重力坝知识点

11重力坝一、重力坝的工作原理及特点1、重力坝在水压力及其它荷载作用下必需满足：A、稳定要求：主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足。B、强度要求：依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所产生的拉应力来满足。2、重力坝的类型：按作用可以分：溢流重力坝，非溢流重力坝。按筑坝材料的不同分为：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。二，重力坝的荷载组合根本组合1：正常蓄水位状况，作用包括：①②③④⑤根本组合2：防洪高水位状况，作用包括：①②③④⑤⑦3：冰冻状况，作用包括：①②③④⑥偶然组合1：校核洪水位状况，作用包括：①④⑧⑨⑩⑾2：地震状况，作用包括：①②③④⑤⑿重力坝按极限状态设计时一般要考虑四种承载力量极限状态：①坝趾抗压强度极限状态②坝体与坝基面的抗滑稳定极限状态③坝体混凝土层面的抗滑稳定极限状态④基岩有薄弱层时坝体连同局部坝基的深层抗滑稳定极限状态。三 重力坝的抗滑稳定分析沿坝基面的抗滑稳定分析重力坝失稳破坏的机理：首先坝踵处基岩和胶结面消灭微裂松弛区，随后在坝址处基岩和胶结面消灭局部区域的剪切屈服，进而屈服范围渐渐增大并向上游延长，最终形成滑动通道，导致大坝的整体失稳。〔一〕抗剪强度公式：当接触面呈水寻常，其抗滑稳定安全系数K f(WU)/PS S当接触面倾向上游时，其抗滑稳定安全系数f(WcosUPsin)KS PcosWsin〔二〕抗剪断公式：f(WU)cAKS P深层抗滑稳定分析单斜面深层稳定计算：如图将脆弱面以上的坝体和地基视为刚体，按下式计算：f(WcosUPsin)KS PcosWsin双斜面深层抗滑稳定计算：提高抗滑稳定性的工程措施：利用水重承受有利的开挖轮廓线：①使坝基面倾向上游。②当岩基比较结实时向上游的斜面3)设置齿墙抽水措施加固地基::预加应力措施重力坝的应力分析方法：A、应力模型试验法；B、材料力学法；C、弹性理论解析法；D、弹性理论差分法；E、弹性理论有限元法。23三、重力坝的强度指标〔应力掌握标准〕〔一〕坝基面的强度指标1在各种荷载组合作用下〔地震除外岩容许压应力〔计入河不计入扬压力〕坝基面上游最小正应力应大于零〔计入扬压力〕20.1MP压应力是依据岩石抗压强度结合坝基地质条件除以安全系数打算的〔二〕坝体应力强度指标１、运用期坝体上游面的最小主应力有两种强度指标①计入扬压力时min0min0.25~0.40h坝体内部一般不允许消灭拉应力，但宽缝重力坝上游较远处可消灭不超过混凝土抗拉强度的拉应力。溢流坝堰顶、坝内廊道及孔洞四周消灭拉应力需配筋。2、施工期坝体任何截面上的主应力应不大于混凝土的容许压应力0.2MP四、各种非荷载因素对坝体应力的影响〔一〕地基变形对坝体应力的影响材料力学法假定任何水平截面的正应力均呈直线分布，即任何水平截面变形后仍保持〔1/3～1/4〕的范围内与材料力学法的计算结果有较大差异。Ec/Er越大，坝踵处y和应力集中显著①满库时Ec/Er越小，坝址和坝踵均消灭拉应力Ec/Er1下游坝址有应力集中的趋势Ec/Er很大时，坝址消灭显著的压应力集中，坝踵也有肯定的应力集中现象。所以地基不能太坚硬，固然又不能太脆弱。一般Ec/Er1～2〔二〕地基不均匀性对坝体应力的影响①上游坝踵四周地基的刚度较大时，坝趾处刚度小，有可能会产生拉应力。②当上游坝踵四周地基的刚度较小时，坝趾处刚度大，上游坝趾的应力状态较均匀地基有所改善，增加了压应力，因此假设地基必需跨在两种不同的刚度的地基上宜将下游坝体布置在较坚硬的地基上。