畢業(yè)設(shè)計開題報告 楊水碾水利樞紐設(shè)計—實體重力壩設(shè)計方案

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1、7次孝 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目：楊水碾水利樞紐設(shè)計一實體重力壩設(shè)計方案 課題類別：設(shè)計 論文口 學生姓名： 羅安琪 學 號： 學1219040408 班 級：水電1202班 專業(yè)（全稱）：水利水電工程 指導教師： 迫 2016年3月 一、 1、通過本次設(shè)計，使學生更加深刻的掌握專業(yè)知識，以及設(shè)計的流程； 2、培養(yǎng)學生調(diào)查研究、查閱技術(shù)文獻和資料及編寫技術(shù)文檔的能力； 3、能過設(shè)計成果的整理與修改，培養(yǎng)我們在計算、識圖、手工繪圖、編寫設(shè)計 文件及應用計算機的綜合能力； 4、通過本次畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決實際工程技術(shù)問題的能 力；培養(yǎng)學生獨立

2、思考、解決問題和獨立工作能力； 5、提高創(chuàng)新精神與科學態(tài)度相結(jié)合的能力樹立嚴肅認真、實事求是和刻苦鉆研 的工作作風和團隊合作的精神。 6、本次畢業(yè)設(shè)計是以楊水碾水利樞紐為課題，該樞紐由擋水建筑物、泄水建筑 物、電站建筑物等主要建筑物組成。其主要任務(wù)是發(fā)電和防洪。要求學生利用所學知 識獨立完成以下工作： 1) 分析地形地質(zhì)、水文氣象、施工條件等基本資料； 2) 根據(jù)樞紐建筑物的組成及施工導流等因素進行樞紐總體布置； 3) 調(diào)洪演算； 4) 非溢流壩段設(shè)計，包括剖面設(shè)計、壩段穩(wěn)定及強度分析等； 5) 溢流壩段設(shè)計，包括消能防沖設(shè)計、溢流剖面設(shè)計、壩段穩(wěn)定及強度分析 等； 6) 細部

3、構(gòu)造設(shè)計與地基處理 7) 科技論文寫作與文獻資料翻譯等。 8) 畢業(yè)設(shè)計成果整理(繪圖、整理設(shè)計計算說明書等)； 9) 畢業(yè)答辯。 2、 設(shè)計（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（文獻綜述）： 摘要：重力壩是一種古老而迄今應用仍很廣的壩型， 因主要依靠自重維持穩(wěn)定而得名。 盡管這種壩型作用結(jié)構(gòu)清楚，壩體體積大，穩(wěn)定性好，但由于各種原因，仍然有可能 失事，如1928年美國63m高的圣佛朗西斯重力壩的潰壩失事。因此，重力壩的應力 應變狀態(tài)及其壩基的抗滑穩(wěn)定安全問題一直是工程界十分關(guān)注和重視的問題。當壩基 內(nèi)存在可能導致沿基巖內(nèi)部滑動的不利的軟弱結(jié)構(gòu)面時，大壩的抗滑穩(wěn)定問題便成為 了大壩安全的控制因素。

4、 正確評價大壩安全與否的關(guān)鍵，一是應力穩(wěn)定的分析方法，二是合理的安全標準。 應力和穩(wěn)定的計算應力求采用真實的材料本構(gòu)關(guān)系和物理力學參數(shù)，并有與之相配套 的安全評價標準。而大壩抗滑穩(wěn)定分析的理論、方法、參數(shù)取值和安全評價標準的確 定等一系列基本問題，均需進一步深入統(tǒng)籌研究配套使用。本文將就上述問題淺析如 下。 關(guān)鍵詞：重力壩；安全評價準則；強度儲備法；剪力比值系數(shù) 1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)外核算混凝土重力壩的抗滑穩(wěn)定問題應用比較廣泛的方法有：剛體極限 平衡法、有限單元法、分項系數(shù)法等。 2.1 剛體極限平衡法 剛體極限平衡法是壩基巖體抗滑穩(wěn)定分析中應用最廣泛且為規(guī)范所推薦的一種 方

