水利枢纽工程重力坝设计说明书及计算书 本文简介：
目录第一部分：设计说明书摘要1前言21水利枢纽设计资料21.1流域概况21.2枢纽任务31.3水文资料41.4气候情况41.5河流泥沙及风力情况51.6坝址地形及地质情况51.7工程材料61.8施工资料72枢纽布置和设计82.1工程等别和主要建筑物级别的拟定82.2坝轴线合理性论证82.3坝型选择8
水利枢纽工程重力坝设计说明书及计算书 本文内容：
目录
第一部分：设计说明书
摘要
1
前言
2
1水利枢纽设计资料
2
1.1流域概况
2
1.2
枢纽任务
3
1.3水文资料
4
1.4气候情况
4
1.5河流泥沙及风力情况
5
1.6坝址地形及地质情况
5
1.7工程材料
6
1.8施工资料
7
2枢纽布置和设计
8
2.1
工程等别和主要建筑物级别的拟定
8
2.2
坝轴线合理性论证
8
2.3
坝型选择
8
3调洪演算及方案选择
9
3.1
设计洪水与校核洪水
9
3.2
泄水流量的计算
11
3.3
调洪演算
12
4枢纽布置及方案选择
14
4.1
枢纽布置的原则
14
4.2
枢纽组成建筑物
14
4.3
枢纽布置方案的比较及选择
15
5施工导流
16
5.1导流标准
16
5.2导流方案的选择
16
5.3截流时间
16
6挡水坝设计
16
6.1
挡水坝段设计
16
6.2
坝体稳定计算
20
6.3
坝体应力计算原理
24
6.4正常情况下应力计算
（坝基面）
25
6.5校核情况下应力计算（坝基面）
31
6.6正常情况下应力计算（上游转折点）
39
6.7正常情况下应力计算（A-A截面）
45
6.8应力分析
52
7溢流坝设计
52
7.1
泄水方式的选择
53
7.2
溢流堰孔口设计
53
7.3
消能防冲设计
53
7.4
溢流面设计
54
8深孔体形的设计
56
8.1
泄水深孔的结构布置
56
8.2
深孔布置形式的选择
57
8.3
进水口体形设计
57
8.4
深孔门型的选择和闸门槽设置
59
8.5
渐变段设计
59
8.6
通气孔和平压管设计
59
8.7
出水口
60
8.8
水力计算
60
9大坝细部构造
61
9.1
坝顶结构设计
61
9.2
坝顶构造
61
9.3
坝体分缝
62
9.4
止水设置
63
9.5
坝体混凝土分区
63
9.6
廊道系统
65
10地基处理
66
10.1
地基开挖与清理
66
10.2
坝基的帷幕灌浆及排水管的设置
67
10.3
坝基的固结灌浆
67
第二部分：设计计算书
1洪水调节
68
1.1建筑物等级及调洪步骤
68
1.1.1建筑物等级
68
1.1.2选单宽流量q
68
1.1.3确定堰顶水头
68
1.1.4初定堰顶高程
68
1.1.5初定表孔尺寸，前缘长度
69
1.1.6确定底板高程及孔口尺寸
69
1.2
调洪演算及计算结果
69
2坝体稳定计算及应力分析
74
2.1坝体稳定计算
74
2.1.1基本资料
74
2.1.2稳定计算
74
2.2正常情况下应力计算
（坝基面）
81
2.2.1不计扬压力
81
2.2.2计扬压力
84
2.3校核情况下应力计算（坝基面）
89
2.3.1不计扬压力
89
2.3.2计扬压力
92
2.4正常情况下应力计算（上游转折点）
96
2.4.1不计扬压力
96
2.4.2计扬压力
100
2.5正常情况下应力计算（A-A截面）
103
2.5.1不计扬压力
103
2.5.2计扬压力
107
3溢流堰设计与计算
110
3.1堰面选择及计算
110
3.2溢流堰水面线的确定(不含掺气)
113
3.3自然掺气后水面线的确定
116
致
谢
117
参
考
文
献
118青河雷口水利枢纽工程设计学生：
指导老师：摘要：重力坝设计是电站工程设计的主要组成部分，其方案合理与否，将对工程安全及投资产生极大的影响。本文主要根据所提供的地质、地形等基础资料，对枢纽建筑物进行坝轴线、坝型的选择，通过分析、比较，选择合理的枢纽布置方案，最后选定设计方案为混凝土实体重力坝，并分多种荷载组合情况进行稳定验算和应力分析，从而得到既安全又经济的最优剖面。方案中重力坝设计共分两部分，即非溢流坝段和溢流坝段。此外，为避免水流对坝体的冲刷作用，本方案还考虑设置溢流坝两侧导流墙，通过计算确定其高度及厚度等参数。
Abstract:
The
design
of
Dam
is
the
main
component
in
the
design
of
power
station
engineering,
which
will
have
a
tremendous
impact
on
the
security
and
investment
of
projects,wheather
its
programme
reasonable
or
not.
According
to
the
giving
geological,terrain
and
other
basic
informations,this
paper
choose
axis
and
style
of
hub
buildings
and
through
the
analysis,comparison
to
choose
the
concrete
gravity
dam
as
a
reasonable
hub
layout
programme.And
meanwhile
it
makes
checking
stability
and
stress
analysis
in
a
variety
of
situations,so
that
it
gets
a
safety
and
economic
profile.The
design
of
dam
is
divided
into
two
parts
in
the
programmes,
that
is
non-overflow
dam
section
and
overflowing
dam
section.
In
addition,
in
order
to
avoid
the
dam
is
erosioned
by
the
impact
of
water,
the
programme
also
consider
installing
spillway
diversion
on
both
sides
of
the
wall
and
through
calculating
to
determined
its
height
,thickness
and
other
parameters。
关键字：混凝土重力坝
枢纽布置
坝型选择
大坝设计
稳定及应力计算
Key
words:
concrete
gravity
dam
layout
of
project
selection
of
dam
type
dam
design
stability
and
stress
calculation
前言
青河发源于元县，流域内雨量充沛，由于河流坡度流急，每遇暴雨泛滥成灾，故拟修一工程。本枢纽为一综合利用工程，以防洪发电为主，并结合考虑灌溉任务，工程建成后可以解决该流域洪水泛滥问题，为本地区厂矿、农业、居民提供电力，灌溉青河雷口下游的农田以及解决修坝后货物过坝问题。
本书为青河雷口水利枢纽的设计说明书和计算书，内容共分十章，系统的介绍了青河雷口水利枢纽的设计和计算方法。第一章主要介绍了青河雷口水利枢纽的基本资料；第二章结合工程实际条件介绍了坝型选择和枢纽布置的初步方案；第三章调洪演算及方案选择为下两章枢纽布置方案选择及大坝设计提供了设计依据；第六、七、八章详细地阐述了大坝的综合设计，包括非溢流坝段、表孔坝段、深孔坝段；第九章细部构造设计了大坝的建造以及运用方面的细节；最后一章为地基处理的设计。同时还附有三张图纸为大坝非溢流坝段，溢流坝段，深孔坝段的三视图，细部构造图以及大坝枢纽布置平面图及立面图。
本书在阐述过程中，尽可能的配置了许多的插图、附表和附录，以供参阅。
青河雷口水利枢纽设计是在老师的悉心指导和同学的热心帮助下完成的。限于本人的水平和时间的仓促，以及以前从未进行过工程实践，特别是对本设计的工程所在地也未进行过实地考察，因此，设计成果与实际难免会产生一些偏差，书中如有不当和错误之处，恳望各位老师和领导不吝赐教及时给予斧正。1水利枢纽设计资料
1.1流域概况
青河发源于元县，流径三叉口，张谷，米城，康镇等地至合县西南注入黑河。全长230公里，流域面积5000平方公里。青河属山区河道，流域内多高山峻岭，平原范畴甚小。只在北支上游元县附近及下游康镇附近有小平原。三叉口以上河床坡度平均均为1/600，下游平均坡度约1/1000。流域内雨量充沛，合县多年平均雨量为1000毫米，因之青河水量较丰富，年平均流量接近100立米/秒。但河流破陡流急。暴雨集流时间很短，每遇暴雨，山洪暴发，水势凶猛，泛滥成灾。
区域内人口分布在河谷两岸，计410000人，其中农业人口占97%，雷口以上耕地面积约100万亩，水田仅占1.5%。其余均为地
势较高之旱地。但在雷口以下黑河右岸有大片平原耕地，缺水灌溉。根据试验资料，在有水灌溉之后，这些耕地可有大幅度增产。
青河上游山区已发现铜，银，锌，镁，铝等矿蕴藏丰富。因该地区无动力来源，各矿都用土法开采。本流域交通不便。除合县至元县有公路外，其余只有人行大道，陆路仅靠人力蓄力。水路在张谷以下可通20吨小船。上游缺乏森林资源，无筏运要求，青河左岸交通较方便，右岸仅有山区小道。
1.2
枢纽任务
雷口水利枢纽位于合县青河上游4公里处。根据国民经济情况及流域规划的要求。本枢纽为一综合利用工程，以防洪发电为主，并结合考虑灌溉任务。
（1）防洪：免除洪水威胁为本枢纽的主要任务之一。根据下游黑河的泄流要求，在正常洪水的情况下安全泄量为5800米3/秒，非常洪水安全泄量为7300米3/秒。根据上游城镇矿山的位置及减少农业淹没损失，建议非常洪水位在234.5米以下。
（2）发电：利用廉价电力开发青河流域矿藏，为国民经济计划的近期主要任务之一，电厂建成后并可供应合县地区厂矿农村居民的用电问题。电厂装机容量24kw，三台机组，每台最大引用流量33米3/秒。按初步估算：厂房尺寸48×13米2。机组间距10.45米，水轮机安装高程191.60米，尾水管底版高程185.0米,引水管管径3米。
（3）灌溉:灌区位于青河雷口以下黑河右岸地区,本区灌溉作物以小麦,棉花,玉米,水稻为主，灌溉田地共约750000亩。除一部分灌区位置较低可利用发电尾水灌溉而外，右岸尚有一些位置较高的灌区不能利用发电尾水，这些位置较高的灌区所需灌溉流量如下表，根据灌区设计要求，渠道起点外的水面高程在最大引水用流量时不低于208.5米。
表1－1灌溉时间
4月中旬
4月下旬
5月中旬
5月下旬
6月中旬
6月下旬
7月中旬
灌溉流量（立米/秒）
22.1
16.7
23.5
15
19.5
19
16（4）航运：为便利货物过坝，须设置驳道，驳道宽度5米。根据各水利事业部门的要求，须确定水库正常高水位为232.2米，讯前水位为225.8米，死水位为215.0米。
1.3水文资料
青河属雨源河流，由于雨量较充沛，河流水量较丰富，每年7—10月为洪水期，因坡陡水急，洪峰涨落时间很短，一般仅2—3天，现将坝址处月平均流量，最大洪峰流量，实测的洪峰过程，列表于后：
表1－2
1950—1975年月平均流量月
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
流量（立米/秒）
60
80
91
183
140
170
135
35
22
15
14
32表1－3
各种频率的最大洪峰流量（立米/秒）频率（%）
0.1
0.5
1
2
5
10
夏秋季
11580
9800
9050
8500
7450
6450
冬春季
340
300表1－41954年实测洪峰过程时间（小时）
0
4
8
12
16
20
24
流量（立米/秒）
59
451
1205
2400
5400
6500
5700
时间（小时）
28
32
36
40
44
48
52
流量（立米/秒）
4850
4150
3450
2760
2208
1730
1295
时间（小时）
56
60
64
68
72
流量（立米/秒）
980
699
435
234
79
坝址水位流量关系，见附图。另外，枯水期最大流量为1100米3/秒。
1.4气候情况
本流域内，气候温和，年平均温度均为17°C，最低月平均温度为4.6°C,极少冰冻现象，最高月平均温度不超过30°C，故夏季亦不太热。
表1－5月份
1
2
3
4
5
6
月平均温度
4.6
6
12
17.1
23.4
255
最高温度
20.1
21.8
29.5
35.6
38.1
40.2
最低温度
-9.5
-9
-3.1
-3.1
5.1
11.6
月份
7
8
9
10
11
12
月平均温度
28.5
29.2
23.1
15.1
11.8
8
最高温度
40
36.8
36.5
32.1
22.1
19.7
最低温度
16.1
11.7
9.9
3
-6
-9.3
备注
单位°C
本流域内最多年雨量发生在1954年，计1357毫米，最少年雨量发生在1934年，计372毫米，日最大暴雨达196毫米，雨量大多集中在7，8两月，除12月和1月外，各月降雨日数甚多。
表1－6平均降雨量，降雨日数如下表：月份
1
2
3
4
5
6
全年
平均雨量（毫米）
10.7
34.2
44.1
56.9
135.1
64.5
平均雨量976（毫米）
降雨日数108（天）
降雨日数（天）
5
8.6
8.6
8.2
9.8
9.4
月份
7
8
9
10
11
12
平均雨量（毫米）
191.6
182.5
90.4
95.9
54.4
17.1
降雨日数（天）
12.0
11.4
10.6
11.0
10.8
5.41.5河流泥沙及风力情况
泥沙大部分为页岩风化产物，颗粒很细，推移质也很丰富。多年平均输沙量为335万公吨/年（即215×104米年），由于该流域内水土保持的开展，泥沙将逐渐减少，水土保持生效年限可初步确定为35年。
本区最大风力为8级，风速14米/秒（吹程可由附图中量得）。
1.6坝址地形及地质情况
（1）地形：本工程坝段经研究比较，选择在雷口峡谷处，坝轴线235米高程处两岸
相距约540公米，左岸山坡平均坡度为2：1，右岸平均坡度为1.8：1.0。坝址左岸有马鞍形地形，水库处在四面群山环抱中，腹大口小，甚为理想。
表1－7
水库高程与容积，面积关系如下表：高程（米）
190
195
200
205
210
215
面积（106平方米）
0.2
2.6
5.4
7.8
19.2
30.6
容积（108立方米）
0.08
0.15
0.35
0.68
1.35
2.65
高程（米）
220
225
230
235
240
面积（106平方米）
37
41
43
43.5
44
容积（108立方米）
4.15
6.1
8.1
10.5
12.8
（2）地质
坝址地质属震旦纪岩层，因系老岩层，经过多次地壳变动，使其组织趋于细致，因为受力之次数甚多，节理甚发达，又有石英脉侵入，致影响其强度，岩层走向大致与河流平行，坝址附近没有发现断层。
坝址基础岩石情况：
(a)绢绿石英片岩——在坝址左岸及河床处，地质极坚，抗压强度为900-1000公斤/（厘米）2，摩擦系数为0.65。
(b)云母石英砂质片岩——云母石英砂质片岩，分布在坝址右岸，表层有些风化，强度仍佳，抗压强度为600-800公斤/（厘米）2，摩擦系数为0.62。
(c)片状石英岩——风化很轻，分布在河床底部，与绢绿石英片岩相间存在，层厚约30-50米。抗压强度为900-1000公斤/（厘米）2，摩擦系数为0.65。
(d)片岩——主要分布在左岸马鞍形地区下部，强度较高，但节理甚发达，并有些风化。
(e)砂质粘土及卵石——在河床底部，有第4纪砂卵石覆盖层，厚度为2米，右岸为砂质粘土覆盖层，厚度为6-10米。
据中国科学院的统计资料，该地区地震强度约为5度。
1.7工程材料
当地材料：
（1）石料——在坝址上游及下游，沿青河右岸之云母石英片岩为良好之建筑材料，因岩石露头具有层理与节理，便于开采，石场距坝址1公里。
（2）砂料——在坝址下游左岸1-3公里处，有河沙可供取用，粒径稍小，约有30万立米。
（3）坝址下游12公里处有卵石，约50万方。
（4）粘土——在坝址上游右岸4公里处有高程为230米的粘土区，约150万立米。
表1－8取土场扰动后土的物理技术特性：
土体干容重（吨/米3）
孔隙度（%）
自然含水量时
饱和含水量时
粘着力（公斤/厘米2）
渗透系数（厘米/秒）
天然含水量（%）
最优含水量（%）
相对密度
蕴藏量（万方）
运程（公里）
砂
1.65
0.36
0.55
0.52
0
4
10-3
8
12
0.65
30
1-3
粘土
1.60
0.38
0.38
0.34
2
4
10-6
7
20150
4外来材料：
