2-第二章壩頂高程計算 3.1粘性土料的設計 3.1.1計算公 3.1.2計算結 3.1.3土料的選 3.2砂礫料設計 3.2.1計算公 3.2.2計算成果 4.1計算方法 4.2.計算斷面與計算情況 235.3工況選擇與穩定計算成果 235.3工況選擇與穩定計算成果 28 30第七章隧洞水力計算 7.1設計條件 7.2閘門型式與尺寸 317.3平洞段底坡 31 388.1施工導流計算 主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級。正常運用(設計)洪水重現期100年；非常運用(校核)洪水重現期200年。水庫運用方式：洪水來臨時用閘門控制下泄流量等于來流量，水庫保持汛前流態為自由泄流。采用以峰控制的同倍比放大法對典型洪水進行放大，得出設計與校核洪水過0流量yss上水文站單位過程線0流量擬定幾組不同堰頂高程Vn及孔口寬度B的方案。堰頂自由泄流公式定三條泄洪過程線(為簡便計算，假設都為直線),在洪水過程線上查出Q泄，并H)繪制的Q~H曲線與由Q=Bme(2g)1/H32繪制的Q~H曲線相交，所得交點即為所要求的下泄流量及相應水位。表1-1水庫攔蓄洪水水庫水位H(m)計算Q~H曲線列表如下：水庫攔蓄洪水水庫水位H(m)自由泄流0圖1-2Q~H曲線與Q=Bme(2g)1/2H32的交點為：Q泄=55設計洪水時：Q設=1680m3/s計算Q~H曲線列表如下：水庫攔蓄洪水水庫水位H(m)Q~H曲線與Q=Bme(2g)1/2H32的交點為：Q泄575.0m3計算Q~H曲線列表如下：水庫攔蓄洪水水庫水位H(m)水庫攔蓄洪水水庫水位H(m)計算Q~H曲線列表如下：水庫攔蓄洪水水庫水位H(m)Q~H曲線與Q=Bme(2g)/H32的交點為：Q泄=760.0m3/s,H=2822.0m起調流量/s設計洪水時：Q設=1680m3/s計算Q~H曲線列表如下：水庫攔蓄洪水水庫水位H(m)水庫攔蓄洪水水庫水位H(m)2826.00校核第二章壩頂高程計算風壅水面高度式中e----計算點處的風壅水面高度，m;K----綜合摩阻系數，取3.6×10-?;β----計算風向與壩軸線法線的夾角，(22.5°)波浪平均波高和平均周期式中h,gD/W2在20～250之間，為累積頻率5%的波高h?,gD/W2在250～1000之間，為累積頻率10%的波高h?,累積頻率P的波高h,與平均波高h的比值可由表查到。平均波浪爬高設計波浪爬高值應根據工程等級確定，2級壩采用累積頻率為1%的爬高值.正向來波在單坡上的平均波浪爬高可按下式或有關規定計算：式中Rm——平均波浪爬高K△——斜坡的糙率滲透性系數，根據護面類型查規范得0.781.壩頂超高式中y——壩頂超高R——最大波浪在壩坡上的爬高，m(按規范二級大壩設計情況為1.0,山區丘陵去校核情況0.5)e——最大風壅水面高度A——安全加高(按規范二級大壩設計情況為1.0,山區丘陵校核情況0.5)2.壩頂高程計算結果見表2-1表2-1壩頂高程計算成果圖正常+正常運項目設計+正常運用用校核+非常運用正常+非常運用+地震上游靜水位河底高程壩前水深Hm風向與壩軸線夾角β風速w平均波高hm護坡粗糙系數K△上游壩面坡腳m經驗系數k1111平均波浪爬高R1%波浪爬高Ris安全超高A111風浪引起壩前壅高e超高y壩頂高程壩高壩頂高程沉陷后沉降后壩高壩頂高程2829m,壩高79m。粘土斜心墻土石壩設計第三章土石料的設計3.1粘性土料的設計3.1.1計算公式粘性土料的填筑密度以壓實干容重為設計指標，并按壓實度確定：Y——設計填筑干容重；Yom——標準擊實試驗最大干容重。對I、Ⅱ級壩和各種等級的高壩P應不低于0.98～1.00;對Ⅲ、IV、V級壩(高壩除外)應不低于0.96～0.98。設計最優含水量取在塑限附近略高于塑限，可用下式擬定：式中w。