土石壩畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一、工程概況某水庫(kù)位于山區(qū)河流上，主要功能為防洪、灌溉和供水。水庫(kù)集水面積為[X]km2，多年平均徑流量為[X]m3/s。根據(jù)水利規(guī)劃要求，需修建一座土石壩以滿足水庫(kù)的功能需求。壩址處地形較為開(kāi)闊，河床覆蓋層厚度約為[X]m，基巖為花崗巖，強(qiáng)度較高，完整性較好。二、基本資料1.水文資料設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用[具體標(biāo)準(zhǔn)]，設(shè)計(jì)洪峰流量為[Q?]m3/s，校核洪峰流量為[Q?]m3/s。多年平均降雨量為[P]mm，多年平均蒸發(fā)量為[E]mm。2.氣象資料多年平均氣溫為[T]℃，極端最高氣溫為[T?]℃，極端最低氣溫為[T?]℃。最大風(fēng)速為[V]m/s，風(fēng)向主要為[主導(dǎo)風(fēng)向]。3.地質(zhì)資料壩址區(qū)地層主要為第四系覆蓋層和花崗巖基巖。覆蓋層由砂壤土、礫石等組成，厚度不均，一般為[X?][X?]m。基巖為花崗巖，飽和抗壓強(qiáng)度為[R]MPa，風(fēng)化程度較輕。壩址區(qū)地震基本烈度為[地震烈度]，設(shè)計(jì)地震加速度為[α]。三、壩型選擇根據(jù)壩址區(qū)的地形、地質(zhì)、水文等條件，結(jié)合工程的功能要求和投資等因素，對(duì)土石壩、混凝土重力壩和拱壩等壩型進(jìn)行了比較。1.土石壩優(yōu)點(diǎn)：對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，可就地取材，施工技術(shù)簡(jiǎn)單，造價(jià)相對(duì)較低。缺點(diǎn)：壩體工程量大，施工期較長(zhǎng)，需要做好防滲和排水措施。2.混凝土重力壩優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，耐久性好，泄洪和消能方便。缺點(diǎn)：對(duì)地基要求較高，水泥用量大，工程造價(jià)較高。3.拱壩優(yōu)點(diǎn)：壩體厚度小，工程量相對(duì)較小，超載能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：對(duì)地形、地質(zhì)條件要求苛刻，設(shè)計(jì)和施工技術(shù)復(fù)雜。綜合比較，本工程選擇土石壩壩型，具體為均質(zhì)土壩。四、壩體基本尺寸確定1.壩頂高程計(jì)算壩頂高程應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、風(fēng)浪爬高、安全超高和地震壅浪高度等因素確定。計(jì)算公式如下：設(shè)計(jì)洪水位情況下：$H_z3jilz61osys=H_{1}+h_{1}+\Deltah_{1}$校核洪水位情況下：$H_{j}=H_{2}+h_{2}+\Deltah_{2}$其中，$H_z3jilz61osys$、$H_{j}$分別為設(shè)計(jì)、校核洪水位時(shí)的壩頂高程；$H_{1}$、$H_{2}$分別為設(shè)計(jì)、校核洪水位；$h_{1}$、$h_{2}$分別為設(shè)計(jì)、校核洪水位時(shí)的風(fēng)浪爬高；$\Deltah_{1}$、$\Deltah_{2}$分別為設(shè)計(jì)、校核洪水位時(shí)的安全超高。風(fēng)浪爬高計(jì)算：采用官?gòu)d水庫(kù)公式$h=\frac{0.0166V^{\frac{5}{4}}D^{\frac{1}{3}}}{\sqrt{g}}$，其中$V$為計(jì)算風(fēng)速，$D$為吹程，$g$為重力加速度。安全超高取值：根據(jù)規(guī)范，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)安全超高取[Δh?值]m，校核洪水位時(shí)安全超高取[Δh?值]m。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)壩頂高程為[Hd值]m，校核洪水位時(shí)壩頂高程為[Hj值]m，取兩者中的大值作為壩頂高程，即壩頂高程為[最終壩頂高程值]m。2.壩頂寬度根據(jù)規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn)，壩頂寬度取[B值]m，以滿足交通和運(yùn)行管理的要求。3.壩坡確定參考類似工程經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范，結(jié)合壩體填筑材料的性質(zhì)，初步確定上游壩坡為[上游壩坡坡比]，下游壩坡為[下游壩坡坡比]。