水利水电工程专业英语

Lession11danms坝

ThefirstdamforwhichtherearereliablerecordswasbuiltontheNileRiversometimebefore4000B.C.itisusedtodiverttheNileandprovideasitefortheancientcityofMemphis.据可靠记载，世界上第一座坝是公元前402023以前在尼罗河上修建的。他使尼罗河改道，并为古老的孟菲斯城提供城址。

TheoldestdamstillinuseistheAlmanzaDaminSpain,whichwasconstructedinthesixteenthcentury.Withthepassageoftime,materialsandmethodsofconstructionhaveimproved,makingpossibletheerectionofsuchlargedamsastheNurekDamwhichisbeingconstructedintheFormerSovietUnionontheVakshRiverneartheborderofAfghanistan.Thisdamwillbe1017ft(333m)high,ofearthandrockfill.至今仍在使用的最古老的坝是16世纪修建的西班牙阿尔曼扎坝。随着岁月的流逝，各种建筑材料和施工方法得到了改善，修建列努克这样的大坝才成为也许。该坝正在前苏联境内靠近阿富汗边界的瓦赫什河上施工，是一座高达1017英尺（333米）的土石坝。

Thefailureofadammaycauseseriouslossoflifeandproperty;consequently,thedesignandmaintenanceofdamsarecommonlyundergovernmentsurveillance.IntheUnitedStatesover30,000damsareunderthecontrolofstateauthorities.The1972FederalDamSafetyAct(PL92-267)requiresperiodicinspectionsofdamsbyqualifiedexperts.ThefailureoftheTetonDaminIdahoinJune1976addedtotheconcernfordamsafetyintheUnitedStates.大坝失事也许导致生命财产的严重损失。因此，坝的设计和维修通常是在政府监督下进行的。美国有3万多座坝由各州政府控制着。1972年（美国）联邦大坝安全法（PL92-367）规定，必须由合格的专家对大坝进行定期检查。在1976年6月爱达荷州提堂大坝失事后，美国对大坝安全更为关切。

1typesofdams坝的类型

Damsareclassifiedonthebasisofthetypeandmaterialsofconstruction,asgravity,arch,buttress,andearth.Thefirstthreetypesareusuallyconstructedofconcrete.Agravitydamdependsonitsownweightforstabilityandisusuallystraightinplanalthoughsometimesslightlycurved.Archdamstransmitmostofthehorizontalthrustofthewaterbehindthemtotheabutmentsbyarchactionandhavethinnercrosssectionthancomparablegravitydams.Archdamscanbeusedonlyinnarrowcanyonswherethewallsarecapableofwithstandingthethrustproducedbythearchaction.Thesimplestofthemanytypesofthebuttressdamsistheslabtype,whichconsistsofslopingflatslabssupportedatintervalsbybuttress.Earthdamsareembankmentsofrockorearthwithprovisionforcontrollingseepagebymeansofanimpermeablecoreorupstreamblanket.Morethanonetypeofdammaybeincludedinasinglestructure.Curveddamsmaycombinebothgravityandarchactiontoachievestability.Longdamsoftenhaveaconcreteriversectioncontainingspillwayandsluicegatesandearthorrock-fillwingdamsfortheremainderoftheirlength.坝按其形式和建筑材料分为：重力坝、拱坝、支墩坝和土坝。前三种坝通常是用混凝土浇筑的。重力坝依靠自重维持稳定，通常在平面上呈直线状，但是有时也略带弧形。拱坝通过拱的作用把水的水平推力中的大部分传给地基，因此它的横截面比重力坝单薄些。拱坝只用于崖壁能承受拱作用所产生的推力的峡谷中。各种支墩坝中最简朴的是平板坝，它是由许多支墩间隔地支撑着倾斜的面板。土坝是一种由土或石料填筑而成并借助于不透水的心墙或上游铺盖防渗透的土堤。在一座大坝的结构中可包含不止一种坝型。弧形坝可以把重力作用和拱作用结合起来，以利坝的稳定。长坝经常有一个涉及溢洪道、泄水闸在内的混凝土坝段，其余坝段是用土或石填筑的副坝。

Theselectionofthebesttypeofdamforagivensiteisaprobleminbothengineeringfeasibilityandcost,Feasibilityisgovernedbytopography,geologyandclimate.Forexample,becauseconcretespallswhensubjectedtoalternatefreezingandthawing,archandbuttressdamswiththinconcretesectionsaresometimesavoidedinareassubjecttoextremecold.Therelativecostofthevarioustypesofdamsdependsmainlyontheavailabilityofconstructionmaterialsnearthesiteandtheaccessibilityoftransportationfacilities.Damsaresometimesbuiltinstageswiththesecondorlaterstagesconstructedadecadeorlongerafterthefirststage.对于既定的坝址选择最佳坝型是一个关系到工程可行性及其造价的问题。工程可行性受地形、地质及气候条件所支配。例如：由于混凝土遭受冻融作用的交替影响而引起剥落，因此在低温地区常避免采用断面单薄的混凝土拱坝或支墩坝。各类坝的造价重要取决于能否在工地附近取得建筑材料和各种运送工具能否进入。大坝有时分期建造，第二期或以后各期工程，往往在第一期以后需要2023或更长的时间。

