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5.拱坝的稳定分析……………………………………………(48)
5.1.稳定计算原理………………………………………(50)
5.2.稳定验算……………………………………………(53)
5.2.1.工况一:
(正常蓄水位+温升)………………(54)
5.2.1.1坝肩局部稳定验算………………………(54)
5.2.1.2左岸整体稳定验算………………………(56)
5.2.2.工况二:
(校核洪水位+温升)………………(56)
5.2.2.1坝肩局部稳定验算………………………(57)
5.2.2.2左岸整体稳定验算………………………(59)
第六章泄水建筑物…………………………………(59)
1.泄水建筑物的形式尺寸…………………………………(59)
2.泄水建筑物的布置………………………………………(60)
2.1.坝身泄水孔的布置…………………………………(60)
2.2.泄槽设计计算………………………………………(60)
2.3.泄水隧洞的布置……………………………………(61)
第七章坝体细部构造及地基处理………………….(62)
1.坝体构造与细部结构设计………………………………(62)
1.1.坝体与坝面…………………………………………(62)
1.2.坝体分缝……………………………………………(63)
1.3.坝内廊道……………………………………………(63)
1.4.坝后工作桥…………………………………………(64)
2.地基处理…………………………………………………(64)
2.1坝基处理的基本要求………………………………(64)
2.2地基的处理和开挖…………………………………(64)
2.3.坝基灌浆……………………………………………(65)
2.3.1固结灌浆………………………………………(65)
2.3.2.帷幕灌浆………………………………………(66)
2.4.坝基排水……………………………………………(66)
设计专题:
拱坝的稳定性分析……………………(68)
附录:
外文文献及翻译………………………………(77)
参考文献……………………………………………..(89)
结语……………………………………………………(90)
-91-
共91页
第一章工程概况
西南某河是南方河流中少有的多沙河流,为减少水库泥沙淤积量,通过设置底孔泄流排沙就可使水库基本处于冲刷状态,满足排沙要求,可使水库进出库泥沙保持平衡或略有冲刷。
流域干流国内部分全长692km,落差2510m,流域面积34629km2。
沿河多急滩,但无集中落差,河谷断面为“U”型和“V”型,水面宽多为60m~100m,河道狭窄,漫滩很少,岸坡30°
~70°
成库库容较小。
流域总的地势自西北向东南倾斜,绝大部份属山区或半山区地势,平坝面积不足5%。
河谷深切,分水岭高程一般在2000m~3000m之间,河流最低水面高程约70米。
洞门山水电站工程位于西南某河干流中下游。
坝址处属炎热气候区,受河谷地带干热焚风的影响,气候干燥炎热,常年不结冰。
多年平均年气温20℃~21℃,极端最高气温42.3℃,极端最低气温2.8℃,历年有霜日为0.7d,平均日照时数为2284h;
降水地区分布的一般趋势为上游小、下游大,年际间变化不大,但年内分配不均,一般集中在5月~10月,占全年的85%左右;
该区域多年平均蒸发量在2731mm~1565.9mm(φ20cm蒸发皿),相对湿度为68%~85%,多年平均风速2.8m/s~3.3m/s,年最多风向为C、ESE、SW,相应发生频率为37、21、21%,历年最大风速为20m/s(ESE、SSW)。
洞门山电站为径流式日调节电站,可改善库区水环境质量。
电站运用不改变径流的年际年内过程,不会恶化下游水环境。
坝址处地震基本烈度Ⅶ度,水库区蓄水后无永久性渗漏问题,选定的下坝址坝基岩可以适应重力坝、拱坝及当地材料坝等各种坝型,天然建筑材料丰富,储量、质量基本满足要求。
从地质的角度没有影响工程建设的制约因素。
确定西南某河干流梯级综合规划的方针是以水电为先导,兼顾防洪、航运、灌溉和供水,因地制宜、综合规划;
提出洞门山梯级的任务为以发电为主,远期兼顾防洪,为发展供水、航运创造条件。
根据洞门山水电站开发任务以发电为主,远期兼顾供水和航运等。
洞门山水库根据《防洪标准GB50201-94》、《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180—2003),工程等别属Ⅱ等,工程规模为大(Ⅱ)型工程,永久性主要建筑物级别为2级,永久性次要建筑物为3级。
发电进水口、放空排沙底孔进水口、溢洪道进水口洪水标准与大坝标准一致,发电厂房按100年一遇洪水设计,200年一遇洪水校核。
洞门山水库无防洪任务,当上游来量小于或等于水库正常蓄水位的泄流能力时,水库按来水量下泄,水库水位维持在正常蓄水位;
