l土石坝设计说明计算书

'L土石坝设计说明书学生：指导老师:三峡大学水利环境学院摘要:鲤鱼塘水库工程位于重庆市开县境内，地处长江三峡区段小江流域的二级支流桃溪河上游。工程效益以发电为主，兼防洪、航运、养殖和工业供水等综合效益。枢纽包括土石坝、开敞式溢洪道、厂房等。设计过程中综合考虑了坝趾处的地形、地质及气候等条件。本课题进行L水利枢纽的设计，其深度接近可行性和初步设计之间。主要完成调洪演算，枢纽布置设计，大坝断面设计，泄洪设施的设计，并完成相关计算。Abstract:LiYuTangprojectislocatedatchongqingkaixian,locatedintheTaoXiriverwhichisthetributaryofYangtzeriver.Theprojectbuiltmainlyforpower,withsecondlybenefitsforfloodpreventionandIrrigation,shipping,cultivationandindustrialwatersupplyandsooncombinedearnings.Thekeyworksoftheprojectincludestheearthfilldam,spillway,plant.Engineersconsiderthecombinationoftheclimaticandgeologicalcharacteristicofthesiteduringthedesignprocess.ThesubjectofthehydrauliccomplexdesignofL,anditsfeasibilityandpreliminarydesignofthedepthbetweentheclose.Maincompletedfloodrouting,layoutofhydrauliccomplexdesign,damsectiondesign,thedesignfloodreleasestructure,Andcompletetherelatedcalculation.关键词：调洪演算枢纽布置大坝断面泄洪设施Keywords:floodroutinglayoutofhydrauliccomplexdamsectionfloodreleasestructure. 前言毕业设计目的主要是巩固、加深和扩大所学的基本理论和专业知识，并使之系统化；培养综合运用所学知识解决工程实际问题的能力和独创精神；初步掌握设计工作的步骤和方法，在计算、绘图、编写文件等方面较全面的锻炼；通过工程设计使之学习正确的设计思想，培养对未来从事事业的高度责任感和事业心。毕业设计将课本理论知识与工程实际有效结合在一起，提高我们应用知识能力，锻炼了我们处理问题的能力，培养了我们对待问题的科学严谨的态度，与人合作的能力，同时也为我们即将走入工作岗位打下基础。设计既要全面，又要有重点深入部分。本次开县鲤鱼塘水库大坝的设计深度接近于可行性设计阶段，并重点深入坝体剖面设计、调洪演算、坝体稳定计算、坝体渗流计算等。我所设计的题目是L土石坝坝枢纽设计——粘土斜心墙坝方案。通过对坝轴线选择及对枢纽布置的情况，并根据施工简便，经济合理等因素分析，确定采用粘土斜心墙方案。对坝顶高程、坝顶宽度、上下游边坡、马道和细部构造中的护坡、反滤层以及排水结构的说明计算满足设计规范。采用粘土心墙土石坝渗流计算以及计及折线滑动法进行土石坝的稳定计算等。溢洪道中的引水渠、控制段、泄槽段以及出口消能和尾水渠的布置也都符合设计标准。因此，整个毕业设计过程不仅是一个很好的复习过程，也是一个很好的学习过程，使我的专业知识在原有的基础上有了新的提高，更使我对水利工程设计的过程有了全面的了解。. 1工程概况1.1流域概况桃溪河位于重庆市开县境内，地处大巴山南麓的长江三峡区段内，在东经108°08¢~108°23¢，北纬31°08¢~31°30¢之间，属小江水系南河的支流，发源于开县梓潼乡北关村峭壁梁，河流呈南北向，东邻小江正源东河，西北面与渠河水系前河相接。上游支流发育，主源麻柳河自北向南流经鹿硐、麻柳，于三溪口纳入紫水河、马场河后始称桃溪河，再经正坝、桃溪、双柏、镇安镇注入南河，河流全长65km，流域面积592.3km2，平均坡降11.6‰。桃溪河流域地势北高南低，属中低山侵蚀剥蚀地貌，山岭大致呈西南—东北向，河流横切山脉穿行而出，山峰一般海拔高程800m~1200m，个别高达1400m。正坝上游属山区，两岸山峰林立，河谷深切，基岩裸露，滩多流急，多跌坎，沿河岸耕地相对较少，植被覆盖良好；正坝以下为桃溪河的中下游地带，属中低山地貌，以烈马山为代表，其海拔高程约500m~800m；再下游河谷逐渐开阔系丘陵地貌，两岸一级阶地发育，间有灌木丛林和低矮林木分布，此地段也是农作物种植区，植被常遭破坏，水土流失较为严重。鲤鱼塘工程坝址位于三溪口下游约1.5km处的小黑滩，下距正坝镇约5km，控制集水面积235.8km2，坝址以上河长31.8km，河道平均坡降12.3‰。于1994年10月为鲤鱼塘工程设立正坝专用站，观测水位，1995年2月开始测流，控制集水面积238km2。1.2水文气象桃溪河流域属亚热带湿润季风气候区。具有冬暖夏热干燥，秋绵雨夏秋短的特点，多年平均气温18.6℃，极端最高气温42℃，极端最低气温-4.5℃。流域内降雨量充沛，经统计流域多年平均年降雨量1400mm左右，坝址以上流域平均年降雨量1404mm，降雨强度由南西向北东递增，暴雨中心常出现在上游梓潼乡一带，是雨量的高值区，多年平均降雨量高达1600mm~1800mm，如“1982—7—16”暴雨，实测最大24h降雨量达232.3mm，72h降雨量278.2mm。正坝以上1968~1998年月、年平均降雨量见下表1-1。. 表1-1正坝以上流域月、年平均降雨量表各月平均降雨量(mm)年平均降雨量(mm)一二三四五六七八九十十一十二23.124.361.1109.3170.0178.9241.6174.3190.3117.858.626.31404.9雨的由表可见，流域降雨量大部分集中在4~10月，约占全年降雨量的84.1%，尤以7月份最为集中，且降雨强度大，是流域大暴多发季节。1.3径流桃溪河径流主要由降雨形成。据正坝站1995~1998年四年实测资料分析，径流年内分配与降雨特性一致，每年4~10月为汛期，11月~3月为枯水季节，一般汛期径流量占年径流量的86.8%，其中尤以7月份最多约占年径流量的22.3%。由4年实测资料统计多年平均流量6.52m3/s，年径流量2.06亿m3，相应多年平均年降雨量1291.5mm。本流域实测资料系列短，代表性不强，故坝址径流参证邻近流域清溪站实测资料进行插补。1.4泥沙坝址以上河流为山溪特性峡谷型河流。河长31.8km，i=12.3‰，坝址上游1.5km处有紫水河、马场河汇入，两河集雨面积为47.22km2，约占坝址以上集水面积的20%，由于河床坡降大，岸坡多由红色砂岩、泥岩互层组成加之库区处在著名的大巴山暴雨区，暴雨强度大，历时短，岸坡植被因为人类活动，开垦种植而不断受破坏。洪水来时夹带大量泥沙，是水库泥沙的主要来源。坝址以上流域年悬移质输沙模数宜采用长委荆江局成果，但悬沙容重由1.0t/m3改取1.3t/m3，则鲤鱼塘水库悬移质输沙模数为1591t/km2，相应水库悬移质输沙量为37.52万t。推沙与悬沙比为0.2，计算推移质输沙量为7.50万t，全年水库输沙总量45.02万t。1.5地质状况. 工程区所处大地构造单元为扬子准地台中部，四川台坳东段，区内构造以褶皱为主，其轴线多呈向北西突出的弧形，总体走向为北东向或北东东向。本区新构造运动的特点是以缓慢的间歇性抬升为特征。据历史地震资料，区域内未发生过中强地震，与工程区距离最近的地震发生在云阳—奉节一线，，震中距工程区直线距离达70km。另据1965年~1974年地震观测资料，区内仅发生过7次微弱地震，震中多分布于本流域之外，震级小于3.6级，工程区附近数百公里范围内无强震中分布。根据三峡工程及邻区近20年（1960年~1980年）的区域地形变资料，本区为地壳变化平缓的稳定区。又据三峡工程及邻区人工地震测深、布格重力异常图及航磁测量成果，反映本区位于M面及布格重力异常和磁异常平缓区，深部基底结构完整，属稳定的地壳结构型式。经查《中国地震烈度区划图》（1/400万，1990），本区地震基本烈度小于Ⅵ度。2设计基本资料2.1开发任务和综合利用要求鲤鱼塘水库工程的开发任务是以农业灌溉、开县新城供水为主，兼有发电等综合利用，同时为安置三峡水库移民创造有利条件。2.2水文、气象表2—1水文气象资料表多年平均气温18.6℃极端最高气温42℃极端最低气温-4.5℃坝址多年平均降雨量1424mm多年平均风速0.8m/s最大风速24m/s多年平均最大风速13.5m/s坝址多年平均流量5.28m3/s坝址多年平均径流量1.66亿m3. 多年平均输沙量45.02万t多年平均含沙量2.71kg/m3各频率设计洪水的洪峰流量和洪量见表2-2表2-2各频率设计洪水成果表频率P%0.050.113.351020洪峰流量Qmm3/s258024001759141712991088870一日洪量W1万m37607701350834167369230802449三日洪量W3万m388838283622651184741406333612.3水利动能主要指标表2-3水利动能主要指标表正常蓄水位450.00m死水位405.00m装机容量（坝后电站/跌水电站）6000/9000kW机组台数（坝后电站/跌水电站）3/3台单机容量（坝后电站/跌水电站）2000/3000kW最大发电流量（坝后电站/跌水电站）13.4/12.4m3/s多年平均发电量（坝后电站/跌水电站）1991/2893万kW×h年利用小时数（坝后电站/跌水电站）3314/3214h2.4特征水位、相应库容及泄量表2—4特征水位、相应库容及泄量资料表正常蓄水位450m正常蓄水位以下库容9826万m3. 设计洪水位450.1m设计洪水位时泄量1257．3m3/s相应下游水位362.36m校核洪水位451.52m总库容10421万m3校核洪水位时泄量1522．3m3/s相应下游水位363.03m死水位405.00m死库容1540万m3水库坝前淤沙高程（50年/100年）389.94/401.90m水库最大吹程0.9km2.5地震烈度表2—5地震烈度资料表坝区地震基本烈度<6度地震设防烈度6度2.6材料容重表2—6材料容重资料表水1.0g/cm3混凝土2.4g/cm3钢筋混凝土2.5g/cm3碾压混凝土2.35g/cm3淤沙浮容重1.2g/cm3. 3枢纽布置3.1工程等别和标准鲤鱼塘水库正常蓄水位450m，水库相应库容9826万m3，总库容为10431万m3。水库灌溉总面积24.28万亩，城镇年毛供水量4845万m3，坝后及跌水电站总装机容量1.5万kW。根据中华人民共和国《防洪标准》（GB50201-94）的规定，本工程属Ⅱ等大⑵型水利工程。主要建筑物级别：大坝和泄水建筑物为2级建筑物，输水隧洞、电站厂房和灌溉、供水建筑物为3级建筑物，临时建筑物为4级建筑物。洪水标准：挡水和泄水建筑物设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准：土石坝方案为2000年一遇，重力坝方案为1000年一遇。电站厂房、引水隧洞设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为200年一遇。总干输水隧洞和灌溉、供水的主要建筑物的设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为50年一遇。3.2坝轴线选择选择坝址时，应根据地形、地址、工程规模及施工条件，经过经济和技术的综合分析比较来选定。坝址应选在地形地质有利的地方，使坝轴线较短，库容较大，淹没少。附近有丰富的筑坝材料，便于布置泄水建筑物。在高山深谷区常将坝址选在弯曲河段，把坝布置在弯道上，利用凸岸山脊抗滑稳定和渗透稳定，并采取排水灌浆等相应加固措施，应尽量避免将坝址选在工程地质条件不良的地段。如活断层含形成整体滑动的软弱夹层，以及粉细砂、软粘土和淤泥等软弱地基上。坝轴线一般宜顺直，如布置成折线，转折处山曲线连接。如坝轴平面形成弧形，最好试凸向上游，如受地形限制，不得凸向下游，曲度应小些，防渗体不要过薄，以免蓄水后防渗体产生拉力而出现顺水流方向的裂缝。应尽量选在河谷的狭窄段。这样坝轴线短，工程量小，但必须与施工场地和泄水建筑物的布置情况以及运用上的要求等同时考虑对于两岸坝段要有足够的高程和厚度。坝基和两岸山体应无大的不利地质构成问题。岩石应较完整，并应将坝基置于透水性小的坚实地层或厚度不大的透水地基上。坝址附近要有足够数量符合设计要求的土、砂、石料且便于开采运输。鲤鱼塘水库坝段选择在桃溪河三溪口以下、大黑滩主要煤矿区以上约4km. 河段内。本设计阶段初选了九道拐、小黑滩、大黑滩三处坝址进行比较，从地形地质、水库水质、和工程技术经济等条件看，大黑滩坝址存在有明显缺点，根据分析，本阶段予以放弃。故技术经济分析工作重点放在在九道拐坝址（称上坝址坝轴线）和小黑滩坝址（称下坝址坝轴线，两处坝轴线各自的地形地质情况简述如下。3.2.1上坝址坝轴线上坝址位于三溪口下游1.1km，桃溪河在该坝址处的水流流向为NE45°®SW225°，坝址下游河道转弯，并在右岸有支沟九道拐汇入。河谷较开阔，谷坡左缓右陡，为不对称“U”型纵向谷，左岸为顺向坡，坡角25°~35°，坡面分布有残、坡积物和地滑堆积物，坡脚为Ⅰ级阶地，宽20~50m，高程370~374m。右岸为反向坡，坡角50°~70°。枯水季节坝址处常水位362~363m，河床宽35~40m，正常蓄水位450.00m时，河床宽321~340m。河床覆盖层厚0~3m，左岸岸坡覆盖层厚0~6m，地表覆盖有滑坡堆积物，方量约15万m3，右岸基岩裸露良好。本坝址出露地层主要为粉砂质泥岩夹长石石英砂岩，岩性较软弱，强度低。左岸强风化层厚7~15m，弱风化层厚15~20m。河床部位强风化层厚3~6m，弱风化层厚10~12m。右岸强风化层厚6~10m，弱风化层厚12~16m。坝址处为单斜岩层，构造简单，断层不发育，仅沿软硬岩层接触面发育一些层间错动带。坝址上游左岸约500m处有一方量为103.5万m3的陈家大院滑坡。岩体透水性与地质构造和风化程度有关，两岸地下水位均高于正常蓄水位，岩石透水率q≤3Lu的相对隔水层，两岸在地表以下66~85m，河床59.5m。3.2.2下坝址坝轴线下坝址位于九道拐下游约500m处，桃溪河出九道拐后流向SE，该坝址河道较为顺直，岸坡左陡右缓，河谷形态呈不对称“V”型横向谷。两岸山体完整、雄厚，左岸呈一陡崖状，坡角为60°~70°，右岸地形稍缓，坡角为30°~50°，部分地段分布有残、坡积物及崩积物。常水位355~362m，水面宽10~20m，河谷宽约50m，当正常蓄水位450.00m时，河谷宽222~285m。河床为第四系冲、洪积漂卵砾石夹砂，结构较松散，覆盖层厚0~3m。左岸基岩裸露，右岸除局部地段覆盖有1~5m的块、碎石夹亚粘土外，大部岸坡基岩裸露。下坝址地基岩石为砂岩、粉砂岩及泥质岩、夹页岩。河床部位强风化层厚0~5.0m，弱风化层厚2.0~13.00m。左岸强风化层厚0~17.35m，弱风化层厚2.0~63m。右岸强风化层厚0~13.0m. ，弱风化层厚2.0~34m。坝址区断层发育程度较低，已查明的6条断层中，F3、F4规模稍大，F1、F2、F5、F6规模均较小。F3断层位于坝址下段牛背脊──石板河一带。F4断层位于Ⅱ坝线下游约30m，该断层走向近东西，倾向北西，倾角20°~40°，破碎带宽度2~15m，在河谷左岸坡脚处出露宽度最大，向两岸延伸，渐趋尖灭，破碎带由页岩、粉砂岩及灰岩碎块组成。坝基岩层软硬相间，沿页岩发育有一系列层间错动破碎带（JC），其中JC1最大，贯穿左右岸，在河床坝基处与F4汇合后，出露宽度约15m。趾板范围内坝基岩石中砂岩占31.84%，粉砂岩占36.85%，泥质岩占31.31%地下水在高程450m以上埋藏较深，在高程450m以下埋藏稍浅，两岸地下水位均高于正常蓄水位450.00m。岩石透水率q≤3Lu的相对隔水层，左岸在地表以下52—100.0m，河床5—361m，右岸36.0—70.0m。地形地质条件：上、下坝址地形差异较大，但出露的地层相同，两岸地下水位埋深也基本接近。