1、 摘要本設(shè)計主要是有關(guān)PS水庫除險加固設(shè)計，PS水庫位于河北省沙河市境內(nèi)，工程為小（2）型五等工程，主要建筑物為五級，由主壩、副壩、溢流壩和放水洞等四部分組成。樞紐的主要任務(wù)以防洪、灌溉和供人畜飲水為主。PS水庫現(xiàn)狀存在的問題如下：（1）大壩基礎(chǔ)抗滑不滿足要求，壩體高水位時滲漏嚴(yán)重（2）壩頂高程不滿足規(guī)范要求（3）放水洞閘閥損壞（4）大壩下游無消能防沖設(shè)施針對水庫現(xiàn)狀存在的主要問題，需要對水庫進(jìn)行初步的校核。主要內(nèi)容包括擋水壩段的抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)核，溢流壩段的抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)核，溢流壩段過水能力及消能的計算等三大部分。壩體抗滑穩(wěn)定計算是重力壩設(shè)計的一項重要內(nèi)容，其目的是驗(yàn)算壩體沿壩基面

2、的抗滑穩(wěn)定安全度，利用公式判別大壩是否滿足抗滑穩(wěn)定要求。經(jīng)計算得大壩在某些工況下不滿足抗滑穩(wěn)定要求。應(yīng)力分析的目的是檢驗(yàn)壩體在施工和運(yùn)用期間是否滿足強(qiáng)度要求，利用材料力學(xué)的方法檢驗(yàn)應(yīng)力是否滿足要求。經(jīng)計算得大壩在某些工況下不滿足要求。殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹溢流壩過流能力驗(yàn)算及消能計算依據(jù)溢洪道設(shè)計規(guī)范SL253-2000計算。經(jīng)計算滿足要求。根據(jù)上述校核中所出現(xiàn)的問題，對PS水庫進(jìn)行除險加固，以滿足水庫的正常運(yùn)作。關(guān)鍵詞：PS水庫、除險加固、抗滑穩(wěn)定計算、應(yīng)力復(fù)核SummaryThisdesign,thePSreservoirreinforcementdesign,PSreservoirisloc

3、atedinShaheCityintheworksforasmall(2)fiveotherprojects,themainbuildingforthefivemaindamandauxiliarydam,spillwayandsuchaswaterholesinfourparts.Themaintaskofthehubtofloodcontrol,irrigationandfordrinkingwatermain.PSreservoirstatusquoexistingproblemsareasfollows:Damfoundationslidingdoesnotmeettherequire

4、mentsofserioushighwaterlevelofdamleakageCrestelevationdoesnotmeetthespecificationrequirementsWaterholegatevalvedamageDamdownstreamenergydissipationandscourprotectionfacilitiesApreliminarycheckofthemainproblemsofreservoirstatusquo,theneedforthereservoir.Themaincontentsincluderetainingmonolithstabilit

5、yagainstslidingcalculationandstressforreview,thestabilityagainstslidingcalculationandstressforreviewoftheSpillway,Spillwayoverthewatercapacityandenergydissipationcalculation.Thecalculationofdamstabilityagainstslidingisanimportantpartofthegravitydamdesign,withtheaimofcheckingthedamalongthedamfoundati

6、onstabilityagainstslidingsafety,usetheformulatodistinguishdamwhethertomeettherequirementsofstabilityagainstsliding.Thecalculateddamstabilityagainstslidingincertainconditionsdoesnotmeettherequirements.Thepurposeofthestressanalysisistotestdamduringtheconstructionandusemeetthestrengthrequirements,theus

7、eofmechanicalmeansofcheckingstresstomeettherequirements.Calculateddamincertainconditionsdoesnotmeettherequirements.SpillwayflowcapacitycheckingandeliminatethebasisforcalculatingthespillwaydesignspecificationSL253-2000calculation.Calculatedtomeettherequirements.ProblemsintheabovecheckthePSreservoirre

8、inforcement,tomeetthenormaloperationofthereservoir.Keywords:PSreservoirreinforcement,slidingstabilitycalculation,thestressreview釅錒極額河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計0目錄TOC o 1-5 h z摘要0Summary11綜合說明01.1工程概況01.2水文01.2.1流域概況0氣象1水文1泥沙11.3工程地質(zhì)條件11.4工程除險設(shè)計22水庫大壩現(xiàn)狀情況校核32.1正常蓄水位下的壩體抗滑穩(wěn)定計算與壩基處應(yīng)力計算32.1.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算32.1.2副壩抗滑穩(wěn)定計

9、算與壩基應(yīng)力計算82.1.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與基應(yīng)力計算102.2設(shè)計洪水位下的抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算132.2.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算132.2.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算152.2.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算172.3校核洪水位下的抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算212.3.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算212.3.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算242.3.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算252.4地震情況下，正常蓄水位時的壩體抗滑穩(wěn)定計算與壩基處應(yīng)力計算.292.4.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算292.4.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算322.4.3溢

10、流壩抗滑穩(wěn)定計算與基應(yīng)力計算342.5溢流面過流能力驗(yàn)算372.6消能防沖計算373除險加固工程設(shè)計383.1大壩防洪復(fù)合設(shè)計38大壩防洪加固方案383.1.2壩頂高程計算393.2大壩防滲設(shè)39存在的問題39防滲方案39壩基防滲403.3主壩加固后抗滑穩(wěn)定計算與應(yīng)力復(fù)合計算403.3.1正常蓄水時，主壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合413.3.2設(shè)計洪水位時，主壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合443.3.3校核洪水位時，主壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合473.3.4地震情況下，正常蓄水時，主壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合493.4溢流壩加固后抗滑穩(wěn)定計算與應(yīng)力復(fù)合計算523.4.1正常蓄水位時，溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與應(yīng)力

