土石坝课程设计.pdf

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1、水工建筑物课程设计 平山水利枢纽 指导老师：*姓名：*班级：20071015 学号：*专业：水利水电工程 一 基本资料及数据设计 第一节 基本资料 1 概况 平山水库位于 G 县县城西南 3 公里处的平山河中游，该河系睦水的主要支流，全长 28 公里，流域面积为 556 平方公里，坝址以上控制流域面积为 431 平方公里；沿河道有地势比较平坦的小平原，地势自南向东由高变低。最低高程为、62.5m；河床比降 3，河流发源于苏塘乡大源锭子，这个流域物产丰富，土地肥沃，下游盛产稻麦，上游蕴藏着丰富的竹子、木材等土特产。由于平山河为山区性河流，雨后山洪常给农作物和村镇造成灾害，另外，当雨量分布不均匀时

2、，又易造成干旱现象，因此有关部门对本地区做了多次勘测以开发着棵的水利资源。2 枢纽任务 枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪、航运、养鱼及供水等任务进行开发。据初步规划，本工程灌溉面积为 20 万亩（高程在 102m 以上），装机容量 9000千瓦。防洪方面，由于水库调洪作用，使平山河下游不致洪水成灾，同时配合下游睦水水利枢纽，对睦水下游也能起到一定的防洪作用，在流域规划中规定本枢纽通过设计洪水流量时，控制最大泻流流量不超过 900m/s。在航运方面，上游库区能增加航运里程 20 公里，下游可利用发电尾水等航运条件，使平山河下游四季都能筏运，并拟建竹木最大过坝能力为 25 吨的筏道。3 地形

3、地质概况 地形情况：平山河流域多为丘陵山区，在平山河上游都为大山区，河谷山势陡峭，河谷边坡一般为 6070，地势高差都在 80120m，河谷冲割很深，山脉走向大约为东西方向，岩基出露很好，河床一般为 100m 左右，河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更显著形成 S 形，沿河滩及坡积层发育，尤以坝址下游段的平山咀下游一带及坝下陈家上游一嗲更为发育，其他地方则很少，在坝轴下游 300m 处的两岸河谷呈马鞍形，起覆盖物教厚，岩基产状凌乱。地质情况：靠上游有泥盆五通沙岩，靠下游有二叠纪灰岩，几条坝轴线皆落在五通沙岩上面。地质构造特征有：在平山咀以南，即石灰岩与沙岩分界处，发现一大断层，其走向近东南，倾向

4、大致向北西，在第一坝轴线左侧的为五通沙岩，特别破碎，在 100 多米范围内就有三、四处小断层，产状凌乱，坝区右岸破碎深达 60 多米的钻空岩芯获得率仅为 20%，可见岩石裂隙十分发育。岩石的渗水率都很小，右岸一般为 0.0010.01，个别达到 0.070.08，而左岸多为 0.0010.01。坝区下游石灰岩中，发现两处溶洞，平山咀大溶洞和大泉眼大溶洞，前者对大坝及库区无影响，但后者朝东南方向发展的话，则可能通向库壁，待将来蓄水后，库水可能顺着溶洞流到库外，为此，目前正加紧勘测工作，以便得出明确结论和处理意见。坝址覆盖层沿坝轴线厚度达 1.55.0m，K=1104cm/s，浮容重 V 浮=10

5、.4KN/m，内摩擦角=35。4 水文、气象 1）水文：由于流域径流资料缺乏，设计年月径流量及洪水量不能直接由实测径流分析得到，必须通过降雨径流见解推求。根据省水文站由 C 城站插补延长得三天雨量计算频率；千年一遇雨量 498.1mm，二百年一遇雨量 348.2mm，五十年一遇雨量 299.9mm，雨洪峰流量 Q1.0%=1860m/s，Q5.0%=1550 m/s，Q1%=1480 m/s，多年平均来水量为 4.55 亿。2）气象：多年平均风速 10m/s，水库吹程 D=9Km，多年平均降雨量 430mm/年，库区气候温和，年平均气温 16.9，年最高气温 40.5，年最低气温-14.9。5

6、 其他 1）坝顶无交通要求；2）对外交通情况 水路：由 B 城至溪口为、南江段上水，自溪口至 C 城系睦水主流，为内河航运，全长 256 公里，可通行 36 吨木船，枯水季节只能通行 3 吨以下的船只，水运较为困难。公路：附近公路干线为 AF 干道，B 城至 C 城段全长为 356KM，晴雨无阻，但目前 C 城至坝址尚无公路通行。铁路：D 城为乐万铁路，由 B 城至 D 城 180KM，至工地还有 53 公里。3）地震：本地区为 56 度，设计时可不考虑。第二节 设计数据 1 工程等级：根据规范自定。2 水库规划资料 1）正常水位：113.10m 2）最高洪水位（校核）：113.50m 3）死

