重力坝稳定及应力计算书

5.1重力坝剖面设计及原则之巴公井开创作创作时间：二零二一年六月三十日5.1.1剖面尺寸简直定重力坝坝顶高程1152.00m,坝高H=40.00m.为了适应运用和施工的需要，坝顶必需要有一定的宽度.一般地，坝顶宽度取坝高的8%〜10%,且不小于2m.若有交通要求或有移动式启闭设施时，应根据实际需要确定.综合考虑以上因素，坝顶宽度810%考虑坝体利用部份水中增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡坡率n=0〜0.2,下游边坡坡率m=0〜0.8.故上游边坡坡率初步拟定为0.2,下游边坡坡率初步拟定为0.8.上游折坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄洪孔等建筑物的进口高程来定，一般折坡点在坝高的1/3〜2/3附近，故初拟上游折坡点高程为1138.20m.下游折坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算获得（最经常使用的是其基本剖面的极点位于校核洪水位处），故初拟下游折坡点高程为1148.50m.5.1.2剖面设计原则重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重发生的抗滑力维持抗滑稳定；同时依靠坝体自重发生压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求.非溢流坝剖面设计的基来源根基则是：①满足稳定和强度要求，保证年夜坝平安；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修.创作时间：二零二一年六月三十日遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足平安和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然后根据稳定和应力分析进行需要的修正.重复以上过程直至获得一个经济的剖面.5.2重力坝挡水坝段荷载计算5.2.1基来源根基理与荷载组合重力坝的荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力、动水压力、冰压力、地动荷载等.本次设计取单元长度的坝段进行计算.相关荷载组合见表4.5.表4.5荷载组合表组合情况相关工况自重静水压力扬压)}泥沙压力浪压力冰压)}地动荷载动水压力土压力基本组合正常水位■JVVV设计水位V4V冰冻VV•JV特殊组合校核水位VVVV地动情况VVVVVV5.2.2坝体自重计算5.1坝体自重计算公式坝体自重W(KN)的计算公式：w=yxV (4.5)

