中小型水库除险加固设计毕业论文.doc

'华北水利水电大学毕业设计中小型水库除险加固设计毕业论文目录ABSTRACT2第一章综合说明41.1工程概况41.1.1水库工程概况41.1.2水库险情情况41.2工程水文51.2.1水文气象51.2.2洪水51.3工程地质61.3.1地质概况61.4工程任务和规模81.5工程现状及除险加固内容9第二章水文172.1水库与流域基本情况172.2水文气象特性172.3基本资料收集整理172.4水库径流182.5设计洪水182.6施工洪水222.7泥沙23第三章工程地质243.1前言2462 华北水利水电大学毕业设计3．2区域地质概况253.2.1测区构造位置253.2.2总体地势253.2.3测区地层253.2.4测区构造及地震253.2.5水文地质263.3库区地质概况263.4工程区地质概况263.4.1地形地貌263.4.2地层岩性273.4.3地质构造与地震273.4.4水文地质条件273.4.5岩体风化特征283.4.6近坝库岸稳定性283.5大坝坝体填筑质量与评价293.5.1坝体填土分布特征与物质组成293.5.2坝体填土物理力学性质293.5.3坝体质量评价303.5.4坝体渗透性303.5.5地质参数建议值323.5.6大坝坝体主要工程地质问题及评价323.6大坝坝基和坝肩工程地质条件与评价333.7溢洪道工程地质条件与评价343.7.1工程地质条件343.8输水建筑物工程地质条件与评价3462 华北水利水电大学毕业设计3.9天然建筑材料353.10结论与建议353.10.1结论35第四章　工程任务与规模384.1地区社会经济发展概况384.2工程任务384.3除险加固的必要性384.3.1工程现状384.3.2工程存在的主要问题394.3.3除险加固的必要性404.4水库洪水调节计算424.4.1防洪标准424.4.2基本资料424.4.2.1水库库容曲线424.4.2.2水库泄流能力曲线424.4.2.3设计洪水434.4.3核定起调水位434.4.4调洪运用方式434.4.5调洪计算及成果分析43第五章枢纽除险加固设计475.1设计依据475.1.2大坝安全鉴定结论475.1.3设计标准485.2坝顶高程复核485.2.1大坝渗流稳定复核5062 华北水利水电大学毕业设计5.2.2坝体地质情况及渗流指标505.2.3渗流计算505.2.4大坝渗流稳定复核结论525.3大坝结构稳定复核535.3.1溢洪道存在的问题585.3.2溢洪道加固设计585.3.3边墙加固585.3.4消力池底板加固615.3.5溢洪道边墙结构安全复核61第六章金属结构676.1放水设施现状676.1.2放水设施存在的问题67参考文献68致谢69附录70毕业设计任务书70附录2开题报告73附录3五村水库计算761.水文计算761.1汇流参数确定761.2暴雨参数S、n确定761.2.1暴雨761.2.2暴雨公式771.2.3产流参数µ的确定：7862 华北水利水电大学毕业设计1.2.4的确定781.2.5的确定791.2.6τ的确定791.2.7洪峰流量的确定791.2.8演算791.2.9洪水总量计算801.2.10洪水调节计算802.除险加固工程设计822.1枢纽概况822.2设计标准822.3大坝坝坡稳定复核823.五村水库渗流分析843.1原大坝渗流分析843.2大坝结构稳定复核874.溢洪道水力计算91附录494英文翻译9462 华北水利水电大学毕业设计前言五村水库位于广西南宁市上林县境内，上林县有耕地面积2.57万公顷，辖7个镇4个乡，全县2005年末总人口46.93万人，县内生产总值14.99亿元，财政总收入1.13亿元目前全县经济发展较快，划归南宁市管辖以来，群众得到实惠较多，社会秩序良好，民族团结和谐，人民安居乐业。五村水库是上林县的水利骨干工程，是解决当地缺水，脱贫致富的命脉工程。五村水库保护下游耕地0.3万亩，人口0.15万人的安全。因此，五村水库防洪作用十分重要。运行多年后，现坝内坡干砌石护坡，块石缺失、崩落、架空零乱，且护坡块石厚度偏薄，块石间夹泥严重，坡面上长满杂草，局部坍塌变形；受雨水冲刷影响，坝外坡坑洼不平且有局部冲沟。大坝坝脚及靠溢洪道一侧坝体存在渗漏。必须尽快采取措施，确保工程安全。毕业设计选择五村水库的除险加固设计，让我重新运用了之前学过的知识，理论联系实际，对自己专业有了更深刻的认识。62 华北水利水电大学毕业设计第一章综合说明1.1工程概况1.1.1水库工程概况五村水库位于南宁市上林县巷贤镇五村村的清水河上。坝址地理位置为：东经108°36′，北纬23°18′。水库枢纽建筑物由大坝、溢洪道、放水设施组成。是一座以灌溉为主，兼有防洪等综合利用的小（一）型水库。水库原设计洪水标准为：50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核，设计洪水位116.27m，校核洪水位117.12m，正常蓄水位113.41m，死水位100.90m。水库集雨面积15.1km2，原登记总库容340万m3。有效库容191.5万m3，死库容3.5万m3。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)，本次评价采用的洪水标准为：50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核，消能防冲按20年一遇洪水设计，相应水库总库容330.48万m3，设计洪水位409.55m，校核洪水位410.26m，正常蓄水位406.8m。水库工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级。水库设计灌溉面积3000亩，最大实际灌溉面积3000亩，保护下游1500人口，保护耕地面积3000亩。1.1.2水库险情情况五村水库于1958年1月动工兴建，1985年12月建成。工程经过二十多年运行，存在诸多安全隐患，险情时有发生。水库管理单位记载有水库大坝运行中出现的异常情况，以及对异常状态的事后处理情况的记载。主要有：（1）建成后土坝和溢洪道漏水渗漏量约0.1~0.2m3/s，1984年冬坝进行灌浆后，渗水量减少70%。（2）2009年汛期溢洪道左侧边墙发生坍塌，长度为19m，2009年10月对此边墙进行维修和加固，同时对上坝道路进行了维修加固。62 华北水利水电大学毕业设计（3）运行多年后，现坝内坡干砌石护坡，块石缺失、崩落、架空零乱，且护坡块石厚度偏薄，块石间夹泥严重，坡面上长满杂草，局部坍塌变形；受雨水冲刷影响，坝外坡坑洼不平且有局部冲沟。大坝坝脚及靠溢洪道一侧坝体存在渗漏。1.2工程水文1.2.1水文气象水库区域属亚热带季风性气候,夏季高温多雨,日照充足,气候温和、霜期短。多年平均气温在19.4℃～21.3℃之间。一般7月份气温最高，年平均气温28℃，1月份气温最低，年平均气温11.6℃。1.2.2洪水将本次洪水复核的洪峰、洪量成果与2004年登记资料进行比较，见下表。五村水库历次设计洪峰流量、洪量成果比较表时间设计标准P(%)24h暴雨(mm)洪峰流量(m3/s)24h洪量(万m3)备注2004年登记资料2288194414推理公式法0.2395282577本次复核5247167296.31推理公式法2296.4214.11371.380.2417.3303.55557.445247166.3293.1瞬时单位线法2296.4210.2356.80.2417.3298.78554.32可见本次洪水复核的洪峰、洪量与2004年登记资料相比成果比较接近。采用本次洪水复核的计算成果。62 华北水利水电大学毕业设计1.3工程地质1.3.1地质概况(1)地形地貌坝址原始地貌为一近“V”型河谷，河谷较狭窄，两侧山体雄厚，主坝左、右坝肩山顶高程分别为430m和450m，山坡坡角多在20°以上，为陡坡地形。大坝位于河流上游，河道弯曲，河床宽窄不一，主坝坝顶高程为409.20～409.70米，溢洪道堰顶高程为402.32～391.21米。工程区山丘上局部地段强风化砂岩层裸露地表，覆盖层缺失或厚度不大，山丘之间的冲沟较窄，冲洪积层分布少。山丘以馒头山形为主，形成了以剥蚀侵蚀类型为主的丘陵地貌。(2)地层岩性坝区内出露的地层为第四系粘性土（Q）及泥盆系中统（D1）粉砂质泥岩，自上而下分述如下：筑坝土层①（人工筑填土QS）、粘土层②（Qedl）、强风化泥质粉砂岩③（D1）。(3)地质构造及地震工程区内未发现有断裂通过，地质构造简单。受大明山构造带活动的影响，工程区岩层产状60～80°∠40～50°，坝区岩层为单斜地层单元。根据《中国地震动参数区划图（GB18306—2001）》，工程区的地震动峰值加速度为0.05g，反应谱特征周期为0.35s，对应地震基本烈度为Ⅵ度。(4)水文地质坝区地层由砂岩与第四系松散土层组成，地下水类型主要有岩石裂隙水与孔隙水两类，来源于地表水与大气降水补给，水量均较小。场地水文地质条件简单。水质评价：根据地区工程经验，并根据水样分析成果资料，判定工程区地表水（水库水）对混凝土结构具微腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。62 华北水利水电大学毕业设计1.3.2大坝工程地质条件大坝填土为棕黄～黄红杂色、黄褐色粘土，稍湿～湿，稍密，可～硬塑状态为主。大坝填土的压实度为94%，不符合《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）规定的中小型土坝压实度不小于95%的要求，坝体密实度欠佳。大坝填土①：通过钻孔注水试验和室内土样渗透试验，坝体填土综合渗透系数为2.61×10-4cm/s，属中等透水。坝基土体②：分布于坝基河床及右侧岸坡的粘土及残坡积土②，土质较密实，为弱透水层，局部老耕土较厚的部位为中等透水。大坝运行蓄水运行以来数次出现过渗漏现象，主要由当地生产队（村屯）自行组织进行小范围的表面修补或局部堵漏，并未能彻底根除。高水位情况下，原河部位的坝脚局部地段出现渗漏现象。分析认为，渗漏原因主要有两个：一是坝基清基不彻底，坝基残余松散或软塑的饱水土层；二是坝体与坝基接触带未进行有效防渗、截水处理。从过ZK02号孔坝基及接触带的注试验成果看，于接触带位置孔内注水的渗漏量大，达到中等的透水性。1.3.3溢洪道工程地质条件溢洪道范围未见有断层发育，在上游堰基、左岸及陡坡段基岩基本出露，下游末段阶地及附近低洼部位则为残坡积土或冲积层所覆盖，厚度约1～3m不等。基岩岩性为泥盆系下统(D1)粉砂质泥岩，岩石表层风化较强烈，风化裂隙发育。岩层倾向上游偏左岸，倾角40～45°，有利于基础防渗和抗滑稳定。溢洪道现状是底板与右岸均采用毛石砼进行任何防护，现状良好，左岸仅于坡脚建高约2米的边墙进行护脚，未防护到顶。左岸边墙顶上虽然是岩质陡坡，但属于强风化泥质粉砂岩，节理裂、风化次裂发育，岩体破碎、强度低、自稳能力差。从现场可观察左岸坡的垂直裂隙纵深发育，上游靠近溢洪道桥的岸坡已经出现小规模的坍埸现象，且有进一步发展的可能。故溢洪道左边墙顶的边坡处于危险状态，需进行加固、防护处理。1.3.4输水建筑物工程地质条件及加固处理建议输水涵洞位于大坝左侧的溢洪道堰底，从溢洪道右侧的底板下穿过，进口为3根Ф62 华北水利水电大学毕业设计600mm钢筋砼压力管，出口为方形浆砌石结构涵洞。输水管主要埋置于基岩上，而出口的涵洞段基础主要置于粘土②层中。地基均匀稳定，岩（土）体强度能满足涵洞变形和承载力要求。输水涵洞存在的主要工程地质问题：一是起闭结构破损，而产生渗漏现象；二是因洞壁砂浆老化，在水力作用而脱落，导致洞壁出现裂缝或孔洞，放水过程中，在水力的作用下，库水会渗透至洞周裂隙中并带走松散物质（岩土）颗粒，致使管壁与洞周岩土体接触不紧密，并导致出口的方形浆砌石结构涵洞段洞周土体产生流土或管涌等形式的破坏，而产生涵洞侧壁渗漏现象。据调查，水库涵洞多次出现漏水现象，经过简单封堵，效果不佳。勘察期间，水位较低，经过涵洞的渗漏量达到30～50L/s。1.3.5天然建筑材料1）土料：可就地取材，水库附近的山头均覆盖有较厚的粘性土层，运距约500m，厚度约3～5米。土质较好，储量丰富，交通便利。2）石料：本地石料市场主要供应微风化灰岩片石、碎石及人工砂，可在当地市场进行采购，运距约10～15km。据地区工程经验，该灰岩石料达到Ⅲ级以上强度。当地石料货源充足，交通便利，供应量满足工程建设需要。3）砂料：当地河砂缺乏，可从南宁市市场采购。1.4工程任务和规模1.4.1地区社会经济发展概况五村水库位于广西南宁市上林县境内，上林县有耕地面积2.57万公顷，辖7个镇4个乡，全县2005年末总人口46.93万人，县内生产总值14.99亿元，财政总收入1.13亿元目前全县经济发展较快，划归南宁市管辖以来，群众得到实惠较多，社会秩序良好，民族团结和谐，人民安居乐业。62 华北水利水电大学毕业设计1.4.2工程任务五村水库位于上林县巷贤镇五村村附近。水库枢纽建筑物由大坝、溢洪道、放水设施组成。五村水库集雨面积为15.1km2，水库总库容330.48万m3。五村水库是以灌溉为主，兼有防洪等综合利用的小（1）型水库。(1)灌溉：水库灌区设计灌溉面积0.3万亩，水库实际灌溉面积为0.3万亩；主要担负着巷贤镇的部分农业灌溉。(2)防洪：水库保护下游耕地0.3万亩，人口0.15万人。1.4.3调洪计算成果·五村水库设计洪水与洪水调节计算成果项目设计频率洪峰流量洪量最大泄流量最高库水位最大库容P(%)(m3/s)(万m3/s)(m3/s)(m)万m32004年登记资料2194414116.270.2282577117.12本次复核5167296.3192.6408.83276.142214.11371.38146409.55301.50.2303.55557.44206410.26330.482004年水文计算登记的成果中的水位采用假设基面高程，本次计算的高程基面采用经实测的数据，高程基面为黄海基面。1.5工程现状及除险加固内容1.5.1工程现状及存在问题五村水库由大坝、溢洪道、输水设施等组成。各建筑物现状及存在问题分述如下：（1）大坝大坝为均质土坝，现状坝顶实际高程为410.88m，坝顶长109m，坝顶宽4.5m，最大坝高20.95m，坝体内坡干砌石护坡，坡比为1:3.36。外坡为草皮护坡，坡比为1:62 华北水利水电大学毕业设计3.6，下游坡脚无反滤排水设施。大坝存在的主要问题有：①坝体填土压实度为94%，压实度、渗透系数均不能满足规范要求。②内坡为干砌石护坡，块石缺失、崩落、架空零乱，且护坡块石厚度偏薄，块石间夹泥严重，局部坍塌，变形严重。③坝外坡杂草灌木丛生，坡面坑洼不平，大坝存在蚁害。坡面与坝肩连接处无排水沟。④坝脚无反滤排水设施。⑤下游坡脚存在渗漏，坡脚处有渗漏积水坑。⑥坝顶为泥路面，坑洼不平，雨天泥泞不堪。（2）溢洪道溢洪道位于大坝左侧岸坡，为实用堰，堰顶进口宽19m，堰顶高程为406.80m。溢洪道是在原岸坡开挖而成，溢洪道左右岸均为浆砌石衬砌，左岸全长96.1m，右岸全长156m。溢洪道进口为跨溢洪道的交通桥，共3跨。溢洪道下游采用消力池进行底流消能。溢洪道存在的问题是：溢洪道已衬砌浆砌石边墙砂浆老化剥蚀脱落，局部崩塌破损严重，且左侧前段边坡未进行防护；右侧浆砌石边墙表面凸凹不平；溢洪道左侧前端未作衬护处理，边坡抗冲性能较差，极容易失稳而滑坡，阻碍泄洪，对水库大坝安全造成严重影响；溢洪道堰体及右侧边墙渗漏严重。消能设施冲刷破损严重。（3）输水涵管放水涵管位于溢洪道底部，为3根钢筋砼压力管，内径均为0.6m。进口高程为395.10m，输水涵管最大泄流能力为0.8m3/s。在泄槽部位设置有闸阀室，采用闸阀启闭。闸阀放水通过设置在右侧边墙内的廊道排往下游渠道。放水流经佛子岑隧洞进入引水渠。放水设施存在的问题是：62 华北水利水电大学毕业设计输水设施老化严重，钢筋砼压力管表面呈较轻老化，但进口处出现有堵塞，较大渗漏等情况，边墙内的廊道盖板破损，廊道周边砂浆老化脱落，渗漏严重。放水闸阀已严重老化锈蚀损坏，无法正常启闭。（4）进库及库区防汛公路从五村村附近的二级公路至水库为6.8km泥沙路。泥路面经长年运行，路面坑洼不平，破坏严重，雨天泥泞不堪，通行困难。（5）大坝安全监测设施大坝无变形观测设施，也没有配置大坝测压管、渗流量观测设施，无法进行浸润线观测和渗流量观测。（6）管理用房及办公设施无管理设施，没有配备防汛专用车和抢险车辆，也无工程维修工具车，库区巡视交通比较落后。水库自身未配置通讯设施。1.5.2工程建设内容坝体填土压实度为94%，压实度、渗透系数均不能满足规范要求，坝体及坝体与坝基接触带有渗漏现象，本次拟沿坝轴线进行全线防渗；坝外坡坡脚无反滤。1）坝基、坝体防渗加固：大坝坝体填土压实度、渗透系数均不能满足规范要求；坝基与坝体接触带接触不够紧密为中等透水性，存在漏水情况本次设计在坝顶布设三排灌浆孔，即沿轴线左右两侧2m各灌一排浆。坝体采用充填灌浆，纵横孔距2.0m。灌浆起始桩号于左坝头0+05.54，灌浆终止桩号为右坝肩0+25.54，轴线总长20m。2）坝顶加固设计大坝现坝顶实际高程为410.88m，满足防洪要求，本次加固设计不需要加高培厚。坝顶路面按200mm厚泥结石路面进行加固，路面高程为410.88m，坝顶上下游侧做M7.5浆砌石护肩。3）护坡：原内坡未护坡，本次设计内坡按1：3.36坡比夯实平整、铺筑砂石反滤层，在反滤层上浇筑C15现浇砼块衬护。在垂直向大坝段由396.00m62 华北水利水电大学毕业设计高程护至坝顶。外坡在原坝坡清理平整后种稙草皮进行护坡，由于交通要求，对在409.26m高程处的原有交通路按200mm厚泥结石路面进行加固。混凝土板厚t=150mm，混凝土护坡底下设置砂砾石垫层，厚150mm。4）坝面排水及排水棱体在内、外坡两侧各设置一条横向M7.5浆砌石排水沟，排水沟断面尺寸为400mm×400mm，形成一个完整的排水体系。在下游设置排水棱体，其顶高程为395.79m，高于正常水位下浸润线逸出点0.5m。排水棱体用堆石砌筑，与坝体接触面设置反滤层，粗砂层厚30cm，碎石层厚30cm。5）坝面白蚁防治。