2019年土坝枢纽毕业设计任务书.doc

土坝枢纽毕业设计任务书 　　 　　一、枢纽概况及工程目的张峰水库位于山西省沁水县张峰村西北1.5公里处的沁河干流上、水库控制流域面积4990平方公里库容5.05亿立方米水库以灌溉发电为主结合防洪可引水灌溉高平、晋城、阳城、沁水四个县的土地面积71.2万亩远期可发展到104万亩灌区由一个引水流量为45秒立米的总干渠和四条分干渠组成在总干渠渠首及下游24公里处修建枢纽电站和槐庄电站总装机容量31450千瓦年发电量1.129亿度以解决高灌及工业用电水库防洪标准为百年设计万年校核枢纽建筑物包括主坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成根据工程规模及其在国民经济中的作用按SDJ12—78规范中设计标准水库枢纽属于大（二）型主要建筑物按二级设计辅助建筑物按三级设计临时建筑物按四级设计二、设计基本资料（参见附录一）三、设计任务及基本要求（一）设计任务1、根据地形、地质、筑坝材料、水文气象、施工条件和枢纽建筑物的组成等因素进行坝轴线选择2、根据已知基本资料选择坝型3、根据枢纽建筑物的组成进行枢纽布置方案的比较确定枢纽布置方案绘制枢纽平面布置图及上、下游立视图4、坝工设计包括：断面设计、渗透计算、稳定计算、沉陷量计算、裂缝校核、细部构造设计、基础处理、坝与两岸的连接（稳定计算部分要求自己编程上机优化剖面尺寸）5、外文翻译（二）设计要求1、设计者必须发挥独立思考能力5、设计成果：设计说明书、计算书各一份；设计图4—5张四、时间安排本设计共13周学生应在规定时间内充分发挥独立工作能力创造性地完成全部设计任务附录一张峰水库土坝枢纽设计原始资料(一)地形、地质：(1)地形：见1:2000坝址地形图(2)库区工程地质条件库区两岸分水岭高程均在820米以上基岩出露高程大部分在800米左右主要为紫红色砂岩间夹砾岩、粉砂岩和砂质页岩新鲜基岩透水性不大且未发现大的构造断裂水库蓄水条件是好的库区两岸高阶地土层可能发生塌岸但塌滑范围不大不会涉及大坝安全沁河为山区性河流两岸居民及耕地分散除库水位以下有一定淹没外浸没问题不大库区亦未发现重要矿产(3)坝址区工程地质条件张峰水库坝址区沁河呈一弯度很大的“S”形坝段位于“S”形的中、上段坝段右岸为侵蚀岸岸坡较陡基岩出露上下坝线有300余米长低平山梁——沁河与张峰沟之间的单薄分水岭左岸为侵蚀堆积岸岸坡较缓有大片土层覆盖；右岸单薄分水岭是沁河环绕坝段左岸山体相对侧向侵蚀的结果坝址区基岩以紫红色、紫灰色细砂岩为主间夹砾岩、粉砂岩和少数砂质页岩地层岩相对变化剧烈第四系除厚度不大的砂层、卵石层外主要是黄土类土在大地构造上处于相对稳定区未发现有大的断裂构造迹象坝址区左岸有一大塌滑体体积约45万立米对工程布置有一定影响本区地震基本裂度为六度建筑物按七度设防(Ⅰ)坝址位于坝区中部背斜的西北岩层倾向沁河上游河床宽约300米河床砂卵石覆盖层平均厚度5米渗透系数K=1×102厘米/秒一级阶地(Q4)表层具中偏强湿陷性左岸730高程以上为三级阶地(Q2)具中偏弱湿陷性土层物理力学性质见“工程地质剖面图”基岩末发现大范围分布的夹层两岩基岩透水性不大河床中段及近右岸地段沿113—111—115—104—114各钻孔连线方向在岩面下21—47米深度范围有一强透水带W=5.46—30公升/分米2中强透水W=0.15—074公升/分米2下限最深至岩面下约80米基岩透水性有从上游向下游逐渐增大的趋势左岸台地黄土与基岩的交界处的底砾岩(最大厚度6米)透水性强渗透系数K=10米/天左岸单薄分水岭岩层仍属于中强透水性平均W=0.48公升/分米2应考虑排水增加岩体稳定(Ⅱ)下坝址位于上坝址同一背斜的东南翼岩层倾向下游河床宽约120米左岩为二、三级阶地右岸731米高程以下为基岩以上为三级阶地土层物理力学性质见“工程地质剖面图”左岸基岩有一条宽200—250米呈北东方向的强透水带右岸上游张峰沟单薄分水岭透水性亦很大左右岸岩石中等透水带下限均达岩面下80米左右河床地段基岩透水性与中等透水带厚度具有从上游向下游逐渐变