release-当兵
《混凝土重力坝电算》
课程设计
学生：
学
号：
专业班级：
2010
级水利
(2)
班
指导教师：
二○一三年六月二十一日
目
录
1
课程设计目的
………………………
………………………………
2
2
课程设计的任务和容
……………………………………………
2
3
课程设计的要求成果
………………
………………………………
2
4
基本资料
……………………………………………………………<
/p>
3
5
课程
设计报告容
…………………………………………………
4
6 <
/p>
课程设计总结
………………………………………………………
24
7
结论
…
………………………………………………………………
24
参
考文献
………………………………………………………………
24
附录
I
主要电算成果原始文件
………………
………………………
25
1
.
课程设计的目的
1
、巩固和加强学生对《水工建筑物
》这门课程知识的理解；借助课设这一
环节，
培养学生综合运用
已所学的理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题
的初步技能。
2
、学会初步设计重力坝基本剖面，通过稳定、强度分析，拟定坝体经济断
面；计算坝体应
力，并满足规要求；培养设计计算、绘图、编写设计文件和应用
计算机的能力。
3
、在课设中查阅和应用相关参考文献和资料，培养按规设计的良好习惯。
2.
课程设计的任务和容
1
、设计任务：
碧流河水库混凝土挡水段第
28
号坝段剖面设计。
2
、设计容：
1
）通过
稳定、强度分析，拟定坝体经济断面尺寸；
2)
通过坝基水平截面处坝体部应力分析，定出坝体混凝土分
区方案；
3)
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。
3.
课程设计的要求成果
1)
设计计算说明书一份；
2)
A3
设计图纸二。
4.
基本资料
1
、
流域概况及枢纽任务
碧流河水库位于碧流河中游干流上
，
坐落在新金县双塔镇与庄河县荷花山镇
的交界处沙河口，距<
/p>
170
公里。总库容
9.21
亿
m
3
。是一座以供水为
主，兼顾防
洪、灌溉、发电、养鱼等综合利用的大
II
型水库，是城市用水的主要水源。
2
、地形地质
坝址处
的岩体可大致分为新鲜岩石、微风化及覆盖层。河槽高程为
25.0
m
，
河槽处为半风化的花岗岩，风化层厚度为
2
m
，基岩具有足够的抗压强度，岩
体较完整，无特殊不利地质构造。两岸风化较深呈带状，覆盖层较少，坝址两岸
均为花岗岩，岩石坚硬，裂隙不发育。河床可利用基岩高程定为
20.50
m
。
坝基的力学参数：
坝与基岩之间抗剪断系数为
f
'
?
0
.
93
,
c
'
?
43
0
kPa
；
坝与基
岩之间抗剪摩擦系数值为
0.70
；基岩的允许抗压强度<
/p>
15000
kPa
。
地震的基本烈度为
7
度，设计烈度为
8
度。
3
、建筑材料
砂料、
卵石在坝址上、下游均有，坝址下游
5
km
以砂储量丰富，可供建筑
使用。
4
、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
72.40
m
，相应下游水位为
36.00
m
；
P=1%
设计洪水位为
70.80<
/p>
m
，相应下游水位为
35.60
m
；
正常挡
水位为
68.60
m
，相应下游水位为
30.00
m
；
死水位为
47.00
m
；
淤沙高程为
41.00
m
；
总库容
9.21
亿
m
3
.
5
、气象
坝
址洪水期多年平均最大风速
19
.
7<
/p>
m
/
s
，洪水期
50
年重现期最大风速
27
m
/
s
，坝前吹程校核洪
水位时
D
?
1500
< br>m
,
设计洪水位时
D
?
1300
m
。
6
、其它有关资料
淤沙干容重
?
sd
?
14
kN
/
m
3
，
空隙率
n
?
0
.
4<
/p>
，
淤沙摩擦角
?
?
16
0
。
坝
体材料
为混凝土
,
其容重采用
?
c
?