Theheightofadamisdefinedasthedifferenceinelevationbetweentheroadway,orspillwaycrest,andthelowestpartoftheexcavatedfoundation.However,figuresquotedforheightsofdamsareoftendeterminedinotherways.Frequentlytheheightistakenasthenetheightabovetheoldriverbed.坝高定义为路面或溢洪道顶与基坑最低点之间的高程差。但是，引用的坝高值经常是用此外的一些方法拟定的，往往取原河床以上的净高度作为坝高。

2forcesondams作用在坝上的力

Adammustberelativelyimpervioustowaterandcapableofresistingtheforcesactingonit.Themostimportantoftheseforcesaregravity(weightofdam),hydrostaticpressure,uplift,icepressure,andearthquakeforces.Theseforcesaretransmittedtothefoundationandabutmentsofthedam,whichreactagainstthedamwithanequalandoppositeforces,thefoundationreaction.Theeffectofhydrostaticpressurecausedbysedimentdepositsinthereservoirandofdynamicforcescausedbywaterflowingoverthedammayrequireconsiderationinspecialcases.坝必须是相对不透水的，并能经受得住作用在这上面的各种力。这些作用力中最重要的是重力（坝体重量）、静水压力、扬压力、冰压力及地震力。这些力传给坝基和坝座，而坝基和坝座则对坝体产生一个大小相等方向相反的基础反力。某些特殊情况下还要考虑水库中沉积泥沙引起的静水压力的影响以及坝顶溢流所产生的动力作用。

Theweightofadamistheproductofitsvolumeandthespecificweightofthematerial.Thelineofactionofthisforcepassesthroughthecenterofmassofthecrosssection.Hydrostaticforcesmayactonboththeupstreamanddownstreamfacesofthedam.Thehorizontalcomponentofthehydrostaticforceistheforceonaverticalprojectionofthefaceofthedam,andforunitwidthofdamitisWhere:isthespecificweightofwater;isthedepthofwater.Thelineofactionofthisforceisabovethebaseofthedam.Theverticalcomponentofthehydrostaticforceisequaltotheweightofwaterverticallyabovethefaceofthedamandpassesthroughthecenterofgravityofthisvolumeofwater.坝的自重是其体积和材料比重的乘积。该力的作用线通过横剖面的形心。静水压力可同时作用在坝的上游面和下游面。静水压力的水平分力是作用在坝面垂直投影上的力，对于单位宽度坝体而言其值为；

式中：为水的比重；是水深；该力的作用线在坝基以上处。静水压力的竖直分力等于坝面正上方的水重，并通过该水体的重心。

Waterunderpressureinevitablyfindsitswaybetweenthedamanditsfoundationandcreatesupliftpressures.Themagnitudeoftheupliftforcedependsonthecharacterofthefoundationandtheconstructionmethods.Itisoftenassumedthattheupliftpressurevarieslinearlyfromfullhydrostaticpressureattheupstreamface(heal)tofulltail-waterpressureatthedownstreamface(toe).Forthisassumptiontheupliftforceis

Where;isthebasethicknessofthedam;andarethewaterdepthsattheheelandtoeofthedam,respectively.Theupliftforcewillactthroughthecenterofareaofthepressuretrapezoid(fig.11.1)

处在压力作用下的水必然要在坝和坝基之间流动，因而产生了扬压力。扬压力的大小取决于基础的特性和施工方法。经常假定扬压力从上游面（坝踵）处的所有静水压力直线变化到下游面（坝趾）处的所有尾水压力。根据这一假设，扬压力为

式中：是坝基的宽度；和分别是坝踵和坝趾处的水深。扬压力的作用线通过压力梯形的形心（图11.1）

Figure11.1free-bodydiagramofthecrosssectionofagravitydam

Actualmeasurementsondams(figure11.2)indicatethattheupliftforceismuchlessthanthatgivenbyeq.11.2.Variousassumptionshavebeenmaderegardingthedistributionofupliftpressures.TheU.S.BureauofReclamationsometimesassumesthattheupliftpressureongravitydamsvarieslinearlyfromtwo-thirdsoffullupliftattheheeltozeroatthetoe.Drainsareusuallyprovidedneartheheelofthedamtopermittheescapeofseepagewaterandrelieveuplift.一些坝的实测资料表白（图11.2）；扬压力比公式11.2所给出的值小得多。对扬压力的分布有各种不同的假设，美国垦务局认为重力坝的扬压力成直线变化，在坝踵处为所有扬压力的2/3，到坝趾处为零。坝踵附近通常设有排水装置，以便排除渗流水量，减小扬压力。