7、水位：105.0m（发电极限工作深度为 8m）4）灌溉最低库水位：104.0m 5）总库容：2.00 亿 m 6）水库有效库容：1.05 亿 m 7）库容系数：0.575 8）发电调节流量 Qp=7.35 m/s，相应的下游水位 68.2m；9）发电最大引用流量 Qmax=28 m/s，相应的下游水位68.65m；10）通过设计洪水位时（Q1%），溢洪道最大泻量 Qmax=1340 m/s，相应下游最高洪水位 74.3m。通过校核洪水位流量时，溢洪道最大泄水量 Qmax=1660m3/s，相应下游最高洪水位 75.0m。3 枢纽组成建筑物 1）大坝：布置在 1坝轴线上；2）溢洪道：堰顶高程为

8、107.50m；3）水电站：装机容量为 9000 千瓦，三台机组，厂房尺寸为 309 平方米；4）灌溉：主要灌溉区位于河流右岸，渠首底高程 102m，灌溉最大引用流量 8.15 m/s，相应最大渠道水深 1.75m，渠底宽为 3.5m，渠道边坡 1：1 5）水库放空遂洞：为便于检修大坝和其他建筑物，拟利用导流遂洞做放空洞，洞底高程为 70.0m，洞直径为 3.5m；6）筏道：为干筏道，上游坡不陡于 1：4，下游坡不陡于 1：3，转运平台高程115.0m，平台尺寸为 3030m。4 筑坝材料 枢纽大坝采用当地材料筑坝，根据初步勘察，土料可才用坝轴线下游 1.53.5 公里的丘陵区与平原地带的土料

9、，且储量很多，一般土质尚佳，可做筑坝之用、。砂料可在坝轴线下游 13 公里河滩范围内及平山河出口出两岸河滩开采。石料可利用采石场开采，采石场可利用坝 22 下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩，质量较好，质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采。1）土料：主要有粘土和壤土，可采用坝下游 1.53.0 公里丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般土质尚佳，可做筑坝之用。起性能见附表 1；2）砂土：从坝下游 0.53.5 公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，其性能见附表 2；3）石料：可在坝址下游附近开采，石质为石灰岩及砂岩，质地坚硬，储量丰富，便于开采，其性能见附表 3。附表 1 土料特性表 土

10、壤类别 干容重 c（KN/m）最优含 水率（%）空隙率 n（%）内摩擦角 粘着力（Kpa）渗透系数 K（cm/s）粘土 15.4 25 40 1830 37 1106 壤土 15.8 14.5 41.7 2341 12 1105 坡土 16.0 22.5 39.8 22（湿）33（干）7.5（湿）1103 附表 2 砂土特性表 土壤类别 干容重c（KN/m）空隙率 n（%）内摩擦角 渗透系数 K（cm/s）浮容重（KN/m）砂土 16 40.6 30 1102 10.06 附表 3 石料特性表 干容重c（KN/m）空隙率 n（%）内摩擦角 1.8 3.3 38 二 枢纽布置（一）工程等别及建筑

11、物级别 1.水库枢纽建筑物组成 根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物包括：拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞（拟利用导流洞作放空洞）、筏道。2.工程规模 根据水利水电枢纽工程等级划分及设计标准以及该工程的一些指标确定工程规模如下：（1）各效益指标等别：根据枢纽灌溉面积为 20 万亩，属等工程；根据电站装机容量 9000 千瓦即 9MW，小于 10MW，属等工程；根据总库容为 2.00 亿m3，在 101.0 亿 m3，属等工程。（2）水库枢纽等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽为等工程。

12、（3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，等工程的主要建筑物为 2 级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道，水库放空隧洞为 2 级水工建筑物；次要建筑物筏道为 3 级水工建筑物。（二）各组成建筑物的选择 1.挡水建筑物型式的选择 在岩基上有三种类型：重力坝、拱坝、土石坝。（1）重力坝方案 从枢纽布置处地形地质平面图及 1#坝轴线地质剖面图上可以看出，坝址基岩为上部为五通砂岩，下面为石英砂岩和砂质页岩，覆盖层沿坝轴线厚1.55.0m，五通砂岩厚达 3080m，若建重力坝清基开挖量大，目前 C 城至坝址尚无铁路、公路通行，修建重力坝所需水泥、钢筋等材料运输

