溢流壩段剖面設(shè)計(jì)和穩(wěn)定應(yīng)力分析計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u133291.1基本尺寸和剖面設(shè)計(jì) 1140381.1.1基本尺寸確定 131291.1.2設(shè)計(jì)基本剖面 129160（1）頂部曲線段 121125（2）中間直線段 229214（3）下部反弧段 2111891.2壩身泄水孔布置及尺寸確定 5245061.2.1壩身泄水孔的組成及形式 5254671.2.2壩身泄水孔的布置 5292431.3溢流壩段荷載計(jì)算 619367（1）自重 629517（2）水壓力 6209381）正常蓄水位+設(shè)計(jì)洪水位工況下（不包括閘墩） 688192）校核洪水位工況下 726316（3）動(dòng)水壓力： 718102（4）泥沙壓力(與擋水壩段相同) 8287401.4壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算 9264031.5壩體應(yīng)力分析 101.1基本尺寸和剖面設(shè)計(jì)1.1.1基本尺寸確定根據(jù)規(guī)范及已建工程類比，溢流面的主要組成部分包括有溢流壩頂部的曲線段，中間直段以及下部位置處的反弧段。上游壩坡n=0.2,下游壩坡m=0.8，挑射角在20°～30°,初步擬定為25°，上游折坡點(diǎn)高54m，堰頂高程為▽243m。1.1.2設(shè)計(jì)基本剖面溢流重力壩其溢流面主要包括有頂部的AOB曲線，中間部位的BC線段以及下部位置處的CDE反射弧，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要確保其具有相對(duì)較高的流量系數(shù)，同時(shí)要保證水流較為平順，在此過過程中不至于產(chǎn)生空蝕現(xiàn)象以及負(fù)壓現(xiàn)象，同時(shí)保證壩體造價(jià)較低，施工相對(duì)便捷。（1）頂部曲線段根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求采用WES曲線，該曲線的頂部位置作為分界線，將其劃分為上游段和下游段。=1\*GB3①OA段選用1/4橢圓曲線,其方程為（5-1）式中aHs—橢圓長半軸bHs—橢圓的短半軸取a=0.29a/b=0.87+3a—定型設(shè)計(jì)水頭，取孔口中心至校核水位水深的75﹪～95﹪260.9-243=17.9取=85﹪=0.85(260.9－243)=14.64mOA段1/4橢圓曲線方程：頂點(diǎn)上游堰面曲線坐標(biāo)計(jì)算（XA,XB）XA=-4.24,yA=2.44=2\*GB3②下游段OB采用WES曲線方程為：由WES曲線系數(shù)表知：=2.0=1.85即=19.55y點(diǎn)坐標(biāo)確定：=求出=20.835，則代入y=可知yB=14.081則:B點(diǎn)坐標(biāo)（20.845，14.082）（2）中間直線段其上部與壩頂曲線相切，下部與反弧段曲線相切，坡度與非溢流壩段的下游面坡度相同，取=0.8（3）下部反弧段1）堰頂過流量查相關(guān)規(guī)范有：(5—2)公式中：—溢流壩堰頂凈寬—堰頂作用水頭—流量系數(shù)，取為0.49—淹沒系數(shù)，取為1—側(cè)向收縮系數(shù)，取為0.95則Q=0.49*0.95*1*19*15*則=41897m3/s2）鼻坎處單寬流量=122.5堰頂處單寬流量=1473）半徑R的確定R=(6～10)hchc—鼻坎處水深=33m/s—流速系數(shù)H0—鼻坎處最大水深hc=m則R=(6～10)hcR取25m鼻坎高程=158.3m4）挑射角取25°=51.34°5）反射弧最低點(diǎn)D的高程=151.958m6）C點(diǎn)高程==161.34m7）C點(diǎn)坐標(biāo)（==20.835+0.8×(44.66-14.081)=41.298yc=▽H1-▽c=44.668）圓心點(diǎn)坐標(biāo)的確定==41.298+25×sin51.34°=64.820==44.66-25×cos51.34°=29.0439）E點(diǎn)坐標(biāo)==64.820＋25×sin25°=71.385==29.043＋25×cos15°=57.70110）離心力作用點(diǎn)坐標(biāo)可畫出簡(jiǎn)圖如下：圖5-1溢流壩剖面尺寸圖1.2壩身泄水孔布置及尺寸確定1.2.1壩身泄水孔的組成及形式（1）泄水孔的組成一般由孔身段，進(jìn)口段、閘門控制段、出口消能段組成。