TOC\h\z\t"第n章,1,1.1,2,1.1.1,3"第1章緒論 11.1水利樞紐與水工建筑物的等級(jí)劃分 11.2永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn) 1第2章洪水調(diào)節(jié) 22.2調(diào)洪演算 22.1.1洪水調(diào)節(jié)計(jì)算方法 2前沿凈寬確定 22.1.3計(jì)算下泄流量 2設(shè)計(jì)情況 3校核情況 5第3章非溢流壩段計(jì)算 93.1非溢流壩段經(jīng)濟(jì)剖面尺寸擬定 9超高值的計(jì)算 9壩頂高程計(jì)算 13第4章非溢流段的設(shè)計(jì)和計(jì)算 144.1荷載組合計(jì)算及力矩計(jì)算 14自重計(jì)算及力矩計(jì)算 144.2.2靜水壓力計(jì)算及力矩計(jì)算 22揚(yáng)壓力計(jì)算及力矩計(jì)算 264.1.4.淤沙壓力及力矩計(jì)算 314.1.5.浪壓力及其力矩 334.1.6.地震荷載 344.2抗滑穩(wěn)定分析 36正常蓄水位下壩基面抗滑穩(wěn)定分析 37設(shè)計(jì)洪水位下壩基面抗滑穩(wěn)定分析 37校核洪水位下壩基面抗滑穩(wěn)定分析 37地震荷載情況下壩基面抗滑穩(wěn)定分析 374.3應(yīng)力計(jì)算與分析 38整體應(yīng)力計(jì)算與分析的方法 38垂直正應(yīng)力QUOTE的計(jì)算 39剪應(yīng)力QUOTE的計(jì)算 40垂直面上正應(yīng)力QUOTE的計(jì)算 40計(jì)算工況選定正常蓄水位工況 41計(jì)算工況選定設(shè)計(jì)洪水位工況 46計(jì)算工況選定校核洪水位工況 51計(jì)算工況選定地震工況 56局部應(yīng)力計(jì)算 61第5章溢流壩剖面的設(shè)計(jì) 645.1溢流段孔口設(shè)計(jì)及剖面設(shè)計(jì)所需參數(shù) 645.2消能防沖設(shè)計(jì) 65鼻坎形式 65挑射角度 65鼻坎高程 65反弧半徑 65水舌挑距和沖刷坑深度 665.3溢流面頂部設(shè)計(jì) 675.4溢流曲線形狀的確定 69第6章第二建筑物設(shè)計(jì) 716.1引水管道的布置 71壓力鋼管形式 71進(jìn)水口尺寸設(shè)計(jì) 71其他參數(shù) 736.2閘門及啟閉設(shè)備 736.3細(xì)部構(gòu)造 73通氣孔和進(jìn)人孔 73充水閥設(shè)計(jì) 736.4壓力鋼管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 74壓力鋼管的厚度 74內(nèi)水壓力計(jì)算以及結(jié)構(gòu)分析 75混凝土開(kāi)裂情況判別 77鋼管穩(wěn)定強(qiáng)度分析 79第7章施工組織設(shè)計(jì) 817.1導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn) 817.2導(dǎo)流方案 817.3施工導(dǎo)流工程特性 81參考文獻(xiàn) 82第1章緒論1.1水利樞紐與水工建筑物的等級(jí)劃分參考《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-20001、可確定該工程規(guī)模為大（1）型工程等級(jí)為Ⅰ級(jí)2、水工建筑物級(jí)別（永久性水工建筑物）工程等級(jí)為Ⅰ級(jí)，則主要建筑物級(jí)別1級(jí)，次要建筑物3級(jí)3、臨時(shí)性水工建筑物級(jí)別保護(hù)對(duì)象為1級(jí)主要永久建筑物，3級(jí)次要永久建筑，則臨時(shí)性水工建筑物為4級(jí)。1.2永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)正常運(yùn)用（設(shè)計(jì)）洪水重現(xiàn)期500年，頻率為0.2％非常運(yùn)用（校核）洪水重現(xiàn)期10000年，頻率為0.01％第2章洪水調(diào)節(jié)2.2調(diào)洪演算洪水調(diào)節(jié)計(jì)算方法利用瞬態(tài)法，結(jié)合水庫(kù)特有條件，得出專用于水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的實(shí)用公式如下：(2.1)式中：——計(jì)算時(shí)段中的平均入庫(kù)流量（m3/s）；——計(jì)算時(shí)段中的平均下泄流量（m3/s）；——時(shí)段初末水庫(kù)蓄水量之差(m3)；——計(jì)算時(shí)段，本設(shè)計(jì)取6小時(shí)。即在一個(gè)計(jì)算時(shí)段內(nèi)，入庫(kù)水量與下泄水量之差為該時(shí)段中蓄水量的變化。2.1.2前沿凈寬確定根據(jù)所給資料，工程建成后可以對(duì)下游起到防洪作用，最大的下泄流量為，設(shè)最大單寬流量為，則沿流寬度根據(jù)公式（2.2）確定，可得：調(diào)洪演算采用壩址洪水過(guò)程線，根據(jù)水量平衡原理用列表試算法法計(jì)算。2.1.3計(jì)算下泄流量采用WES式溢流堰。其下泄流量可用公式（2.3）式中：C—上游面坡度影響修正系數(shù)；m—流量系數(shù)；ε—側(cè)收縮系數(shù)；σs—淹沒(méi)系數(shù)；B—溢流堰凈寬；HW—堰上作用水頭。近似計(jì)算中可以認(rèn)為=k，設(shè)計(jì)情況k=2.01，校核情況k=2.04則泄流能力計(jì)算公式就近似為2.1.4設(shè)計(jì)情況參數(shù)k=2.01；B=102m；H2-H1是堰上作用水頭，H1=353m，根據(jù)H2從353m到379m.求出各水位的下泄流量q，得出q-f（V）曲線根據(jù)以上數(shù)據(jù)和不同堰上作用水頭可得不同水深時(shí)的下瀉流量，列于表中：表2.1設(shè)計(jì)水位對(duì)應(yīng)泄流Z-q曲線水位Z/m庫(kù)容V/億m3下泄流量q/（m3/s）353.00107.500.00355.00112.00579.88357.00116.001640.16359.00121.003013.17361.00125.004639.07363.00129.006483.30365.00136.008522.52367.00140.0010739.60369.00145.0013121.28371.00150.0015656.87373.00153.0018337.55375.00158.0021155.84377.00165.0024105.33379.00171.0027180.43計(jì)算中V取溢洪道堰頂以上庫(kù)容，計(jì)算時(shí)段取△t=6h=21600s計(jì)算過(guò)程見(jiàn)下表表2.2P=0.2%時(shí)的計(jì)算表用表中第(1)、(2)、(4)三欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Q~t，q~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖2.1設(shè)計(jì)洪水位調(diào)洪曲線然后利用第(1)、(8)欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Z~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖2.2設(shè)計(jì)洪水位水位-時(shí)間Z-T曲線查圖可知，最大下泄流量qm發(fā)生在t=3日14:00時(shí)刻左右，是q~t曲線與Q~t曲線的交點(diǎn)即為所求。