11、復(fù)合533.4.2設(shè)計洪水位時，溢流壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合563.4.3校核洪水位時，溢流壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合593.4.4地震情況下，正常蓄水時，溢流壩抗滑穩(wěn)定計算和應(yīng)力復(fù)合.62河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 TOC o 1-5 h z3.5溢流面加固設(shè)計663.5.1溢流面加固方案663.5.2溢流壩過流能力驗(yàn)算及消能防沖驗(yàn)算663.6放水洞維修加固663.6.1加固方案設(shè)計663.6.2放水洞流量計算673.7防浪墻及壩頂設(shè)計67 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document DAMSAFETYANDEARTHQUAKES68英文文獻(xiàn)翻譯：71謝辭73

12、參考文獻(xiàn)75河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1綜合說明1.1工程概況PS水庫位于河北省沙河市境內(nèi)，屬海河流域滏陽河系沙洺呵支流，水庫控制流域面積4km2,總庫容61.2萬m3,是一座以防洪、灌溉和供人畜飲水的小型水庫。謾飽兗爭詣繚鮐癩別濾。水庫樞紐主要包括：主壩、副壩、溢流壩和放水洞等建筑物。水庫大壩為漿砌石重力壩，主壩最大壩高27.5m,壩頂高程23.5m,壩頂長119m,壩頂寬4.5m,迎水面壩坡直立，背水面壩坡1:0.51,。副壩最大壩高5.5m,壩頂長70m,壩頂寬2.9m。咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺。溢流壩在主壩中央，采用克-奧菲真空實(shí)用堰，堰面為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，堰頂高程20.5m,堰深3m,寬22

13、m,設(shè)計最大泄流量161.77m3/s,采用挑流鼻坎消能,鼻坎高程9m,挑射角25，反弧半徑4m。瑩諧齷薪賞組靄縐嚴(yán)減。放水洞位于溢流壩左側(cè)，洞口高程5.1m，出口采用碟閥控制。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇設(shè)計，200年一遇校核。水庫樞紐為五等工程，主要建筑物為5級建筑物。經(jīng)調(diào)洪演算，不同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪水位及相應(yīng)的最大泄流量如下：麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。20年一遇的最高洪水位為21.85m，最大泄量為63.38m3/s；200年一遇的最高洪水位為23.04m，最大泄量為161.77m3/s。2007年6月，華北水利水電勘測設(shè)計有限公司完成PS水庫大壩安全鑒定，并通過河北省大壩安全管理中心核查，綜合評價

14、該水庫大壩為三類壩。納疇鰻吶鄖12水文121流域概況PS水庫位于沙河市冊井鄉(xiāng)，屬沙洺河支流。該河流位于沙河市西部，太行上東麓，為季節(jié)性河流，除汛期洪水徑流較大外，其他月份徑流量很小。風(fēng)攆鮪貓水庫控制流域面積4km2，壩址以上河床平均坡降28%。流域地形復(fù)雜，地面起伏大，地形坡度較陡。1.2.2氣象工程地處太行山風(fēng)坡，受太平洋東南季風(fēng)的影響，降雨偏豐，平均年雨量560mm，年際間變化很大，年最大降雨1088mm；年最小降雨227mm，最大、最小相差近5倍。年雨量在年內(nèi)分配也很不均勻。多年平均汛期降雨占年雨量的75%以上。多年平均氣溫13.0C13.7C；年極端最高氣溫42C；年極端最低氣溫19.

15、6C。冬季受西伯利亞高壓大陸性氣團(tuán)控制，風(fēng)向偏北，強(qiáng)勁西北風(fēng)盛行，夏季偏南風(fēng)，春、秋兩季風(fēng)向變化較大，沙河市汛期多年平均最大風(fēng)速16.7m/s。非汛期多年平均最大風(fēng)速為15.0m/s，無霜期220240天左右。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮1.2.3水文流域范圍內(nèi)無水文氣象站分布，水庫于1978年開始運(yùn)行至今，已有三十多年的時間，因水庫的管理不夠規(guī)范，對水位、流量等資料均未按水庫管理要求進(jìn)行觀測，故沒有實(shí)測大洪水資料。攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。1.2.4泥沙PS水庫流域僅為4km2,流域內(nèi)缺乏泥沙實(shí)測資料。通過水庫幾十年的運(yùn)行證明：由于該流域面積小，流域內(nèi)地形、地質(zhì)、植被等條件較好，入庫沙量很少，目前實(shí)測泥

16、沙淤積高程僅0.8m。趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。1.3工程地質(zhì)條件勘察場地屬太行山東麓沖低山丘陵地帶，勘察揭露之地層除第1層外均為三疊紀(jì)巖石，本場區(qū)勘察深度范圍內(nèi)，地基土自上而下分為如下2層，現(xiàn)將各土層的工程地質(zhì)特征分述如下：夾覡閭輇駁檔驀遷錟減1層雜填土（ml）：灰褐色，壩體，為塊狀巖石和水泥砂漿人工堆砌含少量雜質(zhì)。場區(qū)普遍分布，厚度:0.80-11.20m,平均5.30m;層底標(biāo)高：12.28-22.70m,平均18.20m;層底埋深：0.80-11.20m,平均5.30m。視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。2層細(xì)砂巖：肉紅色，灰白色，微風(fēng)化，可見較清晰的平行層理，細(xì)層厚度不一，細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，主要礦物成分

