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'斜墙坝、电站厂房设计荣誉誓言我保证此毕业设计（论文）成果为我本人独立完成，没有欺骗、剽窃、伪造、虚假及其他任何违反学术规范行为。我清楚不遵守这个承诺将导致零分成绩，并被通告学校相关部门，情节严重时将受到纪律处分甚至承担法律责任。承诺人（签字）：（日期）：2014.6.9 毕业设计（论文）任务书学院专业班题目云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）任务起止日期：2014年3月17日～2014年6月20日学生姓名学号指导教师教研室主任年月日审查院长年月日批准 一、毕业设计（论文）任务课题内容：1.分析地形地质、水文气象、施工条件等基本资料；2.枢纽总体布置；3.斜墙坝设计：主要包括剖面、防渗体、排水体、护坡等型式选择、尺寸拟定，渗流分析，稳定分析等；4.细部构造设计；5.水电站厂房设计：水轮机、发电机选型和厂房布置等；6.完成3000-5000文字的有关水利水电工程外文资料翻译。 课题任务要求：1．培养学生综合运用所学知识解决实际工程技术问题的能力；培养学生的独立思考、解决问题和独立工作能力；培养学生设计计算、编写设计文件、使用规范手册和应用计算机的能力；培养学生调查研究、查阅技术文献和资料及编写技术文档的能力。2．独立完成所承担的设计课题的全部内容，并且做到：初步掌握设计原则、设计方法、设计步骤和设计规范的应用；对工程设计方案进行选择和分析；按规定绘制设计图；撰写毕业毕业设计说明书和计算书(或毕业设计论文)。3．设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定的时间内圆满完成要求的设计内容。4.成果用电子文档及CAD图打印装订成册。课题完成后应提交的资料（或图表、设计图纸）：1.说明书一份。要求说明书分章节编写，并附目录。要求说理清楚，层次分明，文句简练通顺并附有必要的插图、表格及主要设计成果。2.计算书（15000字左右）一份。设计说明书是毕业设计的主要成果，要求章节分明，文字简练通顺；字迹工整，内容着重分析论证；要写明原始数据、计算原则、计算公式（包括出处）及详细的计算过程和结果等。计算简图应用方格纸按比例绘制，计算过程应书写清楚。说明书应打印成稿，每章、节应有标题，页数统一编号，一般以60—80页为宜。说明书用统一的毕业设计用纸书写，并按阶段编写。说明书编写可参考附例。3.设计图5～7张，其中包括1～2张（2号以上含2号）手工绘图。4.外文翻译文章一篇，开题报告，文献综述。 主要参考文献与外文翻译文件（由指导教师选定）1.DL5077-1997《水工建筑物荷载设计规范》；2.DL5073-1997《水工建筑物抗震设计规范》；3.DL5073-1997《水工钢筋砼结构设计规范》；4.DL5108-1999《碾压式土石坝设计规范》；5.SL253-2000《溢洪道设计规范》；6.SL266-2001《水电站厂房设计规范》；7.SDJ336-89《大坝安全监测技术规范》；8.SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》；9.水利水电规划设计总院《水工设计手册》（基础理论）·水利电力出版社，1983；10.水利水电规划设计总院《水工设计手册》（土石坝）·水利电力出版社，1984；11.水利水电规划设计总院《水工设计手册》（泄水与过坝建筑物）·水利电力出版社，1987；12.顾慰慈·《土石（堤）坝的设计和计算》·水利电力出版社，2006；13.四川联合大学.郑州工学院、福州大学、大连理工大学·《水电站建筑物设计参考资料》·水利电力出版社，1997；14.林昭著·《碾压土石坝》黄河水利出版社，2003；15.张光计、王光伦·《水工建筑物》上册·水利水电出版社，1992年；16.王世夏编著·《水工设计的理论和方法》·水利水电出版社，2000年7月；17.王柏乐主编《中国当代土石坝工程》·水利水电出版社，2004；18.S.W.WilsonandR.J.Marsal,CurrentTrendsinDesignandConstructionofEmbankmentDams,1979.11.《碾压式土石坝设计规范》，中国水利水电出版社.同组设计者：无注：1.此任务书由指导教师填写。如不够填写，可另加页。2.此任务书最迟必须在毕业设计（论文）开始前一周下达给学生。3.此任务书可从教务处网页表格下载区下载 二、毕业设计（论文）工作进度计划表序号毕业设计（论文）工作任务工作进度日程安排周次12345678910111213141516171819201收集相关文献、熟悉设计资料，开题报告，文献综述—2枢纽布置设计——3斜墙坝设计—————4细部设计——5水电站厂房设计——6地基处理—7绘图、成果打印、修改、装订———8答辩—910注：1.此表由指导教师填写；2.此表每个学生人手一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3.进度安排请用“一”在相应位置画出。 三、学生完成毕业设计（论文）阶段任务情况检查表时间第一阶段第二阶段第三阶段内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况检查记录教师签字签字日期签字日期签字日期注：1.此表应由指导教师认真填写。阶段分布由各学院自行决定。2.“组织纪律”一档应按《长沙理工大学学生学籍管理实施办法》精神，根据学生具体执行情况，如实填写。3.“完成任务情况”一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。包括优点，存在的问题与建议4.对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成。 四、学生毕业设计（论文）装袋要求：1.毕业设计（论文）按以下排列顺序印刷与装订成一本（撰写规范见教务处网页）。(1)封面(2)扉页(3)毕业设计（论文）任务书(4)中文摘要(5)英文摘要(6)目录(7)正文(8)参考文献(9)致谢(10)附录（公式的推演、图表、程序等）(11)附件1：开题报告（文献综述）(12)附件2：译文及原文影印件2.需单独装订的图纸（设计类）按顺序装订成一本。3.修改稿（经、管、文法类专业）按顺序装订成一本。4.《毕业设计(论文)成绩评定册》一份。5．论文电子文档[由各学院收集保存]。学生送交全部文件日期学生（签名）指导教师验收（签名） 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）摘要随着坝工技术的发展，混凝土坝已经非常普遍。与此同时，具有悠久历史的土石坝经过不断地工程实践,坝体材料、坝体结构和施工方法逐渐完善并且达到了既经济又安全的程度。本设计为云江水利枢纽，采用了土石坝设计方案；并且在坝后布置电站厂房，形成坝后式厂房。本次设计的主要任务有：翻译外文、编写文件综述、撰写开题报告、斜墙土石坝设计、水电站厂房设计。在前面三项任务中，必须阅读大量的资料，了解人们目前做了什么，有哪些成果，然后结合自己的课题进行分析、总结，最后成稿。云江水利枢纽土石坝设计的主要内容是：枢纽平面的布置（大坝、电站和溢洪道布置）、坝体剖面设计、渗流分析和稳定分析、水电站设备的选择、电站厂房的平面设计和布置、电站厂房的剖面设计和布置等。本设计斜墙坝的设计思想是：通过了解设计基本资料，确定溢洪道尺寸和工程等别等，然后通过拟定一个坝体剖面，并用水力学方法进行渗流分析，用瑞典圆弧法进行稳定分析，来校核所拟定的坝体剖面是否合理。电站厂房的设计思想是：通过给定的资料分析，确定出水电站工作的各种参数，然后通过计算、方案对比等确定水轮机的型号和尺寸，再根据水轮机确定各种电站设备。最后参考成功工程实践，进行厂房的平面布置和剖面设计。关键词：斜墙坝、土石坝、电站厂房设计、枢纽布置 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）CloudRiverWaterControlembankmentdamdesign(slopingwalldam,powerplantdesign)AbstractWiththedevelopmentofdamconstructiontechnology,concretedamisverycommon.Meanwhile,havealonghistoryofEarth-rockdamengineeringpracticethroughcontinuous,damconstructionmethodofdambodyofmaterial,structureandgraduallyimproveandachievedbotheconomicandsecuritylevels.ThisdesignforcloudRiverhydroproject,weusetheEarthDamdesignandlayoutbehindthedam"spowerhouse,theformationofdam-likeplant.Themaintasksofthisdesignare:overviewoftranslatedforeignlanguages,preparationofdocuments,thesiswriting,tilt-wallofEarth-rockdamdesign,thehydropowerplantdesign.Infrontofthreetasks,theneedtoreadalotofinformation,andfindoutwhatpeoplearecurrentlydoing,whathavebeentheresultsandsummaryanalysis,combinedwiththeirsubject,Thencombinetheirtasktoanalyze,summarize,andfinallyintothedraft.YunJiangkeywatercontrolprojectdesignofEarth-rockdam"smainelementsare:HubPlanarlayout(layoutofspillwayofdam,andpowerstation),profiledesign,thedamseepageandstabilityanalyses,equipmentselection,powerhouseofhydropowerstationofgraphicdesignandlayout,profiledesignandplacementofpowerhouse.Inclineddamdesignthisdesignideaisthatbyunderstandingthedesignofbasicinformation,determinethedimensionsofspillwayandengineeringlevel, 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）andthroughtheelaborationofadamcrosssectionandthewaterseepageanalysismethodsofmechanics,Swedenarcmethodforstabilityanalysis,preparedbycheckingdambodysectionisjustified.Powerhousedesignidea:throughtheanalysisofgivendata,identifyingparametersofworkofhydropowerstations,andthenbycalculation,comparisonprogramme,determinethetypeandsizeofturbines,determinedinaccordancewithturbinepowergenerationequipment.Lastreferencetosuccessfulengineeringpractice,designthebuildingfloorplansandsections.Keywords:slopingwalldam,earthdam,powerplantdesign,junctionlayout. 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第一章设计基本资料一、枢纽任务本工程以发电为主，同时兼顾灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用的跨流域开发的水利水电枢纽工程。1.发电本电站正常蓄水位275.3m，死水位248m，发电引用流量为5m3/sec。2.灌溉下游利用发电尾水灌溉，上游增加灌溉面积1.0万亩。3.防洪可减轻洪水时对楚河下游江湾镇的威胁，在遇50年一遇和1000年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来的360m3/sec和550m3/sec分别削减为230m3/sec和320m3/sec，要求设计洪水最大下泄量限制为250m3/sec。4.渔业水库蓄水后，正常蓄水位时水库面积1.09km2，为发展养鱼等水产养殖业创造了有利条件。5.供水供钟江湾及其下游村民生活用水。6．其它工程计划在三年内完成。二、设计要求在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求：1、根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及溢洪道尺寸；2、通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的型式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；3、第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）详细做出大坝设计，通过比较，确定大坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行力学计算以验证设计是否满足规范要求；4、根据要求进行专题的设计，专题部分为水电站电站厂房设计。三、设计资料说明(一)流域概况本工程位于江海县楚河一级支流，坝址以上控制流域面积33km2，由两支水系汇合而成，其中东支发源于石耳山，南支发源于清湾头尖，河流在晓港村汇入乐安河，本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体零乱，冲沟发育。(二)气候特性1、气温流域内多年平均气温16.7℃，以一月份平均气温4.6℃为最低，七月份平均气温28℃为最高，历年极端最高气温41℃，极端最低气温为-11℃。2、降雨量流域多年平均降雨均值2047.7mm。3、风速及吹程多年平均最大风速12.6m/sec，吹程1.6km。(三)水文特性1、年日常径流据水文资料推算，坝址处多年平均流量1.28m3/sec，多年平均总径流量4040万m3。2、洪峰流量经频率分析，p=0.1%的洪峰流量为551.5m3/sec，三日洪量为1569万m3，p=2%的洪峰流量为364.5m3/sec，三日洪量为965万m3。3、水库水位—库容关系：水库水位—库容关系见表1-1。表1-1水库水位～库容关系水位(m)227.5236.08237.78248276278.11库容(104m3)011.0522.1172.01910.02145.2第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）4、坝址水位—流量关系：坝址水位—流量关系见表1-2。表1-2坝址水位～流量关系水位(m)227.5228.0228.5229.0229.5230.0230.5231.0流量（m3/s）06.028.966.77121.97196.05281.78365.955、固体径流流域河段多年平均输砂量为0.29万吨，泥沙容重估算为1.3t/m3，估计水库淤积年限与高程关系如表1-3。表1-3水库淤积特性淤积年限（年）泥沙淤积量（万m3）淤积高程（m）5011.05236.0810022.1237.78(四)工程地质1、库区工程地质库区属构造剥蚀低山地貌，山势陡峭，分水岭雄厚，地形封闭，植被良好，未见滑坡等不良物理地质现象。组成库岸及库盆的地层岩性主要为前震旦系板溪群的千枚状绿泥绢云母板岩，千枚岩和变质砂岩。库区岩石受多次构造运动的影响，断层和裂隙发育，岩石的褶皱和挠曲也很常见，构造行迹以北东向压扭性为主,常见有北西向张扭性断裂和近东西向平推断层，未见有较大的导水断裂连通库外。库区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水，受大气降水补给，排泄于河谷及河床，库岸山体地下水位较高，一般在300m高程以上，表面浅覆盖层透水性较强，但下部岩石透水性微弱，属相对不透水层。库区工程地质条件良好，水库蓄水后，不存在永久渗漏、岸边再造、浸没及水库诱发地震等问题。2、坝址工程地质（1）地貌坝址区属构造剥蚀低山地貌，山顶高程为280～450m第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计），坝区河床较宽，约20～50m，为一“U”型河谷，两岸山坡不对称，左岸山体雄厚，山坡角30～40度，右岸山体较为单薄，山坡角20～30度，且在右岸有一低矮垭口，顶高程约276m，坝址区冲沟发育，且切割较深，未见滑坡等不良物理地质现象，自然边坡稳定。（2）地层岩性坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉长岩，其岩性特征为：①绿泥绢云母千枚岩：灰绿色，主要矿物成分为绢云母、石英、长石、绿泥石等，千枚状构造，其余碎屑显微鳞片状结构，岩石挠曲和褶皱常见，片理极发育，岩层产状N40о～60оE，NW＜38о～60о。②变质砂岩：青灰色，主要矿物成分为石英、长石及岩屑等，中细砂粒结构，层状构造，有轻微的变质，岩石结构致密，岩性坚硬。③第四系松散堆积物主要为冲击砂卵石，漂石，厚1～1.5m，分布于河床部位，残坡积壤土、碎块石土，厚1～6m，分布于两岸山坡及冲沟部位。④变质辉长岩：暗绿、深绿色，主要矿物成分为绿泥石、绿帘石、纤闪石及少量石英，辉长结构，块状构造，微具定向构造，岩石质地坚硬，在坝址区呈岩株或岩脉产出。（3）地质构造坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。在初步设计阶段坝区共发现断层20条。坝基开挖后，在坝基部位新发现小断层14条及两条风化夹层，但密度均较小。①主要断层F5压扭性断层：产状N35о，NW＜80о，宽0.1～0.15m，主要由片状岩、碎性岩组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽228m高程附近。F12压扭性断层：产状N40оE，NW＜66о，宽0.2～0.4m，主要由片状岩组成，构造岩呈强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽236m高程附近。F22层间挤压破碎带：产状N55оE，NW＜55о，宽0.1～0.25m，主要由片状岩、石英脉组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽260m高程附近。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）F29压扭性断层：产状N25оE，NW＜70о，宽0.08～0.1m，主要由碎裂岩组成，见0.5～1.5cm厚的断层泥继续分布，断层间较平，构造岩呈强风化，性状差，出露于河床趾板齿槽部位。②裂隙：坝址区岩石裂隙发育，岩石破碎，坝基开挖后，对坝基岩石裂隙作了统计，主要有两组发育方向：一是NE向层面，裂隙产状N40о～60оE，NW＜38о～60о，裂面稍扭，普遍见Fe、Mn质浸染，表面张开或微张，局部见次生泥充填，延伸长，极发育；二是NW＜30о～50оW，SW或NE＜40о～80о，裂面光滑平整，见Fe、Mn质浸染，间距一般20～￥cm，延伸较短，发育。③风化夹层：坝基开挖后，在河床右侧趾板齿槽部位发现了两条风化夹层WJ1，WJ2，产状N42оE，NW＜38о，厚分别为2m和0.4m，风化夹层为强风化岩石和强风化至弱风化上部岩石。