心墙土石坝水利枢纽工程设计 毕业设计计算书

'目录第一节调洪计算2第二节大坝高程的确定7第三节土石料的设计13第四节渗流计算18第五节稳定分析25第六节细部结构计算32第七节泄水建筑物的计算34第八节施工组织设计39-41- 第一节调洪计算主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。永久建筑物洪水标准：正常运用（设计）洪水重现期100年；非常运用（校核）洪水重现期2000年。采用隧洞泄洪方案水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来流量，水库保持汛前限制水位不变，当来流量继续加大，则闸门全开，下泄流量随水位的升高而加大，流态为自由泄流。调洪演算原理：采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得出设计与校核洪水过程线。拟定几组不同堰顶高程Ñ∩及孔口宽度B的方案。堰顶自由泄流公式Q=Bmє(2g)1/2H3/2可确定设计洪水和校核洪水情况下的起调流量Q起，由Q起开始，假定三条泄洪过程线（为简便计算，假设都为直线），在洪水过程线上查出Q泄，并求出相应的蓄水库容V。根据库容水位关系曲线可得相应的库水位H，由三组（Q泄，H）绘制的Q～H曲线与由Q=Bmє(2g)1/2H3/2绘制的Q～H曲线相交，所得交点即为所要求的下泄流量及相应水位。方案一：ÑI=2818m,B=7m起调流量=0.90.5710.8=495.22m3/s设计洪水时：Q设=1680m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-1设计水位~流量关系表（方案一）假设泄水流量Q泄（/s）水库拦蓄洪水V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）56033.8579.82830.170028.9574.92829.998020.8566.82829.6Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=585m3/s，H=2830.06m校核洪水时：Q校=2320m3/s计算Q～H曲线列表如下：-41- 表1-2校核水位~流量关系表（方案一）假设泄水流量Q泄（/s）水库拦蓄洪水V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）582.461.8607.82831.3776.652.4598.42830.9970.744.1590.12830.6Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=660m3/s，H=2831.125m图1-1方案一调洪演算结果方案二：ÑI=2819m,B=7m起调流量=0.90.579.8=428.05m3/s设计洪水时：Q设=1680m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-3设计水位~流量关系表（方案二）假设泄水流量Q泄（/s）水库拦蓄洪水V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）49038.7584.72830.4-41- 56035.8581.82830.270030.4576.42830.098021.7567.72829.6Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=530m3/s，H=2830.275m校核洪水时：Q校=2320m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-4校核水位~流量关系表（方案二）假设泄水流量Q泄（/s）水库拦蓄洪水V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）485.470.2616.22831.8776.654.5600.52831.0970.745.5591.52830.7Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=610m3/s，H=2831.425m图1-2方案二调洪演算结果方案三：ÑI=2819m,B=8m起调流量=0.90.589.8=489.2m3/s设计洪水时：Q设=1680m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-5设计水位~流量关系表（方案三）假设泄水流量Q泄（/s）水库拦蓄洪水V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）49036.5582.52830.3-41- 56034.0580.02830.270029.1575.12829.998020.9566.92829.7Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=590m3/s，H=2830.125m校核洪水时：Q校=2320m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-6校核水位~流量关系表（方案三）假设泄水流量Q泄（/s）水库拦蓄洪水V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）582.462.0608.02831.3776.652.6598.62831.0970.744.3590.32830.6Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=675m3/s，H=2831.15m图1-3方案三调洪演算结果方案四：ÑI=2820m,B=8m起调流量=0.90.588.8=416.27m3/s设计洪水时：Q设=1680m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-7设计水位~流量关系表（方案四）假设泄水流量Q泄（/s）水库拦蓄洪水V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）-41- 