四川农业大学本科生毕业论文（设计）开题报告

履盖层较厚，基岩产状零乱。上游是泥盆纪五通砂岩，下游是二迭纪石灰岩。在平山咀以南 石灰岩沙岩分界处发现一大断层，走向近东西，倾向大致北西，五能砂岩特别破碎，产状零 乱，碎岩石的隐裂隙很发育。 平山水库位于湖北宛县平山河中游。该河系睦水(长江的支流)的主要支流，全长 28km, 流域面积 556 m ,坝址控制面积 431 km ,平山河是山区性河流，河床比降为 0.3%,沿河 有地势较为平坦的小平原，最低高程为 62.5m 左右。 本枢纽主要水工建筑物包括：土石坝，溢流坝，引水式水电站等，本设计主要进行土石 坝设计。 本论文以平山水利枢纽为背景进行水工建筑物设计。2 2

二、土坝(粘土心墙坝)设计内容及方案：1、土坝坝型选择 对与重力坝而言，其优点是： (1)它对地形、地质条件适应性强； (2)枢纽泄洪问题容 易解决； (3)便于施工导流，安全可靠； (4)施工方便，结构作用明确； (5)可利用块石筑 坝。缺点是： (1)它也因抗滑稳定要求，重力坝比其它混凝土坝来说，坡面尺寸大，材料用 料多； (2)坝体与地基接触面积大，比其它混凝土坝的坝底扬压力大，对稳定不利； (3)由 于坝体体积大，施工期混凝土的水化热温度升高，造成后来的温降和收缩量都很大，将产生 不利的温度应力，因此在浇筑混凝土时，需要有严格的温度控制措施。 对于拱坝而言， 其对地形地质条件要求较高。 地形条件的要求是在平面上是向下有收缩 的狭窄河谷段。 若修建拱坝， 其对地质条件的要求是两岸的岩基必须能承受由拱端传来的推 力。 对土石坝而言，它是由土、砂石等当地材料建成的。而对平山水利枢纽的地形条件、地 质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件及坝基处理等各种因素的分析如下： (1)地质条件：由于坝址处沿河沙滩及两岸坡积层发育，覆盖层较厚，基岩产状零乱， 厚度为 1.5 5.0 m ,如果修建混凝土坝，需要大量开挖，并相应增加

混凝土方量，且施工时 排水困难，故不宜修建刚性坝。而适于修建分区土石坝，以减少开挖工程量。 (2)坝高：低坝宜采用均质坝，高坝宜采用分区坝。本枢纽校核洪水位为 113.5m,河 床最低高程为 62.5m,因此可步计算出该土石坝体高于 51 米，为中高坝，宜采用分区坝。 (3)筑坝材料：原则是当坝址附近有足够数量且性质适宜的砂壤土和粘壤土时，可采用 均质坝。在该坝轴线下游 1 .5 3 .5 km ,土料储量丰富，质量可满足筑坝要求。在坝轴线上、 下游也有大量的砂料， 但渗透系数为 1 10 cm / s , 而均质坝的渗透压系数要求一般不大于1 10 4 3

cm / s , 故不宜设均质砂坝。 坝址附近有丰富的吵砾石料， 也有数量适宜的粘性土时，

优先考虑采用心墙坝。 (4)施工条件：在气候寒冷、多雨地区，斜墙坝比心墙坝有利于施工，但该库区多年平 均降雨天数仅为 4 8 天/年，施工条件好，即使是心墙坝，施工进度受天气的影响也很小。 综合以上所述考虑坝型为：粘土心墙土石坝。 2、土坝断面尺寸初拟 (1)坝顶高程的确定 土坝坝顶高程 = 水库静水位(设计水位或校核水位) + 坝顶超高 d 坝顶超高 d = 风吹的壅高 e + 波浪的爬高 ha + 安全超高δ 波浪的爬高 ha 可按以下经验公式计算：h a 0 . 45 (2hc ) m n1 .1

0 .6

2hc 可为波高，按第一章的方法计算；m 为土坝上游坡度，初拟时可取为 3;n 为上游糙率， 对浆砌块石护坡可取为 0.025;对干砌块石护坡可取为 0.0275。 需要说明的是： 土坝坝顶高程的计算应按设计情况和校核情况分别进行计算， 然后取两者中 的较大者。在坝顶设立稳定的、坚固的、不透水的、与坝体防渗体紧密结合的防浪墙时，按 上述方法计算出的坝顶高程实际上是防浪墙顶的高程。 (2)坝顶宽度的确定 在无特殊要求的情况下，高坝的坝顶宽度可选用 10~15m,中低坝可选用 5~10m (3)上下游坝坡坡度的确定 对粘土心墙坝，上下游坡度一般在 1:2~1:4 之间选取。而且，一般上游坡比下游坡稍缓； 沿坝高一定高度(可取为 20~30m)改变一次坡度，坡度相差 0.25~0.5,且设置一级马道。 (4)心墙的断面尺寸 心墙顶部宽度：一般不小于 3m。可取为 4~5m。 心墙两侧坡度：可取为 1:0.15~1:0.3。 心墙的位置：位于坝中心线，且一般略偏向上游侧，以便于与防浪墙联结。心墙底部一般设 置齿墙。 3、渗流分析 (1)土石坝中渗流速度 V 和坡降 J 的关系一般符合如下的规律 V=KJ K——渗透系数，量纲与流速相同； ——参量， =1~1.1 时为层流， =2 时为紊流， =1.1~1.85 时为过渡流态。1