（2）溢洪道溢洪道已衬砌浆砌石边墙砂浆老化剥蚀脱落，局部崩塌破损严重，且左侧前段边坡未进行防护；溢洪道左侧前端未作衬护处理，边坡抗冲性能较差，极容易失稳而滑坡，阻碍泄洪，对水库大坝安全造成严重影响；溢洪道堰体及右侧边墙渗漏严重。消能设施冲刷破损严重。针对溢洪道各部位存在的问题，提出相应的加固方案：①对泄槽段及消力池段局部破损严重的砌石边墙进行拆除重建。对溢洪道泄槽段及消力池迎水面增设砼保护层。②对进口段左侧边坡进行防护处理。③对破损严重的消力池底板进行加固处理。（3）输水设施放水涵管采用闸阀放水，通过设置在边墙的廊道排往下游渠道。但进口处出现有堵塞，较大渗漏等情况，边墙内的廊道盖板破损，廊道周边砂浆老化脱落，渗漏严重。放水闸阀已严重老化锈蚀损坏，无法正常启闭。针对输水设施各部位存在的问题，提出相应的加固方案：①对进口处淤塞进行清理，修复破损严重的进水部位。62 华北水利水电大学毕业设计②对排水廊道进行防渗处理。③更换已破损的廊道盖板。（4）库区防汛公路库区防汛公路路线为从五村村附近的二级公路至水库。目前库区防汛公路均属泥路面,因人畜行走过多,加上雨水冲刷,损坏严重,凹凸不平。因此需提高路面质量。本次设计铺设泥结碎石路面厚200mm，共长6800m。除坝顶防汛道路外，其他道路两侧均做排水沟。（5）大坝监测设施①新建渗流量等观测设施；②在坝前设置水位标尺。（6）完善办公设备配套管理房50m2。1.6金属结构改造更换已损坏的启闭设备，为3个Φ0.6的闸阀。1.7工程施工大坝有屯级道路直通坝首，除险加固的各个项目的施工除进库公路外均可同时进行。工程施工所用的建筑材料，水泥可到上林县水泥厂购买；钢材、砂料可在上林县城购买；当地石料货源充足,交通便利，储量满足工程建设需要，运距约10～15km。土料可就地取材，水库附近的山头均覆盖有较厚的粘性土层，运距约500m，厚度约3～5米。土质较好，储量丰富，交通便利。施工场地均可在项目施工现场布置，砼搅拌、振捣以及土方回填采用相应的施工机械进行。施工用电可从五村村架线供应，距离1.5km。施工用水直接从水库抽取即可。除防汛公路外，其余项目因考虑水库春灌蓄水，这些项目施工必须在秋季停水至次年春灌之前完成水下工程施工。根据工程投资规模和资金安排等情况，整个除险加固工期拟用一年时间完成。从1062 华北水利水电大学毕业设计月初开始通过放水涵放水，月底前将水库水放至死水位395.10m。从第一年11月初进场施工准备到次年10月底全部竣工。1.8环境保护（1）水环境保护设计在各施工区，尽量避免对植被的破坏，在不可避免的情况下，尽可能减小项目建设对生态环境的影响，否则必须采取生态恢复措施。如工程完工后及时种植树木，恢复植被。如发展水库养殖等对水库水质影响较大，必须进行水质评价，以确定养殖发展规模、落实环保措施。（2）施工区“三废”处理1）废水处理本工程在施工期产生的生产废水和生活污水量较少，在河流流速较大处排放，充分利用河流的稀释自净能力。2）施工区废气及粉尘的处理施工机械和运输工具应配备尾气净化装置，以控制施工区空气环境污染。车辆通过临时性道路或土路时，要控制车辆速度，并对路面洒水除尘。为降尘还应对施工现场、工作场地、生活营地等洒水。3）固体废弃物处理在施工期，不得随意向农田、库区倾倒工程废渣，施工区生活垃圾集中定点堆放在各施工生活区设置生活垃圾桶，垃圾不得随意堆放，定时由汽车运至垃圾填埋场堆放处理。（3）施工噪声污染防治施工区的固定噪声源主要是灌浆、混凝土浇筑、砂石料加工等施工活动产生，流动噪声主要是工地上来往行驶的车辆发动机声和喇叭声。施工噪声的防治主要从声源控制、传声途径控制和对接收者进行保护等三个方面进行。（4）施工区人群健康保护62 华北水利水电大学毕业设计在施工人员进驻工地前，对施工区作一次性清理和消毒。加强饮用水源管理，拟定饮用水源保护区，严禁在保护区内排放生活和工业废物。施工结束后，对施工营地进行消毒，对厕所和生活垃圾堆放场等场所尽可能地做到无害化处理。1.9水库工程特性表名称单位大坝注册登记现状本次设计水文流域面积（坝址以上）km215.115.115.1多年平均降雨量mm160016001600水库水库水位校核洪水位m117.12410.20410.26设计洪水位m116.27409.51409.55正常蓄水位m113.41406.80406.80死水位100.90395.10395.10水库容积总库容万m3340328.2330.48死库容万m31.53.53.5下泄流量设计洪水位相应下泄流量m3/s149146校核洪水位相应下泄流量m3/s209206工程效益指标设计灌溉面积万亩0.30.30.3主要建筑物及设备大坝型式均质土坝均质土坝坝均质土坝坝顶高程m118.11410.88410.88坝顶宽度m4.16.44.5最大坝高m20.1120.9520.95坝顶长度m115109109溢洪道型式实用堰宽顶堰宽顶堰堰顶高程m113.41406.80406.80溢流前缘宽度m201919消能方式消力池跌水消能跌水消能输水涵管型式钢筋砼压力管钢筋砼压力管钢筋砼压力管62 华北水利水电大学毕业设计断面尺寸mm3φ6003φ6003φ600进口高程m100.90100.90395.10长度m505050闸门型式闸阀闸阀闸阀设计流量m3/s0.80.80.8启闭设备人工人工人工施工主体工程总量土方明挖m31159土石方填筑m330砼m31198主要建材水泥t624.2钢材t23.22块石m31266碎石m32173砂m31151总工时万工时5.06工程总投资万元308.9662 华北水利水电大学毕业设计第二章水文2.1水库与流域基本情况五村水库位于广西壮族自治区南宁市巷贤镇五村村，是一座以灌溉为主的小(1)型水库。2004年广西区工程管理局汇编资料成果中水库集雨面积为15.1km2，河流长6km，河流比降17‰。2.2水文气象特性水库区域属亚热带季风性气候,夏季高温多雨,日照充足,气候温和、霜期短。多年平均气温在19.4℃～21.3℃之间。一般7月份气温最高，年平均气温28℃，1月份气温最低，年平均气温11.6℃。2.3基本资料收集整理2.3.1流域特征参数的复核广西区工程管理局汇编资料成果中成果为F=15.1km2，L=6km，J=17‰。本次水库安全评价采用万分之一地形图对五村水库坝址以上流域特征值重新进行量算，成果如下：流域面积F=15.2km2，主河道长L=5.87km，河道平均比降J=17.2‰，其结果与2004年广西区工程管理局汇编资料成果中相差不大，为保持资料的一致性，本次复核五村水库的洪水计算采用的集雨面积为15.1km2，河流长6km，河流比降17‰。2.3.2设计洪水依据资料收集与整理五村水库没有雨量和水位观测站，水库未设入库流量观测站，流域内也无流量观测资料，且本流域内无水文资料，无法直接以实测洪水资料复核计算，只能采用暴雨资料推求五村水库的设计洪水。62 华北水利水电大学毕业设计2.4水库径流水库集雨面积为15.1km2，根据《广西地表水资源》查“广西多年平均年径流系数等值线图”，可得α＝0.5，由水库多年平均年降雨量1600mm可算得R＝800mm，由W=0.1αPF计算得多年平均径流量为1208万m3。根据《广西地表水资源》查“广西多年年径流变差系数Cv等值线图”，可得Cv=0.3，取Cs=2Cv，应用P—Ⅲ型理论频率曲线，可求得各频率的年径流成果如表2-4-1。项目均值CvP(%)10152050708090年来水量1200.31685158214931170992.77898.55772.62表2-4-1　年径流频率计算成果注：年来水量单位为万m3。2.5设计洪水五村水库2004年广西壮族自治区水利工程管理局汇编资料成果是按50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。本次复核根据《水利水电工程等级划分及防洪标准(SL252-2000)》的规定，小(1)型水库土石坝的洪水标准可按50～30年一遇洪水设计，1000～300年一遇洪水校核。鉴于水库大坝为土坝组成，并考虑到水库大坝目前可达到的洪水标准，认为大坝应按50年一遇(P=2%)洪水设计，500年一遇(P=0.2%)洪水校核，消能防冲洪水标准为20年一遇(P=5%)洪水设计。2.5.1洪水特性与成因造成本流域洪水的主要因素是暴雨，春末夏初，流域内的暴雨主要是北方冷空气南下影响所致，夏末秋初，流域内的暴雨或特大暴雨主要是受太平洋台风登陆影响所致。洪水期与暴雨期相对应，主要集中在每年的4～9月份，其中5～8月份发生的机会最多，4、9月份次之，造成一场洪水的暴雨主要是24h降雨量。62 华北水利水电大学毕业设计2.5.2历次洪水复核情况五村水库目前无法找到原设计的报告书，其计算方法无法了解，只在2004年广西区工程管理局汇编资料成果中提及其标准。2004年广西区工程管理局汇编资料成果中，设计标准按50年一遇洪水，校核标准500年一遇洪水。现将其水文复核情况简述如下：⑴设计暴雨:采用年最大24h降雨量进行计算，设计暴雨的推求无从考证。⑵设计洪水：推理公式法推求设计洪水。2.5.3洪峰流量计算本次采用广西壮族自治区水电厅1984年版的《广西壮族自治区水文手册》提供的资料，按设计洪水50（P=2%）年一遇，校核洪水500（P=0.2%）一遇的标准进行洪水计算。根据水科院推荐的推理公式：Q=0.278ΨiF=0.278ΨF（2-1）当全面汇流条件下，t≤tc，ψ=（2-2）当部分汇流条件下，t>tc，ψ=n（2-3）tc=（2-4）（2-5）（2-6）62 华北水利水电大学毕业设计式中：Q——最大流量（m3/s）;ψ——洪峰径流系数；i——最大平均暴雨强度：（mm/h）；S——暴雨雨力，即最大一小时暴雨量（mm/h）n——暴雨公式指数；F——集水面积（km2）；L——自坝址沿主河道至分水岭的河流长度（km）；J——沿L的河道平均坡降（‰）；t——流域汇流时间（h）；τ0——当ψ=1的流域汇流时间（h）；tc——产流历时（h）；µ——产流参数，即产流历时内流域平均入渗强度（mm/h）；m——汇流参数。流域特征系数θ由下式计算：=6/0.0170.333/15.10.25=11.84(2-7)m=0.17θ0.581将θ=11.84代入m=0.17×11.840.581=0.71产流参数μ的确定：平均µ=4.8F-0.19，相应的Cv=0.18、Cs=3.5Cv，查皮尔逊Ⅲ型曲线表得K2%=1.48，K0.2%=1.74，则：Μ2%=K2%μ=1.48×4.8F-0.19=1.48×4.8×15.1-0.19=4.241mm/hμ0.5%=K0.2%μ=1.48×4.8F-0.19=1.74×4.8×15.1-0.19=4.987mm/h水文计算基本参数见表2-1。62 华北水利水电大学毕业设计表2-1五村水库入库洪峰流量计算表F(km2)L(km)J(‰)J1/3F1/4θ=mH1(mm)CvCsH6(mm)CvCs15.16170.2571.97111.840.7550.353.5Cv900.53.5Cv频率（%）H1(mm)H6(mm)n1SpτQm(m3/s)演算2105.6217.80.596105.62.280.0770.9392.321941.40.2138.6313.20.54138.62.370.0490.9492.422821.42.5.4洪水总量计算根据《广西暴雨径流查算图表》，可知五村水库所在流域的各项分区情况如表2-5-4。表2-5-4五村水库流域各项暴雨分区情况表产流分区汇流分区雨型分区下垫面分区4区3区3区低山丘陵采用原广西水文总站编制的《广西暴雨径流查算图表》中介绍的产汇流计算方法，应用推理公式法对五村水库推求设计洪水，其设计暴雨的历时取24h，时段长△t取1h，稳定入渗率取2mm/h。24h设计暴雨雨型采用《广西暴雨径流查算图表》刊布的分区综合24h雨型。⑴设计净雨的推求各历时设计暴雨量计算公式为当1＜t≤6小时：(2-9))当6＜t≤24小时：(2-10))式中，n2p=1+1.285Lg(H1p/H6p)；n3p=1+1.661Lg(H6p/H24p)62 华北水利水电大学毕业设计设计雨型采用《广西暴雨径流查算图表》刊布的分区综合24h雨型。根据所计算的暴雨过程，扣初损和稳渗后即得各时段净雨过程。稳定入渗率取2mm/h。(2)推理公式法推求设计洪水推求设计洪峰流量的公式为：(2-11)(2-12))Qm——设计洪峰流量(m3/s)；h——最大τ时段内的净雨量(mm)τ——流域汇流历时(h)；L——流域最大汇流长度(km)；J——流域平均坡度；m——为汇流参数，水库所在流域为低山丘陵区，植被一般，汇流参数m取公式m=0.17θ0.581式中：由三部分净雨造成的三个三角形过程线叠加，求出地面径流过程线，再叠加潜流及深层流，则得合成设计洪水过程线。62 华北水利水电大学毕业设计洪量按设计洪水过程线逐时段进行统计。水库各频率设计洪峰流量及洪量成果见表2-5-5。表2-5-5五村水库设计洪水与洪水调节计算成果项目设计频率洪峰流量洪量最大泄流量最高库水位最大库容备注P(%)(m3/s)(万m3/s)(m3/s)(m)万m32004年登记资料2194414116.27推理公式0.2282577117.12本次复核5167296.3192.6408.83276.14推理公式2214.11371.38146409.55303.50.2303.55557.44206410.26330.485166.3293.1单位线2210.2356.80.2298.78554.322004年登记资料水位高程采用假定基面，本次复核采用黄海基面，采用实测值。2.5.5设计洪水成果分析将本次洪水复核的洪峰、洪量成果与2004年登记资料进行比较，见表2-5-5。可见本次洪水复核两种方法计算的成果相差不大，洪峰、洪量与2004年登记资料相比成果比较接近。采用本次洪水复核的推理公式计算成果。2.6施工洪水62 华北水利水电大学毕业设计根据水库流域暴雨洪水的特点，选择12月～次年1月、11月～次年2月、11月～次年3月三个时段进行施工期洪水计算，利用大龙洞水库雨量站的实测降雨资料系列，在所选择的三个施工时段内按最大24h降雨量选样，用经验频率进行计算，成果见表2-6-1。采用推理公式法计算水库各频率施工期设计洪水。水库最低放空水位为395.1m，洪水来时将洪水量蓄于水库中，各时段相应频率的洪水对应的库水位及库容见表2-6-2。表2-6-1水库施工期最大24h设计暴雨成果表　单位：mm施工期P(%)102033.35011月～次年1月69.157.348.238.311月～次年2月84.766.051.840.311月～次年3月89.071.156.845.4表2-6-2水库施工期各频率设计洪水与坝前水位计算成果表频率(%)施工期洪峰流量(m3/s)24h洪量(万m3)坝前最高水位(m)水库库容(万m3)5011月～次年3月34.2539.77397.4343.282.7泥沙水库坝址以上流域及邻近流域均无实测泥沙观测资料，需从有关图集中查算和用经验公式估算。由《广西地表水资源》中的广西悬移质多年平均年侵蚀模数分区图可查得水库坝址的年侵蚀模数为100~200t/km2，可估算得水库坝址处的多年平均悬移质年输沙量在0.11~0.22万t之间，取下限数0.11万t作为水库坝址处多年平均悬移质输沙量，其中大部分从溢洪道随洪水排出。故水库库区泥沙淤积对水库的死库容影响不大。62 华北水利水电大学毕业设计第三章工程地质3.1前言(1)工程概况五村水库工程建于上世纪五、六十年代。枢纽建筑物由大坝、排洪道和放水涵洞等构成。其中大坝为均质土坝，坝顶长109m，顶宽4.5m，最大坝高20.95m。据调查了解，当年工程动工前，未进行过专门的工程质勘察工作，本次收集资料也未查到当年地质资料存档。本阶段勘察工作充分利用的地质我院2010年3月份出版的水库大坝安全评价报告成果资料。该水库于2010年8月通过了安全鉴定，经鉴定，大坝主要存在的工程地质问题有：①大坝坝体筑填土密实度差，坝基接触带存在渗漏。坡面无排水沟，护坡破损严重，冲涮沟槽发育，人为破坏较严重。下游坝脚排水棱体淤塞严重，部分缺失、崩乱。坝体存在蚁患。②溢洪道左岸坡未进行防护措施，为强风化粉砂质泥岩边坡，裂隙发育强烈、高角度张裂隙纵深发育，岩体被切割成块状，自稳能力差，部分地段出现崩坍现象。该边坡存在滑埸隐患。③输水设施破损严重，涵管管壁砂浆老化，开裂严重；涵洞管壁因开裂渗漏较严重，危及坝身安全。(2)本阶段完成的主要工作项目及完成工作量在大坝安全评价阶段钻探勘察工作量及地质成果资料基本达到初步设计阶段的要求，本阶段不再进行钻探工作，安全评价阶段完成主要勘察工作量见表3.1-1。表3.1-1　完成主要勘察工作量一览表序号工作内容单位工作量序号工作内容单位工作量1水库区地质校测km2366压、注水试验段212坝区地质测绘km20.107取水样件13工程钻探m/孔127.70/58现场标贯测试次174取原状土样件119土工试验件115取扰动土样件110水质检测件162 华北水利水电大学毕业设计3．2区域地质概况3.2.1测区构造位置测区处于桂西山地与桂中盆地的过渡带之间，是广西山字型构造前弧西翼部位的大明山构造区。3.2.2总体地势测区总体地势大致从西北向东南倾斜，西北部山峰一般海拔600-750米，东南部一般海拔400-550米。大明山背斜自南面延入，山脉隆起似长坦状，分布于测区东南部。清水河于测区北侧流过，是区内地势最低。属于中低山地貌。3.2.3测区地层区域内出露地层有寒武系上统（∈2）、泥盆系下统（D1）、泥盆系中统（D2）和第四系（Q）。其中寒武系上统（∈2）为长石石英砂岩，上部为页岩，该层在测区西部大部分地区；泥盆系下统（D1）为粉砂质泥岩及泥岩，该层在测区的中部，范围较广；泥盆系中统（D2）为粉砂岩、砂岩夹泥岩，下部为灰岩，该层主要分布在测区的东侧；第四系（Q）多为残积层粘性土，主要分布于河流阶地上和山腰的覆盖层，层厚不稳定。3.2.4测区构造及地震区域内地质构造线主要呈北西向。中部褶皱除基底较紧密外，其余均较开阔；东西两侧褶皱紧密，走向断裂发育。测区构造形迹属大明山构造区，古蓬三里构造亚区，澄泰向斜部分。