水库除险加固设计毕业设计

'河北工程大学毕业设计摘要本设计主要是有关PS水库除险加固设计，PS水库位于河北省沙河市境内，工程为小（2）型五等工程，主要建筑物为五级，由主坝、副坝、溢流坝和放水洞等四部分组成。枢纽的主要任务以防洪、灌溉和供人畜饮水为主。PS水库现状存在的问题如下：（1）大坝基础抗滑不满足要求，坝体高水位时渗漏严重（2）坝顶高程不满足规范要求（3）放水洞闸阀损坏（4）大坝下游无消能防冲设施针对水库现状存在的主要问题，需要对水库进行初步的校核。主要内容包括挡水坝段的抗滑稳定计算和应力复核，溢流坝段的抗滑稳定计算和应力复核，溢流坝段过水能力及消能的计算等三大部分。坝体抗滑稳定计算是重力坝设计的一项重要内容，其目的是验算坝体沿坝基面的抗滑稳定安全度，利用公式判别大坝是否满足抗滑稳定要求。经计算得大坝在某些工况下不满足抗滑稳定要求。应力分析的目的是检验坝体在施工和运用期间是否满足强度要求，利用材料力学的方法检验应力是否满足要求。经计算得大坝在某些工况下不满足要求。溢流坝过流能力验算及消能计算依据《溢洪道设计规范》SL253-2000计算。经计算满足要求。根据上述校核中所出现的问题，对PS水库进行除险加固，以满足水库的正常运作。关键词：PS水库、除险加固、抗滑稳定计算、应力复核76 河北工程大学毕业设计SummaryThisdesign,thePSreservoirreinforcementdesign,PSreservoirislocatedinShaheCityintheworksforasmall(2)fiveotherprojects,themainbuildingforthefivemaindamandauxiliarydam,spillwayandsuchaswaterholesinfourparts.Themaintaskofthehubtofloodcontrol,irrigationandfordrinkingwatermain.PSreservoirstatusquoexistingproblemsareasfollows:DamfoundationslidingdoesnotmeettherequirementsofserioushighwaterlevelofdamleakageCrestelevationdoesnotmeetthespecificationrequirementsWaterholegatevalvedamageDamdownstreamenergydissipationandscourprotectionfacilitiesApreliminarycheckofthemainproblemsofreservoirstatusquo,theneedforthereservoir.Themaincontentsincluderetainingmonolithstabilityagainstslidingcalculationandstressforreview,thestabilityagainstslidingcalculationandstressforreviewoftheSpillway,Spillwayoverthewatercapacityandenergydissipationcalculation.Thecalculationofdamstabilityagainstslidingisanimportantpartofthegravitydamdesign,withtheaimofcheckingthedamalongthedamfoundationstabilityagainstslidingsafety,usetheformulatodistinguishdamwhethertomeettherequirementsofstabilityagainstsliding.Thecalculateddamstabilityagainstslidingincertainconditionsdoesnotmeettherequirements.Thepurposeofthestressanalysisistotestdamduringtheconstructionandusemeetthestrengthrequirements,theuseofmechanicalmeansofcheckingstresstomeettherequirements.Calculateddamincertainconditionsdoesnotmeettherequirements.Spillwayflowcapacitycheckingandeliminatethebasisforcalculatingthespillwaydesignspecification"SL253-2000calculation.Calculatedtomeettherequirements.ProblemsintheabovecheckthePSreservoirreinforcement,tomeetthenormaloperationofthereservoir.Keywords:PSreservoirreinforcement,slidingstabilitycalculation,thestressreview76 河北工程大学毕业设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　指导教师签名：　　　　　日　　期：　　　　　使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　76 河北工程大学毕业设计学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日76 河北工程大学毕业设计目录摘要1Summary21综合说明11.1工程概况11.2水文11.2.1流域概况11.2.2气象11.2.3水文21.2.4泥沙21.3工程地质条件21.4工程除险设计32水库大坝现状情况校核42.1正常蓄水位下的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算42.1.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算42.1.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算92.1.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算112.2设计洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算142.2.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算142.2.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算162.2.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算182.3校核洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算222.3.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算222.3.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算252.3.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算262.4地震情况下，正常蓄水位时的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算302.4.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算302.4.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算332.4.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算352.5溢流面过流能力验算382.6消能防冲计算383除险加固工程设计403.1大坝防洪复合设计403.1.1　大坝防洪加固方案403.1.2　坝顶高程计算403.2大坝防渗设403.2.1　存在的问题403.2.2　防渗方案413.2.3　坝基防渗413.3主坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算413.3.1正常蓄水时，主坝抗滑稳定计算和应力复合423.3.2设计洪水位时，主坝抗滑稳定计算和应力复合453.3.3校核洪水位时，主坝抗滑稳定计算和应力复合483.3.4地震情况下，正常蓄水时，主坝抗滑稳定计算和应力复合503.4溢流坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算533.4.1正常蓄水位时，溢流坝抗滑稳定计算与应力复合543.4.2设计洪水位时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合573.4.3校核洪水位时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合613.4.4地震情况下，正常蓄水时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合6476 河北工程大学毕业设计3.5溢流面加固设计673.5.1溢流面加固方案673.5.2溢流坝过流能力验算及消能防冲验算673.6放水洞维修加固683.6.1加固方案设计683.6.2放水洞流量计算683.7防浪墙及坝顶设计68DAMSAFETYANDEARTHQUAKES69英文文献翻译：72谢辞74参考文献7676 河北工程大学毕业设计1综合说明1.1工程概况PS水库位于河北省沙河市境内，属海河流域滏阳河系沙洺呵支流，水库控制流域面积4㎞2,总库容61.2万m3，是一座以防洪、灌溉和供人畜饮水的小⑵型水库。