拱坝课程设计报告(共28页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 课程设计目课程设计安排在“水工建筑物”课程内容学习完成之后进行，课程设计作为综合性实践环节，是对平时作业的一个补充，课程设计包括土石坝设计的主要理论与计算问题，通过课程设计可以达到综合训练的目的。课程设计的目的，是使学生融会贯通“水工建筑物”课程所学专业理论知识，完成土石坝较完整的设计计算过程，以加深对所学理论的理解与应用。培养综合运用已学的基础理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能，全面分析考虑问题的思想方法、工作方法。培养设计计算、绘图、编写设计文件、使用规范手册和应用计算机的能力，提高查阅和应用参考文献和资料的能力。第二章 课程设计题目描述和

2、要求2.1 工程基本概况（一）坝址地形图及河谷地质剖面图（另附图2张）。（二）设计标准，本水库总库容2.1千万方。灌溉2万亩，电站装机1万千瓦。工程等级，建筑物级别以及各项控制标准按有关规范自行确定。（三）坝址地形地质条件。1、坝址区峡谷呈“V”型，两岸谷坡陡削，高程300米以下较为对称，坡角4050度。唯右岸自高程300米以上地形转缓变为 2530度。两岸附近山高均超出 400米高程以上河谷底宽11米高程260米，左岸受冲沟切割后山脊较为单薄。2、河床和岸坡有大片基岩课露，距河床高47米范围内形成岩石陡壁。以上为第四纪残、坡积的砂壤覆盖层。厚度左岸25米，右岸35米，坝址区基岩一般风化不深，

3、剧风化垂直深度，左岸为36米，右岸为48米，河床为03米，微风化或新鲜基岩距地表深度，在320米高程以下：两岸为1020米，河床为4米左右。坝址区岩性为坚硬致密的花岗岩，较为新鲜完整的物理力学指标甚高，抗压强度，岩石容重。滑动面上岩石之间的摩擦系数f0.65、粘着力。基岩弹性模量。泊松比m0.2，坝体混凝土基岩摩擦系数f0.65。两岸基岩无成组有规律的节理裂隙存在，主要受F1、F3、F5断裂切割影响。F1断裂切割右岸坝肩，其底板高程在314米，顶底岩层破碎。靠右岸在314米高程以上坝肩稳定须予重视。F3、F5断裂在较接近拱坝坝后通过，在拱座推力作用下，将产生压缩变形因此在拱座推力作用范围内必须

4、给予工程上的处理。3、岩层抗冲刷条件：泄洪建筑物下游高速水流沿程河床和岸坡，基岩基本裸露、岩性坚硬，抗冲刷力强，大部不须抗冲处理，但在靠近坝体部分的岸坡段对断裂破碎带等出露地带必须封闭固结，适当扩大表层固结灌浆。4、区域地震条件；本区地震基本裂度为六度。（四）特征水位经水库规划计算结果、坝址上、下游特征水位如下：P0.2%校核洪水位 319m，相应尾水位270.5m。P2%设计洪水位316.8。相应尾水位269m。正常高水位316m死水位298m淤砂高程283m。坝顶溢流堰堰顶高程310.2m坝顶高程320m2.2 荷载及荷载组合荷载应按实际情况进行分析，决定计算内容、荷载组合根据实际情况分析

5、选取二种控制性的组合进行设计计算。有关荷载资料及设计系数如下，未经列出者由设计人自行拟定。1、坝体自重，混凝土容重。2、上游砂压力，泥砂干容重，空隙率n=0.4， 淤砂内摩擦角。3、温度荷载：均匀温度变化t；按经验公式估算。4、混凝土线膨胀系数。5、混凝土弹性模量。2.3 坝顶布置要求1、坝顶交通要求，有公路通过桥面宽6米。2、坝顶泄洪要求，经水库调洪演算采用坝顶溢流挑流消能，设四孔每孔净宽九米的溢流段每孔设平板闸门一扇。2.4 设计内容和要求1、选择拱坝的布置型式。2、进行坝体平面布置及断面初选。3、通过拱冠梁法对坝体应力及坝肩稳定进行分析计算。4、通过消能计算评价所选定的消能防冲措施的安全