根据《中国地震动参数区划图（GB18306—2001）》，工程区的地震动峰值加速度为0.05g，反应谱特征周期为0.35s，对应地震基本烈度为Ⅵ度。62 华北水利水电大学毕业设计根据1975年广西地震工作会议文件，测区属于重点监视区之一，常有地震发生，一般小于五级。据有关资料记载，测区及附近在历史上曾发生过13次地震，近代有9次。具破坏性的地震有两次：一次发生在1852年，震中在贵县附城，史料称附城十里，地陷数十处；另一次发生在1936年5月1日，震中在灵山，震级6.75级，房屋倒塌。上林县范围内，尚无破坏性地震记录。3.2.5水文地质测区地处亚热带，年降雨量一般1400～1600毫米，十分充沛，地表泾流发育，地下水类型主要是裂隙水和孔隙水。裂隙水赋存于基岩的风化裂隙和构造裂隙中，水量较小。孔隙水赋存于第四第砂砾层及粘性土中，由地表水和大气降水补给，水量受季节变化影响明显。3.3库区地质概况库区为低山丘陵地貌，南高北低，山顶海拔高程多在130～200m左右，地表多有坡残积层分布，坡度较缓，呈馒头形，多为林地。库区基岩为泥盆系下统（T1）泥质粉砂岩。水库主坝坝肩、溢洪道附近地段基岩大部分裸露地表，库区其他地段基岩多为坡残积层覆盖，植被发育良好。库区内没有发现有大的或活动性断裂通过，地质构造简单。水库库岸水下段部分为岩质边坡，上覆的残积土物理力学性较好，岸坡稳定性好，无塌岸、滑坡等不良地质现象存在。库区内地下水类型为基岩裂隙水和孔隙水，裂隙水赋存于基岩构造裂隙和风化裂隙之中，孔隙水赋存于覆盖层孔隙中，水量均较小。3.4工程区地质概况3.4.1地形地貌坝址原始地貌为一近“V”62 华北水利水电大学毕业设计型河谷，河谷较狭窄，两侧山体雄厚，主坝左、右坝肩山顶高程分别为430m和450m，山坡坡角多在20°以上，为陡坡地形。大坝位于河流上游，河道弯曲，河床宽窄不一，主坝坝顶高程为409.20～409.70米，溢洪道堰顶高程为402.32～391.21米。工程区山丘上局部地段强风化砂岩层裸露地表，覆盖层缺失或厚度不大，山丘之间的冲沟较窄，冲洪积层分布少。山丘以馒头山形为主，形成了以剥蚀侵蚀类型为主的丘陵地貌。3.4.2地层岩性坝区内出露的地层为第四系粘性土（Q）及泥盆系中统（D1）粉砂质泥岩，自上而下分述如下：筑坝土层①（人工筑填土QS）：黄褐色，夹褐红色，主要以粘土为主，含少量砂岩风化角砾，粒径以2～15mm为主，局部约占5～10%，土体均匀性好，呈可塑状为主，密实度属稍～中密，地下水位以上土质呈稍湿-湿状为主，地下水位以下土质呈很湿-饱和状。粘土层②（Qedl）：黄褐色，夹红褐色，局部为灰褐色，稍湿～饱和，可塑～硬塑状态，局部含较多砂岩风化角砾，土质较均匀，物理力学性质稳定，属中等压缩性土。该层于区内分布较连续，范围广，层厚不稳定，主要分布于谷底及山坡等地段。强风化泥质粉砂岩③（D1）：褐红色，褐黄色，表层风化较强烈，岩质较软，岩体层理裂隙、垂直张性裂隙发育，岩石基本风化呈碎块状、粘土状物质。3.4.3地质构造与地震工程区内未发现有断裂通过，地质构造简单。受大明山构造带活动的影响，工程区岩层产状60～80°∠40～50°，坝区岩层为单斜地层单元。节理裂隙主要有两组，具体详见下表3-5-1所示：表3-4-1构造裂隙发育情况表走向倾向倾角（º）发育密度（条/m）属性50º～100ºNE40～602～3压性（顺层）130º～200ºSW70～902～4张性（张开度1～2mm）根据《中国地震动参数区划图（GB18306—62 华北水利水电大学毕业设计2001）》，工程区的地震动峰值加速度为0.05g，反应谱特征周期为0.35s，对应地震基本烈度为Ⅵ度。3.4.4水文地质条件1)地下水坝区地层由砂岩与第四系松散土层组成，地下水类型主要有岩石裂隙水与孔隙水两类，来源于地表水与大气降水补给，水量均较小。场地水文地质条件简单。2)水质类型根据现场调查，库坝区范围的土体和水体未发现有被工业化学或有机质污染情况，水库水目前是大江屯及下游耕地的主要灌溉水源之一，水质良好。本次勘察取坝一件前库水水样作水质分析。根据地区工程经验，并根据水样分析成果资料，判定工程区地表水（水库水）对混凝土结构具微腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。3)岩(土)体透水性1）大坝填土①：通过钻孔注水试验和室内土样渗透试验，坝体填土综合渗透系数为2.61×10-4cm/s，属中等透水。2）坝基土体②：分布于坝基河床及右侧岸坡的粘土及残坡积土②，土质较密实，为弱透水层，局部老耕土较厚的部位为中等透水。3.4.5岩体风化特征大坝坝基岩石为泥盆系下统（D1）泥质粉砂岩，部分地段见夹有薄层页岩。岩石抗风化强弱主要与岩性、构造有关。泥质粉砂岩岩质较、抗风化能力弱，风化带表层岩石风化破碎呈碎块状及土状。从钻探揭露的情况了解到，工程区强风化带厚度大，本次勘察未揭穿该层。3.4.6近坝库岸稳定性62 华北水利水电大学毕业设计主坝坝肩上覆土层厚度小，部分地段基岩已出露地表，两岸山坡地表植被覆盖较好。水库岸坡组成的岩土层物理力学性质较好，大部分地段自然坡度较小，局部较陡的库岸地段，多为基岩岸坡，库岸于自然条件下，稳定性良好，无明显的塌岸现象。近坝100范围内库岸不存在危及大坝安全的崩塌、滑坡等不良地质现象，库岸稳定性较好。3.5大坝坝体填筑质量与评价3.5.1坝体填土分布特征与物质组成根据现场钻探揭露和土工试验资料，大坝填土为棕黄～黄红杂色、黄褐色粘土，稍湿～湿，稍密，可～硬塑状态为主。本次勘察分别采取扰动样和原状土样作击实、颗分和干密实试验，试验成果见3-5-1。表3-5-1大坝填土颗粒分析成果统计表粒组样号粗粒土（＞0.075mm）细粒土（＜0.075mm）最大干密度ρdmaxg/cm3最优含水量ωop%砾粒（%）砂粒（%）粉粒（%）粘粒（%）＞2mm2～0.075mm0.075～0.005mm＜0.005mm扰动1#20.023.241.415.41.6817.5原状1-14.025.549.021.5原状2-19.017.451.921.7原状3-220.027.836.315.9平均值13.323.544.718.6　　从上表数据分析，坝体填土总体来说颗粒级配较合理，但局部砂砾含量高，不利于压实和整体防渗。62 华北水利水电大学毕业设计3.5.2坝体填土物理力学性质本次勘察对大坝填土共采取原状土样7组作室内土工试验，其物理力学性质试验指标平均值按整个坝体进行统计，见下表3-5-2。表3-5-2大坝填土物理力学试验指标(平均值)表地层单元物理力学指标大坝填土备注物理性指标压实度（干密度/最大干密度）0.94含水量w(%)25.7湿密度ρ(g/cm3)1.98干密度ρd(g/cm3)1.58孔隙比e0.736饱和度Sr(%)96力学指标抗剪强度(饱和固结慢剪)粘聚力C(KPa)45.0内摩擦角φ(°)18.2压缩性压缩系数av1-2(MPa-1)0.26压缩模量Es1-2(MPa)6.9渗透性渗透系数k(×10-6cm/s)8.323.5.3坝体质量评价　1)填土压缩性评价从室内土工试验成果及表3-5-2土样试验指标统计结果看，大坝填土的压缩系数范围值0.33～0.20Mpa-1，平均值0.26Mpa-1，压缩模量Es范围值为8.4～5.6Mpa，平均值6.9Mpa。因此，大坝填土属中等压缩性土，土质较均匀。　2）填土压实度评价本次勘察对大坝坝体填土采取扰动样和原状样分别作室内击实试验和干密度试验，经对试验成果进行数理统计后得出大坝填土的最大干密度、干密度平均值、压实度等指标值。根据统计结果，击实试验最大干密度平均值为1.68g/cm3，坝体土样的干密度平均值为1.58g/cm3，其压实度为94%，未满足«小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则»62 华北水利水电大学毕业设计（SL189-96）规定，小型土坝压实度应满足95%～97%的要求。据此判定，大坝填土密实度不满足规范要求。3.5.4坝体渗透性　1)渗透系数统计及评价原状土样室内渗透试验主要以水平渗流形式进行，按整个坝体进行统计渗透系数结果列于表3-5-3。表3-5-3大坝坝体原状土样室内渗透试验成果统计表指标部位渗透系数统计值k20(cm/s)最大值最小值平均值小值平均值大值平均值坝体水平2.17×10-51.04×10-68.32×10-62.63×10-61.68×10-5垂直2.15×10-63.80×10-71.70×10-6本次勘察外业钻探期间，分别在5个钻孔中作了8段次现场注水试验，成果统计结果见表3-5-4。表3-5-4大坝坝体钻孔注水试验成果统计表试验位置试验段次浸透系数k(cm/s)范围值平均值大值平均值坝体87.29×10-5～3.07×10-42.00×10-42.61×10-4从表3-5-3和表3-5-4可以看出，坝体填土的室内试验指标明显小于现场注水试验数值，分析原因主要是室内试验的土样数量有限，且在野外取样和室内制样过程中存在人为粗中取细和土结构被扰动和压密等因素。从现场土体结构及成份分析，钻孔注水试验的参数更能反映客观实际。因此，大坝填土渗透系数大值平均值上应为2.61×10-4cm/s，达不到规范对均质土坝渗透系数的要求。2)渗透系数地质建议值根据室内土样渗透试验成果及现场钻孔注水试验成果，坝体水平方向渗透系数取钻孔注水试验结果的大值平均值，垂直方向则以室内土样渗透试验和钻孔注水试验的大值平均值综合给出，建议值见表3-5-5。62 华北水利水电大学毕业设计表3-5-5坝体填土渗透系数地质建议值表部位渗透系数k(cm/s)垂直方向水平方向坝体1.2×10-42.61×10-43)坝体浸润线经现场调查，原大坝未设有水位观测设施。本次外业勘探期间，水库水位为402.250m，接近最低枯水位。为了解大坝坝体的浸润线情况，于勘察期间对各钻孔地下水位进行了统一观测，观测结果见表3-5-6。表3-5-6钻孔实测浸润线水位表钻孔编号钻孔位置库水位高程（m）孔内地下水高程（m）观测日期ZK01坝轴线402.25398.222007.3.19ZK02398.402007.3.19ZK03398.302007.3.19上游坡ZK04399.102007.3.19ZK05下游坡397.152007.3.19从表3-5-6可以看出，内坡的4号孔水位与库水位相差不大，坝轴线的2号孔与4号孔水位也比较接近，观测到坝体的渗润线在坝轴线后相对较平，说明坝体的整体防渗性能较好。3.5.5地质参数建议值根据相关规程规范对岩土物理力学性质参数取值的规定：土的物理性质参数以试验指标的算术平均值作为标准值，而力学强度参数则根据对工程安全有利或不利的风险情况选用大值平均值或小值平均值。在统计分析试验成果的基础上，结合现场勘察情况和类比相似工程等，提出水库除险加固地质参数建议值，见参数建议值表3-10-1。3.5.6大坝坝体主要工程地质问题及评价1)坝基渗漏62 华北水利水电大学毕业设计水库始建于上世纪六十年代，由于当年施工技术、设备和管理落后，施工质量差，大坝填土碾压不实，坝基清基不彻底。自大坝运行以来几十年，该坝未进行过正规安全鉴定，也未进行过正规的维护或加固处理措施。致使蓄水运行以来数次出现过渗漏现象，主要由当地生产队（村屯）自行组织进行小范围的表面修补或局部堵漏，并未能彻底根除。高水位情况下，原河部位的坝脚局部地段出现渗漏现象。分析认为，渗漏原因主要有两个：一是坝基清基不彻底，坝基残余松散或软塑的饱水土层；二是坝体与坝基接触带未进行有效防渗、截水处理。从过ZK02号孔坝基及接触带的注水试验成果看，于接触带位置孔内注水的渗漏量大，达到中等的透水性。2)护坡损坏据现场巡查踏勘，大坝内坡片石护坡破损严重，大部分坝面已出露并受较严重的冲涮破坏。外坡草皮护坡被雨水冲刷和人畜损毁严重，坡面凹凸不平；坡脚被渗漏水流冲刷局部呈吊脚临空或反坡状；坝后未按规范设置排水棱体。护坡损坏和排水棱体功能的缺失，目前虽然尚未对大坝构成严重危害，但任其发展，必对大坝的稳定造成危害。3.6大坝坝基和坝肩工程地质条件与评价根据现场调查和现场测绘及钻孔资料，大坝施工时对原河床冲积层未能进行彻底清除，至今仍然有耕植层、冲填土等软弱土存于坝基内。呈灰褐色，主要成份由粘性土有机质组成，该层因长期受到上部坝体荷重固结作用，土体重新固结，透水性中等。大坝左侧ZK02附近原河床地段坝基土层（粘土②）厚度不大（1.70m），通过室内土工试验成果看，虽粘粒含量较大，但土中有机质含量高，该层土结构不是很密实，防渗较差，从现场钻孔注水试验结果看，该地段属于中等透水性。通过现场压、注水试验，下伏的粉砂质泥岩部分地段（ZK01、ZK05）附近表层风化严重，属于中等透水。62 华北水利水电大学毕业设计左右坝肩与坝体接触部位外观现状良好，未见有开裂、变形和位移等不良情况，但坝体与岸坡接触带无截水槽，坝体填土未嵌入两端山体，据调查，大坝两端与山体接触带在水库高水位时存在漏水现象，虽不严重，但任其发展，对大坝是可能会造成危害的。本次勘察期间库水位较低，未观察到两坝端接触带的渗漏情况。坝区地质构造比较简单，未见有断层发育，但坝基岩体节理裂隙、次生风化裂隙发育强裂，且裂隙连通性较好，形成较好渗水通道。现场钻孔压、注水试验过程，发现坝基附近孔内渗漏量较大，达到中等偏强的透水性，说明坝基及接触带存在漏水情况，漏水量大小与库水位高低呈正比关系。根据钻探实践、现场鉴别和工程类比，坝基岩土体物理力学指标建议值见表3-10-1。3.7溢洪道工程地质条件与评价3.7.1工程地质条件水库溢洪道位于大坝左坝肩，右边墙与大坝相联，左边向左坝肩的山坡切坡开挖成槽，左挖右砌形成紧临大坝的溢洪道，进口宽约19m，上游端堰顶高程406.80m。溢洪道范围未见有断层发育，在上游堰基、左岸及陡坡段基岩基本出露，下游末段阶地及附近低洼部位则为残坡积土或冲积层所覆盖，厚度约1～3m不等。基岩岩性为泥盆系下统(D1)粉砂质泥岩，岩石表层风化较强烈，风化裂隙发育。岩层倾向上游偏左岸，倾角40～45°，有利于基础防渗和抗滑稳定。溢洪道现状是底板与右岸均采用毛石砼进行任何防护，现状良好，左岸仅于坡脚建高约2米的边墙进行护脚，未防护到顶。左岸边墙顶上虽然是岩质陡坡，但属于强风化泥质粉砂岩，节理裂、风化次裂发育，岩体破碎、强度低、自稳能力差。从现场可观察左岸坡的垂直裂隙纵深发育，上游靠近溢洪道桥的岸坡已经出现小规模的坍埸现象，且有进一步发展的可能。故溢洪道左边墙顶的边坡处于危险状态，需进行加固、防护处理。3.8输水建筑物工程地质条件与评价输水涵洞位于大坝左侧的溢洪道堰底，从溢洪道右侧的底板下穿过，进口为3根Ф62 华北水利水电大学毕业设计600mm钢筋砼压力管，出口为方形浆砌石结构涵洞。输水管主要埋置于基岩上，而出口的涵洞段基础主要置于粘土②层中。地基均匀稳定，岩（土）体强度能满足涵洞变形和承载力要求。输水涵洞存在的主要工程地质问题：一是起闭结构破损，而产生渗漏现象；二是因洞壁砂浆老化，在水力作用而脱落，导致洞壁出现裂缝或孔洞，放水过程中，在水力的作用下，库水会渗透至洞周裂隙中并带走松散物质（岩土）颗粒，致使管壁与洞周岩土体接触不紧密，并导致出口的方形浆砌石结构涵洞段洞周土体产生流土或管涌等形式的破坏，而产生涵洞侧壁渗漏现象。据调查，水库涵洞多次出现漏水现象，经过简单封堵，效果不佳。勘察期间，水位较低，经过涵洞的渗漏量达到30～50L/s。输水建筑物岩体物理力学指标请参照见表3-10-1的地质参数建议值。3.9天然建筑材料1）土料：可就地取材，水库附近的山头均覆盖有较厚的粘性土层，运距约500m，厚度约3～5米。土质较好，储量丰富，交通便利。2）石料：本地石料市场主要供应微风化灰岩片石、碎石及人工砂，可在当地市场进行采购，运距约10～15km。据地区工程经验，该灰岩石料达到Ⅲ级以上强度。当地石料货源充足，交通便利，供应量满足工程建设需要。3）砂料：当地河砂缺乏，可从南宁市市场采购。3.10结论与建议3.10.1结论1）水库区域构造背景处于大明山构造带，区域内断层未发现有近期活动迹象，故工程区区域稳定性良好。62 华北水利水电大学毕业设计2）据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），库区地震动峰值加速度为0.05g，反应谱特征周期为0.35s，对应地震基本烈度为Ⅵ度。3)水库区未发现有向邻谷渗漏现象，近坝库岸总体稳定性较好。4）大坝坝体：填土压实度、渗透系数均不能满足规范要求。5）大坝两端与山体接触带在高水位时存在渗漏，需要防渗处理确保大坝安全。6）坝基与坝体接触带接触不够紧密为中等透水性，存在漏水情况，需要对该渗漏接触带进行充填灌浆防渗处理。7）大坝外坡破损严重，坡面凹凸不平，坡脚受积水浸泡、禽畜毁坏，反滤棱体不完善，并有继续恶化趋势，长期发展会危及大坝安全。8）输水涵洞存在漏水情况，应进行加固、防渗处理。9）溢洪道左岸坡为强风化粉砂质泥岩边坡，裂隙发育强烈、岩体破碎，自稳能力差，裸露在空气中会加剧岩石的风化破坏程度进而危及到整个边坡的安全。建议对该岸坡防护到顶。10）坝顶未设置防浪墙，不符合规范要求。3.10.2建议1)鉴于大坝存在上述问题，建议尽快进行该水库的除险加固工作，以确保水库安全运行及发挥应有效益。2)本次勘察水库水位较低，未能在现场调查到高水位时大坝的渗漏情况，下阶段工作中应进行补充调查，作为设计依据。