水工挡土墙计算

§2-1水工建筑物的荷载计算水工建筑物上的作用有：重力、水作用、浸透作使劲、风及波涛作用、冰及冰冻作用、温度、土及泥沙作用、地震作用等。一、自重W=Vγ一般素砼取23。5～24kN/m3,钢筋砼取24。5～25kN/m3，浆砌石取21。5～23kN/m3，对土石坝的资料重度应依据详细性能及不一样部位，分别取湿重度、干重度、饱和重度、浮重度等几种状况计算.水工建筑物上永远固定设施，如闸门、启闭机等，其自重标准值采纳设施标牌重量作用分项系数:大概积混凝土、土石坝取1。0；对一般水工混凝土、金属构造（设备)取1。05，当自重对构造有益时取0。95.地下工程的混凝土衬砌取1。1,其对构造有利时取0.9。二、水压力水体对各样水工构造均发生作用，作用结果是对构造产生水压力,其可分为静水压力和动水压力。1．静水压力水体静止状态下对某构造表面的作使劲称为静水压力（1)作用在坝、闸等构造面上的水压力PH=1wH22PV=Vww管道及地下构造上的水压力计算。内水压力：作用在管道内壁上的静水压力；外水压力:作用于管道或衬砌外侧的水压力。对内水压力，为计算方便,常将其分解成均匀内水压力和非均匀内水压力两部分。pwr'whpwr''wri(1cos)对有压隧洞的砼衬砌的外水压强标准值可按式（2-6）计算.pekeHe(2—6）式中：pek——作用于衬砌上的外水压强标准值（2KN/m）；e——外水压力折减系数,可按表2-1采纳;He——作用水头(m），按设计采纳的地下水位线与隧洞中心线的高差确立。同内水压力同样，外水压力也可分解成均匀外水压力和非均匀外水压力。非均匀外水压力的协力方向垂直向上，协力的大小应等于单位洞长排开水体的重量.2．动水压力（1）渐变流时的时均压强：ptrwghcos式中：ptr——过流面上计算点的时均压强代表值（2N/m）;w——水的密度（kg/m3）；g——重力加快度（m/s2)；——计算点A的水深（m)；hθ——构造物底面与平面的夹角。（2）闸坝反弧段上的动水压力.PcrqwV/RPxrqV(cos2cos1)PyrqV(sin2sin1)式中：q--相应设计状况下反弧段上的单宽流量(m3/s.m)；—-水的密度；V——反弧段最低处的断面均匀流速（m/s）；R——反弧半径(m)；三、扬压力水浸透惹起的水压力称浸透压力，由下游水深而惹起的水压力称浮托力浸透压力和浮托力之和称为扬压力。1．重力坝、拱坝的扬压力1)坝基无防渗帷幕和排水孔幕时，2）当坝基上游布防渗帷幕和排水孔3）当坝基上游有防渗帷幕和上游主排水孔并设下游副排水孔及抽排系统时，对宽缝重力坝、大头坝河床段α取0。2,岸坡段为0.3；对实体重力坝拱坝等。河床段取0。25，岸坡段取0.35，扬压力强度系数α2取0.15~0。2；剩余扬压力系数α2与排水强度有关,一般状况下均取0.5。2．水闸扬压力水闸挡水后，产生上下游水头差的水流沿铺盖及闸底板底面向下游渗透，使闸底板底面上作用有扬压力。1）闸底板上的扬压力。对岩基上水闸，板底底面上的扬压力散布图形，可按实体重力坝的状况确立.2)两岸墩墙扬压力。软基上水闸两岸墩墙侧向的浸透压力散布可按以下状况确立：四、土压力及淤沙压力1．挡土建筑物的土压力（1）静止土压力当墙后填土表面水平,墙背后铅直时（见图2-7（a)），作用在墙背的静止土压力标准值可按下式计算：Fok1H2Ko2H处,水平指式中：Fok——静止土压力标准值（KN/m），作用于距墙底3向墙背。3γ——挡土墙后填土的重度（KN/m）；H-—挡土墙高度（m)；Ko-—静止土压力系数，当墙后为正常固结黏土时Ko=1—cos'—-墙后填土的有效内摩擦角（°）2）主动土压力计算作用在挡土构造单位长度上的主动土压力,可按土力学基本公式计算.挡土墙后土压力强度在垂直方向为三角形散布（墙后填土平齐、无荷载）。Fak1H2ka2H处,与水平面呈(式中：Fak—-主动土压力标准值（KN/m,其作用点距墙底)的夹2—7（b)）；3角（见图ka-—主动土压力系数,可按土力学及有关规范计算。2．淤沙压力122s)Psk2sbhstg(452式中：P-—淤沙压力标准值（KN/m)sksb——淤沙的浮重度(KN/m3）hs——挡水建筑物前泥沙的淤积高度（m）s——淤沙的内摩擦角(°）3．上埋式埋管的土压力对坝下埋管或倒虹吸管，常常管上埋有土体