6、可靠性。5、通过设计成果分析，对所选定的拱坝体型布置提出评价或修改意见。第三章 课程设计报告内容3.1 坝型选择该枢纽坝址为V形河谷，由坝址地形地质资料可知其地质条件较好，由地形图可知两岸有厚实的山体。在基岩上筑坝，可能选择的坝型有：土石坝、浆砌石重力坝、宽缝重力坝、实体重力坝、拱坝。参照坝址地形地质资料和坝址地形图及河谷地质剖面图可知，该处具备建造拱坝的良好条件。拱坝系两向或三向应力状态，材料强能充分利用，依靠岸坡维持安全性高，坝型轻韧，抗震性能好，坝的体积小，混凝土用量少。拱坝工程量小，施工速度快，投资少；虽然拱坝对地质地形条件要求较重力坝为高，但该地区的地质地形条件较为理想。综上所述，在

7、此修建拱坝较为合理。3.2 工程等级确定为了贯彻执行国家的技术和经济政策，达到既安全又经济的目的，应该对水利枢纽按其规模和效益的大小进行分等，对枢纽中的建筑物再按其作用和重要性的大小进行分级，并对不同级别的建筑物规定有不同的要求。根据表3-1可对水工建筑物分等；表3-2可对主要建筑物和次要建筑物确定级别。表3-1 水利水电工程分等指标表 工程等别水 库 总库容（亿m3）防洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田 （万亩）治涝面积 （万亩）灌溉面积 （万亩）供水对象重要性装机容量（万kW）10特别重要500200150特别重要120101.0重要5001002006015050重要1

8、20301.00.10中等100306015505中等3050.100.01一般30515350.5一般510.010.001530.51注 1.水库总库容指水库最高水位以下的静库容。 2.治涝面积和灌溉面积均指设计面积。由设计资料知水库总库容 2.1千万方,根据工程分等指标表判定的工程等别为三等；防洪 灌溉面积 2万亩根据工程分等指标表判定的工程等别为三等；水力发电装机容量 1万千瓦根据工程分等指标表判定的工程等别为四等；取其最高等别：最后确定的工程等别为三等。表3-2 永久性水工建筑物的级别工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物133234345455555由于确定了

9、水利工程等别为级，查表3-2可知，主要建筑物级别确定为3级，次要建筑物级别确定为4级。本设计未设计临时性水工建筑物。3.3 拱坝几何尺寸的确定1、拱圈形式的选择由于拱圈曲率的变化对坝肩稳定和拱端应力产生较大的影响，实际工程中，一般通过选择不同形式的拱圈，达到既满足稳定又满足应力的要求。常见的拱圈的型式有变厚拱、等截面圆弧拱圈、抛物线、椭圆、双曲线、多心圆、对数螺线、统一二次曲线等变曲率拱型。它们各适用于不同的地形地质条件。其中拱圈形状以变厚拱最为理想，但等截面圆弧固有丰富的使用经验，设计和施工都较为方便，故本设计采用等截面圆弧拱圈，设计该拱坝优先考虑双曲拱坝。2、坝址坝高的确定已知坝体高程为3

10、20m，河谷高程为260m，所以坝体高程约为60m，为中坝。根据拱坝建基面设计准则：中坝应尽量开挖至微风化或弱风化中、下部的岩体。但由于这样的开挖使建基面开挖过深，所以根据坝体地址剖面图定出建基面开挖至强风化层下界线。结果开挖如下图示：图3-1 坝基开挖示意图河床向下开挖5m，坝基开挖后坝底高程为555m，坝顶高程为320m，故坝高为65m。3、确定可利用基岩等高线根据坝址地形图和地质剖面图，在地质剖面图上确定出的开挖线，量出在每个高程处地面线与开挖线之间的距离，由原来的坝址地形图上的对应的等高线沿着占孔线进行平移，即可得出坝址可利用的基岩等高线。4、拟定坝顶拱圈中心角（常是最大中心角）与坝轴

11、线半径 坝顶拱圈中心角常视作一个控制性数据，它会影响整个坝的曲率，曲率不够会导致拱中产生不利的拉应力，在“V”型河谷中拱坝的较低部位常出现这样的情况。一般情况下顶拱的最大实用中心角约为90o110o在或110o左右为宜。初选时可取R轴0.6L1；即2A110o为使拱坝布置对称于河谷，建议以顶拱圈圆心与坝高拱圈的圆心联线为基准线来试探，在试探过程中要更多地照在坝高各拱环的对称性。并尽可能使该部位能获较优的中心角和与两岸等高线的夹角不小于35o。结果作图可得L=180m，本设计拟定坝顶拱圈的中心角2为107.5o，顶拱半径取125m，如图3-2。图3-2 顶拱圈布置图5、初步拟定拱冠梁尺寸（一）顶

