水利水电毕业设计开题报告

二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述） ： 应力计算和稳定分析作为重力坝优化设计的主要内容,寻求解决坝体安全稳定和 工程经济的矛盾, 提供设计快捷、施工方便、经济合理的途径。混凝土重力坝应力计 算是在坝体断面拟定后, 为设计、施工中确定坝体纵缝形式和位置、钢筋布置、解决 坝体分区等提供依据判定坝体在运用期和施工期是否满足强度要求, 并作为稳定分 析的基础。目前重力坝设计采用材料力学法计算截面应力, 并规定相应的应力判别准 则; 高混凝土重力坝设计中计算应力、变形和稳定分析广泛采用有限元法, 但目前采 用的有限元法计算求解大坝应力、变形和坝基稳定问题尚无成熟经验, 且易产生坝踵 应力变异, 也没有相应的规范固定, 滑移失稳破坏的判据和相配套的安全系数均无 统一规定, 多局限于线弹性分析。计算经验也表明用材料力学法计算的应力在坝体上 部比较准确,对中低坝一般只用该方法即可。有限元等效应力法可以得到比较稳定的 坝踵应力值, 解决有限元法计算时坝踵应力随网格的变化而变化的问题, 成为发展 和应用的趋势。稳定分析主要是抗滑稳定, 并以刚体极限平衡法为主, 辅以有限元分 析或模型试验; 验算的安全系数以整体安全度为主, 辅以局部安全度的检查, 采用 的安全度标准比正常条件下的安全度要求予以提高。应用可靠度理论进行重力坝深层 抗滑稳定分析是可行并有效的; 而分项系数极限状态设计方法各种分项系数都是根 据可靠度理论并与规定的目标可靠指标相联系, 经优选而确定的, 反映了规定的可 靠度水平, 是新规范推荐的方法。 1、优化设计原则 优化设计是基于应力计算和稳定分析, 在满足强度和稳定要求下, 减少工程量、 便于工程施工。重力坝的基本断面是三角形, 控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度 要求, 它们相互矛盾和联系, 重力坝基本断面应满足三个原则: 坝体的抗滑稳定必 须满足规范规定的安全系数; 坝体的应力必须满足规范的要求; 在给定的设计参数 和施工条件下, 坝体基本断面的面积最小或接近于最小。 2、优化设计参数 根据调洪演算、流域规划、坝基实际等可确定的设计常量有坝高、最高蓄水位、 扬压力折减系数、坝体孔口结构、坝体与基面的摩擦系数、坝体与基面的凝聚力等。 设计变量有下游折坡点位置、上游折坡点位置、上游坡率、下游坡率、坝底宽度等。 根据《规范》要求应力约束应满足: ( 1) 采用有限单元法时, 坝基上游面计扬压力 时, 拉应力区宽度宜小于坝底宽度的0. 07 倍( 垂直拉应力分布宽度/ 坝底面宽度) 或坝踵至帷幕中心线的距离; 坝体上游面计扬压力时拉应力区宽度宜小于计算截面 宽度的0. 07 倍或计算截面上游面至排水孔中心线的距离。( 2) 采用材料力学法, 坝 基面应力控制指标运用期规定下游边缘最大垂直正应力应小于基岩容许压应力, 上 游边缘最小垂直正应力应大于零、施工期下游基面的垂直应力可允许有不大于0. 1 MPa 的拉应力。坝体应力控制指标运用期上游面的最小主应力计入扬压力时要求大于 零, 不计扬压力时应大于0. 25~ 0. 4 的坝面计算机点的静水头, 坝体内部不允许出 现拉应力, 坝体下游面的最大主压应力不大于混凝土的容许压应力; 施工期坝体主 应力不应大于混凝土的容许压应力, 但下游面可有不大于0. 2 MPa 的主拉应力。稳 定约束应满足抗滑和抗倾, 特别是抗倾的要求,抗滑稳定安全系数按上述方法确定。 3、优化设计思路 坝基面抗滑稳定安全系数和上游坝踵拉应力这两项受上游坝坡的影响很大, 而 且其影响规律相反, 要反复试算多次。这两项指标很敏感地影响坝体断面和工程量, 大多数设计者在设计中小型重力坝时仍采用人工试算的办法, 使坝体积比最优解高 出很多, 设计断面并非最优。为便于手算或编制程序很快地求得重力坝基本断面的最 优解, 根据重力坝设计规范关于稳定和应力的要求, 考虑坝体断面积最小和便于施