49039.2585.22830.456036.2582.22830.370030.7576.72830.098021.8567.82829.6Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=535m3/s，H=2830.34m校核洪水时：Q校=2320m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-8校核水位~流量关系表（方案四）假设泄水流量Q泄（/s）水库拦蓄洪水V（10）水库总水量V（10）水库水位H（m）582.465.2611.22831.5776.654.8600.82831.0970.745.7591.72830.7Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=620m3/s，H=2831.4m图1-4方案四调洪演算结果-41- 第二节大坝高程的确定坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：其中：y----坝顶超高；R----最大波浪在坝顶的爬高；e----最大风壅水面高度；A----安全超高。该坝为二级建筑物，设计时取A=1.0，校核时取A=0.5坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值:1.设计水位加正常运用条件下的坝顶超高;2.正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高;3.校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高；4.正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高。波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田试验站公式ghm/w2=T=4.438×hmL=hm——平均波高，mT——平均波周期，sD——风区长度km——水域平均水深，mW——计算风速,m/s-41- 风壅高度可按下式计算:式中e——计算处的风壅水面高度mD——风区长度kmK——综合摩阻系数3.6×10β——计算风向与坝轴线的夹角22.5°（1）设计水位加正常运用条件下的坝顶超高设计水位2830.275m吹程D=15㎞风速W=25m/s坝前水深Hm=80.275mβ=22.5°解得hm=1.31423mT=4.438×hm=5.0877sL==40.41439m波浪爬高设计波浪爬高值应根据工程等级确定，2级坝采用累积频率为1%的爬高值.正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按下式或有关规定计算:m=2.5=0.77×1.0×/=2.084m式中Rm——平均波浪爬高m——单坡的坡度系数,若坡角为a,即等于cotaK△——斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型查规范得0.77-41- Kw——经验系数,查规范得1.0查规范1﹪累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23R/R=2.23R1%=2.23×2.084=4.648m因风向与坝轴线的法线成22.5°,波浪爬高应按等于正向来波计算爬高值乘以折减系数Kβ查规范得0.95Kβ×R1%=0.95×4.648=4.42m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：y=R+e+A=4.42+0.0198+1.00=5.4398m坝顶高程2830.275+5.4398=2835.7m坝高2835.7-2750=85.7m为预防坝体竣工后的沉陷,预留0.4%的坝高坝高+0.4%沉陷=2835.7+85.7×0.004=2836m（2）校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高校核洪水位2831.425m吹程D=15㎞风速W=14m/s坝前水深Hm=81.425mβ=22.5°解得hm=0.68904mT=4.438×hm=3.683905sL==21.18877m波浪爬高设计波浪爬高值应根据工程等级确定，2级坝采用累积频率为1%的爬高值.正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按下式或有关规定计算:m=2.5-41- =0.77×1.0×/=1.093m查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23R/R=2.23R1%=2.23×1.093=2.44m因风向与坝轴线的法线成22.5°,波浪爬高应按等于正向来波计算爬高值乘以折减系数Kβ查规范得0.95Kβ×R1%=0.95×2.44=2.315m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：y=R+e+A=2.315+0.00612+0.5=2.82m坝顶高程2831.425+2.82=2834.25m坝高2834.25-2750=84.25m为预防坝体竣工后的沉陷,预留0.4%的坝高坝高+0.4%沉陷=2834.25+84.25×0.004=2834.6m（3）正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高正常蓄水位2828.8m吹程D=15㎞风速W=25m/s坝前水深Hm=78.8mβ=22.5°解得hm=1.31381mT=4.438×hm=5.08sL==40.4014m波浪爬高设计波浪爬高值应根据工程等级确定，2级坝采用累积频率为1%的爬高值.