Themanuscriptwasrevisedontheeveningof2021Themanuscriptwasrevisedontheeveningof2021拱壩課程設計《水工建筑物課程設計》學院：土木工程學院專業名稱：水利水電工程學號：22姓名：余官榮指導老師：鄒爽老師 提交時間：2015年1月6日拱壩課程設計一、目的1、學會初擬拱壩尺寸的方法；2、掌握拱壩壩肩穩定計算和應力計算；3、進一步認識拱壩的結構特點。二、基本資料（一）、水文、氣象及泥沙資料某水庫所在流域屬亞熱帶季風濕潤氣候，立體帶狀氣候明顯，其特點是“冬長夏短，春秋相連、雨熱同季、干濕分明”。流域內無氣象觀測資料，其氣象資料參照威寧縣氣象站資料：多年平均氣溫℃，最冷月1月平均℃，最熱月7月平均℃，極端最高氣溫℃（1963年5月29日），極端最低氣溫℃（1977年2月9日）。年平均相對濕度80%，最大在秋季，達85%左右，最小在春季，在73%上下，全年平均霧日數，年平均日照時數，為貴州全省各縣之冠。全年無霜期，大風日數，冰雹日數，雷暴日數，霧日天數，降雪日數，最大積雪深度27cm。多年平均風速s，最大風速s，全年以SE（東南風）風為多，頻率為17%。流域水汽主要來自印度洋孟加拉灣，由于地勢較高，多年平均相對濕度較其它地區低。流域內地表徑流主要來自降雨，但降雨時空上分布不均，大多集中在每年5～10月，降雨量占全年降雨總量的80-90%。暴雨一般出現在5～10月，日降雨量大于100mm的暴雨主要出現在6～8月，汛期比其他地區出現晚，降雨量較其它地區少，根據威寧縣氣象站歷年實測資料統計：多年平均降雨量為，豐水期(5～10月)平均降雨量，占全年降雨量的%，枯水期(11月至次年4月)平均降雨量，占全年降雨量的%，最大一日降水量為（1984年7月23日），降水量≥的日數193d，降水量≥的日數28d，降水量≥的日數7d，降水量≥的日數，多年平均水面蒸發量為（20cm蒸發皿）。吹程為600米。（二）特征水位表5-5主要建筑物特征水位及流量序號部位項目單位數量備注1水庫校核洪水位（P=%）m2設計洪水位（P=2%）m3正常蓄水位m4死水位m5校核洪水位最大下泄流量m3/s7566相應下游水位m7設計洪水位最大下泄流量m3/s3628相應下游水位m9淤沙高程m（三）、地質資料1、地形地貌下壩址河谷深切，為橫向谷，河流由SE（東南）向轉向NE（東北）向。兩岸坡山體地形坡度較陡，其中在1890m高程以下地形坡度較陡，基巖裸露；上部地形稍緩，為坡耕地、林地和荒坡，殘坡積層厚度最大達10m，一般3～5m；地形為淺切中山地形，河谷地形呈較寬緩的“V”形谷，河床沖積層厚度達。右岸坡在高程修建有一條通鄉油路，寬9m左右。兩岸地貌主要為侵蝕切割形成的尖棱狀山脊地貌，為侵蝕構造類型。下壩址河面高程，河面寬43m；壩線位置河谷地形在高程時寬高比為，下壩址河流位于二塘向斜北東翼，靠二塘向斜軸部發育。壩址區右岸坡上游80m位置發育一條小溪溝（即鍋廠小河），為下切侵蝕型溪溝，鍋廠小河交匯口高程，溪溝地形隨著山體地形的抬高，溪溝河床在1890m高程以下基巖裸露，基本上無沖積層，兩岸多為耕地和林地，殘坡積層厚度不大，一般為3m左右。3、地層巖性下壩址出露基巖地層主要為二疊系上統峨嵋山玄武巖組(P2β)玄武巖，地層總體傾向河床下游，其在壩址區分布特征是壩址地形與巖層之間構成橫向河谷。綜合槽探、硐探、鉆探和地表地質勘察資料，壩址區左右岸坡殘坡積層厚度達3～5m，局部地段深達10m，河床上第四紀沖積覆蓋層厚度為左右。某水庫下壩址的巖土層具體構成情況如下：（1）二疊系上統峨眉山玄武巖組（P2β）：厚度10～1294m。屬巖漿巖地層，主要為暗綠、暗灰藍、油綠色細粒玄武巖、拉斑玄武巖，上部夾一層厚度4～6m的玻屑凝灰巖，在～1866m高程夾有2至3層厚度3～8cm的軟弱夾層，為鐵質粘土巖或銅質凝灰巖。玄武巖新鮮巖石堅硬，但表面易風化成碎塊狀，壩基巖體工程地質分類為中硬巖，屬于BⅢ1類。（2）第四紀覆蓋層(Q4)：在河谷兩岸坡上為殘坡積層，成分為褐黃褐色的含碎石粘土。河床上為沖積層，成分為塊石、碎石、沙卵石、砂礫石、細粉沙和少量淤泥等組成。4、地質構造下壩址位于二塘向斜北東翼。壩址區玄武巖為巖漿巖，屬噴出巖，巖層無產狀，主要結構面為不同時期玄武巖噴出的流層理層面，玄武巖流層理層面傾向與早期下部沉積巖的成層方向一致，總體傾向河床上游偏右岸。在下壩址無區域性斷裂地質構造發育通過。