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河北工程大学毕业设计标题：S土石坝枢纽毕业设计年级：2019级专业：水利水电工程学号：110290215姓名：李炜强指导老师：李飞日期：2019年05月20日S土石坝枢纽毕业设计设计说明及计算书11级水利水电工程专业李炜强2019年05月20日目录S土石坝枢纽的设计说明及计算书前言…………………………………………………………………………1一、工程的概况及作用…………………………………………………………21.1整体工程概况……………………………………………………………21.2水库建成后作用………………………………………………………2二、设计基本资料和数据……………………………………………………32.1工程的地质…………………………………………………………………32.2水文气象的资料……………………………………………………………42.3筑坝材料及其物理力学的性质……………………………………………62.4工程其它设计参数确立………………………………………………7三、枢纽布置和坝型选择……………………………………………………113.1枢纽的布置…………………………………………………………………113.2坝型的选择…………………………………………………………………11四、大坝基本尺寸拟定……………………………………………………134.1坝顶的高程…………………………………………………………………134.2坝顶的宽度…………………………………………………………………154.3上下游坝坡和平台（马道)………………………………………………164.4大坝防渗体…………………………………………………………………164.5排水设备…………………………………………………………………174.6地基的处理…………………………………………………………………17五、大坝的渗流计算……………………………………………………………185.1土石坝的渗流分析…………………………………………………………185.2上游校核洪水位3278.0米下游相应水位3214.85米进行渗流计算……………………………………………………………19六、大坝的稳定分析……………………………………………………………246.1稳定分析目的…………………………………………………………246.2荷载种类……………………………………………………………………246.3稳定分析方法……………………………………………………………246.4对不利工况分析………………………………………………………256.5大坝稳定计算…………………………………………………………附表七、坝体的基本构造与土石料结构布置……………………………………387.1坝顶………………………………………………………………………387.2防渗………………………………………………………………………387.3护坡………………………………………………………………………387.4排水体……………………………………………………………………397.5坝体与坝基、岸坡的连接………………………………………………397.6土石料结构布置………………………………………………………39结束语………………………………………………………………………40参考书籍及文献………………………………………………………………41附图前言本设计的题目为S水库土石坝枢纽工程，其主要设计任务包括两大部分：第一部分：大坝设计根据所给资料进行充分分析，然后根据相关规范，确定洪水标准和工程级别，在此基础上进行坝型的选择和论证，确定坝型、枢纽布置方案和建筑物形式；坝型、枢纽布置及建筑物基本尺寸拟定后，进行坝工设计、渗流计算、稳定计算、沉降量计算，做好地基处理、大坝与岸和地基的连接工作。