為了增加壩體的穩(wěn)定性，在下游壩坡每隔一定高度設(shè)置馬道，馬道寬度取[馬道寬度值]m。五、滲流計(jì)算1.計(jì)算方法選擇采用有限元法進(jìn)行滲流計(jì)算，利用專業(yè)的滲流計(jì)算軟件建立壩體和壩基的二維滲流模型。2.計(jì)算模型建立根據(jù)壩體和壩基的實(shí)際尺寸和地質(zhì)條件，劃分有限元網(wǎng)格。模型范圍包括壩體、壩基和部分庫(kù)岸，邊界條件根據(jù)實(shí)際情況確定，上游邊界為正常蓄水位，下游邊界為下游水位，壩基底部為不透水邊界。3.計(jì)算參數(shù)確定壩體填筑土料的滲透系數(shù)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定，取$k_{壩體}=[k_{壩體值}]$cm/s；壩基覆蓋層的滲透系數(shù)取$k_{覆蓋層}=[k_{覆蓋層值}]$cm/s；基巖的滲透系數(shù)取$k_{基巖}=[k_{基巖值}]$cm/s。4.計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算得到壩體和壩基的滲流場(chǎng)分布，包括等勢(shì)線、流線和滲流量。分析壩體浸潤(rùn)線位置，判斷壩體的防滲效果。浸潤(rùn)線應(yīng)位于壩體下游壩坡內(nèi)，避免逸出壩面導(dǎo)致壩坡失穩(wěn)。計(jì)算壩基的滲透比降，與允許滲透比降進(jìn)行比較，判斷壩基的滲透穩(wěn)定性。允許滲透比降根據(jù)土的性質(zhì)和工程經(jīng)驗(yàn)確定，壩基覆蓋層的允許滲透比降取$[J_{允覆蓋層值}]$，基巖的允許滲透比降取$[J_{允基巖值}]$。經(jīng)計(jì)算，壩體滲流量為[滲流量值]m3/d，壩基滲透比降小于允許滲透比降，壩體浸潤(rùn)線位置合理，說(shuō)明壩體的防滲和排水措施滿足要求。六、壩體穩(wěn)定計(jì)算1.計(jì)算工況和方法選擇考慮正常運(yùn)用期（設(shè)計(jì)洪水位、正常蓄水位）、非常運(yùn)用期（校核洪水位、施工期、地震工況）等不同工況。采用瑞典圓弧法進(jìn)行壩體穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算公式為：$K=\frac{\sum_{i=1}^{n}(c_{i}l_{i}+(W_{i}\cos\alpha_{i}u_{i}l_{i})\tan\varphi_{i})}{\sum_{i=1}^{n}W_{i}\sin\alpha_{i}}$其中，$K$為壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；$c_{i}$、$\varphi_{i}$分別為第$i$個(gè)土條的粘聚力和內(nèi)摩擦角；$l_{i}$為第$i$個(gè)土條的弧長(zhǎng)；$W_{i}$為第$i$個(gè)土條的重量；$\alpha_{i}$為第$i$個(gè)土條的圓心角；$u_{i}$為第$i$個(gè)土條底面的孔隙水壓力。2.計(jì)算參數(shù)確定壩體填筑土料的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定，粘聚力$c=[c值]$kPa，內(nèi)摩擦角$\varphi=[\varphi值]$°。3.計(jì)算結(jié)果分析對(duì)不同工況下的壩體穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，得到壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。將計(jì)算結(jié)果與規(guī)范規(guī)定的允許安全系數(shù)進(jìn)行比較，判斷壩體的穩(wěn)定性。規(guī)范規(guī)定，正常運(yùn)用期壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值為$[K_{允正常}]$，非常運(yùn)用期壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值為$[K_{允非常}]$。經(jīng)計(jì)算，各工況下壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于允許值，說(shuō)明壩體在各種工況下均能滿足穩(wěn)定要求。七、壩體應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算1.計(jì)算方法選擇采用有限元法進(jìn)行壩體應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算，利用專業(yè)的巖土工程有限元軟件建立壩體的三維有限元模型。