17、為石英，長石少量，分選好，磨圓度高，膠結(jié)好，整個巖石固結(jié)緊密堅硬，中厚層狀，裂隙發(fā)育中等到微小，巖芯長柱狀。該層未穿透。結(jié)論及建議：按建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB500112010本場地的抗震設(shè)防烈度為7度，本場地為第二組，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g。緦徑銚膾齲轎級鏜撟廟。庫區(qū)主要出露地層為細(xì)砂巖，不存在庫岸失穩(wěn)，庫底滲漏等問題。壩基巖性簡單，巖石裂隙發(fā)育程度不高，無斷層通過，裂隙連通性較差，為弱透水層。壩基不存在滲漏破壞的可能性。騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。壩基巖土力學(xué)性質(zhì)較好，透水性較弱，不存在滲透破壞的可能性，地基承載力滿足。1.4工程除險設(shè)計PS水庫運(yùn)行多年來，為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活發(fā)揮了

18、極大作用。但水庫運(yùn)行多年水庫出現(xiàn)了諸多問題：主要有；癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥幗騮大壩基礎(chǔ)抗滑不滿足要求，壩體高水位時滲漏嚴(yán)重。壩頂高程不滿足要求。(3)放水洞閘閥損壞，影響水庫正常運(yùn)行。(4)大壩下游無消能防沖設(shè)施。根據(jù)水庫大壩安全鑒定結(jié)論和建議，針對工程存在的問題，結(jié)合本次設(shè)計調(diào)整后水庫工程特性，擬定本次PS水庫除險加固的主要內(nèi)容有以下內(nèi)容：鏃鋝過潤啟大壩結(jié)構(gòu)處理，增加其抗滑穩(wěn)定性。大壩防滲設(shè)計。大壩結(jié)構(gòu)復(fù)合。溢流壩加固設(shè)計。放水洞維修加固。防浪墻及壩頂設(shè)計。其它工程處理。2水庫大壩現(xiàn)狀情況校核由指導(dǎo)老師所提供的參考資料，計算得到各壩段的單寬體積如下:主壩單寬體積V=325m3副壩單寬體積V=27.

19、5m3溢流壩單寬體積V=372m3根據(jù)砌石壩設(shè)計規(guī)范SL25-2006查得砌石體容重Y=22.0kN/m3依次計算得到各壩段的單寬自重如下：主壩單寬自重W=y=7150KN副壩單寬自重W=yV=605KN溢流壩單寬自重W=yV=8184KN。2.1正常蓄水位下的壩體抗滑穩(wěn)定計算與壩基處應(yīng)力計算計算條件：正常蓄水位時上游水位20.5m，下游水位0m。211主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算荷載計算壩體自重W二7150kN(2)靜水壓力上游水平靜水壓力P1(2-1)(2-2)P=1yH2=1x9.8x24.52=2941kN1212下游水平靜水壓力P2P=1yH2=1x9.8x42=78.4kN222

20、2壩基處揚(yáng)壓力UT圖2-1主壩壩基處揚(yáng)壓力上游水面至壩基高度H=24.5m、1下游水面至壩基高度H=4.m2壩基長度T=18.5mU=U+U=(yH+yH)XT=12122(9.8x24.5+9.8x4)x18.5(2-3)=2584kN泥沙壓力Psk(2-4)TOC o 1-5 h z1串P=Yh2tg2(45。n)sk2nn2式中：Y泥沙浮容重，取Y=8.82KN/m3nnh計算點(diǎn)以上的淤積高度，取h=0.8m,nn屮泥沙內(nèi)摩擦角，取屮=13。nnPskh2tg2(45。一n)=nn22x&82xo.82xtg23&5。1.79kN（5）浪壓力Pwk由于沙河市汛期多年平均最大風(fēng)速16.7m

21、/s吹程D可取平均水面寬的5倍即D=1075m浪高波長按鶴地水庫公式計算波高和平均波長TOC o 1-5 h zh二0.0136v32D13（2-5）b0L二0.389vD13（2-6）m0式中：h波高bL一平均波長，m；mV計算最大風(fēng)速（基本組合可采用重現(xiàn)期50年的最大風(fēng)速，特殊組合0可采用多年最大風(fēng)速），m/s；有資料可知V=16.7m/s。0D一風(fēng)區(qū)長度，m；可近似取D=1075m。g一重力加速度，9.81m/s2。計算得h=0.95m,L=6.65m。bm由于空氣阻力小于水阻力波浪中心線高于水面一定高度hz根據(jù)壩前不同的水深，波浪壓力的分布形式分為深水波、淺水波、破碎波。由于h1Lm2

22、，所以波浪運(yùn)動不會受到庫底的約束為深水波。浪壓力可近似按直墻式擋水建筑物的情況計算單位寬度上的浪壓力可按下式計算：Pwk-yL(h+h)(2-7)4wmbznh22nHh=5%cth(2-8)zLLmmLL+2nhHm-lnmb-(2-9)cr4兀L-2兀hmb式中：P單位寬度壩面上的浪壓力，kN/m。wkh一波高，m。bh一波浪中心線至計算水位的高度，m。zH使波浪破碎的臨界水深，m。cr內(nèi)摩擦角為25。(2-10)圖2-2主壩壩頂處浪壓力經(jīng)計算得：h=0.43m，H=0.52m，P=22.5kNzcrwk土壓力壩底高程-4m,上下游填土高程均為0m,土的粘聚力為0,上游為主動土壓力，下游為

