上海代写论文网专业提供代写毕业论文、代写本科论文服务
您现在的位置:首页 > 水利工程论文 >
混凝土重力坝设计的稳定性验算研究
发布时间:2019-06-12

摘要

  在人类活动中,水资源的利用与开发对人类社会可持续发展有着无与伦比的不可替代的作用,并且水资源的再生循环利用则是严重依赖于水工建筑物尤其是水坝。重力坝是水利枢纽工程中最重要的一种坝型,因为其安全可靠、技术简单、对地质条件适应性好等优点成为水利工程中应用最广泛的一种坝型,重力坝一旦失事就会对人民生命和财产造成不可估量的损失。重力坝是一种由混凝土或者浆砌石修筑,依靠其自重维持稳定性、受高应力和多应力荷载作用的大体积挡水建筑物。重力坝受力情况复杂,影响大坝结构安全的因素较多,因此对大坝结构设计的安全性进行详细的计算分析,有着非常重要的理论意义和实用价值。本文依托黄河支流中上游流域某混凝土重力坝设计的实际。根据工程行业规范和材料力学、结构力学、水力学等理论知识对混凝土重力坝的强度、刚度、稳定性进行计算分析。计算结果表明:

  (1)本文给出的坝体断面尺寸、溢流坝段尺寸、坝顶高程以及坝顶布置方式、坝内廊道尺寸和坝体分缝、止水构造满足安全、经济、合理、实用等要求;

  (2)所设计的坝体在动、静力荷载作用下,坝基抗滑稳定性和坝基应力满足相关规范要求;

  (3)坝体泄水建筑物的布置方案和轮廓尺寸相对较优,满足泄水需要以结构稳定性要求;

  (4)基础开挖和基础处理方案符合工程实际,经济合理,但是在实施过中要严格质量控制制度和验收制度,确保工程质量。

  关键词:混凝土重力坝;设计;稳定性验算;溢流坝

混凝土重力坝

Abstract

  In human activities, the utilization and development of water resources has an unparalleled irreplaceable role in the sustainable development of human society, and the recycling of water resources is heavily dependent on hydraulic structures, especially dams. Gravity dam is the most important dam type in water conservancy project. Because of its safety, reliability, simple technology and good adaptability to geological conditions, it has become the most widely used dam type in water conservancy projects. Incalculable losses to people's lives and property. A gravity dam is a large-scale water-blocking building constructed of concrete or masonry, which relies on its own weight to maintain stability and is subjected to high stress and multiple stress loads. The gravity dam is complicated in force and has many factors affecting the structural safety of the dam. Therefore, it is of great theoretical significance and practical value to carry out detailed calculation and analysis on the safety of dam structural design.

  This paper relies on the design of a concrete gravity dam in the upper reaches of the Yellow River tributary. According to the engineering industry norms and material mechanics, structural mechanics, hydraulics and other theoretical knowledge, the strength, stiffness and stability of concrete gravity dam are calculated and analyzed. Calculations proves that:

  (1) The section size of the dam, the size of the overflow dam section, the elevation of the dam crest and the layout of the dam crest, the size of the dam inside the dam and the joint of the dam and the water stop structure are required to meet the requirements of safety, economy, rationality and practicality;

  (2) Under the action of dynamic and static loads, the designed dam body has anti-sliding stability and dam foundation stress to meet the relevant specifications;

  (3) The layout scheme and contour size of the dam body drainage structure are relatively superior, meeting the requirements of water discharge and structural stability;

  (4) The foundation excavation and basic treatment plan are in line with the actual project and economical, but in the implementation process, strict quality control system and acceptance system should be strictly ensured to ensure the quality of the project.

  Key words: Concrete gravity dam; Design; Stability check; Overflow dam.

目录

  1绪论

  1.1水利工程的发展

  历史水是地球上最常见的物质之一,是这个星球上包括人类在内的所有生命体赖以生存的最重要的物质,也是组成生命体的最多的组成成分,因此水被称为生命的源泉。但是,自然条件下的水,并不是全部符合人类的需求。人类需适时适量的水,水量偏多或者偏少往往会造成洪涝或者干旱等自然灾害,旱、涝灾害一直是世界范围的自然灾害中损失最大的两种灾害。在人类社会的生存和发展中,人类始终与自然灾害进行斗争,水利工程技术因此应运而生,并在人类与自然灾害斗争中不断发展进步。水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水,以达到除害兴利和为人类服务的目的而修建的工程,有时也把水利工程称为水工程[1].在人类的社会发展中,无论是为了治理水患灾害,还是为了开发利用水资源,都必须通过水利工程来实现。人类修建水利工程,就是为了控制和调节水资源,并对水资源进行分配,从而减轻旱涝灾害的威胁以及实现对水资源的合理的开发利用。人类为了实现这些目标,不得不修建各种类型的水工建筑物,例如渠道、堤、坝、水闸、溢洪道等。其中,人类又对水工建筑物进行了各种形式的分类。

