大工15春《水工建筑物课程设计》大作业答案

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/ h2 {. `2 k/ H                         网络教育学院# l8 o* `% l& i! /
《水工建筑物课程设计》
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, U& A  s, f6 s' }题    目：某混凝土重力坝设计
& E" E& t5 S  v7 B& L' X' [# u8 T: |0 o; V8 h  _+ m

1 }# Q% v- t& ^6 ], h学习中心：                      ( G7 F+ W. ^6 }( p; t4 c, m" I
专    业：                     
5 _" H4 {8 N; M5 L0 t年    级：      年   春/秋   季 % A% Z2 |1 T6 @6 Z& _7 D0 @
学    号：                      4 Y  L& h% H* g( A
学    生：                     
! o: w$ y1 b, w6 f5 Y指导教师：                      1 i  e& g8 {9 i# ?! t) t* }

) R9 v" ]$ P5 /# b" K; r3 w: Z1 B0 C: _
8 l4 n3 ^* @6 ^3 ~. Y# l5 N

! g4 ~% ~- y# x7 s; |8 /1  项目基本资料
6 q2 l1 j2 u1 j2 ]# X1.1 气候特征
5 b5 x- C8 h$ F4 r根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14 m/s，重现期为50年的年最大风速23m/s，吹程：设计洪水位 2.6 km，校核洪水位3.0 km 。
1 q% T/ K# C  R最大冻土深度为1.25m。
9 d- W" x6 B% Y: a' A% O, i# I+ j, |河流结冰期平均为150天左右，最大冰厚1.05m。; X: v% ?! g+ W- G# P9 I
1.2 工程地质与水文地质8 K/ P/ I! R8 V7 [4 N3 G1 /9 O
1.2.1坝址地形地质条件
( w0 R8 i* t$ h1 {8 w% m（1）左岸：覆盖层2～3m，全风化带厚3～5m，强风化加弱风化带厚3m，微风化厚4m。$ N  s" E$ w) m& E* B" S
（2）河床：岩面较平整。冲积沙砾层厚约0～1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3～6m。坝址处河床岩面高程约在38m左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。; S+ s, f5 q0 E! F2 Q6 F4 _
（3）右岸：覆盖层3～5m，全风化带厚5~7m，强风化带厚1～3m，弱风化带厚1～3m，微风化厚1～4m。
5 ?' u3 ^6 [! x0 o5 ~1.2.2天然建筑材料
" C5 f3 s/ e' /+ W, d- }5 _粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2~3km均可开采，储量足，质量好。粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。砂石料满足砼重力坝要求。2 W0 e5 I6 u5 X% C3 Z6 y5 O
1.2.3水库水位及规模+ /  [" e9 f7 I9 v0 p
①死水位：初步确定死库容0.30亿m3，死水位51m。# r% ]! ~! D$ W5 N# K% }
②正常蓄水位： 80.0m。- s% A- N( M8 }' F& a; M; `
注：本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。" ~8 e  H- [8 |/ D
表一) p1 Q; b0 }7 T$ ~
状况        坝底高程(m)        坝顶高程(m)        上游水位(m)        下游水位(m)        上游坡率        下游坡率
9 K) v7 ~. E8 ~9 c设计情况        31         84.9        82.50        45.50        0        1∶0.8
% C: g* I: i0 H- V# z0 Z+ K8 ^校核情况        31        84.9        84.72        46.45        0        1∶0.8
/ T& Z7 u6 U7 h2 ~本设计仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况：; v) X, P! @! R5 t5 y- j
基本组合(2)为设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。& g# T( C! U% K. ?- N' u
特殊组合(1)为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。
  /; Y- C3 G5 /5 C$ /
5 j# F$ Z: U: x7 E1.3大坝设计概况" Z, P# U* [/ /% P
1.3.1工程等级
) I" O9 c; K( B1 I* m本水库死库容0.3亿m3，最大库容未知，估算约为5亿m3左右。根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型水库。枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。
; g4 J3 G* x/ l7 ~) W9 {: F1.3.2坝型确定
: p+ ]+ b* R+ n6 l! O坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。确定本水库大坝为混凝土重力坝。
6 H8 y1 w% n4 y& D% b7 x0 J9 N1.3.3基本剖面的拟定
0 d" V& X$ r8 ?+ ?! b' I重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。由于作用于上游面的水压力呈三角形分部，所以重力坝的基本剖面是三角形，根据提供的资料，确定坝底宽度为43.29m（约为坝高的0.8倍），下游边坡m=0.8，上游面为铅直。* f. L* b; J  ?3 {3 S# I