24
kN
/
m
3
。
5
课程设计报告容
5.1
确定工程等别
根据
SL252-2000
《水利水电工程等级划分及
洪水标准》
，该工程拟建的水库
总库容
9.21
亿
m
3
，属于Ⅱ等、大
(2)
型工程。相应的其主要建筑物等级为<
/p>
2
级，
次要建筑物等级为
3
级。
5.2
非溢流坝的剖面设计
5.2.1
基本剖面尺寸的拟定
假定基本剖面为三角形，坝顶与校核洪水位齐平，在自重、扬压力、静水压
< br>力
3
项主要荷载作用下，满足强度和稳定要求，并使工程
量最小的三角形剖面。
剖面，如图
5-1
所示：
图
5-1
重力坝基本三角形剖面图
1
）按满足强度条件确定坝底的最小宽度
T
。
TH
W
?<
/p>
W
?
W
?
U
?
(
?
c
?
?
w
?
??
w
)
< br>
?
1
2
当库满时：
2
T
2
H
H
2
2
(
?
c
?
2
?
c
?
< br>?
3
?
w
?
?
2
?
w
?
?
2
?
w
2
?
??
w
)
?
W
?
12
T
上游边缘铅直正应力
?
yu
?
?
yu
?
W
?
6
?
M
T
T
2
?
H
2
?
?
H
（
?
?
c
(
1
?
?<
/p>
)
?
?
w
?
(
2
?
?
)
?
??
w
?
?
w
< br>2
?
(5-1)
T
?
?
下游边缘铅直正应力
?
yu
?
?
yd
?
W
-
6
?
M
T
T
2
?
H
2
?
?
H
?
?
c
?
?
?
w
?<
/p>
(
1
?
?
)
?
?
w
2
?
(5-2)
T
?
?
当库空时，令式
5-1
、式
5-2
中
?
w
?
0
，得：
上游边缘铅直正应力
?
yu
?<
/p>
?
c
H
(
1
?
?
)
(5-3)
下游边缘铅直正应力
?
yu
?<
/p>
?
c
H
?
(5-4)
强度控制条件是坝基面不允许出现
拉应力。当库空时，由式
5-3
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
5-2
中
?
yu
?
0
，求得坝底宽度为：
T
?
H
?
c
(
1
?
?
)
?
?
(
2
?
< br>?
)
?
?
?
w
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：
T
?
H
?
c
-
?
?
w
?
51
.
90
?
35
.
02
m
24
-
0
.25
9
.
81
2
）
按满足稳定条件确定
坝底的最小宽度
T
，
水深
H
取校核水位对应的水深。
水位与水深关系如表
5-1
所示：
表
5-1
水位与水深关系表
水位参数
(
m
)
校核洪水位
设计洪水位
正常蓄水位
由上求得
T
?
35
.
02
m
，可得：
1
2
2
H
?
?
9
.
81
?<
/p>
51
.
90
?<
/p>
13212
.
16
kN
/
m
w
2
TH
51
.
90
?
35
.
02
?
W
?
（
?
c
?
?
w
?
)
?
< br>(
24
?
9
.
81
?
0
)
?
21810
.
< br>46
kN
/
m
< br>
2
2
1
1
U
?
??
w
HT
?
?
0
.
25
?
9
.
81
?
51
.
90
?
35
.
02
?
2228
.
76
kN
/
m
2
2
坝基底高程
上游水位
20.50
72.40
70.80
20.50
20.50
68.60
下游水位
36.00
35.60
30.00
上游水深
下游水深
51.90
15.50
50.30
15.10
48.10
9.50
?
P
?
2
?
1
K
'
?
f
'
(
?
W
?
U
)
?
c
'
A
< br>?
P
?
0
.
93
?
(
21810
.
46
?
< br>2228
.
76
)
?
430
?
35
.
02
?
1
?
2
.
518
13212
.
16
安全系数：
<
/p>
校核洪水位下，规要求最小安全系数为
2.5
，显然上述结果满足要求。下游
坡度
1
:
m
?
H
:
(
1
?
?<
/p>
）
T
?
51
.
90
:
35
.
02
?
1
:
0
.
675
。取
m
?
0
.
7
。
5.2.2
坝顶高程的确定
拟设置
防浪墙，则防浪墙顶高程按式
5-5
、
5-6
计算，并取其中的大值：
?<
/p>
?
