第三章补充材料1-重力坝非溢流剖面设计实例

（3）其它有关资料河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1m。泥沙浮重度为6.5kN/m3

，内摩擦角φ=18°。枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。坝体混凝土重度γc=24kN/m3，地震设计烈度为6度。拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，抗压强度标准值fck为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。二、设计要求（1）拟定坝体剖面尺寸确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。（2）荷载计算及作用组合该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。列表计算其作用标准值和设计值。（3）极限状态验算用分项系数极限状态设计法，验算重力坝沿坝基面的抗滑稳定、坝趾抗压强度以及坝踵不出现垂直拉应力三种极限状态。三、非溢流坝剖面的设计（一）资料分析

该水利枢纽位于高山峡谷地区，波浪要素的计算可选用官厅公式。因地震设计烈度为6度，故可不进行抗震计算。大坝以防洪为主，3级建筑物，对应可靠度设计中的结构安全级别为Ⅱ级，相应结构重要性系数γ0=1.0。坝体上的荷载分两种组合，基本组合（设计洪水位）取持久状况对应的设计状况系数ψ=1.0，抗滑稳定极限状态的结构系数γd=1.2，坝趾抗压极限状态的结构系数γd

=1.8；偶然组合（校核洪水位）取偶然状况对应的设计状况系数ψ=0.85，抗滑稳定极限状态的结构系数γd=1.2，坝趾抗压极限状态的结构系数γd

=1.8。

抗滑稳定和坝趾抗压强度极限状态属承载能力极限状态，设计要求采用荷载设计值和材料强度设计值。荷载标准值乘以荷载分项系数后的值为荷载设计值；材料强度标准值除以材料性能分项系数后的值为材料强度设计值。本设计有关荷载的分项系数查《混凝土重力坝设计规范（DL5108－1999）》：自重为1.0；静水压力为1.0；渗透压力为1.2；浮托力为1.0；淤沙压力为1.2；浪压力为1.2。混凝土材料的强度分项系数为1.5；对于混凝土与岩基间抗剪强度摩擦系数为1.3，凝聚力为3.0。上游坝踵不出现拉应力极限状态属正常使用极限状态，结构功能极限值为0，设计要求采用荷载标准值和材料强度标准值。下游坝基不能被压坏而允许的抗压强度设计值为4000kPa。实体重力坝扬压力折减系数为0.25。（二）非溢流坝剖面尺寸拟定（1）坝顶高程的确定坝顶在水库静水位以上的超高：△h=hl%+hz+hc

对于安全级别为Ⅱ级的坝，查得安全超高hc正常蓄水位时为0.5m，校核洪水位时为0.4m。分正常蓄水位和校核洪水位两种情况计算。1）正常蓄水位情况风区长度（有效吹程）D为0.9km，V0计算风速在设计洪水情况下取多年平均年最大风速的2倍为30m/s。①波高②波长③波浪中心线至计算水位的高度△h=1.395+0.535+0.5=2.43m

防浪墙高程=354+2.43=356.4m②波长③波浪中心线至计算水位的高度△h=0.586+0.189+0.4=1.175m

防浪墙高程=356.0+1.175=357.2m2）校核洪水位情况风区长度D为0.9km，V0计算风速在校核洪水位情况取多年平均年最大风速15m/s。①波高

取上述两种情况防浪墙高程中的大值，并取防浪墙高度1.2m，则坝顶高程为

357.2-1.2=356.0m最大坝高为

356.0-326.0=30m（2）坝顶宽度因该水利枢纽位于山区峡谷，无交通要求，按构造要求取坝顶宽度5m，同时满足维修时的单车道要求。（3）坝坡的确定根据工程经验，考虑利用部分水重增加坝体稳定，上游坝面采用折坡，起坡点按要求为1/3~2/3坝高，该工程拟折坡点高程为346.0m，上部铅直，下部为1:0.2的斜坡，下游坝坡取1:0.75，基本三角形顶点位于坝顶，349.3m以上为铅直坝面。（4）坝体防渗排水根据上述尺寸算得坝体最大宽度为26.5m。分析地基条件，要求设防渗灌浆帷幕和排水幕，灌浆帷幕中心线距上游坝踵5.3m，排水孔中心线距防渗帷幕中心线1.5m。拟设廊道系统，实体重力坝剖面设计时暂不计入廊道的影响。拟定的非溢流坝剖面如图所示。确定剖面尺寸的过程归纳为：初拟尺寸——稳定和应力校核——修改尺寸——稳定和应力校核，经过几次反复，得到满意的结果为止。该例题只要求计算一个过程。重力坝剖面设计图（单位：m）（三）荷载计算及组合

以设计洪水位情况为例进行稳定和应力的极限状态验算（其它情况略）。根据荷载组合情况，设计洪水情况的荷载组合包含：自重+静水压力+淤沙压力+扬压力+浪压力。沿坝轴线取单位长度1m计算。（1）自重将坝体剖面分成两个三角形和一个长方形计算其标准值，廊道的影响暂时不计入。（2）静水压力按设计洪水时的上下游水平水压力和斜面上的垂直水压力分别计算其标准值。（3）扬压力扬压力强度在坝踵处为γH1

，排水孔中心线上为γ(H2+αH)，坝趾处为γH2。扬压力折减系数α为0.25，按图中4块分别计算其扬压力标准值。（4）淤沙压力分水平方向和垂直方向计算。泥沙浮重度为6.5kN/m3，内摩擦角φs=18°。水平淤沙压力标准值为（5）浪压力坝前水深H大于半波长（H>L/2）按深水波计算浪压力标准值荷载计算结果：（四）抗滑稳定极限状态计算

坝体抗滑稳定极限状态，属承载能力极限状态，核算时，其作用和材料性能均应以设计值代入。基本组合时γ0=1.0；ψ=1.0，γd=1.2；fd＇=0.82/1.3=0.6308；cd＇=600/3.0=200.00kPa。满足要求。偶然组合与基本组合计算方法类同，该例题省略。深层抗滑稳定分析省略。（五）坝趾抗压强度极限状态计算

坝趾抗压强度极限状态，属承载能力极限状态，核算时，其作用和材料性能均以设计值代入。基本组合时，γ0