1、毕业设计 （ 论文 ）开 题 报 告题 目 积石峡水电站枢纽布置及均质土坝设计专 业 水利水电工程 班 级 工 112班 2015 年西安理工大学毕业设计开题报告- 1 -一、毕业设计课题来源类型积石峡水电站枢纽布置及均质土坝设计课题来源于实际工程，属于设计类课题。 积石峡水电站位于青海省循化县境内积石峡出口处，是黄河上游干流龙青段梯级规划的第五个大型梯级电站，距循化县城30km处，距西宁市 206，距民和县城 100。 积石峡水电站主要任务是发电。该工程水库为日调节水库，正常蓄水位 1856m，工程规模为等大（2）型，大坝为 1级建筑物，泄水建筑物、引水发电及厂房均为 2级建筑物。大坝、泄水
2、、引水发电建筑物按 500年一遇洪水设计，5000 年一遇洪水校核，其入库洪峰流量分别为 5850m3/s和 7550m3/s。厂房按 200年一遇洪水设计，考虑机组参与泄洪，厂房按 5000年一遇洪水校核；泄水建筑物消能防冲按 50年一遇设计。 积石峡水电站是国家“西部大开发”、“西电东送”战略的重要組成部分，它对优化西北地区电源結构，实现资源配置，将资源优势转化为经济优势，促进青海经济大发展，实现“全国联网、西电东送、南北互供”具有十分重要的意义。积石峡水电站是国家“西部大开发”、“西电东送”战略的重要組成部分，它对优化西北地区电源結构，实现资源配置，将资源优势转化为经济优势，促进青海经济
3、大发展，实现“全国联网、西电东送、南北互供”具有十分重要的意义。 二、选题的目的及意义 毕业设计是我们工科学生在校期间最重要的实践性学习，是对我们在校期间所学基础课、专业基础课以及专业课知识的复习、巩固和提高。培养我们独立分析和解决实际工程问题的一个重要过程，是对我们能力和素质的综合训练。 水利枢纽布置及均质坝的设计主要有以下几点意义： 西安理工大学毕业设计开题报告- 2 -1、 毕业设计不同于一般的课程设计，我们必须针对毕业设计实际 问题进行综合运用，可以巩固、加深所学知识，并使之系统化，提高综合运用能力。 2、 毕业设计工程中，我们自行进行相应的设计，并通过计算验证设计的正确性，这个过程是
4、课堂所达不到的效果。设计以实际工程为对象，理论联系实际，提高学生解决实际问题的能力。 3、 提高了我们自身设计、计算、绘图和编写设计文件的能力。 4、 设计中，我们必须接触各种软件，那就要求我们熟悉计算机。我们必须掌握几种常用的办公软件，而且设计最终要出图，这就 要求我们对 CAD制图软件熟练。通过这一系列的练习能使我们能够更加接近日常工作所需的标准。5、 毕业设计要求我们了解外国文献，学会查阅资料，规范标准。这不仅扩大了我们的词汇量，而且还提高了对外文的阅读和翻译能力。 6、 通过这一系列的工作，将会给自己培养出一种严肃认真、谨慎谦虚、用于创新的的工作作风。 三、课题在国内外研究状况和发展趋
5、势土石坝是指由土、石料等当地材料填筑而成的坝。是历史最为悠久的一种坝型，是世界坝工建设中应用最广泛和发展最快的一种坝型。土石坝得以广泛的运用和发展主要原因是： 1、 可以就地取材、就近取材，节省大量的水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量。 8 2、 能适应各种不同的地形、地质条件和气候条件。除极少数的例外，几乎任何不良地基，经处理后均可以修建土石坝。尤其是地质条件复杂和地震区，土石坝是唯一可取得坝型。 1、土石坝容量大、功能多、结构简单，高效率施工，进度快，造价低。 2、 用管理方便，工作可靠，寿命长，维修加固和扩建均较容易。西安理工大学毕业设计开题报告- 3 -我国兴建的各种类型的坝共有
6、8.48万座，其中 95%以上是土石坝。全世界所建的百米以上的高坝中，土石坝所占的比重呈逐年增长的趋势，20 世纪 50年代以前为 30%，60 年代接近 40%，70 年代接近 60%，至 80年代后增至 70%以上。土石坝在我国高坝中所占的比例也在逐年增长的。目前世界上高度达到 300米的高坝只有两座，都是土石坝，其中前苏联的罗贡坝，高 335米，前苏联的努列克坝，高 300米。我国已建成的天生桥一级面板堆石坝，高178米，在建的水布垭面板堆石坝，高 233米，设计中的糯扎渡辛心墙坝，高 261.5米。21 世纪我国水利水电事业进入大发展时期，在西部大开发战略的支持下，一批水利水电工程将在