,这些土体将对管身产生垂直土压力和侧向土压力（见图2—8）。作用在单位长度上的垂直土压力的标准值

Fsk和侧向土压力标准值

Ftk可按下式计算：Fsk

Ks

HdD1Ftk

Kt

HoDd式中：Fsk、Ftk-—埋管垂直和侧向土压力标准值（

KN/m）Hd——管顶以上填土高度（m）D1——埋管外直径（m)3γ—-管上填土的重度（KN/m）Ks--埋管垂直土压力系数，与地基刚度有关，且与其成正比,可依据地基状况按图2-9查取。Ho-—埋管中心线以上填土高度（m）Dd——埋管凸出地基的高度(m）Kt——侧向土压力系数Kttg2(45)2—填土的内摩擦角，可按表（2-2）查用.五、浪压力水库或水闸蓄水后，其坝（闸）前水深加大，水面宽度及长度增添,水面在风力作用下,形成较大的波涛，并产生附带水压力作用在挡水构造上，该力称为浪压力.1．波涛因素一般来讲，波涛因素包含均匀波高(hm)，均匀坡长（Lm），均匀波周期（Tm)等（见图2—）。对平原、滨海地域的水库及水闸,宜按莆田试验站公式计算波涛因素值：ghm0.13th0.7(gHm)0.7th0.0018(gD/vo2)0.45vo2vo20.13th0.7(gHm/vo2)0.7gTm13.9(ghm)0.5vovo2HmgT2当0.5时,LmmLm2当Hm0.5时,LmgTm2th2HmLm2式中:hm-—均匀波高（m）;Tm—-均匀波周期（s）;Hm——水域均匀水深（m）;vo——计算风速(m/s)；D-—风区长度（m）。对丘陵、平原地域水库，其风波因素值宜按鹤地水库试验公式计算:gh2%81gD31gLmgD2120.00625vo(2)20.0386(2)vovovovo式中：h2%--积累频次为2%的波高（m）；Lm——均匀波长（m）。鹤地公式合用于水深较大，计算风速vo＜265m/s，风区长度D＜7。5km的水库。对内地的峡谷水库，宜按官厅公式计算各风波因素值：11gh0.0076vo12(gD)3vo2vo2gLm1gD120.331vo2.15(2)3.75vovogD5%gD=250—1000时，为式中:h——当2=20—250时，为积累频次5％的波高h，当2vovo积累频次为10％的波高h.10%2．波涛压力计算对作用在铅直迎水面建筑物上的风波压力，应依据建筑物前的水深状况，按以下三种波态分别计算:(1)当闸坝前水深H知足H≥Hcr和H≥Lm时,浪压力散布如图2—12(a）所示，单2位长度挡水建筑物迎水面上的浪压力标准值按下式计算：PWK1WLm(h1%hz)4(2）当H≥Hcr但H＜Lm时,坝前产生浅水波，其浪压力散布如图2-12（b）所示，2单位长度的浪压力标准值按下式计算：PWK1(h1%hz)(wHPlf)HPlf（3)当H＜H2,此时浪压力散布如图2—12(c）所示，单时，则闸、坝前产生破裂波cr位长度上的波涛压力标准值可按下式计算：PWK1po(1.50.5)h1%(0.7)H2六、地震作用1．概括一般对设计烈度为6度以下地域的建筑物,可不考虑地震作用;而设计烈度在9度以上地震区的水工建筑物或高度大于250m的壅水建筑物，一定进行特意的抗震研究。基本烈度是指在50年基准期内，一般场所条件下，可能遭受的地震事件中，超越概率P50为0。01所对应的地震烈度。2．地震作使劲计算（1)地震惯性力1）水平川震惯性力采纳拟静力法计算地震作用效应时，沿建筑物高度作用于质点i的水平向地震惯性力代表值应按下式计算:FihGEii/g（2—31)i1.414(hi/H)4（2—32）nGEj414(hj/H)j1GE2）垂直地震惯性力：一般

