大学毕业设计---黑河心墙坝枢纽布置及安全监测设计说明书.doc
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1、毕业设计(论文)说 明 书 题 目 黑河心墙坝枢纽布置及安全 监测设计 专 业 水利水电工程 班 级 工101 学 生 马春辉 指导教师 任 杰 2014 年黑河心墙坝枢纽布置及安全监测设计摘 要土石坝作为最主要的坝型,不但在数量上占有绝对优势,而且在高坝中也有不错的前景。设计说明书对黑河金盆水利枢纽进行了较为详细的设计。大坝坝体为心墙坝,最大坝高为132.5m。泄水建筑物为表孔溢流式的溢洪洞和深孔无压式的泄洪洞。引水隧洞为有压式。主要的设计内容包括:采用半图解法进行调洪计算;枢纽布置的详细说明;详细的论述大坝剖面设计的过程;针对溢洪洞和泄洪洞,进行了详细的体形设计与水面线计算;通过水力学公式
2、法进行渗流分析;通过采用瑞典圆弧法进行坝坡稳定计算;并结合坝址的地质特点,详细的设计了心墙、坝基开挖、截水槽、帷幕灌浆、断层破碎带的处理等;最后进行了大坝的安全监测布置。本次设计还使用了理正软件来计算渗流、坝坡稳定、水力学和隧洞衬砌。使用西安理工大学的衬砌计算软件计算隧洞的内力。使用STAB2005对指定圆弧面的安全系数进行了验算。所提交的成果包括:计算说明书一份,CAD图纸共9张。关键字:黑河心墙坝;隧洞设计;渗流监测;理正软件The layout of hydraulic complex of Heihe earth-rock dam with central soil core and
3、safety monitoring designABSTRACTEarth-rock dam is dam type is the most important, the possession of absolute advantage not only in quantity, but also has a good prospect in the high dam. The design specification is about the detail design of Heihe jinpen hydraulicproject. The dam with central soil c
4、ore, the dam the height is 132.5m. Water release structures which are flood discharge tunnel and spillway tunnel is free-flow outlet.The diversion tunnel for pressure.主要的设计内容包括:采用半图解法进行调洪计算;枢纽布置的详细说明;详细的论述大坝剖面设计的过程;针对溢洪洞和泄洪洞,进行了详细的体形设计与水面线计算;并通过水力学方法进行渗流分析;通过采用瑞典圆弧法进行坝坡稳定计算;并结合坝址的地质特点,详细的设计了坝基开挖、心墙、
5、截水槽、固结灌浆、帷幕灌浆、断层破碎带的处理等;最后进行了大坝的安全监测布置。The design content mainly includes: flood regulating calculation using semigraphical method; detailed layout of hydraulic complex; detail dam section design process; the overflow in flood discharge tunnel and spillway tunnel, were in shape design and calculatio
6、n of water surface profile in detail; and seepage analysis was performed by using hydraulic method; Sweden Arc Method for dam slope stability calculation; finally the safety monitoring of dam of the cloth.本次设计还使用了理正软件来计算渗流、坝坡稳定、水力学和隧洞衬砌。使用西安理工大学的衬砌计算软件计算隧洞的内力。This design also used the software of Li
7、zheng to calculate the seepage, dam slope stability, hydraulics and tunnel lining. Calculation of internal forces of tunnel lining by software of the Xian University of technology.所提交的成果包括:计算说明书一份,CAD图纸共9张。The submitted results include: Calculation of a manual, CAD total of 9 drawings.关键字:黑河心墙坝;隧洞设计
8、;渗流监测;理正软件Key Words: heihe central soil dam ;seepage monitoring; tunnel design; the software of Lizheng ;目 录第1章 工程概述- 1 -1.1 工程概况- 1 -1.2工程特征表- 1 -1.3设计说明- 3 -1.3.1设计阶段- 3 -1.3.2设计任务- 3 -1.3.3建筑物级别- 4 -1.3.4设计依据- 5 -第2章 水文气象资料- 7 -2.1流域水文概况- 7 -2.1.1流域概况- 7 -2.1.2径流- 8 -2.1.3气象- 8 -2.2水文分析计算- 9 -2.2
9、.1洪峰流量- 9 -2.2.2时段洪量- 9 -2.2.3洪水过程线- 9 -2.2.4坝址水位流量关系- 11 -2.2.5水位与库容曲线- 12 -2.2.6泥沙- 12 -第3章 调洪计算- 13 -3.1调洪计算说明- 13 -3.1.1调洪计算原理及方法- 13 -3.1.2调洪方案说明- 13 -3.2调洪计算过程- 14 -3.2.1调洪计算参数- 14 -3.2.2调洪方案一- 15 -3.2.3调洪方案二- 19 -3.2.4方案选定- 21 -第4章 工程地质- 23 -4.1区地质概况- 23 -4.2库区工程地质条件- 23 -4.3坝址区工程地质条件- 24 -4.