Figure.11.2maximumobservedupliftpressureundersomeexistinggravitydams(DatafromtheASCECommitteeonUpliftinMasonrydams-ASCEabbr.AmericanSocietyofCivilEngineers美国土木工程师协会)

Lesson12embankmentdams土石坝

1selectionofembankmenttype土石坝坝型的选择

Ingeneral,therearetwotypesofembankmentdams:earth（earthfilldam）androckfill（rockfilldam）.Theselectionisdependentupontheusablematerialsfromtherequiredexcavationandavailableborrow.Itshouldbenotedthatrockfillscanshadeintosoilfillsdependinguponthephysicalcharacteroftherockandthatnohardandfastsystemofclassificationcanbemade.Rockswhicharesoftandwilleasilybreakdownundertheactionofexcavationandplacementcanbeclassifiedwithearthfills.Rockswhicharehardandwillnotbreakdownsignificantlyaretreatedasrockfills.一般来说，土石坝有两种类型：土坝和堆石坝。坝型的选择取决于能从需要开挖的地点和可用的料场（料场stockground）（borrowarea取土面积;采料场）处取得合用材料的情况。应当指出的是（注意），根据岩石的物理特性，堆石可以逐渐变化为填土，因而不能对土石料作出严格而固定的分类。那些软弱的和在开挖填筑时容易破碎的岩石可被归入填土类。而坚硬和不会大量破碎的的岩石，则列为堆石类。

Theselectionandthedesignofanearthembankmentarebaseduponthejudgementandexperienceofthedesignerandistoalargeextentofanempiricalnature.Thevariousmethodsofstabilityandseepageanalysisareusedmainlytoconfirmtheengineer’sjudgement.一座土坝的选定和设计都有赖于设计人员的判断和经验，并且在很大限度上是属于经验性的。各种稳定和渗透分析方法，重要是作为证实工程师的判断而使用的。

2freeboard超高

Allearthdamsmusthavesufficientextraheightknownasfreeboardtopreventovertoppingbythepool.Thefreeboardmustbeofsuchheightthatwaveaction,windsetup,andearthquakeeffectswillnotresultinovertoppingofthedam.Inadditiontofreeboard,anallowancemustbemadeforsettlementoftheembankmentandthefoundationwhichwilloccuruponcompletionoftheembankment.所有的土坝都必须有一个足够的额外高度，称为超高，以防止水库漫顶。超高的高度必须足以在波浪作用、风浪壅高和地震影响下，不会导致坝的漫顶。除了超高外，对于坝建成时发生的坝体和地基沉陷，还必须在高度上留有余地。

3topwidth坝顶宽度

Thewidthoftheearthdamtopisgenerallycontrolledbytherequiredwidthoffillforeaseofconstructionusingconventionalequipment.Ingeneral,thetopwidthshouldnotbelessthan30ft.ifadangerexistsofanovertoppingwavecausedeitherbymassivelandslidesinthepoolorbyseismicblocktipping,thenextratopwidthoferosionresistivefillwillberequired.土坝的坝顶宽度一般用常规设备便于施工的填筑宽度来控制。通常，坝顶宽度应不小于30英尺。假如存在着大规模塌方进入水库，或者有因地震使岩块倒落而引起波浪漫顶的危险，则需要采用抗冲刷的材料填筑更宽的坝顶高度。

4alignment定线

Thealignmentofanearthfilldamshouldbesuchastominimizeconstructioncostsbutsuchalignmentshouldnotbesuchastoencourageslidingorcrackingoftheembankment.Normallytheshorteststraightlineacrossthevalleywillbesatisfactory,butlocaltopographicandfoundationconditionsmaydictateotherwise.Damslocatedinnarrowvalleysoftenaregivenanalignmentwhichisarchedupstreamsothatdeflectionsoftheembankmentunderpoolloadwillputtheembankmentincompressionthusminimizingtransversecracking.土坝的坝轴线选定应尽量使建设费用降到最少，但是也不能因此引起坝体发生滑动或开裂。一般来说，一条横跨河谷的最短的直线，也许满足规定。但是，本地的地形和地基条件也许规定采用此外的方案。对于峡谷的坝，常采用向上游拱出的坝轴线，以便在坝体受库水压力作用而发生变形时，能使坝体压紧，从而尽量减少其横向开裂。