5、法。此法概念清楚，計算簡便，任何規(guī)模的工程均可采用，有豐富的工程經(jīng)驗，并 且具有與之配套的比較成熟的安全判定標準。但是，它不能確定滑動塊體的位移和滑 裂面上的應力分布，因而也就不能探索破壞的機理及其變化發(fā)展過程；當滑動面是多 折坡時，不得不作出一些假定和簡化，影響了成果的可靠性；當滑動面是多層次時， 情況就變得更復雜，需要將可能出現(xiàn)得滑移通道逐個進行試算， 以確定控制的滑動面, 試算工作量相當大；試算過程中無法考慮軟弱夾層間的相互影響，使得計算結(jié)果的可 用性變得更差；由于剛體極限平衡法是基于滑動面上所有點同時進入滑動狀態(tài)，與實 際情況不符。 2.2 有限單元法 有限元法已經(jīng)成為分析復雜地基

6、的有力工具，它不但可以分析斷層、節(jié)理等地質(zhì) 缺陷的影響，而且可以將水工建筑物的應力、變形、滲流和穩(wěn)定問題結(jié)合在一起分析， 由此了解整個系統(tǒng)的破壞機理。應用非線性有限元法可以對具有軟弱夾層地基上壩體 深層的抗滑穩(wěn)定這個復雜問題做出較深入的探索，通過分析可以比較可靠地確定地基 內(nèi)地應力和變形情況，了解軟弱帶的破壞區(qū)域和錯動值，確定最危險的滑動通道，研 究一些加固措施的效果，并確定最終的安全系數(shù)和闡明失穩(wěn)發(fā)展的機理。目前，國內(nèi) 用來衡量壩基軟弱夾層的穩(wěn)定安全性，大致有以下三種安全系數(shù)：“超載安全系 數(shù)" Kp> “強度儲備系數(shù)” Kc、“剪力比值系數(shù)" Kso 2.3 分項系數(shù)法 新發(fā)布的電力

7、行業(yè)標準《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》 (DL5108-1999)于2000年7 月起開始實施，由于直接采用可靠指標進行結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復雜，規(guī)范規(guī)定使用極限狀 態(tài)表達式來進行結(jié)構(gòu)和地基的穩(wěn)定驗算，要求將建筑物抗滑穩(wěn)定分析從傳統(tǒng)的安全系 數(shù)表達式改為極限狀態(tài)表達式。 新發(fā)布的水利行業(yè)標準《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》 (SL315-2005 )于2005年11 月實施，壩基面抗滑穩(wěn)定計算應按抗剪斷強度公式或抗剪強度公式計算壩基面的抗滑 穩(wěn)定安全系數(shù)。 2分析比較 眾所周知，當采用剛體極限平衡法校核抗滑穩(wěn)定時，安全系數(shù)是一個籠統(tǒng)的整體 結(jié)構(gòu)的安全指標。例如，抗剪公式的安全系數(shù)為實際作用于可能滑動面上的

8、法向力乘 以摩擦系數(shù)f,與沿該巖面滑動的力的比值，計算這種安全系數(shù)并不考慮強度上的要 求，因而未能反映實際的安全度；止匕外，這種計算當然亦不能反映出整個結(jié)構(gòu)的破壞 變形。要知道，結(jié)構(gòu)在破壞過程中，隨著變形的增大，應力不斷進行重分布，直至達 到極限荷載，產(chǎn)生極限變形、結(jié)構(gòu)完全破壞為止。對這種破壞過程及其安全度，只有 采用非線性彈塑性有限元法計算才能得到確切反映。 所以，目前對于一些重要的工程，特別是對壩基深處的抗滑穩(wěn)定問題較嚴重的情 況，除剛體極限平衡法外，常常進行有限元分析。有限元法計算思路明確，理論、方 法日趨成熟，通過降低強度指標和增加荷載，利用彈塑性有限元法研究壩體的漸進破 壞過程，這

