水工建筑物课程设计任务书及指导书（重力坝枢纽初步设计任务书）西北农林科技大学水建学院二○一五年六月一、课程设计目的与要求（一）课程设计目的1、使学生融会贯通本课程所学专业理论知识，独立地、系统地完成一个较完整的工程设计计算过程，以加深和巩固对所学理论的理解与应用。

2、使学生初步掌握水利工程坝设计的一般原则、方法和步骤，加深和巩固基础理论知识，培养学生独立工作和分析、解决实际问题的能力。

3、培养学生正确的设计思想、严谨的工作作风和求实奋进的精神。

4、训练和提高学生在设计、计算、查阅参考书、应用规范、绘图、编写说明书等方面的能力和技巧。

（二）课程设计要求1.要发挥独立思考能力，创造性的完成设计任务。

在设计中应遵循技术规范，借鉴参考已成工程的先进技术与经验。

2.对待设计、计算、绘图等工作，应具有严肃认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果达到较高水平，并从中得到锻炼。

3.必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在2周时间内圆满完成要求的设计内容。

4.成果包括:设计计算说明书一份，图纸不少于2张2号图(根据布图需求确定)。

（三）设计任务1.根据工程地质、地形条件以及水文气象资料，经方案比较，本枢纽工程挡水建筑物确定采用重力坝坝型。

要求按照给定的基础资料和选定的坝址，进行重力坝设计，包括重力坝布置，非溢流重力坝和溢流重力坝剖面设计，绘制平面布置图、下游立视图、非溢流重力坝断面、溢流坝剖面及相关的细部构造设计图。

2.非溢流重力坝的剖面设计：拟定剖面尺寸并进行典型剖面的稳定，和应力分析并绘制设计图。

3.溢流重力坝剖面设计：拟定溢流坝剖面，绘制下泄水位流量曲线，进行消能设计与计算，绘制剖面图。

4.细部构造设计，包括：混凝土标号分区、分缝、止水等。

5.地基处理设计：开挖、地基加固，防渗排水、软弱带处理等。

（四）进度安排课程设计时间为两周，要求充分利用每天时间和晚自习时间开展设计，时间安排如下：1、布置任务和熟悉资料：0.5天2、枢纽布置：1.0天3、非溢流坝设计：2.5天4、溢流坝设计：2.5天5、细部构造与地基处理 0.5天6、绘图及写说明书2.5天7、说明书整理1.5天（五）设计说明书参考目录第一章基本资料第二章工程总体布置（包括设计标准、工程等级划分等）第三章非溢流坝坝体设计（剖面拟定，稳定、应力分析，构造设计等）第四章溢流坝坝体设计（剖面拟定，消能防冲计算等）第五章细部构造设计第六章地基处理及两岸的连接二、基本资料（一）工程概况拟建的夕昌水库位于青海省循化县东南部的清水河左岸支流夕昌沟上。

循化撒拉族自治县位于青海省东部，祁连山支脉拉鸡山东端，黄河由西向东横贯县境北部。

县域东西长68km，南北宽57km，总面积2100km2。

东与甘肃省积石山保安族东乡族撒拉族自治县和临夏县接壤，南临甘肃省夏河县和青海省同仁县，西靠尖扎县。

北同化隆回族自治县为邻，东北与民和回族土族自治县相连。

图1 工程地理位置图夕昌水库综合利用功能有：三乡农业灌溉（含改善和扩大灌溉面积）、三乡林业灌溉、三乡人畜饮水、生态用水兼顾防洪等功能。

其功能主次顺序即为①农业灌溉②人畜饮水③河道内生态用水④防洪。

夕昌水库的修建具有特殊的社会效益，对于改善该流域的灌溉及人畜饮水现状，促进当地农业的较快发展，增加农民的经济收入，提高农民的生活水平，改善该地区的生态环境意义重大。

