岩基上的重力坝

岩基上的重力坝第1页，共42页，2023年，2月20日，星期六一.重力坝的工作原理及其特点1.工作原理a.利用自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定b.利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉应力2.重力坝的特点a.断面尺寸大，抵抗渗漏,漫顶破坏的能力强，在各种坝型中失事率最低b.对地形地质条件适应性强c.渗流问题容易解决d.施工导流容易解决e.体积大便于机械化施工f.结构作用明确第2页，共42页，2023年，2月20日，星期六g.由于体积大，材料强度不能充分利用h.底部扬压力大，对稳定不利i.由于体积大，水化热不易散发，温控要求高第3页，共42页，2023年，2月20日，星期六二.重力坝的坝型按作用分非溢流重力坝溢流重力坝按建筑材料分混凝土重力坝碾压混凝土重力坝浆砌石重力坝按内部结构分实体重力坝宽缝重力坝空腹重力坝第4页，共42页，2023年，2月20日，星期六第5页，共42页，2023年，2月20日，星期六三.重力坝设计的主要内容1.剖面设计2.稳定分析3.应力分析4.构造设计5.地基处理6.溢流坝和泄水孔设计7.监测设计第6页，共42页，2023年，2月20日，星期六1.2重力坝的荷载及其组合一.作用（荷载）永久作用——不随时间变化的作用，如自重，土压力等。可变作用——随时间变化的作用，如水压力扬压力温度孔隙水压力等。偶然作用——偶然发生的作用，如地震校核水位下的水压力等。第7页，共42页，2023年，2月20日，星期六1.自重坝体自重是重力坝的主要荷载之一。

——坝上永久设备的重量。沿坝基面滑动，仅计算坝体重量；沿深层滑动，需计入滑体内岩体重；用有限单元法计算时，应计入地基初始应力的影响

第8页，共42页，2023年，2月20日，星期六2.静水压力A.上游面垂直B.上游面倾斜——挡水坝段溢流坝段C.水的容重——清水浑水（按实际情况考虑）第9页，共42页，2023年，2月20日，星期六3.扬压力（含坝基和坝体内扬压力）坝基扬压力包括两部分——下游水深引起的浮托力由水头差引起的渗透压力规范规定：河床坝段：岸坡坝段：

第10页，共42页，2023年，2月20日，星期六4.动水压力溢流坝泄水时，溢流面上有动水压力，其中坝顶曲线段和下游直线段的动水压力较小可忽略不计。在反弧段需根据水流动力方程求解动水压力。第11页，共42页，2023年，2月20日，星期六5.冰压力①冰压力包括静冰压力和动冰压力。②冰压力对高坝可以忽略，因为一方面水库开阔，冰易凸起破碎。另一方面在总荷载中所占比例较小。③对低坝，闸较为重要，它占总荷载比重大。④某些部位如闸门进水口处不宜承受大冰压力的部位，可采取充气措施等。第12页，共42页，2023年，2月20日，星期六6.泥沙压力计算⑴淤积高程：坝前淤积逐年增高，可根据河流的挟沙量进行估算，估算年限一般为50~100年。⑵指标：淤积的泥沙逐年固结，容重和内摩擦角也在逐年变化，很难算准，设计时可根据经验取定。像黄河这样的多沙河流应由试验定出。⑶计算公式

