重力坝剖面的优化设计毕业设计说明书Word文档格式.docx
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①满足稳定和强度要求,保证大坝的安全;
②工程量要小;
③运用方便;
④便于施工。
非溢流坝段的基本断面呈三角形,其顶点宜在坝顶附近。
基本断面上部设坝顶结构。
根据交通和运行管理的需要,坝顶应有足够的宽度。
为防波浪漫过坝顶,在静水位以上还应留有一定的超高。
拟定基本剖面,再根据运用及其他要求,将基本剖面修改成为实用剖面,最后对实用剖面在全部荷载作用下进行应力分析和稳定验算,经过反复修改和计算,确定合理的坝体剖面。
2.1.1确定基本设计参数
重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水压力(水位与坝顶平齐)和扬压力三项主要荷载作用下,满足强度和稳定性要求,使工程量最小的三角形剖面。
在已知坝高H,水压力P、抗剪强度参数f、c和扬压力U的条件下,根据抗滑稳定和强度要求,可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。
2.1.2坝顶高程的计算
坝坝顶高程应高于校核洪水位,坝顶上游防浪墙高程,应高于波浪顶高程。
坝顶高程=设计/校核洪水位+安全超高,选用其中较大者。
安全超高:
(2-1)
式中:
——坝顶超高,即防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差m;
——累计频率为1%的波浪高度,m;
——波浪中心线高于静水位的高度,m;
——安全加高,取值按表2-1.
表2-1安全超高(m)
荷载组合(运用情况)
坝的级别
1
2
3
4、5
基本组合(正常情况)
0.7
0.5
0.4
0.3
特殊组合(校核情况)
0.2
(1)设计水位工况
根据基本资料,相应洪水季节50年重现期最大风速的多年平均值为16.8m/s,相应吹程1.9km,坝前水位=115-28=87(m)
由于本工程为内陆峡谷水库,根据《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005,采用官厅公式计算波高和波长。
(2-2)
(2-3)
其中,—为平均波长
查《混凝土重力坝设计规范》表B.6.3-1得:
(2-4)
波浪中心线至计算水位的高度:
(2-5)
此时,坝顶高程=115+0.32+0.5+0.87=116.69m
(2)校核水位情况
相应洪水季节50年重现期最大风速的多年平均值为16.8m/s,相应吹程2.1km,坝前水位为118.82-28=90.82(m)
根据《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005,
(2-6)
(2-7)
—为平均波长
(2-8)
此时,坝顶高程=118.82+0.32+0.5+0.91=120.55m
两者相比较,取坝顶高程为122m。
表2-2累积频率为P(%)的波高与平均波高的比值
2.1.2坝顶宽度的确定
根据《重力坝设计规范》考虑设备布置、运行、检修、施工交通等要求混凝土,坝顶宽度一般为取9m
2.1.3坝底宽度的确定
根据工程经验,底宽一般为坝高的0.7~0.9倍,初步设计取坝底宽度为70m左右。
2.1.4上下游坝坡率的确定
根据工程经验一般情况下,上游坝坡坡率n=0~0.2,常做成铅直或上部铅直下部倾向上游;
下游坝坡坡率m=0.6~0.8;
参考已建成工程的经验在本工程中可取上游坝坡坡率为n=0.1,下游坝坡坡率为m=0.7。
由剖面设计软件计算出最优剖面。
廊道的确定
在此工程设计中,采用简单的单层廊道,根据根据SL319—2005《混凝土重力坝设计规范》知基础灌浆廊道宽度为2.5~3.0m,高度取3.0~3.5m。
廊道的上游壁距离上游坝面的最小距离为该处坝面水头的0.05~0.1倍,并且不小于3.0m。
廊道的断面应根据其用途决定,同一类型廊道尽量采用定性断面。
本工程廊道采用城门洞形,断面尺寸为3.03.0;
廊道底面距离坝基5.0m,则廊道上游面距上游坝面为:
=(0.05~0.1)=(0.05~0.1)(94-5)=4.45~8.9m,取=5m。
初步拟定其实用剖面如下图2.1所示,其中坝顶宽度为9m,坝底宽度为69m。
上游起坡点高程为68m,下游起坡点高程为108m。
