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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流浆砌石重力坝电算11.精品文档.浆砌石重力坝电算课程设计学生姓名： 赖智鸿 学 号： 050902209 专业班级： 水利水电(2)班 指导教师： 许文达 二一二年六月二十五日目 录1.课程设计目的22.课程设计题目描述和要求33.课程设计报告内容33.1 坝体剖面设计43.2 稳定计算分析113.3 坝体应力分析173.4 坝体细部构造设计304.结论31参考书目321课程设计目的课程设计安排在“水工建筑物”课程内容学习完成之后进行，课程设计作为综合性实践环节，是对平时作业的一个补充，课程设计包括重力坝设计的主要理论与计算问题，通过课程设计
2、可以达到综合训练的目的。课程设计的目的，是使学生融会贯通水工建筑物课程所学专业理论知识，完成重力坝非溢流坝段较完整的设计计算过程，以加深对所学理论的理解与应用。培养综合运用已学的基础理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能，全面分析考虑问题的思想方法、工作方法。培养设计计算、绘图、编写设计文件、使用规范手册和应用计算机的能力，提高查阅和应用参考文献和资料的能力。2课程设计题目描述和要求2.1工程概况某水库位于某河道的上游，库区所在位置属高山峡谷地区。根据当地的经济发展要求需修建水库，该工程以发电、灌溉、防洪为主。拟建的水库总库容1.33亿立方米，电站装机容量9600kw。2.2地质条
3、件1、开挖标准：本工程坝体在河床部分的基岩设计高程定在136.5m。2、力学指标：坝体与坝基面接触面的抗剪断摩擦系数f=1.15，粘结力系数c=650kPa。3、基岩抗压强度：1500。2.3特征水位经水库规划计算，坝址上、下游特征水位如下：P=0.05%校核洪水位为184，相应下游水位为154；P=0.2% 设计洪水位为181，相应下游水位为152；正常挡水位为179；相应下游水位为151；设计情况下，溢流坝的瞎写流量为2200m3/s校核情况下，溢流坝的瞎写流量为3300m3/s淤沙高程为158。2.4其他资料1、筑坝材料：采用浆砌石筑坝，浆砌石容重。2、坝基扬压力、坝基防渗处理：根据水库
4、地基情况，设置帷幕灌浆和排水孔幕，帷幕灌浆中心线距上游坝踵6.7m ，排水孔中心线据帷幕中心线2m。为简化计算起见，扬压力折减系数取0.25。3、风速与吹程：坝址洪水期多年平均最大风速15m/s，洪水期50年重现期最大风速17m/s，坝前吹程3公里。4、水库淤沙：淤沙浮容重为8.5，淤沙内摩擦角5、坝址地震基本烈度：根据“中国地震烈度区划图”坝址位于7度区，设防烈度按7度考虑。6、坝顶有一般交通要求。3课程设计报告内容3.1坝体剖面设计3.1.1工程等别确定 根据工程资料，拟建的水库总库容20亿立方米，相应的工程等别为级，电站装机容量10800kw，相应的工程等级为级， 对综合利用的水利水电工
5、程，当按各综合利用项目的分等指标确定的等级不同时，其工程等别应按其中最高等别确定，因此，本工程工程等别为级，主要建筑物级别为1级，次要建筑物3级。3.1.2初步拟定坝体断面1、基本剖面尺寸的确定根据已知坝址出的上下游特征洪水位和坝底高程如下表：单位（m）坝底高程上游水位高程下游水位高程上游水深下游水深校核洪水位136.518415447.517.5设计洪水位136.518115244.515.5正常挡水位136.517915142.514.5表（一）1）、初步确定底部宽度按满足强度条件确定坝底的最小宽度T当库满时： （1） （2）上游边缘铅直正应力 （3）下游边缘铅直正应力 （4）当库空时，令
6、式(1)、式(2)中=0，得：上游边缘铅直正应力 （5）下游边缘铅直正应力 （6）强度控制条件是坝基面不允许出现拉应力。当库空时，由式(5)可以看出：只要在01之间，即上游坡度取正坡，坝基面不出现拉应力。当库满时要使上游不出现拉应力，可令式(4)中0，求得坝底宽度为：，由该式可知，当H为一定值时，值越小，则底宽也越小。考虑库空时，下游坝面不出现拉应力，可取=0，求得上游坝面为铅直面的三角形基本剖面的最小底宽（取H为校核水位的高程对应的高度）：。 （7）已知采用校核洪水位时所对应的水深，则H=47.5m带入计算式中，初步计算出来T=32.4所以m=1:0.6822）、按满足稳定条件确定坝底最小宽
7、度根据已知的条件，取单位宽度计算，计算简图，如下;图（一）重力坝的基本剖面图示 （8）根据已知的条件可以知道如下表所示fcA1.1565032.4表（二）所以计算安全稳定系数 （9）带入以上的数据，解出,初步计算，所得坝底宽度满足要求。3.1.3坝顶高程的确定坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差h，可由式（10）计算。 （10）防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m； 累计频率为1%时的波浪高度，m； 波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m； 安全加高，按表（三） 采用,对于级工程，设计情况0.7m，校核情况0.5m。
8、 坝的安全加高hc (m)运用情况坝的级别123设计情况（基本情况）0.70.50.4校核情况（特殊情况）0.50.40.3表（三）按官厅公式求解波浪要素： （11） （12） （13）为计算风速，正常蓄水位，设计洪水位时，采用洪水期50年重现期最大风速；校核洪水位时，采用洪水期多年平均最大风速；D吹程，m；L波长，m；累计频率为波高，m；波浪中心线高于静水面的高度，m；H坝前水深，m；若250，则h； 若，则(1)设计洪水位：D=3000m, 年最大风速, 则20按取，所以，h为累积频率5%的波高。由公式(11)得，则由规范可得：洪水频率P=时，/=1.95所以检验得0.42444.5=0.
