A江水利枢纽双曲拱坝设计计算书.doc

1、目 录第一章 调洪演算- 3 -1.1 调洪演算的原理- 3 -1.2 泄洪方案的选择- 3 -1.1.1 调洪演算- 3 -1.1.2 泄流方案的选择- 5 -1.1.3 计算方案二的坝高- 5 -第二章 大坝工程量比较- 7 -2.1 大坝剖面设计计算- 7 -2.2 工程量比较- 11 -2.2.1 重力坝工程量计算利用下式分别对三个坝块进行计算：- 11 -2.2.2 拱坝工程量计算利用下式分别对四个坝块进行计算：- 11 -第三章 第一建筑物大坝的设计计算- 13 -3.1 拱坝形式尺寸及拱坝布置- 13 -3.2 荷载组合- 14 -3.3 拱坝的应力计算- 14 -3.3.1 对

2、荷载组合，使用FORTRAN程序进行电算- 14 -3.3.2 对荷载组合进行手算- 16 -3.4 坝肩稳定验算- 24 -3.4.1 验算原理- 24 -3.4.2 验算工况- 25 -3.4.3 验算过程及结果- 25 -第四章 泄水建筑物设计- 30 -4.1 泄水建筑物的型式尺寸- 30 -4.2 坝身进水口设计- 30 -4.2.1 管径的计算- 30 -4.2.2 进水口高程- 30 -4.3 泄槽设计计算- 31 -4.3.1 坎顶高程- 31 -4.3.2 坎上水深hc- 31 -4.3.3 反弧半径R- 31 -4.3.4 坡度（直线段）- 32 -4.3.5 挑射角- 3

3、2 -4.4 导墙设计- 32 -4.5 消能防冲计算- 32 -4.5.1 水舌挑距- 32 -4.5.2 冲刷坑深度- 33 -4.5.3 效能率计算- 34 -4.6 孔口应力计算- 35 -4.6.1 计算工况- 35 -4.6.2 计算方法- 35 -参考文献- 38 -附录一- 39 -附录二- 40 -第一章 调洪演算1.1 调洪演算的原理先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力曲线，再假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位，并作最大泄流量与

4、上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其它泄洪方案按同样的方法进行调洪演算，最后选定的泄洪方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，库水位又相对比较低。1.2 泄洪方案的选择1.1.1 调洪演算4表孔+2中孔2浅孔+2中孔4中孔方案一: 4表孔+2中孔表孔: 堰顶高程179m，孔宽12m(1-1)式中：m=0.48 B=412=48m H为泄孔中心水头中孔: 进口高程135m, 出口高程130m, 孔口宽7.5m, 高7m (1-2) 式中：闸门开度a=7.5m H0为泄孔中心水头孔口宽度B=27.5=15m (1-

5、3) 表1-1 4表孔+2中孔调洪演算水位182186190194表孔H0371115m0.480.480.480.48Q1662.86312362.5944654.057411.035中孔空中心线H048.552.556.560.5侧收系数u0.9272370.9297330.9318760.933736流量Q23003.3123133.1193257.7763377.85Q1+Q23666.1755495.7127911.82610788.89起调流量3666.175m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，4表孔+2中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量: 设

6、计6280 m3/s校核 7345 m3/s最高水位: 设计 187.43m校核189.13m方案二: 2浅孔+2中孔浅孔: 进口高程164米, 出口高程154米, 孔口宽9米, 高8.5米 , a=8.5m , B=92=18m 中孔: 进口高程135米, 出口高程130米, 孔口宽7.5米, 高7米 , a=7m, B=7.52=15m表1-2 浅孔+2中孔调洪演算水位182186190194浅孔孔中心线H023.7527.7531.7535.75侧收缩系数U0.8787580.8904680.8992280.906028Q12902.2983179.0033433.8623671.306

7、中孔空中心线H048.552.556.560.5侧收系数u0.9272370.9297330.9318760.933736流量Q23003.3123133.1193257.7763377.85Q1+Q25905.616312.1226691.6377049.156起调流量5905.61m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，2浅孔+2中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量: 设计6334 m3/s校核 6555m3/s最高水位: 设计 186.2m校核188.57m方案三: 4中孔中孔: 进口高程135米, 出口高程130米, 孔口宽7.5米, 高7.0米 , a