水库枢纽主要包括：主坝、副坝、溢流坝和放水洞等建筑物。水库大坝为浆砌石重力坝，主坝最大坝高27.5m，坝顶高程23.5m，坝顶长119m，坝顶宽4.5m，迎水面坝坡直立，背水面坝坡1:0.51,。副坝最大坝高5.5m，坝顶长70m,坝顶宽2.9m。溢流坝在主坝中央，采用克-奥菲真空实用堰，堰面为钢筋混凝土结构，堰顶高程20.5m，堰深3m,宽22m，设计最大泄流量161.77m3/s,采用挑流鼻坎消能，鼻坎高程9m，挑射角25°，反弧半径4m。放水洞位于溢流坝左侧，洞口高程5.1m，出口采用碟阀控制。水库防洪标准为20年一遇设计，200年一遇校核。水库枢纽为五等工程，主要建筑物为5级建筑物。经调洪演算，不同设计标准的洪水位及相应的最大泄流量如下：20年一遇的最高洪水位为21.85m，最大泄量为63.38m3/s；200年一遇的最高洪水位为23.04m，最大泄量为161.77m3/s。2007年6月，华北水利水电勘测设计有限公司完成PS水库大坝安全鉴定，并通过河北省大坝安全管理中心核查，综合评价该水库大坝为三类坝。1.2水文　　1.2.1流域概况PS水库位于沙河市册井乡，属沙洺河支流。该河流位于沙河市西部，太行上东麓，为季节性河流，除汛期洪水径流较大外，其他月份径流量很小。水库控制流域面积4km2，坝址以上河床平均坡降28‰。流域地形复杂，地面起伏大，地形坡度较陡。76 河北工程大学毕业设计　　1.2.2气象工程地处太行山风坡，受太平洋东南季风的影响，降雨偏丰，平均年雨量560mm，年际间变化很大，年最大降雨1088mm；年最小降雨227mm，最大、最小相差近5倍。年雨量在年内分配也很不均匀。多年平均汛期降雨占年雨量的75%以上。多年平均气温13.0℃～13.7℃；年极端最高气温42℃；年极端最低气温-19.6℃。冬季受西伯利亚高压大陆性气团控制，风向偏北，强劲西北风盛行，夏季偏南风，春、秋两季风向变化较大，沙河市汛期多年平均最大风速16.7m/s。非汛期多年平均最大风速为15.0m/s，无霜期220～240天左右。1.2.3水文流域范围内无水文气象站分布，水库于1978年开始运行至今，已有三十多年的时间，因水库的管理不够规范，对水位、流量等资料均未按水库管理要求进行观测，故没有实测大洪水资料。1.2.4泥沙PS水库流域仅为4km2，流域内缺乏泥沙实测资料。通过水库几十年的运行证明：由于该流域面积小，流域内地形、地质、植被等条件较好，入库沙量很少，目前实测泥沙淤积高程仅0.8m。1.3工程地质条件勘察场地属太行山东麓冲低山丘陵地带，勘察揭露之地层除第1层外均为三叠纪岩石，本场区勘察深度范围内，地基土自上而下分为如下2层，现将各土层的工程地质特征分述如下：1层杂填土（ml）：灰褐色，坝体，为块状岩石和水泥砂浆人工堆砌含少量杂质。场区普遍分布，厚度:0.80-11.20m,平均5.30m;层底标高:12.28-22.70m,平均18.20m;层底埋深:0.80-11.20m,平均5.30m。2层细砂岩：肉红色，灰白色，微风化，可见较清晰的平行层理，细层厚度不一，细粒砂状结构，主要矿物成分为石英，长石少量，分选好，磨圆度高，胶结好，整个岩石固结紧密坚硬，中厚层状，裂隙发育中等到微小，岩芯长柱状。该层未穿透。结论及建议：（1）按《建筑抗震设计规范》GB50011—76 河北工程大学毕业设计2010本场地的抗震设防烈度为7度，本场地为第二组，设计基本地震加速度值为0.10g。（2）库区主要出露地层为细砂岩，不存在库岸失稳，库底渗漏等问题。（3）坝基岩性简单，岩石裂隙发育程度不高，无断层通过，裂隙连通性较差，为弱透水层。坝基不存在渗漏破坏的可能性。（4）坝基岩土力学性质较好，透水性较弱，不存在渗透破坏的可能性，地基承载力满足。1.4工程除险设计PS水库运行多年来，为当地的农业生产、居民生活发挥了极大作用。但水库运行多年水库出现了诸多问题：主要有；（1）大坝基础抗滑不满足要求，坝体高水位时渗漏严重。（2）坝顶高程不满足要求。(3)放水洞闸阀损坏，影响水库正常运行。(4)大坝下游无消能防冲设施。根据水库大坝安全鉴定结论和建议，针对工程存在的问题，结合本次设计调整后水库工程特性，拟定本次PS水库除险加固的主要内容有以下内容：大坝结构处理，增加其抗滑稳定性。(1)大坝防渗设计。(2)大坝结构复合。(3)溢流坝加固设计。(4)放水洞维修加固。(5)防浪墙及坝顶设计。(6)其它工程处理。76 河北工程大学毕业设计2水库大坝现状情况校核　　由指导老师所提供的参考资料，计算得到各坝段的单宽体积如下：主坝单宽体积V=325m3副坝单宽体积V=27.5m3溢流坝单宽体积V=372m3根据砌石坝设计规范SL25-2006查得砌石体容重γd=22.0kN/m3依次计算得到各坝段的单宽自重如下:主坝单宽自重W=γdV=7150KN副坝单宽自重W=γdV=605KN溢流坝单宽自重W=γdV=8184KN。2.1正常蓄水位下的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算计算条件：正常蓄水位时上游水位20.5m，下游水位0m。2.1.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算(1)坝体自重(2)静水压力上游水平静水压力P1(2-1)下游水平静水压力P2(2-2)(3)坝基处扬压力U76 河北工程大学毕业设计图2-1主坝坝基处扬压力(2-3)(4)泥沙压力Psk(2-4)式中：γn—泥沙浮容重，取γn=8.82KN/m3hn—计算点以上的淤积高度，取hn=0.8m,φn—泥沙内摩擦角，取φn=13o(5)浪压力Pwk76 河北工程大学毕业设计由于沙河市汛期多年平均最大风速16.7m/s吹程D可取平均水面宽的5倍即D=1075m浪高波长按鹤地水库公式计算波高和平均波长（2-5）（2-6）式中：hb—波高Lm—平均波长，m；V0—计算最大风速（基本组合可采用重现期50年的最大风速，特殊组合可采用多年最大风速），m/s；有资料可知V0=16.7m/s。D—风区长度，m；可近似取D=1075m。g—重力加速度，9.81m/s2。计算得hb=0.95m，Lm=6.65m。由于空气阻力小于水阻力波浪中心线高于水面一定高度h根据坝前不同的水深，波浪压力的分布形式分为深水波、浅水波、破碎波。由于H>，所以波浪运动不会受到库底的约束为深水波。浪压力可近似按直墙式挡水建筑物的情况计算单位宽度上的浪压力可按下式计算：(2-7)(2-8)(2-9）式中：Pwk—单位宽度坝面上的浪压力，kN/m。76 河北工程大学毕业设计h—波高，m。hz—波浪中心线至计算水位的高度，m。Hcr—使波浪破碎的临界水深，m。图2-2主坝坝顶处浪压力经计算得：hz=0.43m，Hcr=0.52m，Pwk=22.5kN(6)土压力坝底高程-4m，上下游填土高程均为0m,土的粘聚力为0，内摩擦角为25o。上游为主动土压力，下游为被动土压力。称为主动土压力系数，计算得0.41称为被动土压力系数，计算得2.46取土的容重γ=21kN/m3(2-10)76 河北工程大学毕业设计(2-11）表2-1作用于主坝的各力和力矩大小方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W71502.34516766.75P129418.1724027.97P278.41.33104.27U1725.20U21858.83.15762.28Psk1.790.270.48Pwk22.524.5554.25Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.66Σ715025843034.17491.6817420.630433.59Σ总4566↓2542.4913012.91①　坝体抗滑稳定计算(2-12)式中：f—抗剪强度计算公式中的摩擦系数；—作用于坝体上全部荷载（包括扬压力，下同）对滑动平面的法向分值；—作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值；依据《砌石坝设计规范》（SL25-2006）3.2.6规定，在初步设计阶段，砌石体抗滑稳定计算所需的抗剪强度参数，查附录A表A.0.5和附录A表A.0.6。根据地质勘测资料，坝基岩石为坚硬、有微裂隙的岩体，砌石体饱和强度较高，取摩擦系数=0.65。计算=76 河北工程大学毕业设计　经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在正常蓄水位下，主坝的抗滑稳定性满足要求。①　应力计算根据《水工建筑物》教材中公式2-25进行坝基截面应力分析(2-13)(2-14)式中：—用于坝踵垂直应力，kPa；—用于坝趾垂直应力，kPa；—用于坝体上全部荷载（包括扬压力，下同）对滑动平面的法向分值；—作用在计算截面以上的全部荷载对坝基截面形心O的力矩总和；—计算截面沿上下游方向的长度，m；坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝址处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求。　　2.1.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算(1)坝体自重76 河北工程大学毕业设计(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)扬压力U图2-3副坝坝基处扬压力(4)浪压力表2-2作用于副坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W6050.24145.2P130.60.8325.5P2076 河北工程大学毕业设计U67.380.9262Pwk22.52.556.25Σ60567.3853.13145.2143.75Σ总537.62↓53.131.45↖①　抗滑稳定计算=6.58=1.05经过计算求出的大于容许的最小抗滑系数。所以在正常蓄水位下，副坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝址处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求。　　2.1.