开题报告
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开 题 报 告
白水峪水电站坝工设计
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年 月 日
2 1课题来源
本课题来源于湖北省宜昌市白水峪水利水电枢纽工程中的初步设计报告.主要作其中坝工部分的设计。
2研究的目的和意义
研究目的：通过对白水峪水利水电枢纽工程的大坝坝工设计.进一步巩固、联系、充实、加深、扩大所学基本理论和专业知识.培养综合运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神.培养初步掌握工程设计工作的流程和方法.从而在设计、计算、绘图、编写设计文件等方面得到充分的锻炼.能达到一个初步设计者的水平。
研究意义：通过对白水峪水利水电枢纽工程的大坝坝工设计.使南河的水能资源得到进一步的开发.能解决谷城县在2000年前工农业生产发展的需要.又可为襄樊电网提供4.5万KW的调峰调相容量.并具有一定梯级效益.可使下游胡家渡电站的保证出力由0.66万KW提高到0.74万KW.使其增加年电量200万KM.h.增加利用小时100h.同时还为胡家渡电站扩机创造了条件。
水库有0.40亿3m的防洪库容.可满足本工程1000年防洪标准.还可使下游胡家渡水库的防洪标准由218年提高到500年的校禾标准.从而使其在防洪上脱险.并可拦截部分泥沙.改善胡家渡水库淤积条件。
3国内外现状、发展趋势以及本研究课题的主攻方向
3.1国内外现状、发展趋势
由于重力坝是比较简单的大体积水工建筑物.结构作用明确分析设计比较简单.加之近年来计算机和模型试验技术的迅速发展和广泛应用.许多三四十年前认为不能解决的问题都已能方便的解决.似乎重力坝的发展已到了尽端。实际上.情况远非如此。研究工作每深入一步.就暴露出新的问题。迄今为止.有关重力坝及其地基工作状态还有很多情况未为我们掌握.大量复杂问题尚未解决.甚至可以说.重力坝的设计及建设还不能称为是一门严谨的科学.而在相当程度上还有赖于过去的经验和工程师的判断。
在混凝土重力坝稳定分析方面.目前美国、独联体国家和日本均趋向采用抗剪断强度公式（或称剪摩公式）进行计算.即：
抗剪断公式：'sK=PAcUWf')(' 3 在我国.有关技术规范规定：当坝基内不存在可能导致沿坝基岩体内部滑动的软弱结构面时.应按抗剪断强度公式（或称剪摩公式）计算沿坝基面的抗滑稳定安全系数.否则按抗剪强度公式（或称摩擦公式）进行计算抗滑稳定安全系数.
摩擦公式： PUWfKs)(
'f、 'c、和f的值的选取因根据试验结合经验确定。
在混凝土重力坝应力分析方面.目前常用的模型试验方法有偏光弹性试验、激光全息试验。理论计算方法有重力法和有限单元法。
3.2主攻方向
混凝土重力坝坝工部分的设计.具体包括：枢纽布置.挡水建筑物坝体剖面拟定.溢流坝和泄水孔布置.稳定分析、应力分析以及坝体构造。
4研究内容途径及技术路线
本研究课题是针对混凝土重力坝坝工设计.其具体研究内容和方法如下：
4.1坝体断面的拟定
坝顶在最高洪水位以上要留有一定的安全超高.若取坝顶高程与最高洪水位同高时.则要求在计算坝体剖面时安全系数的取值稍偏大.本设计将采用这种方法确定坝顶高程；坝顶宽视运用和交通的需要而定。坝的上游断面通常作成铅直面.或略向上游倾斜.一般坡度n=0—0.2；坝的下游面通常为均一的坡度.一般坡度m=0.6—0.8；坝低宽.一般为坝高的7/10—9/10。坝体断面需根据稳定和应力要求进行优化设计.并考虑布置和运行需要.作某些修正。
4.2溢流坝和泄水孔的布置
在进行坝体布置时.首先要考虑溢流坝和泄水孔口的位置.满足泄洪和放水的需要.并与下游平顺连接.不致淘刷坝基、岸坡和相邻建筑物基础。泄水孔口高程和尺寸应根据水库调洪计算和水力计算.结合闸门和启闭机条件确定。溢流面要求有较高流量系数.同时不产生空蚀、。坝下设置消能工.综合考虑地形、地质、枢纽布置和水流条件.比较选定其形式和尺寸。一般溢流坝段与厂房坝段应分列布置.当河谷狭窄时.也可经厂房顶溢流。本设计采用岸边引水式厂房。
