《混凝土重力坝电算》课程设计学生姓名：学号：专业班级： 2010级水利(2)班指导教师：二○一三年六月二十一日目录1 课程设计目的 (2)2 课程设计的任务和内容 (2)3 课程设计的要求成果 (2)4 基本资料 (3)5 课程设计报告内容 (4)6 课程设计总结 (24)7 结论 (24)参考文献 (24)附录I 主要电算成果原始文件 (25)1. 课程设计的目的1、巩固和加强学生对《水工建筑物》这门课程知识的理解；借助课设这一环节，培养学生综合运用已所学的理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能。

2、学会初步设计重力坝基本剖面，通过稳定、强度分析，拟定坝体经济断面；计算坝体应力，并满足规范要求；培养设计计算、绘图、编写设计文件和应用计算机的能力。

3、在课设中查阅和应用相关参考文献和资料，培养按规范设计的良好习惯。

2. 课程设计的任务和内容1、设计任务：碧流河水库混凝土挡水段第28号坝段剖面设计。

2、设计内容：1）通过稳定、强度分析，拟定坝体经济断面尺寸；2) 通过坝基水平截面处坝体内部应力分析，定出坝体混凝土分区方案；3) 坝体细部构造设计：廊道布置、坝体止水、坝体排水及基础防渗和排水等。

3. 课程设计的要求成果1) 设计计算说明书一份；2) A3设计图纸二张。

4. 基本资料1、 流域概况及枢纽任务碧流河水库位于碧流河中游干流上，坐落在新金县双塔镇与庄河县荷花山镇的交界处沙河口，距大连170公里。

总库容亿3m 。

是一座以供水为主，兼顾防洪、灌溉、发电、养鱼等综合利用的大II 型水库，是大连城市用水的主要水源。

2、地形地质坝址处的岩体可大致分为新鲜岩石、微风化及覆盖层。

河槽高程为m ，河槽处为半风化的花岗岩，风化层厚度为 2 m ，基岩具有足够的抗压强度，岩体较完整，无特殊不利地质构造。

两岸风化较深呈带状，覆盖层较少，坝址两岸均为花岗岩，岩石坚硬，裂隙不发育。

河床可利用基岩高程定为m 。

坝基的力学参数：坝与基岩之间抗剪断系数为93.0'=f ,kPa c 430'=；坝与基岩之间抗剪摩擦系数值为；基岩的允许抗压强度15000kPa 。

地震的基本烈度为7度，设计烈度为8度。

3、建筑材料砂料、卵石在坝址上、下游均有，坝址下游5km 以内砂储量丰富，可供建筑使用。

4、特征水位经水库规划计算，坝址上、下游特征水位如下： P=%校核洪水位为m ，相应下游水位为m ； P=1% 设计洪水位为m ，相应下游水位为m ； 正常挡水位为m ，相应下游水位为m ； 死水位为m ； 淤沙高程为m ； 总库容亿3m . 5、气象坝址洪水期多年平均最大风速s m /7.19，洪水期50年重现期最大风速s m /27，坝前吹程校核洪水位时m D 1500=,设计洪水位时m D 1300=。

6、其它有关资料淤沙干容重3/14m kN sd =γ，空隙率4.0=n ，淤沙内摩擦角016=ϕ。

坝体材料为混凝土,其容重采用3/24m kN c =γ。

5 课程设计报告内容确定工程等别根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，该工程拟建的水库总库容亿3m ，属于Ⅱ等、大(2)型工程。

相应的其主要建筑物等级为2级，次要建筑物等级为3级。

非溢流坝的剖面设计 基本剖面尺寸的拟定假定基本剖面为三角形，坝顶与校核洪水位齐平，在自重、扬压力、静水压力3项主要荷载作用下，满足强度和稳定要求，并使工程量最小的三角形剖面。

剖面，如图5-1所示：图5-1 重力坝基本三角形剖面图 1）按满足强度条件确定坝底的最小宽度T 。

当库满时： )(221w w c THU W W W αγγγ-+=-+=∑ )2232(122222w w w w c c TH H T W αγγβγβγβγγ---+-=∑ 上游边缘铅直正应力 26T M TW yu ∑∑+=σ⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+-=22)2()1(T H H w w w c yuγαγββγβγσ（ (5-1)下游边缘铅直正应力 26-T M TW yu∑∑=σ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=22)1(T H H w w c ydγββγβγσ (5-2)当库空时，令式5-1、式5-2中0=w γ，得：上游边缘铅直正应力 )1(βγσ-=H c yu (5-3) 下游边缘铅直正应力 βγσH c yu = (5-4) 强度控制条件是坝基面不允许出现拉应力。

当库空时，由式5-3可以看出：只要β在0～1之间，即上游坡度取正坡，坝基面不出现拉应力。

当库满时要使上游不出现拉应力，可令式5-2中0=yu σ，求得坝底宽度为： αβββγγ--+-=)2()1(wcHT由该式可知，当H 为一定值时，β值越小，则底宽也越小。

考虑库空时，下游坝面不出现拉应力，可取0=β，求得上游坝面为铅直面的三角形基本剖面的最小底宽：m HT wc02.35.250-81.92490.51-===αγγ2）按满足稳定条件确定坝底的最小宽度T ，水深H 取校核水位对应的水深。

水位与水深关系如表5-1所示：表5-1 水位与水深关系表由上求得m T 02.35=，可得：m kN H P w/16.1321290.5181.9212122=⨯⨯==∑γm kN TH W w c /46.21810)081.924(202.3590.51)2=⨯+⨯=+=∑βγγ（ m kN HT U w /76.222802.3590.5181.925.02121=⨯⨯⨯⨯==αγ518.216.13212102.35430)76.222846.21810(93.0')(''=⨯⨯+-⨯=+-=∑∑PAc U W f K安全系数：校核洪水位下，规范要求最小安全系数为，显然上述结果满足要求。