（4）水文地质条件坝址区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水，主要受大气降水补给，排泄于河床及河谷，地下水动态类型属降水—径流型。坝址区岩石的透水性及相对不透水层埋深经先导孔压水试验，表面透水层深度为2～4m，透水层值一般为6.7～20Lu；下部为相对不透水层。（5）建基面岩体有关地质参数建议值①混凝土与岩石接触面之间的摩擦系数：强风化千枚岩：f=0.3～0.38弱风化千枚岩：f=0.5～0.6②坝基岩体结构面之间的摩擦系数：裂隙夹泥与含断层泥的断层：f=0.3～0.35一般裂隙、断层：f=0.35～0.45③岩石的弹性模量：弱风化千枚岩：E=（0.8～1.0）×104MPa④岩石泊松比：弱风化千枚岩：=0.25～0.3⑤筑坝材料物理力学指标a.粘土的物理力学指标第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）(a)天然状态下主要物理力学指标：粘粒含量30％～40％；天然含水量23％～24％；塑性指数15～17；不均匀系数50；有机质含量0.4％；水溶盐含量2％；塑限17％～19％；比重2.7～2.72。(b)扰动后主要物理力学指标：干容重16.50KN/m3；饱和容重20.60KN/m3；浮容重10.60KN/m3;渗透系数2×106cm/s。b.砂砾石物理力学指标(a)主要物理力学指标：渗透系数3×103cm/s；内摩擦角：水上，；水下，；比重2.7，不均匀系数η=15。(b)不同干容重设计干容重参考值，见下表。表1-4不同砂砾含量下的干容重参考值大于5mm的含砾量P(％)10～2021～3031～4041～5051～6061～70设计干容重KN/m317.0017.5018.5019.0019.5020.00c.坝基物理力学指标(a)主要物理力学指标：渗透系数2×108cm/s；(b)内摩擦角：水上，；水下，；粘聚力0.035MPa；比重3.0。3地震烈度坝址及库区地震烈度属Ⅵ度以下区，设计时可以不考虑地震荷载。(五)经济资料1．库区经济：淹没耕地455亩，迁移人口384人。2．对外交通3．附属工厂及生活区4．负荷位置附录：1、坝址地形图2、坝轴线地质剖面图第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第二章枢纽布置水利枢纽设计的主要内容是确定坝址的位置、坝的类型和枢纽的布置方案等。坝址的位置、坝的类型和枢纽的布置方案是相互有联系的：坝址不同，选择修建的坝型和选用的枢纽布置方案也不同。如在狭窄的河谷、地质环镜好，适合建设拱坝；在宽阔的河谷、地质环镜较好，适合建设支墩坝或者是重力坝；在有宽阔的河谷、覆盖层较厚的河床或者是地质环镜较差，且石料储量丰富的地址处，适合建设土石坝。对于同一坝址来说，考虑到枢纽的施工、运营、综合效益、投资目标和远景规划等，在坝的类型和枢纽布置方案上也有所不同。2．1、工程等别确定水利水电工程的等别,按SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，并且按照该水利工程的工程规模、综合效益和其在国民经济中的重要程度确定。根据设计资料，本工程以发电为主，发电引用流量为5立方米/秒；又兼顾灌溉、供水等任务。由于枢纽修建后，新增灌溉面积1.0万亩，供水对象为一般城镇，防洪保护对象也为一般城镇，按SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》确定本工程工程等别为Ⅳ等小（1）型规模。其防洪标准为：设计时，取50年一遇，即频率为0.02的设计洪水；校核时，取1000年一遇的校核洪水，即频率为0.001的校核洪水。2．2、坝址、坝型选择根据工程设计基本资料，本水利枢纽位于江海县楚河一级支流上。大坝坝址上游控制33km2的流域面积。它由东和南两分支河流交汇而成。其中东支从石耳山出发，南支从清湾头尖出发，然后在晓港村汇合流入乐安河。本流域上游属于中低山区，是陡峭的山体；中下游属于低山丘陵区，为零乱的山体，发育完全的冲沟。大坝坝址区的地貌是构造剥蚀低山，山顶高程在280～450米之间。坝址处是比较宽的河床，宽度在20～50m之间，是一个“U”字型河谷。河床两岸为第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）不对称的山坡，左岸有雄厚的山体，山体的坡角在30～40度之间；右岸较为单薄的山体，山体的坡角在20～30度之间。而且，在河床的右岸有一处低矮垭口，其顶部高程大约为276m。大坝坝址区边坡比较稳定，虽属冲沟发育，而且切割较深，但没有看见物理滑坡等不良地质现象。由于坝区附近土石料储量丰富，粘土、砂砾石等筑坝材料级配、物理力学性能良好等原因，又考虑是中低山区，利用当地材料，修筑土石坝是较为经济合理的坝型。本设计采用碾压式粘土斜墙坝。2.3、坝轴线确定根据前面计算出的坝顶高程，并结合本设计基本资料，因为库区地貌为构造剥蚀低山，山体走势陡，有雄厚的分水岭，是封闭的地形，有良好的植被，又没有看见物理滑坡等不良地质现象。所以，利用分水岭等地形，在地形图上从比坝顶高程略高的等高线出发，拟定若干条坝轴线，然后逐一比较其地形地质，最后找出一条经济合理，安全可靠的最短线路，即坝轴线。如上图。2．4、枢纽总体布置2.4.1、溢洪道布置（1）、溢洪道尺寸确定根据设计基本资料，大坝坝址处河床右岸有一个顶部高程为276m的低矮垭口。虽属冲沟发育，而且切割较深，但没有看见物理滑坡等不良地质现象。故在此布设溢洪道泄水。溢洪道型式采用曲线型实用堰堰面，如图：第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）泄流能力计算公式：（2-1）式中：上游堰面0坡度影响系数，可由表查取。在这里，C=0.988：侧收缩系数，本设计取=1.0：淹没系数，本设计取=1.0：堰上水头（m），=Hd：流量系数。由于P1/Hd≥1.33,且=Hd,所以取m=0.501：堰的孔数：堰宽由上述公式，在设计水位、下，拟定溢洪道基础开挖高程,计算出相应高程满足设计流量时的溢洪道宽度，并计算出校核水位时的下泄流量。列于下表中：表2-1　　　　　　220.0276.4271.05.48.0434.5220.0276.4272.04.410.9489.6220.0276.4273.03.416.0581.5第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）220.0276.4273.52.920.3654.7220.0276.4274.02.427.0763.2220.0276.4274.51.938.4939.2220.0276.4275.01.460.61267.8根据表中数据，为了减少开挖，溢洪道基础开挖至高程273.2m.并铺设0.3m厚抗冲刷混凝土层，溢洪道顶面高程273.5m,并采用闸门控制。此时b=20.3m。校核流量为654.7立方米每秒。2.4.2、电站厂房布置本设计电站厂房为坝后式厂房，采用有压式引水管道引用发电用水。由于坝址河床左岸的山体雄厚，岩石比较稳定，山体的坡角在30～40度之间，地形地势，基础稳定，所以可以在此布置厂房。又考虑正常发电时下游尾水水位和吸出高的允许值等因素，拟定了水轮机的安装高程为225m，从而在坝轴线地形图上依据等高线的疏密确定厂房基础开挖量。相比右岸，左岸岩石更加稳定，更合适布置电站厂房，所以电站厂房布置在云江左岸。电站采用3台HL240型水轮机组发电，单机最大引用发电流量为，设计水头为50.3m，水轮机额定出力为2467.2Kw，蜗壳型式采用金属蜗壳，尾水管型式为弯肘形尾水管。发电机型号为SF2467.2-5/164（旧型号为TS164/88-5），水轮发电机采用悬式水轮发电机。调速设备采用YT—1000型小型带油压装置的机械液压的调速器，其额定油压为，接力器的工作容量为。油压装置选择压力油罐容积为、油压为的HYZ-0.3型组合式油压装置。起重机型式的选择一台双小车桥式起重机，起升高度主钩取16m,副钩取18m，型号为2x50t。主变压器的容量为2417，升压电压为110，中容量变压器一般选用铝线圈变压器，冷却方式采用风冷，选定SFSL-63000/110型号变压器。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第三章坝体剖面设计土石坝的基本剖面根据坝高、坝的等级、坝型、筑坝材料特性、坝基情况以及施工运行条件等参照现有工程的实践经验初步拟定，然后通过渗流和稳定分析检验，最终确定合理剖面形状。3．1、坝顶高程确定（1）风波三要素计算根据设计资料，本设计为丘陵地区水库，风速V=12m/s，吹程D=1600m。由于V≤26.5m/s，D＜7500m，故本设计计算波浪三要素时采用鹤地水库公式计算。波浪三要素即：波高（）、平均波长（）、平均周期（）。.鹤地水库公式：（2-1）（2-2）（3-3）（3-4）查《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）：表3-1不同频率下的平均波高比（hp/）值表P(%)0.125hp/<0.12.972.231.950.1～0.22.822.131.87在设计水位情况下，坝前水深H=51.4m：由公式（3-1），并把V=12.6m/s，D=1600，g=9.81m/s2代入式中，得：第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）=0.71m．查表3－1，当/=2.23时,=0.318m,/H=0.318/51.4<0.1(符合)，当/=2.13时，/H=<0.1(不符合)。所以：=0.318m,=2.5s,=0.71m。由公式（3-2），并把V=12.6m/s，D=1600，g=9.81m/s2代入式中，得：L=6.77m.在正常水位情况下，坝前水深H=50.3m：由公式（3-1），并把V=12.6m/s，D=1600，g=9.81m/s2代入式中，得：=0.71m.查表3-1,当/=2.23时,=0.318m,/H=0.318/50.3<0.1(符合)，当/=2.13时，/H=<0.1(不符合)。所以：=0.318m,=2.5s,=0.71m。由公式（3-2），并把V=12.6m/s，D=1600，g=9.81m/s2代入式中，得：L=6.77m.在校核水位情况下，坝前水深H=54.5m，由于水库大坝此时为非常运用，风速取最大风速的1.5倍，即：V=18m/s。由公式（3-2），并把V=18m/s，D=1600，g=9.81m/s2代入式中，得：=1.2m。然后代入公式（3-4）中，得：=（2.97/2.23）=1.60m.此时/=2.97,则=0.537m,所以：=3.25s,=1.6m。由公式（3-2），并把V=18m/s，D=1600，g=9.81m/s2代入式中，得：L=9.67m.表3-2水库大坝在各种水位下工作，波浪的三要素工况P(%)H(m)h(m)L(m)T(s)平均波高(m)正常水位2275.30.716.772.50.318设计水位2276.40.716.772.50.318校核水位0.1279.51.69.673.250.537（2）波浪爬高计算波浪爬高按正向波在单一斜坡上的平均爬高计算：第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）(3-5)式中：：正向波在m=1.5~5.0的单一斜坡上的平均爬高（m）m：边坡斜率，本设计拟取m=2.25.：平均波高（m）L：平均波长（m）：经验系数，按下表查取：表3-3经验系数<1.01.52.02.53.03.54.0>5.01.01.021.081.161.221.251.281.30：边坡的糙率系数和渗透性系数，按下表查取：表3-4糙率和渗透性系数护面类型护面类型护面类型草皮护面0.85-0.90光滑不透水护面1.0拋填两层块石（不透水）0.60-0.65混凝土护面0.9砌石护面0.75-0.80拋填两层块石（透水）0.50-0.55根据本设计情况，=1.0，=0.80。在各种水位工作条件下，然后依据表3-2把、L、m值代入公式（3-5）得：正常蓄水位下，=0.477m设计水位下，=0.477m校核水位下，=0.740m第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）（3）波浪壅高值计算（3-6）式中：综合摩擦系数，约为（1.5~5.0）x10-6,一般取K=3.6x10-6：风速（m）：吹程（m）：坝前水深（m）把V=12.6m/s，D=1600，g=9.81m/s2代入式（3-6）中得：正常蓄水位下，=0.001m设计水位下，=0.001m把，，代入式（3-6）中得：校核水位下，=0.002m（4）安全加高值选取表3-5安全加高值P(%)0.125hp/<0.12.972.231.950.1～0.22.822.131.87由于本工程属于Ⅳ等工程，所以：正常蓄水位下，=0.5m设计水位下，=0.5m校核水位下，=0.3m（5）坝顶高程(3-7)第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）在正常水位下，H=275.3m，=0.001m，=0.477m,=0.5m，所以=276.28。在设计水位下，H=276.4m，=0.001m，=0.477m，=0.5m，所以=277.38m。在校核水位下，H=279.5m，=0.001m，=0.74m，=0.3m，所以=280.54m。所以，坝顶高程为280.54m.最大坝高为55.54m.3.2、坝顶及马道宽度SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》规定：高坝的坝顶宽度在10~15m之间选择,中低坝的坝顶宽度在5~10m之间选择。本设计考虑斜墙尺寸，及需要布置斜墙和反滤层，拟取大坝坝顶宽度为10m。马道宽度的选择：马道按其作用，为满足施工期间车辆行驶和运行时坝坡观测需要的要求，规范上规定，马道一般大于或等于1.5m。本设计中，拟取马道宽度为3m，并且沿坡面每隔30m设置一个马道。3.3、坝坡坝坡坡率与坝体稳定以及工程量的大小有很大关系。本设计中，坝坡参照已有工程的实践经验进行拟定：上游坝坡拟采用整体性浆砌石护面，其坡率从1:2.0～1:3.0（从坝顶到坝底）；下游坝坡拟采用草皮护坡，分三级变坡，其坡率从坝顶到坝底分别为1:1.5，1:1.75，1:2.0。3.4、细部构造（1）防渗体本设计拟采用粘土斜墙作为防渗体，其顶部高程按规范要求为：正常运用条件下，其顶部高程为正常蓄水位或者是设计水位加上。非正常运用条件下，大于于该工况下的静水位再加上该工况下的风浪爬高值。本设计采用非常运用条件下，防渗体顶部高程为279.5+0.74＝280.24m．防渗体上部铺设0.3m厚的混凝土保护层，即与坝顶路面高程一致。本设计中，坝体填筑采用机械化施工，故防渗体顶部水平宽度，拟取为5m，并且自上而下逐渐加厚。根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》，斜墙坝的一般为小于或等于5。（3-8）第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）本设计拟采用最大厚度δ=15m，此时＝55.54/15＝3.7．防渗体上游面坡率为1:2，下游面坡率为1:1.4。（2）坝体排水根据设计资料：左岸山体雄厚，易于取石。本设计拟采用棱体排水，以降低坝体浸润线，防止坝坡不受冻胀。由本工程设计基本资料可知，本工程坝基强度足够，采用棱体排水，棱体又起到支撑坝体、增加坝体稳定的作用。拟定棱体尺寸为；顶宽为1.5m,顶面超出下游水位高度拟取0.8m。排水棱体的坡率，考虑到施工的条件，上游坡坡率拟取为1:1.5，下游坡坡率拟取为1:2.0。排水棱体与地基以及棱体与坝体之间均设置反滤层。由于下游最高水位为230.9m,所以，棱体顶部高程为231.7m.（3）反滤层和过渡层在土石坝设计中，由于设置了防渗、排水等设施；为避免防渗体、排水体被冲刷或由于水位降落而淘空坝体土质，需设置反滤层和过渡层。本设计中，参考国内外著名水利工程实践经验，并结合本工程设计基本资料，在斜墙上游侧和下游侧、排水体与坝体之间，排水体与坝基之间，都铺设了厚度为0.4m的反滤层。反滤层由颗粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成。（4）坝顶和坝面排水a、坝顶排水坝顶设置路面，以便于交通。为与上游坝坡护面良好衔接，在坝顶的上游侧设置1.2m高的浆砌石防浪墙，宽度为0.6m。为了排除雨水，坝顶设置成向下游方向单侧倾斜路面，其坡度为2%～3%。为更排除雨水，路面下游侧的路沿石中每隔50m的距离，设置排水孔，排水孔与下游坝坡面横向沟衔接。b、坝坡排水为了排除降落在坝坡面上的雨水，下游坡沿坝轴线方向每隔50米设置横向排水沟，横向排水沟断面为0.4m×0.3m,采用浆砌石修筑。坝坡上的纵向排水沟，设置在马道内侧，断面为0.3m×0.3m(宽×高)。为拦截沿岸坡流下来的雨水冲刷坝坡，在土石坝坝坡与岸坡交线上，设置截水沟。c、岸坡排水第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）为拦截沿岸坡流下来的雨水冲刷坝坡，在土石坝坝坡与岸坡交线上，设置截水沟。（5）护坡在本工程设计中，上游采用浆砌石护面，下游采用草皮护坡。浆砌石护坡采用石块砌筑，并用水泥砂浆全部覆盖砌石。其厚度为40cm,为了防止浆砌石层产生干缩和裂缝，每4m设一伸缩缝，缝中充填沥青。为了增加浆砌石护坡的稳定性，在浆砌石层的下面，每隔5m设置一道阻滑齿墙，齿墙深度为0.8m,伸入坝坡0.5m。为了便于排水，阻滑齿墙通过反滤层的部分设有排水管。如图：第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第四章渗流分析渗流分析的内容主要有：确定坝体内浸润线；确定渗流主要参数-渗流流速与比降；确定渗流量。4.1、土石坝渗流分析的基本方法渗流分析的方法有：水力学方法、流网法、有限单元法。在这里，采用水力学方法来计算渗流。4.2、渗流计算工况组合渗流计算需要计算以下几种水位组合情况：（1）上游正常蓄水位275.3m与下游相应的最低水位227.9m；（2）上游设计洪水位276.4m与下游相应的水位230.2m；（3）上游校核洪水位279.5m与下游相应的水位230.9m；（4）库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况(校核水位降落到正常蓄水位情况)。4.3、渗流计算根据坝轴线地址剖面图的地形、地址情况，沿坝轴线方向取若干断面分别进行渗流水力计算。如下图：在高程255处取一断面，为1-1断面；在高程239处取为2-2断面；在高程229处取为3-3断面；在高程225处取为4-4断面。右岸：1-1断面与2-2断面水平距离为32m，2-2断面与3-3断面水平距离为28m，3-3断面与4-4断面水平距离为8m。左岸：1-1断面与2-2断面水平距离为20m，2-2断面与3-3断面水平距离为18m，3-3断面与4-4断面水平距离为3.5m。4-4断面沿坝轴线方向长度为51.5m。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）4.3.1、各种工况下，各断面渗流计算（1）上游正常蓄水位275.3m与下游相应的最低水位227.9m；1-1断面渗流计算;所处高程255m，不透水地基，下有无水，有排水体。=8.1m,=2.78m,，,,,,=1.4,=85.936m,m,m,计算简图为图二。图二、不透水地基上，有排水体的斜墙渗流计算简图（下有无水情况）渗流计算公式为：（4-1）（4-2）（4-3）（4-4）（4-5）第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）式中：：从斜墙的内坡角到坝下游坡脚的水平距离（m）：在排水体上游坡脚处浸润线的高度（m）：排水体的高度（m）：斜墙内边坡的坡率：排水体顶宽（m），：分别为排水体的上下游边坡坡率,,,,,,=1.4,=85.936m,m,m代入上述公式并假定一个h值，经过反复试算，使得。最后得出：60.936m，=2.47m,=1.535m,。浸润线方程为：（4-6）2-2断面渗流计算所处高程239m，不透水地基，下有无水，有排水体。