土石坝实训文档

-1-湖南水利水电职业技术学院HunanTechnicalCollegeofWaterResourcesandHydroPower综合实训成果书班级：13级水建一班姓名：庄蕾学号：201302010031指导老师：王菜刚任务下达日期：2015年6月1日设计完成日期：2015年6月7日-2-目录第一章、设计任务书...........................................................................-3-第二章、基本资料及设计数据...........................................................-5-2.1设计资料...................................................................................-5-2.2水位............................................................................................-5-2.3气象资料...................................................................................-5-2.4筑坝材料及坝基岩石物理力学性质.......................................-5-第三章、土坝类型及剖面基本尺寸拟定...........................................-6-3.1坝顶高程...................................................................................-6-3.2坝坡............................................................................................-7-3.3排水设施...................................................................................-7-3.4心墙............................................................................................-7-第四章、渗流计算...............................................................................-8-4.1渗流分析的方法.......................................................................-8-4.2单宽流量计算公式...................................................................-8-4.3浸润线计算公式.......................................................................-8-第五章、坝坡稳定分析.......................................................................-9--3-第一章、设计任务书一、题目土石坝课程设计二、设计资料某水利枢纽，拟定坝型为土质心墙坝，其任务以防洪为主，兼顾发电，灌溉的要求，大坝为3级建筑物，基本资料如下：1，水电规划成果。上游设计洪水位355.0m，相应的下游水位为328m；上游校核洪水位356.3m，相应的下游水位为329m；正常高水位354m；死水位339.5m。2，地址资料。河床高程328m，约有1~2m的淤泥层，清基后的最低高程为326m。基岩为石灰岩，节理裂隙少，地质构造良好。拟定粘土心墙的渗透系数k=1.0*10^(-6)cm/s，坝壳沙壤土的渗透系数k=1.0*10^(-4)cm/s，土壤的内摩擦角ψ=20.1°，c=15kpa，湿容重γm=19.5kN/m3，浮容重γ‘=10.5kN/m3，饱和容重γsat=20.5kN/m3。3，其他资料。建议下游设堆石排水棱体，下游坝坡坡比建议1：2.5。风区长度D=900m，多年平均最大风速15m/s。三、设计内容（1）大坝基本剖面的设计（2）大坝渗流分析，只算设计洪水位（3）采用瑞典圆弧法进行大坝下游坝坡稳定计算，只算设计洪水位四、设计要求（1）计算书应书写清楚，字体工整，主要计算步骤、计算公式、计算简图均应列入，并尽量利用表格编制计算过程。（2）图纸应整洁，线条及字体应规范，并在规定时间内完成。五、时间安排2014年至2015年第二学期第14周上课次数第一节第二节周一任务熟悉及基本知识复习土石坝基本尺寸计算周二渗流分析渗流分析周三稳定计算稳定计算周四图纸整理，文本整理图纸整理，文本整理周五实训答辩实训答辩-4-六、课题完成后应提交的资料每位同学按规定的有关格式独立完成上述设计任务的成果一份，包括：（1）设计说明书。要求说明设计的步骤、依据的理论、采用的公式或方法，必要时将计算成果列入表格。（2）设计图纸为CAD绘制的基本剖面图，渗流分析计算图，瑞典圆弧法稳定分析图纸。（3）实训日志及实训心得报告。七、成绩考核成绩考核、成绩评定分为：优、良、中、及格、不及格五等级，实训考勤30%，期中实训表现占30%，成果作业站40%。八、装订请将以下内容装订成册（A4纸打印），前后顺序如下：1封面2目录3设计任务书4实训报告5图纸6实训总结-5-第二章、基本资料及设计数据2.1设计资料某水利枢纽，拟定坝型为土质心墙坝，其任务以防洪为主，兼顾发电，灌溉的要求，大坝为3级建筑物，基本资料如下：1，水电规划成果。