但在下壩址鍋廠小河左岸和水庫右岸的山坡上發育有次生F1張性斷層（不明原因斷層），向庫區上游延伸，總體走向為北西走向，傾角近直立，北西端延伸到庫區上壩址和下壩址之間，南東端直抵庫區內爐山鎮尖山附近，長約800m左右。該斷層斷距一般為，未見破碎帶。下壩址玄武巖中節理裂隙發育，發育密度較高，在河谷左右岸按勘察規范要求統計的節理裂隙產狀見表3-4-3。主要有兩個方向發育，第一組節理裂隙產狀為走向170°，傾向260°，傾角為70～80°或近直立；第二組節理裂隙產狀為走向65～80°，傾向155～170°，傾角近直立。節理裂隙向下延伸深度大，大部分節理裂隙內無充填物，呈閉合狀，向下延伸到微風化和新鮮基巖后，裂隙逐漸尖滅，少數節理裂隙內偶有充填物。地表巖層呈強風化狀，巖體一般較破碎，多呈塊狀。2、壩址地質資料經取樣試驗，結合有關工程經驗類比，參考有關設計規范，地質專業提出了巖石（體）物理、力學參數，見表5-2～表5-4。表5-2壩基巖體力學性質參數名稱項目玄武巖(強風化)玄武巖(弱風化)玄武巖(微風化)凝灰巖（強風化）抗壓強度Rc(MPa)15757510抗拉強度σt(MPa)彈性模量Ee(GPa)7352泊松比μ承載力標準值[R](MPa)巖石與巖石抗剪強度fC(MPa)巖石與巖石抗剪斷強度f＇C＇(MPa)砼與巖石抗剪強度fC(MPa)砼與巖石抗剪斷強度f＇C＇(MPa)表3-4-12壩基結構面力學參數強風化玄武層面抗剪強度fC(MPa)弱風化玄武巖層面抗剪強度fC(MPa)微風化玄武巖層面抗剪強度fC(MPa)玄武巖陡傾結構面抗剪強度fC(MPa)fC(MPa)強風化玄武巖層面抗剪斷強度fC(MPa)弱風化玄武巖層面抗剪斷強度f＇C＇(MPa)微風化玄武巖層面抗剪斷強度f＇C＇(MPa)玄武巖陡傾結構面抗剪斷強度f＇C＇(MPa)玄武巖層間軟弱夾層抗剪斷強度f＇C＇(MPa)大壩抗滑穩定計算的物理力學參數表項目名稱單位數值項目名稱單位數值砼容重γckN/m324基巖抗壓強度fRMPa75水容重γwkN/m310砼/基巖摩擦系數f（固接灌漿后）淤沙浮容重γsbkN/m38砼/基巖凝聚力C＇（固接灌漿后）MPa淤沙高度HsM滲透壓力強度系數α砼抗壓強度fkMPa淤沙內摩擦角φ度30（四）附壩址處地形圖及地質剖面圖（見CAD圖）三、要求1、擬定壩體尺寸，進行拱壩穩定計算及應力計算；2、提交成果（1）設計計算及說明書。（2）拱壩非溢流壩段剖面圖，溢流壩段剖面圖；（3）拱壩平面布置圖及下游立視圖。拱壩課程設計計算書確定開挖高程：根據壩高小于50米時，可建在弱風化中下部至上部基巖上，及其他相關條件，選擇壩底高程為1844m。水位高程（m）相應壩前水深（m）正常蓄水位設計洪水位校核洪水位確定壩高：①設計洪水位、正常蓄水位：由資料得V0=sD=安全加高：防浪墻頂高程：+=②校核洪水位：安全加高：防浪墻頂高程=+=選擇較大防浪頂高程所以壩高H=拱冠梁設計1.根據資料得：壩頂厚度取4m，壩底高程為1844m，溢流堰頂高程為1888m，所以壩的計算高度2.壩底厚度：根據所打剖面的開挖線可得W為H=44m；3.確定上游面曲線：由上述可得：4.厚度曲線：取5層拱圈；5.圓心連線的確定：有資料得，頂拱弦長為，底拱弦長為25m，以底拱弦長的垂直平分線為界，把拱壩分為左半拱和右半拱，根據經驗，處的半中心角取弦長壩體左岸半邊拱的圓心連線：壩體右岸半邊拱的圓心連線：根據圓心連線圖和拱圈弦長圖可以在CAD上量出其他各層拱圈的半徑和弦長，根據公式，可以算出其他各層拱圈的半中心角。高程（m)Z壩址距（m）Tc（m）XFL(m)XFR(m)RcL(m)RcR(m)фL(°）фR(°）1888045550187711186622404018553318444425253030應力計算由程序算得的各項應力如下，左岸半邊拱。1.正常水位加溫降：拱壩壩數據NHB1HB2HSFSMSMH51844141MCGCECEFKCCSu1600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當量矩形長寬比m=壩體積V=m^3溫升G=/(T+計算結果E=2(雙向扭轉效應)(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv(4)粱內力MocVocWocMocvVocvWocv(5)梁應力(T/m^2)(壓為正）梁應力梁應力(震)梁自重應力ScuScdScuvScdvScugScdg(6)拱冠變位RorRorv(7)最大應力SauSadSouSodScuScd最大(1)(3)(3)(1)(1)(4)最小(4)(5)(5)(4)(4)(1)***END***2.