防浪墙顶高程
?
设计洪水位
?
?
h
< br>设
?
(5-5)
?
?
防浪墙顶高程
?
校核洪水位
?
?
h
校
Δ
h
?
h
1
%
?
h
z
?
h
c
(5-6)
库区所在位置属高山峡谷地区，按
5-7
、
5-8
、
5-9
式计算波浪要
素，以下式
子由官厅水库公式中取
g
?
9
.
81<
/p>
m
/
s
2
化简得。另外官厅水库公式适用围为
?
0
?
20
m
/
s
且
D
?
20
km
，
本设计中洪水
期
50
年重现期最大风速
27m/s<
/p>
，
超出围，
但是仍然认为适用。
3
h
?
0
.
0166
?
0
4
D
(5-7)
5
1
L
m
?
10
.
4
(
h
)
0
.
8
(5-8)
H
z
?
?
h
2
L
m
cth
2
?
H
(5-9)
L
m
计算风速
?
0
设计
情况取洪水期
50
年重现期最大风速
2
7
m
/
s
，校
核情况取洪
水期多年平均最大风速
19
.
7
m
/
s<
/p>
。
当
gD
?
0
2
?
250
时，认为
h
为累
计频率为
5%
的波高
h
5
%
。
当
h
h
?
m
?
0
时，
h
1
%
?
2
.
42
h
m
、
h
< br>5
%
?
1
.
95
h
m
，所以，
h
1
%
?
1
.
421
h
5
%
。
H
H
m
安全加高
h
c
对于
2
级坝，校核情况取
0.4
m
、设计情况取
0
.5
m
。
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
定坝顶及
防浪墙顶高程。计算如表
5-2
所示：
表
5-2
防浪墙顶高程计算表
计算项目
单位
设计洪水
静水位
m
70.8
水深
H
m
49.8
计算风速
v
0
m/s
27
吹程
D
km
1.3
计算波高
h
m
1.115
计算平均波
L
m
校核洪水
72.4
51.4
19.7
1.5
0.789
8.601
m
11.347
波浪中心线高于静
水
位
h
z
gD
m
0.344
17.49
0.022
1.384
0.5
2.228
73.03
0.227
37.92
0.015
0.979
0.4
1.606
74.01
?
0
2
h
m
h
?
H
m
H
m
m
m
m
h
1%
安全加高
h
c
△
h
防浪墙顶高程
由表
5-2
可以确定防浪墙顶高程为
74.01
m
，
取坝顶以上防浪墙高
度为
1.2
m
，
那么坝顶高程为
72.81
m
，相应
坝高为
52.31
m
，属于中坝。
5.2.3
坝顶宽度
坝顶需要行走门式起重机，门机轨
距
7.0
m
，且考虑到交通要求、防浪
墙及
下游侧栏杆的布置。因此，取坝顶宽度
B
< br>为
10
m
。
5.2.4
拟定坝体实用剖面
为方便布置进口控制设备并利用水重帮助坝体稳定，
上游面宜采用部分
折坡
坝面，上游坡度
n
=0.2
，折坡点定高度
30.0
m
< br>；下游坡度
m
=0.68,
上游
最高水位
为
51.90
m
。又坝体基本三角形顶点在校核洪水位附近。
那么
拟定坝底宽度：
T
?
0
.
2
?
30
< br>?
51
.
90
< br>?
0
.
7
?
42
.
33
m
5.3
确定荷载组合
结合本
设计实际情况，
经分析研究，
参照规规定，
写出各工况荷载组合表
如表
5-3
：
表
5-3
荷载组合表
静
水
压
力
√
√
√
√
荷载作用力
淤
浪
冰
沙
压
压
压
力
力
力
√
√
×
√
√
×
√
√
×
√
√
×
地
震
荷
载
×
×
×
√
动
水
压
力
×
×
×
×
其
附
他
注
荷
载
√
√
√
√
荷载组合
主要考虑情况
自
重
√
√
√
√
扬
压
力
√
√
√
√
(1)
正常蓄水位情况
(2)
设计洪水位情况
(1)
校核洪水情况
特殊组合
(2)
地震情况
基本组合
说明
：
1.
