第五组土石坝设计报告

土石坝设计报告第五组1.枢纽等别与建筑级别根据水库总库容2亿m3，查表1-1，为二等工程根据水电站装机容量27Mw，查表1-1，为五等工程按最高级别确定为二等工程，大坝等主要建筑物为二级2.坝型选择（1）坝址基岩为上游为五通砂岩，下游为二叠纪碳岩，覆盖层沿坝轴线1.5-5.0m，若修建重力坝清基开挖大，且不能利用当地筑坝材料，故修建重力坝不经济（2）土石坝对地形，地质条件要求低，几乎能在所有条件下都可以修建，且施工简单（3）多年平均降雨天数78d/a，不宜修建粘土均质坝，心墙不受坝壳沉降影响，粘土用量少，受气候影响小综上所述，最终选择心墙坝3.剖面拟定（1）该坝无交通要求，坝顶宽度取7m（2）坝顶高程①正常工作情况由莆田实验站公式计算波浪爬高R土坝采用砌石护面，取K△=0.8，坝前水深H=113.50-70=43.5m查表得Kw=1.00取风向与坝轴垂线的夹角为00，Kβ=1.初拟坝坡m=2.5，则平均波高为726.05.43*81.95.1*10ghv575.0281.9*0018.0)(0018.0)158000*81.9(15245.0222vvhgDgl平均波长：平均波浪爬高为：设计爬高值的累计频率P按工程等级确定，对于1，2,3级土石坝取1％的爬高值R1％，该坝属于2级，故计算R1％。根据平均坡高=0.575，坝前水深=43.5，得查得则R=1.904风壅水面高度按2级查得正常工作情况安全加高A=1.0m所以正常工作情况的坝顶超高△h=1.904+0.01+10=2.904正常工作情况的坝顶高程为113.50+2.91=116.404375.14575.0*252522llllmRmkkkw854.0375.14*575.011*00.1*8.015.2220132.05.43575.02Hhl23.2/RRmgHDkev01.0cos75.21*81.9*28000***6.3cos2015100262②非正常工作情况此时，坝前水深为43.9m，风速采用v=10m/s平均波高=0.368m，平均波长=9.20m，平均波浪爬高=0.546波浪爬高=1.217，风壅水面高度=0.006m按2级查得非正常工作情况安全加高A=0.5非正常工作情况下坝顶超高为△h=1.217+0.006+0.5=1.723m非正常工作情况的坝顶高程为113.90+1.723=115.623m取上述两种情况最大值，即坝顶高程为116.404m，考虑上游侧设1.2m高防浪墙，用防浪墙顶高程代替坝顶高程，则坝顶高程为116.404-1.2=115.204m，坝高为115.204-70=45.204m以坝高的1％为预留沉降值，则坝顶施工高程为115.204+45.204*1％=116.856m(3)坝坡参考已建工程，初拟上游坝坡由上而下为：1:2.5,1:2.75，1:3；下游坝坡为1:2.25,1:2.5,1:2.75。在上下游变坡处设马道，宽2m。3.构造设计（1）坝顶构造：坝顶用碎石铺设路面，坝顶横向设向下游倾斜3％的坡度，上游设1.2m的防浪墙，下游侧设缘石.（2）坝体防渗：坝体防渗采用粘土心墙，心墙坝顶高程114.856m高出设计洪水位0.5m，顶部保护层厚度为115.204-114.856=2m，心墙顶宽2m，自顶向下逐渐加厚，心墙两侧边坡为1:0.2，坝低厚度为20.6m，作用水头为H=113.90-70=43.90m，心墙允许渗透坡降[J]=6，H/[J]=43.9/6=7.25m，心墙底部实际高度为20.6m7.25m。满足要求（3）坝基防渗：坝基采用粘土截水墙，上部厚度与心墙等厚为20.6m，下部厚度为10.6m。