混凝土重力坝毕业设计计算书

兵团广播电视大学开放教育（专科）

题目： 混凝土重力坝设计

分 校： 姓 名： 学 号： 专 业： 指导教师：

目 录

目 录 ...................................................... 1 第一章 非溢流坝设计 .......................................... 5 1.1坝基面高程的确定 ....................................................................................... 5 1.2坝顶高程计算 ............................................................................................... 5

1.2.1基本组合情况下： .................................. 5 1.2.1.1 正常蓄水位时： ................................. 5 1.2.1.2 设计洪水位时： ................................. 6 1.2.2特殊组合情况下： .................................. 6 1.3坝宽计算 ....................................................................................................... 7 1.4 坝面坡度 ...................................................................................................... 7 1.5 坝基的防渗与排水设施拟定 ...................................................................... 8 第二章 非溢流坝段荷载计算 .................................... 9 2.1 计算情况的选择 .......................................................................................... 9 2.2 荷载计算 ...................................................................................................... 9

2.2.1 自重 ............................................. 9 2.2.2 静水压力及其推力 ................................. 9 2.2.3 扬压力的计算 .................................... 11 2.2.4 淤沙压力及其推力 ................................ 13 2.2.5 波浪压力 ........................................ 14 2.2.6 土压力 .......................................... 15 第三章 坝体抗滑稳定性分析 ................................... 17 3.1 总则 ............................................................................................................ 17 3.2 抗滑稳定计算 ............................................................................................ 18 3.3 抗剪断强度计算 ........................................................................................ 19 第四章 应力分析 ............................................. 21 4.1 总则 ............................................................................................................ 21

4.1.1大坝垂直应力分析 ................................. 21 4.1.2大坝垂直应力满足要求 ............................. 22 4.2计算截面为建基面的情况 ......................................................................... 22

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4.2.1 荷载计算 ........................................ 23 4.2.2运用期（计入扬压力的情况） ....................... 24 4.2.3运用期（不计入扬压力的情况） ..................... 24 4.2.4 施工期 .......................................... 24 第五章 溢流坝段设计 ......................................... 26 5.1 泄流方式选择 ............................................................................................ 26 5.2 洪水标准的确定 ........................................................................................ 26 5.3 流量的确定 ................................................................................................ 26 5.4 单宽流量的选择 ........................................................................................ 27 5.5 孔口净宽的拟定 ........................................................................................ 27 5.6 溢流坝段总长度的确定 ............................................................................ 27 5.7 堰顶高程的确定 ........................................................................................ 28 5.8 闸门高度的确定 ........................................................................................ 29 5.9 定型水头的确定 ........................................................................................ 29 5.10 泄流能力的校核 ...................................................................................... 29

5.11.1 溢流坝段剖面图 ................................. 30 5.11.2 溢流坝段稳定性分析 ............................. 30 （1）正常蓄水情况 ......................................................................................... 30 （2）设计洪水情况 ......................................................................................... 31 （3）校核洪水情况 ......................................................................................... 31 第六章 消能防冲设计 ......................................... 32 6.1洪水标准和相关参数的选定 ..................................................................... 32 6.2 反弧半径的确定 ........................................................................................ 32 6.3 坎顶水深的确定 ........................................................................................ 33 6.4 水舌抛距计算 ............................................................................................ 34 6.5 最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度 ........................................................ 35 第七章 泄水孔的设计 ......................................... 37 7.1有压泄水孔的设计 ..................................................................................... 37 7.2孔径D的拟定 ............................................................................................ 37 7.3 进水口体形设计 ........................................................................................ 37 7.4 闸门与门槽 ................................................................................................ 38 7.5渐宽段 ......................................................................................................... 38

7.6 出水口 ........................................................................................................ 38 7.7 通气孔和平压管 ........................................................................................ 39 参考文献 ................................................... 40

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第一章 非溢流坝设计

1.1坝基面高程的确定

由《混凝土重力坝设计规范》可知，坝高100~50米时，重力坝可建在微风化至弱风化中部基岩上，本工程坝高为50~100m，由于本坝址岩层分布主要为石英砂岩，故可确定坝基面高程为832.0 m。由水位—库容曲线查的该库容为0.03×108m3，故可知该工程等级为Ⅳ级。