地震情况结合正常蓄水位设计；
2.
“√”表示考虑了对应的荷载，
“×”表示没有考虑对应的荷载。
5.4
荷载计算
如图
5-2
所示，取单宽坝段计算。荷载及力臂正方向如图
5-2
所示。
图
5-2
荷载计算简图
各工况按式
5-10
至
5-27<
/p>
分别计算各项荷载，并计算各荷载对计算截面形心
的力矩。
自重：
G
1
?
1
nH
'
2
?
c
(5-10)
2
G
2
?
BH
?
c
(5-11)
G
3
?
1
mH
'
'
2
?
c
(5-12)
2
水重：
W
1
?
nH
'
(
nH
?
H
'
)
?
w
(5-13)
1
nH
'<
/p>
2
?
w
(5-14)
2
1
2
W
3
?
mH
2
?
w
(5-15)
2
1
2
H
1
?
w
(5-16)
上游水压力：
P
1
?
?
2
1
2
下游水压力：
P
2
?
H
2
?
w
(5-17)
2
W
2
?
扬压力：
U
1
?
?
H
2
T
?
w
(5-18)
U
2
?
?
?
(
H
1
-
H
2
)
< br>?
w
t
(5-19)
1
U
3
?
?
?
（
H
1
-
H
2
）
?
w
(
< br>T
?
t
)
(5-20)
2
1
U
4
?
?
(
1
-
?
)(
H
1
-
H
2
)
?
w
t
(5-21)
2
1
?
2
水平泥沙压力：
P
SH<
/p>
?
?
?
sb
h
s
tan
2
(
45
0
?
)
(5-22)
< br>2
2
1
2
竖直泥沙压力：
P
SV<
/p>
?
?
sb
nh<
/p>
s
(5-23)
2
浪压力（深水波）
：
P
l
?
?
校核工况荷载计算及组合见表
5-5
。
表
5-5
校核工况荷载计算组合表
组合情
况
校核洪水位
坝段
最大剖
面
截面
坝基面
?
w
L
m
4
(
h
1
%
?
h
z
)
(5-24)
荷载
(
每米长
)
序号
荷载名称
计算
式
5-10
5-11
5-12
5-13
5-14
5-15
5-16
5-17
5-18
5-19
5-20
5-21
5-22
5-23
5-24
水平
(kN)
-13212.2
1178.4
-968.1
-25.4
垂直
(kN)
力臂
(m)
m)
力矩
(kN·
+
-
-42923
-14476
-228570
-10395
-4353
-16536
-6616
-1294
-107296
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
总计
自重
G
1
自重
G
2
自重
G
3
水重
W
1
水重
W
2
水重
W
3
<
/p>
上游水压力
P
1
下游水压力
P
2
扬压力
U
1
扬压力
U
2
扬压力
U
3
扬压力
U
4
水平泥沙
P
SH
垂直泥沙
P
SV
< br>
浪压力
P
l
其他
2160.0
17.165
37076
12554.4
10.165
127615
11884.6
-3.612
1289.0
18.165
23415
882.9
19.165
16921
6089
6751
824.9
-17.548
17.300
5.167
-6436.5
0.000
-580.3
17.915
-1599.3
2.722
-870.4
18.998
341.0
6.833
19.798
50.869
-13027.3
20450.4
结合理
正软件的重力坝设计功能，
对手算结果进行校核。
输入基本参数
，
并
设置各分项系数为
1
，可得各项荷载的标准值。对电算结果整理得表
5-6
：
表
5-6
荷载电算成果表
荷载组合
1:
持久状况
-
基本组合
-
正常蓄水位
m)
作用力名称
水平力
(kN)
竖向力
(kN)
弯矩
(kN·
坝体自重
0
-26600
121800
静水压
力
(
上游
)
11350
-1948
-145700
静水压力
(
下游
)
-442.7
-309.9
-4469
扬压力<
/p>
(
浮托力
)
0
3945