v应取水平向设计地震加快度代表值

的2。总的地震作3用效应也可将竖向地震作用效应乘以0。5巧合系数后与水平川震作用效应直接相加。（2）地震动水压力水闸、重力坝等上游面垂直的状况下,水深y处的地震动水压力代表值应按式(2—33）pw

(h)

h

(h)

Ho(3）地震动土压力当重力坝或水闸一侧有填土时，则应试虑地震作用惹起的土体对构造产生的动向压力，即地震动土压力。七、冰压力和冻胀力1．冰压力冰压力可分为静冰压力和动冰压力。1）静冰压力：水库水面结冰后，当气温上升时,冰盖产生膨胀，则对建筑物产生挤压作用,称为静冰压力。作用于其表面单位长度上的静冰压力标准值按表2-11采纳。表2-10静冰压力标准值冰层厚度(m）0.40.60。81.01.2静冰压力标准值(kN/m)85180215245280静冰压力垂直作用于构造物前沿，其作用点取冰面以下1冰厚处.（2)动冰压力：3Fbk0.07vdiAfic2．冻胀力冻胀力可分为切向冻胀力、水平冻胀力、竖向冻胀力.八、山体围岩压力当岩体较破裂时，其可能产生塌落、滑移，而施加在隧洞衬砌上的压力，称为围岩压力。qVk

(0.2~0.3)

RBqhk

(0.05~0.10)

RH九、风荷载及雪荷载对砼坝、土石坝等构造物，风雪荷载占所有荷载的比重很小,一般可忽视不计，但对渡槽、进水塔、启闭机房、泵房等架空、高耸构造物，则一定计入风、雪荷载的作用。1．风荷载对一些架空建筑物、厂房等构造物其侧面受风的作用后，垂直作用于建筑物侧表面上的风荷载标准值可按式(2—48)计算WkzzsWo2．雪荷载对电站厂房、泵站厂房、渡槽等建筑物顶面，因为降雪时的积雪对其作用称为雪荷载。SkrSo十、其余荷载1．温度作用温度作用是与构造特点有关的间接作用，当外界气温或水温发生变化时，则构造内部的温度发生变化，使其产生膨胀或缩短。2．灌浆压力压力灌浆可分为固结灌浆、回填灌浆、接触灌浆及接缝灌浆等几种。一般只考虑地下构造的砼衬砌拱顶与围岩之间的回填灌浆压力；钢衬与外头混凝土之间的接触灌浆压力。对灌浆压力的标准值，可取回填灌浆、接触灌浆的设计压力值乘以小于系数。

1.0的面积§2-2水工建筑物上的作用以及作用效应组合一、作用及作用效应组合作用——--—外界环境对水工建筑物的影响作用效应——-—-建筑物对外界的响应作用的变异性和随机性——-应随时间变异按随机过程对待，可统计剖析建筑物承受的作用分为：直接作用、间接作用。永远作用、可变作用、有时作用.二、作用效应剖析剖析方法物理模型；数学模型；分析法、差分法、有限元法经验类比有限元弹性剖析方法间介三、水工建筑物三种工作状况水工建筑物的工作状态为：长久状况、短暂状况、有时状况。四、作用效应组合:水工建筑物设计的两类极限设计状态为：承载能力极限状态、正常使用状态.按承载能力极限状态进行设计：分两种作用效应组合：基本组合—-——长久状况或短暂状况下,永远作用和可变作用的组合有时组合-——-有时作用下，永远作用和可变作用和一种有时作用的效应组合2按正常使用极限状态进行设计:短期组合-———长久状况或短暂状况下,永远作用效应和可变作用的短期效应的组合长久组合--—-长久状况下，永远作用效应和可变作用的长久效应组合五、水工建筑物的安全性1、安全贮备单调的安全系数法2）分项系数极限状态设计法2、设计准则构造的靠谱度——---是指在