2.計(jì)算模型建立根據(jù)壩體的實(shí)際尺寸和填筑過(guò)程，劃分有限元網(wǎng)格?？紤]壩體的分層填筑和分期施工，模擬壩體的施工過(guò)程和蓄水過(guò)程。3.計(jì)算參數(shù)確定壩體填筑土料的本構(gòu)模型采用鄧肯張非線性彈性模型，模型參數(shù)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定，包括彈性模量$E$、泊松比$\mu$、切線模量$E_{t}$、割線模量$E_{s}$等。4.計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算得到壩體在施工期和蓄水期的應(yīng)力應(yīng)變分布，包括豎向應(yīng)力、水平應(yīng)力、剪應(yīng)力和位移等。分析壩體的應(yīng)力集中區(qū)域和可能出現(xiàn)的裂縫位置，采取相應(yīng)的工程措施進(jìn)行處理。檢查壩體的最大沉降和水平位移是否滿足規(guī)范要求。經(jīng)計(jì)算，壩體的應(yīng)力應(yīng)變分布合理，最大沉降和水平位移均在允許范圍內(nèi)，說(shuō)明壩體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足要求。八、壩體材料設(shè)計(jì)1.壩體填筑材料選擇根據(jù)壩址附近的土料分布情況和工程要求，選擇砂壤土作為壩體填筑材料。砂壤土具有較好的壓實(shí)性和抗?jié)B性，能夠滿足壩體的填筑要求。2.填筑材料質(zhì)量控制對(duì)填筑材料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，控制其顆粒級(jí)配、含水量、粘聚力和內(nèi)摩擦角等指標(biāo)。填筑材料的顆粒級(jí)配應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，含水量應(yīng)控制在最優(yōu)含水量附近，偏差不超過(guò)±[含水量偏差值]%。3.填筑標(biāo)準(zhǔn)確定根據(jù)壩體的設(shè)計(jì)要求和施工條件，確定填筑標(biāo)準(zhǔn)。采用壓實(shí)度作為填筑質(zhì)量控制指標(biāo)，壩體壓實(shí)度不低于[壓實(shí)度值]。九、地基處理1.地基處理方案選擇由于壩基覆蓋層厚度較大，且滲透性較強(qiáng)，為了提高壩基的防滲性能和承載能力，采用混凝土截水槽結(jié)合帷幕灌漿的地基處理方案。2.混凝土截水槽設(shè)計(jì)截水槽布置在壩軸線處，槽底深入基巖[截水槽深入基巖深度值]m，槽寬根據(jù)截水槽的抗滑穩(wěn)定和防滲要求確定，取[截水槽寬度值]m。截水槽采用C20混凝土澆筑，厚度為[截水槽厚度值]m。3.帷幕灌漿設(shè)計(jì)在混凝土截水槽下游側(cè)布置帷幕灌漿孔，孔距為[孔距值]m，排距為[排距值]m，灌漿深度根據(jù)壩基的地質(zhì)條件和防滲要求確定，深入基巖[灌漿深度值]m。灌漿材料采用水泥漿液，灌漿壓力根據(jù)試驗(yàn)確定，一般為[灌漿壓力值]MPa。十、壩體排水設(shè)計(jì)1.排水設(shè)施類型選擇為了降低壩體浸潤(rùn)線，提高壩體的穩(wěn)定性，在壩體下游設(shè)置排水棱體和貼坡排水。2.排水棱體設(shè)計(jì)排水棱體采用塊石砌筑，頂寬為[排水棱體頂寬值]m，底寬根據(jù)壩體下游壩坡和排水要求確定，取[排水棱體底寬值]m，棱體高度為[排水棱體高度值]m。3.貼坡排水設(shè)計(jì)貼坡排水采用砂、礫石等透水性材料鋪設(shè)，厚度為[貼坡排水厚度值]m，頂部高出下游最高水位[高出值]m。十一、護(hù)坡設(shè)計(jì)1.上游護(hù)坡設(shè)計(jì)上游護(hù)坡采用干砌石護(hù)坡，厚度為[上游護(hù)坡厚度值]m，下設(shè)砂墊層，厚度為[砂墊層厚度值]m。護(hù)坡坡比與上游壩坡相同，為[上游壩坡坡比]。2.下游護(hù)坡設(shè)計(jì)下游護(hù)坡采用草皮護(hù)坡，草皮應(yīng)選擇根系發(fā)達(dá)、耐旱、耐踐踏的草種。為了防止雨水沖刷，在下游壩坡設(shè)置排水溝，排水溝采用漿砌石砌筑，斷面尺寸為[排水溝斷面尺寸值]。十二、監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)為了及時(shí)掌握壩體的運(yùn)行狀況，確保壩體的安全，設(shè)置壩體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)等。1.變形監(jiān)測(cè)在壩頂和壩坡上布置位移觀測(cè)點(diǎn)，采用全站儀進(jìn)行水平位