所以由上面的調(diào)洪演算可知道大壩設(shè)計(jì)洪水位為375.99m對(duì)應(yīng)的下泄流量為23118.2m3/s。2.1.5校核情況參數(shù)k=2.04；B=102m；H2-H1是堰上作用水頭，H1=353m，根據(jù)H2從353m到379m，求出各水位的下泄流量q，得出q-f（V）曲線根據(jù)以上數(shù)據(jù)和不同堰上作用水頭可得不同水深時(shí)的下瀉流量，列于表中：表2.3校核水位對(duì)應(yīng)泄流Z-q曲線水位Z/m庫(kù)容V/億m3下泄流量q/（m3/s）353.00107.500.00355.00112.00588.54357.00116.001664.64359.00121.003058.14361.00125.004708.31363.00129.006580.07365.00136.008649.72367.00140.0010899.90369.00145.0013317.12371.00150.0015890.56373.00153.0018611.24375.00158.0021471.60377.00165.0024465.11379.00171.0027586.10計(jì)算中V取溢洪道堰頂以上庫(kù)容，計(jì)算時(shí)段取△t=6h=21600s計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表表2.4P=0.01%時(shí)的計(jì)算表繪制調(diào)洪曲線用表中第(1)、(2)、(4)三欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Q~t，q~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖2.3校核洪水位調(diào)洪曲線然后利用第(1)、(8)欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Z~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖2.4校核洪水位水位-時(shí)間Z-T曲線查圖可知，最大下泄流量qm發(fā)生在t=13日20:00時(shí)刻左右，是q~t曲線與Q~t曲線的交點(diǎn)即為所求。所以由上面的調(diào)洪演算可知道大壩設(shè)計(jì)洪水位為378.59m對(duì)應(yīng)的下泄流量為27701.55m3/s。經(jīng)過(guò)計(jì)算比較之后，選定堰頂高程353m最為合適，在溢流凈寬相同的前提下，溢流堰頂高程越低，其泄流能力越強(qiáng)，工程造價(jià)越低。353m堰頂高的結(jié)果中校核洪水最大下泄流量為27701.55m3/s，對(duì)應(yīng)校核洪水位378.59m,均小于要求中校核洪水最大下泄流量限制27750m3/s，校核洪水位不超過(guò)正常蓄水位的4.9m第3章非溢流壩段計(jì)算3.1非溢流壩段經(jīng)濟(jì)剖面尺寸擬定3.1.1超高值的計(jì)算（1）基本公式壩頂應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂高程應(yīng)高于波浪頂高程，其與設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，可由式（2.1）計(jì)算，應(yīng)選擇兩者中防浪墻頂高程較高者作為選定高程。（3.1）式中—防浪墻頂與設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差；—累計(jì)頻率為1%的波浪高度；—波浪中心線至設(shè)計(jì)洪水位或校和洪水位的高差；——安全超高，按下表采用 表3.1安全超高值安全級(jí)別運(yùn)用情況Ⅰ（1）Ⅱ（2、3）Ⅲ（4、5）設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位0.70.50.50.40.40.3本大壩級(jí)別為Ⅰ級(jí)，hc設(shè)計(jì)=0.7；hc校核=0.5（2）波浪要素的計(jì)算由于根據(jù)流域地形地質(zhì)情況，斷定該河谷屬于內(nèi)陸型峽谷宜按官?gòu)d公式計(jì)算：(3.2)(3.3)（3.4）式中hl當(dāng)=20~250時(shí)，為累積頻率5%的波高h(yuǎn)5%；當(dāng)=250~1000時(shí)，為累積頻率10%的波高h(yuǎn)10%.經(jīng)過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)情況時(shí)gD/v02=34.7；校核情況時(shí)gD/v02=76.6，所以hl為累積頻率5%的波高h(yuǎn)5%，由于所求hl為累積頻率5%的波高，為了計(jì)算精確，采用重力壩規(guī)范計(jì)算h1%的值。表3.2累積頻率為的波高與平均波高的比值0.1123451013203002.972.422.232.112.021.951.711.611.430.940.12.702.262.092.001.921.871.651.561.410.960.22.462.091.961.881.811.761.591.511.370.980.32.231.931.821.761.701.661.521.451.341.000.42.011.781.681.641.601.561.441.391.301.010.51.801.631.561.621.491.461.371.331.251.01在計(jì)算和時(shí)，設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位采用不同的計(jì)算風(fēng)速值。計(jì)算風(fēng)速在水庫(kù)正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.5~2.0倍，校核洪水位時(shí)宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速，見(jiàn)下表表3.3計(jì)算風(fēng)速計(jì)算情況庫(kù)水位(m)吹程(km)最大風(fēng)速(m/s)計(jì)算風(fēng)速(m/s)設(shè)計(jì)情況375.9922424校核情況378.5922416正常情況373.7022432壩頂高程或壩頂上游防浪墻頂高程按下式計(jì)算：壩頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+壩頂高程=校核洪水位+式中，、分別為計(jì)算的壩頂（或防浪墻頂）據(jù)設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位的高度。由于正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水在計(jì)算壩頂超出靜水位Δh時(shí)，所采用的風(fēng)速計(jì)算值及安全超高值不一樣，所以在決定壩頂高程時(shí)，應(yīng)按正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水情況（持久狀況）和校核洪水情況（偶然狀況）分別求出壩頂高程，但壩頂高程應(yīng)高于校核水位。