設計洪水位加溫升：拱壩壩數據NHB1HB2HSFSMSMH5141MCGCECEFKCCSu.000011600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當量矩形長寬比m=壩體積V=m^3溫升G=/(T+計算結果E=2(雙向扭轉效應)(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv(4)粱內力MocVocWocMocvVocvWocv(5)梁應力(T/m^2)(壓為正）梁應力梁應力(震)梁自重應力ScuScdScuvScdvScugScdg(6)拱冠變位RorRorv(7)最大應力SauSadSouSodScuScd最大(1)(1)(1)(1)(5)(4)最小(5)(5)(5)(5)(1)(1)***END***校核洪水位加溫升：拱壩壩數據NHB1HB2HSFSMSMH5141MCGCECEFKCCSu.000011600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當量矩形長寬比m=壩體積V=m^3溫升G=/(T+計算結果E=2(雙向扭轉效應)(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv(4)粱內力MocVocWocMocvVocvWocv(5)梁應力(T/m^2)(壓為正）梁應力梁應力(震)梁自重應力ScuScdScuvScdvScugScdg(6)拱冠變位RorRorv(7)最大應力SauSadSouSodScuScd最大(1)(1)(1)(1)(5)(4)最小(5)(5)(5)(5)(1)(1)***END***右半拱4.正常水位加溫降：拱壩壩數據NHB1HB2HSFSMSMH51844141MCGCECEFKCCSu1600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當量矩形長寬比m=19.壩體積V=m^3溫升G=/(T+計算結果E=2(雙向扭轉效應)(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv(4)粱內力MocVocWocMocvVocvWocv(5)梁應力(T/m^2)(壓為正）梁應力梁應力(震)梁自重應力ScuScdScuvScdvScugScdg(6)拱冠變位RorRorv(7)最大應力SauSadSouSodScuScd最大(1)(3)(3)(1)(1)(4)最小(4)(5)(5)(4)(4)(1)***END***5.設計洪水位加溫升：拱壩壩數據NHB1HB2HSFSMSMH5141MCGCECEFKCCSu.000011600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當量矩形長寬比m=19.壩體積V=m^3溫升G=/(T+計算結果E=2(雙向扭轉效應)(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauvSadvSouvSodv(4)粱內力MocVocWocMocvVocvWocv(5)梁應力(T/m^2)(壓為正）梁應力梁應力(震)梁自重應力ScuScdScuvScdvScugScdg(6)拱冠變位RorRorv(7)最大應力SauSadSouSodScuScd最大(1)(1)(1)(1)(5)(4)最小(5)(5)(5)(5)(1)(1)***END***6.校核洪水位加溫升：拱壩壩數據NHB1HB2HSFSMSMH5141MCGCECEFKCCSu.000011600000760000.025.8.17高程外半徑拱圈厚半中心角壩趾距岸坡角AF壩肩彈模EFHRTAYAFEF760000760000760000760000760000當量矩形長寬比m=19.壩體積V=m^3溫升G=/(T+計算結果E=2(雙向扭轉效應)(1)荷載分配高程總荷載梁載拱載扭載梁載(震)拱載(震)扭載(震)HPXXAZXvXAvZv18881877186618551844(2)拱端內力MaoVaoHaoMaovVaovHaov(3)拱應力(T/m^2)(壓為正）拱端拱冠拱端(震)拱冠(震)SauSadSouSodSauv