1.2坝顶高程计算 1.2.1基本组合情况下： 1.2.1.1 正常蓄水位时：

坝顶高程分别按设计和校核两种情况，用以下公式进行计算： 波浪要素按官厅公式计算。公式如下：

gh11/12gD 20.0076v02

v0v0gL1/2.15gD0.331v202v0v0hz1/3.751/3

h12Lcth2H L库水位以上的超高h：

hh1hchz

式中h1--波浪高度，m

hz--波浪中心线超出静水位的高度，m hc--安全超高，m

vo--计算风速。水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜用相应洪水期多年平均最

大风速的1.5~2.0倍；校核洪水位时，宜用相应洪水期多年平均最大风速，m/s

D-风区长度；m L--波长；M H--坝前水深

1.2.1.2 设计洪水位时：

根据水库总库容在0.2108~0.25108之间可知，大坝工程安全级别为级 计算风速vo取相应洪水期多年平均最大风速的1.8倍，即vo=47.7m/s

gh11/12gD根据公式20.0076v02，可知波浪高度h1=2.71m v0v0gL1/2.15gD根据公式20.331v02v0v01/3.751/3，可知波长L=23.19m

根据公式hzh12Lcth2H，可知波浪中心线超静水位高度hz=0.994274m L可知库水位超高 hh1hchz=4.1m

可知坝顶高程=890.00+4.1=894.1m 1.2.1.2 校核洪水位时：

计算风速vo取相应洪水期多年平均最大风速，即vo=26.5m/s

gh1/12gD根据公式210.0076v02，可知波浪高度h1=1.30m v0v0gL1/2.15gD根据公式20.331v02v0v01/3.751/3，可知波长L=7.0034m

根据公式hzh12Lcth2H，可知波浪中心线超静水位高度hz=0.7577m L可知库水位超高 hh1hchz=2.355m 可知坝顶高程=890.00+2.355=892.355m

1.2.2特殊组合情况下：

Vo=26.5 m/s

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故按莆田试验站公式计算：

0.720.450.0018gD/VgHm0

0.13th0.72thV00.13th0.7gH/V20.7m0ghm2v0 =6.43×10-3

故 hm=0.4603 m

ghgTm13.92mv0v00.5

=1.1146

故 Tm=3.011 s

综合（1）、（2），可知最大坝顶高程取894.1m

1.3坝宽计算

为了适应运用和施工的需要，坝顶必须有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取最大坝高的8%~10%。，且不小于3m

所以坝顶宽度=6m，并可算出坝底宽为 78.5m

1.4 坝面坡度

上游坝坡采用折线面，一般起坡点在坝高的2/3附近，建坝基面高程为832m，折坡点高程为873.4m， 坡度为1：0.2；下游坡度为1：0.8。因为基本三角形的顶点与正常蓄水位齐平，故重力坝剖面的下游坡向上延伸应与正常蓄水位相交，具体尺寸见下图

图1.1 重力坝剖面图

坝顶高程 894.1m设计洪水位 891.09m校核洪水位 892.33m校核尾水位 855.62m河床高程 848.2m设计为水位 853.70m 建基面高程 832m

1.5 坝基的防渗与排水设施拟定

由于防渗的需要，坝基须设置防渗帷幕和排水孔幕。据基础廊道的布置要求，初步拟定防渗帷幕及排水孔廊道中心线在坝基面处距离坝踵5.5m。

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第二章 非溢流坝段荷载计算

2.1 计算情况的选择

作用在坝基面的荷载有：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力、土压力，常取1m坝长进行计算。

2.2 荷载计算 2.2.1 自重

自重W在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位完全一样计算步骤如下； 坝体自重W(KN)的计算公式：

WVrc

式中：

V坝体体积，m3，由于取1m坝长，可以用断面面积替代，通常把它分成如图所示的若干个简单的几何图形分别计算；rc坝体混凝土的重度，取24KN/m3。

可知：

W1=0.56302.49.81=2118.96 KN W2=662.12.49.81=8772.494 KN W3=0.566.557.32.49.81=44856.62KN

W=W1+W2+W3=55748.47KN

坝体自重W=55748.47KN

2.2.2 静水压力及其推力

① 静水压力P与作用水头H有关，所以在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时静水压力P各不相同，应分别计算；

