目 录
摘要................................................................................................................................ 1 英文摘要........................................................................................................................ 2 第1章 设计依据.......................................................................................................... 5
工程等级及建筑物级别......................................................................................... 5 设计基本资料......................................................................................................... 6
工程概况.......................................................................................................... 6 1.2.2 气象...................................................................................................... 6 1.2.3 水文...................................................................................................... 7 1.2.4 工程地质.............................................................................................. 8 1.2.5 土层承载力特征值.............................................................................. 9 工程概况............................................................................................................... 12 第2章坝型、坝轴线选择及工程总体布置.............................................................. 13
2.1 坝型、坝轴线选择....................................................................................... 13
坝型的选择.................................................................................................... 13 2.1.2 坝轴线的选择.................................................................................... 13 2.2 工程总体布置............................................................................................... 13 第3章坝工设计.......................................................................................................... 15
3.1 挡水坝段断面设计..................................................................................... 15
3.1.1 坝顶高程............................................................................................ 15 3.1.2 坝顶宽度............................................................................................ 16 3.1.3 坝坡选择............................................................................................ 16 坝基渗流及稳定分析.................................................................................... 17 坝体稳定和应力计算.................................................................................... 24 基础及边坡处理............................................................................................ 33 细部结构设计................................................................................................ 34 重力坝的分缝与止水.................................................................................... 37 溢洪道设计........................................................................................................... 38
溢洪道工程布置 ....................................................................................... 39 溢洪道水力计算与校核 ......................................................................... 40 溢洪道稳定应力分析计算 .................................................................... 42 3.2.4 溢洪道交通桥设计 .................................................................... 45 坝体下游冲沟护坡设计....................................................................................... 46
下游冲沟设计................................................................................................ 46 下游冲沟防护稳定计算................................................................................ 46 3.4 人工湖防护边坡设计................................................................................... 48
3.4.1 护岸设计....................................................................................... 48 3.4.2 护岸边坡稳定分析 .................................................................... 49
参考资料...................................................................................................................... 55 结语.............................................................................................................................. 56 致谢.............................................................................................................................. 57 英文文献...................................................................................................................... 59 坝的安全与地震.......................................................................................................... 63
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附录.............................................................................................................................. 67
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摘要
该工程位于郑州市西南6km三李村，规划面积330亩。根据国家《防洪标准》〔GB50201-94〕有关规定，防洪标准按平原区滨海区的规定确定为10年一遇设计，20年一遇校核。初步估算，湖面面积约4亩，库容约2万m3。本设计的水利水电工程等级为小〔2〕型，主要建筑物的级别为五级。
为与同一工程资料的土石坝方案进行方案比照，本设计选用重力坝，挡水坝段坝顶高程，坝顶宽度3m。右岸挡水坝坝基最低开挖高程231.8m，最大坝高5.5m；左岸挡水坝坝基最低开挖高程231.8m，挡水坝段上游坝坡，下游坝坡1∶。
该工程人工湖的流量为3/s,并且重力坝坝高为5.5m，则只需要修建宽顶堰式溢洪道即可宣泄该流量。为宣泄超过水库调蓄能力的洪水或降低库水位，保证工程安全而修建溢洪道,该小型重力坝枢纽利用坝肩和坝头的有利地形修建溢洪道，可节省工程量，是一般较常见的布置形式。
设计中需考虑土质边坡在受到外界环境因素的影响下,极易造成滑塌,特别是库区内边坡，水库施工或运行期，受内水和外水压力作用，加之湖水浸泡，土体抗剪强度降低，需要对库区内边坡加以治理以保证土质边坡的稳定性以及工程安全。
本设计进行了坝址、坝轴线、坝型的选择以及枢纽布置、坝体剖面拟定、稳定计算及应力分析、细部结构设计、地基处理设计、坝体下游冲沟护坡设计以及人工湖防护边坡设计，并最后绘制出设计图纸。
关键词：溢洪道；土质边坡；稳定计算及应力分析；坝体下游冲沟护坡设计；人工湖防护边坡设计；
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英文摘要 Abstract
The project is located in the 6km southwest of Zhengzhou City, Three Licun, the planning area is 330 mu. According to the national standard \"GB50201-94\" flood control, flood control standard is in accordance with the provisions of Binhai plain region for 10 years and design, 20 years and check. Preliminary estimates, the lake area of about 4 mu, about 20000 m3 capacity. Water conservancy and hydropower engineering level of this design is small (2), the main building is at level five.
For comparison program, this design is gravity dam. The design of gravity retaining dam crest elevation 238.3m, the crest width is 3m. The right bank of dam foundation excavation of the lowest elevation is 231.8m, The highest height of dam is 5.5m , the left bank of dam foundation excavation of the lowest elevation is 231.8m, retaining dam upstream slope of dam is 1:0.2, the downstream dam slope is 1: 0.7.
The engineering data of artificial lake flow rate is 2.05m3/s, and the dam height is 5.5m, we only need to build the spillway to discharge. As the storage capacity of the reservoir flood vent over or lowering the water level, to ensure the safety of the project and the construction of spillway, the favorable terrain the small dam abutment and the dam head hub by construction of spillway, which can save the amount of work, and it is generally more common arrangement.
In the design we need to consider the soil slope are influenced by the external environmental factors of design, extremely easy to cause the collapse, especially in the reservoir area slope, reservoir construction or operation period, under the action of internal and external water pressure, and water immersion, soil shear strength decreases, we can need for the reservoir slope with management to ensure the stability of soil slope and the engineering safety.
This design was carried out the site of the dam, the dam axis , the selection of dam type and layout, section profile development, stable stress check, section
