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1、. .一、已知基本资料一、已知基本资料1.流域沟道坝址地形图一（1/1000） ；2.坝址以上集水面积 5km2;3.经勘测计算， 求得坝高 H 与库容 V、 淤地面积 A 的关系见图；4.流域年侵蚀模数K=10000t/km2,20 年一遇设计洪水流量Q20=105m3/s，洪水总量 W洪10 万 m3，200 年一遇设计洪水流量 Q200=180m3/s，洪水总量 W洪17 万 m3；5.沟道无常流水；6.坝址附近有充足的筑坝土料，土壤摩擦角20，聚力c=0.8t/m27.放水洞设计流量 Q=0.5m3/s二、设计任务、要求二、设计任务、要求1.掌握中小型淤地坝设计方法、步骤；2.在 1/
2、1000 地形图上进行枢纽布置；3.拟定淤地坝断面形状及尺寸；4.进行坝坡稳定分析计算(k=1.25)；5.设计溢洪道及放水建筑物(卧管放水孔水深可取台阶高度)；6.绘制设计图；7.编写设计计算说明书。S. . . . .三、设计步骤三、设计步骤1.淤地坝坝型选择因为坝址附近有充足的筑坝土料， 所以选择土坝；淤地坝对防渗性的要求小于水库的要求， 沟道无常流水， 故可采用施工方便的均质土坝。坝址附近没有充足的水资源，故选用碾压坝。2.坝址选择在流域沟道坝址地形图中有两个轴线位置可以选择，其中轴线二处沟谷狭窄，上游地形开阔平坦，并处于口小肚大的葫芦口地形处，在轴线二处筑坝工程量小、库容大、淤地面积
3、大。因此，选中在轴线二处筑坝。3.拟定淤地坝断面形状及尺寸（1）坝高H=H拦+H滞+H拦泥库容和拦泥坝高的确定V拦KF(1ns)Trs，代入坝库排沙比ns=0，淤积年根据公式限 T=5，s=1.3，流域年平均侵蚀模数 K 和流域面积 F由已知条件给出，计算得拦泥库容 V拦=19.23*104m查 HV 关系曲线得， 拦泥坝高 H拦=810.5-797.9=12.6mS. . . . .滞洪库容和滞洪坝高的确定采用试算法，拟定多个 H滞，由计划淹没水深假设 H滞，再由 H-V 曲线求得V滞，按公式Q泄=Q洪（1V滞/W洪），求出 Q泄，按堰流公式 Q泄=MBH3/2求溢洪道宽度 B，得出多组数据
4、坝高计算H 滞/m21.52.52.3V 滞/m49000450006000055000Q泄/m/s53.5557.754247.25B/m11.8319.656.648.47经过多次假设计算，对工程作经济、技术比较，确定h滞为 2.3 米时合适，该 h滞所对应的 B、Q泄，V滞即为调洪计算所求。安全超高土坝安全加高值表坝高 H（m）安 全 加 高 H（m）100.5-1.010-201.0-1.5201.5-2.0根据土坝安全加高值表，确定设计安全加高H 为 1.5m坝高校核由 W200=17 万 m， 算出 Q校核=71.03m/s， 根据公式 Q泄S. . . . .=MBH3/2，求出
5、 H 校核=3.02m，H滞+H-H校核=0.721.2，土坡稳定4.溢洪道设计（1）位置选择河道右岸（上游向下游方向）边坡坡度较陡，左岸边坡坡度较缓；从地形上看，在左岸建设溢洪道工程量较小，相比较右岸节约资金，选择左岸设置溢洪道。（2）布置形式设计的淤地坝集水面积较大， 泄洪量较大， 按照工程安全的原则，选择堰流式溢洪道设计。（3）水力计算溢流堰尺寸计算设计堰顶宽度为 8.5m，因为堰上水深为H滞=3.3m，设计堰长=5*H滞=16.5m陡坡段尺寸计算计算临界水深hk因为陡坡段为土基，所以设计断面为梯形S. . . . .根据公式，采用试算法求hk,临界水深计算HKQHkQ128.28811
6、.448.0527961.132.841051.3947.5089161.237.655571.3846.9675481.342.72732求得hk=1.39m计算临界底坡 ik计算得过水断面面积k=13.75 ,XK=12.42 ，RK=1.11m，Ck=50.88，KK=737.07m3/s，所以 ik=0.00411设计陡坡段底坡 i=1:5ik=0.00411，所以陡坡水流为急流，可按照陡坡计算。计算陡坡长度 L0根据公式计算得 L0=88.7m计算正常水深 H0使用明渠均匀流公式：S. . . . .A 为过水断面面积， A= （B+H） H， B=8.5m； C 为才系数，n 为粗
