土木工程坝址一混凝土重力坝设计本科毕业论文.doc
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1、郑州大学毕业设计(论文)题 目:焦作市孤山湖水库坝址一混凝土重力坝设计指导教师: xxxx 职称: xxxx 学生姓名: xxxx 学号: xxxxx 专 业: 水利水电工程 院(系): 水利与环境学院 完成时间: xxxxxxx 2010年 x 月 x 日目录摘 要1Abstract2前 言3第一章 设计基本资料41.1工程概况41.2、基本资料51.2.1地质资料51.2.1.1 区域地质51.2.1.2 地形地貌51.2.1.3 物理地质现象61.2.1.4 水文地质条件61.2.1.5 岩土物理力学性质61.2.2 水文资料71.2.2.1气象71.2.2.2 洪水71.2.2.3 泥
2、沙81.2.2.4 水库死水位确定91.2.2.5 水库正常蓄水位及其库容确定91.2.3 其它资料9第二章 枢纽布置112.1工程等级和设计标准112.1.1 工程等级及建筑物级别112.1.2 工程洪水标准112.2枢纽总体布置122.2.1 坝型的选择122.2.2 枢纽布置方案比较13第三章 非溢流坝段设计143.1、坝顶高程的确定143.2 坝顶宽度的确定153.3 坝坡的拟定153.4坝基的防渗与排水设施拟定153.5荷载组合及其计算163.5.1 设计情况163.5.2 校核情况193.5.3 地震情况233.6应力分析263.6.1 设计情况273.6.2校核情况293.6.3
3、 地震情况29第四章 溢流坝段设计314.1泄水方式的选择314.2堰顶高程确定314.3定型设计水头的确定314.4、溢流坝段剖面设计314.4.1 堰顶圆弧曲线及WES曲线的确定324.4.2 溢流坝段消能防冲设计334.5 溢流坝段抗滑稳定验算以及应力分析354.6发电输水洞和泄洪排沙洞设计394.6.1 发电输水洞设计(有压孔)394.6.2 排沙孔设计39第五章 细部构造415.1坝顶构造415.1.1非溢流坝段415.1.2溢流坝段415.2 温控措施425.3坝体分缝及止水425.3.1 坝体分缝425.3.2止水425.4廊道系统435.5坝体防渗排水435.6.坝体材料分区4
4、35.7 地基处理445.7.1 地基开挖与清理445.7.2 坝基的帷幕灌浆445.7.3 坝基的固结灌浆455.7.4 软弱带处理45第六章.安全检测设计466.1渗流观测466.1.1 扬压力观测466.1.2 渗水量观测466.1.3 绕坝渗流观测466.2外部变形观测466.2.1 水平位移观测466.2.2 坝体绕度观测466.2.3 基础变形观测466.3大坝内部观测46致谢47参考文献48附件一:中英文专题翻译49附件二:图纸584摘 要孤山湖水库是一座综合利用的小型水利工程,其开发主要任务是城市供水,兼顾发电、旅游、防洪及发展水产养殖。本次设计为混凝土重力坝设计,设计内容主要
5、包括挡水建筑物即挡水坝的 设计和泄水建筑物即溢流坝的设计。 枢纽按五十年一遇洪水设计,五百年一遇洪水校核。水库正常蓄水位401米,设计洪水位406.78米,校核洪水位409.11米。电站装机2台320千瓦,总装机640千瓦。 设计的准备工作有基本资料分析、坝址选择。挡水坝设计包括剖面基本尺寸的拟订、抗剪断稳定分析和应力分析;溢流坝设计包括剖面拟定、泄流能力验 算、消能水力计算、稳定分析和应力分析。后期工作有细部构造及地基处理。关键词: 混凝土重力坝、应力分析、稳定分析AbstractGuShan lake reservoir is a comprehensive utilizing small
6、 water conservancy projection, the main developing of urban is water supply, both power and tourism, the flood control and development of aquaculture.The design of the concrete gravity dam hub design, Design features include retaining that building the dam design and discharge structures that spillw
7、ay design.Water project plan is designed according to meeting flood design once in fifty years, and meet flood check once in five hundred years. The normal water level of the project is 401m, the design flood level is 406.78m, and the check flood level is 409.11m.The total volume of the power genera