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optimization, detail design of structure, foundation treatment design, downstream of the dam body gully slope protection design and man-made slope protection design, and draw out the relevant design chart at last.
Key words: the spillway discharge；the soil slope; the downstream of the dam body gully slope protection design；man-made slope protection design；
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第1章 设计依据
工程等级及建筑物级别
本工程位于郑州市西南6km三李村，规划面积330亩。根据国家《防洪标准》〔GB50201-94〕有关规定，防洪标准按平原区滨海区的规定确定为：10年一遇设计，20年一遇校核。初步估算，湖面面积约4亩，库容约2万m3。
表1-1 水 利 水 电 工 程 分 等 指 标
工程等 别 工 程 规 模 水库总库容 〔亿m〕 3防 洪 保护城镇及工矿企业重要性 保 护 农 田 〔万亩〕 治涝 治 涝 面 积 灌溉 供水 发电 装 机 容 量〔万Kw〕 灌 溉 供水对面 积象重要性 〔万亩〕 〔万亩〕 Ⅰ 大〔1〕型 Ⅱ 大〔2〕型 Ⅲ 中型 ≥10 特别 重要 ≥500 ≥200 ≥150 特别 重要 ≥120 10～ 重要 500～100 200～60 150～50 重要 120～30 ～ ～ 中等 一般 100～30 30～5 60～15 15～3 50～5 5～ 中等 一般 30～5 5～1 Ⅳ 小〔1〕型 Ⅴ 小〔2〕型 ～ ＜5 ＜3 ＜ ＜1 注：1.水库总库容指水库最高以下的静库容。
2. 治涝面积和灌溉面积均指设计面积。
根据其所属工程等别及其在工程中的作用和重要性分为五级，见表1-2： 表1-2 永 久 性 建 筑 物 的 级 别 工 程 等 别 永久性建筑物的级别 主要建筑物 Ⅰ Ⅱ
次要建筑物 1 2 5
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Ⅲ Ⅳ Ⅴ
3 4 5 3 4 5 初步估算，湖面面积约4亩，库容约2万m3。本设计的水利水电工程等级为小〔2〕型，主要建筑物的级别为五级。
设计基本资料
工程概况
工程位于郑州市西南6km三李村，规划面积330亩。根据国家《防洪标准》GB50201-94，防洪标准按平原区滨海区的规定确定为10年一遇设计，20年一遇校核。初步估算，湖面面积约4亩，库容约2万m3。本地区年均降雨600～700mm，集水面积2。
工程处于低丘陵沟壑地带，岩土构成主要为黄色粉质中壤土。人工湖坐落在天然宽40m～50m、长50m～60m冲沟内，冲沟出口处为坝轴线位置；坝轴线下游10m～15m处，另有一深15m～20m的深沟，设计需要重点研究其对大坝稳定造成不利影响。工程建设详细位置见附图〔勘探点平面位置布置图〕。
1.2.2 气象
郑州市地处暖温带，属大陆性季风气候，四季分明，干湿明显，春季干旱多风沙，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季干冷多风，雨雪稀少。郑州市的干燥度指数k值小于，属湿润区。
a〕气温:年平均气温℃，极端最高气温43℃，极端最低气温℃，年最高气温多出现在7月和8月。
b〕降雨：年平均降雨量640mm，24小时降雨量多年平均值100mm，每年7、8、9三个月的降雨量是全年降雨量的55%。
c〕冻土深度：年平均地面结冰时间约为60天，标准冻深小于60cm，地面以下100mm冻结平均为55天。
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d〕风向及风速：冬季盛行西偏北，夏季盛行南偏东，春、秋季则交替出现；根据郑州市气象史了解，郑州市年平均风速约，瞬时最大风速到达了26米／秒，风力为10级。
1.2.3 水文
1.2.3.1 人工湖设计流量
根据《城市排水工程规划标准》GB 50318-2000，雨水量应按下式计算确定： Q=q •ψ•F 式中： q——雨强度； ψ——径流系数； F——汇水面积〔m2〕
表1-3 径 流 系 数 区域情况 建筑稠密的中心区 建筑稀疏的居住区 建筑较稀疏的居住区
1.2.3.2 参数选取
取径流系数ψ，汇水面积330亩，F=330×667=220110m2。 1.2.3.3 设计雨强
表1-4 设 计 频 率 雨 量 成 果 表
t 时间 H t (mm) C v C s K p 1小时 45 v径流系数ψ ～ ～ ～ 设计雨量 (mm) 76 91 112 121 147 181 7
v 6小时 70 vv
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24小时 100 v170 205 252
1.2.3.4 设计洪峰流量计算
为安全计算，按照t=1小时计算，Ht=45mm。 10年一遇，××3/s； 20年一遇，××3/s； 50年一遇，××3/s。
1.2.4 工程地质
工程区位于郑州市西南6km三李村，S316省道西侧郑州市新殡仪馆西，紧邻郑州市新殡仪馆。处于郑州市西南低丘陵沟壑地带，地形为一冲沟，人工湖坐落在天然宽40m～50m、长50m～60m冲沟内。 1.2.4.1 区域地质构造及区域稳定性
工程场址位于郑州市西南部，大地构造位置属华北断块区南部，豫皖断块的开封凹陷的西边缘，区域地质构造较复杂，对场址有影响的北东向区域活动断裂构造带主要有三条：即太行山前断裂带、聊城—兰考断裂带和汾渭断陷盆地构造带，强地震大部分发生在这三个构造带上，北西向的区域活动断裂主要有两条：即新乡—商丘断裂带和封门口—五指岭断裂带，这两条断裂带发生过中等强度地震。它们对本区发生不同强度地震起严格的控制作用，总的来说，本区北纬35o以北主要受北东向断裂构造控制，而35o以南〔场区位于35o以南〕主要受近东西向的秦岭纬向构造所支配。
场地附近历史地震及现今小震很少，仅发生过两次4级以上地震，即1928年郑州市北郊4级地震、1814年郑州市西南贾峪5级地震。其它两次为1974年郑州市北郊邙山级地震，1984年郑州市郑庵级地震,因此，近场区内的地震活动强度和频度都很低。豫北地区及其附近多震区的强震有1870年磁县7.5 级地震和1937年荷泽7级地震，这些地区近年4～5级地震时有发生。另外，禹州、登封交界地带1992年又发生了级地震。因此，就地震活动而言，近场区存在发生
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6级地震的背景。
根据《建筑抗震设计标准》〔GB50011-2010〕，郑州市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为，设计地震分组为第二组。 地层渗透性
本次勘探主要针对坝基第③低液限黏土及第④层低液限粉土进行了室内渗透性试验18组。根据试验结果及郑州市地区经验，拟建场地内涂层均属弱透水层。渗透系数建议值低液限黏土为5×10-5cm/s；低液限粉土为6×10-4cm/s。
1.2.5 土层承载力特征值
根据室内试验及现场标贯试验，结合郑州市西南区域地层经验资料，经综合分析后提供各层土的承载力特征值及各土层100～200KPa压力段的压缩模量值，并据此对各层土的压缩性作出评价见表1-5。
表1-5 各 层 土 承 力 特 征 值 及 压 缩 性 指 标 表
层号 fak(KPa) 压缩模量 Es(Mpa) 压缩性评价
1.2.5.1 坝址区工程地质
根据本次勘探钻孔揭露情况，本区岩性为第四系全新统人工杂填土、素填土及第四系上更新统粉质黏土、粉土，各土层自上而下分述如下，详见表1-6。
② 110 中 ③ 220 中 ④ 230 低 ⑤ 250 中 9
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表1-6 各 土 层 物 理 性 质 指 标
物理力学性质指标统计表重干重度度γγd3表2.5.1层岩 土 名 称号含比水率重wGs%-kN/mkN/m3孔隙比eO-饱液塑塑性液性剪切试验压缩试验颗粒组成(%)q和天然0.075～<0.005度限限指数指数SrwLwPIPILCΦa1-2Es0.005-1%%%--kPa度MPaMPammmm26.116.58.00.071521.30.236.2889.88.3～～～～～～～～27.918.49.70.621624.70.297.5791.710.2202020131010131377最 小 值18.22.7017.7～～～～最 大 值23.82.7018.7数据个数132201314.5～15.61315.10.30.0214.914.6～15.91215.40.40.0315.215.5～15.9415.60.20.010.69165～～0.822791313素填土平 均 值（低液限粉土）标 准 差20.02.7018.11.60.000.30.755720.039427.017.89.20.60.50.50.23150.17023.40.257.0090.69.41.00.020.390.70.7变异系数0.080.000.02标 准 值20.817.90.050.060.020.030.050.760.030.040.070.060.010.070.7750.66565～～0.8289612120.3115.122.80.266.828.617.510.7-0.242015.20.195.3080.415.8～～～～～～～～34.121.314.70.562418.60.329.1884.219.630303012101012121818最 小 值18.22.7117.7～～～～最 大 值24.82.7219.7数据个数1233012低液限黏土平 均 值22.22.7118.8标 准 差2.00.000.70.728830.0491030.819.011.80.30221.50.80.90.23216.30.276.4282.117.90.90.031.021.11.1变异系数0.090.000.04标 准 值23.218.50.070.130.050.040.080.780.070.060.120.160.010.060.7540.65981～～0.70785440.4221.515.70.295.926.817.69.10.271716.30.226.9180.610.3～～～～～～～～28.218.99.90.482223.40.247.7589.719.49994224455最 小 值20.42.7018.8～～～～最 大 值22.02.7019.2数据个数4494低液限粉土平 均 值21.42.7019.0标 准 差0.70.000.20.691830.022127.718.39.40.40.50.30.36190.09419.90.237.2887.112.95.00.010.363.83.8变异系数0.030.000.01标 准 值最 小 值19.42.7118.6～～～～最 大 值24.32.7319.7数据个数13523130.030.020.020.020.030.250.190.250.040.050.040.2915.3～16.11315.80.20.0115.70.65779～～0.74196131328.017.610.40.072114.80.215.4578.818.1～～～～～～～～35.120.815.90.462516.70.317.9581.921.2232323139913131010低液限黏土平 均 值22.42.7219.3标 准 差1.40.010.30.688890.021631.519.312.30.31231.80.81.30.14215.80.276.3780.419.60.60.030.700.80.8变异系数0.060.000.02标 准 值23.119.10.030.070.060.040.100.450.070.040.100.110.010.040.6990.3821.715.40.286.0
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①杂填土〔Ｑ４ｍｌ〕：黄褐色、以低液限粉土为主，含煤屑、砖瓦碎片、陶片等生活垃圾，含较多植物根系。场区普遍分布，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。
②素填土〔Ｑ４ｍｌ〕：黄褐色、以低液限粉土为主人工回填冲沟形成。混少量浅褐红色低液限黏土。分布在场区中部，局部缺失，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。
③低液限黏土〔Ｑ３ａｌ+ｐｌ〕：浅褐红色，坚硬～硬可塑，含白色钙质网斑及少量钙质结核，粒径2～25mm。场区普遍分布，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。
④低液限粉土〔Ｑ３ａｌ+ｐｌ〕：黄褐色，稍湿，密实，可见锈斑，含少量钙质结核，粒径5～30mm。场区普遍分布，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。
⑤低液限黏土〔Ｑ３ａｌ+ｐｌ〕：褐红色，坚硬～硬可塑，可见黑斑，含少量钙质结核，粒径3～35mm。该层未穿透，最大揭露厚度14.60m 。
各土层的空间分布见勘探点平面布置图及工程地质剖面图。 1.2.5.2 土物理力学指标
表1-7 各 土 物 理 力 学 指 标 建 议 值 表 物理指标 ② 含水量 w(%) 干重度 γd 比重 Gs 孔隙 比 液性 指数 塑性 指数 压缩 系数 压缩 模量 ③ ④ ⑤
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表1-8 各 土 层 的c、φ 值 建 议 值 表 层号 C〔kPa〕 快剪 Φ(°) 饱和固结快剪 C’〔kPa〕 Φ’(°) 22 11 17 18 15 8 24 12 18 16 16 10 ② 15 ③ 20 ④ 15 ⑤ 22 1.3工程概况
本工程主要包括4部分：大坝、溢洪道工程、人工湖防护边坡、大坝下游护坡。
主要建筑物为大坝、溢洪道工程，最大坝高，溢洪道宽度为5m。次要建筑物为人工湖防护边坡、大坝下游护坡。初步估算，湖面面积约4亩，库容约2万m3。
根据国家《防洪标准》〔GB50201-94〕有关规定，按平原区滨海区的规定确定为10年一遇设计，20年一遇校核。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》〔SL252-2000〕有关规定，水利水电工程分等指标及主要建筑物级别，根据本工程水库总库容为2万m3和坝高为，本工程规模为小〔2〕型，主要建筑物级别为5级。
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第2章 坝型、坝轴线选择及工程总体布置
2.1 坝型、坝轴线选择
坝型的选择
本区岩性为第四系全新统人工杂填土、素填土及第四系上更新统粉质黏土、粉土。根据该地形处的地质条件及材料可以就地取材，可以选择土石坝方案：〔1〕采用机械化施工，施工速度快；〔2〕可充分利用工地挖方来回填土料场，运距较近；但土石坝防洪能力差，两坝肩开挖量大，土方填方量较大，并且土坝上游伸入湖内，所占库容较大，土坝下游坡脚临近深沟，易造成下游边坡不稳。
同时也可以选择混凝土重力坝方案，因为该方案坝轴线较短，两坝肩开挖量小，土方填方量较小；坝前不占库容；防洪超泄能力强，除了溢流坝泄流外，特大洪水时，挡水坝段也可以过水；设计简单，不需要设置涵管；坝体方量小；但所需的水泥、砂、石料需要外购，运距远，需要人工施工，机械化程度低。
本设计为某人工湖挡水坝段设计，其设计方案为混凝土重力坝方案，以便于与同一基本资料设计的土石坝设计方案进行方案比较，从中选择最优方案，此设计是为进行方案优化而选取的。
2.1.2 坝轴线的选择
本工程处于低丘陵沟壑地带，岩土构成主要为黄色粉质中壤土，人工湖坐落在天然宽40m～50m、长50m～60m冲沟内，冲沟出口处可设为坝轴线位置。
2.2 工程总体布置
本工程位于郑州市西南6km三李村，规划面积330亩。根据国家《防洪标准》GB50201-94，防洪标准按平原区滨海区的规定确定为10年一遇设计，20年一遇校核。初步估算，湖面面积约4亩，库容约2万m3。
本工程主要包括4部分：大坝、溢洪道工程、人工湖防护边坡、大坝下游护坡。
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主要建筑物为大坝、溢洪道工程，最大坝高，溢洪道宽度为5m。次要建筑物为人工湖防护边坡、大坝下游护坡。初步估算，湖面面积约4亩，库容约2万m3。
工程的总体布置方案框架为： 1. 重力坝平面布置
