水工建筑物课程设计指示书

'111《水工建筑物》课程设计指示书（水利水电工程专业用）学生姓名杨关杰所在班级水电101学号201010504112指导教师杨红宣31 目录前言摘要及关键词第一章设计资料第二章枢纽布置第三章土石坝的设计第四章渗流计算第四章坝坡稳定分析第五章坝基、坝肩及构造要求设计第六章溢洪道第七章地基处理及两岸连接结论总结和体会参考文献31 前言这是一次检验水工专业学生专业素质的课程设计，通过这次课程设计，使学生能综合运用工程制图、工程地质、水力学、土力学等课程知识，进一步掌握《水工建筑物》课程中土石坝的总体布置、土料设计、剖面拟定、渗流及坝坡稳定计算等内容二、资料及工程任务工程设计资料包括地形、地质资料，水文、水力计算资料、筑坝材料资料等。以下为此次课程设计的主要要求：1、考虑泄洪和输水要求进行总体枢纽布置，其建筑物包括土石坝、溢洪道、输水隧洞等。2、综合分析比较确定土石坝坝型。3、根据提供的料场资料，确定防渗料及堆石料填筑标准。防渗粘土料按压实度98%控制，堆石料按孔隙率20%~28%控制。4、利用已给的水库特征水位，考虑风浪及安全加高因素，按正常运行和非常运行情况中的最大值确定坝顶或防浪墙顶高程。地震作用引起的沉降和涌浪综合考虑可取2.0m。5、按使用要求及工程经验确定坝顶宽度、上下游坝坡坡比，初步拟定大坝剖面尺寸。6、选择最大横剖面进行渗流计算，确定单宽渗流量并绘制浸润线，同时进行渗透稳定性校核。这部分可只进行正常蓄水位稳定渗流计算。7、以渗流计算剖面和相应工况为基准，进行下游坝坡稳定校核。计算采用计及条块间作用力的简化毕肖普法，抗剪强度指标教材中有关表格选用。注意：为计算简便，堆石料强度指标不需按非线性强度包线修正；下游可按无水情况考虑。8、进行细部构造设计：坝顶、护坡、反滤过渡层。31 1、坝基防渗处理，帷幕灌浆深度及灌浆孔距、排距确定。10、由于设计时间有限，初拟尺寸无论合适与否，均不需再做调整。但要对结果加以评述。编者2014.12.2331 关键词：水工建筑物、土石坝，课程设计、枢纽布置、浸润线、反滤层、溢洪道、溢流堰、堰面曲线。摘要：综合分析比较确定土石坝坝型。根据提供的料场资料，确定防渗料及堆石料填筑标准。利用已给的水库特征水位，考虑风浪及安全加高因素，按正常运行和非常运行情况中的最大值确定坝顶或防浪墙顶高程。地震作用引起的沉降和涌浪综合考虑可取2.0m。按使用要求及工程经验确定坝顶宽度、上下游坝坡坡比，初步拟定大坝剖面尺寸。选择最大横剖面进行渗流计算，确定单宽渗流量并绘制浸润线，同时进行渗透稳定性校核。以渗流计算剖面和相应工况为基准，进行下游坝坡稳定校核。进行细部构造设计：坝顶、护坡、反滤过渡层。31 第一章设计资料XX水库位于云南省某县西北部，弥沙河上游白石江上段老君山河上，其位于横断山脉的中段，金沙江与澜沧江的分水岭地带。流域最高点高程4247m，坝址处为最低点2660m。老君山河发源于老君山路路角，自北向南流经竹坪、锯木厂，锯木厂以下转向西南流经清坪后于龙塘与美水河汇合后为白石江。全流域面积80.6Km2，主河长18.70Km，主河道平均坡降5.22%。水库区地势北部、东部及南部高，西部低，为高山深切割陡坡地形，侵蚀堆积地貌，库区为峡谷地形，两岸坡高而陡，库形条件一般。主要出露三叠系上统古村组（T3w）及印支一燕山期火成岩地层。库区水文地质条件简单，厚层至块状花岩斑岩、石英粉岩赋存裂隙水，属裂隙透水含水岩组，透水性强，主要为中等透水。库区两岸地下水位出露较高，属地下水补给水库。库区内植被较好，库岸无大的坍塌、滑坡、泥石流等不良物理地质现象。但两岸山坡陡斜，冲箐沟发育，岩石风化较强，小型坍塌现象较多。XX水库总库容1200万m3，总供水量1253.4万m3，农业供水870.8万m3，灌溉面积3.7640万亩，工业及乡镇供水382.6万m3。