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1 調(diào)洪演算 有正常蓄水位為2821.6m,由水位庫容關(guān)系曲線查得對應(yīng)庫容為3.8×10m,故工程等級為二等大（2）型，壩高小于90米，故主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級，臨時(shí)建筑物級別為4級。 1.1確定洪水標(biāo)準(zhǔn) 該工程為土石壩二等大（2）型，故永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常運(yùn)用（設(shè)計(jì)）洪水重現(xiàn)期100年(洪峰流量為1680m/s)；非常運(yùn)用（校核）洪水重現(xiàn)期2000年(洪峰流量為2320m/s)；消能防沖建筑物洪水重現(xiàn)期為50年一遇；電站廠房洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常運(yùn)用（設(shè)計(jì)）洪水重現(xiàn)期為100年，非常運(yùn)用（校核）為500年；臨時(shí)渡汛為200年一遇（大于100年）。 1.2泄洪方案選擇 采用隧洞泄洪方案 水庫運(yùn)用方式：洪水來臨時(shí)用閘門控制下泄流量等于來流量，水庫保持汛前限制水位不變，當(dāng)來流量繼續(xù)加大，則閘門全開，下泄流量隨水位的升高而加大，流態(tài)為自由泄流。 調(diào)洪演算原理 采用以峰控制的同倍比放大法對典型洪水進(jìn)行放大，得出設(shè)計(jì)與校核洪水過程線如下： 擬定幾組不同的堰頂高程?及孔口寬度B的方案。由堰頂自由泄流公式和3臺(tái)機(jī)組的滿發(fā)流量44.1 m/s可確定設(shè)計(jì)洪水和校核洪水情況下的起調(diào)流量Ｑ起，由Ｑ起開始，假定四條泄洪過程線（為簡便計(jì)算，假設(shè)都為直線），在洪水過程線上查出Q泄，并求出相應(yīng)的蓄水庫容V，根據(jù)庫容水位關(guān)系曲線可得相應(yīng)的庫水位H，由四組（Q泄，H）繪制的Q～H曲線與由繪制的Q～H曲線相交，所得交點(diǎn)即為所對應(yīng)洪水過程線下的下泄流量及相應(yīng)水位。 方案一： 堰頂高程?=2810m，堰寬B=7m，起調(diào)流量Q＝570.75m/s。 設(shè)計(jì)情況下列表計(jì)算如下： 假定下泄流量Q（m/s） 下泄曲線與洪水過程線包圍面積A 水庫攔蓄洪水 △V(10m) 水庫總庫容V(10m) 水庫水位▽(m) A: 564.72 20.83 31.87 430.85 2823.13 B: 635.31 19.4 29.68 428.66 2823.02 C: 705.9 18.00 27.54 426.52 2822.92 D: 776.47 16.7 25.55 424.53 2822.76 校核情況下列表計(jì)算如下： 假定下泄流量Q（m/s） 下泄曲線與洪水過程線包圍面積A 水庫攔蓄洪水 △V(10m) 水庫總庫容V(10m) 水庫水位▽(m) A: 585 28.081 58.97 432.794 2823.7 B: 682.5 26.304 54.67 429.668 2823.54 C: 780 24.05 50.5 426.65 2823.384 D: 877.5 22.169 46.56 423.783 2823.24 繪制泄水能力曲線如下圖所示： 由上圖易知，設(shè)計(jì)下泄流量為669.1 m/s，設(shè)計(jì)水位為2823.2m;校核下泄流量為710.1 m/s，校核水位為2823.6m. 方案二：堰頂高程?=2808m, 堰寬 B=7m，起調(diào)流量Q＝712.79 m/s。 設(shè)計(jì)情況下列表計(jì)算如下： 假定下泄流量Q（m/s） 下泄曲線與洪水過程線包圍面積A 水庫攔蓄洪水 △V(10m) 水庫總庫容V(10m) 水庫水位▽(m) A: 634.5 16. 838 25.67 415.653 2822.822 B: 705 15.753 23.98 413.999 2822.738 C: 775.5 14.661 22.31 412.334 2822.652 D: 846 13.595 20.69 410.708 2822.57 校核情況下列表計(jì)算如下： 假定下泄流量Q（m/s） 下泄曲線與洪水過程線包圍面積A 水庫攔蓄洪水 △V(10m) 水庫總庫容V(10m) 水庫水位▽(m) A: 682.5 23.569 49.49 425.916 2823.346 B: 780 21.957 46.11 423.458 2823.22 C: 877.5 20.3815 42.8 421.055 2823.098 D: 975 18.854 39.59 418.727 2822.98 繪制泄水能力曲線如下圖所示： 由上圖易知，設(shè)計(jì)下泄流量為799.1 m/s，設(shè)計(jì)水位為2822.7m；校核下泄流量為842.1 m/s，水位為2823.2m。 