11.設計的任務某河水庫混凝土雙曲拱壩體型設計的合理布置2.設計的內容1選擇拱壩的布置型式。2進行壩體平面布置及斷面初選。3通過拱冠梁法對壩體應力及壩肩穩定進行分析計算。4通過消能計算評價所選定的消能防沖措施的安全可靠性。5通過設計成果分析，對所選定的拱壩體型布置提出評價或修改意見3.工程概況3.1設計標準設計標準，本水庫總庫容2.1千萬方。灌溉2萬畝，電站裝機1萬千瓦3.2壩址地形地質條件1壩址區峽谷呈“V”型，兩岸谷坡陡削，高程300米以下較為對稱，坡角4050度。唯右岸自高程300米以上地形轉緩變為2530度。兩岸附近山高均超出400米高程以上河谷底寬11米高程260米，左岸受沖溝切割后山脊較為單薄。2河床和岸坡有大片基巖課露，距河床高47米范圍內形成巖石陡壁。以上為第四紀殘、坡積的砂壤覆蓋層。厚度左岸25米，右岸35米，壩址區基巖一般風化不深，劇風化垂直深度，左岸為36米，右岸為48米，河床為03米，微風化或新鮮基巖距地表深度，在320米高程以下：兩岸為1020米，河床為4米左右。壩址區巖性為堅硬致密的花崗巖，較為新鮮完整的物理力學指標甚高，抗壓強度1500kgcm2，巖石容重26KNm3。滑動面上巖石之間的摩擦系數f0.65、粘著力c2kgcm2。基巖彈性模量Ef（14）105kgcm2。泊松比0.2，壩體混凝土基巖摩擦系數f0.65。兩岸基巖無成組有規律的節理裂隙存在，主要受F1、F3、F5斷裂切割影響。F1斷裂切割右岸壩肩，其底板高程在314米，頂底巖層破碎。靠右岸在314米高程以上壩肩穩定須予重視。F3、F5斷裂在較接近拱壩壩后通過，在拱座推力作用下，將產生壓縮變形因此在拱座推力作用范圍內必須給予工程上的處理。3巖層抗沖刷條件：泄洪建筑物下游高速水流沿程河床和岸坡，基巖基本裸露、巖性堅硬，抗沖刷力強，大部不須抗沖處理，但在靠近壩體部分的岸坡段對斷裂2破碎帶等出露地帶必須封閉固結，適當擴大表層固結灌漿。4區域地震條件；本區地震基本裂度為六度。3.3特征水位經水庫規劃計算結果、壩址上、下游特征水位如下：P0.2%校核洪水位319m，相應尾水位270.5m。P2%設計洪水位316.8。相應尾水位269m。正常高水位316m死水位298m淤砂高程283m。壩頂溢流堰堰頂高程310.2m壩頂高程320m3.4荷載及荷載組合荷載應按實際情況進行分析，決定計算內容、荷載組合根據實際情況分析選取二種控制性的組合進行設計計算。有關荷載資料及設計系數如下，未經列出者由設計人自行擬定。1壩體自重，混凝土容重24KNm3。2上游砂壓力，泥砂干容重g14KNm3，空隙率n04，淤砂內摩擦角16o。3溫度荷載：均勻溫度變化t；按經驗公式估算度）(39.3471Tt4混凝土線膨脹系數1105（1/oC）。5混凝土彈性模量Eh=1.85105kgcm2（C10砼）。4.拱壩的設計4.1工程等級的確定已知設計標準，本水庫總庫容2.1千萬方。灌溉2萬畝，電站裝機1萬千瓦。根據水利部、能源部頒布的水利水電工程的分等級指標，將水利水電工程根據其工程規模、效益和在國民經濟中的重要性分為五等，見表3水利水電工程分等指標根據已知的工程概況，查上表，所以可以確定該工程等別為III級，工程規模為中型。水利水電工程中的永久性水工建筑物和臨時建筑物，根據其所屬的工程等別及其在工程中的作用和重要性劃分為五級和三級。見表永久性水工建筑物的級別由上面確定的工程等別為III級，查表根據永久性水工建筑物的級別劃分可得主要建筑物為3級，次要建筑物為4級4.2拱壩形式的選擇與壩高的確定4.2.1拱壩形式的選擇合理的拱圈型式應當是壓力線接近拱軸線，使拱截面內的壓應力分布趨于均勻。對于建在較寬河谷中的拱壩，為了使拱圈中間部分接近與均勻受壓，并改善壩肩巖體的抗滑穩定條件，拱圈型式已由單心圓拱、三心圓拱、橢圓拱、拋物線拱、和對數螺旋拱。本設計采用等截面圓弧拱圈，設計該拱壩為優先考慮的雙曲拱壩4.2.2壩高確定已知壩體高程為320m，河谷高程為260m，河谷底部強分化層的厚度為3.59m，為滿足大壩底部應力要求，將河谷底部開挖至256m，則可以確定大壩的高度為4mHHH64256320底頂，同時可以確定大壩的開挖線如圖：4.3擬定圓心角與壩軸線半徑軸R根據以上壩址地形圖和地質剖面圖，量出在每個高程處地面線與開挖線之間的距離，由原來的壩址地形圖上的對應的等高線沿著占孔線進行平移，即可得出壩址可利用的基巖等高線，在透明紙上畫出地址可以利用的巖基石等高線地形圖，研究分析開挖后的河谷形狀，決定是否需要加以處理。擬定壩頂拱圈的圓心角為110，已知壩頂高程為320m，根據壩軸線與320m等高線的交點，在圖紙上量出cmL5.371，所以，可以算出cmLR5.226.01軸，因為圖與實際的比例是1:500，所以，壩頂河谷寬mL5.1871壩軸線半徑mR5.112軸為使拱壩布置對稱于河谷，建議以頂拱圈園心與31壩高拱圈的園心聯線為基準線來試探，在試探過程中要更多地照在2131壩高各拱環的對稱性。