第二部分：遂洞设计根据相关资料、设计要求，查阅相关书籍规范，先进行隧洞的总体布置，对其进口建筑物型式与布置、出口消能型式与布置、洞身型式与布置做详细的规划布置；接下来进行水力计算，对过水能力、消能及压坡线进行计算；然后进行洞身结构计算，对荷载内应力、配筋进行计算，最后在此计算的基础上进行细部构造设计。本设计将隧洞布置于左岸。一、工程概况及作用1.1工程概况S水库枢纽工程位于青海省共和县恰卜恰镇沟后村附近的黄河一级支流—沟后河上。控制流域面积197.8平方公里，总库容330万立方米。沟后河发源于共和县南北山麓。沟后水库位于沟后河的上游，坝址以上为高山峡谷，以下为广阔的共和盆地，该河在坝址下游35公里处注入黄河。共和盆地是共和县的主要农业区，坝址下游13公里的恰卜恰镇是海南芷族自治州和共和县两级政府所在地，是海南政治、经济、文化的中心和少数民族的聚居地，有近三万各族同胞居住在这里。共和县所有的工业均集中在恰卜恰镇。1.2水库建成后的作用本水库为安置龙羊峡水库库区移民的配套工程。水库以灌溉为主，可灌溉共和县农田二万亩，林地五千亩，同时解决恰恰镇三万多居民的生活及城镇工业用水。二、设计基本资料与数据2.1工程地质2.1.1水库库区工程地质条件S河发源于共和县南北山麓，S水库位于S河的上游，坝址以上为高山峡谷区，以下为广阔的共和盆地，该河在坝址下游35公里处注入黄河。水库库区两岸分水岑，山顶高程3781米，山体宽厚不存在深切的邻谷和洼地，库内两岸斜坡面较平直，没有大型冲沟发育。坝址处河床高程为3211米，与两岸山顶相对高差达560米。水库库区基岩全部为印支期致密、坚硬的闪长岩及花岗闪长岩，其微风化—新鲜岩石的单位吸水量ω﹤0.01升/分·米，为相对不透水层，两岸分水岭相对不透水层的最低高程都在3360米以上，库区未发现大的断裂、破碎带和节理裂隙密集带，即在地层岩性和地质构造上不存在集中渗漏的通道，从上述地形、地质条件判断，库区蓄水条件较好。库区两岸基岩坡度一般在55度左右，岸边未发现规模较大的缓倾角结构面，水库蓄水后一般是稳定的。由于该地区属大陆性高原气候区，日夜温差很大，物理风化严重，两岸坍塌现象较发育，故两岸斜坡基岩面上广泛分布着坍塌物质，其中崩积、坡积的块石、碎石一般是稳定的，而壤土极为疏松，属高压缩性、强失陷性土，对稳定不利，坝段部分须挖除，水库蓄水后估算总塌岸量约为15万立方米，将影响水库寿命。水库盆地基底及库岸基岩属相对不透水层，故水库没有浸没问题。2.1.2坝址区工程地质条件坝轴线位于沟后河峡谷口上游500米处，河谷狭窄，所在河段南北走向，平均河宽60米，两岸岸坡左陡右缓，左岸坡度450左右，右岸坡度350左右。基岩上分布着第四系全新统堆积物，其覆盖面积约占坝区的70%-80%。河床砂卵石层厚12-14米，透水性强，渗透系数为20.9-94.5米/昼夜，且整层结构疏松，分选性差，存在渗透稳定问题，应做坝基防渗处理，河谷两岸基岩上分布着崩积、坡积块、碎石，层厚10-20米，边坡稳定性差，建坝前须做处理。坝址区基岩为花岗闪长岩。属坚硬岩石类，基岩表层弱风化带裂隙发育，具有程度不同的透水性。左岸严重透水层（ω=1-10升/分·米）厚30-40米，相对不透水层埋深50-60米。右岸较严重透水层（ω=0.1-1升/分·米）厚10-40米，相对不透水层埋深50米左右。坝基E断层在下游临沟出露，影响带宽4-6米，（单位吸水量ω=0.056-0.069升/分·米）属中等透水带。当水库蓄水后，将形成沿坝基和坝肩的渗透，必须做防渗处理。经国家地震局兰州地震研究所鉴定，S水库的基本地震烈度为六度。2.1.3泄洪隧洞的工程地质条件泄洪洞布置在坝区河谷左岸，地形地质条件均优于右岸。沿地面高程3240-3290米，隧洞建基高程3235-3211米。穿越地层岩性为花岗闪长岩，围岩致密坚硬，牢固系数fk=7-9，岩石弹性抗力系数K=600-800kg/cm2。但围岩节理裂隙发育，岩体成块状砌体结构，隧洞沿线依次通过F35、F36、F12、F9四个断层。隧洞开挖时，可能产生坍塌或掉块，应采取支护措施。2.2水文气象资料2.2.1气象流域内大部分地区人烟稀少，没有气象台站，仅在恰卜恰镇有气象站，也无实测系列水文资料，径流、洪水、泥沙计算系根据《青海省水文手册》及“设计暴雨洪水图集”等有关参考资料进行。