水泥及钢材——须至赋中运来，赋中距合县约160公里，沿黑河可通行600吨轮船，赋中为我国某省重要城市。
交通情况：
赋中至合县可通600吨轮船，合县至张谷可通20吨木船，合县至元县有公路，公路线距坝址左岸约3公里。
1.8施工资料
附近无施工动力，施工机械可由赋中供给，普通工人可由当地供给三万人，技术工人在合县有数百人，不足之数可自赋中调用。2枢纽布置和设计
2.1
工程等别和主要建筑物级别的拟定
本工程为综合利用水利水电工程，根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（山区、丘陵部分）SDJ12-78及其《补充规定》的规定，非常洪水位在234.5米以下，该高程对应的水库容积为9.752亿m3，属一等；装机容量为2.4万kw,属四等;保障了合县的重要工厂及居民生命安全,属二等；灌溉田地共约75万亩,属二等。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,故本枢纽工程为二等工程。由于设计地区为山区,丘陵地区故采用百年一遇设计(P=1%),千年一遇校核(P=0.1%)
根据水工建筑物级别的划分标准，二等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，次要建筑物为3级水工建筑物。
2.2
坝轴线合理性论证
坝型的选择与枢纽布置密切相关，不同的坝轴线适于不同的坝型和枢纽布置。同一坝址也可以有不同的枢纽布置可供选择。在坝址确定的情况下通常是选择不同的坝轴线作出不同坝型的各种枢纽布置方案并通过技术经济比较优先选出坝轴线位置及相应的合理坝型和枢纽布置。
本工程A-B坝轴线有以下优点：
(1)坝址地质属震旦纪岩层，强度较高，坝址附近没有发现断层，坝址基础岩石为石英片岩，强度高且摩擦系数较大，符合地质条件。
(2)坝段位于雷口峡谷处，坝轴线短，坝体工程量小。坝址左岸有马鞍形地形，水库处在四面群山环抱中，腹大口小，甚为理想。
(3)坝轴线地区开阔便于布置各种水工建筑物，施工方便，相互没有干扰。
2.3
坝型选择
坝址地质条件是水利枢纽设计的重要依据之一。对坝型的选择和枢纽的布置往往起决定作用。
（1）土石坝方案：
由于非常洪水位在234.5米以下，因此将坝顶高程初步拟定为235.5米，该坝的坝基面最低高程取为185米。土石坝的坝坡与坝型，坝高，填筑料情况和坝基性质等有关，坝坡的平均坡度一般在1：2—1：4左右，取为1：2。坝高H在100米以下时，坝顶最小宽度可取H/10,并不得小于3m，取坝顶宽度为5m，计算所需土体体积为289万m3,因此若选用均质坝和心墙坝从筑坝材料来看当地材料不足。
从筑坝材料来看，由于在坝址上游及下游石料蕴藏量十分丰富，且便于开采，修建面板堆石坝可行。但修建面板堆石坝要采用全段围堰法进行施工导流，另外水电站厂房也必须是引水式厂房，增加了工程量，此设计也不采用。
（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。但该河谷断面宽且浅，宽高比L/H=540/49.5=11，拱的作用很小，此设计也不采用。
（3）重力坝方案：
混凝土重力坝对地形，地质条件适应性强，任何形状的河谷都可以修建重力坝，枢纽泄洪问题容易解决，不需另设溢洪道；大体积混凝土可以采用机械化施工，施工方便，施工速度较快，能够缩短工期。另外，修建重力坝所需的水泥及钢材等材料及人力，物力也充足。此设计可采用。
最终选择实体重力坝方案较为合适。3调洪演算及方案选择
3.1
设计洪水与校核洪水
青河由于雨量较充足，河流水量较丰富，每年7--10月为洪水期，坡陡水急，洪峰涨落时间很短，一般仅2-3天，因此汛期定为每年7-10月。对可利用的水文系列年限经过综合考虑分析，设计洪峰流量（P=1%）,校核洪峰流量
（P=0.1%）
表3－1
坝址处各种频率的最大洪峰流量频率（%）
0.1
0.5
1
2
5
10
夏秋季
11580
9800
9050
8500
7450
6450
冬春季
340
300表3－2
典型洪水过程表（单位：m3/s）时间（小时）
0
4
8
12
16
20
24
流量（m3/s）
59
451
1205
2400
5400
6500
5700
时间（小时）
28
32
36
40
44
48
52
流量（m3/s）
4850
4150
3450
2760
2208
1730
1295
时间（小时）
56
60
64
68
72
流量（m3/s）
980
699
435
234
79
由资料知P=1%时，最大洪峰为9050
m3/s，将资料中典型洪水过程线同倍比放大，放大倍数为9050/6500=1.39。
表3－3
设计情况下的洪水过程线时间（小时）
0
4
8
12
16
20
24
流量（m3/s）
82
626.9
1675
3336
7506
9035
7923
时间（小时）
28
32
36
40
44
48
52
流量（m3/s）
6742
5768.5
4795.5
3836.4
3069.1
2404.7
1800
时间（小时）
56
60
64
68
72
流量（m3/s）
1362.2
971.6
604.7
325.3
109.8
由资料知P=0.1%时最大洪峰为11580
m3/s，将资料中典型洪水过程线同倍比放大，放大倍数为11580/6500=1.78。
表3－4
校核情况下的洪水过程线时间（小时）
0
4
8
12
16
20
24
流量（m3/s）
105
802.8
2144.9
4272
9612
11570
10146
时间（小时）
28
32
36
40
44
48
52
流量（m3/s）
8633
7387
6141
4912.8
3930.2
3079.4
2305
时间（小时）
56
60
64
68
72
流量（m3/s）
1744.4
1244.2
774.3
416.5
140.6
3.2
泄水流量的计算
3.2.1
表孔
（1）选单宽流量q：
坝址地质属震旦纪岩层，坝址附近没有发现断层。在坝址左岸及河床处有绢绿石英片岩地质极坚，抗压强度为900-1000公斤/（厘米）2；在坝址右岸有云母石英砂质片岩表层有些风化，但强度仍佳，抗压强度为600-800公斤/（厘米）2；片状石英岩风化很轻，分布在河床底部，与绢绿石英片岩相间存在，层厚约30-50米，抗压强度为900-1000公斤/（厘米）2。
初定q=120
m3/s。
（2）确定堰顶水头：
开敞式表孔的过水能力按下式计算：由公式，可知HZ=15.79m
其中：
q-------单宽流量120m3/s
------闸墩侧收缩系数，与墩头有关取0.9
m------流量系数，与堰顶有关
取m=0.48
（3）初定堰顶高程：
由公式
H=H校
-
HZ
，计算得：H=234.5-15.79=218.71米其中：
H校-------
取非常洪水位234.5米
取堰顶高程为222.8米
（4）初定表孔尺寸，前缘长度：
选取溢流坝表孔溢流，由公式：知
，溢流堰的净宽
Q取校核洪水位表孔最大洪峰流量11580m3/s，选用平板闸门，设孔口宽度为b=10m（取8~12m之间）则孔口个数n=L/b=9.65
，
取10个孔，闸墩厚度为d=4m，
前缘长度
3.2.2确定底板高程及孔口尺寸
设计本枢纽时要求考虑水库泄空的可能性，要求在枯水期内将水库放空至死水位所需的时间不多于一个月，故时间天。从非常洪水位放至死水位，则放空的水量为
，时间，
下泄流量
（枯水期最大流量）
底孔泄流根据水力学公式，，故可取；
H为孔口中心处的水头可取则底孔面积
故可选取1个底孔，尺寸为4×6，底板高程可取197米，顶板高程为203米，孔口中心线处为200米，建基面高程为185米。
3.3
调洪演算
3.3.1
基本资料
根据各水利事业部门的要求，确定水库正常高水位为232.2米，讯前水位为225.8米，死水位为215.0米,非常洪水位在234.5米以下,在正常洪水的情况下安全泄量为5300米3／秒，非常洪水安全泄量为7300米3／秒。
表3－5
水库Z～V如下表所示：Z（m）
190
195
200
205
210
215
V（108m3）
0.08
0.15
0.35
0.68
1.35
2.65
Z（m）
220
225
230
235
240
V（108m3）
4.15
6.1
8.1
10.5
12.8
3.3.2
演算原理
依据《水能规划》所给的水库洪水调节计算原理，采用水量平衡方程式：
，
式中：——分别为计算时段初，末的入库流量（）；
——计算时段中的平均入库流量（），它等于；
——分别为计算时段初、末的下泄流量（）；
——计算时段中的平均下泄量（），即=；
——分别为计算时段初、末水库的蓄水量（）；
——为的差；
3.3.3二组方案进行比较
方案一：
堰顶高程为221米，设计洪水（P=1%）时，表孔：10米8米7（宽×高×孔数），底孔：4米6米1（宽×高×孔数）；校核洪水（P=0.1%）时，表孔：10米8米11（宽×高×孔数），底孔：4米6米1（宽×高×孔数）。
方案二：
堰顶高程为222.8米，设计洪水（P=1%）时，表孔：10米8米7（宽×高×孔数），底孔：4米6米1（宽×高×孔数）；校核洪水（P=0.1%）时，表孔：10米8米11（宽×高×孔数），底孔：4米6米1（宽×高×孔数）。
表3－6
调洪演算成果方案
堰顶高程(m)
工况
Q(m3/s)
H上(m)
一
221
设计
5150.931
232.4
221
校核
7790.283
232.11
二
222.8
设计
4735.684
233.44
222.8
校核
7307.897
233.583.3.4方案的选择
方案一在设计（P=0.1％）时满足下游允许下泄要求，但校核（P=0.01％）时下泄流量大于校核状况时的安全泄量，故不满足要求。
方案二在设计（P=0.1％）、校核（P=0.01％）时均满足下游允许下泄要求。
综合考虑，本工程选用第二种方案作为调洪方案。4枢纽布置及方案选择
4.1
枢纽布置的原则
水利枢纽布置须充分考虑地形，地质条件，使各种水工建筑物都能布置在安全可靠的地基上，并能满足建筑物的尺度和布置要求以及施工的必需条件。枢纽布置必须使各个不同功能的建筑物在其位置上各得其所，充分有效的发挥所承担的任务；结构强度满足要求，即技术上安全可靠。在满足基本要求的前提下，力求建筑物的布置紧凑，一物多用，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少连接建筑物，减少工程量，降低造价和年运行费用；同时要充分考虑运行管理的便利和施工的方便。
在进行枢纽布置时应全面考虑运用、施工、管理以及技术经济等问题，一般应进行多方案比较。
4.2
枢纽组成建筑物
枢纽的组成建筑物主要包括：
a、挡水建筑物：混凝土实体重力坝。
b、泄水建筑物：包括溢流坝、表孔和泄洪冲沙底孔。
c、其它建筑物：包括电站厂房、引水道、驳道、导墙、道路桥等。
4.3
枢纽布置方案的比较及选择
4.3.1建筑物型式的选择
(1)泄水建筑物型式的选择：
此坝为混凝土实体重力坝，可采用坝顶溢流式表孔泄水，其优点：结构简单，检查维修方便；可以使水流平顺；泄水量与堰顶水头的3/2成正比，超泄能力大。此外有冲沙及放空的要求，因此须考虑坝身底孔泄流，其优点：可以及时放低，放空水库，以及解决施工后期的导流问题。
(2)电站厂房型式的选择：
重力坝建筑物设计中，一般多采用坝后式厂房和河床式厂房。该河流不是很宽阔故宜采用坝后式厂房，电厂装机容量为24KW,厂房尺寸为48×13米2，机组间距为10.45米，水轮机安装高程为191.60米，尾水管底版高程为185.0米，引水管管径为3米。
4.3.2
枢纽的布置方案
在进行枢纽布置时，最主要是如何妥善安排泄洪建筑物的布置和下游消能防冲的设计。本工程是以防洪发电为主的综合利用工程，溢流坝段应布置在主河槽处，冲沙孔应布置在电站进水口附近，另外电站布置应考虑地形，交通及电站附属建筑物布置等条件。
本枢纽的主体工程由挡水坝段，溢流坝段，泄水底孔坝段，电站坝段及其建筑物组成。电站为坝后式，该重力坝由32个坝段组成，每个坝段的长度大约为17米，从右岸至左岸依次为：1号——7号坝段为右岸非溢流坝段，8号——11号坝段为厂房坝段，
12号坝段为深孔坝段，13号——23号坝段为溢流坝段，24号——32号坝段为左岸非溢流坝段。该坝的坝基面最低高程为185米，坝顶高程为236米，最大坝高为51米，坝体总长为540米。
非溢流坝段：右岸全长120米，左岸全长75米。坝顶宽度为8米，坝顶两侧各设一人行道，人行道宽1米，上游侧设置钢筋混凝土结构的防浪墙，墙高1.2米，宽0.3米，下游设置栏杆。坝的其他尺寸为：上游面为折面，起坡点高程为205米，坡度为1：0.2；下游面坡度为1：0.8，折坡点的高程为223.442米。
溢流坝段：全长165米，溢流堰顶高程为222.8米，堰顶安装一道平板闸门，为检修闸门，后面为弧形闸门，为工作闸门，平板闸门厚1.6米，设置在堰顶处。闸墩宽4米，中间用横缝分开，闸墩的上端为半圆弧，下端为矩形。
溢流堰面采用WES曲线，过堰水流采用连续式鼻坎挑流消能，反弧半径为18米，挑射角为24°。
考虑到冲沙防淤的要求，底孔距厂房不宜太远，因此底孔设在厂房与溢流坝之间。为了开挖量不至于太大，厂房布置相对靠近河流中部。在岸到厂房之间，需设道路桥，便于设备运输及工作人员进出。尾水流出后，需设置导墙将尾水平顺导入河流，防止产生洄流。为了使溢流坝渲泄的洪水不影响电站的尾水，溢流坝右边要设置导墙。设置引水渠道进行灌溉，渠道起点处的水面高程在最大引水用流量是不低于208.5米。该工程有航运要求，为便利货物过坝，须设置驳道，驳道宽度为5米。5施工导流
5.1导流标准
青河雷口水利枢纽为二等工程，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时性建筑物为4级。根据导流建筑物洪水标准，采用土石围堰结构时，4级导流建筑物的洪水重现期为10～20年。
5.2导流方案的选择
从坝址处河流两岸地形来看，右岸坡度平缓开阔、左岸陡峭狭窄。考虑到建筑物布置和施工运输、对外交通等方面因素，本工程采用二期分段围堰法导流。第一期为明槽导流，围起深孔及深孔右边的坝段施工，用左边束窄河床导流；第二期围起深孔左边的坝段施工，用深孔底孔导流。为了就地取材，结够简单，施工方便，造价低，围堰采用土石围堰，采用粘土斜防渗。
5.3截流时间
截留时间选择在1月份，流量最少的时候，用立堵法截留。6挡水坝设计
6.1
挡水坝段设计
6.1.1坝顶高程的确定
根据坝址处剖面图可以看出河床最底部的高程在188m左右，由于该河床底部岩石坚硬，地质条件较好，因而将其坝址处开挖到高程185m处。坝顶高程应高于校核洪水位，防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差，可按下式计算：
式中：—累计频率为1%时的波浪高度;
—波浪中心线高于静水位的高度;
—安全加高
;
表6－1
安全加高
（单位：m）运用情况
坝的级别
1
2
3
设计情况
0.7
0.5
0.4
校核情况
0.5
0.4
0.3官厅水库公式为：
式中：—计算风速，在正常蓄水位及设计洪水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速的1.5-2.0倍，在校核洪水位时宜采用相应洪水期多年平均最大风速，该区最大风速为14m/s。
D—吹程为3Km；
H—坝前水深，m；—波浪高度，m；
设计洪水位：Vo=141.8=25.2
m/s,
D=3km
由公式：
设计洪水位时坝前水深 H1=233.442-185=48.442m
m
查表知： ＝0.5
m；
=1.356+0.48+0.5=2.34m
校核水位：Vo=14m/s,
D=3km；
由公式：校核水位时坝前水深 H2=233.579-185=48.579m查表知：＝0.4m；=0.648+0.2+0.4=1.25m
防浪墙顶高程＝设计洪水位＋＝233.442+2.34=235.782m
防浪墙顶高程＝校核洪水位+=233.579+1.25=234.83m
两者中选取较大值，故坝顶高程为236.0m 。
表6－2
坝顶高程计算成果计算情况
风速V
(m/s)
波浪高度
(m)
波浪长度
(m)
安全加高(m)
水面壅高(m)
坝顶高程
(m)
设计情况
25.2
1.356
13.27
0.5
0.402
235.782
校核情况
14
0.648
7.35
0.4
0.166
234.83两者中选取较大值，故坝顶高程为236.0m 。
6.1.2坝顶宽度
坝顶宽度一般取坝高的8%-10%，且不小于2m,取坝顶宽度为8m。
6.1.3泥沙高程
已知泥沙每年的输沙量为215104m3,水土保持生效年限为35年,则泥沙量为
0.75×108m
3,根据水库水位库容曲线查得泥沙淤积高度为20.5米。
