(毕业论文)水库除险加固工程初步设计

(毕业论文)水库除险加固工程初步设计内容摘要：

经本次复核，水库大坝可以满足 20 年一遇（ P=5%）设计洪水及其超高要求，能满足 100 年一遇（ P=1%）的校核洪水，但不能满足相应的超高要求，水库大坝所需最大坝高，高于现状坝顶高程为。 能满足近期非常运用洪水 50 年一遇的校核洪水，但不能满足相应的坝顶高程要求。 目前大坝只能满足 30 年一遇的校核洪水及其超高要求。 死水位 所谓死水位是指能够满足下游用水要求的最低水位。 应根据下游用水量和输水涵洞的过流能力来确定。 经计算确 定孔家湾 水库的死水位为 ，由水位～库容曲线可查得对应的死库容为 万方。 正常蓄水位及正常库容 水库原设计正常蓄水位 ，相应库容 万 m3，本次设计确定维持水库原设计正常蓄水位 不变，相应库容为 万 m3。 云南农业大学水利水电与建筑学院毕业设计 昭通市昭阳区孔家湾水库除险加固工程初步设计 区域地质 （ 1）地层岩性 工程区分布泥盆系、石炭系、二叠系、上第三系及第四系地层，现由新到老分述如下： 泥盆系曲靖组（ Q2q）：为一套以浅海相碳酸盐为主，夹滨海沼泽相含煤碎屑岩、梅线。 厚度 45— 182m。 泥盆系（ D3）：呈条带状分布于工程区东南部。 岩性为灰、深灰色白云岩、砂质白云岩夹角砾状白云岩、泥质白云岩，偶见石膏岩；顶部为灰白、浅灰色灰岩。 厚度 120— 218m。 石炭系大塘组（ C1dj）：分布于工程区东南部。 上部岩性为黑色页岩、炭质页岩夹煤线及灰岩透镜体；下部为灰色细粒石英岩砂岩、黑页岩夹煤线。 厚度 17— 568m。 二叠系梁山组（ P1L）：主要分布于坝址区及近坝库岸。 上部：浅灰、浅棕色中 — 粗粒石英砂岩，灰色页岩、砂砾岩及劣煤层；下部：紫灰、姜黄色粉砂质泥岩夹多层灰岩。 厚度 10— 228m。 二叠系栖霞组（ P1q） ：分布于工程区的西北部，岩性为灰、浅灰夹深灰色灰岩，夹少量的白云质灰岩。 厚度 114— 327m。 二叠系峨眉山玄武岩组（ P2e）：分布于工程区的北部。 上部岩性为铁黑色致密状玄武岩及橄榄钛辉玄武岩、少量杏仁状玄武岩；中部为深灰、灰黑色致密状玄武岩，杏仁、斑状玄武岩，玄武杏仁岩组成多个喷发韵律；下部为以粗、细火山角砾岩及少量集块岩为主，夹灰色凝灰岩。 厚度 439— 1332m。 上第三系（ N2）：分布于工程区的东北部、西北部及东南部。 岩性为砾灰、浅灰、蓝绿色粘土、砂质、钙质或炭质粘土夹褐煤，底部为砾岩。 厚度 37— 49m。 曲靖组（ D2q）与梁山组（ P1L）二者或断层接触，或假整合接触。 库盆主要位于此两套地层中。 残坡积层（ Qhel+dl）：主要分布于缓坡地带和地形低凹处。 岩性为褐红、灰褐、紫红色粘土、含角砾粉质粘土、粉质土砾、碎石等，厚度小于。 冲洪积层（ Qhal+pl）：分布于水库所坐落的河床及冲沟内。 岩性为褐灰、褐红、灰黑色。 一般上部为粉质粘土、粉土、粉砂；中下部为砾砂、圆砾。 厚度小于云南农业大学水利水电与建筑学院毕业设计 昭通市昭阳区孔家湾水库除险加固工程初步设计。 （ 2）地质构造 工程区在区域构造上，位于川滇经向构造体系之绿汁江 — 小江南北向构造带东缘与其东侧滇东多字型构造的 结合部位，有展布方向为：北东向、南北向及北西向三组构造形迹， 主要表现为向斜多呈宽缓型，背斜则多呈窄徒型，断裂以压扭性为主，倾角一般很陡， 其中北东向和南北向构造遍布全区，占据主体，明显组成区内的主干构造，而北北西向构造则零星分布，不占重要地位。 工程区位于区域性北东向罗马口构造带与翻身村构造带所挟持的地块内。 地质构造相对简单， 水库西 2km 处是观音岩推测断层；倾向北东，断层破碎带宽约 5m。 （ 3）区域稳定及地震基本烈度 工程区地处木杆 — 永善 — 雷坡 — 马边强烈地震活动带的东南端 100公里外。 区内地震较频繁，有历史记 载地震上百次，强震少，微弱震较多。 在近年来昭通市发生的四次地震（其基本情况见表 13）中，孔家湾水库受波及影响，经区水利局技术人员和水库管理人员联合检查，水库有细微的裂缝，无危害水库安全运行的重大灾害现象发生。 （ 4）地形地貌 工程区紧位于昭通市南面的永丰镇新民村，主要受地层岩性及北北东向构造控制，库区属构造侵蚀、构造剥蚀中～低山地貌，库区地势较开阔，左、右两岸坡度平缓。 水库位于构造侵蚀、构造剥蚀中～低山地貌与湖泊（沼泽）堆积地貌的结合部。 库区 工程地质条件 （ 1）地层岩性 库区出露地层主要为古生界泥 盆系中统曲靖组（ D2q）白云质灰岩；古生界二迭系下统梁山组（ P1l）泥质粉砂岩、页岩夹煤线；新生界第四系冲积层 (Qal)、坡积层 (QdL)。 现由新到老分别描述如下： A、第四系（ Q） ○1坡积层（ Qdl）：褐色、褐红色、湿，可塑状角砾土、含砾粘土、粉质粘土、角砾土及碎石土，主要分布于水库周边山坡。 ○2冲积层（ Qal）：为灰色、灰黄色粘土，一般上部为粉质粘土、粉土、粉砂；中下部为砾砂、圆砾，主要分布于库区主河谷及两侧冲沟。 云南农业大学水利水电与建筑学院毕业设计 昭通市昭阳区孔家湾水库除险加固工程初步设计 B、古生界二迭系下统梁山 组（ P1L）泥质粉砂岩：姜黄、绿黄色，细粒结构，薄至中厚层状构造，强风化，中硬质岩石，分布于整个库区。 C、古生界泥盆系中统曲靖组（ D2q）白云质灰岩：灰、灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造，弱风化，中硬质岩石，分布于整个库区，在坝址区左岸出现。 （ 2）地质构造 库区地质构造相对简单为背斜构造，构造形迹主要表现为向斜多呈宽缓型，背斜则多呈窄徒型，断裂以压扭性为主，倾角一般很陡，倾向下游略偏右岸，坝址无构造影响。 （ 3）地形地貌 库区地势开阔，库水面以上为农田耕地，坡度平缓，由于没有树林植被，具有一定的水土流失流 向库内。 库区不存在坍塌和滑坡等不良地质现象。 库区周围无低邻谷存在，不会产生渗漏。 坝址区地形左高右低，呈敞开式河谷，两岸山体宽厚，绕渗的可能性很小。 大坝下游地势开阔平坦，下游 公里处是永丰镇集镇， 213 国道 公里（距离水库约 2公里）、昭（通）鲁（甸）公路 3公里及农作稻田。 （ 4）水文地质条件 本区地下水受地层岩性，构造、地貌等综合因素的影响和控制明显，按地下水类型为松散岩类孔隙水。 主要赋存在第四系松散堆积层中，一般埋深 ～，多沿不透水的基岩顶板渗出，富水性贫乏， 库区主要靠大气降水补给， 水量随季节性变化，与大气降水密切相关， 库区及库区两岸无低邻谷，不存在渗漏问题。 （ 5） 库区工程地质条件评述 库区主要含水层为古生界二迭系（ P1l）泥质粉砂岩、泥盆系（ D2q）白云质灰岩，其富水性随深度增加而减弱，深部岩石风化较弱，裂隙不发育，其透水性强弱主要由溶穴及溶隙控制，第四系残坡积层和冲洪积层含孔隙水，分布于两岸山体表层的残坡积层富水性弱，是库区的相对隔水层，而分布于河谷的冲积层富水性强。 库区内含水层接受降雨补给后以泉的形式向地形低洼处排泄。 水库蓄水条件好，水库运行多年，均未发现库区渗漏现象。 库区周 围地形自然坡度 8～ 12176。 ，局部地段可达 16176。 ，岩层倾角大于地形坡度，稳定性较好。 云南农业大学水利水电与建筑学院毕业设计 昭通市昭阳区孔家湾水库除险加固工程初步设计 （ 6） 库岸稳定性评价 库区地势开阔，左、右岸平缓，自然坡度 8～ 12176。 ，近坝岸坡基岩不存在滑动的边界条件，水库运行多年，未发现规模较大的滑坡、崩塌等不良物理地质现象，库岸稳定性较好。 枢纽区 工程地质条件 （ 1）地层岩性 根据钻探揭露情况，坝址区地层较为单一，主要由古生界泥盆系中统曲靖组（ D2q）白云质灰岩；古生界二迭系下统梁山组（ P1L）泥质粉砂岩；新生界第四系冲积层 (Qhal)、坡积层 (QhdL)、人工筑坝体 (Qs)及 路面垫层（角砾土）。 现将岩性自上而下分别描述如下：： A、第四系（ Q） ○1路面垫层（角砾土）：主要成分为碳渣，灰岩砾石，砂 性 粘土弱胶结，中等密实，厚度约 40cm。 ②人工筑坝体 (Qs)：黄色、褐色、褐红色，稍湿 湿，稍 中密，具有分层性，可塑至硬塑状态，以硬塑为主，含砂岩砾石，粒径 2～ 30mm，含量 0～ 15﹪ ，棱角状。 筑坝土钻探最大揭穿厚度。 ③坡积层（ Qdl）：褐色、褐红色、湿，可塑状角砾土、土质均匀的粉质粘土，筑坝土钻探最大揭穿厚度。 ④冲积层（ Qal）：为灰色、灰黄色饱水，稍密状，为弱风化砂岩，其间粘砂土充填，钻探最大揭穿厚度。 B、古生界二迭系下统梁山组（ P1l）泥质粉砂岩：姜黄、绿黄色，细粒结构，薄至中厚层状构造，强风化，风化节理裂隙发育，中硬质岩石，钻探最大揭穿厚度。 C、古生界泥盆系中统曲靖组（ D2q）白云质灰岩：灰、灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造，弱风化，中硬质岩石，节理裂隙较发育，完整性差，取芯呈碎块至短柱，钻探最大厚度。 （ 2）地质构造 坝址区地层为一背斜构造，未发现明显的断裂构造，坝址区主要为出露地层为 古生界二迭系（ P1l）泥质粉砂岩及泥盆系（ D2q）白云质灰岩，由于地层较老受多期构造运动的影响，岩层倾角较大，中～厚层状，节理裂隙发育。 云南农业大学水利水电与建筑学院毕业设计 昭通市昭阳区孔家湾水库除险加固工程初步设计 （ 3）水文地质 坝址区岩体含水性和透水性与地层岩性及构造密切相关，第四系坡积层和冲积层透水性为弱 — 中等透水，主要属中等透水层，局部为强透水层，坝体岩性为古生界二迭系（ P1l）泥质粉砂岩及泥盆系（ D2q）白云质灰岩，其局部富水性强～较强，岩层节理裂隙较为发育，使岩层透水性局部较强。 （ 4） 坝基工程地质条件及稳定性分析 根据钻孔资料，河床坝基表部覆盖为坡积层 (QdL)：褐色 、褐红色、湿，可塑状粉质粘土 ， 厚度大于 5m，透水率 ～ ，属中等透水层。 