13、不方便，且不能利用当地筑坝材料，故修建重力坝不经济。（2）拱坝方案 修建拱坝理想的地形条件是左右岸地形对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的河谷段；而且坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。该河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成 S 形，1#坝址处没有雄厚的山脊作为坝肩，左岸陡峭，右岸相对平缓，峡谷不对称，成不对称的“U”型，下游河床开阔，无建拱坝的可能。（3）土石坝方案 土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，所以采用土石坝方案。2.泄水建筑物型式的选择

14、土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，在坝轴线下游 300m 处的两岸河谷呈马鞍形，右岸有马鞍形垭口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。3.其它建筑型式的选择（1）灌溉引水建筑物 采用有压式引水隧洞与灌溉渠首连接。进口设有拦污栅、进水喇叭口、闸门室及渐变段；洞身采用钢筋混凝土衬砌；出口段设有一弯曲段连接渠首，并采用设置扩散段的底流消能方式。主要灌区位于河流右岸，渠首底高程 102m，灌溉最大引用流量 8.15m3/s，相应渠道最大水深 1.75m，渠底宽 3.5m，渠道边坡 11。（2）水电站建筑物 因为土石坝不宜

15、采用坝式水电站，而宜采用引水式发电，所以这里用单元供水式引水发电。（3）过坝建筑物 主要是筏道，采用干筏道。起运平台高程 115.00m 平台尺寸为 3020m2，上游坡不陡于 14，下游坡不陡于 13。（4）施工导流洞及水库放空洞 施工导流洞及水库放空洞，均采用有压式。为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为 70.00m，洞直径为 3.50m。（三）枢纽总体布置方案的确定 挡水建筑物土石坝（包括副坝在内）按直线布置在河弯地段的 1#坝址线上，泄水建筑物溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处；灌溉引水建筑物引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置；水电站建筑物引水隧洞、电站厂房、开关站

16、等布置在右岸（凸岸），在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边；施工导流洞及水库放空洞布置在左岸的山体内。综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置直接绘制在蓝图上（地形地质平面图）。三 土坝设计 （一）坝型选择 影响土石坝坝型的因素有：坝高；建筑材料；坝址区的地形地质条件；施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等施工条件；枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；枢纽开发目标和运行条件；土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价 枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游 1.53.5公里的丘陵与平原地区的土料，

17、且储量特别多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可在坝轴线下游 13 公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。石料利用采石场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩、质量良好，质地坚硬、岩石出露、覆盖浅，易开采。从建筑材料上说，均质坝、多种土质分区坝、心墙坝、斜墙坝均可。1.均质坝 坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降较小，有利于渗流稳定和减少坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施

18、工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷和多雨地区的使用受限制，故不选择均质坝。2.多种土质坝 该坝型显然可以因地制宜，充分利用包括石渣在内的当地各种筑坝；土料用量较均质坝少，施工气候的影响也相对小一些，但是由于多种材料分区填筑，工序复杂，施工干扰大，故也不选用多种土质分区坝。3.斜墙坝 斜墙坝与心墙坝，一般的优缺点无显著差别，粘土斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制，沙砾料工作面大，施工方便；考虑坝址的地质条件，由于坝基有破碎带和覆盖层，截水槽开挖和断层处理要花费很多时间，并且不容易准确的预计，斜墙截水槽接近坝脚，处理时不影响下游沙砾料填筑，处理坝基和填筑沙砾料都有充裕的时间

19、，工期较心墙坝有把握；土料及石料储量丰富，填筑材料不受限制。4.心墙坝 心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；使其因坝主体的变形而产生裂缝的可能性小，粘土用量少，受气候影响相对小，粘土心墙冬季施工时暖棚跨度比斜墙小。移动和升高较便利。综合以上分析，最终选择心墙坝。（二）大坝轮廓尺寸的拟定 大坝轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗排水设备等。1.坝顶宽度 本坝顶无交通要求，根据施工条件和防汛抢险需要以及以往工程的统计资料，对于中低坝取5-

20、10m。本设计坝顶宽度采用B=7.0m。2.坝坡 因最大坝高约115.0-62.50=52.5m,故采用三级变坡。（1）上游坝坡：从坝顶到坝踵依次为1:2.75；1:3;1:3.25（2）下游坝坡:从坝顶到坝踵依次为1:2.5;1:2.75;1:3.0（3）马道:第一级马道高程为62.5+20=82.5m,第二级马道高程为102.5m,马道宽度取2.0m。3.坝顶高程 坝顶高程等于水库静水位与超高Y 之和，并分别按以下运用情况计算，取最大值：正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高；校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。最后需预流一定的坝体沉降量，此处取坝高的1%。计算公式采用下列算式：YReA,20

