网络教育学院《水工建筑物课程设计》题目：非溢流段混凝土重力坝设计学习中心：安徽**奥鹏学习中心专业：水利水电工程年级： 2012年春季学号：学生：指导教师：《水工建筑物》课程设计基本资料1.1 气候特征根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14 m/s，重现期为50年的年最大风速23m/s，吹程：设计洪水位2.6 km，校核洪水位3.0 km 。
最大冻土深度为1.25m。
河流结冰期平均为150天左右，最大冰厚1.05m。
1.2 工程地质与水文地质1.2.1坝址地形地质条件（1）左岸：覆盖层2～3m，全风化带厚3～5m，强风化加弱风化带厚3m，微风化厚4m。
（2）河床：岩面较平整。
冲积沙砾层厚约0～1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3～6m。
坝址处河床岩面高程约在38m左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。
（3）右岸：覆盖层3～5m，全风化带厚5~7m，强风化带厚1～3m，弱风化带厚1～3m，微风化厚1～4m。
1.2.2天然建筑材料粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2～3km均可开采，储量足，质量好。
粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。
砂石料满足砼重力坝要求。
1.2.3水库水位及规模①死水位：初步确定死库容0.30亿m3，死水位51m。
②正常蓄水位：80.0m。
注：本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。
表一本设计仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况：基本组合(2)为设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。
特殊组合(1)为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。
2.1 坝高计算按照所给基本资料进行坝高计算，详细写明计算过程和最终结果。
2.2 挡水坝段剖面设计按照所给基本资料进行挡水坝段剖面设计，详细写明计算过程和最终结果。
2.3 挡水坝段荷载计算按照所给基本资料进行挡水坝段荷载计算，详细写明计算过程和最终结果。
2.4 挡水坝段建基面抗滑稳定计算按照所给基本资料进行挡水坝段建基面抗滑稳定计算，详细写明计算过程和最终结果。
2.5 挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核按照所给基本资料进行挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核，详细写明计算过程和最终结果。
2.1 确定工程等级水库死库容0.30亿3m ，属于中型，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。
2.2 确定坝顶高程(1)超高值Δh 的计算Δh = h1% + hz + hcΔh —防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m ； H1% —累计频率为1%时的波浪高度，m ；hz —波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m ； hc —安全加高，按表2－1 采用表2-1 坝的安全加高hc内陆峡谷水库，宜按官厅水库公式计算（适用于0V ＜20m/s 及 D ＜20km ） 下面按官厅公式计算h1% ， hz 。
11312022000.0076ghgD v v v -⎛⎫= ⎪⎝⎭ 11 3.752.15022000.331mgL gD v v v -⎛⎫= ⎪⎝⎭22l z h Hh cthLLππ=式中：D ——吹程，km ，按回水长度计。
m L ——波长，m z h ——壅高，mV0 ——计算风速 h ——当2020250gDv = 时，为累积频率5%的波高h5%;当202501000gDv = 时， 为累积频率10%的波高h10%。
规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，应由累积频率为P （%）的波高hp 与平均波高的关系可按表2-2 进行换算表2-2 累积频率为P （%）的波高与平均波高的比值超高值Δh 的计算的基本数据设计洪水位时，采用重现期为50 年的最大风速，本次设计021/v m s =；校核洪水位时，采用多年平均风速，本次设计014/v m s =。
a.设计洪水位时Δh 计算：波浪三要素计算如下： 波高：21131229.819.8126000.00762121h -⎛⎫⨯⨯=⨯ ⎪⎝⎭h=1.03m 波长：113.752.15229.819.8126000.3312121mL -⎛⎫⨯⨯=⨯ ⎪⎝⎭m L =10.65m壅高：221.033.140.31m 10.65z m h h L π==⨯≈2209.81260057.8421gD v ⨯=≈，故按累计频率为005计算 1.03053.9m m h H =≈，由表B.6.3-1查表换算 故000151.24 1.24 1.03 1.28h h m =⨯=⨯≈0.4c h m =1%z c h h h h ∆=++1.280.310.41.99m=++=b.校核洪水位时Δh 计算： 波高：21131229.819.8130000.0076141414h -⎛⎫⨯⨯=⨯ ⎪⎝⎭h=0.65m 波长：113.752.15229.819.8130000.331141414mL -⎛⎫⨯⨯=⨯ ⎪⎝⎭m L =7.37m壅高：220.653.140.187.37z m h h m L π==⨯≈2209.813000150.1514gD v ⨯=≈，故按频率为005计算 0.65053.9m m h H =≈,由由表B.6.3-1查表换算 故000151.24 1.240.650.81h h m =⨯=⨯≈0.3c h m =1%z c h h h h ∆=++0.810.180.31.29m=++=(2)坝顶高程：a.设计洪水位的坝顶高程： h ∇=+∆设设设计洪水位 82.5 1.9984.49m=+=b.校核洪水位的坝顶高程： h ∇=+∆校校校核洪水位84.72 1.2986.01m=+=为了保证大坝的安全，选取较大值，所以选取坝顶高程为86.01m2.3 挡水坝段剖面设计拟定坝体形状为基本三角形。
