重力坝毕业论文答辩--王圪堵

Page12020/4/21西安理工大学2013届学士学位论文答辩榆林王圪堵水库枢纽布置及重力坝设计学院：水利水电学院专业：水利水电工程答辩人：指导老师：Page22020/4/21主要内容工程概述调洪计算枢纽布置混凝土重力坝专题设计坝基处理Page32020/4/211工程概述王圪堵水库坝址位于榆林市横山县城关镇西北12km，榆靖高速公路无定河大桥以上2.5km、芦河入无定河口以上5.5km处的无定河干流上，距榆林市区60km。1.1工程地理位置1.2工程任务按照榆林能源化工基地建设要求及治黄大局的拦沙要求，确定水库任务是供水、拦沙和灌溉等综合利用。Page42020/4/212调洪演算本枢纽为Ⅱ等工程，其主要建筑物（大坝、排沙泄洪洞、电站厂房等）属于1级，次要建筑物（导流墙、工作桥、护岸等）属于2级，临时性建筑物（围堰、导流隧洞等）属于3级。根据枢纽等别和建筑物级别，对照规范，山区、丘陵区水利水电程水工建筑物洪水标准，确定本枢纽设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为2000年一遇。2.1工程等别及防洪标准Page52020/4/212.2调洪计算资料所给设计洪水过程线及校核过程线，如下图所示。经前一阶段设计，水库正常蓄水位为1046m,死水位1270m，则选择从正常蓄水位起调。初定大坝采用溢流坝泄流，溢流坝段堰顶高程为1042m,溢流坝段总长定为36m，分成3孔，每孔净宽10米。设一个排沙底孔,进口高程1014.2m,孔口尺寸3*3.5m。计算时先按不同孔口尺寸拟定三组方案。Page6泄洪建筑物采用100年一遇洪水设计，洪峰流量为1234m3/s；2000年一遇洪水校核，洪峰流量为2607m3/s。把正常蓄水位1046.0作为起调水位，此刻的下泄量作为起调泄量分别采用了三种方案，用半图解法单辅助线进行调洪。方案一：2个表孔，堰宽20m；方案二：3个表孔，堰宽30m；方案三：5个表孔，堰宽40m。调洪结果如下表：频率溢流坝宽比较设计洪水(1%)校核洪水(0.05%)方案一20最大泄量(m³/s)421.9650水库最高水位(m)1046.731048.26方案二30最大泄量(m³/s)570.1839水库最高水位(m)1046.541047.76方案三40最大泄量(m³/s)707.2998.3水库最高水位(m)1046.391047.4Page72020/4/213水利枢纽布置3.1坝型选择坝型比较坝型特点适用条件拱坝①受力条件好，河谷形状深窄较好；②超载能力强，安全度高；③抗震性能好；④施工技术要求高，地基处理要求严格要求建造于狭窄河谷上；对地质较理想的条件是岩石尽量密致，质地均匀，有足够的强度、不透水性和耐久性；两岸拱座基岩坚固而完整，边坡稳定，重力坝①抗冲刷能力强，结构简单；②对地形地质条件适应性能好；③坝体与地基的接触面积大，坝体应力较低、安全可靠；④枢纽泄洪问题容易解决地质条件好，地基承载力高，有方便的拌合料厂土石坝①筑坝材料就地取材；②适应地形变形能力强；③具有适应地基变形的良好条件，④能适应不同的施工方法，且工序简单、施工速度快，质量容易保证。⑤结构简单，造价低廉，运行管理方便。坝址附近有岩性较坚硬，力学强度高，质量较好，储量丰富的堆石料Page82020/4/21本工程所在坝址为对称的“U”型河谷，一般都采用重力坝这种比较简单的坝型，而且所处坝址的地质地貌适合重力坝的施工要求以及其工作的稳定性，同时相对于其他坝型来说，其工程的造价更为合适，因此王圪堵水库选择的坝型为混凝土实体重力坝。3.2枢纽布置挡水建筑物——混凝土实体重力坝泄水建筑物——溢流表孔结合排沙泄洪底孔枢纽总布置见图所示。Page92020/4/214混凝土重力坝专题设计4.1非溢流坝段设计坝顶高程的确定见下表所示。工况水位V0(m/s)D(km)L(m)H(m)hl(m)hz(m)hc(m)(m)坝顶高程（m）设计1046.5430.91.613.73381.4140.4580.52.7111049.25校核1047.7620.61.69.149380.8530.2490.41.7051049.465h选择两种工况中的大者，最后坝顶高程确定为1049.465m，坝基高程定为993m，得坝高为56.465m。非溢流坝段基本剖面图如图所示。Page102020/4/214.2坝基面稳定计算坝体各项荷载计算简图如下所示。Page112020/4/214.3抗滑稳定分析按抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数值K’，其中抗剪断公式为：f’——抗剪断摩擦系数，0.9；c’——抗剪断凝聚力，0.6Mpa；稳定系数的计算结果如下表所示：所以两种工况下均满足规范规定的抗滑稳定性要求。HAcUVfK')('s计算工况ΣH(KN)ΣV(KN)U(KN)K’设计工况12773.0732843.5910750.823.1＞3.0校核工况13389.1732901.0710934.692.979＞2.5Page122020/4/211、计扬压力设计时：akP36.314yuakP46.800yd校核时：akP26.253yuakP46.800yd由计算结果知均未出现负值（拉应力），符合应力要求。