-41- 正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按下式或有关规定计算:m=2.5=0.77×1.0×/=2.083m查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23R/R=2.23R1%=2.23×2.083=4.646m因风向与坝轴线的法线成22.5°,波浪爬高应按等于正向来波计算爬高值乘以折减系数Kβ查规范得0.95Kβ×R1%=0.95×4.646=4.41m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：y=R+e+A=4.41+0.02017+1.00=5.43m坝顶高程2828.8+5.43=2834.2m坝高2834.2-2750=84.2m为预防坝体竣工后的沉陷,预留0.4%的坝高坝高+0.4%沉陷=2834.2+84.2×0.004=2834.57m（4）正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高正常蓄水位2828.8m吹程D=15㎞风速W=14m/s坝前水深Hm=78.8mβ=22.5°解得hm=0.689mT=4.438×hm=3.6835sL==21.18409m-41- 波浪爬高设计波浪爬高值应根据工程等级确定，2级坝采用累积频率为1%的爬高值.正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按下式或有关规定计算:m=2.5=0.77×1.0×/=1.093m查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23R/R=2.23R1%=2.23×1.093=2.44m因风向与坝轴线的法线成22.5°,波浪爬高应按等于正向来波计算爬高值乘以折减系数Kβ查规范得0.95Kβ×R1%=0.95×2.44=2.315m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：y=R+e+A=2.315+0.00632+0.50=2.821m坝顶高程2828.8+2.821=2831.62m坝高2831.62-2750=81.62m为预防坝体竣工后的沉陷,预留0.4%的坝高坝高+0.4%沉陷=2831.62+81.62×0.004=2832m坝顶高程计算成果表：表2-1坝顶高程计算成果表计算情况计算项目正常运用情况非常运用情况-41- 上游静水位（m）正常蓄水位设计洪水位正常蓄水位校核洪水位2828.82830.2752828.82831.425河底高程（m）27502750坝前水深H（m）78.880.27578.881.425吹程D（km）1515风向与坝轴线法向的夹角(°)22.522.5风浪引起坝前壅高e(m)0.020170.01980.006320.00612风速V（m/s）2514平均波高hm）1.313811.314230.6890.689护坡粗糙系数0.770.77上游坝面坡角cot1/2.5co1/2.5波浪沿坝坡爬高（m）4.414.422.3152.315安全超高A（m）1.00.5坝顶高程（m）2834.22835.72831.622834.25坝顶高程加0.4％沉陷（m）2834.57283628322834.6坝顶高程取为2836m。第三节土石料的设计3.1粘土料的设计3.1.1计算公式粘壤土用南京水利科学研究所标准击实试验求最大干容重、最优含水量。应该使土样最优含水量接近其塑限含水量，据此确定击数，得出多组平均最大干容重gdmax和平均最优含水量W，设计干容重为gd————设计填筑干容重gdmax————标准击实试验最大干容重m————施工条件系数，或称压实度，m值对于一二级坝或高坝采用0.96～-41- 0.99，三四级坝或低坝采用0.93～0.96。本设计的m=0.98。设计最优含水量为=3.1.2计算结果粘性土料设计的计算成果见表3-1。表3-1粘性土料设计成果表料场比重S最大密度gdma（g/cm3）设计干密度（g/cm3）塑限含水量ωp%流限%塑性指数Ip填筑含水量%自然含水量%最优含水量%1#下2.671.601.56823.1442.6019.4622.0724.822.072#下2.671.651.61722.2043.9021.7021.0224.221.021#上2.651.561.52925.0049.5724.5722.3025.622.302#上2.741.541.50926.3049.9023.5023.8026.323.803#下2.701.801.76420.0034.0014.0016.9015.916.90料场孔隙比e内摩擦角φ渗透系数10-6cm/s有机含量灼热法%可溶盐含量%凝聚力kPa固结压缩系数cm2/kg1#下0.73424.674.321.730.07024.00.0212#下0.72125.504.801.900.01923.00.0201#上0.99023.171.902.200.11025.00.0262#上1.09321.503.960.250.11038.00.0333#下0.58028.003.001.900.08017.00.0103.1.3土料的选用上下游共有5个粘土料场，储量丰富。因地理位置不同，各料场的物理性质，力学性质和化学性质也存在一定差异，土料采用以“近而好”为原则。