依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），工程为中型水库，工程等级为Ⅲ等，主要水工建筑物：大坝、溢洪道、输水渠道、输水隧洞级别为3级，施工导流等临时性建筑物级别为4级。1.1地形地质资料见提供的CAD工程图1.2筑坝材料(1)防渗料场防渗料场位于坝址上游左岸箐口坡脚一带，地形坡度10～20º31 ，相对平缓，老君山公路从其附近通过，距坝址约2km，开采及运输条件便利，该区主要出露地层为三叠系中统上兰组下段浅黄、浅灰白色全～强风化泥质粉砂岩夹粉、细砂岩夹泥质粉砂岩，防渗土料为第四系全新统残坡积(Qel+dl)褐红、褐黄色含砂砾石粘土，主要为中、高液限粘土，厚度一般约3~6m，有用层储量为120万m3，无用剥离量为12万m3，经取样试验，主要物理指标：比重为2.76，粘粒含量为17~49.97%，多数在40%以下，有效粒径＜0.001mm，含有少量砾石，大于5mm粒径含量≤24.46%，大于2mm粒径含量≤38.93%，不均匀系数平均＞137.5，土料颗分包络曲线见下图1，土料塑性指数Ip为10.1~21.8，大部分在20以内，自由膨率≤16.88%，最优含水量平均为24.83%，天然含水量平均为23.3%，二者较为接近，最大干容重平均为1.58g/cm3，渗透系数K为2.17×10-7~6.33×10-4cm/s，能满足防渗要求；主要力学指标为：土料的压缩系数a1-2=0.247MPa-1，属中压缩性土，内摩擦角小值均值为20.26º，粘聚力小值均值为22.82KPa。(2)堆石料场堆石料位于Ⅱ坝址上游右岸，堆石料主要为印支—燕山期(rπ5)暗紫色弱~微风化细粒花岗斑岩、三叠系上统歪古村组(T3Wb)灰白色弱～微风化石英闪长玢岩，坚硬、块度好，力学强度高，有用层厚度约110m，有用层储量865.7万m3，无用剥离量44.2万m3，料场坡脚河道左岸为老君山公路，交通较为便利，距坝址1.2km。经取4组大样试验，主要物理力学指标为：天然密度2.03g/cm3，比重2.66，含泥量≤3%，控制干密度2.01g/cm3，孔隙率24.4%，渗透系数K平均为5.06×10-2cm/s，压缩系数a0.1～0.2≤0.011MPa-1，ф=40º，C=0。颗分级配包络曲线如图2。31 图1粘土料颗分级配包络曲线图图2堆石料颗分级配包络曲线图(3)反滤过渡料场工程区及附近缺天然反滤过渡料，反滤过渡料场位于白石江支流马登河下游河段流经马登镇处，在剑兰公路以西，距坝址21.5km，交通方便，反滤过渡料为河道冲洪积砂卵砾、砂石层，其母岩岩性主要为紫红色、灰白色石英砂岩，粉、细砂岩及少量深灰色砂质板岩及灰岩，无针、片状颗粒及软弱成分，含泥量较低，为2.2%，级配良好，经取2组样试验，各项指标均能满足要求，储量丰富，总储量约90万m3。31 该料场质量较好，储量丰富，开采运输条件好，交通方便，只是运距较远，单价偏高，但反滤过渡料通过对采用坝址区附近青灰色灰岩机制与采用马登河天然砂砾料进行单价比较，采用马登河天然砂砾料较为经济，因此，选择马登河天然砂砾料场为反滤料料场，按工程要求筛分选用。1.3.设计参数资料项目第四组枢纽任务灌溉、防洪工程等级Ⅲ正常蓄水位(m)2748.00设计洪水位(m)2750.10校核洪水位(m)2752.60设计下泄洪水流量(m3/s)95校核下泄洪水流量(m3/s)140水库最大吹程(km)5设计风速(m/s)17组长张朋第二章枢纽布置2.1建筑物的组成总体枢纽布置的建筑物包括土石坝、溢洪道、输水隧洞等。2.2工程等别和建筑物等级依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），工程为中型水库，工程等级为Ⅲ等，主要水工建筑物：大坝、溢洪道、输水渠道、输水隧洞级别为3级，施工导流等临时性建筑物级别为4级。31 2.3建筑物的选择2.3.1挡水建筑物土石坝对地形地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，所以采用土石坝拦河。