  其中,按照水工建筑物承担的任务划分为水力发电工程、航道和港口工程、供水和排水工程、防洪工程、农田水利工程、环境水利工程、海涂围垦工程等[2].另外,按照水工建筑物的作用可以分为输水建筑物、泄水建筑物、挡水建筑物、专门水工建筑物、整治建筑物、取(进)水建筑物等几类。但是,应当明白的是,很多水工建筑物的功能作用并不单一,难以严格区分其类型,例如,各种溢流坝,既是挡水建筑物,又是泄水建筑物;水闸即可挡水,又可泄水,在特定时间还可为农田耕地提供灌溉用水;水工隧洞可用于灌溉、发电、泄水、输水、供水、施工导流和通航等各种用途。由一座或者几座水工建筑物组成的集合体称为水利枢纽,一个水利枢纽的作用可以使单一的,如防洪、灌溉、发电、供水、引水等,但多数是同时兼备多种功能的,可同时为发电、供水、防洪、灌溉等多种目标服务的水利工程,称为综合利用水利工程[3].输水建筑物:为满足灌溉、供水和发电的需要,连接上游和下游引输水设置的水工建筑物的总称,是灌溉、城镇供水、水力发电、城市防排水和环保等工程中的重要组成部分。例如,引水涵管、引(供)水隧洞、输水管道、涵洞、渡槽及渠道等。输水建筑物除洞(槽、涵、管)身外,通常还应包括进口和出口两个部分。当引输水至水电厂发电时,则输水建筑物包括引水建筑物和尾水建筑物。输水建筑物可以按照结构型式分为封闭式和开敞式两类,也可以按照水流形态分为无压输水和有压输水。

  封闭式输水建筑物有隧洞及各种埋置于坝内的或者露天的管道,既可以是无压的,也可以是有压的。最常用的开敞式输水建筑物是渠道,它只能是明流无压的。输水建筑物除应满足经济、安全、可靠等通常要求之外,还应保证有足够大的输水能力和尽可能小的水头损失。泄水建筑物:从水库安全可靠地放出多余或者需要水量的水工建筑物。水库中的水量如果积聚过多,有时候会造成漫坝甚至是溃坝,给人民的生命财产造成不可估量的损失。因此,为了保证土石坝的安全,需要设置河岸溢洪道。在水库水量超过规定水位的时候,可以通过溢洪道排出多余的水量。而在混凝土坝中,可以通过设置溢流坝的方式排出多余的水量。

  挡水建筑物:用来阻挡、约束水流,抬高水位的水工建筑物。挡水建筑物分为堤和坝两种形式。其中坝是形成水库的关键性工程。现代人们修筑的大坝工程,大都是依靠自身重力维持坝体稳定的土石坝或者混凝土重力坝。但是当坝址地区缺乏足够的建筑材料时,也可采用支墩坝;当河道狭窄时,可以采用呈弧形的拱坝;中小型工程可以采用砌石坝。专门水工建筑物:人类为了完成某一特定的任务或者专门的目的,有时会修建特殊的水工建筑物,称为专门水工建筑物。例如渠道、水工隧洞、渡槽、倒虹吸、船闸、阀道、鱼道等。这些专门水工建筑物具有很强的特殊性和地域性,在修建之前需要进行专门的研究论证。整治建筑物:为了调整江河的水流条件,稳定或者改善河势,调整江河流对河床及河岸的冲刷作用,以及防护水库、海岸、湖泊中的波浪和水流对堤岸的冲刷,需要修建整治建筑物,有时也称其为河工建筑物。整治建筑物包括丁坝、顺坝、锁坝、桩坝、护底、护岸、导流堤、矶头、杩槎坝等,修建河道整治建筑物时,可以采用河工材料或者河工材料制成的构件修筑,如土、砂、石、竹、木、金属、混凝土、土工织物或者梢捆、石笼、沙袋、柳石枕、杩槎、混凝土块等。整治建筑物按照材料和期限分为临时性(轻型)建筑物和永久性(重型)建筑物;按照和水流的关系可分为淹没建筑物、非淹没建筑物、环流建筑物、透水建筑物和实体建筑物。其中,实体建筑物和透水建筑物在结构方面的差异性很大。