6.1.4确定实用断面
（1）重力坝剖面的设计原则：
a、满足稳定和强度要求，保证大坝安全；
b、工程量小；
c、运用方便；
d、便于施工。
（2）基本剖面：
上游坝坡采用折线面，起坡点高程为205米,坝坡为1:0.2；下游坝坡为1:0.8；底宽B=42.75m。因为基本三角形的顶点与校核洪水位齐平，故重力坝剖面的下游坡向上延伸应与校核洪水位相交，则可以得出下游坡的起坡点的高程为223.442m。
（3）下游水位的确定：
水库在正常运行时，发电机引用流量每台33m3/s,三台机组，则总下泄量为99m3/s,查附图坝址H-Q曲线得H正=188.6m。设计洪水位时，安全泄量为5300m3/s,
查附图坝址H-Q曲线得H设=197.7m。校核洪水位时，安全泄量为7300m3/s,
查附图坝址H-Q曲线得
H校=199.6m。挡水坝段剖面图
6.1.5荷载及荷载组合
根据《混凝土重力坝设计规范》，由于该地区地震裂度为5级，因此荷载组合如下。
表6－3
荷载组合荷载组合
组合情况
荷载
自重
静水压力
扬压力
泥沙压力
浪压力
基本组合
正常蓄水位
√
√
√
√
√
设计洪水位
√
√
√
√
√
特殊组合
校核洪水位
√
√
√
√
√
6.2
坝体稳定计算
6.2.1基本资料
坝顶高程：236.0
m坝顶宽度：
8m
坝高：51m
上游坡度：n=0.2
下游坡度：m=0.8，
坝底宽度：L
=42.75m
正常蓄水位:
上游：232.2m
下游：188.6m
设计洪水位（P
=
1
%）
上游：233.442
m
下游：197.7m
校核洪水位（P
=
0.01
%）上游：233.579
m下游：199.6m
死水位：215.0m
混凝土容重：24
KN/m3
6.2.2
稳定计算原理
将坝体与基岩间看成是一个接触面，而不是胶结面。当接触面呈水平时，其抗滑稳定安全系数：Ks=f（∑W－U）/∑P
摩擦系数f值要由若干组试验确定，最后的选取应以野外和室内试验成果为基础，结合现场实际情况，参照地质条件类似已建工程的经验等确定。根据国内外已建工程的统计资料，混凝土与基岩间的f值常取在0.5～0.8之间，取f=0.65。
6.2.3
稳定计算
(A)正常蓄水位情况（上游水位232.2m，下游水位188.6m）荷载作用（以单宽计算）
H1=232.2-185=47.2mH2=188.6-185=3.6m
H=47.2-3.6=43.6m①自重∑W
=24937.1
KN
(↓)
②水重∑W=1539.84KN
(↓)
③
扬压力扬压力折减系数=0.25∑U
=5743.7
KN
(↑)
④
静水压力∑P
=
11074.4
KN
(→)
⑤
浪压力（直墙式）
KN
(→)
由于水库库容与年入沙量的比值大于100，水库淤积缓慢，可不考虑泥沙淤积的影响。
正常情况下的抗滑稳定分析：
抗滑稳定安全系数满足抗滑稳定要求
(B)设计洪水位情况（上游水位233.442m，下游水位197.7m）
荷载作用（以单宽计算）
H1=233.442-185=48.442mH2=197.7-185=12.7m
H=48.442-12.7=35.742m①自重
∑W
=24937.1
KN
(↓)
②水重
∑W
=2188.32KN
(↓)
③
扬压力扬压力折减系数=0.25
∑U
=
8889.35
KN
(↑)
④
静水压力∑P
=10993.55KN
(→)
⑤
浪压力（直墙式）由于坝前水深大于半波长，所以为深水波KN
(→)
由于水库库容与年入沙量的比值大于100，水库淤积缓慢，可不考虑泥沙淤积的影响。
设计情况下的抗滑稳定分析：
抗滑稳定安全系数满足抗滑稳定要求。
(C)校核洪水位情况（上游水位233.579m，下游水位199.6m）
荷载作用（以单宽计算）
H1=233.579-185=48.579mH2=199.6-185=14.6m
H=48.579-14.6=33.98m①自重
∑W
=24937.1
KN
(↓)
②水重
∑W
=2390.32KN
(↓)
③
扬压力扬压力折减系数=0.25
∑U
=9505.1KN
(↑)
④
静水压力∑P
=10667.2KN
(→)
⑤
浪压力（直墙式）由于坝前水深大于半波长，所以为深水波。=
KN
(→)
由于水库库容与年入沙量的比值大于100，水库淤积缓慢，可不考虑泥沙淤积的影响。
校核情况下的抗滑稳定分析：
抗滑稳定安全系数满足抗滑稳定要求。
表6－4
抗滑稳定安全系数列表：荷载组合
最低安全值（Ks）
设计值
正常情况
1.05
1.16
设计情况
1.05
1.18
校核情况
1
1.19以上三种情况均满足抗滑稳定要求，所以坝体稳定。
6.3
坝体应力计算原理
应力计算选用材料力学法，其基本假定：(1)坝体混凝土为均质，连续，各向同性的弹性材料
(2)视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力
(3)假定坝体水平截面上的正应力σy按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。
6.4正常情况下应力计算
（坝基面）
6.4.1不计扬压力
坝体上游坡n=0.2.;
坝体下游坡
m=0.8;
上游水深
H1＝47.2m；
下游水深
H2=3.6m；截面宽度B＝42.75坝基面上应力：
∑W=26476.94KN∑P=-11135.31KN
∑M=-13363.51
（1）边缘应力
①水平截面上的正应力
②剪应力③水平正应力
④主应力
（2）内部应力的计算
①坝内水平截面上的正应力
，其中
，
得到
，将代入其中可得与一致。
将x=0代入其中可得与一致。坐标原点取在下游坝面，将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75
分别代入式子中可得：
表6－5x
0
10
20
30
40
42.75
σy
663.22
642.69
622.17
601.64
581.11
575.47②坝内水平截面上的剪应力解得
，将代入其中可得与一致。将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75
分别代入式子中可得：
表6－6x
0
10
20
30
40
42.75
τ
501.77
400.99
287.12
160.16
20.11
-20.69③坝内沿水平截面的水平正应力
，各项系数
的计算如下：
因此在坝基截面上的表达式：
，将x=42.75代入其中可得与
一致，将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75
分别代入式子中可得：
表6－7x
0
10
20
30
40
42.75
σx
437.42
421.84
424.01
440.36
467.33
476.14④坝内主应力和
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
表6－8
主应力计算结果x
0
10
20
30
40
42.75
σ1
1064.64
948.186
826.825
700.32
584.566
579.61σ2
36
116.346
219.35
341.683
463.883
472
φ1
-38.66°
-37.3°
-35.48°
-31.64°
-9.736°
11.31°
当x=42.75时，φ=11.31°,
tanφ=0.2；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0.2
,
m=0.8相一致。
6.4.2计扬压力
（1）边缘应力（2）坝内应力
(a)
坝底扬压力分布如图2所示,将其划分为两部分,第一部分自上游至下游呈直线变化,在上游面，在下游面，根据布拉兹原理，可直接写出在这部分渗透压力作用下的混凝土应力如下：
表6－9x
0
10
20
30
40
42.75
σx
-36
-67.92
-99.84
-131.76
-163.68
-172.458σy
-36
-67.92
-99.84
-131.76
-163.68
-172.458
τ
0
0
0
0
0
0
(b)计算第二部分扬压力作用下的应力：
正应力：
，其中
式中：——迎水面的扬压力强度——扬压力消失点至迎水面距离和坝体端面总长度的比值
得到，计算结果如下：
表6－10x
0
10
20
30
40
42.75
σy
48.138
11.52
-25.095
-61.712
-98.329
-108.4剪应力：
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：其中:可得
：
()
在O’上游段：
其中
可得
（）
计算结果如下：
表6－11x
0
10
20
30
40
42.75x"
5.85
8.6
τ
38.51
13.5
-2.95
-10.826
-23.844
-38.23
正应力：
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：其中可得()
在O’上游段：
其中
可得
：
（）
计算结果如下：
表6－12x
0
10
20
30
40
42.75
x"
5.85
8.6
σx
30.808
13.558
6
4.142
-198.562
-291.9将不计扬压力时的应力与只有扬压力时的应力叠加即可得计扬压力时的应力情况。
合成后的应力如下：
表6－13x
0
10
20
30
40
42.75σy
675.355
586.293
497.23
408.168
319.106
294.614
σx
432.227
367.478
330.175
312.744
105.092
11.777
τ
540.284
414.493
284.178
149.338
-3.73
-58.924由上表可知，x=42.75和x=0时的坝内应力σy，σx，τ与边缘应力
均相一致。
(3)计算主应力
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表6－14x
0
10
20
30
40
42.75
σ1
1107.58
905.57
709.9
517.23
319.17
306.4
σ2
-0.000122
48.196
117.503
203.68
105.027
-0.0077
φ1
-38.66°
-37.61°
-36.81°
-36.14°
1.0°
11.31°当x=42.75时，φ=11.31°,
tanφ=0.2；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0.2
,
m=0.8相一致。
6.5校核情况下应力计算（坝基面）
6.5.1不计扬压力
求坝基面上应力：
坝体上游坡n=0.2.;
坝体下游坡
m=0.8;
上游水深
H1＝48.579m；
下游水深
H2=14.6m；截面宽度B＝42.75
坝基面上应力：
∑W=27327.42KN∑P=-10682.782KN
∑M=-33336.446
（1）边缘应力
①水平截面上的正应力
由公式
，
(，为上下游边缘应力）可得：
②剪应力
③水平正应力
④主应力（2）内部应力的计算
①坝内水平截面上的正应力
，
其中
，
得到
，将代入其中可得与一致，
将代入其中可得与一致。将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75
分别代入式子中可得：
表6－15x
0
10
20
30
40
42.75
σy
748.684
697.481
646.278
595.076
543.873
529.792②坝内水平截面上的剪应力解得
，将
代入其中可得与一致。
将代入其中可得与一致。将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75
分别代入式子中可得：
表6－16x
0
10
20
30
40
42.75
τ
482.147
381.6
272.283
154.199
27.347
-9.074③坝内沿水平截面的水平正应力
，各项系数
的计算如下：
因此在坝基截面上的表达式：
将代入可得与一致，将代入可得与一致。将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75代入式子中可得：
表6－17x
0
10
20
30
40
42.75
σx
531.717
515.15
492.321
476.261
480
486.235④坝内主应力和
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表6－18X
0
10
20
30
40
42.75
σ1
1134.4
998.653
852.255
700.915
553.982
531.607
σ2
146
213.978
286.344
370.421
469.893
484.42
φ1
-38.66°
-38.28°
-37.11°-34.47°-0.428°
11.31°
当x=42.75时，φ=11.31°,
tanφ=0.2；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0.2
,
m=0.8相一致。
6.5.2计扬压力（1）边缘应力
（2）坝内应力
(a)
坝底扬压力分布如图2所示,将其划分为两部分,第一部分自上游至下游呈直线变化,在上游面，在下游面根据布拉兹原理，可直接写出在这部分渗透压力作用下的混凝土应力如下：
表6－19x
0
10
20
30
40
42.75
σx
-146
-174.44
-202.88
-231.32
-259.76
-267.58
σy
-146
-174.44
-202.88
-231.32
-259.76
-267.58
τ
0
0
0
0
0
0(b)计算第二部分扬压力作用下的应力
正应力：
，其中
式中：——迎水面的扬压力强度——扬压力消失点至迎水面距离和坝体端面总长度的比值
得到，计算结果如下：
表6－20x
0
10
20
30
40
42.75
σy
34.85
8.34
-18.17
-44.68
-71.19
-78.48剪应力：
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：
其中
可得()
在O’上游段：
其中
可得
（）
计算结果如下：
表6－21x
0
10
20
30
40
42.75
x"
5.85
8.6
τ
27.88
9.77
-2.13
-7.84
-17.26
-27.68正应力：
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：其中
可得()
在O’上游段：
其中
可得（）
计算结果如下：
表6－22x
0
10
20
30
40
42.75
x"
5.85
8.6
σx
22.3
9.82
4.35
3
-143.75
-211.32将不计扬压力时的应力与只有扬压力时的应力叠加即可得计扬压力时的应力情况。
合成后的应力如下：
表6－23x
0
10
20
30
40
42.75
σy
637.53
531.38
425.23
319.08
212.93
183.74
σx
408.02
350.53
293.79
247.94
76.49
7.33
τ
510.026
391.37
270.15
146.36
10.085
-36.75由上表可知，x=42.75和x=0时的坝内应力σy，σx，τ与边缘应力
大致相等，其中与x=42.75时的值有一定误差。
(3)计算主应力
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表6－24x0
10
20
30
40
42.75
σ1
1045.55
842.64
637.54
434.13
213.67
191.086
σ2
-0.00029
39.27
81.48
132.89
75.75
-0.02
φ1
38.66°
-38.5°
-38.16°
-38.17°
-4.21°11.32°当x=42.75时，φ=11.32°,
tanφ=0.2；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0.2
,
m=0.8相一致。
6.6正常情况下应力计算（上游转折点）
6.6.1不计扬压力求坝基面上应力
坝体上游坡n=0.;
坝体下游坡
m=0.8;
上游水深
H1＝27.2m；
下游水深
H2=0m；截面宽度B＝22.754m
坝基面上应力：
∑W=9217.12KN∑P=-3760.11KN
∑M=2188.93
（1）边缘应力