(3)設(shè)計(jì)洪水位時(shí)計(jì)算根據(jù)以上所求，可以知道風(fēng)速，吹程，水深H=180.99m，hc設(shè)計(jì)=0.7各波浪要素計(jì)算如下：波高根據(jù)重力壩規(guī)范計(jì)算，hp/H=1.111/180.99=6.14×10-3，此值接近于0，所以h5%/hm=1.95.解QUOTE=QUOTE0.796mQUOTE，內(nèi)插法得QUOTE=1.94648，QUOTE，0.571/180.99=3.15×10-3再用內(nèi)插法得QUOTE=1.94748，QUOTE，至此得出QUOTE。利用同樣的方法可以求出QUOTE2.415×0.571=1.379m。波長(zhǎng)QUOTE求得L=11.36m=QUOTE=0.34×cth100.05=0.34m所以求得：（4）校核洪水位時(shí)計(jì)算根據(jù)以上所求，可以知道風(fēng)速，吹程，水深H=183.59m，hc校核=0.5各波浪要素計(jì)算如下：波高（官?gòu)d公式）根據(jù)重力壩規(guī)范計(jì)算，hp/H=0.67/183.59=3.65×10-3，此值接近于0，所以h5%/hm=1.95.初解QUOTE=QUOTE=0.48mQUOTE，內(nèi)插法得QUOTE=1.94792，QUOTE，0.344/183.59=1.8735×10-3再用內(nèi)插法得QUOTE=1.9485，QUOTE，至此得出QUOTE。利用同樣的方法可以求出QUOTE2.417×0.344=0.830m。波長(zhǎng)QUOTE求得L=7.566m=QUOTE=0.19×cth152.39=0.19m所以求得：（5）正常蓄水位時(shí)計(jì)算根據(jù)以上所求，可以知道風(fēng)速，吹程，水深H=178.7m，hc=0.7。各波浪要素計(jì)算如下：波高根據(jù)重力壩規(guī)范計(jì)算，hp/H=1.59/178.7=8.9×10-3，此值接近于0，所以h5%/hm=1.95.初解QUOTE=QUOTE=1.14mQUOTE，內(nèi)插法得QUOTE=1.94488，QUOTE，0.818/178.7=4.58×10-3再用內(nèi)插法得QUOTE=1.9463，QUOTE，至此得出QUOTE。利用同樣的方法可以求出QUOTE2.413×0.817=1.971m。波長(zhǎng)QUOTE求得L=15.15mQUOTE0.51m所以求得：3.1.2壩頂高程計(jì)算根據(jù)以上兩種水位時(shí)計(jì)算結(jié)果，得出兩種狀況下壩頂高程。（1）設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的壩頂高程：▽壩頂=設(shè)計(jì)洪水位+=375.99+2.42=378.41m（2）校核洪水位時(shí)的壩頂高程：▽壩頂=校核洪水位+=378.59+1.52=380.11m保證大壩的安全運(yùn)行，應(yīng)該選用其中的較大值▽壩頂＝380.11m，當(dāng)壩頂設(shè)置有與壩體連成整體的防浪墻（取1.2m）時(shí)，可降低壩頂?shù)母叱?，所以取壩頂高程為?80.00m。壩基面高程為▽QUOTE；壩高為Z=▽壩頂-▽壩基=190m。第4章非溢流段的設(shè)計(jì)和計(jì)算4.1荷載組合計(jì)算及力矩計(jì)算初步擬定了壩段尺寸，寬縫重力壩存在一定縫寬，對(duì)設(shè)計(jì)和計(jì)算加大了很多工作量，根據(jù)參考的文獻(xiàn)可把寬縫尺寸簡(jiǎn)化為工字形，然后根據(jù)CAD面域的計(jì)算方式可算出壩基面的形心點(diǎn)位置，同理也能算出折坡面的形心位置。為了方便力矩的計(jì)算，力矩取順時(shí)針為負(fù)，其計(jì)算前提為：壩基面為計(jì)算截面時(shí)，其形心點(diǎn)距離下游壩面為77.81m；折坡面為計(jì)算截面時(shí)，其形心點(diǎn)距離上游壩面為31.17m。4.1.1自重計(jì)算及力矩計(jì)算壩體自重W（kN）的計(jì)算公式：W=VQUOTE（4.1）式中V壩體體積，QUOTE；QUOTE混凝土重度，取24kN/m3寬縫重力壩計(jì)算自重應(yīng)計(jì)入20m壩段寬的壩體自重，應(yīng)減去寬縫節(jié)約的混凝土方量。計(jì)算方法：由計(jì)算得知壩體體積為V=V實(shí)-V寬縫；γc=24.利用CAD做尺寸測(cè)量可以得到較準(zhǔn)確的尺寸。如下圖，說(shuō)明：CAD尺寸只做面積計(jì)算，其體積計(jì)算非根據(jù)CAD立體圖算出，故保證了體積的準(zhǔn)確性。圖4.1非溢流壩段剖面復(fù)雜部分立體圖計(jì)算結(jié)果表如下：表4.1自重計(jì)算截面情況實(shí)體體積m3寬縫體積m3壩體體積m3重度kN/m3自重kN壩基面274438.469743.6204694.8244912676折坡面59908.385027.0454881.34241317152所以計(jì)算結(jié)果為：壩基面為計(jì)算截面時(shí)自重W=4912676kN；折坡面為計(jì)算截面時(shí)自重W=1317152kN。力矩計(jì)算：①壩基面情況：在計(jì)算壩基面自重情況時(shí)，由于寬縫的存在，壩體部分體積為空腔，所以計(jì)算力矩時(shí)不能將空腔部分算進(jìn)去，即寬縫空腔無(wú)自重，不存在自重產(chǎn)生的力矩。為此，將大壩的一個(gè)壩段切成A,B,C,D,E,F標(biāo)號(hào)的6小塊，計(jì)算每一規(guī)則小塊對(duì)于壩基面形心點(diǎn)所產(chǎn)生的力矩，再把力矩求和即是大壩一個(gè)壩段的自重力矩。對(duì)大壩切開(kāi)，將一個(gè)壩段按順序沿1-1面、2-2面、3-3面、4-4面、5-5面切開(kāi)。如下示意圖圖4.2壩段切塊示意圖圖4.3A塊切塊的尺寸圖（1）A塊的重量和力矩A塊自重：QUOTE力臂：QUOTE力矩：QUOTE方向?yàn)槟鏁r(shí)針圖4.4B塊切塊的尺寸圖（2）B塊的重量和力矩B塊自重：QUOTE力臂：QUOTE力矩：QUOTE方向?yàn)槟鏁r(shí)針圖4.5C塊切塊的尺寸圖（3）C塊的重量和力矩C塊自重：QUOTE力臂：QUOTE力矩：QUOTE方向?yàn)槟鏁r(shí)針計(jì)算梯形的形心，可以取左下角點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，那么，把梯形分成3部分，2個(gè)直角三角形和1個(gè)矩形，矩形形心橫坐標(biāo)為35.75，面積為2971.9，第一個(gè)三角形形心橫坐標(biāo)為15.07，面積為851.27，第三個(gè)三角形的形心橫坐標(biāo)為75.27，面積為4469.15，梯形面積為8717.95，故梯形形心橫坐標(biāo)為（35.75×2971.9+15.07×851.27+75.27×4469.15）/8717.95=52.24，所以梯形形心位于距寬縫上部52.24m處。圖4.6D塊切塊的尺寸圖（4）D塊的重量和力矩D塊自重：QUOTE力臂：QUOTE力矩：QUOTE方向?yàn)槟鏁r(shí)針圖4.7E塊切塊的尺寸圖（5）E塊的重量和力矩E塊自重：QUOTE力臂：QUOTE力矩：QUOTE方向?yàn)轫槙r(shí)針圖4.8F塊切塊的尺寸圖（6）F塊的重量和力矩F塊自重：QUOTE力臂：QUOTE力矩：QUOTE方向?yàn)槟鏁r(shí)針計(jì)算梯形的形心，可以取左下角點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，那么，把梯形分成2部分，1個(gè)直角三角形和1個(gè)矩形，矩形形心橫坐標(biāo)為8，面積為288，三角形形心橫坐標(biāo)為17.217，面積為32.85，梯形面積為320.85，故梯形形心橫坐標(biāo)為（8×288+32.85×17.217）/320.85=8.944，所以梯形形心位于距上游壩面8.944m處。