9、種評價大壩的安全度的方法已逐漸為工程界接受。這種方法將應力和穩(wěn)定 一起計算統(tǒng)一研究，將抗滑失穩(wěn)破壞看成是點破壞的累進，且穩(wěn)定是由應力強度問題 引起的，從而使應力強度及抗滑穩(wěn)定的安全評價合二為一。 電力行業(yè)標準《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》 (DL5108-1999)中，作用分項系數(shù)考 慮對各種荷載的標準值的不利變異，是超載系數(shù)的概念；材料性能分項系數(shù)用來反映 材料實際強度對所采用的材料強度標準值的不利變異而定出，類似強度的降低系數(shù)； 設(shè)計狀況系數(shù)用來反映結(jié)構(gòu)不同狀況有不同的目標可靠指標；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)用來考 慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性和失事后果；結(jié)構(gòu)系數(shù)用來反映作用效應計算模式的不定性和 材料抗

10、力計算模型的不定性。與水利行業(yè)標準《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》 (SL315-2005 )相比，電力行業(yè)標準《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》 (DL5108-1999)中 采用分項系數(shù)的概念更為合理。單一安全系數(shù)法中，作用效應函數(shù)和結(jié)構(gòu)抗力函數(shù)中 的材料和作用是按定值進行的，而在極限狀態(tài)驗算式中，材料和作用必須以標準值配 以相應的分項系數(shù)進行分析。標準值和分項系數(shù) (包括結(jié)構(gòu)系數(shù))是以概率理論為基 礎(chǔ)，以結(jié)構(gòu)達到規(guī)定的可靠度水平為原則確定的，這樣就同時考慮了實際上壩體遇到 的既有材料弱化又有荷載增加的可能組合作用。顯然，分項系數(shù)法是更加科學和合理 的。 3、 ： 1安全評價標準的研究 用有

11、限元法來分析壩的安全性，如何評價其安全度呢？這是大家普遍關(guān)注的問 題。因此必須確定什么是設(shè)計意義上的失穩(wěn)，以什么作為其安全準則。 1.1 失穩(wěn)判據(jù) 體系的穩(wěn)定是指系統(tǒng)在外荷載的作用下能夠保持穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，即這樣的平衡 狀態(tài)不會受外部條件的微小干擾而改變。體系的失穩(wěn)是指系統(tǒng)受外部條件的微小擾動 而喪失原來的平衡狀態(tài)。體系從靜力平衡轉(zhuǎn)向塑性流動的平衡狀態(tài)稱為體系的極限平 狀狀態(tài)即穩(wěn)定臨界狀態(tài)。尋找大壩失穩(wěn)臨界狀態(tài)下的安全系數(shù)是抗滑穩(wěn)定計算中的難 題之一。 在非線性計算中，一般采用逐漸降低材料參數(shù)來逼近壩體失穩(wěn)的臨界狀態(tài)。所謂 失穩(wěn)，可以通過以下方式來判別： (1)當Kp(Kc)達到一定值

12、后，壩體及地基的變化(可以用某些控制點上的值代 表)急劇增大，出現(xiàn)明顯的從量變轉(zhuǎn)向質(zhì)變的現(xiàn)象； (2)當Kp(Kc)達到一定值后，沿滑動通道的全部單元均處于屈服或破壞狀態(tài)， 或者塑性區(qū)貫通； (3)當Kp (Kc)達到一定值后，非線性方程組出現(xiàn)不收斂，得不到穩(wěn)定的解答。 對應于臨界失穩(wěn)狀態(tài)的安全系數(shù)即為最終安全系數(shù)。 1.2 安全評價準則 1.2.1 強度儲備法 根據(jù)以往國內(nèi)外大部分學者的計算經(jīng)驗以及一些工程實例，一般認為，強度儲備 系數(shù)大于原設(shè)計規(guī)范中的抗剪斷公式要求的安全系數(shù)(即 3.0)即認為穩(wěn)定復核符合 要求。結(jié)合河海大學水工結(jié)構(gòu)研究所的 《三峽大壩左岸1 #?5 #廠房