第13页，共42页，2023年，2月20日，星期六7.浪压力①波浪高度②波长③波浪中心线距净水面的距离第14页，共42页，2023年，2月20日，星期六风浪压力计算影响波浪的因素很多，目前大都采用半经验公式来确定波长，波高，我国《混凝土重力坝设计规范》推荐官厅水库公式。深水波压力计算公式：浅水波压力计算公式：若坝的迎水面倾斜，波浪的反射作用将减弱当时与铅直面情况相似当时按斜坡上的波浪长度考虑第15页，共42页，2023年，2月20日，星期六8.地震荷载地震荷载包括地震惯性力地震动水压力（激荡力）地震动土压力（地震对扬压力，泥沙压力的影响一般不考虑）计算方法：动力法一般用拟静力法计算F=maa为坝址处的地震加速度地震烈度：（表示地震时在一定地点的地面震动的强烈程度，分0~12度）第16页，共42页，2023年，2月20日，星期六二.作用（荷载）组合作用在坝上的荷载，按其性质分为基本和偶然两种组合。基本荷载：⑴坝体及设备自重⑵正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力⑶对应于⑵的扬压力⑷泥沙压力⑸相应的浪压力第17页，共42页，2023年，2月20日，星期六1.3重力坝的稳定分析重力坝主要是依靠自重维持稳定，其可能出现的破坏形式：浮起倾倒滑动抗滑稳定是重力坝设计中的一个重要内容第18页，共42页，2023年，2月20日，星期六一.计算假定1.河床坝段作为平面问题处理，岸坡坝段按空间问题处理；2.略去横缝作用，以单宽计算；3.假定为一根固结与基础上的变截面悬臂梁。二.稳定分析㈠沿坝基面的抗滑稳定分析假定坝体与坝基的连接有三种物理模式“触接”“粘接”“咬接”第19页，共42页，2023年，2月20日，星期六第20页，共42页，2023年，2月20日，星期六1.简单接触——摩擦公式认为坝底光滑，坝基光滑，坝直接放置在岩基上

——“触接”故抗滑稳定计算公式：2.抗剪断公式：假定坝体与坝基之间涂有一层砂浆——“粘接”，计算时考虑粘结力的作用。故抗剪断公式为：第21页，共42页，2023年，2月20日，星期六抗滑稳定安全系数k的最小值

安全系数荷载组合坝的级别

123

基本组合1.101.051.05

特殊组合①1.051.001.00

特殊组合②1.001.001.00抗滑稳定安全系数的最小值

k荷载组合基本组合特殊组合①特殊组合②K’3.02.52.5第22页，共42页，2023年，2月20日，星期六f—抗剪摩擦系数。混凝土与岩基间的摩擦系数值常在0.5~0.8之间；对于新鲜水位裂隙不发育的坚固岩石一般为0.7~0.75；微风化，弱裂隙的较坚硬岩石一般为0.6~0.7；弱风化，弱裂隙的中等坚硬岩石一般为0.55~0.6.f’—抗剪断摩擦系数。其取值见书本表2-7—作用于坝体上的全部荷载在垂直方向的分值u—作用在滑动面上的扬压力。C’—坝体混凝土与坝基接触面单位面积上的抗剪凝聚力。A—坝基接触面面积。第23页，共42页，2023年，2月20日，星期六1.4重力坝的应力分析和强度校核一.应力分析的目的和方法1.目的①了解坝体内的应力分布情况，检验大坝在施工期和运行期是否满足强度要求；②为布置坝身材料提供依据；③为特殊部位的配筋提供依据，如孔口，廊道等部位的配筋；④为改进结构形式和科学研究提供依据。第24页，共42页，2023年，2月20日，星期六2.分析方法模型试验法理论计算法⑴模型试验法光测方法如：偏振光弹性试验偏光全息试验脆性材料电测法⑵理论计算法

A.材料力学法（重力法）这是一种历史悠久，应用最广最简便的方法，它不考虑地基变形的影响，假定：呈直线分布，呈三次抛物线分布，呈二次抛物线分布。第25页，共42页，2023年，2月20日，星期六B.弹性理论解析法该法的力学模型和数学解法均很严密，但前只有少数边界条件简单的典型结构才有解答。C.弹性理论差分法该法力学模型严密，在数学解法上采用差分格式，是一种近似的方法。D.弹性理论的有限单元法与差分法相反，该法力学模型是近似的，数学解法时精确的，网格可采用三角形单元，四边形单元或两者的组合。第26页，共42页，2023年，2月20日，星期六二.材料力学法1.基本假定①坝体混凝土为均质，连续，各向同性的弹性体②将坝体简化为固结在地基上的变截面悬臂梁。2.边缘应力计算①水平截面上的垂直正应力②剪应力③水平正应力④主应力