② 静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平压力PH和垂

直压力PV两种。

PH的计算公式为：

PH式中：

1rwH2 2H——计算点的作用水头，m；

rw——水的重度，常取9.81KN/m3； （1）基本组合： 正常蓄水位情况：

F1=0.59.81582=16500.42KN

W1=0.5 (58+28) 69.81=2538.72KN

设计洪水位情况：

F1=0.59.8158.092= 16551.67KN F2=－0.59.8121.72= -2309.715KN W1=0.5 (58.09+28.09) 69.81= 2536.277KN W2=0.5 21.727.1259.81= 2887.144KN

（2）特殊组合： 校核蓄水位情况：

F1=0.59.8160.332=17852.77KN F2=－0.59.8117.52=－1502.156KN W1=0.5 (60.33+30.33) 69.81=2668.124KN W2=0.523.6229.5259.81= 3420.651KN

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2.2.3 扬压力的计算

规范：当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为H1， 排水孔中心线处为H2a（H1H2，下游（坝趾）处为H2，其间各段依次以直线连接,则：

淤积高程 866mA 坝踵处的扬压力强度为rwH1,坝址处的扬压力强度为rwH2,帷幕灌浆和排水孔处

河床高程 848.2m河床高程 848.2m的渗透压力为arwH（HH1H2,a的取值如表2-1所示）。

B 扬压力的大小等于扬压力分布图的面积。 UUγhU 建基面高程 832mγhU

淤积高程 866m河床高程 848.2m河床高程 848.2m 建基面高程 832mαγhγhUUUUγh图2.1扬压力计算图示

αγh 表 2.1 坝底面的渗透压力、扬压力强度系数

坝 基 处 理 情 况 坝型及部位 （A） 设置防渗帷幕及排水孔 渗透压力强度系数α （B） 设置防渗帷幕及主、副排水孔并抽排 主排水孔前的扬压力 强度系数α1 0.2 残余扬压力强度系数α2 0.5 河床高程 848.2m部位 坝 型 实体重力0.25 坝 淤积高程 866m河 床 坝 段 河床高程 848.2m宽缝重力0.2 坝 0.15 0.5 大头支墩坝 空腹重力坝 实体重力坝 宽缝重力坝 建基面高程 832m0.2 0.15 0.5 γh0.25 UUU- - 0.35 岸 坡 γhU- - αγh- 0.3 - 则：帷幕灌浆处的a10.5，排水孔处的a20.3。

（1）正常蓄水情况下：

H1=890.0－832.0=58.0

H2=0 U1= γH2=0

U2=-11.50.39.8158=-1962.981 KN U3=-0.5670.39.8158=-5718.249 KN

U4=0

Ucc=-（0+1962.981+5718.249+0）=-7681.23 KN

（2）设计洪水情况：

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H1=890.9－832.0=58.09

H2=21.7

U1= γH2=-212.877 KN

U2=-11.50.39.8158.09=-1966.027 KN U3=-0.5670.39.8158.09=-5727.122 KN

U4=-0.511.536.39=-209.2425 KN

Ucc=-（212.877 +1966.027+5727.122+209.2425）=-8115.269 KN （3）校核洪水位情况：

H1=60.33 H2=17.5

U1= γH2=-171.675 KN

U2=11.50.39.8160.33=-2041.839 KN U3=-0.5670.39.8160.33=-5947.965 KN U4=-0.511.542.83=-246.2725 KN Ucc=-（171.675 +2041.839+5947.965+246.2725）=-8407.751 KN 淤积高程 866m 河床高程 848.2m河床高程 848.2m2.2.4 淤沙压力及其推力 建基面高程 832m淤积高程 866m河床高程 848.2mpp河床高程 848.2m 建基面高程 832m

图2.3 淤沙压力计算图示

（1）水平泥沙压力PskH(KN) 为：

PskH0.5rsbhs2tan2(45s/2)

式中:

rsb淤沙的浮重度，KN/m3;hs坝前淤沙厚度，m;

s淤沙的内摩擦角，（）。s14，rsb0.75t水平方向： Pskrsbhs2tg2(4512m30.759.817.36KNm3

s114)7.36(866848.2)2tg2(45)711.24KN 222（2）竖直方向：

Psv=7.360.5(17.8+4) 4=80.224KN

2.2.5 波浪压力

波浪压力Pwk计算公式：

Pwk1rwLm(h1%hz) 4式中：

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Pwk单位长度迎水面上的浪压力，KN/m;rw水的重度，KN/m;Lm平均波长，m;h1%累积频率为1%的波高，m；hz波浪中心线至计算水位的高度，m。