(2)心墙土坝的渗流计算： 一般将心

墙简化为等厚的矩形断面， 其厚度取顶部和底部厚度的平均值 = 1 + 2 ) ( /2。心墙上游的坝壳因渗流的流速很小，其浸润线与库水面相进。 设心墙下游在反滤层中的浸润线高度为 h,心墙的渗透系数为 K c ,则心墙段的渗流量 为 q=K c (H 1 h )2 2

2

若下游坝脚有堆石排水，可近似的将下游水面与堆石内坡的交点 A 作为浸润线逸出点，设 坝壳的渗流系数为 K,则下游坝壳段的渗流量为 q=K (h2

H2)2

2L

联立上述两式，可解得 h 和 q。下游坝壳的浸润线方程为 x=K (h2

y )2

2q

4、稳定分析 计算工况：上游正常高水位+下游相应的最低水位。 计算内容：确定下游坝坡的最小抗滑稳定系数，判断初拟的剖面是否满足稳定要求。 计算方法：本设计采用瑞典圆弧法，设计时将可能滑动面以上的土体划分为若干铅直土条，

略去土条间相互作用力的影响，可以计算出作用域土条底面上的法向力和阻滑力。 有效应力分析稳定安全系数KC

的计算公式如下：

Kc

c

i

l i (W i cos i u i l i ) tan i

W

i

sin i

式中 i——下标，代表图条编号；Wi ui

——第 i 土条重量；

——第 i 土条孔隙水压力； ——分别为第 i 土条底滑裂面的长度和坡度，坡脚以倾向滑动方向为正； ——第 i 土条底滑裂面的有效抗剪强度指标。Wi

li ; i

ci ; i

当土坡中有渗流水存在时应计入渗流对稳定的影响。 在计算土条重量

时对侵润线以

下的部分取饱和容重， 侵润线以上的部分取湿容重， 取为土条底部滑动面上的渗流水压力， u 此时稳定安全系数的计算公式为Kc

c

i

li

b

i

( h 1 i m h 2 i 0 h wi / cos

2

i ) cos i tan i

b

i

( h 1 i m h 2 i ) sin i

式中 0

; m

——土的湿容重和饱和容重；

——水容重； ——土条在侵润线以上和以下的高度；

h1 i ; h 2 i

h wi bi

——土条底部中点的渗流水头，作用方向与土条滑动面相正交；

——土条宽。

5、细部结构 主要内容包括： (1)坝顶：坝顶高程设计、防浪墙顶高程设计、坝顶长设计 (2)上下游护坡：初拟混凝土护坡法 (3)马道：土石坝下游坝坡常沿高程每隔 10-30m 设置一条马道，一般设在坡度变化处，其 宽度为 1.5-2.0m,用以拦截雨水，防止冲刷坝面，并有利于坝坡稳定，也便于工作人员观 测和检修。 (4)坝坡：坝坡坡度对坝体稳定以及工程量的大小均起重要作用。应遵循一下规律： a、上游坝坡比下游坝坡缓； b、粘性土料的稳定坝坡为一曲面，上坡陡，下坡缓，所以用粘性土料做成的坝坡，常沿高 度分成数

段，每段 10-30m,从上而下逐段放缓，相邻的坡率差值取 0.25 或 0.5。

(5)与地基的连接： 由材料可知该坝基基岩产状零乱， 可对坝基岩石进行固结灌浆或帷幕灌 浆。 (6)与岸边的连接：与岸边的结合面往往是工程中较薄弱的环节，要防止结合面发生集中 渗流和避免防渗体裂缝。岸坡严禁做成垂直台阶面；岩石坡度一般不陡与 1:0.5~1:0.75, 凸变角应小于 20°;开挖岩石破应平整处理。

三、预期目标提交的最终成果： 1.主要建筑物设计详图； 2.设计计算书；

四、论文进度安排序号 1 时间 第 6 学期第 20 周 --第 7 学期第 21 周 第 6 学期第 21 周 --第 7 学期第 8 周 第 7 学期第 8 周-第 7 学期第 15 周 第 7 学期第 15 周 --第 7 学期第 16 周 第 7 学期~ 内容 熟悉资料(收集资料，采集数据，拟定论文题 目及大纲) 分析数据，整理资料，进行坝型选择，初拟枢 纽布置 指定建筑物设计(含剖面设计，稳定分析，渗 流计算) 成果整理及绘图并交稿

2

3 4 5

答辩

五、参考文献[1]麦家煊 《水工建筑物》 清华大学出版社，2008 [2]陈德亮.水工建筑物[M].中国水利水电出版社，2003 [3]王世夏.水工设计的理论和方法[M].中国水利水电出版社，2000 [4]郭庆国 、蔡长治 《土石坝建设实用技术研究及应用》黄河水利出版社 2004.10 [5]张清文、黄森开 《水利水电工程施工组织设计实务》中国水利水电出版社 2007 [6]焦爱萍 《水利水电工程专业毕业设计指南》 黄河水利出版社 2003.3 [7]李炜 《水利计算手册》 中国水利水电出版社 2006 [8]顾淦臣、束一鸣、沈长松《土石坝工程经验与创新》中国电力出版社 2004 [9]陈敏林 《水利水电工程 CAD 技术》中国水利水电出版社 2009 [10]水工设计手册第四卷——土石坝[M].水利电力出版社