上坝址为纵向河谷，河谷较宽，左坝肩山体较单薄，地形不完整；且坝址区左坝肩有体积约15万m3的滑坡堆积物，分布置，坝基处理工程量较大。右岸坝肩下游有一条宽6m，切割深达10~90m的冲沟，对坝肩稳定不利。下坝址为横向河谷，河段较顺直，便于建筑物的布置。陈家大院滑坡体均位于两个坝址的库区内，上坝址距陈家大院约500m，滑坡体的稳定与否直接威胁着大坝施工期和运行期的安全，而下坝址与上坝址排距500m，其间河流形成近90°的拐弯，相应也削弱了滑坡对大坝安全的威胁程度。因此，从地形地质条件来看，以下坝址为优。工程布置条件：工程布置：下坝址溢洪道与引水发电系统分别布置于左右两岸，建筑物布置分散，施工和运行干扰较小，虽然面板坝坝高比上坝址高10.0m，但由于河谷较窄，坝轴线较短，坝体方量比上坝址少约50万m3。上坝址受右岸地形的制约，泄水建筑物和引水系统只能布置在左岸，施工和运行易产生干扰；同时，泄洪隧洞处于软岩地层，面洞条件受制于地质条件，隧洞的施工难度和费用均较大，另外，引水隧洞长度比下坝址增加了57m。从工程布置比较，下坝址优于上坝址。水力学条件：上坝址泄水流条件较差，对冲右岸山坡，对消能防冲不利，下坝址溢洪道布置顺畅，水流归槽较好。水库淹没情况：两坝址相距500m左右，其间无移民搬迁，下坝址仅水库占地略比上坝址有所增加。. 通过以上分析，鲤鱼塘水库坝轴线的选择，从地形地质条件，应尽量选在河谷狭窄段。由地形图上可知，上坝址坝轴线与下坝址坝轴线相比较，不论从地形地质条件、工程布置、施工条件及投资效益等方面来看，下坝址均比上坝址更具有优越性，故本阶段推荐采用下坝址坝轴线。因为它是河谷的狭窄段，这样坝轴线短，工程量小，可减少投资，库容较大，淹没少。3.3坝型的选择影响土石坝坝型选择的因素很多，其主要影响因素有附近的筑坝材料、地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。本次选择几种比较优越的坝型，拟订剖面轮廓尺寸，然后对工程量、工期、造价进行比较，最后选定技术经济可靠合理的坝型。本设计限于资料只作定性的分析来确定土石坝坝型。土石坝按其施工方法可分为碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水中倒土坝和水力冲填坝。从地形地质条件以及附近建筑材料来看本次设计坝型应选择碾压式土石坝。碾压式土石坝根据土料配置的位置和防渗体所用材料种类的不同，又分为均质坝和土质防渗体分区坝、非土质材料防渗体分区坝。均质坝材料单一，工序简单，但坝坡较缓，剖面大，工程量大，施工易受气候影响，冬季施工较为不便，坝体空隙水压力大。从本工程来看，经探明坝址附近可筑坝的土料较少，远远不能满足均质坝填筑土料数量上的要求，因此从材料上考虑均质坝方案是不宜采用的。土质防渗体分区坝主要有心墙坝、斜心墙坝、斜墙坝和多种土质坝等类型。心墙坝土质防渗体设在坝体中部，两侧为透水性较好的砂石料，该坝型粘性土料所占比重不大，施工受季节影响较小，但施工时心墙与坝体同时填筑，相互干扰较大。斜心墙坝和心墙坝基本类似，并且可以改善坝体应力状态，能显著减弱坝壳对心墙的“拱效应”，其抗裂性能优于心墙坝和斜墙坝。斜墙坝土质防渗体设在上游或接近上游面，该坝型斜墙与坝体施工干扰小，但其抗震性和适应不均匀沉降的性能不如心墙坝。由于该工程所在地区为地震烈度定为6度，基岩与砼之间磨擦系数取0.65，故不宜采用斜墙坝。多种土质坝施工工序复杂，相互干扰较大，施工易受气候影响，在此不予采用。. 非土质材料防渗体坝的防渗体一般有混凝土、沥青混凝土或土工膜等材料组成，而其余部分由土石料组成，因工程附近建筑材料不易运输，为就地取材不宜采取该坝型。由上述比较可以看出，斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优缺点，斜心墙有足够的斜度，能减弱坝壳对心墙的拱效应作用；斜心墙坝对下游支承棱体的沉陷不如斜墙那样敏感，斜心墙坝的应力状态较好，根据本设计要求防渗材料选粘土心墙，因而最终采用粘土斜心墙坝的方案。3.4主要枢纽布置枢纽布置应做到安全可靠，经济合理，施工互不干扰，管理运用方便。高中坝和地震区的坝，不得采用布置在非岩石地基上的坝下埋管型式，低坝采用非岩石地基上的坝下埋管时，必须对埋管周围填土的压实方法，可能达到的压实密度及其抵抗渗透破坏的能力能否满足要求进行保证。枢纽布置应考虑建筑物开挖料的应用。土石坝枢纽通常包括拦河坝、溢洪道、泄洪洞输水或引水洞及水电站等，应通过地形地质条件以及经济和技术等方面来确定。根据枢纽布置原则，枢纽中的泄水建筑物应做到安全可靠、经济合理、施工互不干扰、管理运用方便。枢纽布置应满足以下原则：枢纽中的泄水建筑物应满足设计规范的运用条件和要求。选择泄洪建筑物形式时，宜优先考虑采用开敞式溢洪道为主要泄洪建筑物，并经济比较确定。泄水引水建筑物进口附近的岸坡应有可靠的防护措施，当有平行坝坡方向的水流可能会冲刷坝坡时，坝坡也应有防护措施。应确保泄水建筑物进口附近的岸坡的整体稳定性和局部稳定性。当泄水建筑物出口消能后的水流从刷下游坝坡时，应比较调整尾水渠和采取工程措施保护坝坡脚的可靠性和经济性，可采取其中一种措施，也可同时采用两种措施。对于多泥沙河流，应考虑布置排沙建筑物，并在进水口采取放淤措施。溢洪道应选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点，宜选用地质条件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂砾石适于作为水闸地基，尽量避免淤泥质土和粉砂、细砂地基，必要时应采取妥善处理措施。从地质地形图可知坝体右岸地质条件好，且有天然的土料厂，上下游均有较缓的滩地，两岸岩体较陡，岩体条件好，施工起来更快捷更经济合理。. 3.4.1挡水建筑物─土石坝挡水建筑物按直线布置，土石坝布置在沿坝轴线河弯地段上。3.4.2泄水建筑物─溢洪道泄洪采用溢洪道方案，为缩短长度、减小工程量，坝址附近有高程合适的马鞍形垭口，是布置溢洪道较理想之处。拦河坝两岸顺河谷方向的缓坡台地也适合布置溢洪道。溢洪道布置在左岸，紧邻右坝肩这样对流态也较为有利。溢洪道在水利枢纽中位置的选择，关系的工程的总体布置，影响到工程的安全、工程量、投资、施工进度和运用管理，原则上应通过拟定各种可能方案，全面考虑，则选定左岸。3.4.2.1引水渠引水渠进口布置应因地制宜，体形简单。当进口布置在坝肩时，靠坝的一侧应设置顺应水流的曲面导水墙，靠山一侧应开挖或衬砌规则曲面；当进口布置在垭口面临水库时，宜布置成对称或基本对称的喇叭口型式。引水渠的横断面应有足够大的尺寸，以降低流速，减少水头损失。渠内设计流速大于悬移质不淤流速，小于渠道不冲流速，且水头损失小，一般采用3-5m/s。横断面的侧坡根据稳定要求确定。为了减小造率和防止冲刷，引水渠宜做衬砌。3.4.2.2控制段控制段设计，包括溢流堰和两侧连接建筑物。溢流堰的位置是溢洪道纵断面的最高点，其堰顶高程与工程量的关系很大，所以控制堰轴线的选定应满足下列要求：①统筹考虑进水渠、泄槽、消能防冲设施及出水渠的总体布置要求；②建筑物对地基的强度、稳定性、抗渗性及耐久性的要求；③便于对外交通和两侧建筑物的布置；④当控制堰靠近坝肩时，应与大坝布置协调一致；⑤便于防渗系统布置，堰与两岸的止水、防渗排水应形成整体。控制堰的型式、基本尺寸和布置方式是溢洪道泄流能力的决定性因素。由于随着泄流能力的不同，洪水期可能出现的最高水库洪水位也不同，即坝高也要不同。所以控制堰的合理设计，归结为拟定不同方案，进行调洪演算，对包括拦河坝和溢洪道在内的枢纽总体的技术经济条件加以比较，从而选定。. 设置控制堰段要解决的主要问题包括选择溢流堰断面型式、决定堰顶是否设闸门控制、通过调洪演算选定堰顶高程和孔口尺寸、选定闸门型式以及与控制堰有关的结构的平面和剖面布置等。溢流堰型式应根据地形、地质、水力条件、运用要求和技术经济指标等因素，经综合比较选定。堰型可选用开敞式型式，但与溢流坝相比，其堰体高度很低；与泄水闸相比，其闸后落差较大。溢流堰体型设计的要求是尽量增大流量系数，在泄流时不产生空蚀或诱发振动的负压。溢流堰前缘长度和孔口尺寸的拟定以及单宽流量的选择，可参考重力坝的有关内容。选定调洪起始水位和泄水建筑物的运用方式，然后进行调洪演算，得出水库的设计洪水位和溢洪道的最大下泄量。满足条件后，在此基础上，通过分析研究在拟定若干方案，分别进行调洪演算，得出不同的水库设计洪水位和最大下泄量，并相应定出枢纽中各主要建筑物的布置尺寸、工程量和造价。最后，从安全、经济以及管理运用等方面进行综合分析论证，从而选出最优方案。3.4.2.3泄槽段洪水经溢流堰后，多用泄水槽与消能设施连接。为不影响溢流堰的泄洪能力，此段纵坡常做成大于临界底坡的陡坡。破陡、流急是泄水槽的特点。槽内水流速度往往超过16~20。所以，防止和减小高速水流所引起的掺气、空蚀、冲击波和脉动等是泄槽段设计的关键。泄槽在平面上宜尽量成直线、等宽、对称布置，使水流平顺，避免产生冲击波等不良现象。但实际工程中受地形、地质条件的限制，有时泄槽很长，为减少开挖量或避开地质软弱带等，往往做成带收缩段和弯曲段的型式。泄槽段如设置弯道，由于离心力及弯道冲击波作用，将造成弯道内外侧横向水面差，流态不利。要设置弯道是时，宜满足下列要求：横断面内流速分布均匀，冲击波对水流扰动影响小，在直线段和弯曲段之间，可设置缓和过渡段，为降低边墙高度和调整水流，宜在弯道几缓和过渡段渠底设置横向坡，矩形断面弯道的弯曲半径宜采用6～10倍泄槽宽度。泄槽纵剖面设计主要是决定纵坡，其根据自然条件及水力条件确定。. 水流通过控制段后为急流，为了不在泄槽段上产生水跃，泄槽纵坡应大于水流的临界坡，在地质条件许可的情况下，尽量使开挖和衬砌工程量最省。同时纵坡还要考虑泄槽底板和边墙结构的自身稳定及施工方便等因素。泄槽纵坡以一次坡为好，当受地形条件限制或为了节省工程量而需边坡度时也宜先缓后陡，因为水流经过控制段入泄槽时，流速不大；当接近消能设施时，加大底坡以便与消能设施相连接，此段长度较短，防空蚀措施比较好解决。但为防止水流脱离槽底产生负压，在变坡处宜采用符合水流轨迹的抛物线连接。泄槽底部衬砌的表面若不平整，特别是横向接缝处下游有生坎，接缝止水不良，施工质量差；地基处理不好，衬砌与地基接触较差；衬砌底板下排水不畅等原因，将导致底板下产生较大扬压力和动水压力，甚至使底板被掀起。因此，必须重视衬砌分缝、止水及排水等，以做到平整光滑、止水可靠和排水通畅。表面平整光滑可以防止负压和空蚀，底板下排水可以减小扬压力，接缝止水可以避免高速水流侵入底板产生脉动压力。3.4.2.4出口消能和尾水渠根据地形条件和地址情况，选用挑流消能，它适用于较好的岩基或挑流冲刷坑对建筑物安全无影响时，可设置挑流鼻坎。挑坎末端做一道深齿墙，可以保护地基不被冲刷，其底部高程应位于冲刷坑可能影响的高程以下。为了防止小流量时产生贴流而冲刷挑坎底角，可在挑坎下游做一段护坦。挑坎上还常设置通气孔和排水孔，通气孔向水舌下补充空气，以免形成真空，影响挑距和造成结构空蚀。坎上排水孔排除反弧段积水；坎下排水孔排除渗流，降低齿墙后的渗透能力。当溢洪道下泄水流消能后不能直接泄入河道而造成危害时，应设置尾水渠，其作用是将消能后的水流安全送入下游河道。对挑流消能，也只有掌握下游尾水情况，才能正确估算下游冲刷坑的大小和深度，定出挑坎齿墙的埋置深度和结构尺寸。尾水渠应尽量利用天然冲刷沟或河沟使出口水流能平稳地归入原河道。3.5水电站建筑物水电站适合布置于交通方便，施工方便，开挖比较少的地形。根据图纸右岸地形较缓，便于厂房布置，开关站布置在厂房附近。厂房及开关站布置在右坝肩附近的右岸，厂房内安装3台HLD75-WJ-73型水轮发电机组，总容量6000kW。发电尾水进入总干隧洞。主厂房尺寸37.02×13.0×16.24m(长×宽×高)，开关站为户内式，面积11.0×12.0m。. 4洪水调节计算4.1防洪标准该工程主要建筑物级别为2级，根据《防洪标准》（GB50201-94）规定2级建筑物土石坝的防洪标准采用100年一遇设计，2000年一遇校核，水电站厂房防洪标准采用100年一遇设计，200年一遇校核。临时性建筑物防洪标准采用30年一遇标准。4.2设计洪水4.2.1设计洪峰流量本河流属典型山区河流，洪水暴涨暴落，根据资料统计分析得100年一遇设计洪峰流量为1760m3/s，2000年一遇校核洪峰流量为2580m3/s。4.2.2设计洪水过程线根据资料现有设计洪峰流量和坝址处水文站的单位洪水流量过程线，分别得设计洪水与校核洪水过程线。设计洪水过程线见下表4-1：表4-1鲤鱼塘坝址设计洪水过程线表（1982年7月16日洪水）时间各频率(p%)流量值(/s)(h)0.050.10.20.5125116615213111310897.073.121040932847742658576459321902040189016601490132011004258024002210196017601560130051520140012901130102089673561340123011309958907866457142013101200106094783668681540142013001150103090574391710158014501280114010108271015201400129011301020896835111160107098586577468356112976899827727650574471137436846305544954373591451347243538234230224815405373343301270238195. 16348320295259232205168172942712492191961731421826724622519817815712919268247226199179158130202582382191911721521252124822821018416514612022240221203178160141116232121951801581411241022418717216014112611191.12513812711710392.081.266.7261521511461431411381322711111010710610510398.32880.480.077.475.273.872.769.62965.164.862.762.261.961.258.83082.482.079.474.373.872.668.64.2.3库容曲线表4-2水位库容曲线表高程（m）库容（亿m3）高程（m）库容（亿m3）354.30.000421.60.348369.80.017425.90.417378.50.029430.20.496395.70.096438.90.683404.40.153443.20.792413.00.235447.50.914417.30.286451.81.043. 图1水位库容曲线图4.2.4调洪演算（1）调洪演算原理先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口下的泄洪能力，并做孔口泄洪能力表，再假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位，并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其他泄洪方案按同样的方法进行调洪演算，最后选定的方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，并最好与所给限制流量差值100m3/s以内。（2）孔口尺寸方案在不计入排沙放空洞泄流能力的情况下，溢洪道的孔口尺寸分别拟定了以下三组方案进行比较：方案12-8m×11m(孔数－宽×高，下同)方案22-9m×11m方案32-10m×12m. 初步拟定堰面采用WES曲线型实用堰堰顶高程439m，堰高9m，低堰，根据溢洪道的泄流能力按《溢洪道设计规范》(SDJ341-89)附1-4式计算，即　　　式中Q——流量，m3/s；B——溢流堰总净宽，m；H0——计入行近流速的堰上水头，m，对高堰H0=H；对低堰；V0——行近流速，m/s；a0——动能修正系数，可近似地取为1；H——堰上水头，m，计算断面可取在堰前(3～6)H0处(下同)；g——重力加速度，9.8m/s2；m——流量系数，可在附表1-3中查出；C——上游面坡度影响修正系数，可在附表1-4中查出；当上游面为铅直时，C=1.0；——收缩影响系数，根据闸墩墩头形状及位置。