（二）工程规模夕昌水库担负多项综合开发任务，其要达到的效益目标为：解决2020年设计水平年的城镇供水、人畜饮水问题。

彻底改善项目控制区内的原水浇地（30113.5亩）的用水问题，解决项目区旱变水（7982.2亩）的灌溉用水问题，根据水量情况新增部分耕地500亩和林地4000亩，总计效益面积42595.7亩。

其中设计水平年农业万灌溉用水量为1724.70万m3/年，城镇与农村人畜饮水量为135.48m3/年，河道内生态用水量为360.00万m3/年，，合计2220.20m3/年。

基本的工程参数特征表见下表1-1：（三）工程等别及建筑物级别根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）》，确定工程规模、工程等别、防洪标准及设计标准。

夕昌水库总库容1121.76万m3，在1.0-0.1亿m3之间，属于Ⅲ等中型工程。

供水对象为整个循化县的核心部分，可以列为中等，属于Ⅲ等中型工程。

保护城镇为清水乡，属于一般，保护农田在5-30万亩之间，属于Ⅳ等小（1）型工程。

根据规范，按各指标中最高等级确定工程等别：综合取夕昌水库工程等级为Ⅲ等中型工程。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）》中“水库大坝提级指标”表中的规定，混凝土和浆砌石重力坝大坝高度超过了100m，按提高一级的规定，大坝的建筑物级别提高为2级。

其余永久性水工建筑物中的主要建筑物为3级，次要建筑物和临时建筑物为4级，而洪水标准不提高。

（四）气象水文资料1.流域概况拟建的夕昌水库位于青海省循化县东南部的清水河左岸支流夕昌沟上。

清水河（又称清水沟、起台沟）是循化县境内除黄河干流以外最大的一条河流，发源于循化县境东南隅达里加山的达力加错天池以西约1km的砾石地，海拔为4155m，自南向北流经循化县的刚察乡、白庄乡、道帏乡、清水乡，在县城积石镇以东约7km处的清水乡境内从右岸汇入黄河，干流全长50.5km，流域面积689km2，天然落差达2319m，河道比降37.4‰。

清水河流域属典型的黄土低山丘陵山区，上游地区由于受气候的影响，降水较丰沛，植被良好；中下游地区，沟壑纵横，农业生产较发达，是循化县的重要农业区之一。

清水河流域水土流失以水力侵蚀为主，土壤侵蚀模数在1000-1800t/.km2a。

水土流失主要以暴雨作用下产生泥石流、滑坡、崩塌等形式存在。

2.气象清水河流域地处青藏高原与黄土高原过渡地带，属高原半干旱大陆性气候，有冷暧季和干温季之分，春季冷暧多变，干旱风大，在回暧升温中常遇剧烈降温现象；夏季凉爽，降雨较多，雨热同季；秋季较短暂，气温骤降，逐日平均气温下降可达4～7℃；冬季漫长，干旱寒冷。

根据循化县气象站1959～2006年气象要素统计，坝址多年平均气温8.0℃；极端最高气温达32.0℃，极端最低气温-25℃，多年平均冻土深度为150cm，无霜期约150天；多年平均风速3.6m/s，主导风向为东南风，50年重现期最大风速达20m/s；多年平均年降水量为264.9mm，年内分配不均，一般春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）、冬季（12月～2月）的降水量分别占全年降水量的16.2%、63.5%、19.9%、0.4%。

3、径流与洪水水文分析主要参照清水河水文站、同仁站和隆务河口站的资料按无资料地区进行计算，径流分析成果和洪水分析成果见表1-2与表1-3。

表2夕昌水库不同频率洪峰流量表表3 夕昌水库不同频率设计洪水过程线4.泥沙根据隆务河的成果，采用多年平均侵蚀模数为159t/km2.a，计算水库坝址处的多年平均输沙量为3.65万t，推移质泥沙按悬移质的20%计，则多年平均输沙量为4.38万t。