2.3.2泄水建筑物土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，河流下游向右转，在坝轴线下游下游500m处山谷，有阶状台地，然而上游左岸200m处也有较宽垭口，岸边山坡也较缓，采用正槽溢洪道，溢流堰可沿岸边等高线布置，溢流前沿长而泄槽较窄，开挖放量小，下游能使泄洪水很快回归河槽。引水渠末端设置圆形渐变段，泄槽不设收缩、弯曲段和扩散段，尾水渠设护袒。成直线布置在右岸的天然垭口。2.3.4拦河大坝的选择重力坝虽然对地形地质的适应条件强，且具有水利枢纽泄洪问题也容易解决的优点，但修建重力坝开挖量大，且不能利用当地筑坝材料，而老君山地区筑坝材料相对比较丰富，故修建重力坝不经济。修建拱坝的的理想条件是河岸左右岸对称，基岩比较均匀，坚固完整，有足够的强度，透水性小，能抵抗水的侵蚀，耐风化，岸坡稳定，没有大的断裂。故修建拱坝也不行。由于土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，所以采用土石坝方案。31 影响土石坝坝型选择的因素有：1.坝高；2.筑坝材料；3.坝址区的地形地质条件、施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等施工条件；5.枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；6.枢纽的开发目标和运行条件；7.土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价。从建筑材料上说，据初步勘察，堆石料位于Ⅱ坝址上游右岸，堆石料主要为印支～燕山期(rπ5)暗紫色弱～微风化细粒花岗斑岩、三叠系上统歪古村组(T3Wb)灰白色弱～微风化石英闪长玢岩，坚硬、块度好，力学强度高，有用层厚度约110m，有用层储量865.7万m3，无用剥离量44.2万m3，料场坡脚河道左岸为老君山公路，交通较为便利。而工程区及附近缺天然反滤过渡料，反滤过渡料场位于白石江支流马登河下游河段流经马登镇处，在剑兰公路以西，距Ⅰ坝址19km，距Ⅱ坝址21.5km，交通方便。枢纽大坝采用当地材料筑坝，有均质坝、多种土质分区坝、心墙坝、斜墙坝均可。1)均质坝坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降较小，有利于渗流稳定和减少坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，而且需要的粘土等防渗土料多。故不选择均质坝。2)多种土质坝该坝型显然可以因地制宜，充分利用包括石渣在内的当地各种筑坝；土料用量较均质坝少，施工气候的影响也相对小一些，但是由于多种材料分区填筑，工序复杂，施工干扰大，故也不选用多种土质分区坝。3)斜墙坝31 斜墙坝与心墙坝，一般的优缺点无显著差别，粘土斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制，沙砾料工作面大，施工方便；考虑坝址的地质条件，由于坝基有破碎带和覆盖层，截水槽开挖和断层处理要花费很多时间，并且不容易准确的预计，斜墙截水槽接近坝脚，处理时不影响下游沙砾料填筑，处理坝基和填筑沙砾料都有充裕的时间，工期较心墙坝有把握；土料及石料储量丰富，填筑材料不受限制。1)心墙坝心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；使其因坝主体的变形而产生裂缝的可能性小，粘土用量少，受气候影响相对小，粘土心墙冬季施工时暖棚跨度比斜墙小，移动和升高较便利。通过以上分析认为宜选用当地材料坝。最好是粘土心墙堆石坝。第三章土石坝的设计3.1确定防渗体及堆石料填筑标准根据提供的料场资料，确定防渗料及堆石料填筑标准。防渗粘土料按压实度98%控制，堆石料按孔隙率20%~28%控制。