为加强截水墙与岩石接连，在截水墙底部再挖0.5m深齿槽，开挖边坡为1:1底部宽度为4m，两侧设0.4m的粗砂层。（4）坝体排水：采用堆石棱体排水，下游水位74.3m，所以顶部高程为74.30+1=75.30m，高出下游最高水位1m，顶宽2.0m，内坡1:1.5，外坡1:2，（5）护坡及坝坡排水上游坡坝面设干砌石护坡，厚度0.5m，下面设0.2m厚碎石层，护坡范围：上至坝顶，下至死水位以下1m处。下游采用草皮护坡，草皮厚0.2m，草皮下铺一层0.2m厚的腐殖土坝坡排水：在下游坝坡设纵横连通的排水沟，沿坝与岸坡的结合处也有设排水沟，纵向排水沟沿马道内侧布置，沿坝轴线方向每隔100m设一条横向排水沟。4.渗流计算1.渗流计算的基本设定（1）心墙采用粘土料，渗透系数为k=1.0*10-6cm/m，坝壳采用砂石料，渗透系数为k=1.0*10-3cm/m，两者相差1000倍，可以吧粘土墙看作是相对不透水层（2）发生渗流时土体的空隙体积不变，饱和度不变，渗流为连续的（3）土体中渗流流速不大，但处于层流状态，渗流服从达西定律2.渗流计算条件用上游设计洪水位113.50m，下游相应的最低水位72.65m3.渗流分析计算因为此坝为带截水墙的心墙坝心墙、截水槽段：取平均厚度δ进行计算。若心墙后的浸润线的高度为h，可推导出通过心墙、截水槽的渗流量为：2)()(2211ThTHKqe通过心墙下游坝体与坝基的单宽渗流量为q=kh2/2L+kThT/L+0.44Tδ=[(20.6+2)*44*0.5+(20.6+10.6)*5*0.5]/44=11.73m举行断面下端至下游坡脚的距离L为L=3.5+（116.856-100）*2.5+2+（100-85）*2.75+2+（85-70）*2=118.46mL'=L-（72.65-68）*2-2=108.6mKe=1*10-6cm3/s，K=1*10-3cm3/s，KT=1*10-4cm3/s计算得出h=4m由上面的公式计算得出q=9.7*10-7cm3/s，据此可求出浸润线为y2=16+0.194x5.稳定计算上游水位大约在坝低以上1/3坝高的上游坝坡W1、W2分别为BCDE、ADE单宽重量，φ1，φ2分别为两块土料内摩擦角，分别取24o，20o已知α2=12o，假设α1=26o。W1=SBCDE*1*r1W2=SEFD*1*r1+SEFD*1*r2AG=DG/tanα2=15.6/tan12º=73mEG=AG/m=AG*BO/AO=25.6mED=EG-DG=25.6-15.6=10mCH=46.856-15.6=31.256mCI=31.256-10=21.256mEK=CI*AO/BO=60.7mDH=CH/tan1=31.256/tan26º=64.08mDJ=EKBC=JH=DH-DJ=64.08-60.7=3.38mEN=ED/tanα1=10/tan26º=20.5mSBCDA=SAEND+SENBC=0.5*EN*ED+0.5(BC+EN)*CI=356.3W1=305.78*1*18=6413.4FD=AG-15.66m=73.67-52.40=21.27SEDF=0.5*FD*ED=0.5*21.17*6.36=67.64SAFD=0.5*FD*DG=0.5*21.17*15.66=166.54W2=67.64*16+166.54*(19-9.8)=2614.41P-W1sinα1+1/W1cosα1tanφ1=0①1/kW2cosα2tanα2+1/kPsin（α1-α2）tanφ2-W2sinα2-Pcos（α1-α2）=0②联立①、②计算得出，P=8436.7，KC=2.083该坝在非正常条件下安全系数为2.083，大于规定的数值1.25；因此所拟的土坝断面尺寸是合理的，满足稳定要求。