21、cos2mKV DebgH 式中：R波浪在坝坡上的最大爬高，m；e最大风壅水面高度，即风壅水面超出原库水位高度的最大值，m；221.0 1010102 9.8 50e=0.01m;A安全加高，m，根据坝的等级和运用情况，按表 1-1 确定。mH坝前水域平均水深，粗略估计为 50m；K综合摩阻系数，其值变化在（612）310之间，计算时一般取21.0 10K;b风向与水域中线的夹角，（00）；0VD、计算风速和水库吹程3m/msK、；表 1-1 安全加高A （单位：m）运用情况 坝的级别 1 级 2 级 3 级 4、5 级 正常 1.5 1.0 0.7 0.5 非常 0.7 0.5 0.4 0.

22、3 该坝属于 2 级水工建筑物，安全加高分别取：正常运用情况下1.0m，非常运用情况下 0.5m。下面采用我国水利水电科学研究院推荐的计算波浪在坝顶上的爬高：10.60.45lRhm n 式中：lh设计波高，5/41/30.0166lhVDm；m坝坡坡率，取m=3.0；n坝坡护面糙率，取 n=0.025 由所给的设计资料中只有多年平均风速0V=10m/s，故取正常运用情况和非正常运用情况波高均为lh=5/41/30.0166 109m=0.614m，则10.60.450.6143.00.0250.8423Rm。两种计算成果见表 1-运用情况 静水位（m）R（m）e(m)A(m)坝顶高程（m）考

23、虑 1%沉陷 设计洪水 113.1 0.8423 0.01 1 114.95 114.95 116.09 校核洪水 113.5 0.8423 0.01 0.5 114.85 坝顶高程最后结果：116.10m。验算：坝顶高程 116.10m 均大于 设计洪水位（正常蓄水位）+0.50m 即113.10+0.50=113.60m；校核洪水位 113.50m。所以满足要求。（三）渗流计算 1.渗流计算的基本假定 1）心墙采用粘土料，渗透系数61.0 10/kcm s,坝壳采用砂土料，渗透系数21.0 10/kcm s,两者相差410倍，可以把粘土心墙看做相对不透水层，因此计算时可以不考虑上游楔行降落

24、水头的作用。2）土体中渗流流速不大，且处于层流状态，渗流服从达西定律平均流速 v 等于渗透系数与渗透比降 i 的乘积，v=Ki；3）发生渗流时土体的空隙体积不变，饱和度不变，渗流为连续的。2.渗流计算条件：流计算时应考虑以下组合情况，取其最不利情况作为控制条件：1）上游正常水位，下游相应的最低水位；2）上游校核洪水位相应的下游最低水位；3）对上游坝坡最不利的库水降落后的落差。由于缺乏资料所以拟定如下工况进行计算：设计洪水位（取与正常蓄水位）113.10m，相应的下游最低水位为 74.3m；校核洪水位 113.50m，相应的下游水深为 75.00m。3.渗流分析的方法 采用水利学法进行土坝渗流计

25、算。将坝内渗流分为若干等份，应用维尔金斯公式和水流连续方程求解渗流流量和浸润线方程。1：3.251：31：2.751：2.51：2.751：31：2102.582.5102.582.576.5116.162.562.575.0下游校核水位113.1113.5正常蓄水位校核洪水位坝顶高程heL浸润线心墙大坝剖面图排水棱体 4.计算断面及公式 本设计仅对河槽截面处进行最大断面的渗流计算，并假设地基为不透水。采用的公式：222qyxHk 2222ehHqkL 5 单宽流量 将心墙看作等厚的矩形，则平均宽度为：12()/2(3.534.4)18.95dddm;7/2(116.1 102.5)2.52(

26、102.582.5)2.752(82.576.5)3.02(76.562.5)2.0D =144.5m L=144.5-33.3-9.475=101.73（设计情况）L=144.5-32.5-9.475=102.53（校核情况）已知 6k1.0 10/ecm s 2k1.0 10/cm s 通过心墙的单宽流量 2211()()2eek HHq其中 为防渗体的等效宽度 通过心墙下游坝壳的单宽流量为2221()2ek HHqL 计算结果见表 计算情况 上Z（m）下Z（m）1H （m）2H（m）d（m）D（m）L（m）q710 3/()mm s eH（m）正常蓄水位 113.1 74.3 50.6