62 华北水利水电大学毕业设计表3-10-1　　水库除险加因岩土体物理力学指标建议值表地层单元物理力学指标大坝筑填土（筑坝土①）坝基原生土（粘土②）基岩强风化粉砂质泥岩③物理性指标含水量w(%)25.733.9/湿密度ρ(kN/m3)19.818.624.0干密度ρd(kN/m3)15.813.9/孔隙比e0.7360.992/饱和度Sr(%)9695/液性指数IL0.200.37/其它土粒比重Gs2.742.77/液限WL（%）36.150.6/塑限WP（%）20.024.1/塑性指数IP16.026.5/物理力学指标饱和固结快剪粘聚力C(kPa)40.051.2/内摩擦角φ(°)8.012.8/饱和固结慢剪粘聚力C(kPa)38.5//内摩擦角φ(°)16.0//压缩性压缩系数av1-2(MPa-1)0.260.35/压缩模量Es1-2(MPa)6.55.5/变形模量E0(Gpa)//12渗透性渗透系数k(cm/s)坝体部分2.61×10-4岸坡地段(岸段)1.10×10-5/大坝与基底接触带6.80×10-4原河床段部分2.50×10-4/透水率q(Lu)//9.8抗剪强度（饱和状态综合指标）岩石/岩石C’(MPa)/0.350.35f"’/0.600.60砼/岩C’(MPa)/0.400.40f′/0.600.65基底摩擦系数µ0.250.300.45地基承载力fk(kPa)120220500内摩擦角φ(°)(经验值)//30.0无压洞单位岩石抗力系数ko（kg/cm3）//8岩石坚固性系数f/1262 华北水利水电大学毕业设计第四章　工程任务与规模4.1地区社会经济发展概况五村水库位于广西南宁市上林县境内，上林县有耕地面积2.57万公顷，辖7个镇4个乡，全县2005年末总人口46.93万人，县内生产总值14.99亿元，财政总收入1.13亿元目前全县经济发展较快，划归南宁市管辖以来，群众得到实惠较多，社会秩序良好，民族团结和谐，人民安居乐业。4.2工程任务五村水库位于上林县巷贤镇五村村附近。水库枢纽建筑物由大坝、溢洪道、放水设施组成。五村水库集雨面积为15.1km2，水库总库容330.48万m3。五村水库是以灌溉为主，兼有防洪等综合利用的小（1）型水库。(1)灌溉：水库灌区设计灌溉面积0.3万亩，水库实际灌溉面积为0.3万亩；主要担负着巷贤镇的部分农业灌溉。(2)防洪：水库保护下游耕地0.3万亩，人口0.15万人。4.3除险加固的必要性4.3.1工程现状五村水库枢纽主要建筑物有：大坝、溢洪道和放水涵管组成。（1）大坝大坝为均质土坝，现状坝顶实际高程为410.88m，坝顶长109m，坝顶宽4.5m，最大坝高20.95m，坝体内坡干砌石护坡，坡比为1:3.36。外坡为草皮护坡，坡比为1:3.6，下游坡脚无反滤排水设施。（2）溢洪道62 华北水利水电大学毕业设计溢洪道位于大坝左侧岸坡，为实用堰，堰顶进口宽19m，堰顶高程为406.80m。溢洪道是在原岸坡开挖而成，溢洪道左右岸均为浆砌石衬砌，左岸全长96.1m，右岸全长156m。溢洪道进口为跨溢洪道的交通桥，共3跨。溢洪道下游采用消力池进行底流消能。（3）输水涵管放水涵管位于溢洪道底部，为3根钢筋砼压力管，内径均为0.6m。进口高程为395.10m，输水涵管最大泄流能力为0.8m3/s。放水流经佛子岑隧洞进入引水渠。4.3.2工程存在的主要问题2010年南宁市水利局主持召开了五村水库大坝安全鉴定会，根据《五村水库大坝安全评价报告》，专家组提出了《大坝安全鉴定报告书》，认为五村水库存在工程质量问题，安全隐患多，不能正常运行，发挥其效益。工程存在的主要问题如下：（1）大坝①坝体填土压实度为94%，压实度、渗透系数均不能满足规范要求。②内坡为干砌石护坡，块石缺失、崩落、架空零乱，且护坡块石厚度偏薄，块石间夹泥严重，局部坍塌，变形严重。③坝外坡杂草灌木丛生，坡面坑洼不平，大坝存在蚁害。坡面与坝肩连接处无排水沟。④坝脚无反滤排水设施。⑤下游坡脚存在渗漏，坡脚处有渗漏积水坑。⑥坝顶为泥路面，坑洼不平，雨天泥泞不堪。（2）溢洪道已衬砌浆砌石边墙砂浆老化剥蚀脱落，局部崩塌破损严重，且左侧前段边坡未进行防护；溢洪道左侧前端未作衬护处理，边坡抗冲性能较差，泄洪时边坡在水流作用下，极容易失稳而滑坡，阻碍泄洪，对水库大坝安全造成严重影响；泄槽段底板下未设排水盲沟，当地下水位较高时，会对底板造成对破坏。消能设施冲刷崩塌严重，已不能形成有效消能。62 华北水利水电大学毕业设计（3）放水涵管输水设施老化严重，钢筋砼压力管表面呈较轻老化，但进口处出现有堵塞、开裂，较大渗漏等情况。放水闸阀已严重老化锈蚀，无法正常启闭。（4）管理设施无管理设施，没有配备防汛专用车和抢险车辆，也无工程维修工具车，库区巡视交通比较落后。水库自身未配置通讯设施。（5）进库及库区防汛公路从五村村附近的二级公路至水库为12km泥沙路。泥路面经长年运行，路面坑洼不平，破坏严重，雨天泥泞不堪，通行困难。（6）观测设施五村水库未设置有任何观测设施和设立观测项目，因此未建立健全大坝安全监测规程，也未配备经过专业培训的安全监测技术人员，至今没有任何监测资料。4.3.3除险加固的必要性五村水库工程部分建筑物存在诸多安全隐患，已严重影响水库的安全运行，水库已处于带病状态，使水库不能发挥应有的综合利益效益，应尽早进行除险加固。(1)除险加固是确保水库安全运行的需要。枢纽工程由大坝、溢洪道、输水设施等部分组成，水库自投入运行数十年以来枢纽工程及建筑物存在的问题很多。水库不能正常安全运用，一直带病运行。枢纽各建筑物加固对水库安全十分必要。①大坝，现状大坝严重威胁水库的正常运行。坝顶高程满足防洪要求。内坡干砌块石缺失、崩落、架空零乱，且护坡块石厚度偏薄，块石间夹泥严重，局部坍塌，变形严重。坝外坡杂草丛生，坡面塌陷变形严重。坡面无排水沟。坝脚无排水设施。坝体填土压实度及渗透系数均不满足要求。坝脚后存在渗水坑。运行多年出现多次险情，虽经过小规模的加固但一直未能有效解决。多年来一直降低水位带病运行，故对水库大坝全面的除险加固非常必要。62 华北水利水电大学毕业设计②已衬砌浆砌石边墙砂浆老化剥蚀脱落，局部崩塌破损严重，溢洪道左侧前端未作衬护处理，边坡抗冲性能较差，极容易失稳而滑坡，阻碍泄洪，现已发生局部小范围坍塌现象，对水库大坝安全造成严重影响；泄槽段底板下未设排水盲沟，消能设施冲刷崩塌严重，已不能形成有效消能。③输水设施输水设施老化严重，钢筋砼压力管表面呈较轻老化，但进口处出现有堵塞、开裂，较大渗漏等情况。放水闸阀已严重老化锈蚀，无法正常启闭。④库区防汛公路从五村村附近的二级公路至水库为6.8km泥沙路。泥路面经长年运行，路面坑洼不平，破坏严重，雨天泥泞不堪，通行困难。综上所述，五村水库存在不少工程质量问题，另外安全监测不完善，使水库不能正常安全运用，长期带病运行，特别是近几年内情况更为严重，五村水库大坝已鉴定为三类坝，为尽快确保水库安全运行，对五村水库除险加固非常必要。(2)除险加固是地区经济和社会发展的要求五村水库是上林县近几年计划的水利骨干工程，是解决当地严重缺水，脱贫致富的命脉工程。是以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等利用的小（1）型水库。水库主要担负着上林县瓦塘乡的部分农业灌溉任务，因此对五村水库进行除险加固对灌区恢复和扩建有重大意义。五村水库大坝建库以来拦截洪水，充分发挥了拦洪削峰蓄水作用，保障了下游约0.15万人的生命财产安全，因目前工程存在安全隐患，水库带病运行威胁下游的安全。除险加固后，排除了工程的安全隐患，枢纽工程能安全运行，水库的综合效益能正常发挥，为地区经济持续快速发展提供安全保障，工程加固实施后带来良好的社会效益和很大的经济效益。综上所述，为保证五村水库大坝等工程安全运行，促使工程综合利用效益充分发挥，为地区经济持续快速健康发展提供安全保障，五村水库除险加固非常必要，也十分紧迫。62 华北水利水电大学毕业设计4.4水库洪水调节计算4.4.1防洪标准五村水库2004年水文计算成果是按50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。本次复核根据《水利水电工程等级划分及防洪标准(SL252-2000)》的规定，小(1)型水库土石坝的洪水标准可按50～30年一遇洪水设计，1000～300年一遇洪水校核。鉴于水库大坝为土坝组成，并考虑到水库大坝目前可达到的洪水标准，认为大坝应按50年一遇(P=2%)洪水设计，500年一遇(P=0.2%)洪水校核，消能防冲洪水标准为20年一遇(P=5%)洪水设计。4.4.2基本资料4.4.2.1水库库容曲线本次水库安全评价采用万分之一地形图对五村水库的库容曲线重新进行量算，其成果与2004年水文计算汇编资料成果相差大。本次设计采用本次测量成果，水位～库容关系曲线成果如下表4-4-1。表4-4-1五村水库水位～库容关系水位(m)406．8407.3407.8408.3408.8409.3409.8410.3410.8库容(万m3)203.52182372562752943133323514.4.2.2水库泄流能力曲线水库安全评价对溢洪道重新测量，五村水库溢洪道型式为实用堰，堰顶高程为406.8m，进口宽19m，水库水位与泄量关系成果见表4-4-2。表4-4-2五村水库溢洪道水位～泄量关系表水位(m)406.8407.3407.8408.3408.8409.3409.8410.3410.8流量(m3/s)011.7433.2361.0493.97131.33172.64217.55265.8库容(万m3)203.521823725627529431333235162 华北水利水电大学毕业设计4.4.2.3设计洪水将本次洪水复核的洪峰、洪量成果与2004年登记资料进行比较，见下表4-4-3。表4-4-3五村水库历次设计洪峰流量、洪量成果比较表时间设计标准P(%)24h暴雨(mm)洪峰流量(m3/s)24h洪量(万m3)备注2004年登记资料2288194414推理公式法0.2395282577本次复核524780.3296.31推理公式法2296.4214.11371.380.2417.3303.55557.44可见本次洪水复核的洪峰、洪量与2004年登记资料相比成果比较接近。采用本次洪水复核的计算成果。4.4.3核定起调水位本次复核对溢洪道重新测量，测量得溢洪道堰顶高程406.8m起调，堰顶进口宽为19m。本次调洪计算以406.8m起调水位，堰顶进口宽采用19m。4.4.4调洪运用方式五村水库溢洪道无闸门控制，无法控制水库下泄流量，也无法负起下游防洪的任务。当汛期洪水来临时，水库出库流量由水库各水位对应的溢洪道泄洪能力决定。4.4.5调洪计算及成果分析⑴调洪计算根据上述计算出瞬时单位线法历时24小时暴雨计算的设计洪水、校核洪水过程线，五村水库的Z～V、Z～q关系，以溢洪道堰顶高程406.8m为起调水位，采用单辅助线法进行水库洪水调节计算，主要成果见表4-4-4，设计、校核洪水调洪演算过程见表4-4-5～4-4-6。⑵成果分析62 华北水利水电大学毕业设计从表4-6-1中可以看出，本次调洪成果与2004年登记资料比较接近，主要是本次调洪采用的洪水计算方法、调洪计算方法与2004年登记资料一致，因此本次洪水成果是可靠的。安全评价复核采用本次复核的成果，即水库的消能防冲设计洪水（P=5%）经调洪后最高洪水位为408.8m，最大下泄流量为94m3/s，相应的库容为275万m3；水库的设计洪水（P=2%）经调洪后最高洪水位为409.51m，最大下泄流量为149m3/s，相应的库容为301.98万m3；水库的校核洪水（P=0.2%）经调洪后最高洪水位为410.2m，最大下泄流量为209m3/s，相应的库容为330.48万m3。表4-4-4五村水库设计洪水与洪水调节计算成果项目设计频率洪峰流量洪量最大泄流量最高库水位最大库容P(%)(m3/s)(万m3/s)(m3/s)(m)万m32004年登记资料2194414116.270.2282577117.12本次复核5167296.3192.6408.83276.142214.11371.38146409.55303.50.2303.55557.44206410.26330.4862 华北水利水电大学毕业设计4-4-5五村水库P＝2%设计洪水过程线及泄洪过程表序号入库流量平均流库出库流量V/T+Q/2库容库水位　　　　　　　1000565.27203.5406.8220102.49575.28206.69406.9135135.510.6608.39217.13407.27416310744.3704.84245.74408.035214.11189111849.46285.64409.086141178146915.94303.5409.5574894.5119864.56289.82409.198183376.5778.56266.64408.5891516.550.2718.92249.92408.1410131435.7683.12239.66407.87111212.527.4660.37232.82407.6912101122.1644.02227.88407.56138917.9630.95224.08407.46146714.2620.49220.66407.371555.511.3611.34218407.31644.59.72604.41215.97407.231733.58.14598.56213.94407.161801.56.55591.71211.91407.0962 华北水利水电大学毕业设计表4-4-6五村水库P＝0.2%校核洪水过程线及泄过程表序号入库流量平均流库出库流量V/T+Q/2库容库水位　　　　　　　1000565.27203.5406.822.651.330.23566.61203.79406.8132011.32.94577.27207.27406.934805015.4624.28221.8407.4519113660.7744.41257.14408.336303.55247154930.93307.3409.6571852442061020.61330.48410.26878132163947311.48409.7694159.5108843.22284.12409.041029.1735.172.7770.32264.36408.521122.5425.951.8723.88251.06408.17121820.338.9691.79241.94407.931314.11629.9668.61235.1407.75141112.624.1650.71229.78407.611589.519.2635.73225.22407.49166715623.01221.42407.391755.511.7613.06218.38407.311844.59.94605.26216.26407.241933.58.36599.25214.23407.172022.57.01593.4212.49407.1121015.42587.75210.46407.0462 华北水利水电大学毕业设计第五章枢纽除险加固设计5.1设计依据及标准5.1.1设计依据（1）《五村水库枢纽除险加固工程勘察设计》合同书。（2）《上林县五村水库大坝安全鉴定报告书》。（3）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）。（4）《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）。（5）《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）。（6）《水电水利工程高压摆喷灌浆技术规范》（DL/T5200-2004）。（7）《水工混凝土结构设计规范》（DL/T5057-1996）（8）有关规范规程、强制性条文等。5.1.2大坝安全鉴定结论①大坝坝顶高程满足防洪工程；大坝上、下游坝坡抗滑稳定安全系数满足规范要求；坝体填土施工质量差，压实度不符合规范要求，大坝坝脚有漏水点；上、下游坡面杂草丛生、凹凸不平。②大坝左岸溢洪道边墙浆砌石老化破损，部分段落没有衬护无法抗冲刷；出口消能防冲设施崩塌严重，不能形成有效消能。③穿过溢洪道下面的放水涵管老化漏水严重。④大坝下游坡脚没有排水棱体。⑤大坝无水位、位移、沉陷、浸润线等监测设施，管理设施差。现场核查意见：①大坝上游干砌石护坡杂乱不平，杂草丛生且没有护到坡顶；下游坡面杂草丛生、凹凸不平；坝脚有漏水点。②62 华北水利水电大学毕业设计大坝左岸溢洪道边墙浆砌石老化破损，部分段落没有衬护无法抗冲刷；出口消能防冲设施崩塌严重，不能形成有效消能。③穿过溢洪道下面的放水涵管老化漏水严重④大坝下游坡脚没有排水棱体。⑤大坝无水位、位移、沉陷、浸润线等监测设施，管理设施差。5.1.3设计标准五村水库总库容330.48万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，工程等别为Ⅳ等水库工程，其主要水工建筑物级别为4级。其设计标准为50年一遇洪水设计（P=2%），相应设计洪水位为409.51m，最大下泄流量为149m3/s；500年一遇洪水校核（P=0.2%），相应洪水位为410.2m，最大下泄流量为209m3/s。5.2枢纽建筑物现状复核五村水库由大坝、放水涵管和溢洪道等组成。各建筑物现状复核如下：5.2渗流稳定评价5.2.1坝顶高程复核五村水库为小（1）型水库，属Ⅳ等工程，大坝建筑物级别为4级。根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96），五村水库大坝坝顶设计工况安全加高为0.5m，校核工况安全加高为0.3m。坝顶在水库静水位以上的超高按下面公式确定Y=R+e+A(5-1)式中：Y—坝顶超高(m)：R—最大波浪在坝坡上的爬高(in)：e—最大风壅水面高度(m)：A一安全加高(m)。波浪爬高R按下公式计算62 华北水利水电大学毕业设计R=R5%=1.84Rm=0.733(5-2)(5-3)式中：Rm—平均波浪爬高(m)：m—单坡的坡度系数，若坡角为α，即等于ctgαK△—斜坡的糙率渗透性系数；KW—经验系数；hm—平均波高(m)：Lm一平均波长（m）。(2)最大风壅水面高度e按下公式计算(5-4)e=0.001式中：e—计算点处的风壅水面高度(m)；g—重力加速度，取9.81m／s。：D—风区长度(m)：Hm—水域平均水深(m)K—综合摩阻系数，取3.6×10-6：β—计算风向与坝轴线法线的夹角(°)。水库正常蓄水位406.80m，50年一遇设计洪水位为409.51m，500年一遇校核洪水位410.2m。根据有关气象资料，坝区多年平均年最大风速W=17.2m/s，等效风区长度200m。对设计洪水和校核洪水条件下大坝坝顶高程分别进行复核，复核结果见表5-2-1。