规范指出粘土的渗透系数小于10×10-6cm/s,所有料场均满足要求。规范指出塑性指数大于20和液限大于40%的冲击粘土不宜作为坝的防渗体填筑材料，2#上和2#下料场因此不满足要求不予选用。1#上料场土料的有机质含量为2.20%超过了规范规定的2%也不予采用。3#下与1#下相比，3#下-41- 的渗透系数较小，更有利于防渗，设计干密度较大，压缩性能更好。因此采用3#下料场作为主料场，1#下料场作为辅助及备用料场。3.2坝壳砂砾料设计3.2.1计算公式坝壳砂砾料填筑的设计指标以相对密实度表示如下：Dr=(emax-e)/(emax-emin)或Dr=(rd-rmin)rmax/(rmax-rmin)rde=n/(1-n)式中：emax为最大孔隙比；emin为最小孔隙比；e为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的孔隙比；rd为填筑的砂、砂卵石或原状砂、砂卵石干容重。设计相对密实度Dr要求不低于0.70～0.75；地震情况下，浸润线以下土体按设计烈度大小Dr不低于0.75～0.80。3.2.2计算结果砂砾料的计算成果见表3-24。表3-2砂砾料的计算成果料场不均匀系数η>5mm砾石含量（%）比重△s天然孔隙比相对密实度Dr设计干容重gd(g/cm3)设计孔隙比e1#上48.853.02.750.4810.7321.860.4802#上44.053.02.740.5310.6121.790.5303#上25.048.02.760.4490.8091.910.4504#上38.854.82.750.4600.7841.880.4601#下48.955.02.750.4810.7321.860.4802#下39.358.02.730.4750.7481.850.4753#下63.857.02.730.4810.7321.840.4804#下45.055.02.720.5110.66200.510料场保持含水量ω（%）湿容重(g/cm3)浮容重(g/cm3)内摩擦角φ粘聚力ckPa渗透系数K（10-2cm/s）1#上51.901.1835°10′02.02#上51.821.1436°00′02.03#上51.951.2135°40′02.0-41- 4#上51.941.2036°30′02.01#下51.901.1835°20′02.02#下51.891.1736°40′02.03#下51.881.1735°50′02.04#下51.831.1437°10′02.0各沙石料场的级配曲线如下：图3-1各沙石料场的级配曲线-41- -41- 3.2.3砂砾料的选用土石坝的坝壳材料主要为了保持坝体的稳定性，要求有较高的强度。根据规范要求砂砾石的相对密实度Dr要求不低于0.75，上述料场中只有3#上和4#上料场满足要求，其余料场不符合要求不予采用。下游坝壳水下部位和上游坝壳水位变动区宜有较高的透水性，且具有抗渗和抗震稳定性，应优先选用不均匀和连续级配的砂石料。认为不均匀系数η=30～100时较易压实，η<5～10时则压实性能不好。而3#上料场砂砾料的不均匀系数η=25＜30,不满足要求，从颗粒级配曲线上也可以看出，4#上料场的砂砾料颗粒级配较好，物理力学指标也较高，可优先使用，故选择4#上料场作为砂砾料的主料场。第四节渗流计算4.1渗流计算应包括以下内容:1.确定坝体浸润线及其下游出逸点的位置，绘制坝体及其坝基内的等势线分布图或流网图；2.确定坝体与坝基的渗流量；3.-41- 确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降；1.确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置空隙压力；2.确定坝肩的的等势线、渗流量和渗透比降；4.2渗流计算应包括以下水位组合情况：１．上游正常蓄水位与下游相应的最低水位２．上游设计水位与下游相应的水位3.上游校核水位与下游相应水位4.2.1计算方法选择水力学方法解决土坝渗流问题。根据坝体内部各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定律近似解土坝渗流问题。计算中假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等。计算简图见图6-41。通过防渗体流量：qⅠ=K(H2-H12)/2δ+K2(H-H1)T/D通过防渗体后的流量：qⅡ=K1(H12-T12)/2L1+KT(H1-T1)T/(L+0.44T)假设：1）不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；2）由于砂砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水与下游水位相差不是很大，认为不会形成逸出高度；3）对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端即为坝趾。4.2.2计算断面与计算情况对河床中间断面Ⅰ-Ⅰ以及左右岸坡段各一断面Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ三个典型断面进行渗流计算，计算按正常蓄水，设计洪水和校核洪水三种情情况进行。Ⅰ-Ⅰ断面：-41- 图4-1I-I剖面图（1）正常蓄水位与相应下游水位正常蓄水位2828.8m下游相应的最低水位为2752.2mK=3.0cm/s,K2=1.0cm/sK1=2.0×10-2cm/sKT取2.0×10-2cm/sT1=2.2mT=32mD=0.9mH=78.8mδ==21.8mL1=189.275mL=196.875m=+=由=计算得：=6.98×,=2.413m（2）设计水位与下游相应的水位H=80.275mT1=4.83mL1=193.22mL=196.875m=+=由=计算得：=6.878,=5.03m-41- （3）校核水位与下游相应水位H=81.425mT1=5mL1=193.475mL=196.875m=+=由=计算得：=7.2534,=5.20mⅡ-Ⅱ断面：图4-2II-II剖面图上游坝底高程取在2752m处，下游坝底高程取在2805m处，经简化近似等效为上下游坝底高程均在2790m，坝与地基的接触面近似为一水平面，覆盖层深28m。