27、11.8 18.95 144.5 101.7 6.5 11.86 校核洪水位 113.5 75 51 12.5 18.95 144.5 102.5 6.36 12.55 6.总的渗流量计算 从地质地形平面图上可以看出大坝沿轴线大约长为 400m，沿整个坝段的渗流量为：Q=Lq 式中是考虑到坝宽，厚度，渗流量沿坝轴线的不均匀分布而加的折减系数，=0.8 Q 正=0.84006.50107=42.08 10m/s Q 校=0.84006.36107=42.04 10m/s 6 浸润线方程 正常水位 22222()/xeHHHHx L=139.240.01396x 校核水位 22222()/xeHH

28、HHx L=156.250.01195x （四）坝坡稳定计算 面板坝下游采用的是是堆石，所以 C=0，常形成折线状的滑弧面，形状如图所示：图中所示的各数据应满足以下关系：(21ctgvw2-）-ctg（-1）-（1+21ww）tg（3-）=0 1=tg1（tg1/Kc）2=tg1（tg2/Kc）3=tg1（tg3/Kc）查设计资料沙土的抗剪强度指标，1=2=3=30，由于设计原始资料中无相关的数据，在此也无法提供实验资料，所以假定 =25，=5，=10，1=2=3=13，带入上面三个式子中解得 Kc=2.5 Kminc=1.35。2 级水工建筑物正常运行情况下21ww=9.31。因而该假定的滑

29、动坡面是稳定的。（此处须 了解原因）（五）材料及构造设计(1)防渗体设计 1.防渗体尺寸 土质防渗体的尺寸应满足控制防渗比降和渗流量要求,还要便于施工。防渗体顶部考虑机械化施工的要求,取 3.5m,土斜墙上下游坡度取 1:0.3，。上下游最大作用水头差，H=113.50-62.50=51.00（下游无水工况），根据规定，粘 土 心 墙 的 容 许 渗 透 坡 降 J 不 宜 大 于 4，这 里 取 J=4，故 墙 厚T=H/J=51.00/4=12.75m。心墙底宽为 3.5+（51.00+0.5）0.32=34.4m12.75m.，满足要求。2.防渗体尺寸 防渗体顶部在静水位以上超高，对于正

30、常运用情况心墙为 0.3-0.6m，取 0.5m，最后防渗体顶部高程取为 113.10+0.50=113.60m。（在非常运用情况下，不应低于该工况下的最高水位）3.防渗体保护层 心墙顶部以及心墙的上游侧均应设保护层，防止冰冻和干裂。保护层可采用砂或者碎石，其厚度不小于该地区的冻结或干燥深度，此处取 1.0m，上部碎石厚0.50m，下部砾石石厚 0.50m。心墙上游保护层应分层碾压填筑，达到和坝体相同的标准。其外坡坡度应按稳定计算确定，使保护层不至沿斜墙面或连同心墙一起滑动。具体见坝顶构造。(2)坝体排水设计 1.排水设施选择 常用的坝体排水有以下几种形式：贴坡排水、棱体排水、坝内排水以及综合

31、式排水。（1）贴坡排水：不能降低浸润线，多用于浸润线较低和下游无水的情况，故不选用。（2）棱体排水：可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护上游坝脚不受尾水冲刷，且有支撑坝体增加坝体稳定的作用，且易于检修，是效果较好的一种排水形式。（3）坝内排水：其中褥垫排水对不均匀沉降的适应性差，易断裂，且难以检修，当下游水位高过排水设施时，降低浸润线的效果将显著降低；网状排水施工麻烦，而且排水效果较褥垫排水差。综合以上分析选择棱体排水方式。2.堆石棱体排水尺寸 顶宽 2.0m，内坡 1：1.5，外坡 1：2.0，顶部最高水位须高出下游最高水位对 1、2 级坝不小于 1.0m，通过校核洪水位 113.50

32、m，假设相应下游最高洪水位为75.00m，超高取 1.5m，所以顶部高程为 75.00+1.5=76.5m。(3)反滤层和过滤层 1.设计规范及标准 1）保护无粘性土料（粉砂、砂、砂砾卵砾石、碎石等）碾压式土石坝设计规范规定，对于与被保护土相邻的第一层反滤料，建议按下述准则选用54/8515dD，15155Dd，同时要求两者的不均匀系数6010dd及6010DD不大于 58，级配曲线形状最好相似。式中：15D反滤料的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的 15%；15d 被保护土的控制粒径和特征粒径，小于该粒径的土分别占总重的 15%及 85%。上述两式同样适用于选择第二、三层反滤料,当选择第二层

