一、选题依据

1.设计目的及意义

⑴培养同学们了解并初步掌握水利工程的设计内容、方法和步骤。

⑵ 通过设计，巩固有关专业课程、专业基础课所学的理论，锻炼运用所学的课程知识解决实际工程问题的能力，培养正确的设计思想，熟悉水利建设、水利方针政策及有关规范。

⑶通过设计进一步提高同学们编写设计说明书，进行各种计算和绘制水利工程图力。

2.设计拟解决的工程实际问题

⑴依据资料进行坝型选择和设计

⑵根据给定的地形、地质、水文及施工运行方面的资料对选定的坝轴线、坝型进行论证。确定枢纽主要建筑物的组成，根据建筑物及要求确定主要建筑物在枢纽布置中的相对位置。

⑶主要建筑物设计

①挡水坝坝段设计：确定挡水坝的使用剖面及轮廓尺寸，并进行稳定、应力分析,绘出最大坝高处挡水坝横剖面图。

②溢流坝段设计：确定溢流坝的剖面尺寸，并进行稳定、应力分析,绘出溢流坝段平面、剖面参考图及下游立视参考图

③底孔坝段设计：确定底孔尺寸，校核底孔泄流能力，绘制剖面图。

3.设计拟应用的现场资料综述

⑴坝址区自然条件简况设计资料

A江全长250公里，流域的面积7200平方公里，平均坡降为0.0009。河道两岸为山地丘陵，河道狭窄，水流湍急，能量蕴藏甚大，但洪水涨落迅速，中下游的防洪相当不利。拟建一水电站，以防洪和发电为主。枢纽按千年一遇洪水设计，五千年一遇洪水校核。电站装机3台2.4万千瓦，总装机72000千瓦。本枢纽的防洪任务为：要求设计洪水时，下泄流量不大于2000立米/秒，校核洪水时不大于2500立米/秒。

⑵地质资料

①库区工程地质

在本坝址地区，河床狭窄，仅一百多米宽，但随着高程之增高两岸便趋于平坦，两岸高度在200米以上，海拔高程在400米以上，在坝址处右岸较左岸为陡，右岸平均坡度为0.5左右，右岸为0.4左右，在坝址位于河弯的下游，在坝址上游十余公里有开阔地带，为形成水库的良好条件。

②坝址区工程地质

坝址区出露岩层主要为黑云角闪石英片岩，该岩石致密坚硬，不透水，耐风化性强。右岸哑口部位出露有砂岩、砂砾岩等，与前寒武系变质岩系呈不整合接触。

坝址区有四组断层。主要断层有八层，破碎带宽度一般仅0.2-0.8m，断层破碎带内的物质挤压紧密，胶结良好，极少有泥质材料充填，对坝基抗滑稳定不起控制作用。河床冲积层主要为砂砾石、中细砂和合砾砂土壤，并夹有少量的大小孤石，冲积层最大厚度为34.13m。

③建造材料及水源资料

坝址下游五公里的大兴滩有混凝土用砂、石料场，蓄量丰富，粗骨料可满足要求，细骨料储料不足。位于坝址下游三公里处，砂石储量丰富，可补足大兴滩砂子的不足

④防渗体粘土与坝壳料的指标

防渗体粘性土料场主要指标

比重=2.51，干密度=1.81G/cm3, 水容重=9.81KN/m3，含水量w=20。坝壳料指标

比重=2.48，干密度=1.84G/cm3, 水容重=9.81KN/m3，含水量w=13。

⑤水库特征表

⒈水库水位

⒈正常蓄水位                                  480.00m

⒉设计洪水位（P=1.）                          475.50m

⒊校核洪水位（P=0.1.）                        481.00m

⒋汛期运行水位                                472.00m

⒌极限死水位                                  467.00m

⒉挡水坝下游水位

⒈设计洪水位                                  465.00m

⒉校核洪水位                                  464.00m

⒊正常尾水位                                  460.00m

⒋最高尾水位                                  465.00m

⒊溢洪道下游水位

⒈设计洪水位                                  462.20m

⒉校核洪水位                                  463.45m

⑥电站建筑物基本数据

本枢纽电站设三台轴流转浆式水轮机发电机组，每台装机容量为100千瓦。主厂房坝段长81m，安装间长52.4m。发电机层地面高度471.50m，尾水管高程434.60m。三个机组间设置出口断面为4.42m的两个排沙孔，孔口出口底高程为442.00m，洪水期电站仍发电运行，过流能力1000 m3/s计。

