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《水工建筑物》系列课程设计
--------重力坝电算课程设计
指 示 书
福州大学土木工程学院
水利水电与港口工程系
二〇
一、设计任务:浆砌石重力坝典型剖面设计
二、设计内容:根据提供的水文、水利计算成果,在分析研究所提供的资料的基础上,进行水工建筑物的设计工作,设计深度为初步设计。主要设计内容为:
1、确定水利枢纽工程和水工建筑物的等级、洪水标准
2、通过稳定、强度分析,拟定坝体经济断面尺寸;
3、通过坝基水平截面处坝体内部应力分析,定出坝体混凝土分区方案;
4、坝体细部构造设计:廊道布置、坝体止水、坝体排水及基础防渗和排水等。
三、设计作法
分析基本资料,根据课堂所学内容,参照规范[1~3]各相应部分进行设计,对设计参数进行选取、方案进行拟定等。
设计中所需基本资料,除已给定之外,还有自行研究确定的。
四、基本资料
(一)、设计标准:某水库位于某河道的上游,库区所在位置属高山峡谷地区。根据当地的经济发展要求需修建水库,该工程以发电、灌溉、防洪为主。拟建的水库总库容1.33亿立方米,电站装机容量9600kw。工程等级、建筑物级别以及各项控制标准、指标按现行的国家规范规范[4]自行确定。
(二)、坝基地质条件
1、开挖标准:本工程坝体在河床部分的基岩设计高程原定在827.20
2、力学指标:坝体与坝基面接触面的抗剪断摩擦系数f'=1.05,粘结力系数c'=900kPa。
3、基岩抗压强度:1500
(三)、特征水位
经水库规划计算,坝址上、下游特征水位如下:
P=0.1%校核洪水位为909.92,相应下游水位为861.15;
P=1% 设计洪水位为907.32,相应下游水位为859.80;
正常挡水位为905.70;相应下游水位为855.70;
淤沙高程为842.20;
(四)、荷载及荷载组合
荷载组合根据实际情况并参照规范[1~3]要求。具体计算时选取了1种有代表性或估计其为控制性的组合进行设计计算。
有关荷载资料如下:
1、筑坝材料:浆砌石容重。
2、坝基扬压力、坝基防渗处理:根据水库地基情况,设置帷幕灌浆和排水孔幕,扬压力折减系数取0.3,折减位置距上游坝轴线8m
3、风速与吹程:坝址洪水期多年平均最大风速18.1m/s,洪水期50年重现期最大风速25m/s
4、水库淤沙:淤沙浮容重为8.0,淤沙内摩擦角。
5、坝址地震基本烈度:根据“中国地震烈度区划图”坝址位于7度区,设防烈度按7度考虑。
6、坝顶有一般交通要求。
五、设计步骤
(一)、工程等级确定
由于拟建的水库总库容1.33亿立方米,电站装机容量9600kw。按现行的国家规范规范[4]如下表
由以上工程等级规范可得出,工程等级为Ⅱ级。
(二)、初步拟定坝体断面
1、基本剖面尺寸的确定:假定基本剖面为三角形,上游水位与坝顶齐平,扬压力、静水压力均为三角形分布,确定满足强度和稳定条件下的最小坝底宽度T。
用设计洪水位(P=1%)初步拟定坝体断面,则有:
单位:m
上游水位
下游水位
上游水深
下游水深
校核洪水位(P=0.1%)
909.92
861.15
82.72
33.95
设计洪水位(P=1%)
907.32
859.80
80.12
32.6
正常挡水位
905.70
855.70
78.50
28.50
淤沙高程
842.2
15
①按满足强度条件确定坝底的最小宽度T
当库满时:
上游边缘铅直正应力 (1)
下游边缘铅直正应力 (2)
当库空时,令式(1)、式(2)中=0,得:
上游边缘铅直正应力 (3)
下游边缘铅直正应力 (4)
强度控制条件是坝基面不允许出现拉应力。当库空时,由式(3)可以看出:只要在0~1之间,即上游坡度取正坡,坝基面不出现拉应力。当库满时要使上游不出现拉应力,可令式(2)中0,求得坝底宽度为:,由该式可知,当H为一定值时,值越小,则底宽也越小。考虑库空时,下游坝面不出现拉应力,可取=0,求得上游坝面为铅直面的三角形基本剖面的最小底宽。
②演算宽度T=55
由式
K值大于3,满足要求。所以取T=63
2、坝顶高程、坝顶宽度的确定:根据已给的设计洪水位及校核洪水位,考虑风浪及安全加高等确定浪墙顶高程及坝顶高程。又由于坝顶需要行走门式起重机,门机轨距7.0米。计算设计洪水位和校核洪水位情况下的h1%(m)和hz则由公式 可求出安全超高。
计算过程如下表:
设计洪水位情况
校核洪水位情况
计算风速V0(m/s)
25
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