——土料的塑限含水量，以小數計；Ip——土料的塑性指數，以小數計；IL——土料的液性指數，亦稱稠度，高壩可取-0.01～0.1,低壩可取粘性土料實際所能達到的設計干容重為：式中：V——壓實土體單位體積中的含氣率，粘土0.05,壤土0.04,砂壤土0.03;要乘以m才可作為設計干容重。再用下式校核粘性土料設計的計算成果見表3-1。上下游共有5個粘土料場，儲量豐富。因地理位置不同，各料場的物理性質，力學性質和化學性質也存在一定差異，土料采用以“近而好”為原則。粘粒含量為15%~40%之間，均滿足。規范指出粘土的滲透系數大于10×10?cm/s,所有料場均滿足要求。可溶鹽含量都不大于3%,1"上的有機質含量為2.20%,大于規定的2%,故不予采用。2"下和2#上的塑性指數大于20%和液限大于40%,根據規范不能作為壩的防滲體材料。3"下的滲透系數比1"下的小，防滲性能好，最大干容重比1"卡的大，壓縮性能好，且3#卡的填筑含水量比天然含水量小，施工時只需加水，故選3#下為表3-1粘性土料設計成果表料場最大容重)含水量(%)設計干容重塑限塑性指數填筑O自然孔隙比E濕容重)浮容重m3)液限系數有機含量1#下72"下561#上662"上43#下壩殼砂礫料填筑的設計指標以相對密實度表示如下：式中：emx——最大孔隙比0.7857;emin——最小孔隙比0.36986(n=0.44,nai=0.27,e=n/(1-n))e——填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的孔隙比；ra——填筑的砂、砂卵石或原狀砂、砂卵石干容重。設計相對密實度D.要求不低于0.70～0.75;地震情況下，浸潤線以下土體按設計烈度大小D.不低于0.75～0.80。砂礫料的計算成果見表3-2和表3-3。表3-2砂礫料計算成果匯總表場不均勻系數Cu>5mm礫比重天然孔隙比相對密實度D設計干容重Y設計孔隙比e.1"上2上3"上1#下2"下3#下4#下表3-2續料場濕容重。浮容重內摩擦角φ粘聚力C1"上502"上503#上50501"下502"下503#下504#下50沙礫顆粒級配沙礫顆粒級配0◆3#下第四章滲流計算滲流計算應包括以下內容：1.確定壩體浸潤線及其下游出逸點的位置，繪制壩體及其壩基內的等勢線分布圖2.確定壩體與壩基的滲流量；3.確定壩坡出逸段與下游壩基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降；4.確定庫水位降落時上游壩坡內的浸潤線位置空隙壓力；5.確定壩肩的的等勢線、滲流量和滲透比降.滲流計算應包括以下水位組合情況：1.上游正常蓄水位與下游相應的最低水位2.上游設計水位與下游相應的水位3.上游校核水位與下游相應水位選擇水力學方法解決土壩滲流問題。根據壩體內部各部分滲流狀況的特點，將壩體分為若干段，應用達西定律近似解土壩滲流問題。計算中假定任一鉛直過水斷面內各點的滲透坡降相等。通過防滲體流量：通過防滲體后的流量：假設：1)不考慮防滲體上游側壩殼損耗水頭的作用；2)由于砂礫料滲透系數較大，防滲體又損耗了大部分水頭，逸出水與下游水位相差不是很大，認為不會形成逸出高度；3)對于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流時由于橫向落差，此時實際上不為平面滲流，但計算仍按平面滲流計算，近似認為下游水位為零。由于河床沖積層的作用，岸坡實際不會形成逸出點，計算時假定浸潤線末端即為壩趾。對河床中間斷面I-I以及左右岸坡段各一斷面Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ三個典型斷面進行滲流計算，斷面的簡化圖見附錄，計算按正常蓄水和設計洪水兩種情情況進行。