=11.83m,=2.78m,，,,,,=1.4,=140.33m,m,m,计算简图为图二。按1-1断面的方法和公式，最后得：115.33m，=5.55m,=3.47m,。浸润线方程为：（4-7）3-3断面渗流计算所处高程229m，不透水地基，下游无水，有排水体。=14.16m,=2.78m,，,,,,=1.4,=172.17m,第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）m,m,计算简图为图二。按1-1断面的方法和公式，最后得：147.17m，=7.6m,=4.77m,。浸润线方程为：（4-8）4-4断面渗流计算所处高程225m，透水地基，下有有水，有排水体，并设有截水墙。=15m,=2.78m,，,,，，,，,，=1.4,=180.25m,m,m,m。计算简图为图三。图三、透水地基上，有排水体和截水墙的斜墙坝渗流计算简图（下游有水情况）渗流计算公式：（4-9）（4-10）（4-11）（4-12）（4-13）（4-14）第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）（4-15）（4-16）式中：：斜墙的平均厚度（m）：截水墙的平均厚度（m）：斜墙内坡的坡脚：从浸润线与斜墙内边坡交点到下游面与排水体上游破交点的水平距离（m）：从斜墙的内边坡破交点到下游水面与排水体上游坡交点的水平距离（m）：坝身浸润线与斜墙内边坡交点处浸润线的高度（m）：浸润线与斜墙内边坡的交点到上游水深与斜墙上游边坡交点的竖直距离（m）：上游水面与斜墙相交处的的斜墙厚度（m）,：分别为斜墙和截水墙的渗透系数,：分别为坝体和坝基的渗透系数计算时，把=15m,=2.78m,，,,，，,，,，=1.4,=180.25m,m,m,m代入上述公式，最后得：=7.51m,=169.12m,。浸润线方程为：（4-17）（2）上游设计洪水位276.4m与下游相应的水位230.2m；1-1断面渗流计算所处高程255m，不透水地基，下有无水，有排水体。=8.1m,=2.78m,第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计），,,,,=1.4,=85.936m,m,m，计算简图为图二.计算方法和计算公式与正常蓄水位与相应下游水位组合时1-1断面的相同。最后得出：60.936m，=2.62m,=1.63m,。浸润线方程为：（4-18）2-2断面渗流计算所处高程239m，不透水地基，下有无水，有排水体。=11.83m,=2.78m,，,,,,=1.4,=140.33m,m,m,计算简图为图二。计算方法和计算公式与正常蓄水位与相应下游水位组合时1-1断面的相同。最后得：115.33m，=5.7m,=3.57m,。浸润线方程为：（4-19）3-3断面渗流计算所处高程229m，不透水地基，下游有水，有排水体。=14.16m,=2.78m,，,,,,=1.4,=172.17m,m,m，。计算简图如图四。图四、不透水地基上，有排水体的斜墙坝渗流计算简图第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）渗流计算公式：（4-20）（4-21）（4-22）式中：：从斜墙的内坡角到坝下游坡脚的水平距离（m）：在排水体上游坡脚处浸润线的高度（m）：排水体的高度（m）：斜墙内边坡的坡率：排水体顶宽（m），：分别为排水体的上下游边坡坡率在计算时，首先假定一个h值，并把=14.16m,=2.78m,，,,,,=1.4,=172.17m,m,m代入上述公式，使得，即确定h和q。所以最后：,。浸润线方程为:（4-23）4-4断面渗流计算所处高程225m，透水地基，下有有水，有排水体，并设有截水墙。=15m,=2.78m,，,,，，,，,，=1.4,=180.25m,m,m,。计算简图为图三。计算方法与正常蓄水位工况下4-4断面相同。最后计算结果为：=8.7m,=167.35m,第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）。浸润线方程为：（4-24）（3）上游校核洪水位279.5与下游相应的水位230.9m；在该工况下，其计算公式和计算方法与设计水位工况下的组合情况相同。1-1断面：60.936m，=3.06m,=1.92m,。浸润线方程为：（4-25）2-2断面：115.33m，=6.25m,=3.93m,。浸润线方程为：（4-26）3-3断面：,。浸润线方程为:（4-27）4-4断面:=9.65m,=165.94m,。浸润线方程为：（4-28）（4）库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况(正常水位降落1/4H情况)。在该种工况下，主要沿坝轴线方向选取最大断面进行分析，即取4-4断面。计算简图如图五。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）图五、透水地基上，有排水体的斜墙渗流计算简图（库水位降落情况）渗流计算公式为：（4-29）（4-30）式中：为斜墙的渗透系数，为坝上游水深，为水库水位降落前斜墙下游侧水深（浸润线高度），为斜墙的平均厚度，即，为上游水面高程处斜墙的厚度，为斜墙底部处的厚度，为斜墙的内坡角，为斜墙的外坡角，为坝体的渗透系数，为坝下游水深，为从水深为h的断面到下游水面与排水体上游边坡交点处的水平距离，为从斜墙下游坡脚到下游水面与排水体上游边坡交点处的水平距离。（4-31）（4-32）（4-33）（4-34）第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）（4-35）（4-36）（4-37）（4-38）（4-39）（4-40）（4-41）式中：：坝内恢复稳定渗流后斜墙下游面（即浸润线与斜墙下游面交点处）的水深，按公式计算。：水库水位降落后坝体的浸润线方程系数：水库水位降落后坝体的浸润线方程系数：水库水位降落，坝内产生不稳定渗流到坝内重新恢复稳定渗流所需的时间。：水库水位降落后斜墙下游侧水深首先计算水库水位降落前斜墙下游侧水深h：由公式（4-31），求解得h=8.08m，。然后计算水库水位降落后斜墙下游侧水深H，由公式（4-35）和（4-41）试算：得H=2.91m。所以=2.91，=-0.0000004，。将=2.91，=-0.0000004代入（4-40）得：（4-42）4.3.2、总渗流量计算第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）（4-43）式中：为所在n-n断面处的单宽渗流量，为n-n断面到m-m断面的水平距离。根据（图一）坝轴线地形地质剖面图可知：=72.4m,=52m,=46m,=11.5m,=51.5m。所以：（1）上游正常蓄水位275.3m与下游相应的最低水位227.9m组合下，，，，。总渗流量为：。（2）上游设计洪水位276.4m与下游相应的水位230.2m组合下；，，，。总渗流量为（3）上游校核洪水位279.5与下游相应的水位230.9m组合下；，，，。总渗流量为4.4、渗透坡降计算渗透坡降方程即为该断面处浸润线方程的导数。（1）上游正常蓄水位275.3m与下游相应的最低水位227.9m；1-1断面：浸润线方程，求导得，，即。2-2断面：浸润线方程，求导得，，即。3-3断面：浸润线方程，求导得，，即。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）4-4断面：浸润线方程，求导得，当时，,，即。（2）上游设计洪水位276.4m与下游相应的水位230.2m；1-1断面：浸润线方程，求导得，，即。2-2断面：浸润线方程，求导得，，即。3-3断面：浸润线方程，求导得，当时，,，即。4-4断面：浸润线方程，求导得，当时，,，即。（3）上游校核洪水位279.5与下游相应的水位230.9m；1-1断面：浸润线方程，求导得，，即。2-2断面：浸润线方程，求导得，，即。3-3断面：浸润线方程，求导得，当时，,，即。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）4-4断面：浸润线方程，求导得，当时，,，即。（4）库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况(正常水位降落1/4H情况)。浸润线方程，求导得：，当时，,，即。4.5、渗流量和渗透坡降校核各组合工况下，总渗流量最大为，满足防渗要求。最大渗透坡降为<允许值。所以也满足要求。第五章稳定分析在土石坝的设计中，坝体的上下游边坡选择是否恰当对坝的安全和经济有很大影响。本设计采用不考虑土条件侧向力作用的稳定分析方法——瑞典圆弧法，来进行稳定分析计算。5.1、最小抗滑稳定安全系数确定在本设计中，利用十字线法，确定最小稳定安全系数。做法：在坝坡的坝肩A点作一条与水平线成β1角的直线，在坡脚B点作一条与坝坡线AB成β2的直线，两直线交于点M1。然后从坝坡脚B点垂直向下量取高度H=坝高，并从该点沿水平方向量取4.5H，得M点。连接M1和M点，得直线MM1，并将其延伸。计算时，在直线MM1上取若干个圆心，画出若干个滑弧，并利用公式分别计算滑弧的最小K值，然后通过这个最小K值的圆心点作MM1第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）的垂线，又在此垂线上，取若干个圆心，画出若干个滑弧，分别计算其K值，选取此时的最小K值，即为最后确定的最小抗滑稳定安全系数。简图如下：5.2、稳定计算在不同的高水位情况下，坝体内会形成稳定渗流。本设计中，主要计算的高水位情况为：（1）正常蓄水位工况；（2）设计洪水位工况；（3）校核洪水位工况。在计算时，取最大坝高处断面的稳定渗流，并取若干个滑弧进行分析计算。本设计每一种工况下，取了3个圆弧，并分别计算它们的抗滑稳定系数K（计算表附后）.稳定分析计算公式为：(5-1)（5-2）（5-3）式中：：滑动圆弧半径：合力对圆心O的力臂（5-4）式中：：土条自重第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）：土条的宽度，：分别为土条中心线在浸润线以上部分的高度和该部分填土的重度（按填筑含水量的湿重度计算），：分别为土条中心线在浸润线以下和坡外水面以上部分的高度，以及该部分填土的重度（按饱和重度计算），：分别为土条中心线在坡外水面以下和坝基面以上部分的高度，以及部分填土的重度（按有效重度计算），：分别为土条中心线在坝基面以下和滑动面以上部分的高度，以及部分坝基土的重度（按有效重度计算）（5-5）（5-6）式中：，：浸润线以下部分土条两侧面的渗透水压力：土条右侧面在浸润线以下的高度：土条左侧面在浸润线以下的高度：水的重度（5-7）式中：：作用在土条底面的水压力：土条底面与水平线的夹角对于中间的滑动土条，计算公式为：（5-8）（5-9）第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）对于滑动土体两侧的土条，为滑动土体两侧的土条实际宽度。计算公式：（5-10）（5-11）计算中，按5.1中所述方法作出若干个圆弧滑动面，并根据上述公式，列表计算（计算表及计算简图附后）出各个最小抗滑稳定安全系数K。最后计算结果列表如下：高水位情况正常蓄水位设计洪水位校核洪水位库水位降落滑弧编号：L123456789101112抗滑稳定系数：K1.631.81.581.611.611.451.611.591.451.752.112.185.3、稳定校核按我国《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001规定,当采用计及条块间作用力的计方法时,坝坡抗滑稳定安全系数不应小于下表的数值。表5-3土石坝坝坡抗滑稳定允许的最小安全系数坝的级别1234、5正常运用条件1.501.351.301.25非正常运用条件Ⅰ1.301.251.201.15非正常运用条件Ⅱ1.201.151.151.10注:正常运用条件是指:①水库水位处于正常蓄水位(或设计洪水位)与死水位之间各种水位下的稳定渗流期;②在上述水位范围内库水位经常性的降落;③抽水蓄能电站库水位的经常性变化和降落。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）非正常运用条件Ⅰ是指:①施工期;②校核洪水位下可能形成的稳定渗流情况;③库水位的非常快速降落。非正常运用条件Ⅱ是指:正常运用条件遇地震本设计属于Ⅳ等小（1）工程，按上表的工况查得其允许的最小安全稳定系数为1.25。而本设计在几种工况下，计算出的抗滑稳定安全系数都大于1.25。所以判定，本设计的坝坡稳定满足要求。第六章水电站主要设备选择6.1水轮机的选择考虑到工作投资、运行效率、运行条件以及产品供应，经过技术经济方案比较，综合考虑，初步设计采用3台机组。根据设计资料，最大工作水头采用正常蓄水位时的水头，最小工作水头采用死水位时的水头。本设计中，设计水头等于最大工作水头，即，，。水轮机额定出力。根据本设计水头（23m～50.3m）范围变化，由《水电站机电设计手册----水力机械》——转轮参数表（暂行系列型谱）选择ZZ360和HL240两种水轮机进行方案比选。6.1.1、HL240水轮机方案HL240型水轮机主要参数的计算第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）（1）转轮直径的计算（6-1）式中：Nr--水轮机的额定出力（kw），Nr=2467.2KW；Q1"--模型水轮机的单位流量1.24m3/s；Hr--电站设计水头。Hr=50.3m--原型水轮机效率，假定。则根据反击式水轮机转轮标称直径系列表，选择与稍微偏大的标准直径D1=0.8m。（2）效率修正值的计算：该水轮机模型在最优工况下的，模型转轮的直径。则原型水轮机的最高效率：=1-（1-）=1-（1-0.92）=0.929校正修正值为：=--考虑到制造工艺水平的情况取=1%。则=--=0.929-0.92-0.01=-0.001由此水求得水轮机在限制工况的效率：=+=0.904-0.001=0.903（与假定数值相近），故不需修正，取=0.903。（3）转速的计算第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）（r/min）(6-2)式中：----原型水轮机相应的最优单位转速----加权平均水头，=41.8m其中：=+由HL240型混流式水轮机模型转轮主要参数表，查得在最优工况下的单位转速为。同时由：=-1﹤0.03所以，不用考虑，则把代入（6-2）式：n===581.9r/min根据水轮发电机同步转速与其磁极对数有关的磁极对数与同步转速系列表，选择与之接近的同步转速n=600r/min。磁极对数p=5。（4）工作范围的验算在选定的水轮机直径D1=0.80m，n=600r/min的情况下，水轮机的和各种特征水头下相应的值分别为：===1.22﹤1.15m3/s则水轮机的最大引用流量为：===5.53m3/s对值，在设计水头Hr=,50.3m，最大水头=50.3m时：====67.7r/min在最小水头=23m时：第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）===100.1r/min在HL240型水轮机的模型综合特性曲线上，分别画出、、的直线发现，其工作效率在80%以上。（5）吸出高计算由水轮机的设计工况（，），查得相应的气蚀系数，设计水头，所以吸出高为：6.1.2、ZZ440水轮机方案ZZ440型水轮机主要参数的计算（1）转轮直径的计算(6-3)式中：Nr=2467.2KW、Hr=50.3m、=1.65m3/s.假定η=0.91，则：水轮机的直径为：=1.11m根据反击式水轮机转轮标称直径系列表，选择与稍微偏大的标准直径D1=1.2m。（2）效率修正值的计算ZZ440为轴流转桨式水轮机，其最大效率根据叶片在不同转角时有所不同。按下式计算：（6-4）式中：、、、，所以：（6-5）=--（6-6）第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）根据上式，考虑到制造水平情况，取=1%，并将计算结果列于下表：ZZ440型水轮机效率修正值计算表叶片转角°-10-5051015（%）84.9088.0088.8088.3087.2086.00（%）88.7991.0991.6891.3190.4989.60-　3.893.092.883.013.293.60（%）2.892.091.882.012.292.60由此求得水轮机在最优工况下，=0.89，原型水轮机效率为：=+=0.89+0.0188=0.909在限制工况点，=0.885，原型水轮机效率为：=+=0.885+0.0188=0.904与原来假定数值接近，不再较正。最后取=0.909。（3）转速的计算：n=（6-7）式中：=+由ZZ440型水轮机模型转轮主要参数表，查得在最优工况下的单位转速为。同时由=-1=-1=0.010﹤0.03所以,考虑，则把=115r/min代入（6-7）式得：n===619.6r/min第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）根据水轮发电机同步转速与其磁极对数有关的磁极对数与同步转速系列表，选择与之接近的同步转速n=750r/min。磁极对数p=4。（4）工作范围的验算在选定的水轮机的直径D1=1.2m，n=750r/min的情况下，水轮机的和各种特征水头下相应的值分别为：则水轮机的最大引用流量为：=对值，在设计水头Hr=,50.3m，最大水头=50.3m时：====126.9r/min在最小水头=23m时：===187.6r/min在ZZ440型水轮机的模型综合特性曲线上，分别画出、、的直线发现，其工作效率在79%以上。（5）吸出高计算由水轮机的设计工况（，），查得相应的气蚀系数，设计水头，所以吸出高为：6.1.3、水轮机方案比选结果水轮机方案参数对照表序号项目HL240ZZ440第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）1模型转轮参数推荐使用的水头范围（m）25～4520～402最优单位转速（r/min）721153最优单位流量（L/s）11008004限制工况单位流量（L/s)124016505最高效率（%）92896设计工况气蚀系数0.20.327原型水轮机参数工作水头范围（m)23～50.323～50.48转轮直径(m)0.81.29转速（r/min）60075010最高效率（%）92.99111工作时效率范围（%）≥80≥7912额定出力（KW）2467.22467.213最大引用流量（m3/s）5.545.5114吸出高-2.93-2.42在满足额定出力情况下，HL240效率较高，转轮直径较小，转速较低。所以，本设计中，本着经济合理的原则选择HL240型水轮机。6.2蜗壳的型式和主要尺寸的确定蜗壳的型式分为混凝土蜗壳和金属蜗壳。根据选择的水轮机型式、水头和流量的大小，选择不同的蜗壳型式。本设计中，由发电流量较小，拟采用金属蜗壳。6.2.1、金属蜗壳的断面形式金属蜗壳的断面型式均采用圆形断面。6.2.2、蜗壳的包角f为了使水流能够均匀而且呈轴对称地进入导水机构，选择蜗壳的包角=360°是有利的，但这样却增大了蜗壳的尺寸，因而也增大了厂房的尺寸，所以合理的蜗壳包角应通过方案比较确定。由于圆形断面的金属蜗壳，较小的过流量，使得其外形尺寸对厂房的尺寸和造价影响不大。在工程实践经验中，选择包角在=340°-350°之间，水力性良好。而且工厂大都选择=345°，所以，对于此次设计，根据工程经验和习惯，本设计采用=345°。6.2.3、蜗壳的进口流速根据《水力机械》蜗壳进口断面平均流速曲线查得当设计水头Hr=50.3m时，第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）Vc=5.9m/s。6.2.4蜗壳外形尺寸的确定采用解析法计算金属蜗壳的外形尺寸，金属蜗壳的水力计算因蜗壳与座环的连接方式不同而有所差别，解析法计算蜗壳尺寸，是在假定Vu=Vc的基础上，给定设计水头，最大引用流量，导叶高度，座环尺寸及蜗壳断面形式，最大包角、进口平均流速的条件下进行的。蜗壳的进口断面半径：==（6-8）式中：-----引用流量，=5.54m3/s------蜗壳进口流速，=5.9m/s-----最大包角，=代入数据整理得：===0.54m查《水力机械》附录2.