②折坡面情況：在計(jì)算折坡面自重情況時(shí)，計(jì)算原理與取壩基面時(shí)一致，也是把一個(gè)壩段切成小塊。為此，將大壩的一個(gè)壩段切成5小塊，計(jì)算每一規(guī)則小塊自重對(duì)于折坡面形心點(diǎn)所產(chǎn)生的力矩，再把力矩求和即是大壩一個(gè)壩段的自重力矩。對(duì)大壩切開(kāi)，如下示意圖。圖4.9折坡面切塊示意圖被分成的方塊標(biāo)號(hào)按照壩基面的方式一致，對(duì)于折坡面計(jì)算，折坡面形心點(diǎn)位于距上游壩面31.17m處，根據(jù)自重與力矩的乘積就可以得到各方塊力矩，其和為大壩自重力矩。A塊自重：QUOTE力臂：QUOTE力矩：QUOTE方向?yàn)槟鏁r(shí)針B塊自重：QUOTE力臂：QUOTE力矩：QUOTE方向?yàn)槟鏁r(shí)針C塊自重：QUOTE力臂：QUOTE力矩：QUOTE方向?yàn)轫槙r(shí)針計(jì)算梯形的形心，可以取左下角點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，那么，把梯形分成3部分，2個(gè)直角三角形和1個(gè)矩形，矩形形心橫坐標(biāo)為16.75，面積為473.4，第一個(gè)三角形形心橫坐標(biāo)為2.4，面積為32.4，第三個(gè)三角形的形心橫坐標(biāo)為34.1，面積為113.4，梯形面積為619.2，故梯形形心橫坐標(biāo)為（16.75×473.4+2.4×32.4+34.1×113.4）/619.2=19.1766，所以梯形形心位于距寬縫上部19.1766m處。E塊自重：QUOTE力臂：QUOTE力矩：QUOTE方向?yàn)轫槙r(shí)針F塊自重：QUOTE力臂：QUOTE力矩：QUOTE方向?yàn)槟鏁r(shí)針綜上，最終結(jié)果：表4.2非溢流壩段自重及力矩截面情況實(shí)體體積m3寬縫體積m3壩體體積m3重度kN/m3自重kN力矩kN·m壩基面274438.469743.6204694.8244822202.2887528730.45折坡面59908.385027.0454881.34241440962.2816085541.274.2.2靜水壓力計(jì)算及力矩計(jì)算靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載，計(jì)算時(shí)常分解為水平水壓力PH和垂直水壓力PV兩種。水平水壓力PH（kN）計(jì)算公式：PH=QUOTE（4.2）式中H計(jì)算點(diǎn)處的作用水頭；QUOTE水的重度，常取9.81kN/m3垂直水壓力按水重計(jì)算。寬縫重力壩以一個(gè)壩段計(jì)算，應(yīng)計(jì)入20m壩段寬的靜水壓力。圖4.10靜水壓力計(jì)算分區(qū)示意圖①壩基面為計(jì)算對(duì)象分別計(jì)算出正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位三種情況下的靜水壓力。每種情況下，都要計(jì)算出水平水壓力和垂直水壓力，利用excel計(jì)算，結(jié)果如下。表4.3水平水壓力計(jì)算結(jié)果水平水壓力計(jì)算對(duì)象水位計(jì)算水頭水平水壓力正常上游373.7183.73310452.19設(shè)計(jì)上游375.99185.993393502.68校核上游378.59188.593489043.05正常下游246.856.8316494.144設(shè)計(jì)下游250.260.2355518.324校核下游254.664.6409386.996表4.4垂直水壓力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)靜水壓力的分布圖可知正常蓄水位水平力：2993958kN；垂直力：729272.3kN。設(shè)計(jì)洪水位水平力：3037984kN；垂直力：765125.8kN。校核洪水位水平力：3079656kN；垂直力：812526.2kN。①正常蓄水位工況力矩計(jì)算Ⅰ區(qū)：靜水壓力P1=3310452.19kN；力臂L1=計(jì)算水頭/3=61.23m；力矩M1=-3310452.19×61.23=-202710022.4kN·m方向?yàn)轫槙r(shí)針Ⅱ區(qū)：靜水壓力P2=507726.36kN；力臂L2=151-77.81-9.5=63.69m；力矩M2=507726.36×63.69=32337091.87kN·mⅢ區(qū)：靜水壓力P3=316494.144kN；力臂L3=計(jì)算水頭/3=18.9m；力矩M3=316494.144×18.9=5992289.13kN·mⅣ區(qū)：靜水壓力P4=221545.9kN；力臂L4=m；力矩M4=-221545.9×64.56=-14303003.3kN·m正常蓄水位工況下的力矩之和為M=-178683644.7kN·m方向順時(shí)針。②設(shè)計(jì)洪水位工況力矩計(jì)算Ⅰ區(qū)：靜水壓力P1=3393502.68kN；力臂L1=計(jì)算水頭/3=62m；力矩M1=-3393502.68×62=-210385854.5kN·m方向?yàn)轫槙r(shí)針Ⅱ區(qū)：靜水壓力P2=516263.02kN；力臂L2=151-77.81-9.5=63.69m；力矩M2=516263.02×63.69=32880791.74kN·mⅢ區(qū)：靜水壓力P3=355518.324kN；力臂L3=計(jì)算水頭/3=20.07m；力矩M3=355518.324×20.07=7135252.76kN·mⅣ區(qū)：靜水壓力P4=248862.83kN；力臂L4=m；力矩M4=-248862.83×63.76=-15867494.04kN·m設(shè)計(jì)洪水位工況下的力矩之和為M=-186237304kN·m方向順時(shí)針。③校核洪水位工況力矩計(jì)算Ⅰ區(qū)：靜水壓力P1=3489043.05kN；力臂L1=計(jì)算水頭/3=62.86m；力矩M1=-3489043.05×62.86=-219332876.3kN·m方向?yàn)轫槙r(shí)針Ⅱ區(qū)：靜水壓力P2=525955.3kN；力臂L2=151-77.81-9.5=63.69m；力矩M2=525955.3×63.69=33498093.06kN·mⅢ區(qū)：靜水壓力P3=409386.996kN；力臂L3=計(jì)算水頭/3=21.53m；力矩M3=409386.996×21.53=8815466.65kN·mⅣ區(qū)：靜水壓力P4=286570.9kN；力臂L4；力矩M4=-286570.9×62.74=-17978503.03kN·m校核工況下力矩之和為M=-194997819.7kN·m方向順時(shí)針。②折坡面為計(jì)算對(duì)象分別計(jì)算出正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位三種情況下的靜水壓力。每種情況下，計(jì)算出上游的水平水壓力和垂直水壓力，下游無(wú)水位，利用excel計(jì)算，結(jié)果如下。