本工程处于低丘陵沟壑地带，岩土构成主要为黄色粉质中壤土。人工湖坐落在天然宽40m～50m、长50m～60m冲沟内，坝轴线位置为冲沟出口处。根据重力坝的剖面尺寸来确定坝顶宽度、坝顶高程、上下游坝坡坡比以及开挖线的布置。
2. 溢洪道平面布置
根据本工程建设勘探点平面位置布置图中的等高线、坝区附近的高程以及地形状况来确定溢洪道的位置。
方案1：将溢洪道布置于重力坝中部，进口为矩形，库水经由溢洪道下泄到坝轴线下游的另一冲沟内，溢洪道轴线为直线，控制端为无坎宽顶堰，堰顶高程，建基面。
溢洪道由进口段〔m〕、控制段〔m〕、泄槽段〔20m〕、消力池〔5m〕组成。 方案2：将溢洪道布置于重力坝右岸坡上，进口为八字翼墙形，库水经由溢洪道下泄到坝轴线下游的另一冲沟内，溢洪道为正槽式溢洪道，控制端为无坎宽顶堰，堰顶高程，建基面。溢洪道由进口段〔m〕、控制段〔m〕、泄槽段〔m〕、消力池〔5m〕组成。
方案1、2进行比照，最终选择溢洪道的布置方案为方案2，将溢洪道布置于重力坝中部，进口为矩形，库水经由溢洪道下泄到坝轴线下游的另一冲沟内，溢洪道轴线为直线，控制端为无坎宽顶堰，堰顶高程，建基面。
将其布置在该工程建设勘探点平面位置布置图上。
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第3章 坝工设计
3.1 挡水坝段断面设计
剖面设计原则：重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，以材料力学法和刚体极限平衡法计算成果作为确定坝体断面的依据，并以特殊荷载组合复核。设计断面要满足稳定和强度要求，保证大坝安全，工程量要小，运用方便，优选体形，便于施工，防止出现不利的应力分布状态。
基本剖面：重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水压力和扬压力3项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图3-1所示。在已知坝高H、水压力P、抗剪强度参数f、c和扬压力U的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。
对于完整性较差、较软弱的地基，f、c值较小，需要将上游坝坡放缓，以便借助上游坝面上的水重帮助坝体维持稳定。但当n太大时，在满库情况下，合力可能超出底边三分点，坝蹱易出现拉应力。
根据工程经验，一般情况下，混凝土重力坝上游面一般可做成折坡或是常做成铅直或上部铅直下部倾向上游；折坡点一般位于1/3～2/3坝高处，以便于利用上游坝面水重增加坝体的稳定性；上游坝坡坡率n= 0～，下游坝坡坡率～0.8；底宽约为坝高的～倍。
3.1.1 坝顶高程
坝顶高程分别按设计洪水位和校核洪水位两种情况分别计算，选取两者中防浪墙顶高程中较高者作为选定高程。
坝顶高程根据《混凝土重力坝设计标准》〔SL319-2005〕有关规定要求，坝顶应高于校核水位，坝顶上游防浪墙顶的高程与正常蓄水位或校核洪水位的高差按下式确定，并选高者作为选定高程：
Δh = h1% + hz + hc 〔3-1〕
式〔3-1〕中：
Δh—防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差〔m〕；
15
毕业设计
h1%—累计频率为1%的波高〔m〕；
hz—波浪中心线至正常或校核洪水位的高差〔m〕； hc—安全超高，正常蓄水位工况m，校核洪水位工况0.9m。
本设计为某人工湖挡水坝段设计不计波浪雍高hz及波高h1%。坝顶高程取为。 根据《混凝土重力坝设计标准》〔SL319-2005〕有关标准规定：防浪墙宜采用钢筋混凝土结构，与坝体连接成整体，墙身应有足够的厚度以抵挡波浪及漂浮物的冲击，在坝体横缝处应留有伸缩缝，并设止水。坝顶下游设置栏杆。为排除坝面积水，在坝顶设置排水管，布置见下列图3-1所示。
3.1.2 坝顶宽度
坝顶宽度一般取坝高的8%-10%，且不小于2m，还应满足运用和施工要求。本设计坝顶宽度取为3m。
图 3-1 坝顶布置示意图
3.1.3 坝坡选择
上、下游边坡坡度根据《混凝土重力坝设计标准》〔SL319-2005〕有关规定，上游坝坡坡率n= 1：；下游坝坡坡率。
挡水坝段坝顶高程，坝顶宽度3m。右岸挡水坝坝基最低开挖高程231.80m，最大坝高5.5m；左岸挡水坝坝基最低开挖高程231.80m，挡水坝段上游坝坡，下游坝坡1∶。
重力坝拟定剖面见下列图3-2所示：
16
毕业设计
图3-2 重力坝剖面图
坝基渗流及稳定分析
采用北京理正软件设计研究院编制的《理正岩土系列软件— 混凝土重力坝透水地基渗流稳定分析程序》，计算结果如下所示：
1. 计算项目：渗流设计 [计算简图]
图3-3 坝基渗流流线图
分析类型: 稳定流 [坡面信息]
上游水位高: 5.040(m) 下游水位高: 0.000(m) 上游水位高2: -1000.000(m) 下游水位高2: -1000.000(m) 坡面线段数 4
坡面线号水平投影(m) 竖直投影(m)
17
毕业设计
[土层信息] 坡面节点数 = 7
编号 X(m) Y(m) 00
附加节点数 = 8
编号 X(m) Y(m)
不同土性区域数 = 4
区号土类型 Kx Ky Alfa (m/d) (m/d) ( 1 细砂 0.00000 0.00000 0.000 (-2,-1,0,-4,-3,) 2 细砂 0.00038 0.00038 0.000 (1,2,3,4,-4,0,)
18
节点编号 度)
毕业设计
3 细砂 0.04320 0.04320 0.000 (3,2,5,6,) 4 细砂 0.51840 0.51840 0.000 (6,5,7,8,) [面边界数据] 面边界数 = 9
编号1, 边界类型: 已知水头 节点号: 0 --- 1
节点水头高度 5.040 --- 5.040 (m) 编号2, 边界类型: 已知水头 节点号: 1 --- 2
节点水头高度 5.040 --- 5.040 (m) 编号3, 边界类型: 已知水头 节点号: 2 --- 5
节点水头高度 5.040 --- 5.040 (m) 编号4, 边界类型: 已知水头 节点号: 5 --- 7
节点水头高度 5.040 --- 5.040 (m) 编号5, 边界类型: 可能的浸出点 节点号: 7 --- 8
编号6, 边界类型: 已知水头 节点号: 8 --- 6
节点水头高度 0.000 --- 0.000 (m) 编号7, 边界类型: 已知水头 节点号: 6 --- 3
节点水头高度 0.000 --- 0.000 (m) 编号8, 边界类型: 已知水头 节点号: 3 --- 4
节点水头高度 0.000 --- 0.000 (m) 编号9, 边界类型: 已知水头 节点号: 4 --- -4
19
毕业设计
节点水头高度 0.000 --- 0.000 (m) [点边界数据] 点边界数 = 2
编号1, 边界类型: 已知水头 节点编号描述: -5 节点水头高度 5.040(m) 编号2, 边界类型: 已知水头 节点编号描述: -4 节点水头高度 0.000(m) [计算参数]
剖分长度 = 1.000(m)
收敛判断误差(两次计算的相对变化) = 0.100% 最大的迭代次数 = 30 [输出内容]
计算流量: 流量计算截面的点数 = 2 编号 X(m) Y(m)
画分析曲线:
分析曲线截面始点坐标: (0.000,0.000) 分析曲线截面终点坐标: (30.000,0.000)
--------------------------------------------------------------------
计算结果:
--------------------------------------------------------------------
渗流量 = 1.07371 m3/天 2. 计算项目：渗流校核
-----------------------------------------------------------------
20
毕业设计
----
[计算简图
图3-4 坝基渗流流线图分析类型: 稳定流 [坡面信息]
上游水位高: 5.610(m) 下游水位高: 0.000(m) 上游水位高2: -1000.000(m) 下游水位高2: -1000.000(m) 坡面线段数 4
坡面线号水平投影(m) 竖直投影(m)
[土层信息] 坡面节点数 = 7
编号 X(m) Y(m)
21
毕业设计
附加节点数 = 8
编号 X(m) Y(m)
8 337.500 -687.200 不同土性区域数 = 4
区号土类型 Kx Ky Alfa (m/d) (m/d) ( 1 细砂 0.00000 0.00000 0.000 (-2,-1,0,-4,-3,) 2 细砂 0.00038 0.00038 0.000 (1,2,3,4,-4,0,) 3 细砂 0.04320 0.04320 0.000 (3,2,5,6,) 4 细砂 0.51840 0.51840 0.000 (6,5,7,8,) [面边界数据] 面边界数 = 9
编号1, 边界类型: 已知水头 节点号: 0 --- 1
节点水头高度 5.610 --- 5.610 (m) 编号2, 边界类型: 已知水头 节点号: 1 --- 2
节点水头高度 5.610 --- 5.610 (m) 编号3, 边界类型: 已知水头 节点号: 2 --- 5
22
节点编号 度)
毕业设计
节点水头高度 5.610 --- 5.610 (m) 编号4, 边界类型: 已知水头 节点号: 5 --- 7
节点水头高度 5.610 --- 5.610 (m) 编号5, 边界类型: 可能的浸出点 节点号: 7 --- 8
编号6, 边界类型: 已知水头 节点号: 8 --- 6
节点水头高度 0.000 --- 0.000 (m) 编号7, 边界类型: 已知水头 节点号: 6 --- 3
节点水头高度 0.000 --- 0.000 (m) 编号8, 边界类型: 已知水头 节点号: 3 --- 4
节点水头高度 0.000 --- 0.000 (m) 编号9, 边界类型: 已知水头 节点号: 4 --- -4
节点水头高度 0.000 --- 0.000 (m) [点边界数据] 点边界数 = 2
编号1, 边界类型: 已知水头 节点编号描述: -5 节点水头高度 5.610(m) 编号2, 边界类型: 已知水头 节点编号描述: -4 节点水头高度 0.000(m) [计算参数]
剖分长度 = 1.000(m)
收敛判断误差(两次计算的相对变化) = 0.100%
23
毕业设计
最大的迭代次数 = 30 [输出内容] 计算流量:
流量计算截面的点数 = 2 编号 X(m) Y(m)
画分析曲线:
分析曲线截面始点坐标: (0.000,0.000) 分析曲线截面终点坐标: (30.000,0.000) 计算结果:
渗流量 = 1.19515 m3/天
计算出的渗流量有点大，需要进行地基处理，坝基才能不会发生渗透破坏。为提高坝基抗渗性，提高持力层的承载力，采用换土垫层的方法，挖除建基面之上土之后，对建基面之下土壤进行夯实,最后再进行回填的素混凝土垫层施工。
3.1.5坝体稳定和应力计算
3.1.5.1重力坝的荷载及组合
荷载是重力坝设计的主要依据之一，荷载可按作用随时间的变异分为三类：1.永久作用；2.可变作用；3.偶然作用。设计时应正确选用其标准值、分项系数、有关参数和计算方法。
重力坝承受的荷载与作用主要有：自重；静水压力；扬压力；动水压力；波浪压力；泥沙压力；冰压力；土压力；温度作用；风作用；地震作用等。
1、荷载组合
在设计重力坝剖面时，应按照承载能力极限状态计算荷载的基本组合和偶然组合。荷载组合有：正常蓄水位情况、设计洪水位情况、冰冻情况；偶然组合有：校核洪水情况、地震情况。设计时应对这五种情况分别进行计算，但由于近场区可能存在发生6级地震的背景，不考虑地震荷载，本次设计仅选取设计洪水位和校核洪水位情况进行荷载分析计算。
24
毕业设计
表3-1 计 算 工 况 及 荷 载 组 合 表
上游 水位 下游 水位 自 静水 重 压力 扬压 力 √ 浪压 力 淤沙 压力 荷载 荷载组合 计算 工况 〔m〕 〔m〕 基本组合 设计 洪水位 校核 洪水位 0 无水 √ √ 特殊组合
237.37 无水 √ √ √ 3.1.5.2重力坝的荷载计算
图3-5 重力坝荷载计算图
1. 自重
单位宽度上坝体自重W标准值计算公式如下：
WAc〔kN/m〕 〔3-2〕
式〔3-2〕中：
A——坝体横剖面的面积，常将坝体断面分解成简单的矩形、三角
形计算；
γc——坝体混凝土的重度，kN/m，根据选定的配合比通过实验确
定，一般采用～3。
计算自重时，坝体的自重的作用分项系数为。
3
25
毕业设计
设计工况下：W1=1/2*1.1*5.5*24*1=72.6 kN；偏心距为，则设计弯矩值为72.6*3.07=222.88 (kN*m) (↓)；
W2=3*5.5*24*1=396kN；偏心距为，则设计弯矩值为396*1.2=475.20 (kN*m) (↓)；
W3=1/2*3.5*5*24*1=210kN；偏心距为，则设计弯矩值为210*1.47=308.70 (kN*m) (↓)；
校核工况下：W1=1/2*1.1*5.5*24*1=72.6 kN；偏心距为，则设计弯矩值为72.6*3.07=222.88 (kN*m) (↓)；
W2=3*5.5*24*1=396kN；偏心距为，则设计弯矩值为396*1.2=475.20 (kN*m) (↓)；
W3=1/2*3.5*5*24*1=210kN；偏心距为，则设计弯矩值为210*1.47=308.70 (kN*m) (↓)；
2. 静水压力
静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载。
计算时常分解为水平水压力〔PH〕和垂直水压力〔PV〕两种。
PVAWγω〔kN/m〕 〔3-3〕
PH12γωH〔kN/m〕 〔3-4〕 2上式〔3-3〕、〔3-4〕中：
2
——坝踵处所作的垂线与上游水面和上游坝面所围成的面积，m； AW H——计算点处的作用水头，m；
γω——水的重度，kN/m3，常用3。
静水压力分项系数采用。合力作用点在压力图剖面形心处，不计淤沙压力和浪压力。 设计工况下： 〔1〕水平水压力
PH1==1/2*9.81*42*1=78.48 kN；偏心距为，则设计弯矩值为78.48*1.33=104.64 (kN*m) (→)；
由于下游无水，PH2=0；
26
毕业设计
〔2〕垂直水压力
Pv1 kN；偏心距为，则设计弯矩值为12.08*2.182=26.36 (kN*m) (↓)；
Pv2 kN；偏心距为，则设计弯矩值为4.24*2.5=9.54 (kN*m) (↓)； 校核工况下： 〔1〕水平水压力
PH1==2*1=102.44 kN；偏心距为，则设计弯矩值为102.44*1.52= 155.71 (kN*m)
(→)；
下游无水，PH2=0； 〔2〕垂直水压力 设计工况下：
Pv1kN；偏心距为，则设计弯矩值为*3.53=55.42 (kN*m) (↓)； 校核工况下：
Pv1kN；偏心距为，则设计弯矩值为20.49*3.50=71.72(kN*m) (↓)； 3. 扬压力
扬压力包括渗透压力和浮托力两部分。渗透压力是由上下游水位差产生的渗流而在坝内或坝基面上形成的向上的压力。浮托力是由下游水深淹没坝体计算截面而产生的向上的压力。
扬压力的分布与坝体结构、上下游水位、防渗排水设施等因素有关。不同计算情况有不同的扬压力。
坝底面上的扬压力：当坝底面上游侧设有防渗和排水孔幕时，坝底面上游〔坝踵〕处的扬压力作用水头为H1；排水孔中心线处的扬压力作用水头为H2+H〔H1-H2〕；下游〔坝趾〕处为H2；三者之间用直线连接. 计算扬压力时，
U=γαHbB〔kN/m〕 〔3-5〕
式〔3-5〕中：
α——扬压力渗透系数；
33
γ——水的重度，kN/m，一般采用。
27
毕业设计
H——渗透压力水头；
b ——渗透压力计算图形的宽度； B——坝体单宽长度；
该小型重力坝的渗透压力示意图见下列图3-6所示。
图3-6 重力坝荷载计算图
其中渗透压力系数由下表3-2所示查得,
表3-2 渗 透 压 力 系 数 图 坝型及部位 部位 坝型 设置防渗帷幕及排水孔 渗透压力强度系数 主排水孔前扬压力强度系数 河床坝段 实体重力坝 宽缝重力坝 大头支墩坝 空腹重力坝 拱坝 岸坡坝段 实体重力坝 宽缝重力坝 大头支墩坝 空腹重力坝 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 残余扬压力强度系数 坝基处理情况 设置防渗帷幕及主、副排水孔并抽排 28
毕业设计
拱坝
0 0 因本设计下游无水，扬压力只考虑渗透压力，无浮托力。渗透压力的作用分项系数，对于实体重力坝的分项系数为。
设计工况下：
标准值为U2=9.81*0.35*4*0.3*1=4.12 kN；设计值为4.12*1.2=4.94 kN；偏心距为，则设计弯矩值为4.94*3.65=18.05 (kN*m) (↑)；
标准值为U3=1/2=1/2*9.81*0.35*4*7.3*1=50.13 kN；设计值为50.13*1.2=60.16 kN；偏心距为，则设计弯矩值为60.16 *1.07=64.37 (kN*m) (↑)；