①水平截面上的正应力
②剪应力
③水平正应力
④主应力
（2）内部应力的计算
①坝内水平截面上的正应力
，其中
，
得到
，将代入其中可得与一致。
将x=0代入其中可得与一致。坐标原点取在下游坝面，将x
=0,
5,
10,
15,
20,
22.754
分别代入式子中可得：
表6－25x
0
5
10
15
20
22.754
σy
379.71
390.858
402.007
413.155
424.303
430.444②坝内水平截面上的剪应力解得
，将代入其中可得与一致。
将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,
5,
10,
15,
20,22.754分别代入式子中可得：
表6－26x
0
5
10
15
20
22.754
τ
303.768
250.768
190.023
121.533
45.298
0③坝内沿水平截面的水平正应力
，各项系数
的计算如下：
因此在坝基截面上的表达式：
，将x=22.754代入其中可得与一致，将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,
5,
10,
15,
20,
22.754
分别代入式子中可得：
表6－27x
0
5
10
15
20
22.754
σx
243.014
228.493
236.202
253.836
269.086
272④坝内主应力和
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表6－28x
0
5
10
15
20
22.754σ1
622.724
573.257
526.424
478.809
436.556
430.444
σ2
0
46.094
111.785
188.182
256.834
272
φ1
-38.66°
-36.03°
-33.21°
-28.38°
-15.14°
0当x=22.754时，φ=0,
tanφ=0；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0,
m=0.8相一致。
6.6.2计扬压力
(1)边缘应力
(2)坝内应力
(a)
坝底扬压力分布如图2所示,将其划分为两部分,第一部分自上游至下游呈直线变化,在上游面，在下游面，根据布拉兹原理，可直接写出在这部分渗透压力作用下的混凝土应力如下：
表6－29x
0
5
10
15
20
22.754σx
0
-18.73
-37.457
-56.186
-74.914
-85.23
σy
0
-18.73
-37.457
-56.186
-74.914
-85.23
τ
0
0
0
0
0
0(b)计算第二部分扬压力作用下的应力：
正应力：
，其中式中：——迎水面的扬压力强度——扬压力消失点至迎水面距离和坝体端面总长度的比值
得到，计算结果如下：
表6－30x
0
10
20
30
40
42.75
σy
30.125
8.588
-12.948
-34.484
-56.02
-67.883剪应力：
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：其中
可得()
在O’上游段：
其中可得
（）
计算结果如下：
表6－31x
0
5
10
15
20
22.754x"
1.846
4.6
τ
24.1
12.408
0.717
-10.974
-10.544
1.1正应力：
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：其中
可得
()
在O’上游段：
其中
可得（）
计算结果如下：
表6－32x
0
10
20
30
40
42.75
x"
1.846
4.6
σx
19.28
14.357
9.434
4.511
-73.403
-185将不计扬压力时的应力与只有扬压力时的应力叠加即可得计扬压力时的应力情况。
合成后的应力如下：
表6－33x
0
5
10
15
20
22.754
σy
409.835
380.718
351.602
356.969
293.369
277.332
σx
262.294
224.121
208.179
202.161
120.769
1.762
τ
327.868
263.176
190.740
110.559
34.754
1.101
由上表可知，x=22.754和x=0时的坝内应力σy，σx，τ与边缘应力大致相同，与x=22.754时的σx，τ有一定的误差。
(3)计算主应力
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表6－34x
0
5
10
15
20
22.754
σ1
672.129
576.996
483.666
414.528
300.104
277.336
σ2
-0.00024
27.843
76.115
144.6
114.034
1.758
φ1
-38.66°
-36.72°-34.7°
-27.5°
-10.97°
0.23°当x=22.754时，φ=0.23°,
tanφ=0.004；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0.2
,
m=0.8基本一致。
6.7正常情况下应力计算（A-A截面）
6.7.1不计扬压力
求坝基面上应力：
坝体上游坡n=0.;
坝体下游坡
m=0.8;
上游水深
H1＝12.2m；
下游水深
H2=0m；截面宽度B＝10.7536m
坝基面上应力：
∑W=3185.73KN∑P=-805.11KN
∑M=-453.798
（1）边缘应力
①水平截面上的正应力
②剪应力
③水平正应力
④主应力
（2）内部应力的计算
①坝内水平截面上的正应力
，
其中
，
得到
，将代入其中可得与一致。
将x=0代入其中可得与一致。坐标原点取在下游坝面，将x
=0,
2,
4,
6,
8,
10.7536
分别代入式子中可得：
表6－35x
0
2
4
6
8
10.7536
σy
319.793
311.035
302.277
293.52
284.76
272.7②坝内水平截面上的剪应力解得
，将代入其中可得与一致。
将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,
2,
4,
6,
8,10.7536分别代入式子中可得：
表6－36x
0
2
4
6
8
10.754
τ
255.835
160.07
86.317
34.587
4.877
0③坝内沿水平截面的水平正应力
，各项系数
的计算如下：
因此在坝基截面上的表达式：
，将x=10.7536代入其中可得与一致，将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,2,
4,
6,
8,
10.7536
分别代入式子中可得：
表6－37x
0
2
4
6
8
10.754
σx
204.668
102.504
66.184
72.445
98.022
122④坝内主应力和
当
时按下式计算主应力当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表6－38x
0
2
4
6
8
10.754
σ1
524.461
397.799
330.47
298.804
284.888
272.702
σ2
0
15.74
37.99
67.16
97.895
122
φ1
-38.66°
-28.46°
-18.087°
-8.687°
-1.495°
0当x=10.7536时，φ=0,
tanφ=0；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0,
m=0.8相一致。
6.7.2计扬压力
（1）边缘应力
（2）坝内应力
(a)
坝底扬压力分布如图2所示,将其划分为两部分,第一部分自上游至下游呈直线变化,在上游面，在下游面，根据布拉兹原理，可直接写出在这部分渗透压力作用下的混凝土应力如下：
表6－39x
0
2
4
6
8
10.7536
σx
0
-9.912
-19.824
-29.736
-39.648
-53.295
σy
0
-9.912
-19.824
-29.736
-39.648
-53.295
τ
0
0
0
0
0
0(b)计算第二部分扬压力作用下的应力：
正应力：
，其中式中：——迎水面的扬压力强度——扬压力消失点至迎水面距离和坝体端面总长度的比值
得到，计算结果如下：
表6－40x
0
10
20
30
40
42.75
σy
16.817
5.096
-6.625
-18.346
-30.067
-46.204剪应力：
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：其中
可得()
在O’上游段：
其中
可得
（）
计算结果如下：
表6－41x
0
5
10
15
20
22.754
x"
1.846
4.6
τ
13.453
6.833
0.214
-6.406
-3.589
1.37正应力：
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：其中
可得
()
在O’上游段：
其中
可得（）
计算结果如下：
表6－42x
0
10
20
30
40
42.75
x"
1.846
4.6
σx
10.763
7.672
4.582
1.491
-25.945
-66.51将不计扬压力时的应力与只有扬压力时的应力叠加即可得计扬压力时的应力情况。
合成后的应力如下：
表6－43x
0
2
4
6
8
10.7536
σy
336.61
306.22
275.83
263.78
215.046
173.204
σx
215.43
100.264
50.942
44.2
32.43
2.2
τ
269.3
166.9
86.53
28.18
1.3
1.37由上表可知，x=10.7536和x=0时的坝内应力σy，σx，τ与边缘应力大致相同，与x=22.754时的σx，τ有一定的误差。
(3)计算主应力
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表6－44x
0
2
4
6
8
10.7536
σ1
552.04
399.353
305.27
267.342
215.055
173.215
σ2
-0.00024
7.13
21.5
40.64
32.42
2.185
φ1
-38.66°
-29.16°
-18.79°
-7.198°
-0.4°
-0.459°当x=10.7536时，φ=-0.459°,
tanφ=-0.008；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0
,
m=0.8基本一致。
6.8应力分析
按重力法计算设计的要点有以下几点：
（1）坝体的强度控制在水平截面上;
（2）水平截面上的应力极限控制在上下游的端点;
（3）上游侧以垂直正应力控制;
在应力计算中，要求：不考虑扬压力时，，将扬压力作为一种荷载计入，要求。计算结果见设计计算书，可知三种荷载组合在考虑扬压力和不考虑扬压力两种情况下均能满足要求。7溢流坝设计
7.1
泄水方式的选择
溢流重力坝既要挡水又要泄水，不仅要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。因此，需要有足够的孔口尺寸、较好体形的堰型，以满足泄水的要求；并使水流平顺，不产生空蚀破坏。其主要泄水方式有以下两种：
（1）开敞溢流式除宣泄洪水外，还能用于排除冰凌和其它漂浮物。当闸门全开时，下泄流量与堰顶水头H0的3/2次方成正比。随着库水位升高，下泄流量可以迅速增大，因此，当遭遇意外洪水时可有较大的超泄能力。闸门在顶部，操作方便，易于检修，工作安全可靠，所以，开敞溢流式得到了广泛的采用。
（2）大孔口溢流式，上部设置胸墙，堰顶高程较低。这种形式的溢流孔可根据洪水预报提前放水，加大蓄洪库容，从而提高了调洪能力。当库水位低于胸墙时，下泄水流和开场流相同，库水位高出孔口一定高度后为大孔口泄流，超泄能力不如开敞溢流式。
综合以上情况,本工程最大库容达9.8亿立方米，为使水库有较大的泄洪能力，本设计采用开敞式溢流。
7.2
溢流堰孔口设计
7.2.1溢流坝段总长度确定
对于设置闸门的溢流坝，须用闸墩将溢流坝分隔成若干个孔口，由前面的假定知每孔宽度为10m，孔数为13，设中墩的厚度d＝4m，边墩厚度t＝2m，则溢流坝段的总长度
7.2.2堰顶高程的确定
拟定侧收缩系数ε＝0.9，流量系数m＝0.48，由调洪演算结果知堰顶高程为222.8m。
7.3
消能防冲设计
根据地形地质条件，选用挑流消能。根据已建工程经验，挑射角，挑流鼻坎应高出下游最高水位1-2米，鼻坎的高程为200.6米。
（1）反弧半径的确定
鼻坎处水流平均流速：
坎顶水深为：
反弧半径R为：
取
（2）水舌的挑距L及可能最大冲坑的深度tk的估算
式中：
L——水舌挑距,m;
——坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速的1.1倍计;
——坎顶垂直方向水深,
m,
;
——坎顶至河床面高差,m;
最大冲坑水垫厚度估算公式：式中：——水垫厚度，自水面算至坑底,m
；
——冲坑深度,m
——单宽流量；
——上下游水位差,m；——下游水深,m
——冲坑系数，坚硬完整的基岩，坚硬但完整性较差的基岩，软弱破碎，裂隙发育的基岩，取。
由于，由此可知，挑流消能形式的冲坑不会影响大坝的安全。
7.4
溢流面设计
(1)堰顶上游曲线
目前引用较多的WES型堰面形状，堰面的设计水头Hd按堰顶最大水头的0.75-0.95,这里为校核洪水位与堰顶高程之差。
Hzmax=233.579-222.8=10.779mHd=10.7790.85=9.16m
堰面可能出现的最大负压可参考下表:
表7－1Hd/Hmax
0.75
0.775
0.8
0.825
0.85
0.875
0.9
0.95
1
最大负压值(m)
0.5Hd
0.45Hd
0.4Hd
0.35Hd
0.3Hd
0.25Hd
0.2Hd
0.1Hd
0，由表可知最大负压值为0.3Hd=2.71m，满足校核洪水位闸门全开时出现负压不超过3-6m的要求。
WES曲线以堰顶为界分为上游段和下游段两部分，上游段曲线采用三圆弧椭圆形式。
堰顶O点上游三圆弧的半径及其水平坐标值为：
R1=0.5Hd=4.52mx1=-0.175Hd=-1.582m
R2=0.2Hd=1.81mx2=-0.276Hd=-2.495m
R3=0.04Hd=0.36m
x3=-0.282Hd=-2.549m
因此可得出三个点A(-1.582,4.52),
B(-2.495,1.81),
C(-2.549,0.36)
(2)堰顶O点下游曲线
堰顶下游曲线方程为
按上式算得的坐标值如下表：
表7－2x/m
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
y/m
0.277
1
2.117
3.605
5.448
7.633
10.152
12.997
16.163
19.639根据表中数值可绘得堰顶下游曲线OD。
下游直线段DE与曲线OD相切于D点,取下游直线段的坡度,则D点坐标
可如下求得：对堰面曲线求一阶导数
直线DE的坡度为
故有即
mm
坝下游反弧半径r按下式计算：式中，上下游水位差故取反弧曲线的上端与直线DE相切与E点，下端与河床相切于F点。E点，F点及反弧曲线圆心点O’的坐标，可用下面的分析法确定：
(1)反弧曲线圆心O’点
式中为下游堰高，取
则
(2)E点坐标
(3)F点坐标
根据上述计算结果，可绘得堰剖面曲线如图所示图7－3堰剖面曲线
8深孔体形的设计
8.1
泄水深孔的结构布置
本工程深孔孔底高程为197米，孔高6米，宽4米。上游为压力段，其后为明流，明流段溢流坝面为一水平段，后接反弧，平滑鼻坎，以挑流方式消能，鼻坎高程200.6米。工作闸门为平面闸门，设置在压力出口端，平面闸门后设置直径为1.8米的通气孔，从下游坝面出口。经对本工程深孔闸门运用和综合考虑，决定采用孔口尺寸为4×6米。孔口数量，经过各种泄洪布置方案的调洪演算，根据枢纽布置的可能，设置11个底孔。
8.2
深孔布置形式的选择
本工程选用了深式泄水孔布置形式，主要原因是：
1、泄水能力大，由于管道短，沿程水头损失小，相应的流速系数较大，一般较有压深孔大5%左右。本工程这个值不应该忽略。
2、对于深孔有压管道布置，为了与下游水流衔接，往往需要一个弯管段，一般弯管段压力分布较为复杂，空蚀危险较大。3、当要求深孔能在局部开启条件下运行，无压深孔条件优越得多，而有压深孔则有可能引起比例的水力条件。