流域所在地区地势高，气温多变，年平均气温低，约为3.4℃，昼夜及地势温差大，无霜期短，年日照时间长，大部分地区寒冷而干燥，常冬无夏，纯属大陆性高原气候区。本区虽地处内陆，但因青海湖调节作用，降水相对丰富，年平均降水为311.8毫米。降水集中在6-9月，为全年的87.8%。暴雨历时短，据统计年最大6小时降雨量占24小时降雨量的70%左右，大部分地区年蒸发量是降水量的3-10倍，年平均蒸发量为117.18毫米。表2－1主要气象因素特征值表项目单位数值备注年平均气温℃3.4无霜期天99年平均降水量毫米311.8极端最低温度℃-28.9最高气温℃31.3年平均大于30℃天数天1.25最大冻土深度米1.33年最长日照时间小时3290年最短日照时间小时2794.8年平均小于5℃的天数天180年平均蒸发量毫米1171.8多年平均最大风速米/秒25.25水库吹程米8202.2.2径流S河虽为黄河一级支流，但水量很小，多年平均径流深为65毫米，相应多年平均径流量1285.9万立方米。径流来源主要是降水补给，6-9月份水量占全年来水量的80%以上。2.2.3洪水S河洪水一般发生在6-9月份，由降雨形成。因本流域无实测洪水资料，故只能借助“设计暴雨洪水图籍”和地区性经验公式计算设计洪水。2.2.4泥沙本水库推移质来源较少，对水库淤积不会产生很大影响。悬移质是引用参考资料《青海省水文手册》中的“多年平均侵蚀模数等值线图”查得流域多年平均侵蚀模数为70吨/平方公里，经计算其年输沙量为13846吨，折合体积为10651立方米。输沙量年内分布不均，主要集中在7、8、9三个月。表2－2水文分析成果表序号名称单位数量备注1代表性流量P=0.2％洪水洪峰流量立方米／秒250P=2％洪水洪峰流量立方米／秒140P=5％洪水洪峰流量立方米／秒1202洪量P=0.2％洪水洪量万立方米470.76P=2％洪水洪量万立方米183.95P=5％洪水洪量万立方米183.463多年平均年径流量万立方米1285.94多年平均年输沙量万吨1.38462.3筑坝材料及其物理力学性质天然筑坝材料贮藏量和质量均能满足要求，而且运距较近，开采、交通条件较好。各种材料的物理性质及设计指标见表2-3、表2-4、表2-5、表2-6。表2－3筑坝材料技术指标表建筑材料名称比重容重（吨/立方米）孔隙率抗剪强度渗透系数K＇(cm/s)r干r湿r饱摩擦角Φ°凝聚力C＇=C(kg/cm2)土料2.721.681.982.05Φ=24Φ＇=250.31×10-7砂砾料2.681.801.802.10水上36水下345.79×10-2堆石2.701.801.802.050.3340砂砾料坝基2.681.801.802.10水下355.79×10-2表2－4土颗粒级配表粒径（mm）﹤0.2﹤0.1﹤0.05﹤0.03﹤0.01﹤0.005﹤0.002﹪84.575.058.043.526.016.211.0表2－5砂料颗粒级配表粒径（mm）﹤5.2﹤5﹤2.5﹤1.2﹤0.6﹤0.3﹤0.15﹪10097.869.443.520.46.21.7表2－6砂砾料颗粒级配粒径（mm）﹤150﹤80﹤40﹤20﹤5﹤2.5﹤1.2﹤0.6﹤0.3﹤0.15﹪10034.565.051.334.827.12011.73.01.52.4工程其它设计参数的确立2.4.1枢纽工程及其主要建筑物等级的确立已知本水库总库容为330万立方米，灌溉农田面积为2万亩，主要建筑物为大坝和隧洞。据此查《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SDJ12-78）可知：按库容分为四等，按灌溉面积也分为四等，所以该枢纽为小（1）型四等工程，主要建筑物为三级。2.4.2洪水标准的确立查《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）可知：洪水的设