5Abutments两岸坝座

Threeproblemsaregenerallyassociatedwiththeabutmentsofearthdams:①seepage,②instability,and③transversecrackingoftheembankment.Iftheabutmentconsistsofdepositsofpervioussoilsitmaybenecessarytoconstructanupstreamimperviousblanketanddownstreamdrainagemeasurestominimizeandcontrolabutmentseepage.一般有三个问题与土坝坝座有关：①渗透；②不稳定；③坝体的横向开裂。假如坝座是由透水的沉积土构成，就也许需要建造一道上游不透水的铺盖和下游排水设施，可尽量减少和控制坝座内的渗透。

Wheresteepabutmentsexist,especiallywithsuddenchangesofslopesorwithsteepbluff,thereexistsadangeroftransversecrackingoftheembankmentfills.Thiscanbetreatedbyexcavationoftheabutmenttoreducetheslope,especiallyintheimperviousandtransitionzones.Thetransitionzones,especiallytheupstream,shouldbeconstructedoffillswhichhavelittleornocohesionandawell-distributedgradationofsoilswhichwillpromoteself-healingshouldtransversecrackingoccur.在坝座岸坡很陡的地方，特别在边坡突变或有陡壁处，那里的坝体填土会产生横向裂缝的危险。这个问题可以用开挖坝座放缓边坡来解决，这样的解决在不透水区和过渡区特别需要。过渡区，特别是在上游侧的过渡区，必须用粘着力很小或无粘着力且颗粒级配良好的土料来填筑，这种土料如发生横向裂缝时能自行愈合。

6stageconstruction分期施工

Itisoftenpossible,andinsomecasesnecessary,toconstructthedamembankmentinstages.Factorsdictatingsuchaprocedureare:①awidevalleypermittingtheconstructionofthediversionoroutletworksandpartoftheembankmentatthesametime;②aweakfoundationrequiringthattheembankmentnotbebuilttoorapidlytopreventoverstressingthefoundationsoils;③awetborrowareawhichrequiresaslowconstructiontopermitanincreaseinshearstrengththroughconsolidationofthefill.Insomecasesitmaybenecessarytoprovideadditionaldrainageofthefoundationorfillbymeansofsanddrainwellsorbymeansofhorizontalperviousdrainageblanket.土坝的分期施工往往是也许的，并且在一些情况下是必须的。规定这样施工程序的因素是：①河谷宽阔，可以允许导流或泄水工程与一部分坝体同时施工；②地基软弱，规定坝体不要过快填筑，以防止地基中产生过大的应力；③料场潮湿，规定放慢施工，以使土料能通过固结作用来增长抗剪强度。在某些情况下，可以需要增设基础排水设施或填筑排水沙井，或采用水平透水的排水铺盖。

7Embankmentsoils坝体的土料

Mostsoilsaresuitableforuseforembankmentconstruction,however,therearephysicalandchemicallimitations,soilswhichcontainexcessivesaltsorothersolublematerialsshouldnotbeused.Substantialorganiccontentshouldnotexistinthesoils.Lignitesufficientlyscatteredthroughthefilltopreventthedangerofspontaneouscombustion,isnotobjectionable.Fatclayswithhighliquidlimitsmayprovedifficulttoworkandshouldbeavoided.大多数土料适合于坝体填筑，然而，在物理和化学性质上也有一定的局限，具有过多盐和可溶性物质的土料，不可以使用。在土壤里不应存在大量的有机质成分。褐煤若能通过填筑而充足分散，无自然之虞，就不妨碍使用。而具有高度流限的肥粘土，多半难以施工，必须避免使用。

8Compactionrequirements压实的规定

Thestrengthoftheimperviousandsemi-impervioussoilsdependsuponthecompacteddensities.Thesedependinturnuponthewatercontentandweightofthecompactingequipment.Thedesignoftheembankmentisthusinfluencedbythewatercontentoftheborrowsoilsandbythepracticablealternationstothewatercontenteitherpriortoplacementofthefillorafterplacementbutpriortorolling.Ifthenaturalwatercontentistoohigh,thenitmaybereducedinborrowareabydrainage,orbyharrowing.Ifthesoilistoodryitshouldbemoistenedintheborrowareaeitherbysprinklingorbypondingandthenpermittedtostabilizethemoisturecontentbeforeuse.Therangeofplacementwatercontentisgenerallybetween2percentdryto2or3percentwetofthestandardProteroptimumwatercontent.Pervioussoilsshouldbecompactedtoatleast80percentofrelativedensity.不透水和半透水的土料的强度取决于压实的密度。压实密度又取决于土料的含水量和压实设备的重量。因此，料场土料的含水量和在填筑前或堆筑后而未碾压前的填土实际含水量的变化，都会影响坝体的填筑。假如天然含水量太高，可以在料场用排水或将土料耙松的办法来减低。假如土料太干燥，则需在料场用洒水和泡水的办法把土料润湿，然后再让土料在使用以前保持稳定的含水量。填筑时的含水量范围一般介于比标准普氏最优含水量低2%到高2%～3%之间。透水性土料至少压实到相对密度的80%。