4、无压深孔结构受力明确，闸门前管道承受内水压力，闸门后没有内水压力作用；有压深孔闸门后则没有这样简单，动水压力数值不好决定。若将闸门设摄于管道尾部，则有压深孔全管道受内水压力作用，防渗，稳定均不利。
5、一般管道空顶施工困难，尤其是大面积深孔，需要较大的承重模板工作量，同时要求孔口边界尺寸精确。本工程可参照丹江口水库的设计利用倒T形预制梁作为承重模板，取得较好的效果。
6、由于上述优点，无压深孔需要钢板衬砌的部位较有压深孔小得多，而且施工容易。
基于上述分析，可以认为，本工程泄水深孔，用压力管段接明流布置，是一个比较好的布置方案。
8.3
进水口体形设计
图8－1底孔进水口剖面图无压泄水孔的进水口指工作闸门前的压力短管部分，它由进口曲线段ABC、检修闸门槽CE、压坡段EF组成。进水口体形应满足水流平顺、水头损失的要求,进水口的形状应尽可能符合流线变化规律。借助已建工程经验，进水口曲线段采用1/4椭圆曲线向收缩矩形进水口，椭圆方程为：
式中：—
椭圆长半轴，对于矩形断面泄水孔的顶面曲线为孔高
—采用1/31/4，取1/3
顶部弧线的曲线方程：
底部曲线采用1/4椭圆弧。图8－2底孔底部曲线图进水口曲线段后接一段直线压坡段EF，压坡段的坡度一般为1:4～1:6，长度为3～6m，此处取坡度为1:5.5,长度取5m。
8.4
深孔门型的选择和闸门槽设置
平面闸门应用十分广泛，它能满足各种类型泄水孔道的需要。主要有以下的优点：1、可封闭相当大面积的孔口。2、所占顺水流方向的空间尺寸较小。3、门叶可移出孔口，便于检修维护。4、门叶可在孔口之间互换，故在孔口较多情况下可兼作它孔的事故门或检修门。5、门叶可沿高度分成数段，便于在工地组装。6、对移动式启闭机的适应性较好。综合以上各种情况，本工程工作闸门选用平面闸门。
检修闸门可以采用平面闸门，浮箱闸门，也可采用比较简单的叠梁。
浮箱闸门只能在静水中运行，操作比较费时需要有一定的吃水深度才能运转。门叶质量较大，造价较高。因此检修闸门也选平面闸门。
考虑到工程量比较小，比较低故不设事故闸门，检修闸门为平面闸门，在非常时期兼作事故闸门。
8.5
渐变段设计
在进水口闸门后需设置渐变段，渐变段采用圆角过渡，其长度为(2-3)D,取6米。
8.6
通气孔和平压管设计
为了减小检修闸门的启闭力，应当在检修闸门和工作闸门之间设置与水库连通的平压管。根据已建工程经验取平压管的管径为0.2m，控制阀布置在廊道内。
估算公式为：
式中:—通气孔的通气量，m3/s；
—水流速度，m/s；A—闸门后泄水孔的面积，m2；
—通气孔允许风速，一般不超过40-45m/s；—通气孔断面面积，m2；—通气孔直径，m；
闸孔最大流量：
440.4m3/s，
∴
通气孔直径：
取通气孔0.5m。
为了避免提闸泄水时，在门后形负压，需在在检修闸门后和工作闸门后设通气孔。通气孔的面积可按下式估算，且一般不小于闸孔面积的10％。
闸孔面积A=24m2,通气孔面积大于2.40
m2，综合两种情况通气孔的直径为1.8米。
8.7
出水口
出水口前采用1：5压坡段，出口断面，面积为孔身断面的85%～95%，由于孔身断面面积为。故出口断面面积为25.5～28.5
m2。出口断面为矩形，其尺寸取5×5m，面积Ac＝25
m2。满足条件。
8.8
水力计算
无压泄水孔的泄流能力也按公式计算
式中：H—库水位与出口水面之间的高差，m；
Ac—出口断面面积，m2；
μ—流量系数，当压力短管长度不超过10倍孔高时，有闸门槽时μ＝0.8～0.85，无闸门槽时μ＝0.9～0.95。
代入数据得9大坝细部构造
重力坝的细部构造包括坝顶结构、坝体分缝、排水廊道布置、混凝土分区等内容，这些构造的合理选型和布置，可以改善大坝的工作性态，提高坝体的抗滑稳定性，改善坝体应力，满足运用和施工的要求，保证大坝的正常工作。
9.1
坝顶结构设计
9.1.1
闸门高度的确定
门高＝正常高水位-堰顶高程+（0.1～0.2）＝232.2-222.8+（0.1～0.2）＝9.5m因此取门高为11m
9.1.2
闸门形式的选择及布置
闸门分为工作闸门，检修闸门和事故闸门。本工程工作闸门选用弧形闸门，它可以封闭相当大面积孔口，所需机架桥的高度的和闸墩的厚度较小，没有影响水流流态的门槽，所需启闭力较小且摩擦阻力对启闭力的影响较小，埋设件数量较少。
检修闸门选用平面闸门，平面闸门应用十分广泛，它能满足各种类型泄水孔道的需要，门叶可移出孔口，便于检修维护。
考虑到工程量比较小，比较低，故不设事故闸门，检修闸门为平面闸门，在非常时期兼作事故闸门。
闸门的布置：工作闸门布置在溢流坝的坝顶稍偏下游一些，以防闸门部分开启时水舌脱离坝而形成负压，采用弧形闸门，门的尺寸宽×高=10×11m。工作闸门上游设有平面闸门，间距2米。
闸墩：闸墩的墩头形状为上游采用半圆形，下游采用流线型。其上游布置工作桥，中墩的厚度为4m，边墩的厚度为2m，溢流坝分缝设在闸墩中间。
工作桥上布置卷扬机，启闭机。上游布置交通桥，桥的高程为非溢流坝的高程。
9.2
坝顶构造
坝顶上游设置防浪墙，宜采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构。墙身应有足够的厚度以抵挡波浪及漂浮物冲击，取墙高为1.2m，厚度为30cm，防浪墙在坝体横缝处留有伸缩缝，缝内设止水，下游侧设置栏杆及路灯以保护行人和行车安全，
坝顶采用混凝土路面，向两侧倾斜，坡度为2%，两边设置排水管，以便排除路面雨水。坝顶公路两侧设有宽1m的人行道，并高出坝顶路面20cm，坝顶总宽度为10m，细部构造如图所示：图9－1
坝顶细部构造图
9.3
坝体分缝
横缝
垂直于坝轴线布置横缝，将坝体分成若干个坝段，本工程非溢流坝段横缝间距（即坝段宽度）为15米，溢流坝段因孔口宽10米，闸墩宽为4米，故横缝间距为14米。厂房坝段横缝间距受厂房长度尺寸影响设为412米，分别为三个机组段与安装间的距离。缝宽2cm，横缝为永久性缝，缝面为平面，缝内设置止水。
纵缝
为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝，其布置型式采用铅直纵缝，纵缝与坝面垂直相交，缝的间距一般为15-30m。本工程中，挡水坝设置一条纵缝，溢流坝和深孔坝段设置两条纵缝。缝内设有键槽，并埋设灌浆系统，在蓄水前进行灌浆。
水平施工缝
混凝土浇筑块厚度一般为1.5-4m，在靠近基岩附近用1.5-2m以利于散热，减少升温，防止开裂,纵缝两侧相邻坝块的水平缝错开布置。图9－2
坝体分缝图
9.4
止水设置
坝体采用两道金属止水片中间设置防渗沥青井。金属止水片采用1.0mm厚的紫铜片，可作成申缩的“︷”形。每侧混泥土的长度为25cm，第一道止水至上游面的距离应有利于改善该部位的应力，取1.0m。缝间贴沥油毡。两道止水片间距为1m，中间设有直径为25cm的沥青井，井底设沥青排出管，以便排出老化沥青，重填新料。止水片的下部深入基岩30cm，并与混凝土紧密嵌固，上部伸到坝顶。止水设置如图所示：图9－3
止水设置图
9.5
坝体混凝土分区
坝体各部位的工作条件不同，对混凝土强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗裂等性能的要求也不同。为节约与合理使用水泥，通常将坝体按不同部位和不同工作条件分区，采用不同标号的混凝土，如下图所示：图9－4
坝体分区示意图图中：Ⅰ区――上、下游水位以上坝体表层混凝土；
Ⅱ区――上、下游水位变化区的坝体表层混凝土；
Ⅲ区――上、下游最低水位以下坝体表层混凝土；
Ⅳ区――靠近地基的混凝土；
Ⅴ区――坝体内部混凝土；
Ⅵ区――有抗冲刷要求部位的混凝土，如：溢流面、泄水孔、导墙和闸墩等。
混凝土分区的尺寸一般为：外部（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区）混凝土各区厚度的最小值为2～3m，上游面的厚度比下游面的大；基础混凝土（Ⅵ区）厚度一般为0.1L，（L为坝体底部边长），并不小于3.0m。在不同标号的混凝土之间要有良好的接触带。
表9－5
混泥土分区结果分区及厚度（米）
强度等级
抗渗等级
抗冻等级
水灰比
Ⅰ
3
C20
W2
F150
0.6
Ⅱ
3
C20
W6
F150
0.5
Ⅲ
3
C20
W6
F150
0.55
Ⅳ
3
C30
W6
F150
0.55
Ⅴ
3
C20
W6
F100
0.7
Ⅵ
3
C20
W4
F100
0.59.6
廊道系统
为了满足灌浆，排水，观测，检查和交通等的要求，需要在坝体内设置各种不同用途的廊道。
9.6.1基础灌浆和排水廊道
坝基上游面的帷幕灌浆常须在坝体完成或浇筑到一定高程后才开始进行，以便利用混凝土的压重来提高灌浆压力和灌浆质量，通常要在坝内靠近上游的基础部位设置一个专用的基础灌浆廊道它离上游面的距离为0.05-0.1倍的水头，且不小于4-5
m。一般采用上圆下方的标准型式，取底宽2.5m，高3.5m，灌浆廊道离基岩面应保持一定的距离，而且不小于1.5倍廊道宽度，以便进行基础面接触灌浆内部上游侧设排水沟，并在最低处设集水井。最后拟定灌浆廊道尺寸为底宽2.5m，高3.5m，距上游面4.25米，底面距基岩面5米。
基础排水廊道可沿纵横方向布置，常直接设置在基岩上并在其中钻排水孔，以增加排水效果，降低坝基渗透压力和浮托力。基础排水廊道一般宽度为1.5-2.5米，高度为2.2-3.5米，取排水廊道为1.52.5米。廊道布置如图所示：
图9－6廊道布置图
9.6.2坝体检查排水廊道
自基础廊道沿坝高每隔20m设置一层廊道，以便检查和排除坝体渗水。廊道的形式多用上圆下方的标准断面，可采用宽度为1.5米，高度为2.2米，其上游侧距上游坝面4米，左右岸各有一个出口。廊道连接如图所示
图9－7廊道连接图
廊道削弱了坝体断面，在其附近区域易造成应力集中，为了改善其应力分布，常将廊道做成圆顶平底，或近似椭圆形断面。跨横缝的横向廊道，也有做成顶部三角形，底部水平的断面。廊道四周应适当配筋。10地基处理
10.1
地基开挖与清理
由于坝址处河床上有2～10m的覆盖层，并有些风化层，地基开挖时应把覆盖层和严重的风化层全部挖掉，坝基可利用基岩高程为185m，顺水流方向开挖成锯齿状，并在上下游坝基面开挖一个浅齿墙；沿坝轴线方向的两岸岸坡坝段基础开挖成有足够宽度的分级平台，平台的宽度至少为1/3坝段长，相邻两级平台的高差不超过10m。
1、顺河流方向宜开挖成略向上游倾斜的锯齿状（坡度1：8,长4m；坡度1：1,长0.5m），在上游坝基面开挖成浅齿墙（深4m，底宽3m），以增强坝体的抗滑稳定。如下图所示：图10－1
地基锯齿状开挖与浅齿墙（单位：cm）
2、平行于坝轴线方向应尽量开挖成有足够宽度(一般为坝段长度的30％～50％)的分级平，以利于坝的侧向稳定。坝体横缝应位于平台上，以不开挖成锐角为准。另外，相邻台阶的高差不宜过大，一般不大于10m。如下图所示：图10－2
地基分级台阶状开挖
（①②③④－坝体横缝位置；√－适宜，×－不宜）
10.2
坝基的帷幕灌浆及排水管的设置
对地基进行帷幕灌浆处理以降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌减少坝基渗流量。帷幕灌浆钻孔方向原则上应尽量穿过最多的裂隙和岩石层面，但考虑实际施工条件，钻孔倾角不宜过大，常控制在0°～10°之间。帷幕深度由基础岩石内不透水层深度，作用于建筑物上水头大小以及帷幕本身防渗及降低坝底扬压力的要求来确定，通常可在（0.3～0.7）H,这里取20米。
排水孔幕设置一排，排水孔距为3米，孔径200毫米，孔深12米，设两排辅助排水孔，孔距为5米，孔径200毫米，孔深12米，坝体排水通常设在坝体上游面距离3－5米，在该坝上取间距为3米，孔径200毫米。
10.3
坝基的固结灌浆
为了提高基岩的整体性和基岩的承载能力，减少不均匀沉陷，提高地基表层防渗性能，需要对坝基进行加固处理。
固结灌浆孔布置在坝踵、坝趾附近．以及节理裂隙发育和破碎带的范围内。灌浆孔布置呈梅花形或方格形孔径为130mm
灌浆孔的孔深为6m，必要时应适当加深，钻孔方向垂直基岩面；
灌浆孔的孔距、孔径应根据地质条件并参照罐浆试验确定；
灌浆压力以不掀动基岩为原则应尽量取较大值。1洪水调节
1.1建筑物等级及调洪步骤
1.1.1建筑物等级
本工程为综合利用水利水电工程，非常洪水位在234.5米以下，该高程对应的水库容积为9.752亿m3，属一等；装机容量为2.4万kw,属四等;保障了合县的重要工厂及居民生命安全,属二等；灌溉田地共约75万亩,属二等,故本枢纽工程为二等工程。由于设计地区为山区,丘陵地区故采用百年一遇设计(P=1%),千年一遇校核(P=0.1%),在正常洪水的情况下安全泄量为5300米3/秒，非常洪水安全泄量为7300米3/秒。
1.1.2选单宽流量q
坝址地质属震旦纪岩层，坝址附近没有发现断层。在坝址左岸及河床处有绢绿石英片岩地质极坚，抗压强度为900-1000公斤/（厘米）2；在坝址右岸有云母石英砂质片岩表层有些风化，但强度仍佳，抗压强度为600-800公斤/（厘米）2；片状石英岩风化很轻，分布在河床底部，与绢绿石英片岩相间存在，层厚约30-50米，抗压强度为900-1000公斤/（厘米）2。
初定q=120
m3/s。
1.1.3确定堰顶水头
由公式可知
q-------单宽流量120m3/s
------闸墩侧收缩系数，与墩头有关取0.9
m------流量系数，与堰顶有关
取m=0.48
计算得：HZ=15.79m
1.1.4初定堰顶高程
由公式
H=H校
-
HZ
，
计算得：H=234.5-15.79=218.71米
其中：H校-------
取非常洪水位234.5米
取堰顶高程为220米
1.1.5初定表孔尺寸，前缘长度
选取溢流坝表孔溢流，由公式：知溢流堰的净宽，
Q取校核洪水位表孔最大洪峰流量11580m3/s，选用平板闸门，设孔口宽度为b=10m（取8~12m之间），则孔口个数n=L/b=9.65
，
取10个孔，闸墩厚度为d=4m
前缘长度
1.1.6确定底板高程及孔口尺寸
设计本枢纽时要求考虑水库泄空的可能性，要求在枯水期内将水库放空至死水位所需的时间不多于一个月，故可取时间天。从非常洪水位放至死水位，则放空的水量为
，时间，
下泄流量
（枯水期最大流量）
底孔泄流根据水力学公式，，故可取；
为孔口中心处的水头可取则底孔面积
故可选取1个底孔，尺寸为4×6，底板高程可取197米，顶板高程为203米，孔口中心线处为200米，建基面高程为185米。
1.2
调洪演算及计算结果
根据典型洪水过程线推求设计洪水线和校核洪水线，采用同倍比放大法，以洪峰控制，其设计洪水放大倍比为：为设计洪峰流量，为实际洪峰流量，同理，校核洪水放大比为：，则可得出如下表所示的洪水线。
表1－1时间
0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
典型洪水线
59
451
1205
2400
5400
6500
5700
4850
4150
3450
设计洪水线
82
628
1678
3342
7518
9050
7936
6753
5778
4803
校核洪水线
105
803
2147
4276
9620
11580
10155
8640
7393
6146
时间
40
44
48
52
56
60
64
68
72典型洪水线
2760
2208
1730
1295
980
699
435
234
79设计洪水线
3843
3074
2409
1803
1364
973
606
326
110校核洪水线
4917
3934
3082
2307
1746
1245
775
417
141
因为底孔的下泄量占设计洪峰流量比例为，占校核洪峰流量比例为，、都比较小，可忽略不计，故底孔下泄量可不参加调洪演算。
表孔下泻流量公式为为侧收缩系数，可取为0.9，为流量系数，可取为0.48。设计洪水来临时,采用7孔泄洪；校核洪水来临时，采用11孔泄洪。
孔宽时,
起调水位即汛前水位对应的单宽流量(
H为汛前水位与堰顶高程221米之差)，则设计流量为，校核流量为。
孔宽时,
起调水位即汛前水位对应的单宽流量(
H为汛前水位与堰顶高程222.8米之差)，则设计流量为，校核流量为。
表1－2
设计洪水（P=1%）时的计算表，开7孔10米×8米
（宽×高）泄洪，堰顶高程221米
时间（h)
设计流量
平均设计
流量
下泄流量
平均下泄
流量
蓄水量变
化量
水库存
水量
水库水位
下泄流量Q(m3/s)
(m3/s)
q(m3/s)
q(m3/s)
(m3)
(108m3)
（m）
q"
0
82.146
82.146
6.420
225.800
4
627.931
355.038
627.931
355.039
0.000
6.420
225.800
8
1677.731
1152.831
