水工建筑物课程设计

课程设计：混凝土重力坝设计专业班级：12级水利水电工程卓越班*名：**

学号：2012102196

指导教师：***

工程学院水利与生态工程学院印制

2015——2016学年第一学期

第一章基本资料

1.1 基本资料

一、地质

河床高程332m。约有2～3m覆盖层，岩石为石灰岩，较完整，结理不发育，风化层后1～2m无特殊不利地质构造。

坝基的力学参数：抗剪断系数（混凝土与基岩之间）为f'=0.9,c'=700kPa。基岩的允许抗压强度3000kPa。

地震的设计烈度为6度。

二、水文

本枢纽属中型Ⅲ等工程。永久性重要建筑物为3级，按规要求，采用50年一遇洪

表1 水文计算结果

经水文水利计算，有关数据如表1所示：

三、气象

本地区多年平均最大风速为14m/s，水库吹程为2.96km。

四、其它有关数据

河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程345m。淤沙的浮重度为9.5kN/m3，摩擦角为12°。

坝体混凝土重度采用24kN/m3。

五、枢纽总体布置

根据地形、地质、天然建筑材料等因素的考虑，本工程选用混凝土重力坝方案，重力坝由非溢流坝段和溢流坝段组成。

第二章 非溢流坝设计

2.1 剖面设计

重力坝剖面设计的原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修；

重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力3项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面。在拟好的基本三角形基础上，根据已确定的坝顶高程及宽度，初拟主要防渗，排水设施，即可得到重力坝实用剖面。剖面尺寸的初步似定主要容有：坝顶高程，坝顶宽度，坝顶及上、下游起坡点的位置。

一、 坝顶高程的确定

波浪要素按官厅公式计算。公式如下：

3

14

500166.0D

V H l =

8

.04.10l h L =

L

H cth

L

h H l Z ππ22

=

库水位以上的超高

对于安全级别为Ⅱ级的坝，查得安全超高设计洪水位时为0.5 m ，校核洪水位时为0.4 m 。计算成果见下表2-1

表2-1坝顶高程计算成果表

经比较可以得出坝顶或防浪墙顶高程为387.8m ，并取防浪墙高度1.2m ， 则坝顶高程为： 387.8-1.2=386.6m

最大坝高为： 386.6-327=59.6m

二、 坝顶宽度

考虑交通要求，坝顶宽度取7m 。 三、 坝面坡度

考虑利用部分水重增加坝体稳定，上游坝面采用折坡，起坡点按要求为32~

31坝高，该工程拟折坡点高程为347.0m ，上部铅直，下部为1：0.2的斜坡，下游坝坡取1：0.7，基本三角形顶点位于坝顶，376.30m 以上为铅直坝面。 四、 坝体防渗排水

分析地基条件，要求设防渗灌浆帷幕和排水幕，灌浆帷幕中心线距上游坝踵7m ，排水孔中心线距防渗帷幕中心线9m 。拟设廊道系统，实体重力坝剖面设计时暂不计入廊道的影响。

拟定的非溢流坝剖面如图所示。确定剖面尺寸的过程归纳为：初拟尺寸——稳定和应力校核——修改尺寸——稳定和应力校核的重复计算过程。

2.2 荷载计算

一、 计算情况的选择

在设计重力坝剖面时，应按照承载力极限状态计算荷载的基本组合和偶然组合。基本组合有正常蓄水位情况和设计洪水情况，偶然组合有校核洪水情况和地震情况。考虑的主要荷载有自重、水压力、浪压力、淤沙压力及扬压力。从以上荷载组合中分别选一种基本组合（如设计洪水位情况）和一种偶然组合（如校核洪水位情况）计算。 二、 计算截面的选择

滑动面一般有以下几种情况：坝基面、坝基软弱层面、基岩缓倾角结构面等。对于本工程，岩石较完整，结理不发育，可仅分析沿坝基面的抗滑稳定。 三、 荷载计算

1．坝体自重计算 坝顶宽度=7(m)

坝基宽度=(386.60-327)×0.7+(347-327)×0.2=45.72(m)

W 1=1/2×24×20×20×0.2×1=960(kN) 力臂=45.72/2－2/3×20×0.2=20.19(m) 力矩=960×20.19=19382.4(kN •m)

W

=24×7×(386.60-327)×1=10012.8(kN)

2

力臂=45.72/2－20×0.2－7.0/2=15.36(m)

力矩=10012.8×15.36=153796.61(kN•m)

=1/2×24×(376.30-327)×(376.30-327)×0.7×1=20416.116(kN)

W

3

力臂=(376.30-327)×0.7×2/3－45.72/2=0.15(m)

力矩=20416.116×0.15=3062.417(kN•m)

2. 静水压力（校核洪水位）

=1/2×9.81×(386.96-327)×(386.96-327)×1=17248.383(kN)

P

H1

力臂=1/3×(386.96-327)=19.77(m)

力矩=-17248.383×19.77=-341000.53(kN•m)

=-1/2×9.81×(335.2-327)×(335.2-327)×1=-329.812(kN)

P

H2

力臂=1/3×(335.2-327)=2.73(m)

力矩=329.812×2.73=900.387(kN•m)

P

=9.81×(386.96-347)×(347-327)×0.2=1542.132(kN)

V1

力臂=45.72/2－20×0.2×1/2=20.755(m)

力矩=1542.132×20.755=32006.95(kN•m)

P

=1/2×9.81×20×20×0.2=392.4(kN)

V2

力臂=45.72/2－20×0.2×1/3=21.42(m)

力矩=392.4×21.42=8405.21(kN•m)

P

=1/2×9.81×(335.2-327)×(335.2-327)×0.7=230.87(kN)

V3

力臂=45.72/2－(335.2-327)×0.7×1/3=20.842(m)

力矩=-230.87×20.842=-4811.80(kN•m)

扬压力（校核洪水位）

U

=－9.81×（335.2-327.0）×45.51×1=－3660.9(kN)

1

力臂=0(m) 力矩=0(kN•m)

=－9.81×9.0×0.25×(386.96-335.2)=－1127.9(kN)

U

2

力臂=45.72/2－9.0/2=18.255(m)

力矩=－1127.9×18.255=－20589.81(kN•m)

=－9.81×1/2×(45.72－9.0)×0.25×(386.96－335.2)=－2287.77(kN) U

3