（1）正常蓄水位与相应下游水位K=3.0cm/s,K2=1.0cm/sK1=2.0×10-2cm/sKT取2.0×10-2cm/sT1=0mT=28mD=0.9mH=38.8mδ==13.8mL1=108.1mL=115m=+-41- =由=计算得：=2.84,=0.065m（2）设计水位与下游相应的水位H=40.275mL1=108.1mL=115m=+=由=计算得：=3.07,=0.0684m（3）校核水位与下游相应水位H=41.425mL1=108.1mL=115m=+=由=计算得：=3.15,=0.072mⅢ-Ⅲ断面：图4-3III-III剖面图-41- 上游坝底高程取在2790m处，下游坝底高程取在2765m处，经简化近似等效为上下游坝底高程均在2775m，坝与地基的接触面近似为一水平面，覆盖层深18m。（1）正常蓄水位与相应下游水位K=3.0cm/s,K2=1.0cm/sK1=2.0×10-2cm/sKT取2.0×10-2cm/sT1=0mT=18mD=0.9mH=53.8mδ==16.8mL1=147.35mL=155.75m=+=由=计算得：=3.66,=0.165m（2）设计水位与下游相应的水位H=55.275mL1=147.35mL=155.75m=+=由=计算得：=3.93,=0.173m（3）校核水位与下游相应水位H=56.425mL1=147.35mL=155.75m=+=由=计算得：=3.97,=0.1794m结果整理如下：表4-1渗流计算结果汇总表-41- 计算情况计算项目正常蓄水位设计洪水位校核洪水位上游水深（m）Ⅰ-Ⅰ78.880.27581.425Ⅱ-Ⅱ38.840.27541.425Ⅲ-Ⅲ53.855.27556.425下游水深（m）Ⅰ-Ⅰ2.24.835Ⅱ-Ⅱ000Ⅲ-Ⅲ000逸出水深（m）Ⅰ-Ⅰ2.4135.035.20Ⅱ-Ⅱ0.0650.0680.072Ⅲ-Ⅲ0.1650.1730.179渗流量（×10-6m3/s·m）Ⅰ-Ⅰ6.986.887.25Ⅱ-Ⅱ2.843.073.15Ⅲ-Ⅲ3.663.933.97总渗流量Q（m3/d）155.52159.24165.024.3逸出点坡降计算用流网法可准确求出渗流区任一点的渗透压力、渗透坡降和渗流量。绘制等势线和流网时，两者互相正交，并且分割的网格大致长宽相等。以I-I断面为例，各种工况下渗流逸出点坡降计算成过如表4-2表4-2逸出点渗透坡降成果表断面I-I工况正常蓄水位设计洪水位校核洪水位坡降J1.781.501.60Ⅰ-Ⅰ断面（2750高程）正常蓄水位情况:△h=76.387/10=7.6387,△l=4.3m,i=△h/△l=7.6387/4.3=1.78设计水位情况:△h=75.245/10=7.5245,△l=5m,i=△h/△l=7.5245/5=1.50图4-4校核洪水位情况：△h=76.225/10=7.6225，△l=4.78m，i=△h/△l=7.6225/4.78m=1.60-41- 第五节稳定分析土石坝在自重、水荷载、渗透压力和地震荷载等作用下，若剖面尺寸不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或坝体连同坝基有可能发生失稳。本设计中的稳定分析，主要指边坡的抗滑稳定。稳定分析计算的目的在于分析坝坡在各种不同工作条件下可能产生的失稳形式，校核其稳定性。5.1计算方法采用折线滑动法，认为折点在水位附近，并假设滑动面只在坝壳中，而防渗体不连同坝壳一起滑动，如图所示。滑动面上的抗剪强度利用充分程度应该是一样的，其安全系数表达方式为：tgφi=tg(φi)/KC-41- 式中：KC即为安全系数，（φi）为试验得到的抗剪强度指标。图5-1非粘性土坡稳定计算图计算中把滑动土体ABC分成两个滑块，P为滑面BD上的作用力。计算时先假设不同的安全系数KC，从滑块BCD平衡条件中求出P，然后将其作用在ABD上，看它是否与G2、R2等平衡，如不平衡则重新假定安全系数，重复上述步骤，直到平衡为止，此时的KC即为该滑动面的安全系数。在上述计算中α、φ、β是任意假定的。设计中为简化程序起见，还进行了以下假定：1）滑动面的折点在水位处；2）滑面BD铅直；3）将上下游变坡等效成一均匀坡。这些假定会对计算结果的精确度产生一定影响，但总体影响不是太大，近似计算中可以忽略。5.2计算程序流程稳定计算的程序如下：OptionExplicitPrivateSubCommand1_Click()Dimg1,g2,p1,p2,α,β,φAsDoubleDimx1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4,x5,y5,x6,y6,gan,hu,h1,xh1,xh2,xh3,xa,ya,xb,yb,xc,ycAsSingleDimxd,yd,xd2,xb0,kk(),kc,k,ppp,temp,xa1,xa2AsSingleDimi,j,ii,jjj,m,n,iiiAsIntegerDimsss1,sss2,sss3,sss4,p,pp,pd1AsDouble,pd2AsDoubleDimf1,f2,f3,fi1,fi2,fi3,θ1,θ2,θ3,kh1AsDouble,kh2AsDoubleDimxxa,yya,xxb,yyb,xxc,yycAsSingle-41- x1=0:y1=0"定义坐标，并输入土坝轮廓x2=225.2:y2=0x3=135:y3=45x4=137:y4=45x5=239.5:y5=86x6=242.4:y6=86gan=19.1θ1=0.63745166:θ2=θ3=θ1h1=Val(Text1.Text)Ifh1<=45Thentemp=MsgBox("请输入合法水位！