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0 }: g- m/ J4 y' C- X9 U+ B2 {/ ]/ x5 N* G9 H. z, s; R6 a# {/ y0 v

% H% Y) i+ S* o5 `& [7 v  p" ^! {0 Z7 r* m  K, n
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2  设计及计算内容
$ J0 t/ u! b0 H3 y: P2 h% f2.1  坝高计算
2 L3 [; k# F% u) /! d9 w, H9 i- v按照所给基本资料进行坝高计算，详细写明计算过程和最终结果。5 l0 G1 ?2 I: L5 F# v3 V  ]

/ A% c* w- g4 D2 s# K/ {0 S! |* S2.2  挡水坝段剖面设计
3 s" |1 F- b* C按照所给基本资料进行挡水坝段剖面设计，详细写明计算过程和最终结果。9 D* I: v4 {& ^8 l2 f

. X1 j, l- J1 |# C% m; F2.3  挡水坝段荷载计算
, k7 x3 W& [6 Y0 N按照所给基本资料进行挡水坝段荷载计算，详细写明计算过程和最终结果。
- Y) z! i/ `! H, t# D* t" o$ h/ D9 r2 {; C- ]  T) }
2.4  挡水坝段建基面抗滑稳定计算2 ~) N: Q; u& q3 |9 f0 l+ s8 g( U, m
按照所给基本资料进行挡水坝段建基面抗滑稳定计算，详细写明计算过程和最终结果。
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' _/ h4 x7 l4 `' f9 p0 N9 Z( ]% r" B! [
2.5  挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核
7 a' M. J7 z9 U5 k4 J3 E按照所给基本资料进行挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核，详细写明计算过程和最终结果。. q) K9 P; ?4 U
+ C6 v6 K- m8 J0 J
& o4 C4 G$ V7 ~& /' P: [
  }2 N9 ]8 R! h9 k' K! ?: f
3  设计书及图纸
+ w, ?, {. z3 E; m% i- o! y第二章坝体荷载作用和坝体稳定应力计算最终结果要以表格的形式给出，具体的格式见表二和表三。/ ^* z, M& j! _4 F/ d
表二) w2 b5 B7 F$ W% s4 v. [; h2 l3 r
荷载
# X* j' `; C; d! /- p* /计算        荷载        垂直力(kN)        水平力(kN)        力臂(m)        力矩(kN.m)7 H! L2 J( ^2 x2 L0 t- O7 J
方向                ↑        ↓        →        ←                ↙+        ↘-
6 m& X9 }' B' T自重        W1                                                       
+ Q8 f) H) J, k8 b/ n; ~& h+ @        W3                                                        6 e% w# ]" O( D2 P4 S* g! |
水压力        P1                                                        6 K' L; C( j1 /: [+ `* R" b
        P2                                                       
3 l4 /# e, f# M' J1 P: m4 ?扬压力        PL                                                        ! H# ~' G. `# l9 y- |, /4 ]% Y. K$ q
浪压力        u1                                                          R( R7 r. m  }0 P
        u2                                                       
7 ?! Z" t: {# s        u3                                                        " j& P1 s: v' I( @) J, L5 S( o
        u4                                                       
# r1 a3 r; F5 J6 s合计                                                                8 e# |' `* ]! [  J* [9 V" x( s$ b- H
                                        ! B% B8 [& i7 o3 j8 j
0 @; n: M7 m' w( w' b" Q
注：建议自重按三角形和矩形分块计算，扬压力折减系数 =0.25: p8 [3 U2 b& o' F% Q+ j3 J$ @/ I
表三+ ~5 O! _# m1 C* |; w  W+ f$ I) m
挡水坝段建基面处        设计        校核* /+ V2 {+ P- {
抗滑稳定安全系数Ks’                ( ?# Y$ w0 e& Q0 ?. l" z
正常工况下边缘应力        a.上游边缘垂直正应力               
/ E4 Q; j* O# d0 H$ g        b.下游游边缘垂直正应力                # m. l. |4 L" M8 T
        c.上游面剪应力               
, @8 y/ p7 O% }8 k        d.下游面剪应力                  |' _) C3 D9 V4 ]2 g
非正常工况下边缘应力        e.上游边缘水平正应力                - e- z' d# L1 C8 J. M
        f.下游游边缘水平正应力               
" z- W) x* Z! T$ F! R. ^        g.上游边缘主应力                . H8 `: D# a6 V4 u7 U# p
        h.下游游边缘主应力               
( B% `% h4 Q# S9 f
& P( j$ ?' c: Q: m& X: VCAD图内容为挡水坝段剖面图，无需绘制坝体细部构造图（如廊道细部构造、止水片细部构造）图纸大小为A2，剖面图应包括挡水坝段主要构造。剖面图还应包括：
+ z7 d0 c) X8 a" u: U; V6 o* ?1）        坝顶构造；
' Z' u4 K; /# Y% p8 h1 ~2）        灌浆排水廊道、排水管幕；
& q! {, G, s$ R9 |$ b% D2 j( V3）        坝基排水廊道；
3 ]: f* z( l* ?( j# n4）        防渗帷幕灌浆 ；3 E/ v3 g4 J- y: z& k) X
5）        各种特征水位的标注；
+ U( Q( ^( U. c  u. T. E+ p6）        图纸标题及相关说明。5 /# c& ~; A; Q9 U7 Q8 I/ `
% D4 h9 k" l/ {) B/ D
. W; b- u, [7 U

