岩基上的重力坝

1、岩基上的重力坝1.1概述 重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。 1一.重力坝的工作原理及其特点1.工作原理a.利用自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定b.利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉应力2.重力坝的特点a.断面尺寸大，抵抗渗漏,漫顶破坏的能力强，在各种坝型中失事率最低b.对地形地质条件适应性强c.渗流问题容易解决d.施工导流容易解决e.体积大便于机械化施工f.结构作用明确2g.由于体积大，材料强度不能充分利用h.底部扬压力大，对稳定不利i.由于体积大，水化热不易散发，温控要求高3二.重力坝的

2、坝型按作用分 非溢流重力坝 溢流重力坝按建筑材料分 混凝土重力坝 碾压混凝土重力坝 浆砌石重力坝按内部结构分 实体重力坝 宽缝重力坝 空腹重力坝45三.重力坝设计的主要内容1.剖面设计2.稳定分析3.应力分析4.构造设计5.地基处理6.溢流坝和泄水孔设计7.监测设计61.2重力坝的荷载及其组合一.作用（荷载）永久作用不随时间变化的作用，如自重，土压 力等。可变作用随时间变化的作用，如水压力 扬压 力 温度 孔隙水压力等。偶然作用偶然发生的作用，如地震 校核水位下 的水压力等。 71.自重坝体自重是重力坝的主要荷载之一。 坝上永久设备的重量。沿坝基面滑动，仅计算坝体重量；沿深层滑动，需计入滑体内

3、岩体重；用有限单元法计算时，应计入地基初始应力的影响 82.静水压力A.上游面垂直B.上游面倾斜挡水坝段 溢流坝段C.水的容重清水 浑水 （按实际情况考虑）93.扬压力（含坝基和坝体内扬压力）坝基扬压力包括两部分下游水深引起的浮托力 由水头差引起的渗透压力规范规定：河床坝段：岸坡坝段： 104.动水压力 溢流坝泄水时，溢流面上有动水压力，其中坝顶曲线段和下游直线段的动水压力较小可忽略不计。在反弧段需根据水流动力方程求解动水压力。115.冰压力冰压力包括静冰压力和动冰压力。冰压力对高坝可以忽略，因为一方面水库开阔，冰易凸起破碎。另一方面在总荷载中所占比例较小。对低坝，闸较为重要，它占总荷载比重大

4、。某些部位如闸门进水口处不宜承受大冰压力的部位，可采取充气措施等。126.泥沙压力计算淤积高程：坝前淤积逐年增高，可根据河流的挟沙量进行估算，估算年限一般为50100年。指标：淤积的泥沙逐年固结，容重和内摩擦角也在逐年变化，很难算准，设计时可根据经验取定。像黄河这样的多沙河流应由试验定出。计算公式 137.浪压力波浪高度波长波浪中心线距净水面的距离14风浪压力计算 影响波浪的因素很多，目前大都采用半经验公式来确定波长，波高，我国混凝土重力坝设计规范推荐官厅水库公式。深水波压力计算公式：浅水波压力计算公式：若坝的迎水面倾斜，波浪的反射作用将减弱当 时 与铅直面情况相似当 时 按斜坡上的波浪长度考

5、虑158.地震荷载地震荷载包括地震惯性力 地震动水压力（激荡力） 地震动土压力（地震对扬压力，泥沙压力的影响一般不考虑）计算方法：动力法 一般用拟静力法计算 F=ma a为坝址处的地震加速度地震烈度：（表示地震时在一定地点的地面震动 的强烈程度，分012度）16二.作用（荷载）组合 作用在坝上的荷载，按其性质分为基本和偶然两种组合。基本荷载：坝体及设备自重正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力对应于的扬压力泥沙压力相应的浪压力171.3重力坝的稳定分析 重力坝主要是依靠自重维持稳定，其可能出现的破坏形式：浮起 倾倒 滑动抗滑稳定是重力坝设计中的一个重要内容18一.计算假定1.河床坝段作为平面问题处