62 华北水利水电大学毕业设计计算结果表明：大坝现状坝顶高程满足规范要求。表5-2-1大坝坝顶高程复核成果表计算工况坝前静水位(m)波浪爬高(m)风壅高度(m)安全超高(m)计算超高(m)计算值(m)现状值(m)坝顶高程坝顶设计洪水409.510.7330.0010.501.234410.744410.88校核洪水410.200.3750.0010.300.675410.8755.2.2大坝坝顶宽度复核五村水库大坝最大坝高20.95m，属低坝，现坝顶宽为4.5m，满足要求。5.2.3大坝渗流稳定复核5.2.3.1坝体地质情况及渗流指标大坝为均质土坝，各坝体纵剖面详见地质部分剖面图。大坝填筑土体室内试验结果，渗透系数k20一般在10-7～10-5cm/s之间，平均值为10-6cm/s级，现场钻孔注水试验成果渗透系数k一般在10-4～10-5m/s之间，平均值为10-4cm/s级，总体上现场试验值比室内试验值大一个数量级。但是分析大坝填土压实度为94%（不满足规范要求），且实际运行中发现大坝存在渗漏，故本次计算以现场钻孔注水试验成果为主，并参考室内试验结果。大坝渗透系数如表5-2-7。表5-2-7五村水库大坝渗透系数表位置坝体填土渗透系数k(cm/s)坝基粘土k(cm/s)强风化粉砂质泥岩k(cm/s)大坝2.61×10-41.50×10-51.2×10-45.2.3.2渗流计算(1)计算断面和计算工况五村水库各坝均取坝体的最大断面作为计算断面。渗流计算应考虑水库运行中出现的各种不利组合，并考虑到本水库出现高水位的时间较长，其工况如下：1）上游正常高水位与下游相应的最低水位；62 华北水利水电大学毕业设计大坝的水位组合如下表5-2-8。表5-2-8五村水库大坝水位组合表位置上游正常水位(m)上游（P=2%）水位(m)上游（P=0.2%）水位(m)下游水位(m)大坝406.8409.51410.2无水（2）计算理论渗流计算采用北京理正软件研究室编写的计算机软件，《渗流分析计算软件》，采用有限元法进行计算，软件要求输入的参数主要是大坝各土层轮廓点坐标，各土层的渗透系数及相应工况下的上、下游水位。a、渗流量有限元法分析基本方程b、透水系数矩阵式中：c、浸润线的渗出点的出渗坡降：由断面渗流图可以求出坝体内出口渗透坡降值J：62 华北水利水电大学毕业设计式中：J——渗透坡降；ΔH——浸润线上出口两点间的水头差，可由渗流图中测出；ΔL——浸润线上出口两点间距离，可由渗流图中测出。（3）计算结果根据地质所提供的地质勘察报告中所提出的岩土物理力学指标建议值计算允许坡降为：坝体0.50，坝基0.43。设计水位下下游比降值大坝正常水位下流网图从计算结果可以看出：(1)在正常渗流工况下，坝体浸润线逸出下游坝面。(2)正常蓄水位稳定渗流工况下，坝体的最大渗透比降为0.9，坝基最大渗透比降为0.54，大于计算允许坡降，且坝体下游没有反滤体，存在流土破坏危险。62 华北水利水电大学毕业设计所以要在原设计基础上增设排水棱体。5.2.3.3大坝渗流稳定复核结论由计算可见：大坝计算浸润线逸出坝面。分析原因：坝体填土质量差，且无反滤堆。渗流不安全。威胁大坝安全。5.2.4大坝结构稳定复核（1）分析断面的确定为了对五村水库进行除险加固，南宁水利电力设计院对原有大坝进行1/500地形测量和进行地质勘探，对坝体土层取样进行土工试验。根据地质钻探资料和土工试验成果，拟选取大坝最大断面进行抗滑稳定复核。（2）稳定分析采用的坝体填土物理力学参数指标的确定通过对土工试验结果资料进行统计分析，大坝稳定分析时坝体填土的物理力学参数建议值(土工试验成果报告表中的小值平均值)，详下见表。部位容重饱和密度容重粘聚力C（KPa）内摩擦角Φ（KPa）坝体填土19.819.954012坝基粘土18.618.8251.212.8强风化粉砂质泥岩24244525（3）稳定计算a、计算断面与计算方法选取各坝最大坝高剖面作为大坝稳定分析的典型剖面，该剖面见结构计算简图。62 华北水利水电大学毕业设计因五村水库各坝为均质土坝，稳定分析方法采用北京理正设计研究院编制的《岩土工程边坡稳定分析系统》软件，该软件编写所依照的规范为《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）。采用瑞典圆弧法计算坝坡稳定。计算公式如下：(5-5)式中：Q、V—分别为水平和垂直地震惯性力（向上为负，向下为正）；a—条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的交角；；--土条底面的有效应力抗剪强度指标；Mc—水平地震惯性力对圆心的力矩；R—圆弧半径。b、计算工况正常组合：组合1：正常蓄水位406.8m+坝体自重+路面荷载；非常组合：组合2：校核洪水位410.2m骤降至正常水位高程406.8m+坝体自重+路面荷载。C、计算成果大坝坝坡抗滑稳定计算成果见表及附图。62 华北水利水电大学毕业设计大坝加固前坝坡抗滑稳定计算成果表计算工况坝坡计算方法安全系数瑞典圆弧法规范值正常工况正常蓄水位406.8m下游坡有效应力法1.7511.15非常工况校核洪水位410.2m骤降至正常水位高程406.8m上游坡有效应力法1.9071.05总应力法1.9211.05计算成果表明：大坝上下游坡抗滑稳定安全系数满足规范要求。62 华北水利水电大学毕业设计大坝正常水位下游坡计算图大坝骤降水位上游坡计算图62 华北水利水电大学毕业设计5.3大坝加固设计大坝存在工程问题:坝体填土压实度为94%，压实度、渗透系数均不能满足规范要求，坝体及坝体与坝基接触带有渗漏现象，本次拟沿坝轴线进行部分段防渗；坝外坡坡脚无反滤。（1）坝基、坝体防渗加固：大坝坝体填土压实度、渗透系数均不能满足规范要求；坝基与坝体接触带接触不够紧密为中等透水性，存在漏水情况本次设计在坝顶布设三排灌浆孔，即沿轴线左右两侧各2m各灌一排浆。坝体充填灌浆，纵横孔距2.0m。灌浆起始桩号于左坝头0+05.54，灌浆终止桩号为右坝肩0+25.54，轴线总长20m。（2）坝顶加固设计大坝现坝顶实际高程为410.88m，满足防洪要求，本次加固设计不需要加高培厚。坝顶路面按200mm厚泥结石路面进行加固，路面高程为410.88m，坝顶上下游侧做M7.5浆砌石护肩。（3）护坡：原内坡未护坡，本次设计内坡按1：3.36坡比夯实平整、铺筑砂石反滤层，在反滤层上浇筑C15现浇砼块衬护。在垂直向大坝段由396.00m高程护至坝顶。外坡在原坝坡清理平整后种稙草皮进行护坡，由于交通要求，对在409.26m高程处的原有交通路按200mm厚泥结石路面进行加固。护坡混凝土厚度的确定：上游坝坡采用C15现浇砼衬护，混凝土浇注分缝缝宽100mm，用M10水泥砂浆填缝。当坝坡坡度系数m=2～5时，板在浮力作用下稳定的面板厚度可按下式计算：t=＝0.090m(5-6)式中：η——系数，对整体式大块护面板取1.0，对装配式护面板取1.1。hp——累积频率为5%的波高，hp＝2.107m。62 华北水利水电大学毕业设计b——沿坝坡向的板长，b＝35.95m。ρc——板的密度，ρc＝2.4t/m3。ρw——水的密度，ρw＝1t/m3。Lm——波浪平均坡长，Lm＝8.993m。m——坡度系数。m＝3.36大坝边坡比1：3.36，最后取混凝土板厚t=150mm，混凝土护坡底下设置砂砾石垫层，厚150mm。（4）坝面排水及排水棱体在内、外坡两侧各设置一条横向M7.5浆砌石排水沟，排水沟断面尺寸为400mm×400mm，形成一个完整的排水体系。在下游设置排水棱体，其顶高程为395.79m，高于正常水位下浸润线逸出点0.5m。排水棱体用堆石砌筑，与坝体接触面设置反滤层，粗砂层厚30cm，碎石层厚30cm5.4库区防汛道路加固设计库区防汛公路路线为巷贤镇五村村附近的二级公路至大坝。目前库区防汛公路均属泥路面，因人畜行走过多，加上雨水冲刷，损坏严重，凹凸不平。因此需提高路面质量。为了水库防汛抢险需要，拟对进库上坝道路进行修缮，长度共6.8km。为了节省投资，进库上坝公路按等泥结石道路设计，路基宽4.5m，路面宽3.5m，泥结石路面（局部陡坡段采用砼路面）。为会车方便，沿途每隔250～300m设置一处错车平台，台宽6.0m，长20m。本次设计铺设泥结碎石路面共长6.8km。除坝顶防汛道路外，其他道路两侧均做排水沟。62 华北水利水电大学毕业设计5.5溢洪道加固设计5.5.1溢洪道存在的问题溢洪道存在的主要问题如下：溢洪道已衬砌浆砌石边墙砂浆老化剥蚀脱落，局部崩塌破损严重，且左侧前段边坡未进行防护；右侧浆砌石边墙表面冲刷的凸凹不平；溢洪道左侧前端未作衬护处理，边坡抗冲性能较差，极容易失稳而滑坡，阻碍泄洪，对水库大坝安全造成严重影响；溢洪道堰体及右侧边墙渗漏严重。消能设施冲刷破损严重。5.5.2溢洪道加固设计针对溢洪道各部位存在的问题，提出相应的加固方案：①对泄槽段及消力池段局部破损严重的砌石边墙进行拆除重建。对溢洪道泄槽段及消力池迎水面增设砼保护层。②对进口段左侧边坡进行防护处理。③对进口段右侧浆砌石边墙进行喷锚挂网防护。④对破损严重的消力池底板进行加固处理。5.5.2.1边墙加固由于现有溢洪道现有边墙在85年加固时是采用干砌加高，稳定性差，原有边墙砂浆老化剥蚀脱落，局部崩塌破损严重，且进口段左侧边坡未进行防护，岸坡陡立，组成岸坡的风化岩层裂隙发育，边坡抗冲性能较差，极容易失稳而滑坡，阻碍泄洪。本次设计拆除原有干砌加高边墙，重新砌筑为浆砌石边墙。对溢洪道泄槽段及消力池边墙根据校核洪水位在迎水面增设200mm厚C25砼保护层，新砼层与旧浆砌石墙体之间采用膨胀螺钉拉结。进口段左侧适当放坡后采用挂网喷射混凝土防护；进口段右侧浆砌石边墙采用挂网喷锚防护。水库正常蓄水位为406.80m，20年一遇水位408.83m，相应的下泄流量为92.6m3/s；50年一遇的设计洪水位409.55m，相应下泄流量146m310 华北水利水电大学毕业设计/s；500年一遇的校核洪水位410.26m，相应下泄流量206m3/s。（1）水面线边墙高度及计算根据《溢洪道设计规范》(SL253-2000)，对溢洪道控制泄槽段边墙高度分别进行复核。①铺盖段边墙高度溢洪道规范规定墙顶高程，溢洪道控制段边墙应在宣泄校核洪水时不低于校核洪水位加安全超高。因此，溢洪道顶高程应不低于410.26m+0.4m=410.66m，实际溢洪道控制段顶高程满足要求。②泄槽边墙高度复核校核洪水库水位410.26m，最大下泄流量206m3/s，。泄槽水面线按恒定非均匀渐变流水面计算，即逐段试算法。计算公式如下：(5-7)式中—分段长度，m；h1、h2—分段始、末断面水深，m；、—分段始、末断面平均流速，m/s；、—流速分布不均匀系数，取1.05；—泄槽底坡角度，（o）；i—泄槽底坡，；—分段内平均摩阻坡降；n—泄槽槽身糙率系数，查《溢洪道设计规范》SL253-2000附录A.7；—分段平均流速，，m/s；R—分段平均水力半径，R=（R1+R2）/2，m。10 华北水利水电大学毕业设计起始计算断面水深取临界水深。临界水深计算公式(5-8)泄槽段水流掺气水深计算公式：式中：h0－计算断面掺气水深，m；ξ－修整系数；可取1.0~1.4s/m流速取最大值。V－不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s。根据规范规定，溢洪道边墙高度不低于掺气后的水面线高度，并加0.5m的安全超高。边墙高度确定计算结果见表5-5-1。表5-5-1　　　溢洪道边墙高度计算表断面计算水深h(m)掺气水深Hb(m)安全超高(m)边墙高度(m)计算高度实际高度（左/右）12.232.2350.52.7353.6/4.520.9350.9390.51.4397.4/6.430.7850.7840.51.2845.8/9.740.8290.8320.51.3323.22/3.22③消力池边墙高度确定：消力方式为跌水消能，在消力池形成水垫后，水面线高程采用明渠均匀流公式进行水力计算：10 华北水利水电大学毕业设计(5-9)式中Q——流量（m3/s）；——渠道坡率,i=0.001；——渠道宽度，（m）；——渠道水深，（m）；——渠道粗糙系数。计算结果见表5-5-2：表5-5-2消力池边墙高度复核下泄流量Q（m3/s）底坡i糙率渠道宽度（m）计算水深（m）安全超高△（m）所需边墙高度H（m）现状边墙高度H（m）92.60.0010.019200.970.53.474计算结果表明：五村水库溢洪道现有边墙高度满足要求。本次设计加固拆除原有干砌加高边墙，重新砌筑为浆砌石边墙。对溢洪道泄槽段及消力池边墙根据校核洪水位在迎水面增设200mm厚C25砼保护层，新砼层与旧浆砌石墙体之间采用膨胀螺钉拉结。所有新建溢洪道挡土墙上增设1～2排直径6.0cm的PVC管排水孔，排水孔间距2.0m；排水孔内埋PVC花管，其端部用土工布裹头，以免墙后土体流失。5.5.2.2消力池底板加固10 华北水利水电大学毕业设计由于消能设施冲刷破损严重。本次设计溢洪道消力池底板清理后在原破损严重的底板上浇筑20cm厚C25混凝土，砼面层需设置双向构造钢筋。5.5.2.3溢洪道边墙结构安全复核修复边墙最大高度1.5m，用M7.5水泥砂浆砌块石，顶宽1.2m，迎水侧铅直，墙背坡比1：0.4。①物理力学指标溢洪道挡墙背后填土的物理力学参数为：天然容重13.9kN/m3，饱和容重18.6kN/m3，C=51.2kPa，φ=12.8°；岩体和砼接触面抗剪摩擦系数f=0.6，浆砌石容重取23kN/m3，溢洪道基础的承载力取220kPa。②计算公式选取抗滑稳定计算公式：式中：K－按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；f－坝体与坝基接触面的抗剪摩擦系数；ΣW－计算坝段上全部荷载在坝基截面上法向力的总和，kN；ΣP－计算坝段上全部荷载在坝基截面上水平力的总和，kN。抗倾覆稳定计算公式：式中：K0―抗倾稳定安全系数；ΣMy―作用于墙体的荷载对墙前趾产生的稳定力矩，kN.m；ΣM0―作用于墙体的荷载对墙前趾产生的倾覆力矩，kN.m；土压力公式；式中：Er―水平土压力；10 华北水利水电大学毕业设计　　　H－墙体高度；　　　φ－墙背回填土内摩擦角。基底应力计算公式：式中：e－合力偏心矩，kN.m；　　B－挡土墙底面宽度，m；ΣW－作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的法向分量，m；ΣM－作用于墙体的荷载对墙前趾产生的稳定力矩总和，kN.m。③工况选取边墙结构复核选取工况如下：溢洪道完建时，墙背填土与墙顶平。计算荷载包括：墙体自重和墙后土压力。④计算成果计算成果见表5-5-2。由计算可知，新建边墙稳定及基底应力应力满足要求。表5-5-2边墙稳定计算表墙高H(m)抗滑安全系数K规范值[K]抗倾安全系数Ko规范值[K]偏心矩e(m)基础应力kPa最大值最小值61.3261.053.2651.50.412160.6222.365.6输水系统加固设计5.6.1改建输水系统5.6.1.1改建输水系统概况10 华北水利水电大学毕业设计放水涵管采用闸阀放水，通过设置在边墙的廊道排往下游渠道。但进口处出现有堵塞，较大渗漏等情况，边墙内的廊道盖板破损，廊道周边砂浆老化脱落，渗漏严重。放水闸阀已严重老化锈蚀损坏，无法正常启闭。针对输水设施各部位存在的问题，提出相应的加固方案：①对进口处淤塞进行清理，修复破损严重的进水部位。②对排水廊道进行防渗处理。③更换已破损的廊道盖板。5.6.1.2过水能力复核放水平管长50m，为3根Φ0.6m的钢筋砼压力管，进口底高程395.10m，管底纵坡1/200。计算公式：　式中：Q－流量(m3/s)A－过水面积(m2)h－过水深度（m）C－谢才系数R－水力半径（m）X－湿周（m）i－坡降，i=1/200n－糙率，n=0.012根据计算，当h=0.3m时，单管流量Q=0.5m3/s，三根总流量Q总=1.5m3/s，所以放水涵满足设计的最大放水流量0.8m3/s要求。5.6.1.3涵管进口处理10 华北水利水电大学毕业设计由于进口段左侧边坡存在坍塌，且经过多年运行，浆砌石进水口瘀塞破损严重，本次设计对对进口处淤塞进行清理，同时修复破损严重的进水口。5.6.1.4边墙内廊道涵管处理边墙内廊道长45m，现边墙内廊道涵管周边及盖板破损严重，本次设计对原涵管边壁及底板砼凿挖后重新浇筑100mm厚C15砼进行防渗，顶部拆除原盖板后，重新预制C20钢筋砼盖板进行铺设，板厚80mm。5.7大坝白蚁防治五村水库大坝及周边山头有白蚁活动迹象,需要进行防治。白蚁防治主要采用堵土墙、重烟、诱杀坑及挖除蚁巢等方法，先进的放射性同位素探巢法。每年春秋季组织人员对诱杀坑及坝肩山坡进行检查，若发现的蚁迹象及时施药，必要时采取人工挖巢等措施。在实践中多采用简便易行的方法，如：（1）喷施灭蚁灵粉剂：当坝的泥被、泥线分布较密且白蚁数量多时，可挑开泥被泥线或分飞孔，用喷粉球直接向白蚁身上喷施灭蚁灵粉剂，利用白蚁传递信息时相互接触及生活习性上的交哺吮舔特性，可使药剂在群体内迅速，达到消灭白蚁群体的目的。（2）投放白蚁诱饵剂：即以白蚁喜食物为主要组分，配以适量化学药剂，引诱白蚁取食后中毒死亡。（3）灌毒浆防治：采用灌浆法加固土坝时可在每立方米泥浆中加入100克50%氯丹乳剂，具有预防和灭治的双重功效。（4）防治效果检验：一般施药一个月后或第二年同期，蚁害地表特征明显减少，说明灭治已有效果。但停药二、三年后由于幼龄群体的繁衍扩大，泥被泥线等地表特征又会明显增加。因此，防治土坝白蚁必须坚持才能达到控制蚁害的目的。对五村水库白蚁防治主要采取以下措施：在坝坡及大坝周边范围的区域内布置透杀坑。诱杀坑内放置带药的毒诱饵条杀灭白蚁，直至巢内、白蚁全部消灭干净。诱杀坑尺寸为30×30×25cm，间距10m，梅花形布置。蚁害处理工程量：大坝白蚁杀灭面积0.84万m2。10 华北水利水电大学毕业设计5.8大坝安全监测设施5.8.1设计依据及标准（1）《土石坝安全监测技术规范》（SL60－94）；（2）《土石坝安全监测资料整编规程》（SL169－96）；（3）工程设计合同及五村水库管水站提供的工程相关资料。