山湘水電站設(shè)計(jì)與應(yīng)用畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計(jì)基本資料 特征水位及流量校核水位（P=%）= ；Z下游水位=Qmax下泄=設(shè)計(jì)水位（P= %）= ；Z下游水位= Qmax下泄= 水文氣象資料1） ；℃；2） ℃；℃；3） 多年平均最大風(fēng)速為20m/s；。4） 泥沙：多年平均輸沙量為179萬t。5） 工程地質(zhì)參數(shù)：詳見本說明書第三章。6） ，相應(yīng)地震基本列度小于6度。7） 材料容重：混凝土γc24KN/ m鋼筋混凝土γ025KN/m3 、漿砌石塊22KN/m3。： 水庫參數(shù)表項(xiàng) 目參 數(shù)水位正常蓄水位時(shí)（設(shè)計(jì)洪水位）上游水位（m） 下游水位（m）校核洪水位時(shí)上游水位（m） 下游水位（m）泥沙泥沙高程（m） 泥沙內(nèi)摩擦角（176。）16泥沙浮容重（KN/ m3）11重度砼（KN/ m3）24鋼筋砼（KN/ m3）25漿砌石（KN/ m3）22泥沙（KN/ m3）18水（KN/ m3）滲透壓力強(qiáng)度系數(shù)設(shè)防滲帷幕及排水孔（河床壩段）設(shè)防滲帷幕及排水孔（岸坡壩段）設(shè)防滲帷幕及排水孔（排水管帷幕處） 非溢流壩段剖面設(shè)計(jì) 壩頂高程壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱蹋瑧?yīng)高于防浪頂高程。防浪墻頂至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差?h，可按下式計(jì)算：?h =h 1%+hz+hc （41） 式中：h 1%為累計(jì)頻率為1%時(shí)的波浪高度，m。 hz為波浪中心線高于靜水位的高度，對于山區(qū)水庫，波浪要素按官廳公式計(jì)算如下:hl=（42）L= （43）hz =（πhl2/L）cth（2πH/L） （44）H為壩前水深，m。 hc為為安全加高。 V0——計(jì)算風(fēng)速，m/s，～。校核洪水位四宜用相應(yīng)洪水期的多年平均風(fēng)速,m/s；D——吹程。；L——波長，m； 安全加高表荷載組合（運(yùn)用情況）壩的級別1235基本組合（正常情況）特殊組合（校核情況）壩頂高程（或壩頂防浪墻高程）按下式計(jì)算，并選用其中的較大值。壩頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+Δh設(shè)壩頂高程=校核洪水位+Δh校 壩頂高程計(jì)算成果表計(jì)算情況風(fēng)速Vm/s波浪高度hl：m波浪長度L:m風(fēng)壅水高h(yuǎn)z：m安全加高h(yuǎn)c：m靜水超高m壩頂高程m設(shè)計(jì)情況校核情況，故最大壩高為： = m 壩頂寬度為了適用于運(yùn)用和施工的需要，壩頂需要一定的寬度。一般地，壩頂寬度取最大壩高的8%—10%，并且不小于3米。同時(shí)，為了滿足設(shè)備布置、運(yùn)行、交通及設(shè)施的需要，經(jīng)過分析選取山湘水電站非溢流壩的壩頂寬度為6m，其中向上游側(cè)外挑1m，向下游側(cè)外挑2m（總寬度為9m）。 壩面坡度壩址區(qū)的巖體質(zhì)量基本一致。河床與河谷兩岸的弱風(fēng)化巖體基本為Ⅲ級；一般強(qiáng)風(fēng)化巖體質(zhì)量在Ⅲ~Ⅳ級之間；微風(fēng)化或新鮮巖體質(zhì)量為Ⅱ級。巖基較完整，堅(jiān)硬，f，c值較大，可不借助上游壩面水重幫助壩體維持穩(wěn)定，故上游壩坡做成鉛直，上游邊坡系數(shù)n取0， 。 上游壩坡采用鉛直型，下游起坡點(diǎn)位置的選擇應(yīng)根據(jù)壩的實(shí)用剖面型式、壩頂寬度，. 壩底寬度由下游起坡點(diǎn)高程、坡度、～（～）范圍內(nèi)，說明壩底寬度符合要求。 地基防滲與排水設(shè)施擬定由于防滲的需要，壩基面須設(shè)置防滲帷幕和排水孔幕。