闸墩厚度、闸孔数目、堰上水头及相对堰高等因素选定。初设时对高堰可取=0.90～0.97；对低堰可取=0.80～0.90；——淹没系数，视泄流的淹没程度参照有关水力计算手册等选用，不淹没时=1。取定型设计水头Hs=10m时，流量系数m=0.492，侧收缩系数ε=0.86，上游面坡度影响修正系数C=1.0，淹没系数=1.0。按照《溢洪道设计规范》（SL253—2000）表A.2.1-1规定WES实用堰系数表，,泄流能力计算见表4-3，调洪演算计算成果表见4-4。. 规范表A.2.1-1溢洪道泄流量系数表H0/HsP1/Hs0.20.40.61.0≥1.330.40.4250.4300.4310.4330.4360.50.4380.4420.4450.4480.4510.60.4500.4550.4580.4600.4640.70.4580.4630.4680.4720.4760.80.4670.4740.4770.4820.4860.90.4730.4800.4850.4910.4941.00.4790.4860.4910.4960.5011.10.4820.4910.4960.5020.5071.20.4850.5000.4990.5060.5101.30.4960.4950.5000.5080.513注：此表摘自《溢洪道设计规范》（SL253—2000）表4-3鲤鱼塘水库泄洪设施不同方案的泄流能力计算表堰顶水头H(m)库水位系数b=8m泄流量(m3/s)b=9m泄流量(m3/s)b=10m泄流量(m3/s)0.0439.00.00.00.00.04.0443.00.431210.0236.3262.55.0444.00.446304.0341.7379.76.0445.00.458410.0461.3512.57.0446.00.469529.0595.3661.48.0447.00.478658.9741.2823.69.0448.00.487771.4901.11001.2. 10.0449.00.492947.71066.21184.711.0450.00.4971104.51242.51380.612.0451.00.5001266.11424.41582.613.0452.00.5021433.31612.41791.7表4—4调洪演算计算成果表方案堰顶高程△z（m）孔宽B（m）工况最大下泄流量Q（m3/s）库水位Z（m）一439m8m设计1163.4450.36校核1479.0452.27二439m9m设计1257.3450.10校核1522.3451.52三439m10m设计1377.1450.03校核1632.4451.2（3）方案选择由表可知，各孔口方案对应的校核洪水位相差较大，因坝高是由校核水位情况控制，所以增大孔口尺寸不能降低坝高，相应会使溢洪道规模加大，投资上升，而减小孔口尺寸则须增加坝高，溢洪道投资的减少则有限，故选定的孔口尺寸为2孔9m×11m(宽×高)。设计水位450.1m，校核水位451.52m，设计泄洪流量1257.3m3/s校核泄洪流量1522.3m3/s。5大坝设计5.1坝型确定根据第三章3.3所述斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优缺点，斜心墙有足够的斜度，能减弱坝壳对心墙的拱效应作用；斜心墙坝对下游支承棱体的沉陷不如斜墙那样敏感，斜心墙坝的应力状态较好，根据本设计要求防渗材料选粘土心墙，因而最终采用粘土斜心墙坝的方案。. 5.2大坝轮廓尺寸的拟定大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程，坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体等排水设备。5.2.1坝顶高程计算根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）（以下简称“规范”）规定，坝顶高程分别按照正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高、设计水位加正常运用条件下的坝顶超高、校核水位加非常运用下的坝顶超高进行计算，因该地区地震烈度为6º，故还需考虑正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四种工况最大值，同时并保留一定的沉降值。坝顶高程在水库正常运用和非常运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高值y按下式计算：式中：R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；e——最大风壅水面高度，m；A——安全加高，m，根据坝的等级，按《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）规定，本工程大坝属2级建筑物，在正常蓄水位和设计洪水位情况取1.0m,在校核洪水位情况取0.5m。（1）求R——最大波浪在坝坡上的爬高的确定对于丘陵、平原地区水库，当W<26.5m/s、D<7500m时，波浪的波高，波浪的爬高和平均波长可采用鹤地水库公式，按《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）按式（A.1.6-1）、式（A.1.6-2）计算：(A.1.6-1)(A.1.6-2)对于内陆峡谷地区水库，当D<20000m时，波浪的波高和平均波长可采用官厅公式，按式《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）（A.1.7-1）、式（A.1.7-2）计算：. W——计算风速，m/s；h——计算波高，m；D——风区长度（有效吹程），m；hm——平均波高，m；Hm——水域平均水深，m；g——重力加速度，取9.81m/s2；Lm——平均波长，m。鲤鱼塘水库属于内陆峡谷地区水库，根据“规范”，计算大坝波浪爬高时，所采用设计风速：在正常蓄水位情况用平均最大风速的2倍，正常运用条件下为多年平均最大风速的1.5倍，非常运用条件下，采用多年平均最大风速，根据气象资料统计，鲤鱼塘水库多年平均最大风速为13.5m/s，最大吹程为0.9km。所以正常蓄水位情况的设计风速：W=2×13.5=27m/s正常运用条件下设计风速：W=1.5×13.5=20.2m/s非常运用条件下，采用多年平均最大风速：W=13.5m/s式中h—当gD/W2=20～250时，为累计频率为5%的波高h5%m；当gD/W2=250~1000时，为累计频率为10%的波高h10%。根据计算gD/W2=9.81×900/20.22=21.6在202～50范围内，所以为累计频率为5%的波高h5%。正常蓄水位情况下W=27m/s正常蓄水位时gD/W2=12.1正常运用条件下W=20.25m/s正常运用条件时gD/W2=21.5非常运用条件下W=13.5m/s非常运用条件时gD/W2=48.4计算得正常蓄水位情况下h=0.98mLm=10.33m正常运用条件下h=0.69mLm=7.74m. 非常运用条件下h=0.41mLm=5.15m按式《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）规范附录A.1.7及A.1.8的规定，根据gD/W2和hm/Hm的值的范围可按规范表A.1.8求取平均波高。规范表如下：规范表A.1.8不同频率下的波高与平均波高的比值P(%)hm/Hm1510<0.12.421.951.710.1～0.22.31.871.64注：此表摘自《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）表5-1平均波高计算成果表hm水位（m）gD/W2hm/HmP(5%)平均波高hm（m）正常蓄水位20～250<0.11.950.50设计洪水位20～250<0.11.950.35校核洪水位20～250<0.11.950.21表5-2风浪要素计算成果表水位（m）平均波高hm（m）平均波长Lm（m）正常蓄水位0.5010.33设计洪水位0.357.74校核洪水位0.215.15平均波浪爬高Rm参照“规范”附录A.1.12计算，初步拟定. 水库大坝上游坝坡为m=2.5，故波浪平均爬高按“规范”附录A.1.12式计算：式中：——斜坡的糙率渗透性系数，护面类型初拟为砌石护面确定=0.75；——经验系数，由风速W、坡前水深H、重力加速度g所组成的无维量查表A.1.12-2得设计条件：=1.00；校核条件：=1.00；m——斜坡的坡度系数，初拟坡度1：2.5规范表A.1.12-1糙率及渗透性系数护面类型光滑不透水护面沥青混凝土1.00混凝土或混凝土板0.90草皮0.85~0.90砌石0.75~0.80抛填两层块石（不透水基础）0.60~0.65抛填两层块石（透水基础）0.50~0.55注：此表摘自《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）规范表A.1.12-2——经验系数≤11.522.533.54≥51.001.021.081.161.221.251.281.30注：此表摘自《溢洪道设计规范》（SL253—2000）. 表5-3平均爬高Rm计算成果表水位（m）m平均波高hm（m）平均波长Lm（m）Rm（m）正常蓄水位0.751.002.50.5010.330.63设计洪水位0.751.002.50.357.740.46校核洪水位0.751.002.50.215.150.28按式《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）规范附录A.1.11的规定设计波浪爬高值应根据大坝级别确定，1、2、3级大坝采用累积频率为1%的爬高值Rm，4、5级大坝采用累积频率为5%的爬高值Rm规范表A.1.13不同频率下的爬高与平均爬高比值（R/Rm）P(%hm/H15<0.12.231.840.1～0.32.081.75>0.31.861.61注：此表摘自《溢洪道设计规范》（SL253—2000）表5-4设计爬高R的计算结果表水位（m）大坝级别平均爬高Rm（m）设计爬高R（m）正常蓄水位20.631.40设计洪水位20.461.03. 校核洪水位20.280.62（2）风浪壅高按下式计算：式中：K——综合摩阻系数，计算时一般采用K=3.6×10-6；β——风向与水域中线的夹角；W——计算风速，m/s；Hm——水域平均水深，m；D——风区长度，m；表5-5风浪壅高计算成果表水位（m）大坝级别计算风速W(m/s)风浪壅高e（m）正常蓄水位2270.003设计洪水位220.250.002校核洪水位213.50.001(3)安全加高A的确定按《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）规范5.3.1确定安全加高A.规范5.3.1安全加高A值表坝的级别1234、5设计1.501.000.70.5校核山区丘陵区0.700.500.40.3平原滨海区1.000.700.50.3. 注：此表摘自《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）（4）超高值y的计算坝顶高程在水库正常运用和非常运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高值y按下式计算：式中：R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；e——最大风壅水面高度，m；A——安全加高，m，根据坝的等级，设计运用条件时取1.0m，非常运用条件是取0.5m；表5-6超高值y计算成果表水位（m）设计爬高R风浪壅高e安全加高A超高值y正常蓄水位1．400.0031.002.403设计洪水位1.030.0021.002.032校核洪水位0.620.0010.501.121（5）坝顶高程的确定与放浪墙墙顶高程确定由于鲤鱼塘水库所在地区地震基本烈度6°，按《水工建筑物抗震设计规范》（SL293—97），水工建筑物抗震计算的上游水位可采用正常最高蓄水位，地震区的地震涌浪高度，可根据设计烈度和坝前水深，一般涌浪高度为0.5m～1.5m，该水库地震涌浪高度取用1.2m，不考虑地震作用的附加沉陷计算。坝顶上游侧设1.2m防浪墙。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）第5.3.3条规定，坝顶高程分别按以下运用情况计算，取其最大值：1、设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高：450.10+2.032＝452.132m；2、正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高：450+2.403=452.403m；. 3、校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高：451.52+1.121=452.641m；4、正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加高：450+1.121+1.2=452.32m。经计算可以看出该大坝坝顶高程由校核情况控制为452.641m，取452.64m。放浪墙墙顶高程：452.64+1.2=453.84m5.2.2坝顶宽度的确定坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件，同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）5.4.1规定，坝顶无特殊要求时，高坝的顶部宽度可选用10~15m，中低坝可选用5~10m。该水库挡水大坝设计未高坝，大于70m，故综合各方面因素可取该土石坝坝顶宽度为10m。5.2.3坝坡与马道的确定土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。一般是参考以建成类似工程的经验拟定坝坡，再通过计算分析，逐步修改确定。在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。表5-7上下游边坡比表坝高(m)上游下游〈101：2～1：2.51：1.5～1：210～201：2.25～1：2.751：2～1：2.520～301：2.5～1：31：2.25～1：2.75〉301：3～1：3.51：2.5～1：3在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.5～2m宽的马道（戗道）以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，综合上述等各方面因素其宽度取为2.0m。根据规范规定与实际结合，鲤鱼塘土石坝的上游坝坡采用上下部均取1:2.5；下游自上而下均取1：2.5。上游坝坡在变坡处设置2.0m戗道,高程为395m；下游坝坡设置二级宽2.0m的马道，高程分别为425m、400m,设置2.0m的上坝戗道，取坝基建基面高程. 350m，通过计算得最大坝高=452.64—350=102.64m。图上量得坝长316.3m。5.2.4护坡与坝体排水为了保护上游坝坡免受波浪淘刷；顺坡雨水水流冲刷、冻胀干裂；冰层和漂浮物等的危害作用；还有防止无粘性土料被大风吹散，蛇、鼠和土栖白蚁等动物在坝坡中营洞造穴等危害。上游坝面要有足够抗冲能力，已建造的土石坝，多采用堆石、干砌石和浆砌石护坡和混凝土护坡。根据资料分析本工程属高坝可采用浆砌石护坡，厚度0.4m,浆砌石护坡是在块石之间充填砂浆或细石混凝土适用于波浪高、压力大、容易被冲坏的情况。