（1）基本组合（设计和正常情况）：

Hz=0.7577m； Lm=7.0m； h1%=1.30m

Pwk19.817.0(1.300.7577)35.33KN 4（2）特殊组合（校核）：

Hz=0.05402m； Lm=2.488m； h1%=0.207m；

1Pwk9.812.488(0.2070.05402)1.59KN4

2.2.6 土压力

1FokrH2K02

K010.250.333310.25

天然1.75t/m31.759.81KN/m317.1675KN/m3

11t/m319.81KN/m39.81KN/m3

（1）正常蓄水情况：

Fok1rH2K09.81(848.2832)20.3333429.09KN

11Fok2rH2K0(848.2832)20.29.81257.45KN

221212 Fok31rH2K0117.1675(848.2832)20.3333750.9075KN

2211Fok4rH2K0(848.2832)20.8517.1675638.27KN

22（2）设计及校核洪水位情况：

Fok1rH2K09.81(848.2832)20.3333429.09KN

11 Fok2rH2K0(848.2832)20.29.81257.45KN

221212 Fok3rH2K09.81(848.2832)20.3333429.09KN Fok4rH2K0(848.2832)20.859.81638.27KN

12121212

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第三章 坝体抗滑稳定性分析

3.1 总则

A、按抗剪断强度的计算公式进行计算，按抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数k'值应不小于表3-1规范规定；

B、它认为坝体混凝土与坝基基岩接触良好，属于交界面； C、基础数据：

f10.85；

c1700KPa；

A=178.5=78.5 m2。

此时其抗滑稳定安全系数K'的计算公式为：

f'Wc'AK'

P式中：

k'按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f'坝体混凝土与坝基接触面得抗剪断摩擦系数；c'坝体混凝土与坝基接触面得抗剪断凝聚力，KPa;A坝基接触面截面积，m;2

W作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，KN；P作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，KN；

表 3.1 坝基面抗滑稳定安全系数 K′

荷 载 组 合 基 本 组 合 (1) 特 殊 组 合 (2) K′ 3 2.5 2.3

表3.2 全部荷载计算结果

水平力 荷载 正常工况 设计工况 校核工况 自重 水压力 扬压力 波浪力 淤沙力 土压力 总计 67144.54 4.87 3614.42 -805.07 69958.76 60426.6 4.87 3614.42 48.64 64094.53 60333.51 1.59 3614.42 48.64 63998.16 正常工况 144598.97 9025.20 -25586.66 964.13 6688.2 135689.80 垂直力 设计工况 144598.97 14775.9 -57222.22 964.13 4511.19 107585.0 校核工况 144598.97 15784.29 -59984.09 964.13 4511.19 105874.49