表4.5折坡面水平水壓力計(jì)算結(jié)果水平水壓力計(jì)算對(duì)象水位計(jì)算水頭水平水壓力正常上游373.788.7771820.389設(shè)計(jì)上游375.9990.99812187.568校核上游378.5993.59859266.543根據(jù)靜力分布圖知折坡面下游無(wú)靜水壓力，上游只有靜水水平壓力。①正常工況下，靜水壓力P=771820.389kN，力臂L=88.7/3=29.57m，力矩M=-22820156.17kN·m；②設(shè)計(jì)工況下，靜水壓力P=812187.568kN，力臂L=90.99/3=30.33m，力矩M=-24633648.9kN·m；③校核工況下，靜水壓力P=859266.543kN，力臂L=93.59/3=31.20m，力矩M=-26806251.92kN·m；4.1.3揚(yáng)壓力計(jì)算及力矩計(jì)算揚(yáng)壓力包括滲透壓力和浮托力兩部分。滲透壓力是由上、下游水位差H產(chǎn)生的滲流在壩內(nèi)或壩基面上形成的水壓力；托浮力是由下游水面淹沒(méi)計(jì)算截面而產(chǎn)生向上的水壓力。揚(yáng)壓力分三種工況進(jìn)行計(jì)算，分別是正常工況、設(shè)計(jì)工況、校核工況。為了方便計(jì)算，對(duì)揚(yáng)壓力進(jìn)行分區(qū)計(jì)算，寬縫重力壩分項(xiàng)系數(shù)為1.1，滲透壓力強(qiáng)度系數(shù)α取0.3（岸坡段）。下圖為揚(yáng)壓力分區(qū)示意圖：圖4.11揚(yáng)壓力分區(qū)計(jì)算示意圖①壩基面為計(jì)算對(duì)象公式為QUOTE（4.3）式中QUOTE為水的容重9.81kN/m3，QUOTE為浮托力作用面積系數(shù)，值為1；V為計(jì)算斷面以上尾水位以下包圍的體積。正常工況：浮托力計(jì)算。A區(qū)：UA=-1×9.81kN/m3×20m×151m×56.8m=-1682768.16kN方向向上LA=77.81-151/2=2.31mMA=1682768.16×2.31=3887194.45kN·m逆時(shí)針?lè)较驖B透壓力計(jì)算。B區(qū)：UB=-1.1×9.81×20×6×38.07=-49297.6kN方向向上LB=151-77.81-3=70.19mMB=-49297.6×70.19=-3460198.85kN·m順時(shí)針?lè)较駽區(qū)：UC=-1.1×9.81×20×34×38.07×0.5=-139676.55kN方向向上LC=151-77.81-34/3-6=55.86mMC=-139676.5×55.86=-7802331.85kN·m順時(shí)針?lè)较駾區(qū)：UD=-1.1×9.81×20×6×88.83×0.5=-57513.87kN方向向上LD=151-77.81-6/3=71.19mMD=-57513.9×71.19=-4094412.53kN·m順時(shí)針?lè)较驌P(yáng)壓力的力矩之和QUOTE設(shè)計(jì)工況：浮托力計(jì)算。A區(qū)：UA=-1×9.81kN/m3×20m×151m×60.2m=-1783497.24kN方向向上LA=77.81-151/2=2.31mMA=1783497.24×2.31=4119878.62kN·m逆時(shí)針?lè)较驖B透壓力計(jì)算。B區(qū)：UB=-1.1×9.81×20×6×37.74=-48866.40kN方向向上LB=151-77.81-3=70.19mMB=-48866.40×70.19=-3429932.34kN·m順時(shí)針?lè)较駽區(qū)：UC=-1.1×9.81×20×34×37.74×0.5=-138454.79kN方向向上LC=151-77.81-34/3-6=55.86mMC=-138454.79×55.86=-7734084.50kN·m順時(shí)針?lè)较駾區(qū)：UD=-1.1×9.81×20×6×88.05×0.5=-57010.80kN方向向上LD=151-77.81-6/3=71.19mMD=-57010.80×71.19=-4058598.52kN·m順時(shí)針?lè)较驌P(yáng)壓力的力矩之和QUOTE校核工況：浮托力計(jì)算。A區(qū)：UA=-1×9.81kN/m3×20m×151m×64.60m=-1913852.52kN方向向上LA=77.81-151/2=2.31mMA=1913852.52×2.31=4420999.32kN·m逆時(shí)針?lè)较驖B透壓力計(jì)算。B區(qū)：UB=-1.1×9.81×20×6×37.20=-48167.14kN方向向上LB=151-77.81-3=70.19mMB=-48167.14×70.19=-3380851.50kN·m順時(shí)針?lè)较駽區(qū)：UC=-1.1×9.81×20×34×37.20×0.5=-136473.56kN方向向上LC=151-77.81-34/3-6=55.86mMC=-136473.56×55.86=-7623413.13kN·m順時(shí)針?lè)较駾區(qū)：UD=-1.1×9.81×20×6×86.79×0.5=-56195.00kN方向向上LD=151-77.81-6/3=71.19mMD=-56195.00×71.19=-4000521.75kN·m順時(shí)針?lè)较驌P(yáng)壓力的力矩之和QUOTE②折坡面為計(jì)算對(duì)象以折坡面為計(jì)算截面時(shí)，下游無(wú)水位，只計(jì)算上游滲透壓力。圖4.12折坡面揚(yáng)壓力分區(qū)及尺寸示意圖表4.6折坡面揚(yáng)壓力計(jì)算結(jié)果工況正常工況設(shè)計(jì)工況校核工況上游水頭88.790.9993.59H88.790.9993.59αH26.6127.29728.077H-αH62.0963.69365.513B區(qū)揚(yáng)壓力34457.82135347.4312436357.46884C區(qū)揚(yáng)壓力97630.493100151.0552103012.8284D區(qū)揚(yáng)壓力40200.79141238.6697842417.04698力矩MB970676.82995737.1381024189.897力矩MC1350880.91385757.1011425354.512力矩MD1172657.11202931.9971237305.264.1.4.淤沙壓力及力矩計(jì)算根據(jù)朗肯理論主動(dòng)土壓力公式，作用于單位長(zhǎng)度擋水結(jié)構(gòu)上的水平淤沙壓力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：QUOTE（4.4）QUOTE（4.5）式中：QUOTE淤沙的浮重度，kN/m3QUOTE淤沙的干重度，kN/m3QUOTE淤沙的內(nèi)摩擦角QUOTE壩前淤積厚度，mn淤沙孔隙率QUOTE水重度，kN/m3已知浮重度QUOTE=12kN/m3，壩前淤積厚度為QUOTE=287.6-190=97.6m，內(nèi)摩擦角QUOTE=24°，淤沙高程287.6m垂直方向的淤沙壓力QUOTE按作用面上的淤沙重量計(jì)算。