3.2大坝剖面尺寸的确定土石坝的剖面设计指坝顶高程、坝顶宽度、坝坡。1)坝顶高程确定坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运用情况计算，取其最大值：A、正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高B、设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高C、校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高D、正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震安全超高31 根据《碾压混凝土设计规范》坝顶安全超高计算公式为：其中风浪引起的坝前水位壅高：（取m=2.5）波浪在坝坡上的爬高：式中：-最大波浪在坝坡上的爬高，m-最大风浪引起的坝前水位壅高，m-安全加高，m（正常运用条件A=1.0m；非常运用条件A=0.5m）-综合摩阻系数(可取)-设计风速，（正常情况下：,非常情况下：）-库水平均水深，m（）-风向与坝轴线法线方向的夹角（取）。-分别为设计波高（m）和波长（m）-坝坡糙率渗透系数（砌石护面，取0.8）-经验系数D-有效吹程(km)（取5km）将代入数据，坝顶高程等于水库静水位与超高之和，并分别按以下运用情况计算，取其最大值（该坝址属于内陆峡谷地区）：正常运用条件下非常运用条件下31 根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001），附录A表A.1.8时，为累积频率5%的波高则故正常运用条件和非常运用条件下均用A.正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高<1，查表得（e很小，所以忽略不计。）（大坝等级为3级，提高一级为2级）mB.设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高，查表得（e很小，所以忽略不计。）（大坝等级为3级，提高一级为2级）C.校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高查表取31 （e很小，所以忽略不计。）（大坝等级为3级，提高一级为2级）D.正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震安全超高取（e很小，所以忽略不计。）（大坝等级为3级，提高一级为2级）表1坝顶高程计算运用情况静水位（m）坝址最低点（m）(m)e（m）A（m）地震作用（m）坝高H（m）取坝高（m）坝顶高程（m）A2748.026601.406.801.0-90.40952755B2750.126601.156.641.0-92.25C2752.626600.883.040.5-93.98D274826600.883.040.52.089.381)坝顶宽度确定根据碾压式土石坝水工设计手册的要求，该土石坝的坝高为95属于高坝。对于高坝的顶部宽度可选用10-15,取12m，坡度为2%，向下游倾斜。2)上下游坝坡坡比确定因坝高约为95m，故下游坝坡采用三级变坡。上游坝坡：1：2.5下游坝坡：1：2.2；1：2.1;1:2.031 马道：由于坝高95m，第一级马道高程为2690m，第二级马道高程为2720m，马道宽度均为2m。第四章渗流计算3.1坝的防渗体防渗防护体的尺寸以满足构造、施工以及防止开裂等要求为原则，也要满足稳定的要求。坝的防渗体为粘土直心墙其最小厚度（底部）由粘土的允许渗透坡降而定。防渗体顶部考虑机械化施工的要求,取4m,土心墙上下游坡度取1:0.25，防渗体不设防浪墙。