8、tion units is 640KW.Design of a basic preparations for the analysis of the information, Pa-choice and the general layout. Dam design includes profiles basic dimensions in the formulation, stability-cut analysis and stress analysis; spillway design includes profiles drawn up, checking discharge capac
9、ity, hydraulic calculation of energy dissipation, stability analysis and stress analysis. Late work detailing and ground treatment, and the main engineering calculations. Keyword: concrete gravity dam stress analysis stability analysis前 言毕业设计是各工科高校为大学生安排的最后一次全面性、总结性的教学实践环节,既是学生 在教师指导下运用所学知识和技能,解决具体问
10、题的一次尝试,也是学生走向工作岗位前的一 次实战演习。 本次设计的目的是:参加毕业设计的同学,首先应熟悉本枢纽的基本资料,明确设计任务。 要严肃认真地对待设计工作,树立正确的设计思想和观点,设计中应实事求是,刻苦钻研,勇 于探索、创新,并应注意贯彻党的建设方针和政策。要认真总结、运用几年来所学的理论知识及专 业知识,结合毕业设计的任务进行思考、分析应用。在设计中注意培养与提高独立思考与独立工 作的能力,并加强计算、绘图、编写设计文件,使用规范、手册能力的培养。设计中既应遵循技术 规范,亦应尽量采用国内、外成熟的先进技术与经验,出色地、创造性地按期完成设计任务。本次 设计的范围:本次设计是依据有
11、关规范主要进行混凝土重力坝及相关部分的设计。 本次设计我的题目为焦作孤山湖水库坝址一混凝土重力坝方案,基本要求是先熟悉基本 资料,通过坝址选择和枢纽布置,来设计主要建筑物 (挡水坝、溢流坝),最后设计细部构造。通过本次设计,提高了我的动手能力,加强了我的整体思维能力,推进了理论联系实际的 实用能力,贯穿我们四年所学知识的综和利用能力。使之了解相关的水利水电建筑工程的知识: 水位及工程地质在实际工程中的应用;重点掌握坝址的选择、枢纽的布置,尤其是水工部分的挡 水坝、溢流坝的设计及应力计算。在这次设计中对于所遇到的问题 主要应用所学的知识加以解决,辅以指导老师的耐心、细致的解答,同时查阅资料以及参
12、考以建 工程的资料等。 焦作孤山湖水库坝址一混凝土重力坝的毕业设计使我掌握了水利水电学科的基本理论和基本 知识,了解对于水利水电建筑工程师的基本素质和实际工作能力的要求,对于今后成为高级的 应用型人才打下了良好的基础。第一章 设计基本资料1.1工程概况为了进一步开发建设峰林峡旅游风景区,焦作市群英湖水库管理处拟在大沙河上修建一小型水库孤山湖,以营造景区观光旅游景点,同时进行城市供水、发电等,特委托郑州大学进行孤山湖水库枢纽工程可行性研究。拟建孤山湖水库位于焦作市北部山区,距焦作市约18km。坝址位于群英水库大坝下游约6.5km处。行政位置隶属焦作市中站区龙洞乡。库间控制流域面积66.9km2。
13、水库下游的焦作市是我国主要的煤炭基地和晋东南能源南下的重要门户,焦作现已发展成为一个以能源、化工、冶金、建材工业为主,机械、轻纺、食品等综合性的新兴工业城市。孤山湖水库是一座综合利用的小型水利工程,其开发主要任务是城市供水,兼顾发电、旅游、防洪及发展水产养殖。焦作市位于河南省西北部,地处太行山南麓,座落在山前坡地和平原交接地带。城区位于北纬34483530,东经1120211302,北依太行山,南接武陟,东邻修武,西靠博爱,总面积4072km2。按焦作市城市总体规划,为加快城市现代化进程,提升整个城市的功能,规划扩大中心城区的规模,新建高新经济技术开发区和中铝工业区,形成一市辖六区(解放区、山
14、阳区、中站区、马村区、高新区和中铝工业区)的基本格局,到2020年,规划城区面积将达到424平方公里,人口达到150万人。根据2003年焦作市人民政府关于全面建设小康社会的规划纲要,到2015年人均GDP超过3000美元,到2020年人均GDP达到4300美元。根据焦作市中心城总体规划,焦作市的定位是以能源、化工、冶金、建材、旅游业为主的区域性中心城市。其总体发展战略是:逐步将焦作市建设成为联系东西、贯穿南北的交通枢纽城市,功能齐全、设施先进、产业结构合理的现代化工业城市,生态平衡、环境优美的园林式城市。要想达到上述目的,水自然成为焦作未来发展的关键所在。随着经济的发展和城市化人口的增加,对水