Ifnecessary,testfillsshouldbeconstructedwithvariationsinplacementwatercontent,liftthickness,numberofrollerpassesandtypeofrollers.Forcasesofsteepabutment,thefillmustbeplacedinthinliftsandcompactedbymechanicalhandtampers.Alloverhangsshouldeitherberemovedorfilledwithleanconcretepriortofillplacement.假如需要，应当变换填筑层的含水量、铺层厚度、碾压遍数和碾压机的型式等，进行填筑实验。对于坡度很陡的坝座部位，必须用薄层填筑，并用手扶打夯机夯实。所有外悬突出部位，均应在填土堆筑以前挖除或用贫混凝土填平。

9typesofinstruments观测仪器的类型

Thetypeofinstrumentationdependsuponthesizeandcomplexityoftheproject.Thedevicesincommonuseare:①piezometers;②surfacemovementmonuments;③settlementgages;④inclinometers;⑤internalmovementandstrainindicators;⑥pressurecells;⑦seismicaccelerationmeter；⑧movementindicatorsatconduitjointsandotherconcretestructures观测仪器的类型取决于工程的规模和复杂性。通用的装置是：①测压计；②表面位移标志；③沉陷量测仪（计）；④测斜仪；⑤内部位移和应变指示仪；⑥压力盒（压力传感器或压应力计）；⑦地震加速度仪；⑧在管道接头和其他混凝土结构上的位移标志。

Lesson13concretegravitydamonrockfoundations岩基上的混凝土重力坝

Thedesignerofanydammustmakebasicassumptionsregardingsiteconditionsandtheireffectsontheproposedstructure.设计人员在设计任何坝时，都必须对有关坝址的情况及其对结构物的影响做出一些基本假定。

Siteinvestigationsprovidetheengineerwithmuchoftheinformationtoevaluatetheseassumptions,thebasesforsafedamdesign.坝址的查勘为工程师拟定这些假定提供了许多资料。这些假定是安全设计的基础。

Someimportantassumptionsforsmalldamdesigninvolveupliftpressure,seepagecontrolmeasures,channeldegradationanddownstreamtoeerosion,foundationconditions,andqualityofconstruction.有关小坝设计的一些重要假定涉及：扬压力，渗流控制措施，河槽冲刷深度以及下游坝趾的冲蚀，坝基条件和施工质量。

Additionalassumptionsshouldinvolvesiltloads,icepressures,earthquakeaccelerations,andwaveforces.其它一些附加假定应涉及泥沙荷载、冰压力、地震加速度和波浪力。

1safetyfactors安全系数

Safetyfactorsshouldbeconsideredinthelightofeconomicconditions.Largesafetyfactorsresultinamorecostlystructure;however,lowsafetyfactorsmayresultinfailure,whichcouldalsoleadtohighcost.安全系数应根据经济情况来考虑。安全系数大，导致结构费用昂贵；而安全系数小则也许引起失事，也会导致很大的经济损失。

Propersafetyfactorsresultonlyfromanadequatedeterminationofsliding,overturning,andoverstressingforceswithinandactingonthedam.只有在适本地拟定坝内和作用在坝体上的滑动、倾覆以及应力超限的作用力之后，才干得到合适的安全系数。

2overturning倾覆

Ordinarily,thesafetyfactoragainstoverturningisbetween2and3.一般来说（通常），抗倾覆安全系数在2～3之间。

Insmalldamsitisoftenlarger.较小的坝通常取较大的值

Ifthecomputedsafetyfactorfallsbelow2,thesectionofthedamshouldbemodifiedtoincreasethesafetymargin.假如算出的安全系数小于2（在2以下），应修改坝的断面以提高安全度。

Agravitydamrarelyfailsfromoverturningsinceanytendencytooverturnprovidesgreateropportunityforaslidingforcetocreatethefailure.重力坝很少因倾覆而破坏。由于任何一种倾覆的趋势，都更也许引起滑动而导致破坏。

Thesafetyfactoragainstoverturningistherationoftherightingmomenttotheoverturningmomentaboutthetoeofthedam.Thiscanbeexpressedas

Which：isforceduetoweightofconcrete;isforceduetoweightorwateroninclinedsurfaces;isforceofwateractingtodisplacedamdownstream;isupliftforce;islengthofmomentarmforrespectiveforces.

