.5 8.5 9.6 9.5 4.8 4.3510mm 0.3 0.2 0.2 1.4 2.0 2.4 2.7 2.7 2.6 2.4 0.8 0.11030mm 0.1 0.1 0.7 0.5 2.3 4.6 4.9 3.8 2.2 1.3 0.6 0.1（4）风力及风向：一般 14 月风力较大，实测最大风速为 15 米/秒，风向为西北偏西，水库吹程为 12 公里。水文特性O 江径流的主要来源为降水，在此山区流
10、域内无湖泊调节径流。根据短期水文气象资料研究， 一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。O 江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为 700 秒 ，而最小流量为 0.5 。多年平均流量 17 。经频率分析，sm/3 sm/3 sm/3求得不同频率的洪峰流量见下表。频 率 0.05 1 2 5 10流量（ ）s/32320 1680 1420 1180 1040各月不同频率洪峰流量：（ ） 表 4 sm/3月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121% 46 19 12 19 600 1240 155
11、0 1210 670 390 28 372% 36 17 11 15 530 1120 1360 1090 600 310 23 335% 23 14 9 11 420 850 1100 830 480 250 16 2810% 19 11 7 9 370 760 980 720 410 210 15 23月份日数温度频率固体径流：O 江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达 0.5 公斤/立米。枯水期极小，河水清澈见底，初步估算30 年后坝前淤积高程为 2765 米。工程地质（1）水库地质：库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为
12、库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能塌方量约为 300 万立米，在考虑水库淤积问题时可作为参考。（2）坝址地质：坝址位于 O 江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿构，对其岩性分述如下：玄武岩：一般为深灰色、灰色、有含泥量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石石脉，石英脉等穿其中，这些小脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石、副成分为绿泥石
13、、石英、方解石等。由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质亦异，可分为坚硬玄武岩、多孔玄武岩，破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩。其物理力学性质见下表。坝基岩石物理力学性质试验表 表 5岩石名称 比 重 容重（KN/m 3）采用抗压强度（MPa）半风化玄武岩 3.01 29.6 50破碎玄武岩 2.95 29.2 5060火山角砾岩 2.90 28.7 35120软弱玄武岩 2.85 27.0 1020坚硬玄武岩 2.96 29.2 100160多气孔玄武岩 2.85 27.8 70180全风化玄武岩物理力学性质试验表 表 6压缩系数 浸水固结块剪力天然含水率W%干容重K
14、N/3m比重液限WL塑限WF塑性指数Wn 00.5cm3/KN34cm3/KN内摩擦角 凝聚力KPa2.5 16.3 2.97 47.3 32.26 16.9 0.0597 0.0151 28.38 24.0渗透性：经试验得出发值为 4.147.36 米/昼夜。火山角砾岩：角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为 215 厘米，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至 350kg/cm2。凝灰岩：成土状或页片状，岩性软弱，与砂质粘土近似，风化后成为粘土碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。河床冲积层：主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体
15、状，并有大漂石渗杂其中，卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩和砂岩占极少数，沿河谷内分布。坝基部分冲积层厚度最大为 32 米，一般为 20 米左右。靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为 10100 毫米；砾石直径一般为 210 毫米；砂粒直径 0.050.2毫米；细小颗粒小于 0.1 毫米。冲积层剪力试验成果表 表 7三轴剪力（块剪） 应变控制浸水固结快剪土壤名称项目计算值容重（控制）KN/m3含水量（控制）内摩擦角 凝聚力 KPa 内摩擦角 凝聚力 KPa次数 17 12 8 8 2 2最大值 24.3 8.66 4715 37.0 3254 10.5
16、最小值 22.2 4.27 3530 12.0 1755 0平均值 23.08 6.47 4034 18.2 2525 5.3含中量细粒的砾石 小值平 均值 3732 0.148备注三轴剪力土样控制系筛去大于 4 颗粒后制备的。试验时土样容重为控制容重。应变控制土样的容重系筛去大于 0.1 后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。冲积层的渗透性能：经抽水试验后得渗透系数 K 值为0.03cm/s0.01cm/s。坡积层：在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运沉积后，形成粘土与碎石的混合物质。（3）地质构造坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石、节理特别发育，可以分为两组，一组走向与岩层走
17、向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同，倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填，节理间距密者 0.5 米即有一条，疏者 35 米即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。（4）水文地质条件本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩中透水性不同，裂隙少且坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于 0.01kg/min。夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为良好的不透水性岩层，正因为这些隔水的与透水的玄武岩存在逐使玄武岩
18、区产生许多互不连贯的地下水，一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层次多，难于形成泉水，石灰岩地区外围岩石多为不透水层，渗透问题也不存在。（5）本地区地震烈度定为 7 度，基岩与砼之间磨擦系数取 0.65。建筑材料（1）料场的位置和储量见坝区地形图，由于河谷内地形平坦，采运尚方便。沙砾料料场坝址上下游各有四个，总量达 1850 万方。粘性土料上游有二个料场，下游二个料场，总量 190 万方。料场距坝址 2km 左右。石料（坚硬玄武岩）总储量 450 万方。石料距坝址较进，开采条件较好。（2） 物理力学性质土料：见下表 8。砂砾石： （a）颗粒级
19、配 表 8300100100606020202.52.51.21.2 0.60.60.30.30.15 0.151上 5.2 18.6 21.4 12.3 18.6 13.9 5.4 4.6 0.32上 4.8 17.8 20.3 14.1 17.8 14.8 4.6 5.3 0.53上 3.8 15.4 18.5 15.3 16.4 20.5 3.5 6.2 0.44上 6.0 18.3 19.4 16.4 15.6 16.7 4.8 2.5 0.31下 4.5 14.1 20.1 23.2 14.9 7.2 8.6 7.2 0.22下 3.9 19.2 22.4 18.7 19.1 8.3
20、 5.7 2.8 0.13下 5.0 23.1 19.1 14.2 18.4 8.9 6.3 4.1 0.94下 4.1 22.4 18.7 14.1 17.9 14.4 4.1 3.6 0.7（b）物理性质 表 9名 称 1上 2上 3上 4上 1下 2下 3下 4下容 重 1.86 1.79 1.91 1.90 1.86 1.85 1.84 1.80比 重 2.75 2.74 2.76 2.75 2.75 2.73 2.73 2.72孔隙率 32.5 34.7 31.0 31.5 32.5 32.2 32.5 33.8软弱颗粒 2.0% 1.5% 0.9% 1.2% 2.5% 0.8% 1
21、.0% 1.2%有机物含量 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色各砂砾石料场渗透系数 K 值为 2.0102 cm/s。最大孔隙率 0.44，最小孔隙率0.27。（c）各料场的天然休止角 表 10料场名称 最小值 最大值 平均值1上 3430 3550 35102上 3500 3710 36003上 3440 3640 35404上 3510 3740 36301下 3410 3630 35202下 3520 3800 36403下 3430 3710 35504下 3600 3820 3710石料：坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件较好。经济资料（1）库区经济：流域内都为农业人口，多种植稻米、苞谷等。库内尚未发现有价值可开采的矿，淹没情况如下表 11。表 11高程（米） 2807 2812 2817 2822 2827 2832淹没人口（人） 3500 3640 3890 4060 5320 7140（2）交通运输坝址下游 120 公里处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅 20 公里，因此交通方便。
