四川大学本科毕业设计计算书.docx

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1、本科毕业设计计算书题 目 玉溪河百丈水库病险整治设计及右坝肩绕渗问题 学 院 水 利 水 电 学 院 专 业 水 利 水 电 工 程 学生姓名 尹 刚 学 号 年级 09级 指导教师 张 茹 二一三年六月三日目 录1洪水复核计算及分析11.1概述11.2基本资料的收集整理与复核11.2.1水库流域基本情况11.2.2水位库容曲线11.2.3溢洪道有关参数21.2.4水库流域气象资料21.3百丈水库洪水复合21.3.1红光水库洪水复核21.4百丈水库洪水复核31.4.1洪水计算31.4.2调洪演算51.4.3大坝安全超高复核61.5计算成果合理性分析81.5.1红光水库设计暴雨计算81.5.2百

2、丈水库设计暴雨计算81.6结论82原坝坡的渗流稳定计算及分析92.1原坝坡渗流计算及分析92.1.2计算工况92.1.3渗透系数92.1.4采用水力学法进行渗流计算92.1.5计算成果及分析92.2原坝坡稳定计算及分析102.2.1坝坡稳定计算102.2.3结论与建议143大坝整治设计的方案比选153. 1两方案重要经济技术比选153.2方案一的工程量及费用计算表153.3方案二的工程量及费用计算表164大坝整治设计推荐方案的渗流稳定计算及分析174.1大坝整治设计推荐方案的渗流计算及分析174.1.1目的174.1.2计算工况174.1.3渗透系数174.1.4采用水力学法进行渗流计算174

3、.1.5计算成果及分析174.2大坝整治设计推荐方案的稳定计算及分析184.2.1计算分析资料184.2.2安全系数184.2.3土体、砌石的物理力学指标184.2.4计算工况204.2.5坝体各部位容重地采用214.2.6计算方法214.2.7坝坡稳定分析计算结果214.2.8结论215.右坝肩绕渗相关计算235.1渗透比降235.1.1渗透坡降计算235.1.2渗流量及渗流水深计算235.1.3计算成果分析245.2绕渗灌浆的工程量及经费计算245.2.1右岸绕坝渗流245.2.3对右岸绕坝渗流的处理245.2.4右坝肩绕渗的工程量及经费计算256溢洪道交通桥266.1左岸溢洪道交通桥工程

4、量及经费预算266.1.1溢洪道交通桥设计的必要性266.1.2交通桥设计的具体说明266.1.3溢洪道交通桥整治设计的工程量及经费预算266.2交通桥配筋计算276.2.1面板配筋276.2.2桥墩配筋297白蚁整治工程量及经费327.1白蚁整治327.1.1白蚁危害的情况介绍及以前的处理方式327.1.2白蚁整治的具体措施327.1.3白蚁整治坝坡断面337.1.4白蚁整治的工程量347.1.5白蚁整治的经费预算348坝顶公路工程量及经费35参考文献361洪水复核计算及分析1.1概述百丈水库位于名山县百丈镇上游1.7公里的临溪河上，其地理位置：东经10314，北纬3011.5。临溪河系浦江

5、河支流，属岷江水系。水库总库容2080万立方米，有效库容1960万立方米。水库以灌溉为主，兼有发电、养殖、旅游等综合效用，水库设计灌面14.63万亩。1978年玉溪河引水灌溉工程主干渠建成通水后，主干渠末端水量泄入百丈水库。水库以下有效灌面37.78万亩。1.2基本资料的收集整理与复核1.2.1水库流域基本情况百丈水库控制临溪河流域面积52.8平方公里，包括上游红光水库的11平方公里。临溪河发源于名山县万古、新店、中峰、百丈、黑竹及浦江县的甘溪、大塘、复兴、西崃、敦厚、五星等乡、镇，在五星乡汇入浦江河，全长57km。水库流域位于四川盆地边缘，属浅丘与山区的过渡带。流域内地势起伏不大，平均山坡坡

6、度5%。河槽两岸台地为水稻田，山坡植被良好，对暴雨洪水有一定的滞蓄作用。河系形状为不对称羽毛形。1.2.2水位-库容曲线采用水库一直沿用的成果，该成果由当时的1:5000实测库区地形图算得,水位与库容的关系见表11、图11.表11 百丈水库水位-库容关系表库水位（m）686.000687.000688.000689.000690.000691.000692.000693.000694.000695.000695.860库容（万m）65276488210121149129214411605179219882180图11 百丈水库水库-库容曲线1.2.3溢洪道有关参数溢洪道位于大坝左岸，为有闸控制