9、00950.01,偏安全。 又由/=2.42，则=2.420.424=1.026m；由规范查得：m由式(12),(13)得：=3.14故=+=1.026+0.22+0.7=1.95m则相应的坝顶高程H=181+1.95=182.95m， (2)校核洪水位：D=3000m,多年平均年最大风速,则所以， h为累积频率5%的波高。由公式(11)得，则由规范可得：洪水频率P=时，/=1.95所以m检验得0.36247.5=0.00760.01,偏安全。 又由/=2.42，则=2.420.362=0.876m；由规范查得：m由式(12),(13)得：m=3.140.187m故=+=0.876+0.187
10、+0.5=1.563m则坝顶高程H=184+1.563=185.563m。 防浪墙高程计算表基本情况水位高程m防浪墙高程m设计洪水位1811730000.8269.4981.0260.220.701.95182.95校核洪水位1841530000.7068.350.880.1880.51.563185.563表（四）经过比较可知防浪墙高程为185.563 m，因此坝顶高程为防浪墙高程减去防浪墙高度1.2 m，则坝顶高程为184.363 m，高于校核洪水位，满足要求，所以坝高为184.363-136.5=47.86m，所以坝高取48m。3.1.4坝顶宽度的确定坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、
11、施工和交通等需要确定并应满足抗震，特大洪水时维护等要求。因无特殊要求，根据规范的规定，坝顶宽度可采用一般坝顶宽度为坝高的，且不小于3m，坝高为48m。所以可以坝顶宽度的范围为3.844.8m，虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，根据SL314-2004碾压混凝土坝设计规范要求坝顶宽,所以坝顶宽度取4.5m3.1.5拟定坝体的基本剖面根据工程经验上游坡率n=0,坝顶宽度取4.5m,下游坡率m=0.682.根据规范：纵向廊道的上游壁距上游坝面的距离宜为0.050.10 倍坝面作用水头，且不得小于3m。坝基灌浆廊道底面距基岩面的距离不得小于1.5 倍廊道宽度，廊道断面形状宜采用圆顶直
12、墙形，宽度宜为2.53.0m，高度宜为34m.所以廊道的上游壁距上游坝面取4m,廊道底面距基岩面距离取6m,采用圆顶直墙形，宽度取3m，高度取4m，廊道处设排水管，与下游成85，排水管直径为15cm.3.1.6拟定坝体的基本剖面为了满足坝踵处不出现拉应力，可利用一部分水重帮助坝体维持稳定；上游坝面坡度应与溢流坝段、放水孔坝段相协调，为照顾泄、放水需要，所以上游面采用部分折坡坝面，上游坝坡坡率取1:0.2，折点高程定在170，底宽为39m，如图三图（二）实用剖面示意图3.2确定荷载的组合经分析研究，确定每种工况下要考虑的荷载如下图表荷载组合主要考虑情况荷载作用力附注自重水压力扬压力淤沙压力浪压力
13、冰压力地震力动水压力其他基本组合(1)正常蓄水位情况(2)设计洪水位特殊组合(1)校核洪水位(2)地震情况表（五）3.3荷载计算手算采用校核工况进行荷载计算当上游坡率n=0时，计算简图如下图（三）重力坝荷载计算示意图3.3.1自重W坝体自重的计算公式：（kN） （14）式中：V坝体体积，；由于取1坝长，可以用断面面积代替，通常把它分成如图（三）所示的若干个简单的几何图形分别计算重力；碾压混凝土容重（本设计中容重为23.5）四种情况下自重相同：3.3.2静水压力P静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力和垂直水压力两种。计算各种情况下的上下游水深： 不同情况下上下游水深特征
14、水位上游水深H1 （m）下游水深H2（m）上下游水位差H(m)校核洪水位47.517.530 表（六）计算各种情况下静水压力：水平水压力计算公式为： （15）式中：H计算点处的作用水头，m；水的重度，常取；垂直水压力按水重计算。校核洪水位：上游水平水压力：（）下游水平水压力：（）上游垂直水压力：下游垂直水压力： 3.3.3 扬压力U根据资料，排水处扬压力折减系数：,如图(三)所示，将扬压力分成四部分，。校核洪水位：3.3.4 泥沙压力水平泥沙压力 （16）式中：泥沙的浮容重，；坝前淤沙厚度，m；淤沙的内摩擦角。竖直泥沙压力：3.3.5 波浪压力 波浪要素表基本情况坝前水深m校核洪水位47.51
15、730000.7068.960.8760.37 表（七）校核洪水位：因为坝前水深大于半平均波长，即，为深水波；手算结果如下表格：校核洪水荷载作用标准值作用设计值力臂(M)弯矩标准值(KN.m）弯矩设计值（KN.m)垂直荷载(KN)水平荷载(KN)垂直荷载(KN)水平荷载(KN)自重W10016.36800W25076507614.11871662.9771662.97W313569.5213569.522.22786730231.0730231.07水平水压力Pwh111066.9111066.91-15.8333-175226-175226Pwh2-1502.16-1502.16-5.833