10、3.1大坝基础工程地质条件- 24 -4.3.2右岸溢洪洞工程地质条件- 25 -4.3.3左岸泄洪洞工程地质条件- 28 -4.3.4引水洞工程地质条件- 30 -4.3.5电钻站址工程地质条件- 31 -4.4建筑材料- 31 -4.5地震烈度- 33 -4.6计算参数- 33 -第5章 枢纽布置- 35 -5.1坝址比选- 35 -5.2坝轴线比选- 35 -5.3坝型比选- 36 -5.4枢纽布置- 36 -第6章 建筑物设计- 39 -6.1剖面设计- 39 -6.1.1坝顶高程- 39 -6.1.2坝顶宽度- 42 -6.1.3坝高- 42 -6.1.4坝坡- 42 -6.2泄洪洞
11、设计- 42 -6.2.1泄洪洞说明- 42 -6.2.2体型设计- 43 -6.2.3水面线计算- 46 -6.2.4挑距和冲坑计算- 49 -6.2.5衬砌设计- 50 -6.2.6细部设计- 51 -6.3溢洪洞设计- 52 -6.3.1溢洪洞说明- 52 -6.3.2体型设计- 53 -6.3.3水面线计算- 57 -6.3.4挑距和冲坑计算- 63 -6.3.5衬砌设计- 64 -6.3.6细部设计- 65 -6.4引水隧洞设计- 66 -6.5发电支洞- 67 -6.6渗流分析- 67 -6.6.1渗流分析说明- 67 -6.6.2渗流分析计算- 67 -6.6.3渗流分析结果-
12、69 -6.7抗滑稳定分析- 71 -6.7.1稳定分析说明- 71 -6.7.2稳定分析计算- 72 -6.7.3稳定计算结果- 74 -6.7.4理正软件计算稳定- 79 -第7章 构造设计- 81 -7.1防渗体- 81 -7.2截水槽- 81 -7.3灌浆平硐- 82 -7.4坝顶构造与护坡- 82 -7.5排水沟设计- 83 -7.6坝体排水和反滤层- 83 -第8章 地基处理- 85 -8.1基础开挖及处理- 85 -8.2地质缺陷处理- 86 -8.3帷幕灌浆- 86 -第9章安全监测设计- 87 -9.1变形监测设计- 87 -9.1.1水平位移- 87 -9.1.2垂直位移-
13、 87 -9.2渗流监测设计- 88 -9.2.1渗流压力监测- 88 -9.2.2孔隙水压力监测- 88 -9.2.3绕坝渗流监测- 88 -9.2.4渗流量监测- 89 -9.3水文及水力学监测设计- 89 -9.4监测仪器汇总- 89 -致谢- 90 -参考文献- 91 -第1章 工程概述1.1 工程概况金盆水库位于陕西省黑河峪口以上约1.5km处,距西安市86km。黑河水利枢纽工程位于陕西省西安市周至县境内,是渭河支流黑河上的一项综合利用水利枢纽,根据流域规划和西安市社会经济发展需要,其开发任务是以城市供水为主,兼有农灌、发电、防洪等综合利用的大()型水利工程。该枢纽是继黑河引水一期开
14、发建成后,为确保黑河引水工程全面发挥效益,促进先经济发展,保证社会稳定,改善投资环境而兴建的关键性工程,是西安人民的“生命线”工程,被陕西省委、省政府列为全省基础设施建设项目的重中之重。本次设计确定大坝坝顶高程为602.5m,正常蓄水位为594m,总库容为2.25亿m3。枢纽由拦河坝、泄洪洞、溢洪洞、引水洞、坝后电站及古河道防渗工程等建筑物组成。工程建成后,每年可供给西安市城镇和工业用水3.5亿m3,基本解决西安市的供水问题,农业年供水量1.23亿m3,可使37万亩的农田灌溉用水得到不同程度的改善和补充;一级水电站装机1.5MW,多年平均发电量0.55亿KW*h;由于水库的滞洪和削峰作用,可将
15、百年一遇的洪水减为二十年一遇,对下游防洪起到良好的作用。本工程的综合经济效益显著,对促进西安市社会发展具有战略意义1司政.水利水电工程专业毕业设计指南M.北京:中国电力出版社,2013.9.。1.2工程特征表根据设计规定2中华人民共和国行业标准,水利水电工程初步设计报告编制规程DL5021-93S.北京:中国水利水电出版社,1993.,工程相关特征统计如表1-1所示:表1-1 工程特征表名称项目单位数量备注水文特征设计洪量m3/s8000(P=0.01)校核洪量m3/s5100(P=0.2)续表1-1 工程特征表名称项目单位数量备注水库特征正常蓄水位M594设计洪水位M594.52校核洪水位M