7、的开敞式溢洪道。溢洪道总净宽42m，设有八扇平面钢闸门，八台手电两用卷扬式启闭机启闭。溢洪道堰顶形状为驼峰实用堰，堰顶高程691.860m，相应库容1420万立方米。该溢洪道闸门全开时的自由溢流公式：式中：m驼峰实用堰流量系数，取为0.43 B溢洪道总净宽为42m。 侧收缩系数，查表得：=1-0.0033H。 堰上水头，m。 H堰上水深，m。略去侧收缩和行进流速水头，则(/s)1.2.4水库流域气象资料临溪河流域属亚热带湿润气候。受季风气候影响，多年平均气温15.5，最高月平均气温30.7，最低月平均气温3.2，多年最高气温36.5，最低气温-3.2。流域属青衣江暴雨区边缘过渡带，流域内降雨分

8、布不均匀。流域内年降雨量的变化幅度较大，年降雨量年内分配极不均匀。临溪河流域降雨充沛，年平均降雨量。69月降水量占全年降水量80%以上，大暴雨多出现在7、8月份。流域内供水由暴雨形成，主要集中在24小时内，具有峰高量大的特点。水库多年实测最大风速27m/s，相应的最多风向为东北风。多年平均最大风速17m/s。1.3百丈水库洪水复合1.3.1红光水库洪水复核由于红光水库在百丈水库上游，且有。查相关资料并计算分析有如下结论：红光水库满足100年一遇洪水标准，不能满足1000年一遇洪水标准。所以，需考虑红光水库失事对百丈水库的影响。1.3.1.1红光水库溃坝洪水计算红光水库属小（一）型水坝，溃坝洪水

9、计算按四川省水文手册附录六水坝溃坝最大流量计算中的方法和步骤进行。基本资料：大坝坝长，坝前最大水深，相应1000年一遇洪水位对应的总库容。溃坝宽度结合大坝纵横断面及大坝实际地形，取。红光水库坝址至百丈水库长度。溃坝最大流量到下游处的最大流量：溃坝洪水过程概化为三角形：洪水历时：取：，则：涨洪历时：退洪历时：1.4百丈水库洪水复核根据水利水电工程等级划分及洪水标准，百丈水库为中型水库，工程等别为三等，主要建筑物为3级，设计洪水标准，10050年一遇,校核洪水年一遇。本次洪水复核，设计洪水按、标准进行复核，校核洪水按洪水、同红光水库溃坝洪水叠加进行复核。1.4.1洪水计算1.4.1.1汇流参数汇流

10、参数采用四川省水文手册m值综合表中的盆地丘陵区,。1.4.1.2洪峰流量计算按推理公式,结合四川省水文手册的步骤进行计算，计算结果：1.4.1.3洪水总量推求设计暴雨历时：，为长历时暴雨，暴雨公式为，查四川省水文手册，设计洪水总量：。为暴雨径流系数，洪水总量计算见表12：表12 百丈水库洪水总量表频率设计暴雨历时T(d)(mm)（m）0.1%1.443650.2604010.92194811.71%1.442770.2703060.90145412.02%1.442500.2732760.90131212.40.05%1.444120.2574520.93221911.51.4.1.4洪水过程

11、线推求推求基流洪水过程线概化为矩形历时，x、y查四川省水文手册表5-8,0.1%、1%、2%洪水过程线计算见表13，过程线曲线图见图12。表13 百丈水库设计入库洪水过程线计算表川西南地区1%2%01%000606060.050.101.20231.24211.17290.100.131.56401.61351.52520.200.182.16732.23652.11990.400.232.761412.851242.691910.600.283.362083.471803.282840.800.333.962764.12413.863760.950.364.323264.472854.214

12、461.000.404.803434.963004.684690.950.495.883266.082855.734460.800.607.202767.452417.023760.600.789.352089.681809.132840.401.0712.814113.312412.51910.201.8021.607322.36521.1990.102.6031.24032.33530.4520.053.2038.32339.72137.42903.9046.8648.4645.66图12 百丈水库设计入库洪水过程线1.4.2调洪演算调洪演算基本原理为水库水量平衡方程：，计算方法采用辅助线

13、法，百丈水库调洪辅助曲线见表14、图13. 表14 百丈水库调洪辅助曲线计算表 库水位堰上水深691.8570142000000692.3570.51499792192814233692.8571.015811614428040482693.3571.5167025069414774768693.8572.017663469612261131073694.3572.5186244212283161581386694.8573.0196654615174162081725695.3573.5206064017785242642042695.8574.02180760211164032024316