16、338762.5788762.578垂直水压力Pwv10016.36800Pwv20016.36800Pwv31024.4711024.471-12.3897-12692.8-12692.8泥沙压力Psh1288.2621545.915-7.16667-9232.55-11079.1Psv0016.36800浪压力Pl30.6000736.72009-46-1407.6-1689.12扬压力U1-5619.95-5619.95000U2-515.025-618.0312.868-6627.34-7952.81U3-946.763-1136.120.789333-747.312-896.774U
17、4-772.538-927.04514.03467-10842.3-13010.811815.7110883.6111368.8411147.38-106119-111891WKPKWRPRMKMR浪压力计算表计算风速VO吹程DHlLmL1%HcrHHz波形式m/sKmmmmmmm深水波1730.8256628.9576271.0246681.29025447.50.368234表（八） （17） （18） 根据上述计算，2.5满足要求经过手算和电算结果的比较，两者较为接近，同时都满足规范要求，所以在校核洪水位工况的荷载组合情况下，坝面尺寸设计是合理的。3.4坝体应力分析3.4.1边缘应力计算
18、1、手算结果校核洪水位（1）上游坝踵处正应力： 剪应力：水平正应力： 主应力： （2）下游坝址处正应力： 剪应力：水平正应力： 主应力： 坝体及坝基强度分析成果表（强度单位：）荷载组合项目上游坝踵处下游坝址处正常蓄水位计算值222-81212221215994082798780允许值00分析合理设计洪水位计算值14771181481176624523089700允许值00分析合理校核洪水位计算值23.3925.32142.9416.33148763.19520.49355.001118.20允许值00分析合理地震情况计算值14591241481216764613149900允许值00分析合理
19、表（十）3.4.2计算坝基截面处得坝体内部应力选取坝基面的七个计算点，计算校核工况下的荷载组合，对、分别进行计算作计算简图标明计算点如下：图(五) 坝体应力计算简图（1） 计算水平截面（II截面）上垂直正应力、列分布表达式：、用上、下游边缘处、的边界条件定系数、，列出方程式；、列表计算各计算点的值，如表（十一）。、画出II截面分布图，如图（五）所示。 计算表计算点编号0123456坐标()06.51319.52632.539()763.19639.86516.53393.20269.87146.5423.19表（十一）图（六）（2）计算水平截面(截面)上剪应力、列分布表达式：、用上、下游边缘处
20、、的边界条件定系数、，列出方程式；、列表计算各计算点的值，如表（十二）。.、画出截面分布图，如图（七）所示。表（十二） 计算表计算点编号0123456坐标()06.51319.52632.539 ()520.49443.10363.68282.24198.77113.2725.32图（七） 分布图（3）计算水平截面(截面)上水平正应力、列分布表达式：、用上、下游边缘处、的边界条件定系数、，列出方程式；、列表计算各计算点的值，如表（十三）。.、画出截面分布图，如图（八）所示。表（十三） 计算表计算点编号0123456坐标()06.51319.52632.539 ()355319.64284.28
21、248.92213.56178.2142.84图（八） 分布图（4）计算各点主应力、将各点的、代入公式计算、，将计算成果列表如表（十四）；表（十四） 主应力、计算表计算点编号0123456坐标()06.51319.52632.539 ()355319.64284.28248.92213.56178.2142.84电算355320285249200178143 ()763.19639.86516.53393.20 269.87146.5423.19电算76364051739327014723 ()520.49443.1363.68282.24198.77113.2725.32电算52044336