坝的下游面为均一斜面，斜面的延长线与上游坝面相交于最高库水位处，本次设计采用上游坝面铅直，下下游面倾斜的形式，坡度为1:0.8，折点设在高程为77.22m 。
坝底高程84.9m ∇=顶a.坝高为：86.01-31=55.01mb.坝顶宽度：坝顶宽度取坝高的0010即为5.5m ，考虑到坝顶机械设备作业，取6m 。
c.坝底宽度：()1B0.8∇-∇=校底 ()B 0.8=⨯∇-∇校底0.842.98m =⨯=（84.72-31）取43md.基础灌浆廊道尺寸拟定：基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定，一般宽为2.5～3m ，高为3～4m ，为了保证完成其功能且可以自由通行，本次设计基础灌浆廊道断面取3.0×3.5m ，形状采用城门洞型。
e.廊道的位置：廊道的上游避距离上游面10.5m 廊道底部距离坝底面6m 初步拟定坝体形状剖面如图：1:0.86m43m6m6m 2×3m55.01m2.4 挡水坝段荷载计算43,B m = 16B m = 2143637B B B m =-=-=1.自重：324/C KN m γ=, 310/KN m γ= 坝身自重：c W V γ=⨯1655.01241/2 3.1411227787.76W KN =⨯⨯-⨯⨯⨯+⨯⨯=（）24223113746.222420521.6822c W B H KN γ=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=下游水自重：a. 设计洪水位时：320.80.814.511.6B H m ==⨯=3321111.614.51084122W B H KN γ=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=123W W W W =++ 7787.7620521.68841=++ 29150.44KN =b.校核洪水位时：320.80.815.4512.36B H m ==⨯=P SP S3321112.3615.4510954.8122W B H KN γ=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=123W W W W =++7787.7620521.68954.81=++ 29264.25KN =2.静水压力：不同情况下上下游水深及水位差a.设计洪水位时：221111051.513261.2522u w P H KN γ==⨯⨯= 222111014.51051.2522d w P H KN γ==⨯⨯=b.校核洪水位时:221111053.7214429.1922u w P H KN γ==⨯⨯= 222111015.451193.5122d w P H KN γ==⨯⨯= 3.扬压力：扬压力折减系数0.25α=a.设计洪水位时：121014.5436235w U H B KN γ==⨯⨯= 210.2510376555w U HB KN αγ==⨯⨯⨯=32110.251037371711.2522w U HB KN αγ==⨯⨯⨯⨯=()()4121111051.514.50.25376832.522w U H H H B KNγα=--=⨯⨯--⨯⨯=123462355551711.25832.59333.75U U U U U KN =+++=+++= b.校核洪水位时：121015.45436643.5w U H B KN γ==⨯⨯=210.251038.276574.05w U HB KN αγ==⨯⨯⨯=32110.251038.27371769.9922w U HB KN αγ==⨯⨯⨯⨯=()()4121111053.7215.450.2538.276861.0822w U H H H B KNγα=--=⨯⨯--⨯⨯=12346643.5574.051769.99861.089848.62U U U U U KN =+++=+++=4.浪压力：()0014w ml z L P h h γ=+a.设计洪水位时：()1010.651.280.3142.334l P KN ⨯=⨯+= b.校核洪水位时：()107.370.810.1818.244l P KN ⨯=⨯+=2.5 挡水坝段建基γ面抗滑稳定计算 附表5-1 结构系数γd附表5-2 结构系数γm重力坝的抗滑稳定分析按单一安全系数法和分项系数极限状态设计进行计算和验算，设计洪水位情况和校核洪水位情况按承载能力极限状态验算。
1.单一安全系数法:()'''sf W U c AK P∑-+=∑'s K —— 按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数f ′—— 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数, ' 1.1f =c ′—— 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa ， '31.110c kpa =⨯ A —— 坝基接触面截面积，2mΣW —— 作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，kN ； ΣP —— 作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN ；按上式抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数's K 值应不小于下表的规定。