4.3稳定分析
抗滑稳定分析主要核算坝体沿坝基面抗滑稳定的安全度。常用的沿坝基面稳定分析计算方法有以下两种： 4 （1） 抗剪断强度公式或称剪摩公式：'sK=PAcUWf')('
（2） 抗剪强度公式或称摩檫公式：PUWfKs)(
sK、'sK为安全系数；W和P分别为作用于坝体上的全部荷载对滑动面上的法向分力和切向分力；f、'f和'c分别为滑动面上的摩檫系数、抗剪断摩檫系数和抗剪断粘聚力；A为坝基截面积。
4.4应力分析
设计的坝体断面需要满足规定的应力条件。在基本荷载组合下.重力坝坝基面的最大垂直正应力小于坝基容许压应力.最小垂直正应力应大于零；在地震情况下.坝基容许出现不大的拉应力。对于坝体应力.在基本荷载组合下.下游面最大主压应力不大于混凝土的容许压应力；上游面的最小主压应力应大于零。
重力法又称材料力学方法.它计算简便.适用范围广.已经过模型试验和工程实践的验证.有一套成熟的应力控制标准。重力法的主要假定是：坝体水平截面上的垂直正应力y呈直线分布.其计算公式为：
JMxAWy
式中：MW、分别为作用于坝段上全部荷载的法向力总和及对计算截面形心轴的力矩总和；A为计算截面面积；J为计算截面对形心轴的惯性矩；x为计算点到形心轴的距离。
经过技术经济指标论证.本工程选定198m为正常蓄水位.184m为死水位。选用4.5万KW为本电站的装机容量.保证出力0.863万kW.年发电量1.757亿hKW.年利用小时3900小时。经机型比较.选定单机容量为1.5万kW的机型3台.额定转速200r/min.设计水头37m.最大单机引用流量46.5sm3。
5工程规模与工程效益
白水峪水库除满足本身千年一遇的防洪标准外.尚需承担下游胡家渡水库的部分防洪任务。胡家渡水库现有校核洪水仅达到218一遇.未达到三等工程校核洪水标准500年一遇.为此. 5 需由白水峪水库进行拦洪削峰.以期提高胡家渡水库的防洪标准.使其达到设计要求。
洪水调度方式.当白水峪水库遭遇100年（Q=11600 sm3）及其以下洪水时.库水位保持在198m,来多少泄多少；当洪水在100年到500年之间时.白水峪水库进行控泄.下泄流量不超过胡家渡水库的入库流量13200 sm3.经BS水库调节后其库水位不超过坝顶.在500年洪水时胡家渡水库水位153.8m.低于坝顶高程154.0m；当来水超过500年洪水时.白水峪大坝溢洪道按入库流量下泄.来多少、泄多少.以保本身大坝的安全.在1000年洪水时.BS水库最大下泄流量18100sm3。
经过技术经济指标论证.本工程选定198m为正常蓄水位.184m为死水位。选用4.5万kW为本电站的装机容量.保证出力0.863万kW.年发电量1.757亿KW·h.年利用小时3900小时。经机型比较.选定单机容量为1.5万kW的机型3台.额定转速200r/min.设计水头37m.最大单机引用流量46.5sm3。
白水峪库区的环境现状无论从大气环流、水质质量、噪声干扰等均是良好的.没有任何污染源。水库形成后淹没耕地56.5万2m (847亩).迁移人口2329人.县政府已在库区内外作做了移民安置计划.减少了库区的承受力.对水土保持.发展人工林等均有积极意义；另一方面.在正常蓄水位198m时.形成了26.5km的回水长度.5.512km的水面.给发展水产养殖、航运创造了条件。施工期对两岸山林破坏.应在工程建成后.除对现有经济植物利用外.还应恢复和发展亚热带常绿果树。
参考文献
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[2] 天津大学.水工建筑物（供水利水电工程建筑专业用）（上册）.水利电版社,1983:30-50.
[3] 华东水利学院.水工设计手册（混凝土坝）.水利电力出版社,1987:10-200.
[4] 华东水利学院.水工设计手册（泄水与过坝建筑物）.水利电力出版社,1987:30-57.
[5] 武汉水力电力学院水力教研室编.水力计算手册.水力电力出版社,1980:12-37.
[6] 索丽生,任旭华,胡明合编.水利水电工程专业毕业设计指南.中国水利水电出版社,2001:2-189.