下游坡度675.0:102.35:90.511(::1==-=T H m ）β。

取7.0=m 。

坝顶高程的确定拟设置防浪墙，则防浪墙顶高程按式5-5、5-6计算，并取其中的大值：⎪⎩⎪⎨⎧∆+=∆+=校设校核洪水位防浪墙顶高程设计洪水位防浪墙顶高程h h (5-5)Δc z h h h h ++=%1(5-6)库区所在位置属高山峡谷地区，按5-7、5-8、5-9式计算波浪要素，以下式子由官厅水库公式中取 2/81.9s m g =化简得。

另外官厅水库公式适用范围为s m /200<ν且km D 20<，本设计中洪水期50年重现期最大风速27m/s ，超出范围，但是仍然认为适用。

314500166.0D h ν=(5-7)8.0)(4.10h L m = (5-8) mmz L HcthL h H ππ22=(5-9) 计算风速0ν设计情况取洪水期50年重现期最大风速s m /27，校核情况取洪水期多年平均最大风速s m /7.19。

当2502<νgD时，认为h 为累计频率为5%的波高%5h 。

当0≈=mm H h H h时，m h h 42.2%1=、m h h 95.1%5=，所以，%5%1421.1h h =。

安全加高c h 对于2级坝，校核情况取m 、设计情况取m 。

根据已给的设计洪水位及校核洪水位，考虑风浪及安全加高等，确定坝顶及防浪墙顶高程。

计算如表5-2所示：表5-2 防浪墙顶高程计算表由表5-2可以确定防浪墙顶高程为m ，取坝顶以上防浪墙高度为m ，那么坝顶高程为m ，相应坝高为m ，属于中坝。

坝顶宽度坝顶需要行走门式起重机，门机轨距m ，且考虑到交通要求、防浪墙及下游侧栏杆的布置。

因此，取坝顶宽度B 为10m 。

拟定坝体实用剖面为方便布置进口控制设备并利用水重帮助坝体稳定，上游面宜采用部分折坡坝面，上游坡度n =，折坡点定高度m ；下游坡度m =,上游最高水位为m 。

又坝体基本三角形顶点在校核洪水位附近。

那么拟定坝底宽度：m T 33.427.090.51302.0=⨯+⨯=确定荷载组合结合本设计实际情况，经分析研究，参照规范规定，写出各工况荷载组合表如表5-3：表5-3 荷载组合表荷载计算如图5-2所示，取单宽坝段计算。

荷载及力臂正方向如图5-2所示。

图5-2 荷载计算简图各工况按式5-10至5-27分别计算各项荷载，并计算各荷载对计算截面形心的力矩。

自重： c nH G γ21'21=(5-10) c BH G γ=2 (5-11)c mH G γ23''21= (5-12)水重： w H nH nH W γ)'('1-= (5-13) w nH W γ22'21= (5-14)w mH W γ22321= (5-15)上游水压力： w H P γ21121-= (5-16) 下游水压力： w H P γ22221= (5-17)扬压力： w T H U γ21-= (5-18) t H H U w γα)-(212-= (5-19))(-21213t T H H U w --=γα）（(5-20)t H H U w γα)-)(-1(21214-=(5-21)水平泥沙压力： )245(tan 21022ϕγ--=s sb SH h P (5-22)竖直泥沙压力： 221s sb SV nh P γ=(5-23)浪压力（深水波）： )(4%1z mw l h h L P +-=γ (5-24)校核工况荷载计算及组合见表5-5。

表5-5 校核工况荷载计算组合表结合理正软件的重力坝设计功能，对手算结果进行校核。

输入基本参数，并设置各分项系数为1，可得各项荷载的标准值。

对电算结果整理得表5-6：表5-6 荷载电算成果表经分析，荷载手算与电算结果基本一致。

稍有差别分析的原因是：浪压力计算有所差别，其原因可能是计算方法不一样。

不过浪压力本身就不大，其差值更小，可认为手算结果是可靠。

综上所述，荷载计算基本可靠。

坝体抗滑稳定分析对几种荷载组合情况分别进行稳定分析。

按照规范规定的抗剪断强度计算公式∑∑+=PAc W f K '''，各情况下安全系数计算见表5-7。

式中：'f 为坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数取；'c 为坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力取430kPa ；∑W 为作用于坝体全部荷载对滑动平面的法向分值；∑P 为作用于坝体全部荷载对滑动平面的切向分值。

表5-7 各工况抗滑稳定分析成果表由表5-7可知，该坝体在各个工况下抗滑稳定均满足规范要求。

且电算结果与手算结果基本一致。

因此，就稳定性而言，设计断面是合理的。

坝体应力分析 说明采用材料力学法进行计算，并且仅对坝基面进行应力分析，考虑扬压力。

坝体边缘应力分析依次按式5-27至5-31计算各工况yu σ、yd σ、u τ、d τ、xu σ、xd σ及主应力u 1σ、d 1σ、u 2σ、d 2σ；⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=+=∑∑∑∑2266T M T W T M T W yd yu σσ(5-27)⎪⎩⎪⎨⎧-+=--=mP P nP P d ud yd d yu uu u u )()(στστ (5-28)⎩⎨⎧+-=--=m P P nP P d ud d xdu uu u xu τστσ)()( (5-29)⎪⎩⎪⎨⎧--+=--+=221221)()1()()1(mP P m nP P n ud d yd d uu u yu u σσσσ (5-30) ⎩⎨⎧-=-=ud d duuu u P P P P 22σσ (5-31)上游坝踵处有泥沙压力，下游坝趾处无泥沙。