7、黄河上游，长江中上游干支流、红水河等水力资源丰富的江河上开工建设。目前的大坝都处于地势偏远，交通不便利，地质复杂的地方，所以对大坝的要求越来越高。因此，我国十分重视推广发展高土石坝的建设。 7 但由于填筑土石坝的土料和坝基的砂砾是散粒体结构，颗粒间存在大量的孔隙，都具有一定的透水性，在水压力的作用下，水流必然会沿着坝身土料、坝基土体、坝端两岸地基中的孔隙渗向下游，造成坝身、坝基和绕坝的渗漏，影响坝体稳定。所以对土石坝渗流分析是必要的。6 土石坝渗流是个复杂的空间问题，在对河谷较宽、坝轴线较长的河床部位，常简化为平面问题来分析。其分析方法主要有：流体力学法、水力学法、流网法、试验法和数值解法。流
8、体力学法只有在边界条件简单的情况下才有解，且计算较繁。其中常用的方法有水力学法、网格法、试验法、数值分析法。 水力学法是在一些假定条件基础上的近似解法，计算简单，能满足工程精度要求，所以在实践中被广泛采用。 西安理工大学毕业设计开题报告- 4 -流网法是一种简单方法，能够求解渗流场内任一点渗流要素，但对不同土质和渗透系数相差较大的情况难以采用。 试验法需要一定的设备，且费时较长。 随着计算机的快速发展，数值解法在渗流分析中得到了广泛的应用，对于复杂和重要的工程，多采用数值计算方法来分析。土石坝是挡水建筑物，2它和渗流同时并存。渗流学伴随着土石坝设计及监控理论的发展而来，土石坝的发展史也就是渗流
9、理论和渗流控制理论的发展史。这就是因为渗流破坏在影响土石坝安全的三大因素中占有较大的比重。据国内外大量资料表明：由于渗流问题直接造成土石坝失事的比例约占 30%-40%。 最早用来研究水工建筑物渗流场的方法主要是流体力学解析法、水力学法、图解法等近似计算方法及室内的模型或模拟实验分析方法。4应用成熟的理论是用于坝体设计过程中的水力学方法。水力学的基本方法是达西定律和杜布衣假定。 （假定任意铅直过水断面内各点的渗透迫降相等） 。520 世纪 20年代前苏联学者提出，以清润线两端为分界线，将均质土坝分为 3段，分别列出计算公式，再根据水流连续原理求解，称为“三段法” 。 随着3电子计算机水平的提高
10、及普及，数值方法（即有限差分法、有限单元法和边界元法）在渗透分析中得到广泛的应用。有限差分法是 1910年由理查森（L.F.Richardson）首先提出的14。经过长期的研究和广泛的应用，目前该方法已具有较完善的理论基础和实用经验。有限元法的基本思想是在 1943年由柯朗（R.Courant）提出的，13R.W.Clough(1960)最先采用“有限单元法”这个名称，以与有限差分法相区别。有限元法于 60年代逐渐被引用到流体力学的领域。O.CZienkiewiz 和张（1965）提出的有限单元法适用于所有可按变分形式进行的计算的场问题，为该方法在渗流分析中的应用提供了理论基础。有限元方法最早
11、成功的应用于地下动力学，Clough 和 Woodward(1966)首先用它来分析土坝。起初该方法被应用到稳定渗流问题，1570西安理工大学毕业设计开题报告- 5 -年代初扩展到非稳定渗流问题。我国对土石坝渗流数值解法的研究始于 70年代，发展较为迅速。在理论研究方面取得显著研究成果的主要是南京水利水电科学研究院和北京水利水电科学研究院，并编制了土石坝渗流以及坝坡稳定分析的相应程序。9但是因为数值方法计算所得的结果没有明确的验证标准，所以在实际应用中是将各种方法计算所得的结果互相验证，相得益彰。 渗流观测时大坝安全检测中的重要组成部分，并且国际上绝大多数大坝都是以不同的方式进行的观测。1瑞典
