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1、.水工建筑物课程设计均质土坝设计指导老师：姓名：胡晓班级：2010 华水水工本科专业：水利水电工程;.土石坝设计实例一、坝型选择均质坝渗透系数 K=3.0×10-5cm/s，满足 K<1.0 ×10-4cm/s，内摩擦角 25°，较大，同其它坝型比较， 造价较低， 且对地基要求低， 施工简单， 干扰不大， 材料单一， 便于群众性施工。通过分析认为宜选用均质坝。二、体剖面设计土石坝的剖面是指坝坡大小，坝顶宽度和坝顶高程。1、坝顶宽度本坝顶无交通要求，对中低坝最小宽度B>B min=5m 取 B=6m。2、坝顶高程坝顶高程等于水库静水位与超高之和，并分别按
2、以下运用情况计算，取其最大值。设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高，校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。超高计算式一：dhaeA其中： ha波浪在坝坡上的爬高，m；e风浪引起的坝前水位壅高，m；A 安全加高，m,根据坝的级别按下表采用。表一：坝的级别、正常运行1.51.00.70.5非常运行0.70.50.40.3某水库工程设计灌溉面积为7000 亩，水库总库容为700 万立方米， 故工程级别为级。式二：e=KV 2Dcos /2gH其中 =90 °所以 cos90° =0 ，故 e 为零；式三：ha=0.45hl m-1n-0.6其中 hl设计波高；mm坝坡坡率；取坝坡坡率
3、取3；n坝坡护面糙率，其值为： 抛石 0.035，干砌块石0.0275，浆砌石并勾缝0.025，沥青和混凝土0.0155；糙率取： 0.025；其中； hl=0.0166V 05/4D 1/3=0.34（设计洪水时）/0.343（校核洪水时）由上式得： ha=0.45hlm-1n-0.6= 0.46 （设计） 0.47（校核）故： d=ha+e+A=1.04m(设计 )/0.74m（校核）故：坝顶高程为： 设计洪水位1081.50m+1.04m=1082.54m(设计 );.校核洪水位 1081.8m+0.74m=1082.54m(校核 )得出坝高： 1082.54m-1056.00=26.5
4、4m3、坝坡坝高 26.54m，故采用三级变坡。 上游坝坡： 1:3.0;1:3.25;1:3.5。 下游坝坡： 1:2.5;1:2.75;1:3.0。 马道：第一级马道高程为1064.8m，第二级马道高程为1073.6m ，马道宽度： 2m。三、坝体排水设备选择及尺寸拟定常用的坝体排水有以下几种型式：贴坡排水、棱体排水、褥垫式排水。贴坡排水不能降低浸润线。多用于润浸线很低和下游无水的情况。棱体排水可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚不受尾水淘刷，且有支撑坝体增加稳定的作用，是效果较好的一种排水型式。褥垫排水，对不均匀沉陷的适应性差，不易检修。本土坝坝体排水设备可选用棱体排水，尺
5、寸为顶宽 2m，内坡 1:1.5; 外坡 1:2.0；顶部高程须高出下游最高水位 1.02.0 m ，故顶部高程为 340.1m。在排水设备与坝体和土基接合处，设反滤层。作出坝体最大剖面见图1。图 1坝体最大剖面图（单位： m）四、渗流计算1、计算情况选择。渗流计算水力学法：q=k(H1 2 -H22)/2L=3.0 × 10-5× 1.75=5.25 × 10-5根据公式：;.HxH22( H1 2H22) x/L其中 x计算点到下游面的距离L 渗流区长度即：164.242、渗流分析的方法采用水力学法进行土石坝渗流计算，将坝内渗流分为若干段，应用达西定律和杜平假
6、设，建立各段的运动方程式，然后根据水流的连续性求解渗透流速，渗透流量和浸润线等。3、计算断面及公式本设计仅对河槽处最大断面进行渗流计算。计算公式采用表1 中的不透水地基情况。4、单宽流量计算结果列表1。计算情况正常蓄水位设计洪水位1 坝高水位3表 1单宽流量计算表ho(m)q(m3/s.m)3.965.25× 10-57.975.93 ×10-50.4030.714 ×10-55、绘制浸洞线正常蓄水位情况下，浸润线方程：HxH22( H1 2H22) x/L列表 2 如下，绘于图1。表 2 正常蓄水位情况下浸润线表x0102080(m)y(m)05.928.375
7、16.75五、稳定计算1、分析情况选择以上游正常高水位，而下游无水：上游设计洪水位而下游相应水位来验证下游坝坡的稳定。以库水位为 1/3 坝高处，而下游无水来验证上游坝坡稳定分析。2、滑裂面形式对于均质坝，上下游坝坡均为曲线滑裂面。采用圆弧法进行稳定计算。3、不计条块间作用力的总应力法的稳定分析步骤如下：1) 利用 B.B 方捷耶夫法和费兰纽斯法确定最危险滑弧所对应圆心的范围。在一扇形范围内的 M1、 M2 延长线附近。;.2) 取 0 为圆心，以 R=75m 为半径，作滑弧。3) 分条编号： b=0.1R，从圆心作垂线为0 号土条的中心线，向上依次为1， 2， 3， ；向下依次为 -1，-2
8、， .4)列表计算荷载，参见下表1，表 2，表 3。5)利用公式计算抗滑稳定安全系数kc。wi cosai tgi1cieibkcwi 'sin ai式中： wi=r 1h1+r 3(h2+h 3)+r 4h4r1、 r3坝体土的湿重度、浮重度，r 4、 h4 本设计不考虑w=rh +r h +r3h +rh4i112234r 、 r、 r坝体上的湿容重、饱和容重、浮容重。123由提供的资料可知，本建筑物是3 级建筑物。13，2=20.1 KN/m3，r3=20.5-9.81=10.7 KN/m3。r =19.5 KN/mr三种情况计算结果如下：正常运用期LiR ?3.147573 9
