蓄水枢纽的水工建筑物课件

1、水工建筑物 绪 论 第一章 重力坝 第二章 拱坝 第三章 土石坝第二节 重力坝的荷载及荷载组合 一、重力坝的荷载自重（包括坝体及坝上永久性设备）静止水压力（上、下游坝面，水平、竖直方向）动水压力（对溢流坝段）扬压力淤沙压力浪压力冰压力地震荷载其他荷载重力坝上作用力示意图 （1）自重a. 坝体自重按坝体结构尺寸和材料容重计算： 自重=gV 式中 ：g坝体材料重度=rg；混凝土： g =23.023.5 kN/m3浆砌石： g = 21.523.5 kN/m3b. 永久性设备自重： 闸门、固定启闭机等， 车辆、活动启门机不计入。（2） 静水压力 作用于单位坝长上游坝面静水压力的水平分力： 作用于单

2、位坝长上游坝面静水压力的铅直分力： n为坡度系数=tanj（3） 动水压力 动水压力是指水流流经建筑物表面时，由于流速方向和大小发生改变而对建筑物产生的作用力，垂直于建筑物表面，多发生于溢流坝面。挑流鼻坎反弧段：忽略微分体自重和侧面水压力，仅计离心力。单宽流量 式中：g水的重度，KN/m3； v 反弧段的平均流速,m/s 。微分体质量 m=g/ghds微分体离心力水平分力 铅直分力 （4）扬压力重力坝挡水后，在水位差作用下，上游水将通过坝体的孔隙和坝基裂隙向下游渗透，渗透水对坝体和坝基产生渗透水压力（水力学中称为“渗透动水压力）渗透水压力的特点： 同一点上各向压强相等各向同性 垂直于作用面方向

3、 其铅直分力称为扬压力（4）扬压力4.1 坝底扬压力包括两部分 下游水深引起的浮托力 由上下游水头差引起的渗透压力 渗透水压力的实际分布比较复杂：基岩节理、 裂隙分布规律，难于理论计算。 通常由经验假定：若坝底面未做任何防渗排水处 理，则沿坝底面直线分布，即在坝底面沿程渗流 水头损失相等。4.2 减小扬压力措施 防渗帷幕：为了减少坝底扬压力坝基渗流量， 在坝底靠上游侧的基岩内钻孔，用高压水泥浆灌 入孔内，渗入充填岩石节理、裂隙形成的不透水 幕墙。 排水：为进一步减小扬压力，在防渗帷幕后的基 岩钻孔，排除部分透过帷幕的水流。无防渗排水措施时 坝底扬压力分布 有防渗排水时坝底扬压力分布扬压力折减系

4、数参照SL3192005混凝土重力坝设计规范中的建议取值。河床坝段 ：a=0.20.3 岸坡坝段 ：a=0.30.4 a1=0.20 a2=0.50坝基有帷幕和主排水孔幕、2排副排水孔幕，并采取抽排，帷幕后坝基较大范围的渗透压力得到更大释放 4.3 坝体扬压力 渗流不仅发生在坝基，也出现在坝体，只是坝 体材料渗透性相对比较小，水流在坝体内运动 的速度慢些而已，只要有足够的时间，水流同 样从坝体上游坝面经过坝体流到下游坝面。（5）泥沙压力挟带泥沙的水流入库后，泥沙逐渐在坝前淤 积，对坝上游面产生泥沙压力。按水库的使用年限和平均年入库泥沙量估算淤积总量 ，再由库容曲线查得淤积高程，按土力学公式计算

5、。（5）泥沙压力hn为坝前泥沙淤积厚度；gn为淤沙的浮容重，通过试验或工程类比得到； 淤沙的内摩擦角，根据坝前淤沙的粒径范围和 淤积年限，参考类似工程的实测资料确定。 成因: 空气流动（风），带动水体，形成波浪， 波浪对坝面产生的压力。（6）浪压力 波浪的三要素: 波高, 波长, 波浪中心线距 静水面距离（6）浪压力由于水的阻力比空气阻力大，因而波峰比较尖锐，波谷比较平坦，这样导致波浪中心线高出静水面 波峰波浪在静水位以上部分；波谷波浪在静水位以下部分；波高波峰顶与波谷底之间的高差；波长两相邻波峰顶或波谷底之间的距离；波浪中心线平分波高的水平线（为什么波浪中心线高于静水面？）。6.1 波浪要素

