宁村水库重力坝初步设计水工建筑物计算.doc

该【宁村水库重力坝初步设计水工建筑物计算 】是由【知识无限】上传分享，beplayapp体育下载一共【55】页，该beplayapp体育下载可以免费在线阅读，需要了解更多关于【宁村水库重力坝初步设计水工建筑物计算 】的内容，可以使用beplayapp体育下载的站内搜索功能，选择自己适合的beplayapp体育下载，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此beplayapp体育下载到您的设备，方便您编辑和打印。《水工建筑物》课程设计计算书——宁村水库重力坝初步设计班级:水利水电工程091学生:王旭日指导教师:张小飞、段秋华达成时间:广西大学土木建筑工程学院目录一、工程等级确实定········································3(一)原理···········································3(二)计算过程········································3二、孔口尺寸制定及设计洪水位、校核洪水位确实定···················3(一)堰顶高程的制定···································3(二)堰顶溢流前沿宽度的制定·····························3(三)设计洪水位、校核洪水位的计算··························4三、挡水坝设计········································4(一)坝顶高程确实定····································4(二)建基面高程确实定····································5(三)坝顶宽度确实定····································5(四)上下游坝坡坡率及起坡点地点确实定·························5(五)坝面优化········································5(六)坝体强度稳固承载力极限状态设计··························5(七)坝体上游面拉应力的正常使用极限状态设计·····················5(八)坝体应力剖析······································5四、溢流坝设计·············································5(一)溢流坝断面设计·····································5(二)消能防冲设计········································8(三)导墙设计·········································9(四)坝体强度稳固极限状态设计·······························10(五)坝体正常使用极限状态共计·······························10五、大坝剖面优化和应力稳固剖析··································10六、工程量与开挖量计算·······································11七、附表·················································11(一)附表一:挡水坝电算方案······························11(二)附表二:溢流坝电算方案······························18宁村水库重力坝初步设计计算书一、工程等级确实定(一)原理:制定泄水建筑物,进行调洪计算,求得校核洪水位,再依据附图1(宁村水库水位~库容关系曲线)查得水库总库容,最后依据规范《水利水电工程等级区分及洪水标准》SL252-2000确立工程等级。(二)计算过程:已知:在校核洪水(%)下,Q=588m3/s;;。坝址岩层以砂岩为主,夹泥岩和页岩,砂岩抗压强度较高,但泥岩、页岩抗压强度稍低,~,岩层偏向上游,岩石节理、裂隙发育,整体性稍差,并夹有软薄层,抗滑能力较低。下游河流均匀水深2米左右。估计采纳消能成效较好的消能工。综合地质条件、下游河流水深、枢纽部署和消能工设计,所以,经过技术经济比较后选定单宽流量q=28m3/(sm)·。则堰顶宽b=Q/q=588/28=21m由Hd=(~)H校,取Hd===<,知足要求。式中:Hd为定型设计水头,m;Hw为堰上水头,m。依据公式Q=εσ3/2,1smnb2gH式中:ε:侧缩短系数,与边墩、闸墩及闸墩头部的型式、堰孔的数量、堰孔的尺寸、全大大大大的水优等1相关,ε1=;σ:吞没系数,为自由出流σss=1;n:堰孔数,本设计中为1;m:流量系数,由计算得出m=;b:堰顶宽,由计算得出b=21m;。