方案三：堰頂高程?=2807.5m，堰寬B=7m，起調(diào)流量Q＝750 m/s。 設(shè)計(jì)情況下列表計(jì)算如下： 假定下泄流量Q（m/s） 下泄曲線與洪水過程線包圍面積A 水庫攔蓄洪水 △V(10m) 水庫總庫容V(10m) 水庫水位▽(m) A: 705 15.169 23.09 413.108 2822.692 B: 775.5 14.143 21.53 411.544 2822.612 C: 846 13.128 19.98 409.996 2822.534 D: 916.5 12.129 18.13 408.473 2822.46 校核情況下列表計(jì)算如下： 假定下泄流量Q（m/s） 下泄曲線與洪水過程線包圍面積A 水庫攔蓄洪水 △V(10m) 水庫總庫容V(10m) 水庫水位▽(m) A: 780 22.936 48.14 424.935 2823.3 B: 877.5 19.9 41.79 420.322 2823.06 C: 975 18.433 38.71 418.085 2822.95 D: 1072.5 17.033 35.77 415.95 2822. 46 繪制泄水能力曲線如下圖所示： 由上圖易知，設(shè)計(jì)下泄流量為819.1 m/s，設(shè)計(jì)水位為2822.6m；校核下泄流量為875 m/s，校核水位為2823.1m。 從調(diào)洪演算結(jié)果來看，初擬的三組方案均能滿足校核下泄流量Q<900 m3/s,校核水位與正常蓄水位之差?Z﹤3.5m的要求。為充分發(fā)揮隧洞的下泄能力，在本設(shè)計(jì)中我們考慮隧洞的下泄流量接近于上限值，以降低工程造價(jià)。 綜上所述，最終確定堰頂高程?=2807.5m，堰寬B=7m。 2 大壩高程的計(jì)算 壩頂高程由水庫靜水位加風(fēng)浪壅高、壩面波浪爬高及安全超高等決定。壩頂超出靜水位以上的超高由公式Y(jié) = R + e + A 計(jì)算。 R：壩頂在水庫靜水位以上的超高，m。 R=。 m：單坡的坡度系數(shù)，該式適用于m＝1.5～5.0的情況，本次設(shè)計(jì)中m＝2.5。 ，：斜坡的糙率滲透系數(shù)和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。該壩上游擬用砌石護(hù)坡， 故糙率滲透系數(shù)為0.75～0.80，本次設(shè)計(jì)取為0.78；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)與有關(guān)，本次設(shè)計(jì)中﹤1，故經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取為1.0。 ，：平均波長和波高。 對于內(nèi)陸峽谷水庫，在風(fēng)速W<20m/s、吹程D<2000m時(shí)，波浪的平均波長和波高可采用官廳公式： 式中，D：風(fēng)區(qū)長度，m H：壩前水深，m W ：同上，計(jì)算風(fēng)速, m/s。在正常運(yùn)用條件（正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位）下，采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.5～2.0倍（本次設(shè)計(jì)取為1.5），在非常運(yùn)用條件（校核洪水位）下，采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速。 e：最大風(fēng)浪壅高，m?？捎晒絜＝0.0036計(jì)算。式中β為計(jì)算風(fēng)向與壩軸線的夾角，本次設(shè)計(jì)取為22.5°，其余符號同前。 A：安全加高，由壩的等級和運(yùn)用情況決定。2級壩在正常運(yùn)用情況下的安全加高為1.0m，在非常運(yùn)用情況下安全加高為0.5m。 