1、1 概述1.1 教学目的（1）巩固、加深、扩大学生所学的基本理论和专业知识，并使之系统化； （2）培养学生运用所学的理论知识解决实际技术问题功能力，初步掌握设计原则、方法和步骤； （3）培养学生具有正确的设计思想，树立严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风； （4）锻炼学生独立思考、独立工作的能力，并加强计算、绘图、编写说明书及使用规范、手册等技能训练。1.2 设计内容和基本方法 本毕业设计的题目是河川水利枢纽工程设计。以坝工为重点的设计包括下列几个基本组成部分。1.2.1 了解任务书和熟悉、分析原始资料1.2.2 洪水调节计算（1）选定泄洪方式和拟定泄洪建筑物孔口尺寸；（2）确定防洪库容、上
2、游设计和校核洪水危及相应的下泄流量。1.2.3 主要建筑物形式选择和水利枢纽布置（1）确定枢纽组成建筑物及其设计等级；（2）通过不同方案的初步技术经济比较，选定坝型；（3）通过定性分析比较，选定水电站厂房及其他建筑物型式；（4）确定水利枢纽的布置方案。1.2.4 第一主要建筑物拦河坝设计一般应首先选定大坝结构布置与构造，然后进行校核计算。（1）选定坝的结构形式，拟定大坝基防渗处理形式及轮廓尺寸；（2）进行土料设计，包括对坝身不同高程的透水料和不透水料的分区规划布置以及压实标准的确定；（3）渗流演算，计算正常、校核水位下浸润线位置，确定总渗流量与逸出坡降；（4）静力稳定计算，求出上下游坡在某一水
3、位情况下的最小稳定安全系数，以论证选用坝坡的合理性；（5）拟定坝身细部构造，包括防渗、排水、反滤层、坝顶、护坡、马道，以及坝体与坝基、岸坡及其他建筑物的连接。1.2.5 第二主要建筑物坝外泄水道设计（1）确定结构形式和轮廓尺寸，进行建筑总体布置；（2）进行必要的水力、静力计算与结构设计，以验证建筑物的轮廓尺寸和各部分的结构尺寸是否合理；（3）拟定细部构造，包括排水、锚筋加固、灌浆、封堵体设计、掺气等。2 工程概况2.1 流域概况该江位于我国西南地区，流向自东南向西北，全长约122公里，流域面积2558平方公里，在坝址以上流域面积为780平方公里。本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地交错于其间，地
4、形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区流河流，地表大部分为松软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流的含沙量较大。冲积层较厚，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20，林木面积约占全区的30，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。2.2 气候特性2.2.1气温 年平均气温约为12.8度，最高气温为30.5度，发生在7月份，最低气温为-5.3度，发生在1月份。表21 月平均气温统计表（度）123456789101112年平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表22 平均温度日
5、数日数 月份平均温度12345678910111261.20.3000000003.125.026.830.7303130313130313027.90000000000002.2.2 湿度 本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年和4月特别干燥，其相对湿度为5173%之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为6786%。2.2.3 降水量 最大年降水量可达1213毫米，最小为617毫米，多年平均降水量为905毫米。表23 各月降雨日数统计表日数 月份平均降雨量12345678910111230mm0000000000002.2.4 风力及风向 一般14月风力较大，实测最大风
6、速为19.1米秒，相当于8级风力，风向为西北偏西。洪水期实测最大平均风速为14m/s。水库吹程为15公里。2.3 水文特性该江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据实测短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。该江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为700秒立米，而最小流量为0.5秒立米。2.3.1 年日常径流 坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录延长后有22年水文系列，多年年平均流量为17秒立米。2.3.2 洪峰流量 经频率分析，求得不同频率的洪峰流量如下表：
7、表24 不同频率洪峰流量（秒立米）频率0.0512510流量23201680142011801040表25 各月不同频率洪峰流量（秒立米） 月频率1234567891011121461912196001240155012106703902837236171115530112013601090600310233352314911420850110083048025016281019117937076098072041021015232.3.3 固体径流 该江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达0.5公斤立米。枯水极少，河水清彻见底，初步估算30年后坝前淤积高程为
8、2765米。2.4 工程地质2.4.1 水库地质库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能坍方量约为300万立米。在考虑水库淤积问题时可作为参考。2.4.2 坝址地质 坝址位于该江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过，对其岩性分述如下：(1) 玄武岩 一般为深灰色、灰色、含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉、石英脉等贯穿其中，这些小岩脉都是后来
9、沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石，副成分为绿泥石、石英、方解石等，由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质也不同，可分为坚硬玄武岩、多气孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩等，其物理力学性质见表26、表27。渗透性：经试验得出k值为4.147.36米/昼夜。表26 坝基岩石物理力学性质试验表岩石名称比重容重kN/m3建议采用抗压强度MPa半风化玄武岩3.0129.650破碎玄武岩2.9529.250-60火山角砾岩2.9028.735-120软弱玄武岩2.8527.010-20坚硬玄武岩
10、2.9629.2100-160多气孔玄武岩2.8527.870-180表27 全风化玄武岩物理力学性质试验表天然含水率%干容重kN/m3比重液限塑限塑性指数压缩系数a浸水固结块剪00.5m2/kN10-634m2/kN10-6内摩擦角凝聚力kPa2.516.32.9747.332.2616.95.971.5128.3824 (2) 火山角砾岩 角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为215厘米，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至35MPa。(3) 凝灰岩 成土状或页片状，岩性软弱，与近似，风化后成为碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。(4) 河
11、床冲积层 主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石掺杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩与砂岩占极少数。沿河谷内分布：坝基部分冲积层厚度最大为32米，一般为20米左右；靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为10100毫米；砾石直径一般为210毫米；砂粒直径0.050.2毫米；细小颗粒小于0.1毫米。见表8。冲积层的渗透性能 经抽水试验后得，渗透系数k值为310-2厘米/秒1102厘米/秒。表28 冲积层剪力试验成果表土壤名称代号 项目计算值容重（控制）kN/m3含水量（控制）三轴剪力（块剪）应变（拉制）（浸水固结快剪）内摩
12、擦角凝聚力（kPa）内摩擦角凝聚力（kPa）含 中量细粒的砾石次数17128822最大值24.38.66471537.0324310.5最小值22.24.27353012.017550平均值23.086.47403418.225255.3小值平均值373214.8备注三轴剪力土样备系筛去大于4mm颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。应变控制土样容重系筛去大于0.1mm颗粒后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。(5) 坡积层 在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运沉积后，形成粘土与碎石的混合物质。2.4.3 地质构造坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育。可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同。倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填。节理间距，密者0.5米即有一条，疏者35米即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。2.4.4 水文地质条件本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩的透水性不同，裂隙少、坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.01 l/(minm)。夹于玄武岩中
