2022年大连理工大学秋作业《水工建筑物课程设计》.docx
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1、精品学习资源网络训练学院水工建筑物课程设计题目:混凝土重力坝设计学习中心:专 业:年 级:学 号:学 生: 指导老师:欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1 工程基本资料1.1 气候特点依据当地气象局 50 年统计资料,多年平均最大风速14 m/s,重现期为 50 年的年最大风速 23m/s,吹程:设计洪水位 2.6 km,校核洪水位 3.0 km ;最大冻土深度为 1.25m;河流结冰期平均为 150 天左右,最大冰厚 1.05m;1.2 工程地质与水文地质1.2.1 坝址地势地质条件(1) 左岸:掩盖层 23m,全风化带厚 35m,强风化加弱风化带厚 3m, 微风化厚 4m;(2) 河
2、床:岩面较平整;冲积沙砾层厚约01.5m,弱风化层厚 1m 左右, 微风化层厚 36m;坝址处河床岩面高程约在 38m 左右,整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成,致密坚硬,强度高,抗冲才能强;(3) 右岸:掩盖层 35m,全风化带厚 57m,强风化带厚 1 3m,弱风化带厚 13m,微风化厚 14m;1.2.2 自然建筑材料粘土料、砂石料和石料在坝址上下游23km 均可开采,储量足,质量好;粘土料各项指标均满意土坝防渗体土料质量技术要求;砂石料满意砼重力坝要求;1.2.3 水库水位及规模死水位:初步确定死库容 0.30 亿 m3,死水位 51m;正常蓄水位: 80.0m;欢迎下载精品学习资源注
3、:本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力;表一状况坝底高程坝顶高程上游水位下游水位上游坡率下游坡率mmmm设计情形3184.982.5045.50010.8校核情形3184.984.7246.45010.8本设计仅分析基本组合 2及特别组合 1两种情形:基本组合 2为设计洪水位情形,其荷载组合为:自重+静水压力 +扬压力 +泥沙压力+浪压力;特别组合 1为校核洪水位情形,其荷载组合为:自重+静水压力 +扬压力 +泥沙压力+浪压力;1.3 大坝设计简况1.3.1 工程等级本水库死库容 0.3 亿 m3,最大库容未知,估算约为5 亿 m3 左右;依据现行水电枢纽工程等级
4、划分及设计安全标准(DL5180-2003),按水库总库容确定本工程等别为等,工程规模为大( 2)型水库;枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为 2 级建筑物,施工导流建筑物为3 级建筑物;1.3.2 坝型确定坝型挑选与地势、地质、建筑材料和施工条件等因素有关;确定本水库大坝为混凝土重力坝;欢迎下载精品学习资源1.3.3 基本剖面的拟定重力坝承担的主要荷载是水压和自重,掌握剖面尺寸的主要指标是稳固和强度要求;由于作用于上游面的水压力呈三角形分部,所以重力坝的基本剖面是三角形,依据供应的资料,确定坝底宽度为43.29m(约为坝高的 0.8 倍),下游边坡 m=0.8,上游面为铅直;欢迎
5、下载精品学习资源2 设计及运算内容2.1 坝高运算依据所给基本资料进行坝高运算,具体写明运算过程和最终结果;解 : 根 据 大 坝 特 性 表 资 料 , 坝 高 H= 坝 顶 高 程 - 坝 底 高 程 =84.90- 31.00=53.90m,为中坝;2.2 挡水坝段剖面设计依据所给基本资料进行挡水坝段剖面设计,具体写明运算过程和最终结果;解:( 1)坝顶构造设计坝顶宽度取 8%10%坝高,且不小于 3m,设计坝顶宽度取 4.80m;坝顶上游设计防浪墙,墙身采纳与坝体连成整体的钢筋混凝土结构,高度取1.35m(按设计洪水位运算),宽度取0.50m,坝顶下游侧设置栏杆;(2) 坝底宽度运算依