上游设计洪水位355.0m，相应的下游水位为328m；上游校核洪水位356.3m，相应的下游水位为329m；正常高水位354m；死水位339.5m。2，地址资料。河床高程328m，约有1~2m的淤泥层，清基后的最低高程为326m。基岩为石灰岩，节理裂隙少，地质构造良好。拟定粘土心墙的渗透系数k=1.0*10^(-6)cm/s，坝壳沙壤土的渗透系数k=1.0*10^(-4)cm/s，土壤的内摩擦角ψ=20.1°，c=15kpa，湿容重γm=19.5kN/m3，浮容重γ‘=10.5kN/m3，饱和容重γsat=20.5kN/m3。3，其他资料。建议下游设堆石排水棱体，下游坝坡坡比建议1：2.5。风区长度D=900m，多年平均最大风速15m/s。2.2水位死水位：339.5m；正常蓄水位354.0m；设计洪水位：355.0m；校核洪水位：356.3m;正常蓄水时下游无水；设计洪水时下游水位：328m；校核洪水时下游水位：329m。2.3气象资料校核洪水情况下平均最大风速15m/s；正常蓄水位及设计洪水情况下最大风速为30m/s，水库吹程D=900m。采用莆田公式进行波浪要素：波高和波长的计算,情况如下为：1、设计洪水时：平均波高hm=0.46m，平均波长Lm=14.2m3、校核洪水时：平均波高hm=0.22m，平均波长Lm=6.7m2.4筑坝材料及坝基岩石物理力学性质内摩擦角∮（°)=20.1湿容重=19.5浮容重=10.5饱和容重=20.5粘聚力c=15kapa-6-第三章、土坝类型及剖面基本尺寸拟定3.1坝顶高程坝顶高程由水库静水位加波浪爬高和壅水面高度及安全加高确定。坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶的高程按下式计算：坝顶高程=设计洪水位+正常运用条件的设h=校核洪水位+非常运用条件的非h=正常蓄水位+非常运用条件的非h+震h坝顶静水位超高值按下式计算：AeRY式中：R——波浪在坝坡上的设计爬高，m；e——风壅水面高度，m；A——安全加高，m。该坝的级别为Ⅲ级，则正常运行的安全加高A=0.7m，非常运行的安全加高A=0.4m。（1）风壅水面高度的计算：式中：K——综合摩阻系数，取6106.3；v——计算风速，正常运用条件下的5级坝，采用多年平均离地面10m高的最大风速的1.5倍，非常运用条件下，采用多年平均年最大风速；D——风区长度，为100m；β——计算风向与坝轴线法线的夹角；Hm——水域平均水深27m，取坝前水深的2/3，为18m。（2）波高和波长的计算，在三种设计工况下分别为：1、设计洪水时：平均波高hm=0.46m，平均波长Lm=14.2m2、校核洪水时：平均波高hm=0.22m，平均波长Lm=6.7m（3）平均波浪爬高的计算mmWmLhmKKR21cos2K2mgHDve-7-mR——平均波浪爬高，m；m——单坡的坡度系数，取3.0；K——斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型为砌石，取775.0K；vK——经验系数。最终计算成果：3.2坝坡因最大坝高约356.3-326.0=30.3m,故采用二级变坡。（1）上游坝坡：从坝顶到坝踵依次为1:2.5（2）下游坝坡:从坝顶到坝踵依次为1:2.5（3）马道:马道高程为343m,马道宽度取2m，设0.3m×0.3m排水沟。3.3排水设施堆石棱体排水尺寸确定：顶宽2.0m，内坡1：1.5，外坡1：2，顶部最高水位须高出下游最高水位对Ⅰ、二级坝不小于1.0m，对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级大坝不小于0.5m.由已知条件可知，此次设计大坝为Ⅲ级大坝通过校核洪水位356.3m，相应下游最高洪水位为329.00m，超高取1.5m，所以顶部高程为329.00+1.5=330.5m。3.4心墙心墙尺寸确定：心墙比校核洪水位校高0.5m,所以顶部高程为356.3.00+0.5m=356.8m,坝款取4米，坡度两边都取1：0.15。坝顶高程计算运用情况静水位H（m）R（m）e（m）A（m）超高Y（m）坝顶高程H（m）设计洪水3552.1504736550.0055045870.72.855978242357.8559782坝高取较大值为326校核洪水356.30.8947259060.0013761470.41.296102053357.5961021357.8559782-8-第四章、渗流计算4.1渗流分析的方法采用水力学法进行土坝渗流计算。求解渗流流量和浸润线方程。4.2单宽流量计算公式通过心墙的单宽流量221()()2eekHhq其中为防渗体的等效宽度dd-=通过心墙下游坝壳的单宽流量为222()2ekhHqL-=，联立二式得：4.3浸润线计算公式本设计仅对河槽截面处进行最大断面的渗流计算，并假设地基为不透水。采用的公式：222qyxHk=+x和y数值he=8.187239746q=4.48938E-05X010203040506070.2y=23.6026046034.6858851725.5620391746.3178350486.9924101437.6074016288.187239746-9-第五章、坝坡稳定分析5.1稳定计算条件本设计粘土心墙坝，在正常蓄水位稳定渗流条件下，采用圆弧滑动面稳定计算方法：5.2稳定计算原理假定滑裂面为圆柱面，将滑动面内土体看做刚涂脱落，土体绕滑动面的圆心转动即为边坡失稳。5.3稳定计算结果表-10-课程总结报告为期一周的课程设计终于在紧张的节奏中接近尾声，一周的时间，同学们都受益匪浅，它是繁忙的，但更是充实的。课程设计，是《土石坝设计》课程，主要是复习相关知识点。它牵涉到了两年来所学的有关水工建筑物方面课程如《工程制图》、《工程力学》、《工程地质与土力学》特别是《水工建筑物》的内容，还牵涉到了未曾学习的《材料力学》等课程内容，可以说它是对两年来前面所学各课程的一个很好总结，更是一个前所未有的实践性挑战！一周的时间，是漫长