7、糙系数， n=0.02； R 为水力半径，i 为底坡坡度，i=0.2。代入数据使用试算法求 H0正常水深计算H0QHOQ0.212.945620.4549.87210.440.998520.4448.0420.325.408960.4346.23939，；， Xk 为湿周，所以当 Q泄=47.25m /s 时，H0=0.44m计算水面曲线根据公式L=(h22.v2)(h11.v1)223iJ)21J=(2v21211C.Rv2222C.R式中：L为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深，单位m；i 为底坡比降，i=1:5；J为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水力坡度的平均值；h1,h2 为溢洪道陡坡段相邻
8、两过水断面的水深，单位m；v,v为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的平均流速，单位 m/s；12a1、a2 为相邻两过水断面动能修正系数，取1.0。计算数据如下表格水面曲线计算hAVXJJLLS. . . . .1.391.291.191.090.990.890.790.690.590.490.450.440.4324.1725718.9718514.918511.753919.2788377.33965.8174474.6204863.67752.9332042.6811452.6217332.5636941.95469512.41980.003714002.49053212.13780.0045
9、010.0041070.1092560.1092563.16720811.85580.0054510.0049760.4877860.5970434.0199411.57380.0065980.0060251.0948331.6918765.09223311.29180.0079830.0072912.0653323.7572086.43768111.00980.0096540.0088193.6126317.3698398.1221210.72780.0116690.0106616.07380313.4436410.226210.44580.0140980.0128839.98146523.
10、4251112.848410.16380.0170250.01556116.1783539.6034516.108679.88180.0205520.01878826.001765.6051617.623079.7690.0221570.02135514.3504279.9555718.022439.74080.0225780.0223674.02831883.9838918.430449.71260.0230060.0227924.22137188.20526根据数据绘制水面曲线图如下从数据得 0.44m 时的端水深达到正常水深。陡坡终点水深 ha 和末端流速 Va 计算因为求出的水面曲线的
11、长度L=83.98m溢洪道陡坡段长度88.7m，所以陡坡段末端水深ha=正常水深 h0=0.44m，Q泄L=83.98Ht=0.87m,所以必须修建消力池消力池深度计算使用经验公式：S=1.25（h-Ht）其中：h以陡坡段末端水深 ha为跃前水深计算出的跃后水深，单位 m；Ht尾水渠正常水深，单位 m代入数据得 S=3.38m所以消力池深度设计为 3.38m。消力池长度计算消力池长度由以下公式计算式中： 为折减系数，取值 0.8；h”为跃后水深，h”=3.57m；h为跃前水深，h=0.44m计算得 L=0.8*6.9*（3.57-0.44）=17.28mS. . . . .所以消力池长度为 1
12、7.28m（4）溢洪道结构设计进口段设计引水渠因为修建地点为土基，选择梯形明渠并用混凝土衬砌，边坡采用 1:2渐变段使用扭曲面作为导流墙，用厚度为 0.3m 的浆砌石衬砌，墙顶超高 1m，底板上游端做防渗齿墙，齿墙深入地基约 1m，厚 0.5m,底板砌厚 0.5m溢流堰设计的淤地坝地基为土基，所以设计为宽顶堰，底板厚 0.4m,横截面为梯形， 。堰体底板与渐变段底板相连，连接处做一深1m，厚 0.5m 的防渗抗滑齿墙。堰边墙用浆砌石建造，为挡土墙形式，墙高 2m，顶宽 0.5m,基础厚 0.4m。陡坡段设计陡坡段比降 i 设计为 1:5，陡槽断面为梯形断面，边坡为 1:1，陡S. . . .