小的趋势下游发现承压水二、三级阶地底砾层透水性与上坝线相同左岸坝脚靠近塌滑体(4)坝址区其他建筑物地段的工程地质条件坝址区其他建筑物包括导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站按上坝线方案导流泄洪洞、溢洪道均布置在左岸单薄分水岭灌溉发电洞则布置在左岸东凹沟附近三级阶地上下坝线溢洪道可布置在右岸张峰沟灌溉发电洞移至上坝线溢洪道轴线西侧40米左右导流泄洪洞位置不变(Ⅰ)导流泄洪洞沿洞线周围岩石厚度大于三倍开挖洞径出口段已避开塌滑体的东边界沿线岩层、岩性主要为粉砂岩、细砂岩及砾岩岩石较为坚硬坚固系数FK=4,单位弹性抗力系数KO=200kg/cm3弹模E=0.4×105kg/cm2透水性较大岩层倾向下游出口段节理发育应采取有效措施予以处理为进一步保证出口段岩体稳定免除由内水压力引起的后果建议该段修建无压洞(Ⅱ)溢洪道上坝线方案溢洪道堰顶高程757米沿建筑物轴线岩层倾向下游岩性主要为坚硬的细砂岩其中软弱层多为透镜体溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的下坝线溢洪道堰顶高程750米基础以下10米左右为砂质页岩及夹泥层且单薄分水岭岩层风化严重透水性大对建筑物安全不利(Ⅲ)灌溉发电洞及枢纽电站上坝线方案沿线基岩以厚层粉砂岩为主岩石完整透水性小洞顶以上岩层厚度较小本建筑物位于南坪沟——东凹沟古河道内岩面上有0—5米厚的底砾岩及厚度不等的亚粘土层电站厂房处岩石风化层厚度约5—6米对其产生的渗漏及土体坍塌应采取必要的工程措施下坝线方案沿线全为基岩工程比较简易可靠(二)水文与水利规划(1)气象流域年平均降雨量686.1毫米70%集中在6—9月多年年平均气温8—9℃多年最高日气温29.1℃(6月)多年平均最低日气温14.3℃(1月)多年平均最大风速9米/秒50年一遇风速16.2米/秒水位768.1米时水库吹程3.5公里(2)水文分析(Ⅰ)洪水沁河洪水由暴雨形成据统计七～八月发生最大洪峰流量的机会占88%而且年际变化很大实测最大洪峰流量为2200秒立米(1954年)最大洪峰流量184秒立米(1965年)相差12倍流域洪水峰高、历时短陡涨陡落一次洪水持续时间一般3—5天(Ⅱ)年来水量水量的年内分配汛期七～十月约占全年水量的62%水量年际变化很大实测最大年来水量1968亿立米(1963年7月—1964年6月)最小年来水量3.34亿立米(1965年7月—1966年6月)相差5.9倍从历年水量过程线看约七年一周期其中连续枯水段为四年(Ⅲ)年输沙量汛期七～十月的来沙量约占全年输沙量的94%其中七、八两月约占83%输沙量的年际变化很大实测最大年输沙量1240万吨(1969年7月—1959年6月)最小年输沙量173万吨相差7倍(Ⅳ)水文分析成果表序号姓名单位数量备注1利用水文系列年限222代表性流量多年平均流量立米/秒21.9调查历史最大流量立米/秒3980设计洪水洪峰流量(P=1%)立米/秒4000校核洪水洪峰流量(P=0.1%)立米/秒6550保坝洪水洪峰流量(P=0.01%)立米/秒91003洪量设计洪水洪量(P=1%)亿立米5五天校核洪水洪量(P=0.1%)亿立米7.95五天4多年平均年径流量亿立米6.945多年平均输沙量吨431(3)水利计算(Ⅰ)死水位选择为减少灌溉日程尽可能增加自流灌溉面积并使电站水头适当加高力求达到电源自给以及为今后水库淤积留有余地按二十年淤积部位则根据今后运用情况加以计算调整(Ⅱ)调节性能的选定灌溉保证率选取P=75%水库上游来水首先满足灌区工农业用水电站则利用余水发电按上述原则并按近期灌溉面积71.2万亩进行水库调节计算从年调节和多年调节两方案的水电量利用系数和坝高都相差不大但是多年调节性能的水库能提供的电量和装机利用小时都较年调节性能水库提高20%故确定张峰水库为多年调节性能水库利用1949年7月—1971年6月共22年插补水文系列采用“时历法”进行多年调节计算(Ⅲ)兴利水位的确定原则和指标根据沁河洪水特性汛期限制水位在七、八月定为760.