2非溢流坝剖面设计

非溢流坝剖面设计非溢流坝剖面设计的根本原则是：(1)满足稳定和强度要求，保证大坝安全；(2)工程量小，造价低；(3)构造合理，运用便利；(4)利于施工，便利修理。过程。〔一〕剖面尺寸的拟定非溢流坝剖面初步拟定的主要内容有：坝顶高程确实定，坝顶宽度的拟定，坝坡确实定及上、下游起坡点位置确实定。1、坝顶高程确实定分别按设计和校核两种状况用以下公式进展计算：波浪要素按官厅公式计算。公式如下：l12gh 0.00761l122 00

gD1()3(202 00

(gD)13.75 〔1〕3.75 〔1〕0h lz L

cth

L库水位以上的超高Δｈ：hhl

hhc

(m) (2)图1 波浪几何要素示意图式中 ｈ 波浪高度，ｍ，如图1所示；ｌｈ 波浪中心线超出静水位的高度，ｍ；ｚｈ 安全超高，ｍ，1中查找；ｃ 01.5~2.0m/s；D—-风区长度，m；L—-波长，m；H—-坝前水深，m。官厅公式适用于v<20m/s,D<20km,gD/2=20~250。0 0表1 非溢流坝坝顶安全超高值〔m〕水工建筑物安全级别〔水工建筑物级别〕Ⅰ〔1〕Ⅱ〔23〕Ⅲ〔45〕设计状况0.70.50.4校核状况0.50.40.3坝顶或防浪墙顶高程=静水位＋相应的库水位以上的超高Δｈ。(1.2ｍ左右)，则可以得到带1、2级坝，坝顶高程不得低于校核洪水位。2、坝顶宽度的８％～10％，且不小于3ｍ。假设有交通要求或有移动式启闭机设施时，应依据实际需要确定。3、坝坡的拟定考虑坝体利用局部水重增加其抗滑稳定，依据工程实践，上游边坡系数ｎ＝0.1～0.2，下游边坡系数ｍ＝0.6～0.8。4、上、下游起坡点位置确实定上游起坡点位置应结合应力掌握标准和发电引水管、泄水孔等建筑物的进口高程来确1／3～2／3四周。下游起坡点的位置应依据坝的有用剖面型式、〔最常用的是其根本剖面的顶点位于校核洪水位处。由于起坡点处的断面发生突变，故应对该截面进展强度和稳定校核。依据以上几个方面，初拟非溢流重力坝有用剖面如图2。

2非溢流坝剖面设计变作用、偶然作用。设计时应正确选用其标准值、分项系数〔从表3中选用、有关参数和〔设计值＝其标准值×分项系数。下面介绍主要荷载作用标准值的计算方法。重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、冰压力、地1ｍ坝进步行计算。１、 自重W坝体自重的计算公式：WVc〔kN〕 〔3〕式中Ｖ—坝体体积，ｍ3；由于取1ｍ坝长，可以用断面面积代替，通常把它分成如图3所示的假设干个简洁的几何图形分别计算重力；c—坝体混凝土的重度，一般取23.5～24.0kN／ｍ3。２、 静水压力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Ｈ2-1-3。PH计算公式为：ＶP H 2

H2 〔kN〕 (4)W式中：Ｈ—计算点处的作用水头，ｍ；Wγ9.81kN／ｍ3；VW——斜坡面上水体的体积，m3。垂直水压力按水重计算。W３、 扬压力H产生的渗流在坝内或坝基面上形成的向上水压力；浮托力是由下游水面漂浮计算截面而产生向上的水压力。扬为例来说明，坝踵处的扬压力强度为γHγH1 2透压力为α〔αα0.0.α0.～0.3。扬压力的大小等于扬压力分布图的面积。只要把扬压力分布图(如图3)画正确，扬压力就不难计算了。3重力坝荷载计算示意图扬压力是一种难以准确计算的荷载，而且形成稳定的扬压力值，常需很长时间。因此，在进展坝体应力分析时，按应力的最不利状况确定是否计入扬压力。４、 泥沙压力skH50～100年，水平泥沙压力Ｐ为：skHP

h2tg2(45 s) (kN) (5)skH

2 sb s 2式中：γ——泥沙的浮重度，kN/m3；ｓｂhs——坝前淤沙厚度，ｍ；φs竖直方向的泥沙压力Ｐ 按作用面上的淤沙重量〔按淤沙的浮重度〕计算。５、 浪压力

ｓｋｖH>L/2时，可假定浪顶及水深等于L/2处的浪压力为零，静水位处的浪压力最大，4，图4 浪压力分布则浪压力P为：l1 L 1 LP ( hh)L ( )2 (6)l 4 2 l z 2 2浪压力对坝底中点的力矩M为：1 L 1 LM ( hh)Ly ( )2yl 4 2 l z 1 2 2 2y H