浆砌石护坡稳定性较好，其厚度可比干砌石护坡酌情减小。下游坝坡工作条件相对上游坝坡好些，一般宜简化设置，下游护坡本设计采用干砌石护坡一般采用单层干砌形式、厚度0.4m。对渗入坝体内的水量。下游坝坡应设置排水设施，将渗水快速，有计划地排出坝外，以达到降低坝体浸润线和孔隙压力，防止渗流逸出区域产生渗透变形，保证坝坡稳定。坝体排水应满足如下三点要求：①排水体能自动地向坝外排出全部渗水；②排水体应便于观测和检修；③排水体应按反滤要求设计。由于本地区石料比较丰富，故采用堆石棱体排水比较适宜，另外采用棱体排水可以降低坝体浸润线，防止坝坡冻涨和渗透变形，保护下游坝址免受尾水淘刷，并可支撑坝体，增加下游坝坡的稳定性。顶部高程：应大于该地区的冰结深度，并应满足波浪爬高的要求。高出下游水位1.0m—0.5m。顶部宽度：应根据施工和观测的要求确定，一般为1.0～2.0m。排水的内坡：一般为1：1.0～1：1.5；外坡：一般为1：1.5～1：2.0。本设计棱体顶部高程取364m,顶部宽度取2m,排水内坡取1：1.5，外坡取1：1.5。5.2.5大坝防渗体（1）坝体的防渗坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求，同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面的要求。该坝体采用粘土斜心墙，其底部最小厚度由粘土的允许坡降而定，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）5.5.2规定土质防渗体断面应满足渗透比降、下游浸润线和渗透流量的要求。应自上而下逐渐加厚，. 顶部的水平宽度不宜小于3.0m；底部厚度斜墙不宜小于水头的1/5，心墙不宜小于水头的1/4。实际工程经验提出的允许比降：心墙不宜大于4.0，斜墙不宜大于5.0据此求出土质防渗体底部的厚度。本设计允许渗透坡降[J]=5，最大作用水头H与允许比降的比值：B=H/[J]上游校核洪水时承受的最大水头为451.52—350=101.52m，墙的厚度B﹥101.52/5=20.3ｍ.参考以往工程的经验，斜心墙的顶部宽度取为5ｍ（满足大于3m机械化施工要求），粘土斜心墙的上游坝坡的坡度为1:0.4～1:1.0之间，有资料研究认为，斜心墙向上游倾斜的坡度为1:0.25～1:0.75时较好，本次设计取为1:0.4，下游坡度取为1:0.1，粘土斜心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高0.6～0.8m）并高于校核洪水位为原则，最终取其墙顶高程为451.6m，经计算底宽为35.32m,大于20.3m，墙顶的上部留有1m的保护层，并粘土斜心墙顶部向下游倾斜,大坝剖面尺寸设计见图2。图2大坝剖面示意图6渗流分析与计算土石坝的渗流计算主要确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据；同时确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗漏损失，而且还要确定坝体和坝基渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便取适合的控制措施。6.1确定土料的渗流系数（1）坝壳砂砾料选用与确定坝壳砂砾料设计指标以相对密实度表示如下：，或式中：. emax——最大孔隙比，emax=；emin——最小孔隙比，emin=；e——填筑的沙、沙卵石、或地基原状沙、沙卵石的孔隙比，e=；——沙粒比重；——最大干容重，由试验求得；——最小干容重，由试验求得；——填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的干容重。非粘性土料填筑一般要达到密实状态，对于砂土要求Dr不小于0.70；对于砂砾石，则依坝的级别而定，1、2、3级坝Dr不小于0.75，4、5级坝不小于0.70。在地震区要求更高。一般沙砾料的干容重rd=17.2KN/m3。土料产地位于小黑滩坝址上游1.0～1.4km的里坝，储量丰富；根据土力学的中土的渗透性及渗流原理，当Dr不小于0.75时，沙粒料的各种参数见下表6-1。沙粒料的各种参数6-1不均匀系数43大于5mm砾石含量%45比重△s2.65设计干容重ra18.65设计孔隙比e0.45湿容重ru19.5浮容重r’11.9内摩檫角36．5º粘聚力0渗透系数10-4cm/s2. 粘土材料的选用粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验求最大干容重、最优含水量（一般采用25击，其击实功能为86.3t·m/m3）。由于最优含水量随压实功能的大小而变，故在土料的设计中常根据土料的实际施工机具的压实功能，选择相应的最优含水量作为填筑土料的含水量。根据国内外的筑坝经验，常将粘土的填筑含水量控制在最优含水量的附近，其上下偏离最优含水量控制为2%～3%。根据以上的击实次数和击实功能，得出的多组平均最大干容重rmax和平均最优含水量W0。设计干容重rd为：rd=mrmax式中：rd——设计干容重，（ｇ/cm3）；rmax——在相应击实功能下的平均最大干容重，（cm3）；ｍ——施工条件系数（或称压实系数）。对于1、2级高坝，ｍ的值采用0.96—0.99之间，三四级坝或低坝可采用0.93～0.96，本设计取ｍ=0.98。粘性土的填筑含水量Ｗ为：Ｗ=ＷP＋Ｂ·ＩP式中：ＷP——土的塑限；ＩP——土的塑性指数；B——稠度系数，对高坝可取-0.1～0.1之间，低坝可取0.1～0.2之间，本设计取B=0.07。设计最优含水量为：用下述公式计算最大干容重作为校核参考：式中：──土粒的比重；. ──压实土的含气量，粘土可取0.05，砂质粘土取0.04，壤土可取0.03，本设计取为0.05。粘性土料各种参数见下表6-2。粘性土料的参数表6-2比重△s2.67最优含水量22.07干密度(g/cm3)1.6空隙比0.734自然含水量%24.8塑性指数19.46干容重(KN/m3)15.68湿容重(KN/m3)19.91浮容重(KN/m3)9.92内摩擦角Φ24.67º粘聚力(kpa)24.0渗透系数k（10-8m/s）4.317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的差异，土料的采用以“近而好”为原则。根据上述土料物理力学性质从渗透系数的角度来看均满足规范要求，因为根据筑坝材料的填筑标准规定，渗透系数一般对均质坝大于1×10-4cm/s，对于心墙坝或斜墙坝不大于1×10-5cm/s。6.2坝体的渗流计算选择水力学方法解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近视解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等，见大坝地质剖面图3，渗流示意图4。.. 图3大坝地质剖面图4渗流示意图由于鲤鱼塘水库从组成库盆的岩性特征分析,其透水性较弱，结合库区无大的断裂构造通过，裂隙多闭合，且连通性较差等构造特征，表明库区不存在连续的渗透途径;地形完整，防渗条件较好，故此可把地基初拟为不透水地基。通过防渗体流量：通过防渗体后渗流量：其中：q1——通过放身体的渗流量；q2——通过防渗体后的渗流量；K1——防渗体心墙土料的渗透系数，4.317×10-8m/s；. H1——上游水深；H——逸出水深；tc——防渗体心墙的平均厚度；K2——坝壳土料的渗透系数，2×10-4m/s；H2——下游水深；假设：①不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；②由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水位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，此时实际上不是平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下0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。计算断面及计算情况的选择对河床中间断面I—I及左右对称的两典型断面II—II、III—III进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水及设计洪水的工况进行。断面图见下图5，图6，图7。不同断面的防渗体心墙的平均厚度；Ⅰ-Ⅰ断面tc=＝20.16mL=235.65mⅡ-Ⅱ断面tc==14.3mL=143.85mⅢ-Ⅲ断面tc==13.31mL=127.94m图5Ⅰ-Ⅰ断面示意图. 图6Ⅱ-Ⅱ断面示意图图7Ⅲ-Ⅲ断面示意图对各断面进行渗流计算，渗流计算结果见表6-3。表6-3渗流计算结果表计算工况计算项目正常蓄水位设计洪水位上游水深H1（m）Ⅰ-Ⅰ100.0101.52Ⅱ-Ⅱ62.063.42Ⅲ-Ⅲ55.456.82下游水深H2(m)Ⅰ-Ⅰ12.3613.03Ⅱ-Ⅱ00Ⅲ-Ⅲ00逸出水深H(m)Ⅰ-Ⅰ13.3213.97Ⅱ-Ⅱ2.8852.952Ⅲ-Ⅲ2.5212．585渗流量q（10-6m3/s.m）Ⅰ-Ⅰ10.410.8Ⅱ-Ⅱ5.7896.057Ⅲ-Ⅲ4.4185.224总渗流量Q（m3/d）332.5352.9渗透稳定验算. 斜心墙之后的坝壳，由于水头大部分在防渗体损耗了坝壳渗透坡降及渗透速度甚小，发生渗透破坏的可能性不大，而在防渗墙与粘土斜心墙的接触面按允许坡降设计估计问题也不大。在斜心墙逸出点渗透坡降较大，予以验算。渗透坡降的计算公式：式中：──上游水深减逸出水深；──防渗体的平均厚度；计算成果见表6-4表6-4各种工况渗流逸出点坡降断面Ⅰ—ⅠⅡ—ⅡⅢ—Ⅲ计算情况正常设计正常设计正常设计坡降J4.304.344.144.234.014.10填筑土料的安全坡降，根据实践经验一般为5──10，故而认为渗透坡降满足要求，加上粘土斜心墙有反滤层，故而认为不会发生渗透破坏。7稳定计算7.1计算方法山区一些土坡往往覆盖于一些起伏变化的岩基面上，土坡的失稳多数沿这些界面发生，形成折线滑动面。对于岩质边坡，破坏面多沿断层或裂隙发生，一般也是折线滑动面，对这类问题用滑契法，以化简折线滑动法为理论基础，相关公式见《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）、《土力学》、《水工建筑物》等参考文献，并假设滑动面只在坝壳中，而防渗体不连同坝壳一起滑动。按施工期、稳定渗流期、库水位降落期三个控制时期核算土石坝的稳定。斜心墙坝的上下游坝坡滑动时形成折线滑动面.. 部分浸水的非粘土坝坡，由于水位上下的土料容重不同，有水时j、C值也有所降低，此时坝坡失稳时最可能的滑动面近乎折线。本设计施工期计算时土条重为实重，水位以上为天然容重，以下为浮容重。稳定渗流期土条为浸润线至下游水位之间的饱和容重，折线滑动如下图图8所示。图8折线滑动视意图按公式：式中：W1、W2为滑动土体的的重量P1为滑契间的相互作用力K为安全系数与为抗剪强度指标根据实验得取36.5º、任意假定在图中量得在上述计算式中W1、W2为土块面积乘以容重，因为是无粘性土料所以根据表6-1所示湿容重取19.5KN/m3，干容重取18.65KN/m3，浮容重取11.9KN/m3，、是任意假定的。设计中位简化程序起见，还进行了以下假定：1）上游坝坡稳定渗流期. 与水位降落期与施工期折点滑动面的按折点在水位下，下游坝坡均在折点在水位以上；2）画面ED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，但总体影响不太大，近似计算中可以忽略。当满足判断条件P1=P2并且算出最小安全系数。上游坡：1）施工期水位在1/3坝高处水深H=36m上游水位386m2)水位降落期H=60m上游水位410m3)稳定渗流期H=100m上游水位450m下游坡：1）稳定渗流期（正常）H=100m下游水位362.36m2）稳定渗流期（设计）H=100.1m下游水位363.03m3）稳定渗流期（校核）H=101.52m下游水位363.73m由于本坝址的地震烈度为6度较小，可近似忽略不计7.2运用折线滑动法计算上下游坝坡各种工况计算过程见计算书，按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）表8.3.10规定，本工程大坝属2级建筑物，坝坡稳定安全系数应不小于如下表所示：规范表8.3.10坝坡抗滑稳定最小安全系数运用条件工程等级1234、5正常运用条件1,.51.351.31.25非常运用条件I1.31.251.21.15非常运用条件Ⅱ1.21.151.151.1注：此表摘自《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）大坝上下游坡稳定计算成果见表7-1。表7-1大坝上下游坝坡稳定计算成果表部位计算工况最小安全系数（Kmin）规范值上施工期1/3坝高1.881.35. 游坡稳定渗流期1.711.35水位降落期1.861.25下游坡稳定渗流期（正常）2.051.35稳定渗流期（设计）1.961.35稳定渗流期（校核）1.821.257.3稳定成果分析主要建筑物土石坝的等级为Ⅱ级，查《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）表8.3.10规定，坝坡稳定的安全系数应满足以下条件：正常运用条件不低于1.35，非常运用条件I时不低于1.25，非常运用条件Ⅱ时不低于1.15。根据计算成果表可看出大坝上下游坡稳定均满足规范要求，由于上游坝坡较缓，稳定渗流期以及库水位降低期，不考虑地震，Kmin=1.71，Kmin=1.86坝的稳定安全系数偏大，就此而言，可考虑加陡坝坡以减小工程量，鉴于各种因素考虑不全，进行计算时所作的假设条件可能与实际不符，实际安全系数可能要小些，但总体影响不大，故而不改变坝坡，维持原拟订的剖面。8溢洪道设计8.1溢洪道地形地质资料溢洪道布置在左岸，左岸为顺向坡，坡角25°—35°，坡面分布有残、坡积物和地滑堆积物，坡脚为Ⅰ级阶地，宽20—50m，高程370—374m。右岸为反向坡，坡角50°—70°。岩体透水性与地质构造和风化程度有关，两岸地下水位均高于正常蓄水位，岩石透水率q≤3Lu的相对隔水层，两岸在地表以下66—85m，河床59.5m。由于鲤鱼塘水库从组成库盆的岩性特征分析,其透水性较弱，结合库区无大的断裂构造通过，裂隙多闭合，且连通性较差等构造特征，表明库区不存在连续的渗透途径;地形完整，防渗条件较好。8.2溢洪道布置8.2.1引水渠布置. 引水渠进口布置应因地制宜，体形简单。当进口布置在坝肩时，靠坝的一侧应设置顺应水流的曲面导水墙，靠山一侧应开挖或衬砌规则曲面；当进口布置在垭口面临水库时，宜布置成对称或基本对称的喇叭口型式。引水渠的横断面应有足够大的尺寸，以降低流速，减少水头损失。渠内设计流速大于悬移质不淤流速，小于渠道不冲流速，且水头损失小，一般采用3-5m/s。横断面的侧坡根据稳定要求确定，为了减小造率和防止冲刷，引水渠宜做衬砌。引水渠全部为基岩开挖，初拟引水渠布置在左坝肩成喇叭口型式，全长98m，，引水渠首端为底宽为38，底高程430m，边坡1:0.2的明渠，其后接扩散段,长度为70m,扩散段末端接进口段长度28m,底净宽20m,引水渠进口段剖面见下图。图9引水渠进口剖面图8.2.2控制段布置控制段设计，包括溢流堰和两侧连接建筑物。溢流堰的位置是溢洪道纵断面的最高点，其堰顶高程与工程量的关系很大，所以控制堰轴线的选定应满足下列要求：①统筹考虑进水渠、泄槽、消能防冲设施及出水渠的总体布置要求；②建筑物对地基的强度、稳定性、抗渗性及耐久性的要求；③便于对外交通和两侧建筑物的布置；④当控制堰靠近坝肩时，应与大坝布置协调一致；⑤便于防渗系统布置，堰与两岸的止水、防渗排水应形成整体。8.2.2.1闸室地下轮廓线的布置. （1）防渗设计与设计计算防止地基渗透变形，减小闸基渗透压力；减小水量损失，合理选用地下轮廓尺寸。