创作时间：二零二一年六月三十日式中：丫一坝体体积(m3),以单元长度的坝段为单元，通常把其断面分成若干个简单的几何图形分别计算；丫_坝体砌石的重度，一般取23kN/m3.C力矩作以下规定：以坝底中心为力矩，逆时针为正，顺时针为负.5.2按实体重力坝计算坝体自重及力矩图4.1实体重力坝自重计算图一区：M=WL=985.53x16.03=15798.05KN.相（逆时针）111二区：（逆时针）TOC\o"1-5"\h\zM=WL=7935x9.5=75382.50KN.m2 22三区：M=WL=311.89x3.1l=969.98KN.n? （逆时针）3 33四区：M=WL=2698.79x2.33=6288.1SKNjv（逆时针）4 44(顺时针(顺时针)M=WL=5834.84x6.72=39210.12KN.m5 55六区：M=WL=116.44x17.30=2014.41KN.W（逆时针）6 66七区：M=WL=1712.93x8.28=14183.06KN.m（逆时针）7 77八区：M=WL=1712.93x8.28=141S3.06KN.m （顺时针）88九区:M=WL=186.30x17.75=3306.83KN.in (顺时针)99表4.6实体坝计算汇总表分区自重(kN)力臂(m)力矩(kNm)顺时针逆时针一区二区7935三区四区五区六区七区八区九区Z5.2.3静水压力计算静水压力计算公式静水压力是作用在上、下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力P和垂直水压力W两种.静水压力依照3种工况进行计算，分别是设计工况、校核工况、正常使用工况.1、水平水压力P的计算公式：P=(l/2"H2 (4.6)W式中： h-计算点处的作用水头(m)；y_3.w2、垂直水压力W按水重计算创作时间：二零二一年六月三十日在设计工况下，上游坝前水位1149.76m由水位流量关系知,下游水位为1123.15m.图4.2设计工况静水压力计算图水平向：一区：M=5104.67x15.26=77897.26KN・M（顺时针）1五区：M=156.58x6.38=998.98KN・M（逆时针）TOC\o"1-5"\h\z5 ' ,垂直向：二区：M=尸xL=469.49x16.73=7854.57KN・M（逆时针）2 2 2三区：M=PxL=420.35x17.42=1322.50KN•M（逆时针）3 3 3四区：M=PxL=125.26x18.64=2334.85KN・M（顺时针）4 4 4表4.7 设计工况下静水压力汇总表分区水平力（kN）垂直力（kN）力臂(m))力矩(kN.rn)顺时针逆时针一区二区三区四区五区—在校核工况下，上游坝前水位1150.55m由水位流量关系知,下游水位为1123.95m.图4.2校核工况静水压力计算图水平向：M=5357.74xl5.52=83152.12KN・M（顺时针）1五区：TOC\o"1-5"\h\zM=204.06x6.65=1357.00KN•M（逆时针）5 ' '垂直向：二区：M=PxL=50L58xl6.73=8391.43KN・M（逆时针）2 2 2三区：M=PxL=420.35x17.42=7322.50KN・M（逆时针）3 3 3四区：M=PxL=163.25x18.43=3008.70^（顺时针）4 4 4表4.7 校核工况下静水压力汇总表分区水平力(kN)垂直力(kN)力臂（m））力矩（kN.m）顺时针逆时针一区二区三区四区五区—在正常使用工况下，上游坝前水位1148.00m由水位流量关系知，下游水位为1121.50m.图4.2正常工况静水压力计算图水平向：一区：M=4562.88x14.67=66931A5KN•M（顺时针）1五区：M=78.48x5.83=457.54KN・M（逆时针）TOC\o"1-5"\h\z5 ' ,垂直向：二区：M=PxL=398.01x16.73=6658.7\KN•M（逆时针）2 2 2三区：M=PxL=420.35x17.42=7322.50KN・M（逆时针）3 3 3四区：M=PxL=62.78x19.08=1195.96KN・M(顺时针)4 4 4表4.7 正常工况下静水压力汇总表分区水平力垂直力(kN)力臂(m)力矩（kNm）顺时针逆时针(kN))一区二区三区四区五区—5.2.4扬压力计算扬压力包括渗透压力和托浮力两部份.渗透压力是由上、下游水位差h发生的渗流在坝内或坝基面上形成的水压力；托浮力是由下游水面淹没计算截面而发生向上的水压力.扬压力分三种工况进行计算，分别是设计工况、校核工况，正常使用工况.图4.6扬压力分区示意图设计工况下，上游水深为32.26m,下游水深为5.65m.查得渗透压力强度系数取0.30,渗透压力分项系数为1.2,浮托力分项系数为L0,则设计值为0.3.W=917.37x8.28=7595.82KN（顺时针）W=720.45x11.95=8609.38KN（顺时针）W=398.74x3.68=1467.36KN（顺时针）W=840.56X13.48=11330.75^（顺时针）W=88.42X4.90=433.26ATN（顺时针）W=917.37X8.28=7595.82KN（逆时针）W=448.92X5.52=2478.04KN(逆时针)7表4.8设计工况下扬压力汇总表分区垂直力(kN)力臂(m))力矩（kN.m）顺时针逆时针一区二区三区四区五区六区七区X-校核工况下，上游水深为33.05m,下游水深为6.45m.查得渗透压力强度系数取0.30,渗透压力分项系数为1.2,浮托力分项系数为L0,则设计值为0.3.W=1047.12X8.28=8670.15KN（顺时针）1W=720.27X11.95=8607.23（顺时针）2W=398.66x3.68=1467.07KN（顺时针）3W=840.24X13.48=11326.44/C7V（顺时针）4W=88.38x4.90=433.06KN（顺时针）5W=1047.12x8.28=8670.15KN（逆时针）6W=448.84x5.52=2477.60KN（逆时针）7表4.8校核工况下扬压力汇总表分区垂直力(kN)力臂(m))力矩（kN.m）顺时针逆时针

