淤地坝设计说明书.doc

一、已知基本资料1.流域沟道坝址地形图一张（1/1000）；2.坝址以上集水面积5km2;3.经勘测计算，求得坝高H与库容V、淤地面积A的关系见图；4.流域年侵蚀模数K=10000t/km2,20年一遇设计洪水流量Q20=105m3/s，洪水总量W洪＝10万m3，200年一遇设计洪水流量Q200=180m3/s，洪水总量W洪＝17万m3；5.沟道无常流水；6.坝址附近有充足的筑坝土料，土壤内摩擦角φ＝20°，内聚力c=0.8t/m27.放水洞设计流量Q=0.5m3/s二、设计任务、要求1.掌握中小型淤地坝设计方法、步骤；2.在1/1000地形图上进行枢纽布置；3.拟定淤地坝断面形状及尺寸；4.进行坝坡稳定分析计算(k=1.25)；5.设计溢洪道及放水建筑物(卧管放水孔水深可取台阶高度)；6.绘制设计图；7.编写设计计算说明书三、设计步骤1.淤地坝坝型选择因为坝址附近有充足的筑坝土料，所以选择土坝；淤地坝对防渗性的要求小于水库的要求，沟道无常流水，故可采用施工方便的均质土坝坝址附近没有充足的水资源，故选用碾压坝2.坝址选择在流域沟道坝址地形图中有两个轴线位置可以选择，其中轴线二处沟谷狭窄，上游地形开阔平坦，并处于口小肚大的葫芦口地形处，在轴线二处筑坝工程量小、库容大、淤地面积大。

因此，选中在轴线二处筑坝3.拟定淤地坝断面形状及尺寸（1）坝高H=H拦+H滞+⊿H拦泥库容和拦泥坝高的确定根据公式，代入坝库排沙比ns=0，淤积年限T=5，γs=1.3，流域年平均侵蚀模数K和流域面积F由已知条件给出，计算得拦泥库容V拦=19.23*104m³查H—V关系曲线得，拦泥坝高H拦=810.5-797.9=12.6m滞洪库容和滞洪坝高的确定采用试算法，拟定多个H滞，由计划淹没水深假设H滞，再由H-V曲线求得V滞，按公式Q泄=Q洪（1－V滞/W洪），求出Q泄，按堰流公式Q泄=MBH3/2求溢洪道宽度B，得出多组数据坝高计算H滞/mV滞/m³Q泄/m³/sB/m24900053.5511.831.54500057.7519.652.560000426.642.35500047.258.47经过多次假设计算，对工程作经济、技术比较，确定h滞为2.3米时合适，该h滞所对应的B、Q泄，V滞即为调洪计算所求安全超高土坝安全加高值表坝高H（m）＜1010-20＞20安全加高⊿H（m）0.5-1.01.0-1.51.5-2.0根据土坝安全加高值表，确定设计安全加高⊿H为1.5m坝高校核 由W200=17万m³，算出Q校核=71.03m³/s，根据公式Q泄=MBH3/2，求出H校核=3.02m，H滞+⊿H-H校核=0.72<1，所以2.3+1=3.3即为最终h滞，校核完成。

坝高=H淤+H滞+⊿H=12.6+3.3+1.5=17.4m （2）坝断面结构构造及尺寸（含坝坡稳定分析计算(k=1.25))（一）坝顶宽度坝顶宽度根据坝高及交通要求确定，结合坝高、顶宽与边坡比表格与设计数据，确定顶宽为4M，上游坡坝坡比为1:2.0；下游坡坝坡比为1:1.5（二）坝坡马道对于坝高大于10~15m的土坝，考虑到施工行人、交通、堆放材料、机件方便和坝坡排水，常在坝高中部设1~1.5m宽的横向水平通道，即马道本设计初设在坝高8.7m，即海拔806.6m处设一宽为1.5m的马道三）坝边坡 设计马道后下游坡坝比在马道下部较缓，上部较陡，设计坡坝比马道以下为1:1.7；马道以上为1:1.3（四）坝坡保护（五）土坡稳定性分析 设计中有三个坡度，取最大坡度进行土坡稳定性分析，即下游马道上部土坡，使用泰勒稳定数法计算 由土壤内摩擦角φ＝20°，坡脚为37.5°，φ′=φ/K=20/1.25=16°，查泰勒稳定数图表得：Ns=0.063所以安全系数K=CNsγH=3.33>1.2，土坡稳定 4.溢洪道设计（1）位置选择河道右岸（上游向下游方向）边坡坡度较陡，左岸边坡坡度较缓；从地形上看，在左岸建设溢洪道工程量较小，相比较右岸节约资金，选择左岸设置溢洪道。