粘土斜心墻土石壩設計正常蓄水位2823.6m下游相應的最低水位為2752.2mK=3.0×10??cm/s,K?=1.0×10??cm/sK?=2.0×102cm/sK-取2.0×102cm/sT?=2.2mT=32mδ=19.6mL=212.96mLH=74.7mT?=5.3m(2755.L=212.96mL1=195上游壩底高程取在2752m處，下游壩底高程取在2802m處，經簡化近似等效為上下游壩底高程均在2790m,壩與地基的接觸面近似為一水平面，覆蓋層深4m。(1)正常蓄水位+相應下游水位K=3.0×10??cm/s,K?=1.0×10-?cm/sK?=2.0×102cm/sK-取2.0×102cm/sδ=12.9mL1=100.35m(2)設計水位與下游相應的水位(3)校核水位與下游相應水位Ⅲ-Ⅲ斷面：上游壩底高程取在2790m處，下游壩底高程取在2763m處，經簡化近似等效為上下游壩底高程均在2775m,壩與地基的接觸面近似為一水平面，覆蓋層深28m。(1)正常蓄水位+相應下游水位K=3.0×10??cm/s,K?=1.0×10??cm/sK?=2.0×102cm/sK-取2.0×102cm/sδ=14.8mL(2)設計水位與下游相應的水位(3)校核洪水位與下游相應的水位K,=2.0×10?2cm/s,KB=1.0表4-1滲流計算結果匯總表計算項目正常蓄水位設計洪水位下游水深T1000000逸出水深H1各種工況下滲流逸出點坡降計算成果如表4-2:表4-2逸出點滲透坡降成果表情況正常設計校核第五章大壩穩定分析土石壩在自重、水荷載、滲透壓力和地震荷載等作用下，若剖面尺寸不當或本設計中的穩定分析，主要指邊坡的抗滑穩定。穩定分析計算的目的在于分析壩坡在各種不同工作條件下可能產生的失穩形式，校核其穩定性。以簡化折線滑動法為理論基礎，假設滑動面只在壩殼中，而防滲體不連同壩殼一起滑動，如圖5-1所示。圖5-1穩定計算圖滑動面上的抗剪強度利用充分程度應該是一樣的，其安全系數表達方式為：式中：F即為安全系數，tanφ為試驗得到的抗剪強度指標。圖中0點為坐標原點，水平向壩坡向為X軸，豎直向上為Y軸建立直角坐標系統。假設滑動面的三點A、D、C(按一定步長確定這三點的坐標),且滑動面不會切到心墻。其中A點在壩腳斜坡面上移動，但不會到達壩頂，D點為折坡點，C點在壩體計算那一面的表面上移動，可以到達壩頂，但不會移動到壩體的另一側。其他字母如圖所示。計算中把滑動土體ADC(構成的滑動面)分成三個滑塊，P為相鄰兩土體滑面上的作用力。計算時先假設不同的安全系數F,從第一條土塊的平衡條件中求出P,然后將其作用在第二塊上，求出P,再作用在第三塊上，看求出P3是否0,如不平衡則重新假定安全系數，重復上述步驟，直到3為0,此時的F即為該滑動面的安全系數。其中，在水位以上的土體所受的重力，用面積乘以天然容重，水位以上，由應土體的重量，所有力都可以簡化到形心處，只考慮力的平衡，不考慮力矩的平設計中為簡化程序起見，還進行了以下假定：滑面ED、PQ鉛直，條間力Pi,kcAsSingle,xd_fAsSingle,yd_fAsSingleIfIfText_am.Text=7ElseIfText_am.TextElseIfText_am.TextEndIfEndIfIfText_D.Text=""OrText_H.Text=""OrText_WH.Text=""OrText_m.Text=""OrText_R.Text=""OrText_RF.Text=""OrMsgBox"請正確輸入計算所需數據!",48,"錯誤提示"Ifxa+(H-ya)/Tan(a2)<xc_maxThenxc_max=xa+EndIfIfxd<>xcThenal=AtnIfWH<yaOrWH=yaTW1=((ye-yd)*(xb-xd)+W2=(ye-yd)*(xdElseIfWH>yaAndWH<ydOrW2=((xg-xf)*(WH-ya)*R-xf)*(ye-WH)+(ye-yd)*ElseIfWH>ydAndWH<yeOW1=(((ye-WH)*(xb-xd)+(xc-xb)*(H-WH)+(xg-xd)*(H-WH))*R+(xg-xd)*(WH-yW2=((xd-xf)*(ye-WH)*R-xf)*(WH-ya)+(WH-yd)*(ElseIfWH>yeThenxg=xd+(WH-yd)/Tan(al)W1=(((xg-xf)+(xc-xbWH)*R+((xg-xf)*(WH-ye)+(ye-yd)*(xg-xd))*RF)/2W2=(ye-yd)*(xd-xa)*RF/2EndIfIfOption1.Value=TrueTa=W1*Sin(a1)*Cos(al-a2)+W2b=-W1*Cos(al)*Cos(al-a2)*0-W1*Sin(al)*Sin(al-a2)*0.71-W2ElseIfOption2.Value=TrueThenIfxc=xbThenh2=(ye+yd+EndIfIfH<40OrH=40Ifh1<0.6*HOrh1=0.6*HAlf1=1+-0.6*H)/(0.4*H)*(amEndIfIfh2<0.6*HOrh2=0.6*H-0.6*H)/(0.4*H)*(amEndIfEndIfab=-W1*Cos(al)*Cos(al-a2)*0-(W1*Sin(al)+F1*Cos(a1))*Sin(al-a2)*0.71-W2EndIfIfk<kcThenEndIfEndIfNextxcNextydNextxdNextxa坡度1:"&Str(m)&"時，滑坡面折點坐標為"&"("&Str(xd_f)&","&Str(yd_f)EndIfPrivateSubCommandText_H.TextText_m.Text=Text_R.Text=PrivateSubForm_Unload(Cancel穩定計算中需選取不利工況和不利部位進行穩定計算，本設計中對上下游坡分別計算以下不同工況下的安全系數：計算成果見表5-1。表5-1各種工況上下游壩坡穩定計算成果部位組合情況上游坡正常蓄水位+地震下游坡正常蓄水位+地震反濾層的設計要滿足兩個條件：(1)濾土要求；(2)排水要求。6.1.1防滲墻的反濾層：按照規范被保護土是粘性土，小于0.075mm顆粒含量71%,在40%到85%之間。由排水要求：D??≥4d?5,且要滿足D??≥0.1mm(6-2)第一層反濾料從已經探明的料場中可以發現只有1*下滿足要求，D??=0.6。第一層反濾層與壩殼之間：45.8%>40%,按規范要求取5mm以下的細顆粒(滿足C<5)的d?5,d??反濾層所保護的為無粘性土，不均勻系數為C=39.81072>8,5mm的含量為45.4%>40%,按規范要求取5mm以下的細顆粒(滿足C<5)的d?5,d??作為計算d?5=2.29d??=0.5756.1.2護坡設計：本工程采用開挖出的石料作為護坡材料，砌石護坡在最大浪壓力下所需要的球形直徑和質量，平均粒徑平均質量和厚度的計算式中m=2.75,取K,=1.35,hp----累計頻率5%的波高2.096mPk----塊石密度，取全分化玄武巖密度為1.66g/cm3。帶入數據計算得D=1.238m本工程運行中，設計水位：V設=2824.7m,設計泄洪流量：Q設=770m3/s堰頂高程V=2811m,堰寬B=8.0m。