0
扬压力
(
渗透力
)
0
3234
-33170
淤沙压力
968.1
-341.0
134.9
浪压力
52.65
0
-2428
总计
11930
-22020
-63860
荷载组
合
2:
持久状况
-
基本组合
-
防洪
m)
作用力名称
水平力
(kN)
竖向力
(kN)
弯矩
(kN·
坝体自重
0
-26600
121800
静水压
力
(
上游
)
12410
-2078
-169500
静水压力
(
下游
)
-1118
-782.9
-8181
扬压力<
/p>
(
浮托力
)
0
6270
0
扬压力
(
渗透力
)
0
2949
-30250
淤沙压力
968.1
-341
134.9
浪压力
52.69
0
-2546
总计
12310
-20580
-88540
荷载组
合
3:
偶然状况
-
偶然组合
-
校核洪水位
m)
作用力名称
水平力
(kN)
竖向力
(kN)
弯矩
(kN·
坝体自重
0
-26600
121800
静水压
力
(
上游
)
13210
-2172
-188200
静水压力
(
下游
)
-1178
-824.9
-8386
扬压力<
/p>
(
浮托力
)
0
6436
0
扬压力
(
渗透力
)
0
3050
-31280
淤沙压力
968.1
-341
134.9
浪压力
28.1
0
-1412
总计
13030
-20450
-107400
荷载
组合
41:
偶然状况
-
偶然组合
-
地震
m)
作用力名称
水平力
(kN)
竖向力
(kN)
弯矩
(kN·
坝体自重
0
-2660
121800
静水压力
(
上游
)
静
水压力
(
下游
)
扬压力
(
浮托力
)
扬压力
(
渗透力
)
淤沙压力
浪压力
地震惯性力
地震动水压力
(
上游
)
总计
11350
-442.7
0
0
968.1
26.4
1862
671.5
14430
-1948
-309.9
3945
3234
-341
0
0
0
-22020
-145700
-4469
0
-33170
134.9
-1233
-47490
-14580
-124700
经分析，
荷载手算与电算结果基本一
致。
稍有差别分析的原因是：
浪压力计
算有所差别，
其原因可能是计算方法不一样。
不过浪压力本身就
不大，
其差值更
小，可认为手算结果是可靠。
< br>
综上所述，荷载计算基本可靠。
5.5
坝体抗滑稳定分析
对几种荷载组合情况分别进行稳定
分析。
按照规规定的抗剪断强度计算公式
K
'
?
f
'
?
W
?
c
'<
/p>
A
?
P
，各情况
下安全系数计算见表
5-7
。式中：
f
'
为坝体混凝土
与基岩接触面的抗剪断摩擦系数取
0.93
；
c
'
为坝体混凝土与基岩
接触面的抗剪
断凝聚力取
430
kPa
；
?
W
为作用
于坝体全部荷载对滑动平面的法向分值；
?
P
< br>为作用于坝体全部荷载对滑动平面的切向分值。
表
5-7
各工况抗滑稳定分析成果表
工况
正常蓄水
设计洪水
校核洪水
地震情况
由表
5-7
可知，该坝体在各个工况下抗滑稳定均满足规要求。且电算结果与
手算结果基本一致。因
此，就稳定性而言，设计断面是合理的。
5.6
坝体应力分析
5.6.1
说明
采用材
料力学法进行计算，并且仅对坝基面进行应力分析，考虑扬压力。
5.6.2
坝体边缘应力分析
手算
K
电算
K
要求
K
3.24
3.24
3
f
'
?
W
?
c
'
A
3.03
3.03
3
K
'
?
2.86
2.86
2.5
?
P
2.66
2.68
2.3
计算式
结论
抗滑稳定满足要求
抗滑稳定满足要求
抗滑稳定满足要求
抗滑稳定满足要求
依次按式
5-27
至
5-31
计算各工况
?
yu
、
?
yd
、
?
u
、
?
d
、
?
xu
、
?
< br>xd
及主应
力
?
1
u
、
?
1
d
、
?
2
u
、
?
2<
/p>
d
；
?
W
6
?
M
?
?
?
?
?
yu
?
T
< br>T
2
?
(5-27)
?