33、反滤料时，以第一层反滤料为被保护土，二选择第三层反滤料时，则以第二层反滤料为被保护土。按次标准天然砂砾料一般不能满足要求，须对土料进行筛选。2）保护粘性土料 粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比无粘性土强，通常不用上述两式设计反滤层，而用以下方法设计。满足被保护粘性土的细粒不会流失 根据被保护土的小于 0.075mm 含量的百分数不同，而采用不同的方法。当被保护土含有大于 5mm 的颗粒时，则取其小于 5mm 的级配确定小于 0.075mm 的颗粒含量百分数及计算粒径85d。如被保护土不含有大于 5mm 的颗粒时，则按全料确定小于 0.0075mm 的颗粒含量百分数及85d。a.对于小于 0.07

34、5mm 的颗粒含量大于 85%的粘性土，按式85159dD.设计反滤层，当8590.2dmm，取15D等于 0.2mm。b.对于小于 0.075mm 的颗粒含量为 40%85%的粘性土按式mmD7.015.设计反滤层。c.对于小于 0.075mm 的颗粒含量为 15%39%的粘性土按式25/)7.04)(40(7.08515dAD设计反滤层。式中，A为小于 0.075mm 时颗粒含量 1%。若8540 7dmm，应取 0.7mm。满足排水要求 以上三种土还应符合式15154Dd，以满足排水要求。式中15d应为被保护粘性土全料的15d，若1540.1dmm时15D不小于 0.1mm。3）护坡垫层

35、 垫层料的粒径不能过大，而且含有适量的细料。本坝属于中坝，取最大粒径为 80-100mm,粒径小于 5mm 的颗粒含量宜选为 30%-50%，同样应满足土粒不流失及足够的透水性要求，但标准可降低些，建议按下式的简便方法选择粒径。10)()(1515垫层块石dD.，5)(1515垫层下被保护的土（垫层）dD.。2.设计结果 由于设计原始资料中没有提供各土、砂、石料的颗粒级配情况，这里无法用计算方法进行反滤层的设计，只能参考相关规范和已建工程进行初步设计。初步拟结果如下：(4)护坡设计 1.上游护坡：采用目前最常用的浆砌石护坡。护坡范围从坝顶一直到坝脚，厚度为 40cm，下部设厚度均为 30cm

36、的碎石和粗沙垫层。见图：2.下游护坡：下游设厚度为 40cm 的碎石护坡，护坡下面设厚度为 40cm 的粗沙垫层。见图：(5)顶部构造 1.坝顶宽度 对中低坝可取 5-10m，此处取 B=7.0m 2.防浪墙 采用 C15 水泥浆砌快石放浪墙，高为 1.2m，基本尺寸见图，墙身每隔 15m 布置一道设有止水的沉陷缝，墙顶设有高 2.8m 的灯柱。3.坝顶盖面 (6)马道和坝顶，坝面排水设计 1.马道：第一级马道高层为 82.50m，第二级马道高层为 102.50m，马道宽为 2.0m。2.坝顶排水：坝顶设有防浪墙，为了便于排水，把顶做成自上游倾向下游的坡，坡度为 3%，将坝顶雨水排向下游坝面排

37、水沟。3.坝面排水（1）布置 在下游坝坡设纵横向排水沟。纵向排水沟（与坝轴线平行）设在各级马道内侧。沿坝轴线每隔 200m 设置 1 条横向排水沟（顺坡布置，垂直于坝轴线），横向排水工自坝顶直至棱体排水处的排水沟，再排至坝址排水沟。纵横排水沟互相连通，横向排水沟之间的纵向排水沟应从中间向两侧倾斜，坡度取0.2%，以便将雨水排向横向排水沟。坝体与岸坡连接处应设计排水沟，以排除岸坡上游下来的雨水。（2）排水沟尺寸及材料 1）尺寸拟定：由于缺乏暴雨资料，所以无法用计算的方法确定断面尺寸，根据以往已建工程的经验，排水沟宽度及深度一般采用20-40cm，具体的尺寸见图。2）材料：排水沟通常采用浆砌石或混

