大工《水工建筑物课程研究》离线作业答案.docx

精品学习资源网络训练学院《水工建筑物课程设计》题目：水库混凝土重力坝设计学习中心：厦门陶行知专年学学业：水利水电工程级： 2021 年秋季号： 生：阮艺娟指导老师：欢迎下载精品学习资源1 工程基本资料1.1 气候特点依据当地气象局 50 年统计资料，多年平均最大风速 14 m/s，重现期为 50 年的年最大风速 23m/s，吹程：设计洪水位 2.6 km，校核洪水位 3.0 km ；最大冻土深度为 1.25m；河流结冰期平均为 150 天左右，最大冰厚 1.05m；1.2 工程地质与水文地质1.2.1 坝址地势地质条件（1） 左岸：掩盖层 2～3m，全风化带厚 3～5m，强风化加弱风化带厚 3m， 微风化厚 4m；（2） 河床：岩面较平整；冲积沙砾层厚约 0～1.5m，弱风化层厚 1m 左右， 微风化层厚 3～6m；坝址处河床岩面高程约在 38m 左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲才能强；（3） 右岸：掩盖层 3～5m，全风化带厚 5~7m，强风化带厚 1～ 3m，弱风化带厚 1～3m，微风化厚 1～4m；1.2.2 自然建筑材料粘土料、砂石料和石料在坝址上下游 2~3km 均可开采，储量足，质量好；粘土料各项指标均满意土坝防渗体土料质量技术要求；砂石料满意砼重力坝要求；1.2.3 水库水位及规模①死水位：初步确定死库容 0.30 亿 m3，死水位 51m；②正常蓄水位： 80.0m；注：本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力；表一状况坝底高程坝顶高程上游水位下游水位上游坡率下游坡率〔m〕〔m〕〔m〕〔m〕设计情形3184.982.5045.5001∶0.8校核情形3184.984.7246.4501∶0.8本设计仅分析基本组合 〔2〕及特别组合 〔1〕两种情形：基本组合 〔2〕为设计洪水位情形， 其荷载组合为： 自重+静水压力 +扬压力+泥沙欢迎下载精品学习资源压力+浪压力；特别组合 〔1〕为校核洪水位情形， 其荷载组合为： 自重+静水压力 +扬压力+泥沙压力+浪压力；欢迎下载精品学习资源2 设计及运算内容2.1 坝高运算据大坝特性表资料，坝高 H=坝顶高程 - 坝底高程 =84.90-31.00=53.90m, 为中坝；2.2 挡水坝段剖面设计2.2.1 坝顶构造设计坝顶宽度取 8%～10%坝高，且不小于 3m， 设计坝顶宽度取 4.80m； 坝顶上游设置防浪墙，墙身采纳与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，高度取1.35m〔 按设计洪水位运算 〕 ，宽度取 0.50m, 坝顶下游侧设拦杆；2.2.2 坝底宽度运算依据大坝特性表资料，坝底宽度 T=（ ）× 0.8=43.12m；2.2.3 坝体检查排水廊道、排水管幕设计为了便于检查、观测和排除坝体渗水，在坝体高程 65.00 处设一检查兼作排水用的廊道，廊道断面采纳城门洞形，宽度取 1.5m，高度取 2.5m，其上游侧至上游坝面的距离取 0.05 ～0.07 倍作用水头，且不小于 3m，设计取 4.00m；为了减小坝体的渗透压力，靠近上游坝面设置排水管幕，排水管幕至上游坝面的距离取 1/15 ～1/25 倍作用水头，且不小于 2m，设计取 3.00m，间距取 2.50m， 管径取 200mm，排水管幕做成铅直，与纵向排水检修廊道相通，渗入排水管的水可聚集到下层纵向廊道，排水管幕上端通至坝顶；2.2.4 坝基灌浆排水廊道设计坝基灌浆排水设置在上游坝踵处， 廊道上游侧距上游坝面的距离取 0.05 ～0.1 倍作用水头，且不小于 4～5m，设计取 4.0m，廊道断面采纳城门洞形， 宽度取 3.00m，高度取 3.50m，廊道上游侧设排水沟，下游侧设排水孔及扬压力观测孔，廊道底面距离基岩面不小于 1.5 倍廊道宽度，设计取 4.00m；为削减坝基渗漏，防止较大渗流对坝基产生渗透破坏，减小坝基底面的防渗扬压力，提高坝体的抗滑稳固性，在廊道上游侧布置一排帷幕灌浆，帷幕灌浆深33度取 0.05 ～0.07 倍作用水头， 帷幕灌浆深度设计取 20.00m；灌浆帷幕中心线距上游坝面 4.50m；帷幕灌浆必需在浇筑肯定厚度的坝体混凝土后进行， 灌浆压力表层不宜小于 1.0 ～1.5 倍坝前静水头， 取 60m*10KN/m=600KPa；在孔低不宜小于 2～ 3倍坝前静水头，取 130m*10KN/m=1300KPa；为了充分降低坝底扬压力和排除基岩渗水，在廊道下游侧布置一排排水孔幕，欢迎下载精品学习资源排水孔深度为帷幕灌浆深度的 0.4 ～ 0.6 倍，且坝高 50m以上的深度不小于 10m， 排水孔深度设计取 10.00m，孔距取 2.50m，孔径取 200mm，排水孔略向下游倾斜，与帷幕灌浆成 10°交角；排水孔中心线距帷幕中心线 2.00m；2.2.5 地基处理基岩开挖的边坡必需保持稳固，两岸岸坡尽量开挖成有足够宽度的台阶状， 以确保坝体的侧向稳固；对于靠近坝基面的缓倾角脆弱夹层，埋藏不深的溶洞、溶浊面应尽量挖除；开挖至距利用岩面 0.5 ～1.0m 时，应采纳手风钻钻孔，小药 量爆破，以免产生裂隙或增大裂隙； 