标准值为 U4==1/2*9.81*(4-0.35*4)*0.3*1=3.83 kN；设计值为；偏心距为，则设计弯矩值为4.60*3.70=17.00(kN*m) (↑)；
校核工况下：
标准值为U2；设计值为4.71*1.2=5.65 kN；偏心距为，则设计弯矩值为5.65*3.65=20.63(kN*m) (↑)；
标准值为U3=1/2=1/2*9.81*0.35*4.57*7.3*1=57.27 kN； 设计值为
57.27 *1.2=68.72 kN；偏心距为，则设计弯矩值为
(kN*m) (↑)；
标准值为 U4==1/2*9.81*(4.57-0.35*4.57)*0.3*1=4.37 kN；设计值为4.37 *1.2=5.24 kN；偏心距为，则设计弯矩值为5.24*3.7=19.40(kN*m) (↑)；
4. 地震作用
«水工建筑物抗震设计标准»〔 SL203-97〕有关规定，水工建筑物的工程抗震设防类别根据其重要性和工程场地基本烈度按下表3-3确定。
表3-3 工 程 抗 震 设 防 类 别 工程抗震设防类别 甲 乙 建筑物级别 1〔雍水〕 1〔非雍水〕、2〔雍水〕 场地基本烈度 6
29
毕业设计
丙 丁 2〔非雍水〕、3 4、5 由于近场区可能存在发生6级地震的背景，地震设防烈度为7度，主要建筑物级别为5级，故不考虑地震荷载。
5. 计算结果汇总
本设计的重力坝的荷载主要有自重、静水压力、扬压力计算结果汇总见下表3-4、表3-5。
表3-4 设 计 工 况 下 荷 载 计 算 结 果 荷载作用〔分项系数〕 偏心距 〔m〕 自重〔〕 W1 W2 W3 水平水压力〔〕 垂直水压力〔〕 PH1 PH2 PV1 PV2 扬压力 浮托力 渗透压力 〔〕 总计
表3-5 校 核 工 况 下 荷 载 计 算 结 果 荷载作用〔分项系数〕 偏心距 〔m〕 自重〔〕 W1 设计值〔 kN〕 设计弯矩值〔kN*m〕 ＋ U1 U2 U3 U4 0 0 0 设计值〔 kN〕 0 0 0 设计弯矩值〔kN*m〕 ＋ ＋ － － 0 ＋ 0 0 － － － P= ∑W ∑ 30
毕业设计
W2 W3 水平水压力〔〕 PH1 PH2 垂直水压力〔〕 PV1 PV2 扬压力 浮托力 渗透压力 〔〕 U1 U2 U3 U4 总计 0 0 0 ＋ － － 0 ＋ 0 0 0 0 0 － － P ∑W ∑ 混凝土重力坝坝体稳定采用抗剪强度公式计算，坝基应力采用材料力学法计算，计算公式按照《混凝土重力坝设计标准》〔SL319-2005〕采用。
1．抗剪强度的计算公式
K'=f'W∑〔3-6〕
P∑
式〔3-6〕中：K'—按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；
f'—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数；
W—作用于坝体上全部荷载对滑动平面的法向分力，kN； ∑P—作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分力，kN； ∑混凝土重力坝坝体稳定采用抗剪强度公式计算时，各种荷载组合情况下的坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数的安全系数见表3-6所示。
表3-6 坝 基 面 抗 滑 稳 定 安 全 系 数 K'
荷 载 组 合 1
坝 的 级 别 2 3 31
毕业设计
基 本 组 合 特 殊 荷 载 〔1〕 〔2〕
1．00 1．00 1．00 1．00 2.坝基面的垂直应力的计算公式：
W6∑M∑σy=±BB2
〔3-7〕
式〔3-7〕中：
σy—坝踵、坝趾垂直应力，Mpa；
kN； W—作用于1m坝长上全部荷载在坝基截面上法向力总和，∑M—作用于∑1m坝长上全部荷载对坝基截面形心轴的力矩总
和，；
B—计算坝基截面长度，m； 3．计算采用指标
按照开挖后坝体建于素填土之上,摩擦系数取，坝基面各土层的c、φ 值见表3-7。
表3-7 各 土 层 的c、φ 值 建 议 值 表
层号 C〔kPa〕 快剪 Φ(°) C’〔kPa〕 饱和固结快剪 Φ’(°) 17 8 18 10 22 11 18 15 24 12 16 16 ② 15 ③ 20 ④ 15 ⑤ 22
4.坝体稳定及应力计算结果
挡水坝段沿坝基坝体稳定和应力计算结果见表3-8，均满足混凝土重力坝设计标准。
表3-8 挡 水 坝 段 坝 体 稳 定 及 应 力 计 算 结 果
32
毕业设计
抗滑稳定 安全系数 计算工况 k′ [ k′] 基本组合 设计洪水位 特殊组合 校核洪水位 坝踵 标准 要求 ＞0 ＞0 坝趾 地基允许压应力 ＜～ ＜～ 应力(Mpa) 3.1.6基础及边坡处理
由于坝址处地震等级较低，对基础和边坡处理可适当放低。 〔1〕基础开挖
根据坝高情况，按照《混凝土重力坝设计标准》〔SL319-2005〕有关规定，建基面可择在弱风化上部基岩上，该坝址处地质岩性为杂土、素填土、粉质粘土、粉土，挖去表层的杂土、淤泥之后，建基面位于素填土或粉土之上，高程为。
〔2〕坝基抗渗性处理
采用北京理正软件设计研究院编制的《理正岩土系列软件— 混凝土重力坝透水地基渗流稳定分析程序》进行计算：
设计工况下渗流量 = 1.07371 m3/天； 校核工况下渗流量 = 1.19515 m3/天；
计算出的渗流量有点大，需要进行地基处理，坝基才能不会发生渗透破坏。为提高坝基抗渗性，提高持力层的承载力，采用换土垫层的方法，挖除建基面之上土之后，对建基面之下土壤进行夯实，最后再进行回填的素混凝土垫层施工。
〔3〕边坡处理
坝肩处自然边坡坡度最陡约，考虑到左岸坝肩处土体稳定性，减少开挖量，左岸建基面边坡1:1，右岸则按照标准取为。
33
毕业设计
3.1.7细部结构设计
3.1.7.1排水设计
分缝止水包括横缝的设计和挡水坝段的止水设计。排水则包括对挡水坝段的坝身和坝基排水的布置及排水管〔孔〕的直径、间距等确实定。
坝体各接缝面内，假设已有止水系统，但渗水仍难以完全排除，为减小坝体渗透压力，须设置相应的排水系统，将坝体、坝基的渗水由排水管聚集于集水井，用抽水机排至下游。
坝体排水管间距一般为2～3m，取3m，管内径15～25cm，取15cm，排水管用预制的多孔混凝土管，假设浇注时埋入坝内，排水管与集水井连接。
图3-7 坝体排水管
3.1.7.2坝体混凝土标号分区设计 1. 坝体混凝土的分区
对坝体混凝土，应具有一定的强度，此外还要有一定的抗渗、抗磨蚀、抗侵蚀和抗裂性。根据前面的应力分析成果，考虑坝址处库区的气候条件和大坝各部位混凝土构造的不同等特点，要求不同坝体部位进行分区。 2. 混凝土标号分区的相关说明
〔1〕为了减少施工期发生裂缝，坝体混凝土分区标号应尽量与水利枢纽中各结构物的混凝土标号相一致，以减少混凝土标号总的种类，同一浇注块中标号不得超过两级。
〔2〕坝体混凝土的强度龄期一般用90天龄期。分区厚度不宜小于2～3m。 〔3〕对于高坝，由于抗裂要求，基础部位28天龄期的混凝土标号，不能低于150～200号，坝体的90天龄期的混凝土强度不宜低于100号。
34
毕业设计
〔4〕有抗冲刷，磨蚀要求部位的混凝土，如溢流坝面、泄水孔、导墙、闸墩等，其对抗冲刷、抗磨蚀和抗冻性要求较高，一般采用高强度混凝土，90天龄期强度不低于200～300号，严寒地区其抗冻性标号应不小于D150～D250。
根据《混凝土重力坝设计标准》〔SL319-2005〕的要求及本工程的实际情况，按照坝体不同部位的工作条件和环境条件进行混凝土材料分区，根据应力计算成果和大坝各部位的工作条件的不同对其强度、抗冻、抗渗、低热、抗冲磨等各种性能提出不同要求，并确定各区的位置、尺寸及混凝土标号，见表3-9所示。
表3-9 挡 水 坝 段 坝 体 材 料 分 区 表 部位 大坝内部 迎水面 混凝土类型 常态混凝土 钢筋混凝土 指标 C20W2 C20W4 基础 垫层 常态混凝土 常态混凝土 C20W4 C10W4
3．材料分区
重力坝各种部位的工作条件不同，对混凝土的要求也不同，为了节约和合理地使用水泥，对于高、中坝常对坝体不同部位按其工作条件和主要进行材料分区。见下列图6所示，不同区域采用不同强度和性能的混凝土。
上游最高水位上游最高水位Ⅵ上游最低水位 ⅤⅥⅡ上游最低水位Ⅰ
下游最低水位ⅤⅢⅣⅢ
ⅣⅢ下游最低水位Ⅲ
35
毕业设计
图3-8 混凝土材料分区图 Ⅰ区 — 上下游最高水位以上的坝体表层混凝土 Ⅱ区 — 上下游最高与最低水位之间的坝体表层混凝土 Ⅲ区 — 上下游最低水位以下的坝体表层混凝土 Ⅳ区 — 靠近坝基的基础混凝土 Ⅴ区 — 坝体内部混凝土
Ⅵ区 — 有抗冲刷、磨蚀要求部位的混凝土
由于本设计坝高较低，并且建在复合土基上，属于小型坝，不适合设置WES型溢流坝段，有溢洪道泄流，则仅有挡水坝段混凝土分区，具体见细部构造图所示。
坝体各分区对混凝土性能的要求见表3-10所示。
表3-10 坝 体 各 分 区 对 混 凝 土 性 能 的 要 求 分区 强度 抗渗 抗冲刷 抗侵蚀 低热 抗冻 最大水灰比 严寒和区 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ + + ++ ++ ++ ++ - + ++ + + – – – – – – ++ – + + + – ++ + + ++ ++ ++ + ++ ++ + + + ++ 施工和冰冻深度 冰冻深度抗渗施工 抗渗、抗裂和施工 选择各区宽度温和地的主要因素 寒冷地区 注：表中有“++”的项目为选择各区混凝土的主要控制因素，有“+”的项目为需要提出要求的，有“–”的项目为不需要提出要求的。 4．混凝土标号设计
由混凝土性能的要求可知：
Ⅰ区：要求受抗冻因素控制，同时考虑强度、低热要求。在寒冷地区多采用2―3m厚的抗冻混凝土，标号一般为C15 S4 D150。
Ⅱ区：主要受抗冻因素控制，同时考虑强度、抗渗、抗侵蚀和低热的要求。多采用3—5m厚的抗渗、抗冻及抗侵蚀性的混凝土，标号一般为C15 S8 D200。
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Ⅲ区：主要考虑强度、抗渗因素，同时考虑抗冻、抗侵蚀、低热也有一定要求。多采用2—3m厚标号为C20 S12 D200的混凝土。
Ⅳ区：主要考虑强度、低热因素，标号可采用C20 S12 D200 Dw。 Ⅴ区：主要考虑强度、低热因素。根据坝面应力大小，上部标号多采用C10 S4 Dw;下部多采用C15 S4 Dw。
Ⅵ区：强度、抗渗、抗冲刷为主要因素。一般采用高强度混凝土，90天龄期强度不低于C20—C30；严寒地区其抗冻标号不小于D150—D250。
3.1.8重力坝的分缝与止水
为了满足施工要求以及防止坝在运用期由于温度变化和地基不均匀沉陷等而导致出现裂缝，在坝体内需要进行分缝。
按位置和作用的不同，重力坝分缝有横缝、纵缝和水平施工缝等。 3.1.8.1 横缝
横缝垂直于坝轴线，将坝体分成假设干独立坝段。其作用是减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求如混凝土浇筑能力和温度控制等。横缝间距一般为12—20m，特殊情况也可达24m左右，主要取决于地形地基特性、河谷地形、温度变化、结构变化和浇筑能力等。
1、电站坝段：机组间距16m，电站坝段横缝间距也取12m 2、底孔坝段：分两段，每段两个泄水孔，横缝间距为22m
3、溢流坝段：20个坝段，考虑到闸墩、闸门布置，横缝间距为18m 4、左右两岸挡水坝段：横缝间距取18m
由于本工程处于低丘陵沟壑地带，岩土构成主要为黄色粉质中壤土，槽缝设为永久缝，缝面为平面。不设键槽，不进行灌浆，不预留宽缝，但设有专门止水。
3.1.8.2 纵缝
为了适应混凝土能力和减少施工期温度应力，而在平行于坝轴线方向设置的临时缝，将一个坝段分成几个坝块，待坝体降到稳定温度后，再进行灌浆接缝。纵缝按布置形式可分为竖直缝、斜缝和错缝，本工程采用竖直缝。
竖直缝的间距取决于混凝土浇注能力和温度控制要求，一般为15～30米，为使缝面能传递剪力，需要在缝上布置三角形键槽，键槽的短边和长边分别与第一及第二主应力正交，待坝体温度下降到稳定温度时再进行纵缝灌浆，使坝成为整体，布置见下列图3-9所示，其中A为先浇块，B为后浇块，键槽采用直线形式。
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先浇块
竖直缝 纵向键槽
图3-9 坝体排水管
3.1.8.3 止水设计 及横缝内均应设止水。
上游面止水：本工程为小型重力坝，采用沥青排水井，两道紫铜片止水，铜片厚，每一侧埋入混凝土长度15～20cm，取15 cm，第一道止水离上游坝面一般为0.1m～ m，取m,其中一侧用预制混凝土管，设置沥青排水管，以排出老化沥青，重新填料，横缝止水必须与坝基妥善连接，止水片埋入地基40cm，下游面最高尾水位以下采用一道紫铜片止水，距下游坝面m右岸陡坡与坝基接触面止水，设置紫铜片止水，将基础止水铜片一侧预先埋入基底，然后回填混凝土，与地面浇平，必要时插入钢筋，以保证混凝土与基础结合。
后浇块在坝体上游侧横缝内，坝体下游最高尾水位以下，陡坡坝段与基础接触面以
溢洪道设计
该工程资料人工湖的流量为3/s,并且重力坝最大坝高为5.5m，不宜修建WES型溢流坝段。假设修建WES型溢流坝，本小工程施工复杂麻烦，并且增加工程投资，不经济。鉴于以上原因，并且本重力坝坝高很低，则只需修建宽顶堰式溢洪道，即可宣泄设计洪水流量。
为宣泄超过水库调蓄能力的洪水或降低库水位，保证工程安全而修建溢洪道。该小型重力坝枢纽利用坝肩和坝头的有利地形修建溢洪道，可节省工程量，是一般较常见的布置形式。
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溢洪道工程布置
方案1：
为使得溢洪道进出水流顺畅，考虑景观需要，溢洪道布置在重力坝的右侧部位，进口为八字翼墙形，库水经由溢洪道下泄到坝轴线下游的另一冲沟内，溢洪道为正槽溢洪道。
溢洪道由进口段〔m〕、控制段〔m〕、泄槽段〔m〕、消力池〔5m〕组成。 1. 进口段
进口段长m，底部采用0.4m 厚混凝土衬砌，衬砌下设置厚砂砾石垫层。边墙采用混凝土重力式挡土墙，和溢洪道底部衬砌同时浇筑，边墙厚度约。
2. 控制段
控制段长m，为无坎宽顶堰，堰顶高程236.8 m。上部为交通桥钢筋砼结构，桥长6m。桥下部，边墙为重力式混凝土结构，过水净宽5 m。
3. 泄槽段
泄槽段长，由于特殊的地形，泄槽段分二段，第一段为倾斜段，为矩形断面，泄槽底采用厚混凝土及砂砾石垫层。边墙用混凝土重力式，厚度，起始于控制端末端，坡比，长度约m；第二段为直线段，结构材料同第一段，起始于约坝址处，直到处理过的下游深沟陡坎的堆石体之上，长度10m，坡比1:。该段断面也是矩形，底板采用浆砌石衬砌，边墙则采用钢筋混凝土，厚度。
4. 消力池
消力池段长5m，消力池底用浆砌石衬砌，设φ75mm排水孔，间排距1m，梅花形布置。边墙高，采用浆砌石衬砌，浆砌石临水面用1：2水泥砂浆抹面，厚度为2cm。 方案2：
为使得溢洪道进出水流顺畅，考虑景观需要，溢洪道布置在重力坝的中部，进口为矩形，库水经由溢洪道下泄到坝轴线下游的另一冲沟内，溢洪道为正槽溢洪道。
溢洪道由进口段〔6m〕、控制段〔m〕、泄槽段〔20m〕、消力池〔5m〕组成。 〔1〕进口段
进口段长6m，底部采用0.4m 厚混凝土衬砌，衬砌下设置厚砂砾石垫层。边
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墙采用混凝土重力式挡土墙，和溢洪道底部衬砌同时浇筑，边墙厚度约。
〔2〕控制段
控制段长4.5m，为宽顶堰，堰顶高程236.8 m。上部为交通桥钢筋砼结构，桥长6m。桥下部，边墙为重力式混凝土结构，过水净宽5 m。
〔3〕泄槽段
泄槽段长20m。由于特殊的地形，泄槽段分二段，第一段为倾斜段，为矩形断面，泄槽底采用厚混凝土及砂砾石垫层。边墙用混凝土重力式，厚度，起始于控制端末端，止于坝址处，坡比，长度约10m；第二段为直线段，结构材料同第一段，起始于约坝址处，直到处理过的下游深沟陡坎的堆石体之上，长度10m。
〔4〕消力池
消力池段长5m，消力池底用浆砌石衬砌，设φ75mm排水孔，间排距1m，梅花形布置。边墙高，采用浆砌石衬砌，浆砌石临水面用1：2水泥砂浆抹面，厚度为2cm。
溢洪道水力计算与校核
泄流能力计算
〔1〕泄流能力计算公式如下：
Qε mB2gH0式〔3-8〕中：
Q B
—流量，m3/s；
3/2
〔3-8〕
—溢流堰总净宽，5m；
H0 —计入行近流速水头的堰上总水头，m，H0=H+υs2/2g； Vs —行近流速，m/s； g —重力加速度，m/s2；
m —宽顶堰流量系数，参考重力坝设计标准，选取； ε —侧收缩系数，；
∂ —淹没系数，1.0:；
根据计算公式〔3-8〕得泄流曲线如下表3-11。 表3-11 溢 洪 道 泄 流 曲 线 计 算 成 果 表
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库水位〔m〕 0 0 237.00 0 0 0 0 0
流量〔m3/s〕 0 备注 开敞式 〔2〕泄槽段掺气后的水深可按下式计算：
ξv=（1+hb100）h 〔3-9〕
式〔3-9〕中：
h、hb—泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，m； V—不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s； ξ—修正系数，一般为。