并盡可能使該部位能獲較優的中心角和與兩岸等高線的夾角不小于35o。畫出拱壩布置圖，見A1大圖4.4初步擬定拱冠梁的剖面尺寸4.4.1壩頂寬度的擬定已知壩頂河谷寬mL5.1871，大壩的高度為mH645在選擇拱冠梁的頂部厚度時，應考慮工程規模和有運用要求，已知壩頂交通要求，有公路通過橋面寬6米根據美國墾務局建議公式：mmLHTC689.2)5.1872.164(01.0)2.1(01.01所以，大壩頂部的高程為6m.4.4.2壩底厚度與HT45.0的確定河谷的形狀特征常用壩頂高程出的河谷寬度L與最大壩高H的比值，即使寬高比HL/來表示。拱壩的厚薄程度，常以壩底最大厚度T和最大的壩高H的比值，即厚高比HT/來區分。L/H3.0-4.5T/H0.35已知壩頂河谷寬mL5.1871，大壩的高度為mH64，所以93.264/5.187/HL,所以大壩為中厚拱壩，35.02.0/HT，取25.0/HT，將mH64帶入計算，可以得，大壩的厚度為mHTB166425.025.0。所以，大壩的底部厚度為16m根據美國墾務局建議公式mTTBH2.151695.095.045.04.4.3凸點、凸度和倒懸度的計算對于雙曲拱壩，拱冠梁的上游面得曲線可用凸點與壩頂的高差)(100HZZ、凸度)/(22HDA和最大倒懸度S（BA、兩點間的水平距離與其高差的比）來描述。根據對我國的東風、拉西瓦等11座拱壩的S、21值的敏感性的計算分析，得其合適的范圍是：3.015.0,2.015.0,7.06.021S。取65.01,所以可以得mHZ6.416465.010，所以凸點的位置為距離壩頂41.6m的位置。取凸度為mHDHDAA2.1164175.0,175.0/22所以6已知凸點距離壩頂的高差為mZ6.410，且壩高為64m，所以凸點距離把地點高差為mH4.226.4164，且HLS/，所以可取23.0S,結果得mSHL15.523.04.22根據以上的計算結果，得如下剖面圖:擬定各高程拱圈的厚度，中心角，半徑及圓心位置。1、沿壩高每隔10米左右取一層拱圈，本設計全壩高可取56層拱圈。在河谷形狀寬突變處，要布置一個拱圈。2、為使各拱圈布置盡量接近對稱于河谷各拱圈的左右半中心角相差應控制在3o以內。3、為保證壩面在水平和鉛直方向都是光滑的，圓心的軌跡線宜是光滑的連續曲線并必須位于基準面上（基準面為穿過拱冠梁與拱壩軸線園心的鉛直面）。由以上原則確定其各拱圈布置如下圖示，大圖見A1圖74.5檢查調整1、在不同高程沿徑向（指該高程拱圈的徑向）切取若干垂直剖面檢查兩岸懸臂梁輪廓是否光滑連續是否有過大的倒懸度(不超過0.3)。直接在拱圈平面布置圖上量出各個的交點。右岸的切下的剖面如下圖所示：計算各個剖面下的倒懸度是否滿足要求，結果如下表：高程305295285275265256倒懸度0.0670.1250.170.1810.1980.199左岸的切下的剖面如下圖所示：8計算各個剖面下的倒懸度是否滿足要求，結果如下表：高程305295285275265256倒懸度0.0670.10.880.1490.160.204綜上，根據計算的結果，可以知道各個倒懸度都小于0.3，滿足要求，且切出的剖面懸臂梁輪廓光滑連續。2、將各層拱圈的半徑、中心角與圓心位置分別按高程點繪，各聯成曲線以檢查其是否平順光滑將各個拱圈的半徑、圓心角與拱圈高層的坐標關系畫出，如下圖（具體情況見A1圖）分析后可以得出將各層拱圈的半徑、中心角與圓心位置分別按高程點繪，各聯成曲線檢查基本平順光滑，滿足要求。3、檢查壩底與基巖接觸面的輪廓線，基本達到了光滑連續，無突變。設計滿足要求。94、繪制沿拱軸線展開的縱剖面圖檢查沿河谷開挖表面的坡度是否連續均勻變化以求得到光滑的縱剖面展開圖。根據已知條件，畫出繪制沿拱軸線展開的縱剖面圖，如A1圖所示，經過一些局部調整，基本滿足要求。5、經過調整拱壩設計已符合基本要求，列出拱圈的幾何參數如下表：高程拱圈厚T圓心距Lc拱圈半徑拱圈中心角拱圈內半徑拱圈外半徑平均半徑左右計算32060112.5118.5115.50555511030510.8528.4785.1195.9690.5445459029513.4645.768.3681.8275.094242842851560.8953.4768.4760.9740408027515.797439.7855.5747.6839387726515.8385.526.742.5334.623737742561694.514.0830.0822.083735725拱壩應力分析5.1拱冠梁法電算壩體應力電算可采用拱冠梁法程序計算各高程拱圈的拱冠與拱端應力已知大壩的上下游的水位概況，如下表：設計工況