6、据大坝特性表资料,坝底宽度T=(84.90-31.00) *0.8=43.12m;(3) 坝体检查排水廊道、排水管幕设计为了便于检查、观测和排除坝体渗水,在坝体高程 65.00 处设置一检查兼作排水用的廊道,廊道断面采纳城门洞形,宽度取 1.5m,高度取 2.5m,其上游侧至上游坝面的距离取 0.050.07倍作用水头,且不小于 3m,设计取 4.00m;为了减小坝体的渗透压力,靠近上游坝面设置排水管幕,排水管幕至上游坝面的距离取1/151/25 倍作用水头,且不小于2m,设计取3.00m ,间距取2.50m,管径取 200mm,排水管幕做出铅直,与纵向排水检修廊道相通,渗入排水管的水可聚集到
7、下层纵向廊道,排水管幕上端通至坝顶;欢迎下载精品学习资源(4) 坝基灌浆排水廊道设计坝基灌浆排水设置在上游坝踵处,廊道上游侧距上游坝面的距离取0.050.1 倍作用水头,且不小于45m,设计取 4.0m,廊道断面采纳城门洞形,宽度取3.00m,高度取 3.50m,廊道上游侧设排水沟,下游侧设排水孔及扬压力观测孔, 廊道底面距离基岩面不小于 1.5 倍廊道宽度,设计取 4.00m;为削减坝基渗漏,防止较大渗流对坝基产生渗透破坏,减小坝基底面的防渗扬压力,提高坝体的抗滑稳固性,在廊道上游侧布置一排帷幕灌浆,帷幕灌浆深度取 0.050.07 倍作用水头,帷幕灌浆深度设计取20.00m;灌浆帷幕中心线
8、距上游坝面 4.50m;帷幕灌浆必需在浇筑肯定厚度的坝体混凝土后进行,灌浆压力表层不宜小于 1.01.5 倍坝前静水头;取 60m*10KN/m3=600KPa;在孔低不宜小于23 倍坝前静水头,取 130m*10KN/m3=1300KPa;为了充分降低坝底扬压力和排除基岩渗水,在廊道下游侧布置一排排水孔幕,排水孔深度为帷幕灌浆深度的 0.40.6 倍,且坝高 50m 以上的深度不小于10m,排水孔深度设计取 10.00m,孔距取 2.50m,孔径取 200mm,排水孔略向下游倾斜,与帷幕灌浆成 10交角;排水孔中心线距帷幕中心线 2.00m;(5) 地基处理基岩开挖的边坡必需保持稳固,两岸岸
9、坡尽量开挖成有足够宽度的台阶状, 以确保坝体的侧向稳固;对于靠近坝基面的缓倾角脆弱夹层,埋藏不深的溶洞、溶浊面应尽量挖除;开挖至距利用岩面 0.51.0m 时,应采纳手风钻钻孔,小药量爆破,以免产生裂隙或增大裂隙;遇到易风化的页岩、黏土岩时,应留0.20.3m的爱护层,待浇筑混凝土前再挖除;坝基应清到比较坚硬完整的岩面,基面平欢迎下载精品学习资源整、水平即可,地基开挖后,在浇筑混凝土前,必需完全清理、冲洗和修凿,风化、松动、脆弱破裂的岩块都要清除洁净,突出的尖角要打掉,光滑的岩面要凿毛,并用水冲洗洁净,基岩说明不得残留有泥土、石渣、油渍等其它污物,排除基岩面上全部积水,基坑内原有的勘探钻孔、井
10、、洞等均应回填封堵;(6) 坝体材料分区上、下游最高水位以上坝体表层采纳C15、W4、F100 厚 3.00m 的混凝土;下游水位变化区的坝体表层采纳C15、W8、F200 厚 3.00m 的混凝土;上、下游最低水位以下坝体表层采纳C20、W10、F100 厚 3.00m 的混凝土;坝体靠近基础的底部采纳C20、W10、F200 厚 8.00m 的混凝土,满意强度要求;坝体内部采纳 C10、W2 低热混凝土;2.3 挡水坝段荷载运算依据所给基本资料进行挡水坝段荷载运算,具体写明运算过程和最终结果;本设计荷载紧分析基本组合 及特别组合 两种情形;(1) 荷载基本组合 为设计洪水位情形,其荷载组合
11、为:自重+静水压力 +扬压力+泥沙压力 +浪压力;欢迎下载精品学习资源设计 82.72Pw4,878.90欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源W1死水位 51.00P21:0.8W2设计 45.50Q欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Ps16,5U3U2 U431.0043,12U1Ps3P2Ps2欢迎下载精品学习资源设计洪水位坝体尺寸与荷载m自重;坝体断面分为一个三角形和一个矩形分别运算,混凝土容重采纳24KN/m3,因廊道尺寸较小,运算自重时不考虑;静水压力;静水压力包括上下游的水平水压力和下游斜坡上的垂直水压力;欢迎下载精品学习资源扬压力;坝踵处的扬压力强度为Y H 1 ,排水