工等因素, 采用优化设计方法, 运用非线性数学规划求解最佳坝体断面: 建立数学 模型, 抓住主要影响因素将实际问题转化为数学问题; 选择合理有效的优化算方法; 编制计算程序求解。 根据稳定和应力的要求, 考虑坝体断面积最小和便于施工等因素, 采用优化设计 方法, 运用非线性数学规划求解最佳坝体断面, 编制计算程序进行循环求解, 可开 发中小型重力坝基本断面的最优解可视化软件。目前常用的算法有直接处理约束的方 法, 如可行方向法、最速下降法、梯度投影法等, 这类方法需要求函数的导数; 线性 规划法逐次逼近法, 如割平面法、序列线性规划法等; 将约束优化问题转化为一系列 无约束优化问题求解法; 直接搜索的方法, 如网格法、单纯形法、复形法等, 其特点 是直接比较和利用各设计点的目标函数和约束函数本身的数值来进行搜索, 适用于 计算导数有困难的问题, 逻辑结构简单、直观性强、易于程序化, 并且应用时准备工 作较少, 也减少出错的机会。 将材料力学法和有限元等效应力法相结合, 对坝体应力计算采用材料力学法, 对坝基采用有限元等效应力法, 从而使应力数值解趋于稳定、计算结果精确、抗滑定 性分析更为全面, 使计算过程简单化和计算结果精确化。稳定分析主要是抗滑稳定， 并以刚体极限平衡法为主, 辅以有限元分析或模型试验; 验算的安全系数以整体安 全度为主, 辅以局部安全度的检查。针对中小型混凝土重力坝, 将坝体应力计算和稳 定分析有机结合, 采用优化设计方法, 运用非线性数学规划, 通过计算机编程, 对 传统坝体优化设计中只计算边缘应力进行改进, 实现应力计算全面化、可视化, 不仅 利于坝体的强度校核和稳定分析, 还对坝体的分区、分缝等设计提供依据, 综合考虑 各种地基、地质因素, 实现坝体优化设计的可视化。
毕业设计(论文（下坝线、砼实体重力坝设计方案）
课 题 类 别： 学 生 姓 名： 学 班 号： 级：
设计 *** 2009*** 水电***班 水利水电工程 ***
专业（全称） ： 指 导 教 师：
2013 年 3 月
一、 本课题设计（研究）的目的： 毕业设计的主要目的和作用： 1、通过本次设计,使学生更加深刻的掌握专业知识,以及设计的流程； 2、培养我们调查研究、查阅技术文献和资料及编写技术文档的能力； 3、能过设计成果的整理与修改，培养我们在计算、识图、手工绘图、编写设计 文件及应用计算机的综合能力； 4、通过本次毕业设计，培养我们综合运用所学知识解决实际工程技术问题的能 力；培养我们独立思考、解决问题和独立工作能力； 5、提高创新精神与科学态度相结合的能力树立严肃认真、实事求是和刻苦钻研 的工作作风和团队合作的精神。 本次毕业设计是以洪江水利枢纽为课题，该水利枢纽由挡水建筑物、泄水建筑物 等组成，兼有养殖、灌溉等综合效益。设计主要要求进行以下工作： 1、分析洪江水利枢纽的地形地质、水文气象、施工条件等基本资料； 2、完成枢纽建筑物的总体布置； 3、并且需要详细设计出非溢流坝段和溢流坝段，包括非溢流坝段断面设计、稳 定和应力分析、溢流断面设计、消能防冲设计、稳定验算及强度验算等； 4、进行细部构造设计和地基处理。
四、设计（研究）进度计划： 第 5 周完成基本资料及文献资料的收集、分析和研究，并且完成外文翻译、文 献综述、开题报告。 第 6 周完成建筑物等分级及枢纽布置。 第 7、8 周完成非溢流坝段设计。 第 9、10 周完成溢流坝段设计。 第 11 周完成细部构造设计。 第 12 周完成地基处理。 第 13、14 周完成毕业设计成果整理（绘图、整理设计计算说明书等） 。