带入公式有:H校=[Q/(1sε2/32*)]2/3=)]=[588/(*1**21*Hd==*==+=~库容关系曲线(图1)确立总库容V总=(万m3)依据工程效益、总库容查问规范SL252—2000,该工程的等别为Ⅲ等。二、孔口尺寸制定及设计洪水位、校核洪水位确实定(一)堰顶高程的制定因为是开敞式溢流坝身泄水,并没有调理等要求,所以堰顶高程就是正常蓄水位高程,。(二)堰顶溢流前沿宽度的制定因为砂岩中还夹有泥岩、页岩等,砂岩自己强度也不高,且不完好,所以从消能防冲考虑,应按破裂岩石办理,单宽流量q=20~50m3/s,又综合考虑了以上四方面的要素,初步选定单宽流量q=28m3/(sm)·,按渲泄最大洪水时的流量Q校=588m3/s考虑,获得溢流前沿宽度为:L=Q校/q=588/28=21m(三)设计洪水位、校核洪水位的计算1、原理:试算法。第一假设一个堰上水头H设,计算H设/Hd值,查附图3,宁村水库Hw/Hd与流量系数m关系曲线,得出流量系数m,代入公式Q=εσ2gH设3/2求出设计洪水H设。与资料给的设计洪水(2%)Q设1smnb=450m3/s比较,偏差不超出1%即可。2、已知:,单宽流量q=28m3/s,及前沿宽度L=21m。由确立工程等级过程推求得校核洪水位为Z校=。3、计算过程:经过多次试算结果简单列表以下:(表4)设计洪水设计洪水堰上水头流量系数(2%)Q方案HH设/HQ设偏差dH设(m)dm3设(m/s)3(m/s)%%%%经过多次试算,方案一、二、三不知足设计规范,方案四和方案五均知足设计要求,但方案五更加精准。应选定方案四作为设计依照。即H设=。推求设计洪水位:Z设=+=。三、挡水坝设计(一)坝顶高程确实定重力坝坝顶高程按坝顶上游防浪墙顶高程计,按下式计算,取其大值。防浪墙顶高程=设计洪水位+△h设防浪墙顶高程=校核洪水位+△h校此中设计洪水位、校核洪水位已计算得出,只要求△h即可。h=h2%+hz+hc式中:h2%:累计频次为2%时的波涛高度;hz:波涛中心线高于静水位的高度;hc:安全加高,按表5采纳。表5安全加高hc运用状况坝的级别123设计状况(基本状况)(特别状况)%、hz:1、设计状况5/41/35/41/3①高:hl=*V0D=*27*3==*3000/152=(20,250)之间,故为累计频次为5%的波高。h=h=*=%%②波长:L=(h1%)=*=③高:hz=(πh1%/L)cth(2πH)/L=④表5得hc=△h=h2%+hz+h=++==+=、校核状况①波高:hl=*V5/4D1/3=*155/4*31/3=②波长:L=(h1%)=*=③高:hz=(πh2%2/L)cth(2πH)/L=④表5得hc=△h=h2%+hz+h=++==+=,。(二)建基面高程确实定依据该坝的地形地质条件,建基面可设在弱风化处,在高程为85m~86m邻近,(三)坝顶宽度确实定依据《混凝土重力坝规范》SDJ21-78,坝顶宽度应依据设备部署运转检修施工和交通等需要确立,并应试虑抗震特大洪水时抢护以及其余特别要求。坝顶宽度一般取(8%~10%)H,且不小于2m。常态混凝土坝坝顶最小宽度为3m,碾压混凝土坝为5m。H=-85==(~)H=(~)*=~,取B=(四)上下游坝坡坡率及起坡点地点确实定依据工程经验,一般状况下,上游坡率n=0~,下游坡率m=~。依据宁村水库工程地质条件,初拟n=,m=。1、上游起坡点一般为离建基面的距离为坝高的三分之一左右,即距建基面为:=。2、下游起坡点起坡高程可按基本三角形极点约在正常蓄水位以上制定,且低于坝顶高程。以下列图。J点为下游坝坡坡面延伸线与上游面交点。F点为下游起坡点。(坝顶高程为,正常蓄水位为,建基面高程为86m。)①J点恰幸亏正常蓄水位与上游坝面交点时:BJ=AG=-==4/==AG+GF=②当J点恰幸亏坝顶与上游坝面交点时:BJ=AG=0mGF=4/==AG+GF=,~,取AF=10m。FI=AH-AF=-10=、重力坝底宽DEDE=DH+HE=*+4+*=(五)坝面优化经过电算对照剖析,可知最优方案为:上游起坡高程:105m;上游坡比:;下游起坡高程:125m;下游坡比:;坝顶宽度:4m。(六)坝体强度稳固承载力极限状态设计详见:附表一:挡水坝电算方案(七)坝体上游面拉应力的正常使用极限状态设计详见:附表一:挡水坝电算方案(八)坝体应力剖析详见:附表一:挡水坝电算方案四、溢流坝设计(一)溢流坝断面设计溢流堰断面设计包含上游直线段,堰顶曲线段、下游曲线段、下游直线段以及反弧段5个部分构成。设计要求:⑴有较高的流量系数,泄流能力大;⑵水流平顺,不产生不利的负压和空蚀损坏;⑶体形简单、造价低,便于施工。①上游直线段在该设计中,因为挡水坝已经确立,故为了不使挡水坝产生侧向水压力,则溢流坝的上游直线段设计与挡水坝保持一致。