5.8.2监测项目五村水库属小⑴型规模工程，工程等别为Ⅳ等，大坝为4级永久性建筑物。根据规范要求设置以下观测设施：（1）新建渗流量等观测设施；（2）在坝前设置水位标尺。10 华北水利水电大学毕业设计第六章金属结构6.1放水设施现状及存在问题6.1.1放水设施现状五村水库枢纽工程主要由大坝、输水设施、溢洪道等建筑物组成。放水设施由放水闸阀和放水卧管组成，设计放水流量为0.8m3/s。6.1.2放水设施存在的问题五村水库大坝放水设施由于兴建时受各种条件限制，启闭困难。放水涵管渗漏严重，危及溢洪道安全，为了恢复水库放水设施的正常运行，必须对放水设施进行改造。6.2工程改造原则本次金结配套设施改造的原则是确保整个农业用水流量，运行管理方便，改造规模小、效果好、投资省。6.3放水设施改造方案鉴于目前使用中存在的问题，提出如下的处理意见：更换原启闭闸阀。6.4放水设施改造内容放水塔主要金属结构有3个Φ0.6闸阀。10 华北水利水电大学毕业设计参考文献【1】《水利水电工程可行性研究报告编制规程》（DL5020-93）；【2】《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；【3】《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；【4】《堤防工程设计规范》（GB50286-98）；【5】《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）；【6】《溢洪道设计规范》（SL-253-2000）；【7】《水利水电工程进水口设计规范》（SL285-2003）；【8】《水利水电工程设计工程量计算规定》（SL328-2005）；【9】《广西壮族自治区暴雨径流查算图表》；【10】《水工建筑物》（第五版）；【11】《水力学》；【12】《工程水文学》；【13】《施工组织设计》；10 华北水利水电大学毕业设计致谢大学四年匆匆走过，在此我想对我的母校，我的家人，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲;同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的四年充满了感动。本论文是在我校导师袁莹和南宁市汇禹水利投资咨询有限公司的邹毅工程师、劳显涛工程师的悉心指导下完成的。袁莹老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，平易近人的人格魅力对我影响深远。校外实习单位的领导，同事也给我了格外的关怀，认真耐心地指导我的毕业设计，让我受益匪浅。基于大家给予的帮助，在此我再次致谢；祝袁老师马老师在水工教研工作上硕果累累，祝其他老师和同学工作学习顺利，也祝自己将来事业有成，我们大家一起共勉。10 华北水利水电大学毕业设计附录附录1毕业设计任务书（五村水库除险加固设计）一、毕业设计的目的毕业设计是学生应用在校所学知识、结合工程实际，进行一次系统的、有机的解决工程实际问题的训练，也是完成工程师基本训练的最后一个教学环节。目的是：1、巩固、扩大和提高所学理论知识，并使之系统化。2、培养学生综合应用所学知识，解决实际工程技术问题的能力，并初步掌握设计水利枢纽工程的内容、原则、方法和步骤。3、通过毕业设计实践，提高学生独立思考；钻研问题；分析问题的能力。4、通过毕业设计实践，进一步提高学生设计、计算、绘图和编写说明书的技能。5、通过毕业设计的锻炼，使学生进一步树立正确的设计思想和政策观点；进一步树立热爱社会主义祖国、热爱祖国水利水电建设事业的高尚情操；培养学生勇于攀登高峰、刻苦钻研、实事求是、谦虚谨慎、认真负责的工作作风。二、主要设计内容1、主要内容水库除险加固设计是庞大的系统设计，涉及内容范围广泛。包括水文设计洪水复核、洪峰流量以及溢洪道最大泄洪能力复核、大坝渗流稳定分析、除险加固方案的设计、施工组织设计等。本次毕业设计主要针对广西壮族自治区南宁市上林县五村水库进行除险加固设计，在本设计中采取的主要技术路线或方法包括：（1）水文计算复核（2）安全评价：主要包括防洪标准、渗流安全评价、结构安全评价、抗震安全性及金属结构安全（3）除险加固设计：设计依据，防洪复核、渗流及结构设计10 华北水利水电大学毕业设计（4）施工组织设计：施工方案，施工布置，施工进度计划2、基本要求通过设计，应提交设计说明书1份，设计计算书1份，设计图（A1）3-5张。在毕业设计中应结合相关设计内容及参考资料进行2000汉字以上的外文资料翻译。三、重点研究问题1、水文参数计算。2、渗流及结构稳定分析。3、除险加固方案比选。4、施工组织设计。四、主要技术指标或主要设计参数（参见基本资料部分）主要技术指标要求：1、设计防洪标准满足《防洪标准》（GB50201-94）及是《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）要求；2、溢洪道设计最大泄洪能力复核满足泄洪要求；3、大坝渗流计算，水力比降小于坝体填土允许水力比降；4、坝坡各工况的稳定系数均大于规范规定最小安全系kmin。主要设计参数包括：1、水文计算成果：设计水位，设计流量，校核水位，校核流量；2、渗流计算：渗流量，水力比降；3、稳定分析：安全系数；五、设计成果1、毕业设计说明书（含计算书）2、设计图纸4张3、毕业设计说明书及设计图纸电子版一套。六、其它10 华北水利水电大学毕业设计计算书作为附件一，放入毕业设计说明书中。外文翻译作为附件二，放入毕业设计说明书中。毕业设计进度安排时间内容第1周熟悉资料、写开题报告第2-3周水文计算第4-5周渗流稳定分析计算第7-9周除险加固设计方案第10-11周工程设计CAD大图第12周外文翻译第13周整理出图10 华北水利水电大学毕业设计附录2开题报告指导老师：袁莹2014年3月华北水利水电大学本科生毕业设计开题报告姓名唐律学号201002327专业水利水电工程题目名称五村水库除险加固设计课题来源广西壮族自治区南宁市上林县五村水库实际工程主要内容1.收集整理资料，验证资料的准确性；（1）水文资料（2）地质资料（3）工程概况2.对大坝进行安全评估（1）泄洪能力（2）结构稳定（3）渗流稳定3.工程设计（1）坝体结构设计（2）渗流稳定措施（3）溢洪道设计及放水排水设施注：以上各步取决于实际工程情况，不一定全部需要，同时不排除其它可能需要的设计。4.施工组织设计（1）施工方案（2）施工布置（3）施工进度采取的主要技术路线或方法一水文计算可采用推理公式法、经验公式法、综合单位线法、相近工程类比发及水文模型等方法，根据本工程特点及流域情况，采用推理公式法进行水文计算。根据广西暴雨图集以及水科院推荐的推理公式求该水系五村水库50年一遇和500年一遇的洪峰流量。再根据洪峰流量进行洪水调节计算，试算出设计和校核洪水位，最后进行溢洪道最大泄洪能力校核。二安全评价本工程根据《防洪标准》（GB50201-94）和《水库大坝安全评价导则》（SL258-20008），对该水库进行防洪标准、渗流安全、结构安全及抗震安全等进行计算及评价。三除险加固方案的设计所谓的除险加固，就是对大坝进行水文、渗流分析、结构稳定分析等一系列的计算，看大坝是否满足安全要求，如果不满足，给出几种不同的方案对大坝进行除险加固，然后根据几种不同的方案进行比选，选择出合理的方案。具体的分析方法如下：1、大坝的渗流分析10 华北水利水电大学毕业设计根据原坝体渗流稳定评价结论对渗流问题可以采用上堵下排等措施。具体有上游防渗面板及铺盖、心墙、帷幕，下游排水设施有棱体式排水、贴坡式排水等。2、上下游坝坡的稳定分析工程上采用的土坡稳定分析方法，主要是建立在极限平衡理论基础之上的。假设达到极限平衡状态时，土条将沿某一滑裂面产生剪切破坏而失稳。滑裂面上的各点，土体均处于极限平衡状态，满足摩尔——库仑强度条件。稳定分析的方法有瑞典圆弧法、简化毕肖普条分法、杨布条分法以及其他方法。本设计采用瑞典圆弧法法，分别计算正常蓄水位、设计水位、校核水位边坡稳定渗流期，正常蓄水位突降至死水位上、下游边坡稳定分析，以及计入地震力以后各水位的边坡稳定。正常蓄水位、设计水位边坡稳定渗流期属于正常运用情况，正常蓄水位突降死水位上游边坡稳定渗流期和校核水位边坡稳定分析属于非常运用条件Ⅰ，计入地震力各水位边坡稳定属于非常运用条件Ⅱ，根据规范查的不同运用条件的最小安全稳定抗滑系数[K]值，与计算的坝坡稳定安全系数比较，若大于最小安全稳定抗滑系数则坝坡稳定，若小于最小安全稳定抗滑系数则坝坡不稳定，需要进行剖坡处理。3、除险加固方案设计根据上述的原理，针对关刀岭水库的具体情况分析可能出现的问题。除险加固的选择受多种因素的影响。一个合理的除险加固方案必须在周密研究各种影响因素的基础上，拟定几个可能的方案，并进行技术经济比较，从中选择技术经济优越的方案。四施工组织设计施工组织设计要考虑具体的施工条件，根据当地的气候环境条件制定相应的施工方案和施工场规划布置。施工方案的选定应大致包括以下几方面的内容:1、坝坡修整；2、垫层铺设；3、内坝脚堆石体施工；4、坝坡干砌石及浆砌石边墙压顶施工；5、下游坝坡整治及排水沟施工；对于施工场规划布置应综合分析水利枢纽布置、主体建筑物规模、形式、施工条件和工程所在地社会、自然条件等因素，处理好环境保护和水土保持与施工场地布局的关系，合理确定并统筹规划为工程施工服务的各种临时设施。施工总布置方案比较应分析下列内容：1、施工总布置方案能否满足施工总进度和施工强度的要求；2、施工设施、场站、临时建筑物的协调和干扰情况；3、当地现有企业为工程施工服务的可能性和协调性。预期的成果及形式设计成果包括：1．纸质成果，设计说明书1份，设计图纸4张（A1）2．电子成果，设计说明书及全套设计图纸。时间安排第1周熟悉资料、写开题报告第2、3周水文计算第4、5周渗流稳定分析计算第7、8、9周除险加固设计方案第10、11周工程设计CAD大图第12周外文翻译第13周整理出图10 华北水利水电大学毕业设计指导教师意见签名：年月日备注10 华北水利水电大学毕业设计附录3五村水库计算1.水文计算1.1汇流参数确定汇流参数m，是反映洪水汇集特征性的参数。它与流域河网的调节作用、水力学特性以及气候条件等都有关系。但在小流域，主要受下垫面因素的影响。流域特征系数：按照点绘的综合关系，得到汇流参数值的地区综合成果如流域特征查《广西省中小流域暴雨洪水计算手册》由于大于6.7，属于山区植被密茂地区。所以1.2暴雨参数S、n确定1.2.1暴雨（1）年最大1小时暴雨根据暴雨图集查附图：均值，查皮尔逊III型频率曲线的模比系数值，取，得：；则设计流域重心点的设计频率最大1小时暴雨量为：（附1-3）即：设计频率为2%时：设计频率为0.2%时：（2）年最大6小时暴雨根据暴雨图集查附图得：均值;10 华北水利水电大学毕业设计查皮尔逊III型频率曲线的模比系数值，取，得：；则设计流域重心点的设计频率最大6小时暴雨量为：（附1-4）即：设计频率为2%时：设计频率为0.2%时：（4）年最大24小时暴雨根据暴雨图集查附图得：均值;附图2-7得：查皮尔逊III型频率曲线的模比系数值，取，得：；则设计流域重心点的设计频率最大1/6小时暴雨量为：（附1-5）即：设计频率为2%时：设计频率为0.2%时：1.2.2暴雨公式代表历时为、设计频率为的暴雨量，、为暴雨参数。其中为雨力或雨率，相当于=1小时的暴雨强度（以毫米/小时计）（1）当历时=1--6小时范围内时：：P0.2%：10 华北水利水电大学毕业设计（2）当历时=6--24小时范围内时：：P0.2%：1.2.3产流参数µ的确定：由《广西壮族自治区中小流域暴雨洪水计算手册》表3-1，平均µ=4.8F-0.19，相应的Cv=0.18、Cs=3.5Cv，查皮尔逊Ⅲ型曲线表得K2%=1.48，K0.2%=1.74，则：μ2%=K2%μ=1.48×4.8F-0.19=1.48×4.8×1.048-0.19=4.241mm/hμ0.2%=K0.2%μ=1.74×4.8F-0.19=1.74×4.8×1.048-0.19=4.978mm/h1.2.4的确定P=2%时P=0.2%时1.2.5的确定由暴雨图集图3-2～n～关系图查的全面汇流10 华北水利水电大学毕业设计P=2%时=0.939P=0.2%时=0.9491.2.6τ的确定P=2%时P=0.2%时1.2.7洪峰流量的确定P=5%时Q=0.278ΨiF=0.278ΨF=194m3/sP=0.5%时Q=0.278ΨiF=0.278ΨF=282m3/s1.2.8演算P=5%时P=0.5%时因m=，所以满足要求10 华北水利水电大学毕业设计表2-1五村水库入库洪峰流量计算表F(km2)L(km)J(‰)J1/3F1/4θ=mH1(mm)CvCsH6(mm)CvCs15.16170.2571.97111.840.7550.353.5Cv900.53.5Cv频率（%）H1(mm)H6(mm)n1SpτQm(m3/s)演算2105.6217.80.596105.62.280.0770.9392.321941.40.2138.6313.20.54138.62.370.0490.9492.422821.41.2.9洪水总量计算洪水总量按《广西壮族自治区暴雨径流查算图表》介绍的由设计暴雨推求洪水总量的计算方法计算，计算公式为：Wp=0.1αHTPF（附1-6）式中：Wp——洪水总量(万m3)；α——暴雨径流关系值HTP——设计暴雨量，F——流域自然集雨面积（km2）。计算成果为：P=2%WP=0.1αHTPF=414（万m3）P=0.2%WP=0.1αHTPF=577（万m3）1.2.10洪水调节计算五村水库现溢洪道，宽19m，底高程402.97m，水库坝顶高程410.88m。据前面计算知，50年一遇设计洪峰流量Q设=194m3/s，相应洪水总量W设=414万m3，500年一遇校核洪峰流量Q校=282m3/s，相应的洪水总量W校=577万m3。10 华北水利水电大学毕业设计表1-2库容水位表工况HV死水位395.103.500正常蓄水位(汛限水位）406.48设计水位409.55330.48校核水位410.261.2.11溢洪道最大泄洪能力复核1.坝顶超高计算△h=R+E+A（附1-9）式中：△h——坝前在静水位以上的超高（m）；R——波浪爬高(m)；E——风壅水面高，一般可忽略不计A——安全超高，设计A=0.5m，校核A=0.3m，计算公式：R=3.2Kh波tgαh波=0.0166V5/4D1/3风速V=17.2m/s，吹程D=0.20km，边坡系数m=3.6，K=0.9故：△h设=R+A+e=0.733+0.5+0.001=1.234m，△h校=R+A+e=0.375+0.001+0.3=0.675m。2.允许最大溢洪水深计算H设=▽坝顶—△h设—▽溢底=0.74mH校=▽坝顶—△h校—▽溢底=1.32m水库正常蓄水位406.80m，50年一遇设计洪水位为409.51m，500年一遇校核洪水位410.2m。根据有关气象资料，坝区多年平均年最大风速W=17.2m/s，等效风区长度200m。对设计洪水和校核洪水条件下大坝坝顶高程分别进行复核，复核结果见表5-2-1。10 华北水利水电大学毕业设计计算结果表明：大坝现状坝顶高程满足规范要求。表5-2-1大坝坝顶高程复核成果表计算工况坝前静水位(m)波浪爬高(m)风壅高度(m)安全超高(m)计算超高(m)计算值(m)现状值(m)坝顶高程坝顶设计洪水409.510.7330.0010.501.234410.744410.88校核洪水410.200.3750.0010.300.675410.8755.2.2大坝坝顶宽度复核五村水库大坝最大坝高20.95m，属低坝，现坝顶宽为4.5m，满足要求。2.除险加固工程设计2.1枢纽概况五村水库总库容330.48万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，工程等别为Ⅳ等水库工程，其主要水工建筑物级别为4级。其设计标准为50年一遇洪水设计（P=2%），相应设计洪水位为409.51m，最大下泄流量为149m3/s；500年一遇洪水校核（P=0.2%），相应洪水位为410.2m，最大下泄流量为209m3/s。2.2设计标准查《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001得：坝顶安全超高正常运行情况下为0.5m，非常运行情况下为0.3m。坝坡抗滑稳定最小安全系数K在正常运行情况下取1.25，非常运用条件Ⅰ取1.15，非常运用条件Ⅱ取1.10。3.五村水库渗流分析3.1原大坝渗流分析(1)计算断面和计算工况五村水库各坝均取坝体的最大断面作为计算断面。渗流计算应考虑水库运行中出现的各种不利组合，并考虑到本水库出现高水位的时间较长，其工况如下：10 华北水利水电大学毕业设计1）上游正常高水位与下游相应的最低水位；大坝的水位组合如下表5-2-8。表5-2-8五村水库大坝水位组合表位置上游正常水位(m)上游（P=2%）水位(m)上游（P=0.2%）水位(m)下游水位(m)大坝406.8409.51410.2无水（2）计算理论渗流计算采用北京理正软件研究室编写的计算机软件，《渗流分析计算软件》，采用有限元法进行计算，软件要求输入的参数主要是大坝各土层轮廓点坐标，各土层的渗透系数及相应工况下的上、下游水位。a、渗流量有限元法分析基本方程b、透水系数矩阵式中：c、浸润线的渗出点的出渗坡降：由断面渗流图可以求出坝体内出口渗透坡降值J：10 华北水利水电大学毕业设计式中：J——渗透坡降；ΔH——浸润线上出口两点间的水头差，可由渗流图中测出；ΔL——浸润线上出口两点间距离，可由渗流图中测出。（3）计算结果根据地质所提供的地质勘察报告中所提出的岩土物理力学指标建议值计算允许坡降为：坝体0.50，坝基0.43。设计水位下下游比降值大坝正常水位下流网图从计算结果可以看出：(1)在正常渗流工况下，坝体浸润线逸出下游坝面。(2)正常蓄水位稳定渗流工况下，坝体的最大渗透比降为0.9，坝基最大渗透比降为0.54，大于计算允许坡降，且坝体下游没有反滤体，存在流土破坏危险。