  河道整治建筑物就岸沿规划治导线布设,可以组成控导性和防护性工程,导引水流,防止堤岸崩塌,改善水流流态,控制河流的横向变形,治理河道。取(进)水建筑物:输水建筑物的首部建筑,用以从水库或者河流引水、提水的各种水工建筑物。例如,引水隧洞的进口段、扬水站、抽水站、灌溉渠首和供水用的进水闸、各类深式取水口等。水利工程与普通的土建工程相比,工程量大、投资多、工期长,还具有其独特的特点:①水利工程是系统性和综合性工程。单项水利工程既是水利枢纽工程的组成部分,同时又是同一流域、同一地区内各项水利工程的有机组成部分。同一流域、同一地区内的各项水利工程相辅相成,相互制约;单项水利工程自身往往又是综合性工程,其服务目标之间既紧密联系,又相互矛盾。水利工程与国民经济的其他部门也有紧密的联系[4].主管部门制定水利工程规划时要从全流域、全地区的大局出发,系统综合地进行调研,才能制定出最为合理经济的工程方案。②水利工程对环境的影响很大。

  水利工程通过对江河、湖泊的改造,影响到周边地区的自然风貌、生态环境,甚至对局部区域气候都会产生不同程度的影响,进而影响到其所在地区的经济发展[5].例如,兴建水库后,会造成库区周围地下水位上升,对房屋、农田、河流、道路等产生不同程度的影响;由于温度、湿度、水质、河流流速、水温、水量等的变化,会影响到水中营养物质、悬浮物和沉淀物,同时也改变了库区周围小气候,并使周边乃至较大范围地区的生态平衡发生变化,影响生物栖息环境,其生存和生活空间改变会直接使一部分生物面临濒危或灭绝,影响生物多样性。因此,水库,尤其是大、中型水库,在规划设计时必须充分调查研究,扩大水利工程的积极作用,尽量消除其不利影响。③水利工程工作条件极其复杂。水利工程中各种水工建筑物进行规划时,其选址需要考虑地形、地质、水文、社会经济等因素的影响。而且进行施工和运行时,又难以确切把握准确的气象、地质、水文等条件,同时又承受水的推力、浮力、渗透力、冲刷力等的作用,工作条件极其复杂。④水利工程的效益具有随机性[6].水利工程规划是流域规划或地区水利规划的组成部分,而一项水利工程的兴建,对其周围地区的环境将产生很大的影响,既有兴利除害有利的一面,又有不利的一面。为此,制定水利工程规划,必从流域或地区的全局出发,统筹兼顾,以期减免不利影响,收到经济、社会和环境的最佳效果[7].⑤水利工程一般规模大,技术复杂,工期较长,投资多,兴建时必须按照基本建设程序和有关标准进行。⑥失事后果严重。水利工程,特别是大型水利枢纽工程,一旦失事或者决口,将会给沿岸和下游人民的生命财产安全造成不可弥补的损失。例如,1938年6月9日由于人为扒开郑州黄河南岸的花园口,造成了人为的黄河决堤改道,形成大片的黄泛区,整个黄泛区由西北至东南,长达四百余公里,流经豫、皖、苏三省四十四个县三十多平方公里的土地,据河南档案馆记载,死亡人数高达八十九万人,三百九十万人流离失所,受灾人口高达一千两百余万人,给这些地区的人民生命财产造成了不可估量的损失。又如,一九七五年八月,由于受到超强台风“莲娜”的影响,淮河上游下起了特大暴雨,在短时间内大量洪水汇集淮河,导致下游的河南省驻马店地区的数十座水库漫坝垮塌,造成下游二十九个县市、一千一百万人受灾,一千一百万亩农田受淹,纵横中国南北的京广铁路中断行车,死亡人数高达九万人,直接经济损失近百亿元,史称“75.8”大洪水。