12、拱厚度的确定在选择拱冠梁的顶部厚度时，应考虑工程规模和有运用要求，已知坝顶交通要求，有公路通过桥面宽6米。根据美国垦务局建议公式：故取顶拱厚度6米。（二）底拱厚度的确定在一般情况下，河谷宽度L与最大坝高对应的坝底厚度T和最大坝高H的比值如表3-3：表3-3 拱坝特征参数坝型薄拱坝中厚拱坝重力拱坝L/H 3.04.5T/H 0.35已知L=180，H=65，L/H=180/65=2.77，属于1.53.0之间，那么T/H在0.20.35之间取值。即T=1322.75m，取T=15m。（三）拱冠梁剖面的确定采用美国垦务局推荐的适合于双曲拱坝的参考剖面其参考尺寸见表3-4。美国垦务局经验公式为：式中

13、 坝顶高程处拱端可利用基岩面间的河谷宽度，m； 坝底以上0.15H处拱端可利用基岩面间的河谷宽度，m。 我国水工设计手册的公式是根据混凝土强度确定的，美国垦务局的公式是根据已建拱坝设计资料总结出来的，二者可互作参考。表3-4和图3-3是美国垦务局推荐的拱冠梁剖面形式及各部位尺寸，其中、用前面公式计算，三个控制厚度确定后，即可用光滑曲线绘出拱冠梁剖面，用作初选时参考。这种剖面主要适用于双曲拱坝。表3-4 拱冠梁剖面参考尺寸高程坝顶0.45H坝底上游偏距00.950.67下游偏距00.33将地形图上可利用的基岩线确定后，再确定每一层拱圈对应的水平弦长，定出半径后（用半中心角控制，如顶拱的半中心角在

14、80110之间，底拱的半中心角在4080之间，半径的连线为一光滑的曲线）经过应力控制的优化后得到拱坝体型。在确定每一层拱圈的半径、半中心角及圆心位置时，应该注意和遵循以下原则：a、沿坝高每隔10米左右取一层，本设计全坝高65米，分成8层拱圈，每层10米，底拱层5米。b、为使各拱圈的布置应尽量接近对称河谷，各拱圈的左右半中心角相差应控制在3度以内。c、为保证坝面在水平和铅直方向都是光滑的，园心的轨迹线宜是光滑的连续曲线并必须位于基准面上（基准面为穿过拱冠梁与拱坝轴线园心的铅直面）。由以上原则确定其各拱圈布置如图3-4所示：图3-3 拱冠梁剖面示意图图3-4 拱圈布置示意图（四）检查调整1、在不同

15、高程沿径向（指该高程拱圈的径向）切取若干垂直剖面检查两岸悬臂梁轮廓是否光滑连续是否有过大的倒悬度(不超过0.3)。切剖面检查倒悬度时可用切剖面公式： 起算层外（内）半径也可直接在拱圈平面布置图上量出，画出其对应的剖面图。以下采用直接丈量法，得到各高程处垂直剖面图，如图3-5所示。图3-5 各高程处垂直剖面图2、将各层拱圈的半径、中心角与园心位置分别按高程点绘，各联成曲线以检查其是否平顺光滑。如图3-6.图3-6 拱圈中心角线示意图3、检查坝底与基岩接触面的轮廓线是否光滑连续，无突变。本设计满足要求。 4、绘制沿拱轴线展开的纵剖面图检查沿河谷开挖表面的坡度是否连续均匀变化以求得到光滑的纵剖面展开

16、图，拱圈布置图大致如图3-7示。图3-7 拱圈布置图经过以上各个步骤的调整拱坝设计已符合基本要求；拱圈几何参数如表3-5所示：表3-5 拱圈几何参数高程拱圈厚T圆心距Lc拱圈半径拱圈中心角R外R内R平均右左计算3206.00.00 13112512853.7553.7553.753109.1250.9111.6102.5107.0551.3551.651.4830011.6146.193.181.487.2549.450.149.7429013.474075.862.469.144.9445.8945.4228014.69306247.354.6540.9540.9141.4327015.29

17、2548.933.741.33940.539.7526015.251539.22431.634.134.234.15255155352027.532.292.2932.293.4拱冠梁法计算坝体应力 表3-6 计算工况参数工况上游水位下游水位淤沙高程温升温降正常水位3162602831设计水位316.82692831校核水位319270.52831材料参数坝体材料E坝基E砼线膨胀系数a坝体容重沙浮容重沙内摩擦角18.5E42E51E-52.4460.82716拱圈数：8电算可采用拱冠梁法程序计算各高程拱圈的拱冠与拱端应力。根据以上数据，结合拱冠梁程序数据说明，确定各个工况下的输入数据：(1)正