壩頂高程的計(jì)算應(yīng)同時(shí)考慮以下四種情況： 1、設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高； 2、正常蓄水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高； 3、校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高； 4、正常蓄水位加非常運(yùn)用條件下的壩頂超高再加地震區(qū)安全加高（地震超高一般取為0.5～1.5m，本次設(shè)計(jì)取為1.0m）。 本次設(shè)計(jì)壩頂需設(shè)置防浪墻，故以上四種情況下的最大值為沉降穩(wěn)定后的防浪墻頂高程，擬定防浪墻高為1.5m，故以上情況求得的最大值減去1.5m后即為壩頂設(shè)計(jì)高程。 壩頂高程計(jì)算成果見下表所示。 壩頂高程計(jì)算成果表 計(jì)算情況 計(jì)算項(xiàng)目 設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用情況 正常蓄水位+正常運(yùn)用情況 校核洪水為+非正常運(yùn)用情況 正常蓄水位+地震+非正常運(yùn)用情況 上游靜水位(m) 2822.6 2821.6 2823.1 2821.6 河底高程(m) 2750 壩前水深(m) 72.6 71.6 73.1 71.6 吹程D(Km) 15 風(fēng)向與壩軸線夾角(°) 22.5 風(fēng)浪引起壩前壅高e(m) 0.011349 0.011507 0.005009 0.005114 護(hù)坡粗糙系數(shù) 0.78 上游壩面坡角(°) 21.8 波浪沿壩坡爬高(m) 2.322025 2.322025 1.471051 1.471051 安全超高(m) 1 1 0.5 0.5 地震超高(m) 0 0 0 1.0 壩頂高程(m) 2824.433 2823.434 2823.576 2823.076 注：以上表格中壩頂高程為減去防浪墻高度1.5m以后的高程。 根據(jù)上表中結(jié)果可知：壩頂高程由設(shè)計(jì)情況來控制，壩頂高程為2824.50m。為滿足心墻設(shè)計(jì)中頂部高程的要求（見防滲體設(shè)計(jì)部分），最后確定壩頂高程為2824.5m。 3 土料設(shè)計(jì) 在當(dāng)?shù)赜卸喾N適于筑壩的土石料石，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選用。在選擇時(shí)應(yīng)具有或經(jīng)加工處理后具有與其使用目的相適應(yīng)的工程性質(zhì)，并具有長期穩(wěn)定性；就地、就近取材，減少棄料，少占或不占農(nóng)田，優(yōu)先考慮樞紐建筑物開挖料的利用；便于開挖、運(yùn)輸和壓實(shí)。 3.1 粘土土料設(shè)計(jì) 粘性土料的填筑密度以壓實(shí)干容重為設(shè)計(jì)指標(biāo)，并按壓實(shí)度確定： 　　　　　/ 式中： ——填土的壓實(shí)度； ——設(shè)計(jì)填筑干容重；一般為16～17KN/m。 ——標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)最大干容重。 對Ⅰ、Ⅱ級壩和各種等級的高壩應(yīng)不低于0.98～1；對Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級壩（高壩除外）應(yīng)不低于0.96～0.98。本次設(shè)計(jì)采用＝0.99。 施工填筑含水率控制為最優(yōu)含水率的－2%～+3%范圍內(nèi)。 各料場的壓實(shí)干容重和施工填筑含水率列表計(jì)算如下： 料場 比重Gs 最大干密度(g/cm3) 最大干容重(KN/m3) 設(shè)計(jì)干容重(KN/m3) 流限（%） 塑限（%） 塑性指數(shù) 填筑含水量（%） 天然含水量（%） 滲透系數(shù)(10-6cm/s) 有機(jī)含量(%) 可溶鹽含量(%) 1#下 2.67 1.60 15.70 15.54 42.60 23.14 19.46 20.07～25.07 24.80 4.32 1.73 0.07 2#下 2.67 1.65 16.19 16.02 43.90 22.20 21.70 19.02～24.02 24.20 4.80 1.90 0.02 1#上 2.65 1.56 15.30 15.15 49.57 25.00 24.57 20.30～25.30 25.60 1.90 2.20 0.11 2#上 2.74 1.54 15.11 14.96 49.90 26.30 23.50 21.80～25.80 26.30 3.96 0.25 0.11 3#下 2.70 1.80 17.66 17.48 34.00 20.00 14.00 14.90～19.90 15.90 3.00 1.90 0.08 防滲土料選用粘土?xí)r，按規(guī)范應(yīng)滿足： 滲透系數(shù)：均質(zhì)壩不大于1×10 cm/s，心墻和斜墻不大于1×10 cm/s。 