壩身排水管應(yīng)靠近上游壩面，以便盡早排除滲水，但與壩面的距離一般不得小于壩前水深的1/10～1/20（～），以免滲透坡度過大，導(dǎo)致壩面混凝土發(fā)生溶濾破壞。由于本設(shè)計(jì)壩址基巖較好，采用先施工重力壩底板，再澆筑重力壩的方式。故非溢流壩只設(shè)計(jì)防滲帷幕，其中心線在壩基面處距離壩踵分別為4m。圖41 非溢流壩剖面尺寸圖 荷載計(jì)算及荷載組合1） 計(jì)算情況的選擇（以下各組合情況均取單位壩長計(jì)算）在設(shè)計(jì)重力壩剖面時(shí)，按照承載能力極限狀態(tài)計(jì)算荷載的基本組合和偶然組合。各種荷載組合如表所示。重力壩非溢流壩段的荷載主要有：自重、靜水壓力、浪壓力、揚(yáng)壓力等，常取1m壩長進(jìn)行計(jì)算。2） 計(jì)算截面的選擇抗滑穩(wěn)定的計(jì)算截面一般選擇在受力較大、抗剪強(qiáng)度低、容易產(chǎn)生滑動(dòng)破壞的截面，一般情況有以下幾種：壩基面、壩基內(nèi)軟弱層面。壩基緩傾角結(jié)構(gòu)面、不利的地形、混凝土的層面等。應(yīng)力分析的位置一般有：壩基面、折坡處的截面、壩體削弱部位等。本次設(shè)計(jì)僅以壩基面為例分析計(jì)算。本次設(shè)計(jì)以正常(設(shè)計(jì))洪水情況和校核洪水情況為例進(jìn)行荷載分析計(jì)算。重力壩荷載組合設(shè)計(jì)情況荷載作用自重靜水壓力揚(yáng)壓力浪壓力冰壓力地震力基本組合正常蓄水情況++++00設(shè)計(jì)洪水情況++++00冰凍情況+++0+0偶然組合校核洪水情況++++00地震情況++++0+3） 荷載分布見圖圖42 荷載分布圖 荷載的計(jì)算 作用在重力壩上的荷載主要有：重力，靜水壓力，揚(yáng)壓力，浪壓力（根據(jù)水庫的水位，地質(zhì)以及運(yùn)行條件，本設(shè)計(jì)不考慮泥沙壓力，而且地震烈度小于6度，不考慮地震荷載），冰壓力、土壓力忽略。 溫度荷載：一般可采取措施來消除，穩(wěn)定應(yīng)力分析時(shí)可以不計(jì)入。風(fēng)荷載、雪荷載、人群荷載等在重力壩荷載中所占比例很小，可忽略不計(jì)。1） 壩體自重壩體自重荷載計(jì)算圖43圖43 自重荷載圖計(jì)算公式自重： （45） 式中：——壩體體積（），由于取1m壩長，可以用斷面面積代替，通常把它；—— 壩體混凝土的重度，本設(shè)計(jì)取=24KN/ 本設(shè)計(jì)通過計(jì)算自重（過程見計(jì)算書）得：W1=W2=W=W1+W2=.對壩基面截面形心力臂： （46）L1 =L2=2/3B21/2B （47）L2=2/3()1/2=自重荷載對壩基面截面形心的彎矩：M=WL （48） M1=W1L1=m（逆）M2=W2L2=m（逆）2） 靜水壓力靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載，計(jì)算時(shí)常分解為水平水壓力 PH和垂直水壓力 PV 兩種。圖44 壩體所受水壓力圖計(jì)算公式水平水壓力： （49）垂直水壓力： （410）式中：H——計(jì)算點(diǎn)的作用水頭，m；——水的重度，；V ——水壓力體的體積，m3；正常工況下水壓力計(jì)算結(jié)果見表44，校核工況下水壓力計(jì)算結(jié)果見表45（過程見計(jì)算書）。3） 揚(yáng)壓力揚(yáng)壓力包括浮托力以及滲透壓力兩部分。滲透力由上下游水位差H產(chǎn)生的滲流在壩內(nèi)或壩基面上形成的水壓力；浮托力是由下游水面淹沒計(jì)算截面而產(chǎn)生向上的水壓力。揚(yáng)壓力的分布與壩體結(jié)構(gòu)、上下游水位，防滲排水等因素有關(guān)。壩基面揚(yáng)壓力計(jì)算方法如下：壩踵處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度γH1,壩趾處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度為γH2，與巖體的性質(zhì)和構(gòu)造、帷幕的深度和厚度、灌漿質(zhì)量、排水孔的直徑、間距和深度等因素有關(guān)。