18、常工况输入： 10 DATA 100,1,120 DATA 316.8,260,283,130 DATA 1.85E5,2E5,1E-5,2.446,0.827,1640 DATA 850 DATA 1,320,131,125,141.05,53.75 60 DATA 2,310,111.62,102.5,115.54,51.47570 DATA 3,300,93.05,81.44,92.46,49.73580 DATA 4,290,75.84,62.38,72.52,45.41590 DATA 5,280,61.98,47.28,57.45,41.43 100 DATA 6,270,48.9

19、4,33.65,45.05,39.74110 DATA 7,260,39.23,23.97,37.52,34.15120 DATA 8,255,35,20,35,32.29(2)设计工况输入： 10 DATA 100,1,220 DATA 316.8,269,283,130 DATA 1.85E5,2E5,1E-5,2.446,0.827,1640 DATA 850 DATA 1,320,131,125,141.05,53.75 60 DATA 2,310,111.62,102.5,115.54,51.47570 DATA 3,300,93.05,81.44,92.46,49.73580 DA

20、TA 4,290,75.84,62.38,72.52,45.41590 DATA 5,280,61.98,47.28,57.45,41.43 100 DATA 6,270,48.94,33.65,45.05,39.74110 DATA 7,260,39.23,23.97,37.52,34.15120 DATA 8,255,35,20,35,32.29(2)校核工况输入：10 DATA 100,1,220 DATA 316.8,270.5,283,130 DATA 1.85E5,2E5,1E-5,2.446,0.827,1640 DATA 850 DATA 1,320,131,125,141.0

21、5,53.75 60 DATA 2,310,111.62,102.5,115.54,51.47570 DATA 3,300,93.05,81.44,92.46,49.73580 DATA 4,290,75.84,62.38,72.52,45.41590 DATA 5,280,61.98,47.28,57.45,41.43 100 DATA 6,270,48.94,33.65,45.05,39.74110 DATA 7,260,39.23,23.97,37.52,34.15120 DATA 8,255,35,20,35,32.29电算结果1、正常工况：GC- 100 FA- 1 JSQX- 1

22、* * * * *V= 82926 (M3)I X W LS LX (T/M2) (MM) (KG/CM2) (KG/CM2) 1 -6.224 173.11 0 0 2 -3.688 141.42 .971 2.929 3 1.46 111.35 1.19 6.26 4 5.089 83.31 1.408 9.719 5 9.196 57.87 1.669 13.282 6 18.312 35.29 2.473 16.18 7 36.406 15.36 .43 21.698 8 53.652 6.56 -3.875 27.419 I GGS GGX GDS GDX (KG/CM2) (KG/

23、CM2) (KG/CM2) (KG/CM2) 1 15.787 11.143 9.316 17.716 2 16.666 8.127 5.169 19.955 3 17.618 4.86 1.167 22.057 4 18.96 .441 -3.532 24.443 5 18.517 -3.284 -6.084 23.628 6 15.018 -4.21 -4.895 18.322 7 8.368 -3.173 -2.312 9.377 8 3.946 -1.437 -.768 4.22 I GDM GDH GDV (T-M) (T) (T) 1 -251.984 810.953 -6.032

24、 2 -1024.84 1145.689 -31.324 3 -2346.523 1348.19 -93.469 4 -4223.619 1407.293 -242.725 5 -5350.306 1289.461 -449.006 6 -4523.114 1026.538 -554.07 7 -2268.306 539.088 -464.43 8 -935.294 258.862 -244.2632、设计工况：GC- 100 FA- 1 JSQX- 2 * * * * *V= 82926 (M3)I X W LS LX (T/M2) (MM) (KG/CM2) (KG/CM2) 1 -6.2

25、25 173.13 0 0 2 -3.68 141.3 .97 2.93 3 1.493 111.1 1.184 6.266 4 5.186 82.92 1.385 9.743 5 9.444 57.36 1.6 13.357 6 18.889 34.69 2.28 16.398 7 31.938 14.84 .114 21.274 8 49.408 6.23 -3.919 26.82 I GGS GGX GDS GDX (KG/CM2) (KG/CM2) (KG/CM2) (KG/CM2) 1 15.789 11.144 9. 17.718 2 16.653 8.121 5.166 19.9

26、4 3 17.58 4.85 1.166 22.009 4 18.875 .441 -3.514 24.332 5 18.357 -3.252 -6.027 23.422 6 14.766 -4.133 -4.806 18.013 7 8.091 -3.057 -2.225 9.066 8 3.754 -1.352 -.718 4.014 I GDM GDH GDV (T-M) (T) (T) 1 -252.016 811.057 -6.033 2 -1024.023 1144.819 -31.299 3 -2341.265 1345.295 -93.259 4 -4204.127 1401.