3.2 抗滑稳定计算

（1）正常蓄水情况

∑W=51617.23 KN ∑P=16889.85 KN K′=3.05611>3.0

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（2）设计洪水情况

∑W=54067.9 KN ∑P=14953.2 KN K′=3.615809>2.5

（3）校核洪水情况

∑W=54440.77 KN ∑P=17061.85 KN K′=3.190789>2.3

3.3 抗剪断强度计算

（1）正常蓄水情况

∑W=51617.23 KN ∑P=16889.85 KN

f'Wc'A0.8551617.2370078.55.851126 > 3.0

16889.85K'P（2）设计洪水情况

∑W=54067.9 KN ∑P=14953.2 KN

f'Wc'A0.8554067.970078.54.7482 > 2.5

14953.2K'P

（3）校核洪水情况

∑W=54440.77 KN ∑P=17061.85 KN K′=3.190789>2.3

f'Wc'A0.8554440.7770078.55.9328 > 2.3

17061.85K'P

故非溢流坝段抗滑稳定满足设计规范要求。

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第四章 应力分析

4.1 总则

4.1.1大坝垂直应力分析

根据SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》，按下列公式进行应力计算：

σxτ正的应力方向P850.1:H∑W1:0.2∑MP'计算截面xOTσyy图4.1应力计算图示

(1)上游面垂直正应力：

uy(2)下游面垂直正应力：

WT6MT2

dy式中：

WT6MT2

W计算截面上全部垂直力之和； M计算截面上全部垂直力及水平力对于计算截面形心的力矩之和。

4.1.2大坝垂直应力满足要求

由《混凝土重力坝设计规范》SL319—2005可知： 重力坝坝基面： 运用期：

要求上游面垂直正应力不小于0，下游面垂直正应力应小于坝基容许压应力4.0Mpa=4000Kpa。；

施工期：

坝趾垂直应力可允许由小于0.1Mpa（100Kpa）的拉应力； 重力坝坝体截面：

运用期：坝体上游面不出现拉应力（计扬压力），下游面垂直正应力应不大于混凝土压应力值，采用C15混凝土，故混凝土压应力值为15/4=3.75Mpa=3750Kpa。

施工期：坝体任何截面上的主压应力应不大于混凝土的允许压应力，下游面可允许有不大于0.2Mpa（200Kpa）的主拉应力。

4.2计算截面为建基面的情况

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4.2.1 荷载计算

（1） 自重力矩 自重如下图所示：

折坡高程 862mw2w3w1 建基面高程 832m

图4.2自重力矩计算图示

W1=2118.96 KN； W2=8772.494 KN； W3=44856.62KN

自重力矩计算如下：

M1=2118.96 28.31=59987.76 KNm M2=8772.49424.2=212294.4 KNm M3=44856.622.03=91058.94KNm

M =M1+M2+M3=363341.1KNm

4.2.2运用期（计入扬压力的情况）

(1)上游面垂直正应力：

T=109.45

W135689.8KN

(2)下游面垂直正应力：

dyuy W6M659.763KPaTT2W6M1819.72KPaTT24.2.3运用期（不计入扬压力的情况）

(1)上游面垂直正应力：

T=109.45

W152251.26KN M554283.54KNM

uy

(2)下游面垂直正应力：

dyW 6M1113.44KPaTT2

W 6  M

1668.68KPa2TT4.2.4 施工期

(1)上游面垂直正应力：

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T=109.45

W144598.97KN M1935093.33KNM

W 6M

(2)下游面垂直正应力：uyTT22290.36KPadW6MyTT2351.92KPa

第五章 溢流坝段设计

5.1 泄流方式选择

为了使水库具有较大的超泄能力，采用开敞式孔口，WES实用堰。

5.2 洪水标准的确定

洪水标准的确定：本次设计的重力坝是Ⅲ级建筑物，根据GB50201—94表6.2.1，采用50年一遇的洪水标准设计，500年一遇的洪水标准校核。

5.3 流量的确定

流量的确定：根据基础资料可知，设计情况下，溢流坝的下泄流量为115.75m3/s；在校核情况下溢流坝的下泄流量为176m3/s。

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5.4 单宽流量的选择

坝址处基础节理裂隙发育，岩石软弱，综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，单宽流量取20 m3/（s.m）。

5.5 孔口净宽的拟定

孔口净宽拟定，分别计算设计和校核情况下溢洪道所需的孔口宽度，计算成果如下表：

表5.1 孔口净宽

计算情况 设计情况 校核情况 流量(m3/s) 115.75 176 单宽流量q〔m3/(s.m)〕 20 20 孔口净宽B（m） 5.79 8.8 根据以上计算，溢流坝孔口净宽取B=16m，假设每孔宽度为b=8m，则孔数n为2。

5.6 溢流坝段总长度的确定

溢流坝段总长度（溢流孔口的总宽度）的确定：根据工程经验，拟定闸墩的厚度。初拟中墩厚d为2.5 m，边墩厚t为3m，则溢流坝段的总长度B0为：

B0=n×b+(n－1)×d+2×t = 2×8+（2－1）×2.5+2×3=24.5(m)

5.7 堰顶高程的确定

初拟侧收缩系数0.92，流量系数m=0.463，因为过堰水流为自由出流，故

s1

由堰流公式计算堰上水头Hw,计算水位分别减去其相应的堰上水头即为堰顶高程。计算公式如下：

3/2QCmsB2gHw

Q流量，m3/s;B堰流堰净宽，m;Hw堰顶以上作用水头，m；g重力加速度，m/s2;m流量系数，见表54；C上游面坡影响修正系数，见表55，当上游面为铅直时，C取1.0；