15、的需求量越来越大,水已成为经济社会发展的瓶颈。焦作是全国缺水城市之一,年平均降雨量641.7mm,主要集中在7-9月份;由于降雨时间的分布不均,缺水已经影响到焦作市经济社会发展。目前,城市大量超采地下水,在城区周围形成地下水漏斗。兴建孤山湖水库,每年可向焦作市区供水12472462万m3(供水保证率为75%),大大缓解了用水矛盾。因此,为满足城市供水,兼顾发电、旅游等,建设孤山湖水库工程不仅完全必要而且非常紧迫。为了做好孤山湖水库的前期准备工作,2006年焦作市水利局组织河南省有关专家对孤山湖水库库区进行了多次考查,在大沙河上拟选了坝址一、坝址二、坝址三共三处坝址。1.2、基本资料1.2.1地
16、质资料1.2.1.1 区域地质拟建库区位于山西台隆向华北平原的过渡地带,伴随着山西地台的强烈上升和平原的剧烈下降运动,地形切割强烈。库区一带表现为典型的中山特征。本区出露地层主要为一套浅海相沉积岩系,岩性主要为寒武系厚层,巨厚层状白云岩、灰质白云岩,奥陶系中厚层、厚层状灰岩夹泥质灰岩,局部残留石炭系铁铝质粘土岩、页岩和灰岩。新生代以来,受加里东运动影响,出现强烈的造山运动,产生新华夏经向构造体系与秦岭纬向构造体系两大一级构造体系,受该两大体系的共同作用和控制,产生晋东南“山”字型二级构造体系。库区即位于该“山”字型构造东翼之反射弧部位。区内构造形迹多以东西向或北东向高角度正断层为主。伴随着断裂
17、的产生,区内断层破碎带、网状节理、裂隙、溶洞、溶孔广泛发育。晚第三纪至第四纪以后,伴随着喜玛拉雅运动的发生,区内差异升降运动加剧,以河谷阶地形态分析,该区新构造运动仍表现为较强烈的上升运动。焦作处在河北平原地震带、汾渭地震带、河淮地震带三个地震带的交汇部位。焦作历史上地震虽不强烈,但从整体地震构造上看,具备发生中强地震的构造背景。近几年来,与焦作相邻的河北平原地震带和汾渭地震带,地震比较活跃,特别是河北平原地震带相继发生了几次中强地震,焦作及附近地区未来的地震活动受到人们的密切关注。1978年第二次全国抗震工作会议将焦作确定为全国重点抗震城市,地震基本烈度为7度。本区从地震地质背景和地震活动特
18、征来看,都具有发生中强地震活动的危险性。根据2001年国家质量技术监督局发布的中国地震动参数区划图(1:400万)(GB183062001),水库区地震动峰值加速度为0.10g,相应地震基本烈度为VII度,地震动反应谱特征周期为0.40S。1.2.1.2 地形地貌孤山湖水库坝址位于孤山村北约1.5km处,大沙河近南北走向,在坝址区下游向东延伸呈一S型弯曲。两岸支沟不发育,仅在小滚水坝左岸有一较大支沟,宽2540m,走向北东,入口处与大沙河近直交。大沙河两岸均为高大雄厚山体,山顶高程450578m,两岸岸坡坡度均在50以上,且多处近直立。河底高程为340348m,河床比降1/1001.5/100
19、,河谷呈狭窄的U型,二、三坝址间河底宽4080m。两岸阶地不发育,仅零星残留有二级阶地,二级阶地由上更新统(Q3)冲洪积物组成,零星分布于坝址区左右岸缓坡上,分布高程为350390m,高出现代河床2040m。左岸局部有崩积物,河床中漫滩有冲洪积物覆盖,由全新统(Q4)冲洪积物组成。1.2.1.3 物理地质现象坝址区两岸岸坡陡峻,沟谷两侧岩石裸露,风化轻微,在大沙河左岸局部有小范围崩塌体及不稳定体。如在小滚水坝下游左岸有孤立的危岩体,坡脚有脱落的崩塌体,但规模均不大。另外,坝址区地层主要为碳酸盐岩,右岸支沟中见有沿裂隙、小断层局部形成小的溶蚀洞穴,深度一般小于2m,连通性差。1.2.1.4 水文
20、地质条件坝址区地下水可划分为基岩裂隙水、第四系松散层孔隙水两大类。基岩裂隙水岩性主要为鲕粒白云质灰岩、灰质白云岩、薄层状泥质条带灰岩。地下水主要沿断层破碎带和裂隙密集带发育。据51组压水试验,坝基岩体透水率q为0.0514.4Lu,其中中等透水1组,占2%;弱透水42组,占82.4%;微-极微透水8组,占15.6%。坝基岩体以弱-极微透水性为主。第四系松散岩类孔隙水由粘性土、卵石层及漂石层组成,地下水属孔隙潜水型。卵石层及漂石层主要分布于河床内,为主要含水层。地下水主要由地表水和地下径流补给,据经验,其渗透系数K=200500m/d,属强透水。坝址区地下水类型虽有不同,但二者联系密切,坝址区地
21、下水化学类型为HCO3-CaMg型水。矿化度0.227g/l,均属淡水。pH值8.17,属弱碱性水。总硬度12.4H,属微硬水。根据水质分析结果,按水利水电工程地质勘察规范(GB50287-99)附录G评价,坝址区地下水对混凝土无腐蚀性。1.2.1.5 岩土物理力学性质表1 坝址岩土体物理力学参数建议值 项目岩性块体密度g/cm3弹性模量GPa泊松比岩体抗剪断强度砼与岩体抗剪断强度岩体抗剪强度允许承载力fc(MPa)fc(MPa)fMPa弱风化白云质灰岩2.7580.241.11.01.00.90.657微风化白云质灰岩2.8100.231.31.61.21.20.709备注:坝基与卵石摩擦系
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