①水平方向淤沙壓力的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值：QUOTE=0.5×12×97.62×tan2（45°-24/2°）×20=482076kNLskH=97.6/3=32.53mMskH=-482076×32.53=-15681932.28kN·m方向順時(shí)針設(shè)計(jì)值：QUOTE=1.2×0.5×12×97.62×tan2（45°-24/2°）=578491.2kNLskH=97.6/3=32.53mMskH=-578491.2×32.53=-18818314.84kN·m②垂直方向淤沙壓力的計(jì)算圖4.13淤沙尺寸示意圖淤沙厚度為97.6m，而折坡處距壩底高度為95m，垂直淤沙壓力的計(jì)算方法和水重計(jì)算原理一樣，故有：QUOTE×20=228452kNLskV=151-77.81-19/2=63.69mMskV=228452×63.69=14550107.9kN·mQUOTE×20=274142.4kNLskV=151-77.81-19/2=63.69mMskV=274142.4×63.69=17460129.5kN·m淤沙壓力的力矩之和：標(biāo)準(zhǔn)值：QUOTE設(shè)計(jì)值：QUOTE4.1.5.浪壓力及其力矩浪壓力計(jì)算公式：（4.6）浪壓力對(duì)壩底中點(diǎn)的力矩M為：QUOTEQUOTEQUOTE式中：為壩前水深。①設(shè)計(jì)洪水位由前面的計(jì)算結(jié)果可知，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，壩前水深H=180.99m，hc設(shè)計(jì)=0.7，QUOTE=1.379m，L=11.36m，QUOTE0.34m。PL=9.81×11.36÷4×（1.379+0.34）=47.89kNQUOTE=180.99-5.68+（5.68+1.379+0.34）/3=177.78mQUOTE=M=0.25×9.81×（5.68+1.379+0.34）×11.36××9.81×32.26×177.2=-8608.114kN·m②校核洪水位由前面的計(jì)算結(jié)果可知，校核洪水位時(shí)，壩前水深H=183.59m，hc校核=0.5，QUOTE=0.83m，L=7.566m，QUOTE0.19m。PL=9.81×7.566÷4×（0.83+0.19）=18.93kNQUOTE=18+（3.783+0.83+0.19）/3=181.41mQUOTE=183.59-7.566/3=181.07mM=0.25×9.81×（3.783+0.83+0.19）×7.566×181.41-0.5×9.81×14.31×181.07=-3458.33kN·m③正常蓄水位由前面的計(jì)算結(jié)果可知，正常蓄水位時(shí)，壩前水深H=178.3m，hc=0.7，QUOTE=1.971m，L=15.15m，QUOTE0.51m。PL=9.81×15.15÷4×（1.971+0.51）=92.18kNQUOTE=178.3-7.575+（7.575+1.971+0.51）/3=174.08mQUOTE=M=0.25×9.81×（7.575+1.971+0.51）×15.15××9.81×57.38×173.25=-16281.3kN·m4.1.6.地震荷載根據(jù)資料，設(shè)計(jì)地震烈度為8度。壩體的慣性力：QUOTE（4.7）α=1+0.5H/h0（4.8）h0為壩體斷面形心到壩底距離，H為計(jì)算點(diǎn)到壩底的距離。地震時(shí)附加的水壓力：激蕩力公式QUOTE（4.9）QUOTE為0.05，H為上游水頭，h為計(jì)算水深（自變量），C=1.①壩基面為計(jì)算截面慣性力計(jì)算：W=4822202.28kN，QUOTE=0.05，C=1，α=1S=4822202.28×0.05×1×1=241110.11kN激蕩力計(jì)算：正常蓄水位時(shí)，H=183.7m。QUOTE=0.05×1×QUOTE，得出激蕩力強(qiáng)度曲線。壩基面h=183.7mQUOTE=0.05×183.7=9.185（噸/㎡）=90kN/㎡，激蕩力P=QUOTE×S=330660kN。設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，H=185.99m。QUOTE=0.05×1×QUOTE，h=185.99，QUOTE=0.05×185.99=9.3（噸/㎡）=91.14kN/㎡，激蕩力P=QUOTE×S=339022.6kN。校核洪水位時(shí)，H=188.59m。QUOTE=0.05×1×QUOTE，h=188.59，QUOTE=0.05×188.59=9.43（噸/㎡）=92.41kN/㎡，激蕩力P=QUOTE×S=348548.6kN。②折坡面為計(jì)算截面慣性力計(jì)算：W=1440962.28kN，QUOTE=0.05，C=1，α=1S=1440962.28×0.05×1×1=72048.11kN激蕩力計(jì)算：正常蓄水位時(shí)，H=183.7m。QUOTE=0.05×1×QUOTE，得出激蕩力強(qiáng)度曲線。壩基面h=88.7mQUOTE=0.05×127.65=6.38（噸/㎡）=62.55kN/㎡，激蕩力P=QUOTE×S=110959.9kN。設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，H=185.99m。QUOTE=0.05×1×QUOTE，h=90.99m，QUOTE=0.05×130.09=6.5（噸/㎡）=63.7kN/㎡，激蕩力P=QUOTE×S=115921.26kN。校核洪水位時(shí)，H=188.59m。QUOTE=0.05×1×QUOTE，h=93.59m，QUOTE=0.05×132.85=6.64（噸/㎡）=65.07kN/㎡，激蕩力P=QUOTE×S=121801.77kN。表4.7壩基面各工況垂直方向合力表4.8折坡面各工況垂直方向合力表4.9壩基面各工況水平方向合力表4.10折坡面各工況水平方向合力表4.11壩基面合力矩匯總4.2抗滑穩(wěn)定分析抗剪斷強(qiáng)度的計(jì)算公式：QUOTE（4.10）式中QUOTE———按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；QUOTE———壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)；QUOTE———壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，kPa；A———計(jì)算截面面積，QUOTE；QUOTE———作用于壩體上全部荷載（包括揚(yáng)壓力，下同）對(duì)滑動(dòng)平面的法向分值，kN；QUOTE———作用于壩體上全部荷載對(duì)滑動(dòng)平面的切向分值，kN。QUOTE，QUOTE，壩基面A=1996QUOTE基本組合：4.2.1正常蓄水位下壩基面抗滑穩(wěn)定分析正常蓄水位下，QUOTE，QUOTE，壩基面A=1996QUOTE。QUOTE=自重+垂直水壓力+淤沙垂直壓力-揚(yáng)壓力=4822202.28+729272.3+228452-1929256.2=3850670.4kNQUOTE=水平水壓力+淤沙水平壓力+浪壓力=2993958+482076+92.18=3476129.2kN所以QUOTE=（1.5×3850670.4+1500×1996）/3476129.2=2.52≥2.5滿足抗滑穩(wěn)定要求。4.2.2設(shè)計(jì)洪水位下壩基面抗滑穩(wěn)定分析設(shè)計(jì)洪水位下，QUOTE，QUOTE，壩基面A=1996QUOTE。QUOTE=自重+垂直水壓力+淤沙垂直壓力-揚(yáng)壓力=3787950.85kNQUOTE=水平水壓力+淤沙水平壓力+浪壓力=3520107.89kN所以QUOTE=（1.5×3787950.85+1500×1996）/3520107.89=2.5≥2.5滿足抗滑穩(wěn)定要求。