五、参考文献： [1] DL5077-1997, 《 水 工 建 筑 物 荷 载 设 计 规 范 》 [S]. 北 京 : 中 国 电 力 出 版 社,1998. [2] DL5073-1997 ， 水 工 钢 筋 砼 结 构 设 计 规 范 》 [S]. 北 京 : 中 国 电 力 出 版 《 社,1998. [3] DL5108-1999,《混凝土重力坝设计规范》[S]. 北京:中国电力出版社,2000. [4] SL252-2000,《水利水电工程等级划分及洪水标准》[S]. 北京:中国水利水 电出版社,2000. [5] 水利水电规划设计总院.《水工设计手册》 （基础理论）[M]. 北京:水利电 力出版社,1983. [6] 水利水电规划设计总院.《水工设计手册》 （泄水与过坝建筑物）[M]. 北 京:水利电力出版社,1987. [7] 潘家铮.《重力坝的设计和计算》[M]. 北京:水利电力出版社,1987. [8] 汝乃华.《重力坝》[M]. 北京:水利电力出版社,1987. [9] 吴媚玲.《水工建筑物专题》 （砼坝设计）[M]. 北京:水利水电出版社,1996. [10] 王世夏.《水工设计的理论和方法》[M]. 北京:水利水电出版社,2000 年 7 月. [11] 张光计,王光伦.《水工建筑物》(上册) [M]. 北京:水利水电出版社,1992 年. [12] 王英华主编.《水工建筑物》 [M]. 北京:水利水电出版社,2004 年. [13]焦爱萍主编《水利水电工程专业毕业设计指南》[M] 郑州：黄河水利出 版社 2003 年 3 月 [14] 周建平, 纽新强, 贾金生. 重力坝设计20 年[M] . 北京: 中国水利出版 社, 2008 [15] Sherard J L. Waterhammer solutions[D].international water power and dam construction.NOVERMBER 2006.
指导教师意见
签名： 月 教研室（学术小组）意见 日
教研室主任（学术小组长） （签章） ： 月 日
三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段） ： 1、 ，实体混凝土重力坝材料用量多，应该合理的设计坝体节省材料，但是重力坝 又是依靠自重来维持稳定的，因此又必须增加材料的用量。为此，就应合理进行坝体 材料分区以发挥材料的强度。 2、重力坝的剖面设计决定着大坝的抗滑稳定和应力条件，设计时可考虑大坝与 地基接触面倾向上游，考虑优化坝体设计，充分利用坝体自重及水重，综合考虑各基 本变量，优化整个剖面设计。 3、在坝基中存在软弱结构夹层，要做好地基处理，可以清除软弱夹层回填混凝 土或使用混凝土塞堵住夹层。 4、坝体与地基的接触面大，要降低坝底的扬压力，就需要做好坝体的防渗和排 水工作，可以设置帷幕灌浆和坝体的排水系统。 5、溢流坝段的坝面易受高速水流的冲刷，应该合理设计坝面溢流曲线避免坝面 出现负压，提高坝面的强度，也可以设置一些掺气减蚀的设施。 6、对于下泄水流应做好消能工的设计，可以采用新型的消能的联合布置。 7、对于重力坝的稳定分析，重力坝的破坏机理研究还不够，稳定计算公式中的系 数实际上都具有不同程度不确定性的随机变量，如果分别考虑各参数的统计特性，用 安全概率来表示坝体的安全度，就有明确的安全综合度概念。 8、重力坝的应力分析，计算应力的方法虽多，但大多计算冗长费时，实用上受 到限制，但可采用材料力学法，把坝体视为悬臂梁来处理，计算工作简单，应用范围 大，适用各种坝体和各种荷载。