6、理，岸坡坝段按空间问题处理；2.略去横缝作用，以单宽计算；3.假定为一根固结与基础上的变截面悬臂梁。二.稳定分析沿坝基面的抗滑稳定分析假定坝体与坝基的连接有三种物理模式“触接” “粘接” “咬接”19201.简单接触摩擦公式认为坝底光滑，坝基光滑，坝直接放置在岩基上 “触接”故抗滑稳定计算公式：2.抗剪断公式： 假定坝体与坝基之间涂有一层砂浆“粘接”，计算时考虑粘结力的作用。故抗剪断公式为：21抗滑稳定安全系数k的最小值 安全系数 荷载组合 坝的级别 1 2 3 基本组合 1.10 1.05 1.05 特殊组合 1.05 1.00 1.00 特殊组合 1.00 1.00 1.00 抗滑稳定安全

7、系数 的最小值 k荷载组合基本组合特殊组合特殊组合K3.02.52.522f抗剪摩擦系数。混凝土与岩基间的摩擦系数值常在0.50.8之间；对于新鲜水位裂隙不发育的坚固岩石一般为0.70.75；微风化，弱裂隙的较坚硬岩石一般为0.60.7；弱风化，弱裂隙的中等坚硬岩石一般为0.550.6.f抗剪断摩擦系数。其取值见书本表2-7 作用于坝体上的全部荷载在垂直方向的分值u 作用在滑动面上的扬压力。C坝体混凝土与坝基接触面单位面积上的抗剪凝聚力。A坝基接触面面积。231.4重力坝的应力分析和强度校核一.应力分析的目的和方法1.目的了解坝体内的应力分布情况，检验大坝在施工期和运行期是否满足强度要求；为布

8、置坝身材料提供依据；为特殊部位的配筋提供依据，如孔口，廊道等部位的配筋；为改进结构形式和科学研究提供依据。242.分析方法 模型试验法 理论计算法模型试验法 光测方法 如：偏振光弹性试验 偏光全息试验 脆性材料电测法理论计算法 A.材料力学法（重力法） 这是一种历史悠久，应用最广最简便的方法，它不考虑地基变形的影响，假定： 呈直线分布， 呈三次抛物线分布， 呈二次抛物线分布。25B.弹性理论解析法 该法的力学模型和数学解法均很严密，但前只有少数边界条件简单的典型结构才有解答。C.弹性理论差分法 该法力学模型严密，在数学解法上采用差分格式，是一种近似的方法。D.弹性理论的有限单元法 与差分法相反

9、，该法力学模型是近似的，数学解法时精确的，网格可采用三角形单元，四边形单元或两者的组合。26二.材料力学法1.基本假定坝体混凝土为均质，连续，各向同性的弹性体将坝体简化为固结在地基上的变截面悬臂梁。2.边缘应力计算水平截面上的垂直正应力剪应力水平正应力主应力 273.内部应力计算 的计算 的计算 的计算 坝内主应力计算284.强度指标坝基面 运用其 计入与不计入扬压力 计入扬压力 施工期 下游坝基（坝址）处允许有不大于 的拉应力，坝址处允许 拉应力取试块5*5*5岩石极限抗压 强度的（1/251/5)，强度高者分 母取大值，强度低者分母取小值29坝体 运用期 计入扬压力 不计入扬压力 施工期

10、下游面可以有 不大于 的主拉应力 地震 允许拉应力可提高30% 拉应力的安全系数不小于0.2301.5重力坝的剖面设计一.设计原则1.满足稳定和强度要求；2.尽可能节省工程量，使剖面尺寸最小；3.外部形状简单，便于施工；4.运行管理方便。二.基本剖面定义：基本剖面是指坝体在自重，库水压力和扬压 力三个主要荷载作用下，满足稳定和应力要求并 使其剖面最小的三角形剖面。3132三.剖面形态有三种常用形态，如下图所示：33四.实用剖面1.坝顶高程计算公式 防浪墙至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m； 累积频率为1%的波浪高度，m； 波浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m； 安全超高（查P13表23