②上、下游边缘剪应力①垂直正应力设计时：ayuuukPnP174.422.036.31423.525)(adyddkPmP232.5138.092.15846.800)(校核时：ayuuukPnP79.562.026.2532.537)(adyddkPmP616.5118.088.16046.800)(4.4坝体应力分析Page132020/4/21③上、下游边缘水平正应力设计时:auukPnPxu795.5162.0174.4223.525校核时：addkPmPxd506.5698.0232.51392.158auukPnPxu842.5252.079.562.537addkPmPxd173.5708.0616.51188.160④第一主应力设计时:auyuukPnPn925.3052.023.52536.314)2.01()1(22221adyddkPmPm046.12118.092.15846.800)8.01()1(22221校核时:auyuukPnPn902.2412.02.53726.253)2.01()1(22221adyddkPmPm791.12098.088.16046.800)8.01()1(22221⑤第二主应力设计时:auukPP23.5252addkPP92.1582Page142020/4/214.5溢流坝段剖面设计在设计洪水情况下，溢流坝的下泄流量为570.1m3/s；在校核洪水情况下溢流坝的下泄流量为839m3/s，综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，溢流坝段设计为三孔，孔口净宽为30m，单宽流量取27.97m3/s。初拟中墩厚为2m，边墩厚为1m，则溢流坝段的总长度为：由以上计算结果可知，非溢流坝段的应力全部符合《混凝土重力坝设计规范》规定的要求，未出现拉应力的情况，因此本坝段的设计满足要求。校核时:auukPP2.5372addkPP88.16022、不计扬压力不计扬压力计算方法同计扬压力。mdnnbL36212210310从距离左岸218m处开始。Page152020/4/214.6溢流坝段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。溢流坝顶部曲线是控制流量的关键部位，在本工程中采用WES型实用堰进行设计，以堰顶点O为坐标原点，X轴向右为正，Y轴向下为正。堰顶上游采用三圆弧法，所得三圆弧的半径及其水平坐标值如下表所示。R1=0.5Hd=2.305mX1=-0.175Hd=-0.807mR2=0.2Hd=0.922mX2=-0.276Hd=-1.272mR3=0.04Hd=0.1844mX3=-0.282Hd=-1.3m堰顶下游曲线采用WES幂曲线，按以下公式计算：85.085.10.2dHxyPage162020/4/21可得下游堰顶曲线的计算表，如下表所示。x0.001.002.003.004.005.006.006.206.406.506.57y0.00-0.14-0.49-1.04-1.77-2.68-3.75-3.99-4.23-4.35-4.44从而可以画出堰面曲线，如下图所示。Page172020/4/21中间直线段要求和非溢流坝的基本三角形的下游边相重合，上端和堰顶曲线相切，下端和反弧相切，其作用是使水流平顺的按要求的消能方式与下游水位衔接。其坡度和非溢流坝保持一致，为1：0.8。根据已建工程经验，挑射=22°，可按下式求得反弧段的半径公式：反弧段半径一般取（8～10）h，因流速较大，取mhR83.10083.11010smggHv/82.259.101076.1047296.0230mvBqh083.13082.25839max—堰面流速系数，取0.96；H—设计洪水位至坎顶高差，H=1047.76-1010.9=36.86m，(取坎顶高程为1010.9m)；qmax—校核洪水时溢流坝下泄流量，(839m3/s)；B—溢流堰净宽30mPage182020/4/21反弧段半径一般取（8～10）h，因流速较大，取R=10h，鼻坎挑射角度一般取20º-25º，本设计取22º。由直线与圆相切可得圆心角为51°+22°=73°。通过对比，本工程采用挑流消能。挑流消能示意图，如下图所示。Page192020/4/21挑流消能的挑矩L可以按以下公式进行计算：222111121sincoscossin2()Lvvvghhg其中θ：挑射角度，本设计为22°v1：坎顶水面流速，v1=1.1v=28.402m/s。h1：坎顶平均水深在铅直方向的投影,h1=hcosθ=0.962m。h2：坎顶至河床面的高差，h2=1010.9-1008.7=2.2m。α：冲坑系数，取1.3。q：单宽流量，27.97m3/s。H：上下游水位差H=1047.76-1009.4=38.36m。将以上数据代入公式求得挑距L=64.16m。水垫厚度为：m11.1725.05.0Haqtk河床以下冲坑深：mttkk41.167.011.17'下游水深91.341.1616.64/'ktL3.912.5，因此消能防冲设计满足《混凝土重力坝设计规》要求。Page205坝基处理5.1坝基帷幕灌浆设计帷幕灌浆的设置条件应根据坝址的工程地质、水文地质条件和灌浆试验资料，并结合坝高考虑决定，采用水泥灌浆。帷幕灌浆布置在坝基的迎水面，设置在坝体灌浆廊道下的基础内，形成一道连续而倾斜的幕墙。帷幕灌浆钻孔方向倾斜向上游一般控制在00-100之间，设计定为80。防渗帷幕深度根据作用水头和基岩的工程地质、水文地质情况确定。当地基内透水层厚度不大时，帷幕可穿过透水层深入相对隔水层3-5m。设计灌浆孔为一排，孔距3米，孔深20m。5.2坝基固结灌浆设计固结灌浆孔深6米，帷幕前用12米，排距3米，孔距4米。混凝土与基岩间抗剪断参数值经固结灌浆处理后：f’=0.9,c=0.6MPa5.3左坝肩防渗墙设计坝址左岸为沙层，覆盖层较厚，渗透性较强，须进行防渗处理。从左坝肩向左开挖120m，做防渗墙，防渗墙深入到相对不透水层以下2.5m，墙高57m。Page212020/4/21总结王圪堵水库设计为混凝土实体重力坝，最大坝高56.465m，坝顶宽为8m，上游边坡为1:0.2，下游边坡为1：0.8。堰顶高程为1049.465m，泄水建筑物为溢流表孔，采用10m×3。消能方式为挑流消能。