侧收缩系数，根据堰墩厚度及形状而定，可取=0.90~0.95；s淹没系数，视泄流的淹没程度而定，不淹没时s1.0计算成果见表：

表5.2 堰顶高程

计算情况 设计情况 校核情况 流量 侧收缩系数 （m3/s） 115.75 176 0.92 0.92 流量系数 0.463 0.463 孔口净宽 堰上水头 （m） （m） 16 16 7.57 9.86 堰顶高程（m） 883.52 882.47 根据以上计算，取堰顶高程为882.47m。

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5.8 闸门高度的确定

门高=正常高水位－堰顶高程+安全超高

=890.00－882.47+0.2=7.7（m）

则按规范取门高7.8m。

5.9 定型水头的确定

堰上最大水头Hmax=校核洪水位－堰顶高程=892.33－882.47=9.86（m）； 定型设计水头Hd=（75%～95%）Hmax=7.4～9.4（m）；

取Hd=8.4，Hd/Hmax=8.4/9.86=0.85,查表知坝面最大负压为：0.3Hd=2.8（m），小于规范的允许值（最大不超过3～6m水柱）

5.10 泄流能力的校核

先由水力学公式计算侧收缩系数ε，然后计算不同水头作用下的流量系数m，根据已知条件，运用堰流公式校核溢流堰的泄流能力。

计算成果汇总如下表：

表5.3 泄流能力校核

计算情况 m  0.92 0.92 B (m) H (m) Q (m3/s) Q` (m3/s) Q'QQ 0.0352% 1.2654% 设计情况 校核情况 0.463 0.463 16 16 7.57 9.86 142 211 141.95 208.33 Q'Q满足5%的要求，则符合规范设计的孔口要求。

Q

10000坝轴线校核水位892.3360004100堰顶高程882.47R32000河床高程848.2851832

5.11.1 溢流坝段剖面图

图5.1 溢流坝横剖面图

5.11.2 溢流坝段稳定性分析

（1）正常蓄水情况

∑W=51617.23 KN ∑P=16889.85 KN

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K'f'Wc'AP（2）设计洪水情况

0.8551617.2370078.55.851126 > 3.0

16889.85∑W=54067.9 KN ∑P=14953.2 KN

f'Wc'A0.8554067.970078.54.7482 > 2.5

14953.2K'P

（3）校核洪水情况

∑W=54440.77 KN ∑P=17061.85 KN K′=3.190789>2.3

f'Wc'A0.8554440.7770078.55.9328 > 2.3

17061.85K'P故溢流坝段抗滑稳定满足设计规范要求。

第六章 消能防冲设计

通过溢流坝顶下泄的水流，具有很大的能量，必须采取有效地消能措施，保护下游河床免受冲刷。消能设计的原则是：消能效果好，结构可靠，防止空蚀和磨损，以保证坝体和有关建筑物的安全。设计时应根据坝址地形，地质条件，枢纽布置，坝高，下泄流量等综合考虑。