布置原则防渗设计一般采用防渗排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，如排水孔排水和减压井与下游连通，使地下渗水尽快排除，减小渗透压力，并防止渗流山口产生渗透变形。（2）地下轮廓线的布置防渗设备采用混凝土铺盖，闸室底板上下游设置齿墙。闸底板长度31m。闸室底板厚度：t=1m。8.2.2.2排水设计水平排水一般设置反滤层，2-3层的不同粒径的砂和砂石组成，次层排水应尽量与渗流的方向垂直，各层依次按渗流方向逐层增大。为了排除陡坡段的地基渗水，减小底板所受的扬压力，须在底板初砌下面设置排水系统，排水系统设置两边横向排水沟和纵向排水沟，其横纵向的相连通，最后将排水至下游。8.2.2.3止水设计凡具有防渗要求的缝，都应设置止水，止水分竖向止水和水平止水，前者主要设在边墩与翼墙后，后者设在铺盖上的沉降缝，翼墙和消力池本身的温度沉降缝等，在闸室与斜坡的链接处分缝并设置水平止水。8.2.3闸室布置8.2.3.1底板设计作用：闸底板的闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并均匀的传给地基，还有放冲，放渗的作用。本设计底板长度取20.5m,闸室底板厚度一般1-2m,取厚度为1m。8.2.3.2闸墩设计作用：分割闸孔并支撑闸门、工作桥、等等上部结构，使水流顺利通过闸室。外形轮廓：闸墩应满足过闸水流平顺、侧向收缩小，过流能力大的要求，上游墩头和下游墩头采用半圆形，长度为31m。厚度：中墩2m,边墩3m,平板检修闸门门槽深0.2m,宽0.3m。工作闸门与检修闸门之间3m的净距，以便工作人员检修。闸墩高度：. 根据《水闸设计规范》（SL-2001）中的规定安全超高取0.5m。H=校核洪水位时水深+安全超高=（451.62－430）+0.5=22.12m。8.2.4闸门与启闭机8.2.4.1工作闸门自重G的估算工作闸门为弧形闸门门顶高程根据《水闸设计规范》（SL-2001）闸门自重G规定的估算公式：闸门宽度B<10m。266.8KN式中：KC—材料系数普通碳素钢，KC=1.0；Kb—空口宽度系数：当B《5m时,Kb=0.29,当5〈B〈10时Kb=0.472，10m8m时；式中：KZ—闸门行走支承系数，闸门滑动式承取0.81；KC—材料系数普通碳素钢，KC=1.0；8.2.4.3初估闸门启门力和闭门力，根据《水工建筑物》中公式检修闸门的启门力FQ=Nt(TZd+TZS)＋n·GG＋WS＋Gj＋Px式中：Nt—为摩阻力安全系数，一般取1.2；n·GG为计算持住力和启门力的闸门自重修正系数，一般取1.0—1.1；G—为闸门自重TZd—支承摩擦阻力；Zd=f2Pf2—滑动支承的摩擦系数，钢板和橡胶取0.65；P—作用在闸门上总水压力；则TZd=f2P=0.65×5445=3539.25KNTZS—止水摩擦阻力；. TZS=f3PZSf3—止水与止水座的滑动系数（橡胶对钢板为0.65，橡胶对水泥砂浆面为0.2）PZS—作用在止水上的水压力，为侧止水的顶止水的总长度乘以止水橡胶作用的宽度，再乘以平均水头得出；TZS=0.65×11×0.2×0.2×11=3.2KN；WS—为作用在闸门上的水柱压力本设计可忽略不计；Gj—为加重块重量本设计可忽略不计；Px—为下引力本设计可忽略不计；FQ=Nt(TZd+TZS)＋n·GG＋WS＋Gj＋Px=1.2（3539.25＋3.2）＋1.0×296=4546.95KN检修闸门闭门力计算Fw=Nt(TZd+TZS)－nGG＋PtNt—为摩阻力安全系数，一般取1.2；TZd—支承摩擦阻力；TZS—止水摩擦阻力；nG—为计算闭门力用的闸门自重修正系数，可采用0.9—1.0；Pt—为上托力本设计可忽略不计；Fw=1.2（3539.25＋3.2）－0.9×296=3984.54KN8.2.4.4启闭机的选择(液压启闭机)液压启闭机多以油为介质，通过液体传递压力推动活塞，牵引闸门升降。利用液体泵系统可以带动多个启闭机的活塞杆工作。它的优点是：动力小、启闭力大，机体小、重量轻，并能集中操作，易于实现遥控及自动化，操作平稳、安全，并对闸门有减震效用等。最大启门力达到6000KN。8.2.4.5上部结构工作桥是为了安装启闭机和便于工作人员操作而设的桥，工作桥设在闸门的正上方桥上设置启闭机，工作桥宽取5m,启闭机房高5m。交通桥的作用连接两岸交通，供车辆和人通行，交通桥设在闸室下游侧，宽度7.9m。设有人行道。检修桥作用放置检修闸门，设置在闸墩上游端。8.2.5溢流面体型设计. 溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三部分组成。设计要求：1.由较高的流量系数，泄流能力大；2.水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；3.体型简单造价低、便于施工等。8.2.5.1顶部曲线段溢流坝顶部曲线是控制流量的关键部位，其形状多余锐缘堰泄流水舌下缘曲线相吻合，否则会导致泄流量减小或堰面产生负压。顶部曲线的型式很多，常用的有克奥曲线和WES曲线。本设计采用WES曲线，见图10。图10WES堰面曲线图根据《水工建筑物》P92页WES型堰顶下游段曲线，当坝体上游面为铅直时，按式（3—97）计算式中Hd—定型设计水头本设计为10m. 按上式算得坐标值表8-1所示：表8-1曲线坐标值表x/m0.20.40.60.81.01.21.41.6y/m0.00360.0130.02750.04670.0710.09890.1320.169根据表中数值可绘得堰顶下游曲线OC坡度m=0.7的下游直线段CD与曲线OC相切与C点。C点坐标Xc,YC可如下求得：对堰面曲线确定终点，对于WES型标准堰面其大致范围是：X=(-0.282—0.85)HdY=(0—0.37)Hd本设计取X取0.60HdX=6m则8.2.5.2中间直线段中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切。坡度初拟为i=1.28.2.5.3下游反弧段根据水力学可知实用堰常用反弧曲面与底板相接，反弧半径可R按下式计算。式中：上下游水位差Zmax=(451.52—430)=21.52Hd—定型设计水头R=(0.5—1.0)×(10+21.52)=（15.76—31.52）本设计取16m堰面曲线剖面图如图11所示：. 图11堰面曲线剖面图综合上述根据调洪演算可得控制段溢流堰为实用堰，堰顶高程439m，堰底部设置混凝土齿墙，堰高9m,底长23.08m，闸室底板高程430m,净宽18m,分两孔，中间设2m的闸墩，两侧边墩宽3m，控制段顶高程452.64m，控制段总宽26m，长31m,其后接10m长的导流段，使水流平稳的进入泄槽，工作闸门为2孔弧形闸门，在工作闸门前设检修闸门，为平板闸门，并分别在闸墩上设工作桥和检修桥。8.2.6泄槽段布置洪水经溢流堰后，多用泄水槽与消能设施连接。为不影响溢流堰的泄洪能力，此段纵坡常做成大于临界底坡的陡坡。破陡、流急是泄水槽的特点。槽内水流速度往往超过16—20。所以，防止和减小高速水流所引起的掺气、空蚀、冲击波和脉动等是泄槽段设计的关键。泄槽在平面上宜尽量成直线、等宽、对称布置，使水流平顺，避免产生冲击波等不良现象。但实际工程中受地形、地质条件的限制，有时泄槽很长，为减少开挖量或避开地质软弱带等，往往做成带收缩段和弯曲段的型式。泄槽纵剖面设计主要是决定纵坡。泄槽纵坡必须保证泄流时。溢流堰下为自由出流和槽中不发生水跃，使水流始终处于急流状态。因此，泄槽纵坡必须大于临界坡度。泄槽的横剖面，在基岩上接近矩形，以使水流分布均匀，有利于下游消能；在基上则采用梯形，但边坡不宜太缓，以防止水流外溢和影响流态，一般为1:1—1:1.5。初拟泄槽为矩形净宽20m，全长210m,初始段为42m的直线段，其后接转弯半径为503m，长度为168m的弯道,底坡i=0.3,考虑波动、掺气的影响以及超高要求，泄槽边墙起始点高. 7m,终点高5m,泄槽身全部为基岩开挖，左右边墙均采用贴坡式，每隔29.98m设置横缝，底板采用0.5m厚的钢筋混凝土护面板。根据水力学公式计算临界底坡：公式：运用迭代法计算hk设将作为初始值，代入下式式中m=0因与相等，停止迭代，则因为临界底坡<0.3所以所选底坡满足条件8.2.6.1计算泄槽起始断面水深由上述与调洪演算可知泄槽为矩形，底宽20m，底坡i=0.3，全长210m,钢筋混凝土护面板粗糙率n=0.014Q=1522.3m3/s。由《溢洪道设计规范》(SDJ341-89)按规范附1-13式得：. 式中q—计算断面单宽流量，m3/(s·m)；H0—计算断面渠底以上的总水头，m；H0=452.64-430=22.64m—泄槽底板与水平面的夹角，°；—考虑从进口到计算起始断面间沿程和局部阻力损失的流速系数，初步估算时，可取=0.95左右。本设计取0.928.2.6.2水面线计算将该陡槽段分为1—1、2—2、3—3、4—4、5—5、6—6断面，陡槽全长210m,每个断面间距34.5m如图12所示：图12泄槽断面示意图根据水力学公式进行计算：. 式中：初始断面1—1断面假定断面水深h=3.4m. 初始断面与1—1断面间距为34.5m与假设水深断面间距33.8m相近所以假设水深即为所求水深。同理求得2—2，3—3、4—4、5—5、6—6断面水深，如下表8-2所示：表8-2水面线计算成果表参数起始断面4.4288.428.843.065150.717.220.11315.1301—1断面3.46826.82.5413322.40.02825.633.82—2断面2.95825.82.25122.6526.250.045835.1634.553—3断面2.65225.22.06115.7729.2750.06443.7333.7. 4—4断面2.44824.81.93511131.710.08251.3335—5断面2.254524.51.84107.133.830.09758.3933.26—6断面2.1342.624.261.756103.9635.730.107965.1334.58.2.6.3计算泄槽的掺气水深当泄槽水流表面流速达到10m/s左右时，将发生水流掺气现象而使水深增加。掺气程度与流速、水深、边界糙率以及进口形状等因素有关，掺气水深ha的计算尚无理论公式，根据SL253—2000《溢洪道设计规范》规定：掺气水深按下列公式估算：式中、——泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，m；——不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s；——修正系数，可取1.0—1.4s/m，流速大者取大值。本设计1.4进口断面处式中出口断面处式中8.2.6.4泄槽边墙高度的确定泄槽边墙高度革命剧水深并考虑冲击波、弯道及水流掺气的影响，再加上一定的超高来确定边墙超高一般取0.5—1.5m。本设计取1m，厚度为1m。泄槽进口断面处边墙高度=5.5+1=6.5m本设计取7m。. 泄槽出口断面处边墙高度=3.2+1=4.3m本设计取5m。8.2.7出口消能和尾水渠根据地形条件和地址情况，选用挑流消能，它适用于较好的岩基或挑流冲刷坑对建筑物安全无影响时，可设置挑流鼻坎。挑坎末端做一道深齿墙，可以保护地基不被冲刷，其底部高程应位于冲刷坑可能影响的高程以下。为了防止小流量时产生贴流而冲刷挑坎底角，可在挑坎下游做一段护坦。挑坎上还常设置通气孔和排水孔，通气孔向水舌下补充空气，以免形成真空，影响挑距和造成结构空蚀。坎上排水孔排除反弧段积水；坎下排水孔排除渗流，降低齿墙后的渗透能力。当溢洪道下泄水流消能后不能直接泄入河道而造成危害时，应设置尾水渠，其作用是将消能后的水流安全送入下游河道。对挑流消能，也只有掌握下游尾水情况，才能正确估算下游冲刷坑的大小和深度，定出挑坎齿墙的埋置深度和结构尺寸。尾水渠应尽量利用天然冲刷沟或河沟使出口水流能平稳地归入原河道。8.2.7.1消能防冲设计挑流消能采用连续式挑流鼻坎，挑流反弧半径21m，挑坎高程370.19m，挑坎长15m,坎顶高程对应挑角23°，鼻坎下游15m范围内设0.5m厚的钢筋混凝土板防冲护坦。如图13所示：图13挑流鼻坎示意图计算水舌挑距：根据SL253—2000《溢洪道设计规范》(附1.24)式估算. 式中：L—水舌挑距g—为重力加速度v1—为坎顶水面速度，约为鼻坎处平均流速v的1.1倍—为挑射角度本设计取23°h—鼻坎上水深本设计取2.13m—为坎顶至河床面的高差本设计为2.3m解得L=122.6m计算冲刷坑深度：根据SL253—2000《溢洪道设计规范》(附1.25)式估算:式中T—自下游水面至坑底的最大水垫深度，m；q—单宽流量，m3/(s·m)；H—上下游水位差，m；H=452.64—363.73=88.91m—冲坑系数，坚硬完整的基岩K=0.9～1.2；坚硬但完整性较差的基岩K=1.2～1.5；软弱破碎，裂隙发育的基岩K=1.2～2.0。本设计取1.3综合上述挑流鼻坎最大单宽流量76m3/(s.m)，坎顶最大流速39.3m/s，经水力计算，最大挑距122.6m，相应冲坑深度34.7m，冲坑底部最低高程333m，不会危及建筑物的安全。8.2.7.2尾水渠设计考虑到溢洪道最小流量时，挑距变小，需设置尾水渠，尾水渠全部为基岩开挖,呈喇叭口型式，左边墙为半径为519m的圆心角为的圆弧段长度为138m,. 右边墙为直线扩散段长度89m,边墙高度为4m,尾水渠末端出口处与天然河道相接使水流能平稳地归入原河道。9坝基处理坝基开挖处理的目的是使堆石体在饱和及加荷载的各种条件下，地基具有比较高的抗剪强度，比较小的压缩变形，避免地基不均匀沉降而影响面板正常运行工作。岸坡段开挖与处理：为便于机械压实，使岸坡堆石填筑紧密，对坝肩两岸进行修整，坝轴线以上与趾板之间存在倒悬坡，对悬岩及高度不大于1米的陡坡均要削缓或用混凝土回填成斜坡。岸坡修整用预裂控制爆破方法使岩壁形成平顺的稳定边坡。当透水地基厚度小于15m时优一般先考虑开挖截水槽达弱风化基岩，浇筑混凝土垫层，或喷混凝土，进行固结灌浆，然后填筑截水墙。本设计可采用回填粘土截水槽方案，初拟粘土截水槽底部长23.32m，与粘土斜心墙相接。L土石坝设计计算书1洪水调节计算1.1防洪标准该工程主要建筑物级别为2级，根据《防洪标准》（GB50201-94）规定2级建筑物土石坝的防洪标准采用100年一遇设计，2000年一遇校核，水电站厂房防洪标准采用100年一遇设计，200年一遇校核。临时性建筑物防洪标准采用30年一遇标准。1.2设计洪水1.2.1设计洪峰流量本河流属典型山区河流，洪水暴涨暴落，根据资料统计分析得100年一遇设计洪峰流量为1760m3/s，2000年一遇校核洪峰流量为2580m3/s。1.2.2设计洪水过程线根据资料现有设计洪峰流量和坝址处水文站的单位洪水流量过程线，分别得设计洪水与校核洪水过程线。设计洪水过程线见下表1-1。表1-1鲤鱼塘坝址设计洪水过程线表. （1982年7月16日洪水）时间各频率(p%)流量值(m3/s)(h)0.050.10.20.5125116615213111310897.073.12104093284774265857645932190204018901660149013201100425802400221019601760156013005152014001290113010208967356134012301130995890786645714201310120010609478366868154014201300115010309057439171015801450128011401010827101520140012901130102089683511116010709858657746835611297689982772765057447113743684630554495437359145134724353823423022481540537334330127023819516348320295259232205168172942712492191961731421826724622519817815712919268247226199179158130202582382191911721521252124822821018416514612022240221203178160141116232121951801581411241022418717216014112611191.12513812711710392.081.266.7261521511461431411381322711111010710610510398.32880.480.077.475.273.872.769.62965.164.862.762.261.961.258.83082.482.079.474.373.872.668.61.2.3库容曲线表1-2水位库容曲线表. 