38、凝土预制块。综合考虑选用浆砌石块石。见图 (7)地基处理及坝体与岸坡的连接 结合本坝坝基情况，从坝轴线剖面图可知，地基处理如下：1.地基处理 （1）河槽处：水流常年冲刷，基岩裸露，抗风化能力强，且钻1 处岩芯获得率都比较高。吸水量也较低，故只需清除覆盖层即可，挖至基岩即可。（2）钻 2 及右岸河滩：覆盖层和坡积物相对较厚，钻 2 处的上层岩芯获得率只有 12%，岩层裂隙较为发育，拟采用局部帷幕灌浆。（3）平山咀大溶洞：经勘探后分析对大坝及库区均无影响，为安全起见，可修筑土铺盖，用水泥砂浆填缝。铺盖同时还应与粘土斜墙相连，向上库区及右岸延伸展布，将岩溶封闭。2.坝体与地基的连接 （1）河槽部位（

39、即钻 1 部位），岩芯获得率及吸水量均能达到要求，采用在斜墙底端局部加厚的方式与地基相连。（2）钻 2 到右岸河滩：上部岩层裂隙较发育，岩芯获得率只有 12%。而覆盖层也较左岸厚，采用截水槽的方式与基岩相连。截水槽可挖至基岩以下 0.5m深处，内填壤土。截水槽横断面拟定：边坡采用 1：2.0；底宽，渗径不小于（1/31/5）H，其中 H 为最大作用水头（下游无水时为 51.00m），底宽取 1/3.451.00=15.0m。3.坝体与岸坡的连接 土坝与岸坡的接合面是工程中较软弱的环节，应妥加处理，避免沿接合面发生集中渗流，土坝裂缝等现象。左坝肩到左滩地，坡积风化层 510m，需彻底清除，左岸坡

40、上修建混凝土齿墙，岸坡较陡，开挖时基本与基岩大致平行。右坝肩到右滩地坡积风化层处理与左岸相同，基岩开挖角不宜太大。四 溢洪道设计（一）溢洪道路线选择和平面位置的确定 根据本工程地形地质条件，选择正槽式溢洪道，引水渠末端设置圆形渐变段，泄槽不设收缩、弯曲段和扩散段，尾水渠设护袒。成直线布置在右岸的天然垭口。（二）堰面形式及孔口尺寸 1 采用 WES 型堰面形状 max(75%95%)6(0.75 0.95)4.5 5.7dHHmm 取5.0dHm 10.3dpH 20.5dpH 取120pm 122pm 10.52.5dRHm 10.1750.875dbHm 20.201.0dRHm 20.27

41、61.38dbHm 30.040.2dRHm 30.2821.41dbHm o点下游曲线方程：1.850.1273yX 坡度0.6CM（与水平线段夹角为059）的下游直线段与曲线段相切点的坐标值，做一阶导数：0.85dy0.1273*1.85*1/0.6xdx=1.667 切点坐标为（10，9）反弧圆心的确定：反弧半径(4 10)Rh，h为校核洪水闸门全开时反弧水深，本设计中10Rm，反弧圆心o点坐标 218059()cot()23.462ocxxMpyRm 0212ypRm 圆弧与直线相交点坐标为：010sin5914.89xxRm 119(10)/0.617.15yxm 2 孔口尺寸设计

42、（1）、单宽流量的确定。计算情况 上游水位（m）下泄最大流量 Q(m3/s)水深 H（m）设计 113.10 1340 5.60 校核 113.50 1680 6.00 2302 Hgmq q单宽流量 根据堰顶形式可选 48.0m 95.0 则 329.67/qms 3max1660/Qms max16605629.67QLmq 取孔口宽度为 10m 5.610Ln 则 6n dnnbL)1(0 b孔口宽度 d中闸墩（取 2.0m），边墩（取 3.0m）则 溢流前缘总长为01(1)6 102 52 370Lnbndm 33322026 100.95 0.48 2 9.8161780/Qnb m

43、gHms溢 闸墩侧收缩系数，取 0.95 m流量系数，取 0.48 g重力加速度，9.81sm/3 溢洪道在开挖的时候，为了增强防冲刷能力，需要设置衬砌，粗糙率取016.0n 3、引水渠 引水渠的作用是将水流平顺的引至溢流堰前。为提高泄洪能力，渠内流速4.0/vm s。渠底宽度大于堰宽，渠底末端高程与控制堰顶高程相同，取为107.50m。引水渠断面尺寸的拟定，具体计算结果和过程见表 1-5。表 1-5 引水渠断面尺寸计算成果 计算情况 上游水位（m）下泄最大流量 Q(m3/s)水深 H（m）边坡坡率 m 底宽 B(m)设计 113.10 1340 5.60 1.5 71.36 校核 113.5