偶然組合：4.2.3校核洪水位下壩基面抗滑穩(wěn)定分析校核洪水位下，QUOTE，QUOTE，壩基面A=1996QUOTE。QUOTE=自重+垂直水壓力+淤沙垂直壓力-揚(yáng)壓力=3754182.66kNQUOTE=水平水壓力+淤沙水平壓力+浪壓力=3657566.13kN所以QUOTE=（1.5×3754182.66+1500×1996）/3657566.13=2.35≥2.0滿足抗滑穩(wěn)定要求。4.2.4地震荷載情況下壩基面抗滑穩(wěn)定分析地震荷載情況以正常蓄水位計(jì)算，QUOTE，QUOTE，壩基面A=1996QUOTE。QUOTE=自重+垂直水壓力+淤沙垂直壓力+慣性力-揚(yáng)壓力=4822202.28+729272.3+228452+241110.11-1929256.2=4091780.5kNQUOTE=水平水壓力+淤沙水平壓力+浪壓力+激蕩力=2993958+482076+92.18+110959.9=3589089.1kN所以QUOTE=（1.5×4091780.5+1500×1996）/3589089.2=2.54≥2.0滿足抗滑穩(wěn)定要求。4.3應(yīng)力計(jì)算與分析4.3.1整體應(yīng)力計(jì)算與分析的方法在做應(yīng)力分析前，對(duì)一些數(shù)值的整理如下：圖4.14簡(jiǎn)化寬縫尺寸示意圖圖4.15應(yīng)力計(jì)算坐標(biāo)軸示意圖4.3.2垂直正應(yīng)力QUOTE的計(jì)算在寬縫重力壩計(jì)算中，仍假定QUOTE呈直線分布，即QUOTE，而a及b可由下式計(jì)算：根據(jù)有上述公式可知，a和b的值由此可算出u、U、d、D四點(diǎn)處的QUOTE的剪應(yīng)力QUOTE。根據(jù)a和b的值，以及F，I，QUOTE的數(shù)值就可以算出垂直正應(yīng)力。4.3.3剪應(yīng)力QUOTE的計(jì)算圖4.16剪應(yīng)力計(jì)算方法示意圖如上圖，沿壩段長(zhǎng)度方向，分為d-D，D-U，U-u三段，分段推導(dǎo)剪應(yīng)力。4.3.4垂直面上正應(yīng)力QUOTE的計(jì)算圖4.17水平正應(yīng)力計(jì)算方法示意圖和推導(dǎo)剪應(yīng)力時(shí)的公式一樣，我們切取一小塊元體，考察其水平向力系的平衡條件，可以求出計(jì)算正應(yīng)力QUOTE的公式。4.3.5計(jì)算工況選定正常蓄水位工況1.垂直正應(yīng)力QUOTE有W=3850670.4kN；M=-103778769.1kN·m；P=3476126.18kN；F=1996QUOTE；QUOTE，QUOTE；QUOTE故得：QUOTE可列表計(jì)算如下（表中應(yīng)力以kN/m2）表4.12正常蓄水位工況垂直正應(yīng)力2.剪應(yīng)力QUOTEQUOTE可以按下式計(jì)算：①計(jì)算上下游壩面的剪應(yīng)力：上游n=0.2；上游QUOTE下游m=0.7，下游QUOTE②計(jì)算以下各值QUOTE7；QUOTE；t=135；QUOTEC=BQUOTE/2+QUOTE=155306D=BQUOTE/3+QUOTE=16392921③代入下面的公式中建立聯(lián)立方程組：建立方程組：化簡(jiǎn)方程：令方程組后參數(shù)為QUOTE故有：④解上式列方程組，得：所以，QUOTE⑤代入式從而求出QUOTE1590.25；QUOTE2403.55；QUOTE；QUOTE⑥這樣就求得剪應(yīng)力的計(jì)算公式：上游段QUOTE寬縫段QUOTE下游段QUOTE可列表計(jì)算如下（表中應(yīng)力以kN/㎡計(jì)）表4.13正常蓄水位工況剪應(yīng)力3.正應(yīng)力QUOTE①計(jì)算5個(gè)導(dǎo)數(shù)：②成立聯(lián)立方程組：將上列各數(shù)值代入后，得：令方程常數(shù)項(xiàng)為i、j、k，則方程可化簡(jiǎn)：化簡(jiǎn)，得解之，得③計(jì)算QUOTE故V’+A=143552.12代入式：由此可得，

④計(jì)算各系數(shù)值⑤這樣得到了QUOTE的計(jì)算公式下游段QUOTE寬縫段QUOTE上游段QUOTEQUOTE的值列表計(jì)算如下：表4.14正常蓄水位工況水平正應(yīng)力4.3.6計(jì)算工況選定設(shè)計(jì)洪水位工況1.垂直正應(yīng)力QUOTE有W=3787950.85kN；M=-110957743.1kN·m；P=3520107.89kN；F=1996QUOTE；QUOTE，QUOTE；QUOTE故得：QUOTE可列表計(jì)算如下（表中應(yīng)力以kN/m2）表4.15設(shè)計(jì)洪水位工況垂直正應(yīng)力應(yīng)力2.剪應(yīng)力QUOTEQUOTE可以按下式計(jì)算：①計(jì)算上下游壩面的剪應(yīng)力：上游n=0.2；上游QUOTE下游m=0.7，下游QUOTE②計(jì)算以下各值QUOTE7；QUOTE；t=135；QUOTEC=BQUOTE/2+QUOTE=155306D=BQUOTE/3+QUOTE=16392921③代入下面的公式中建立聯(lián)立方程組：建立方程組：化簡(jiǎn)方程：令方程組后參數(shù)為QUOTE故有：④解上式列方程組，得：所以，QUOTE⑤代入式從而求出QUOTE1616.26；QUOTE2428.35；QUOTE；QUOTE⑥這樣就求得剪應(yīng)力的計(jì)算公式：上游段QUOTE寬縫段QUOTE下游段QUOTE可列表計(jì)算如下（表中應(yīng)力以kN/㎡計(jì)）表4.16設(shè)計(jì)洪水位工況剪應(yīng)力3.正應(yīng)力QUOTE①計(jì)算5個(gè)導(dǎo)數(shù)：②成立聯(lián)立方程組：將上列各數(shù)值代入后，得：令方程常數(shù)項(xiàng)為i、j、k，則方程可化簡(jiǎn)：化簡(jiǎn)，得解之，得③計(jì)算QUOTE故V’+A=148176.82代入式：由此可得，

④計(jì)算各系數(shù)值⑤這樣得到了QUOTE的計(jì)算公式下游段QUOTE寬縫段QUOTE上游段QUOTE表4.17設(shè)計(jì)洪水位工況水平正應(yīng)力4.3.7計(jì)算工況選定校核洪水位工況1.垂直正應(yīng)力QUOTE有W=3754688.22kN；M=-119414520kN·m；P=3657566.13kN；F=1996QUOTE；QUOTE，QUOTE；QUOTE故得：QUOTE可列表計(jì)算如下（表中應(yīng)力以kN/m2）表4.18校核洪水位工況垂直正應(yīng)力2.剪應(yīng)力QUOTEQUOTE可以按下式計(jì)算：①計(jì)算上下游壩面的剪應(yīng)力：上游n=0.2；上游QUOTE下游m=0.7，下游QUOTE②計(jì)算以下各值QUOTE7；QUOTE；t=135；QUOTEC=BQUOTE/2+QUOTE=155306D=BQUOTE/3+QUOTE=16392921③代入下面的公式中建立聯(lián)立方程組：建立方程組：化簡(jiǎn)方程：令方程組后參數(shù)為QUOTE故有：④解上式列方程組，得：所以，QUOTE⑤代入式從而求出QUOTE1651.23；QUOTE2487.52；QUOTE；QUOTE⑥這樣就求得剪應(yīng)力的計(jì)算公式：上游段QUOTE寬縫段QUOTE下游段QUOTE可列表計(jì)算如下（表中應(yīng)力以kN/㎡計(jì)）表4.19校核洪水位工況剪應(yīng)力3.正應(yīng)力QUOTE①計(jì)算5個(gè)導(dǎo)數(shù)：②成立聯(lián)立方程組：將上列各數(shù)值代入后，得：令方程常數(shù)項(xiàng)為i、j、k，則方程可化簡(jiǎn)：化簡(jiǎn)，得解之，得③計(jì)算QUOTE故V’+A=154494.31代入式：由此可得，

