一、非溢流坝设计(一)、初步拟定坝型的轮廓尺寸(1)坝顶高程的确定①校核洪水位情况下:波浪高度2h l=0.0166V5/4D1/3=0.0166×185/4×41/3=0.98m波浪长度2L l=10.4×(2h l)0.8=10.4×0.980.8=10.23m波浪中心线到静水面的高度h0=π(2h l)2/ 2L l=3.14×0.982/10.23=0.30m安全超高按Ⅲ级建筑物取值h c=0.3m坝顶高出水库静水位的高度△h=2h l+ h0+ h c=0.98+0.30+0.3=1.58m校②设计洪水位情况下:波浪高度2h l=0.0166(1.5V)5/4D1/3=0.0166×(1.5×18)5/4×41/3=1.62m波浪长度2L l=10.4×(2h l)0.8=10.4×1.620.8=15.3m波浪中心线到静水面的高度h0=π(2h l)2/ 2L l=3.14×1.622/15.3=0.54m安全超高按Ⅲ级建筑物取值h c=0.4m=2h l+ h0+ h c=1.62+0.54+0.4=2.56m 坝顶高出水库静水位的高度△h设③两种情况下的坝顶高程分别如下:校核洪水位时:225.3+1.58=226.9m设计洪水位时:224.0+2.56=226.56m坝顶高程选两种情况最大值226.9 m,可按227.00m设计,则坝高227.00-174.5=52.5m。
(2)坝顶宽度的确定本工程按人行行道要求并设置有发电进水口,布置闸门设备,应适当加宽以满足闸门设备的布置,运行和工作交通要求,故取8米。
(3)坝坡的确定考虑到利用部分水重增加稳定,根据工程经验,上游坡采用1:0.2,下游坡按坝底宽度约为坝高的0.7~0.9倍,挡水坝段和厂房坝段均采用1:0.7。
(4)上下游折坡点高程的确定理论分析和工程实验证明,混凝土重力坝上游面可做成折坡,折坡点一般位于1/3~2/3坝高处,以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定。
根据坝高确定为52.5m,则1/3H=1/3×52.5=17.5m,折坡点高程=174.5+17.5=192m;2/3H=2/3×52.5=35m,折坡点高程=174.5+35=209.5m,所以折坡点高程适合位于192m~209.5m之间,则取折坡点高程为203.00m。
挡水坝段和厂房坝段的下游折坡点在统一高程216.5m处。
(5)坝底宽度的确定由几何关系可得坝底宽度为T=(203-174.5)×0.2+8+(216.5-174.5)×0.7=43.1m(6)廊道的确定坝内设有基础灌浆排水廊道,距上游坝面6.1m,廊道底距基岩面4m,尺寸2.5×3.0m(宽×高)。
(7)非溢流坝段纵剖面示意图(二)、基本组合荷载计算及稳定分析由上述非溢流剖面设计计算得知校核洪水位情况下的波浪三要数:波浪中心线到静水面的高度h0=0.3m波浪高度2h l=0.98m波浪长2L l=10.23m因为gD/v2=9.81×4000/182=121.11m ,在20~250m之间所以波高应安转换为累计频率1%时的波高:2h l(1%)=0.98×1.24=1.22m 。
又因为半个波长L l=10.23/2=5.12<H(坝前水深H=50.8m),所以浪压力P l按深水波计算。
式中:其中灌浆处及排水处扬压力折减系数取α=0.25水重度Υ=9.81KN/m3混泥土等级强度C10混泥土重度24KN/m3坝前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m3水下淤沙内摩擦角Φ=18°。
(1)正常洪水位情况正常洪水位情况下荷载计算示意图正常洪水位情况下的荷载计算过程见附表1.附表1非溢流重力坝基本荷载计算表上游水位:217.00m下游水位:180.00m坝高:52.5m 计算情形:正常洪水位217.00m情况注:垂直力以↓为正,↑为负;水平力以→为正,←为负;力矩以顺时针为正,逆时针为负..②抗滑稳定分析=[0.9×(23368.24-5542.88)+700×43.1]/9752.39=4.74>[3.0] ,满足抗滑稳定要求。
(2)校核洪水位情况校核洪水位情况下荷载计算示意图①校核洪水位情况下的荷载计算过程见附表2∑∑'+-'='PACUWfsK)(.附表2非溢流重力坝基本荷载计算表上游水位:225.30m下游水位:190.65m坝高:52.5m计算情形:校核洪水位225.30m情况注:垂直力以↓为正,↑为负;水平力以→为正,←为负;力矩以顺时针为正,逆时针为负。
.② 抗滑稳定分析=[0.9×(20324.20-9842.49)+700×43.1] /12419.82 =3.19>[2.5],满足抗滑稳定要求。
