XXXXX课程设计说明书设计名称水工建筑物课程设计设计题目混凝土重力坝课程设计设计时间201X.0X.XX～20XX.0X.XX系别水利工程系专业水利水电工程专业班级201X级水电(1)班姓名XXXXXXXXXXXX指导教师XXX201X年XX月 XX日目录1.基本资料·12.坝体剖面拟定·23.重力坝剖面设计·44坝体稳定分析·84.1 非溢流坝段稳定分析·84.2 溢流坝段稳定分析·135 坝体边缘应力分析·185.1非溢流坝边缘应力分析·185.2溢流坝边缘应力分析·196 坝顶细部构造·217.参考文献·238.混凝土重力坝设计图纸·24设计计算说明书1.基本资料1.1工程概况顺河水量丰沛，顺河中游与豫运河上游的礼河、还乡河分水岭均较单薄，并处于低山丘陵区，最窄处仅10余公里。

通过礼河、洲河及输水渠道，可通向唐山市；经还乡河、陡河可通秦皇岛市。

为解决唐山市、秦皇岛市两地区用水，国家决定修建顺河水库。

顺河水库位于河北省唐山、承德两地区交界处，坝址位于迁西县扬岔子村的顺河干流上，控制流域面积33700平方公里，总库容为25.5亿立方米。

水库距迁西县城35公里，有公路相通。

河槽高程150m。

水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是调节水量，供天津市和唐山地区工农业及城市人民生活用水，结合引水发电，并兼顾防洪要求，尽可能使其工程提前竣工获得收益，尽早建成。

根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为I级建筑物，其它建筑物按II级建筑物考虑。

1.2水文分析1.年径流：顺河水量较充沛，顺河站多年平均年径流量为24.5亿立方米占全流域的53%，年内分配很不均匀，主要集中在汛期七、八月份。

2.洪水：多发生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大涨落迅速的特点，据调查近一百年来有六次大水，其中1883年最大，由红痕估算洪峰流量约为24400—27400m³/s，实测的45年资料中最大洪峰流量发生在1962年为18800m³/s。

3.泥沙：淤砂浮容重为0.9吨/立米，内摩擦角为12度。

淤砂高程157.5米。

4.建筑材料：砌石容重：2.3t/m3；混凝土容重：2.4t/m3。

1.3气象库区年平均气温为10℃左右，一月份最低月平均产气温为零下6.8℃，绝对最低气温达零下21.7℃(1969年)7月份最高月平均气温25℃，绝对最高达39℃(1955年)，本流域无霜期较短(90—180天)冰冻期较长(120—200天)，顺河站附近河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，封冻期约70—100天，冰厚0.4—0.6米，岸边可达1米，流域内冬季盛行偏北风，风速可达七、八级，有时更大些，春秋两季风向变化较大夏季常为东南风，多年平均最大风速为21.5米/秒，水库吹程D=3公里。

1.4工程地质库区地质：顺河水库、库区属于中高山区，河谷大都为峡谷地形，只西城峪至北台子一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现且不对称，区域内无严重的坍岸及渗漏问题。

本层岩体呈厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右。

岩石物理力学性质：岩石容重为2.68—2.70吨/立米，饱和抗压强度，弱风化和微分化岩石均在650公斤/厘米2以上，有的可达1100公斤/厘米2，混凝土与岩石的磨擦系数微分化及弱风化下部，可取ˊf=1.10、c ˊ=7.5kg/cm 2。

地震：库区的基本烈度为6度。

2.坝体剖面拟定水库净水位的超高按公式l z c h h h h ∆=++计算，计算分设计洪水、校核洪水和正常蓄水位三种情况进行。

由于风的作用，在水库内形成波浪，它不但给闸坝等挡水建筑物直接施加浪压力，而且波峰所及高程也是决定坝高的重要依据。

浪压力也与波浪要素有关，波浪要素包括波浪的长度、高度及波浪中心线高出静水位的高度。

2.1波浪要素计算 2.1.1累积频率波高计算一般采用以一定实测或试验资料为基准的半理论半经验方法。

根据SL319 — 2005《混凝土重力坝设计规范》丘陵、平原地区水库，宜按鹤地水库公式计算：0v --计算风速，s m /，在正常洪水位和设计洪水位时，采用相应季节50年重现期的最大风速的多年平均值，近似取s m v /5.210=D --风区长度（有效吹程），m D 3000= 2%h ——累积频率为2%的波高，mmL ——平均波长，m1/222000.0386[]m gL gD v v = （1）计算得，设计洪水位时m L m 513.14=；校核洪水位时m L m 513.14=。