23、被動土壓力。K=tan2(45。-)稱為主動土壓力系數(shù)，計算得0.41TOC o 1-5 h za2K二tan2(45+)稱為被動土壓力系數(shù)，計算得2.46p2取土的容重Y=21kN/m3主動土壓力：E=1yH2K=-x21x42x0.41=68.88kNa2a2被動土壓力：11(2-11)E=yH2K=x21x42x2.46=413.28kNp2p2表2-1作用于主壩的各力和力矩大小方向表何載垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W71502.34516766.75P129418.1724027.97P278.41.33104.27U172

24、5.20U21858.83.15762.28Psk1.790.270.48Pwk22.524.5554.25Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.66z715025843034.17491.6817420.630433.59工總4566!2542.4913012.91壩體抗滑穩(wěn)定計算f工WK=-(2-12)乙P式中：f抗剪強(qiáng)度計算公式中的摩擦系數(shù)；Y作用于壩體上全部荷載(包括揚(yáng)壓力，下同)對滑動平面的法向分值；YP作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值;依據(jù)砌石壩設(shè)計規(guī)范(SL25-2006)3.2.6規(guī)定，在初步設(shè)計階段，砌石體抗滑穩(wěn)定計算所需的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，查附

25、錄A表A.0.5和附錄A表A.0.6。根據(jù)地質(zhì)勘測資料，壩基巖石為堅硬、有微裂隙的巖體，砌石體飽和強(qiáng)度較高，取摩擦系數(shù)f=0.65。邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊f工4566計算K=存=黑x0.65=1.17K=1.05經(jīng)過計算求出的K大于容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。所以在正常蓄水位下，主壩的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。應(yīng)力計算根據(jù)水工建筑物教材中公式2-25進(jìn)行壩基截面應(yīng)力分析工W工M=+0(2-13)嶁yuTT2嶁(2-14)工W6工M=0ydTT2式中:b一用于壩踵垂直應(yīng)力，kPa；yub用于壩趾垂直應(yīng)力，kPa；ydYW用于壩體上全部荷載(包括揚(yáng)壓力，下同)對滑動平面的法向分值;EM作用在計算截面以上的全

26、部荷載對壩基截面形心O的力矩總和;0T一計算截面沿上下游方向的長度，m；工W6工Mb=+0yuTT24566丄6x(13012.91)18.52=246.81228.13=18.68kPa工W6工Mb=0ydTT245666x(13012.91)1852=246.81+228.13=474.94kPa壩基允許壓應(yīng)力b=2.83.0MPab0，上游壩踵處未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。yubVb，下游壩址處小于壩基允許壓應(yīng)力，滿足要求。yd綜上所述，應(yīng)力滿足要求。212副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算荷載計算壩體自重W二605kN水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1P=1YH2=1X9.8X2.52=30.6

27、kN122下游水平靜水壓力P2P=02揚(yáng)壓力U圖2-3副壩壩基處揚(yáng)壓力壩前水面至壩基咼度H=2.5m壩基長度T二5.5mU=1yHT=1x9.8x2.5x5.5=67.38KN22浪壓力P=22.5kNwk表2-2作用于副壩的各力和力矩大小及方向表何載垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t-(+)T-)(+)/W6050.24145.2P130.60.8325.5P20U67.380.9262Pwk22.52.556.25z60567.3853.13145.2143.75工總537.62!53.131.45抗滑穩(wěn)定計算f工W53762K=x0.65=6.58K=1.05

28、乙P53.13經(jīng)過計算求出的K大于容許的最小抗滑系數(shù)。所以在正常蓄水位下，副壩抗滑穩(wěn)定滿足要求。應(yīng)力計算yu=IW+涯=咤+倬=97.75+0.29=98.04kPaTT25.55.52yd耳-竽=警-窖=97.75-0.29=97.46kPa5.5壩基允許壓應(yīng)力b=2.83.0MPab0,上游壩踵處未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。yubVb，下游壩址處小于壩基允許壓應(yīng)力，滿足要求。yd綜上所述，應(yīng)力滿足要求。2.1.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與基應(yīng)力計算荷載計算壩體自重W=8184kN3水平靜水壓力上游水平靜水壓力PP=1YH2=1x9.8x24.52=2941kN1212下游水平靜水壓力P2P=1YH2

29、=1X9.8X42=78.4kN2222壩基處的揚(yáng)壓力U圖2-4溢流壩壩基處揚(yáng)壓力圖T185+U=(YH+yH)X=(9.8X24.5+9.8x4)x=2584kN21222泥沙壓力P=-yh2tg2(45。匕)=-x8.82x0.82xtg238.5。=1.79kNsk2nn22浪壓力P=225kNwk土壓力主動土壓力E=1YH2K=1X21X42X0.41=68.88kNa2a2被動土壓力E=1YH2K=1X21X42X2.46=413.28kNp2p2表2-3作用于溢流壩的各力及力矩大小和方向表荷載垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)-(+)/W8

30、1841.229984.48P129418.1724027.97P278.41.33104.27U1725.20U21858.83.15792.28Psk1.790.270.48Pwk22.524.5551.25Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.66z818425843034.17491.6810638.4130433.47z總5600J2542.49T9795.06/k二曇=J60L乙P2542.49x0.65=1.43K=1.05壩體抗滑穩(wěn)定計算經(jīng)過計算求出的K大于容許最小抗滑安全系數(shù)。所以在正常蓄水位下，溢流壩抗滑穩(wěn)定滿足要求。應(yīng)力計算工W6工Mb=+0yu