44、0 1660 6.00 1.5 83.22 计算公式：QvA，()ABmH H，假设3.0/vm s。由计算可以拟定引水渠底宽 B=90m，引水渠与控制堰之间设渐变段，采用圆弧连接，圆弧半径 R=10m，圆弧的圆心角为 90；引水渠前段采用梯形断面，边坡采用 1：1.5；底坡均为 1：10 的逆坡。最后引水渠总长 L=65m。进水渠与控制堰之间20m为渐变段，采用弧线连接。4 控制段（1）拟定控制段的形式 为了控制泻流能力，设置平面钢闸门，106b hmm 0(0.75 0.95)(0.75 0.95)6.04.5 5.7dHHmm dHP3.01 dHP5.02 取 120Pm 222Pm

45、查表：467.0m dHx)85.0282.0(dHy)37.00(与泄槽底版相连采用反弧曲面，hR)63(（其中h为校核洪水位全开时的反弧最低点）5 泄 槽 泄槽布置在基岩上，断面为挖方，为适应地形，泻槽分为收缩段、泻槽一段、泻槽二段，根据已建的工程拟定收缩段收缩角为 12 度。首端与控制堰同宽 B=61m。末端采用矩形。5、出口消能 溢洪道出口段为冲沟，岩石质地较好，离大坝较远，采用挑流消能。水流冲刷不会危及大坝安全。（三）水力计算 泄槽水面线计算：对称布置由地质平面图可知堰顶到下游水面高程（74.3m）处的水平距离是 86m，高差 33.2m。坡降 i=33.2/86=0.386iK，属

46、急流，槽内形成 b型降水曲线，属于明渠非均匀流的计算。（1）、基本计算 采用各段试算的方法计算（2）、基本计算公式 流段距离：Jigvhgvhl)2cos()2cos(2111222221 3422RvnJ 式中收缩断面处开始计算 )cos(2101hHgqh hqv hLhLR200 （3）、用试算法进行求1h 06Hm 222Pm 00262228HHPm 3max0166023.7/70QqmsL 取几组1h的值，进行试算，使得两公式算的1h相等 95.0 cos0.933 列表如下：1h的值 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1)cos(210hHgq 1.0926 1.0907 1

47、.08876 1.08687 1.0849 经计算11.0847hm满足要求。，bhA AQV 015.0n 31623.0i hbx2 xAR h v v平均 R R平均 22vg J s s 1.085 21.843 1.052 24.343 1.035 22.899 22.371 1.005 1.029 26.752 0.094 15.185 15.185 0.985 24.061 23.480 0.958 0.982 29.537 0.111 19.665 34.850 0.935 25.348 24.704 0.911 0.934 32.781 0.131 26.854 61.704

48、 0.885 26.780 26.064 0.863 0.887 36.589 0.156 40.127 101.831 0.869 27.273 27.026 0.848 0.856 37.949 0.176 18.238 120.069 作出泻槽水面线：1.85X 4 掺气水深 （1）、掺气发生的位置 按经验公式：0.530.5314.714.723.778.69kLqm q单宽流量 理论上是不需要考虑的，但是一般还是在 4 段末考虑掺气，从而减小影响。从水面线上得到此点的流速26/vm s，0.91h，代入 hvha)1001(h不计波动和掺气的水深 v不计波动和掺气的计算断面的平均流速

49、 修正系数，一般为4.10.1本题目中取 1.2 则 1.2 26(1)0.911.19100ahm 边墙的超高一般为m5.15.0，取 0.6m 槽面到墙顶的垂直距离为1.190.61.79m，取为 1.8m。（1）鼻坎型式 选用结构简单、施工方便、鼻坎上水流平顺、挑距较远、应用广泛的连续式鼻坎。鼻坎挑角25。鼻坎高程高出下游最高水位（设计时 74.30m、校核时75.00m）12m，取 76.00m，反弧半径 R=10m。见图 12 所示。图 12（2）水舌挑射距离计算 )(2sincoscossin121221121hhgvvvgL 式中：L水舌挑距，m；1v坎顶水面流速,m/s，按鼻坎

50、处平均流速 v 的 1.1 倍；1h坎顶垂直方向水深 m，2h坎顶至河床面高差，m。sin0.4226 cos0.9063 11.11.1*27.2730/vvm s 29.8mgs。27662.513.5hm27662.513.5hm 计算结果见表 1-11 表 1-11 水舌挑射距离计算结果 计算情况 1v h sin cos 1h 2h cossin21v cos1v 221sinv 122()g hh L （3）冲刷坑深度的计算（由河床表面至坑底）0.50.25ktqH，225.05.0HHaqtk，式中：kt水垫厚度，自水面算至坑底，m；kt冲坑深度，m；q单宽流量，3/()ms m