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水工建筑物的课程设计—斜墙坝


选取4中运用条件中的最大值作为坝顶高程,即坝顶高程为595.33m。 考虑水库综合利用情况,取596m。
2、 坝顶构造:
(1) 坝顶宽度:
SL 274—200J《碾压式土石坝设计规范》规定: 高坝顶宽可
选为10--15m,中、低坝顶宽可选为5--10m。
由于该设计中无交通要求时,仅考虑抢险防汛及检修灌浆和运
(1) 防渗体: 防渗体的厚度主要决定于土料的质量,如容许渗流比降、塑性、 抗裂性能等。在设计中通常采用平均容许比降作为控制标准,它 等于作用水头H与防渗体厚度T的比值,斜墙的不宜大于5。防渗体 顶部的水平宽度不应小于3m,自上而下逐渐加厚,在坝底部不低 于容许比降所规定的要求。 此斜墙坝顶部宽度定为3m,上游坡度取为1:2.5,上下游作用最大 水头差H=596-560=36m,故墙厚,斜墙底宽取为10m>7.2m,斜墙下 游与水平面夹角为,,则其坡度为。 斜墙上游应设置保护层,以防止冰冻和干裂。保护层可采用砂或 碎石,其厚度不小于该地区的冻结和干燥深度,此处取1.0m,分 别铺0.5m厚的碎石和砂砾石。 5、 坝基防渗设置:
运用条件 水位 波浪爬高R 风壅水高e 安全加高A 地震安全加高
单位:m 坝顶高程
(1)
592 1.81 0.015
1.0
-
594.83
(2)
590 1.81 0.015
1.0
-
592.83
(3)
593 1.81 0.015
0.5
-
595.33
(4)
590 1.81 0.015
0.5
1.0 593.33
行管理要求,坝顶宽度8m。
(2) 坝顶构造:
坝顶盖面材料应根据当地材料情况及坝顶用途确定,一般采用
密实的砂砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土等柔性材料。本设计
采用碎石路面。
坝顶上游侧宜设防浪墙,墙顶一般高出坝顶1.0--1.20m。防浪
墙应坚固不透水,用砌石浆建造,取1.2m。
3、 坝坡构造:
(1) 坝坡坡度:
铺盖是均质坝体心墙或斜墙上游水平的延伸,可以延长坝基渗流 的渗径,以控制渗透坡降和渗流量在允许的范围内。铺盖土料的 渗透系数应小于10-5cm/s,且至少要小于坝基透水层渗透系数的100 倍以上,此坝周围的砂石料符合这一要求。铺盖向上游伸展的长 度一般最长不超过6—8倍水头,铺盖的厚度,上游端按构造要 求,不小于0.5m,取为1m,向下游逐渐加厚使某断面处在顶、底 水头差作用下其渗透比降在允许范围内,在与坝体防渗体连接处 要适当加厚以防断裂。铺盖上应设保护层,以防止蓄水前干裂、 冻蚀和运用期的风浪或水流冲刷,铺盖底应设置反滤层保护铺盖 土料不流失。 6、 土坝排水设置: 坝体排水用堆石棱柱体排水,它是在下游坝脚处用块石堆成的棱 体。棱体顶宽不小于1.0m,顶面超出下游最高水位的高度,对2级坝 不小于1.0m,而且还应保证浸润线位于下游坝坡面的冻层以下,因 下游无水,故取棱体顶高3m,顶宽2m。棱体内坡根据施工条件决定, 一般为1:1.0—1:1.5,外坡取为1:1.5—1:2.0,在此处取内坡 1:1.5,外坡1:2.0。在棱体与坝体及土质地基之间均应设置反滤 层,在棱体上游坡脚处应尽量避免出现锐角。 7、 反滤层和过滤层
4、水库规划资料。该工程主要为下游城市和农田供水,供水工程的 最大引用流量为20m3/s。水库正常蓄水位590 m、设计洪水位592 m、校核洪水位593m。设计洪水流量1200m3/s,下泄允许最大单宽流 量18m3/s。水库最大风速12m/s,吹程D=5km。灌区位于左岸,灌溉 输水渠渠首设计水位572m。
方向相反。
根据以上作用力,可求得边坡稳定安全系数为
式中,为i土条底面上的弧长,。
若计算时考虑孔隙水压力作用,可采用总应力法或有效应力 法。总应力法计算抗滑力时采用快剪或三轴不排水剪强度指 标;有效应力法计算滑动面的滑动力时,采用有效应力指标 和,根据以往实际工程经验取,,,,, 此时, 坝坡稳定安全系数为
土坝坝坡比参考值
坝高/m
上游坝坡
下游坝坡
(1:2.00)~(1:2.50) (1:1.50)~(1:2.00)
10~20 (1:2.25)~(1:2.75) (1:2.00)~(1:2.25)
20~30 (1:2.50)~(1:3.00) (1:2.50)~(1:2.75)
(1:3.00)~ (1:3.50)
的孔隙。
8、 坝型剖面图(见图纸)
(2) 土石坝防渗分析
渗流分析的内容包括:①确定坝体内浸润线;②确定渗流主要参
数——渗流流速与比降;③确定渗流量。
在渗流分析中,一般假定渗流流速和比降的关系符合达西定律,
即。斜墙采用粘土料,渗透系数,坝壳采用砂土料,渗透系数,两
者相差倍,可以把粘土斜墙看做相对不透水层,因此计算时可以不
2、 设计报告
(1) 土石坝的剖面尺寸及构造 经分析,该设计选择斜墙坝。