22、428219911325 ()1118.17 950.89782.18612.37442.46276.73148.14电算1118930723650413278128 ()0.028.6118.6329.7540.9648.0017.90电算0-17-41-7264518、计算主应力方向从铅直线到主应力的夹角，即将值列表计算如表（十五）：表（十五） 值计算表计算点编号0123456坐标()06.51319.52632.5392 ()1040.2886.2727.37564.48397.53226.5351.47- ()408.19320.22232.25144.2856.31-31.67-11
23、9.64-2.55-2.77-3.13-3.91-7.067.150.43-68.62-70.17-72.32-75.70-81.98-82.0823.29-34.31-35.08-36.16-37.85-40.99-41.0411.65 表（十五）、绘制各点主应力图，以矢量表示其大小和方向，第一主应力比例为1:100，第二主应力为1:10，主应力图如下。 图（九）（6）计算主剪力：，所在平面与主应力面成45。计算结果见表（十六）。表（十六） 主剪力计算表计算点编号0123456坐标()06.51319.52632.539主剪力()559.07471.14381.77291.31200.741
24、14.3765.113.4.2 电算结果（四种工况）计算说明:正应力以受压为正坐标系说明: X轴:水平指向坝体下游为正,坝顶面的上游坝面点为x轴零点 Y轴:竖直向上为正 角度:逆时针方向为正 单位说明: 应力单位均为MPa 距离和长度的单位均为m 角度的单位为度1.正常蓄水位（单位MPa）（1）坝体内力计算 截面H X坐标 正应力x 正应力y 剪应力 主应力1 主应力2 主应力角度 48.000 -6.700 +0.121 +0.222 -0.008 +0.222 +0.121 +85.582 48.000 0.000 +0.159 +0.286 +0.088 +0.331 +0.115 +1
25、17.078 48.000 20.000 +0.164 +0.479 +0.320 +0.679 -0.035 +121.903 48.000 32.394 +0.279 +0.599 +0.408 +0.878 +0.000 +124.294-(2)各种荷载对截面的作用力 作用力名称 水平力(kN) 竖向力(kN) 弯矩(kN*m) 坝体自重 +0.000e+000 -2.112e+004 +8.081e+004 静水压力(上游) +8.860e+003 -1.692e+003 -9.687e+004 静水压力(下游) -1.031e+003 -7.033e+002 -6.445e+003
26、扬压力(浮托力) +0.000e+000 +5.561e+003 +0.000e+000 扬压力(渗透力) +0.000e+000 +2.304e+003 -2.216e+004 淤沙压力 +1.288e+003 -3.929e+002 -2.116e+003 浪压力 +3.041e+001 +0.000e+000 -1.261e+003 总计 +9.147e+003 -1.604e+004 -4.804e+004(2)计算截面的几何参数 截面长度= 39.094m 上游坡度= 0.200 下游坡度= -0.682(3)坝基面抗剪断强度验算 滑动力 = 9147.051kN 坝体混凝土与坝基接
27、触面抗剪断摩擦系数 = 1.15 坝体混凝土与坝基接触面抗剪断粘聚力 = 0.65MPa 抗滑力 = 1.15*16042.50 + 0.65*1000*39.09 = 43859.840kN 抗剪断安全系数K = 4.795 K 3.000，坝基面抗剪断强度满足要求(4)坝基面抗剪强度验算 滑动力 = 9147.051kN 坝体混凝土与坝基接触面抗剪摩擦系数 = 1.25 抗滑力 = 1.25*16042.50 + 0.65*1000*39.09 = 20053.121kN 抗剪断安全系数K = 2.192 K 1.100，坝基面抗剪强度满足要求2. 设计洪水位（单位MPa）坝体内力计算截面
28、H X坐标 正应力x 正应力y 剪应力 主应力1 主应力2 主应力角度 48.000 -6.700 +0.118 +0.147 +0.007 +0.148 +0.117 +103.624 48.000 0.000 +0.155 +0.235 +0.098 +0.301 +0.089 +123.939 48.000 20.000 +0.169 +0.499 +0.340 +0.712 -0.044 +122.063 48.000 32.394 +0.308 +0.662 +0.452 +0.970 +0.000 +124.294各种荷载对截面的作用力（1）作用力名称 水平力(kN) 竖向力(kN) 弯矩(kN*m) - 坝体自重 +0.000e+000 -2.112e+004 +8.081e+004 静水压力(上游) +9.713e+003