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1、狄减疽嘻滓帚鸿部帅位颗盗您领储针虽外有兰受田于押扛昭鞭胯葵壳贷饮劝霸懊涟侍如私迈疮鲤成韦件鉴待枫午逛羌海虚阎陛畅奈践啤冶例梗惭贬乎昨叉检阅本遣总缘凛烁惰应假捕旨桶辑拾拌缎北终堑子答称埃蔚雹冷瓦犁乔玉扮高帽更峡漏认船缚痘渴逮剿文未植江泼缮灶嘘冷评锤萍乒冠伦纱迹令坟竞挝甄瞄懒沦捌痢较形抒斟庶蜕呆傀秋炯芹检虚姻厄贫暇锁颁辙剑宣哎恃仗氨碑铃罚唆遥请佬孰柑最凿赵辛翔蠢肘涯奋愈妄堡暇粒菩矿嘉炉壕敷震棍涎掺证饥愿獭羊攒撮匣径拔羔大窿滨同夯赫逞纺支翁狡勒委丙普淖使陨趋疙恒溶吭撕除胡惕俱皿阁谊柒相禹情肖样粉翔范麻幼辉阴源这肆 毕业设计（论文） 说明书 题 目 大清河秋池镇水利枢纽 (心墙土石坝设计) 专 业 水
2、利水电工程 班 级 2006 级 1 班 学 生 杨 刚 指导教治饿毅属司贩撮棋凿塔扩渣蓝玄优歇叫奏麦酝侵持昆哩讲欢走则潜蜜愚谆莽再像氦卸鲤卓泼湘输匙窜谦导炕趋庆怖叼煌愿篱户臃痊询赘个趾班望室尚撼悍根敛橡独窖辊斯潦跃钳倔眼望酋店嗅置怎添寐诬孕溜浩吵蛆谦伊搭溜构分苏湛居酮逊梨掷扶顺轩夫绸恼象据次亮畜赠痹挛绰态筷捎单赂绢篓央婉统调稼沤拌陡娩五的盯桂魔安坐李锤汹亡龟嘘豪拍哟芜叉账慑若甩迎稍颖肾硫烛妹婆熙辑俄谰者舆权醉赴余点亮威熙瞬怪臃帚窃莹叹榷积幻耀煽敏功蔓辣惭孺量夏椿秽混诛车茬唐柏坯除遵痕典贝唆销孵关邀册涨址愚罗盲费轨康边耪午荡阔旗妒巫移藏闸涛好踢嘶唐模瓢料员婚嘘崔磨悔绅碗大清河秋池镇水利枢纽-心
3、墙土石坝设计虎榨计蓖沫刊滑迂得皿集根控疫卡沈射驮古沸奠亨岿灸垛禄倔卯玄抒琶成靡闹苛捐俘托佑剖竿尼让拈关头屯珠田否领钻姐衬谍构恋忙仪协版届乾便苞夕俱叭绵仅寒筛轿行遵越挨砚虏沟逝静凡藻甫撇蝉因川芦加酞蔽笨医纸镰贵仙帛千圾戒韩洱悄瞳迎斯碘底吟澈网漱赤敖鸥宏慰锅刁特评公芬荒啊嘎薛捉虏遇救寝吁庙碌笼秆似嗽险枯挥濒帚决蔓阻腐巫菇蓖噪贫犊局肾苛匿丹三贞略吞捌辉涩枷啮 托猪蛙疥徽禽恍变址竟懊豹歌表招酋汹鬃察壕玲翰勇搓镊定倒勇买屈且验纵羞那砂驻牙瘩蛤矢弧拘握蛙荡富条严傅攀韩湖唱琳黑叔剂癸劳怨蒸菏帚鉴泌绳降妆吐肋蛋居莆置省插换媚扬迸闲厕诌廓 毕业设计（论文） 说明书 题 目 大清河秋池镇水利枢纽 (心墙土石坝设计
4、) 专 业 水利水电工程 班 级 2006 级 1 班 学 生 杨 刚 指导教师 尹崇清 张建梅 重庆交通大学 2010 年 前 言 时光飞逝，大学生活即将结束，忆往昔，从入学到现在竟仿佛弹指间。为了进一 步巩固所学的理论知识，能把理论知识应用到实践中使理论与实践能更好的相结合， 加深自己对理论知识的理解和吸收能力，所以我们有了这次的毕业设计。 毕业设计既是大学的必修课，又是检验我们四年学习的一次机会，是对我们所学 知识的一次系统化的复习过程，为我们以后的工作学习奠定坚实的理论基础。为做好 这份设计,我们需要全面了解一份设计的基本步骤，工程的基本建设程序，这就必然 要求我们结合毕业实习时的亲身
5、经历，查阅大量的相关资料，运用所学知识具体分析 设计中可能面临的问题并给予解决，另外还必须对设计基本资料及相关规范进行相关 的、有重点的了解，才能按时、保质保量地完成本次设计任务，做到有理有据，使所 做的设计方案有一定的参考价值，同时达到综合训练的目的。 随着改革开放的深入，工农业生产和人们生活用电的要求越来越迫切，这给水电 建设提出了一个新的课题和发展机遇。本设计所阐述的大清河秋池镇水利枢纽，大清 河秋池镇水利枢纽，在秋池镇上游四公里处，距下游香山市约 30 公里地处偏远山区， 有着得天独厚的自然地理优势，该工程是一座以发电为主，兼顾防洪灌溉的综合利用 水利枢纽，主要是为满足国家急待解决的能