～。揚(yáng)壓力的大小等于揚(yáng)壓力分布圖的面積。只要計(jì)算揚(yáng)壓力面積圖，就可以計(jì)算壩基面的揚(yáng)壓力。圖45揚(yáng)壓力圖計(jì)算公式 (411) (412) (413) (414) (415)式中：U——揚(yáng)壓力，KN；——水的重度，；α——揚(yáng)壓力折減系數(shù)（），——上游水深，m；——下游水深，m；—— 上下游水位差，m；B——壩底寬度B＇——帷幕中心到壩踵的距離正常工況下計(jì)算結(jié)果見表44，校核情況下計(jì)算結(jié)果見表45 ，（過程見計(jì)算書）4） 浪壓力圖46浪壓力荷載計(jì)算圖計(jì)算公式本水庫平均浪高、平均波長按官廳水庫式計(jì)算：h1%=（416）L=% （417）hz=（πh1%2/L）cth（2πH/L） （418）根據(jù)前面的壩頂高程的計(jì)算:設(shè)計(jì)情況時(shí) h1% =, L=,hz=。 校核情況時(shí)：h1%=, L=,hz=。 因?yàn)閴吻八畲笥诎肫骄ㄩL，波浪運(yùn)動(dòng)不受庫底的約束，這樣條件下的波浪稱為深水波。根據(jù)深水波的浪壓力計(jì)算公式Pl=γL（h1%+hz）/4 （419）正常工況下水壓力計(jì)算結(jié)果見表44，校核工況下水壓力計(jì)算結(jié)果見表455） 其他荷載地震荷載：本地區(qū)基本烈度小于6度，故不考慮地震荷載；溫度荷載：可通過溫控措施來消除，故本設(shè)計(jì)不考慮溫度荷載；冰壓力：本地區(qū)年平均氣溫大于零度，故不考慮。以上的荷載在穩(wěn)定以及應(yīng)力分析時(shí)，可不計(jì)入。風(fēng)荷載，雪荷載，人群荷載等在重力壩荷載中占比例較小，可以忽略不計(jì)。 非溢流壩段正常（設(shè)計(jì)）情況下主要荷載的計(jì)算成果荷載作用及其分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)值（KN）對截面形心的力臂(m)力矩的設(shè)計(jì)值(KNm)垂直力水平力↓↑→←↘＋↙自重()W1W2靜水壓力（）P1P2下游水重（）P3揚(yáng)壓力U1（）U2（）178U3（）U4（）356小計(jì)浪壓力（）P1小計(jì)總計(jì)Σ↓→↙ 非溢流壩段校核情況下主要荷載的計(jì)算成果荷載作用及其分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)值（Km）對截面形心的力臂(m)力矩的設(shè)計(jì)值(Kmm)垂直力水平力↓↑→←↘＋↙自重()W1W2靜水壓力（）P1 P2 水重（）P3揚(yáng)壓力U1（） U2（） U3（） U4（）359 小計(jì)浪壓力（）P1 小計(jì) 總計(jì)Σ ↓→↙ 穩(wěn)定分析工程實(shí)踐和試驗(yàn)研究表明，巖基上混凝土重力壩的失穩(wěn)破壞可能有兩種類型：一種是壩體沿抗剪能力不足的薄弱層面產(chǎn)生滑動(dòng)，包括沿壩與基巖接觸面的滑動(dòng)以及沿壩基巖體內(nèi)連續(xù)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的深層滑動(dòng)；另一種是在荷載作用下上游壩踵以下巖體受拉產(chǎn)生傾斜裂縫以及下游壩趾巖體受壓被壓碎引起傾壞。圖47（a）沿軟弱面深層滑動(dòng)示意圖 (b)傾倒破壞示意圖在一般情況中只進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析。本工程也只進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析。沿壩基面的抗滑穩(wěn)定。 抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式目前常用的