（2）泄水孔的形成泄水孔的形成條件主要是依托于孔身的水流條件，壩體的泄水孔一般分為無壓和有壓兩種情況，無壓狀態(tài)時(shí)只有泄水孔的進(jìn)口附近存在一定的壓力，其余位置并沒有過多壓力，在有壓狀態(tài)下水位的閘門完全打開從而導(dǎo)致管道處于滿壓狀態(tài)，在泄水孔設(shè)計(jì)過程當(dāng)中應(yīng)該盡可能避免產(chǎn)生明滿交替現(xiàn)象的發(fā)生，由此防止產(chǎn)生震動(dòng)。按照高程分為中孔以及底孔。按布置層數(shù)分為單層和多層。在本次設(shè)計(jì)中，結(jié)合邢臺(tái)水庫的具體條件進(jìn)行分析，采用多層底孔的布置方式，由于水庫自身的正常尾水位和校核尾水位高程較低，所以選用底孔布置的方式，同時(shí)由于水庫的汛限水位較高，地區(qū)性降水量較大，所以為了滿足壩體的泄洪需求采用多孔布置的方式。在不影響正常運(yùn)用的條件下，泄水孔的布置應(yīng)盡量做到多種功能的結(jié)合，例如灌溉與發(fā)電相結(jié)合、放空與導(dǎo)流相結(jié)合等，以減少壩內(nèi)孔洞。無壓泄水孔需在進(jìn)口段設(shè)置工作閘門和檢修閘門。有壓泄水孔工作閘門常設(shè)在下游出口處，可避免閘門局部開啟時(shí)振動(dòng)，便于操作和檢修，進(jìn)口處設(shè)置檢修閘門。1.2.2壩身泄水孔的布置為了保證供水，盡可能的使用七田河庫容的水量，且滿足最小供水量4m3/s，即在死水位214.0m時(shí)可供水4m3/s，泄水孔高程應(yīng)低于死水位。正常蓄水位為251.0m，因此為深式泄水孔。為了滿足應(yīng)力要求與引水要求，專設(shè)一個(gè)泄水孔壩段。根據(jù)《水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL285—2003）要求：壩內(nèi)孔口在平面上作直線布置。無壓孔進(jìn)口處設(shè)工作閘門和檢修閘門。工作閘門采用弧形閘門，為操作方便，弧形閘門的啟閉室設(shè)于壩頂，為方便壩后引水渠連接和施工無壓孔底緣采用直線，洞身為城門洞形，出口與引水渠相連。根據(jù)七田河水庫混凝土重力壩的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)水口底高程擬定在212m位置，底孔數(shù)及尺寸擬定為：1—2×1.8。根據(jù)TL水庫校核水位泄水能力指標(biāo)（Q=qL）計(jì)算，（孔—m×m）1—2×1.8滿足泄水底放空七田河水庫的能力。為了保證供水，盡可能的使用七田河庫容的水量，且滿足最小供水量4m3/s，即在死水位214.0m時(shí)可供水4m3/s，泄水孔高程應(yīng)低于死水位。正常蓄水位為251.0m，因此為深式泄水孔。為了滿足應(yīng)力要求與引水要求，專設(shè)一個(gè)泄水孔壩段。1.3溢流壩段荷載計(jì)算（1）自重混凝土的容重取24=24×758×1=18192KN其中A可由計(jì)算簡(jiǎn)圖量得：A=758同樣方法計(jì)算得出=630335（2）水壓力1）正常蓄水位+設(shè)計(jì)洪水位工況下（不包括閘墩）①上游水平靜水壓力=47647.4KN其中=251.3－158=97.3=251.3－240.5=14.8m=7694KN=15234869.8×[10.8×41.7×(47-1.4)+1/2××0.2×43.4]=3.25×②下游靜水壓力帶閘墩時(shí)，上下游靜水壓力與擋水壩段相同，動(dòng)水壓力與不帶閘墩時(shí)相同。