均质土坝课程设计

水工建筑物课程设计

——均质土坝设计

指导老师：

姓名：胡 晓

班级：2010华水水工本科 专业：水利水电工程

土石坝设计实例

一、坝型选择

均质坝渗透系数K=×10-5cm/s，满足K<×10-4cm/s，内摩擦角25°，较大，同其它坝型比较，造价较低，且对地基要求低，施工简单，干扰不大，材料单一，便于群众性施工。 通过分析认为宜选用均质坝。

二、体剖面设计

土石坝的剖面是指坝坡大小，坝顶宽度和坝顶高程。

1、坝顶宽度

本坝顶无交通要求，对中低坝最小宽度B>Bmin=5m取B=6m。

2、坝顶高程

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。 ①设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高，②校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。

超高计算 式一：

d?ha?e?A其中：ha——波浪在坝坡上的爬高，m； e——风浪引起的坝前水位壅高，m；

A——安全加高，m,根据坝的级别按下表采用。 表一：

坝的级别 正常运行 非常运行 Ⅰ Ⅱ

Ⅲ Ⅳ、Ⅴ 某水库工程设计灌溉面积为7000亩，水库总库容为700万立方米，故工程级别为Ⅲ级。 式二：

e=KV2Dcosα/2gH

其中α=90°所以cos90°=0，故e为零； 式三：

ha=其中hl——设计波高；m

m——坝坡坡率；取坝坡坡率取3；

n——坝坡护面糙率，其值为：抛石，干砌块石，浆砌石并勾缝，沥青和混凝土；糙率取：； 其中；hl=4D1/3=（设计洪水时）/（校核洪水时） 由上式得：ha= （设计）（校核） 故：d=ha+e+A=(设计)/（校核）

故：坝顶高程为：设计洪水位+=(设计)

校核洪水位1081.8m+0.74m=1082.54m(校核)

得出坝高：、坝坡

坝高，故采用三级变坡。 ① 上游坝坡：1:; 1:; 1:。 ② 下游坝坡：1:; 1:; 1:。

③ 马道：第一级马道高程为，第二级马道高程为，马道宽度：2m。

三、坝体排水设备选择及尺寸拟定

常用的坝体排水有以下几种型式：贴坡排水、棱体排水、褥垫式排水。 贴坡排水不能降低浸润线。多用于润浸线很低和下游无水的情况。

棱体排水可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚不受尾水淘刷，且有支撑坝体增加稳定的作用，是效果较好的一种排水型式。 褥垫排水，对不均匀沉陷的适应性差，不易检修。

本土坝坝体排水设备可选用棱体排水，尺寸为顶宽2m，内坡1:; 外坡1:；顶部高程须高出下游最高水位~2.0 m，故顶部高程为340.1m。 在排水设备与坝体和土基接合处，设反滤层。 作出坝体最大剖面见图1。

图 1 坝体最大剖面图（单位：m）

四、渗流计算 1、计算情况选择。

渗流计算水力学法：

q=k(H12-H22)/2L=×10-5×=×10-5 根据公式：

Hx? L—渗流区长度即：

H22?(H12?H22)x/L其中x—计算点到下游面的距离

2、渗流分析的方法

采用水力学法进行土石坝渗流计算，将坝内渗流分为若干段，应用达西定律和杜平假设，建立各段的运动方程式，然后根据水流的连续性求解渗透流速，渗透流量和浸润线等。

3、计算断面及公式

本设计仅对河槽处最大断面进行渗流计算。计算公式采用表1中的不透水地基情况。

4、单宽流量计算结果列表1。

表1 单宽流量计算表 计算情况 正常蓄水位 设计洪水位 ho(m) q(m3/ ×10-5 ×10-5 ×10-5 1坝高水位 3

5、绘制浸洞线

①正常蓄水位情况下，浸润线方程：

Hx?列表2如下，绘于图1。

H22?(H12?H22)x/L表2 正常蓄水位情况下浸润线表 x (m) y(m) 0 0 10 20 80 五、稳定计算 1、分析情况选择

以上游正常高水位，而下游无水：上游设计洪水位而下游相应水位来验证下游坝坡的稳定。以库水位为1/3坝高处，而下游无水来验证上游坝坡稳定分析。

2、滑裂面形式

对于均质坝，上下游坝坡均为曲线滑裂面。采用圆弧法进行稳定计算。

3、不计条块间作用力的总应力法的稳定分析

步骤如下：

1) 利用方捷耶夫法和费兰纽斯法确定最危险滑弧所对应圆心的范围。在一扇形范围内的M1、M2延长线附近。

2) 取0为圆心，以R=75m为半径，作滑弧。

3) 分条编号：b=，从圆心作垂线为0号土条的中心线，向上依次为1，2，3，…；向下依次为-1，-2，….

4) 列表计算荷载，参见下表1，表2，表3。 5) 利用公式计算抗滑稳定安全系数kc。

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