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P276 河北工程大学毕业设计(3)坝基处的扬压力图2-4溢流坝坝基处扬压力图(4)泥沙压力(5)浪压力(6)土压力主动土压力被动土压力表2-3作用于溢流坝的各力及力矩大小和方向表76 河北工程大学毕业设计荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W81841.229984.48P129418.1724027.97P278.41.33104.27U1725.20U21858.83.15792.28Psk1.790.270.48Pwk22.524.5551.25Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.66Σ818425843034.17491.6810638.4130433.47Σ总5600↓2542.49→-19795.06↗①　坝体抗滑稳定计算=经过计算求出的大于容许最小抗滑安全系数。所以在正常蓄水位下，溢流坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＜[]，下游坝趾处应力小于坝基允许压应力，满足要求。＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。76 河北工程大学毕业设计综上所述，应力不满足要求。2.2设计洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算计算条件：上游水位22.85m,下游水位0.6m。2.2.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)基处扬压力U图2-5主坝坝基处扬压力76 河北工程大学毕业设计(4)泥沙压力(5)浪压力(6)土压力主动土压力：kN被动土压力：kN表2-4作用于主坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W71502.34516766.75P13274.38.6228224.47P2103.71.53159U1833.980U21926.323.15971.59Psk1.790.270.48Pwk22.525.85581.65Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.6676 河北工程大学毕业设计Σ71502760.33367.4751718075.4134869.78Σ总4389.7↓2850.47→-15794.37↗①　坝体抗滑稳定计算=经过计算求出的小于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在设计洪水位下，主坝的抗滑稳定不满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＜[]，下游坝趾小于坝基允许压应力，满足要求。＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。　　2.2.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P276 河北工程大学毕业设计(3)扬压力U图2-6副坝坝基处扬压力(4)浪压力表2-5作用于副坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W6050.24145.2P172.61.2892.93P20U103.80.9295.5Pwk22.53.8586.63Σ605103.895.1145.2275.06Σ总501.2↓95.1→-129.86↗76 河北工程大学毕业设计①　抗滑稳定计算=3.43=1.05经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在设计洪水位下，副坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝址处未出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝踵处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求。　　2.2.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P276 河北工程大学毕业设计(3)基处扬压力U图2-7溢流坝坝基处扬压力(4)动水压力(2-15)(2-16)式中的个字母表示的含义如下：76 河北工程大学毕业设计由《水力学》教材中公式9.4求下游收缩断面水深(2-17)查表9.1流速系数计算得由所以动水压力水平分量为动水压力垂直分量为(5)泥沙压力(6)浪压力(7)土压力主动土压力：76 河北工程大学毕业设计被动土压力：表2-6作用于溢流坝的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W81841.229984.48P13265.368.5727984.13P2103.71.53159U1833.980U21926.323.15971.59PH13.6213177.06PV49.667.55374.93Psk1.790.270.48Pwk22.525.85581.63Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66Σ8233.72760.33358.53530.610870.235004.37Σ总5473.4↓2827.93→-24134.17↗①　坝体抗滑稳定计算=经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在设计洪水位下，溢流坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算76 河北工程大学毕业设计坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。2.3校核洪水位下的抗滑稳定计算与坝基应力计算计算条件：上游水位23.04m,下游水位1m。　　2.3.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算　　荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)基处扬压力U76 河北工程大学毕业设计图2-8主坝坝基处扬压力(4)泥沙压力(5)浪压力(6)土压力主动土压力：kN被动土压力：KN表2-7作用于主坝的各力及力矩大小和方向表76 河北工程大学毕业设计荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W71502.34516766.75P13582.79.0132280.13P2122.51.67204.58U1906.50U21997.93.16193.49Psk1.790.270.48Pwk22.527.04608.4Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66Σ71502904.43675.9535.817520.9939174.11Σ总4245.6↓3140.1→-21653.12↗①　坝体抗滑稳定计算=经过计算求出的小于容许最小抗滑稳定安全系数。所以校核洪水位下，主坝抗滑稳定不满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。76 河北工程大学毕业设计2.3.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)扬压力U图2-9副坝坝基处扬压力(4)浪压力表2-8作用于副坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂力矩（kN·m）76 河北工程大学毕业设计(m)↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W6050.24145.2P1124.51.68209.16P20U135.80.92124.95Pwk22.55.04113.4Σ605135.8147145.2447.5Σ总469.2↓147→-302.3↗①　抗滑稳定计算=2.07=1.0经过计算求出的大于容许最小抗滑安全系数。所以在校核洪水位下，副坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝趾处未出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝踵处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求。2.3.3溢流坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力76 河北工程大学毕业设计上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)基处扬压力U图2-10溢流坝坝基扬压力(4)动水压力76 河北工程大学毕业设计式中各个字母表示含义如下：由《水力学》教材中公式9.4求下游收缩断面水深查表9.1流速系数计算得由所以动水压力水平分量为动水压力垂直分量为(5)泥沙压力(6)浪压力(7)土压力76 河北工程大学毕业设计主动土压力：被动土压力：表2-9作用于溢流坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W81841.229984.48P13551.18.8731498.26P2122.51.67204.58U1906.50U21997.93.16193.49PH36.7413477.62PV133.987.551011.55Psk1.790.270.48Pwk22.527.04608.4Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66Σ8317.982904.43644.27572.5210816.3439403.79Σ总5413.58↓3071.75→-28587.45↗①　坝体抗滑稳定计算=经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在校核洪水位下，溢流坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算76 河北工程大学毕业设计坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。