〔三〕1n=02n>03n<0〔四〕分期施工队坝体应力的影响1、不分期施工坝体垂直正应力呈直线变化，2、分期施工呈折线变化，且在坝踵处消灭拉应力。一、 施工期的温度应力施工期的温度应力包括：高。可是在混凝土处于降温期时，弹性模量变大，而地基不能随混凝土一起收缩，所以对混凝土的收缩产生约束力，即产生和大的拉应力。——贯穿性裂缝内外温度差引起的应力混凝土在浇筑初期裂缝。二、重力坝的温度裂缝和防止措施〔一〕裂缝的分类当坝体内某部位的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会消灭裂缝。重力坝的裂缝主要是温度应力引起的裂缝可分为：贯穿性裂缝和外表裂缝两类。其中贯穿性的裂缝又分为横向、纵向和水平向三个方向的裂缝。裂缝的危害①外表裂缝对大坝影响不大，但上游坝面消灭的裂缝会加剧渗漏，溢流坝面的裂缝将降低抵抗高速水流冲刷的力量。②横向贯穿性裂缝会漏水和渗透侵蚀破坏；③纵向贯穿性裂缝会降低坝体的整体性能；④水平向贯穿性裂缝会降低大坝的抗剪强度。所以除适当分缝、分块和提高混凝土质量外还要对混凝土进展温度制〔三〕温度掌握措施温控措施有：〔1〕降低混凝土的浇筑温度〔2〕〔3〕加强混凝土外表养护和保护。重力坝的根本剖面1〕重力坝的根本剖面：指重力坝在坝体自重、静水压力和扬压力三项荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面。2)极限状态设计：承载力量极限状态；正常使用极限状态1.空化和空蚀在自然条件下，水体中含有很多很小的气核，当过坝水流中某点的压力降至饱和蒸汽压强，气核快速膨胀为小空泡，这种现象称为空化。当低压区的空化水流流经下游高压区时，空泡患病压缩而溃灭，由于溃灭时间极为短暂〔产生一个很高的局部冲击力〔假设空泡溃灭发生在过水坝面，局部冲击力大于材料的内聚力时，可使坝面遭到破坏，这种现象称为空蚀。2。掺气水流脉动泄水建筑物中的水流运动，属于高度的水流，其根本特征是流速和压力在不断变化，即所谓脉动。冲击波在高速水流边界条件发生变化处，如：断面扩大、收缩、转弯处，将产生冲击波。〔五〕消能防冲设计常用的消能工形式有：底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等。2.底流消能底流消能的特点及措施。优缺点及应用底流消能具有流态稳定水流雾化很小等优点，可适应高、中、低水头。但护坡较长，土石方开挖量和混凝土方量较大，工程造价较高。底流消能多用于中、小工程。实际工程中，为了防止流态不稳定而产生的远驱水跃，常承受以下三种措施：①在护坦末端设置消力坎，在坎前形成消力池；②降低护坦高程形成消力池；③既降低护坦高程，又建筑消力坎形成综合消力池。消力池是水跃消能工的主体，其横断面除少数为梯形外，绝大多数呈矩形。护坦构造。护坦用来保护河床免受高速水流的冲。长度：对底流消能，护坦长度应延长至水跃跃尾；对其他形式的消能工，当可能产生接近坝趾的冲刷时，也需要在坝趾下游设置护坦。挑流消能〔1〕挑流消能的特点与设计。特点：挑流消能是利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，将下泄的急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的河床固体边界的摩擦消能；射流在空中与空气摩擦、掺气、集中消能；射流落入下游尾水中漂浮紊动集中消能。优缺点和应用：挑流消能通过鼻坎可以有效地掌握射流落入下游河床的位置、范围和流量分布，对尾水变幅适应性强，构造简洁，施工、修理便利，耗资省。挑流消能适应于基岩比较结实的中、高水头各类泄水建筑物，是应用格外广泛的一种消能工。