11、）34 因设计与校核情况计算 和 用的计算风速不同，查出的安全超高 也不同，故坝顶超高 的计算结果不同，坝顶高程不同，因此坝顶高程应分别按正常蓄水情况和校核洪水情况计算，选择其中较大者。即2.坝顶宽度 坝顶宽度需满足设备布置，运行，交通及施工要求，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的8%10%，且不小于2m。351.6重力坝的材料及构造一.重力坝的材料重力坝的材料主要是混凝土，山区也有用石块砌。二.坝体混凝土分区 因坝体各部位受力条件不同，为节约和合理使用水泥而为之。分区：上下游水位以上坝体表层混凝土 上下游水位变化区的坝体表层混泥土 上下游最低水位以下坝体表层混泥土 靠近地基的混泥土 坝体内部混

12、泥土 抗冲刷部位混泥土36三.坝体构造1.坝体分缝横缝及止水：垂直于坝轴线，缝距一般为1520m，缝宽一般为0.010.02；永久横缝缝面常为平面，缝内不设键槽，不灌浆但要设置止水。临时横缝在缝面设置键槽，埋设灌浆系统，施工后灌浆连成整体。纵缝：平行于坝轴线，是临时缝。纵缝的布置形式有三种：垂直纵缝，斜缝和错缝。间距一般为1530m，纵缝不宜过多。水平施工缝：坝体上下层浇筑块之间的接合面称水平施工缝。一般浇筑块厚度为1.54.0m，靠近岩基面用0.751.0m的薄层浇筑，利于散热，防止裂开。372.坝体防渗 在混泥土重力坝体上游面和下游面最高水位以下部分，多采用一层具有防渗，抗冻，抗侵蚀的混泥

13、土作为坝体防渗层，防渗层厚度一般为1/101/20水头，且不下于2m。3.坝体排水 为减少渗水对坝体和坝基的有害影响，降低坝体和坝基的渗透压力，在靠近上游面处设置排水管。排水管间距为23m，距上游坝面约为水头1/151/25,管径为0.150.20m。排水管施工时必须防止水泥浆漏入，防止堵塞。384.坝内廊道系统基础廊道：距上游面应有0.050.1倍 作用水头，且不小于45m；距基岩面不小于1.5倍廊道宽度，一般取5m以上。廊道断面为城门洞形，宽度为2.53m，高度34m，以满足灌浆作业要求。坝体检查和排水廊道：在靠近坝体上游面沿高度每隔1530m设置检查，排水廊道。距上游面距离应不小于0.0

14、50.07倍水头，且不小于3m，廊道最小宽度为1.2m，最小高度为2.2m。39四.施工期温度应力及防裂措施 开始浇筑混凝土的温度为入仓温度，水泥硬化，产生水化热，使温度增高，热量不断散失，温度呈下降趋势，这段时间为冷却期。这段时间较长。冷却达到稳定温度。进随外界气温而变化，成为稳定期。防止温度裂缝措施加强温度控制；提高混凝土的抗裂强度；保证混凝土的施工质量和采用合理的分缝，分块等。401.7重力坝的地基处理 地基处理包括两方面的工作：一是防渗，二是提高基岩强度。处理措施有：开挖和清理：将覆盖层和风华破碎的岩石挖掉，包括清除松动石块，打掉突出的尖角。固结灌浆：其目的是为了提高基岩的整体性和弹性模量，减少基岩受力后的变形，提高基岩的抗压抗剪强度，降低坝体的渗透性，减少渗流量。灌浆孔深度一般为58m，灌浆孔的间距34m，排列形式为梅花形或井字形。帷幕灌浆：为了降低坝基渗透压力，减少渗流量。深度：相对隔水层浅时，打至隔水层内35m；相对隔水层深时，打至（0.30.7）倍坝高。41坝基排水：因帷幕不能完全截断渗流，为进一步 降低坝底的渗透压力，需设置坝基排水