抗倾覆安全系数是绕坝址的复位力矩（扶正力矩restoringcouple）和倾覆力矩的比值，可以用公式表达为：

式中：为混凝土的重量；为斜面上的水重；为水对坝体向下游的推力；为扬压力；为各力的力臂。

Also,iftheupliftpressureattheupstreamfaceexceedstheverticalstressatanyhorizontalsectionwithoutuplift,theupliftforcesgreatlyincreasethetendencyforoverturningaboutthedownstreamtoeatthatassumedhorizontalplane.此外，假如上游面的扬压力超过任一水平断面上不计扬压力算得的垂直应力，则扬压力将使绕坝所假定的水平断面下游点倾覆趋势大大增长。

Thedammaystillbeconsideredsafeifthetensionstressesdevelopedarelessthantheallowablestressesintheconcreteandinthefoundationmaterial.Thisassumptionisbasedongoodworkmanshipanddevelopmentofatensilestrengthwithinthestructureonallhorizontalplanes.在这种情况下，假如引起的拉应力小于混凝土内和地基材料的允许应力，则该坝仍可认为是安全的。这个假定是基于施工工艺良好和结构内所有平面上都具有抗拉强度做出的。

3sliding滑动

Threeapproachesareusedbyengineersinevaluatingthesafetyofadamfrombeingdisplaceddownstream.工程师们衡量向下游移动的安全性有三种方法。

Eachhasmeritandgenerallyinvolvesthesamerelationshipofforces.每一种都有优点，并且所考虑作用力之间的关系大体上都相同。

Althoughthecomputedvaluesaresafe,theyareconsiderablydifferent.尽管这几种方法算得的结果都安全，但他们又很大的差别。

Thethreeapproachesare:①asafeslidingfactor;②asafetyfactor;③ashear­frictionsafetyfactor.这三种方法是：①滑动安全系数；②安全系数；③剪摩安全系数。

Cleardistinctionmustbemadeamongthesethreeapproaches.必须将这三种方法区别清楚。

Theprimarypurposeofeachistoobtainasafecoefficientthatwhenexceededwouldputthedaminjeopardyofbeingpusheddownstream.每种方法的基本目的都是规定得一个安全系数，当越出此安全系数范围时，坝就有向下游滑动的危险。

Theslidingfactorofagravitydamwithahorizontalbaseequalsthetangentoftheanglebetweentheperpendiculartothebaseandtheresultantfoundationreaction.Theslidingfactorforsmalldamsiscomputedbytakingtheratioofthesummationofhorizontalforces,tothesummationofverticalforces,includingtheuplift,or

Ifcomputedinthismannerisequaltoorlessthanthestaticfrictioncoefficient,thedamisconsideredsafe.Aunitwidthof1ft.isassumedforthesecalculations.Safevaluesfortheslidingfactorcoefficientaregivenintable13.1forvariousfoundationmaterials.

重力坝具有水平地基面时，其滑动系数等于基面垂线和地基反力合力之间夹角的正切。在小坝上，滑动系数的计算可以取水平力总和和垂直力总和（涉及扬压力），或

假如这种方法求得的值等于或小于静摩擦系数，则认为坝是安全的。计算中假定取单位宽度为1英尺。各种地基材料的滑动系数安全值列表于13.1中。

Thefactorofsafety,,againstslidingisdefinedastheratioofthecoefficientofstaticfriction,tothetangentoftheanglebetweenaperpendiculartothebaseandthedirectfoundationreaction,expressedas

抗滑安全系数的定义是静摩擦系数和地基面垂线与地基反力夹角的正切之间的比值，即

Thisapproachalsoassumesshearforcesasaddedsafetymeasure.这个方法也假定剪力为附加安全度。

Thesafetyfactoragainstslidingisusuallybetween1and1.5forgravitydamsonrockutilizingaconservativecross-section.Theinclusionofupliftandseismicforcesinthecalculationsmayreducethesafetyfactortoaboutunity.对于岩基上断面偏保守的重力坝，抗滑安全系数一般在1～1.5之间。计算中记入扬压力和地震力后，安全系数可减少到接近1。

Thesevaluesareforsafetyagainstslidingonahorizontalplane;ifthefoundationslopesdownstream,thesafetyfactorsagainstslidingontheplaneofthebasearecorrespondinglyreduced.这些数值都是指水平面上的抗滑安全系数。假如地基倾向下游，则基面上的抗滑安全系数会相应减少。

Designersoftenuseconcreteplacedintocutoffsorrockfoundationstodecreasetheslidingtendencyofthedam.设计人员经常采用在槽或基岩中浇筑混凝土的办法来减少坝滑动的趋势。

Anotherapproach,favoredbymanyengineers,includestheevaluationofshearintothesafetyfactor.Theshear-frictionrelationshipis:

另一个许多工程师乐于采用的方法，是在安全系数中涉及剪力的计算。剪摩关系式：

Which:isbaselengthatplaneofshearbeingstudied;isallowableworkingshearstressofmaterialormaterialsatplaneofshear.