遇到易风化的页岩、 黏土岩时，应留 0.2 ～ 0.3m 的爱护层，待浇筑混凝土前再挖除；坝基应清到比较坚硬完整的完整的岩面，基面平整、水平即可，地基开挖后，在浇筑混凝土前，必需完全清理、冲洗和修凿 ,风化、松动、脆弱破裂的岩块都要清除洁净，突出的尖角要打掉，光滑的岩面要凿毛，并用水冲洗洁净，基岩表面不得残留有泥土、石渣、油渍等其它污物，排除基岩面上全部积水，基坑内原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵；2.2.6 坝体材料分区(1) 上、下游最高水位以上坝体表层采纳 C15、W4、F100 厚 3.00m 的混凝土；(2) 下游水位变化区的坝体表层采纳 C15、W8、F200 厚 3.00m 的混凝土；(3) 上、下游最低水位以下坝体表层采纳 C20、W10、F100 厚 3.00m 的混凝土；(4) 坝体靠近基础的底部采纳 C20、W10、F200 厚 8.00m 的混凝土，满意强度要求；(5) 坝体内部采纳 C10、W2 低热混凝土；欢迎下载精品学习资源2.3 挡水坝段荷载运算本设计荷载仅分析基本组合 〔2〕 及特别组合 〔1〕 两种情形；3.1 荷载基本组合 〔2〕 为设计洪水位情形，其荷载组合为：自重 +静水压力+扬压力 +泥沙压力 +浪压力；4.8欢迎下载精品学习资源设计 82.72Pw78.90欢迎下载精品学习资源W11HP2 死水位 51.001:0.8W2欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源PS131.00设计 45.50QPS3H2P2PS2欢迎下载精品学习资源43.126.502HU1 r wU3 U2wH1 Hrr wa U4设计洪水位坝体尺寸与荷载（m）(1) 自重；坝体断面分为一个三角形和一个矩形分别运算，混凝土容重采纳24KN/m 3，因廊道尺寸较小，运算自重时不考虑；(2) 静水压力；静水压力包括上下游的水平水压力和下游斜坡上的垂直水压力； 〔3〕扬压力；坝踵处的扬压力强度为 γω H1，排水孔线上为 γω H2+ γω △H，坝址处为 γωH2，其间均以直线连接，扬压力折减系数 =0.25；(4) 泥沙压力；大坝迎水面前泥沙的淤积高度运算至死水位 51m，大坝迎水面前泥沙的淤积高度 hs=51.0-31.0=20.0m，水平泥沙压力在垂直方向上呈三角形分布，泥沙干重度 γsd 取 13.5KN/m 3，孔隙率 n 取 0.42，内摩擦角 φs 取 18°，泥沙的浮重度γsb=γsd-〔1-n〕 γω=13.5-〔1-0.42〕×10=7.7 KN/m 3；单位长度大坝迎水面上的欢迎下载精品学习资源22水平泥沙压力值按公式 Psk=1/2γ sbhs tan （45°- φs/2）；坝址处河床岩面高程约在 38m 左右，大坝背水面前泥沙的淤积高度 hs=38.00-31.00=7.00m，除运算水平泥沙压力外仍应运算竖直泥沙压力，其值按泥沙浮重度与泥沙体积的乘积求得；(5) 浪压力；运算风速取重现期为 50年的年最大风速 23m/s，风区长度取 2600m，2 〔1/6〕 2 〔1/3〕 2 2 〔1/2〕按鹤地水库试验公式 gh2%/v0 =0.00625v0 〔gD/v 0 〕 和 gLm/v0 =0.0386〔gD/v0 〕运算得累积频率为 2%的波高 h2%=2.07m，平均波长 Lm=14.45m，经查表求得h1%=2.25m；使波浪破裂的临界水 Hcr =Lm/〔4 π〕ln[〔L m+2πh1%〕/〔L m-2 πh1%〕]=5.19m；由于坝前水深 H=82.50-31.00=51.50m ，H＞Hcr 和 H＞ Lm/2，发生深水波，单位长度大坝迎水面上的浪压力值按公式 Pwk=1/4γω Lm〔h1%+hz〕运算；波浪中心至运算静水位的高度 hz=πh 2/Lmcth〔 πH/Lm〕=1.10m；1%防浪墙顶高程为： 82.50+ h1%+hz+hc=82.5+2.25+1.10+0.40=86.25m ；上述荷载运算见运算表；重 力 坝 基 本 荷 载 组 合 计 算 表欢迎下载精品学习资源荷 载 计 算 式垂直力 〔kN〕 水平力 〔kN〕对坝底截面形心力臂 〔m〕力矩 〔kN.m〕欢迎下载精品学习资源↑ ↓ → ← ↙ + ↘-W1 4.8*53.9*24 6209 21.56-2.4=19.16 118964自重W2 1/2*47.9*38.32*24 22026 2/3*38.32-21.56=3.99 878842P1 1/2*51.5 *10 13261 1/3*51.5=17.17 2276912水压力 P2 1/2*14.5 *10 1051 1/3*14.5=4.83 5076Q21/2*0.8*14.5 *1084121.56-1/3*0.8*14.5=17.6914877u114.5*43.12*106252000u21/2*36.62*0.25*37*1016942/3*36.62-21.56=2.854828扬压力u30.25*37*6.5*1060121.56-1/2*6.5=18.3111004u41/2〔1-0.25〕*37*6.5*1090221.56-1/3*6.5=19.。