水位必须大于25，小于75.8")IfOption2.Value=TrueThenhu=19.17Elsehu=11.988EndIfFori=0To27"选定一个滑块终止A点xa=x1+5*i-0.1ya=xa/3Forj=0To6"选定一个滑块起始C点xc=x5+0.8*jyc=y5Form=0To25"选定一个滑块转折B点xb=137.1+4*mForn=1To21yb=ya+4*nIfya<>25ThenIf((yb-ya)/(xb-xa)>(y4-ya)/(x4-xa))Or((y6-yb)/(x6-xb)>(y6-y2)/(x6-x2))Or(yb>=y5)ThenGoTo10ElseIf((yb-ya)/(xb-xa)>(y5-y4)/(x5-x4))Or((y6-yb)/(x6-xb)>(y6-y2)/(x6-x2))Or(yb>=y5)ThenGoTo10EndIf-41- xd=xbIf(xd<=x5)Thenyd=(y5-y4)*(xd-24.5)/(x5-x4)Elseyd=86EndIfα=Atn((yb-ya)/(xb-xa))"求角度β=Atn((yc-yb)/(xc-xb))φ=0If(ybh1)Thenxa2=xbxa1=24.5+(x4-24.5)*ya/(y4-0)xh1=137+2.5*(h1-45)xh2=xbxh3=(xc-xb)*(h1-yb)/(yc-yb)+xb-41- xd2=(xc-xb)*(yd-yb)/(yc-yb)+xbsss1=(xc-x5+xd2-xd)*(y5-yd)/2+(xd2-xd+xh3-xh2)*(yd-h1)/2sss2=(xh3-xh2)*(h1-yb)/2sss3=(xh2-xh1)*(yd-h1)/2sss4=(x4-x3+xa1-xa)*(25-ya)/2+(yd-ya)*(xa2-xa)/2-(yb-ya)*(xa2-xa)/2g1=sss1*gan+sss2*hug2=sss3*gan+(sss4-sss3)*huElseIf(yb>=h1)Thenxd2=(xc-xb)*(yd-yb)/(yc-yb)+xbsss1=(xc-x5+xd2-xd)*(y5-yd)/2+(xd2-xd)*(yd-yb)/2sss4=(x4-x3+xa1-xa)*(25-ya)/2+(yd-ya)*(xa2-xa1)/2-(yb-ya)*(xb-xa)/2xb0=137+2.5*(yb-45)xh1=137+2.5*(h1-45)xh2=(xa-xb)*(h1-yb)/(ya-yb)+xbsss2=(xb-xb0)*(yd-yb)/2+(xb-xb0+xh2-xh1)*(yb-h1)/2g1=sss1*gang2=sss2*gan+(sss4-sss2)*huEndIfIfOption1.Value=TrueThen"加上地震条件，地震按7度设防kh2=1.5*(y1+yb+yd)/3/y5+1kh1=1.5*(yb+yd+y5)/3/y5+1pd1=0.1*0.25*kh1*g1pd2=0.1*0.25*kh2*g2-41- Elsepd1=0pd2=0EndIfFork=1To3Step0.01"假设不同的K值试算过程f1=Tan(θ1)/kf2=Tan(θ2)/kf3=Tan(θ3)/kfi1=Atn(f1)fi2=Atn(f2)fi3=Atn(f3)p1=(g1*Sin(β-fi1)+pd1*Cos(β-fi1))/Cos(β+φ-fi1-fi3)p2=(g2*Sin(fi2-α)+pd2*Cos(fi2-α))/Cos(fi2+fi3-α-φ)p1=Abs(p1)p2=Abs(p2)pp=Abs(p1-p2)/p1ppp=Abs(p1-p2)/p2If(pp<=0.05)And(ppp<=0.05)Then"记录下试算结果即不同滑块的安全系数kc=5Ifkc>kThenkc=kxxa=xayya=yaxxb=xbyyb=ybxxc=xcyyc=yc-41- EndIfGoTo20EndIfNextk20Nextn10NextmNextjNextIPrint"A(";xxa;",";yya;")"&"B(";xxb;",";yyb;")"&"C(";xxc;",";yyc;")"Text2.Text=Val(kc)EndSubPrivateSubCommand2_Click()Text1.Text=""Text2.Text=""Option1.Value=FalseOption2.Value=FalseEndSubPrivateSubCommand3_Click()EndEndSubPrivateSubForm_Load()Option1.Value=FalseOption2.Value=FalseEndSub5.3工况选择与稳定计算成果稳定计算中需选取不利工况和不利部位进行稳定计算，本设计中对上下游坡分别计算以下几种工况下的安全系数：上游坡：1）2/3坝高水深H=57.0m；2）正常蓄水位2828.8m；3）正常蓄水位＋施工期；4）正常蓄水位＋地震；5）设计洪水位6）设计洪水位+地震计算以上几种工况下的上下游坝坡的最小安全系数，计算成果见表5-1。表5-1计算成果-41- 上游坡工况最小安全系数正常蓄水位2828.8m2.02正常蓄水位＋施工期2.92正常蓄水位＋地震1.91设计洪水位2.14设计洪水位+地震2.032/3坝高水深H=57.0m2.355.4稳定成果分析主要建筑物土坝的等级为Ⅱ级，查规范可知其坝坡抗滑稳定的安全系数应满足以下条件：正常运用条件下不低于1.25，非常运用条件Ⅰ时不低于1.15，非常运用条件Ⅱ时不低于1.05。表5-1中各工况下的安全系数均满足要求，且坝坡的稳定安全系数偏大，就此而言，可考虑加陡坝坡以节省工程量。但鉴于进行稳定计算时所作的假设条件可能与实际不符等因素，故而不改变坝坡，维持原拟定剖面尺寸不变。