课设设计计算说明书

1设计计算说明书1.基本资料1.1工程概况顺河水量丰沛，顺河中游与豫运河上游的礼河、还乡河分水岭均较单薄，并处于低山丘陵区，最窄处仅10余公里。通过礼河、洲河及输水渠道，可通向唐山市；经还乡河、陡河可通秦皇岛市。为解决唐山市、秦皇岛市两地区用水，国家决定修建顺河水库。顺河水库位于河北省唐山、承德两地区交界处，坝址位于迁西县扬岔子村的顺河干流上，控制流域面积33700平方公里，总库容为25.5亿立方米。水库距迁西县城35公里，有公路相通。河槽高程150m。水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是调节水量，供天津市和唐山地区工农业及城市人民生活用水，结合引水发电，并兼顾防洪要求，尽可能使其工程提前竣工获得收益，尽早建成。根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为I级建筑物，其它建筑物按II级建筑物考虑。1.2水文分析1.年径流：顺河水量较充沛，顺河站多年平均年径流量为24.5亿立方米占全流域的53%，年内分配很不均匀，主要集中在汛期七、八月份。2.洪水：多发生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大涨落迅速的特点，据调查近一百年来有六次大水，其中1883年最大，由红痕估算洪峰流量约为24400—27400m³/s，实测的45年资料中最大洪峰流量发生在1962年为18800m³/s。3.泥沙：淤砂浮容重为0.9吨/立米，内摩擦角为12度。淤砂高程157.5米。4.建筑材料：砌石容重：2.3t/m3；混凝土容重：2.4t/m3。1.3气象库区年平均气温为10℃左右，一月份最低月平均产气温为零下6.8℃，绝对最低气温达零下21.7℃(1969年)7月份最高月平均气温25℃，绝对最高达39℃(1955年)，本流域无霜期较短(90—180天)冰冻期较长(120—200天)，顺河站附近河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，封冻期约70—100天，冰厚0.4—0.6米，岸边可达1米，流域内冬季盛行偏北风，风速可达七、八级，有时更大些，春秋两季风向变化较大夏季常为东南风，多年平均最大风速为21.5米/秒，水库吹程D=3公里。1.4工程地质库区地质：顺河水库、库区属于中高山区，河谷大都为峡谷地形，只西城峪至北台子2一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现且不对称，区域内无严重的坍岸及渗漏问题。本层岩体呈厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右。岩石物理力学性质：岩石容重为2.68—2.70吨/立米，饱和抗压强度，弱风化和微分化岩石均在650公斤/厘米2以上，有的可达1100公斤/厘米2，混凝土与岩石的磨擦系数微分化及弱风化下部，可取ˊf=1.10、cˊ=7.5kg/cm2。地震：库区的基本烈度为6度。1.5枢纽建筑物特性指标2.坝体剖面拟定水库净水位的超高按公式lzchhhh计算，计算分设计洪水、校核洪水和正常蓄水位三种情况进行。由于风的作用，在水库内形成波浪，它不但给闸坝等挡水建筑物直接施加浪压力，而且波峰所及高程也是决定坝高的重要依据。浪压力也与波浪要素有关，波浪要素包括波浪的长度、高度及波浪中心线高出静水位的高度。2.1波浪要素计算2.1.1累积频率波高计算项目单位指标备注水位校核洪水位米227.2设计洪水位米225.7p=0.01%正常蓄水位米224.7p=0.1%汛期限制水位米216.0死水位(发电)米180.0校核洪水位尾水位米156.8设计洪水尾水位米152.0正常尾水位米138.4库容总库容亿立米25.5计入十年淤积调洪库容亿立米7.4兴利库容亿立米19.5共用库容亿立米5.6死库容亿立米4.2计入十年淤积坝型混凝土重力坝设计洪水下泄能力米3/秒32300校核水位下泄量429003一般采用以一定实测或试验资料为基准的半理论半经验方法。根据SL319—2005《混凝土重力坝设计规范》丘陵、平原地区水库，宜按鹤地水库公式计算：0v计算风速，sm/，在正常洪水位和设计洪水位时，采用相应季节50年重现期的最大风速的多年平均值，近似取smv/5.210D风区长度（有效吹程），mD30002%h——累积频率为2%的波高，mmL——平均波长，m1/222000.0386[]mgLgDvv（1）计算得，设计洪水位时mLm513.14；校核洪水位时mLm513.14。由公式0.4520.70220.700200.0018()0.13[0.7()]{}0.13[0.7()]mmmgDghgHvththgHvvthv（2）计算出平均波高mhm548.0，并与平均水深mH（取正常蓄水位）相比得mmHh约为0，查SL319—2005《混凝土重力坝设计规范》表B.6.3-1不同累积频率的波高与平均波高的比值得到:设计洪水位时mh325.142.2548.0%1校核洪水位时mh325.142.2548.0%12.1.2波浪壅高的计算：已知kmD3，设计洪水时采用多年平均最大风速smv/5.210，校核情况采用多年平均最大风速21.5/vms，根据SL319—2005《混凝土重力坝设计规范》官厅水库公式：21%2zhHhcthLL（3）计算得到设计洪水时波浪雍高mhz38.0，校核洪水时波浪雍高mhz38.0。42.1.3防浪墙顶值洪水位高差计算：ch为安全加高，坝的安全级别是Ⅰ级，查《水工建筑物》表3-10，可得设计洪水时mhc7.0，校核洪水时mhc5.0由公式：czhhhh%1（4）得：设计洪水时mh405.27.038.0325.1校核洪水时mh205.25.038.0325.1h为防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位时的高差。