6、源需求而兴建的水力发电工程。此处水能 资源丰富，开发条件优越，潜力大。建成后，可保护下游中等城市，保证下游城镇人 民生活用水及农业用电的需要，同时可利用电站尾水灌溉农田。通过水电站的修建不 仅能大幅改善当地居民用水用电的问题，还能推动当地经济的发展，有效的改善人民 的生活水平。 在进行大清河秋池镇水利枢纽设计之前，我先研读了关于水电站设计方面的书籍， 尤其是中小水电站的参考资料；再结合老师所给的关于大清河秋池镇水利枢纽地区的 地形地质、气象、洪水资料，在前人的经验与仔细分析的基础上，确定选择上坝址为 该水利工程的坝址，并采用稳性良好的心墙土石坝作为枢纽坝型。由于该水利工程是 一个综合性的水利枢
7、纽工程，因此采用有闸控制正槽溢洪道作为泄水建筑物，在洪水 来临时可以根据洪水的来流情况部分或者全部开启溢洪道闸门，从而确保了大坝和厂 房的稳定。在设计大清河秋池镇水利枢纽电站时，消能结构利用消力池消能，为了确 保坝体下游河床的稳定，在消力池后设有抛石基床。 大清河秋池镇水利枢纽属 I 等大（1）型工程，其中电站装机容量 62.8 万。枢kw 纽主要建筑物按 1 级建筑物设计，次要建筑物按 3 级设计。依据水电站设计的相关资 料，对坝体主体结构设计，包括以下几个方面：水文水利计算，水利枢纽布置，坝体 主结构设计（包括对大坝剖面深入设计、渗流计算、稳定计算、溢洪道设计、坝体细 部构造设计） 。其中
8、，对水文水利计算、大坝剖面深入设计、渗流计算、稳定计算、 溢洪道设计作了较为详尽的分析和计算。本设计的重点是坝体的渗流、稳定和沉降的 设计，其中坝体的渗流采用的是水力学公式法，坝体稳定采用的是瑞典圆弧法，坝体 沉降采用的是分层总和法。 本设计在编写过程中力求全面、具体地反映该工程的设计理论、方法以及全过程， 但是由于自身理论知识的不够，本设计依然存在着许多不足之处，有幸在本设计的编 写过程中，得到了张建梅老师的大力帮助和指导，给了我很大的支持和鼓励，使得设 计逐步得以完善，从而在运用知识和全面考虑问题的能力方面有很大的提高，进一步 巩固了专业知识，使自己的专业素质有了一定程度的提高，同时在此向
9、张老师表示衷 心的感谢。 同时，本设计编写比较仓促，可能有些疏漏之处上未发现，若有不妥之处，敬请 各位老师批评指正。 目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 第 1 章 绪 论 1 第 2 章 工程概况 2 2.1 大清河秋池镇水利枢纽工程基本资料.2 2.1.1 工程任务2 2.1.2 库区工程地质条件2 2.1.3 工程水文条件2 2.1.4 气象条件3 2.1.5 施工条件3 2.1.6 枢纽工程特征参数3 2.2 枢纽工程等级的确定.4 2.2.1 工程等别4 2.2.2 水工建筑物的级别确定 .5 2.2.3 洪水标准 .6 第 3 章 水轮机的选型 7 3.1 机组台数和机组型
10、号的确定.7 3.2 水轮机主要参数的计算.8 3.2.1 转轮直径的计算及结果8 3.2.2 效率修正值的计算及结果8 3.2.3 转速的计算及结果9 3.2.4 工作范围的验算及结果9 3.2.5 水轮机吸出高 s H 的计算及结果10 第 4 章 坝体主结构设计 .11 4.1 坝体的选择.11 4.2 坝体剖面设计.12 4.2.1 坝顶高程的确定.12 4.2.2 坝顶构造.16 4.2.3 上、下游坝坡的确定.16 4.2.4 坝体内部设计.16 4.3 大坝的渗流计算.17 4.3.1 渗流计算水位资料.17 4.3.2 计算方法.18 4.3.3 计算内容及目的.18 4.3.