水溶鹽含量（指易溶鹽和中溶鹽，按質(zhì)量計(jì)）不大于3%。 有機(jī)質(zhì)含量（按質(zhì)量計(jì)），均質(zhì)壩不大于5%，心墻和斜墻不大于2%，超過此規(guī)定的需進(jìn)行論證。 有較好的塑性和滲透穩(wěn)定性。 浸水與失水時(shí)體積變化小。 塑性指數(shù)大于20和液限大于40%的沖積粘土不宜作為壩體的防滲體填筑材料。 施工填筑含水率控制為最優(yōu)含水率的－2%～+3%范圍內(nèi)。 綜上，防滲體土料料場選為3#下，1#下為備用料場。 3.2 砂礫石土料設(shè)計(jì) 壩殼砂礫料填筑的設(shè)計(jì)指標(biāo)以相對密實(shí)度表示如下： 　　　　 　　 式中： ——相對密實(shí)度； ——最大孔隙比； 　　　　　 ——最小孔隙比； 　　　　　 ——填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的設(shè)計(jì)孔隙比。 施工控制指標(biāo)用干重度表示，其中＝。 式中：、為沙礫料的最大、最小干重度，其余符號同前。 　 在地震情況下，浸潤線以上壩殼料要求填筑相對密實(shí)度Dr不低于0.7，浸潤線以下壩殼料要求填筑相對密實(shí)度Dr不低于0.75～0.85，故本次設(shè)計(jì)中相對密實(shí)度取為0.78。 同時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用不均勻和連續(xù)級配的砂石料，一般認(rèn)為不均勻系數(shù)η＝/＝30～100時(shí)較易壓實(shí)，而當(dāng)η﹤5～10時(shí)不易壓實(shí)。 各料場累積頻率計(jì)算及級配曲線繪制如下所示： 累積頻率計(jì)算表 1上 2上 3上 4上 粒徑（mm） 累積頻率(%) 粒徑(mm) 累積頻率(%) 粒徑(mm) 累積頻率(%) 粒徑(mm) 累積頻率(%) 0.15 0.3 0.15 0.5 0.15 0.4 0.15 0.3 0.3 4.9 0.3 5.8 0.3 6.6 0.3 2.8 0.6 10.3 0.6 10.4 0.6 10.1 0.6 7.6 1.2 24.2 1.2 25.2 1.2 30.6 1.2 24.3 2.5 42.7 2.5 43.0 2.5 47.0 2.5 39.9 20 55.0 20 57.1 20 62.3 20 56.3 60 76.3 60 77.4 60 80.8 60 75.7 100 94.8 100 95.2 100 96.2 100 94.0 300 100.0 300 100.0 300 100.0 300 100.0 1下 2下 3下 4下 粒徑(mm) 累積頻率(%) 粒徑(mm) 累積頻率（%） 粒徑（mm） 累積頻率(%) 粒徑(mm) 累積頻率(%) 0.15 0.2 0.15 0.1 0.15 0.9 0.15 0.7 0.3 7.4 0.3 2.9 0.3 5.0 0.3 4.3 0.6 16.0 0.6 8.6 0.6 11.3 0.6 8.4 1.2 23.2 1.2 16.9 1.2 20.2 1.2 22.8 2.5 38.1 2.5 35.9 2.5 38.6 2.5 40.7 20 61.3 20 54.6 20 52.8 20 54.8 60 81.4 60 76.9 60 71.9 60 73.5 100 95.5 100 96.1 100 95 100 95.9 300 100.0 300 100 300 100 300 100 各料場級配曲線： 各料場砂礫石填筑標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算如下： 料場 比重Gs d60 emax d10 不均勻系數(shù)η emin 設(shè)計(jì)孔隙比e 設(shè)計(jì)干重度 天然e 1上 2.75 30 0.786 0.59 50.85 0.370 0.461 18.46 0.481 2上 2.74 24 0.786 0.58 41.38 0.370 0.461 18.39 0.531 3上 