12、大坝自动化安全监测系统的研究在世界上处于领先地位，尤其是土石坝安全监测技术是很多国家望尘莫及的。2004 年瑞典研制开发了新型的光导纤维，并安装在 9座大坝上，根据大坝具体情况的不同采用了不同的安装技术、 。其实验结果证明安装技术以及安装设备精度高，但监控渗流变化的绝对精度还需要长期不间断的观测来验证。在该研究中提出了通过测量坝体温度来进行渗流监测和定量分析的理论。11恒定的温度标志着较小的渗流量，而大幅度的温度变化可能意味着较大的渗流。这一方法最初由凯普麦尔（Kappelmayer）于 1957年提出。 我国在大坝自动化安全监测与安全研究方面开展比较晚，但是发展较快。水利部南京水利水文自动化
13、研究所研制开发的非接触式变形监测仪器及自动化系统已经成功应用于三峡、葛洲坝等许多大型水利工程中。由于影响土石坝神六的因素较多，所以在实际工程中，宜采用多种理论方法计算浸润线、渗流量等要素，并将结果比较发对比分析，从而找不同情况下最适宜的方法，并通过实际工程对各种理论方法进行改进、简化。 随着计算机实现手段的多样化、成熟化，12未来土石坝渗流计算过程应由计算机来完成，完全替代手工计算。这不仅可以改善计算的精度、大幅度提高计算速度，而且可以同时获得直观形象的分析结果。渗流计算的结果可以用彩色云图的形式给出，西安理工大学毕业设计开题报告- 6 -无论是二维还是三维的示意图。这样可以将数据的变化趋势准
14、确的表示出来，代替大量的表格计算。 参考资料：1赵琳 宓， 永宁， 冯琳 ， 江帆， 李长龙 ，土石坝渗流分析与自动化观测软件研究， 沈阳农业大学学报 ，2004年 5期。2 刘晓庆，施浩然，基于非饱和渗流理论的土石坝渗流分析，西华大学学报（自然科学版） ， 2013年 5期。 3 张凯倩，土石坝渗流分析及控制措施综述， 湖南水利水电2013年 5期。 4 程鲲，王党，在复合土工膜土石坝渗流分析， 水利与建筑工程学报 ， 2005年 1期。 5 欧阳君，徐千军，侍克斌，严新军，宫经伟，土石坝边坡稳定性分析的温控参数折减有限元法， 岩土力学 ， 2011年 8期。 6 白寅虎，王亚奇，土石坝绕坝
15、渗流分析及防渗措施研究，河北水利 ， 2012年 9期。 7 李新才，达开水电站土石坝有限单元法稳定渗流分析研究，城市建设 ， 2010年 5期。 8 郑彬，屈星火，娄一青，复杂土石坝坝体坝基有限元渗流分析， 中国水运（下半月） ， 2008年 4期。 9 雷娜，流网的数值计算方法及其在土石坝渗流分析中的应用，西安理工大学 2011（学位年度） 10 李守德 徐红娟 田军 ，均质土坝管涌发展过程的渗流场空间性状研究，期刊论文， 岩土力学 ，ISTIC EI PKU 2005年 12期 。 西安理工大学毕业设计开题报告- 7 -11 A.PerrotPh.GoldnerD. GiaumeM.Lo
16、vricC.AndriamiadamananaR. R.GoncalvesA. Ferrier Narrow Optical Homogeneous Linewidths in Rare Earth Doped Nanocrystals 外文期刊 Physical review letters, EI SCI 2013 20。 12T.A.PapadopoulosD.A.TsiamitrosG.K. PapagianniEarth return admittances and impedances of underground cables in non-homogeneous earth 外
17、文期刊刊 IETgeneration, transmissiondistribution,EI SCI 2011 2 13Impedances and Admittances of Underground Cables for the HomogeneousEarth Case 外文期刊 IEEE Transactions on Power Delivery, EI SCI 2010 214 F.J. Colomer MendozaA. Ferrer GisbertA. Gallardo Izquierdo Safety factor nomograms for homogeneous ear