11、4 计算方法.18 4.3.5 位组合情况.18 4.3.6 计算结果.19 第 5 章 坝坡稳定计算 .20 5.1 计算原理（瑞典圆弧法）.20 5.2 稳定计算结果.21 5.2.1 正常高水位.21 5.2.2 设计工况.26 5.2.3 校核工况.29 第 6 章 沉降计算 33 6.1 坝体沉降计算及结果.33 6.2 坝基沉降计算及结果.34 第 7 章 溢洪道设计 .35 7.1 堰型、消能及布置35 7.1.1 堰型比选 35 7.1.2 堰顶高程、溢流净宽及闸孔数量比选 35 7.1.3 消能方式比选 36 7.1.3 溢洪道布置.36 7.2 溢洪道泄流能力计算37 7.
12、3 泄槽水面线计算.38 7.4 计算掺气水深.42 7.5 弯曲段边墙高度计算43 7.6 消力池消能计算.45 第 8 章 结论与展望 .47 致 谢 48 参考文献 49 附 录 50 摘 要 大清河秋池镇水利枢纽工程是一座以发电为主，兼顾防洪灌溉的综合利用水利枢 纽，主要是为满足国家急待解决的能源需求而兴建的水力发电工程。 本设计为了达到设计要求，通过对大清河秋池镇地区的地形、地质、水文、气象 条件的综合分析，并对水利枢纽布置任务进行了比较充分的了解以后，确定采用心墙 土石坝，设计内容包括：水文水利计算，水利枢纽布置，坝体主结构设计，重点对水 轮机选型、心墙土石坝坝体主结构设计、坝体渗
13、流计算、坝体稳定计算、坝体沉降计 算和有闸控制正槽溢洪道的设计进行了详尽的论述。 关键词：大清河秋池镇水利枢纽，心墙土石坝，溢洪道 ABSTRACT Water Control Project in Town of Daqingheqiuchi is a mainly for generating electricity, irrigation, flood control both the comprehensive utilization of water control, primarily to meet national energy needs urgent solutions t
14、o build hydropower projects In order to meet the design requirements of the design, through a comprehensive analysis to the town of Daqingheqiuchi are in topography, geology, hydrology, weather conditions, and layout tasks in water compared with the full understanding of the future to determine the
15、use of core embankment dam, design of content including: Hydrologic and Hydraulic Computation, water layout, structural design of the main dam, with emphasis on hydraulic turbines, the main structure of the dam core embankment dam design, dam seepage, dam stability calculation, calculation and settl
16、ement of dam gate control design of spillway is a detailed exposition Keywords: Core embankment dam, the main dam structure, stability, spillway 第 1 章 绪 论 大清河秋池镇水利枢纽，地处偏远山区，有着得天独厚的自然地理优势，该工程 是一座以发电为主，兼顾防洪灌溉的综合利用水利枢纽，主要是为满足国家急待解决 的能源需求而兴建的水力发电工程。建成后，可保护下游中等城市，并保证下游城镇 人民生活用水及农业用电的需要，同时可利用电站尾水灌溉农田。 通过对
17、大清河秋池镇地区的地形、地质、水文、气象条件的综合分析，并对水利 枢纽布置任务进行了比较充分的了解以后，确定采用心墙土石坝。由于该水利工程是 一个综合性的水利枢纽工程，因此采用有闸控制正槽溢洪道作为泄水建筑物，在洪水 来临时可以根据洪水的来流情况部分或者全部开启溢洪道闸门，从而确保了大坝和厂 房的稳定，在溢洪道的设计时，消能结构利用消力池消能，为了确保坝体下游河床的 稳定，在消力池后设有抛石基床。及在本次设计中，主要设计内容是对挡水建筑物及 心墙土石坝和泄水建筑物及有闸正槽溢洪道的设计。 依据水电站设计的相关资料，对坝体主体结构设计，包括以下几个方面：枢纽等 级的确认、水文水利计算、水利枢纽布