粘粒含量约15%，天然密度为 ，饱和密度为 ，属中密状态，粘聚力为，内摩擦角 176。 ，孔内标准贯入击数为 4～ 45 击。 坝基下伏基岩为二迭系（ P1l）泥质粉砂岩、泥盆系（ D2q）白云质灰岩，厚度大于 7m，透水率 ～，属中等透水层。 据工程类比，强～弱风化岩体天然密度 2. 0 g/cm3，饱和密度 g/cm3，粘聚力 ，内摩擦角 176。 坝基 表部覆盖层渗透系数 k= 104～ 105cm/s，属弱 中等透水层；下伏全～强风化岩体的透水率 ～ 145Lu，属中 强透水层。 据地勘及土工试验结果表明，孔家湾水库未设粘土墙，同时从建坝时的设计及施工资料显示，当时坝基也未进行开挖截水槽和帷幕灌浆等任何形式的防渗处理，因此坝基将无可避免地存在严重渗漏问题。 （ 5） 坝肩工程地质条件及稳定性评价 A、右坝肩 右岸肩出露地层为坡积层 (QdL)：褐色、褐红色，湿，可塑状粉质粘土，下伏为古生界二迭系（ P1l）泥质粉砂岩、泥盆系（ D2q）白云质灰岩 ，为其全～强风化，岩体总体上为碎砾及碎块结构，岩石完整性差，右坝肩山体平缓单薄，边坡稳定性一般。 建坝时，右坝肩表部清挖不彻底， 且 未开挖结合槽和进行灌浆处理，由现场地勘 ZK3揭示：表部全～强风化岩体厚大于 ，透水率为 ～ ，属中～强透水层，故右坝肩存在绕坝渗漏及坝端结合部渗漏的隐患。 B、左坝肩 左坝肩出露地层表部为厚 0～ ：黄，褐色，褐红色含碎石粘土，稍湿 湿，稍 中密，具有分层性，可塑 硬塑状，以硬塑为主，含云南农业大学水利水电与建筑学院毕业设计 昭通市昭阳区孔家湾水库除险加固工程初步设计 砂岩砾石，砾径 2～ 30mm 含量 015﹪ ，二 迭系（ P1l）泥质粉砂岩、泥盆系（ D2q）白云质灰岩，现场地勘 ZK1揭示坡残积层全～强风化岩体厚大于 ，接触带渗透系数为 k= 104～ 105cm/s，属中等透水层，表明左坝肩存在层间错动和绕坝渗漏现象。 （ 6） 坝体工程地质条件及稳定性评价 筑坝土料为黄，褐色，褐红色含碎石粘土 为主， 稍湿 饱水，稍 中密，可塑 硬塑状，以硬塑为主。 据室内颗粒分析试验，砾粒组含量为 %～ %，砂粒组含量为 %～ %，粉粒含量 %～ %，粘粒含量 %～ %，胶 粒含量 %～ %，不均匀系数 Cu12，曲率系数 CC=～。 土料压实填筑干密度 ～ ，压实度 78～ %，小于规范值 98%的要求。 据钻孔内注水试验资料，其渗透系数为 104～ 106cm/s，属中等透水层。 内摩擦角 176。 ～ 176。 ，粘聚力 ～ 65kPa，级配不良，密实性差。 从土料的上述颗粒组成情况知，坝体填筑土料以粉粒、粘粒为主，颗粒级配差，这样的土料对含水量的变化较敏感：若土料在偏干状态下碾压，其粘聚力和颗粒间的内摩擦 力难以克服，碾压后的土体结构多为片状排列，在浸水时，土粒间的润滑作用增强，土粒相互间易于移动而出现较大的附加压缩变形；若土料在偏湿状态下碾压，碾压后的土体具有扰动的超固结粘性土的抗剪强度特性，其应力～应变关系多为应变软化型，其力学强度较低，填土易于形成“橡皮土”或“千层饼”结构。 而坝体施工时对填筑土的含水量采用人工挑水洒泼控制，均匀性较差，导致碾压后的坝体质量较差，力学指标偏低。 在该坝 1957~1958 年的填筑施工过程中，采。