2）布置形式设计的淤地坝集水面积较大，泄洪量较大，按照工程安全的原则，选择堰流式溢洪道设计3）水力计算溢流堰尺寸计算设计堰顶宽度为8.5m，因为堰上水深为H滞=3.3m，设计堰长=5*H滞=16.5m陡坡段尺寸计算计算临界水深hk 因为陡坡段为土基，所以设计断面为梯形根据公式，采用试算法求hk,临界水深计算HKQHkQ128.28811.448.0527961.132.841051.3947.5089161.237.655571.3846.9675481.342.72732求得hk=1.39m计算临界底坡ik计算得过水断面面积ωk=13.75㎡,XK=12.42㎡，RK=1.11m，Ck=50.88，KK=737.07m3/s，所以ik=0.00411设计陡坡段底坡i=1:5>ik=0.00411，所以陡坡水流为急流，可按照陡坡计算计算陡坡长度L0根据公式计算得L0=88.7m计算正常水深H0使用明渠均匀流公式：A为过水断面面积，A=（B+H）H，B=8.5m；C为谢才系数，，n为粗糙系数，n=0.02；R为水力半径，，Xk为湿周，；i为底坡坡度，i=0.2代入数据使用试算法求H0正常水深计算H0QHOQ0.212.945620.4549.87210.440.998520.4448.0420.325.408960.4346.23939所以当Q泄=47.25m3/s时，H0=0.44m计算水面曲线根据公式==()式中：为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深，单位m；i为底坡比降，i=1:5；为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水力坡度的平均值；h1,h2为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深，单位m；,为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的平均流速，单位m/s；a1、a2为相邻两过水断面动能修正系数，取1.0。

计算数据如下表格水面曲线计算hAVXJ`JΔLåL1.3924.172571.95469512.41980.003714001.2918.971852.49053212.13780.0045010.0041070.1092560.1092561.1914.91853.16720811.85580.0054510.0049760.4877860.5970431.0911.753914.0199411.57380.0065980.0060251.0948331.6918760.999.2788375.09223311.29180.0079830.0072912.0653323.7572080.897.33966.43768111.00980.0096540.0088193.6126317.3698390.795.8174478.1221210.72780.0116690.0106616.07380313.443640.694.62048610.226210.44580.0140980.0128839.98146523.425110.593.677512.848410.16380.0170250.01556116.1783539.603450.492.93320416.108679.88180.0205520.01878826.001765.605160.452.68114517.623079.7690.0221570.02135514.3504279.955570.442.62173318.022439.74080.0225780.0223674.02831883.983890.432.56369418.430449.71260.0230060.0227924.22137188.20526根据数据绘制水面曲线图如下从数据得0.44m时的åL=83.98<88.70,由此可以说明陡坡段末端水深达到正常水深。

陡坡终点水深ha和末端流速Va计算因为求出的水面曲线的长度L=83.98m<溢洪道陡坡段长度88.7m，所以陡坡段末端水深ha=正常水深h0=0.44m，Q泄=47.25m3/s，过水断面面积A=（B+H）H=(8.5+0.44)×0.44=3.93m2，Va=47.25/3.93=11.75m/s陡坡边墙高度H确定边墙高度H计算公式为为了计算和施工的方便，陡坡侧墙的高度由陡坡起始端侧墙高度H始与陡坡末端侧墙高度H末两点连线确定，因此，只需要计算出H始和H末两个数值即可 H始计算：hk=1.39m，Vk=3.44m3/s，所以H始=h+hB+△h=1.39+1.39*3.44/100+1=2.44m，设计为2.5mH末计算：A=（8.5+0.44）*0.44=3.93㎡，Va=12.02m3/s,ha=0.44m，所以H末=0.44+12.02*0.44/100+1=1.49m，设计为1.5m出口段尺寸计算确定是否使用消力池设计尾水渠为宽度为8.5m，边坡比为1:1的明渠应用谢才公式的变形形式使用试算法得出尾水渠的流量与水深表格数据尾水渠QHQH8.0352530.332.91530.712.965250.441.130750.818.793430.550.078660.925.458320.647.318690.87由表格数据得Ht=0.87m根据公式h″=（h′／2）*[（1+8q2／g*h′3）1/2-1]取h′为正常水深H0=0.44m，计算得h″=3.57m>Ht=0.87m,所以必须修建消力池消力池深度计算使用经验公式：S=1.25（h″-Ht）其中：h〞—以陡坡段末端水深ha为跃前水深计算出的跃后水深，单位m；Ht—尾水渠正常水深，单位m代入数据得S=3.38m所以消力池深度设计为3.38m。

消力池长度计算消力池长度由以下公式计算式中：为折减系数，取值0.8；h”为跃后水深，h”=3.57m；h’为跃前水深，h’=0.44m计算得L=0.8*6.9*（3.57-0.44）=17.28m所以消力池长度为17.28m（4）溢洪道结构设计进口段设计引水渠 因为修建地点为土基，选择梯形明渠并用混凝土衬砌，边坡采用1:2渐变段使用扭曲面作为导流墙，用厚度为0.3m的浆砌石衬砌，墙顶超高1m，底板上游端做防渗齿墙，齿墙深入地基约1m，厚0.5m,底板砌厚0.5m溢流堰设计的淤地坝地基为土基，所以设计为宽顶堰，底板厚0.4m,横。