L1(Lhh) (7)1 1y H2

2 3 2 l zL3式中：波浪要素L、hh按官厅公式(1)计算l zH1---坝前水深，m；y、y---分别是浪压力到坝底面形心的力臂，m。1 2６、 其它荷载66计入。风荷载、雪荷载、人群荷载等在重力坝荷载中所占比例很小，可以无视不计。７、 荷载组合荷载组合可分为根本组合和偶然组合，它们分别考虑的荷载见表2：表2 荷载组合荷载作用荷载作用基本组合偶然组合自重静水压力扬力压压力浪力压冰力压压力土压力地震力正常蓄水状况+++++00+0设计洪水状况+++++0++0冰冻状况++++0+0+0校核洪水状况+++++0++0地震状况+++++00++注：1应依据各种作用同时发生的实际可能性，选择计算中的最不利的组合；序号作用类别分项系数序号作用类别数1自重〔永久作用〕1.04淤沙压力〔永久作用〕1.22序号作用类别分项系数序号作用类别数1自重〔永久作用〕1.04淤沙压力〔永久作用〕1.22〔可变作用〕5浪压力〔可变作用〕1.2〔1〕静水压力1.06冰压力〔可变作用〕1.1〔2〕动水压力：1.17土压力〔永久作用〕1.23〔可变作用〕8未规定的永久作用对构造不1.05〔1〕渗透压力1.2利0.95〔2〕浮托力1.0未规定的永久作用对构造有利9未规定的不行掌握可变作用1.2未规定的可掌握可变作用1.1〔三〕抗滑稳定分析1、分析的目的核算坝体沿坝基面或地基深层脆弱构造面的抗滑稳定的安全度〔按平面问题进展分析〕2、滑动面的选择滑动面的选择是稳定分析的重要环节。其根本原则是：争论坝基地质条件和坝体剖面形〕〔〕坝基内脆弱层面〔〕基岩缓倾角构造面〔〕不利的地形〔〕碾压混凝土层面等。3、抗滑稳定计算方法常用的稳定计算方法有：抗剪强度公式、抗剪断强度公式、抗滑稳定极限状态计算等。抗剪强度公式〔又称纯摩公式〕它是把坝体与岩基之间看成一个单纯的接触面，而不是胶结面。当接触面水寻常，其抗滑稳定安全系数K的计算公式为：fWKS P (8)式中：Ks---抗滑稳定安全系数，计算值应不小于表4中规定值；W 作用于接触面上竖直向下的合力，kＮ；P 作用于接触面上水平方向的合力，kＮ；f 接触面间的摩擦系数。荷载组合坝的级别表4 荷载组合坝的级别12、3根本组合1.101.05Ks特别组合〔1〕1.051.00特别组合〔2〕1.001.00根本组合3.0K’s特别组合〔1〕2.5特别组合〔2〕2.3抗剪断强度公式〔又称剪摩公式〕它认为坝体混凝土与坝基基岩接触良好，属于胶结面。此时其抗滑稳定安全系数可Ｋs’的计算公式为：f”Wc”AK”s P

(9)s式中：Ｋ’ 抗滑稳定安全系数计算值不应小于表4中规定值；sf” 抗剪断摩擦系数，由试验得到；c’ 抗剪断分散力，由试验得到，kPa；A 计算截面〔坝底面〕面积，m2；其它符号同式(8)。③抗滑稳定极限状态计算法计算。其具体表达式如下：根本组合偶然组合

( G0 G

, ,Q,)Q k k

1 R(fk kd1 1

,) 〔10〕kf( G0 G

, ,Q,AQ k

,)k d2

R(km

,) 〔11〕k式中0--构造重要性系数，对应于构造安全级别Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级的构造，其构造重要性系1.1、1.0、0.9；ψ—1.0、0.95、0.85；S()S(

G,,Q,)=ΣP；Gk Q k kR( k,R〔R( k, kmγ3；G

)f”Wc”A；γ3；QGkN；kQkN；kαkfkγ6；mγ5；d1γ5；d2Ak其它符号同式8。表5 构造系数序号序号1工程坝体抗滑稳定极限状态2混凝土坝抗压极限状态组合类型根本组合偶然组合根本组合偶然组合3素混凝土构造承载力量极限状态分项系数1.21.21.31.3受拉破坏 2.0受压破坏 1.34 钢筋混凝土、预应力混凝土承载力量极限状态 1.2表6 材料性能分项系数序序号1材料类别及强度抗剪断强度分项系数备注混凝土/基岩f’,c’1.3，3.0混凝土之间f’,c’1.3，3.0常态混凝土层面碾压混凝土之间基岩之间f’,f’,c’c’1.3，3.01.6，3.4碾压混凝土层面脆弱夹层之间f’,c’1.6，3.42混凝土强度抗压强度2.0稳定。〔四〕应力分析1、分析的目的检验所拟坝体断面尺寸是否经济合理的主要条件之一，并为确定坝内材料分区、某些部位配筋供给依据。2、分析的方法应力分析的方法有理论计算和模型试验两类。理论计算又分材料力学法和弹性理论法。材料力学法计算简便，适应面广，并有一套比较成熟的应力掌握标准，所以，目前仍被普遍承受，适应于地质条件比较简洁的中、低坝；对于高坝，尤其地质条件简单时，除用材料力学法外，应同时进展模型试验来争论。3、坝体强度极限状态法承载力量极限状态设