②堰顶曲线段WES剖面堰顶曲线如右图。堰顶O1点为坐标原点(0,0),曲线采纳三段复合圆弧相接。这样做可使堰顶曲线与堰上游面光滑连结,改良了堰面压强散布,减小了负压。三段复合圆弧的半径R如图中所示。R1==*===*===*=:=*==*==*=:y1=,y2=,y3=②下游曲线段该剖面堰顶O1点下游的曲线由公式(y/Hd)=k(x/Hd)n计算,式中系数k及指数n决定于堰上游面的坡度,取k=,n=,代入上述公式得:,Hd=。d=。因为溢流坝与挡水坝连接部分有导墙连结,从工程适用和经济等方面综合考虑,制定下游直线段的坡度m2=。对y求导,y'=*.85=1/=/(*m2)=*/(*)=:xA=,yA=,即A(,)。④反弧段溢流坝面反弧段是使溢流面下泄水流平顺转向的工程举措,往常采纳圆弧曲线,反弧半径应联合下游消能设备来确立。依据DL5108—1999《混凝土重力坝设计规范》规定:对于挑流消能,R=(4~10)h。h为校核洪水位闸门全开时反弧段最低点处的水深。查图2下游水位~流量关系曲线,校核洪水(%)下,Q=588m3/s时的下游水位为94m。地面高程84m,~1m,初步制定为1m。则有挑砍高程为94+1=95m。上游水位至挑砍高程S1=-95==q/()=28/(*)=.055/=*2**==q/v=28/=,要求反弧半径愈大。当流速小于16m/s时,取下限;流速大时,宜采纳较大值。,初拟R=8h=8*=。⑤下游直线段由③知,下游直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切,其与曲线段交点A(,),坡度与非溢流坝段的下游坡同样,取m2=。依据经验,鼻砍挑射角度一般取20°~25°,制定为θ=20°。因为下游直线段与反弧段相切,,由此计算出∠BO2C=tan-1(1/)=°O2F=Rcos∠BO2C=*==Rcos∠CO2D=*cos20==95+==-==+==-==AE*m2=*==+==xB+BF=+=(,),O2(,),C(,)。进而使上游直线段,堰顶曲线段、下游曲线段、下游直线段以及反弧段得以确立。(二)消能防冲设计1、确立鼻坎高程、反弧半径、挑角由溢流坝断面设计部分得悉:鼻坎高程为95m,,挑角为20°。2、计算挑距和下游冲洗坑深度①挑距的计算水舌挑射距离是按水舌外缘计算,其估量公式为L1[v12sincosv1cosv12sin22g(h1h2)]g式中:L为水舌挑距,m;g为重力加快度,m/s2;v1为坎顶水面流速,m/;θ为挑射角度,本设计为20°;h1为坎顶均匀水深h在铅直向的投影,h1=hcosθ,约等于h;h2为坎顶至河床面的高差,m。v1=v==h==95-89=6mL=1/{+*[+2*(+6)]1/2}=②下游冲洗坑深度的计算对于冲洗坑深度,当前还没有比较精准的公式,可按下式进行估量:tk=:tk为水垫厚度,自水面至冲洗坑的距离,m;q为单宽流量,m3/(sm)·;H为上、下游水位差,m;α为冲坑系数,对坚硬完好的基岩,~,坚硬但完好性较差的基岩,~,脆弱破碎、裂隙发育的基岩,~。3q=28m/(sm)·H=-===αqH=*28*=,则冲洗坑深度为ts=tk-ht=-5=(三)坝体强度稳固极限状态设计详见:附表二:溢流坝电算方案(四)坝体正常使用极限状态共计详见:附表二:溢流坝电算方案五、大坝剖面优化和应力稳固剖析利用电算比较获得,溢流坝和挡水坝优化断面的三种可行性方案,计算结果拜见附表。最后确立最优方案为:表7大坝剖面优化最优方案(单位:m)、工程量与开挖量计算依据地形图以及各坝段在地形图中的地点,绘出各坝段开挖线,计算开挖面积,近似取坝段左右两断面的开挖面积的均匀值为该坝段的开挖面积。(见附图6)表8宁村水库开挖量计算坝段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ面积(m2)(m)1721212121202020203)(m总开挖量(m3)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩ面积(m2)(m)172121212**********工程量(m3)(m3):挡水坝工况DSBSJJH1!PR:,YF,T0,YU,NU,YD,,86,4,,.2,,.8READY8,Y9,VZ,,,27,3READY3,Y4,,94,15READRD,YN,RN,NF,UT,UHDATA24,92,.7,20,6,.25READF,FF,FC,RC,,1,500,14300,,XGDATA89,6NEWSPECIFICATION--------------------------------------------------------------------------------CONDITION1CRITICALSTATELEFTRIGHTCONDITION2LEFTRIGHT