挡水坝的应力和稳定性分析，选择根据实际地质情况选择单一安全系数法中抗剪断公式计算。
作用荷载：坝体自重；相应于各种工况下的水位的静水压力； 相应于各种工况下的水位的扬压力； 淤沙压力；
相应于各种工况下的水位的浪压力。（计算简图如下见计算书） 2）计算参数
由于该挡水坝为4级，故按照规范规定其结构安全级别为Ⅲ级，其对应的各参数指标具体见下表8： 表8
项目 名称 参数指标 坝体自重 砼重度：24KN/? 静水压力 水容重：9.8KN/? 作用荷载 波浪压力 吹程D=3km， 设计风速v=25m/s 淤沙压力 浮重度7KN/?； 内摩擦角：20° 混凝土抗压强度 标准值13.4Mpa 基岩抗压强度 42Mpa 性能 建基面摩擦系数 砂岩/混凝土摩擦系数f’=1.0 建基面凝聚力 c’=0.5Mpa 设计洪水位m 上游：130.44；下游：93.9 工况 校核洪水位m 上游：131.16；下游94 施工竣工 上下游均无水 折减系数=0.2； 其他资料 设排水管和帷幕 排水管距坝踵d=6m
3）计算结果：
浪压力力臂公式： y1?L?1?
3??2??h1%?hz???
抗剪断公式： K'?f'(?W?U)?c'As
?P
??(?W?U)6?MB?B2
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边缘处应力公式：
计算沿坝轴线取单位长度1m计算，坝基面面积A=34.8m2 计算结果各种工况下均满足稳定性和强度要求。 具体计算成果和过程见下计算书。
第四章 溢流坝段的设计
一．拟定堰面曲线
初步拟定时，选择WES剖面，由于WES剖面是曲线方程表示，便于控制，且堰剖面较瘦，可以节省工程量。
WES溢流堰断面设计包括上游直线段，堰顶曲线段、下游曲线段、下游直线段以及反弧段5个部分组成。
设计要求：⑴有较高的流量系数，泄流能力大；
⑵水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏； ⑶体形简单、造价低，便于施工。 消能方式选择：通过水力条件水头为中高水头，地形地质条件下游平坦和经济，结构简单，施工方便等比较，选择挑流消能最合适。 1）上游直线段
在该设计中，由于挡水坝已经确定，故为了不使挡水坝产生侧向水压力，则溢流坝的上游直线段设计与挡水坝保持一致。 2）WES上游剖面堰顶曲线坐标点计算
堰顶Z堰顶=Z正=126.5，Hd=4.52m。以堰顶O1点为坐标原点（0，0），曲线采用三段复合圆弧相接。这样做可使堰顶曲线与堰上游面平滑连接，改善了堰面压强分布，减小了负压。
三段复合圆弧（见图3）的半径R： R1=0.5Hd=0.5*4.52=2.26m R2=0.2Hd=0.2*4.52=0.904m R3=0.04Hd=0.04*4.65=0.181m 三段复合圆弧水平坐标值X： 0.175Hd=0.175*4.52=0.791m
0.276Hd=0.276*4.52=1.248m
0.282Hd=0.282*4.52=1.275m
根据坝顶处第一段圆弧半径和x值可以依次定出各段圆弧。
3）溢流坝顶部下游面曲线段（见图4）
a该剖面堰顶O1点下游的I曲线
由公式：(y/Hd)=k(x/Hd)n，k及指数n决定于堰上游面的坡度，而前面已经定出上游面为直立面，则取k=2.0，n=1.85，代入上述公式得：
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曲线方程——x1.85=2.0Hd0.85y； Hd为设计定型水头，4.52m。
表9 WES—I曲线的坐标点计算表 X（m） 0 1 2 3 4 5 6
Y（m） 0 0.14 0.5 1.06 1.80 2.72 3.82 根据上表数据可绘出I曲线段。 b切点A的坐标
由于溢流坝与挡水坝衔接部分有导墙连接，从工程实用和经济等方面综合考虑，初步拟定下游直线段的坡度与挡水坝相同取m2=0.8。衔接点A点为切点故可对OA曲线段方程求导确定A点坐标： y'=1.85*x0.85/2.0Hd0.85=1/m2
则x0.85=2.0Hd0.85/(1.85*m2)=2.0*4.520.85/(1.85*0.8)=4.87m
求得：xA=6.44m，yA=4.35m，即A(6.44，4.35)。 综上即可具体定出下游面第一条曲线OA。 4）反弧段设计（见图4）
溢流坝面反弧段是使溢流面下泄水流平顺转向的工程措施，通常采用圆弧曲线，反弧半径应结合下游消能设施来确定。根据DL5108—1999《混凝土重力坝设计规范》规定：对于挑流消能确定：