16、601.85防洪限制水位M592死水位M520总库容亿m02.254调洪库容亿m10.467死库容亿m20.1兴利库容亿m31.877大坝地震烈度度7坝顶高程M602.5坝顶长度M405.54防浪墙顶高程M603.6最大坝高M132.5溢洪洞堰顶高程M585最大泄流量m31587.42隧洞形式表孔溢流式隧洞隧洞长度M448.68消能方式调流消能泄洪洞进口高程M515最大泄流量m33515.6隧洞形式深孔无压式隧洞隧洞长度M731.87消能方式调流消能引水建筑物设计引用流量m3/s30.3最大引用流量m3/s33隧洞形式压力隧洞隧洞尺寸MR=3.5消能方式调流消能闸门工作门弧形闸门事故检修门叠梁
17、门或平板钢闸门1.3设计说明1.3.1设计阶段本毕业设计为黑河心墙坝枢纽布置与安全监测设计,其中枢纽布置为初步设计阶段;而土石坝设计需达到施工图设计阶段。1.3.2设计任务(1)了解工程概况,熟悉设计所需的地形、地质、水文等基本资料;(2)进行工程枢纽整体布置,确定坝轴线位置和泄水、排沙、取水、发电等建筑物的位置、形式和尺寸。要求拟定出至少两个不同的方案并进行综合分析比较,最终选定一个方案进行深入设计。 (3)进行调洪计算与分析,确定设计、校核工况下的相应泄流量和水库设计洪水位、校核洪水位等特征水位,确定特征库容,在此基础上完成整体枢纽平面布置。确定特征水位时,可根据具体情况采用同倍比(或同频
18、率)放大法,绘制出两条Q-t曲线,并运用半图解法求出设计、校核情况下的相应最高洪水位。 (4)拟定大坝横断面形式与尺寸,进行坝体稳定分析和强度计算。 (5)拟定泄水建筑物的形式与尺寸,并进行相关水力计算,确保设计与校核情况下的安全泄洪能力。 (6)拟定排沙、取水等其它建筑物的形式和尺寸,并进行相关结构计算和设计。 (7)进行大坝、泄水等枢纽建筑物的结构设计和细部设计。 (8)进行专题深入部分(安全监测)的设计,从经济、安全、施工、运行管理等方面综合考虑,对黑河心墙坝工程的溢洪洞进行深入设计。(9)绘制并提交设计图纸68张。要求所有设计图纸(包括枢纽平面布置图、大坝典型横剖面图、上游立视图、下游
19、立视图、泄水建筑物及消能设施的纵、横剖面图,各主要建筑物的细部设计图,专题深入部分细部设计图等)均采用AutoCAD绘制。1.3.3建筑物级别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、效益极其在国民经济中的重要性进行分等。再根据枢纽中各水工建筑物的作用大小及重要性,对建筑物进行分级。在设计和施工中,对不同级别的水工建筑物在安全系数、洪水标准、安全超高等技术方面则区别对待3中华人民共和国行业标准,水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000S. 北京:中国水利水电出版社,2000.。具体划分依据为中华人民共和国行业标准SL252-2000 水利水电工
20、程等级划分及洪水标准中的有关规定确定。结合枢纽任务(供水、灌溉、发电、防洪),考虑水库库容(最大库容)、供水对象重要性、防洪要求(保护重要城市),根据表1-3,确定黑河水利枢纽定为等大(2)型工程。根据表1-2永久性水工建筑物级别,及表1-4水库大坝提级指标4许百立.中国的坝工建设J.水利水电科技进展,1999,本枢纽为等,其主要建筑物(大坝、溢洪洞、泄洪洞) 属于 1 级,次要建筑物(导流墙、工作桥、护岸等)属于2 级,临时性建筑物(围堰、导流隧洞等)属于3 级。根据枢纽等别和建筑物级别,根据表1-5山区、丘陵区水利水电程水工建筑物洪水标准,确定本枢纽的设计洪水标准为500 年一遇,校核洪水
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