7米七、八月以后可重复利用一部分防洪库容蓄水兴利以不降工程防洪标准以防洪兴利兼顾为原则确定九、十月限制水位提高为766.1米汛末可以多蓄水但蓄水位按不超超过百年设计洪水位考虑确定汛末兴利水位为767.2米电站的主要任务是满足本灌区提灌用电的要求因此在保证灌区工农业用水的基础上确定电站的运用原则是灌溉季节多引水发电非灌溉季节少引水发电遇丰水年则充分利用弃水多发电提高年水量的利用系数(Ⅳ)防洪运用原则及设计洪水的确定张峰水库属二级工程水库建筑物按百年一遇洪水设计千年一遇洪水校核由于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响故用万年一遇洪水作非常保坝标准对水工建筑物进行复核工程泄洪建筑物有溢洪道和导流泄洪洞溢洪道净宽60米分设五孔闸门每孔净宽12米堰顶高程757米泄洪洞洞径通过施工导游、拦洪、泄洪渡汛非常时期放空水库以及在可能情况下有利于排沙等方面经过综合分析比较确定为8米进口底高程703.35米调洪运用原则：当入库洪水为二十年一遇时为满足下游河道保滩淤地的要求水库控制下泄流量为600秒立米当入库洪水为百年一遇时为提高下游河道的电站、桥梁等建筑物的防洪标准水库控制下流量为2000秒立米当入库洪水为千年一遇时溢洪道单宽流量以70每秒立米控制泄流(5(a)8.8m)当入库洪水为万年一遇时按上述原则操作即库水位接近校核水位时水库水位仍继续上涨为确保大坝安全溢洪道敞开洪允许溢洪道局部破坏(Ⅴ)水库排沙和淤沙计算张峰水库回水长25公里河道弯曲河床比降为2.2%河床宽300米左右是个典型的河道型水库沁河泥沙年内约83%集中在七、八两个月平均含沙量13.8公斤/立米泥沙多年平均D50粒径为0.0155毫米颗粒较细由于张峰水库库区河道天然坡降较陡回水短泄洪洞泄量较大且靠河床和我国官厅、三门峡、汾河天水库相比张峰水库利用异重流排沙是完全可能的但由于流域的水文特性及下游工农业对水源的要求决定了本水库只能蓄水运用而且是高水头蓄水运用在蓄水过程中只能用灌溉、发电有盈余水进行排沙经计算多年平均排沙量只占5.2%94.8%的泥沙都要淤积在库区内侵占兴利库容(Ⅵ)水库工程特征值枢纽下泄流量及相应下游水位序号名称单位数量备注1设计洪水位时最大泄流量立米/秒2000其中溢洪道815立米/秒相应下游水位米700.55(溢洪道)2校核洪水位时最大流量立米/秒6830其中溢洪道5600立米/秒相应下游水位米705.6(溢洪道)水库特征序号名称单位数量备注1水库水位校核洪水位(P=0.01%)米770.4考虑淤积20年设计洪水位(P=1%)米768.1考虑淤积20年兴利水位米767.2考虑淤积20年汛限水位米760.7考虑淤积20年死水位米737.0考虑淤积20年2水库容积总库容亿立米5.05校核洪水位设计洪水位库容亿立米4.63序号名称单位数量备注防洪库容亿立米1.36兴利库容亿立米3.51其中共用库容亿立米1.10死库容亿立米1.053库容系数%50.54调节特性多年主要建筑物尺寸序号名称单位数量备注2导流泄洪洞型式明流隧洞工作闸前为压力隧洞隧洞内径米8×10城门洞型压力隧洞8米消能方式挑流最大泄量(P=0.01%)立米/秒1230最大流速米/秒23.1闸门型式7×6.5弧形门启闭机型式300吨油压启闭机检修门8×9斜拉门进口底部高程米703.35灌溉发电洞型式压力钢管隧洞内径米5.4灌溉支洞内径米3最大流量立米/秒45进口底部高程731.644枢纽电站序号名称单位数量备注型式引水式厂房面积平方米39×16.2装机容量千瓦5×1250每台机组过水能力立米/秒8.05(三)建筑材料及筑坝材料技术指示的选定库区及坝址下游土石料均很丰富有利于修建当地材料坝(1)土料坝址上、下游均有土料场储量丰富平均运距小于1.5公里根据155组试验成果统计土料平均粘粒含量为26.4%粉粒55.9%砂粉17.6%其中25%属粉质粘土60.7%属重粉质壤土14.3%属中粉质壤土平均塑性指数11.1比重2.75最大干容重1.67吨/立米最优含水量20.5%渗透系数0.44×106厘米。