由公式0.4520.70220.700200.0018()0.13[0.7()]{}0.13[0.7()]m m m gD gh gH v th th gH v v th v = （2）计算出平均波高m h m 548.0=，并与平均水深m H （取正常蓄水位）相比得mmH h 约为0，查SL319 — 2005《混凝土重力坝设计规范》表B.6.3-1不同累积频率的波高与平均波高的比值得到:设计洪水位时m h 325.142.2548.0%1=⨯= 校核洪水位时m h 325.142.2548.0%1=⨯= 2.1.2 波浪壅高的计算：已知km D 3=，设计洪水时采用多年平均最大风速s m v /5.210=，校核情况采用多年平均最大风速21.5/v m s =，根据SL319 — 2005《混凝土重力坝设计规范》官厅水库公式：21%2z h Hh cthLLππ=（3）计算得到设计洪水时波浪雍高m h z 38.0=，校核洪水时波浪雍高m h z 38.0=。

2.1.3 防浪墙顶值洪水位高差计算：c h 为安全加高，坝的安全级别是Ⅰ级，查《水工建筑物》表3-10，可得设计洪水时m h c 7.0=，校核洪水时m h c 5.0=由公式：c z h h h h ++=∆%1（4）得：设计洪水时m h 405.27.038.0325.1=++=∆ 校核洪水时m h 205.25.038.0325.1=++=∆h ∆为防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位时的高差。

2.2坝顶高程计算：设计情况下坝顶高程=设计洪水位m h 105.228405.27.225=+=∆+ 校核情况下坝顶高程=校核洪水位m h 405.229205.22.227=+=∆+ 可见校核状况下的高程为控制高程，选择坝顶高程为m 2282.1405.229=-。

3.重力坝剖面设计3.1非溢流坝剖面设计河槽高程为150m ，则坝高：m 78150228=-。

坝顶宽度： 取值范围为坝高的8%到10%，考虑交通要求，取8m 。

上游坝坡做成折坡，折坡点位于坝高1/3处（即高程176m 处），在此上坝坡铅直，在此以下，坝坡坡率n 取为0.16，下游坝坡坡率m 取为0.8， 66.38=ϕ。

底宽取 77.52，为坝高的0.80倍。

非溢流坝横断面如图1所示。

图1 非溢流坝断面图3.2 溢流坝剖面设计溢流坝由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。

3.2.1堰面曲线设计坝高78米，由规范知单宽泄流量q 的取值范围为：50~1003/()m s m ⋅，取)/(753m s m q ⋅=。

232h g m q ε=(5)取ε=0.95，m =0.5，得堰顶水头m h 83.10=设计洪水位为225.7m ，m 87.21483.107.225=-，取堰顶高程为215m 。

堰顶最大作用水头m h 2.122152.227max =-=。

该工程采用开敞式溢流坝，溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线可采用WES 曲线，曲线的具体如图2。

图2 WES 曲线其中的d h 为定形设计水头，按堰顶最大作用水头max h 的75％-95％计算。

由于上游堰高d H m h 33.17.751507.225>=-=，故取m h H d 76.980.0max ==m H R m H R m H R d d d 39.004.0,95.12.0,88.45.0321====== m H m H m H d d d 75.2282.0,69.2276.0,71.1175.0===堰顶下游采用WES 曲线（X ，Y —以溢流坝顶点为坐标原点的坐标，X 以向右为正，Y 以向下为正），方程为： 1.850.852dx y H = (6)故可得堰面曲线见表1：表1 堰面曲线表X 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Y 0.9 0 0.072 0.260 0.550 0.937 1.416 1.984 2.639 3.378 4.200 X10111213141516171819Y 0.9 5.104 6.089 7.152 8.293 9.512 10.807 12.178 13.623 15.142 16.735中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同。

用以下方法可求得切点坐标为（13.91，9.40）。

具体过程如下：80.01285.185.085.0==d H x dx dy ，得m x u 91.13=，再代入 1.850.852d x y H =，可得m y u 40.9=。

3.2.2 反弧段半径和反弧圆心坐标的确定直线段后接反弧段，采用挑流消能。

根据鼻坎高于下游水位1~2m 的要求，确定鼻坎高程158.3（下游最高水位为156.8m ），试取 23=θ，下游河床高程150m ，以校核洪水为控制情况，上游水位227.2m ，下游水位为156.8m 。

由能量守恒公式：221mv mgh =(7)得反弧段最低点流速s m v /04.33=反弧半径的确定，经试算拟定R=18m ，此时反弧最低点高程为m R R H H 87.1561823cos 183.158cos =-⨯+=-+= θ坎顶(8)m v q h 27.204.3375===(9)为了保证有较好的挑流条件，反弧半径R=(4～10)h ，故取反弧半径R=18m ，是符合要求的。

圆心高程：m R H H 86.17423cos 183.158cos 0=⨯+=+= θ坎顶， 圆心纵坐标m y 14.3986.1742140=-=，直线段与反弧半径的切点纵坐标 m R y y d 38.5066.38sin 1814.39sin 0=⨯+=+= ϕ， 横坐标m y y x x u d u d 65.4475.0)40.938.50(91.1375.0)(=⨯-+=⨯-+=， 则圆心横坐标m R x x d 71.5866.38cos 1865.44cos 0=⨯+=+= ϕ。