2.2确定荷载作用力
下列计算过程中,取单位宽度坝体研究,取荷载作用方向向下为正方向,向右为正方向;
力矩取顺时针方向为正。
式中负号表示与所选取正方向相反。
2.2.1确定各分项系数
根据国家《防洪标准》(GB50201-94),确定该工程为Ⅲ等工程。
其主要水工建筑物按3级建筑物设计,建筑物亦按4级建筑物设计。
其结构安全级别为Ⅲ级,相应的结构重要性系数为γ0=0.9又由《混凝土重力坝设计规范》(DL5108-1999)中查得自重、静水压力的作用分项系数为1.0,渗透压力的作用分项系数为1.2,浮托力的作用分项系数为1.0,淤沙压力的作用分项系数为1.2,波浪压力的作用分项系数为1.2。
材料分项系数中,混凝土/基岩的抗剪断摩擦系数为1.3,粘聚力分项系数为3.0,混凝土抗压强度分项系数为1.5由《混凝土重力坝设计规范》(DL5108-1999)中查得抗滑稳定极限状态设计式中基本组合和偶然组合的结、构系数都为γd=1.2,混凝土抗压极限状态设计式中的基本组合和偶然组合的结构系数为γd=1.8。
根据SL—2005《混凝土重力坝设计规范》,重力坝的几种见下表:
表2-3荷载组合表
荷载
组合
主要工况
自重
静水压力
扬压力
泥沙
压力
浪压力
地震
动水
其他荷载
基本
(1)正常
蓄水位
√
(2)设计
洪水位
(3)
冰冻情况
特殊
(1)校核
(2)
地震情况
2.2.2坝体自重
设计采用的混凝土为R18020.0Mpa,三级配,其理论容重为24kg/m3。
分三块计算:
图2-1重力坝基本剖面示意图
(2-9)
(2-10)
(2-11)
(2-12)
式中——水的容重,取9.81KN/m³
;
H——计算点以上水深,m;
——坝斜坡面以上水的体积,m³
L——力臂,m。
坝体自重:
力矩
荷载值:
力矩值:
2.2.3静水压力
上游水位为115m,相应下游水位为45.5m,水平力臂按照(2-11)式计算,铅直力臂按照式(2-12)计算。
上游:
水平水压力:
力臂
水平力矩值:
铅直水压力:
铅直力矩值:
下游:
铅直水压力:
(2)校核水位工况
上游相应水位118.82m,下游相应水位48.67m
上游侧:
下游侧:
2.2.4扬压力
目前在重力坝设计中在用坝底面扬压力分布图型如下图所示。
由《混凝土重力坝设计规范》中表B.3.1查得河床坝段底面的渗透压力系数α=0.2,又由《混凝土重力坝设计规范》(DL5108-1999)中表8.2.1-1查得扬压力中渗透压力的作用分项系数为1.2,浮托力的作用分项系数为1.其中η=0.2,Hu为上游水深,Hd为下游水深。
图2-2扬压力计算示意图
各部分扬压力计算公式:
第一部分:
(2-13)
(2-14)
第二部分
(2-15)
(2-16)
第三部分:
(2-17)
(2-18)
第四部分:
(2-19)
(2-20)
式中,——1,2,3,4部分的扬压力,KN;
——1,2,3,4部分扬压力对应的力臂,m。
(1)设计水位情况:
第一部分渗透压力:
力臂:
力矩:
第二部分渗透压力:
第三部分渗透压力:
第四部分浮托力:
合计:
扬压力:
力矩:
(2)校核水位情况:
2.2.5淤沙压力
根据资料知水库泥沙淤积高程为44.52m,淤积高度为16.52m,泥沙容重,内摩擦角φ,其作用分项系数为1.2。
(2-21)
设计情况:
校核情况:
2.2.6波浪压力
(2-22)
设计情况下,坝前水深H=87m大于半平均波长,所以属于深水波,按下式计算:
校核水位情况,坝前水深为90.82m,大于半平均波长,按照深水波计算。
荷载统计
设计水位工况:
水平方向(KN)
铅直方向(KN)
力矩(KN·
M)
—
75984
—741344
上游水压力
37125.95
2629.08
985949.15
下游水压力
—1502.16
1051.51
27514.50
—21390.12
—186294
波浪压力
22.88
1990.56
泥沙压力
1188.52
6933.03
合计
36835.19
60455.63
76902.38
校核水位工况:
40457.78
2778.98
1128917
—2095.66
1466.96
36171
—21423.57
—188036
24.28
2077.96
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