2.4地震情况下，正常蓄水位时的坝体抗滑稳定计算与坝基处应力计算计算条件：正常蓄水位时上游水位20.5m，下游水位0m。2.4.1主坝抗滑稳定计算与坝基应力计算荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)坝基处扬压力U76 河北工程大学毕业设计图2-11主坝坝基处扬压力(4)泥沙压力(5)浪压力地震荷载：主要包括坝体水平顺河向地震惯性力，上游地震动水压力和动土压力。(6)地震惯性力(2-18)76 河北工程大学毕业设计故(7)上游地震动水压力(2-19)(8)地震作用下的土压力(2-20)式中：主动土压力：被动土压力：表2-10作用于主坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W71502.34516766.75P129418.1724027.97P278.41.33104.27U1725.2076 河北工程大学毕业设计U21858.33.15760.73P095.5911.271077.3Q0196.612.252408.35Psk1.790.270.48Pwk22.525.85551.2Ea72.121.3395.91Ep398.821.33530.43Σ71502583.53329.6477.2217401.4533921.94Σ总4566.5↓2852.38→-1650.49↗①　坝体抗滑稳定计算=经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在地震情况下的正常蓄水位时，主坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述，应力不满足要求。2.4.2副坝抗滑稳定计算与坝基应力计算　　荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P176 河北工程大学毕业设计下游水平静水压力P2(3)扬压力U图2-12副坝坝基处扬压力(4)地震惯性力(5)上游地震动水压力(6)浪压力表2-11作用于副坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W6050.24145.2P130.630.8325.42P20Q016.641.2520.876 河北工程大学毕业设计P011.151.15U067.380.9262Pwk22.52.556.25Σ60567.3870.77145.2165.62Σ总537.62↓70.77→-20.42↖①　抗滑稳定计算=4.94=1.0经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在地震情况下的正常蓄水位时，副坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求。2.4.3溢流坝抗滑稳定计算与基应力计算　　荷载计算(1)坝体自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P176 河北工程大学毕业设计下游水平静水压力P2(3)坝基处扬压力U图2-13溢流坝坝基处扬压力(4)地震惯性力(5)上游地震动水压力(6)泥沙压力(7)浪压力(8)土压力76 河北工程大学毕业设计主动土压力：被动土压力：表2-12作用于溢流坝的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W81841.229984.48P129418.1724024.97P278.41.33104.27U1725.20U21858.33.15760.73P095.5911.271077.3Q0225.0612.252757Psk1.790.270.48Pwk22.524.25581.63Ea72.121.3395.91Ep398.821.33530.43Σ81842583.53358.06477.2210619.1834301.02Σ总5600.5↓2880.84→-23681.84↗①　坝体抗滑稳定计算=经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在地震情况下的正常蓄水位时，溢流坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算76 河北工程大学毕业设计坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。＜0，上游坝踵处出现拉应力，不满足要求。综上所述应力不满足要求。通过对上述现状的校核，主坝和溢流坝均存在问题，副坝在各种情况下均满足要求，故需对主坝和溢流坝采取相应的加固除险措施。2.5溢流面过流能力验算　　溢流面采用曲线形实用堰，泄洪能力按照《溢洪道设计规范》SL-2000附录A公式进行计算。(2-21)式中：　Q—溢流堰的下泄流量。　b—溢流堰宽度，22m；　m—取0.42；为边礅形状系数，为闸墩形状系数，　　　　　　为堰孔数。　　查《水工建筑物》教材取　　设计洪水位时　　　　　　　　校核洪水位时，过流能力满足要求。2.6消能防冲计算　　依据《溢洪道设计规范》SL253-2000，挑流水舌外缘挑距按下式计算：　(2-22)76 河北工程大学毕业设计式中：L—指坝下游垂直面到挑流水舌外缘进入下游水面后与河床面交点的水平距离，m；v1—坎顶水面流速，m/s；θ—鼻坎挑角；h1—坎顶垂直方向水深，m；h2—坎顶与河床面高差，m；冲坑深度俺下式计算：(2-23)式中：T—自下游水面至坑底最大水垫深度，m；q—鼻坎末端断面单宽流量，m3/（s-m）；Z—上下游水位差，m；k—综合冲刷系数，取1.5经计算，不同频率洪水下的计算成果如下：表2-13各频率洪峰下挑距和冲坑计算成果表洪水重现期（年）2050100200库水位（m）21.8522.3322.6023.04下泄流量Q（m3/s）63.3899.58122.11161.77挑坎外缘距离L（m）27.1231.1132.5032.98冲坑深度T（m）5.476.887.638.81L/T4.964.524.263.74经计算得知L/T均在2.5～5.0之间，消能防冲设计满足要求。76 河北工程大学毕业设计3除险加固工程设计3.1大坝防洪复合设计　　3.1.1　大坝防洪加固方案根据安全鉴定结果，PS水库大坝防洪能力不满足国家标准要求，本次除险加固选择有两种方案进行比较：方案一，维持现状坝顶高程23.5m，溢洪道宽度和底高程不变，在坝顶增设防浪墙，计算防浪墙顶高程。方案二，维持现状坝顶高程23.5m，溢洪道采用现状底高程，拓宽溢洪道过水断面至40m，重建交通桥。　　3.1.2　坝顶高程计算　　依据《砌石坝设计规范》SL25-2006，坝顶上游防浪墙墙顶高程与正常蓄水位或校核洪水位的高差，应按公式1-1计算，选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。（3-1）安全超高正常蓄水位时取0.4m；校核洪水位时取0.3m。正常蓄水位时校核洪水位时取二者较大值1.78m经分析可以看出，方案一优于方案二,故采用方案一：维持现状坝顶高程23.5m，溢洪道宽度和底高程不变，在坝顶增设防浪墙。3.2　大坝防渗设　　3.2.1存在的问题由于施工质量较差，自水库建成蓄水后便发现两侧坝头有渗漏，且逐年加重，由于两坝头岩层裂隙发育，成为渗漏的主要通道，近年来渗漏尤为严重。特别是2007年7月大洪水以后，水库左坝肩18m高程、右坝肩14m和16m高程处的渗流量较大。由于砌筑质量不高，高水位运行时，坝体多处存在渗漏，尤其在20.5m以上的主坝挡水坝段和溢流坝段存在小股射流情况。虽然大坝于1980年进行了灌浆处理、“00.7”大洪水后在主坝迎水面的水上部分进行全面填缝，但现场可见填缝十分粗糙，并没有从根本上解决渗漏问题。渗漏问题严重影响到工程灌溉和供水效益的发挥。76 河北工程大学毕业设计　　3.2.2防渗方案　　为减小渗漏量，并同时提高大坝抗滑稳定性，大坝防渗考虑两种方案：一是坝体灌浆与坝基帷幕相结合，二是坝体做混凝土防渗面板，坝基进行帷幕灌浆。由于PS水库大坝中部为一段长为22m的曲线形溢洪堰，坝顶钻孔灌浆施工不便，因此考虑施工的可行性，推荐采用防渗面板与在坝前进行基础帷幕灌浆相结合的防渗型式，以形成完整的防渗体系，并有助于提高坝体抗滑稳定性。　　主坝、溢流坝迎水面防渗面板下部自坝基-4m高程（假定）开始浇筑。根据防渗要求的不同，本次加固设计采用C20混凝土S8防渗面板，防渗面板厚自堰顶至坝基高程采用40～60cm渐变。副坝防渗面板厚度在同等高程处与主坝一致。为保证混凝土面板与坝体的完整性，设计面板的上游面按2.0×2.0m间距设置Φ28锚杆，长度为3m，其中深入原坝体部分长2.5m。浇筑的面板设竖向分缝，分缝间宽度以10m为原则，缝内采用铜片止水。　　3.2.3坝基防渗　　主坝及溢流坝的坝基帷幕灌浆轴线布置于坝体上游侧距原坝体上游面2.0m处，坝基防渗帷幕轴线方向沿坝体方向布置，主坝段长度119m，溢流坝段（含两边侧墙）长度24m。根据灌浆需要，顶部设置盖重。为满足防渗要求，盖重下部采用1m厚C25混凝土，而上面采用M7.5砂浆浆砌石，盖重混凝土同时将坝上游防渗面板与坝基灌浆帷幕在水平方向进行了衔接。依据地质勘测资料，坝基帷幕深度原则上按坝基下10m深度控制。右侧地形陡峭，因此采用台阶形向右岸延伸与副坝帷幕衔接。河槽中心底部最低处理高程-14.0m。本段帷幕灌浆终孔间距取2m。　　因为副坝在未加固之前抗滑和坝基应力均符合要求，且坝前水头较低，渗流较小，所以无需对副坝进行帷幕灌浆。