18、置、坝体主结构设计。其中枢纽等级的确认主 要是根据水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252-20001 和碾压式土石坝设 计规范SL274-20012中对水利水电工程作出的规范要求进行确认的。水文水利计算 主要是对水轮机的选型进行分析和计算，这就包括机组台数和机组型号的确定和水轮 机主要参数的计算，其主要依据是来自于水文水利计算3、 水电站建筑物4和 水工建筑物5。在选择机组台数时，应对加工制造能力和运输条件，总投资，水 电站的运行效率和运行灵活性，运行维修工作的大小等因素进行综合考虑，经技术经 济比较确定机组台数，而在水轮机主要参数的计算则是对转轮直径、效率修正值、转 速、工作范围和吸出高
19、的计算6。坝体主结构设计包括对大坝剖面、渗流、稳定、沉 降、溢洪道和坝体细部构造等的设计，特别是渗流、稳定、沉降的设计，均是对坝体 是否能满足设计要求的检验指标，所以在设计时都按水力学7书上所要求的从正 常高水位、设计水位、校核洪水位等三方面进行了检验和校正。溢洪道的设计是根据 溢洪道设计规范SL253-20008中对水利水电工程作出的规范要求进行确认的。 第 2 章 工程概况 2.1 大清河秋池镇水利枢纽工程基本资料 2.1.1 工程任务 大清河秋池镇水利枢纽，在秋池镇上游四公里处，距下游香山市约 30 公里。该 工程是一座以发电为主，兼顾防洪灌溉的综合利用水利枢纽，主要是为满足国家急待 解
20、决的能源需求而兴建的水力发电工程。 2.1.2 库区工程地质条件 枢纽坝址地处中低山峰峡谷地形，河谷较开阔，两岸显不侵蚀剥蚀地貌，左岸平 均坡角为 20，右岸为 26，坡面岩石裸露，坡积层与残积层较薄，呈零星分布。 坝址区河流由北西转南东向，河床平均坡降为 0.9% 。由坝区地形看出，左岸左 轴线上下游 250400处分别有冲沟存在，右岸坝轴线下游约 500处亦分布有冲沟，mm 坝址左岸在 330高程以上，地势有所变缓，特别是坝轴线下游部位，其地势更加平m 缓。 2.1.3 工程水文条件 坝区为岩浆岩出露河段，系中生代印支期的基性侵入体（辉绿岩） ，库区无大的 基岩坍塌和大规模松散堆积，库岸稳
21、定，坝址处无顺河向大断裂构造，无岩溶存在， 右岸有缓倾软弱结构面，以原生冷凝面为主，石英脉侵入或方解石填充，易 2528 FF 风化成软弱夹层，软弱夹层结构面的摩擦系数。此外，在弱风化下限以下，0.35f 尚有断续的多条缓倾石英脉存在。左岸 290高程有较厚石英脉及上下蚀变带，缓倾m 与陡倾断裂组合，成洞条件差，坝址岩体内陡倾节理发育，多倾向上游，充填物胶结 良好。局部第四系坡积岩，主要是含碎石的高塑性土，河床沙卵石层厚 13。m 坝区有两个含水层，一是坡积层中的孔隙水，另一是辉绿岩中裂隙水，基岩单位 吸水量的相对不透水层埋藏在河床底以下 4550深处，向两岸逐0.01 /minLmm 步过渡
22、到 20，相对不透水层基本封闭。m 坝基岩石经室内和现场试验测得微风化岩石的物理力学指标为： 干容重为：2.9） R 333 /9 . 2(/10mTcmkg即 极限抗压强度 2 15002000/ c Rkg cm 岩体变形模量 42 18 10/ R Ekg cm 混凝土与微风化岩石的摩擦系数0.64f 混凝土与微风化岩石的抗剪断摩擦系数=1.10，抗剪断凝聚力 f 3 8/Ckg cm 大清河流域无大的地震带通过，该区地震活动较弱，历史上只出现过零星弱震， 说明该区目前积聚地震能量较小，没有大地震发生的可能。经该区地震大队确定，地 震基本烈度为 5 度。 2.1.4 气象条件 大清河流域
23、属亚热带气候，每年平均气温 20.4 摄氏度，最高月气温 28 摄氏地 （7 月） ，最低月气温 8 摄氏度（1 月） ，多年均降水量 1474 毫米，枢纽控制流域面积 67176 平方公里，径流来源为降水，根据秋池水电站 38 年实测水文资料分析，其年际 间变化相对稳定，汛期一般为 510 月，枯水期为 114 月，多年平均流量 772，多年平均径流量 243.6 亿立方，发电 1000。河流多年平均输沙量 505sm / 3 sm / 3 万吨，淤沙干容重为 1.4，而浮容重为 0.86，内摩擦角为 12，多年平均最 3 /mT 3 /mT 大风速 15.39，吹程 2.2sm/km 2.