12、孔线上为Y H 2YH ,坝址处欢迎下载精品学习资源为Y H 2 ,其间均以直线连接,扬压力折减系数0.25 ;泥沙压力;大坝迎水面前泥沙的淤积高度运算至死水位51m,大坝迎水面前泥沙的淤积高度hs=51.0-31.0=20.0m,水平泥沙压力在垂直方向上呈三角形分 布,泥沙干重度 Ysd 取 13.5KN/m3,孔隙率 n 取 0.42,内摩擦角 s 取 18,泥沙欢迎下载精品学习资源sbs的浮重度YsbYsd1nY13.510.42107.7KN/ m3;单位长度大坝迎水欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源面上的水平泥沙压力值按公式Psk1/ 2Y h2tan245s / 2 ;坝址处
13、河床岩面高欢迎下载精品学习资源程约在 38m 左右,大坝背水面前泥沙的淤积高度hs=38.00-31.00=7.00m,除运算水平泥沙压力外仍应运算竖直泥沙压力,其值按泥沙浮重度与泥沙体积的乘积求得;2600m , 按 鹤 地 水 库 实 验 公 式gh/ V21/ 62 1/ 32%00.00625V0gD / V 0和gL / V2m00.0386 gD /V 2 1/ 2 0运算得累积频率为 2%的波高 h2%=2.07m,平均波长Lm=14.45m,经查表求得 h1%=2.25m;使波浪破裂的临界水H crLm /41n Lm2 h1% / Lm2 h1% 5.19m ;由于坝前水深H
14、=82.50-31.00=51.50m,H H cr 和 H Lm / 2 ,发生深水波,单位长度大坝迎水面上的浪压力值按公式Pwk1/ 4Y Lm h1%hz 运算;波浪中心至运算静水位的高度 hzh/ L cth H / L 21%mm1.10m ;防浪墙顶高程为: 82.50h1%hzhc82.52.251.100.4086.25m ;上述荷载运算见运算表;重力坝特别荷载组合运算表垂直力水平力荷载运算式对坝底截面形心力臂力矩 kN.mkNkNm4.8*53.9*24629021.56-2.4=19.16 + -118964自 W 1重 W 31/2*47.9*38.32*24220262
15、/3*38.32-21.56=3.9987884水压2力Q1/2*0.8*15.45*1095521.56-1/3*0.8*15.45=17.4416655扬u115.45*43.12*106662000浪压力;运算风速取重现期为50 年的年最大风速23m/s,风区长度取P11/2*53.72 2 *10144291/3*53.72=17.91258423P21/2*15.45 2 *1011941/3*15.45=5.156149欢迎下载精品学习资源u21/2*36.62*0.25*38.27*1017522/3*36.62-21.56=2.854993u30.25*38.27*6.5*10
16、62221.56-1/2*6.5=18.3111389压力1/2( 1-0.25 )u493321.56-1/3*6.5=19.3918091*38.27*6.5*10泥 Ps1Ps2沙1/2*7.7*20*tan 361/2*7.7*7*tan 36228131001/3*20=6.671/3*7=2.33542322233压 Ps3力1/2*7.7*0.8*7215121.56-0.8*7/3=19.692973浪53.72-9.45/2+1/4*10*9.45*压 Pw( 9.45/2+0.42+1.12 ) -( 9.45/2+0.42+1.12 )148112531175602/3=
17、51.0853.72-力1/8*10*9.452/3*9.45=47.42合计9969 29341 15390 140619372 13984 218541 325507106966(2) 荷载特别组合 为校核洪水位情形,其荷载组合为:自重+静水压力 +扬压力+泥沙压力 +浪压力;欢迎下载精品学习资源校核 84.72Pw4,878.90欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源W1死水位 51.00P2Ps11:0. 8W2校核 46.45QPs3P2欢迎下载精品学习资源6,5U3U2 U431.0043,12U1Ps2欢迎下载精品学习资源校核洪水位坝体尺寸与荷载m 自重;坝体断面分为一个三角形
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