  1.2国内外研究背景及现状

  在人类创造历史与文明的过程中,科学技术的发展扮演了最重要的角色,人类修建的水利工程就是科学技术的一项最直接的应用。中国古代是一个农业社会,有着辉煌灿烂的文明。古代人口众多,地大物博,资源丰富,且自古重视农业,而水利是农业的命脉,因此凡是水利灌溉历代无不列为首要工作。在我国五千年的文明历史中,勤劳勇敢、智慧的中国古代人民同江河湖海进行艰苦卓绝的斗争,兴建与利用了无数的水利工程,大大的促进了农业经济的发展,同时也发展与积累了丰富的水文知识。我国古代有很多着名的水利工程。那些工程不仅规模宏大,雄伟壮观,而且设计水平也很高,是我国先民智慧与社会组织能力的结晶,说明了当时的人们对水文知识的掌握已经有了长足的发展与积累。自古以来,中原地区就洪涝灾害频发。最初,各个部落大都采用逐水草而居的生存方式。由于社会生产力水平低下,在自然灾害面前,人们只能被动地躲避洪水侵袭,无法与洪水进行抗争。直至农业文明兴起,人们从逐水草而居的生活方式转变为农耕定居的生活方式。人类在定居区域进行农业生产活动,使人类不得不主动地面对洪水灾害。治水的成功,也为人类农业的发展和文明进步的发展创造了良好的条件。

  几千年来,我国古代劳动人民在与洪涝灾害的斗争中,取得了突出的成绩,也积累了宝贵的经验。例如:①良渚文化中发现的用于引水排水的沟渠遗迹,极大地增强了当时的人民对抗干旱和排涝的能力,是迄今为止中国境内发现的最早的大型水利工程;②公元前256年~251年,秦国蜀郡太守李冰主持修建的都江堰水利工程,迄今仍在发挥着巨大的经济效益,是中国古代劳动人民勤劳、智慧、勇敢的结晶[8].其中我国古代最着名的水利工程还有灵渠、宁夏古灌区、河套灌区、芍等。灵渠是我国沟通长江水系和珠江水系的一条古代运河,是世界上最古老的运河之一,也是目前所知世界上最古老的盘山渠道,又有名称为秦凿渠、零渠、陡河、兴安运河,灵渠有着“世界古代水利建筑明珠”的美誉。灵渠的位置在现在的广西壮族自治区兴安县境内,全长37公里,建成于秦始皇33年(公前214年),凿成通航距离现代已经两千二百多年,现在仍然发挥着巨大的作用。灵渠的工程主体包括铧堤、南北渠、秦堤、陡门等部分,工程完整精巧设计巧妙,贯通了漓江、湘江,沟通南北水路运输。灵渠的流向是由东向西,它沟通了长江水系的湘江和珠江水系的漓江,自古以来便是岭南地区与中原地区之间的水路交通要道。灵渠的凿通,打通了南北水路交通要道,为秦王朝统一经营岭南奠定了重要的基础。公元前214年,即使在灵渠凿成通航的当年,秦军就在百越战场上势如破竹,随即不久就攻克岭南,贾谊《过秦论》记载“南取百越之地,以为桂林、象郡;百越之君,俯首系颈,委命下吏”,将岭南之地正式纳入秦王朝的版图。自秦朝以来,灵渠就对巩固国家的统一,发挥了巨大的积极作用。宁夏古灌区位于现在的宁夏回族自治区的古代引黄灌区,创始于西汉汉武帝元首年间,当年汉武帝从匈奴统治下夺下这一地区之后,实行大规模屯田制度,在西汉之后的各个朝代也都有在这一带兴修水利发展屯田的做法。《史记卷二十九·河渠书第七》记载“朔方、西河、河西、洒泉皆引河及川谷(水以灌田”;《汉书·匈奴列传》中记载“汉度河,自朔方以西至令居,往往通渠,置田官”;《魏书·刁雍传》中记载“富平西南三十里,有艾山,南北二十六里,东西四十五里,凿以通河,似禹旧迹。

  其两岸作溉田大渠,广十余步,山南引水入此渠中。今艾山北,河中有洲渚,水分为二。小河之水,尽入新渠,水则充足,溉官私田四万余顷。一旬之间,则水一遍;水凡四溉,谷得成实。官课常充,民亦丰赡”.南北朝时期北魏太武帝拓跋焘太平真君五年(公元444年),薄骨律镇(治所在现在的灵武市西南古黄河沙洲上)守将刁雍在旧渠口下游开新口,利用河中沙洲筑坝,分流河水进入河西四渠。新开的渠道向北四十里进入旧渠,沿着旧渠长八十里左右进入灌区,共灌溉农田四万多顷,历史上称为艾山渠。开渠之后的三年时间就能向今天的内蒙古五原地区一带运送军粮六十余万斛;《水经注》中记载“黄河自青铜峡以下,还向东分出支流,灌溉了富平一带的农田”.唐朝时期,宁夏引黄灌区有薄骨律渠、汉渠、胡渠、御史渠、百家渠、光禄渠、尚书渠、七级渠、特进渠等。引黄灌区的修建,促进了当地农业的发展,使宁夏地区开始有了“塞北江南”的美誉。唐代诗人韦蟾的《送卢潘之朔方》中有诗云“贺兰山下果园,塞北江南旧有名”,这是最早的赞美灵州为“塞北江南”的记载。唐代之后,经历五代十国时期,北宋期,宁夏为西夏政权所在地。《宋史·夏国传》记载,“今银川、灵武一带有汤徕渠、汉延渠,无旱涝之忧”.还曾修建长约三百里的李王渠,据考证大约属于艾山渠的重整修建。之后元、明、清各个朝代,宁夏古灌区都得到了较大的发展,并开始向青铜峡上游发展,在技术上大量修筑石坝石堤,加强了引和泄洪的能力。