6、计算对于平原、滨海地区水库，采用莆田（福建地名）试验站公式计算波高和波长对于丘陵、平原地区水库，采用鹤地水库公式计算对于内陆狭长水库，采用官厅水库（位于河北）公式计算公式及其适用条件（考试内容）6.1 波浪要素计算官厅水库（位于河北）公式累计频率为p的波高，如h5% 20-250累计频率波高与平均波高比值可查教材表1-1得到如h5%/hm=1.95 可得hmHm水域平均水深=(H设计/校核水位坝底高程)2/3 6.1 波浪要素计算v0为计算风速，m/s 当浪压力参与基本荷载组合时，采用重现期为50年（频率为2%）的年最大风速； 当浪压力参与特殊荷载组合时，采用多年平均最大风速。 D为风区长度（

7、有效吹程），m 当坝前水域较宽，并且主风向大致迎大坝正面吹来 时，吹程 为计算点至对岸的直线距离。 波浪中心线高出静水位的高度 静水深(m)6.2 浪压力浪压力波浪对建筑物迎水面的冲击力；它沿水深逐渐减弱。根据水深按三种波态计算plf深水波浅水波破碎波6.2 浪压力 深水波 （HcrH且HLm/2）坝前有足够水深，波浪不会破碎，静水面Lm/2下的波浪压强可以不计6.2 浪压力浪压力波浪对建筑物迎水面的冲击力；它沿水深逐渐减弱。根据水深按三种波态计算plf深水波浅水波破碎波6.2 浪压力波浪破碎临界水深Hcr6.2 浪压力(b) 浅水波 （HcrH但HLm/2）上游坝踵处的波浪压强不能忽略剩余浪

8、压力强度 plf静冰压力动冰压力（7） 冰压力（a）静冰压力 原因：寒冷地区，水库表面将结冰，当气温升 高时，冰层膨胀，对建筑物产生的压力。 大小：冰层厚度开始升温时的气温温升率。 规范建议静冰压力按表1-3取值。（7） 冰压力（b）动冰压力 当冰破碎后，受风和水流的作用而漂流， 冰块撞击在坝面或闸墩上时将产生动冰压力。 DL50771997水工建筑物荷载设计规范 SL21198 水工建筑物抗冻设计规范（8） 地震荷载 在地震区建坝，应考地震荷载的影响。地震荷载包括: 地震惯性力地震动水压力 地震动土压力注：地震对扬压力、泥沙压力的影响一般不予考虑 描述地震大小强弱的标准：震级地震烈度震级：根

9、据地震发生时，地球内部释放的能量大小 划分的，6级以上产生破坏。地震烈度：根据对该地区的破坏程度划分的， 最高烈度为12度。地震荷载的大小与建筑物所在地区的烈度有关基本烈度某地区今后一定时期内（约100年） 可能遭遇到的最大地震烈度。设计烈度抗震设计中实际采用的地震烈度 基本烈度（一般） 1度（抗震设防类别为甲类）水工建筑物抗震设计规范规定：对地震烈度6度以下地区（NO）。一般只考虑危害最大的水平方向地震作用； 对设计烈度为8、9度的I、II级挡水建筑物， 水平、竖直方向的地震惯性力（YES）， 竖向动水压力（NO）。地震荷载计算方法: 拟静力法动力法 对于地震设防为甲类的工程，采用动力法 对

10、于抗震设防为乙、丙类的设计烈度低于8度 且坝高不超过70m的重力坝可采用拟静力法。 8.1 地震惯性力（考试内容） 重力坝沿轴线方向的刚度很大，这个方向的地震惯性 力将传至两岸，仅计顺河流方向的水平地震惯性力。 满库时按地震波向上游，地震惯性力向下游 空库时按地震波向上游，地震惯性力向上游 地震惯性力的大小 SL20397 水工建筑物抗震设计规范8.2 地震动水压力地震时，坝前坝后的水随之震动，形成作用在坝面 上的激荡力。拟静力法计算重力坝地震作用的公式见（116）（9）其他荷载 作用于重力坝其他荷载包括风荷载、雪荷载等， 由于对重力坝的影响比较小，一般情况下可以 不考虑。二、荷载组合 除自重荷载之外，荷载总是变化的，而且这些荷 载存在的概率也是变化的，设计时应考虑这些荷 载同时出现的可能性 。定义：在规定的计算情况下，同时作用在结构上的 荷载的集合（a）基本荷载 长期作用（如自重等）、或在建筑物工作期间经 常出现的荷载（b）特殊荷载 偶然作用（如校核水位时的静水压力、浪压力等） 或特别罕见（如地震）的荷载；（a）基本荷载组合基本荷载组合是由经常出现的荷载组成的荷载集合，用于建筑物的正常设计情况。由于出现的概率较大，