挑流消能设计的主要内容有：选择鼻坎形式，确定鼻坎高程、反弧半径、挑角，计算挑距和下游冲刷坑深度。面流消能与消力戽〔1〕面流消能。特点：利用鼻坎将主流挑至水面，在主流下面形成旋滚，旋滚流速较低，而且系沿河床流向坝址，河床一般不需要加固。应用：面流消能适应于下游尾水较深漂木要求的状况。〔2〕消力戽。特点：消力戽的挑流鼻坎潜没在水下，形不成自由水舌，水流在戽内产生旋滚，经鼻坎将高速的主流挑至外表，戽内的选滚可以消耗大量能量。应用：消力戽适应于尾水较深且变幅较小，无航运要求且下游河床和两岸抗冲力量较强的状况。消力戽设计的主要内容是：确定反弧半径、戽坎高度和挑射角度。重力坝的地基处理地基处理的主要任务是：①防渗；②提高基岩的强度和整体性。地基处理的主要措施：对岩基进展固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置根底排水系统，对特别脆弱带进展特地的处理等一、坝基的开挖与清理地基上。二、坝基的固结灌浆1、定义：承受浅孔低压灌注水泥浆的坝基处理方法叫“固结灌浆”2、目的：固结灌浆的目的是：提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。三、帷幕灌浆1、定义：在靠近上游坝基布设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞岩基内的裂缝和空隙等深水通道，在岩基中形成一道相对密实的阻水帷幕，称为“帷幕灌浆”2、目的：帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力，防止坝基内产生气械或化学管涌，削减坝基渗流量。帷幕材料最常用的是水泥浆，四、坝基排水目的：为进一步降低坝底面的扬压力，应在防渗帷幕后设置排水孔幕。五、断层裂开带、脆弱夹层和溶洞的处理1〕断层裂开带的处理可承受开挖回填混凝土的措施，做成混凝土塞。埋藏较浅的应予挖除埋藏较深的，除应在顶面做混凝土塞外，还要考虑其深埋局部对坝体稳定的影响。2〕脆弱夹层的处理①在坝踵部位做混凝土深齿墙，切断脆弱夹层直达完整基岩，当夹层埋藏较浅时，此法施工便利，工程量不大，且有利于坝基防渗，应用广泛；②对埋藏较深、较厚、倾角平缓的脆弱夹层，在夹层内设置混凝土塞；③在坝址处建混凝土深齿墙，切断脆弱夹层直达完整岩基，以加大尾岩抗力，这种方法适用于建坝过程中觉察未预见到的脆弱夹层或已建工程抗滑稳定的加固处理；④在坝址下游侧岩体内设钢筋混凝土抗滑桩，切断脆弱夹层直达完整岩基，抗滑桩的作用不格外明显。⑤在坝址下游岩体内承受预应力锚索以加大岩体的抗力，此法适用于已建工程的加固处理。重力坝的材料及构造一、混凝土重力坝的建筑材料主要是混凝土，中、小型工程有的也用浆砌石。对水工混凝土，除强调外，还有按其所处部位和工作条件，在抗肾、抗冻、抗冲刷、抗侵蚀、低热、抗裂等性能方面提出不同的要求。二、坝体混凝土分区坝体各部位的工作条件不同，对混凝土强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗裂等性能的要求标号的混凝土。为了便于施工应力集中或产生温度裂缝。分区厚度一般不小2～3m，以便浇筑施工。三、重力坝的分缝、分块〔一〕横缝其作用是：减小温度应力、适应地基不均匀变形和满足施工要求如：混凝土浇筑力量及温度掌握等〔即坝段宽度一般为12～20m，横缝用永久性的和临时性的两种。1.永久性横缝永久性横缝常做出竖直平面，不设键槽，缝内不灌浆，以使各坝段独立工作。临时性横缝临时性横缝主要用于下述几种状况：①河谷狭窄，做成整体式重力坝，可在肯定程度上发挥两岸山体