1、 坝顶高程: 坝顶高程=水库静水位+坝顶超高,取4种运用条件:
1) 设计洪水位+坝顶正常超高值 2) 正常蓄水位+坝顶正常超高值 3) 校核洪水位+坝顶正常超高值 4) 正常蓄水位+坝顶正常超高值+地震安全加高 中的最大值。 坝顶超高值: 式中:d—坝顶超高,m;R—波浪在坝坡上的设计爬高,m;e—风浪 引起的坝前水位壅高,m;A—安全加高,m。 1) 风壅水面高度: 式中,K—综合摩阻系数,取;D—风区长度,取吹程5km;—计算 风向与坝轴线的法线间的夹角,该坝;—风区内水域平均深度,设 为35m;—计算风速,m/s,2级坝采用多年平均最大风速的1.5— 2.0倍,此处取2倍。 算得,e=0.015m 2) 波浪爬高的计算: 平均波浪爬高:当坝坡系数m=1.5~5.0时,
y 0 1.16 1.64 2.32 2.84 3.27 3.66 4.01 4.33 4.63
浸润线轮廓如图示:
水力坡降 渗漏总量约为 渗漏量控制 平均流速 (3) 土坝稳定性计算
1、 土坝失稳的形式,主要是坝坡或坝坡连同部分坝基沿某一剪切 破坏面的滑动。稳定计算的目的是核算初拟的坝剖面尺寸在各 种运用情况下坝坡是否安全、经济。
合理的反滤层设计要满足的要求:
(1) 被保护土层不发生管涌等有害的渗流变形,在防渗体出
现裂缝的情况下,土颗粒不会被带出反滤层,而且能促
进使裂缝自行愈合。要求反滤层有足够小的孔隙,以防
土粒被冲入孔隙或通过孔隙而被冲走。
(2) 透水性大于被保护土层,能畅通的排除渗透水流,同时
不致被细粒土淤塞而失效。这要求反滤层必须有足够大
(1) 土条自重,方向垂直向下,其值为,其中分别表示该土条 中对应土层的重度;分别表示相应的土层高度,b为土层 宽度,可以将沿滑弧面的法向和切向进行分解,得法向分 力,切向分力。
(2) 作用于该土条底面上的法向反力与大小相等、方向相反。 (3) 作用于土条底面上的抗剪力,其可能发挥的最大值等于土
条底面上土体的抗剪强度与滑弧长度的乘积,方向与滑动
考虑上游楔形降落的水头作用。
坝体渗透计算
斜墙的平均厚度:
通过斜墙的:
…………………(1)
通过坝壳的:
…………………(2)
由公式(1)、(2)相等得:
下游无水,, 堆石棱柱体排水体高度为3m,计算L的长度:
则,,
坝壳浸润线方程,, 则坝壳浸润线方程可写为
坝壳浸润线方程坐标点 x 0 10 20 40 60 80 100 120 140 160
反滤层的作用是滤土排水,防止土工建筑物在渗流溢出处遭受 管涌、流土等渗流变形的破坏以及不同土层界面外的接触冲刷。反 滤层一般由1--3层级配均匀,耐风化的砂、砾。卵石和碎石构成, 每层粒径随渗流方向而增大。水平反滤层的最小厚度可采用0.3m; 垂直或倾斜反滤层的最小厚度可采用0.5m。
过渡层主要对其两侧土料的变形起协调作用。反滤层可以起到 过渡层的作用,而过渡层却不一定能满足反滤的要求。
5、 土石坝的稳定分析: 对于该坝来说,滑动面接近于圆弧,故采用圆弧滑动法进行坝坡稳 定分析。为了简化计算和得到较为准确的结果,常采用条分法。规 范采用的圆弧滑动静力计算公式有两种:一是不考虑条块间作用力 的瑞典圆弧法,一是考虑条块间作用力的毕肖普法。此坝用瑞典圆 弧滑动法。 1) 计算原理:
假定滑动面为圆柱面,将滑动面内土体是为刚体,边坡失稳时该土 体绕滑弧圆心O作转动。分析计算时常沿坝轴线取单宽坝体,按平 面问题采用条分法,将滑动土体按一定的宽度(通常宽度b=0.1R) 分为若干个铅直土条,不计相邻土条间的作用力分别计算出土条对 圆心O的抗滑力矩和滑动力矩,再分别求其总和。当土体绕O点的抗 滑力矩大于滑动力矩,坝坡保持稳定,反之,坝坡则丧失稳定。 2) 计算步骤: 将滑弧内土体用铅直线分成12个条块,为方便计算,取各土条块宽 度,对各土条进行编号,以圆心正下方的一条编号为i=0,并依次向 上游为i=1,2,3,……向下游为i=-1,-2,-3,……如图示 不计相邻条块间的作用力,任取第i条为例进行分析,作用在该条 块上的作用力如下:
精品
水工建筑物
课程设计
班级: 姓名: 学号:
水工建筑物课程设计——斜墙坝
1、 基本资料:
1、河谷地形见附图。 2、天然材料。在坝址附近3公里范围内渗透系数为k=10-5cm/s的土料 储量丰富,砂石料分布较为广泛。覆盖层厚度:岸坡3——5m,河床 5——7m。覆盖层渗透系数平均为10-2cm/s——10-3cm/s. 3、内外交通。工程紧靠公路,与铁路线相距约10公里,交通便利, 不需另外修建对外临时施工道路。
式中,为作用于i土条底面的孔隙压力。部分计算结果见下表
(1) 截水槽: 截水槽是坝体防渗体向透水地基中的延伸,是构造简单、防渗有 效、稳妥可靠的坝基防渗设施。槽底宽度应根据回填土料的容许渗 透比降、与基岩接触面抗渗流冲刷的容许比降以及施工条件确定。 槽的边坡一般不陡于(1:1)~(1:1.5),槽两侧设置反滤层或过渡
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