3.3　主坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算　　加固措施：坝前设置1.9m长铺盖，盖重下部采用1m厚C25混凝土，上面采用M7.5砂浆浆砌石，厚度为3m，加固后坝基长度T=21m，面板与铺盖之间进行锚固。主坝计算简图如下图所示76 河北工程大学毕业设计图3-1主坝计算简图　　3.3.1正常蓄水时，主坝抗滑稳定计算和应力复合　　荷载计算　　(1)坝体自重面板自重盖重　　(2)水平静水压力上游水平静水压力P176 河北工程大学毕业设计下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力(4)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：图3-2主坝坝基处扬压力76 河北工程大学毕业设计　　　根据坝基地质条件及防渗帷幕情况拟定，参考《水工建筑物》教材第十五页可知宜采用0.5～0.7，本设计取0.5。—上下游水位差　—0.5m(4)泥沙压力(5)浪压力(6)土压力主动土压力：　　　　　　　　被动土压力：　　　　　　　　表3-1作用在主坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W171501.17865W23308.332748.9W31719.551633.05W4401.810.14178.72P129418.1724027.97P278.41.33104.27U1823.20U275.310.28774.1U31029.63.173263.876 河北工程大学毕业设计Psk1.790.270.48Pwk22.524.5551.25Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.66Σ8052.81928.13034.17491.6817079.628434.81Σ总6124.7↓2542.49→11355.21↗①　抗滑稳定计算=1.57=1.05经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在正常蓄水位下，主坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求。　　3.3.2设计洪水位时，主坝抗滑稳定计算和应力复合　　荷载计算　(1)坝体自重面板自重盖重(2)水平静水压力上游水平静水压力P176 河北工程大学毕业设计下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力(4)扬压力　帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：(5)泥沙压力(6)浪压力(7)土压力主动土压力：被动土压力：76 河北工程大学毕业设计表3-2作用在主坝上的各力和力矩大小及方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W171501.17865W23308.332748.9W31719.551633.05W4429.310.14336P13274.38.6228213.55P2103.71.53159U1946.680U278.110.28774.1U31067.33.173263.8Psk1.790.270.48Pwk22.525.85581.63Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.66Σ8080.32092.083367.4751717291.6133202.22Σ总5988.22↓2850.5→15910.61↗①　抗滑稳定计算=1.37=1.05经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在设计洪水位下，主坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算76 河北工程大学毕业设计坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求　　3.3.3校核洪水位时，主坝抗滑稳定计算和应力复合　　荷载计算(1)坝体自重面板自重盖重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力(4)扬压力　帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：76 河北工程大学毕业设计(5)泥沙压力(6)浪压力(7)土压力主动土压力：被动土压力：表3-3作用在主坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W171501.17865W23308.332748.9W31719.551633.05W4453.810.14583.38P13582.79.0132292.1P2122.51.67204.2U110290U28110.28832.68U311073.173509.19Psk1.790.270.48Pwk22.527.04608.4Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.6676 河北工程大学毕业设计Σ8104.822173675.87515.7817584.1937334.46Σ总5887.8↓3160.09→19750.27↗①　抗滑稳定计算　　　=1.21=1.0　　经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。　　所以在校核洪水位下，主坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算　坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝址处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求。3.3.4　　地震情况下，正常蓄水时，主坝抗滑稳定计算和应力复合　　　　荷载计算(1)坝体自重面板自重盖重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P276 河北工程大学毕业设计(3)垂直水压力上游垂直水压力(4)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：(5)地震惯性力（3-2）(6)上游地震动水压力（3-3）(7)地震作用下的土压力76 河北工程大学毕业设计（3-4）　　　　式中：　　　　主动土压力：　被动土压力：(8)泥沙压力(9)浪压力表3-4用在主坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W171501.17865W23308.332748.9W31719.551633.05W4401.810.14058.18Q0210.412.252577.4P129418.1724018.17P278.41.33104.5376 河北工程大学毕业设计P095.5911.271077.3U1823.20U275.310.28774.1U31029.63.173263.8Psk1.790.270.48Pwk22.524.5551.25Ea72.121.3395.91Ep398.91.33530.43Σ8052.81928.13343.4477.216939.8632093.84Σ总6124.7↓2866.18→15153.98↗①　抗滑稳定计算=1.39=1.0经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在地震情况下的正常蓄水位时，主坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝踵处为出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求。3.4溢流坝加固后抗滑稳定计算与应力复合计算　加固措施：坝前设置1.9m长铺盖，盖重下部采用1m厚C25混凝土，上面采用M7.5砂浆浆砌石，厚度为6m，加固后坝基长度T=21m，面板与铺盖之间进行锚固，溢流坝面新浇筑的混凝土也需要锚固用Φ25钢筋纵横间距1.5m。溢流坝计算简图如下图所示76 河北工程大学毕业设计图3-3溢流坝计算简图　　3.4.1正常蓄水位时，溢流坝抗滑稳定计算与应力复合　　荷载计算(1)坝体自重面板自重盖重桥、闸墩平均单宽自重76 河北工程大学毕业设计(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力、(4)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：图3-4溢流坝坝基处扬压力76 河北工程大学毕业设计根据坝基地质条件及防渗帷幕情况拟定，参考《水工建筑物》教材第十五页可知宜采用0.5～0.7，本设计取0.5。—上下游水位差—0.5m(5)泥沙压力(6)浪压力(7)土压力主动土压力：　被动土压力　表3-5作用在溢流坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W181840.03245.52W22948.332449.02W3296.49.552830.62W44865.752794.5W5337.869.523216.4376 河北工程大学毕业设计W615.438.5131.16P129418.1724028P278.41.33104.53U1823.20U275.310.28774.1U31029.63.173263.8Psk1.790.270.48Pwk22.524.5551.2Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66Σ9613.691928.13034.2491.7120756.728954.71Σ总7685.59↓2542.49→16879.05↗①　抗滑稳定计算=1.96=1.05经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在正常蓄水位下，溢流坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求。　　