9、5.51801801664.190.36617695.5K7.51.87841.56表 1正常蓄水位情况下下游坝坡稳定计算表土条hhr hr hr hwwi sinicosw cosW sini12i编号1 13 22 2iiii(1)(2)(3)(4)(5)(6)=(7)=(8)(9)(10)(11)(3)+(4)(3)+(5)81.6031.20031.231.20.80.618.7224.96791.5175.516.0530.75191.55206.250.70.7113.6144.38696.5175.569.55133.25245.05308.750.60.8109.04185.2
10、557.510.5146.25112.35 215.25258.6361.50.50.87224.98180.7546.512126.75128.4246255.15372.750.40.92234.4149.135.513.5107.25144.45276.75251.73.840.30.95239.12115.22411.578123.05235.75201.05313.750.20.98197.0362.751412.578133.75256.25211.75334.250.10.99209.6333.4303.510.568.25112.35215.25180.6283.50000-1
11、46.57869.55133.25147.55211.23-0.10.99146.07-21.13-26.50126.7500126.75126.75-0.20.98124.22-25.35-31.33025.940025.9425.94-0.30.9524.64-7.78合计1664.19841.56上游为设计洪水，下游相应水位;.1504.3417689.140.366K71.85818.65表 2设计洪水位情况下下游坡坝稳定计算表土条h1h2h3r 1h1r2 h2r3h2r3h3wiwi sini cosi wicosiWisini编号(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(
12、9)(10)(11)(3)+(4)(3)+(5)831.7058.534.8518.19076.6993.250.80.861.3574.6873.856.5075.08133.2569.550144.63 208.330.70.71102.69145.8362.511.5048.75235.75 123.050171.8284.50.60.8137.44170.75115019.5307.5160.501803270.50.87158.6163.540.516.509.75338.25 176.550186.33480.40.93123.26139.230.5160.759.75328171
13、.28.03188.98 345.780.30.95179.53103.7320.75132.514.63266.5139.126.75 180.48307.880.20.98176.8761.5810.610.53.511.710.25112.35 37.45161.559.40.10.991605.9400.757.75414.63158.8882.9342.8140.36 216.3101140.360-11.54.53.529.2592.2548.1537.45 114.85158.95-0.10.99113.7-15.9-23.50268.250021.489.6589.65-0.2
14、0.9887.86-17.93-31.401.427.30014.9842.2842.28-0.30.9512.68-12.68合计1504.34818.65当上游水位为1 坝高处，上游坝坡的K 为：3LiR102.271800.366176102.271602.72K8.752.79529.2表 3上游水位为1 坝高处上游坝坡抗滑稳定计算表3土条hr hr hwwsincosw cosW sinh121 13 3iiiiiiii编号(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(3)+(4)(3)+(4)80.101.9501.951.950.80.61.171.567509
15、1.5097.597.50.70.7169.2368.25690175.50175.5175.50.60.8140.4105.35130253.50253.5253.50.50.87220.55126.75413.51263.2510.7275.95273.950.40.92252.03109.58310519553.5248.5248.50.30.95236.0874.5527.57.5146.2580.25226.5226.50.20.98221.9745.3;.14.5987.7596.3184.05184.050.10.99182.2118.4101.51029.25107136.25136.2501136.250-108.5090.9590.9590.950.10.9990.04-9.1-204.5048.1548.1548.150.20.9841.19-9.63-300.5505.895.895.890.30.955.60-1.27合计1602.72529.2;.