当D1<1.8m、Hr=50.3m时，金属蜗壳座环内径=1.35m，外径=1.6m，则===0.8m。从轴中心线到蜗壳外缘的半径：=+=0.8+=1.88m对于中间任一断面：设为从蜗壳鼻端起算至计算断面处的包角。则该断面处的:=（6-9）=（6-10）=+（6-11）将各断面计算结果列入下表：第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）蜗壳特征断面尺寸表断面01234567角度3075120165210255300345ρ(m)0.160.250.320.370.420.460.500.54R(m)1.121.301.431.541.641.721.801.886.3尾水管型式及主要尺寸的确定尾水管型式及主要尺寸的确定，关系着厂房基础的开挖和下部块体混凝土的尺寸，关系着水轮机的效率的高低，关系着水电站的工程量和投资。所以，在水电站设计中，选择合理的尾水管形式和尺寸是不容忽视的。6.3.1、尾水管的型式曾经，尾水管的型式多种多样，但目前大部分工程上常选择直锥形尾水管、弯锥形尾水管和弯肘形尾水管。直锥形尾水管和弯锥形尾水管适用于小型水轮机，弯肘形尾水管适用于大中型水轮机。根据水电站设计资料的分析，此处采用弯肘形尾水管。6.3.2、尾水管的高度与水平长度影响尾水管工作性能的重要因素尾水管的总高度h和总长度L。总高度h是由座环下环顶平面到尾水管低板之间的垂直高度，由于肘管是尾水管中对能量影响最严重的部分，因而其尺寸应由试验确定并不允许轻易变更，和由转轮结构确定，所以增大尾水管高度时，主要是增大直锥管的高度。根据试验一般可作如下的选择对低比转速混流式水轮机（>）取h≥2.2；对高比转速混流式水轮机（<），取h≥2.6；为了保证机组运为了保证机组运行的稳定性最低不得小于2.3。总长度L是指从机组中心线到尾水管出口断面的水平长度。随着L的增，尾水管出口端面增大，出口流速减小，水轮机效率提高。但是，随着L的增长，水力沿程损失和厂房尺寸相应增大。这也对工程是不利的。6.3.3、直锥段直锥段是从直径的进口圆形断面，逐渐扩散到直径为的出口圆形断面的垂直圆锥形扩散管。对于混流式水轮机组，直锥管进口直径等于水轮机第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）转轮出口直径。在本设计中，采用混流式轮机，值在=～之间取值为。直圆锥管高度为，随着其高度的增加，水能损失减少。查《水电站机电设计手册-----水力机械》规范，得直锥管的进口直径：==1.060.8=0.85m=直圆锥管的高度：取0.95m，则。6.3.4、肘管肘管进口断面为圆形断面，出口断面为矩形断面，中间是一个渐变的断面。根据工程经验和国内推荐使用的尾水管尺寸，肘管段转弯半径外壁取锥管段下部的圆断面直径的1.0倍，内壁取0.6。本设计在初步设计时，按推荐尺寸计算，并将设计尺寸列于表中。6.3.5出口扩散段出口扩散段为一矩形扩散管，出口宽度等于肘管出口。扩散管为水平放置，其顶板向上倾斜，仰角=～，这里取，长度=－。本设计已考虑，但此次设计不设中间支墩。出口段长度:=3.78-0.75=3.08m=-=-=根据以上资料列尾水管尺寸计算表如下:表2-3-1.尾水管基本尺寸计算表参数D1hLB5h4h6L1h5标准值12.24.51.8081.10.5740.941.30实际值0.841.763.781.450.880.4590.751.04第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）6.4、发电机的选择6.4.1、发电机的型式水轮发电机分为立式发电机和卧式发电机两种型式。高水头的中小型冲击式机组和低水头的贯流式机组多选择卧式水轮发电机布置方案。大中型机组多选择立式水轮发电机的布置方案。立式水轮发电机按照其结构的支撑方式又分为悬式水轮发电机和伞式水轮发电机。6.4.2、发电机外形尺寸估算6.4.2.1主要尺寸估算发电机的主要尺寸包括定子铁芯内径及定子铁芯长度，这两个尺寸确定后，其余部分的尺寸即可相应确定。极距：（6-12）式中：-----发电机额定容量，=2417KWP-----磁极对数，p=5-----系数，一般为8-10，容量大，线速度高的取上限，=10所以：定子内径：第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）定子铁芯长度：（6-13）式中：-----发电机的额定容量，-----额定转速（r/min），n=600r/minC----系数，查《水电站机电设计手册----水力机械》表3-5，取c=3.0。所以：=定子铁芯长度主要受发电机的通风条件、冷却条件和运输条件等的限制。当>3时，通风比较困难；当<1时，发电机工作效率比较低；如果按照运输条件的限制，当>2.5m时，参照已建工程的实践经验，多选择现场叠装定子。因此=合乎要求。又当﹤0.035因此水轮发电机采用悬式水轮发电机。定子铁芯外径（机座号）目前国内外还没有一个统一的框架的尺寸，如容量和速度相匹配的发电机生产比较接近。对于相差很大的，按经验公式计算：=125+39.4=164cm所以，选择的发电机型号为SF2467.2-5/164，旧型号为TS164/88-5，水轮发电机采用悬式水轮发电机。如图：第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）6.4.2.2发电机外形尺寸的估算a、平面尺寸估算：（1）定子机座外径当n>500r/min时，（2）风罩内径当时，（3）转子外径（6-14）式中：取为单边空气间隙，这里为初步估算，所以先不考虑。（4）下机架最大跨度（6-15）式中D5为水轮机机坑直径，查《水电站机电设计手册----水力机械》表3-6，当转轮直径D1=0.8m时，D5=1.8m。（5）推力轴承外径D6和励磁机外径D7第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）查《水电站机电设计手册------水力机械》表3-7，当=12000kVA时，取，。(6)上机架跨度b、轴向尺寸计算（1）定子机座高度当n＞214r/min时：（2）上机架高度：（3）励磁机高度、副励磁机高度、永磁机高度和推力轴承高度，按下表取用：根据上表，，，，。（4）下机架高度（5）定子支座支承面到下机架支承面的高度（1）下机架支承面至主轴法兰底面之间的高度按照国内已生产的发电机和成功工程的统计资料，其值多在700~1500mm之间取值，本次设计取值为。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）（7）转子磁机轴向高度+（700～1000）mm=88+70=158cm（8）发电机主轴高度=（0.7～0.9）H式中：H为发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度。则：（9）定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离6.4.3发电机重量的估算6.4.3.1发电机总重量（6-16）式中：-----发电机总重量(t)-----发电机的额定容量（），=2417n-----水轮机的额定转速（r/min），本设计n=600r/min-----系数，悬式发电机一般取为8-10，在这里取=106.4.3.2按发电机总重量，发电转子带轴的重量估算时取1/2。6.4.3.3水轮机总重量的估算水轮机总重量根据规范和本工程设计基本资料，如下图查得：第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）6.4.3.4蜗壳重量的估算（6-17）所以：6.5调速设备的选择水轮机调速器主要由调速柜、主接力器和油压装置三部分组成。其主要作用是调节导叶开度达到改变出力恢复转速。6.5.1调速功的计算水轮机的调速功为：（6-18）式中：A----调速功（J）----最大水头（m）Q------最大水头下，额定出力时的流量m3/sD1------水轮机装轮直径（m）第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）所以：=(200~250)=6977.9~8722.5计算得A<10000属于小型调速器，查反击式水轮机调速器系列型谱表，选择YT——1000型调速器，即小型带油压装置的机械液压型调速器，额定油压为，其接力器工作容量为.6.5.2导叶接力器的选择（1）接力器的直径选择（6-19）式中：-----计算系数，可由表5-3查取-----导叶高度，因为为导叶的相对高度，查附表1.得HL240型水轮机得0.365。-----水轮机的最大水头，取。选用与之接近偏大的（2）接力器最大行程的计算=（1.4～1.8）（6-20）式中：-----导叶最大开度，可由模型的求得：（6-21）式中：、----原型和模型水轮机导叶轴心圆的直径。、-----原型和模型水轮机的导叶数目。由设计工况点（r/min、m3/s）在模型综合特性曲线图上查得=25mm，同时还可以查得=534mm，=24。此次水轮机的=mm，。将各值代入上式得：第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）计算时，系数取1.8，则：（3）接力器容积的计算两个接力器的总容积可由《水力机械》公式：6.5.3、油压装置选择油压装置不考虑放空阀和进水阀的用油，则压力油罐的容积可按下公式算，即:=（18～20）=（0.09～0.1）m3由此，根据《水电站机电设计手册-----水力机械》规范中的油压装置系列型谱表，油压装置选择压力油罐容积为，油压为的HYZ-0.3型组合式油压装置。6.6起吊设备的选择不同的水电站厂房类型、不同的最大起重量和机组台数决定着选择不同的起重机的型式和台数。具有上部结构的厂房一般选用桥式起重机，而门式或半门式起重机一般只用在露天或半露天式厂房。6.6.1起重机型式的选择起重机的型式和台数取决于水电站的厂房类型、最大起重量和机组台数等条件。具有上部结构的厂房一般选用桥式起重机，而门式或半门式起重机一般只用在露天或半露天式厂房。本水电站采用引水式厂房，具有上部结构，故选用桥式起重机。本设计水轮机机组台数为3台，根据初步选取的原则，起重机型式确定为一台双小车桥式起重机。6.6.2起重机主要工作参数的选择（1）起重量计算起重机额定起重量是指允许起吊的最大重量（包括平衡梁和吊具）。起重机的额定起重量，查《水电站机电设计手册（水力机械）》，选取双钩型式，第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）平衡梁和吊具的重量一般为10%～12%的最大起重量来考虑。则取吊物装置的重量：=12%=12%12.66=1.39(t)额定起重量：=12.64+1.39=14.03（t）（2）跨度起重机两小车轨道中心线之间的水平距离称为跨度，单位m。根据厂房跨度可以选择起重机的跨度。根据起重量选择起重机型号，并得出主要尺寸，起重机主要参数见下表：根据上表，结合本设计情况，拟取厂房跨度为15m,所以起重机跨度为Lx=13.5m。如下图：副钩与排架柱的距离为L1=1150mm，主钩与排架柱的距离为1750mm。（3）升降高度根据计算的起重量，起升高度主钩取16m,副钩取18m。起重机型号为2x50t.6.7主变压器的选择第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）我国电力变压器的分类和产品型号如下表：根据水轮发电机的容量2417，选定主变压器的容量为2417，升压电压为110。中容量变压器一般采用铝线圈。并且采用风冷方式冷却。所以，根据以上结果选定SFSL-63000/110型号变压器。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第七章厂房平面设计在进行主厂房平面设计时，必须将上部结构部分和下部结构部分结合起来考虑，因为两者关系密切。主厂房的平面设计主要是：（1）确定主厂房的长度和宽度；（2）发电机层的设备和设施布置；（3）装配场的设备和设施布置；（4）水轮机层、蜗壳层、尾水管层的设备和设施布置。7.1、厂房的长度确定主厂房总长度是机组段长度（机组中心间距）、端机组段长度和安装场长度之和。（1）中间机组段长度的确定中间机组段长度的确定，是从蜗壳层、尾水管层和发电机层在x轴方向的尺寸中选择最大值作为机组段长度。机组段长度可按下式计算:（7-1）式中：----机组段+x方向的最大长度；----机组段−x方向的最大长度。蜗壳层：尾水管层：发电机层：第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）式中：----蜗壳+x方向最大平面尺寸；----蜗壳−x方向最大平面尺寸；----尾水管宽度；----风罩外壁的净距，一般可取，如需在两台机组间设置楼梯时，则一般取，在此取为；----蜗壳外部混凝土厚度，由水工结构确定，初步设计时一般可取，此处取1.5m；----尾水管边墩混凝土厚度，初步设计时一般可取，本设计取1.5m；----发电机风罩壁厚，一般取0.3～0.4m，此处取0.4m；----发电机风罩内径。所以：蜗壳层：尾水管层：发电机层：故机组段长度：（2）端机组段长度的确定,确定端机组段长度时，除应注意考虑机组间距外，还需要考虑厂内进水阀布置、起重机吊运设备工作范围等。边机组中心在−x方向的尺寸，为机组段长度的一半，即1/2×第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）6.92=3.46m；其在+x方向的尺寸由主阀的起吊条件控制，其中主阀中心主机组中心的距离为蜗壳+x方向尺寸3.38m减去蜗壳进口管道的半径0.54m；主阀起吊位置相对于吊钩的裕量取0.3m；吊钩至厂房端墙的距离为吊车宽度的一半，即1/2×5m；另取吊车外端部距厂房端墙内侧的安全距离为0.4m（不小于0.2m）。则靠山墙边机组段长度为：靠装配场边机组段长度为：（3）安装场长度的确定安装场长度的选择主要是满足机组安装检修时摆设四大件（转轮、转子、上机架和水轮机顶盖）的要求。安装场长度的在初设时，按习惯一般取为1.2～1.8倍机组段长度。对混流式水轮机及悬式发电机可取较小的系数值，但本电站为引水式电站，主阀检修也需要在安装间进行。故取1.5倍，即：（4）主厂房总长度考虑到厂房墙壁厚度，取。7.2、厂房的宽度确定以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分。（7-2）（1）上游侧宽度（7-3）式中:----风罩外壁至上游墙内侧（或柱边）的净距。操作柜的平面尺寸为1.5×1.2m，机旁盘为0.8×0.55m，吊阀孔为4×第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）3m。操作柜与机旁盘的距离取1.0m,机旁盘距墙1.0m，操作柜距风罩外壁1.0m，同时操作柜、机旁盘与油压装置、发电机风罩盖板间均有1.0m的通道，既满足机旁盘安全的要求，也可保证运行人员在操作调速器的同时可观测到机旁盘的仪表。由主厂房平面布置图可知:（2）下游侧宽度下游侧主要考虑过人通道以及吊运吊件，过人通道拟取3m。所以：因此：（3）厂房总宽B考虑到墙的厚度为0.3m和排架柱的尺寸0.6×0.6m，宽度为：由于前面拟定厂房跨度为15m，起重机跨度为13.5m，并且考虑上述计算结果，厂房总宽度为15m。7.3、发电机层的设备和设施布置（1）水轮发电机。水轮发电机的布置形式定子埋入式、定子外露式和上机架埋入式。外露式布置使发电机显得拥挤，增加上部结构部分的高度，目前已很少采用。定子埋入式和上机架埋入式由于能够增加水轮机层高度，便于布设出线层，目前在工程上应用广泛。所以，本设计采用定子埋入式布置方式布置水轮发电机。（2）调速系统设备。调速器操作柜、油压装置和接力器在每一台机组都布置，并且集中布置在一起。调速设备位置设在距发电机风罩外壁1.0m处。（3）机旁盘。布置在发电机层，距离调速设备1.0m，距离排架柱为1.0m，以便运行人员在机组启动时能观察到盘上的仪表。在每一台机组均布置3块机旁盘，机旁盘单块为0.8×0.55m。（4）楼梯。本设计在每两台水轮机发电机组之间设置楼梯，以便工作人员检修巡视的通道。楼梯尺寸为净宽1.0m，坡度为45度。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）（5）吊阀孔。本设计中，主厂房内设置了进水阀。所以在发电机层留有检修的吊阀孔，其尺寸为3.0×2.0m。（6）交通道。水轮发电机层的交通道，留有1.0～2.0m不等的宽度，以方便工作人员巡视和设备检修等用处。7.4、水轮机层的设备和设施布置水轮机需布置在水轮机基坑中，所以必须要设立机墩。本设计选择圆筒式机墩。圆筒式机墩内径：式中：----水轮发电机定子内径；所以：悬式≤1.25-0.65=0.6m，取0.6m。在水轮机层，除了布置油、气、水管道和电气设备外，还需布置检修蜗壳和尾水管的进人孔。并且布置在靠近蜗壳进口断面或侧面。7.5、蜗壳层的设备和设施布置本设计选择的是金属蜗壳，在蜗壳层的布置除去蜗壳，均为大体积混凝土。7.6、尾水管层的设备和设施布置尾水管层设设备、设施布置为：（1）尾水管。本电站采用的是弯肘形尾水管。为减小扩散段结构跨度，通常设有1～2隔墩，本设计中不设隔墩。（2）集水井、集水廊道和水泵室。为排除厂房内的渗水、生活污水等，主厂房最低处设置集水井，然后集水井上面布设水泵室。7.7、装配场布置装配场设有进厂大门，为方便载重汽车的进入，其高度取5.0m，宽度根据吊车宽度5m，取5.1m。装配场与主机室宽度相等。7.8、副厂房的布置副厂房的布置内容主要有：（1）中央控制室，（2）集缆室，（3）继电保护盘室，（4）通讯室及远动装置室，（5）开关室，（6）母线廊道、母线室或母线竖井，（7）电缆廊道和电缆沟，（8）直流系统用房，（9）厂用电设备房间，（10）电子计算机室，（11）巡回检测装置室，（12）电气试验室，（13）值班室和调度室。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）（1）中央控制室。中央控制室的室内高度在4.0～4.5m之间，根据水电站的规模、性质和要求，依据规范取室内高度为4m，长为6m，宽为5m，面积35m2。（2）集缆室。本设计集缆室布置在中央控制室的旁边，中间留有1m宽的通道，其长为6m，宽为5m，面积30m2。在集缆室室内布置简单，只有电缆和电缆吊架。集缆室高度取为2.5m。（3）继电保护盘室。继电保护室布置在中央控制室旁边，中间留有1m宽的通道。继电保护室长6m，宽5m，按照规范取面积30m2。（4）通讯室及远动装置室。按照规范取长7m，宽3m，面积为21m2,室内高度3.4m。（5）开关室。又称发电机电压配电装置室，应在靠近机组的副厂房内，使发电机引出线较短，减少电能的损耗。通向防爆间隔的通道净宽取2m，高度取3m，开关室长度取6m，宽度为3m,设置两处口。7.9、永久缝布置水电站工程在建或建成运行期间，厂房基础固结尚未形成，难免会发生不均匀沉降，所以必须在厂房纵向设置永久的温度伸缩缝或沉降缝以避免基础产生不均匀沉降以及加强厂房整体性。但主机间不设永久伸缩缝。本设计在主厂房与副厂房之间以及主厂房与安装间之间设置沉降缝。永久缝缝宽拟定为2cm，并且缝间填沥青油毡止水。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第八章厂房的剖面设计主厂房剖面设计主要是解决厂房内各设备之间、各层之间的垂直方向上的空间处理有关问题。通过厂房的剖面设计，可以合理安排解决厂房通风、采光、发电、配电等多种任务。通过厂房垂向空间的计算，全面综合分析研究做出经济合理、技术可行的厂房垂向布置方案，为运行人员的操作运行管理创造优良的工作环境。8.1厂房布置的基本要求（1）电站厂房的垂直布置，要使场内方便设备的安装和检修。（2）电站厂房设备要布置合理，安全运行，便于管理。（3）应充分考虑设备进厂以及厂内吊装、运输的要求。8.2水电站厂房垂直尺寸的确定要确定厂房的垂直尺寸，主要是确定厂房水轮机层地面、发电机层地面、轨道顶等的高程。（1）水轮机安装高程本设计中，根据前面计算出的吸出高度为2.9m，和发电设计水位下的下游最低水位为227.9m，故水轮机安装高程定为。（2）主厂房基础开挖高程基础开挖高程是水轮机安装高程减去尾水管高度，再减去尾水管底板混凝土厚度。