高程（m）库容（亿m3）高程（m）库容（亿m3）354.30.000421.60.348369.80.017425.90.417378.50.029430.20.496395.70.096438.90.683404.40.153443.20.792413.00.235447.50.914417.30.286451.81.043得Z~V图：图1水位库容曲线图1.2.4调洪演算（1）调洪演算原理. 先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口下的泄洪能力，并做孔口泄洪能力表，再假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位，并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其他泄洪方案按同样的方法进行调洪演算，最后选定的方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，并最好与所给限制流量差值100m3/s以内。（2）孔口尺寸方案在不计入排沙放空洞泄流能力的情况下，溢洪道的孔口尺寸分别拟定了以下三组方案进行比较：方案12-8m×11m(孔数－宽×高，下同)方案22-9m×11m方案32-10m×12m初步拟定堰面采用WES曲线型实用堰堰顶高程439m，堰高9m，低堰，根据溢洪道的泄流能力按《溢洪道设计规范》(SDJ341-89)附1-4式计算，即　　　式中Q——流量，m3/s；B——溢流堰总净宽，m；H0——计入行近流速的堰上水头，m，对高堰H0=H；V0——行近流速，m/s；a0——动能修正系数，可近似地取为1；H——堰上水头，m，计算断面可取在堰前(3～6)H0处(下同)；g——重力加速度，9.8m/s2；m——流量系数，可在附表规范表A.2.1-中查出；C——上游面坡度影响修正系数，可在附表1-4中查出；当上游面为铅直时，C=1.0；——收缩影响系数，根据闸墩墩头形状及位置。闸墩厚度、闸孔数目、堰上水头及相对堰高等因素选定。初设时对高堰可取=0.90～0.97；对低堰可取=0.80～0.90；. ——淹没系数，视泄流的淹没程度参照有关水力计算手册等选用，不淹没时=1。取定型设计水头Hs=10m时，流量系数m=0.492，侧收缩系数ε=0.86，上游面坡度影响修正系数C=1.0，淹没系数σm=1.0，按照《溢洪道设计规范》（SL253—2000）表A.2.1-1规定WES实用堰系数表。规范表A.2.1-1溢洪道泄流量系数表H0/HsP1/Hs0.20.40.61.0≥1.330.40.4250.4300.4310.4330.4360.50.4380.4420.4450.4480.4510.60.4500.4550.4580.4600.4640.70.4580.4630.4680.4720.4760.80.4670.4740.4770.4820.4860.90.4730.4800.4850.4910.4941.00.4790.4860.4910.4960.5011.10.4820.4910.4960.5020.5071.20.4850.5000.4990.5060.5101.30.4960.4950.5000.5080.513注：此表摘自《溢洪道设计规范》（SL253—2000）代入下列公式计算：当堰顶水头为4m，孔宽为8m,净宽B=8×2=16m流量系数取0.431：当堰顶水头为4m，孔宽为9m,净宽B=9×2=18m流量系数取0.431:. 当堰顶水头为4m，孔宽为10m,净宽B=10×2=20m流量系数取0.431：当堰顶水头为5m，孔宽为8m,净宽B=8×2=16m流量系数取0.446：当堰顶水头为5m，孔宽为9m,净宽B=9×2=18m流量系数取0.446：当堰顶水头为5m，孔宽为10m,净宽B=10×2=20m流量系数取0.446：同理算得堰顶水头为6、7、8、9、10、11、12、13m的泄流量见下表1-3。表1-3鲤鱼塘水库泄洪设施不同方案的泄流能力曲线表堰顶水头H(m)库水位系数b=8m泄流量(m3/s)b=9m泄流量(m3/s)b=10m泄流量(m3/s)0.0439.00.00.00.00.04.0443.00.431210.0236.3262.55.0444.00.446304.0341.7379.76.0445.00.458410.0461.3512.57.0446.00.469529.0595.3661.48.0447.00.478658.9741.2823.69.0448.00.487771.4901.11001.210.0449.00.492947.71066.21184.711.0450.00.4971104.51242.51380.612.0451.00.5001266.11424.41582.613.0452.00.5021433.31612.41791.71.2.5利用半图解法进行调洪演算1.2.5.1方案一计算. 当（p=1%）孔宽为8m设计工况下计算表1-4：表1-4（p=1%）孔宽为8m设计工况下计算表水库水位(m)下泄流量总库容(万m3)堰顶以上库容(万m3)V/△t(m3/s)q/2(m3/s)V/t-q/2(m3/s)V/t+q/2(m3/s)4390.0672000.00.00.00.044025.96850130361.113.0348.2374.144173.271204001111.136.61074.51147.7442134.572004801333.367.21266.11400.6443210.0790011803277.8105.03172.83382.8444304.0825015304250.0152.04098.04402.0445410.0850017804944.4205.04739.45149.4446529.0875020305638.9264.55374.45903.4447658.9895022306194.4329.45865.06523.9448771.4930025807166.7385.76781.07552.4449947.7968029608222.2473.87748.48696.14501104.5982031008611.1552.28058.99163.44511266.11025035309805.6633.09172.510438.64521433.310560384010666.7716.69950.011383.3图2（p=1%）孔宽为8m设计工况水位流量曲线图. 图3（p=1%）孔宽为8m设计工况双辅助曲线图当（p=1%）孔宽为8m设计工况计算成果表1-5：表1-5（p=1%）孔宽为8m设计工况计算成果表时间t来水流量Q平均入库V/△t+q/2V/△t-q/2下泄流量qZ0000043911085454.0050.263.74439.142658383433.26403.7429.52440.073149010741477.741340.3137.44442.784176016252965.302771.2194.10444.575102013904161.203879.41281.79445.3268909554834.414469.08365.33446.047947918.55387.584939.99447.59447.3581030988.55928.495394.24649.55448.21911401085.06479.245829.69722.53448.651010201080.06909.696208.59848.5449.0211774897.07105.596383.06929.45449.3812650712.07095.066373.691007.8449.6213495572.56946.196241.11163.4450.3614342418.56659.605985.86981.36449.8115270306.06291.865681.54721.37449.23. 16232251.05932.545397.44705.09448.4617196214.05611.445128.52673.74447.5518178187.05315.524879.3610.32447.4319179178.55057.84660.79535.10447.1320172175.54836.294470.70482.92446.3821165168.54639.24301.56436.22445.6122160162.54464.064151.26397.01445.2223141150.54301.764007.0365.59444.8724126133.54140.53860.62337.64444.742592109.03869.623705.50312.8443.5726141116.53822.03571.49279.88443.4327105123.03694.493455.74250.51443.062873.889.43545.143320.17224.97443.052961.967.853388.023177.54210.48442.933073.867.853245.393040.62204.77442.32由表可知在12—13时段间流量最大为1163.4,因此当（p=1%）孔宽为8m时库水位为450.36m。当（p=0.05%）孔宽为8m的校核工况计算表1-6：表1-6（p=0.05%）孔宽为8m校核工况计算表水库水位(m)下泄流量总库容(万m3)堰顶以上库容(万m3)V/△t(m3/s)q/2(m3/s)V/t-q/2(m3/s)V/t+q/2(m3/s)4390.0672000.00.00.00.044025.96850130361.113.0348.2374.144173.271204001111.136.61074.51147.7442134.572004801333.367.21266.11400.6443210.0790011803277.8105.03172.83382.8444304.0825015304250.0152.04098.04402.0445410.0850017804944.4205.04739.45149.4446529.0875020305638.9264.55374.45903.4. 447658.9895022306194.4329.45865.06523.9448771.4930025807166.7385.76781.07552.4449947.7968029608222.2473.87748.48696.14501104.5982031008611.1552.28058.99163.44511266.11025035309805.6633.09172.510438.64521433.310560384010666.7716.69950.011383.3图4（p=0.05%）孔宽为8m校核工况水位流量曲线图. 图5（p=0.05%）孔宽为8m校核工况双辅助曲线图当（p=0.05%）孔宽为8m的校核工况计算成果表1-7：表1-7（p=0.05%）孔宽为8m校核工况计算成果表时间t来水流量Q平均入库V/△t+q/2V/△t-q/2下泄流量qZ000004391166838377.255.75439.2221040603680.25635.63166.88440.423219016152250.632083.75313.47444.094258023854468.754155.28592.22445.475152020506205.285613.08795.29446.486134014307043.086327.39900.84447.237142013807707.396912.101088.68448.388154014808392.107491.261165.22449.249171016259116.268027.581243.34450.3710152016159642.588477.361362.86451.7811116013409817.368525.741479.0452.271297610689697.998252.631290.34451.71137438599385.247871.011187.25451.32145136288880.637438.741172.25450.64154054598330.017003.321132.61449.35163483767815.246577.871009.62448.46172943217324.326162.88972.56447.77182672806858.375791.06891.27447.3219268267.56430.385493.52811.92446.84202582636054.065242.28746.45446.24212482535746.525023.11695.49445.79222402445486.284823.37639.49445.41. 232122265249.114630.82504.24444.8324187199.55022.874433.82463.17444.5225138162.54793.324249.74392.05443.85261521454578.824079.15329.08443.2327111131.54381.243891.80283.05442.782880.495.74174.853789.3263.65442.452965.172.753964.553700．9246.14442.343082.473.753774.653528.51225.72442.26由表可知在11—12时段间流量最大为1479，因此当（p=0.05%）孔宽为8m时库水位为452.27m。1.2.5.2方案二计算当（p=1%）孔宽为9m时设计工况下计算表1-8：表1-8（p=1%）孔宽为9m设计工况计算表水库水位(m)下泄流量总库容(万m3)堰顶以上库容(万m3)V/△t(m3/s)q/2(m3/s)V/t-q/2(m3/s)V/t+q/2(m3/s)4390.0672000.00.00.00.044029.16850130361.114.6346.6375.744182.471204001111.141.21069.91152.3442151.372004801333.375.61257.71409.0443236.3790011803277.8118.23159.63395.9444341.7825015304250.0170.84079.24420.9445461.3850017804944.4230.64713.85175.1446595.3875020305638.9297.65341.25936.5447741.2895022306194.4370.65823.86565.0448901.1930025807166.7450.66716.17617.24491066.2968029608222.2533.17689.18755.3. 4501242.2982031008611.1621.17990.09232.24511424.21025035309805.6712.29093.410517.84521612.410560384010666.7806.29860.511472.9图6（p=1%）孔宽为9m设计工况水位流量曲线图图7（p=1%）孔宽为9m设计工况双辅助曲线图. 