④計(jì)算各系數(shù)值⑤這樣得到了QUOTE的計(jì)算公式下游段QUOTE寬縫段QUOTE上游段QUOTEQUOTE的值列表計(jì)算如下：表4.20校核洪水位工況水平正應(yīng)力4.3.8計(jì)算工況選定地震工況1.垂直正應(yīng)力QUOTE有W=3922718.51kN；M=-79154918.65kN·m；P=3806786.18kN；F=1996QUOTE；QUOTE，QUOTE；QUOTE故得：QUOTE可列表計(jì)算如下（表中應(yīng)力以kN/m2）表4.21地震工況垂直正應(yīng)力2.剪應(yīng)力QUOTEQUOTE可以按下式計(jì)算：①計(jì)算上下游壩面的剪應(yīng)力：上游n=0.2；上游QUOTE下游m=0.7，下游QUOTE②計(jì)算以下各值QUOTE7；QUOTE；t=135；QUOTEC=BQUOTE/2+QUOTE=155306D=BQUOTE/3+QUOTE=16392921③代入下面的公式中建立聯(lián)立方程組：建立方程組：化簡(jiǎn)方程：令方程組后參數(shù)為QUOTE故有：④解上式列方程組，得：所以，QUOTE⑤代入式從而求出QUOTE1290.54；QUOTE2094.84；QUOTE；QUOTE⑥這樣就求得剪應(yīng)力的計(jì)算公式：上游段QUOTE寬縫段QUOTE下游段QUOTE可列表計(jì)算如下（表中應(yīng)力以kN/㎡計(jì)）表4.22地震工況剪應(yīng)力3.正應(yīng)力QUOTE①計(jì)算5個(gè)導(dǎo)數(shù)：②成立聯(lián)立方程組：將上列各數(shù)值代入后，得：令方程常數(shù)項(xiàng)為i、j、k，則方程可化簡(jiǎn)：化簡(jiǎn)，得解之，得③計(jì)算QUOTE故V’+A=140824.63代入式：由此可得，

④計(jì)算各系數(shù)值⑤這樣得到了QUOTE的計(jì)算公式下游段QUOTE寬縫段QUOTE上游段QUOTEQUOTE的值列表計(jì)算如下：表4.23地震工況水平正應(yīng)力4.3.9局部應(yīng)力計(jì)算前已敘述，寬縫重力壩的局部應(yīng)力計(jì)算主要在于推求頭部區(qū)域的分應(yīng)力QUOTE和QUOTE。計(jì)算圖形如下：圖4.18寬縫頭部水平截面示意圖主要的荷載將為上游面及伸縮縫中的水壓力。很顯然，最重要的計(jì)算斷面將為沿寬縫邊的斷面I—I，而斷面上有點(diǎn)A處的應(yīng)力QUOTEI—I斷面的正應(yīng)力式中，L=19m，P為作用在I-I斷面上沿z方向力的合力，以引起壓應(yīng)力為正。式中，p為上游面壓力強(qiáng)度，l=6m，QUOTE為作用在斷面上的滲透壓力的合力。全部荷載對(duì)于I-I斷面形心的力矩M，以引起上游面壓應(yīng)力為正：式中，s為寬縫頭部懸臂伸出的長(zhǎng)，s=4m，e為滲透壓力合力到斷面形心之距離。斷面上的剪應(yīng)力也可以按照材料力學(xué)公式計(jì)算，因?yàn)橐话悴皇强刂埔蛩?，故忽略。算上游面壓力，則：M=-0.5*2993.9*42=-23951.2kN·mA的拉應(yīng)力為：QUOTE考慮寬縫內(nèi)水側(cè)壓力：QUOTE故水側(cè)壓力將引起A點(diǎn)壓應(yīng)力：考慮滲透壓力影響：QUOTE8202.15kN因此，合計(jì)后在A點(diǎn)出尚有壓應(yīng)力109.43kN/m2。所以上游面寬縫頭部不存在拉應(yīng)力，符合要求。第5章溢流壩剖面的設(shè)計(jì)溢流壩剖面設(shè)計(jì)中，需要計(jì)算溢流面曲線的尺寸，通過(guò)建立坐標(biāo)系的方式更能明確地表現(xiàn)出溢流面曲線的形狀與大小，以堰頂為原點(diǎn)，指向下游為x正軸，鉛直向下為y正軸。圖5.1溢流壩上游段設(shè)計(jì)坐標(biāo)軸示意圖5.1溢流段孔口設(shè)計(jì)及剖面設(shè)計(jì)所需參數(shù)前面已求得單寬流量q為272m3/s，溢流孔凈寬為B=102m，取每個(gè)孔口凈寬為b=15m，孔數(shù)為n=7。堰頂高程為353m，壩頂高程為380m，壩底高程190m。溢流壩的基本剖面為三角形。一般其上游面為鉛直或折線面，溢流面由頂部的曲線、中間的直線、底部的反弧三部分組成。堰上最大水頭QUOTE定型設(shè)計(jì)水頭QUOTE規(guī)范規(guī)定：校核洪水位閘門全開(kāi)時(shí)，出現(xiàn)的負(fù)壓不得超過(guò)3~6m水柱，故定型設(shè)計(jì)水頭QUOTE的取值范圍如下：表5.1設(shè)計(jì)水頭數(shù)值有上計(jì)算可知，QUOTE最為合適。5.2消能防沖設(shè)計(jì)本樞紐設(shè)計(jì)水頭較高基巖條件良好，采用挑流消能方式，又由于挑流消能具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工程造價(jià)省，檢修施工方便等優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)大多數(shù)基巖上的高溢流壩都采用這種消能方式。故本樞紐采用挑流消能的消能方式。挑流消能設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：選擇鼻坎形式，反弧半徑，鼻坎高程和挑射角，計(jì)算水舌挑射距離和沖刷坑深度等。5.2.1鼻坎形式鼻坎形式有連續(xù)式和差動(dòng)式兩種：①差動(dòng)式設(shè)置高低坎用于分散水流，提高效能效果，減小沖刷坑深度。但沖刷坑最低點(diǎn)距壩腳較近，鼻坎上流態(tài)復(fù)雜，在高速水流作用下，容易引起空蝕：②連續(xù)式雖擴(kuò)散摻氣作用差，但是其構(gòu)造簡(jiǎn)單，比同條件下的差動(dòng)式挑距要遠(yuǎn)，水流平順，防空蝕條件較好。故本設(shè)計(jì)選用挑流鼻坎形式選為連續(xù)式。5.2.2挑射角度對(duì)應(yīng)于連續(xù)式調(diào)流鼻坎，其挑射角一般采用QUOTE，取QUOTE5.2.3鼻坎高程鼻坎高程與工程布置有關(guān)，一般應(yīng)高于下游最高水位約1~2m，以利于挑流水舌下緣的摻氣。本樞紐下游最高水位為校核洪水位相應(yīng)的下游水位，其值為254.6m，故可取鼻坎高程257m。5.2.4反弧半徑①鼻坎處水流平均流速按下式計(jì)算：（5.1）式中：——堰面流速系數(shù)取0.96——庫(kù)水位至坎頂?shù)母卟睥谝驗(yàn)椋员菈纹骄顬椋海?.2）Q——校核洪水時(shí)溢流壩下泄流量為m3/s；B——鼻坎處水面寬度，m。③反弧半徑R=(6～10）h=34.76～57.9m,選取反弧半徑R時(shí)，R過(guò)小，水流轉(zhuǎn)向不夠平順，使挑距減??；過(guò)大時(shí)，又使鼻坎向下游延伸過(guò)長(zhǎng)而增加工程量。根據(jù)紅水河地形情況和基巖條件，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，最終選取反弧半徑R=50m。5.2.5水舌挑距和沖刷坑深度①連續(xù)式挑流鼻坎的水舌挑射距離可按下式估算：QUOTE（5.3）式中：——坎頂水面流速（m/s），可取坎頂平均流速v