所以基础开挖高程为：（3）水轮机层地面高程式中：----蜗壳进口段半径；----蜗壳上部混凝土厚度；金属蜗壳取2.0m。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）根据国内外已建电站的经验，取100mm的整数倍，所以。（4）发电机装置高程式中：----水轮机机墩进入孔高度，一般为1.8～2.0m，取2.0m；----机墩进入孔上部厚度，根据设备布置和发电机结构要求，取为2.0m。（5）发电机层楼板高层本设计中，在水轮机层地面和发电机层楼板之间设置了出线层，根据设备的尺寸和其在布置上的要求，而且本设计水轮机层高度为大于4m，足够布置各种电气设备、出线和油压装置等。所以在这里发电机层楼板高层只需要在发电机装置高程基础上加上定子机座的高度。最后发电机楼板高程为：式中：为定子机座高度，根据前面计算出的，在此取=1.7m。所以。（6）吊车轨道顶部高程式中：----发电机定子高度和上机架高度之和(如果发电机定子为埋入式布置，仅为上机架高)；----吊件与设备间的垂直安全距离，不小于0.3m，取为0.5m；----最大吊运部件高度,取4.2m；----吊运部件与吊钩间的距离（一般在1.0米～1.5米左右）；第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）----吊车主钩至轨顶面的最小距离取0.9m。（7）屋顶上缘高程式中：----吊车顶至屋顶下缘距离；为方便吊车检修需要取0.5m；----吊车高度；取为1.5m----屋顶下缘到屋顶上缘的高度，取1.5m（8）装配场楼板高程本设计由于下游设计洪水位为230.2m，而发电机楼板高程为233.3m，高于下游设计洪水位，所以，装配场的楼板高程取最理想的情况——装配场高程、对外交通道路和发电机楼板处于同一高程。即，其高程取为233.3m。（9）主厂房高度第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）总结本毕业设计设计题目是云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）。说起来，从上学期的选题开始，我们就一直为毕业设计慢慢地准备着各种工作。在选题之后，我们在导师的指导下，开始查阅资料，阅读大量文献，准备着外文翻译和编写文件综述，然后撰写开题报告，最后是借阅毕业设计需要的各种资料。通过阅读大量文献，我了解了国内外的一些著名水利工程，成功的工程实践经验对于我们的毕业设计有着重要的参考价值。通过亲自翻译一篇外文，我真的感觉到自己的专业英语水平有了显著提高。通过编写文献综述、撰写开题报告，我清楚地知道毕业设计应着手的方向。这次毕业设计转眼间就过去了，从4月份开始工作，到现在历时两个多月，毕业设计说明书终于完成。想着在这两个月进行的工作——找资料、计算、会草图、输电子文档等，我一样一样的都完成了，我真的感觉比设计开始时舒心多了。设计的工作都不难，就是比较多，比较琐碎，而且又是一层关系着一层，这一步的工作没有完成，下一步的工作就没法进行。通过这次毕业设计，我知道设计的工作还是不简单，反而很是繁琐。设计中，不仅需要遵循规范的规定，又需要参考国内外已建工程的成功经验来拟定初始设计数据，然后再根据情况利用各种各样的分析方法进行核算，最终确定设计。通过这次毕业设计，我又再一次的温习了以前所学知识，对于本专业所学课程更加了解，基础更加牢固，我相信这对日后走上工作岗位快熟悉工作是很有帮助的。通过这次毕业设计，我们在导师的指导下，同学们互相帮助，共同讨论设计中遇到的各种问题，不仅在专业知识方面收获颇多，而且同学之间感情增进了的很多。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）参考文献【1】林继镛主编.水工建筑物[M].北京：中国水利水电出版社，2009.【2】孙东坡，丁新求主编.水力学[M].郑州：黄河水利出版社，2009.8.【3】中华人民共和国水利部.SL266-2001水电站厂房设计规范.北京：中国水利水电出版社，2001.【4】金钟元主编.水利机械[M].北京：中国水利水电出版社，2007.【5】马善定，汪如泽主编.水电站建筑物[M].北京：中国水利水电出版社，2007.【6】林昭著.碾压式土石坝[M].郑州：黄河水利出版社，2003【7】水利水电勘察设计总院.碾压式土石坝设计手册（上、下册）.北京：1989.【8】水电站设计手册编写组.水电站机电设计手册（水利机械），水利电力出版社，1983.【9】华东水利学院主编.水工设计手册.水利电力出版社，1984.第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）致谢本毕业设计设计过程中，遇到了很多问题。在这里，我要感谢一起做设计的同学们和水利工程学院水利水电工程专业的老师们的帮助，特别是非常感谢雷鹏老师的辛勤指导。第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第66页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）附件一：渗流计算表正常水位下，1-1断面渗流计算HH1LL1hh0δcδ1q1q2275.320.385.93660.936008.18.11.03157E-060275.320.385.93660.9361.10.6701849987.8698.11.00921E-061.92147E-07275.320.385.93660.9361.30.7942922037.8278.11.00462E-062.68734E-07275.320.385.93660.9361.50.919117847.7858.19.99877E-073.58256E-07275.320.385.93660.9361.71.0446720347.7438.19.94967E-074.60754E-07275.320.385.93660.9361.91.1709650737.7018.19.89893E-075.76268E-07275.320.385.93660.9362.11.2980074097.6598.19.84654E-077.04836E-07275.320.385.93660.9362.31.4258096677.6178.19.7925E-078.4649E-07275.320.385.93660.9362.41.4899991327.5968.19.76486E-079.22234E-07275.320.385.93660.9362.471.5350471317.58138.19.74526E-079.77208E-07275.320.385.93660.9362.51.5543826397.5758.19.7368E-071.00126E-06275.320.385.93660.9362.61.6189615647.5548.19.70833E-071.08357E-06275.320.385.93660.9362.71.6837372947.5338.19.67944E-071.16918E-06275.320.385.93660.9362.81.7487112287.5128.19.65012E-071.25807E-06第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）正常水位下，2-2断面渗流计算HH1LL1hh0δcδ1q1q2275.336.3140.33115.330011.8311.832.76974E-060275.336.3140.33115.3310.60438857511.611.832.74917E-068.35664E-08275.336.3140.33115.3321.21777163511.3711.832.72557E-063.35515E-07275.336.3140.33115.3331.84048574111.1411.832.69887E-067.57574E-07275.336.3140.33115.3342.4728820210.9111.832.66901E-061.35125E-06275.336.3140.33115.3353.11532677810.6811.832.63591E-062.1178E-06275.336.3140.33115.335.13.18013849110.65711.832.63242E-062.204E-06275.336.3140.33115.335.23.24505488810.63411.832.62889E-062.29194E-06275.336.3140.33115.335.33.31007636110.61111.832.62534E-062.38162E-06275.336.3140.33115.335.43.37520330410.58811.832.62174E-062.47304E-06275.336.3140.33115.335.53.44043611310.56511.832.61812E-062.56621E-06275.336.3140.33115.335.553.47309234210.553511.832.6163E-062.61344E-06275.336.3140.33115.335.63.50577518710.54211.832.61446E-062.66111E-06275.336.3140.33115.335.73.57122092310.51911.832.61077E-062.75776E-06第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）正常水位下，3-3断面渗流计算HH1LL1hh0δcδ1q1q2275.346.3172.17147.170014.1614.164.01128E-060275.346.3172.17147.1710.60343002113.9314.163.99176E-066.54324E-08275.346.3172.17147.1721.21385262913.714.163.97144E-062.62509E-07275.346.3172.17147.1731.83147167113.4714.163.95026E-065.92332E-07275.346.3172.17147.1742.45649787413.2414.163.92819E-061.0559E-06275.346.3172.17147.1753.08914907813.0114.163.90517E-061.65412E-06275.346.3172.17147.1763.72965046812.7814.163.88113E-062.38773E-06275.346.3172.17147.1774.37823481212.5514.163.85602E-063.25738E-06275.346.3172.17147.177.14.44354700312.52714.163.85344E-063.35184E-06275.346.3172.17147.177.24.50894266812.50414.163.85086E-063.44767E-06275.346.3172.17147.177.54.70563296712.43514.163.84303E-063.74336E-06275.346.3172.17147.177.64.77136499212.41214.163.8404E-063.84466E-06275.346.3172.17147.177.74.83718172912.38914.163.83776E-063.94732E-06275.346.3172.17147.177.84.90308342712.36614.163.8351E-064.05135E-06第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）正常水位下，4-4断面渗流计算HH1H2LTt1hL0Z0ABCh"q275.350.32.9180.25134.10180.252.304628.52293E-061.666E-050.0006297.6684257874.98544E-06275.350.32.9180.25134.11178.767422.304628.59195E-061.666E-050.00062997.6476531274.98609E-06275.350.32.9180.25134.12177.2848412.304628.66212E-061.666E-050.00063097.6267840154.98674E-06275.350.32.9180.25134.13175.8022612.304628.73347E-061.666E-050.00063197.605817454.9874E-06275.350.32.9180.25134.14174.3196812.304628.80604E-061.666E-050.0006337.5847524134.98805E-06275.350.32.9180.25134.15172.8371022.304628.87985E-061.666E-050.0006347.5635878714.98871E-06275.350.32.9180.25134.16171.3545222.304628.95494E-061.666E-050.00063517.5423227684.98937E-06275.350.32.9180.25134.17169.8719422.304629.03134E-061.666E-050.00063627.5209560324.99003E-06275.350.32.9180.25134.17.1169.7236842.304629.03905E-061.666E-050.00063637.5188137274.99009E-06275.350.32.9180.25134.17.2169.5754262.304629.04678E-061.666E-050.00063647.5166703934.99016E-06275.350.32.9180.25134.17.5169.1306522.304629.07004E-061.666E-050.00063677.5102342124.99036E-06275.350.32.9180.25134.17.51169.1158272.304629.07082E-061.666E-050.00063677.5100195124.99037E-06275.350.32.9180.25134.17.7168.8341362.304629.08561E-061.666E-050.00063697.5059382624.99049E-06275.350.32.9180.25134.17.8168.6858782.304629.09342E-061.666E-050.0006377.5037887354.99056E-06第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）设计水位下，1-1断面渗流计算HH1LL1hh0δcδ1q1q2276.421.485.93660.936008.18.11.163E-060276.421.485.93660.9361.10.6701849987.8698.11.14081E-061.92147E-07276.421.485.93660.9361.30.7942922037.8278.11.13624E-062.68734E-07276.421.485.93660.9361.50.919117847.7858.11.13152E-063.58256E-07276.421.485.93660.9361.71.0446720347.7438.11.12663E-064.60754E-07276.421.485.93660.9361.91.1709650737.7018.11.12157E-065.76268E-07276.421.485.93660.9362.11.2980074097.6598.11.11634E-067.04836E-07276.421.485.93660.9362.31.4258096677.6178.11.11095E-068.4649E-07276.421.485.93660.9362.41.4899991327.5968.11.10819E-069.22234E-07276.421.485.93660.9362.471.5350471317.58138.11.10623E-069.77208E-07276.421.485.93660.9362.51.5543826397.5758.11.10539E-061.00126E-06276.421.485.93660.9362.61.6189615647.5548.11.10254E-061.08357E-06276.421.485.93660.9362.621.6319009217.54988.11.10197E-061.10043E-06276.421.485.93660.9362.81.7487112287.5128.11.09672E-061.25807E-06第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）设计水位下，2-2断面渗流计算HH1LL1hh0δcδ1q1q2276.437.4140.33115.330011.8311.832.95295E-060276.437.4140.33115.3310.60438857511.611.832.93321E-068.35664E-08276.437.4140.33115.3321.21777163511.3711.832.91043E-063.35515E-07276.437.4140.33115.3331.84048574111.1411.832.88454E-067.57574E-07276.437.4140.33115.3342.4728820210.9111.832.85547E-061.35125E-06276.437.4140.33115.3353.11532677810.6811.832.82313E-062.1178E-06276.437.4140.33115.335.13.18013849110.65711.832.81971E-062.204E-06276.437.4140.33115.335.23.24505488810.63411.832.81626E-062.29194E-06276.437.4140.33115.335.33.31007636110.61111.832.81278E-062.38162E-06276.437.4140.33115.335.43.37520330410.58811.832.80926E-062.47304E-06276.437.4140.33115.335.53.44043611310.56511.832.80571E-062.56621E-06276.437.4140.33115.335.553.47309234210.553511.832.80393E-062.61344E-06276.437.4140.33115.335.63.50577518710.54211.832.80213E-062.66111E-06276.437.4140.33115.335.73.57122092310.51911.832.79851E-062.75776E-06第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）设计水位情况下，3-3断面渗流计算H上H下LL1hδq1q2276.4230.2172.17147.1718.8954.50243E-06-4.4999E-08276.4230.2172.17147.1728.8954.4964E-062.64335E-07276.4230.2172.17147.1738.8954.48635E-067.88212E-07276.4230.2172.17147.1748.8954.47227E-061.53295E-06276.4230.2172.17147.1758.8954.45418E-062.50514E-06276.4230.2172