重力坝断面设计与分析--第十二组

1、水工建筑学项目式作业说明书任务一混凝土重力坝断面设计与分析指导教师：樊新建组 别：第十二组组 长：刘雪文成 员：王鹏 陈峻 陶川 滕强 冯蕾 王向可 郭执光 能源与动力工程学院水利水电工程系2017年9月目录1.项目任务32. 任务分配43.混凝土重力坝断面设计方案43.1设计基础参数计算43.1.1 坝顶上游防浪墙高程计算：43.1.2按校核洪水位计算设计基础参数53.1.3按设计洪水位计算设计基础参数63.2重力坝断面设计相关参数的选取63.2.1重力坝断面尺寸假定63.2.2计算内容流程83.2.3重力坝的应力分析（材料力学法）83.3设计方案介绍93.3.1方案一93.3.2重力坝的应

2、力分析（材料力学法）113.3.2方案二123.3.2重力坝的应力分析（材料力学法）143.3.2方案二163.3.2重力坝的应力分析（材料力学法）174.方案对比分析195.收获与感想196.讨论过程记录207. 参考文献201.项目任务某水利枢纽位于高山峡谷地区，地震设计烈度6度，可不计地震的影响，枢纽断面建基面的高程为±0.0m。大坝以防洪发电为主，装机容量为89×104kW，防护对象重要程度为中等。水库泥沙的浮容重为，泥沙淤积高程为26.0m；50年重现期最大风速为18m/s，多年平均值为16m/s，吹程6.0km。特征水位如下表1。设计重力坝挡水建筑物剖面。特征水

3、位上游下游正常蓄水位112.523.0设计洪水位111.226.5校核洪水位116.528.1表1 枢纽断面特征水位2. 任务分配在本次重力坝断面设计中，我们将八人小组细分为三个分小组，以便于后续三组数据的分别计算及工作的展开，王鹏，滕强，王向可 为一分组，陈峻，陶川，郭执光为二分组；为三分组。一分组负责方案一，二分组负责方案二，刘雪文，冯蕾三分组负责方案三，同时王向可同学负责讨论过程记录，陶川同学负责ppt制作，陈俊同学负责电子文档制作。3.混凝土重力坝断面设计方案3.1设计基础参数计算3.1.1 坝顶上游防浪墙高程计算：防浪墙顶高程=设计洪水位+防浪墙顶高程=校核洪水位+式中：累计频率为1

4、%时的波浪高度；：波浪中心线高于净水位的高度； ：安全加高。防浪墙顶高程取两者中的较大值式中：计算风速，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，用50年重现期的最大风速，校核洪水位时用多年平均值； D：风作用水域,的长度（吹程），取6.0Km； ：波高；：波长； ：雍高。3.1.2按校核洪水位计算设计基础参数由已知条件 推算则：3.1.3按设计洪水位计算设计基础参数由已知条件： 推算则：综上： 坝顶上游防浪墙顶高程为 3.2重力坝断面设计相关参数的选取 根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n=00.2，下游坝坡坡率m=0.60.8，底宽约为坝高的0.70.9倍，根据交通和运营管理的要求，取坝顶宽为1

5、1.8米，防浪墙高度取为1.4米。3.2.1重力坝断面尺寸假定 方案一（图1） 方案二（图2） 方案三（图3）3.2.2计算内容流程（1）重力坝的荷载计算主要考虑坝体自重、静水压力、扬压力、波浪压力、泥沙压力。（2） 重力坝的抗滑稳定分析由抗剪强度公式：式中：W为接触面以上的总铅直力；U为作用在接触面上的扬压力P为接触面上的总水平力；f为接触面间的摩擦系数由抗剪断强度公式： 式中：c'为凝聚力；A为坝体混凝土与基岩的接触面面积；f'为抗剪断摩擦系数3.2.3重力坝的应力分析（材料力学法）（1）边缘应力的计算 主要计算水平截面上的正应力、剪应力、水平正应力、主应力。水平截面上的正