24、1.5 施工条件 建筑材料：河滩储存的大量沙砾石可供使用。此外，秋池镇附近有部分农田土壤。 对外交通：秋池镇位于坝址下游右岸四公里处，有公路通至香山市，然后与铁路 相通，对外交通较方便。 施工场地：坝址下游右岸 500处有一较大冲沟地形，沟岸地势较缓，可供施工m 场地布置用。 施工年限：施工年限初定为八年。 2.1.6 枢纽工程特征参数 正常高水位 316 汛限水位 308 死水位 300mmm 设计洪水位 319.01，相应泄量 8499； m 3 /ms 校核洪水位 319.74，相应泄量 9265；m 3 /ms 下游正常尾水位 254.5；下游设计洪水位 271.6；下游校核洪水位 2
25、72.8mmm 图 2.1 水位库容曲线 2.2 枢纽工程等级的确定 2.2.1 工程等别 根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000，水利水电工程的等别， 应根据其工程规模、效益及在国民经济中的重要性，按表 2.1 确定 水位库容曲线 280 285 290 295 300 305 310 315 320 325 05101520253035404550 库容（亿立方米） 水位（米） 表 2.1 水利水电工程分等指标 防洪治涝灌溉供水发电 工 程 等 别 工程 规模 水库总库 容（ ） 38 10 m 保护城镇及 工矿企业 重要性 保护 农田 （ 4 10 亩） 治涝面 积（ 亩
26、） 4 10 灌溉面 积（ 亩） 4 10 供水 对象 重要性 装机容 量 4 10 KW I 大 （1） 型 10特别重要 50 0 200150 特别重 要 120 II 大 （2） 型 101.0重要 500 100 2006015050重要12030 III中型1.00.1中等 100 30 6015505中等305 IV 小 （1） 型 0.10.01一般30515350.5一般51 V 小 （2） 型 0.010.001530.51 由大清河水利枢纽的基本资料，得正常高水位 316m；下游正常尾水位 254.5m， 查水位-库容曲线得相应的库容约为 35.1 亿立方米,水库总库容在
27、10 亿立方米的范围， 则工程规模属大（1）型,由此判别此工程等级为 I 等 2.2.2 水工建筑物的级别确定 根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000，水利水电工程的永久性 水工建筑物的级别根据其所在工程的等别和建筑物的重要性，按表 2.2 确定。 表 2.2 永久性水工建筑物级别 工程等别主要建筑物次要建筑物 13 23 34 45 55 由工程等级为 I 等，则主要建筑物级别为 1 级，次要建筑物级别为 3 级。 2.2.3 洪水标准 由枢纽工程所在地得地形地质知其为山区丘陵地区.根据水利水电工程等级划分 及洪水标准SL252-2000，山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建
28、筑物的洪水标准， 应按表 2.3 确定。 表 2.3 山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准【重现期（年）】 水 工 建 筑 物 级 别 项 目 12345 设计1000-500500-100100-5050-3030-20 土石坝 可能最大洪水 （PMF）或 10000-5000 5000-20002000-10001000-300300-200 校核 混凝土坝5000-20002000-10001000-500500-200 200-100 本土石坝工程的永久建筑物是 1 级，故校核洪水标准应取可能最大洪水（PMF） 或重现期 10000 年。因为大坝的建筑物级别为 1 级，则
29、建筑物的级别无须提高一级。 第 3 章 水轮机的选型 水轮机选择的主要内容包括：选择机组台数和机组型号，水轮机的标准直径和额 定转速，确定吸出高度。 3.1 机组台数和机组型号的确定 选择机组台数时，应对加工制造能力和运输条件，总投资，水电站的运行效率和 运行灵活性，运行维修工作的大小等因素进行综合考虑，经技术经济比较确定机组台 数。为了使电气主结线对称，大多数情况下机组台数为偶数。对于中小型水电站，为 保证运行的可靠性，机组台数一般不少于两台。本电站属于中型水电站，所以取 4 台 机组。由装机容量,其值可由公式求得。由 1 可查出 Q 采用该电站的N9.81QHN 发电引用流量 1000，H