⑦图纸

大坝平面图、剖面图各1份。

4.设计拟应用的文献综述

混凝土重力坝是指用混凝土浇筑的，主要依靠坝体自重来抵抗上游水压力及其它外荷载并保持稳定的坝。世界各国修建于宽阔河谷处的高坝，多采用混凝土重力坝；坝轴线一般为直线，断面型式较简单，便于机械化快速施工，混凝土方量较多，施工中需要严格的温度控制措施；坝顶可以溢流泄洪，坝体中可以布置泄流孔洞。我国的丹江口电站、丰满工程的大坝，目前世界上最大的水电站―巴西伊泰普工程的大坝，均采用了混凝土重力坝。

混凝土重力坝的承载能力是高坝设计中重要的研究课题。研究重力坝的承载能力,首先要明确在弹塑性有限元应力分析中,重力坝失稳前临界状态的判别方法或准则.这里的坝体失稳指的是重力坝出现不稳定的平衡状态,实质上它属于结构稳定性研究的问题。重力坝的不稳定平衡状态伴随着重力坝系统总势能增量出现负值、系统的总体切向刚度矩阵成为负定、坝体屈服区范围扩展速率显著增大、坝体变形发展过程(或称平衡路径)出现尖点等现象。根据这些特征,可以分。析研究可供使用的坝体失稳临界状态的判别方法或准则。重力坝承载能力临界状态判别方法或准则的选用,取决于计算分析采用的方法。

采用稳定性理论研究临界状态判别准则,把重力坝和坝基岩石组成一个结构系统,在外部荷载增量作用下,对于各个增量步求解时,都作为一个平衡问题来分析,考察当时的平衡状态是稳定的还是非稳定的。这样就能预计坝体承载能力,确定介质材料强度的临界安全储备数值,以及研究坝体失稳前的渐进破坏过程 。现在考察重力坝系统的一个平衡状态,设系统的广义位移为α,坝体内的应力和应变分别为σ和ε。这时在这个状态施加一个任意不违背几何条件的微小的广义虚位移δα。而得到一个新的状态.我们可以通过这两种状态系统总势能的变化Δ∏来考察重力坝的稳定性。如果外荷载所做的虚功不超过弹性变形能和塑性耗散能的增加,那么重力坝系统是稳定性。如果这个条件不成立,也就是能找到一组广义虚位移,使外荷载所做之虚功大于内能的增加,系统的状态是不稳定的,对于重力坝承载能力的研究,根据应变空间表述本构关系的弹塑性增量理论,考虑混凝土和岩石介质材料应变软化塑性的特点,建立了重力坝稳定性分析计算新方法。考虑材料抗剪断强度参数取值的不同折减方法,进行研究的结果表明:坝基面、碾压混凝土层面以及筑坝材料的应变软化特性(或称强度丧失性质),是根据稳定性理论研究重力坝系统失稳的必要条件。与传统的强度分析方法比较,混凝土重力坝的承载能力由稳定性计算分析成果控制。稳定性分析方法可以直接给出重力坝失稳的判别准则,求得坝体失稳的安全储备系数,使混凝土重力坝承载能力的分析,建立在一个严谨的力学基础之上。根据工程实例的研究过程和该方法是一个可行和合理的分析方法。

5.设计相关技术的国内外现状

纵缝研究存在的问题及展望就国内的资料来看，在纵缝研究方面，以下几方面的内容较少。

⑴就纵缝并缝措施而言，对并缝后上部混凝土与不分缝整体浇筑后的同一部位的混凝土应力.位移.变形进行比较分析的较少，进而从结构方面怎样具体确定并缝高程的合理位置探讨的很少 。

⑵并缝后，缝面设键槽与不设键槽的情况进行比较分析的很少，研究分析键槽对坝踵、坝址的应力，和对坝体整体性程度的影响有多大，既敏感性如何，也研究的少。.