防渗体顶部在非常运用条件下不低于校核静水位，对于正常运用情况（如正常蓄水位、设计洪水位）心墙为0.3～0.6m，取0.5m，防渗体顶部高为：正常洪水位时，;设计洪水位时；非常运用时，取校核洪水位。取心墙顶高程为2753m，根据规定，粘土心墙的容许渗透坡降[J]不宜大于4，这里取[J]=4，由可得：T>=H/[J]=93.00/4=23.25m心墙底宽为,满足要求。31 3.2渗流分析计算3.3.1基本假定心墙采用防渗料场的粘土料，渗流系数k为2.17×10-7～6.33×10-4cm/s,坝壳料采用堆石料场的沙土料，渗透系数k平均为5.06×10-2cm/s，二者相差10-3倍，可把粘土心墙看作相对不透水层，计算时不考虑上游锲形降落水头的作用。土料中渗流流速不大，且处于层流状态，渗流服从达西定律平均流速V=ki；发生渗流时土体空隙体积不变，饱和度不变，渗流为连续的。对河槽处最大断面进行渗流计算。计算情况为不透水地基、无排水设备和下游无水的情况。3.3.2计算条件控制条件取最不利情况：上游设计洪水位，下游相应最低水位；上游校核洪水位，下游相应最低水位；对上游坝坡最不利的库水降落后的落差。计算工况：正常蓄水位248m，下游相应最低水位。3.3.3渗流分析方法我们采用水力学方法进行土石坝渗流计算，近似的确定浸润线的位置，计算渗流流量、平均流速和坡降。3.3.4单宽流量和浸润线的计算心墙段的渗流量为（为心墙的渗透系数）下游坝壳段的渗流量为（为坝壳的渗透系数）联立上述两式，可解得H、和q：下游坝壳的浸润线方程是：31 心墙处的浸润线方程是：我们取顶宽4m、坡比为1：0.25；心墙的渗透系数，坝壳料的渗透系数为。带入数据，，心墙平均厚度，，。令下游无无水状态，即=0，计算得H=2.50m，,q=0.759㎡/d。所以浸润线方程为下游坝壳的浸润线为：（）心墙的浸润线为：（）计算结果列于下两表31 下游坝壳内：x05101520253035404550y2.52.462.432.392.372.322.282.242.202.162.12x556065707580859095100105y2.082.042.001.951.911.861.821.771.721.661.61x110115120125130135140145150155160y1.561.501.441.381.321.251.171.101.020.930.83x165170175180y0.720.580.410.00心墙处内：x024681012y88.0084.6081.0577.3571.4367.4664.98x14161820222426y60.2955.2149.6143.3035.8826.4710.67总渗流量的计算从地形地质平面图上可大致量得大坝沿坝轴线长L=182.62m，沿整个坝段的总渗流量Q=Lq,式中是考虑到坝宽、坝厚、渗流量沿坝轴线的不均匀性而加的折减系数，取，Q正=0.8×182.62×0.715=104.46第四章坝坡稳定分析4.1坝坡稳定计算分析采用考虑条块间作用力的简化毕肖普法计算，具体的计算过程如下：1）假定圆心和半径画弧。2）将滑面上的土体分条编号。为简化计算，圆心以下的为0号土条：向上游依次为1、2、3...，向下游依次为-1、-2、-3...。一般。31 3）计算每个土条所受的力土条自重以及滑动面的凝聚力，考虑渗透力的作用，对浸润线以下与下游水位以上的土料容重，在计算滑动力矩时采用饱和容重，而在计算抗滑力矩时用浮容重；下游水位以下的土料容重仍按浮容重计。用CAD量出相应的夹角。4）计算安全系数根据以上的作用力，不忽略土条间的作用力，可求得坝坡抗滑稳定安全系数。用简化的毕肖普法计算正常蓄水位且无地震情况的坝坡稳定，根据水工建筑物的相关式子可有：用简化毕肖普法计算正常蓄水位且无地震情况下的坝坡稳定，根据《水工建筑物中》相关式子可有式中为第i条土的重量，为土条底部的扬压力为土条底面坡角倾角向滑动方向为正为土条厚度于是，，为土条底部中点在浸线以下的高度其中，对于坝壳料，湿容重饱和容重对于墙心料，湿容重饱和容重又31 说明：①，，假设k=1②由于下游坝壳的浸润线的位置很低，被浸润线穿过的土条很少，故可能所有土条重量看成由湿容重确定。