  随着灌溉渠道和面积的大幅度增加,这一地区的农业也有了极大地发展。宁夏灌区经过清代康熙、雍正、乾隆三朝不断地对原有的渠道进行疏浚与开挖,其中大清、惠农、昌润三条干渠的开挖,宁夏引黄灌区从此形成了空前密集的农田灌溉网,灌溉的农田面积迅速增加,当地的农业生产出现了空前的繁荣。但是,在这一时期,三条干渠都曾发生过多次的改道决口,其灌溉地区和面积也有很大的改变。大清、惠农、昌润三条干渠和汉延渠、唐徕渠合称为河西五大渠。清代灭亡以后的民国年间,宁夏灌区分为河东区、河西区和青铜峡上游的中卫、中宁区[9].根据一九三六年的历史资料记载,这些地区总共有支渠近三千条,并且干渠的总长超过了两千六百里,当时总共可以灌溉农田一万八千顷左右。中华人民共和国成立后,人民政府在附近地区进行了大规模的水利工程建设,特别是在一九五八年青铜峡水利枢纽工程开始兴建后,这一地区水资源事业得到迅速的发展,拦河挡水、防洪除涝、农田建设、城乡供水、水力发电、水产养殖、水土保持、航运发展等方面都取得了很大成就。六十年代中期建成以后,宁夏灌区又有了突飞猛进的发展。灌区内形成了十大干渠,灌溉总面积约为二百九十万亩,粮食产量不断增加,到一九八四年,粮食总产量已达到11.3亿千克,相比一九六八年水库蓄水运用初期的4.78亿千克的粮食总产量,净增1.36倍,为当地解决粮食短缺问题做出了极大的贡献。但是因为当时干渠工程简陋,基础设施薄弱,在无坝自流时,引水情况有黄河水量决定,在黄河枯水期时引水量减少甚至引不进水,造成农田植被灌溉保证率很低;汛期时黄河水位暴涨,无法控制其进入干渠的水量,时常会造成渠堤决口。经过多年汛期的冲刷,造成灌区渠道弯曲、渠道系统紊乱、基础设施落后,加上灌区缺乏科学、合理、有效的排水系统,灌溉的土地盐碱化日益严重。总之,宁夏平原开发时间较早,宁夏古灌区历史悠久,历朝历代随宁夏引黄古灌区的利用开发,促进了宁夏地区的经济繁荣,推动了社会进步,维护了疆域和边疆繁荣稳定,造就了“塞上江南”的神奇景象。河套灌区是从黄河三盛公枢纽引水,用来灌溉河套黄河中游河套地区干旱土地的自流灌溉工程,是中国最大的引黄灌区,也是全国三个特大型灌区之一,又称河套八大渠,是国家和自治区的重要的商品粮、油生产基地。其地址位于现今的内蒙古自治区巴彦淖尔盟。南临黄河,北依阴山山脉的狼山、乌拉山麓的洪积山,西与乌兰布和沙漠相接,东至包头市郊区,自西向东是永济渠(又名缠金渠)、刚木渠(又名刚济渠)、丰济渠、沙河渠(又名永和渠)、义和渠、通济渠(原名老郭渠)、长济渠(又名长胜渠)和塔布渠(原名塔布河渠)。