1427.687
1027.809
1800313.477
6.438
225.845
1427.687
12
3341.538
2509.635
1589.871
1508.779
14412320.862
6.582
226.205
1589.871
16
7518.462
5430.000
2206.616
1898.244
50857293.600
7.091
227.477
2206.616
20
9050.000
8284.231
3298.896
2752.756
79653236.677
7.887
229.468
3298.896
24
7936.154
8493.077
4218.821
3758.859
68172745.292
8.569
230.977
4218.821
28
6752.692
7344.423
4772.359
4495.590
41023196.308
8.979
231.832
4772.359
32
5778.077
6265.385
5043.965
4908.162
19544005.662
9.175
232.239
5043.965
34
5290.770
5534.423
5134.175
5089.070
6413086.246
9.239
232.372
5134.175
34.54
5159.196
5224.983
5150.931
5142.553
1186991.820
9.251
232.397
5150.931
36
4803.462
5290.769
5089.299
5066.632
3227576.123
9.207
232.306
5089.299
40
3842.769
4323.115
4800.000
4967.088
-9273198.462
9.146
232.179
5003.905
44
3074.215
3458.492
48
2408.692
2741.454
52
1803.038
2105.865
56
1364.462
1583.750
60
973.223
1168.842
64
605.654
789.438
68
325.800
465.727
72
109.992
217.896
在34小时32分24秒，入库流量等于出库流量，Zmax=232.397m,Qmax=5150.931m3/s,
Vmax=9.251108m3。下泄流量为5150.931
m3/s小于设计安全流量，所以此方案满足要求。
表1－3
校核洪水（P=0.1%）时的计算表，开11孔10米×8米
（宽×高）泄洪，堰顶高程221米时间（h)
校核流量
平均校核
流量
下泄流量
平均下泄
流量
蓄水量变
化量
水库存
水量
水库水位
下泄流量Q(m3/s)
(m3/s)
q(m3/s)
q(m3/s)
(m3)
(108m3)
（m）
q"
0
105.111
105.111
0.000
6.420
225.800
4
803.474
454.292
803.474
454.293
0.000
6.420
225.800
8
2146.754
1475.114
2146.754
1475.114
0.000
6.420
225.800
12
4275.692
3211.223
2444.116
2295.435
13187348.308
6.552
226.130
2444.116
16
9620.308
6948.000
3530.938
2987.527
57030811.200
7.122
227.555
3530.938
20
11580.000
10600.154
5449.670
4490.304
87981837.785
8.002
229.755
5449.670
24
10154.769
10867.385
6862.399
6156.035
67843441.662
8.680
231.209
6862.399
28
8640.462
9397.615
7537.730
7200.065
31644732.738
8.997
231.869
7537.730
30
8016.924
8328.693
7752.131
7644.931
9846173.077
9.095
232.074
7752.131
30.8
7767.508
7892.216
7790.283
7771.207
1742526.720
9.113
232.110
7790.283
32
7393.385
8016.923
7667.415
7602.573
5966648.308
9.057
231.993
7667.415
36
6146.308
6769.846
40
4917.046
5531.677
44
3933.637
4425.342
48
3082.062
3507.849
52
2307.092
2694.577
56
1745.908
2026.500
60
1245.295
1495.602
64
774.969
1010.132
68
416.880
595.925
72
140.742
278.811
在30小时48分，入库流量等于出库流量，Zmax=232.110m,Qmax=7790.283m3/s,
Vmax=9.113108m3。下泄流量为7790.283m3/s大于校核安全流量，所以此方案不满足要求。
表1－4
设计洪水（P=1%）时的计算表，开7孔10米×8米
（宽×高）泄洪，堰顶高程222.8米时间（h)
设计流量
平均设计
流量
下泄流量
平均下泄流量
蓄水量变
化量
水库存
水量
水库水位
下泄流量Q(m3/s)
(m3/s)
q(m3/s)
q(m3/s)
(m3)
(108m3)
（m）
q"
0
82.146
82.146
0.000
6.420
225.800
4
627.931
355.038
627.931
355.039
0.000
6.420
225.800
8
1677.731
1152.831
754.232
691.082
6649189.477
6.486
225.966
754.232
12
3341.538
2509.635
975.414
864.823
23685287.262
6.723
226.558
975.414
16
7518.462
5430.000
1609.417
1292.416
59581216.800
7.319
228.048
1609.417
20
9050.000
8284.231
2701.376
2155.397
88255213.477
8.202
230.212
2701.376
24
7936.154
8493.077
3621.425
3161.401
76776140.492
8.969
231.811
3621.425
28
6752.692
7344.423
4254.596
3938.011
49052341.108
9.460
232.833
4254.596
32
5778.077
6265.385
4609.215
4431.906
26402099.262
9.724
233.383
4609.215
36
4803.462
5290.769
4731.352
4670.284
8934994.523
9.813
233.570
4731.352
36.32
4726.607
4765.034
4735.684
4733.518
453831.109
9.818
233.579
4737.584
38
4323.116
4563.289
4701.144
4716.248
-2202616.523
9.791
233.524
4701.144
40
3842.769
4323.115
4658.078
4694.715
-5351034.462
9.760
233.458
4658.078
44
3074.215
3458.492
48
2408.692
2741.454
52
1803.038
2105.865
56
1364.462
1583.750
60
973.223
1168.842
64
605.654
789.438
68
325.800
465.727
72
109.992
217.896
在36小时19分12秒，入库流量等于出库流量，Zmax=233.579m,
Qmax=4735.684m3/s,
Vmax=9.818108m3
。下泄流量为4735.684
m3/s小于设计安全流量，所以此方案满足要求。
表1－5
校核洪水（P=0.1%）时的计算表，开7孔10米8米
（宽高）泄洪，堰顶高程222.8米时间（h)
校核流量
平均校核流量
下泄流量
平均下泄流量
蓄水量变
化量
水库存水量
水库水位
下泄流量Q(m3/s)
(m3/s)
q(m3/s)
q(m3/s)
(m3)
(108m3)
（m）
q"
0
105.111
105.111
0.000
6.420
225.800
4
803.474
454.292
803.474
454.293
0.000
6.420
225.800
8
2146.754
1475.114
1188.714
996.094
6897885.785
6.489
225.972
1188.714
12
4275.692
3211.223
1577.211
1382.963
26326952.308
6.752
226.631
1577.211
16
9620.308
6948.000
2752.487
2164.849
68877374.400
7.441
228.353
2752.487
20
11580.000
10600.154
4666.191
3709.339
99227733.785
8.433
230.694
4666.191
24
10154.769
10867.385
6185.924
5426.058
78355110.462
9.217
232.327
6185.924
28
8640.462
9397.615
7020.187
6603.056
40241662.338
9.619
233.165
7020.187
32
7393.385
8016.923
7285.224
7152.706
12444733.108
9.744
233.424
7285.224
32.25
7315.443
7354.414
7307.897
7296.561
833085.381
9.752
233.442
7303.083
33
7081.616
7237.500
7272.469
7278.847
-595386.969
9.738
233.412
7272.469
36
6146.308
6769.846
7194.958
7240.091
-6771525.785
9.676
233.283
7140.604
40
4917.046
5531.677
44
3933.637
4425.342
48
3082.062
3507.849
52
2307.092
2694.577
56
1745.908
2026.500
60
1245.295
1495.602
64
774.969
1010.132
68
416.880
595.925
72
140.742
278.811
在32小时15分,入库流量等于出库流量，Zmax=233.442m,
Qmax=7307.897m3/s,
Vmax=9.752×108m3,下泄流量与校核安全流量相接近，所以满足要求。
表1－6
调洪演算成果方案
堰顶高程(m)
工况
Q(m3/s)
H上(m)
一
221
设计
5150.931
232.397
221
校核
7790.283
232.11
二
222.8
设计
4735.684
233.442
222.8
校核
7307.897
233.5792坝体稳定计算及应力分析
2.1坝体稳定计算
2.1.1基本资料
坝顶高程：236.0
m坝顶宽度：
8m
坝高：51m
上游坡度：n=0.2
下游坡度：m=0.8，
坝底宽度：L
=42.75m正常蓄水位:
上游：232.2m
下游：188.6m
设计洪水位（P
=
1
%）
上游：233.442
m
下游：197.7m
校核洪水位（P
=
0.01
%）上游：233.579
m
下游：199.6m
死水位：215.0m
混凝土容重：24
KN/m3
混凝土与基岩间抗剪强度参数值：f=0.65
2.1.2稳定计算
（A）正常蓄水位情况（上游水位232.2m，下游水位188.6m）荷载作用（以单宽计算）
H1=232.2-185=47.2mH2=188.6-185=3.6m
H=47.2-3.6=43.6m
①自重
W1
=8×(236-185)×24
=9792KNW2
=
0.5×4×(205-185)×24
=
960KN
W3
=0.5×30.75×(223.442-185)×24
=
14185.1KN
∑W
=24937.1KN
(↓)
②水重
W4
=0.5×4×(205-185)×10
=400KNW5
=4×(232.2-205)×10=
1088KN
W6=0.5×(188.6-185)2×0.8×10
=51.84KN
∑W
=1539.84
KN
(↓)
③扬压力扬压力折减系数=0.25
U1
=γH2
B=10×3.6×42.75
=1539KN
U2
=
0.5×agH×(42.75-8.6)=1861.2KN
U3
=
0.5×8.6×(agH+
gH)
=
2343.5KN
∑U
=5743.7KN
(↑)
④静水压力
P1
=γH12
/2
=0.5×10×47.22=
11139.2KN
(→)
P2
=γH22
/2
=0.5×10×3.62
=
64.8KN(←)
∑P
=
11074.4
KN
(→)
⑤浪压力（直墙式）
表2－1
波高、波长波浪中心线至计算水位的高度平均波长L(m)
波高hL(m)
坝前水深H(m)
水面壅高hZ(m)
13.27
1.356
48.579
0.48由于坝前水深大于半波长，所以为深水波。=
KN
(→)
⑥泥沙压力
(KN)
式中：──坝面单位宽度上的水平泥沙压力──竖直方向的泥沙压力
γSb
──
淤沙的浮容重
，取10
KN/m3
h
S
──
坝前泥沙淤积厚度
──
淤沙的内摩擦角，取30°
该工程多年平均输沙量为335万公吨/年，即V沙
=2.15
×106m3
因为k=330.2>100
水库淤积缓慢，可不考虑泥沙淤积的影响，故不计泥沙压力。
正常情况下的抗滑稳定分析：
抗滑稳定安全系数
式中：──接触面以上的总铅直力──接触面以上的总水平力U──作用在接触面上的扬压力f──接触面间的摩擦系数满足抗滑稳定要求。
（B）设计洪水位情况（上游水位233.442m，下游水位197.7m）荷载作用（以单宽计算）
H1=233.442-185=48.442mH2=197.7-185=12.7m
H=48.442-12.7=35.742m①自重
W1
=8×(236-185)×24
=9792KNW2
=
0.5×4×(205-185)×24
=
960KN
W3
=0.5×30.75×(223.442-185)×24
=
14185.1KN
∑W
=24937.1KN
(↓)
②水重
W4
=0.5×4×(205-185)×10
=400KN
W5
=4×(233.579-205)×10=
1143.16KN
W6=0.5×(197.7-185)2×0.8×10
=645.16KN
∑W
=2188.32
KN
(↓)
③扬压力扬压力折减系数=0.25
U1=gH2B=10×12.7×42.75
=5429.25KN
U2
=
0.5×agH×(42.75-8.6)=1531.6KN
U3
=
0.5×8.6×(agH+
gH)
=
1928.5KN∑U
=8889.35KN
(↑)
④静水压力
P1
=γH12
/2
=0.5×10×48.5792=
11800KN
(→)
P2
=γH22
/2
=0.5×10×12.72
=806.45KN(←)
∑P
=
10993.55
KN
(→)
⑤浪压力（直墙式）
表2－2
波高、波长波浪中心线至计算水位的高度平均波长L(m)
波高hL(m)
坝前水深H(m)
水面壅高hZ(m)
13.27
1.356
48.579
0.48由于坝前水深大于半波长，所以为深水波。=
KN
(→)
由于水库淤积缓慢，可不考虑泥沙淤积的影响，故不计泥沙压力。
设计情况下的抗滑稳定分析：
抗滑稳定安全系数
满足抗滑稳定要求。
（C）校核洪水位情况（上游水位233.579m，下游水位199.6m）
荷载作用（以单宽计算）
H1=233.579-185=48.579mH2=199.6-185=14.6m
H=48.579－14.6=33.98m①自重
W1