表3-12 溢洪道水面线〔校核工况，库水位，3/s〕 B〔m〕 5 h〔水深m〕 Hb〔掺气水深m〕 0.67 V 〔m/s〕 经以上计算可知，校核流量情况下，可能的最大掺气水深为0.67m，确定控制段顶部高程为23m，泄槽段和进水段的边墙高度为，可以满足泄洪要求。
溢洪道布置于重力坝右侧的岸坡上，控制端为无坎宽顶堰，堰顶高程236.8m，建基面，定型设计水头Hd取堰顶最大作用水头的75-95%，为，下衔接1：直线段即泄槽段，经由下游陡坎连接消力池进行消能。
泄流能力及消能计算校核
溢洪道为敞开式，泄流能力计算得：，ε，流量系数查标准得到，溢洪道宽度为，复核计算结果见下表3-13。
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表3-13 溢 洪 道 复 核 泄 流 能 力 曲 线
堰顶 高程 0 0 0 0 0 0
溢洪道建筑物级别为5级，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》〔SL252—2000〕有关规定，消能设计标准按20年一遇洪水设计，设计洪峰流量为/s。本溢洪道泄洪流量小，采用底流水跃消能，即在泄槽末端布置消力池。考虑到泄洪流量较小，泄槽段之后设置5m长的消力池，其中末端消力槛高度为。
由上表可知溢洪道泄洪能力满足要求。
3
库水位 H0 H0/Hd m 流量Q 0 0 0 0 0 7 0 0 0 7 0 溢洪道稳定应力分析计算
溢洪道控制段稳定分析计算采用抗剪强度公式计算，计算公式按照《溢洪道设计标准》〔SL253-2000〕采用。
本设计溢洪道的荷载主要有自重、水压力以及土压力。溢洪道荷载计算图见下列图3-10所示：
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图3-10 溢洪道控制段荷载计算图
1. 自重
单位宽度上溢洪道自重W标准值计算公式如下：
W=Aγc〔kN/m〕 〔3-10〕
式〔3-10〕中： A——溢洪道横剖面的面积，常将横断面分解成简单的矩形、三角形计算；
γc——溢洪道混凝土的重度，kN/m，根据选定的配合比通过
实验确定，一般采用～。 2.水压力
3
3
12=γωH〔kN/m〕 〔3-11〕 PH2
上式〔3-11〕中： H——计算点处的作用水头，m；
γω——水的重度，kN/m3，常用3。
3.土压力
12 =γFHKO02 〔3-12〕
式〔3-12〕中：γ——土的重度，kN/m3，简化为平均值为kN/m3； H——土的厚度，m；
K
0——主动土压力系数；
溢洪道控制段荷载计算结果见下表3-14所示：
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表3-14 溢 洪 道 控 制 段 荷 载 计 算 结 果
荷 载 自重 W1 W2 W3 水压力 土压力 PH1 F01 F02 总计
计算公式同挡水坝段抗滑稳定验算按照下式进行：
K'=f'W∑ 〔3-13〕 H∑设计值 18 W H
式〔3-13〕中： f'—墙底与地基之间的摩擦系数，按照《水闸设计标准》有关规定取为；
W—所有垂直荷载之和，kN； ∑H—所有水平荷载之和，KN； ∑溢洪道段沿坝基坝体稳定和应力计算结果见表3-15，均满足标准要求。
表3-15 溢 洪 道 稳 定 及 应 力 计 算 结 果
抗滑稳定安全系数 应 力(Mpa) 计算工况 溢洪道k′ [ k′] 前端 求 后端 标准要溢洪道地基允许压应力 44
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基本组合 设计洪水位 ＞0 ＜～
对溢洪道控制段宽顶堰的重力式挡土墙进行抗滑稳定计算，该挡土墙依照《水工挡土墙设计标准》为5级，特殊组合荷载时的抗滑稳定安全系数为。经上式计算K'=1.09 〉，溢洪道控制段稳定满足要求。
3.2.4 溢洪道交通桥设计
1、设计标准
桥梁的主要技术标准如下： 〔1〕坝顶交通桥面宽。 〔2〕设计荷载：公路Ⅱ级的倍。 2、设计原则
桥梁设计本着经济、实用，推荐采用混凝土板桥。 3、桥梁设计 〔1〕荷载 1〕恒载
主要包括结构自重、土压力、扬压力等。 2〕活载
包括人群荷载、土侧压力、水压力等。 3〕偶然荷载 地震设防烈度为6度。 〔2〕结构布置
通过计算，采用C25装配式钢筋简支板，跨度5.0m。其板厚，宽度，桥面设镀锌钢管栏杆。桥边墩〔泄槽段边墙〕厚0.5 m，迎水面垂直，背水面也垂直。
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坝体下游冲沟护坡设计
下游冲沟设计
由于人工湖坐落在天然宽40m～50m、长50m～60m冲沟内，冲沟出口下游10m～15m处，另有一深15m～20m的深沟，需要研究下游深沟对大坝稳定造成的不利影响。
为了防止下游冲沟在建坝后保持稳定，需要对其进行防护。由于下游冲沟很陡，坡比约，在上游坝体及渗流作用下假设不采取防护措施，很容易导致整体滑坡，危机大坝安全，故初步设计防护措施如下：
冲沟底部清除表层的杂土树根，顺底坡先以填土夯实填筑，上面铺设砂砾石作为反滤层，再辅以堆石，堆石外表用浆砌石护面。堆石堆置使得护坡成的坡度。
下游冲沟防护稳定计算
1. 分析工况
设计工况：设计洪水位，水深，下游无水时形成稳定渗流期下游护坡稳定分析；
非常工况：库水位校核洪水位，水深，下游无水时，形成稳定渗流期下游护坡稳定分析。
2. 滑裂面形式
对于整体分析研究，上下游坝坡及下游边坡均为曲线滑裂面。采用圆弧法进行稳定计算，所取分析断面为治理之后的标准断面见下列图3-11
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图3-11 下游冲沟边坡稳定分析图
3. 计算原理及计算参数
采用北京理正软件设计研究院编制的《理正岩土系列软件—边坡稳定分析程序》，利用计算程序自动搜索最不利滑动面。
（1）计算项目，等厚土层岸坡稳定计算； （2）控制参数，抗滑动安全系数为：；
（3）稳定计算项目，给定圆心、半径计算安全系数； （4）条分法的土条宽度为；圆心为；圆心坐标为；半径：； （5）计算结果；
按有效应力圆弧滑裂面法计算大坝边坡稳定，浸润线数据采用大坝渗流稳定分析计算结果，土料强度浸润线以下采用饱和固结快剪平均值，浸润线以上采用原状土不饱和快剪平均值。土体相关计算参数见表3-16。
表3-16 堆 石 相 关 参 数
重〔g/cm〕 3度饱和重度〔g/cm〕 3粘聚力(Kpa) 内摩擦角(度) 23
24 0 45 47
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4. 计算结果分析
表3-17 整 体 稳 定 分 析 结 果 表
瑞典圆弧法 计算工况 计算值 标准值 基本组合 设计水位 非常组合 校核水位
从计算结果可知，该水库大坝下游冲沟经护坡之后，在正常情况下安全系数均大于，在非常情况下安全系数大于。故在标准允许安全系数范围内下游冲沟边坡是稳定的，整体稳定。
3.4 人工湖防护边坡设计
土质边坡在受到外界环境因素的影响下,极易造成滑坍,特别是库区内边坡，水库施工或运行期，受内水和外水压力作用，加之湖水浸泡，土体抗剪强度降低，需要对库区内边坡加以治理以保证土质边坡的稳定性以及工程安全。
3.4.1 护岸设计
库区内边坡失事可能影响水库安全运行，按照《水利水电工程边坡设计标准》〔DLT5353-2006〕有关规定，边坡级别为Ⅲ级。库区内所有边坡都需要进行处理，自下而上分两级支护〔防护〕，过渡段设置宽5m的平台，平台高程同坝顶，为。
第一级自库底采用浆砌石护坡，下设厚的砂砾石垫层，护坡底部宽度为，嵌入库底以下，内坡。
平台顶上也采用浆砌石防护，浆砌石厚度，其下砂砾石垫层厚。 第二级护坡内坡度均为，衬砌厚度，底下垫层厚。具体见设计图所示。
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3.4.2 护岸边坡稳定分析
对边坡进行贴坡护面，分级护面可以看成贴坡式挡土墙，需要对其进行抗滑稳定计算和抗倾覆稳定计算，但护面作为贴坡式挡土墙，整个墙身斜窝在土坡上，承压面积大，土压力相对小，因此可只进行抗滑稳定计算，在抗滑稳定满足要求后，可不必再验算基底压力。
抗滑稳定验算按照下式进行：
K'G 〔3-14〕 f'H
式〔3-14〕中： f'—墙底与地基之间的摩擦系数，按照《水闸设计标准》有关规定取为；
G—所有垂直荷载之和，kN； ∑H—所有水平荷载之和，kN。
对边坡用贴坡式挡土墙进行加固处理，该挡土墙依照《水工挡土墙设计标准》为5级，特殊组合荷载时的抗滑稳定安全系数为。
施工期特殊荷载组合为自重，土压力、岸边外水压力等，在这些荷载作用下，采用熊启钧的自编小程序，对库区第一级边坡进行稳定分析，所取计算断面为开挖后的基本断面，见设计图。在特殊荷载组合情况下，其中外水荷载取库区正常水位的约1/3，计算结果见图所示：
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计算项目：重力式挡土墙 原始条件:
图3-12 挡土墙稳定分析图 墙身尺寸: 墙身高: 4.017(m) 墙顶宽: 0.977(m) 面坡倾斜坡度 背坡倾斜坡度
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墙底倾斜坡率: 0.000:1 物理参数:
圬工砌体容重: 23.000(kN/m3) 圬工之间摩擦系数 地基土摩擦系数
墙身砌体容许压应力: 2100.000(kPa) 墙身砌体容许剪应力: 110.000(kPa) 墙身砌体容许拉应力: 150.000(kPa) 墙身砌体容许弯曲拉应力: 280.000(kPa) 挡土墙类型: 一般挡土墙 墙后填土内摩擦角: 23.400(度) 墙后填土粘聚力: 0.000(kPa) 墙后填土容重: 18.000(kN/m3) 墙背与墙后填土摩擦角: 13.000(度) 地基土容重: 18.000(kN/m3)
修正后地基承载力特征值: 500.000(kPa) 地基承载力特征值提高系数: 墙趾值提高系数 墙踵值提高系数 平均值提高系数 墙底摩擦系数
地基土类型: 土质地基 地基土内摩擦角: 30.000(度) 土压力计算方法: 库仑 坡线土柱: 坡面线段数: 2
折线序号水平投影长(m) 竖向投影长(m) 1 3.000 2.000 0 2 5.000 0.000 0
换算土柱数 51
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坡面起始距离: 0.000(m) 地面横坡角度: 20.000(度) 填土对横坡面的摩擦角: 23.400(度) 墙顶标高: 0.000(m) 第 1 种情况: 一般情况
[土压力计算] 计算高度为 4.017(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 42.672(度)
Ea=101.775(kN) Ex=99.166(kN) Ey=22.894(kN) 作用点高度 Zy=1.510(m)
墙身截面积 = 13.605(m2) 重量 = 312.910 (kN) (一) 滑动稳定性验算 基底摩擦系数
滑移力= 99.166(kN) 抗滑力= 167.902(kN) 滑移验算满足 (二) 倾覆稳定性验算
相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 3.818 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 5.797 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 1.510 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性
倾覆力矩= 149.776(kN-m) 抗倾覆力矩= 1327.324(kN-m) 倾覆验算满足
(三) 地基应力及偏心距验算
基础类型为天然地基，验算墙底偏心距及压应力
作用于基础底的总竖向力 = 335.804(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1177.548(kN-m)
基础底面宽度 B = 5.797 (m) 偏心距8(m)
基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 3.507(m) 基底压应力: 趾部=21.465 踵部=94.389(kPa)
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最大应力与最小应力之比
作用于基底的合力偏心距验算满足: e=-0.608 <= 0.250*5.797 = 1.449(m)
墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=21.465 <= 600.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=94.389 <= 650.000(kPa) 地基平均承载力验算满足: 压应力=57.927 <= 500.000(kPa) (四) 基础强度验算
基础为天然地基，不作强度验算 (五) 墙底截面强度验算
验算截面以上，墙身截面积 = 13.605(m2) 重量 = 312.910 (kN) 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 3.818 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 5.797 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 1.510 (m) [容许应力法]: 法向应力检算:
作用于验算截面的总竖向力 = 335.804(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1177.548(kN-m)
相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 3.507(m) 截面宽度 B = 5.797 (m) 偏心距 e1 = -0.608(m)
截面上偏心距验算满足: e1= -0.608 <= 0.300*5.797 = 1.739(m) 截面上压应力: 面坡=21.465 背坡=94.389(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 94.389 <= 2100.000(kPa) 切向应力检算:
剪应力验算满足: 计算值= -6.064 <= 110.000(kPa) 各组合最不利结果 (一) 滑移验算
安全系数最不利为：组合1(一般情况)
抗滑力 = 167.902(kN),滑移力 = 99.166(kN)。 滑移验算满足
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(二) 倾覆验算
安全系数最不利为：组合1(一般情况)
抗倾覆力矩 = 1327.324(kN-M),倾覆力矩 = 149.776(kN-m)。 倾覆验算满足 (三) 地基验算
作用于基底的合力偏心距验算最不利为：组合1(一般情况)
作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.608 <= 0.250*5.797 = 1.449(m) 墙趾处地基承载力验算最不利为：组合1(一般情况)
墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=21.465 <= 600.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算最不利为：组合1(一般情况)
墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=94.389 <= 650.000(kPa)
地基平均承载力验算最不利为：组合1(一般情况)
地基平均承载力验算满足: 压应力=57.927 <= 500.000(kPa) (四) 基础验算 不做强度计算。 (五) 墙底截面强度验算 [容许应力法]:
截面上偏心距验算最不利为：组合1(一般情况)
截面上偏心距验算满足: e1= -0.608 <= 0.300*5.797 = 1.739(m) 压应力验算最不利为：组合1(一般情况)
压应力验算满足: 计算值= 94.389 <= 2100.000(kPa) 拉应力验算最不利为：组合1(一般情况)
拉应力验算满足: 计算值= 0.000 <= 280.000(kPa) 剪应力验算最不利为：组合1(一般情况)
剪应力验算满足: 计算值= -6.064 <= 110.000(kPa)
由结果可以看出，计算所得的抗滑稳定安全系数为，大于允许安全系数，该边坡设计满足标准要求。