?
< br>?
?
W
?
6
?
M
yd
?
T
T
2
?<
/p>
?
?
?
u
?
(
P
u
?
P
uu
?
?
yu
)
n
?
(5-28)
< br>?
?
(
?
?
P
?
P
)
m
?
yd
ud
d
?
d
?
?
xu
?
(
P
u
?
P
uu
)
?
?
u
n
?
(5-29)
?
?
< br>(
P
?
P
)
?
?
m
d
ud
d
?
xd
2
2
?
?
?
(
1
?
n
)
?
?
(
P
?
P
< br>)
n
1
u
yu
u
uu
?
?
(5-30)
2
< br>2
?
?
?
1
d
?
(
1
?
m
)
?
yd
?
(
P
d
?
P
ud
)
m
?
?
2
u
?
P
< br>u
?
P
uu
?
(5-31)
?
?
< br>P
?
P
d
ud
?
2
d
上游坝踵处有泥沙压力，下游坝趾处无泥沙。在考虑地震作用的情况下：
P
u
?
H
1
?
w
?
h
s
?
sb
tan
2
(
45
0
?
)
2
P
d
?
H
2
?
w
P
uu
?
H
1
?
w
P
ud
?
P
d
?
H
2
?
w
不考虑地震荷载时
，
另地震动水压强部分等于
0
即可。<
/p>
各工况计算结果见表
5-8
：
表
5-8
单位：
kPa
各工况坝体边缘应力分析手算成果表
荷
载
项
组
目
?
yu
合
正
计
307
常
算
?
上游坝踵处
下游坝址处
?
u
?
xu
?
1
u
315.5
?
2
u
?
yd
?
d
?
xd
?
1
d
?
2
d
-42.5
103
94.5
733.4
513.4
359.4
1092.7
0
设
值
190.4
计
校
核
地
震
-19.2
98.3
95.6
194.2
125
94.5
782
547.4
383.2
1165.2
0
123.8
-5.9
97.7
2.5
94.5
842.4
589.7
412.8
1255.2
0
110
942.7
662
460.3
1406.1
0
109.5
97.2
由电算得出结果，如表
5-9
。应力单位均为
MPa
。
表
5-9
坝体边缘应力电算成果表
正常
（坝踵）
（坝址）
设计
（坝踵）
（坝址）
校核
（坝踵）
（坝址）
地震
（坝踵）
（坝址）
坝踵坝趾处属Ⅴ区混凝土，采用强度标号为
< br>C15
。其轴心抗压强度
f
c<
/p>
?
7
.
2
MPa
。安全系数
K
正常水位和设计水位下取
4
、校核情况取
3.5
。相应的
正应力
x
0.100
0.360
正应力
x
0.095
0.384
正应力
x
0.093
0.413
正应力
x
0.106
0.460
正应力
y
0.306
0.734
正应力
y
0.190
0.783
正应力
y
0.123
0.843
正应力
y
0.102
0.938
剪应力
-0.028
0.514
剪应力
-0.005
0.548
剪应力
0.009
0.590
剪应力
0.016
0.098
主应力
1
0.310
1.094
主应力
1
0.190
1.166
主应力
1
0.126
1.256
主应力
1
0.120
1.398
主应力
2
0.096
0.000
主应力
2
0.095
0.000
主应力
2
0.090
0.000
主应力
2
0.088
0.000
容许压应力分别为
1
.
8
MPa
和
2
.
06
MPa<
/p>
。
经分析，运用期坝踵铅直应力
?
yu
不出现拉应力，坝趾最大铅直应力校核时
为
1.
256
MPa
、设计时为
1.166<
/p>
MPa
，均不超过其容许应力。因此，非地震工况
下坝体边缘应力满足规要求。地震情况下，坝踵也无拉应力，坝趾处压应力为
1
.398
MPa
，没的超过容许应力，坝址处没有出现了主拉应
力，故可认为是安全
的。
坝体边缘应力手算与成果电算无太大出入，应力分析结果可靠。
release-当兵
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release-当兵
release-当兵
release-当兵
release-当兵
release-当兵
release-当兵
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