③土条坡角和土条高度均为测量值3.6细部构造设计滑弧表计算：（滑弧半径R=150，取滑弧土条宽度b=20m以圆心O为点作地基垂线沿两边取土条向上几位1、2、3……,向下取-1、-2……）则计算为计算结果如下表土条编号孔隙水压力αcostansin3-2710.28020.4610.891006524-0.509525449-0.45399052-1727.84020.4610.956304756-0.305730681-0.2923717051-841.32020.4610.990268069-0.140540835-0.1391731010051.62020.4611001951.67020.4610.9876883410.158384440.15643446521859.47020.4610.9510565160.3249196960.30901699431 32764.07020.4610.8910065240.5095254490.453990543861.07020.4610.7880107540.7812856270.61566147555051.28020.4610.642787611.1917535930.76604444366624.7020.4610.4067366432.2460367740.9135454584187.851083-1901.2446064991.4792410.51010849518.15579321811341.41772-3315.90963213517.780360.9038678474.6084.60687821516832.88003-2342.68411220063.027450.963639514.3154.31925548821028.87869025064.2177414.1584.16033940321049.247613292.8277925088.495371.0193526394.0654.078860924226.799997486.49291628875.804521.0132006344.1024.1018425626100.7411411849.4885131109.345810.9791569594.2414.24169605524878.6056115316.7990329652.688450.8977028284.6194.62342051220890.3699916002.9518524899.129910.7580101425.4785.4733133189778.2218728932.85017526894.54670.4420824369.4039.397991751由于下游坝壳的浸润线很低，对下游坝坡稳定的影响可忽略不计，由此对选出的其中一个危险的滑坡面进行计算，算出的最小的安全系数F=4.145>[F]=1.3，因此可知下游坝坡稳定满足要求。第五章材料及细部构造设计31 5.1护坡设计由于是粘土心墙堆石坝，而且堆石料场储量较多，离施工场地又近，所以上下游坝坡均采用干砌石护坡。上游护坡上做至坝顶，下做至死水位以下（加设计浪高），厚度约为0.4m，并且设置厚度约为0.2m的混凝土层；下游坝坡上做至坝顶，下做至坝脚，厚度约为0.4m，也设置厚度为0.2m的混凝土层；在马道内侧设轴向排水沟，排水沟断面采用矩形断面，断面尺寸为。5.2坝顶、坝面排水设计1）坝顶排水坝顶设有设防浪墙，为了便于排水，坝顶做成自上游倾向下游的坡，坡度为2%，将坝顶雨水排向下游坝面排水沟。2）坝面排水1）布置在下游坝坡设纵横向排水沟。纵向排水沟（与坝轴线平行）设在各级马道内侧。沿坝轴线每隔200m设置1条横向排水沟（顺坡布置，垂直于坝轴线），横向排水沟自坝顶直至坝趾排水沟。