所以要在原设计基础上增设排水棱体。10 华北水利水电大学毕业设计计算项目：渗流问题有限元分析1------------------------------------------------------------------------[计算简图]分析类型:稳定流区号土类型KxKyAlfa节点编号(m/d)(m/d)(度)1细砂0.225500.103680.000(-2,-1,0,-7,-6,-5,-4,-3,)2细砂0.225500.103680.000(1,2,-7,0,3,4,)计算结果:------------------------------------------------------------------------渗流量=1.06026m3/天大坝结构稳定复核（1）分析断面的确定为了对五村水库进行除险加固，南宁水利电力设计院对原有大坝进行1/500地形测量和进行地质勘探，对坝体土层取样进行土工试验。根据地质钻探资料和土工试验成果，拟选取大坝最大断面进行抗滑稳定复核。（2）稳定分析采用的坝体填土物理力学参数指标的确定通过对土工试验结果资料进行统计分析，大坝稳定分析时坝体填土的物理力学参数建议值(土工试验成果报告表中的小值平均值)，详下见表。10 华北水利水电大学毕业设计部位容重饱和密度容重粘聚力C（KPa）内摩擦角Φ（KPa）坝体填土19.819.954012坝基粘土18.618.8251.212.8强风化粉砂质泥岩24244525（3）稳定计算a、计算断面与计算方法选取各坝最大坝高剖面作为大坝稳定分析的典型剖面，该剖面见结构计算简图。因五村水库各坝为均质土坝，稳定分析方法采用北京理正设计研究院编制的《岩土工程边坡稳定分析系统》软件，该软件编写所依照的规范为《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）。采用瑞典圆弧法计算坝坡稳定。计算公式如下：式中：Q、V—分别为水平和垂直地震惯性力（向上为负，向下为正）；a—条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的交角；；--土条底面的有效应力抗剪强度指标；Mc—水平地震惯性力对圆心的力矩；R—圆弧半径。b、计算工况正常组合：10 华北水利水电大学毕业设计组合1：正常蓄水位406.8m+坝体自重+路面荷载；非常组合：组合2：校核洪水位410.2m骤降至正常水位高程406.8m+坝体自重+路面荷载。C、计算成果大坝坝坡抗滑稳定计算成果见表及附图。大坝加固前坝坡抗滑稳定计算成果表计算工况坝坡计算方法安全系数瑞典圆弧法规范值正常工况正常蓄水位406.8m下游坡有效应力法1.7511.15非常工况校核洪水位410.2m骤降至正常水位高程406.8m上游坡有效应力法1.9071.05总应力法1.9211.05计算成果表明：大坝上下游坡抗滑稳定安全系数满足规范要求。10 华北水利水电大学毕业设计大坝正常水位下游坡计算图大坝骤降水位上游坡计算图10 华北水利水电大学毕业设计4.溢洪道水力计算水库正常蓄水位为406.80m，20年一遇水位408.83m，相应的下泄流量为92.6m3/s；50年一遇的设计洪水位409.55m，相应下泄流量146m3/s；500年一遇的校核洪水位410.26m，相应下泄流量206m3/s。（1）水面线边墙高度及计算根据《溢洪道设计规范》(SL253-2000)，对溢洪道控制泄槽段边墙高度分别进行复核。①铺盖段边墙高度溢洪道规范规定墙顶高程，溢洪道控制段边墙应在宣泄校核洪水时不低于校核洪水位加安全超高。因此，溢洪道顶高程应不低于410.26m+0.4m=410.66m，实际溢洪道控制段顶高程满足要求。②泄槽边墙高度复核校核洪水库水位410.26m，最大下泄流量206m3/s，。泄槽水面线按恒定非均匀渐变流水面计算，即逐段试算法。计算公式如下：式中—分段长度，m；h1、h2—分段始、末断面水深，m；、—分段始、末断面平均流速，m/s；、—流速分布不均匀系数，取1.05；—泄槽底坡角度，（o）；i—泄槽底坡，；—分段内平均摩阻坡降；n—泄槽槽身糙率系数，查《溢洪道设计规范》SL253-2000附录A.7；—分段平均流速，，m/s；R—分段平均水力半径，R=（R1+R2）/2，m。起始计算断面水深取临界水深。临界水深计算公式10 华北水利水电大学毕业设计泄槽段水流掺气水深计算公式：式中：h0－计算断面掺气水深，m；ξ－修整系数；可取1.0~1.4s/m流速取最大值。V－不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s。根据规范规定，溢洪道边墙高度不低于掺气后的水面线高度，并加0.5m的安全超高。边墙高度确定计算结果见表5-5-1。表5-5-1　　　溢洪道边墙高度计算表断面计算水深h(m)掺气水深Hb(m)安全超高(m)边墙高度(m)计算高度实际高度（左/右）12.232.2350.52.7353.6/4.520.9350.9390.51.4397.4/6.430.7850.7840.51.2845.8/9.740.8290.8320.51.3323.22/3.22③消力池边墙高度确定：消力方式为跌水消能，在消力池形成水垫后，水面线高程采用明渠均匀流公式进行水力计算：式中Q——流量（m3/s）；——渠道坡率,i=0.001；——渠道宽度，（m）；——渠道水深，（m）；——渠道粗糙系数。计算结果见表5-5-2：表5-5-2消力池边墙高度复核下泄流量Q（m3/s）底坡i糙率渠道宽度（m）计算水深（m）安全超高△（m）所需边墙高度H（m）现状边墙高度H（m）10 华北水利水电大学毕业设计92.60.0010.019200.970.53.474计算结果表明：五村水库溢洪道现有边墙高度满足要求。本次设计加固拆除原有干砌加高边墙，重新砌筑为浆砌石边墙。对溢洪道泄槽段及消力池边墙根据校核洪水位在迎水面增设200mm厚C25砼保护层，新砼层与旧浆砌石墙体之间采用膨胀螺钉拉结。10 华北水利水电大学毕业设计附录4英文原文ThechoiceofthetypeofadamThechoiceofthetypeofadamdependslargelyonthefoundationconditionsandavailabilityofmaterials.wheresolidbedrockisatornearthesurface,aconcretegravitydammaybethelogicalchoice.wherebedrockisaconsiderabledistancebelowthesuface,anarchdammaybethebestsolution.Wherelargequantitiesofrockarefound,orbecomeavailableforchannelandpowerhouseexcavation,arock-filldammaybeconsidered.Allotherfactorsbeingthesame,particularlythefactorsofsafety,theleastcostlydamisthemostdesirable.Itisnotunusualthatthechoiceofthetypeofadamcanonlybemadeafteranumberofdifferent,preliminary,damdesignsandcostestimateshavebeenworkedout.Gravitydamthefollowingforcesmustbeconsideredinthedesignofgravitydams(1)weightofthedam(2)hydrostatic(3)upliftforce(4)iceforce(5)earthquakeforce(6)reactionLetitbeassumedthattheheightofthedamhasbeenestablishedandthatatrialcross-sectionasbeenassumed.thefistproblem,then,istodeterminethemagnititudeofthefiveactiveforceslisted.thenextstepistodeterminthesixthforce,namelythereactionfromthefoundationuponthedam.thelastandmostimportantproblemistojudgethestabilityofthedam,giventehmagnitudeandthelineofthelineofactionofthesixthforce,actinguponthedam.Earthdamsafewdecadesago,earthdamswereonlyusedforrelativelysmallreservoirs,andwereconsideredunsuitableforhighheaddevelopments.however,therecentadvancesinsoilmechanicsandconstructionmethodshaveresultedinearthdamsbeingbulittoaheightofseveralhundredfeet,andthesedamsarenowconsideredassafeasanyothertypeofdam.Themainprobleminthedesignofearthdamsistoselectsuchacompositionofmaterialsandsuchsideslopsthat,withthegivenfoundationconditions,nofailureofthedamoranypartofthedamwilloccur.sincethefunctionofthedamistoholdbackwater,andsinceallearthispervioustosomeextent,wemayexpectthatthisproblemofslopestabilityisintimatelyassociatedwithprombleofwatermovementthroughandunderthedam.Rockfilldamsitwasnotedearlierthatthechoiceofthetypeofadamdenpendsverymuchonthematerialsthatareavailable.incasewherelargequantitiesofrockhavetobeexcavatedforotherpurposes,arock-filldammightbeeconomicalThanaconcreteorearthdam.rock-filldamsmust,ofcourse,includeanimperviourselement.Thismaybeanimperviouscore,asinanearthdam,oritmaybeanimperviourslayerofclayneartheupsteamface,oritmaybeaconcreteslabonthetopofupsteamface.oneofthemainrequirementsofarock-filldamistheavailabilityofsoundrockorthefill.soundrockmaybedescribedasrockwhichwillnotdisintergrateinthequarrynorinthehandling,whichisstrong10 华北水利水电大学毕业设计enoughtosustaintheweightofthedamandthewaterloadandwhichwillnotdisintegraterapidlywhenexposedtoweather.Thedesignofarock-filldamisrelativelysimple.Atriangularrocksectionisdumpedatthenaturalangleofrepose.animperviousearthcoreattheupstreamslopperventstheseepageofwater.asuitablefilterofcoarsesand,gravel,andsmallrockpreventsthemigrationoftheimperviousmaterialintothelargevoidoftherock-fill.Thefoundationshouldbesolidenoughtowithstandtheverticalpressure,andshouldhavesufficientresistanceagainsthorizntalsliding.ifnecessary,agroutcurtainmusbeprovidedbetweentheimperviouscoreofthedamandtheimprviousrockinthefoundaion.TypesofDamsDamsareclassifiedonthebasisofthetypeandmaterialsofconstruction,asgravity,arch,buttresses,rockfill,andearthfilldams,etc.Thefirstthreetypesareusuallyconstructedofconcrete.Agravitydamdependsonitsownweightforstabilityandisgenerallystraightinplan,althoughsometimesslightlycurved.archdamstransmitmostofthehorizontalthrustofwaterbehindthemtobothbanksoftherivervalleybyarchactionandmayhavethinnercrosssectionsascomparedwithgravitydams.archdamscanbeusedinV-shapednarrowrivervalleys,wherethewallscanwithstandthethrustproducedbythearchaction.theycanbebuiltinU–shapedrivervalleystoo,ifconditionspermit.insomecase,multiplearchdamsarebuiltinbroadervalleys.thesimplestofthemanytypesofbuttresses.earth-filldamsandrockfilldamsareembankmentsofearthorrocks,andtheyhavesomemeansforcontrollingseepagebyvirtueofanimpermeablecoreoranupstreamblanket.curveddamsmaycombinebothgravityandarchactionstoachievestability.longdamsoftenhaveaconcreteriversectioncontainningaconcretespillwayandsluicegate,whilefortheremainderoftheirlengthrockfillorearthfillwingdamsarebuilt.Theselectionofthebesttypeofthedamforagivensiteisapromblebothinengineeringandeconomy.someofthefactorsthatgovernthesolutionoftheproblemaretopography,geology,andclimate.forexample,thetypeofthadamwilloftendependonwhatlocalmaterialareavailable.thatistosay:therelativecostofthevarioustypesofdamsdependsmainlyontheavailabilityofconstructionmaterialnearthedamsiteandtheaccessibilityoftransportationfacilities.theclimatefactormustalsobeconsidered,forinstance,becauseconcretespallsorcrackswhensubjectedtoalternatefreezingandthawing,archandbuttressdamswiththinconcretesectionsaresometimesavoidedinareassubjecttoextremecold.Inthedesignofearthdamsthefactorofsafetyofbothslopesmustbedeterminedaspossibleforthemostcriticalconditions.Foreconomicreasonsanundulyconservativedesignmustbeavoided.Inthecaseoftheupstreamslopethemostcriticalstagesareattheendofconstructionandduringrapiddrawdownofthereservoirlevel.Thecriticalstagesforthedownstreamslopeareattheendofconstructionandduringsteadyseepagewhenthereserviorisfull.Theporewaterpressuredistributionatanystagehasadominantinfluenceonthefactorofsafetyandinlargeearthdamsitiscommonpracticetoinstallapiezometersystemsothattheactualporewaterpressurescanbemeasuredatanystageandcomparedwiththepredictedvaluesusedindesign(providedaneffectivestressanalysishasbeenused).Remedialactioncanthenbe10 华北水利水电大学毕业设计takenifthefactorofsafety,basedonthemeasuredvalues,isconsideredtoobellow.