重力坝剖面的优化设计

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1、一、基本资料某河流域形状狭长，两岸为陡峻山体，河流水量较丰富，河道坡陡流急。拟建枢纽工程担负着发电、防洪、灌溉、航运等任务。1、地质勘查基本资料河床可利用基岩高程为28.00m，坝体混凝土与基岩之间摩擦系数为0.63，抗剪强度系数为0.95；抗剪断凝聚力为0.9MPa。2、气象资料本地区春秋雨量丰沛，冬季雨量较少；夏季常有暴雨，集中出现在六、七、八月，强度较大。相应洪水季节50年重现期最大风速的多年平均值为16.8m/s，相应设计洪水位时吹程1.9km，相应校核洪水位时吹程2.1km。3、经水文、水利调洪演算确定：死水位92.00m；设计洪水位115.00m，相应的

2、库容为27.6亿m3，相应下游水位45.50m，通过河床式溢洪道下泄流量5850.53m3/s；校核洪水位118.82m，相应下游水位48.67m，通过河床式溢洪道下泄流量6752.33m3/s；库底淤沙高程44.52m，淤沙浮容重=8.71KN/m3。4、相关的坝体初步设计基本资料枢纽的主体工程由非溢流坝段、溢流坝段、泄水底孔坝段、船闸组成，采用左岸修建地下电站厂房。非溢流坝段：各坝段长20m；溢流坝段全长60m，分3个坝段，每段长20m，共分3孔。二、非溢流重力坝剖面设计2.1非溢流坝段剖面设计原则重力坝剖面设计原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝的安全；②工

3、程量要小；③运用方便；④便于施工。非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。基本断面上部设坝顶结构。根据交通和运行管理的需要，坝顶应有足够的宽度。为防波浪漫过坝顶，在静水位以上还应留有一定的超高。拟定基本剖面，再根据运用及其他要求，将基本剖面修改成为实用剖面，最后对实用剖面在全部荷载作用下进行应力分析和稳定验算，经过反复修改和计算，确定合理的坝体剖面。2.1.1确定基本设计参数重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水压力（水位与坝顶平齐）和扬压力三项主要荷载作用下，满足强度和稳定性要求，使工程量最小的三角形剖面。在已知坝高H，水压力P、抗剪强度参数f、c和扬压力

4、U的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。2.1.2坝顶高程的计算坝坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙高程，应高于波浪顶高程。坝顶高程=设计/校核洪水位+安全超高，选用其中较大者。安全超高：(2-1)式中：——坝顶超高，即防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差m；——累计频率为1%的波浪高度，m；——波浪中心线高于静水位的高度，m；——安全加高，取值按表2-1.表2-1安全超高（m）荷载组合（运用情况）坝的级别1234、5基本组合（正常情况）0.70.50.40.3特殊组合（校核情况）0.50.40.30.2（1）设计水位工况根据

5、基本资料，相应洪水季节50年重现期最大风速的多年平均值为16.8m/s，相应吹程1.9km，坝前水位=115-28=87(m)由于本工程为内陆峡谷水库，根据《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005,采用官厅公式计算波高和波长。(2-2)(2-3)其中，—为平均波长查《混凝土重力坝设计规范》表B.6.3-1得：(2-4)波浪中心线至计算水位的高度:(2-5)此时，坝顶高程=115+0.32+0.5+0.87=116.69m（2）校核水位情况相应洪水季节50年重现期最大风速的多年平均值为16.8m/s，相应吹程2.1km，坝前水位为118.82-28=90.82（m

6、）根据《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005,(2-6)(2-7)—为平均波长查《混凝土重力坝设计规范》表B.6.3-1得：波浪中心线至计算水位的高度:(2-8)此时，坝顶高程=118.82+0.32+0.5+0.91=120.55m两者相比较，取坝顶高程为122m。表2-2累积频率为P（%）的波高与平均波高的比值2.1.2坝顶宽度的确定根据《重力坝设计规范》考虑设备布置、运行、检修、施工交通等要求混凝土，坝顶宽度一般为取9m2.1.3坝底宽度的确定根据工程经验，底宽一般为坝高的0.7～0.9倍，初步设计取坝底宽度为70m左右。2.1.4上下游坝坡率的确定根据

7、工程经验一般情况下，上游坝坡坡率n=0～0.2，常做成铅直或上部铅直下部倾向上游；下游坝坡坡率m=0.6～0.8；参考已建成工程的经验在本工程中可取上游坝坡坡率为n=0.1，下游坝坡坡率为m=0.7。由剖面设计软件计算出最优剖面。廊道的确定在此工程设计中，采用简单的单层廊道，根据根据SL319—2005《混凝土重力坝设计规范》知基础灌浆廊道宽度为2.5～3.0m，高度取3.0～3.5m。廊道的上游壁距离上游坝面的最小距离为该处坝面水头的0.05～0.1倍，并且不小于3.0m。廊道的断面应根据其用途决定，同一类型廊道尽量采用定性断面。本工程廊道采用城门洞形，断面尺