14、96.3574.5231089024727643822854（）图13 调洪辅助曲线调洪计算按无闸控制的自由泄流情况，起调水位为溢洪道堰顶高程691.860m。分三种情况分别计算：1%、2%设计洪水；0.1%校核洪水同红光水库溃坝洪水叠加。校核洪水同红光水库溃坝洪水叠加，按最不利情况进行组合叠加，即采用校核洪水的峰值同溃坝洪水的峰值进行叠加。，最高洪水位693.860m，最大下泄流量。，最高洪水位692.860m,最大下泄流量。洪水同红光水库溃坝洪水叠加，最高洪水位694.857m，最大下泄流量。1.4.3大坝安全超高复核1.4.3.1水库波高及波长计算采用官厅水库经验公式：式中：波浪高度 波

15、浪长度 计算风速，非常情况下采用多年平均最大风速；正常情况下，采用多年平均最大风速倍。 吹程，百丈水库故：设计洪水情况校核洪水情况：1.4.3.2波浪爬高计算用经验公式：式中：坝坡粗糙系数，块石护坡 上游坝坡坡角。设计洪水情况：校核洪水情况：1.4.3.3坝前静水位雍高值式中：风速 坝前水深 吹程 风向与坝轴线的法线所成的角1.4.3.4大坝安全加高值查SL2742001 表5.3.1 安全加高A值，正常情况：，校核情况：。故坝顶容许超高：设计洪水情况：校核洪水情况：而大坝实际超高：.设计洪水情况： .设计洪水情况： .校核洪水情况：洪水同红光水库溃坝洪水叠加，。故百丈水库大坝能够抗御100年

16、一遇洪水标准，及1000年一遇校核洪水同红光水库溃坝洪水的组合。1.5计算成果合理性分析1.5.1红光水库设计暴雨计算采用红光水库实测降雨资料，具有其真实性和可靠性，而其面雨量采用以点（红光水库站）代面的方法，设计暴雨值及其相应洪水比实际情况偏大，对工程安全有利。1.5.2百丈水库设计暴雨计算采用了流域及流域边缘，名山、百丈年共38年，建山、石斗子、凉水井、文大田、临南、红光水库年16年实测降雨资料，且采用中点多边形法计算其面雨量，使得本次计算较以前的以点代面的方法更接近实际。因此，本次洪水计算具有真实性和可靠性。1.6结论大坝的安全，不仅直接影响到水电站自身发、供电效益的发挥，并与下游人民的

17、生命财产、国民经济建设命脉乃至生态环境密切相关；经对红光水库的防洪能力进行复核，该大坝达不到1000年一遇的防洪标准，因此，百丈水库洪水复核需考虑红光水库溃坝洪水的影响。百丈水库按无闸控制的溢洪道进行调洪计算，起调水位为溢洪道堰顶高程，经对1%、2%、0.1%洪水同红光水库溃坝洪水跌叠加，两种情况进行调洪计算，均满足规范要求，即百丈水库能抗御100年一遇洪水和1000年一遇校核洪水同红光水库溃坝洪水的叠加。洪水复核成果见表15。表15 百丈水库洪水复核成果表运行情况频率（%）设计洪水调洪成果洪峰流量（m/s）洪量(万m)洪水位（m）下泄qm（m/s）坝顶超高（m）容许超高（m）正常运用1337

18、1454693.8602253.22.62正常运用22941312693.6601954.22.62非常运用0.1+溃坝洪水13212398694.8575562.2031.562原坝坡的渗流稳定计算及分析2.1原坝坡渗流计算及分析2.1.2计算工况a.上游正常高水位与下游相应的最低水位。b.上游校核洪水位与下游相应的最高水位。2.1.3渗透系数根据土工试验报告渗透系数2.1.4采用水力学法进行渗流计算。2.1.5计算成果及分析土坝的渗流分析在工程设计中常将其简化为平面问题处理。土坝渗流计算得主要任务是确定坝内浸润线的位置及经过坝体的渗透流量。百丈水库1958年竣工后，曾在64年、74年进行过

19、两次大整治，放缓了内外坝坡，增加了坝高。外坡脚新做了排水体，并在新排水体与旧排水体之间铺设了砂卵石垫层，作为排水廊道。现分别按原排水体及新排水体垫层工作良好，原排水体及排水垫层失效两种情况进行计算，结果如下：a.原排水体或排水垫层失效时：（下游无水）正常水位： 校核水位： b.原排水体及排水垫层工作良好时：正常水位： 校核水位： 计算成果分析。计算结果见图21、图22.图21 百丈水库大坝渗流计算图（原排水体失效时）图22 百丈水库大坝渗流计算图（原排水体良好时）1） 当原有排水体及排水垫层工作良好时，不论是正常水位还是校核水位，坝体浸润线都较低，不会在后坝坡逸出，排水量也较小。2） 当原有排