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毕业设计
参考资料
[1] 中国电力企业联合会标准化部.电力工业标准汇编·水电卷·水工〔上册〕. 北京：水利电力出版社，1994
[2] 中华人民共和国水利电力部.《水工钢筋混凝土结构设计标准》〔SDJ10 —78〕.北京：水利电力出版社，1983
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[10] 华东水利学院.水工设计手册〔第六册〕泄水与过坝建筑物.北京：水利电 力出版社，1987
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[14] 华东水利学院；吴持恭；《水工设计手册》；中国水利水电出版社；1996； [15] 河海大学、天津大学、清华大学合编；高等学校教材《水利水能规划》；中
国水利水电出版社；2005年3月第十版；
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结语
设计过程中，我们严格依照相关设计标准和参考文献，使设计成果有了科学依据，对于有些细节问题，在没有文献参考的情况下，同学们充分利用所学专业知识，发挥创新精神，使问题得到了有效的解决，同样到达了设计要求。有些地方我们也采用了现有的水利工程经验，直接应用经验数据，在设计中基于施工的方便，我们对设计中的某些部分做了一些简化。
其实我们的设计数据与实际工程设计有出入，由于时间关系，配筋及施工图都没有进行设计，有很多数据也不太准确，有些细节需要改良。在进行抗滑稳定计算时，我们选取的工况还不够全面，需要对坝体做进一步的稳定和应力计算，有些参数的选择不准确，造成不应有的偏差，我们应对各细节部分做进一步的理论分析计算，确保重力坝在任何工况下都能安全运行，这样才到达我们的设计目的。 该工程在混凝土分块、温度应力、温度控制上仍存在问题，有待我们进一步实验分析、理论论证。在泥沙问题、边坡开挖的问题上，虽然同样遇到困难，采取技术措施后可得到有效控制。
该水利枢纽工程属于小〔2〕型工程，光靠经验数据和已有水工建筑物的借鉴是不够的，它有很多新的问题需要我们进行原型模拟、实验分析、理论论证、科学计算。
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致谢
时间飞逝，我们用了近三个月的时间完成了本次毕业设计—某人工湖挡水坝段〔重力坝〕设计，转眼间已到了毕业设计的尾声。在这短短的三个月时间里，不仅仅是在理论知识方面，还是在实践与理论相结合和从学到用的过程中，自己有了很大程度上的成长。毕业设计不同于以往的课程设计，是一次全新的体验，一次特别的实践。这次的设计从熟悉资料开始，不断地查阅相关标准、书籍，并结合其进行计算、设计，完全需要自己一个人去学习，去做。在这期间，我遇到大大小小的问题，这就需要我们自己去问老师、同学或是自己钻研，这是我们从原来被动学习知识到主动理解的过渡，是一次质的飞跃。
本设计的完成不仅仅依靠了自己的钻研、学习，而且也是在我们的导师郭老师的悉心指导下进行的。在每次设计遇到问题时，郭老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。郭老师不但从专业的角度来为我授业解惑，而且也引导我自行思考，这使我可以举一反三，更快更好的完成毕业设计。从这次毕业设计的选题到资料的搜集直至最后设计修改的整个过程花费了郭老师很多珍贵的时间和精力，在此向郭导师表示衷心的感谢！郭导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！
进行毕业设计的同时，同小组里的同学们也给与我很大的帮助。当我对设计方面产生疑问时，他们耐心地为我讲解；当我做毕业设计遇到瓶颈，心情低落沮丧时，他们又鼓励着、激励着我。所以，我要感谢和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区；是你们在我遇到困难时伸出援手，使我能及时的发现问题并把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助，我不可能这样顺利的结稿，在此表示深深的谢意。
毕业设计，不仅是代表了我们即将要离开校园、步入社会，也代表了我们活学活用，将在学校学习的理论知识转化为自己的东西，并投入实践。这次的毕业设计，是我们走向另一个领域的起点，让我们能够更顺利的走向社会，开辟自己的一片天地。
基于大家给予的帮助，在此我再次致谢；祝郭老师在水工教研工作上硕果累累，祝其他老师和同学工作学习顺利，也祝自己将来事业有成，我们大家一起共勉。
最后，对这些帮助过我的老师、同学们表示由衷的感谢！
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英文文献
DAM SAFETY AND EARTHQUAKES
Literature Reference：[J].Education, 2013, Vol.3 (6), pp.7Scientific & Academic
Publishing
Author：Almenoar Lubna
A great tragedy was averted in the 1971 San Fernando earthquake just north of Los Angeles in southern California. The lower Van Norman Dam, less than 10 kilometers from the ruptured fault, had been built 30 years before by using common method of carrying soil for fill into position by water sluices. Subsequently, additional hydraulic fill had been place on the dam. During the 1971 earthquake, a major earth slide took place in the interior portion of the dam, leaving only a meter or so of soil on the downstream side to stop the water flowing down onto a densely populated suburban area. Fortunately, the water in the reservoir was not at the allowable maximum at the time of the earthquake and the slim earth lip of the dam did not erode, but held the water in the reservoir until it could be drawn down. Meanwhile, 80000 persons were evacuated from the downstream area.
The incident exemplifies the importance of evaluating prospective dam sites for seismic risk. Not only is an earth or concrete dam an expensive structure, but it directly affects the economy of the region, through power generation, flood control, and irrigation. As the population continues to grow, structural failure of a large dam will pose increasingly greater disaster for the sizable numbers exposed to the sudden inundation of the flood plains. Indeed, in various countries major dams are located in areas that in the past have suffered large earthquakes. The likelihood of future damaging earthquakes must be in mind – during planning and after construction – to ensure continual safety of downstream habitation. Certainly, geological conditions near the site, including landslides and faulting, must be most carefully studied.
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The naturally occurring earthquakes aside, however, we must consider also a curious connection between reservoirs and earthquakes. There have been at least 13 incidents in different countries in which swarms of earthquakes have occurred under or very near a large reservoir soon after it has been newly filled.
The idea that earthquakes might be triggered by impounding surface water is not new .In the 1870’s, the U.S. Corps of Engineers rejected proposals for major water storage in the Salton Sea in southern California on the grounds that such action might cause earthquakes. The first detailed evidence of such an effect came with the filling of Lake Mead behind Hoover Dam (height 221 meters), Nevada-Arizona, beginning in 1935. Although there may have been some local seismicity before 1935, the fact is that after 1936 earthquakes were much more common. Nearby seismographs in operation since 1940 have shown that after the largest earthquake (magnitude about 5) in 1940, the seismicity declined. The foci of hundreds of detected earthquakes cluster on steeply dipping faults on the east side of the lake and have focal depths of less than 8 kilometers.
In the ensuring years, similar case histories have been accumulated for several dozen large dams, but only a few are well documented. Most of these dams are more than 100 meters high and, although the geological framework at the sites varies, the most convincing examples of reservoir-induced earthquakes occur in tectonic regions with at least some history of earthquakes. Most of the thousands of large dams around the world give no sign of any connection between reservoir filling and earthquakes; of 500 large dams scrutinized in the United States, a poll in 1976 showed that for only 4 percent of them was an earthquake reported with magnitude greater than 3.0 within 16 kilometers of the dam.
Of particular interest are the following four well-studied examples of earthquakes induced by man-made reservoirs. First, Lake Kariba in Zambia began filling in 1958 behind a 128-meter high dam. Although there is some evidence for minor earthquakes in the vicinity before the construction, up till 1963, when the reservoir was full, more than 2,000 local shocks, most under the reservoir, were located with the use of nearby seismographs. The largest shock in September 1963
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had a magnitude 5.8; since then the activity has decreased.
Then in Koyna, India an earthquake ( magnitude 6.5 ) centered close to the dam ( height 103 meters) caused significant damage on December 11,1967. After impounding began in 1962, reports of local shaking became prevalent in a previously almost aseismic area. Seismographs showed that foci were concentrated at shallow depths under the lake. In 1967 a number of size able earthquakes occurred, leading up to the principal earthquake of magnitude 6.5 on December 11. This temblor caused significant damage to buildings nearby, killed 177 persons, and injured more than 1,500. A strong motion seismograph in the dam gallery registered a maximum acceleration of 0.63g. The series of earthquakes recorded at Koyna has a pattern that seems to follow the rhythm of the rainfall. At least a comparison of the frequency of earthquakes and water level suggests that seismicity increases a few months after each rainy season when the reservoir level is highest. Such correlations are not so clear in other examples now known.