18、th dams less than ten meters high 外文期刊 Engineering Geology, EI SCI 2009 3/4 15 S. RampelloE. CasconeN. Grosso . Evaluation Of The Seismic Response Of A Homogeneous Earth Dam 外文期刊 Soil Dynamics and Earthquake Engineering, EI SCI 2009 5 四、 本课题主要研究内容毕业设计题目：积石峡水电站枢纽布置及均质土坝设计 毕业设计的基本内容： （1）了解积石峡水电站工程概况，熟
19、悉该设计所需的地形、地质、水文等资料；并根据设计需要查阅均质土坝相关文献资料；（2）进行积石峡水电站枢纽整体布置，初步确定坝轴线的位置并对不同的坝型进行比选，说明选择土石坝的原因，并确定土西安理工大学毕业设计开题报告- 8 -石坝的防渗系统；进行整体枢纽布置。 （3）拟定泄水建筑物，进行调洪演算，计算设计洪水位和校核洪水位。 （4）拟定积石峡土石坝典型剖面形式及尺寸，对其进行渗流计算和稳定计算。 （5）拟定溢洪道的剖面，设计溢洪道堰面曲线，确定出口消能方式，并进行相应的水力计算；如若受地形的限制，无法修建溢洪道，可考虑修建溢洪洞或泄洪洞泄洪，并进行相应的水力计算。 （6）拟定主要的细部构造尺寸
20、，进行地基处理。 （7）施工组织设计。 （8）大坝安全监测设计。 （9）编制概算。 （10）采用 AutoCAD绘制所有设计图纸。 （11）整理设计成果及 CAD设计图纸；编写设计说明书；提交毕业，设计说明书和 CAD图纸等设计成果。 五、 完成毕业设计的条件和拟采用的手段5.1 完成毕业设计的条件（1）拥有一定的理论基础。通过三年多的理论学习，我们学习了高数，计算机编程，理论力学，材料力学，结构力学，水利工程施工，建设项目管理，水利水能规划，土力学，工程地质，工程水文学，建筑材料，水工建筑物，水电站， CAD、画法几何、工程造价、工程经济学等课程，为今天的设计打下了良好基础。 （2）具备一定
21、的实际能力。通过认识实习，我们参观了黑河水库和三原西郊水库对树立枢纽有了初步了解。在校内进行了工程测量实习，掌握了对地形的地貌的测绘；马渡王水文站进行水文实习，掌握了水文资料对大坝建设的重要性；生产及地质实习，西安理工大学毕业设计开题报告- 9 -实地参观了亭口水利枢纽、李家河水库，南沟门水库，二龙山水库，三河口水利枢纽，通过这些系统的学习参观，使我们对于实际工程的认识更加深刻。 （3）资源优势。本校的水利工程为国家一级重点学科，拥有一大批优秀的专家和教授、学者。拥有陕西省重点实验室，图书馆图书馆藏量巨大，收藏了一大批国内外优秀期刊、论文和相关书籍等，对于我们的毕业设计又增添了一份力量。 5.
22、2 拟采用的手段熟悉工程资料，广泛查阅相关文献资料，了解积石峡水电站概况，准备所需规范，积极参与设计期间的相关讲座，如工程枢纽布置、调洪演算、水力学、渗流计算、设计规范等，须认真听取、学习，确保设计质量。本设计拟采用单辅助线法进行调洪计算,初拟堰宽从而计算坝顶高程，确定坝顶宽度，上下游边坡坡度，坝体防渗结构和尺寸等。土石坝的剖面尺寸初步拟定后，进行渗流分析和稳定分析。本设计拟采用水力学法，水力学法建立在一些基本假定上。抗滑稳定分析拟采用滑楔法,进而计算土石坝的沉降量。泄水建筑物的选择及溢洪道的布置，溢洪道设计拟采用 WES剖面，溢洪道的消能常用的方式是鼻坎挑流及底坎消能，本设计拟采用挑流效能。 六、本课题进度安排、各阶段预期达到的目标本次毕业设计总目标： 编写毕业设计任务书，制定进度计划表，完成外文翻译和开题报告；编写设计说明书，用 CAD绘制设计图纸。 各阶段进度及目标： （1）3 月 2日3 月 22日，1. 参加毕业设计动员会；2. 熟悉毕业设计内容及要求；3. 熟悉工程基本资料。4. 查阅与设计容相关的国内外文献资料，撰写开题报告并提交。5.查阅与