6.1洪水标准和相关参数的选定

本次设计的重力坝是3级水工建筑物，根据SL252—2000表3.2.4，消能防冲设计采用按50年洪水重现期标准设计。

根据地形地质条件，选用挑流消能。根据已建工程经验，挑射=20°。

6.2 反弧半径的确定

反弧半径R为：

对于挑流消能，可按下式求得反弧段的半径

v2gH

h1—堰面流速系数，取0.95；

Q Bv33

H—设计洪水位至坎顶高差，H=891.09-851.0=40.09m (取坎顶高程为851.0m) 故算出V=26.65m/s

Q—校核洪水时溢流坝下泄流量，(211m3/s)；

B—鼻坎处水面宽度，m，此处B=单孔净宽+2×边墩厚度；

B=8+2×3=14m h1=5.65585(m) R=（4～10）h R=22.62～56.56（m）

取R=32（m）

6.3 坎顶水深的确定

坎顶水深计算公式为：

hQBv

坎顶水流流速v按下式计算：

v2gH —堰面流速系数，取0.95；

H—设计洪水位至坎顶高差，H=891.09-851.0=40.09m (取坎顶高程为851.0m) 故算出V=26.65m/s

Q—50年一遇洪水时溢流坝下泄流量，(105m3/s)； B—鼻坎处水面宽度，m，此处B=单孔净宽+2×边墩厚度；

B=8+2×3=14m

故坎顶平均水深：

Q1050.281m Bv11426.65h6.4 水舌抛距计算

根据SL253-2000《溢洪道设计规范》，计算水舌抛距和最大冲坑水垫厚度。 计算公式：

水舌抛距计算公式：

12[v1sincosv1cosv12sin22g(h1h2)]g

LL：水舌抛距

v1：坎顶水面流速， v11.1v1.12gH0 （Ho为水库水位至坎顶的落差）

：鼻坎的挑角

h1： 坎顶顶垂直方向水深 h1h2：坎顶至河床面的高差

h ， （h为坎顶平均水深）cos：堰面流量系数，取0.95；

h1hcos0.281cos200.27m

h2851.0848.22.8m

将这些数据代入水舌抛距的公式得：

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L1[26.652sin20cos20[26.65cos2026.652sin22029.81(0.2812.8)53.91m 9.8

6.5 最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度

最大冲坑水垫厚度公式：

tkkq0.5H0.25tk

：水垫厚度，自水面算至坑底。

q：单宽流量，由前面的计算可得单宽流量为20；

H：上下游水位差，根据资料可得水位差为40.5m；

k：冲刷系数，（这里根据地质情况取1.5）；

将数据代入公式得：

H890.0849.540.5m tk1.5200.540.50.2516.92m

所以最大冲坑水垫厚度为14.35m。 最大冲坑厚度估算：

tk'kq0.5H0.25H2H22.8

'tk16.922.814.12(m)

图6.1 冲坑厚度图示

为了保证大坝的安全，挑距应有足够的的长度。一般当时，认为是安全的。

nL/tk'2.55.0

计算结果为n=3.817，所以满足规范。 故，其消能防冲设计符合规范设计要求。

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第七章 泄水孔的设计

7.1有压泄水孔的设计

坝体在内水压力的作用下可能会出现拉应力，因此孔壁需要钢板衬砌。

7.2孔径D的拟定

孔径D的拟定可依据下式：

QD

vp 式中：Q—每个发电孔引取的流量，m3/s

vp—孔内的允许流速，m/s，对于发电孔vp=5.0~6.0m/s。

7.3 进水口体形设计

进水口体形应满足水流平顺、水头损失小的要求，进水口形状应尽可能符合流线变化规律。工程中常采用椭圆曲线活着圆弧形的三向收缩矩形进水口

椭圆方程为：

xyab22221

式中 a—椭圆长半轴，圆形进口时，a为圆孔直径：矩形进口时，顶面曲线a为孔高h，侧面曲线a为孔宽B；

b—椭圆短半轴，圆形进口时，b=0.3a；矩形进口时，顶面曲线b=（1/3~1/4）a 对于重要工程的进水口曲线应通过水工模型试验进行修改。孔口的高宽比（h/B）不宜太大，最大不超过2

根据经验和流量情况，选用椭圆曲线的三向收缩矩形进水口 可知：

a=h=2.11m

b1a0.70m

3孔口的高宽比h

B1.63＜2，故孔口设计符合要求

7.4 闸门与门槽

有压泄水孔一般在进水口设置拦污栅和平面检修门，在出口处设置无门槽的弧形闸门。

7.5渐宽段

有压泄水孔控申断面为圆形，进水口闸门为矩形，在进口闸门之后需设置渐宽段，以保持水流平顺。

根据规范取渐宽段长度为5.28m渐变规律一般都是收缩型，采用圆角过渡。

7.6 出水口

有压泄水孔的出口控制着整个泄水孔的内水压力情况，为了避免空蚀破坏，讲出口缩小以增加孔内压力，常采用压坡段，根据规范，取出口断面面积为孔身断面面积的90%

可知出水口断面面积A=2.458m2

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7.7 通气孔和平压管

平压管是埋在坝体内部、平衡检修闸门两侧谁呀以减小启门力的输水管道。从水库中引水，阀门设在廊道内。平压管的直径应根据设计充水时间（一般不超过8h）确定。

根据规范，通气孔的断面面积A通=0.022 m2

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