第六节细部结构计算6.1反滤层的设计计算反滤层的设计要满足两个条件：（1）滤土要求；（2）排水要求。防渗墙的反滤层：按照规范，被保护土是粘性土，小于0.075mm颗粒含量71%，在40%到85%之间。由滤土要求：0.7mm由排水要求：4，且要满足0.1mm求出其上下包线如下表：表6-1上下包线计算表最大=0.075=0.417=0.5=2.5=20最小=0.015=0.083=0.1=0.5=4第一层反滤料从已经探明的料场中可以选择1#下将大于20mm的粗料筛去即可。-41- 第一层反滤层与坝壳之间：=不满足反滤要求，还需要设置二层反滤层。坝壳与棱体排水，以及地基与棱体排水之间的反滤层的设计反滤层所保护的为无粘性土，不均匀系数为=418，5mm的含量为46%40%，按规范要求取5mm以下的细颗粒（满足5）的，作为计算粒径。第一层反滤层的级配：；由这两个条件可以求得1.75，7.8—9.75，取=5mm。在料场中没有合适的土料可供使用，故需要人工配置。按规范粘土心墙反滤层取50cm厚棱体排水斜向段取50cm厚水平段取30cm厚。护坡设计：本工程采用开挖出的石料作为护坡材料，砌石护坡在最大局部浪压力下所需要的球形直径和质量，平均粒径平均质量和厚度的计算其中=2.5，取=1.3，----累计频率5%的波高。=1.95×1.31423=2.5627m==0.41m厚度为：=15.77＞15=1.3-41- ≈0.58m第七节泄水建筑物的计算7.1隧洞的水力计算7.1.1进口堰面曲线（以堰顶为坐标原点）采用WES型堰面曲线,坝面铅直方程为：Xn=KHdn-1y，x1.85=2.0Hd0.85y式中Hd——定型设计水头，按堰顶最大作用水头Hmax的75%～95%计算Hd＝（2831.425－2819）×75%～95%＝9.31875～11.80375取Hd＝11mK，n——与上游面有关的系数和指数,,当坝面铅直时,K=2.0,n=1,850x1.85=2.0Hd0.85y=2.0×110.85yx1.85=15.35y堰顶上游段采用椭圆曲线，其方程为：x2/(aHd)2+(bHd-y)2/(bHd)2=1。其中：a为0.28-0.3之间取a=0.30,aHd=3.3a/b=0.87+3a=0.87+0.90=1.77b=0.17bHd=1.87上游段椭圆曲线方程为：x2/(3.3)2+(1.87-y)2/(1.87)2=17.1.2隧洞的水力计算平洞底坡的确定：假定过水断面为城门洞型下部的矩形断面，矩形断面的水面宽与底宽相等，则hc计算公式为：==9.18m﹥7m需试算，经试算得hc＝8.80448mmA==61.047㎡X=24.79m-41- R=A/X=61.047/24.7916=2.46=1/0.014×2.461/6=83m0.5/sn——糙率系数取0.014C——谢才系数=0.00589计算得到临界坡降=0.00589,设计平洞底坡为陡坡，取底坡=0.006。7.1.3隧洞水面曲线的计算：=2831.425-2752=79.425m79.425=式中：T0——堰前总有效水头；——流速系数；——反弧段最低点水深；经过试算得：=2.36m表7-1分段求和法水面曲线计算表格断面h(m)A(m^2)χ(m)RR^(1/6)C[(m^1/2)/s]V(m/s)12.3616.5211.721.4095561.05888175.6343436.9249422.618.212.21.4918031.06893776.3526133.5164832.819.612.61.5555561.07641876.8869931.122454321131.6153851.0832177.3721429.0476253.222.413.41.6716421.08940877.8148527.2321463.3794523.6561513.75891.7193341.09452878.1805425.78611-41- 73.423.813.81.7246381.0950978.2206825.6302583.625.214.21.7746481.10031978.5942324.2063593.826.614.61.8219181.10515178.9393322.9323310428151.8666671.10962979.2592121.78571断面αv^2/(2g)EsΔEsv均R均C均J均169.4929271.85292257.2555959.8555911.9973335.220711.4506875.993480.148072349.3683452.168347.6872532.319471.52367976.61980.116776443.0053146.005316.1630330.085031.5854777.129570.095962537.7976440.997645.00767428.139881.64351377.59350.080024633.8900837.269533.7281126.509121.69548877.99770.068129733.4816436.881640.38788325.708181.72198678.200610.062761829.864833.46483.41684424.91831.74964378.407460.057726926.8038630.603862.86093523.569341.79828378.766780.0497911024.1904928.190492.41337722.359021.84429279.099270.043324断面i-J均ΔSΣΔS考虑掺气后h104.22161620.14207284.4456384.445634.19661330.11077669.39469153.84034.22180840.08996268.50673222.3474.27787250.07402467.64926289.99634.35768860.06212960.00589350.00224.44525670.0567616.833572356.83584.45610780.05172666.0564422.89224.56932690.04379165.33161488.22384.694483100.03732464.65977552.88354.829388经整理得出平洞段水面曲线，见表7-2：表7-2平洞段水面曲线l(m)0.0084.45153.84222.35290.00350.00h(m)2.362.602.803.003.203.38由于隧洞泄流时流速较大，应次必须考虑高速水流掺气的影响。