当（p=1%）孔宽为8m设计工况计算成果表1-9：表1-9（p=1%）孔宽为9m设计工况计算成果表时间t来水流量Q平均入库V/△t+q/2V/△t-q/2下泄流量qZ0000043911085454.0049.824.18439.142658383432.82399.8033.02440.073149010741473.801319.73154.07442.034176016252944.732727.73289.37443.765102013904117.733807.20423.37444.6968909554762.204366.38544.65445.477947918.55284.884804.26768.46446.1281030988.55792.765222.76945.32447.43911401085.06307.765626.281037.33448.541010201080.06706.285943.611123.02449.2611774897.06840.616057.531257.3450.112650712.06769.535997.251128.14449.6713495572.56569.755827.831010.3448.3414342418.56246.335579.11954.76447.2615270306.05885.115298.85891.63446.5316232251.05549.855022.60801.83446.1817196214.05236.604764.48741.92445.7418178187.04951.484525.64667.22445.0919179178.54704.144317.52586.26444.7020172175.54493.024139.88527.25444.1021165168.54308.383978.25472.12443.7222160162.54140.753827.86425.84443.4123141150.53978.363682.17386.62443.0124126133.53815.673536.21353.14444.742592109.03645.213383.27312.89443.5726141116.53499.773252.79279.46443.4327105123.03375.793140.35246.98443.10. 2873.889.43229.753000.56235.44442.922961.967.853086.412846.12222.29442.833073.867.852913.972698.29215.68442.75由表可知在11—12时段间流量最大为1257.3，因此当（p=1%）孔宽为9m时库水位为450.1m。当（p=0.05%）孔宽为9m时校核工况计算表1-10：表1-10（p=0.05%）孔宽为9m时校核工况计算表水库水位(m)下泄流量总库容(万m3)堰顶以上库容(万m3)V/△t(m3/s)q/2(m3/s)V/t-q/2(m3/s)V/t+q/2(m3/s)4390.0672000.00.00.00.044029.16850130361.114.6346.6375.744182.471204001111.141.21069.91152.3442151.372004801333.375.61257.71409.0443236.3790011803277.8118.23159.63395.9444341.7825015304250.0170.84079.24420.9445461.3850017804944.4230.64713.85175.1446595.3875020305638.9297.65341.25936.5447741.2895022306194.4370.65823.86565.0448901.1930025807166.7450.66716.17617.24491066.2968029608222.2533.17689.18755.34501242.2982031008611.1621.17990.09232.24511424.21025035309805.6712.29093.410517.84521612.410560384010666.7806.29860.511472.9. 图8（p=0.05%）孔宽为9m校核工况水位流量曲线图图9（p=0.05%）孔宽为9m校核工况双辅助曲线图当（p=0.05%）孔宽为9m时校核工况计算表1-11：表1-11（p=0.05%）孔宽为9m时校核工况计算成果表时间t来水流量Q平均入库V/△t+q/2V/△t-q/2下泄流量qZ. 000004391166838376.576.43439.2321040603679.57629.6149.96440.453219016152244.612057.56187.05442.654258023854442.564097.43644.27445.235152020506147.435503.17797.15445.876134014306933.176163.02885.72446.337142013807516.026630.20972.63447.358154014808110.307137.671165.22448.439171016258762.677693.751253.05449.2410152016159308.758055.701456.95450.0211116013409395.708130.331522.3451.521297610689198.337968.631432.76450.43137438598828.137735.051265.37450.12145136288363.057353.751229.43449.76154054597812.756883.281093.08449.32163483767259.786413.001009.30448.94172943216734.005967.12929.47448.65182672806247.625580.10846.78448.1719268267.55847.605267.95766.88446.86202582635530.955007.02667.52446.49212482535260.024783.77579.65445.88222402445027.774589.83476.25445.46232122264815.834411.50404.33444.5224187199.54611.004239.15339.87444.2525138162.54401.654061.93319.7443.98261521454206.933887.23300.35443.7927111131.54018.733718.39279.3443.412880.495.73814.093534.79258.06443.212965.172.753607.543349.48239.11443.023082.473.753423.233184.12225.72442.26由表可知在11—12时段间流量最大为1522.3，库水位为451.52m,因此当（p=0.05%）孔宽为9m时库水位为451.52m。. 1.2.5.3方案三计算当（p=1%）孔宽为10m设计工况下计算表1-12：表1-12（p=1%）孔宽为10m设计工况计算表水库水位(m)下泄流量总库容(万m3)堰顶以上库容(万m3)V/△t(m3/s)q/2(m3/s)V/t-q/2(m3/s)V/t+q/2(m3/s)4390.0672000.00.00.00.044032.46850130361.116.2344.9377.344191.571204001111.145.81065.41156.9442168.272004801333.384.11249.21417.4443262.5790011803277.8131.23146.53409.0444379.7825015304250.0189.84060.24439.9445512.5850017804944.4256.24688.25200.7446661.4875020305638.9330.75308.25969.6447823.6895022306194.4411.85782.66606.24481001.2930025807166.7500.66666.17667.34491184.7968029608222.2592.47629.98814.64501380.6982031008611.1690.37920.89301.44511582.61025035309805.6791.39014.310596.94521791.710560384010666.7895.89770.811562.5图10（p=1%）孔宽为10m设计工况水位流量曲线图. 图11（p=1%）孔宽为10m设计工况双辅助曲线图当（p=1%）孔宽为10m时设计工况计算表1-13：表1-13（p=1%）孔宽为10m时设计工况计算成果表时间t来水流量Q平均入库V/△t+q/2V/△t-q/2下泄流量qZ0000043911085454.0049.364.64439.142658383432.36395.7936.57440.073149010741469.791299.11170.68442.034176016252924.112684.57338.17443.765102013904074.573736.40433.64444.6968909554691.404267.80509.99445.477947918.55186.304676.31768.46446.1281030988.55664.815062.43879.98447.43911401085.06147.435440.721054.56448.541010201080.06520.725718.901217.21449.2611774897.06615.905790.681377.1450.0312650712.06502.685705.461284.57449.4713495572.56277.965537.991195.06448.7814342418.55956.495297.631020.0447.2615270306.05603.635013.10923.74446.7516232251.05264.104739.32801.83446.2117196214.04953.224484.00797.22445.72. 18178187.04671.004250.96658.86445.1819179178.54429.464050.95590.53444.6920172175.54226.453871.02534.78444.1221165168.54039.523705.34469.32443.8022160162.53867.843553.18412.04443.6123141150.53703.683407.68334.38443.4524126133.53541.183263.65314.66443.282592109.03372.653111.87296.0443.1226141116.53228.372974.42277.53442.9827105123.03097.422849.67260.78442.842873.889.42939.072698.82247.75442.762961.967.852766.672543.58232.09442.673073.867.852602.432378.12224.31442.59由表可知在11—12时段间流量最大为1377.1,因此当（p=1%）孔宽为10m时库水位为450.03m。当（p=0.05%）孔宽为10m校核工况下计算表1-14：表1-14（p=0.05%）孔宽为10m校核工况计算表水库水位(m)下泄流量总库容(万m3)堰顶以上库容(万m3)V/△t(m3/s)q/2(m3/s)V/t-q/2(m3/s)V/t+q/2(m3/s)4390.0672000.00.00.00.044032.46850130361.116.2344.9377.344191.571204001111.145.81065.41156.9442168.272004801333.384.11249.21417.4443262.5790011803277.8131.23146.53409.0444379.7825015304250.0189.84060.24439.9445512.5850017804944.4256.24688.25200.7446661.4875020305638.9330.75308.25969.6447823.6895022306194.4411.85782.66606.24481001.2930025807166.7500.66666.17667.34491184.7968029608222.2592.47629.98814.64501380.6982031008611.1690.37920.89301.44511582.61025035309805.6791.39014.310596.94521791.710560384010666.7895.89770.811562.5. 图12（p=0.05%）孔宽为10m校核工况水位流量曲线图图13（p=0.05%）孔宽为10m校核工况双辅助曲线图当（p=0.05%）孔宽为10m校核工况下计算成果表1-15：表1-15（p=0.05%）孔宽为10m校核工况计算成果表时间t来水流量Q平均入库V/△t+q/2V/△t-q/2下泄流量qZ000004391166838375.877．13439.22. 21040603678.87623.6155．26440.873219016152238.612031.53207．08443.974258023854416.534039.49691．95446.185152020506089.495397.54843.37447.726134014306827.545966.89959.97448.237142013807346.896399.321186.32449.038154014807879.326844.211276.50449.709171016258469.217339.751364.48450.1710152016158954.757713.651512.47450.7511116013409053.657772.751632．4451.21297610688840.757645.531428.36450.53137438598505.037369.841263.06450.12145136287997.846943.771114.44449.35154054597402.776445.851034.84448.73163483766822.355962.571003.03448.28172943216283.575542.17956.92447.75182672805822.675189.72859.78447.2019268267.55457.224895.04741.40446.49202582635158.044652.99632.95445.80212482534905.994444.93562.18445.33222402444688.934265.76505.03444.94232122264491.764103.01461.06444.6124187199.54302.513938.43423.17444.3225138162.54100.933759.77388.75443.8626152145.03904.773585.91318.86443.7927111131.53717.413419.85297.56443.302880.495.73515.553240.94274.61443.1032965.172.753313.693055.70257.99442.953082.473.753129.452880.19249.26442.86由表可知在11—12时段间流量最大为1632.4,因此当（p=0.05%）孔宽为10m时库水位为451.2m。