31、TT256006x(19795.06)18.52=302347=45kPabyd56006x(19795.06)18.51852=302+347=649kPa壩基允許壓應(yīng)力b=2.83.0MPabVb,下游壩趾處應(yīng)力小于壩基允許壓應(yīng)力，滿足要求。ydbVO,上游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。yu綜上所述，應(yīng)力不滿足要求。2.2設(shè)計洪水位下的抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算計算條件：上游水位22.85m,下游水位0.6m。2.2.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算荷載計算壩體自重W二7150kN1水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1P=1YH2=1X9.8X25.852=3274.3kN1212下游水平靜水

32、壓力P2P=1YH2=1X9.8X4.62=103.7kN2222基處揚(yáng)壓力U圖2-5主壩壩基處揚(yáng)壓力上游水面至壩基高度H=25.85m、i下游水面至壩基高度H=4.6m2壩基長度T=18.5mTOC o 1-5 h zT185U=(YH+yH)X=(9.8x25.85+9.8x4.6)x=2760.3kNi222泥沙壓力P=1yh2tg2(45。匕)=1x8.82x0.82xtg238.5。=1.79kNsk2nn22浪壓力P=22.5kNwk土壓力主動土壓力:E=1YH2K=1x21x42x0.41=68.88kNa2a2被動土壓力:E=1YH2K=1x21x42x2.46=413.28k

33、Np2P2何載垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W71502.34516766.75P13274.38.6228224.47P2103.71.53159U1833.980U21926.323.15971.59Psk1.790.270.48Pwk22.525.85581.65Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66表2-4作用于主壩上的各力及力矩大小和方向表Z71502760.33367.4751718075.4134869.78工總4389.7!2850.47-15794.37/壩體抗滑穩(wěn)定計算k二孚=_4389

34、7乙P2850.47x0.65=1.000，上游壩址處未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。yubvb，下游壩踵處小于壩基允許壓應(yīng)力，滿足要求。yd綜上所述，應(yīng)力滿足要求。223溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算荷載計算壩體自重W=8184kN3水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1P=-Y(H2h2)=1-X9.8X(25.8521.352)=3265.36kN1212h為水面至溢流壩堰頂?shù)木嚯x，h=1.35m下游水平靜水壓力P2P=1YH2=1X9.8X4.62=103.7kN2222基處揚(yáng)壓力U圖2-7溢流壩壩基處揚(yáng)壓力上游水面至壩基高度H=25.85m、i下游水面至壩基高度H=4.6m2壩基長度T=18.5

35、mTOC o 1-5 h zT185U=(yH+yH)X-=(9.8x25.85+9.8x4.6)x=2760.3kNi222動水壓力(2-15)(2-16)作用于溢流壩的動水壓力水平分量P=qV(cosa-cosa) HYPERLINK l bookmark18 o Current Document Hg21作用于溢流壩的動水壓力垂直分量P=qV(sina+sina)Vg21式中的個字母表示的含義如下:a、a反弧段最低點(diǎn)兩側(cè)弧段所對的中心角，a=55。，a=25。1212反弧段上的平均流速，m/s水容重，m3/(s-m)q單寬流量，m3/(s.m)，q=2.90g重力加速度，m/s2由水力學(xué)

36、教材中公式9.4求下游收縮斷面水深hc(2-17)查表9.1流速系數(shù)申=0.9計算得h=0.21mc由q=VhcaV=r=13.81m/sc所以動水壓力水平分量為P=(cosa-cosa)=13.62kNHg21動水壓力垂直分量為=V(sina+sina)=49.66kNg_泥沙壓力h2tg2(45nn-匕)=1X8.82X0.8X2tg238.5。=1.79kN22浪壓力P=22.5kNwk土壓力主動土壓力:E=1YH2K=1X21X42X0.41=68.88kNa2a2被動土壓力：E=1YH2K=1X21X42X2.46=413.28kNp2p2k二曇=54728乙P2827.93x0.6

37、5=1.25K=1.05經(jīng)過計算求出的K大于容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。所以在設(shè)計洪水位下，溢流壩抗滑穩(wěn)定滿足要求。應(yīng)力計算yu=W+汪=54728+6X(一241347)=293.4-423.1=-129.7kPaTT218.518.52yd=空-空=沁-6X(一241347)=293.4+423.1=716.5kPa壩TT218.518.52何載垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W81841.229984.48P13265.368.5727984.13P2103.71.53159U1833.980U21926.323.15971.59P

38、H13.6213177.06PV49.667.55374.93Psk1.790.270.48Pwk22.525.85581.63Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66z8233.72760.33358.53530.610870.235004.37工總5473.4!2827.93-24134.17/表2-6作用于溢流壩的各力及力矩大小和方向表壩體抗滑穩(wěn)定計算基允許壓應(yīng)力C=2.83.0MPabVc,下游壩趾處小于壩基允許壓應(yīng)力，滿足要求。ydcVO,上游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。yu綜上所述，應(yīng)力不滿足要求。2.3校核洪水位下的抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算計算條件：