3.4.2设计洪水位时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合荷载计算76 河北工程大学毕业设计(1)坝体自重面板自重盖重桥、闸墩平均单宽自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1。下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力有、(4)动水压力动水压力水平分量为(3-13)动水压力垂直分量为(3-14)76 河北工程大学毕业设计(5)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：(6)泥沙压力(7)浪压力(8)土压力主动土压力：被动土压力：表3-6作用在溢流坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W181840.03245.52W22948.332449.02W3296.49.552830.62W44865.752794.5W5374.19.523561.43W67.148.275976 河北工程大学毕业设计P13265.368.5727984.14P2103.71.53159PH13.6213177.06PV49.6610.5521.43U1946.680U278.110.28774.1U31067.33.173263.8Psk1.790.270.48Pwk22.525.85581.63Ea68.881.3391.61Ep413.31.33549.66Σ9727.32092.083358.53530.613242.632941.28Σ总7635.22↓2827.93→19698.68↗①　抗滑稳定计算=1.75=1.05经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在设计洪水位下，溢流坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求。76 河北工程大学毕业设计　　3.4.3校核洪水位时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合荷载计算(1)坝体自重面板自重盖重桥、闸墩单宽平均自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力、、(4)动水压力动水压力水平分量为动水压力垂直分量为76 河北工程大学毕业设计(5)扬压力　帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：(6)泥沙压力(7)浪压力(8)土压力主动土压力被动土压力表3-7作用在溢流坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W181840.03245.52W22948.332449.02W3296.49.552830.62W44865.752794.5W53979.523779.4476 河北工程大学毕业设计W613.448.27111.15P13551.18.8731503.58P2122.51.67204.2PH36.7413477.62PV133.9810.51406.79U110290U28110.28832.68U311073.173509.19Psk1.790.270.48Pwk22.527.04608.4Ea68.881.3391.61Ep413.281.33549.66Σ9804.8222173644.27572.5212992.0138198.25Σ总7587.82↓3186.25→25206.24↗①　抗滑稳定计算=1.60=1.0经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在校核洪水位下，溢流坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝踵处未出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满足要求。综上所述，应力满足要求。76 河北工程大学毕业设计　　3.4.4地震情况下，正常蓄水时，溢流坝抗滑稳定计算和应力复合荷载计算(1)坝体自重面板自重盖重桥、闸墩单宽平均自重(2)水平静水压力上游水平静水压力P1下游水平静水压力P2(3)垂直水压力上游垂直水压力有、(4)扬压力帷幕灌浆位置距上游面距离在基础面处为2.0m，所以将扬压力分为以下几个部分计算：76 河北工程大学毕业设计(5)地震惯性力(6)上游地震动水压力(7)地震作用下的土压力式中：主动土压力：被动土压力：(8)泥沙压力76 河北工程大学毕业设计(9)浪压力表3-8作用在溢流坝上的各力及力矩大小和方向表荷载垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)力矩（kN·m）↓(+)↑(-)→(+)←(-)↖(+)↗(-)W181840.03245.52W22948.332449.02W3296.49.552830.62W44865.752794.5W5377.869.523216.43W615.438.5131.16Q0254.6612.253119.59P129418.1724018.17P278.41.33104.53P095.5911.271077.3U1823.20U275.310.28774.1U31029.63.173263.8Psk1.790.270.48Pwk22.524.5551.2Ea72.121.3395.51Ep398.81.33530.43Σ9613.691928.13387.66477.212056.6933155.87Σ总7685.59↓2910.44→21099.18↗①　抗滑稳定计算=1.72=1.0经过计算求出的大于容许最小抗滑稳定安全系数。所以在地震情况下的正常蓄水位时，溢流坝抗滑稳定满足要求。②　应力计算76 河北工程大学毕业设计坝基允许压应力[]=2.8～3.0MPa＞0，上游坝踵处为出现拉应力，满足要求。＜[]，下游坝趾处小于坝基允许压应力，满座要求。综上所述，应力满足要求。针对现状所存在的问题，上述的计算过程是加固完的方案，通过对加固完的PS水库现状校核。主坝、溢流坝抗滑稳定及应力在四种荷载情况下都是安全的，所以此加固方案可行。3.5溢流面加固设计　　大坝溢流坝段位于拦河坝中央，堰顶高程20.5m，宽度22m，由于大坝运行多年，溢流坝面混凝土大面积脱落，凹凸不平，剥蚀严重，钢筋外露。本次设计对原溢流坝面拆除重建。　　3.5.1溢流面加固方案由于溢流堰面损毁严重，需对溢流坝底面混凝土拆除重建。溢流面坝改造以不破坏大坝的结构安全为原则而进行，根据大坝的实际情况，确定溢流堰仍为实用堰，堰面曲线采用规范推荐的幂曲线。溢流堰下游直线段坡比1:0.7，挑流鼻坎高程9.0m，反弧半径4m。加固后的溢流面部分采用C25混凝土结构，为保证新溢流坝面与原坝面的整体性，施工时，除应采取对原溢流坝面进行凿毛（呈台阶状）、部分拆除改建等措施外，还应在新老结构间设3.0mΦ25钢筋，钢筋纵横间距1.5m。　　3.5.2溢流坝过流能力验算及消能防冲验算因为溢流面加固后，未改变溢流面尺寸和形状，所以过流能力及消能防冲验算与溢流面未加固前数据相同，满足要求。故无需再进行计算，取未加固前数据即可。76 河北工程大学毕业设计3.6放水洞维修加固　　3.6.1加固方案设计溢流坝左端设有放水洞，结构采用圆形钢筋混凝土管，直径0.4m，闸阀为铸铁平面圆形闸阀，目前闸阀老化，漏水严重，已影响到灌溉、泄洪的正常运用。本次设计将放水洞进水口焊钢筋网防止放水洞堵塞，出水口采用DN400手电两用蝶阀控制流量。　　3.6.2放水洞流量计算　　放水洞的下泄流量按下述公式计算Q　　　　(3-5)Q—放水洞流量m/sA—过水面积m—流量系数A=0.1256m；　　设计洪水位的下泄流量21.85m/s　　Q/s因为Q小于放水洞最大泄量0.6m/s，所以满足要求。3.7防浪墙及坝顶设计水库新建防浪墙墙顶高程为24.7m，高出坝顶1.0m。所建防浪墙为C20混凝土结构，宽度0.4m。为保证管理和防汛安全，需维修坝顶路面及下游侧护栏。路面采用C20混凝土浇筑，厚0.2m。对大坝下游侧破损护栏进行拆除，新建护栏高1.2m。76 河北工程大学毕业设计英语翻译DAMSAFETYANDEARTHQUAKESAgreattragedywasavertedinthe1971sanfernandoearthquakejustnorthofLosAngelesinsoutherncalifornia.ThetowerVanNormanDam,lessthan10kilometersfromtherupturedfault,hadbeenbuilt30yearsbeforebyusingcommonmethodcarryingsoilforfillintopositionbywatersluices.Subsequently,additionalhydraulicfillhadbeenplaceintheinteriorportionofthedam,leavingonlyameterorsoofsoilonthedownstreamsidetostopthewaterflowingdownontoadenselypopulatedsuburbanarea.Fortunately,thewaterinthereservoirwadnotattheallowablemaximumatthetimeoftheearthquakeandthesilmearthlipofthedamdidnoterode,butheldthewaterinthereservoiruntilitcouldbedrawndown.Meanwhile,80,000personswereevacuatedfromthedownstreamarea.Theincidentexemplifiestheimportanceofevaluatingprospectivedamsitesforseismicsidk.Notonlyisanearthorconcreatdamanexpensivestructure,utitdirectlyaffectstheeconomyoftheregion,throughpowergeneration,floodcontrol,andirrigation.Asthepopulationcontiuestogrow,structuralfailureofalargedamwillposeincreasinglygreaterdisasterforthesizsblenumbersexposedtothesuddeninundationofthefloodplains,Indeed,invariouscounstriesmajordamsarelocatedinareasthatinthepasthavesufferedlargeearthquakes.Thelikelihoodoffuturedamagingearthquakesmustbemostcarefullystudied.Thenaturallyoccurringearthquakesaside,however,wemustconsideralsoacuriousconnectionsbetween.Reservoirsandearthquakes.Therehavebeenatleast13incidentscountriesinwhichswarmsofearthquakeshaveoccurredunderorverynearalargeteservoirsoonafterithasbeennewlyfiled.Theideathatearthquakesmightbetriggeredbyimpoundingsurfacewaterisnotnew.Inthe1870’s,theU.S.corpsofengineersrejectedproposailsformajorwaterstorageinthesaltonseainsuothernCaliforniaonthegroundsthatsuchactionmightcauseearthquakes.thefirstdetailedevidenceofsuchaneffcetcamewillthefillingof76 河北工程大学毕业设计LakeMeadbehindhooverDam(height221meters),Nevada-Arizona,beginningin1935.Althoughtheremayhavebeenlocalseismicitybefore1935,thefactisthatafter1936earthquakesweremuchmorecommon.Nearbyseismographsinoperationsince1940haveshownthatthelargestearthquake(magnitudeabout5)in1940,theseismicitydeclined.Thefociofhundredsofdetectedearthquakesclusteronsteeplydippingfaultsontheeastsideofthelakeandhavefocaldepthsoflessthan8kilometers.Intheensuringyears,similarcasehistorisehavebeenacumulatedforseveraldozenlargedams,butonlyafewarewelldocumented.Mostofthesedamsaremorethan100metershighand,althoughthegeologicalframeworkatthesitesvaries,themostconvincingexamplesofreservoir-inducedearthquakesoccurintectonicregionswithatleastsomehistoryofearthquakes.Mostofthethousandsoflargedamsaroundtheworldgivenosignofanyonnectionbetweenreservoirfillingandearthquakes;of500largedamssorutinizedintheUnitedStates,apoollin1976showedthatforonly4percentofthemwasanearthquakeroportedwithmagnitudegreaterthan3.0within16kilometersofthedam.Ofparticularinterestarethefollowingfourwell-studiedexamplesofearthquakesinducedbyman-madereservoirs.First,LakeKaribainZambiabeganfillingin1985behinda128-meterhighdam.Althoughthereissomeevifenceforminorearthquakesinthevivinitybefortheconstruction,uptill1963,whenthereservoirwasfull,morethan2,000localshocks,mostunderthereservoir,werelocatedwiththeuseofnearbyseismographs.ThelargestshockinSeptember1963hadamagnitude5.8;sincethentheactivityhasdecreased..Anotherseriesofearthquakes,whichwerequiteconclusivelyreservoirinducedoccurredinChinanorthofCanton.TheHsingfengkiangDam(height105meters)wascompletedin1959.Thereafterincreasingnumbersoflocalearthquakeswererecorded,thegrandtotalin1972amountingtomorethan250,000ofcourse,mostwereverysmall,butonMarch19,1962,astrongofmagnitude6.1occurred.TheenergyreleastewasenoughtoMarch19,1962,astrongshockofmagnitude6.1occurred.Theenergyreleasedwasenoughtodamagetheconcretedamstructure,whichrequiredpartialdewateringandstrengthening.Mostearthquakefociwereatdeepest,andsomeofthefocicoincidedwithintersectionsofthemainnearbyfaults.Thedataarenotyetcompleteforthefinalexample:themassiveNurek76 河北工程大学毕业设计Dam(height317meters)inTadzhikistan,USSR,thehighestearthfilldamintheworld.Evenin1972,beforeitscompletionbutafterwaterimpoundingbegan,signsofincreasedlocalseismicitywerereported.Atthiswritingtheplanisforthefullloadofstoredwatertogoontothecrustin1978;thefewyearsfollowingwillbeanxiousonesasmanywaittoseeifalargenearbyearthquakeshakesthefacilty.Howdoeswaterinalargereservoirstimulateearthquakes?Itishardtobelivethatitisentirelytheeffectoftheaddedweightontherocks;theactualadditionalpressureafewkilometersbelowthereservoirisasmallfractionofthenaturaltectonicstressesalreadypresend.