⑶混凝土重力坝坝体的温度对应力的影响是很大的，温度不仅在施工期产生重要作用，而且在运行期也显著影响坝体应力，具体到某一大坝纵缝条数与间距对混凝土大坝的温度应力影响的敏感性的研究和分析较少。

⑷地基的温度在建坝前后的温度场是不同的，它同大体积混凝土坝体内部热量自然散发一样，都需要一个较长的时间。若基岩的导热性能以及弹性模量较混凝土的差别大时（特别是基岩的导热性能比混凝土的小，基岩的弹性模量比混凝土大），坝体、坝基的降温的不同步，在坝内地基强约束区产生一定的拉应力.纵缝对此种情况产生的影响有多大，研究的也较少。

综上所述，目前在纵缝研究方面主要集中在纵缝结构处理的措施方面.设法找出一种经济。技术合理的措施来取代常规的灌浆方法.就国内资料而言，对纵缝的研究重点有两个大方向。结构方面，用经济，技术上可行的处理措施来取代纵缝灌浆甚至是取消纵缝对混凝土重力坝的温度场及温度应力场的影响方面。从试图找出规律和相关理论，进而探讨碾压混凝土重力坝纵缝的设计理论依据。上文所述的3种处理纵缝的措施，针对具体工程，具体条件，其实每一种方法都有它的适用性.并不是抛开具体条件，一律的采用某一种措施。就目前国内的研究资料分析来看，纵缝并缝的措施及通仓浇筑有一定的发展前景。当然，随着社会经济的发展和施工技术的不断提高，可能更好的方法还会产生，或是现在不普遍的方法可能会广泛应用。总之，一项较好的纵缝处理措施，不仅节约坝体冷却费用，简化施工，可避免拖延蓄水，给工程带来经济效益和社会效益，值得进一步探索和研究。

二、设计方案及技术路线

设计方案为混凝土重力坝方案。

技术路线：

⑴枢纽布置

⑵非溢流坝剖面设计

⑶溢流坝设计

⑷泄水孔设计

⑸细部构造设计

⑹地基处理设计

三、可能存在的问题及解决措施

⑴坝址，坝型选择，坝身断面尺寸的确定

⑵坝体稳定设计及应力分析

⑶细部构造的设计

⑷坝体的分缝与止水设计

⑸灌浆帷幕设计

⑹基础开挖与灌浆等

四、设计成果

毕业设计成果包括：说明书、计算书及设计图纸。

⑴.说明书

①说明书为设计的主要文件，应分章、节编写，基本资料应编入为一章。

②说明书编写应结论明确，条理分明，论证充分，并有一定的附图。每章都应有设计前提、内容、原理、方法、依据、主要步骤及设计成果，字迹要端正。

③计算部分要阐明计算依据、原理、方法、主要步骤及计算成果。并有必要的分析结论及附图。

⑵.计算书

计算书是说明书的附件，应说明说明书中计算部分具体的计算方法、步骤、数据，

并附有必要的简图。说明书中的数据来源均可从计算书中查到。

⑶.  设计图纸

图纸应表示出主要设计内容，故应包括枢纽平面布置图，下游立视图或上游立视图，各坝段坝体横剖面图，主要细部构造图。图面布局应全面考虑、要求饱满合理，绘图正确、整洁、清晰、线条主次分明，主要尺寸及高程等有一定标注。

五、进度计划

六、参考资料

1、水工建筑物教材                                水利电力出版社

2、混凝土重力坝设计规范                          中国电力出版社

3、水工设计手册  五、六卷（华东水利学院主编）    水利电力出版社       

4、水力学教材（成都科技大）                      高教出版社

5、水工钢筋混凝土结构设计规范                    水利电力出版社

6、水利水电专业毕业设计指南                      黄河水利出边社