.17147.1768.8954.43207E-063.71161E-06276.4230.2172.17147.176.58.8954.4195E-064.40491E-06276.4230.2172.17147.177.928.8954.37833E-066.71107E-06276.4230.2172.17147.1788.8954.37577E-066.85614E-06276.4230.2172.17147.17168.8953.98977E-063.03843E-05276.4230.2172.17147.17178.8953.92342E-063.47099E-05276.4230.2172.17147.1717.28.8953.90967E-063.56158E-05276.4230.2172.17147.1717.48.8953.89576E-063.65354E-05276.4230.2172.17147.1717.68.8953.88168E-063.7469E-05276.4230.2172.17147.1717.88.8953.86745E-063.84166E-05276.4230.2172.17147.17188.8953.85306E-063.93782E-05第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）设计水位下，4-4断面渗流计算HH1H2LTt1hL0Z0ABCh"Q276.451.45.2180.25134.10180.252.304628.52293E-061.666E-050.00084479.0260398135.16473E-06276.451.45.2180.25134.11178.767422.304628.59195E-061.666E-050.00084739.0083124875.16538E-06276.451.45.2180.25134.12177.2848412.304628.66212E-061.666E-050.000858.9905185225.16603E-06276.451.45.2180.25134.14174.3196812.304628.80604E-061.666E-050.00085538.9547285025.16735E-06276.451.45.2180.25134.16171.3545222.304628.95494E-061.666E-050.00086098.9186653335.16867E-06276.451.45.2180.25134.18168.3893622.304629.10908E-061.666E-050.00086678.8823244755.16999E-06276.451.45.2180.25134.18.2168.0928472.304629.12479E-061.666E-050.00086728.8786749385.17012E-06276.451.45.2180.25134.18.4167.7963312.304629.14056E-061.666E-050.00086788.8750225725.17025E-06276.451.45.2180.25134.18.6167.4998152.304629.15639E-061.666E-050.00086848.8713673745.17039E-06276.451.45.2180.25134.18.7167.3515572.304629.16432E-061.666E-050.00086878.8695387115.17045E-06276.451.45.2180.25134.18.8167.2032992.304629.17227E-061.666E-050.0008698.8677093375.17052E-06276.451.45.2180.25134.18.9167.0550412.304629.18023E-061.666E-050.00086938.8658792545.17058E-06276.451.45.2180.25134.19166.9067832.304629.18821E-061.666E-050.00086968.8640484595.17065E-06276.451.45.2180.25134.110165.4242032.304629.26875E-061.666E-050.00087268.845701265.17132E-06第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）校核水位下，1-1断面渗流计算HH1LL1hh0δcδ1q1q2279.524.585.93660.936008.18.11.57576E-060279.524.585.93660.9361.10.6701849987.8698.11.55497E-061.92147E-07279.524.585.93660.9361.30.7942922037.8278.11.55065E-062.68734E-07279.524.585.93660.9362.41.4899991327.5968.11.52379E-069.22234E-07279.524.585.93660.9362.51.5543826397.5758.11.52109E-061.00126E-06279.524.585.93660.9362.61.6189615647.5548.11.51834E-061.08357E-06279.524.585.93660.9362.71.6837372947.5338.11.51555E-061.16918E-06279.524.585.93660.9362.81.7487112287.5128.11.51272E-061.25807E-06279.524.585.93660.9362.91.8138847767.4918.11.50984E-061.35026E-06279.524.585.93660.93631.8792593597.478.11.50691E-061.44574E-06279.524.585.93660.9363.061.9185812017.45748.11.50514E-061.50462E-06279.524.585.93660.9363.22.010617377.4288.11.50093E-061.64661E-06279.524.585.93660.9363.32.0766036987.4078.11.49788E-061.752E-06279.524.585.93660.9363.42.142796867.3868.11.49477E-061.86069E-06第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）校核水位下，2-2断面渗流计算HH1LL1hh0δcδ1q1q2279.540.5140.33115.330011.8311.833.50082E-060279.540.5140.33115.3310.60438857511.611.833.48394E-068.35664E-08279.540.5140.33115.3321.21777163511.3711.833.46401E-063.35515E-07279.540.5140.33115.3353.11532677810.6811.833.38501E-062.1178E-06279.540.5140.33115.335.13.18013849110.65711.833.38187E-062.204E-06279.540.5140.33115.335.23.24505488810.63411.833.37869E-062.29194E-06279.540.5140.33115.335.43.37520330410.58811.833.37223E-062.47304E-06279.540.5140.33115.335.63.50577518710.54211.833.36563E-062.66111E-06279.540.5140.33115.335.83.63677372410.49611.833.35889E-062.85615E-06279.540.5140.33115.3363.76820213210.4511.833.35202E-063.05817E-06279.540.5140.33115.336.23.90006365310.40411.833.34501E-063.26716E-06279.540.5140.33115.336.253.93309708910.392511.833.34324E-063.3205E-06279.540.5140.33115.336.64.16509913410.31211.833.33057E-063.70609E-06279.540.5140.33115.336.84.29827971810.26611.833.32314E-063.93604E-06第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）校核水位情况下，3-3断面渗流计算H上H下LL1hδq1q2279.5230.9172.17147.1718.8955.11258E-06-2.65974E-07279.5230.9172.17147.1728.8955.10655E-064.01248E-08279.5230.9172.17147.1738.8955.0965E-065.59922E-07279.5230.9172.17147.1748.8955.08242E-061.2997E-06279.5230.9172.17147.1758.8955.06433E-062.26597E-06279.5230.9172.17147.1768.8955.04222E-063.46553E-06279.5230.9172.17147.1778.8955.01608E-064.90544E-06279.5230.9172.17147.177.98.8954.98912E-066.41291E-06279.5230.9172.17147.1788.8954.98592E-066.59303E-06279.5230.9172.17147.178.18.8954.98269E-066.77571E-06279.5230.9172.17147.178.28.8954.97941E-066.96095E-06279.5230.9172.17147.178.38.8954.97609E-067.14875E-06279.5230.9172.17147.178.48.8954.97273E-067.33913E-06279.5230.9172.17147.178.458.8954.97104E-067.43529E-06279.5230.9172.17147.178.58.8954.96934E-067.5321E-06279.5230.9172.17147.178.68.8950.0007442687.72766E-06第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）校核水位下，4-4断面渗流计算HH1H2LTt1hL0Z0ABCh"Q279.554.55.9180.25134.10180.252.304628.52293E-061.666E-050.00098729.829471385.79597E-06279.554.55.9180.25134.11178.767422.304628.59195E-061.666E-050.00099059.8108351665.79672E-06279.554.55.9180.25134.12177.2848412.304628.66212E-061.666E-050.00099379.7921319885.79747E-06279.554.55.9180.25134.14174.3196812.304628.80604E-061.666E-050.00100049.7545226525.79897E-06279.554.55.9180.25134.19166.9067832.304629.18821E-061.666E-050.00101829.6592900695.80274E-06279.554.55.9180.25134.19.1166.7585252.304629.1962E-061.666E-050.00101869.6573674635.80282E-06279.554.55.9180.25134.19.2166.6102672.304629.2042E-061.666E-050.0010199.6554441425.8029E-06279.554.55.9180.25134.19.3166.4620092.304629.21222E-061.666E-050.00101939.6535201085.80297E-06279.554.55.9180.25134.19.4166.3137512.304629.22025E-061.666E-050.00101979.6515953585.80305E-06279.554.55.9180.25134.19.5166.1654932.304629.2283E-061.666E-050.00102019.6496698925.80312E-06279.554.55.9180.25134.19.6166.0172352.304629.23636E-061.666E-050.00102059.647743715.8032E-06279.554.55.9180.25134.19.65165.9431062.304629.2404E-061.666E-050.00102069.6467803515.80324E-06279.554.55.9180.25134.19.8165.7207192.304629.25253E-061.666E-050.00102129.6438891965.80335E-06279.554.55.9180.25134.19.9165.5724612.304629.26063E-061.666E-050.00102169.6419608625.80343E-06第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）库水位降落前斜墙后水深h(m)计算库水位降落后，斜墙后水深H计算LL1hA1A2A3h"hhtμHL1Hn"HH161.2155.2745138.432906.41358311.7795.028.088.08100.131159.71745.182.922.91161.2152.3065138.432906.41358311.7759.718.08100.131.2159.42095.182.92161.2150.8275138.432906.41358311.7736.778.08100.131.4159.12445.182.92161.2150.677.15138.432906.41358311.7734.288.08100.131.6158.82795.182.92161.2150.537.25138.432906.41358311.7731.768.08100.131.8158.53145.182.92161.2150.387.35138.432906.41358311.7729.208.08100.132158.23485.182.92161.2150.237.45138.432906.41358311.7726.618.08100.132.2157.93835.182.92161.2150.087.55138.432906.41358311.7723.988.08100.132.4157.64185.182.92161.2149.527.885138.432906.41358311.7713.678.08100.132.6157.34535.182.92161.2149.497.95138.432906.41358311.7713.118.08100.132.8157.04885.182.92161.2149.3485138.432906.41358311.7710.318.08100.132.9156.90055.182.92161.2149.228.085138.432906.41358311.778.048.08100.133.2156.45575.182.92161.2149.048.25138.432906.41358311.774.608.08100.133.4156.15925.182.92161.2148.898.35138.432906.41358311.771.688.08100.133.6155.86275.182.92161.2148.758.45138.432906.41358311.77-1.268.08100.133.8155.56625.182.92161.2148.608.55138.432906.41358311.77-4.248.08100.134155.26975.182.92第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）附件二：抗滑稳定系数计算表第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）附录三：抗滑稳定圆弧计算简图第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）水利工程学院毕业设计开题报告题目：云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）课题类别:设计□论文　□学生姓名：学号：班级：专业（全称）：指导教师：2014年3月第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）一、本课题设计（研究）的目的：1培养学生综合运用所学知识解决实际工程技术问题的能力；培养学生的独立思考、解决问题和独立工作能力；培养学生设计计算、编写设计文件、使用规范手册和应用计算机的能力；培养学生调查研究、查阅技术文献和资料及编写技术文档的能力；2独立完成所承担的设计课题的全部内容，并且做到：初步掌握设计原则、设计方法、设计步骤和设计规范的应用；对工程设计方案进行选择和分析；按规定绘制设计图；撰写毕业毕业设计说明书和计算书；3设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定的时间内圆满完成要求的设计内容；4分析地形地质、水文气象、施工条件等基本资料；枢纽总体布置；确定斜墙坝剖面、防渗体、排水体、护坡等型式选择、尺寸拟定，渗流分析，稳定分析等,细部构造设计；5电站厂房设计：主要包括水轮机、发电机、蜗壳、尾水管、调速设备及主变压器的选型计算；电站厂房枢纽平面布置；厂房结构形式的合理选择。6成果用电子文档及CAD图打印装订成册。二、设计（研究）现状和发展趋势：本世纪60年代以来,土石坝的建设由于科研、设计和施工技术的发展,无论在高度和数量上都已超过了混凝土坝。90年代以来,呈现出优先选择土石坝的趋势。由于土石坝可以在不良的地质条件、深厚的透水地基和陡岸峡谷坝址上修建,可以在-40℃严寒气候和烈度9～10度强地震区表现良好,可以全部机械化施工,减少施工附属建筑和对外交通运输量,因而大大节约三材和劳力,降低造价和缩短工期,与其他坝型相比具有强大的竞争力。当前最高土石坝已达335m,而混凝土坝尚未达到。尤其它的分支混凝土面板堆石坝的发展,又成为近代坝工发展趋势之一,这种坝型,在某些条件下,有可能取代各种分区土石坝与混凝土坝。第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）近代土石坝在试验技术、设计理论、施工设备与工艺等方面,已取得了令人瞩目的成就,因之又推动了这种坝型的日趋成熟和发展.对于每项工程建设,都应该在技术安全可靠、追求造价低和效益好的条件下进行。特别是混凝土面板堆石坝,在一定坝高范围内,已显示出不仅对工程地质条件适应范围广,而且具有突出的经济优越性与快速施工的条件(我国当前每立方米碾压堆石的造价已仅为混凝土的1/10左右).因此,土石坝的发展,在我国仍居于很重要的地位。同时土石坝的设计理论和计算方法不断发展，以下仅从设计理论进行简述。