一区二区三区四区五区六区七区Z-3.正常使用工况正常使用工况下，上游水深为30.50m,下游水深为4.00m.查得渗透压力强度系数取0.30,渗透压力分项系数为1.2,浮托力分项系数为1.0,则设计值为0.3.W=649.42x8.28=5377.20KN（顺时针）IW=717.51x11.95=8574.24KN（顺时针）W=397.12x3.68=1461.40^（顺时针）W=837.11X13.48=11284.24KN（顺时针）W=88.05x4.90=431.45KN（顺时针）W=649.42x8.28=5377.20KN（逆时针）W=447.10x5.52=2467.99KN（逆时针）表4.8正常工况下扬压力汇总表分区垂直力(kN)力臂(m))力矩（kN.m）顺时针逆时针一区二区三区四区五区六区七区-5.2.5淤沙压力水平淤沙压力公式1( 中］P=_yhitan45osk2sbI 2J(4.7) Y=7'-(1sbsd(4.8)式中：丫「淤沙浮容重；sbh一淤沙高度；s“s-淤沙内摩擦角♦本工程主要挡水建筑物设计基准期为50年，坝前淤积高程计算年限也取50年，根据预测年淤积量和库容曲线，坝前泥沙淤积高度取1132.85m,参考有关资料及本区情况，泥沙浮容重v3,内摩擦角6取15°S S泥沙淤积高度：h=1132.85-1117.50=15.35ms泥沙的浮谷重：y=9.0kNIm3sb水平泥沙压力：垂直泥沙压力：P=yV=9.0x1x15.35x3.07=212.06^Vsb 2其他荷载根据基本资料可知，土压力、冰压力等其他荷载在重力坝荷载中所占比例很小，可以忽略不计.5.2.6海浪压力海浪压力公式海浪压力及其力矩也分二种工况考虑，分别为设计工况、校核工况，其作用分项系数为1.2,力矩规定同前.由“”可知，H>L/2均成立，故海浪为深水波.深水海浪压力计算公式：P=巴。+h)(4.9)/ 4 1%z1.设计工况h=0.578>h=0.426

1% zh=0.309，h=0.2571% z5.3抗滑稳定计算本次设计采纳分项系数极限状态设计法进行抗滑稳定计算.根据基本资料尸=0.85，c,=0.7-自重的分项系数取为L0,静水压力的分项系数取为1.0,淤沙压力分项系数取为1.2,浪压力的分项系数取为1.2,扬压力(主排水孔之前)分项系数取为LL摩擦系数九R5.3.1承载能力极限状态设计式Y\\iS(F,a)<—/?(/,a) (4.10)0dkydkd式中：s(・)一一作用效应系数/?(.)抗力函数Y——结构重要性系数W——设计状况系数尸一一作用的设计值d丫——结构重要性系数0”——几何参数kf——资料性能的设计值d丫一一结构系数d1.作用效应函数S（・）=zP （4.11）/?（•）=/Xw+cA. （4.12）其中，Xp一坝基面水平作用力之和