13、.槽侧墙和底板用浆砌石建造，厚0.4m。为了防止不均匀沉降，陡槽沿着纵坡每隔 10m 留一沉陷缝。每段陡槽的起始端都设置深 1m，厚0.5m的防渗抗滑齿墙。 对底板使用厚度为0.5m的块石进行衬砌，为了防止陡槽底板冰冻发生裂缝，还需在底板下铺设 0.2m 的砂卵石垫层反滤排水及纵向排水沟。由于陡槽中水的流速较大，动水压力可能使底板产生振动，为了稳定起见，需按下述公式校核底板厚度d 是否满足要求。式中：d 为底板厚度（m） ；a 为地基条件系数，密实黏土 a=0.8；v为槽中流速；h 为槽中水深d始=0.03*0.8*3.44*d末=0.03*0.8*12.02*所以 d=0.4 符合要求出口段
14、设计出口段包括消力池、渐变段和尾水渠三部分。渐变段和尾水渠与进口段结构相同，尾水渠即是一般明渠。尾水渠宽度 8.5m，边坡1:1。消力池用浆砌块石修筑，池底厚1m,池前端设置齿墙，深0.7m，厚 0.3m，底板下设反滤排水孔和反滤层，侧墙构造同于陡槽。底板池底厚度 d 使用如下公式校核：=0.0970.4=0.1910.4S. . . . .式中：d 为底板厚度；hc 为收缩断面处水深，可取跃前水深；Vc 为收缩断面处流速；K 为系数，K=0.03+0.175sina，a 为陡槽末端射流与水平面夹角。tana=0.2，Vc=Va=11.75m/s，hc=0.44m/s，K=0.03+0.175
15、sina=0.03+0.175*0.196=0.0643则=0.064311.750.440.5=0.5m因为 d=0.50.4m， 不符合要求， 所以同一台阶设两个孔S. . . .23. .代入数据算出 d=0.27m1.2m；宽度 B=1m0.6m，都符合要求消力池水力计算应用 Q设=0.5m3/s，根据公式求出 b0=1+0.4=1.4m，根据才公式的变形形式数据使用试算法得出 Q 和水深的关系消力池正常水深计算Q3.874338H1Q0.404935H0.2S. . . . .1.5393091.1246090.7419340.50.40.30.5665620.5000970.250
16、.23由数据得正常水深 h0=0.23m应用公式，计算跃后水深，h1=h0=0.23m，q 为单宽流量，计算得 h2=0.37m所以池长：L=3h2=30.37=1.11m，设计为 1.2m；池深：d=1.25（h2-h1）=1.25(0.37-0.23)=0.175m，设计为 0.2m为了保证池产生淹没水跃，需要满足以下要求：(d+h1)/h2=(0.2+0.23)/0.37=1.161.1,满足要求（5）工程结构设计卧管结构设计设计使用条石做盖板，根据以下公式求出盖板厚度盖板跨中最大弯矩为：盖板跨中最大剪力：M大=0.125*20*12.6*1.05*1=33.07kN/mQ大=0.5*20*12.6*1.05*1=132.28kN/m根据下述公式S. . . . .式中：h 为板厚；b 为盖板单宽，取1.0m；为条石允许拉应力，=7.7Mpa；T为条石允许剪应力，T=7.8Mpa。分别求出 M大和Q大对应的 h，取其中的较大值即为所求盖板厚度。HM=（6*33.07/7700/1）0.5=0.160mHQ=1.5*132.28/7800/1=0.025m所以盖板厚度为 0.16m输水涵洞结构设计坝下输水涵洞设计为砌石方涵，底板厚 d 为 0.5m，侧墙顶厚 a 为 0.5m，侧墙基础厚 c 为 0.8m，输水涵洞高 h 为 1.8m。S. . . .