第27页，共42页，2023年，2月20日，星期六3.内部应力计算①的计算②的计算③的计算④坝内主应力计算第28页，共42页，2023年，2月20日，星期六4.强度指标坝基面运用其计入与不计入扬压力计入扬压力施工期下游坝基（坝址）处允许有不大于的拉应力，坝址处允许拉应力取试块5*5*5岩石极限抗压强度的（1/25~1/5)，强度高者分母取大值，强度低者分母取小值第29页，共42页，2023年，2月20日，星期六坝体运用期计入扬压力不计入扬压力施工期下游面可以有不大于的主拉应力地震允许拉应力可提高30%

拉应力的安全系数不小于0.2第30页，共42页，2023年，2月20日，星期六1.5重力坝的剖面设计一.设计原则1.满足稳定和强度要求；2.尽可能节省工程量，使剖面尺寸最小；3.外部形状简单，便于施工；4.运行管理方便。二.基本剖面定义：基本剖面是指坝体在自重，库水压力和扬压力三个主要荷载作用下，满足稳定和应力要求并使其剖面最小的三角形剖面。第31页，共42页，2023年，2月20日，星期六第32页，共42页，2023年，2月20日，星期六三.剖面形态有三种常用形态，如下图所示：第33页，共42页，2023年，2月20日，星期六四.实用剖面1.坝顶高程计算公式

—防浪墙至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；

—累积频率为1%的波浪高度，m；

—波浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；

—安全超高（查P13表2—3）第34页，共42页，2023年，2月20日，星期六

因设计与校核情况计算和用的计算风速不同，查出的安全超高也不同，故坝顶超高的计算结果不同，坝顶高程不同，因此坝顶高程应分别按正常蓄水情况和校核洪水情况计算，选择其中较大者。即2.坝顶宽度坝顶宽度需满足设备布置，运行，交通及施工要求，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的8%~10%，且不小于2m。第35页，共42页，2023年，2月20日，星期六1.6重力坝的材料及构造一.重力坝的材料重力坝的材料主要是混凝土，山区也有用石块砌。二.坝体混凝土分区因坝体各部位受力条件不同，为节约和合理使用水泥而为之。分区：⒈上下游水位以上坝体表层混凝土⒉上下游水位变化区的坝体表层混泥土⒊上下游最低水位以下坝体表层混泥土⒋靠近地基的混泥土⒌坝体内部混泥土⒍抗冲刷部位混泥土第36页，共42页，2023年，2月20日，星期六三.坝体构造1.坝体分缝⑴横缝及止水：垂直于坝轴线，缝距一般为15~20m，缝宽一般为0.01~0.02；永久横缝缝面常为平面，缝内不设键槽，不灌浆但要设置止水。临时横缝在缝面设置键槽，埋设灌浆系统，施工后灌浆连成整体。⑵纵缝：平行于坝轴线，是临时缝。纵缝的布置形式有三种：垂直纵缝，斜缝和错缝。间距一般为15~30m，纵缝不宜过多。⑶水平施工缝：坝体上下层浇筑块之间的接合面称水平施工缝。一般浇筑块厚度为1.5~4.0m，靠近岩基面用0.75~1.0m的薄层浇筑，利于散热，防止裂开。第37页，共42页，2023年，2月20日，星期六2.坝体防渗在混泥土重力坝体上游面和下游面最高水位以下部分，多采用一层具有防渗，抗冻，抗侵蚀的混泥土作为坝体防渗层，防渗层厚度一般为1/10~1/20水头，且不下于2m。3.坝体排水为减少渗水对坝体和坝基的有害影响，降低坝体和坝基的渗透压力，在靠近上游面处设置排水管。排水管间距为2~3m，距上游坝面约为水头1/15~1/25,管径为0.15~0.20m。排水管施工时必须防止水泥浆漏入，防止堵塞。第38页，共42页，2023年，2月20日，星期六4.坝内廊道系统①基础廊道：距上游面应有0.05~0.1倍作用水头，且不小于4~5m；距基岩面不小于1.5倍廊道宽度，一般取5m以上。廊道断面为城门洞形，宽度为2.5~3m，高度3~4m，以满足灌浆作业要求。②坝体检查和排水廊道：在靠近坝体上游面沿高度每隔15~30m设置检查，排水廊道。距上游面距离应不小于0.05~0.07倍水头，且不小于3m，廊道最小宽度为1.2m，最小高度为2.2m。第39页，共42页，2023年，2月20日，星