2.2坝顶高程计算：设计情况下坝顶高程=设计洪水位mh105.228405.27.225校核情况下坝顶高程=校核洪水位mh405.229205.22.227可见校核状况下的高程为控制高程，选择坝顶高程为m2282.1405.229。3.重力坝剖面设计3.1非溢流坝剖面设计河槽高程为150m，则坝高：m78150228。坝顶宽度：取值范围为坝高的8%到10%，考虑交通要求，取8m。上游坝坡做成折坡，折坡点位于坝高1/3处（即高程176m处），在此上坝坡铅直，在此以下，坝坡坡率n取为0.16，下游坝坡坡率m取为0.8，66.38。底宽取77.52，为坝高的0.80倍。非溢流坝横断面如图1所示。5图1非溢流坝断面图3.2溢流坝剖面设计溢流坝由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。3.2.1堰面曲线设计坝高78米，由规范知单宽泄流量q的取值范围为：50~1003/()msm，取)/(753msmq。232hgmq(5)取=0.95，m=0.5，得堰顶水头mh83.10设计洪水位为225.7m，m87.21483.107.225，取堰顶高程为215m。堰顶最大作用水头mh2.122152.227max。该工程采用开敞式溢流坝，溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线可采用WES曲线，曲线的具体如图2。6图2WES曲线其中的dh为定形设计水头，按堰顶最大作用水头maxh的75％-95％计算。由于上游堰高dHmh33.17.751507.225，故取mhHd76.980.0maxmHRmHRmHRddd39.004.0,95.12.0,88.45.0321mHmHmHddd75.2282.0,69.2276.0,71.1175.0堰顶下游采用WES曲线（X，Y—以溢流坝顶点为坐标原点的坐标，X以向右为正，Y以向下为正），方程为：1.850.852dxyH(6)故可得堰面曲线见表1：表1堰面曲线表X0123456789Y0.900.0720.2600.5500.9371.4161.9842.6393.3784.200X10111213141516171819Y0.95.1046.0897.1528.2939.51210.80712.17813.62315.14216.735中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同。用以下方法可求得切点坐标为（13.91，9.40）。具体过程如下：80.01285.185.085.0dHxdxdy，得mxu91.13，再代入1.850.852dxyH，可得myu40.9。3.2.2反弧段半径和反弧圆心坐标的确定直线段后接反弧段，采用挑流消能。根据鼻坎高于下游水位1~2m的要求，确定鼻坎高程158.3（下游最高水位为156.8m），试取23，下游河床高程150m，以校核洪水为控制情况，上游水位227.2m，下游水位为156.8m。由能量守恒公式：221mvmgh(7)得反弧段最低点流速smv/04.337反弧半径的确定，经试算拟定R=18m，此时反弧最低点高程为mRRHH87.1561823cos183.158cos坎顶(8)mvqh27.204.3375(9)为了保证有较好的挑流条件，反弧半径R=(4～10)h，故取反弧半径R=18m，是符合要求的。圆心高程：mRHH86.17423cos183.158cos0坎顶，圆心纵坐标my14.3986.1742140，直线段与反弧半径的切点纵坐标mRyyd38.5066.38sin1814.39sin0，横坐标myyxxudud65.4475.0)40.938.50(91.1375.0)(，则圆心横坐标mRxxd71.5866.38cos1865.44cos0。由直线与圆相切可得圆心角为34.742334.51初步拟定的剖面图如图3所示。图3溢流坝断面图4.坝体稳定分析4.1非溢流坝段稳定分析8库区的基本烈度为6度，设计时不考虑地震作用。本设计基本组合为设计洪水位时的荷载组合，特殊组合为校核洪水位时的荷载组合。选取坝基面作为计算截面。（上游水深为H，下游水深为h）。坝基面受力图见图4：P1PshPsvPLG1G2G3P2W1W2U1U2U3Hh1:0.801:0.16图4非溢流坝坝基面受力图4.1.1设计洪水位时荷载计算如下（以单宽计算）：1.自重荷载：KNG1845.1202416.0312121KNG65913.504247.75)16.03152.77(212KNG1401.600248)80.083.23.2(2132.静水压力：由公式221HP（10）得：上游水平水压力：KNHP40350.9337.7581.921212211下游水平水压力：KNhP1417.5451781.921212212上游垂直水压力：KNW2929.187581.916.031)317.75(7.75211下游垂直水压力：KNW1134.03681.980.017172123.扬压力：9当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为1H，根据SL319—2005《混凝土重力坝设计规范》，排水管幕至上游面的距离，一般不小于坝前水深的10/1~12/1,且不小于m2,取m5.9。排水孔中心线处为)(111hHh，下游（坝趾）处为1h，其间各段依次以直线连接。实体重力坝取0.25。KNU12928.0101752.7781.91KNU3419.0925.9)177.75(25.0177.7581.9212KNU4896.1395.952.7725.0177.7581.92134.浪压力：波高mh325.1%1，波长mLm513.14，波浪雍高mhz38.0因为设计洪水位坝前水深27.90mLmH，故可判断此波为深水波。单位长度浪压力标准值：KNhhLPzmL62