当上游来量大于水库正常蓄水位的泄流能力时,让洪水自由下泄。
总体来看,洞门山水电站的建设,抓住国家实施“西部大开发”的历史机遇,以“西电东送”为突破口,把电力培植成仅次于烟草、有色金属之后的第三大支柱产业,拉动地方经济增长,改变地方能源结构,“以电代薪”,促进水土保持和生态建设,拉动工程建设所在地的经济发展,实施可持续发展战略有着重要的意义,工程建设是十分必要的。
第二章设计基本资料及水库工程特性
1.设计基本资料
1.1.气象与水文资料
1.1.1.气象资料
多年平均年气温20℃~21℃;
极端最高气温42.3℃;
极端最低气温2.8℃;
该区年平均降水量700mm~1200mm,降水一般集中在5月~10月,占全年降水量的85%,其中7、8月集中全年降水量的40%~50%;
流域多年平均蒸发量在2731mm~1565.9mm(φ20cm蒸发皿);
相对湿度为68%~85%;
多年平均风速2.8m/s~3.3m/s;
年最多风向为C、ESE、SW,相应发生频率为37、21、21%;
历年最大平均风速为17m/s;
历年最大风速为20m/s(ESE、SSW)。
1.1.2.水文资料
径流年内分配极不均匀,每年6月~11月为汛期,径流量占年径流量的80%以上,12月~翌年5月为枯水期,径流量不足年径流量的20%,其中尤以3月~4月份最枯,径流量不足年径流量的4%。
附近A站最丰水年年平均流量为315m3/s,最枯水年年平均流量为89.2m3/s,丰枯水年径流比3.53倍;
附近B站最丰水年年平均流量为507m3/s(1971年6月~1972年5月),最枯水年年平均流量为180m3/s(1980年6月~1981年5月),丰枯水年径流比2.82倍。
西南某河洞门山坝址径流及设计洪水成果见下表。
表1-1洞门山坝址径流成果表单位:
m3/s
项目
均值
各级频率设计值
5%
10%
20%
50%
75%
80%
90%
95%
年径流
261
397
362
322
254
207
197
170
150
枯水径流
99.2
149
136
121
96.5
79.4
75.5
66.0
58.5
表1-2坝址设计代表年径流年内分配成果表
频率
设计代表年径流年内分配
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
1月
2月
3月
4月
5月
270
578
842
695
416
715
263
162
101
78.1
78.0
127
25%
353
368
983
494
462
335
220
117
71.5
52.1
82.5
277
527
618
510
325
198
168
133
97.3
62.0
57.7
60.1
372
348
423
359
192
307
165
100
79.3
44.4
29.0
501
309
187
115
67.2
74.1
49.8
51.4
52.5
表1-3洞门山坝址设计洪水成果表
站名
单位
各级频率p(%)设计值
0.05
0.1
0.2
0.5
1
2
3.33
5
洞门山坝址
Qm
(m3/s)
16100
14500
12800
10600
8990
7440
6320
5470
W1d
(108m3)
9.83
8.91
8.00
6.77
5.87
4.97
4.31
3.81
W3d
23.7
21.5
19.4
16.4
14.4
12.3
10.7
9.55
W7d
39.4
35.9
32.5
27.9
24.5
21.0
18.6
16.5
表1-4分期设计洪水洪峰成果表
(坝址)
分期
各级频率P(%)设计值(m3/s)
10
20
50
3个月(2月~4月)
487
371
272
4个月(1月~4月)
518
414
317
206
5个月(1月~5月)
1210
946
708
366
6个月(12月~翌年5月)
1490
1200
896
440
7个月(12月~翌年6月)
2370
1770
1310
843
1.1.3.泥沙资料
西南某河为多沙性河流,流域内植被破坏较严重,水土流失现象较为普遍。
泥沙年际年内变化较大,有90%以上的泥沙集中于汛期。
坝址处多年平均悬移质输沙量4080万吨,多年平均含沙量5.35kg/m3,最大年平均悬移质含沙量11.8kg/m3(1986年),最小年平均悬移质含沙量2.75kg/m3(1980年)。
推移质输沙量按悬移质输沙量的7%计,为286万吨,则洞门山坝址多年平均输沙总量为4370万t。
表1-5洞门山坝址泥沙特征值统计表(1973年~2003年系列)
集水
面积(km2)
多年平均流量
多年平均年悬移质输沙量
(万t)
多年平均年推移质输沙量
多年平均悬移质含沙量
(kg/m3)
最大年平均悬移质含沙量
最小年平均
悬移质含沙量
含沙量
年份
28875
265
(242)
4240
(4080)
63.6
(286)
5.08
(5.35)
11.8