4 _, W# W: e) K
! `# J. P2 ]& _' t% z3 j
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《水工建筑物课程设计》要求
; N  t  g5 I; g- B《水工建筑物课程设计》是大连理工大学网络教育学院水利水电工程专业开展的一项实践教学环节，是在学习理论基础上进行的一次综合性的实践设计，通过设计和实践，培养学生综合运用知识、设计计算与工程制图的能力，使学生牢固掌握课程中学到的重力坝的设计原理、应力与稳定的分析方法。该课程设计要求如下：9 S1 j& {0 I) K" }% z
1．能根据课题要求，通过查阅资料，独立完成课题的方案设计、合理地选择挡水坝段断面并进行设计情况与校核情况的应力与稳定分析，撰写设计说明书，并应用CAD画出完整的挡水坝段的剖面图，详见课程离线作业中上传的《水工建筑物课程设计模板》。1 n/ h. g: g8 Y6 I" a9 A$ |: I
2．要求学生必须按照《水工建筑物课程设计模板》提供的格式和内容进行课程设计，完成课程设计模板提供的全部课程设计内容，字数要求达到3000字以上。2 V% G/ J$ A5 V" a! D
3．学生在进行课程设计的过程中，可参考辅导教师在导学资料中上传的文献资料，有问题可通过课程论坛答疑。
2 k" U4 b' A8 W" ~. P4．2015年春季学期学生提交本课程设计形式及截止时间2015年9月1日
* f8 |6 H( |: i9 x$ P1 ?% J2 m学生需要以附件形式（附件的大小限制在10M以内）将完成的课程设计以“离线作业”形式上传至课程平台中的“离线作业”模块，通过选择已完成的课程设计，点“上交”即可，如下图所示。0 K* I+ g' n# `; E

: {/ s4 {8 h" Z# G8 w2 e: J/ Q截止时间： 2015年9月1日。在此之前，学生可随时提交课程设计，如需修改，可直接上传新文件，平台会自动覆盖原有文件。
3 k( /9 l7 e1 T8 k. l) v" z5．课程设计批阅% O# Z5 f9 f9 j" e& g+ O: N* ~
老师会在离线作业关闭后集中批阅课程设计，在离线作业截止时间前不进行任何形式的批阅。, O+ j  /! T' I, b
注意：; }( M1 h; h+ p, g% b
本课程设计应该独立完成，不准抄袭他人或者请人代做，如有雷同作业，成绩以零分计。* Q$ Z( r- Z0 _) d+ [+ N
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大连理工大学网络教育学院
- u1 J8 m. n  e$ j
/ M' C1 Y& y+ b2 F/ K2015年3月
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