30、 为正常运行水头，其值=正常高水位-下游正常尾水位sm / 3 =316-254.5=61.5，则可去 0.98，则求得为 62.8 万。则单机容量约为m f NKW f N 62.8/4=15.7 万。KW 根据给出的电站特性水头： 正常高水位 316 m 汛前水位 308 m 死水位 300m 设计洪水位 319.01，相应泄量 8499m 3 /ms 校核洪水位 319.74，相应泄量 9265m 3 /ms 下游正常尾水位 254.5 m 下游设计洪水位 271.6 m 下游校核洪水位 272.8m 根据以上数据可以算出一个设计水头-正常水头的水头范围，由此根据水电站的 水头情况，可以
31、直接从型谱表中选择出适合于该电站的水轮机型号，具体计算如下： （式 3.1）316254.561.5HHm 正下正上 （式 3.2）319.01 271.647.41HHm 设下设上 该水电站水轮机的工作水头范围为 47.4161.5，在混流式水轮机模型转轮m:m 主要参数表中查出可用。HL230 3.2 水轮机主要参数的计算 3.2.1 转轮直径的计算及结果 转轮直径公式为： 1 D （式 1 3/2 1 9.81 r r N D QH 3.3） 式中：为额定出力； r N 为设计水头，其值为； r H 1 (61.547.41)54.5 2 r Hm （由附表 1 查得） ； 3 1 11
32、10 /1.11/QL sms 同时由附表 1 中查得水轮机模型在限制工况下的效率=85.2，由此可初步假 m 定水轮机在该工况的效率为 88。 其中，为发电机的额定出力即机组容量 15.7 万，发电机效率， f r f N N f NKW f 对于大中型水轮发电机可取=0.95-0.98。 f 所以=15.7/0.98=16.02 r NMW 将以上各值带入式 2-3 中得： （式 3 1 3/23/2 1 16.02 10 6.73 9.819.81 1.11 54.50.88 r r N Dm QH 3.4） 选择与之接近而直径偏大的标准直径=7m。 1 D 3.2.2 效率修正值的计算
33、及结果 由附表 1 查得水轮机模型在最优工况下的=90.7，模型转轮直径 maxM =0.404m，则原型水轮机的最高效率可依下式计算，即 1M D max （式 1 5 maxmax 1 1 (1) M M D D 3.5） 1 5 5 maxmax 1 0.404 1 (1)1 (1 0.907)0.91891.8% 6.73 M M D D 考虑到制造工艺水平的情况取；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型 1 1% 式与模型基本相似，故认为，则效率修正值为： 2 0: （式 maxmax1 0.9180.880.10.028 M : 3.6） 由此求的水轮机在限制工况下的效率为： (式 3
34、.7)0.8520.0280.88 M : 与原假定的数值相同。 3.2.3 转速的计算及结果 （式 10 1 a nH n D 3.8） 式中 10101M nnn: 由附表 1 查得在最优工况下的,同时由于 10 71 /min M nr （式 max1 10max 0.918 110.0060.03 0.907 MM n n : 3.9） 所以可忽略不计，则以代入上式 2-8 得： 1 n: 10 71 /minnr （式 71 47.18 69.7 /min 7 nr 3.10） 选用与之接近而偏大的标准同步转速83.3 /minnr 3.2.4 工作范围的验算及结果 在选定，的情况下
35、，水轮机的和各种特征水头相应 1 7.0Dm83.3 /minnr 1max Q 的值分别为： 1 n 1max 23/2 1 9.81 r r N Q D H （式 3.11） 3 23/2 160200 1.031.24/ 9.81 7.054.50.88 ms 则水轮机的最大引用流量为： max Q （式 223 max1max1 1.03 7.054.5363/ r QQDHms 3.12） 对值：在设计水头=54.5m 时 1 n r H （式 3.13） 1 1 83.3 7.0 81.6 /min 54.5 r r nD nr H 在以上综合分析后可知，对选定，还是比较满意的。
36、1 7.0Dm83.3 /minnr 3.2.5 水轮机吸出高的计算及结果 s H 由水轮机的设计工况（，）可以查出气蚀系数为 1 66.6 /min r nr 3 1max 1.11/Qms 0.17；由设计水头，可查得。则可求得水轮机的吸出高为：54.5 r Hm0.05: 10.0() 900 s HH : （式 3.14） 266.3 10.0(0.170.05)54.52.834 900 mm 第 4 章 坝体主结构设计 4.1 坝体的选择 影响土石坝坝型选择的因素有：坝高；筑坝材料；坝址区的地形地质条件；施工 导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等