2）校核洪水位工況下=260.24－158=102.24=260.24－240.5=19.74m=49730.2KN=7959.3=1611984M01′=9.8×[10.8×41.7×(47-1.4)+1/2××0.2×43.4]=3.34×和擋水壩段相同（3）動(dòng)水壓力：=41896m3/s=122.3（cos25o-cos51.3o）=1136KN（sin25o-sin51.34o）=4863KN=35976=140858（4）泥沙壓力(與擋水壩段相同)1m長壩段承受的水平泥沙壓力其中—泥沙浮容重，一般取6～9，可取8—壩前泥沙淤積高度—泥沙的內(nèi)摩擦角，資料中為較細(xì)的黏土質(zhì)泥沙，可取12°～14°，此處取12°則有鉛直泥沙壓力1.4壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算（5-5）式中—抗剪斷摩擦系數(shù)一般為0.8～1.8取=1.2—抗剪斷凝聚力一般為（0.2～2.4）×取c′=1*106N/m2∑W—壩基面以上的總鉛直力∑P—壩基面以上的總水平力（1）正常擋水時(shí)，閘墩段∑W=130450.95+7690+2419=140559.95KN∑P=48700-879.8+7935+200=55951.2KN則=4.07＞3.0故穩(wěn)定溢流段∑W=112716+7690+2419=122825KN∑P=48700-879.8+7935+200=55951.2KN=3.7＞3.0故穩(wěn)定（2）設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，閘墩段∑W=130450.95+7690+2419=140559.95KN∑P=48700-3572.1+7935+200=53262.9KN則=4.06＞3.0故穩(wěn)定溢流段∑W=112716+7690+2419=122825KN∑P=48700-879.8+7935+200=55951.2KN=3.66＞3.0故穩(wěn)定（3）校核洪水位時(shí)，∑W=112716+7959.2+2419+4865=127959.2KN∑P=49730.1-4951.1-1138+7935=51572KN則=3.81＞2.5故穩(wěn)定（4）地震+正常蓄水位時(shí)，閘墩段∑W=130450.95+7690+2419-3272.7=137287.25KN∑P=55951.2+9818.1+2948.5=68721.8KN則=3.26＞2.3故穩(wěn)定溢流段∑W=112716+7690+2419-3272.7=119552.3KN∑P=48700-879.8+7935+200=55951.2KN=2.95＞2.3故穩(wěn)定可知在這四種情況下均滿足穩(wěn)定要求，說明壩體剖面設(shè)計(jì)合理。1.5壩體應(yīng)力分析邊緣應(yīng)力（5-6）（5-7）（1）正常蓄水位工況下∑W=130451+7690+2419=140560KN∑=1620000-325000-347606-630330+145475-105000+81300-3930=-434909=1232KPa=1873KPa（2）設(shè)計(jì)洪水位工況下∑W=130451+7690+2419=140560KN∑=1620000-325000-347606-630330+145475-32100+81300-105000=-407039=1255KPa=1853KPa（3）校核洪水位工況下∑W=127959.2KN∑=1611994-336000-52400-630330+145475-105000+4050-35977+140859=-731971=878KPa=1952KPa（4）地震工況下∑W=137287.25KN∑=434909+34503.1+343111+135225=-947748.1=823KPa=2214KPa（2）邊緣主應(yīng)力、其中—上游靜水壓力