Another series of earthquakes - which were quite conclusively reservoir - induced - occurred in China north of Canton. The Hsingfengkiang Dam (height 105 meters) was completed in 1959. Thereafter increasing numbers of local earthquakes were recorded, the grand total in 1972 amounting to more than 250,000. Of course, most were very small, but on March 19,1962, a strong shock of magnitude 6.1 occurred. The energy released was enough to damage the concrete dam structure, which required partial dewatering and strengthening. Most earthquake foci were at depths of less than 10 kilometers near where the reservoir was deepest, and some of the foci coincided with intersections of the main nearby faults.
The data are not yet complete for the final example: the massive Nurek Dam(height 317 meters)in Tadzhikistan, USSR, the highest earth fill dam in the world. Even in 1972, before its completion but after water impounding began, signs of increased local seismicity were reported. At this writing the plan is for the full load of stored water to go onto the crust in 1978; the few years following will be anxious ones as many wait to see if a large nearby earthquake shakes the facility.
How does water in a large reservoir stimulate earthquakes? It is hard to
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believe that it is entirely the effect of the added weight on the rocks; the actual additional pressure a few kilometers below the reservoir is a small fraction of the natural tectonic stresses already present.(Calculations indicate that a few kilometers down the added stress to shear the rock is only a fraction of a bar). A more plausible explanation is the trigger mechanism that induced the Denver and Rangely earthquakes discussed earlier in the chapter. In brief, this mechanism would be as follows. Extra pressure produced by the reservoir loading spreads out as a pressure wave or pulse into the crust. Its slow rate of spreading may take it months or years to travel a distance of 5 kilometers, depending on the permeability and amount of fracturing of the rock. But if the pressure pulse finally reaches a zone of microcracks it might force water into them and so decrease the forces that are preventing the already present tectonic strain from initiating sliding and elastic rebound along the faults.
In an area where there is a likelihood of seismic activity, certain preliminary steps must be taken before construction of a dam. First, whether the cause for concern is a natural or an induced earthquake, it is essential at the design stages to estimate the intensity of ground shaking the structure will sustain during its lifetime. Also preconstruction geodetic surveys of the region are useful for purposes of detecting any changes in crustal deformations associated with reservoir loading.
Furthermore, in order that earthquake effects can be studied, seismographs and other instrumentation should be installed at an early time.
Hydrographs for measuring large water waves (seiches) in the reservoir are also important. In the absence of suitable recording instruments to measure the severity of earthquake motions and of the dam response, the advent of a strong earthquake nearby will pose questions that cannot be answered. If, for example, structural damage has occurred, and no such measurements has been taken, it is impossible to compare behavior with design earthquake conditions and thus to estimate performance for other and perhaps larger shocks, or to make design decisions for repair and strengthening of the structure.
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译文：
坝的安全与地震
文献来源：[J].Education, 2013, Vol.3 (6), pp.7Scientific & Academic Publishing
Almenoar Lubna
1971年,在南加利福尼亚洛杉矶以北的圣非南多发生的地震中,防止了一场巨大的灾难。离断裂带不到10公里远的下游处是凡·诺尔曼坝。这座坝是30年前用水槽把土运到坝址处填筑起来的,这是一种常用的筑坝方法。随后，在坝上又补充进行了水力充填。1971年地震期间，坝内侧出现了一个大的滑坡，坝的下游一侧,只剩下一米左右的土墙阻止水流向人口稠密的郊区流去。幸运的是地震时水库中的水没有到达允许的最高水位,而且极其薄弱的坝体没有被侵蚀。因此在水能够排放前,一直把水挡在水库内,当时有八万人从下游撤离。
这次事故可作为一个例子，说明从地震危险的角度来评价未来坝址是十分重要。土坝或混凝土坝不仅是花钱多的建筑物，而且是通过发电防洪和灌溉也是直接影响着这一地区的经济发展，由于人口不断增长，大坝失事会给突然泛滥的洪泛平原的大量人口带来日益增大的祸患。确实,在许多国家里，较大的坝都建在过去曾发生过大地震的地区。为了确保下游居民区的安全,在坝的规划过程中,以及竣工之后都要考虑到未来出现的破坏地震的可能性。当然,对坝址附近的地质条件,包括滑坡和断层,都必须仔细研究。
然而,撤开自然发生的地震不谈,我们还必须考虑水库和地震之间的奇妙关系。至少已有13起发生在不同国家的事故可以说明:大水库刚蓄水后,水库下边或靠近水库的地方就发生了多次地震。
地表蓄水可以激发地震的观点并不新鲜。19世纪70年代,美国陆军工程师团曾拒绝在加利福尼亚南部索尔顿湖大量蓄水。其根据就是认为这种举动可能引起地震。内华达一亚利桑那的胡佛坝(坝高221米)上游的麦德水库在1935年开始蓄水,随之就首次获得了这种作用的详细资料,虽然1935年前,那里可能就有局部地震,但事实是1936年以后,地震频繁地多了,1940年开始使用附近的地震仪说明,1940年的大地震(震级约为5级)后地震便减少了,检测到几百次的地震的震源
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都在麦德水库东侧急剧下陷的断层处,而震源的深度不到八公里。
在以后的几年里，几十座大坝都有类似的记载，但只有几座有完整的书面材料。这些坝中，绝大多数都高于100米。虽然坝址的构造各不相同，但水库诱发地震的最有说服力的例子都发生在至少都有地震史的构造地区。全世界几千座大坝中的大部分并没有迹象可以说明水库蓄水和地震之间有任何关系,1976年的一次民众调查说明,美国仔细审查的500座大坝中,只有4%在离坝16公里的区域以内发生过三级以上的地震。
下面仔细研究的人工水库诱发地震的四个例子尤为有趣。第一个例子是赞比亚的卡里巴湖,坝高128米,1958年开始蓄水。虽然在建坝前就有证据说明附近有小地震,但直到1963年水库蓄满水时,附近的地震仪测到过2000多次局部地震,大部分发生在水库下面。1963年9月发生的最大的一次地震,震级为级,从那以后,地震的活动性就减小了。
第二个例子发生在印度的库依纳。1967年12月11日，震中靠近大坝〔坝高103米〕的一次级地震造成了严重破坏。1962年水库开始蓄水以后，在这个先前几乎无地震的地区里，局部地震的报告频繁了。地震仪显示出震源都在水库下面很浅的地方，1967年发生了一连串相当大的地震，导致了12月11日的级的主震。这次地震造成附近的建筑物严重破坏，177人死亡，1500多人受伤。大坝廊道里的一台强动地震仪记录的最大加速度为。库依纳的一连串地震记录图形似乎与降雨规律一致。比照地震次数和水库水位至少可以说明每年雨季之后的几个月中，水库水位最高时，地震的次数也增加了。在现在已知的其他例子中，这种相关关系并不那么明显。
完全可以肯定是由水库诱发的另外一连串地震则发生在中国广州的北部。新丰江坝〔坝高105米〕于1959年完工。此后，实测到的局部地震次数越来越多。1972年总数已达25万多次。当然，大多数地震都是很小的。但是1962年3月19日发生了级的强烈地震，释放出来的能量足够破坏这座混凝土坝的结构。需要部分地放水和加固大坝。多数震源在水库最深点附近，位于地下不到10公里的深处。有些震源与附近的主要断层的交叉点重合。
最后一例的数据目前还不完全，是苏联塔吉克的巨大的努列克坝〔坝高317米〕——世界上最高的土坝。早在1972年，坝还未完工只是开始蓄水的时候，据
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报告，局部地震就有了增加的迹象。在撰写本文时，计划在1978年到达设计蓄水位的全部载荷就要作用在地壳上。以后的几年将是令人忧虑的几年，因为很多人都在等着瞧附近发生的大地震是否会动摇这个大坝。
大型水库里的水是怎样诱发地震的呢？很难相信这完全是附加重量对岩层作用的结果。在水库下面几公里处实际增加的压力只相当于原有构造应力的很小一部分。〔计算说明，在几公里下面，所增加的岩石剪力只有零点几吧〕一种似乎更合理的解释是触发机理诱发了本章前面所讨论的丹佛和兰奇丽地震。这种机理简述如下：水库加载产生的额外的水压力以压力波或脉冲传入地壳。它的传播速度缓慢，可能要用几个月或几年的时间才能传播5公里的距离，这取决于岩石的渗透性和破碎程度。但是，如果压力脉冲最终到达达微裂隙区，就可能使水进入这些微小的裂隙缝，从而减少了对已经存在的构造变形的抵抗力，构造变形会促使岩层断层滑动和回弹。
在可能有地震活动的地区，建坝前必须采取一些预防措施。首先，不管关心的原因是自然地震，或者是诱发地震，在设计阶段必须估计建筑物在使用期间能经受得住地震强度。施工前该地区的大地测量对于检测与水库加载有关的地壳变形也是有用的。
此外，为了研究地震的影响，应该尽早安装地震仪和其他的仪器。 安装测量水库里大的水面波动的自记水位仪也是很重要的。没有适当的记录仪器来测量地震活动和坝的反映强度，附近强烈地震出现时就会产生一些无法答复的问题。例如，如果出现结构破坏而又没有进行过这样的观测，要想对该次地震的特点和所设计的地震情况进行比较，从而估计其他的以及更大地震的破坏程度或作出修复和加固建筑物的设计决策都是不可能的。
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附录
华北水利水电大学
毕业设计开题报告
设计题目：某人工湖工程挡水建筑物〔重力坝〕初步
设计
专业：水利水电工程 班级学号：水工 201218608 姓 名: 田 翠 指导教师: 郭 利 霞 设计期限：2014 年 2 月 25日开始
2014 年 6 月 4 日结束
水利学院
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华北水利水电大学本科生毕业设计开题报告
2014 年 3 月 1日
学生 题目名称 课题来源 一.工程概况 工程位于郑州市西南6km三李村，规划面积330亩。根据国家《防洪标准》GB50201-94，防洪标准按平原区滨海区的规定确定为10年一遇设计，20年一遇校核。初步估算，湖面面积约4亩，库容约2万m3。本地区年均降雨600～700mm，集水面积0.5 km2。 工程处于低丘陵沟壑地带，岩土构成主要为黄色粉质中壤土。人工湖坐落在天然宽40m～50m、长50m～60m冲沟内，冲沟出口处为坝轴线位置；坝轴线下游10m～15m处，另有一深15m～20m的深沟，设计需要重点研究其对大坝稳定造成不利影响。 坝址区工程地质：本区岩性为第四系全新统人工杂填土、素填土及第四系上更新统主 要 内 容 粉质黏土、粉土，各土层自上而下分述如下。 ①杂填土〔Ｑ４ｍｌ〕：场区普遍分布，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。 ②素填土〔Ｑ４ｍｌ〕：分布在场区中部，局部缺失，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。 ③低液限黏土〔Ｑ３ａｌ+ｐｌ〕：场区普遍分布，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。 ④低液限粉土〔Ｑ３ａｌ+ｐｌ〕：场区普遍分布，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。 ⑤低液限黏土〔Ｑ３ａｌ+ｐｌ〕：该层未穿透，最大揭露厚度14.60m 。 根据设计资料，为进行方案比照，本设计中大坝采用混凝土重力坝。地面高程开挖至m，坝长55m。设计水位，校核洪水位 237.37 m，建筑物级别为5级。 二、本设计的基本任务 68