8、=7.0m, B=7.54=30m表1-3 4中孔调洪演算水位182186190194中孔空中心线H048.552.556.560.5侧收系数u0.9272370.9297330.9318760.933736流量Q16006.6246266.2376515.5526755.7起调流量6006.624m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，4中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量: 设计6283 m3/s校核6423 m3/s最高水位: 设计 186.17m校核188.58m1.1.2 泄流方案的选择由下游容许下泄流量在设计情况下为6600 m3/s,校核情况下为7

9、600 m3/s.方案一使得坝体堰顶以上失去空间结构作用，而方案三开孔过多，拱圈削弱过多，方案二水头最小，坝高也就最小，节省工程量。选择泄洪防方案，即设置两浅孔，孔口尺寸为98.5m，进口底高程为164m，出口底高程154m，两中孔，孔口尺寸为7.5m7m，进口底高程为135m，出口底高程为130m。设计洪水时，设计水位为186.2m，下泄流量为63340m3/s，小于允许流量6600m3/s,。校核洪水时，校核洪水位为188.57m，下泄流量为6555m3/s，小于允许下泄流量7600 m3/s。1.1.3 计算方案二的坝高坝顶超出水库静水位的高度h为 (1-4)式中： h1波浪高度 hz波

10、浪中心线高出静水位的高度 hc安全超高 正常运用条件下，利用官厅公式V=1.5x12=18m/s ,D=4000m20000m.Hm=186.2-100=86.2m , =121.1111 在20-250以内=0.9761m (1-5)假设，=1.95m，=0.501m, =1.211m,Lm =10.24mHz =0.450m正常情况下hc=0.7mh=1.211+0.450+0.7=2.361m设计洪水位坝顶高程=186.2+2.361=188.56m校核情况下，Hm=188.6-100=88.6mhp=0.588m,hm=0.3015m,h1%=0.730m,Lm=6.824mhz=0.

11、245mh=0.730+0.245+0.5=1.475m校核洪水位坝顶高程=188.6+1.475=190.0m两者取其大的:故坝顶高程定为190.0米第二章 大坝工程量比较2.1 大坝剖面设计计算混凝土重力坝：坝前最大水深H=188.6-92=96.6m最大坝高为190.0-92=98.0m基本剖面按应力条件确定坝底最小宽度(2-1)式中 c=24kN/m3 0=9.81kN/m3 扬压力折减系数1取0.25则B=96.6/(24/9.81-0.25) 1/2=65.18m 按稳定条件确定坝底最小宽度 (2-2)式中 K=1.10 f=0.7 =0 1=0.25则B=1.196.6/0.7(

12、24/9.81+0-0.25)=69.11m综合，取坝底最小宽度B=71m实用剖面坝顶宽度：取坝高的810%，即（810%）98.08=(7.84649.808)m,取为10m下游坡度为H/B=96.6/71=1:0.73 上游设折坡，折坡点距坝底的高度取为坝高的1/32/3范围内，即（1/32/3）98.0=(32.6965.39)m,取为40m。上游折坡的坡度取为1：0.15坝底宽度为71+400.15=77m图2-1 重力坝剖面图（单位：m）(三) 排水位置设计洪水最大下泄流量为6334m3/s，则Z下=113.8m，水头H=186.2-113.8=72.4m廊道上游壁到上游坝面距离不小

13、于0.050.1倍水头，且不小于45m，即（0.050.1）72.4=(3.627.24)m,取为5m。(四)荷载计算坝体自重W1=1/264024=2880 kN/mW2=1098.024=23539 kN/mW3=1/261(98.0-15.09)24=60749 kN/mW= W1+ W2+ W3=87168 kN/m对坝底中心点处弯矩为M1 =288034.5=99360KNm(逆时针)M2=2353927.5=647323KNm(逆时针)M3=607492.17=131623KNm(逆时针)M=M1+M2+M3=99360647323131623876308KNm(逆时针)水压力垂直水压力W水上=gV =9.811/26（94.2+54.2）=4367kN/mM1=436735.8=156148KNm(逆时针)W水下=1/2(113.8-92)15.89.81=1689kN/mM2=168933.3=56189KNm(顺时针)水平水压力P上=1/20H上2=1/29.81(186.2-92)2=43525 kN/mM3=4352532.7=1423268KNm(顺时针)P下=1/20H下2=1/29.81(113.8 -92)2=233