=8×(236-185)×24
=9792KNW2
=
0.5×4×(205-185)×24
=
960KN
W3
=0.5×30.75×(223.442-185)×24
=
14185.1KN
∑W
=24937.1KN
(↓)
②水重
W4
=0.5×4×(205-185)×10
=400KN
W5
=4×(233.442-205)×10=
1137.68KN
W6=0.5×(199.6-185)2×0.8×10
=
852.64KN
∑W
=2390.32KN
(↓)
③扬压力扬压力折减系数=0.3
U1
=γH2
B=10×14.6×42.75
=6241.5KN
U2
=
0.5×agH×(42.75-8.6)=1444.6
KN
U3
=
0.5×8.6×(agH+
gH)
=
1819KN
∑U
=9505.1KN
(↑)
④静水压力
P1
=γH12
/2
=0.5×10×48.4422=
11733KN
(→)
P2
=γH22
/2
=0.5×10×14.62
=1065.8KN(←)
∑P
=10667.2KN
(→)
⑤浪压力（直墙式）
表2－3
波高、波长波浪中心线至计算水位的高度平均波长L(m)
波高hL(m)
坝前水深H(m)
水面壅高hZ(m)
7.35
0.648
48.442
0.2由于坝前水深大于半波长，所以为深水波。=
KN
(→)
由于水库淤积缓慢，可不考虑泥沙淤积的影响，故不计泥沙压力。校核情况下的抗滑稳定分析：
抗滑稳定安全系数满足抗滑稳定要求。
表2－4
抗滑稳定安全系数列表荷载组合
最低安全值（Ks）
设计值
正常情况
1.05
1.21
设计情况
1.05
1.07
校核情况
1
1.08以上三种情况均满足抗滑稳定要求，所以坝体稳定。
2.2正常情况下应力计算
（坝基面）
2.2.1不计扬压力
求坝基面上应力
坝体上游坡n=0.2.;
坝体下游坡
m=0.8;
上游水深
H1＝47.2m；
下游水深
H2=3.6m；截面宽度B＝42.75
坝基面上应力：
∑W=26476.94KN∑P=-11135.31KN
∑M=-13363.51
（1）边缘应力
①水平截面上的正应力
由公式
，
(，为上下游边缘应力）可得：
②剪应力
③水平正应力④主应力
（2）内部应力的计算
①坝内水平截面上的正应力
，其中
，
得到
，将代入其中可得与一致。
将x=0代入其中可得与一致。坐标原点取在下游坝面，将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75
分别代入式子中可得：
表2－5x
0
10
20
30
40
42.75
σy
663.22
642.69
622.17
601.64
581.11
575.47②坝内水平截面上的剪应力
解得
，将代入其中可得与一致。
将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75
分别代入式子中可得：
表2－6x
0
10
20
30
40
42.75
τ
501.77
400.99
287.12
160.16
20.11
-20.69③坝内沿水平截面的水平正应力
，各项系数
的计算如下：
因此在坝基截面上的表达式：
，将x=42.75代入其中可得与一致，将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75
分别代入式子中可得：
表2－7x
0
10
20
30
40
42.75
σx
437.42
421.84
424.01
440.36
467.33
476.14④坝内主应力和
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表2－8x
0
10
20
30
40
42.75
σ1
1064.64
948.186
826.825
700.32
584.566
579.61
σ2
36
116.346
219.35
341.683
463.883
472
φ1
-38.66°
-37.3°
-35.48°
-31.64°
-9.736°
11.31°当x=42.75时，φ=11.31°,
tanφ=0.2；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0.2
,
m=0.8相一致。
2.2.2计扬压力
（1）边缘应力
（2）坝内应力
(a)
坝底扬压力分布如图2所示,将其划分为两部分,第一部分自上游至下游呈直线变化,在上游面，在下游面，根据布拉兹原理，可直接写出在这部分渗透压力作用下的混凝土应力如下：
表2－9x
0
10
20
30
40
42.75
σx
-36
-67.92
-99.84
-131.76
-163.68
-172.458
σy
-36
-67.92
-99.84
-131.76
-163.68
-172.458
τ
0
0
0
0
0
0(b)计算第二部分扬压力作用下的应力：
正应力:
，其中
式中：——迎水面的扬压力强度——扬压力消失点至迎水面距离和坝体端面总长度的比值
得到，计算结果如下：
表2－10x
0
10
20
30
40
42.75
σy
48.138
11.52
-25.095
-61.712
-98.329
-108.4剪应力:
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：
其中
可得()
在O’上游段：
其中
；
可得
（）
计算结果如下：
表2－11x
0
10
20
30
40
42.75
x"
5.85
8.6
τ
38.51
13.5
-2.95
-10.826
-23.844
-38.23正应力σx:
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：其中
可得()
在O’上游段：
其中可得（）
计算结果如下：
表2－12x
0
10
20
30
40
42.75
x"
5.85
8.6
σx
30.808
13.558
6
4.142
-198.562
-291.9将不计扬压力时的应力与只有扬压力时的应力叠加即可得计扬压力时的应力情况。
合成后的应力如下：
表2－13x
0
10
20
30
40
42.75
σy
675.35465
586.292569
497.23049
408.1684
319.10632
294.6142
σx
432.22698
367.478498
330.17467
312.7443
105.09205
11.77689
τ
540.28372
414.493033
284.17781
149.33805
-3.7296418
-58.9244由上表可知，x=42.75和x=0时的坝内应力σy，σx，τ与边缘应力均相一致。
(3)计算主应力：
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表2－14x
0
10
20
30
40
42.75
σ1
1107.58
905.57
709.9
517.23
319.17
306.4
σ2
-0.00012
48.196
117.503
203.68
105.027
-0.0077
φ1
-38.66°
-37.61°
-36.81°
-36.14°
1.0°11.31°当x=42.75时，φ=11.31°,
tanφ=0.2；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0.2
,
m=0.8相一致。
2.3校核情况下应力计算（坝基面）
2.3.1不计扬压力
求坝基面上应力
坝体上游坡n=0.2.;
坝体下游坡
m=0.8;
上游水深
H1＝48.579m；
下游水深
H2=14.6m；截面宽度B＝42.75
坝基面上应力：
∑W=27327.42KN∑P=-10682.782KN
∑M=-33336.446
(1)边缘应力
①水平截面上的正应力
由公式
，
(，为上下游边缘应力）可得：
②剪应力
③水平正应力④主应力
(2)内部应力的计算
①坝内水平截面上的正应力
，其中
，
得到
，将代入其中可得与一致，
将代入其中可得与一致。将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75
分别代入式子中可得：
表2－15x
0
10
20
30
40
42.75
σy
748.684
697.481
646.278
595.076
543.873
529.792②坝内水平截面上的剪应力解得
，将代入其中可得与一致。
将代入其中可得与一致。将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75
分别代入式子中可得：
表2－16x
0
10
20
30
40
42.75
τ
482.147
381.6
272.283
154.199
27.347
-9.074③坝内沿水平截面的水平正应力
，各项系数
的计算如下：
因此在坝基截面上的表达式：.
将代入可得与一致，将代入可得与一致。将x
=0,
10,
20,
30,
40,
42.75代入式子中可得：
表2－17x
0
10
20
30
40
42.75
σx
531.717
515.15
492.321
476.261
480
486.235④坝内主应力和
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表2－18x
0
10
20
30
40
42.75
σ1
1134.4
998.653
852.255
700.915
553.982
531.607
σ2
146
213.978
286.344
370.421
469.893
484.42
φ1
-38.66°
-38.28°
-37.11°
-34.47°
-0.428°
11.31°当x=42.75时，φ=11.31°,
tanφ=0.2；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0.2
,
m=0.8相一致。
2.3.2计扬压力(1)边缘应力(2)坝内应力
(a)
坝底扬压力分布如图2所示,将其划分为两部分,第一部分自上游至下游呈直线变化,在上游面，在下游面根据布拉兹原理，可直接写出在这部分渗透压力作用下的混凝土应力如下：
表2－19x
0
10
20
30
40
42.75
σx
-146
-174.44
-202.88
-231.32
-259.76
-267.58
σy
-146
-174.44
-202.88
-231.32
-259.76
-267.58
τ
0
0
0
0
0
0(b)计算第二部分扬压力作用下的应力：
正应力:
，其中
式中：——迎水面的扬压力强度——扬压力消失点至迎水面距离和坝体端面总长度的比值
得到，计算结果如下：
表2－20x
0
10
20
30
40
42.75
σy
34.85
8.34
-18.17
-44.68
-71.19
-78.48剪应力:
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：
其中
可得()
在O’上游段：
其中
；
可得
（）
计算结果如下：
表2－21x
0
10
20
30
40
42.75
x"
5.85
8.6
τ
27.88
9.77
-2.13
-7.84
-17.26
-27.68正应力σx:
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：其中
可得()
在O’上游段：
其中
可得（）
计算结果如下：
表2－22x
0
10
20
30
40
42.75
x"
5.85
8.6
σx
22.3
9.82
4.35
3
-143.75
-211.32将不计扬压力时的应力与只有扬压力时的应力叠加即可得计扬压力时的应力情况。
合成后的应力如下：
表2－23x
0
10
20
30
40
42.75
σy
637.53
531.38
425.23
319.08
212.93
183.74
σx
408.02
350.53
293.79
247.94
76.49
7.33
τ
510.026
391.37
270.15
146.36
10.085
-36.75由上表可知，x=42.75和x=0时的坝内应力σy，σx，τ与边缘应力
大致相等，其中与x=42.75时的值有一定误差。
(3)计算主应力
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表2－24x
0
10
20
30
40
42.75
σ1
1045.55
842.64
637.54
434.13
213.67
191.086
σ2
-0.00029
39.27
81.48
132.89
75.75
-0.02
φ1
-38.66°
-38.5°-38.16°
-38.17°
-4.21°11.32°当x=42.75时，φ=11.32°,
tanφ=0.2；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0.2
,
m=0.8相一致。
2.4正常情况下应力计算（上游转折点）
2.4.1不计扬压力
求坝基面上应力
坝体上游坡n=0.;
坝体下游坡
m=0.8;
上游水深
H1＝27.2m；
下游水深
H2=0m；截面宽度B＝22.754m
坝基面上应力：
∑W=9217.12KN∑P=-3760.11KN
∑M=2188.93
(1)边缘应力
①水平截面上的正应力
②剪应力
③水平正应力④主应力
(2)内部应力的计算
①坝内水平截面上的正应力
，其中
，
得到
，将代入其中可得与一致。
将x=0代入其中可得与一致。坐标原点取在下游坝面，将x
=0,
5,
10,
15,
20,
22.754
分别代入式子中可得：
表2－25x
0
5
10
15
20
22.754
σy
379.71
390.858
402.007
413.155
424.303
430.444②坝内水平截面上的剪应力
解得
，将代入其中可得与一致。
将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,
5,
10,
15,
20,22.754分别代入式子中可得：
表2－26x
0
5
10
15
20
22.754
τ
303.768
250.768
190.023
121.533
45.298
0③坝内沿水平截面的水平正应力
，各项系数
的计算如下：
因此在坝基截面上的表达式：
，将x=22.754代入其中可得与一致，将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,
5,
10,
15,
20,
22.754
分别代入式子中可得：
表2－27x
0
5
10
15
20
22.754
σx
243.014
228.493
236.202
253.836
269.086
272④坝内主应力和
当
时按下式计算主应力当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表2－28x
0
5
10
15
20
22.754
σ1
622.724
573.257
526.424
478.809
436.556
430.444
σ2
0
46.094
111.785
188.182
256.834
272φ1
-38.66°
-36.03°
-33.21°
-28.38°
-15.14°
0当x=22.754时，φ=0,
tanφ=0；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0,
m=0.8相一致。
2.4.2计扬压力(1)边缘应力(2)坝内应力
(a)
坝底扬压力分布如图2所示,将其划分为两部分,第一部分自上游至下游呈直线变化,在上游面，在下游面，根据布拉兹原理，可直接写出在这部分渗透压力作用下的混凝土应力如下：
表2－29x
0
5
10
15
20
22.754
σx
0
-18.73
-37.457
-56.186
-74.914
-85.23
σy
0
-18.73
-37.457
-56.186
-74.914
-85.23
τ
0
0
0
0
0
0(b)计算第二部分扬压力作用下的应力：
正应力:
，其中
式中：——迎水面的扬压力强度——扬压力消失点至迎水面距离和坝体端面总长度的比值
得到，计算结果如下：
表2－30x
0
10
20
30
40
42.75
σy
30.125
8.588
-12.948
-34.484
-56.02
-67.883剪应力:
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：