(Calculationsindicatethatafewkilometersdowntheaddedstresstosheartherockisonlyafractionofabar.)AmoreplausibleexplanationisthetriggermechannismthatinducedtheDenverandRangelyearthquankesdiscussedearlierinthechapter.Inbrief,thismechanismwouldbeasfollows,Extrapressureproducedbythereserovoirloadingspreadsoutasapressurewaveorpulseintothecrust.Itsslowrateofspreadingmaytaleitmonthsoryearstotraveladistanceof5kilometers,dependingonthepermeabilityanamountoffracturingoftherock.Butifthepressurepulsefinallyreachesazoneofmicrocracksitmightforcewaterintothemandsodecreasetheforcesthatarepreventingthealreadypresenttectonicstrainfrominitiatingslidingandelasticreboundalongthefaults.Inanareawherethereisalikelihoodofseismicactivity,certainpreliminarystepsmustbetakenbeforeconstrctionofadam.First,whetherthecauseforconcernisanaturaloraninducedearthquake,itisessentialatthedesignstagestoestimatetheintensityofgroundshakingthestructurewillsustainduringitslifetime.Alsopreconstructiongeodeticsurveysoftheregionareusefulforpurposesofdetectinganychangsincrustaldeformationsassociatedwithreservoirloading.Furthermore,inorderthatearthquakeeffectscanbestudied,seismographsandotherinstrumentationshouldbeinstalledatanearlytime.Hydrographsformeasuringlargewaterwaves(seiches)inthereservoirarealsoimportant.Intheabsenceofsuitablerecordinginstrumentstomeasuretheseverityofearthquakemotionsandofthedamresponse,theadventofastrongearthquakenearbywillposequestionsthatcannotbeanswered.If,forexample,structuraldamagehasoccurred,andnosuchmeasurementshasbeentaken,itisimpossibletocomparebehaviorwithdesignearthquakeconditionsandthustoestimateperformanceforotherandperhapslargershocks,ortomakedesigndecisionsforrepairandstrengtheningofthesructure76 河北工程大学毕业设计英文文献翻译：坝的安全与地震1971年,在南加利福尼亚洛衫矶以北的圣非南多发生的地震中,避免了一场巨大的灾难。里断裂带不到10公里远的下游处是凡。诺尔曼坝.这座坝是30年前用水槽把土运到坝址出填筑起来的,这是一种常用的填筑方法。随后在坝上又补充进行了水力充填。1971年地震期间,坝内侧出现了一个大的滑坡,坝的下游一侧,只剩下一米左右的土墙阻止水流向人口稠密的郊区流去,幸运的是地震时水库中的水没有达到允许的最高水位,而且极其薄弱的坝体没有被侵蚀。因此在水能够排放前,一直把水挡在水库内,当时有八万人从下游撤离。这次事故可作为一个例子,说明从地震危险的角度来评价未来坝址是十分重要。土坝或混凝土坝不仅是花钱多的建筑物,而且是通过发电防洪和灌溉也是直接影响着这一地区的经济,由于人口不断增长,大坝失事会给突然泛滥的洪泛平原的大量人口带来日益增大的祸患。确实,在许多国家里,都建在过去曾发生过大地震的地区。为了确保下游居民区的安全,在坝的规划过程中,以及竣工之后都要考虑到未来出现的破坏地震的可能性。当然,对坝址附近的地质条件,包括滑坡和断层,都必须仔细研究。然而,撤开自然发生的地震不谈,我们还必须考虑水库和地震之间的奇妙关系。至少已有13起发生在不同国家的事故可以表明:大水库刚蓄水后,水库下边或靠近水库的地方就发生了多次地震。地表蓄水可以激发地震的观点并不新鲜。19世纪70年代,美国陆军工程师团曾拒绝在加利福尼亚南部索尔顿湖大量蓄水。其根据就是认为这种举动可能引起地震。内华达一亚利桑那的胡佛坝(坝高221米)上游的麦德水库在1935年开始蓄水,随之就首次获得了这种作用的详细资料,虽然1935年前,那里可能就有局部地震,但事实是1936年以后,地震频繁的多了,1930年开始使用附近的地震仪表明,1940年的大地震(震级约为5级)后地震便减少了,检测到几百次的地震的震源都在麦德水库东侧急剧下陷的断层出,而震源的深度不到八公里。在以后的几年里,几十座大坝都有类似的记载,但只有几座有完整的书面材料。这些坝中,绝大多数都高于100米。虽然坝址的构造各不相同,但水库诱发地震的最有说服力的的例子都发生在至少都有地震史的构造地区,全世界几千座大坝中的大部分并没有迹象可以表明水库蓄水和地震之间有任何关系,197676 河北工程大学毕业设计年的一次民众调查表明,美国仔细审查的500座大坝中,只有%4的离坝16公里的区域以内发生过三级以上的地震。下面仔细研究的人工水库诱发地震的四个例子尤为有趣。第一个例子是赞比亚的卡里巴湖,坝高128米,1958年开始蓄水.虽然在建坝前就有证据表明附近有小地震,但直到1963年水库蓄满水时,附近的地震仪测到过2000多次局部地震,大部分发生在水库下面。1963年9月发生的最大的一次地震,震级为5.8级,从那以后,地震的活动性就减小了。第二个例子发生在印度的库依纳。1967年12月11日，震中靠近大坝（坝高103米）的一次6.5级地震造成了严重破坏。1962年水库开始蓄水以后，在这个先前几乎无地震的地区里，局部地震的报告频繁了。地震仪显示出震源都在水库下面很求浅的地方，1967年发生了一连串相当大的地震，导致了12月11日的6.5级的主震。这次地震造成附近饿建筑物严重破坏，177人死亡，1500多人受伤。大坝廊道里的一台强动地震仪记录的最大加速度为0.63g。库依纳的一连串地震记录图形似乎与降雨规律一致。对比地震次数和水库水位至少可以表明每年雨季之后的几个月中，水库水位最高时，地震的次数也增加了。在现在已知的其他例子中，这种相关关系并不那么明显。完全可以肯定是由水库诱发的另外一连串地震则发生在中国广州的北部。新丰江坝（坝高105米）于1959年完工。此后，实测到的局部地震次数越来越多。1972年总数已达25万多次。当然，大多数地震都是很小的。但是1962年3月19日发生了6.1级的强烈地震，释放出来的能量足够破坏这座混凝土坝的结构。需要部分地放水和加固大坝。多数震源在水库最深处附近，位于地下不到十公里的深处。有些震源与附近的主要断层的交叉重合。最后一例的数据目前还不完全，是苏联塔吉克的巨大的努列克坝（坝高317米）——世界上最高的土坝。早在1972年，坝还未完工只是开始蓄水的时候，据报告，局部地震就有了增加的迹象。在撰写本文时，计划在1978年达到设计蓄水位的全部荷载就要作用在地壳上。以后的几年将是令人忧虑的几年，因为很多人都在等着瞧附近发生的大地震是否会动摇这个大坝。大型水库里的水是怎样诱发地震的呢？很难相信这完全是附加重量对岩层作用的结果。在水库下面几公里处实际增加的压力只相当于原有构造应力的很小一部分。（计算表明，在几公里下面，所增加的岩石剪力只有零点几吧）一种似乎更合理的解释是触发机理诱发了本章前面所讨论的丹佛和兰奇丽地震。这种机理简述如下：水库加载产生的额外的水压力以压力波或脉冲传入地壳。它的传播速度缓慢，可能要用几个月或几年的时间才能传播5公里的距离，这取决于岩石的渗透性和破碎程度。但是，如果压力脉冲最终达到达微裂隙区，就可能使水进入这些微小的裂隙缝，从而减少了对已经存在的构造并行的抵抗力，构造变形会促使岩层断层滑动和回弹。76 河北工程大学毕业设计在可能有地震活动的地区，建坝前必须采取一些预防措施。首先，不管关心的原因还是自然地震，或者是诱发地震，在设计阶段必须估计建筑物在使用期间能经受得住地震强度。施工前该地区的大地测量对于检测与水库加载有关的地壳变形也是有用的。此外，为了研究地震的影响，应该尽早安装地震仪和其他的仪器。安装测量水库里大的水面波动的自记水位仪也是很重要的。没有适当的记录仪器来测量地震活动和坝的反映强度，附近强烈的地震出现时就会产生一些无法回答的问题。例如，地震出现结构破坏而又没有进行这样的观测，要想对该次地震的特点和所设计的地震情况进行比较，从而估计其他的以及更大地震的破坏程度或作出修复和加固建筑物的设计决策都是不可能的。76 河北工程大学毕业设计谢辞通过我们组的共同努力和老师的细心指导终于顺利的完成了我们的毕业设计——PS水库除险加固设计。在此，我要向所有帮助过我们的老师，同学们致以深深的感谢。在本次论文设计过程中，简新平老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,简老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模。首先，我要向百忙之中抽时间对我们的毕业设计进行精心的指导、审阅和评议的简老师表示感谢，感谢他为我们答疑解惑，感谢他为我们能较好的完成设计所给予的极大帮助。其次，我要感谢与我同组的同学，感谢我们的团队。感谢他帮助我解决了设计中的许多问题。这次设计使我受益匪浅。通过毕业设计，把我在大学三年里学的知识很好的结合起来，通过查阅大量的资料，丰富了我的专业知识。。最后，我再次感谢所有帮助过我的老师，同学们。当然，我们的设计中依然存在着各种各样的问题，错误。希望各位老师多多批评指正，我会虚心接受并积极改正，在以后的学习工作中，我会更加努力将所学知识运用与实际之中，发挥团队精神，拼搏向上，为祖国的水利事业做出自己应有的贡献，不辜负老师们三年来对我的培养。谢谢！学生：李金龙08级水工本04班76 河北工程大学毕业设计参考文献[1]马文英、刘建中、李显军等《水工建筑物》黄河水利出版社。[2]高速水力学国家重点实验室（四川大学）编、吴持恭主编《水力学》（上、下册）高等教育出版社。[3]卢廷浩主编《土力学》河海大学出版社。[4]《混凝土重力坝设计规范SL319-2005》。[5]《砌石坝设计规范SL25-2006》。[6]河海大学工程CAD与图学教研室编殷佩生、吕秋灵主编《画法几何及水利工程制图》。[7]M.M.Grishin，HydraulicStructure，2Vols.，MirPablishers，1982[8]Rouse,H.,EngineerHydraulics,南京科学书局，195076'