27、051 -241.605 5 -5303.183 1278.537 -445.052 6 -4445.644 1009.699 -544.58 7 -2191.105 521.936 -448.624 8 -887.325 247.208 -231.7353、校核工况：GC- 100 FA- 1 JSQX- 3 * * * * *V= 82926 (M3)I X W LS LX (T/M2) (MM) (KG/CM2) (KG/CM2) 1 -6.919 193.74 0 0 2 -2.646 157.82 .943 2.888 3 2.051 123.5 .96 6.584 4 5.245

28、91.4 .819 10.494 5 9.17 62.42 .746 14.461 6 18.459 37.07 1.189 17.733 7 32.021 15.44 -1.242 22.824 8 50.507 6.32 -5.499 28.642 I GGS GGX GDS GDX (KG/CM2) (KG/CM2) (KG/CM2) (KG/CM2) 1 17.565 12.368 10.323 19.725 2 18.528 8.998 5.696 22.199 3 19.49 5.337 1.24 24.415 4 20.767 .445 -3.916 26.784 5 19.95

29、2 -3.569 -6.59 25.465 6 15.765 -4.437 -5.157 19.237 7 8. -3.192 -2.326 9.428 8 3.806 -1.375 -.732 4.07 I GDM GDH GDV (T-M) (T) (T) 1 -282.059 901.414 -6.752 2 -1143.871 1272.047 -34.962 3 -2603.105 1489.276 -103.689 4 -4634.906 1539.034 -266.361 5 -5772.371 1387.308 -484.427 6 -4752.437 1076.385 -58

30、2.161 7 -2281.014 541.912 -461.032 8 -900.339 250.37 -235.134 表3-7 各拱圈总应力表 高程（m）正常工况设计工况校核工况拱冠拱端拱冠拱端拱冠拱端255上游面394.6-76.8375.4-71.8380.6-73.2下游面-143.7422.0-135.2401.4-137.5407.0260上游面836.8-231.2809.1-222.5841.4-232.6下游面-317.3937.7-305.7906.6-319.2942.8270上游面1501.8-489.51476.7-480.61576.5-515.7下游面-421

31、.02362.8-413.31801.3-443.71923.7280上游面1851.7-608.41835.7-602.71995.2-659.0下游面-328.42444.3-325.22342.2-356.92546.5290上游面1896.0-353.21887.5-351.42076.7-391.6下游面44.12205.744.12442.244.52678.4300上游面1761.8116.71758.0116.61949.0124.0下游面486.02205.7485.02200.9533.72441.5310上游面1666.6516.91665.3516.61852.8569

32、.6下游面812.71995.5812.11994.0899.82219.9320上游面1578.7931.61578.9931.71756.51023.3下游面1114.31771.61114.41771.81236.81972.5高程（m）正常工况拱端弯矩（）拱端推力（）拱端剪力（）255-935.294258.862 -244.263260-2268.306539.088-464.43270-4523.1141026.538-554.07280-5350.3061289.461-449.006290-4223.6191407.293-242.725300-2346.5231348.19-

33、93.469310-1024.841145.689-31.324320-251.984810.953-6.032高程（m）设计工况拱端弯矩（）拱端推力（）拱端剪力（）255-887.325247.208-231.735260-2191.105521.936-448.624270-4445.6441009.699-544.58280-5303.1831278.537-445.052290-4204.1271401.051-241.605300-2341.2651345.295 -93.259310-1024.0231144.819-31.299320-252.016811.057-6.033高程

34、（m）校核工况拱端弯矩（）拱端推力（）拱端剪力（）255-900.339250.37-235.134260-2281.014541.912-461.032270-4752.4371076.385-582.161280-5772.3711387.308-484.427290-4634.9061539.034-266.361300-2603.1051489.276-103.689310-1143.8711272.047-34.962320-282.059901.414-6.752表3-8 各高程拱冠梁总应力表高程（m）正常工况铅直应力位移mm上游应力下游应力25553.6526.56-3.8752

35、7.41926036.40615.360.4321.69827018.31235.292.47316.182809.19657.871.66913.2822905.08983.311.4089.7193001.46111.351.196.26310-3.688141.420.9712.929320-6.224173.1100高程（m）设计工况铅直应力位移mm上游应力下游应力25549.4086.23-3.91926.8226031.93814.840.11421.27427018.88934.692.2816.3982809.44457.361.613.3572905.18682.921.3859.7433001.493111.11.1846.266310-3.68141.30.972.93320-6.225173.1300高程（m）校核工况铅直应力位移mm