39、上游水位23.04m,下游水位1m。2.3.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算荷載計算壩體自重W二7150kN1水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1P=1YH2=1X9.8X27.042=3582.7kN1212下游水平靜水壓力P2P=1YH2=1X9.8X52=122.5kN2222基處揚(yáng)壓力U|eY1-U1H-廠T圖2-8主壩壩基處揚(yáng)壓力上游水面至壩基高度H=27.04m、1下游水面至壩基高度H=5m2壩基長度T=18.5mTOC o 1-5 h zT185U=(YH+yH)X=(9.8X27.04+9.8x5)x=2904.4kNi222泥沙壓力11P=Yh2tg2(45。-)=x8.82x0

40、.82xtg238.5。=1.79kNsk2nn22浪壓力P=22.5kNwk土壓力主動土壓力：E=1YH2K=1x21x42x0.41=68.88kNa2a2被動土壓力：E=1YH2K=1x21x42x2.46=413.28KNp2P2表2-7作用于主壩的各力及力矩大小和方向表何載垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W71502.34516766.75P13582.79.0132280.13P2122.51.67204.58U1906.50U21997.93.16193.49Psk1.790.270.48Pwk22.527.04608.4

41、Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66z71502904.43675.9535.817520.9939174.11工總4245.6!3140.1-21653.12/壩體抗滑穩(wěn)定計算f工W42456K二=x0.65=0.79k=1.0經(jīng)過計算求出的K大于容許最小抗滑安全系數(shù)。所以在校核洪水位下，副壩抗滑穩(wěn)定滿足要求。應(yīng)力計算yu5.52+空=竺+6x(一沁)=85.31-59.96=25.35kPaTT25.5byd469.26x(302.3)5.55.52=85.31+59.96=145.27kPa壩基允許壓應(yīng)力b=2.83.0MPab0，上游壩趾處未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿

42、足要求。yubvb，下游壩踵處小于壩基允許壓應(yīng)力，滿足要求。yd綜上所述，應(yīng)力滿足要求。2.3.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算荷載計算壩體自重W3二8184kN水平靜水壓力河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計11 上游水平靜水壓力P1P=-Y(H2-h2)=1X9.8X(27.042-2.542)=3551.1kN1212h為水面至溢流壩堰頂?shù)木嚯x，h=2.54m下游水平靜水壓力P2P=1YH2=-X9.8X52=122.5kN2222基處揚(yáng)壓力U圖2-10溢流壩壩基揚(yáng)壓力上游水面至壩基高度H=27.04m、1下游水面至壩基高度H=5m2壩基長度T=18.5mTOC o 1-5 h zT185U=(YH+

43、yH)X=(9.8X27.04+9.8x5)x=2904.4kN1222一cosa)動水壓力作用于溢流壩的動水壓力水平分量P=YqV(cosaHg2+sina)作用于溢流壩的動水壓力垂直分量P=YqV(sinaVg2河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 式中各個字母表示含義如下:a、a反弧段最低點(diǎn)兩側(cè)弧段所對的中心角，a=55，a=25；1212V反弧段上的平均流速，m/s；Y水容重，m3/(s-m)q單寬流量，m3/(s.m)，161.77q=22g重力加速度，m/s2。由水力學(xué)教材中公式9.4求下游收縮斷面水深hc查表9.1流速系數(shù)申二0.9計算得h=0.5mc由q=VhnV=14.7m/schc所以動水

44、壓力水平分量為=V(cosa一cosa)=36.74kNi動水壓力垂直分量為=翌V(sinag2+sina)=13398kNi泥沙壓力Psko=Yh2tg2(452nnix8.82x0.82xtg238.5=1.79kN浪壓力P=22.5kNwk土壓力主動土壓力:E=1YH2K=1X21X42X0.41=68.88kNa2a2被動土壓力：E=1YH2K=1X21X42X2.46=413.28kNp2p2表2-9作用于溢流壩的各力和力矩大小及方向表何載垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W81841.229984.48P13551.18.87

45、31498.26P2122.51.67204.58U1906.50U21997.93.16193.49PH36.7413477.62PV133.987.551011.55Psk1.790.270.48Pwk22.527.04608.4Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66z8317.982904.43644.27572.5210816.3439403.79工總5413.58!3071.75-28587.45/壩體抗滑穩(wěn)定計算x0.65=1.15K=1.0也W=5413.28工P3071.75經(jīng)過計算求出的K大于容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。所以在校核洪水位下，溢流壩抗滑

46、穩(wěn)定滿足要求。應(yīng)力計算5413.28丄6x(28587.45)18.518.52=292.63501.17=208.54kPa工W6工Mb=+0yuTT2yd5413.586x(28587.45)18.518.52=292.63+501.17=793.8kPa壩基允許壓應(yīng)力b=2.83.0MPabVb，下游壩趾處小于壩基允許壓應(yīng)力，滿足要求。ydbVO,上游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。yu綜上所述，應(yīng)力不滿足要求。2.4地震情況下，正常蓄水位時的壩體抗滑穩(wěn)定計算與壩基處應(yīng)力計算計算條件：正常蓄水位時上游水位205m,下游水位Om。2.4.1主壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算荷載計算壩體自重叫二7

47、150kN水平靜水壓力上游水平靜水壓力P1P=-YH2=-x9.8x24.52=2941kN1212下游水平靜水壓力P2P=-YH2=1x9.8x42=78.4kN2222壩基處揚(yáng)壓力UYr-.HVfT圖2-11主壩壩基處揚(yáng)壓力上游水面至壩基高度H=24.5m、1下游水面至壩基高度H=4.5m2壩基長度T=18.5mTOC o 1-5 h zT185U=U+U=(YH+yH)X=(9.8X24.5+9.8x4)x=2583.5kN121222泥沙壓力11P=_Yh2tg2(45。一n)=x8.82xO.82xtg238.5。=1.79kNsk2nn22浪壓力P=22.5kNwk地震荷載：主要包