20、水体或排水垫层失效，仅靠现坡脚排水体工作时，正常水位和校核水位情况下，浸润线较高，在后坝坡逸出。对坝体安全造成一定威胁。3） 百丈水库大坝的渗流问题，必须常年对坝体浸润线进行定期观测、分析。定期检查外坝坡坝体渗漏情况，因原排水体建成已四十年，要特别注意原排水体及排水垫层因年久堵塞失效后对大坝安全运行可能造成的危害。2.2原坝坡稳定计算及分析2.2.1坝坡稳定计算2.2.1.1计算分析资料a.大坝最大断面图b.坝体材料物理力学指标2.2.1.2安全系数大坝为三级建筑物，根据SL2742001规范和补充说明的要求，相应的坝坡抗滑稳定最小安全系数见表21.表21 坝坡抗滑稳定最小安全系数工程等级正常

21、运用条件非常运用条件非常运用条件31.301.201.15土体、砌石的物理力学指标2001年四川大学水电学院取样所得坝体土料物理力学性质见表22.表22 土体、砌石的物理力学指标土样编号天然密度饱水密度天然含水量最大干密度最优含水量颗粒比重液限塑限塑性指标压缩系数上11.901.9323.81.6421.402.7549.023.026.00.52上21.871.9027.12.7246.026.020.00.37上31.901.9330.41.6222.302.7140.023.216.80.31上41.891.9032.42.7443.924.119.80.53上51.881.9033.8

22、1.6421.452.7547.226.221.00.36上61.921.9730.72.7346.325.520.80.29下11.821.8231.31.3924.702.7249.028.021.00.23下21.901.9030.31.472.7247.027.020.00.20下31.881.8832.31.422.7246.026.020.00.25颗粒分配（粒径：mm）土名渗透系数剪切试验非饱和固结快剪饱和固结快剪2-0.10.1-0.050.05-0.0051.30Kmin=1.531.30下游坝坡抗滑稳定安全系数Kmin=1.511.30Kmin=1.491.30建筑材料及工

23、程量干砌大卵石4385.76干砌大卵石6666.48砂卵石81277.8567砂卵石84846.2292坝坡材料所需的费用（单位：万元）干砌大卵石24.4638干砌大卵石37.1856砂卵石922.016砂卵石962.4956土方开挖量总量65496.70248.79580255.09459.79坝坡整治费用共计995.2748万元1059.4712万元结论1. 方案一和方案二都能使坝坡满足稳定的要求；2. 方案一的渗流浸润线明显降低，并且下游坝坡无散浸现象；方案二有少许散浸现象，并且其侵润线依然比较高；3. 方案一和方案二在技术上都能够实现；4. 方案二没有考虑到排水棱体失效这一点，同时方案

24、二还比方案一需要在开挖回填方面多用64.1964；案一彻底解决了浸润线高和下游坝坡的散浸问题。综合以上4点，若从长远整治的花费来说方案一更为经济合理；若从短期来说方案二虽然也满足整治要求，但是却存在整治不彻底的问题，且花费比方案一更高；故方案一不但更为经济还解决问题更为彻底。3.2方案一的工程量及费用计算表具体工程量及预算经费见表32.表32 推荐方案的工程量及费用预算开挖后回填的工程量及其费用计算上游坝坡下游坝坡22.6815*150=3402.225m（干砌大卵石）坝段：0+600+210272.1352*120=32656.224m（砂卵石）坝段：0+900+210重点整治坝段64.72

25、18*150=9708.27m（砂卵石）坝段：0+600+2102.7550*（507-150）=983.535 m（干砌大卵石）坝段：00+60 0+2100+50764.4375*（507-120）=24937.3125m（砂卵石）坝段：00+90 0+2100+507其余坝段39.1486*（507-150）=13976.0502 m（砂卵石）坝段：00+60 0+2100+507干砌砂卵石总量3402.225+983.535=4385.76砂卵石总量9708.27+32656.224+13976.0502+24937.3125=81277.8567干砌砂卵石费用4385.76*55.7