  在不同的历史时期,渠系常常会根据当时所处历史地理和自然条件有所调整,但各渠都是从黄河引水,退水到乌拉河。黄河河套地区水利工程开始于汉武帝元朔(约公元前126年左右)年间,是中国古老的灌区之一。历经几代兴废,至唐代(公元618年至公元907年)曾在此开辟陵阳渠等大型渠道,有的渠可以灌溉六百公顷田地以上。清代(公元1644年至1911年)清高宗乾隆时期(元1736年到1796年)以后,本区水利进一步发展,开渠种植草木农田日益盛,清末已经建成八大干渠,八大干渠合计灌溉面积5651顷,全部河套灌区总计的灌溉面积超过九千余顷。但是,黄河水位时常会有变化,渠道也常常会淤积断流或者重开,所以渠长以及灌溉面积,历年来也会有很大变化。这些渠道很多是由民间的私人组织开挖修凿的,开一条渠道有的历时十几年,有的历几十年,主要凭开挖技术人员的经验进行放样施工,缺乏科学合理的测量与规划方案,进水口缺乏控制,引水量取决于黄河的水位高程和主河道主流的流向,渠首比降比较平缓,造成后期清淤的工程量很大。清朝末年,光绪二十九年(公元1903年)清政府任命贻谷为督办垦务大臣,贻谷在这一地区推行了一系列革举措,大规模整顿灌区,加强了灌区的管理,并强行赎买河套的渠道和渠道两边的田地,之后设立水费收取制度,保证了灌区经费的有效循环利用[10].按历史习惯,河套灌区总共包括保尔套勒盖、后套、三湖河三个灌域,总干渠设计引水流量565m?/s,设计灌溉面积为1100万亩,1987年实际灌溉面积为772万亩。

  1988年,河套灌区配套工程计划已经开始付诸实施,配套面积达315万亩。芍陂是位于淮河流域着名的古陂塘灌溉工程,又有名称为安丰塘。其地址位于现在的安徽省寿县南。芍陂是由春秋时期楚国的丞相孙叔敖(约公元前630年~公元前593年)主持修建,是与都江堰、漳河渠、郑国渠并称为我国古代的四大水利工程。芍陂迄今两千六百多年,一直发挥着不同程度的灌溉作用。东晋时期因为灌区连年歉收,于是改名为“安丰塘”.三国时期,曹魏政权在淮河流域大规模屯田,兴修水利,期间多次治理芍陂。根据史料《三国志·魏书十五·刘司马梁张温贾传》记载,建安五年(公元200年),扬州刺史刘馥在淮南建造合肥空城,聚集流民,驻军屯田,“于是聚诸生,立学校,广屯田,兴治芍陂及茹陂、七门、吴塘诸堨以溉稻田,官民有畜”.建安十四年(公元209年),曹操也亲自到合肥,亦“开芍陂屯田”.西晋太康年间(公元280年至289年),刘颂为淮南相,根据《晋书·列传第十六》记载,刘颂“在官严整,甚有政绩。旧修芍陂,年用数万人”,说明此时芍陂已经建立了岁修制度。北魏的郦道元所着的《水经注》一书中也有对芍陂的详细的记载。元代以后,安丰塘水利工程日渐萎缩,其中原因既有陂塘的自然淤积,还是因为周围地主豪强不断的围湖改田,使陂塘面积不断减小,逐步消失。而到了近代,安丰塘的长度仅仅余长度二十余里,东西方向的宽度不足十里,能够灌溉田地的面积仅仅只有八百顷。新中国成立后,人民政府对芍陂进行了综合治理,开挖了淠东干渠,沟通了淠河总干渠。芍陂成为了淠史杭灌区的调节水库,极大地提高了周边农业的灌溉效益。新中国成立以来,我国水利工程建设发展很快。现在,我国已经建成的大坝数量为世界第一,并且各种高坝也在逐渐增加。