纵横向排水沟互相连通，横向排水沟之间的纵向排水沟应从中间向两端倾斜，坡度取0.2%，以便将雨水排向横向排水沟。坝体与岸坡连接处应设置排水沟，以排除岸坡上游下来的雨水。31 2）排水沟尺寸及材料①尺寸拟定：由于缺乏暴雨资料，所以无法用计算的方法确定断面尺寸，根据以往已建工程的经验，排水沟宽度及深度一般采用20～40cm。本设计取40cm。②材料：排水沟通常采用浆砌石或混凝土预制块。综合考虑选用浆砌石块石。5.3防浪墙采用C20水泥浆砌块石防浪墙，墙身每隔15m布置一道设有止水的沉陷缝。5.4坝顶盖面以防止防渗体——粘土心墙干裂、冻结和雨水冲蚀，在粘土心墙顶部设置保护层，厚度为80cm，分为两层，上层碎石厚度为50cm，下层砂砾厚度为30cm。3.3反滤层的设置心墙的渗透计算：因为，所以基本上满足要求，况且下游河道不可能无水深，即下游水位大于10m，故不会发生渗透变形。为了使心墙不发生渗透破坏，需要设置反滤层。反滤层的颗粒级配要求：为了满足滤土要求：查粘土料颗粒级配曲线（图1）得<5mm粒径有75%，<0.075mm粒径有39%，所以。故有。31 为了满足排水要求：因为，故。即，，厚度。因为心墙的渗透变形本身已基本满足要求，为防止心墙发生渗透变形设置了一层反滤层，故不需再设计第二层反滤层。第六章溢洪道6.1溢洪道路线选择和平面位置的确定根据本工程地形地质条件，选择正槽式溢洪道，正槽式溢洪道包括引水渠、溢流堰（控制段）、泄槽、出口消能段及尾水渠，引水渠末端设置圆形渐变段，泄槽不设收缩、弯曲段和扩散段，尾水渠设护袒。成直线布置在左岸的天然垭口。6.2引水渠引水渠的作用是将水流平顺的引至溢流堰前。为提高泄洪能力，渠内流速。1）形式：引水渠断面底坡i=0，边坡为1:1.5的梯形断面，如图所示2）尺寸确定渠底宽度大于堰宽，渠底末端高程与控制堰顶高程相同，取为2740.00m。引水渠断面尺寸的拟定，具体计算结果和过程见下:计算情况上游水位（m）下泄最大流量Q(m3/s)水深h（m）边坡坡率m31 设计2750.1952.11.5校核2752.61404.61.5计算公式：，，假设，取v=3m/s。代入上表中的数据可得：设计洪水工况下，，解得B=11.9m同理在校核洪水工况下B=3.5m由计算可以拟定引水渠底宽B=11.9m，引水渠与控制堰之间设渐变段，采用圆弧连接，圆弧半径R=2m，圆弧的圆心角为90°。引水渠与控制堰之间为渐变段，采用弧线连接。6.3控制段6.3.1溢洪道的控制段包括溢流堰及两侧的连接建筑。6.3.2堰面形式及孔口尺寸6.3.3采用实用堰，用WES型堰面曲线，不设闸门。溢洪堰经比较选用WES型标准坡面堰，断面为矩形，顶部高程为2748m。WES剖面如图所示，所以；取取点下游曲线方程：取直线段坡度（与水平线段夹角为）的下游直线段与曲线段相切点的坐标值，做一阶导数：31 切点坐标为（6.66，5.14）反弧圆心的确定：反弧半径，为校核洪水闸门全开时反弧水深，取，反弧圆心点坐标圆弧与直线相交点坐标为：以上计算可得的溢流堰如下图所示：31 6.2.2.2孔口尺寸设计（1）、单宽流量的确定。计算情况上游水位（m）下泄最大流量Q(m3/s)水深H（m）设计2750.1952.10校核2752.61404.60—单宽流量根据堰顶形式可选则——闸墩侧收缩系数，取0.95——流量系数，查表取0.502——重力加速度，9.81溢洪道在开挖的时候，为了增强防冲刷能力，需要设置衬砌。6.4泄 槽泄槽布置在基岩上，断面为挖方，首端与控制堰孔口同宽。末端采用矩形。6.5出口消能溢洪道出口段岩石质地不好，离大坝较远，采用底流消能。主要是由于老君山地区地质条件较差，在末端设置消力池，水流冲刷不会危及大坝安全。6.6衬砌及构造设计包括衬砌、排水、止水和分缝。31 泄槽中的水流流速较大，采用厚50cm的混凝土衬砌，引水渠的流速较低可选用石灰浆砌块石水泥勾缝。衬砌纵向接缝采用平接缝，沿水流向横缝采用搭接型式。