5.河道水位流量关系曲线与水库特征曲线根据1:1000库区地形图绘制的夕昌水库上坝址横断面如图2，计算可知该河段纵比降i=43‰。

根据该河段的基本情况，河床糙率取n=0.067，由曼宁公式计算某一水位时河道的天然流量，天然水位和流量关系如图3。

夕昌水库的水库特性曲线如图4。

图2 夕昌水库上坝址横断面图）图3 夕昌水库坝址天然水位流量关系曲线（上坝址）水位Z （m ）286028702880289029002910292029302940295029602） 3）水位Z （m ）Z~V 曲线Z~A 曲线图4 夕昌水库特性曲线（上坝址）（五）地质资料工程区的区域构造稳定性较好，工程区地震动峰值加速度为0.1g地震反应谱特征周期为0.45s，相当于地震烈度为7度。

库区不存在渗漏，浸没等问题，固体径流物为洪水期由夕昌沟上游及两岸冲沟带来的推移质。

经取水样分析，坝区地下水与河水对普通混凝土不具腐蚀性，作为生活饮用水的河水除细菌含量，大肠菌群超标外，其它指标均满足国家标准。

1.坝址区工程地质概况（1）地形地貌坝区段河谷呈“V”型，两岸山体雄厚，地形坡度30º-70º。

坝区河谷狭窄，谷宽40-70m，发育有不对称的二级阶地，一级阶地高于河床1.5-2.0m，阶面宽20-50m，略倾向于河床，二级阶地高于河床8-10m，向河床倾斜，阶面宽10-30m。

两岸地形完整，由燕山期花岗岩组成的山体雄厚，在地形上具有较好的建坝条件。

（2）地层岩性坝址区第四系松散堆积层，按成因可分为：a、坡积碎石土：分布于坡鹿及山体斜坡，浅黄色，以砂土为主，碎石与角砾含量30-40%，结构松散，厚度4-8m。

b、冲洪积漂砾卵石层：，灰白—青灰色，以卵石为主，砾石含量30%，漂石含量20-30%，砂土充填，结构松散，厚度8-12.5m，分布于现代河床，河漫滩及一、二级阶地。

c、洪积砂砾卵石层：淡黄色，以卵石为主，砾石含量30-40%，砂土充填，结构松散，厚度5-8m，分布于两岸冲沟之沟口。

d、崩积坡积碎块石层：灰白色，以块石为主，碎石含量30%，具架空结构，厚度10-20m，分布于河谷左岸。

e、侵入岩，坝区广泛分布着燕山期花岗岩,中粒结构,块状构造,主要矿物为石英20-30%,长石30-40%,角闪石20%,及少量黑云母,以岩株产出。

（3）坝址区物理地质现象与边坡稳定评价坝区冲沟不发育，地形较完整。

坝区物理地质现象有泥石流与崩塌。

泥石流见坝址右岸上游冲沟及下坝址左岸下游冲沟，但方量不大，对坝区无大的影响。

规划坝址区的坝肩由花岗岩边坡构成，坡度35º-70º，岩体节理较发育，其组合关系对边坡稳定影响不大。

自然边坡仍处于稳定状态。

由崩积体构成的边坡坡度30º-45º，根据探坑揭露，崩积体主要由块石构成，碎石含量30%，角砾与砂土充填，具架空结构；一般粒径20-40cm，最大粒径80cm，成份为花岗岩，具棱角，边坡稳定性较差；坡积碎石土边坡30º-45º，自然边坡为稳定—基本稳定。

2.坝址基岩物理力学参数根据9组岩石试验:花岗岩的天然密度2.6-2.78g/cm3，比重2.73-2.83，吸水率0.51-0.83%，平均值为0.64%，干抗压强度101.3-168.2Mpa，饱和抗压强度78-143Mpa，软化系数0.75-0.85，平均值为0.8。

上坝址岩体的弹性模量为1075-391738Mpa，平均值为3698.25Mpa，波泊桑比0.01-0.28。

花岗岩的允许承载力可取8.0Mpa，混凝土与花岗岩的抗剪断摩擦系数可取1.35，凝聚力ｃ＇可取1.30Mpa,变形模量E0可取15GPa。