田 翠 学号 201218608 专业 水利水电工程 郑州市殡仪馆人工湖工程挡水建筑物初步设计 实际工程 毕业设计
重力坝设计、溢洪道设计、坝体下游冲沟护坡设计及人工湖防护边坡设计 三.设计内容 坝址、坝轴线、坝型的选择以及枢纽布置、剖面拟定、稳定计算及应力分析、剖面优化、细部结构设计、地基处理、坝体下游冲沟护坡设计以及人工湖防护边坡设计，并绘制出有关设计图。 四．设计依据 根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》规定以及《水利水电工程永久性建筑物等级》确定该工程水工建筑物等级；根据天津大学林继镛出版的《水工建筑物》；由索丽生、任旭华、胡明主编的《水利水电工程专业毕业设计指南》；由华东水利学院吴持恭主编的《水工设计手册》；以及由河海大学、天津大学、清华大学合编的高等学校教材《水利水能规划》以及《混凝土重力坝设计标准》来进行重力坝的设计。 五．坝型、坝轴线选择及工程总体布置 〔一〕坝型、坝轴线选择 1.根据坝址的地址，地形条件，通过分析计算确定坝轴线的位置。 2.根据本地区水文、气象特点及坝址区的地质地形条件建筑材料，宣泄洪水的能力及抗震性能等实际情况合理选择的坝型，为进行方案比照，本设计中大坝采用混凝土重力坝。 〔二〕工程总体布置 拟订1套枢纽布置方案，通过定性分析确定合理的枢纽布置方案。 〔三〕地基处理 主要包括开挖清理及地基处理等内容。 六．坝工设计 〔一〕挡水坝段断面设计 1. 坝顶高程 坝顶高程分别按设计洪水位和校核洪水位两种情况分别计算，选取两者中防浪墙顶高程中较高者作为选定高程。本设计坝顶高程取为。 2. 坝顶宽度 坝顶宽度一般取坝高的8%-10%，且不小于2m，还应满足运用和施工要求。本设计
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坝顶宽度为3m。 3. 坝坡选择 上、下游边坡坡度根据《混凝土重力坝设计标准》〔SL319-2005〕的有关规定，上游坝坡坡率n= 1：；下游坝坡坡率。 4.坝基渗流稳定分析 根据上述确定的剖面，分别施加于各种荷载组合〔基本组合和特殊组合〕下相应的荷载进行稳定分析，得到不同荷载组合情况下的安全系数。计算时采用单一安全系数法〔抗剪强度公式〕和分项系数极限状态法〔极限状态设计法〕。 对照设计标准，来判别其安全系数是否满足稳定要求。 根据坝基地质条件，进行防渗设计。 5.坝体应力稳定分析 对照设计标准，进行荷载计算和荷载组合，采用材料力学法进行应力分析，再根据结构可靠度理论法〔极限状态设计法〕，进行应力校核，综合分析应力是否满足标准要求。 6.细部结构设计 1〕排水设计 排水则包括对挡水坝段的坝身和坝基排水的布置及排水管〔孔〕的直径、间距等确实定。 2〕标号分区设计 根据应力计算成果和大坝各部位的工作条件的不同对其强度、抗冻、抗渗、低热、抗冲磨等各种性能提出不同要求，并确定各区的位置、尺寸及混凝土标号。 3〕分缝止水 分缝止水包括横缝的设计和挡水坝段的止水设计。 〔二〕坝体下游冲沟护坡设计 1.下游冲沟设计 2.下游冲沟防护稳定计算 〔三〕人工湖防护边坡设计 1. 护岸设计 2. 护岸稳定分析 70
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采取的主要技术路线或方法 大致根据这个设计框架来进行，由于坝址区工程地质，区域地质构造及区域稳定性分析，工程地质岩性为第四系全新统人工杂填土、素填土及第四系上更新统粉质黏土、粉土来进行地基处理及土基的渗透问题，根据《混凝土重力坝设计标准》来进行重力坝非溢流坝面的剖面设计；也参考《水闸设计标准》来进行重力坝的抗滑稳定分析、坝基渗流以及应力分析；《溢洪道设计标准》来进行溢洪道的设计、泄流能力计算以及消能设施的选取与布置；坝体下游冲沟护坡设计、人工湖防护边坡设计等内容。 1.说明书〔含计算书内容〕 预期的成果及形式 2.设计图纸 〔1〕枢纽平面布置图 1张 〔2〕上、下游立视示意图1张 〔3〕重力坝剖面图及细部构造图 1张 〔4〕溢洪道纵剖面图及横断面图 1张 第1周： 熟悉资料、准备开题； 第2周： 坝型选择及枢纽布置； 时 间 安 排 第3周： 挡水坝段剖面设计； 第4-5周：坝体应力稳定及坝基渗流稳定分析； 第6周： 细部构造设计及边坡处理； 第7-9周：溢洪道设计及泄流能力分析； 第10-11周：坝体下游冲沟护坡设计、人工湖防护边坡设计 及CAD画图 ； 第12-13周：CAD画图、专业英文翻译、修改毕业设计、准备答辩； 第14周： 毕业答辩；
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指导教师意见 签名： 年 月 日
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华北水利水电大学
设计题目：某人工湖工程挡水建筑物初步设计
毕业设计任务书
专业：水利水电工程 班级学号：水工 201218608 姓 名: 田 翠 指导教师: 郭 利 霞
设计期限：2014 年 2 月 25日开始
2014 年 6 月 4 日结束
水利学院
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一、毕业设计的目的
毕业设计是本专业最后总结性的教育环节,是在学生修完全部课程(或取得规定学分)之后进行的理论联系实践的教学活动,毕业设计安排在最后一个学期,全部时间14周。
目的是稳固扩大和提高所学理论知识，并使之系统化。培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力和创新的精神，提倡创新精神和科学态度相结合，鼓励提出新的设计方案和技术措施。培养学生初步掌握工程设计的流程和方法，在设计、计算、绘图、编写设计文件等方面得到较全面的锻炼和提高。培养学生形成正确的设计思想，树立严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风。 二、毕业设计要求和主要内容
毕业设计题目一般是河川水利水电枢纽工程和水利灌溉工程。此次设计以某人工湖工程为设计对象。 毕业设计要求：
明确毕业设计的性质，目的，任务和要求。 熟悉基本资料，弄清枢纽设计任务。
从工程实际出发，应用最新科技技术成果进行设计，如期完成设计任务并争取做到重点深入。
设计方案应根据实际情况通过定性分析选择较优方案，并对选定枢纽中主要建筑物挡水建筑物做详细设计。
完成设计后提交设计成果。 毕业设计的基本任务：
通过对基本资料进行合理分析，准备所需的规程和标准。
对水文，气象和地质资料进行分析，对挡水建筑物的选型和水利枢纽布置方案进行选择。
坝工设计。包括坝体剖面尺寸拟定、坝体分区设计及稳定性分析。 细部构造设计和地基处理设计。 三、重点研究问题
专题：坝工设计
四、主要技术指标或主要设计参数
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基本资料 4.1.1 工程概况
工程位于郑州市西南6km三李村，规划面积330亩。根据国家《防洪标准》GB50201-94，防洪标准按平原区滨海区的规定确定为10年一遇设计，20年一遇校核。初步估算，湖面面积约4亩，库容约2万m3。本地区年均降雨600～700mm，集水面积。
工程处于低丘陵沟壑地带，岩土构成主要为黄色粉质中壤土。人工湖坐落在天然宽40m～50m、长50m～60m冲沟内，冲沟出口处为坝轴线位置；坝轴线下游10m～15m处，另有一深15m～20m的深沟，设计需要重点研究其对大坝稳定造成不利影响。工程建设详细位置见附图〔勘探点平面位置布置图〕。 4.1.2 水文
1〕人工湖设计流量
根据《城市排水工程规划标准》GB 50318-2000，雨水量应按下式计算确定：
Q=q•ψ•F
式中：q——雨强度； ψ——径流系数； F——汇水面积〔m2〕
表1 径 流 系 数
区域情况 径流系数ψ 建筑稠密的中心区 建筑稀疏的居住区 建筑较稀疏的居住区
2〕参数选取
取径流系数ψ 汇水面积330亩。 3〕设计雨强
～ ～ ～
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表2 设 计 频 率 雨 量 成 果 表 t 时间 Ht (mm) Cv Cs Kp 1小时 45 6小时 70 24小时 100
4.1.3 工程地质
工程区位于郑州市西南6km三李村，S316省道西侧郑州市新殡仪馆西，紧邻郑州市新殡仪馆。处于郑州市西南低丘陵沟壑地带，地形为一冲沟，人工湖坐落在天然宽40m～50m、长50m～60m冲沟内。
1〕区域地质构造及区域稳定性
工程场址位于郑州市西南部，大地构造位置属华北断块区南部，豫皖断块的开封凹陷的西边缘，区域地质构造较复杂，对场址有影响的北北东向区域活动断裂构造带主要有三条：即太行山前断裂带、聊城—兰考断裂带和汾渭断陷盆地构造带，强地震大部分发生在这三个构造带上，北西向的区域活动断裂主要有两条：即新乡—商丘断裂带和封门口—五指岭断裂带，这两条断裂带发生过中等强度地震。它们对本区发生不同强度地震起严格的控制作用，总的来说，本区北纬35o以北主要受北北东向断裂构造控制，而35o以南〔场区位于35o以南〕主要受近东西向的秦岭纬向构造所支配。
场地附近历史地震及现今小震很少，仅发生过两次4级以上地震，即1928年郑州市北郊4级地震、1814年郑州市西南贾峪5级地震。其它两次为1974年郑州市北郊邙山级地震，1984年郑州市郑庵级地震,因此，近场区内的地震活动
设计雨量 (mm) 76 91 112 121 147 181 170 205 252 76
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强度和频度都很低。豫北地区及其附近多震区的强震有1870年磁县7.5 级地震和1937年荷泽7级地震，这些地区近年4～5级地震时有发生。另外，禹州、登封交界地带1992年又发生了级地震。因此，就地震活动而言，近场区存在发生6级地震的背景。
2〕坝址区工程地质
根据本次勘探钻孔揭露情况，本区岩性为第四系全新统人工杂填土、素填土及第四系上更新统粉质黏土、粉土，各土层自上而下分述如下。
①杂填土〔Ｑ４ｍｌ〕：黄褐色、以低液限粉土为主，含煤屑、砖瓦碎片、陶片等生活垃圾，含较多植物根系。场区普遍分布，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。
②素填土〔Ｑ４ｍｌ〕：黄褐色、以低液限粉土为主人工回填冲沟形成。混少量浅褐红色低液限黏土。分布在场区中部，局部缺失，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。
③低液限黏土〔Ｑ３ａｌ+ｐｌ〕：浅褐红色，坚硬～硬可塑，含白色钙质网斑及少量钙质结核，粒径2～25mm。场区普遍分布，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。
④低液限粉土〔Ｑ３ａｌ+ｐｌ〕：黄褐色，稍湿，密实，可见锈斑，含少量钙质结核，粒径5～30mm。场区普遍分布，厚度：～，平均；层底标高：～，平均；层底埋深：～，平均。
⑤低液限黏土〔Ｑ３ａｌ+ｐｌ〕：褐红色，坚硬～硬可塑，可见黑斑，含少量钙质结核，粒径3～35mm。该层未穿透，最大揭露厚度14.60m 。
各土层的空间分布见勘探点平面布置图及工程地质剖面图。 3）土物理力学指标建议值表
表3 各 土 物 理 力 学 指 标 建 议 值 表 物理指标 含水量 w(%) 干重度 γd 比重 Gs 孔隙 比 液性 指数 塑性 指数 压缩 系数 压缩 模量
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② ③ ④ ⑤
4〕土抗剪强度指标建议值表
表4 各 土 层 的 c、φ 值 建 议 值 表
层号 C〔kPa〕 快剪 Φ(°) 饱和固结快剪 气象
郑州市地处暖温带，属大陆性季风气候，四季分明，干湿明显，春季干旱多风沙，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季干冷多风，雨雪稀少。郑州市的干燥度指数k值小于，属湿润区。
a〕气温:年平均气温℃，极端最高气温43℃，极端最低气温℃，年最高气温多出现在7月和8月。
b〕降雨：年平均降雨量640mm，24小时降雨量多年平均值100mm，每年7、8、9三个月的降雨量是全年降雨量的55%。
c〕冻土深度：年平均地面结冰时间约为60天，标准冻深小于60cm，地面以下100mm冻结平均为55天。
d〕风向及风速：冬季盛行西偏北，夏季盛行南偏东，春、秋季则交替出现；根据郑州市气象史了解，郑州市年平均风速约，瞬时最大风速到达了26米／秒，风力为10级。 五、设计成果要求 1、设计图
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② 15 22 11 17 ③ 20 18 15 8 ④ 15 24 12 18 ⑤ 22 16 16 10 C’〔kPa〕 Φ’(°) 毕业设计
设计图是毕业设计的主要成果。要求制图准确，图面饱满，没有重复，线条分明，字体工整，尺寸齐全。比例尺及材料符号等应符合《水利水电工程制图》标准要求。每个同学应完成设计图4-5张，具体如下：
设计图纸5～6张，一般包括工程总体布置〔1～2张〕 重点深入部分〔3～4张〕。 2、设计说明书
设计说明书也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，应写清楚计算过程，有充分的分析论证，并说明计算条件，计算方法和成果。要尽量使用表格和附图表示。设计报告约60～80页。其中包括150～300字的中外文摘要、一篇2000单词以上的外文翻译。 六、其它 1、参考资料
〔1〕天津大学林继镛：《水工建筑物》；北京：中国水利水电出版社；2006。 〔2〕索丽生任旭华胡明；《水利水电工程专业毕业设计指南》；中国水利水电 出版社；2001发布；
〔3〕华东水利学院；吴持恭；《水工设计手册》；中国水利水电出版社；1996； 〔4〕河海大学、天津大学、清华大学合编；高等学校教材《水利水能规划》； 中国水利水电出版社；2005年3月第十版；
〔5〕中国电力企业联合会标准化部.电力工业标准汇编·水电卷·水工〔上册〕. 北京：水利电力出版社，1994
〔6〕中华人民共和国水利电力部.《水工钢筋混凝土结构设计标准》〔SDJ10 —78〕.北京：水利电力出版社，1983
〔7〕武汉水利电力学院水利教研室编.水利计算手册.北京：水利出版社，1980 〔8〕汝乃华.重力坝.北京：水利电力出版社，1983
〔9〕水利电力部.水工建筑物抗震设计标准〔SDJ10—78〕.北京：水利电力出 版社，1979
〔10〕水利电力部.水利水电枢纽工程等级划分设计标准〔SDJ12—78〕.北京： 水利电力出版社，1981
〔11〕华东水利学院.水工设计手册〔第五册〕混凝土坝.北京：水利电力出版社，
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1987
〔12〕潘家铮.重力坝的设计和计算.北京：中国工业出版社，1965 〔13〕祁庆和.水工建筑物.〔第2版〕.北京：水利电力出版社，1986 〔14〕华东水利学院.水工设计手册〔第六册〕泄水与过坝建筑物.北京：水利 电力出版社，1987
〔15〕水力学.上册.吴持恭主编.北京：高等教育出版社，
〔16〕水工建筑物.上册.马文英，刘建中，李显军编著.郑州：黄河水利出版社， 2003 2、进度计划
项目 熟悉资料、准备开题 坝型选择及枢纽布置 坝工设计 细部构造设计及边坡处理 CAD画图出图 专题设计/英文翻译 毕业答辩 合计
时间〔周数〕 1 1 4 2 2 1 1 12 80
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