  例如,长江三峡水利枢纽工程是当今世界最大的水利工程,其中水电装机达1820万kW,双线五级船闸总水头113m,可通过万吨级船队,垂直升船机提升总重量为11800t、过船吨位3000t以及坝体混凝土总方量等均居世界之首;二滩混凝土双曲拱坝坝高240m,在同类坝型中列世界第四位;江垭碾压混凝土重力坝坝高131m,列世界第3位;在建的龙滩碾压混凝土重力坝坝高初期达192m,后期达216.5m,将成为世界最高的碾压混凝土重力坝;沙牌碾压混凝土拱坝坝高132m,列世界第一位;黄河浪底斜心墙堆石坝坝高154m,是我国同类型坝型最高、最大的坝;天生桥一级混凝土面板堆石坝坝高178m,已进入世界高面板堆石坝之列。在水利工程的快速发展下,我国水利工程行业积累了宝贵的教训和经验,逐渐培养并建成了一支高效率、高素质、高质量的水利科研和实践队伍,与此同时,政府主管部门制定并完善了水利工程建设的法律法规,为以后水利工程的健康发展打下了坚实的基础。在水利工程中,水坝是为了更好的开发利用河流水资源,在河道上修建的一种调节河道水流的水工建筑物。人类利用水坝形成的水库,可以抬高水位,利用水资源来供水、灌溉、发电等。水利工程自从人类开始认识利用水资源开始就一直存在,水坝作为水利工程的主要类型之一,一直为推动人类社会的发展起到积极的不可磨灭的作用。从世界范围内来看,近年来大型水库、大型水电站和高坝逐年增多。据统计,全世界库容在一千亿m?以上的大型水库有七座。其中,于1954年竣工的,位于乌干达的维多利亚湖省、尼罗(Nile)河上的欧文瀑布水库,是世界上库容量最大的水库,水库主要用途为灌溉和发电,总库容量为2018亿m?,欧文瀑布水库的混凝土重力坝,最大坝高31m,电站装机15万kW.二十世纪八九十年代以来,世界各国先后进入了从工业文明向生态文明的转型时期,原有的发展型态逐渐不能适应新的形势,人与自然和谐发展的生态形势逐渐成为主流。进入二十一世纪,人类逐渐意识到,水利工程的作用是有限度的,单单只是依靠水利工程,人类并不能减少洪涝灾害的发生。此外,人类还面临着全球气候变暖和水资源短缺等问题。因此,随着人类社会经济的发展和社会需求的转变,水利工程也被赋予了越来越多的责任。水利工程除了承担传统上的灌溉、发电、蓄水、防洪等功能之外,还要在改善局部气候、应对全球气候变化、合理利用水资源等方面,发挥越来越重要的作用。

  1.3重力坝的发展现状

  水坝按结构与受力特点可分为:重力坝、拱坝、支墩坝、预应力坝等;按筑坝材料的不同可分为:土石坝、砌石坝、混凝土坝、橡胶坝等;按坝体能活动可分为:固定坝和活动坝等。重力坝是由混凝土或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物,重力坝是在荷载用下,依靠坝体的自身重力来维持稳定,同时依靠坝体自身重力产生的压力抵消由于水压力所引起的拉应力,以满足强度要求。坝轴线一般为直线,并有垂直于坝轴线方向的横缝将坝体分为若干段,横剖面基本上呈三角形。重力坝的分类:①按坝体高度分为高坝、中坝和低坝。坝体高度大于70m的为高坝,坝体高度小于30m的为低坝,坝体高度介于两者之间的为中坝。②按筑坝材料分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。重要的重力坝及高坝大都使用混凝土浇筑,中低坝可采用浆砌块石砌筑。③按泄水条件分为溢流重力坝和非溢流重力坝。④按坝体的结构分为实体重力坝、空腹重力坝和宽缝重力坝。⑤按施工方法分为浇筑混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝。其中碾压混凝土重力坝由于施工方便,技术经济指标优越,近年来得到了迅速的发展。混凝土重力坝结构简单,安全可靠,且设计施工技术简单,便于机械化操作,对地基条件的要求相对来说并不太高,因此混凝土重力坝得到了广泛的应用。但是混凝土重力坝体积较大,耗用水泥较多,并不能充分发挥材料的性能,并且施工期间对温度控制要求比较严格。

  1.4研究目的及意义

  水利工程中的水工建筑物设计,尤其是重力坝设计,是一门涉及知识范围广,理论性、实践性和综合性都特别强的学科。重力坝的设计修建,总有着明确的兴利除害的目标,工程既要安全可靠,又要经济上造价合理,更要最大限度的满足社会需要,取得令人民满意的社会和经济效益。一个工程本身就是一个非常复杂的系统,不能孤立的就工程来论工程,而是应该把工程置于技术、经济、社会、自然、生态环境等要素融为一体的系统中统筹兼顾的考虑。

  1.5本文的主要内容

  本文的混凝土重力坝在充分考虑地形、地质条件的情况下,通过一系列勘测、设计、计算等方面的工作,进行了大量的理论与实践的论证分析,使其能满足经济、安全、可靠等方面的要求。本文的基本内容包括工程概况、大坝主体的设计计算、泄水建筑物的设计计算以及坝体的稳定性分析计算和坝基力分析。

【由于本篇文章为硕士论文,如需全文请点击底部下载全文链接】

  2工程概况
  2.1设计标准和设计依据
  2.1.1工程等别及建筑物级别

  2.1.2主要技术标准、规程、规范
  2.2设计基本资料
  2.2.1水文、气象条件
  2.2.2抗震设计标准
  2.2.3水库规划设计数据
  2.2.4岩体物理力学指标
  2.2.5抗滑稳定安全系数