1986
2.75
1980
1.2.主要地质资料及参数
1.2.1.设计采用地质资料及参数
坝区N14a(Ⅰ线)岩组泥岩碎屑较多或泥岩碎屑为主,以钙泥质胶结为主,岩石强度较低:
弱风化砾岩、砂砾岩单轴湿抗压强度Rb=18.7~25.0MPa,=21.8MPa,软化系数0.62~0.81,平均0.68,属软岩。
N14b(Ⅲ线)以灰岩碎屑为主,以钙质胶结为主,岩石强度较高:
弱风化上部(180m高程以上)单轴湿抗压强度Rb=25.7~39.1MPa,=31.5MPa,软化系数0.44~0.60,平均0.52,属偏软的中硬岩;
(180m高程以下)弱风化下部~微风化带岩石单轴湿抗压强度Rb=37.8~80.9MPa,=56.7MPa,软化系数0.54~0.92,平均0.72,属偏硬的中硬岩。
N15灰岩角砾岩弱风化带岩石Rb=49.6MPa,软化系数0.50~0.93,平均0.71,为中硬岩,微风化带岩石Rb=62.4MPa,软化系数0.74,为坚硬岩。
设计中采用的其他地质资料及参数见表1-6、表1-7、表1-8:
表1-6坝址岩层风化深度
位置
覆盖层(m)
弱风
化顶板埋深(m)
相对隔水层埋深(m)
河床
厚小于30m
高程约191.0m左右
埋深小于30m
顶板高程高于184.0m
坝基弱风化岩体透水率普遍较大,在本阶段70~120m勘探深度范围内,未发现较连续分布的相对隔水层(q≤3Lu)
左岸
存在第四系松散堆积层,为残坡积、崩塌堆积和人工堆积,厚度不大
两岸坝头石场范围弱风化出露
右岸
表1-7岩体渗透性能特征表
地层岩性
砂砾岩夹砾岩()
灰岩角砾岩()
位置
分布高程(m)
178.28~208.96
174.30~135.49
166.0~216.46
238.14~270.25
238.14~252.07
以上
以下
透水率(Lu)
11~190局部225~300
0.57~10
11~81局部100~340
0.57~8.0
15~103局部110~290
1.5~8.0
13~155
0.89~10
5.3~40.0
10.9~166局部129~416
1.73~10
表1-8枢纽建筑物岩体力学参数建议值表
岩石
名称
风化程度
抗剪断(砼/岩)
抗剪断(岩/岩)
承载力
变形模量
坝基岩体质量分级
f’
c’(MPa)
[R](MPa)
E0
(Gpa)
灰岩角砾岩(N15)
弱风化
0.90
0.75
0.9
0.8
3.5~4
6.0~7.0
Ⅲ
微风化
1.1
1.0
4.5~5
7~9
Ⅱ
砂砾岩夹砾岩(N14b)
弱风化上部
0.75~ 0.85
0.4~0.45
0.65~0.70
0.35~0.40
1.5~2
1.5~2.0
Ⅳ
弱风化下部~
0.85
2~2.5
4
备注:
砂砾岩夹砾岩(N14b)弱风化上部深挖至185m高程以下取高值,以上取低值。
续表
岩石类别
密度
(g/cm3)
允许
承力(MPa)
软化系数
变形
模量(MPa)
抗剪(断)强度
岩石/岩石
岩石/混凝土
f1
c1(MPa)
f
C(MPa)
弱风化花岗岩
2.66
2.0
0.80
6×
103
0.9~
0.7~
0.8~
0.5~
0.7
0.6~
0.65
/
强风化花岗岩
0.6
3×
引水隧洞洞身主要在弱微透水的弱风化岩体内通过,未发现大的断层发育,多属Ⅱ~Ⅲ类围岩。
Ⅱ类围岩:
取f=5~6,K0=4000~5000MN/m3;
Ⅲ类围岩:
取f=4~5,K0=3000~4000MN/m3;
续表土料物理力学性质指标
防渗土料
强风化料
河床砂砾石
石渣
干密度
g/cm3
1.70
1.79
1.66
1.80
天然含水量
%
15.4
2.23
13.25
最优含水量
15.9
12.1
孔隙比e
0.72
孔隙率n
41.86
39.39
41.18
湿容重
1.96
1.83
1.88
饱和容量
2.12
2.18
2.08
2.21
浮容重
1.12
1.18
1.08
1.21
渗透系数k
大值平均
cm/s
4.25×
10-5
1.3×
10-4
10-2
1×
10-3
小值平均
2.83×
10-6
总应力
强度
φu
°
27.7
Cu
kPa
53.5
75.0
φcu
17.6
33.1
Ccu
26.3
11.0
有效应
力强度
φ’cu
21.9
40.4
C’cu
14.0
续表渗流分析计算参数
项目
渗透系数K(cm/s)
备注
10-5
大值平均值
10-6
小值平均值
坝壳料
10-4
河床砂砾石及砂填料
10-2
排水反滤层
5×
10-3
排水棱体
砼防渗墙
10-9
帷幕
10-8
基岩
石渣及戗堤
有土砂混合
续表溢洪道地基的物理力学指标
允许承载力(kpa)
岩石/混凝土摩擦系数f
2000
600
1.2.2.永久开挖边坡建议值
岩土永久开挖边坡建议值见表1
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