1、土石坝设计理论的发展1.1反滤层已被确定为土石坝安全的第一道防线从已建成的土石坝运行情况来看,即使坝体施工质量良好,也会由于下列原因,引起集中渗漏等现象:(1)防渗体土料的填筑,都是分层碾压而成、从坝体中的渗流观测、竖井、钻孔等揭示的现象来看,其渗流现象远不是均质的,而是成层的,且水平渗透远大于垂直渗透性,因此,过去那种假设的均质渗流分析条件实际是不存在的;(2)心墙的两侧,坝肩等,受不均匀沉降、坝壳刚度不同等的影响,产生拱效应,并伴随着坝体应力的重分布而使心墙产生裂缝;(3)与岩石或混凝土接触带为薄弱环节,在高压力水作用下,往往存在着接触渗流,特别在出口,时有渗透变形发生;(4)高坝的心墙,可能会存在着水力劈裂现象;(5)强震区,在动力荷载作用下可能会引起坝体的不均匀沉降,而产生裂缝和集中渗漏带.反滤层的作用不仅可防止渗流出口的管涌和性土的剥蚀变形、接触冲刷等渗透变形现象,而且还能成功控制诸如以上情况可能产生的的集中渗漏,特别是在盖重的保护下,.此外,在反滤层的保护下,沿着渗流通道或裂缝壁的土料,会膨胀、软化,继之产生微小坍塌,并充填于裂缝内,从而有可能促使防渗体裂缝自愈,使防渗土体裂缝内的渗流状态恢复到接近正常渗流状态,达到既保护防渗土体又起到安全防渗的目的.当防渗土体存在某些局部质量问题时,设计良好的反滤料,亦可起到安全弥补作用。2.2稳定分析原理的进展土石坝的静力稳定分析,从1939年根据滑动力矩与抗滑力矩平衡的原理，提出用条分法分析土石坝稳定的瑞典圆弧法以来,至今已有很大的发展,不少学者、工程技术人员研究了考虑土条间作用力的极限平衡法来分析坝体、土体边坡的稳定性,并随着条间作用力的假设不同，得到了各种分析解答,以达到减少分析误差、提高计算精度的目的.但这些方法仍然是一种近似解答法.实践证明,毕肖普的极限平衡简化法完全具有实用的精度,计算简单,应用较为广泛,且与瑞典圆弧法分析的稳定安全系数,在很大的范围内是一致的.各种计算方法尚存在以下问题,需要进一步研究和完善:(1)第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）极限平衡法是假设沿滑动面各个条块底面土体强度具有同一安全系数,这是不符合实际的,实际上,土体在破坏前,总是局部土体的强度先达到屈服状态,并发生塑性变形,而另一些区域土体(大部分范围)尚未进入屈服状态,即土体各点实际动用的抗剪强度是不同的,因此,极限平衡法不能满足失稳前土体的真实应力状态;(2)实际上大多数稳定分析方法不能满足所有的平衡条件,因此,精确解是不存在的;(3)土条间作用力的方向与作用点分布亦是很复杂的,至今尚无有效的观测或试验证明之,所以分析中总是先假定某种状态;(4)极限平衡法尚难以反映出土体的变形大小,特别是在某些软土上(例如淤泥地基)筑坝,往往是因地基发生很大的变形而破坏,因此,这需要从土的应力、变形、强度、时间等因素来解决,即强度、变形均需限制在允许的范围内。1.3坝体填筑施工的技术进步和成果积累（1）、优选重型碾压设备，坝体压实质量逐步提高。洪家渡工程经现场碾压试和慎重论证,将冲击碾压技术首选应用于次堆石,压实量185万耐"鉴于压实效果显著在坝体上部主堆石区也采用了冲击碾压工艺,压实量约29万耐"实践表明,冲击碾压实具有铺填厚度大，工作效率高等优点，土石坝填筑施工中有应用前景（2）连续均衡进行坝体填筑施工如何有力地控制坝体沉降是面板堆石坝施工的一个难点,尤其是如何防范坝体不均匀沉降对混凝土面板止水，坝体内部应力分布的不利影响。因此,尽可能实现均衡连续上升则是施工管理工作的重点"进入21世纪以来修建的高面板坝,对此给予了足够的重视,并取得了良好的效果。公伯峡面板堆石坝项目是中国高原寒冷地区面板堆石坝建设的一个成功范例。（3）砾质土料施工技术进入新阶段超高心墙堆石坝对防渗土料的性能要求很高,不仅要求有较好的防渗性能和抗渗稳定性,还要有比一般高坝要求更高的力学性能"20年来,对碎石土风化料宽级配砾质土作为防渗土料的应用,研究实践了不同的开采、加工、碾压施工方法,拓宽了防渗土料的范围,开始了超高坝心墙料施工技术的新阶段。（4）土石方调配动态平衡系统的开发和应用优化的土石方调配方案不仅有利于降低施工成本、加快施工进度,还可以通过提高土石方的直接上坝率，减少弃料和料场开挖量等途径保护生态环境。这些都反映我国在土石坝上的建设经验，显示出我国在土石坝建设过程中技术上的不断成熟和取得的巨大成就。第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：1、重点1.1枢纽总体布置坝址区应有便于布置输水建筑物、溢洪道、电站等工程的地形、地质条件，且各建筑物之间应互不干扰，便于施工和管理运用。这几个条件很难同时满足，应抓住主要矛盾，权衡轻重，做好调查研究工作，进行细致的方案比较，选择出比较合适的坝轴线。1.2防渗和排水在坝与水库失事事故的统计中约有1/4是由渗流问题引起的，这表明深入研究渗流问题和设计有效的控制渗流措施是十分重要的。土石坝挡水后，在坝体内形成渗流，渗流力会对坝坡形成不利作用；渗流从坝坡、坝基和河岸逸出时可能引起管涌、流土等渗流破坏。设置防渗和排水设施可以控制渗流范围、改变渗流方向、减小渗流的逸出比降以增加坝坡、坝基和河岸的抗滑和抗渗稳定。1.3土石坝的稳定分析土石坝的边坡和坝基稳定是大坝安全的基本保证。施工期、稳定渗流期、水库水位降落期以及地震时，作用在坝上的荷载和土石料的抗剪强度指标都将发生变化，应分别进行核算，以保障坝体和坝基稳定的要求。1.4电站厂房枢纽布置电站厂房枢纽布置需要确定所选水轮机、发电机、蜗壳等尺寸大小，并照顾到运转方面和机组安装、吊运时所需要空间。又要合理布置厂房内部通道，便于之后运行和维护检修等工作。2、难点2.1渗流稳定计算（1）确定坝体浸润线及其下游逸出点的位置，绘制坝体及坝基内的等视线分布图或流网图（2）确定坝体与坝基的渗流量；第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）（3）确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降；（4）确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置或空隙压力；（5）确定坝肩的等势线、渗流量和渗透比降。解决途径：拟采用水力学方法，并沿坝轴线方向，选取多个代表性断面分别计算其渗流量，通过公式确定该位置处的浸润线方程，对浸润线方程求导即得该断面处的渗透坡降函数。2.2抗滑稳定分析（1）采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法计算;（2）采用十字线法和环形面积法选取最危险滑弧面;（3）将滑动土体分条编号,并计算各作用力;（4）计算抗滑稳定系数;（5）校核抗滑稳定系数.根据该方法公式计算出稳定系数kc,使其满足SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》规定的坝坡抗滑稳定最小安全系数。四、设计（研究）进度计划：第　4　周：收集相关文献、熟悉设计资料，开题报告，文献综述第5~6周：枢纽布置设计；第6~10周：斜墙坝设计；第10~11周：细部设计；第11~12周：电站厂房设计；第13周：地基处理；第14~16周：绘图、成果打印、修改、装订；第17　周：毕业答辩。第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）五、主要参考文献与外文翻译文件（由指导教师选定）1.DL5077-1997《水工建筑物荷载设计规范》；2.DL5073-1997《水工建筑物抗震设计规范》；3.DL5073-1997《水工钢筋砼结构设计规范》；4.DL5108-1999《碾压式土石坝设计规范》；5.SL253-2000《溢洪道设计规范》；6.SL266-2001《水电站厂房设计规范》；7.SDJ336-89《大坝安全监测技术规范》；8.SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》；9.水利水电规划设计总院《水工设计手册》（基础理论）·水利电力出版社，1983；10.水利水电规划设计总院《水工设计手册》（土石坝）·水利电力出版社，1984；11.水利水电规划设计总院《水工设计手册》（泄水与过坝建筑物）·水利电力出版社，1987；12.顾慰慈·《土石（堤）坝的设计和计算》·水利电力出版社，2006；13.四川联合大学.郑州工学院、福州大学、大连理工大学·《水电站建筑物设计参考资料》·水利电力出版社，1997；14.林昭著·《碾压土石坝》黄河水利出版社，2003；15.张光计、王光伦·《水工建筑物》上册·水利水电出版社，1992年；16.王世夏编著·《水工设计的理论和方法》·水利水电出版社，2000年7月；17.王柏乐主编《中国当代土石坝工程》·水利水电出版社，2004；18.S.W.WilsonandR.J.Marsal,CurrentTrendsinDesignandConstructionofEmbankmentDams,1979.11.《碾压式土石坝设计规范》，中国水利水电出版社.第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）指导教师意见签名：月日教研室（学术小组）意见教研室主任（学术小组长）（签章）：月日第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）国内外斜墙坝的现状和发展综述何细亮摘要：随着坝工技术的发展，水利工程大坝不断刷新高度。其中混凝土重力坝和拱坝等以混凝土为主要筑坝材料的大坝类型从19世纪末被应用到筑坝工程开始，到20世纪被世界各国广泛应用，如今混凝土坝已经非常普遍。与此同时，具有悠久历史的土石坝经过不断地工程实践,坝体材料、坝体结构和施工方法逐渐完善并且达到了既经济又安全的程度。世界各国都再向土石坝新高发展。本文章通过国内外一些工程实例阐述斜墙坝的现状，并展望该种坝型的发展情景。关键字：堆石坝、斜墙坝、心墙坝、斜心墙坝、沥青混凝土斜墙坝、土料斜墙坝、钢筋混凝土斜墙坝、木材斜墙坝、钢材斜墙坝、浆砌石斜墙坝、喷浆斜墙坝、塑料薄膜斜墙坝一、引言进入21世纪以来，中国的土石坝建设成就举世瞩目。一批高土石坝、超高土石坝相继建成和动工修建，标志着中国的土石坝施工技术已经进入世界先进水平的行列。从2001年到现在，建成高于100m的土石坝超过30座（包括之前的累计超过50座），其中高于150m的土石坝为9座（包括之前的累计12座），计入此前竣工和当今再见的150m以上的高土石坝共19座。土石坝坝型在已建大型工程中,有粘土心墙组合坝、均质坝、粘土斜墙坝和堆石坝。其中,以粘土心墙组合坝最多,占55%,均质坝次之,占32%,粘土斜墙坝和堆石坝较少。从坝工发展趋势来看，土石坝将成为普遍采用的坝型。下面将对土石坝中常用的几种坝型进行综述。二、按防渗墙位置划分的堆石坝1、心墙堆石坝。第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）防渗体位于坝轴线处，两侧为堆石体。防渗体可以为土料、沥青混凝土、钢筋混凝土。1978年香港地区建成的高岛（东）沥青混凝土心墙堆石坝,坝高107m。钢筋混凝土心墙的受力条件比较复杂,容易产生裂缝，抗震性能也较差，现已很少采用。如土心墙的位置稍偏向上游，且其上下游坡都倾向上游时，称为斜心墙堆石坝。2、斜墙(或面板)堆石坝。防渗体位于堆石体上游，材料有土料、钢筋混凝土、沥青混凝土、木材等。防渗土体可以放在堆石体上游，也可在土斜墙上设置较厚的堆石层。瑞士1967年建成的马特马克坝，高120m，防渗斜墙用砾质土填筑，上游坡较陡为1:1.7～1:2.13、斜心墙堆石坝。防渗体位于坝轴线上游，斜心墙下游是反坡。上游坡斜度一般不超过1:0.75。小浪底水利枢纽是一座高160米,长1667米的粘土斜心墙堆石坝。宾加水电站则是一座塑性斜心墙坝，其最大坝高107.4m。斜心墙坝的代表工程还有拉格朗德二级水电站（最大坝高168m）、富尔纳斯水电站（最大坝高127m）、恩波尔卡索水电站（最大坝高158m）等。三、按防渗材料划分的堆石坝1、土斜墙堆石坝土斜墙堆石坝是一种施工干扰少，可以在堆石完成后再建斜墙的坝型。表面土斜墙易于检修，与铺盖或深齿槽的连接较好，但上游坝坡较平坦，工程量大是它的主要缺点。在寒冷地区，必须设置防冻保护层，防护坡。土斜墙的上游，有较厚的堆石体，故其坝坡较陡。如安嘎特坝，其坝高131m,长度为568m，坝基宽度550m,库容8.5亿立方米。甲音塔拉水库主、副坝均为壤土斜墙堆石坝，自1962年运用以来，险情不断，虽经过多次加固，耗资数百万元，但未能消除病害，自1988年开始应用高压喷射灌浆，静压注浆及水泥裹砂喷射混凝土等多种新技术对两座堆石坝进行综合防渗加固处理，取得了较好的效果。河南小南海水库大坝小南海水库大坝为粘土斜墙堆石坝，上游为重粉质壤土填筑的厚粘土斜墙，粘土斜墙后紧接堆石坝体，粘土斜墙与堆石体之间设反滤层。坝基以闪长岩为主，原河床位于右坝段，河床段基岩覆盖层厚8～12m，其中强透水性砂卵石层厚3～5m，坝基防渗工程仅为三道质量不高的截水槽。水库自建成运行以来，由于前期施工质量极差，曾于1986年被列入全国43座重点病险水库之第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）列。虽然后经除险加固处理，工程质量得到改善，但受当时工程经费限制，工程处理并不彻底，水库大坝渗流还存有诸多问题。2、钢筋混凝土斜墙坝钢筋混凝土面板碾压堆石坝也是60年代以后发展起来的。钢筋混凝土斜墙堆石坝的坝体绝大部分是堆石，坝的下游破等于或略缓于堆石自然坡度，上游坡度根据是否有干砌石及其厚度情况而定。这种坝型是目前高坝常采用的坝型之一。在缺乏土料的山区，它是较经济的坝型。但在严重的地震区，由于堆石受震变位可能导致斜墙开裂，因而较为不利，必要时需要建造柔性较大的多层斜墙。目前，钢筋混凝土斜墙堆石坝最高已达153m.并向更高坝发展。钢筋混凝土面板可以做成只设竖向缝或分设竖向缝和水平缝。，世界上最高的钢筋混凝土面板堆石坝是巴西1980年建成的高160m的福斯－杜阿雷亚坝。中国湖北省的西北口钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高85m。3、沥青混凝土斜墙坝沥青作为一种水工材料用于工程防渗已有悠久的历史。国外水工沥青技术的应用比较广泛,包括大坝防渗面板、大坝心墙、水库防渗、渠道河堤防渗、海岸防护、垃圾场污水池衬砌等。沥青混凝土具有优异的防渗能力,国内外很多工程已经做到几乎没有渗漏,如美国已运行36年的Ludington抽水蓄能电站和国内已运行10年的天荒坪抽水蓄能电站等。沥青混凝土具有优异的变形能力,并在一定的条件下具有裂缝自愈能力,易于满足防渗体结构抗震的要求。当由于种种原因造成沥青防渗面板发生缺陷时,其修补十分便捷,可以在很短的时间内使工程恢复运行,对于减小电站运行损失十分有利。然而由于各种原因,我国的水工沥青防渗工程建设发展水平不高,与当前国内水利水电工程建设现状很不相称,沥青混凝土这一性能优异的水工材料在我国并没有得到充分利用,在西方早已普及的沥青混凝土渠道衬砌技术至今仍未在国内应用。在1988年的第16届国际大坝会议上,与会各国专家曾就未来高坝的发展趋势达成共识,认为沥青面板堆石坝、混凝土面板堆石坝、沥青心墙堆石坝是未来特高坝的适宜坝型。此后20年,混凝土面板堆石坝在向高坝的发展中取得了长足的进步,如我国的水布垭坝高已经达到233m,而且正在向300m第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）级的坝高发展,而沥青混凝土防渗堆石坝却基本停留在原来的水平上,变化不大。究其原因,主要是因为混凝土面板堆石坝的发展是由中国和南美国家带动的,而这些国家的水工沥青混凝土施工技术水平相对较低。这项机械化程度要求较高的施工技术,特别是斜坡沥青混凝土面板施工技术,长期以来主要被西方发达国家掌握着,而当前发达国家的高坝建设发展状况落后于发展中国家的水平。在我国,随着近年来尼尔基、张河湾、宝泉等工程的建设,水工沥青混凝土施工技术也已逐渐被掌握。从那时开始迄今年来，浇筑式沥青或与渣油的混合物拌制的混凝土，主要因为它具有沥青含量高，防渗可靠，适应变形能力强，施工简便，且受气候条件制约小可在冬季施工等突出优点，所以它不仅用于堆石坝的防渗，而且用于新建或已成各种类型混凝土坝的防渗、堵漏，从用于小型水利水电工程防渗开始，已经发展被推广用到大型工程。从目前掌握的国外182座沥青斜墙坝实例来看,有90%都是在1954年以后修建起来的;国外2座沥青心墙坝,除一座葡萄牙的坝是1949年建成的外,其余也都是1954年以后修建的。在坝的数量上,西德最多,达48座;其次是美国、瑞士、法国、日本、苏联和西班牙等国。在筑坝高度上,最的沥青斜墙坝为美国的鲍德温山坝,最大坝高83米;最高的沥青心墙坝为香港的高岛水库东坝,最大坝高105米。我国最早采用沥青防渗体是1973。当时在东北地区和西北地区有两座水库都是采用沥青作为筑坝防渗材料,修筑了我国最早的两座沥青心墙坝。其一是吉林省安图县白河水电站,坝24.5米,装机6000千瓦。它是水电部东北勘测设计院和延边朝鲜族自治州合作下,仅用半年时间,于1972年心墙浇筑工作全部完成。另一是甘肃省敦煌县党河水库,坝高58米(第一期工程46米),蓄水量为4500万立米,由于粘土运距远达25公里,从经济观点出发,采用了沥青防渗技术,于1974年修成第一期工程。接着,辽宁、河北、云南、陕西等省也相继建成了一批沥青防渗体工程,取得了显著效果。辽宁省在1974年4一6月,由省水科所朝阳县合作,在十二台子水库建成了我国第一座沥青斜墙坝,坝高24.5米,总库容343万立米;接着在1977年10月,省水科所又秘喀喇沁左翼蒙古族治县合作,建成了一座完整的沥青心墙坝的郭台子水库,坝高20.5米,总库容632万立米。上述二座沥青心墙坝,运行一直良好。于是辽宁水利局大胆地推广了沥青防渗体的经验,并应用到大型水利工程上。1977年冬,铁岭地区柴河水库的补强工程,在土坝上部修建了沥青防渗斜墙;1980年起,经水电部批准,又在大连市碧流河水库的堆石坝工程及土坝工程中,将原来的粘土心墙方案,全部改为沥青心墙方案,最大坝高53.5米,库容9.31亿立米,为国家节约投资1000余万元,施工将在1984年完成第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）对沥青防渗体在土石坝中的应用,我国虽比国外应用晚20年左右时间。但近10年来发展较快,已建成和在施工的沥青防渗体工程已达72项,其中:土石坝沥青心墙10项;土石坝沥青斜墙26项;混凝土、砌石坝沥青防渗面板7项;船闸底板沥青防渗1项;围堰沥青防渗5项;蓄水池沥青衬砌1项;渠道沥青衬砌18项;水库库底及库岸沥青补漏2项;抽水站沥青补漏2项。在土石坝中:陕西长安县石贬峪水库的沥青斜墙,最大高度85米,于1979年10月建成。最近,浙江的珊溪水库,正由水电部华东勘测设计院设计一座沥青心墙坝。坝高146米左右。由此可见发展速度是很快的。4、其他斜墙坝（1）、木板斜墙坝。其曾经是林区广为采用的一种斜墙，柔性大，容易适应坝体和坝基的沉降。但木板斜墙寿命较短，一般认为处在水位涨落范围的木板寿命可能为5-10，其水上部分易腐烂，要更换。木板斜墙有时候作为敷设其他永久性斜墙前的临时斜墙。木板斜墙的不透水性很好，但最怕火灾。在国内贵州省境内猫跳河上的红枫电站是一座木斜墙堆石坝，最大坝高52.5m。（2）、钢板斜墙坝。钢板是优质抗弯和防渗材料，虽然焊接处是弱点，但强度仍很高，能妥善适应堆石沉降变形，钢板斜墙的渗漏量很凶啊，施工方便，工期较短。虽然钢板斜墙用钢量比钢筋混凝土斜墙大不了多少，但钢材较贵，钢板易腐蚀，需要经常维护，故钢板斜墙坝应用不如钢筋混凝土斜墙广泛。例如，阿龟达勃朗喀钢板斜墙坝采用阿姆克铁板，抗锈能力也比普通钢板高。钢板斜墙的连接，以焊接最好，便于涂刷防腐油漆，且不透水性较好。（3）、浆砌石斜墙坝。浆砌石斜墙曾用于若干不高的坝。其施工慢，易开裂，难修理，防渗性远差于混凝土或喷浆斜墙。但是，由于其节约水泥，便于群众施工，在河南、四川、浙江等省修建了一些浆砌石斜墙坝，效果很好。在有采石经验的山区，浆砌石斜墙坝还是有发展前途的。例如，四川瓦店子堆石坝，坝高44m。（4）、喷浆斜墙坝。喷浆斜墙喷浆层的密实度和不透水性优于混凝土，而且施工迅速。但它易因堆石变形而损坏，只适合用于地基良好的低坝，或用作变形已终止的堆石坝的斜墙，或作为修理混凝土斜墙用。