26、8元/=24.4638万元砂卵石费用81277.8567*113.44元/=922.016万元坝坡断面开挖所需要的费用计算上游坝坡下游坝坡47.5553*150=7133.295m坝段：0+600+210272.1352*120=32656.224m坝段：0+900+2102.1565*（507-150）=769.8705m坝段：00+60 0+2100+50764.4375*（507-120）=24937.3125m坝段：00+90 0+2100+507开挖的工程量7133.295+32656.224+769.8705+24937.3125=65496.702m开挖所需费用65496.702

27、m*7.45元/m=48.795万元方案一总费用24.4638万元+922.016万元+48.795万元=995.2748万元3.3方案二的工程量及费用计算表具体工程量及预算经费见表33.表33 比较方案的工程量及费用预算开挖后回填的工程量及其费用计算上游坝坡下游坝坡40.5876*150=6088.14m（干砌大卵石） 坝段：0+600+210129.7706*507=65793.6942m（砂卵石）坝段：00+507重点整治坝段71.0869*150=10663.035m（砂卵石） 坝段：0+600+2101.62*（507-150）=578.34m（干砌大卵石） 坝段：00+60 0+2

28、100+507其余坝段23.50*（507-150）=8389.5m（砂卵石） 坝段：00+60 0+2100+507干砌砂卵石总量6088.14+578.34=6666.48m砂卵石总量10663.035+65793.6942+8389.5=84846.2292m干砌砂卵石费用6666.48m*55.78元/m=37.1856万元砂卵石费用84846.2292m*113.44元/m=962.4956万元坝坡断面开挖所需要的费用计算上游坝坡下游坝坡85.69*150=12853.5m 坝段：0+600+210132.9420*507=67401.594m坝段：00+5070*（507-150）

29、=0m 坝段：00+60 0+2100+507开挖的工程量12853.5m+67401.594m=80255.094m开挖所需费用80255.094m*7.45元/m=59.79万元方案二总费用37.1856万元+962.4956万元+59.79万元=1059.4712万元4大坝整治设计推荐方案的渗流稳定计算及分析4.1大坝整治设计推荐方案的渗流计算及分析4.1.1目的a.确定坝体浸润线的位置和逸出点的高度，校核坝体渗流稳定性，为坝坡稳定分析提供所需资料。b.计算坝体整治后的渗流量。4.1.2计算工况a.上游正常高水位与下游相应的最低水位。b.上游校核洪水位与下游相应的最高水位。4.1.3渗透

30、系数根据土工试验报告渗透系数4.1.4采用水力学法进行渗流计算。4.1.5计算成果及分析百丈水库1958年竣工后，增在64年、74年进行过两次大整治，放缓了内外坝坡，增加了坝高。外坡脚新做了排水体，并在新排水体与旧排水体之间铺设了砂卵石垫层，作为排水廊道。现分别按原排水体及新排水体垫层工作良好，原排水体及排水垫层失效两种情况进行计算，结果如下：a.原排水体或排水垫层失效时：（下游无水）正常水位： 校核水位： b.原排水体及排水垫层工作良好时：正常水位： 校核水位： 计算成果分析。计算结果见图41、图42.图41 推荐方案渗流计算图（排水体失效时）图42 推荐方案渗流计算图（排水体良好时）1）

31、当原有排水体及排水垫层工作良好时，不论是正常水位还是校核水位，坝体浸润线都较低，不会在后坝坡逸出，排水量也较小。2) 当原有排水体或排水垫层失效，正常水位和校核水位情况下，由于下游坝坡开挖回填的体积很大，所以浸润线不是很高，对后坝坡的稳定也不会造成威胁。4.2大坝整治设计推荐方案的稳定计算及分析4.2.1计算分析资料a.大坝最大断面图b.坝体材料物理力学指标4.2.2安全系数大坝为三级建筑物，根据SL2742001规范和补充说明的要求，相应的坝坡抗滑稳定最小安全系数见表41.表41 坝坡抗滑稳定最小安全系数工程等级正常运用条件非常运用条件非常运用条件31.301.201.154.2.3土体、砌

32、石的物理力学指标2001年四川大学水电学院取样所得坝体土料物理力学性质见表42.表42 土体、砌石的物理力学指标土样编号天然密度饱水密度天然含水量最大干密度(g/cm)最优含水量颗粒比重液限塑限塑性指标压缩系数上11.901.9323.81.6421.402.7549.023.026.00.52上21.871.9027.12.7246.026.020.00.37上31.901.9330.41.6222.302.7140.023.216.80.31上41.891.9032.42.7443.924.119.80.53上51.881.9033.81.6421.452.7547.226.221.00.36上61.921.9730.72.7346.325.520.80.29下11.821.8231.