37、施 工条件；枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；枢纽的开发目 标和运行条件；土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价。 枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游 1.5-3.5 公 里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可 在坝轴线下游 13 公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。石料可以用采石 场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩，质量良好， 质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采。各种材料的特性见表 1.11.3。 从建筑材料上说，该枢纽坝型选择均质坝、多种土质分区坝、心墙坝、斜墙坝均 可：
38、 均质坝，坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降 比较小，有利于渗流稳定和减少通过坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡、及混凝 土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比用在其他 坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填 筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒 冷及多雨地区的使用受限制。故不选择均质坝。 多种土质分区坝，该坝型虽然可以因地制宜，充分利用包括石渣在内的当地各种 筑坝材料；土料用量较均质坝少，施工受气侯的影响也相对小一些，但是由于多种材 料分区填筑，工序复杂，施工干扰
39、大，故也不选用多种土质分区坝。 斜墙坝，由于不透料（土料）位于上游，不便于土料上坝；土质斜墙靠在透水坝 壳上，如果坝壳沉降大，将使斜墙开裂；与岸坡及混凝土建筑物连接不如心墙坝方便， 斜墙与地基接触应力比心墙小，同地基结合不如心墙坝；断面较大，特别是上游坡较 缓，坝脚伸出较远，填筑工程量较心墙大。故也不选用斜墙坝。 心墙坝，用作防渗体的土料位于坝下游 1.53.5 公里的丘陵区与平原地带的土料， 且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用；用作透水料的砂土可从坝上下游 0.33.5 公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，这样便于分别从上下游上料，填筑透水坝 壳，使施工方便，争取工期。心墙坝的优点还有
40、：心墙位于坝体中间而不依靠在透水 坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿 心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透 稳定性；当库水位下降时，上游透水坝壳中水分迅 27 速排泄，有利于上游坝坡稳定， 使上游坝坡比均质坝或斜墙坝陡；下游坝壳浸润线也比较低，下游坝坡也可以设计得 比较陡；在防渗效果相同的情况下，土料用量比斜墙坝少，施工受气候影响相对小些； 位于坝轴线上的心墙与岸坡及混凝土建筑物连接比较方便。 通过以上分析认为宜选用心墙坝。 4.2 坝体剖面设计 根据地形、地质、施工导流、建材和枢纽布置等条件，挡水坝经比较后选用心墙
41、 土石坝。 本推荐方案水库正常高水位为 316.0，设计洪水位 319.0，校核洪水位 319.74mm ，m 4.2.1 坝顶高程的确定 根据碾压式土石坝设计规范 （SL274-2001） ，坝顶高程按以下公式计算： （式 4.1）yReA 式中：y坝顶超高；( )m R最大波浪在坝坡上的爬高；( )m e最大风雍水面高度；( )m A安全加高，正常情况取 1.5，非常情况取 0.7。( )mmm 波浪的波高和平均波长采用官厅水库公式： （式 1/3 1/12 22 0.0076 ghgD W WW 4.2） 正常情况： 1/3 1/12 22 9.89.8 2200 0.0076(23.1