掺气后的水深按以下公式计算：-41- ha=h+△h△h=kh式中：V、R——为不计掺气时断面的平均流速和水力半径；ha——考虑掺气后的水深。k——掺气系数取0.008按上式计算得掺气后平洞段的水面曲线,成果见表7-3：表7-3掺气后水面曲线计算成果l(m)0.0084.45153.84222.35290.00350.00h(m)4.224.204.224.284.364.457.2出口消能计算7.2.1扩散角为减小单宽流量，减轻下游冲刷，利于消能，隧洞出口采用扩散段布置。为防止高速水流脱离边壁而发生空蚀，扩散角不宜过大。设计中采用以下公式来控制：tgθ≤1/KFrFr=V/=25.78611/=4.478tgθ≤1/KFr=1/(2×4.478)=0.11θ≤6.37°取5º式中：θ——扩散角；Fr——弗劳德数，Fr=V/，V、h为扩散段起始断面处流速和水深；K——经验系数，可取1.5～3.0本设计取K=2.0最终确定扩散角θ=5º，扩散段布置见图7-51。7.2.2挑距计算挑距L可用下面估算公式：式中：L——挑距（m），鼻坎末端至冲坑最深点的水平距离；V1——坎顶水面流速（m/s），可取为坎顶平均流速的1.1倍；α——鼻坎挑射角度；-41- h1——坎顶平均水深h在铅直方向投影，即h1=h·cosα；h2——坎顶至河床表面高差；g——重力加速度。已知：隧洞出口断面（掺气后）h=4.45m,v=25.78611m/s由能量方程：试算=3.13m即坎顶平均水深3.13mmmV1=1.1=26.33m/s=69.013m7.2.3冲坑深度冲坑稳定深度tr与水流冲刷能力和河床抗冲能力有关，采用以下估算公式：tk=Krq0.5H0.25-ttk=Krq0.5H0.25-t=1.2×(610/8.135)0.5×(2831.425-2755)0.25-5=25.72m式中：t——下游水位；H——上下游水位差；设计中，考虑到隧洞较长，沿程水头损失很大，H以坎顶水流的总有效水头计算；Kr——冲刷坑系数。对于坚硬岩石取Kr=0.9～1.2；坚硬但不完整岩石Kr=1.2～1.5；软弱破碎的岩石Kr=1.5～2.0。设计中取Kr=1.2。计算得出最大冲刷坑深度为tr=25.72m。7.2.4计算结果分析L/tk=69.013/25.72=2.68安全挑距以确保冲坑不会危及建筑物的安全,一般安全挑距约为冲刷坑深度的2.5～5.0倍。本设计中冲坑离鼻坎边界的挑距L=69.013m,L/tk=2.68-41- ＞2.5满足设计要求。第八节施工组织设计导流建筑物等级的确定：导流建筑物所保护的主要建筑物是2级土坝，淹没损失较小，围堰高度25m,使用年限3年，确定为4级。按照20年一遇的洪水设计。在坝址选择时进行多方案技术经济比较，最终选择隧洞导流的方案。上游围堰与坝体结合，以节省费用。由技术经济比较，和其他工程经验，确定的导流隧洞，底宽7m，有效高度10.5m,求导流隧洞泻洪能力曲线：有压段：按照有压流计算公式：其中：-----出口计算水深；自由出流：=0.85D淹没出流：=----局部水头损失之和，喇叭进口取=0.25取0.014有压临界条件：其中：=560m,=0.25,=21+0.5π7=31.99=49+0.5π=68.23==68.23/31.99=2.133=1.958=1.958=1.95810.5=20.58-41- =0.85+试算得：=836.24无压段：按照明渠计算临界条件：=1.2=1.210.5=12.6m=499.23表8-1无压段计算∇+1001195.210.7850.2851.9957.164.086.07511.9952002390.55.3930.483.368.505.759.1115.033003585.73.5950.634.419.727.5211.9317.85绘出Q---H曲线通过调洪演算，确定洪水期的拦洪水位（1）定三条隧洞泻水曲线，，，（见附图1）；（2）求出相应的库容，，和下泻流量，，；（3）根据，，在库容曲线上查得，，；（4）在隧洞泻水曲线上绘出点（，），（，），（，），过，，绘曲线交曲线与P点，对应的Q即为，H即为。由图表法可以得到=785，=2774.2m。下泻流量也满足要求。粘土开挖：表8-2粘土开挖11121234日历天数303131293130因气温停工天数000000因雨停工天数433334-41- 假日天数433643有效工日222525202423总计139粘土填筑：表8-2粘土填筑11121234日历天数303131293130因气温停工天数000000因雨停工天数222223假日天数644754有效工日222525202423总计139沙石料的开采：表8-3沙石料的开采11121234日历天数303131293130因气温停工天数000000因雨停工天数111111假日天数455766有效工日252525212423总计143沙石料的填筑：表8-4沙石料的填筑11121234日历天数303131293130因气温停工天数00000因雨停工天数111111假日天数455766有效工日252525212423总计143粘土心墙按照每天上升0.25m的强度施工，在洪水来临是最底大坝的临时挡水断面可以上升到2784.75m高程,所以度汛是安全的。-41-'