48、括壩體水平順河向地震慣性力，上游地震動水壓力和動土壓力。地震慣性力Q=KCFW(2-18)0HZK水平地震系數(shù)，本次設(shè)計地震烈度為7度，K=0.1；TOC o 1-5 h zHHC綜合影響系數(shù)，取-；Z4F地震慣性力系數(shù)，因HK=1.0壩體抗滑穩(wěn)定計算經(jīng)過計算求出的K大于容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。所以在地震情況下的正常蓄水位時，主壩抗滑穩(wěn)定滿足要求。應(yīng)力計算yu18.52+空=叱+6X(一1652.49)=246.84-289.62=-42.78kPaTT218.5byd4566.56x(-16520.49)18.518.52=246.84+289.62=536.46kPa壩基允許壓應(yīng)力b=2

49、.83.0MPabVb，下游壩趾處小于壩基允許壓應(yīng)力，滿足要求。ydbVO,上游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。yu綜上所述，應(yīng)力不滿足要求。2.4.2副壩抗滑穩(wěn)定計算與壩基應(yīng)力計算荷載計算壩體自重W=605kN2水平靜水壓力上游水平靜水壓力PP=1YH2=1X9.8X2.52=30.63kN122下游水平靜水壓力P2P=02揚(yáng)壓力U圖2-12副壩壩基處揚(yáng)壓力壩前水面至壩基高族2.5m壩基長度二5.5mU=-yHT=-x9.8x2.5x5.5=67.38KN22地震慣性力Q=KCFW=0.1x-x1.1x605=16.64kN0HZ4上游地震動水壓力P=0.65KCyH2=0.65x0.1x-x

50、9.8x2.52=1kN0HZ4浪壓力P=22.5kNwk表2-11作用于副壩的各力和力矩大小及方向表何載垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t-(+)T-)(+)/W6050.24145.2P130.630.8325.42P20Q016.641.2520.8P011.151.15U067.380.9262Pwk22.52.556.25z60567.3870.77145.2165.62工總537.62!70.77-20.42抗滑穩(wěn)定計算等X。4KZ經(jīng)過計算求出的K大于容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。所以在地震情況下的正常蓄水位時，副壩抗滑穩(wěn)定滿足要求。應(yīng)力計算工W6工Mb=+

51、0yuTT2537.626x(-20.41)+5.52=97.75-4.05=93.7kPa工W6工Mb=0ydTT2537.66x2=97.752.7=95.05kPa壩基允許壓應(yīng)力b=2.83.0MPab0,上游壩踵處未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。yubvb，下游壩趾處小于壩基允許壓應(yīng)力，滿足要求。yd綜上所述，應(yīng)力滿足要求。2.4.3溢流壩抗滑穩(wěn)定計算與基應(yīng)力計算荷載計算壩體自重W=8184kN3水平靜水壓力上游水平靜水壓力PP=1YH2=1X9.8X24.52=2941kN1212下游水平靜水壓力P2P=1YH2=1X9.8X42=78.4kN2222壩基處揚(yáng)壓力U圖2-

52、13溢流壩壩基處揚(yáng)壓力=(YH+yH)X-=1221852583.5kN(9.土壓力X24.5+9.8X4)X亍地震慣性力TOC o 1-5 h zQ=KCFW=0.1x1x1.1x8184=225.06kN0HZ4上游地震動水壓力P=0.65KCyH2=0.65x0.1x1x9.8x24.52=95.59kN0HZ4泥沙壓力P=1Yh2tg2(42)=1X8.82X0.82xtg2385。=1.79kNsk2nn22浪壓力P=11.3kNwk主動土壓力：E=(1+KCCtg申)E=(1+O.lx-x4.0 xtg25。)x68.88=72.12kNaHZe4被動土壓力：E=(1-KCCtgc

53、p)E=(1-0.1x1x3.0 xtg25)x413.28=398.82kNpHZe4k二旦=J600!乙P2880.84x0.65=1.26K=1.0表2-12作用于溢流壩的各力和力矩大小及方向表何載垂直力(kN)水平力(kN)力臂(m)力矩(kNm)!(+)t(-)f(+)T-)(+)/W81841.229984.48P129418.1724024.97P278.41.33104.27U1725.20U21858.33.15760.73P095.5911.271077.3Q0225.0612.252757Psk1.790.270.48Pwk22.524.25581.63Ea72.121.

54、3395.91Ep398.821.33530.43z81842583.53358.06477.2210619.1834301.02工總5600.5!2880.84-23681.84/壩體抗滑穩(wěn)定計算經(jīng)過計算求出的K大于容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。所以在地震情況下的正常蓄水位時，溢流壩抗滑穩(wěn)定滿足要求。應(yīng)力計算yu=罟+66(-23681.84)=30273-41518=-11245kPa18.52yd5600.56x(23681.84)18.518.52=302.73+415.18=71791kPa壩基允許壓應(yīng)力b=2.83.0MPabVb,下游壩趾處小于壩基允許壓應(yīng)力，滿足要求。ydbVO,上