(a)EndofConstructionTheconstructionPeriodofanearthdamislikelytobelongenoughtoallowpartialdissipationofexcessporewaterpressurebeforetheendofconstruction,especiallyinadamwithinternaldrainage.Atotalstressanalysis,therefore,wouldresultintooconservativeadesign.Aneffectivestressanalysisispreferable,usingpredictedvaluesofru.Theporepressure(u)atanypointcanbewrittenas:whereistheinitialvalueandisthechangeinporewaterpressureundrainedconditions.Intermsofthechangeintotalmajorprincipalstress:Then:Ifitisassumedthattheincreaseintotalmajorprincipalstressisapproximatelyequaltothefillpressurealongapotentialfailuresurface,then:(1.19)Thesoilispartiallysaturatedwhencompacted,thereforetheinitialporewaterpressure(u0)isnegative.Theactualvalueofu0dependsontheplacementwatercontent,thehigherthewatercontent,thecloserthevalueofu0tozero.Thevalueofalsodependsontheplacementwatercontent,thehigherthewatercontent,thehigherthevalueof.Thusforanupperbound:(1.20)Thevalueofmustcorrespondtothestressconditionsinthedam.Equations1.19and1.20assumenodissipationduringconstruction.Afactorofsafetyaslowas1.3maybeacceptableattheendofconstructionprovidedthereisreasonableconfidenceinthedesigndata.Ifhighvaluesofareanticipated,dissipationofexcessporewaterpressurecanbeacceleratedbymeansofhorizontaldrainagelayersincorporatedinthedam,drainagetakingplaceverticallytowardsthelayers:atypicaldamsectionisshowninFig.1.11.TheefficiencyofdrainagelayershasbeenexaminedtheoreticallybyGibsonandShefford[1.5]anditwasshownthatinatypicalcasethelayers,inordertobefullyeffective,shouldhaveapermeabilityatleast106timesthatoftheembankmentsoil:anacceptableefficiencywouldbeobtainedwithapermeabilityratioofabout105.Equation1.19and1.20canbeappliedinthecaseofanyembankment(otherthananearth10 华北水利水电大学毕业设计dam).Theconstructionperiodforatypicalembankmentisshortandnosignificantdissipationislikelyduringconstruction:accordingly,atotalstressanalysisisnormalfortheendofconstructioncondition.Dissipationproceedsaftertheendofconstructionwiththeporewaterpressuredecreasingtothefinalvalueinthelong-term.Thefactorofsafetyoftheembankmentattheendofconstructionisthereforelowerthanthatinthelong-term.Figure1.11Horizontaldrainagelayers(a)SteadySeepageAfterthereservoirhasbeenfullforsometime,conditionsofsteadyseepagebecomeestablishedthroughthedamwiththesoilbelowthetopflowlineinthefully-saturatedstate.Thisconditionmustbeanalyzedintermsofeffectivestresswithvaluesofporepressurebeingdeterminedfromtheflownet.Valuesofupto0.45arepossibleinhomogeneousdamsbutmuchlowervaluescanbeachievedindamshavinginternaldrainage.Thefactorofsafetyforthisconditionshouldbeatleast1.5.(b)RapidDrawdownAfteraconditionofsteadyseepagehasbecomeestablished,adrawdownofthereservoirlevelwillresultinachangeintheporewaterpressuredistribution.Ifthepermeabilityofsoilislow,adrawdownperiodmeasuredinweeksmaybe‘rapid’inrelationtothedissipationtimeandthechangeinporewaterpressurecanbeassumedtotakenplaceunderundrainedconditions.ReferringtoFig1.12,theporewaterpressurebeforedrawdownatatypicalpointPonapotentialfailuresurfaceisgivenby:Figure1.12Rapiddrawdownconditions(afterBishopandBjerrum[1.2])whereh′isthelossintotalheadduetoseepagebetweentheupstreamslopesurfaceandthepointP.ItisagainassumedthatthetotalmajorprincipalstressatPisequaltothefillpressure.ThechangeintotalmajorprincipalstressisduetothetotalorpartialremovalofwaterabovetheslopeontheverticalthroughP.Foradrawdowndepthexceeding:andthechangeinporewaterpressureisthengivenby:ThereforetheporewaterpressureatPimmediatelyafterdrawdownis:Hence:10 华北水利水电大学毕业设计（1.21）Fortotalstressdecreasesthevalueofisslightlygreaterthan1.Anconservativevalueofcouldbeobtainedbyassuming=1andneglecting.Typicalvaluesofimmediatelyafterdrawdownarewithintherange0.3to0.4.Aminimumfactorofsafetyof1.2maybeacceptableafterrapiddrawdown.Morgenstern[1.7]publishedstabilitycoefficientsfortheappropriateanalysisofhomogeneousslopesafterrapiddrawdown.Theporewaterpressuredistributionafterdrawdowninsoilsofhighpermeabilityvariesasporewaterdrainsoutofthesoilabovethedrawdownlevel.Thesaturationlinemovesdownwardsataratedependingonthepermeabilityofthesoil.Aseriesofflownetscanbedrawnfordifferentpositionsofthesaturationlineandvaluesofporewaterpressureobtained.Thefactorofsafetycanthusbedetermined,usinganeffectivestressanalysis,foranypositionofthesaturationline.10 华北水利水电大学毕业设计英文翻译水坝的种类主要取决于地基础条件和材料的可用性。固体基岩在表层时，混凝土重力坝是最为科学的选择。当基岩离表层有相当大一段距离，拱坝是最好的方案。当地基础有大量岩石，可以用于水槽和发电站开挖时，可以考虑采用土石坝。其他因素也应该被考虑进去，特别是安全问题。而成本最低的坝是最理想的水坝。毫无疑问，水坝种类的选择只能在各种不同类型的前期坝体设计和成本估算完成后才能进行的。重力坝：下面几种力是重力坝设计是必须被考虑进去的：（1）坝身自重（2）流体静力（3）浮力（4）冻力（5）地震力（6）化学反应假设坝高已经确定，试用横截面已经被假设。接下来第一个问题计算以上列举五种力各自的大小。第二步是确定第六种力，即从基础至坝的化学反应。最后一个也是最重要的一个问题就是，在考虑作用在水坝的第六种力的大小和方向后，验算坝的稳定性。土坝：几个世纪以前，土坝仅仅局限于相对较小的水库，被认为不适用于高水头电站。然而，近期土力学与施工方法的科学进展已经证实，早期土坝正在被建成数以百尺的高度。而且，这些坝被认为与其他水坝一样安全。早期水坝设计的主要问题在于考虑基础条件后，如何选择结构材料和边坡，使得坝和坝身任何部位没有损害。由于水坝的功能就是抵制水。在某种程度上，任何培土都具有可透水性。我们可以预期坡度的稳定跟通过坝体和坝下的水有着密切的联系。土石坝：早就有记录称水坝种类的选择依据于可使用材料。在出于其他目的，有大量岩石须被开挖的情况下，采用土石坝可能比混凝土坝和堆石坝要更为经济。当然，土石坝必须包含防渗工程。防渗工程可能是类似早期的土坝的不透水心墙，也可能是临近坝体迎水面的一层不透水粘土，也可能是迎水面表层的混凝土板。土石坝最主要的要求就是利用好已经填补好的坚岩。坚岩，即在采石场不能被切割开，也不能被在处理的，能很好的支撑起坝体和水的荷载，即使裸露在空气中也不会很快被分解的坚硬岩石。堆石岩的设计相对简单。三角形的岩石区以一个自然的坡度倾斜。在迎水面的不透水培土防止水的渗透。而由粗砂岩，砂砾，小岩石组成的过滤防止了防水材料朝土石缝隙的移动。基础理应足够坚固以承受垂直压力和横向滑动。如果有必要，可以再坝体防渗心墙和基础防渗岩间抹上一层灌浆帷幕。坝的种类坝是根据建筑物的种类和材料划分的，正如重力坝、拱坝、支撑坝、填石坝和土坝等。前三种通常由混凝土构成。一个重力坝依赖于自身重量来维持稳定性。通常大坝设计是直的，尽管有时候稍微弯曲。拱坝通过拱的作用将大部分坝后水体的水平推力传递给河谷堤。和重力坝相比，拱坝有更窄的横断面。拱坝可以用于”V”形狭窄河谷，在那儿，墙体能承受由拱作用产生的推力。如果条件允许，拱坝也能用于U形河谷。在一些情况下，多拱坝用于更宽广的河谷，在各种类型的支撑坝，最简单的坝是板类，这种由堤壁支撑的斜板组成。填土坝和填石坝分别是土堤和岩石堤。有了防渗心墙和逆流覆盖物的优势，填土坝和填石坝有许多防渗的途径和方法。曲坝兼备了重力和拱起作用来达到稳定。长坝通常由一段包含混凝土泄洪口和水闸门的河流断面。然而作为它们长度的补充，建立了岩石坝或土坝的翼坝。在给定了一个地点，对最好的坝类选择，既是工程问题又是经济问题。英系那个解决问题的一些因素有地势、地质、及气候。例如，坝类常常依据当地可用材料。这就是说：各种类型坝的相关花费主要取决于建坝点附近的可用建筑材料和运输设备的可达性。天气因素也必须被考虑进去。例如，由于混凝土碎石和残片，经过交替冻融，有薄混凝土截面的拱坝和支撑坝有时避免置于极冷环境。土坝的稳定10 华北水利水电大学毕业设计在土坝的设计中，必须尽可能精确地确定在最不利工况下土坝的两个边坡的安全系数。由于经济的原因，需要避免太保守的设计。对于上游坝坡，最不利工况出现在工程完工时和水库水位骤降时。而对于下游坝坡，最不利工况则出现在工程完工时和满库运行且稳定渗流时。在任何阶段，孔隙水压力的分布对安全系数都有决定性的影响。在高大土坝中，通过广泛安设测压管系统的方式，来测量每一个阶段的实际水压力。并将测得的实际水压力与设计时的预估的值相比较（只要已经进行有效应力分析）。如果根据测量值所求得的安全系数太低，则要采取补救措施。（a）工程完建期土坝的建设工期都比较长。在完工以前，有足够长的时间允许超静孔隙水压力的消散。尤其是在采用了内部排水的情况下。因此，在此时段采用总应力分析将过于保守。而采用预估值ru的有效应力分析将方法将更加适用。在任意点的孔隙水压力（u）都可以写成：其中，是孔隙水压力的初值。而是在不透水条件下孔隙水压力的孔隙水压力的变量。从大主应力的变化的角度分析：则假定大主应力的增量大致等于沿潜在滑动面的总应力。则：(1.19)当土体紧密且部分饱和时，内部的孔隙水压力（u0）可以忽略不计。u0的当前值取决与该点的含水率。含水率越高，u0的值越靠近0。的值也取决于改点的含水率。含水率越高，的值也越大。当达到上限时：(1.20)的值必须与坝体中的应力水平一致。式1.19和1.20都假定在建设期间没有孔隙水压力的消散。如果设计资料足够可靠，在工程完工时，安全系数低至1.3也是可以接受的。如果预计会出现较高的，就可以在坝体内设置水平排水层使渗流沿排水层发生。这样就可以加速超静孔隙水压力的消散。图1.11是坝体的一个典型断面。吉普森和谢福德[1.5]已经从理论上校核了排水层的效率。并指出，为了保证在典型情况下排水层能够高效率地运行，则排水层的渗透系数至少应该是堤岸土料的106倍。而允许的渗透系数则要求是105倍。图1.11水平排水层（a）稳定渗流期在水库蓄满一段时间后，位于浸润线以下的土料处于完全饱和状态。此时，在坝体中形成了稳定渗流。在这种情况下，要要采用由流网确定的孔隙压力值进行有效应力分析。在均质土坝中，可能上升到0.45。但是，如果在坝体中设置了内部排水系统，10 华北水利水电大学毕业设计则会上升至低一些的值。这种情况下的安全系数最小不能小于1.5。（b）水位骤降期在稳定渗流已经形成的情况下，水库水位的消落将导致孔隙水压力的分布状况的改变。如果土料的透水性差，连续几周的水位降落使孔隙水压力来不及消散。此时，孔隙水压力的变化可以被假定在不透水的条件下发生。联系图1.12，在水位消落前的潜在滑动面上的特征点P的孔隙水压力可以表示为：图1.12快速消落状况其中，h′是上游坡面和P点之间由于渗流而导致的总水头的损失。假定P点的大主应力等于总压力。而大主应力的变化取决于通过P点的铅直面上的总水头或局部水头的变化。当消落深度超过时：孔隙水压力的变量也可如下表示：水位消落后P点的孔隙水压力是：因此，（1.21）由于总应力减小，的值将略大于1。可以通过假设的值和忽略求得一个较保守的值。在水位消落后，的代表值在0.3和0.4之间。在水位的快速消落后，最小的安全系数值不能小于1.2。摩根斯坦[1.17]也提出了水位快速消落之后的均质土坝的安全系数的近似分析方法。在水位消落后，强透水性土体中的孔隙水压力的分布将随着消落线以上的的空孔隙水的渗出而变化。浸润线向下移动的速度取决于土体的渗透性的大小。通过绘制一系列的流网可以求得不同位置处的浸润线和孔隙水压力值。这样，对于任何位置处的浸润线使用有效应力分析方法都可以确定出相应的安全系数。10'