a、坎顶高程：坎顶高程在满足挑距要求：高于下游最高水位1~2m，最高水位为校核洪水下泄流量Q校对应的下游水位Z校（查表2）。Q校=588m3/s，Z坎＞Z校=94m，初定Z坎=95m。
b、挑角：θ∈（20°，25°）,取23°。 c、反弧半径：R=(4~10)h校。h校：校核洪水位闸门全开时反弧段最低点处的水深，收缩断面水深，为方便计算，计算时采用坎顶处水深h1代替。 根据水力学公式计算反弧半径R：
h1=q校/v校。
q校：单宽流量，28m3/s·m；
v校：流速，m/s。
上游水位至挑砍高程： S1=132.15-95=37.15m
流能比： KE=q校/(gS11.5)=28/(9.8*37.151.5)=0.0395
0.5KE∈（0.04 , 0.15），故满足长江公式：??31?0.055/KE
0.5坝面流速系数： ??31?0.055/KE?31?0.055/0.03950.5=0.8976 鼻砍断面流速： V校??2g?S1?h1cos?? 反弧段最低点处的水深：h校= h1=q校/v校 试算得： h校=1.173m
选择反弧半径R： R=(4~10)h校=4.692~11.73m
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因为反弧段流速愈大，反弧半径R越大，V校??2g?S1?h1cos??=23.87m/s＞16m/s，所以取R=9m。 5）下游直线段（见图4）
由③知，下游直线段与坝顶曲线相切，切点A(6.44，4.35)，坡度与非溢流坝段的下游坡相同m2=0.8。
因为下游直线段与反弧段相切，且坡率为0.8，由此计算出∠BO2C=tan-1(1/0.8)=51.3°
O2F=Rcos∠BO2C=9*cos51.3=5.63m O2H=Rcosθ=9*cos23=8.28m HD=O2Htanθ=3.51m
则O2所在高程为HO2=95+8.28=103.28m yO2=126.50-103.28=22.72m yB=yO2+O2F=22.72+5.63=28.35m AE=yB-yA=28.35-4.35=24m BE=AE*m2=24*0.8=19.2m
则xB=xA+BE=6.44+19.2=25.64m xO2=xB+BF=25.64+9sin51.3=32.66m
各点坐标：B(25.64,28.35)，O2(32.66,22.72)， C(32.66，31.72),D(36.17,31)。
由以上步骤最终可根据：上游直线段，堰顶曲线段、下游曲线段、下游直线段和反弧段确定出溢流坝剖面：
图4
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二．泄流能力校核
?q由公式：H????m2g??可得，H设=4.77m，H校=5.65m。 ???23而确定坝高时的H=133.78-126.5=7.28m ，故满足泄流能力要求。
三．消能防冲设计
由溢流坝断面设计部分得知：鼻坎高程为95m，反弧半径R=9m，挑角θ=23°。 计算挑距和下游冲刷坑深度
①挑距的计算
水舌挑射距离是按水舌外缘计算，其估算公式为
L?12[v1sin?cos??v1cos?v12sin2??2g(h'?h2)] gL:为水舌挑距，m；
g为重力加速度，9.8m/s2；
v1为坎顶水面流速，m/s约为鼻坎处平均流速的1.1倍； θ:挑射角度，本设计为23°；
h’:坎顶平均水深h1在铅直向的投影，h’=h1cosθ，约等于h1； h2:坎顶至河床面的高差，m。 v1=v校=23.87m/s h1=h=1.173m h2=95-86=9m
L=1/9.8{23.87sin20cos20+23.87cos20*[23.87sin20+2*9.81(1.173+9)]}=58.85m
2
2
2
1/2
②下游冲刷坑深度的计算
关于冲刷坑深度，目前还没有比较精确的公式，可按下式进行估算：
ts=t k-ht t k=KSq0.5Z0.25
t k：水垫厚度，自水面至冲刷坑的距离，m； ht:冲刷坑后的下游水深;
q：单宽流量，m3/(s·m)； Z：上、下游水位差，m；
KS：冲坑系数，对坚硬完整的基岩，取0.9~1.2，
坚硬但完整性较差的基岩，取1.2~1.5， 软弱破碎、裂隙发育的基岩，取1.2~2.0。
q=28m3/(s·m)
H=132.15-94.00=38.15m
KS=1.2,ht=94-86=8m
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