四、应力分析(运行期) (一)正常洪水位情况下 1、水平截面上的正应力2、剪应力上游面水压力强度:下游面水压力强度 :剪应力:3、水平应力)(25.2837.056.32796.53kPa m P d d xd =⨯+=+=τσ4、主应力)(48.5621.4345.628261.4304.22586622kPa B M BW yu=⨯+=+=∑∑σ)(89.5211.4345.628261.4304.22586622kPa B M BW yd=⨯-=-=∑∑σ)(25.92.0)48.56222.516()(kPa n P yu u u -=⨯-=-=στ)(56.3277.0)96.5389.521()(kPa m P d yd d =⨯-=-=στ)(07.5182.0)25.9(22.516kPa n P u u xu =⨯--=-=τσ)(33.5642.022.51648.562)2.01()1(22221kPa n P n u yu u =⨯-⨯+=-+=σσ)(18.7517.096.5389.521)7.01()1(22221kPa m P m d yd d =⨯-⨯+=-+=σσ)(22.5162kPa P u u ==σ)(96.532kPa P d d ==σ)(96.535.581.92kPa H r P w d =⨯==)(22.516)21845(tan 8.195.95.4281.9)245(tan 221kPa H r H r P sb w u =︒-︒⨯+⨯=-︒+=α淤∑∑'+-'='PAC U W f s K )((二)校核洪水位情况下 1、水平截面上的正应力2、剪应力上游面水压力强度:下游面水压力强度 : 剪应力3、水平应力4、主应力)(03.7671.4378.9147761.4320.20324622kPa B M BW yu=⨯+=+=∑∑σ)(09.1761.4378.9147761.4320.20324622kPa B M BW yd=⨯-=-=∑∑σ)(64.597)21845(tan 8.195.98.5081.9)245(tan 221kPa H r H r P sb w u =︒-︒⨯+⨯=-︒+=α淤)(88.332.0)03.76764.597()(kPa n P yu u u -=⨯-=-=στ)(36.127.0)43.15809.176()(kPa m P d yd d =⨯-=-=στ)(42.6042.0)88.33(64.597kPa n P u u xu=⨯--=-=τσ)(80.7732.064.59703.767)2.01()1(22221kPa n P n u yu u =⨯-⨯+=-+=σσ)(74.1847.043.15809.176)7.01()1(22221kPa m P m d yd d =⨯-⨯+=-+=σσ)(64.5972kPa P u u ==σ)(43.1582kPa P d d ==σ)(43.15815.1681.92kPa H r P w d =⨯==)(08.1677.036.1243.158kPa m P d d xd =⨯+=+=τσ五、内部应力计算 (一)正常洪水位情况下坐标原点设在下游坝面,由偏心受压公式可以得出系数a 和b ,如下具体坝内应力计算过程见附表3 (二)校核洪水位情况下坐标原点设在下游坝面,由偏心受压公式可以得出系数a 和b ,如下具体坝内应力计算过程见附表489.5211.4345.628261.4304.22586622=⨯-=-=∑∑BM BW a 52.01.4345.6282121233=⨯==∑B M b 09.1761.4378.9147761.4324.23368622=⨯-=-=∑∑BM BW a 71.131.4378.91477121233=⨯==∑B M b.附表3非溢流坝坝内应力分析计算表正常洪水位情况下..附表4非溢流坝坝内应力分析计算表校核洪水位情况下.六、坝内应力分析图根据坝内应力分析计算成果,可做出坝内应力分布图,如下所示:(1)正常洪水位情况下(2)校核洪水位情况下二、溢流坝设计一、 孔口型式及尺寸拟定已知:校核洪水位时泄流量为3340 m³/s设计洪水位时泄流量2600 m³/s 设:单宽流量为q=80 m³/s·m闸门孔口数为5孔,每孔净宽为8m 。
①前缘净宽校核洪水位时: L=Q 溢/q=3340/80=41.75(m ) 设计洪水位时: L=Q 溢/q=2600/80=32.5(m ) 综上所述,取L=40m ② 堰顶高程由资料可知,堰顶高程为213.00m 。
二、 溢流坝的堰面曲线设计 ①顶部曲线段开敞式溢流堰面曲线,采用幂曲线时按下式计算:定型设计水头,按堰顶最大作用水头的75%-95%计算,m ;n 、K— 与上游坝面坡度有关的指数和系数;x 、y —— 溢流面曲线的坐标,其原点设在颜面曲线的最高点。
按85%计算,则: 上游坝面铅直:k=2 , n=1.85x-y 关系如下表: ③ 原点上游曲线段R1=0.5Hd=0.5×10.46=5.23(m), 0.175Hd=0.175×10.46=1.83(m); R2=0.2Hd=0.2×10.46=2.09(m), 0.276Hd=0.276×10.46=2.89(m); R3=0.04Hd=0.04×10.46=0.42(m), 0.282Hd=0.282×10.46=2.95(m)。