  2.3工程布置设计
  2.3.1坝型分类
  2.3.2工程选址
  2.3.3坝型选择
  2.3.4布置方案
  2.4本章小结

  3大坝主体设计
  3.1坝顶高程的确定
  3.2坝体断面设计
  3.2.1坝体设计
  3.2.2非溢流坝段断面设计

  3.3溢流坝段设计
  3.3.1设计原则及设计标准
  3.3.2泄水建筑物型式比较
  3.3.3泄水建筑物布置

  3.4坝顶布置
  3.5坝内廊道设计
  3.6坝体分缝与止水
  3.6.1坝体防渗设计
  3.6.2坝体分缝设计
  3.6.3坝体止水和排水
  3.7本章小结

  4大坝稳定计算及坝基应力分析
  4.1主要设计荷载
  4.2主要荷载计算公式
  4.3计算参数与控制标准
  4.4荷载计算结果
  4.5坝体稳定计算分析

  4.6坝基抗滑稳定计算
  4.7坝基应力分析
  4.7.1计算方法
  4.7.2坝基应力计算结果
  4.8本章小结

  5泄水建筑物设计
  5.1设计原则及设计标准
  5.2泄水建筑物型式比较
  5.2.1表孔泄流和中孔泄流型式比较
  5.2.2闸门控制泄洪和无闸门控制自由泄流方案比较
  5.2.3泄流宽度的选择

  5.3溢流表孔泄洪能力计算
  5.4消能防冲设计
  5.5排沙底孔设计
  5.5.1工程布置
  5.5.2断面设计
  5.5.3设计计算
  5.6本章小结

  6坝基开挖与基础处理
  6.1基础开挖
  6.2基础防渗
  6.3坝基排水
  6.4固结灌浆
  6.5坝基接触灌浆
  6.6本章小结

7 结论与展望

  7.1 结论

  混凝土重力坝结构异常复杂,其施工过程控制不仅关系到水坝最后成型时的状态,同时也影响到了施工过程中各种工况下结构的安全性。本文在总结析了大量国内外学者研究成果的基础上,首先详细介绍了国内外水利工程的展历史和发展现状,以及水利工程发展过程中的经验教训,为文章中实际工程设计奠定基础。其次结合工程实际,在满足工程技术标准、规程、规范的前提下,进行了混凝土重力坝的工程设计与计算。本文的主要研究内容如下:

  (1)根据实际勘察资料和设计规划文件,结合相关的工程技术标准、规程规范和其他相应的法律法规,制定出安全、经济、可行性高的工程布置方案。

  (2)根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2018)的相关规定要求,同参考《水工设计手册》(第二版)重力坝相关设计内容确定了坝顶高程,并依据相关的工程技术标准与设计规程、规范进行坝体断面设计;遵循安全、经济、合理、实用的原则,进行了坝顶结构布置以及坝内廊道设计和坝体分缝止水构造设计。

  (3)通常的混凝土重力坝的失稳破坏,是坝体沿着抗剪强度不足的面产滑动破坏和坝体在荷载作用下可能连同部分地基产生倾倒或者滑移破坏。因此,为了大坝安全,本文进行了坝体稳定计算分析和坝基抗滑稳定分析,结果表明,大坝安全性满足工程设计规范标准要求。

  7.2 展望

  通过对混凝土重力坝的设计、计算、分析,更加体会到了混凝土重力坝设计、计算以及施工过程的重要性与复杂性。混凝土重力坝是一个系统性工程,还有很多问题需要进一步研究和完善:

  (1)本文在研究混凝土重力坝的断面设计时,没有考虑其断面受力与形变是否是最优解,下一步工作将是运用有限元软件对其断面进行优化,使其断面受力和形变都能更加优化。

  (2)随着科学技术的发展,新材料、新工艺、新技术的出现,会使混凝重力坝的设计方法和施工技术不断的向前发展,这也是值得我们今后努力的方向。

  鉴于作者水平有限,研究与学术能力不足,本文的研究内容会不可避免的会出现疏漏与错误之处,恳请各位专家与老师提出宝贵的意见与建议,以便在日后的研究与工作中不断的改进和完善,进一步提高作者的研究与工作能力。

  参考文献
  致谢

【由于硕士论文篇幅较长,此页面不展示全文,如需全文,请点击下方下载全文链接】

点击下载全文
对应分类:
版权所有:上海论文网专业权威的论文代写、论文发表的网站,秉承信誉至上、用户为首的服务理念,服务好每一位客户
本站部分论文收集于网络,如有不慎侵犯您的权益,请您及时致电或写信告知,我们将第一时间处理,邮箱:shlunwen@163.com