调洪演算成果表1-16：表1-16调洪演算成果表. 方案堰顶高程△z（m）孔宽B（m）工况最大下泄流量Q（m3/s）库水位Z（m）一439m8m设计1163.4450.36校核1479.0452.27二439m9m设计1257.3450.10校核1522.3451.52三439m10m设计1377.1450.03校核1632.4451.2由表可知，各孔口方案对应的校核洪水位相差较大，因坝高是由校核水位情况控制，所以增大孔口尺寸不能降低坝高，相应会使溢洪道规模加大，投资上升，而减小孔口尺寸则须增加坝高，溢洪道投资的减少则有限，故选定的孔口尺寸为2孔9m×11m(宽×高)。设计水位450.1m，校核水位451.52m，设计泄洪流量1257.3m3/s校核泄洪流量1522.3m3/s。2渗流计算2.1计算方法选择水力学方法解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近视解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等，大坝地质剖面图见图14，渗流示意图见图15。图14大坝地质剖面图. 图15渗流示意图由于鲤鱼塘水库从组成库盆的岩性特征分析,其透水性较弱，结合库区无大的断裂构造通过，裂隙多闭合，且连通性较差等构造特征，表明库区不存在连续的渗透途径;地形完整，防渗条件较好，故此可把地基初拟为不透水地基。通过防渗体流量：通过防渗体后渗流量：其中：q1——通过放身体的渗流量；q2——通过防渗体后的渗流量；K1—防渗体心墙土料的渗透系数，4.317×10-8m/s；H1——上游水深；H——逸出水深；tc——防渗体心墙的平均厚度；K2——坝壳土料的渗透系数，2×10-4m/s；H2——下游水深；假设：①不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；. ②由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水位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，此时实际上不是平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下0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。计算断面及计算情况的选择对河床中间断面I—I及左右对称的两典型断面II—II、III—III进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水及设计洪水的工况进行。2.2计算中间断面I—II—I断面图图16如下：图16I—I断面示意图断面的防渗体心墙的平均厚度：Ⅰ-Ⅰ断面tc=＝20.16mL=235.65m正常蓄水位的计算如下：. 联立两式解得：设计水位的计算如下：联立两式解得：2.3计算断面II—IIII—II断面图图17如下：图17II—II断面示意图断面的防渗体心墙的平均厚度：II—II断面tc==14.3mL=143.85m正常蓄水位的计算如下：联立两式解得：设计水位的计算如下：. 联立两式解得：2.4计算断面III—IIIIII—III断面图图18如下：图18III—III断面示意图断面的防渗体心墙的平均厚度：III—III断面tc==13.31mL=127.94m正常蓄水位的计算如下：联立两式解得：设计水位的计算如下：联立两式解得：2.5计算总渗流量正常蓄水位的总渗流量：. =332.5m3/d设计水位的总渗流量：=352.9m3/d渗流计算成果见表2-1：表2-1渗流计算成果见表计算工况计算项目正常蓄水位设计洪水位上游水深H1（m）Ⅰ-Ⅰ100.0101.52Ⅱ-Ⅱ62.063.42Ⅲ-Ⅲ55.456.82下游水深H2(m)Ⅰ-Ⅰ12.3613.03Ⅱ-Ⅱ00Ⅲ-Ⅲ00逸出水深H(m)Ⅰ-Ⅰ13.3213.97Ⅱ-Ⅱ2.8852.952Ⅲ-Ⅲ2.5212．585渗流量q（10-6m3/s.m）Ⅰ-Ⅰ10.410.8Ⅱ-Ⅱ5.7896.057Ⅲ-Ⅲ4.4185.224总渗流量Q（m3/d）332.5352.93稳定计算3.1计算方法按施工期、稳定渗流期、库水位降落期三个控制时期核算土石坝的稳定。心（斜心）墙坝的上下游坝坡滑动时形成折线滑动面.部分浸水的非粘土坝坡，由于水位上下的土料容重不同，有水时j、C值也有所降低，此时坝坡失稳时最可能的滑动面近乎折线。本设计施工期计算时土条重为实重，水位以上为天然容重，以下为浮容重。稳定渗流期土条为浸润线至下游水位之间的饱和容重。如下图图19所示。. 图19折线滑动面示意图按公式为：式中：W1、W2为滑动土体的的重量P1为滑契间的相互作用力K为安全系数与为抗剪强度指标根据实验得取36.5º、任意假定在图中量得在上述计算式中W1、W2为土块面积乘以容重，因为是无粘性土料所以根据说明书表6-1所示湿容重取19.5KN/m3，干容重取18.65KN/m3，浮容重取11.9KN/m3，、是任意假定的。设计中位简化程序起见，还进行了以下假定：1）上游坝坡稳定渗流期与水位降落期与施工期折点滑动面的按折点在水位下，下游坝坡均在折点在水位以上；2）画面ED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，但总体影响不太大，近似计算中可以忽略。当满足判断条件P1=P2并且算出最小安全系数。各种工况下的水位. 上游坡：1）施工期水位在1/3坝高处水深H=36m2)水位降落期H=60m3)稳定渗流期H=100m下游坡：1)稳定渗流期（正常）H=100m2)稳定渗流期（设计）H=100.1m3)稳定渗流期（校核）H=101.52m由于本坝址的地震烈度为6度较小，可近似忽略不计各工况水位如下表3-1所示：表3-1各工况水位表部位计算工况上游水位（m）下游水位（m）上游坡施工期1/3坝高386362.36稳定渗流期450362.36水位降落期410355.3下游坡稳定渗流期（正常）450362.36稳定渗流期（设计）450.1363.03稳定渗流期（校核）451.2363.733.2上下游坝坡折线滑动法计算各种工况3.2.1上游坡：. 上游坡施工期1/3坝高如图20所示：图20上游坡施工期1/3坝高示意图代入下列公式：代入公式得式中：W1=280.06×18.65.=5233.2KNW2=239.06×18.65=4458.48KNP1为滑契间的相互作用力K为安全系数与为抗剪强度指标根据实验得取36.5º、在图上量得为29º，12º选定的滑块满足判断条件P1=P2联立两式简化得4.80K2-9.57K+1=0解得K=1.88上游稳定渗流期如图21所示：. 图21上游坡稳定渗流期示意图带入下列公式：代入公式得式中：W1=18.65×38.67+2092.91×11.9=25626.86KNW2=2313.4065×11.9=27529.53KNP1为滑契间的相互作用力K为安全系数与为抗剪强度指标根据实验得取36.5º、在图上量取为31º、11º联立两式化简得6.04K2—10.93K+1=0解得K=1.71上游坡水位降落期如图22所示：. 图22上游坡水位降落期示意图代入下列公式：代入公式得式中：W1=18.65×1482.7798+195.1789×11.9=29976.48KNW2=2711.9675×11.9=32272.41KNP1为滑契间的相互作用力K为安全系数与为抗剪强度指标根据实验得取36.5º、在图上量得为32º，14º选定的滑块满足判断条件P1=P2联立两式简化得5.40K2-10.63K+1=0解得K=1.863.2.2下游坡：下游坡稳定渗流期（正常水位）如图23所示：. 图23下游坡稳定渗流期（正常水位）示意图代入下列公式：代入公式得式中：W1=2609.46×18.65=48666.47KNW2=2159.75×18.65+349.67×11.9=4440.39KNP1为滑契间的相互作用力K为安全系数与为抗剪强度指标根据实验得取36.5º、在图上量得为33º，8º选定的滑块满足判断条件P1=P2联立两式简化得3.26K2-7.2K+1=0解得K=2.05下游坡稳定渗流期（设计水位）如图24所示：. 图24稳定渗流期（设计水位）示意图代入下列公式：代入公式得式中：W1=2149.085×18.65=40080.45KNW2=1737.25×18.65+234.25×11.9=35187.51KNP1为滑契间的相互作用力K为安全系数与为抗剪强度指标根据实验得取36.5º、在图上量得为30º，11º选定的滑块满足判断条件P1=P2联立两式简化得4.3K2-8.98K+1=0解得K=1.96稳定渗流期（校核水位）如图25所示：. 图25稳定渗流期（校核水位）示意图代入下列公式：代入公式得式中：W1=2609.46×18.65=48666.47KNW2=2159.75×18.65+349.67×11.9=4440.39KNP1为滑契间的相互作用力K为安全系数与为抗剪强度指标根据实验得取36.5º、在图上量得为29º，12º选定的滑块满足判断条件P1=P2联立两式简化得4.3K2-8.39K+1=0解得K=1.82. 按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）表8.3.10规定，本工程大坝属2级建筑物，坝坡稳定安全系数应不小于如下表所示：规范表8.3.10坝坡抗滑稳定最小安全系数表运用条件工程等级1234、5正常运用条件1.51.351.31.25非常运用条件I1.31.251.21.15非常运用条件Ⅱ1.21.151.151.1注：此表摘自《溢洪道设计规范》（SL253—2000）大坝上下游坝坡稳定计算成果如下表3-2所示：表3-2大坝上下游坝坡稳定计算成果表部位计算工况最小安全系（Kmin）规范值上游坡施工期1/3坝高1.881.35稳定渗流期1.711.35水位降落期1.861.25下游坡稳定渗流期（正常）2.051.35稳定渗流期（设计）1.961.35稳定渗流期（校核）1.821.254泄槽水面线计算4.1计算泄槽起始断面水深. 由上述与调洪演算可知泄槽为矩形，底宽20m，底坡i=0.3，全长210m,钢筋混凝土护面板粗糙率n=0.014Q=1522.3m3/s。由《溢洪道设计规范》(SDJ341-89)按规范附1-13式得：式中q—计算断面单宽流量，m3/(s·m)；H0—计算断面渠底以上的总水头，m；H0=452.64-430=22.64m—泄槽底板与水平面的夹角，°；—考虑从进口到计算起始断面间沿程和局部阻力损失的流速系数，初步估算时，可取=0.95左右。本设计取0.924.2计算泄槽水面线将该陡槽段分为1—1、2—2、3—3、4—4、5—5、6—6断面，陡槽全长210m,每个断面间距34.5m见下图图26。图26泄槽断面示意图根据水力学公式进行计算：. 式中：初始断面1—1断面假定断面水深h=3.4m. 初始断面与1—1断面间距为34.5m与假设水深断面间距33.8m相近所以假设水深即为所求水深。同理求得2—2，3—3、4—4、5—5、6—6断面水深，如下表4-1所示：表4-1水面线水深计算表参数起始断面4.4288.428.83.065150.717.220.11315.1301—1断面3.46826.82.5413322.40.02825.633.8. 2—2断面2.95825.82.25122.6526.250.045835.1634.553—3断面2.65225.22.06115.7729.2750.06443.7333.74—4断面2.44824.81.93511131.710.08251.3335—5断面2.254524.51.84107.133.830.09758.3933.26—6断面2.1342.624.31.756103.9635.730.107965.1334.55计算泄槽的掺气水深当泄槽水流表面流速达到10m/s左右时，将发生水流掺气现象而使水深增加。掺气程度与流速、水深、边界糙率以及进口形状等因素有关，掺气水深ha的计算尚无理论公式，根据SL253—2000《溢洪道设计规范》规定：掺气水深按下列公式估算：式中、——泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，m；——不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s；——修正系数，可取1.0—1.4s/m，流速大者取大值。本设计1.4进口断面处式中出口断面处式中. 6消能计算挑流消能采用连续式挑流鼻坎，挑流反弧半径21m，挑坎高程370.19m，挑坎长15m,坎顶高程对应挑角23°，鼻坎下游15m范围内设0.5m厚的钢筋混凝土板防冲护坦。如图27所示：图27挑流鼻坎示意图计算水舌挑距：根据SL253—2000《溢洪道设计规范》(附1.24)式估算式中：L—水舌挑距g—为重力加速度v1—为坎顶水面速度，约为鼻坎处平均流速v的1.1倍—为挑射角度本设计取23°h—鼻坎上水深本设计取2.13m—为坎顶至河床面的高差本设计为2.3m解得L=122.6m计算冲刷坑深度：. 根据SL253—2000《溢洪道设计规范》(附1.25)式估算式中T—自下游水面至坑底的最大水垫深度，m；q—单宽流量，m3/(s·m)；H—上下游水位差，m；H=452.64—363.73=88.91m—冲坑系数，坚硬完整的基岩K=0.9～1.2；坚硬但完整性较差的基岩K=1.2～1.5；软弱破碎，裂隙发育的基岩K=1.2～2.0。本设计取1.3致谢在四年的大学学习期间，得到了众多老师、同学和亲友的帮助、支持和关心。藉此论文完成之际，即将告别母校之时，想对你们说声：“谢谢！”本文是在指导老师张萍的细心指导下完成的，老师的言传身教，让我受益匪浅。这一过程中，他严谨的治学精神，精益求精的工作作风，不断地教育和激励着我，并且在整个毕业设计过程中，老师不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。感谢三峡大学图书馆为我提供大量的资料，让我的毕业论文得以顺利的完成。完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。最后，我诚挚的对我的老师表示感谢，谢谢你们一直在我身边，鼓励我，支持我，一直伴我成长。. 参考文献[1]林继镛,水工建筑物第5版,北京，中国水利水电出版社,2009:89-102,215-290,353-380,444-463.[2]林昭著,碾压式土石坝,郑州，黄河水利出版社,2003.[3]左东启,顾兆勋，王文修，水工设计手册第4卷,北京，中国水利水电出版社,2009.12：4-120.[4]李振斌,刘华斌，工程CAD技术及应用,北京，中国水利水电出版社,2005.[5]周之豪,水利水能规划,北京，中国水利水电出版社,1997.5.[6]吴持恭,水力学第4版,北京，高等教育出版社,2008.1：215-263，292-313.[7]王柏乐,中国当代土石坝工程,北京，中国水利水电版社，2004.[8]中华人民共和国水利部，SL274-2001碾压式土石坝设计规范,北京，中国水利水电出版社,1999.[9]中华人民共和国水利部，SL265-2001水闸设计规范,北京，中国水利水电出版社,2001.[10]中华人民共和国水利部，SL253-2000溢洪道设计规范,北京，中国水利水电出版社,2000.[11]中华人民共和国水利部，SL203-97水工建筑物抗震设计规范,北京，中国水利水电出版社,1997.[12]中华人民共和国水利部，SL73.1-95水利水电工程制图标准-基础制图,北京，. 中国水利水电出版社,1995.[13]中华人民共和国水利部，SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准,北京，中国水利水电出版社,2000.[14]中华人民共和国水利部，SL266-2001水电站厂房设计规范,北京，中国水利水电出版社,2001.[15]中华人民共和国水利部，SL279-2002水工隧洞设计规范,北京，中国水利水电出版社,2002..'