纵横向分缝距离分别取为10m、20m，缝下设纵横向排水沟，并设有铜片止水装置，在排水沟顶面铺沥青麻片，以防止施工时水泥浆或运用时泥沙堵塞排水沟，各横向排水沟的水流应通过泄槽两侧的纵向排水沟排往下游，纵向排水管设置两排，以保证排水通畅。6.7地基处理及防渗堰顶处来自水重和底板的重量较大，泄槽段高速水流的冲击作用也较大，再加上此处的岩芯获得率较小，故需进行地基处理，初步拟定采用局部水泥灌浆，底流消能连接到消力池池底。第七章地基防渗处理及两岸的连接7.1土石坝地基处理的目的：（1）渗流控制：减少渗透坡降和渗流量，防止渗漏变形，降低坝坡浸润线，减少下游的浸没；（2）稳定控制：使坝坡具有足够的强度，防止坝体连故坝基的失稳破坏；（3） 变形控制：要求沉降量控制在容许范围内，特别要防止不均匀沉降，以免坝体开裂。7.2地基处理根据坝基情况，从坝轴线工程地质剖面图上可知坝基处理措施如下：（1）将坝基上的松散覆盖层和全风化基岩全部清除，开挖清理至花岗斑岩层。（2）由于坝基渗漏及两坝肩的绕坝渗漏均较严重，作多排孔帷幕灌浆处理，防渗帷幕沿坝轴线布设，帷幕防渗标准为q=4Lu。因相对隔水层埋藏较深，防渗帷幕壳根据防渗要求确定，帷幕防渗底界按0.3至0.7倍坝高考虑，取531 0m。两岸延伸度自正常蓄水位与岸坡交点向两岸各延长50m。（3）灌浆孔距取为2m，排距取为0.7倍的孔距（1.4m），灌浆孔采用梅花型布置，灌浆所能得到的帷幕厚度在3m左右。（4）本次设计垂直防渗还采用粘性土截水槽，截水槽底部与不透水层的接触面是防渗的薄弱环节，为防止发生集中渗流，在槽底部与基岩结合面上，防渗帷幕从截水槽开始。7.3土石坝与岸坡的连接坝体与岸坡的连接。坝肩结合范围内的所有腐殖土层、树根、草根、均需彻底清除，坝与岸坡的连接，不仅需要防止发生集中渗流，而且还要注意岸坡与坝高的变化，避免由于结合面的坡质和形式选用不当，引起坝体不均匀沉降和裂缝，为此岸坡应清理成缓变的斜坡面，本设计中岩石地质条件不好，左岸岩体较陡，需进行削坡处理。结论此次设计的土石坝，坝顶高程为2755m，坝高95m，坝顶宽度12m，上游坡度1:2.5，下游三级变坡1:2.0、1:2.1、1:2.2，设两个马道，第一级马道2690m，第二级马道高程为2720m。溢洪道采用正槽溢洪道，溢流堰采用WES面,堰顶高程2745.5m。整个设计基本完成，由于水平有限，经验不足，坝坡坡率设的有点问题，导致在画坝轴线工程地质剖面图时整个大坝的纵剖面超出了所给的地形图。经过重新设计和计算，基本达到预期要求。总结与体会通过这次课程设计，我深刻地认识到书本里学到的理论知识是远远不能满足实际的需要的，你可能掌握足够的理论知识，但当你要运用这些知识去解决实际问题时候，自己是如此的手足无措，因此只有把所学的知识和实践相结合起来，31 不断从实践中得出结论，这才叫真正的学习，才能真正的提高自己的动手实践能力和独立思考解决问题的能力。虽然我们的课程设计在规定时间内按时完成了任务，但是，但是由于知识和经验的切却，许多经验数值都取得不好，导致曾整个大坝设计的不算太合理，坝坡过缓，导致坝体很大，超出了图纸的范围，还有对所给数据理解不充分，导致设计存在不合理性，但是通过老师的指导和同学的努力，设计才算基本完成。我深刻的理解到实践能力靠课堂的学习是不够的，必须从课堂走向实践。通过课程设计中的计算，分析，绘图等要求，让我们找出自身问题和能力上的欠缺，并在以后的学习中及时补充相关知识和能力，为我们不久以后的正式工作做好充分的知识和能力准备，从而缩短我们从校园走向社会的转型期。参考文献[1]中华人民共和国水利部.碾压式土石坝设计规范SL274-2001.北京：中国水利水电出版社，2002.[2]中华人民共和国建设部.土工试验方法标准GB/T50123-1999.北京：中国计划出版社，1999.[3]顾慰慈.土石（堤）坝的设计与计算.北京：中国建筑工业出版社，2006.[4]华东水利学院.水工设计手册·第四卷·土石坝.北京：水利电力出版社，1984.31'