其中
可得()
在O’上游段：
其中
；
；
可得
（）
计算结果如下：
表2－31x
0
5
10
15
20
22.754
x"
1.846
4.6
τ
24.1
12.408
0.717
-10.974
-10.544
1.1正应力σx:
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：其中
可得
()
在O’上游段：
其中
可得（）
计算结果如下：
表2－32x
0
10
20
30
40
42.75
x"
1.846
4.6
σx
19.28
14.357
9.434
4.511
-73.403
-185将不计扬压力时的应力与只有扬压力时的应力叠加即可得计扬压力时的应力情况。
合成后的应力如下：
表2－33x
0
5
10
15
20
22.754
σy
409.8346
380.71822
351.60182
356.96949
293.369
277.3317
σx
262.2942
224.12132
208.17903
202.16078
120.76895
1.761747
τ
327.8677
263.17641
190.74008
110.55871
34.754211
1.100878由上表可知，x=22.754和x=0时的坝内应力σy，σx，τ与边缘应力大致相同，与x=22.754时的σx，τ有一定的误差。
(3)计算主应力
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表2－34x
0
5
10
15
20
22.754
σ1
672.129
576.996
483.666
414.528
300.104
277.336
σ2
-0.00024
27.843
76.115
144.60
114.034
1.758
φ1
-38.66°
-36.72°
-34.7°
-27.5°
-10.97°
0.23°当x=22.754时，φ=0.23°,
tanφ=0.004；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0.2
,
m=0.8基本一致。
2.5正常情况下应力计算（A-A截面）
2.5.1不计扬压力
求坝基面上应力
坝体上游坡n=0.;
坝体下游坡
m=0.8;
上游水深
H1＝12.2m；
下游水深
H2=0m；截面宽度B＝10.7536m
坝基面上应力：
∑W=3185.73KN∑P=-805.11KN
∑M=-453.798
(1)边缘应力
①水平截面上的正应力
②剪应力
③水平正应力④主应力
(2)内部应力的计算
①坝内水平截面上的正应力
，其中
，
得到
，将代入其中可得与一致。
将x=0代入其中可得与一致。坐标原点取在下游坝面，将x
=0,
2,
4,
6,
8,
10.7536
分别代入式子中可得：
表2－35x
0
2
4
6
8
10.7536
σy
319.793
311.035
302.277
293.52
284.76
272.7②坝内水平截面上的剪应力
解得
，将代入其中可得与一致。
将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,
2,
4,
6,
8,10.7536分别代入式子中可得：
表2－36x
0
2
4
6
8
10.7536
τ
255.835
160.07
86.317
34.587
4.877
0③坝内沿水平截面的水平正应力
，各项系数
的计算如下：
因此在坝基截面上的表达式：
，将x=10.7536代入其中可得与一致，将x=0代入其中可得与一致。将x
=0,2,
4,
6,
8,
10.7536
分别代入式子中可得：
表2－37x
0
2
4
6
8
10.7536
σx
204.668
102.504
66.184
72.445
98.022
122④坝内主应力和
当
时按下式计算主应力当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表2－38x
0
2
4
6
8
10.7536
σ1
524.461
397.799
330.47
298.804
284.888
272.702
σ2
0
15.74
37.99
67.16
97.895
122φ1
-38.66°
-28.46°
-18.087°
-8.687°
-1.495°
0当x=10.7536时，φ=0,
tanφ=0；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0,
m=0.8相一致。
2.5.2计扬压力(1)边缘应力
(2)坝内应力
(a)
坝底扬压力分布如图2所示,将其划分为两部分,第一部分自上游至下游呈直线变化,在上游面，在下游面，根据布拉兹原理，可直接写出在这部分渗透压力作用下的混凝土应力如下：
表2－39x
0
2
4
6
8
10.7536
σx
0
-9.912
-19.824
-29.736
-39.648
-53.295
σy
0
-9.912
-19.824
-29.736
-39.648
-53.295
τ
0
0
0
0
0
0(b)计算第二部分扬压力作用下的应力：
正应力:
，其中式中：——迎水面的扬压力强度——扬压力消失点至迎水面距离和坝体端面总长度的比值
得到，计算结果如下：
表2－40x
0
10
20
30
40
42.75
σy
16.817
5.096
-6.625
-18.346
-30.067
-46.204剪应力:
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：
其中
可得()
在O’上游段：
其中
可得
（）
计算结果如下：
表2－41x
0
5
10
15
20
22.754
x"
1.846
4.6
τ
13.453
6.833
0.214
-6.406
-3.589
1.37正应力σx:
以渗透压力消失点O’为界，分为左右两段，分别列出其公式，在O’下游段：其中
可得
()
在O’上游段：
其中
可得（）
计算结果如下：
表2－42x
0
10
20
30
40
42.75
x"
1.846
4.6
σx
10.763
7.672
4.582
1.491
-25.945
-66.51将不计扬压力时的应力与只有扬压力时的应力叠加即可得计扬压力时的应力情况。
合成后的应力如下：
表2－43x
0
2
4
6
8
10.7536
σy
336.61
306.22
275.83
263.78
215.046
173.204
σx
215.43
100.264
50.942
44.2
32.43
2.2
τ
269.3
166.9
86.53
28.18
1.3
1.37由上表可知，x=10.7536和x=0时的坝内应力σy，σx，τ与边缘应力
大致相同，与x=22.754时的σx，τ有一定的误差。
(3)计算主应力
当
时按下式计算主应力
当
时按下式计算主应力
主应力计算结果：
表2－44x
0
2
4
6
8
10.7536
σ1
552.04
399.353
305.27
267.342
215.055
173.215
σ2
-0.00024
7.13
21.5
40.64
32.42
2.185
φ1
-38.66°
-29.16°
-18.79°
-7.198°
-0.4°
-0.459°当x=10.7536时，φ=-0.459°,
tanφ=-0.008；当x=0时，φ=-38.66°,
tanφ=-0.8，与上下游坡n=0
,
m=0.8基本一致。3
溢流堰设计与计算
3.1堰面选择及计算
(1)堰顶上游曲线
目前引用较多的WES型堰面形状，堰面的设计水头Hd按堰顶最大水头的0.75-0.95,这里为校核洪水位与堰顶高程之差。
Hzmax=233.579-222.8=10.78mHd=10.780.85=9.16m
堰面可能出现的最大负压可参考下表:
表3－1Hd/Hmax
0.75
0.775
0.8
0.825
0.85
0.875
0.9
0.95
1
最大负压值(m)
0.5Hd
0.45Hd
0.4Hd
0.35Hd
0.3Hd
0.25Hd
0.2Hd
0.1Hd
0，由表可知最大负压值为0.3Hd=2.71m，满足校核洪水位闸门全开时出现负压不超过3-6m的要求。
WES曲线以堰顶为界分为上游段和下游段两部分，上游段曲线采用三圆弧椭圆形式。
堰顶O点上游三圆弧的半径及其水平坐标值为：
R1=0.5Hd=4.52mx1=-0.175Hd=-1.582m
R2=0.2Hd=1.81mx2=-0.276Hd=-2.495m
R3=0.04Hd=0.36m
x3=-0.282Hd=-2.549m
因此可得出三个点A(-1.582,4.52),
B(-2.495,1.81),
C(-2.549,0.36)
(2)堰顶O点下游曲线
堰顶下游曲线方程为
即将x=0,2,4,6,8,10
代入式中可求得相应的纵坐标，列表如下：
按上式算得的坐标值如下表：
表3－2x/m
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
y/m
0.277
1
2.117
3.605
5.448
7.633
10.152
12.997
16.163
19.639根据表中数值可绘得堰顶下游曲线OD。
下游直线段DE与曲线OD相切于D点,取下游直线段的坡度,则D点坐标
可如下求得：
对堰面曲线求一阶导数
直线DE的坡度为
故有即
mm
坝下游反弧半径r按下式计算：式中，上下游水位差故
取反弧曲线的上端与直线DE相切与E点，下端与河床相切于F点。E点，F点及反弧曲线圆心点O’的坐标，可用下面的分析法确定：
(1)反弧曲线圆心O’点
式中为下游堰高，取则(2)E点坐标
(3)F点坐标
根据上述计算结果，可绘得堰剖面曲线如图所示：图3－3溢流堰剖面图3.2溢流堰水面线的确定(不含掺气)
整个坝面（包括直线段）上的水面线的求法：
(1)由上面的计算知直线段的切点坐标为：
D(15.10,11.68)
(2)求曲线段的长度Lc:
对于WES型堰面，Lc可查表得到（按水工设计手册查X/Hd），这里X是从堰顶开始向下游计算，当时，查得的便是曲线段总长Lc,t。堰顶上游段的曲线长度
由于，查图可得，即曲线段总长
(3)
求直线段长度Ls:
从切点到直线段上的任意一点（Xi
,Yi）的距离
式中：—直线段坝面与水平向夹角，取550。(4)从堰顶曲线起点到点E的坝面距离(5)按Bauer公式求边界层厚度
K—坝面粗糙高度，对于混泥土坝面取K=0.427~0.61mm
，K=0.5m
表3－4
边界层厚度计算结果Lc,t
Yi
Yt
L
K
δ
22.148
11.68
11.68
22.148
0.5
0.325
22.148
13
11.68
23.76
0.5
0.345
22.148
15
11.68
26.202
0.5
0.376
22.148
17
11.68
28.644
0.5
0.406
22.148
19
11.68
31.086
0.5
0.436
22.148
21
11.68
33.528
0.5
0.466
22.148
23
11.68
35.97
0.5
0.495
22.148
25
11.68
38.412
0.5
0.524
22.148
27
11.68
40.854
0.5
0.553
22.148
29
11.68
43.296
0.5
0.582
22.148
30.12
11.68
44.663
0.5
0.598(6)计算单宽流量
式中：H—堰顶水头
取15.79mm—水头H时的流量系数
取0.48
g—重力加速度
9.8m/s2(7)用试算法推求来势水深：
表3－5
试算结果hp
Yi
H
H+Yi
10
11.68
15.79
27.47
14.809
5.736
8
11.68
15.79
27.47
18.765
4.589
6.156
11.68
15.79
27.47
27.472
3.5316
13
15.79
28.79
28.643
3.442
5.98
13
15.79
28.79
28.801
3.43
5.8
15
15.79
30.79
30.296
3.327
5.744
15
15.79
30.79
30.793
3.295
5.7
17
15.79
32.79
31.194
3.2695
5.535
17
15.79
32.79
32.789
3.175
5.4
19
15.79
34.79
34.21
3.097
5.348
19
15.79
34.79
34.789
3.068
5.2
21
15.79
36.79
36.535
2.983
5.179
21
15.79
36.79
36.796
2.971
5.1
23
15.79
38.79
37.806
2.925
5.027
23
15.79
38.79
38.785
2.883
4.9
25
15.79
40.79
40.597
2.811
4.887
25
15.79
40.79
40.791
2.803
4.8
27
15.79
42.79
42.131
2.753
4.759
27
15.79
42.79
42.789
2.73
4.7
29
15.79
44.79
43.767
2.696
4.64
29
15.79
44.79
44.801
2.662
4.6
30.12
15.79
45.91
45.515
2.639
4.578
30.12
15.79
45.91
45.915
2.626表3－6
计算结果Yi
11.68
13
17
19
21
23
25
27
29
30.12
hp
6.156
5.98
5.535
5.348
5.179
5.027
4.887
4.76
4.64
4.578(7)正交于坝面的坝面水深为表3－7Yi
11.68
13
17
19
21
23
25
27
29
30.12
hp
6.156
5.98
5.535
5.348
5.179
5.027
4.887
4.76
4.64
4.578
δ
0.325
0.345
0.406
0.436
0.466
0.495
0.524
0.553
0.582
0.598
h
6.215
6.042
5.608
5.426
5.263
5.116
4.981
4.86
4.745
4.6863.3自然掺气后水面线的确定
边墩向下游延伸成导水墙，其长度延伸到鼻坎的末端。墙顶应高出掺气后水深0.5～1.5m，平直段掺气后水深估算公式为：式中：h、hb—掺气前、后的水深，m；
v—掺气前计算断面的平均流速，m/s；
ξ—修正系数，一般为1.0～1.4m/s，v＞20m/s时，取较大值。
表3－8水面线解算结果Yi
11.68
13
17
19
21
23
25
27
29
30.12
hp
6.156
5.98
5.535
5.348
5.179
5.027
4.887
4.76
4.64
4.578
δ
0.325
0.345
0.406
0.436
0.466
0.495
0.524
0.553
0.582
0.598
h
6.215
6.042
5.608
5.426
5.263
5.116
4.981
4.86
4.745
4.686
v
20.152
20.784
22.592
23.443
24.265
25.06
25.83
26.578
27.305
27.704
hb
7.968
7.8
7.382
7.207
7.051
6.911
6.782
6.668
6.559
6.504导墙的高度在水面线的基础上再加上0.5~1.5m，则导水墙高度为8.0+0.5＝8.5m，导水墙顶宽取0.5m。致
谢??
经过半年的忙碌，毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及小组同学之间的相互讨论，想要完成这个设计是难以想象的。
???
在这里我首先要感谢我的指导老师XX老师。在做毕业设计的每个阶段，X老师都给予了我们悉心的指导。我们的设计较为复杂烦琐，但是X老师仍然细心地纠正图纸中的错误。他的治学严谨和科学研究的精神是我学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。
????其次要感谢和我一起作毕业设计的同学，她们在本次设计中克服了许多困难才完成了这次毕业设计，并承担了大部分的工作量。如果没有她们的努力，此次设计的完成将变得非常困难。
????然后还要感谢大学四年里培养与教育过我的老师，是他们让我学会了专业知识。
???参
考
文
献
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