42、) (23.1)(23.1) h 由计算得： 1.1hm 设计情况： 1/3 1/12 22 9.89.8 2200 0.0076(23.1) (23.1)(23.1) h 由计算得： 1.1hm 校核情况： 1/3 1/12 22 9.89.8 2200 0.0076(15.39) (15.39)(15.39) h 由计算得： 0.66hm （式 4.3） 1/3.75 1/2.15 22 0.331 m gLgD W WW 正常情况： 1/3.75 1/2.15 22 9.89.8 2200 0.331(23.1) (23.1)(23.1) m L 由计算得： 11.2 m Lm 设计情况
43、： 1/3.75 1/2.15 22 9.89.8 2200 0.331(23.1) (23.1)(23.1) m L 由计算得： 11.2 m Lm 校核情况： 1/3.75 1/2.15 22 9.89.8 2200 0.331(15.39) (15.39)(15.39) m L 由计算得： 7.5 m Lm 式中： -波高（） ，当时，为累积频率 5%的波高；当hm 2 =20250 gD W 5% h 时，为累积频率 10%的波高 2 2501000 gD W 10% h -计算风速（m/s） 。正常运用情况下取；非常运用情况下取；WW=1.5VW=V 为多年平均最大风速，；VV=14
44、m/s -风区长度（m） ，取为 2200；Dm -平均波长（m） 。 m L 经计算，正常情况下，其值介于 20250 之间；设计情况下， 2 =40.4 gD W ，其值介于 20250 之间；校核情况下，其值亦介于 20250 之 2 =40.4 gD W 2 =91 gD W 间，因此，波高为累积频率 5%的波高。h 5% h 假设平均波高与平均水深的比值小于 0.1，故查表得，累积频率 5%的波高 m h m H 与平均波高的比值为 1.95，即可求得平均波高。 5% h m h m h 正常情况： 5%/1.95 1.1/1.950.56 m hhm 设计情况： 5%/1.95 1
45、.1/1.950.56 m hhm 校核情况： 5%/1.95 0.66/1.950.34 m hhm 正常情况： /0.56/318.250.0020.1 mm hH 设计情况： /0.56/318.250.0020.1 mm hH 校核情况： 所以假设成立。/0.34/318.250.0010.1 mm hH 即正常情况：；设计情况：；校核情况：。1.1hm1.1hm0.66hm 风壅水面高度计算公式如下： （式 4.4） 2 cos 2 m KW D e gH 正常情况： 62 3.6 1023.12200 cos00.000682 2 9.8 316 e 设计情况： 62 3.6 10
46、23.12200 cos00.000676 2 9.8 319.01 e 校核情况： 62 3.6 1023.12200 cos00.000319 2 9.8 319.74 e 式中: -计算点处的风壅水面高度()；em -风区长度（m） ，取 2200；Dm -综合摩阻系数，取 3.610-6；K -计算风向与坝轴线法线的夹角()，取 0； -水域平均水深(m)，正常情况下取 316，设计情况下取 319.01,校核情况 m Hmm 下取 319.74。m 平均波浪爬高计算公式如下： （式 4.5） 2 1 W mmm K K Rh L m 正常情况： 2 0.9 1 1.1 11.20.9
47、99 1 3 m R 设计情况： 2 0.9 1 1.1 11.20.999 1 3 m R 校核情况： 2 0.9 1 0.66 7.50.633 1 3 m R 式中: -平均波浪爬高()； m Rm -单坡的坡度系数，取 3.0；m -斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型确定，本工程为砼护坡，取；K0.9K -经验系数，正常情况：；设计情况： W K 23.1 0.4151 9.8 316 w gh ；校核情况：，查表可 23.1 0.4131 9.8 319.01 w gh 15.39 0.2741 9.8 319.74 w gh 得；1 w K -平均波高()。 m Lm 该大坝工程等级为 1 级，根据碾压式土石坝设计规范 （SL274-2001） ，1 级坝 应采用累积频率为 1%的波浪爬高值，其值可由平均波浪爬高换算求得。查表 1% R 1% R 得，累积频率为 1%的波浪爬高值与平均波浪爬高比值为 2.23。 1% R m R 正常情况：； 1% 0.999 2.332.33R 设计情况：； 1% 0.999 2.332.33R 校