6、应力式中： W为作用于计算截面上的全部荷载的铅直分力总和，kN；M为作用于计算截面上的全部荷载对截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN·m；B为计算截面的长度，m。剪应力式中：为上游面水压力强度，kPa；n为上游坡坡率；为下游面水压力强度，kPa；m为下游坡坡率。水平正应力主应力坝面水压力强度也是主应力（2） 考虑扬压力时的应力计算 求解边缘应力 在各种荷载组合下，坝踵铅直应力不应出现拉应力，坝趾铅直应力允许有小于0.1Mpa的拉应力。3.3设计方案介绍3.3.1方案一 图4（1）重力坝的荷载计算坝体自重（）静水压力扬压力 泥沙压力 波浪压力L=10.4m；H=112.5m；H>

7、;L/2，深水波； 波浪压力作用点位于波浪线中心。（2）重力坝的抗滑稳定分析I类基岩，f=0.650.75,f'=1.101.30,U=1.101.30MPa；现取f=0.7，f'=1.2，c'=1.2抗剪强度公式：抗剪断强度公式：3.3.2重力坝的应力分析（材料力学法）水平截面上的正应力剪应力水平正应力主应力坝面水压力强度也是主应力（2）考虑扬压力时的应力计算 求解边缘应力 3.3.2方案二 图5（1）重力坝的荷载计算坝体自重（）静水压力扬压力 泥沙压力 波浪压力L=11.39m；H=84m；H>L/2，深水波； 波浪压力作用点位于波浪线中心。（2）重力坝的抗滑

8、稳定分析I类基岩，f=0.650.75,f'=1.101.30,U=1.101.30MPa；现取f=0.7，f'=1.2，c'=1.2抗剪强度公式：W=W+W1+W2=164200kN/mP=P1-P2+Ps+Pl=60000 kN/m抗剪断强度公式：3.3.2重力坝的应力分析（材料力学法）水平截面上的正应力剪应力水平正应力主应力坝面水压力强度也是主应力（2）考虑扬压力时的应力计算 求解边缘应力 3.3.2方案三 图6（1）重力坝的荷载计算坝体自重（）静水压力扬压力 泥沙压力 波浪压力L=11.39m；H=84m；H>L/2，深水波； 波浪压力作用点位于波浪线中心

9、。（2）重力坝的抗滑稳定分析I类基岩，f=0.650.75,f'=1.101.30,U=1.101.30MPa；现取f=0.7，f'=1.2，c'=1.2抗剪强度公式：W=W+W1+W2=132000kN/mU=42000kN/mP=P1-P2+Ps+Pl=60000 kN/m抗剪断强度公式：3.3.2重力坝的应力分析（材料力学法）水平截面上的正应力剪应力水平正应力主应力坝面水压力强度也是主应力（2）考虑扬压力时的应力计算 求解边缘应力 4.方案对比分析 (kPa) (kPa)方案一1.154.001968方案二1.14.31403.482644.96方案三1.13.9

10、249.63963.4方案一较方案二更加稳定，较方案三更为经济，综合考虑，选取方案一 5.收获与感想6.讨论过程记录第一次小组讨论：本次小组讨论，主要安排了小组成员的分工事宜，将八人小组在此细分为三个分小组，以便于后续三组数据的分别计算，王鹏，滕强，王向可 为一分组，陈峻，陶川，郭执光为二分组；为三分组。一分组负责方案一，二分组负责方案二，刘雪文，冯蕾三分组负责方案三。同时本次会议对作业题目进行了讨论，确定了基本的计算思路。  第二次小组讨论：本次小组讨论，主要将各分组的部分计算数据进行对比以及交流，以便检验数据的合理性以及计算的准确性，方便后续计算。同时也确定了其他任务-如ppt的制作任务，报告人的人选等事宜。第三次小组讨论：本次小组讨论，重点是对计算完毕的数据进行最终整合，遴选出一组作为最终的设计方案，并再次检查了数据的计算结果，同时也讨论了该最终方案的创新点的可行性。最后每个人都将该组方案留存，回去了解全组最终方案的详细内容。ppt的最后制作时间也同时确定。 7. 参考文献1林继镛.水工建筑物M北京：中国水利水电出版社，2009. 2中华人民共和国水利部.混凝土重力坝设计规范 SL 319-20053中华人民共和国水利部.碾压式土石坝设计规范 SL