2.76 18 0.786 0.6 30.00 0.370 0.461 18.53 0.449 4上 2.75 27 0.786 0.7 38.57 0.370 0.461 18.46 0.460 1下 2.75 19 0.786 0.36 52.78 0.370 0.461 18.46 0.481 2下 2.73 29 0.786 0.7 41.43 0.370 0.461 18.33 0.475 3下 2.73 33 0.786 0.53 62.26 0.370 0.461 18.33 0.481 4下 2.72 30 0.786 0.69 43.48 0.370 0.461 18.26 0.511 由各料場的級配曲線和不均勻系數(shù)可將主要砂礫石料場選為1#下，2#下和4#上作為備用料場。 4 滲流計(jì)算 土石壩滲流分析的目的是：確定壩體浸潤線和下游逸出點(diǎn)位置，繪制壩體及地基內(nèi)的等勢線或流網(wǎng)圖；計(jì)算壩體和壩基滲流量，以便估算水庫的滲漏損失和確定壩體排水設(shè)備的尺寸；確定壩坡出逸段和下游地基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降，以判斷該處的滲透穩(wěn)定性；確定庫水位降落時(shí)上游壩殼內(nèi)自由水面的位置，估算孔隙壓力，供上游壩坡穩(wěn)定分析用；確定壩肩的等勢線、滲流量和滲透比降。 進(jìn)行滲流計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中可能出現(xiàn)的不利情況，常需計(jì)算以下幾種水位組合情況： 1、上游正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位； 2、上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的最高水位； 3、上游校核水位與下游相應(yīng)的最高水位； 4、庫水位降落時(shí)對上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。 本次設(shè)計(jì)中，在左岸、河床中部和右岸各取一個(gè)斷面（左右兩個(gè)斷面取在高程2785m處），就前三種水位組合情況進(jìn)行滲流分析，用有限深透水地基上土石壩的滲流計(jì)算來求解。沿壩軸線所取的斷面如說明書所示。 單寬滲流量q: 斷面1－1和2－2采用混凝土防滲墻。 通過心墻防滲體和混凝土防滲墻的單寬滲透流量： 通過防滲體后的單寬滲透流量： 　　　 斷面3－3地基處理采用粘性土截水槽，故通過防滲心墻和地基截水槽的單寬滲透流量 墻后段的單寬滲流量 公式中的符號意義見說明書。 根據(jù)水流連續(xù)條件q＝＝，可求得心墻后水深h和單寬滲透流量q。 總滲透流量Q: 由于沿壩軸線的各斷面形狀及地基地質(zhì)條件并不相同，因此在計(jì)算通過壩體的總滲透流量時(shí)，可根據(jù)具體情況將壩體沿壩軸線劃分為若干段，分別計(jì)算出每個(gè)斷面的單寬流量，然后按下式計(jì)算全壩的總滲流量。 式中：、…——斷面1、2、n的單寬滲流量； 、…、——相鄰兩斷面之間的距離。 計(jì)算成果如下表所示。 工況 斷面 上游水頭H1(m) 心墻后水頭h(m) 下游水頭H2（m） 心墻厚度δ0(m) 壩基滲徑L(m) 心墻后壩殼滲徑L1(m) 壩前滲透量q1 壩后滲透量q2 總滲透量(m3/天) 正常水位 1-1 36 0.06 0 10.4 88.05 93.95 2.95E-06 2.95E-06 129.2 2-2 71.6 3.21 3.03 17.4 160.4 151 7.15E-06 7.15E-06 3-3 36 0.30 0 10.62 87.94 87.94 2.13E-06 2.13E-06 設(shè)計(jì)水位 1-1 37 0.06 0 10.4 88.05 93.95 3.08E-06 3.08E-06 132.09 2-2 72.6 5.55 5.3876 17.4 163.39 153.99 7.2E-06 7.2E-06 3-3 37 0.32 0 10.62 87.94 87.94 2.24E-06 2.24E-06 校核水位 1-1 38 0.07 0 10.4 88.05 93.95 3.22E-06 3.22E-06 135.69 2-2 73.3 5.64 5.4738 17.4 163.5 154.1 7.31E-06 7.31E-06 3-3 38 0.33 0 10.62 87.94 87.94 2.36E-06 2.36E-06 - 15 -