55、游壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足要求。yu綜上所述應(yīng)力不滿足要求。通過對上述現(xiàn)狀的校核，主壩和溢流壩均存在問題，副壩在各種情況下均滿足要求，故需對主壩和溢流壩采取相應(yīng)的加固除險措施。該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。2.5溢流面過流能力驗(yàn)算溢流面采用曲線形實(shí)用堰，泄洪能力按照溢洪道設(shè)計規(guī)范SL-2000附錄A公式進(jìn)行計算。Q=mb.J2gH3/2(221)10式中：Q溢流堰的下泄流量。b溢流堰寬度，22m；m取0.42=12k+(n-1)K1H；K為邊礅形狀系數(shù)，K為閘墩形狀系數(shù)，1apnbaPn為堰孔數(shù)。查水工建筑物教材取1二0.95設(shè)計洪水位時Q=mh.：2gH3/2=0.95x0.44x22*2x9.8x

56、1.353/2=63.9m3/sQ=63.38m3/s1*0設(shè)校核洪水位時，過流能力滿足要求。2.6消能防沖計算依據(jù)溢洪道設(shè)計規(guī)范SL2532000，挑流水舌外緣挑距按下式計算：L=V2sin0cosO+vcos。Jv2sin20+2g(hcosO+h)1g(222)11V112式中:L指壩下游垂直面到挑流水舌外緣進(jìn)入下游水面后與河床面交點(diǎn)的水平距離，m；v一坎頂水面流速，m/s；10鼻坎挑角；h坎頂垂直方向水深，m；1h坎頂與河床面高差，m；2沖坑深度俺下式計算：Tkq12Z14(223)式中：T自下游水面至坑底最大水墊深度，m；q鼻坎末端斷面單寬流量，m3/(s-m)；Z上下游水位差，m；

57、k綜合沖刷系數(shù)，取1.5經(jīng)計算，不同頻率洪水下的計算成果如下:表2-13各頻率洪峰下挑距和沖坑計算成果表洪水重現(xiàn)期(年)2050100200庫水位(m)21.8522.3322.6023.04下泄流量Q(m3/s)63.3899.58122.11161.77挑坎外緣距離L(m)27.1231.1132.5032.98沖坑深度T(m)5.476.887.638.81L/T4.964.524.263.74經(jīng)計算得知L/T均在2.55.0之間，消能防沖設(shè)計滿足要求。3除險加固工程設(shè)計3.1大壩防洪復(fù)合設(shè)計3.1.1大壩防洪加固方案根據(jù)安全鑒定結(jié)果，PS水庫大壩防洪能力不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，本次除險加固

58、選擇有兩種方案進(jìn)行比較：方案一，維持現(xiàn)狀壩頂高程23.5m,溢洪道寬度和底高程不變，在壩頂增設(shè)防浪墻，計算防浪墻頂高程。方案二，維持現(xiàn)狀壩頂高程23.5m，溢洪道采用現(xiàn)狀底高程，拓寬溢洪道過水?dāng)嗝嬷?0m,重建交通橋。312壩頂高程計算依據(jù)砌石壩設(shè)計規(guī)范SL25-2006，壩頂上游防浪墻墻頂高程與正常蓄水位或校核洪水位的高差，應(yīng)按公式1-1計算，選擇兩者中防浪墻頂高程的高者作為選定高程。臠龍訛驄椏業(yè)變墊羅蘄。TOC o 1-5 h zAh=h+h+h（3-1）bzc安全超高正常蓄水位時取0.4m；校核洪水位時取0.3m。正常蓄水位時Ah二h+h+h二0.95+0.43+0.4二1.78mbzc

59、校核洪水位時Ah二h+h+h二0.95+0.43+0.3二1.68mbzc取二者較大值1.78m經(jīng)分析可以看出，方案一優(yōu)于方案二，故采用方案一：維持現(xiàn)狀壩頂高程23.5m，溢洪道寬度和底高程不變，在壩頂增設(shè)防浪墻。鰻順褸悅漚縫輾屜鴨騫。3.2大壩防滲設(shè)3.2.1存在的問題由于施工質(zhì)量較差，自水庫建成蓄水后便發(fā)現(xiàn)兩側(cè)壩頭有滲漏，且逐年加重，由于兩壩頭巖層裂隙發(fā)育，成為滲漏的主要通道，近年來滲漏尤為嚴(yán)重。特別是2007年7月大洪水以后，水庫左壩肩18m高程、右壩肩14m和16m高程處的滲流量較大。由于砌筑質(zhì)量不高，高水位運(yùn)行時，壩體多處存在滲漏，尤其在20.5m以上的主壩擋水壩段和溢流壩段存在小股

60、射流情況。雖然大壩于1980年進(jìn)行了灌漿處理、“00.7”大洪水后在主壩迎水面的水上部分進(jìn)行全面填縫，但現(xiàn)場可見填縫十分粗糙，并沒有從根本上解決滲漏問題。滲漏問題嚴(yán)重影響到工程灌溉和供水效益的發(fā)揮。穡釓虛綹滟鰻絲懷紆濼3.2.2防滲方案為減小滲漏量，并同時提高大壩抗滑穩(wěn)定性，大壩防滲考慮兩種方案：一是壩體灌漿與壩基帷幕相結(jié)合，二是壩體做混凝土防滲面板，壩基進(jìn)行帷幕灌漿。由于PS水庫大壩中部為一段長為22m的曲線形溢洪堰，壩頂鉆孔灌漿施工不便，因此考慮施工的可行性，推薦采用防滲面板與在壩前進(jìn)行基礎(chǔ)帷幕灌漿相結(jié)合的防滲型式，以形成完整的防滲體系，并有助于提高壩體抗滑穩(wěn)定性。隸誆熒鑒獫綱鴣主壩、溢流