式中：为所考虑的剪切面上的底宽；为剪切面上的一种或几种材料的允许工作剪力。

Safetyfactorscomputedinthismannershouldapproachvaluesusedinnormalstructuralcomputations.这种方法算得的安全系数应当接近正常结构计算中使用的数值。

Staticfrictionvaluesoftenassumedforconcretemovingrockorconcreteonconcretesurfacesvariesfrom0.65to0.75.对于混凝土和岩石或混凝土之间的滑动，静摩擦系数常假定为0.65～0.75。

Theworkingshearstressofconcreteisrelatedtothecompressivestrengthofconcrete.混凝土的工作剪切力和混凝土的抗压强度有关。

Theunitshearingstrengthofconcreteisaboutone-fifthofthecompressionbreakingstressfromstandardcylinders.混凝土的单位剪切强度约为标准圆柱体压缩破坏应力的1/5。

Thisindicatesstrengthof400to800psiforconcreteindams.Italsoprovidesasafetyfactorof4iftheunitworkingstressesusedincomputationsare100to200psi.Greaterworkingstressesarenotrecommendedunlesstheconcreteforthesmallerdamsisactuallypretested.对坝体混凝土来说，即为400～800磅/英寸2。假如计算中取工作应力为100～200磅/英寸2，则安全系数尚有4。除非小坝的混凝土的确事先做过实验，否则不宜采用更大的工作应力。

4internalconcretestresses混凝土的内部应力

Theunitstressesintheconcreteandfoundationmaterialsmustbekeptwithinprescribedmaximumvaluestoavoidfailures.混凝土和地基材料内的单位应力必须限定在规定的最大值之内，以免引起失事。

Smalldamsnormallydevelopstresseswithintheconcretethatarelessthantheactualstrengththatmaydevelopiftheproperconcretemixisused.假如采用适当的混凝土配合比，则小坝混凝土内引起的应力都小于实有的强度。

Aconcretemixthatensuresdurabilitywillnormallyhavesufficientstrengthtoprovideanadequatesafetyfactoragainstoverstressing.一种能保证耐久性的混凝土配合比，通常都具有充足的强度，用以对于抵抗应力超限提供足够的强度。

Overstressingthefoundationmaterialmustalsobeinvestigated.Insmalldamsthisispertinentinjointedrockandsoftfoundationssuchasgravelandsand.地基材料的应力超限问题也必须加以研究。这对于在有结理的岩石和地基（例如砂和砾石）上的小坝是的确需要的。

Thedesignershouldcheckthelocalcodesforallowablebearingpressuresandconferwithqualifiedengineerstoevaluatethefoundationmaterial.Table13.2providessuggestedallowablebearingvaluesforinitialstudiesandguidesindesigningsmallconcretedams.设计人员应核对本地有关允许承载压力的规范，并且和有水平的工程师商议来鉴定地基材料。表13.2中列有设计混凝土小坝时，供初步研究和参考用的允许承载力。

Lesson14Archdams拱坝

Ideallysuitedtonarrowcanyonscomposedofrock,thearchdamprovidesaneconomicalandefficientstructuretocontrolthestreamflow.拱坝最适合于修建在岩石峡谷中，它是一种控制河道中水流经济而有效的建筑物。

Theload-carryingcapacityofanarchdamenablesthedesignertoconservematerialandstillmaintainanextremelysafestructure.一座拱坝的承载能力足以使设计人员用较少的材料而仍能建成极为安全的结构。

1Theory理论

Thegeneraltheoryofarchdamdesigniscomparativelynewandchangingrapidlyasmoreinformationisobtained.拱坝的一般设计理论比较新奇，同时在获得更多的资料之后，理论的变化也很迅速。

Engineershavecautiouslyappliedmathematicaltheory,thelawofmechanics,andtheoriesofelasticitytoreducethethicknessofarchdamsandgainsubstantialeconomies.工程师们曾慎重的应用数学理论、力学定律和弹性理论，以减小拱坝的厚度，并取得了很大的经济效果。

Historically,themethodofanalysisofarchdamsgrewfromthecylindertheorytoindependentarches,crowncantileveranalysis,andthenmultiplecantileveranalysis.从历史发展来看，拱坝分析方法从圆筒理论开始，发展到多个独立拱圈分析、拱冠悬臂梁分析，以及多悬臂梁分析。