广一坝基面抗剪断摩擦系数

C，一坝基面抗剪断凝聚力a设计洪水位情况：设计水位荷载计算汇总表作用重度（KN/m3）力（MN）水平垂直自重静水压力扬压力—淤沙压力浪压力合计故满足抗滑稳定验算b校核水位情况：创作时间：二零二一年六月三十日校核水位荷载计算汇总表作用重度（KNIm3）力（kN）水平垂直自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力合计故满足抗滑稳定验算C正常水位情况：正常水位荷载计算汇总表作用重度（KN/mi）力（AN）水平垂直自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力合计故满足抗消稳定验算故满足抗滑稳定分析综上所述，重力坝在基本组合和特殊组合情况下均满足承载能力极限状态下的抗滑稳定要求.创作时间：二零二一年六月三十日5.4挡水坝段应力分析5.4.1基本假定一、坝体为均质、连续、各向同性的弹性体资料.二、不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段自力工作，横缝不传力.三、假定坝体上水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道对坝体应力的影响.5.4.2考虑扬压力时的边缘应力的计算在一般情况下，坝体的最年夜和最小应力都呈现在坝面.正常水位荷载计算汇总表（计入扬压力）作用重度(kN/m3)力（kN）力矩(kN.m)水平垂直顺时针逆时针自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力合计2设计水位荷载计算汇总表（计入扬压力）作用'R 度(KN/irn)力（ZN）力矩(kNm)水平垂直顺时针逆时针自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力合计2校核水位荷载计算汇总表（计入扬压力）作用重度（KN/m3）力（AN）力矩(kN.m)水平垂直顺时针逆时针自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力Ml-2a、水平截面上的正应力上游边缘应力。和下游边缘应力。yu yd。（4.13）yuB B2,HwjLm （4.14）ydBB2式中：Zw——作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和KNZM——作用于计算截面以上的全部荷载对截面垂直水流流向的力矩总和KN•MB——计算截面的长度b、剪应力上游边缘剪应力T和下游截面剪应力Tu dT=^p-p-QX （4.14）uuuuyut=C+p-p\i （4.15）dydudd式中：p——上游面水压力强度KPau

p——下游面水压力强度KPadn一—上游坝坡坡率n=tan(|),取0.2.m——下游坝坡坡率相=tan巾，取0.8.dC水平正应力上有边缘的水平正应力。和下游正应力°xu xdo=P-p-tn

xuuuhu(4.16)o-p-p+tm

xddudd(4.17)d、主应力b=(+“2% —(/?-p)〃2\u yuuuu(4.18)oul+mzl—(p—p)m2\d yddud(4.19)(4.20)(4.20)(4.21)°=P_P2uuuu算设计洪水位与ZW=18389.9弘NEm=—28576.3=-433L8"N・ma、水平截面上的正应力TOC\o"1-5"\h\z上游边缘应力b和下游边缘应力。yu ydb、剪应力上游边缘剪应力t和下游截面剪应力tu dC、水平正应力上游边缘的水平正应力b和下游正应力bxu xdd、主应力校核洪水位时ZW=1820L26fcN =-33043.39^•mZu=-4590.63fcN・ma、水平截面上的正应力TOC\o"1-5"\h\z上游边缘应力°和下游边缘应力。yu ydb、剪应力上游边缘剪应力t和下游截面剪应力Tu d上有边缘的水平正应力°和下游正应力bXU xd表4.12应力计算结果（计入扬压力）（单元：Mpa）计算情况坝踵处坝趾处yuTUXUQluQluQydTdQxdo\da2d基本组合00.450.450.420.521.050.19特殊组合0.020.460.470.420.541.070.20创作时间：二零二一年六月三十日5.4.3不考虑扬压力时的边缘应力计算在一般情况下，坝体的最年夜和最小应力都呈现在坝面.正常水位荷载计算汇总表（未计入扬压力）作用重度(kN1m3)力（kN）力矩（kN』）水平垂直顺时针逆时针自重静水压力淤沙压力浪压力合计2设计水位荷载1才算汇总表（未计入扬压力）作用'R 度(KN/m3)力（kN）力矩(kN-m)水平垂直顺时针逆时针自重静水压力淤沙压力浪压力合计校核水位荷载计算汇总表（未计入扬压力）作用重度（KN/m3）力（&N）力矩(kN.m)水平垂直顺时针逆时针自重静水压力淤沙压力浪压力合计2a、水平截面上的止应力上游边缘应力。和下游边缘应力。yu ydG_%+忑” (4.13)ywBB2©_ElV6Em (4.14)ydBB2式中：zW——作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和KNZM——作用于计算截面以上的全部荷载对截面