13、壩段整體穩(wěn)定分 析報告》，潘家錚院士在95年8月三峽總公司技委會組織的“廠壩聯(lián)合作用”討論會 上的總結(jié)發(fā)言也肯定了這種做法。 對基本組合而言，一般認為采用逐步降低強度儲備系數(shù)法進行安全評價時，當強 度儲備系數(shù)大于材料分項系數(shù)時，認為大壩是穩(wěn)定的，反之，若強度儲備系數(shù)小于材 料分項系數(shù)，則大壩穩(wěn)定的安全儲備不足。對建基面的驗算一般認為強度儲備系數(shù)大 于3.0即符合穩(wěn)定復核要求(混凝土與基巖材料性能分項系數(shù) 3.0 )。 1.2.2 應力成果核算法 不難發(fā)現(xiàn)式： 與《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》(DL5108-1999)中極限狀態(tài)設(shè)計表達式相似，與《混 凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》(SL315-20

14、05)中壩基抗滑穩(wěn)定抗剪斷公式也相似，由此得出 了基于兩種規(guī)范上的安全系數(shù)以及配套的參數(shù)選擇。 基于《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》(DL5108-1999),引入分項系數(shù)的概念，從而得 出Ks需滿足下式： 也就是說，采用剪力比值法來評價大壩安全度時，剪力比值系數(shù)應當大于 與之配套的是：荷載應采用標準值進行計算，抗剪斷摩擦系數(shù)、粘聚力也應采用材料 的標準值。這種安全準則的選取與過去常用的安全系數(shù)相比，它考慮了更多結(jié)構(gòu)自變 量的綜合因素。止匕外，公式本身是由規(guī)范規(guī)定的極限平衡安全系數(shù)方法套改而來，因 此公式具有可靠度理論和工程經(jīng)驗相結(jié)合的優(yōu)點。 基于《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》(SL315-2005)

15、,剪力比值系數(shù)只需要滿足該規(guī)范 中對于抗滑穩(wěn)定的要求。與之配套的是：荷載應采用設(shè)計值進行計算，抗剪斷摩擦系 數(shù)、粘聚力也應采用材料的設(shè)計值。這種安全準則的選取計算方法簡便，思路明確， 與傳統(tǒng)的極限平衡法相對應，易于被接受。但隨著可靠度理論的發(fā)展，分項系數(shù)的概 念越來越完善，這種安全準則必將經(jīng)歷一次長足的發(fā)展。 四、設(shè)計（研究）進度計劃: 1、英文翻譯 第4周 2、文獻綜述、開題報告 第5周 3、調(diào)洪演算、樞紐布置 第6~9周 4、非溢流壩段設(shè)計 第10~11周 5、溢流壩段設(shè)計 第12~13周 6、細部構(gòu)造設(shè)計、地基處理 第14周 7、繪圖、成果整理及評閱 第15~16周

16、五、參考文獻: [1] . DL5108-1999 [2] . SL319-2005 [3] . SL252-2000 [4] . DL5077-1997 [5] . DL5073-1997 [6] . SL265-2001 [7] . SL253-2000 8、畢業(yè)答辯 第17周 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國電力出版社， 2000; 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社， 2005; 水利水電工程等級劃分及洪水標準 [S].北京：中國水利水電出版社， 2000; 水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社， 1998; 水工鋼筋

17、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 [S].北京：中國水利水電出版社， 1997; 水閘設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社， 2001; 溢洪道設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社， 2000; [8]水利水電規(guī)劃設(shè)計總院.水工設(shè)計手冊（基礎(chǔ)理論） [M].北京：中國水利水電出版社， 2011; [9]水利水電規(guī)劃設(shè)計總院.水工設(shè)計手冊（混凝土壩） [M].北京：中國水利水電出版社， 2011; [10]水利水電規(guī)劃設(shè)計總院.水工設(shè)計手冊（泄水與過壩建筑物） [M].北京：中國水利水電出版 社，2011; [11]張光計、王光倫.水工建筑物[M].水利水電出版社，1992; [12]陳勝宏.水工建筑物[M].北京：中國水利水電出版社， 2004; [13]潘家錚.重力壩的設(shè)計和計算.北京：水利電力出版社，1987; [14]王世夏.水工設(shè)計的理論和方法[M].北京：中國水利水電出版社， 2000; [15] JAMES D.CRAIO. Gravity Dam Design[M]. US: Army Corps of Engineers , 1995. 指導教師意見 簽名： 月 日 教研室（學術(shù)小組）意見 教研室主任（學術(shù)小組長）（簽章）： 月 日