Thecrowncantileverandarchactiontheoryhasprovedsatisfactoryforarchdamanalysis.拱冠悬臂梁和拱作用的理论已被证明能满足拱坝分析用。

Inthisanalysisthehorizontalwaterloadisdividedbetweenthearchringsandverticalcantilevers.Thecalculateddeflectionsinthearchandcantileveratconjugatejointsinthedamareadjustedbychangingthedam’sshape.Thisprovidesnearlyequalelasticdeflections.在这一分析方法中，水平水荷载在拱环和垂直悬臂梁之间分派，坝内拱和悬臂梁在交会点上的挠度可以通过改变坝的形状来调整，以使两者的弹性挠度近乎相等。

Stressescalculatedwhenthedeflectionsareinsatisfactoryagreementisconsideredastruestressesinthedam.Theshapeorformofthedamchangestheloaddistribution.Modificationoftheshapeisbytrialanderror.Consequently,theprocedureiscalledthetrial-loadmethodofanalysis.当两个挠度近乎相等时，所算得的应力即作为坝内的实际应力。坝的形状或形式会改变荷载的分布。由于坝的形状通过试算法修改拟定，所以这个方法就称作试荷载分析法。

Anotherprocedurebeingstudiedinvolvestheapplicationoftheshelltheorytoarchdamanalysis.Mostofthesimultaneousequationsforanalysisofadamcanbequicklyestablishedexceptthosedealingwithirregularboundaryconditions.Thesolutionofthesimultaneousequationsisaccomplishedbyanelectroniccomputer.正在研究的另一种方法是采用壳体理论来做拱坝分析。除了那些不规则的边界条件外，拱坝分析的大多数联立方程式都可以不久的列出，联立方程式的求解可以用电子计算机来完毕。

Theinfluenceoftemperaturechangemaybesmallinflexiblearchesbutisimportantinflat,thickarches.Further,bothtemperatureandshrinkageeffectsmayvarythroughoutthethicknessofthearch.温度变化对柔性拱影响也许不大，但在厚而平坦的拱上却很重要。再则温度和收缩效应还也许在拱的整个厚度上是变化的。

Effortstominimizetemperaturestressesarelogicallyaimedatconstructionanddesigntechniques.Thedesignerselectsthearchformwithconsiderationoftemperaturechangetominimizeinternaltensionstresses.这就很合乎逻辑地要在设计和施工技术中设法使温度应力剪至最小。设计人员在选择拱形式时，要考虑温度变化，以使内部拉应力剪至最小。

Overturningandslidingareseldomafactorinthedesignofarchdams.Thedesigner’sprincipalinterestisinshear,compressive,andtensilestresses.Detailedanalysesandcomputerprogramsareavailable.TheCorpsofengineers,BureauofReclamation,andseveralconsultingfirmshavecomputerprograms.拱坝设计中很少考虑倾覆和滑动问题。设计人员重要关心的是剪切、压缩和拉伸应力。现在已有具体的分析方法和计算机程序。工程师团、垦务局和几家征询公司都备有这种程序。

2basicguides基本导则

Previousdesignexperienceswitharchwillassistthedesigner.Inthepreliminaryselectionofanarchdam,skillisneededtoarrangetheseveralstructuresandrelatedfacilitiestogaineconomyandnotjeopardizethebasicsafetyofthedam.设计人员可以借助于以往的拱坝设计经验来进行设计。在初步选择拱坝时，需要一定的技巧来布置一些结构物及其附属设施，以取得经济效果，同时不危及坝的基本安全。

Thearchdamiseconomicalinnarrowcanyonswherethetopchordlengthisabouttwotothreetimestheheightofthedam.Widervalleysrequireincreasingthicknessofarchestomaintainsuitablestresses.Archdamshavecompetedeconomicallyandstructurallywithotherdamsforlength-to-heightratioswellabove5.对于坝顶弦长为坝高的2～3倍的峡谷，拱坝是经济的。河谷较宽则需要增长拱的厚度，以保持适当的应力。即使宽高比远远超过5，拱坝在经济上和结构上仍能胜过其他型式的坝。

Thetoparchringthicknessusuallydependsondurability,necessityforaroadway,oricepressure.Ageneralguideistomaintainthearchthicknessatanylevel,equaltoorgreaterthanabout0.02R,whereRisthecenterlineradiusforthearch.Aminimumthicknessvalueisnecessarytoguardagainstbuckling.坝顶拱圈的厚度通常取决于耐久、交通规定或者冰压力。一般规定在任何高程处的拱厚度要等于或大于0.02R，其中R为拱的中心线半径。为了防