例如，米斗（meadow）坝的木板斜墙被烧毁后，采用水泥：砂为1:3.75、每向配筋0.3％第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）的水泥浆，喷涂厚11.4厘米的斜墙。（5）、塑料薄膜斜墙坝。塑料薄膜做防渗体，施工简易。对坝高50m以下的，寿命在50年以内的坝，采用塑料薄膜斜墙是没有问题的。塑料薄膜斜墙需设置保护层。常用的薄膜材料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚异丁烯。我国较多采用聚氯乙烯薄膜。近年来，其代表工程有王甫洲水利枢纽复合土工膜斜墙堆石坝和西霞院水利枢纽复合土工膜斜墙堆石坝等。四、斜墙堆石坝发展情景目前，一些建坝较多的国家利用当地材料新建坝的数量,几乎是混凝土坝的5倍。美国等国家,已建土石坝几乎是混凝土坝的100倍。日本、意大利和西班牙等以前以建混凝土坝为主的国家,今天当地材料坝也占了多数。在最近的美国标准文件中特地规定只有在施工现场没有适宜于土石坝的土石料时,才能选择其他坝型。这就再一次地证实,在现代施工技术中,土石坝和堆石坝是较经济的,劳动消耗量较小,运行上也较为安全可靠。由于土力学理论和计算技术的发展,大型土石方施工机械设备的未用,当地材朴的合理利用和透水地基防渗处理方法的发展;土工织物等新材朴的应用,将使土石坝建设更安全可靠和经济合理。由于沥青防渗体具有良好的可塑性、柔性、不透水性和耐久性,它优越于其他形式的防渗体,因此为水工建筑物开辟了一条新途径。沥青混凝土具有优异的变形能力,并在一定的条件下具有裂缝自愈能力,易于满足防渗体结构抗震的要求，沥青混凝土广泛应用与堆石坝。由于石方填筑质量的提高,钢筋混凝土斜墙结构的完善,面板接缝以及面板与岸坡和坝基连接结构的改进,修建高度达200m的高混凝土面板坝是可能的。总而言之，由于新技术、新材料的应用和坝工结构、施工工艺的不断改进和创新，坚持经济环保和安全性为原则，借鉴已有工程经验，斜墙堆石坝将广泛被采用。五、参考文献1、高安泽.中国水利百科全书.著名水利工程分册[M].北京：中国水利水电出版社，2004第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）2、水利水电规划设计总院.水工设计手册（土石坝）[M].北京：中国水利电力出版社，1984。3、王柏乐.中国当代土石坝工程[M]·北京：中国水利水电出版社，20044、俄国-莫伊谢耶夫.土石坝的设计与施工经验[J].水利水电快报：2001.75、王晓松、李宝珠.世界高土石坝发展综述[J].黑龙江水专学报：1995.36、蒋颂涛.沥青防渗体在土石坝中的应用[J].7、陈靖甫.长江流域土石坝的建设及其发展[J].8、孙守安，孙颖，裴丽.堆石坝浇筑式沥青混凝土防渗墙概述[J].东北水利水电：2001.4第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）在粗土边坡中渗流引起的崩坏作用1、摘要：在非粘性土边坡上表达式推导出临界表面流剪应力是受到渗流的崩坏作用，即：表面片状骨料不断遭受侵蚀。表达式有表层流填石实验数据作为支撑。对于斜坡或者是抛石防护坡，在目前的理论中浮力被假定为是一个垂直的常量，或者渗透力被看作是一个变量。然而，目前的分析表明，在许多情况下，浮力的描述应根据动态压力分布和渗流力应包括理论中的一个变量。此外，伴随着渗流高度对下游面和晶体尺寸的影响，一个用来表示单位宽度填石最小体积的参数被引入作为衡量填石的全局稳定性。实验结果表明：稳定的最小体积减小，晶粒尺寸增大；而且对材料的研究，压碎岩要比碎石低约20%。2、简介许多土壤结构的稳定性,包括填土方大坝和斜坡护岸等可以被渗流影响(艾伯森和起亚帕金1989;1989)。在过去的十年中,渗流的影响已被认为是一个重要的现象，对地球和火星的地形形态变化也一样。(Higgins1984;希金斯etal.1988;艾弗森和梅杰1986)。如果一个斜坡式护岸遭受沿着坡面的溢流、渗流和渗透物作用。然而,尽管变化渗流、稳定公式往往没有明确考虑渗流的影响(Olivier斯蒂芬森1967;1967;1991)。相反的，,霍华德和凯伦(1988)研究表明,渗流对边坡可能有重要影响与表面流有关。霍华德和凯伦导出一个临界剪切应力表达式把渗流和表面流都考虑在内了。根据固体密度由于水的密度而降低，他们运用了浮重度的概念。然而，在计算施加在界面土壤上的流动横向力，他们忽略了动态压力分布的影响。一个忽略的要求就是被引入的界面流总合力应该符合宏观力多边形。以平行渗流情况下的一个无限边坡为例，泰勒（1948，PP，426-427）指出，浮力作用在压力梯度的方向，即，垂直于坡面，和乌尔里希（1987）在块体稳定性表达式中有类似的陈述。特别是在遭受渗流和表面流作用的陡峭山坡，浮力应当明确。当前工作是导出一个导致初期侵蚀的包括渗流压力作为变量的临界流条件的表达式，并进一步考虑浮力的动态压力分布的影响。初步评估经验系数与渗流引起的崩坏作用和文献综述的实验室实验。崩坏作用是一种地面片状骨料连续地运动,一种与作用在土壤长度范围内的力明显大于颗粒大小的第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）现象。因此，另一个目的是建立基于力平衡的起动条件，而不是单个晶粒的力矩平衡。.临界剪切应力与初始运动相关的通常被用来作为冲积河流运输关系的参数（Bagnold1956；范诺里1975）。细颗粒泥沙运动几乎所有的剪切应力大于零（Mofjeld维尔和1987），因此起动通常被定义为一个小的参考传输速率（泰勒和范诺里1971；威尔科克i988）。对于较粗的颗粒，如石头块，一个稳定状态和移动状态下的土壤之间的区别可以定义为零的运输速率（奥利维尔1967；史蒂芬森1979；马丁1991）。本研究涉及的粗粒土边坡稳定性受直流的影响情况下，在后一种情况下初始的运动标准是适用的。.如果液压负载是足够低的，一个新的边坡的最终形成平衡剖面。一个重要设计问题是平衡边坡的几何参数怎样与问题的独立参数有关系的。本研究的目的是描述平衡状态边坡的整体参数,例如：晶粒尺寸、坡角、和水流的边界条件。3、实验在由石子组成的均质坝身上进行了二十五个实验，平均粒径d:大约为24mm和28mm,和坡高:H，从0.25m到1.35m。在每一个实验中上坡面和下坡面都一样的，都在1:1.35、1:1.65和1:2之间交替。分类好的材料，鹅卵石和碎花岗岩都用了，孔隙率n分别是0.38和0.45。实验装置如图1所示，坝体的宽度和研究中用到的三水槽的宽度一样，同样的宽度1米，1.2米，和1.5m。水以恒定的速率被供给到填石上游侧水槽里，这个导致水库水位剧烈上升。不稳定性，由直流引起，主要来自浅斜坡破坏-包括坡的上面的石头聚集特性。没有深层次失稳破坏出现，几乎没有不连续颗粒的移动。下游面淹没部分逐渐变凹，它的坡脚，大体上，更加低(图1)。一个稳定的形状形成了，此后，受制的石头在几天的观察期里继续移动。当没有进一步颗粒运动可以被观察到的时候，稳定流形成了，因此，水库水位升高了。这种逐步的过程最终导致填石被漫顶；在这一阶段，快速侵蚀过程开始了，并且在很短的时间内导致彻底破坏。在边坡的破坏已经停止后，沿下游面淹没部分的每一个点都在一个初始运动状态。因此，有限的区域在坡面，填石基准平面和垂直线相交的点之间，在这里潜水面退出了流面单位宽度最小体积稳定（MSV）（图1）。每个实验的主要的独立变量是通过流量，Q，晶粒尺寸，D，和水和石子的密度，Pw和Ps。渗流高度高于基准平面，hs，是实验中的另一个独立变量，就是这高度高于坝基面，破坏出现了。当漫顶出现的时候，渗流高度被测量出来了。渗透高度与上游水位高度相同。通过水槽的玻璃墙的照片，第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）坡角低于潜水面的点从下游面出来被测量出来。这角表示的土壤的流化时的角度进行渗流平行于界面无表面流。在流态化视角的知识是至关重要的,因为没有表面流的情况下的稳定关系是一般的稳定公式的特殊情况。图1填石连续遭受浅层破坏实验4、局部稳定性的关系水平河床的活动是由表面流的牵引力引起的。由于在床面颗粒和它们的尺寸的变化，晶粒或多或少独立移动；选择性侵蚀占运输的主导地位。在足够陡峭的山坡上，重力沿坡面方向的分量和渗透力趋于统一的晶粒可蚀性，土壤活动往往涉及到较大的颗粒聚集。类似的土壤移动被称为崩坏作用或者是滑坡（希金斯等人。1988。）如果表面流剪应力足够大，首先最主要的颗粒层移动由于浅层崩坏作用（不同于深层滑动）；这是不规则石子的情况下，对高渗透性土壤研究。因此，整体稳定性取决于施加在宏观规模的土壤上的力，被定义为代表性多孔介质的流动的单元体（REV），尽管被当做沿坡表面的一薄片。不稳定流动的力是阻力，D，与表面流动量损失有关，渗透力S，由渗流和浮力的动量损失引起，B，来自独特石头周围的扬压力。大胆的符号表示向量。此外，重力沿着坡面的重力分量，第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）图2下游面流场和受力g"ex也是不稳的，在这里ex是斜坡面方向的单位矢量。如果石头开始沿着坡面滑动，摩擦力，F，表现为稳定的状态（图2）。填石最上面的颗粒层的单位体积滑动，附近的表面流动，被定义为(F+S+D+G+B)*ex=0(1)由于在界面附近的两个流量类型相互作用不能被描述为先验的，本质关系必须介绍。因此，假定渗透力作用在一个单位体积的下部，阻力作用在上方，剩下的部分不变。单位体积的划分归因于分配系数，K，定义为H=VS／D3，在VS为体积的一部分，包括渗流区域，D为单位体积的边的长度。特别是对表面流小水深处，单位体积的划分对界面流力的的解释很重要。根据贝尔（1988），宏观力作用于单位体积应归于渗流体积力可以写为（2）（3）（4）在公式中，PW为水的密度，Ps为石头的密度，J=水力梯度，J=φΔ，其中Δ=Nabla算子，和φ为测压管高度。此外，g为重力加速度，P为水压力。马丁和咸海（1971）评估（2）式对垂直渗流从表面流动没有产生剪应力和发现上面的颗粒层，K=0.5。此外，作为一个近似的，最上面的颗粒层的单位体积的边的长度等于晶粒尺寸，D = d。摩擦阻力可以写成（5）（6）τ0为界面上表面流动的剪切应力，μ内部的摩擦系数，ey垂直于面的单位矢量。在倾斜界面的水力梯度取决于渗流出口角和坡面坡角（霍华德和凯伦1988）。（7）其中ex为在渗流方向的单位向量，定义为向上为正，а为表面第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）坡角（图2），和ψ为从水平面测的渗流出口角。角度的定义以顺时针方向为正。“附录1”分析表明，渗流水力梯度和表面流都垂直于边坡。因此，在单位体积上，空间平均压力梯度是从两个流动区域的压力梯度的y分量加权求和。（8）联立（1）-（8）产生的表面流动临界剪切应力为：（9）其中浮力因子，BF，被写为：（10）在侵蚀问题的分析上，浮力一般认为是由水密度引起的，这暗示着浮力是一个恒定垂直向量，和独立的坡角和渗流出口角（史蒂芬森1979；苏尔维克1982；马丁1991）。因此，在坡角及渗流出口角浮力系数的变化因素并不能表现出来。事实上，浮力通常被引入到面上使乌尔里希（1987）修饰岩质边坡原来的稳定方程是基于奥利维尔（1967）的水下重量。在那潜水面和下游面相交的地方，渗流是与斜坡是平行的并且表面流动的剪切应力为零。在无表面流时，倾斜角对应于流态化角。无表面流情况下，压力梯度是由（8）式右边的第二项单独给出的。进一步，利用等式”τcr=0andψ=α，表面的出口处的流态化方程可来自（9）为：（11）其中下标sep代表潜水表面的出口点。方程（11）提供了一种替代的马丁和咸海的方法分配系数（1971）的可能性评价。为了限定结果的不确定性，其他经验系数，内摩擦系数，独立地确定。对于同一材料的内摩擦系数可能会显著有所不同（兰贝和怀特曼1979）。第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）Ulrich(1987)李晶（1987）实验表明，细粒度斜坡“方位角”比休止角高很多；方位角定义为最大倾角，一层薄薄的静态石头层可以达到在没有造成一定比例的石头位置的情况下。然而，对于填石发生变形，在干燥条件下休止角可能代表内摩擦系数。在干燥的条件下，摩擦系数的测定通过让石头落入他们的休止角，ψ。摩擦系数被定义为μ=tanψ和五组测量结果平均值确定。石头随机放置在一层，一些石头粒径很粗，方位角是大于休止角10%。此外，在变形后的填石表面出口点的切线角从照片分析确定并且与（11）预测的结果相比较。对于三种材料的研究，分配系数的值是在取最合适的λ=0.6的情况下发现的。理论和实验表明，在表面的出口点面达到一个恒定的约30°休止角时处于平衡状态，并且其值是独立于渗透高度和流量大小。然而，随着μ值的增加和在一定程度上孔隙率的减小，流化角增加，如图3所示。根据泰勒的理论，（1948，pp.426-427），一个平行渗流无限边坡的流化角（无表面流）约是内摩擦角的一半。如果λ是一致的，即如果渗透力被假定为作用在无还原型的整个不稳定的土壤体积，这一理论结果与现有的分析一致。对于取值λ=1,ps/pw=2.65,n=0.38,和ψ=35°，(11)式计算出来的流化角大约为19°。图3流化角与内摩擦系数的关系（λ=0.6）马丁和咸海（1971）研究了渗流力作用在界面床颗粒显露出渗流垂直于床面并且无表面剪应力。他们发现，渗流力在最上面的颗粒层减少到约在土体的内部的一半。他们的结果对应于λ=0.5。在一致性上，分配系数应在0.5之间变化从最上面颗粒层（D=d)），直到单个体积远远大于某一颗粒粒径(D>>d)并且表面渗流流动占主导的土层第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）。对于深层破坏，然而，压力场的不均匀性和内摩擦系数的深度依赖性应该要忽略的。图4表明根据(9)式得出的正常临界剪应力被作为渗流出口角和面坡角在λ=0.5,Ps/Pw=2.65,n=0.38,和μ=0.9时的函数。图4表明，随着渗流出口角接近正常的坡面，渗流对稳定性的影响逐渐变为更加明显，α–ψ=π/2.。根据（9），每一个曲线的α常数的值接近垂直线的渐近线随着渗流出口角的减小；一个物理状态意味着一个无限的压力梯度和一个无限小的临界剪应力值（上坡流）。然而，对于较小的渗流出口的角度，随着土壤应力变为零（F=0），土壤在表面发生正常的隆起，结果无法由表面方向剪切应力在的递减而抵消。所以，在图4中的虚线表示土壤隆起出现，这种现象被称为变形由于角度α–ψ超过了π/2，水渗入到坡里，引起吸附力(gradp>0)或者是重力(gradp<0)。在图4中，沿着阴影部分的右边缘，gradp为0；因此在渗流区的浮力是完全没有。5、全局稳定性在工程应用中，一个相关的课题是堆石整体结构之间的平衡状态关系，和独立的系统全局性参数，如为水流的边界条件和土壤性质。对于均匀的土壤，局部稳定在沿着表面的每一个点并不是重要的考虑因素。图4表面临界剪应力与渗流出口角和坡倾斜角的关系独立的变量是单宽流量Q，下游水位的高度，Hds，晶粒尺寸，水和石头的密度，级配，粒形，与重力加速度（图2）。如果渗水高度选作为因变量，∏定理导出下面：（12）式中F表示函数。第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）在实验中，颗粒形状，级配，和特定密度是常数。因此，基于最小二乘法，多元线性回归的幂近似（12）式导致以下砾石的表达式（图5）（13）式中系数95%的可靠度是在分配系数的应用中被发现的。（14a）（14b）图5渗流参数与超晶粒尺寸防渗高度的函数关系事实上，值C2=0是在区间内表明，依赖（13）左手边的式子对hs/hds的变化没有统计地验证特定的可信度和研究在3＜hs/hds＜8间的范围。对于小的深度，下游的水可以忽略为变量。式（13）可以被解释为对一个特性平均流速，Q/HS，具有一定的水力传导性和面梯度相关联的表达式。因为，由于hs/d值的减少，表面变得陡峭，以及由于hs/d值的减少浸润面水力梯度的平均值增大。.因此，图5显示了渗水参数是如何随着hs/d值的减少而增加的。此外，碎石略比圆形石头更稳定，并导致更陡的下游面，并使渗流参数（图5）略有增加。另一方面，碎石造成的流量摩擦损耗比做成圆形的石头稍大，这往往阻碍渗流参数的增加。第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）对于破坏高度或渗水高度和下游水位的高度之间的足够小的比例，下游水位变得越来越重要。由于比HF/HDS低于3左右，坡度与减少HF/HDS（图6）的值显著稳定性越好。在纵坐标中使用的参数组合从用类似于（13）的统计分析方法推导出来。最小稳定体积在漫溢开始破坏阶段确定。对于砾石，在95％可靠度下，每单位宽度的最小稳定量可以写为：(15)图6碎石实验结果图7最小稳定体积与晶粒尺寸的关系式中C1=-0.65±0.05在图7中给出的结果表明，最小稳定体积的增加随着晶粒尺寸显着减小。同时其圆润的石头值比碎石较大约为20％。6、限制和实际意义在渗流的变化的例子中，浅层崩坏作用和浮力是必不可少的，（9）式为估计表面流临界流量提供了基础。第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）有效剪切应力出现在（9）式是在一段时间的一些特性短周期的平均值。因此，在等同的有效面的剪应力按照流量测量的变量，如流动深度或流量而言，表面流（渗流过程中）和剪切应力的间歇性质的不均匀性应考虑在内。基于奥利维尔（1967）和Solvik（1982）的平行斜率（α=ψ）渗水的情况下进行实验，假设稳定均匀的表面流动，并采用一般的摩擦公式，临界表面流量可以由（9）式（1993W6rman）计算。(16)其中：(17)对于渗流平行于斜率的特殊的情况，F（α，ψ）/F（α，ψ=α）=1，（16）表示拟由Olivier的公式，尽管它包括设计安全的一小部分。该公式主要是验证渗水平行于坡面和tanα<1:2.因此,应用到其他情况下只能是定性的。（16）式的实验验证对于渗水组成部分垂直于斜面的例子将对工程实践具有重大意义。对于α-ψ>75°的情况，有管涌的危险和（16）式不是初始运动的相关标准。分析表明，比调查的一个更广泛的层次，D1oo/溶解氧=2，将显著减少最小稳定体积和影响图5和6的关系。在应用到其他方面之前，另外的实验无疑是必需的。然而，图7，可作为一个保守的设计标准对围堰或其它堤岸来说。变化中的渗流流态可能对稳定性产生辅助影响。在本研究中，颗粒雷诺数的值始终大到足以引起惯性为主的非线性渗流。雷诺数，（Q/H，D）/V，变化在900和3900之间，其中，hus=上游水位的高度和v=运动粘度。因此，结果可以推广到那些使用较粗的材料，这在图5–7中运用的比在本次实验中用更细的材料，如砂，是没有保证性的。随着渗水高度增加，在表面流夹带空气逐渐变得更明显。根据哈同和Scheuerlein（1970）的实验，表面流夹带空气将有助于稳定。因此，图7在这方面也是一个保守的设计标准。7、结论第119页共119页 云江水利枢纽土石坝设计（斜墙坝、电站厂房设计）推导出来的表达式在一个非黏性土边坡表面流的临界剪切应力，（9），已被实验证实渗流引起的崩坏作用。力平衡方程是临界剪切应力提前超过在浮力根据动态压力分布以前的关系和渗流在分析中并入作为一个变量。关系中的本构系数是内部摩擦因子，其独立地确定，和一个考虑与渗透及表面流相关的不稳定土的动量损失在内的常数。浅表面滑动（1粒径深的量级）实验结果表明，分配系数为约0.6。马丁和咸海（1971）发现，此值表示最上面的粒面层也有渗水垂直于水平面，并且表面流动的情况下没有剪切应力。理论和实验表明，该材料研究的流态化角的最大值约为30°，为浅崩坏作用和相关联的分配系数是0.6而获得的结果。从理论上，由于不稳定的土壤体积变得越来越深大于颗粒直径时，分配系数接近统一，因此，流化的角度可以甚至低于20°。流态化角度取决于干燥条件下和并且孔隙率较小程度的休止角。在侵蚀过程中的平衡状态，该表面具有的弯曲形状是在沿其表面初期的运动状态，它是最陡处的地下水面的出口点（30°），并且随着表面流流向脚趾的量的增加其斜率逐渐减小。由表面，防渗坝的基础和一条虚拟的垂直线相交的出口点地下水面之间所包围的面积是每单位坝体宽度的最小稳定体积与渗流高度的特定值相关联的，并且和石子的大小有关。实验结果表明，最小稳定体积随着石头大小的增加而显著减小。对于圆形石子，不规则石头，（15）式被发现应用于所实验的范围，8