進口堰面曲線(以堰頂為坐標原點)采用WESI型堰面曲線，壩面鉛直，方程為：式中Ha——定型設計水頭，按堰頂最大作用水頭Hmax的75%～95%計算Ha=(2825.6-2811)×(75%～95%)=10.95K,n——與上游面有關的系數和指數，,當壩面鉛直時，K=2.0,n=1,850上游連接段采用三圓弧法：堰面曲線與直線交點為(8.85,3.42)直線與反弧段交點為(73.81,49.82)反弧段終點高程為2752.19m平洞段長364.82m.7.2閘門型式與尺寸工作閘門及檢修閘門均采用平板門，設在進口處。閘門寬8.0m,閘門高度14m閘門高度=正常蓄水位-堰頂高程+浪高=2823.6-2811+1.1=13.7m取14m洞身斷面型式和尺寸=2825.6-2811+1.6=16.2取16.5m平洞段7m×8m7.3平洞段底坡式中n——糙率系數取0.014C——謝才系數7.4隧洞水面曲線的計算：式中：H——堰前總有效水頭；H=73.6mφ——流速系數；實用堰上自由出流長度較長，取0.95he——反弧段最低點水深計算得平洞起始斷面(反弧段最低點)水深經試算hc=h?=3.51m。已知渠首水深h?=3.51m,以此斷面作為控制斷面，假設一系列的下游斷面水深h為3.6m,3.7m,3.8m,3.9m,4.0m,4.1m,4.2m,4.3m,4.4m,4.5m,4.6m,4.7m,應用式逐段向下推算，即可求得各相應流段的長度△s,然后再根據已知的渠道長度L=364.82m,求渠末水深h,具體計算如下：已知第一流段斷面1和2水深分別為h?=3.51m,h?=3.6m求流段長度△s。計算時取α?=α?=1.1,步驟如下：①計算斷面1和2的斷面單位流量E?和E,已知h?=3.51m,V?=Q/A?=860/7/3.51=35同樣可算得h?=3.6m,v?=34.13m/s,E?=68.90m②計算平均水力坡度Jv=(v?v?)/2=(35.00+34.12)/2=34.斷面1的濕周X?、水力半徑R?、謝才系數C分別為：R=A?/X1=7*3.51/(7+2*3.51C?=(1/n)(R?)/?=78.411以第I流段長度處△s?=31.63m的水深h?=3.6m作為第Ⅱ流段的控制面水深，再假設h?=3.7m,重復上述的計算過程，又可求得第二流段的長度△s?。如此逐段計算，即可求得各相應流段的長度及累加長度∑△s計算結果見水面曲線計算表整理得出平洞段水面曲線，見表7-1表7-1平洞段水面曲線0由于隧洞泄流時流速較大，應次必須考慮高速水流摻氣的影響。摻氣后的水深按計算得摻氣后平洞段的水面曲線見表7-2表7-2摻氣后水面曲線V平4.5504.5027.3027.0027.151.971.981.9780.010.064.7940.8846.2945.4316.49355.274.5704.5027.3026.8827.091.971.981.9880.030.0641.7940.5246.2945.0923.08361.864.5804.5027.3026.8227.061.971.981.9880.040.0641.7940.3446.2944.9226.37365.154.6004.5027.3026.7127.001.971.991.9880.060.0641.7939.9946.2由于隧洞泄流時流速較大(最大達35m/s),應次必須考慮高速水流摻氣的影響。摻氣后的水深按以下公式計算：式中：V、R——為不計摻氣時斷面的平均流速和水力半徑；Ha——考慮摻氣后的水深。K——摻氣系數取0.0081按上式計算結果如表表7-4摻氣后水面曲線計算成果04隧洞斷面尺寸洞身斷面尺寸要滿足以下兩個條件：1、高寬比1~1.5;2、S靜/S總=15%～30%。(1)對于出口處斷面：S/S總=20.4%滿足要求；H/B=7.96/7=1.14滿足要求。(2)對于收縮斷面：H/B=7.96/7=1.14滿足要求。(3)對于出口擴散段：為減少出口單寬流量，利于消能，隧洞出口設擴散段。因流速較大，