水利工程概論三種壩型的荷載應(yīng)力分析方法失穩(wěn)形式第1頁/共46頁三種壩的荷載三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第2頁/共46頁“”重力壩三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第3頁/共46頁123自重（建筑物及其附屬設(shè)備的重量）；水壓力（靜水壓力、動水壓力、浪壓力、揚壓力）；冰壓力（靜壓力、動壓力）；主要荷載：?G自重

F?揚壓力

F?靜水壓力f摩擦力（只是考慮到力的平衡）465土壓力（主動土壓力、被動土壓力、泥沙壓力）；地震力（地震引起：建筑物慣性力和水的激蕩力）溫度變化三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第4頁/共46頁“”拱壩三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第5頁/共46頁三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載荷載類型與重力壩相差不大，不同之處在于：?溫度為主要荷載，?揚壓力對不同的拱壩影響程度不同薄拱壩可忽略揚壓力中厚拱壩、厚拱壩要考慮揚壓力主要荷載：溫度和揚壓力第6頁/共46頁“”土石壩三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第7頁/共46頁荷載和重力壩荷載也差不多，不同在于?有滲透壓力，造成局部失穩(wěn)的主要因素?忽略上游靜水壓力不進(jìn)行整體分析，只進(jìn)行局部分析的原因就是土石壩的失穩(wěn)往往是局部失穩(wěn)。?G自重?F滲透壓力三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第8頁/共46頁三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第9頁/共46頁“”重力壩三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第10頁/共46頁ABC進(jìn)行荷載計算及荷載組合選擇合適的方法進(jìn)行應(yīng)力計算檢驗大壩各部位的應(yīng)力是否滿足強度要求三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載應(yīng)力分析的過程第11頁/共46頁模型試驗法理論計算方法三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載有限元法材料力學(xué)法第12頁/共46頁確定計算工況選擇計算方法確定計算截面計算應(yīng)力計算選定截面上的應(yīng)力、削弱部位（如孔洞、泄水管道部位等）的局部應(yīng)力、個別部位（如寬縫重力壩的頭部、閘墩、導(dǎo)墻等）的應(yīng)力等步驟，必要時分析壩基的上、下游局部應(yīng)力及內(nèi)部應(yīng)力。三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第13頁/共46頁“”拱壩三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第14頁/共46頁應(yīng)力分析swoT桿件結(jié)構(gòu)法殼體理論法有限單元法模型試驗法三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第15頁/共46頁拱冠梁法圓筒法桿件結(jié)構(gòu)法拱梁分載法純拱法三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第16頁/共46頁“”三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載圓筒法是把拱壩當(dāng)作鉛直圓筒的一部分，采用圓筒公式進(jìn)行計算。

它是拱壩計算中使用最早，最簡單的方法，適用于承受均勻外水壓力的等截面圓弧拱圈，只能粗略地求出徑向截面上的均勻應(yīng)力。它不考慮拱在兩岸的嵌固條件，不能計入溫度及地基變形的影響，因而不能反應(yīng)拱壩的真實工作狀態(tài)。圓筒法第17頁/共46頁“”三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載純拱法假定拱壩由一系列各自獨立互不影響的水平拱圈疊合而成，每層拱圈簡化為兩端固結(jié)的平面拱，用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求解拱的應(yīng)力。該方法雖然可以計入每層拱圈的基礎(chǔ)變位、溫度、水壓力等的作用，但忽略了拱壩的整體作用，求得的拱應(yīng)力偏大，也不符合拱壩的真實工作情況。但該法計算簡便，概念明確，對于在狹窄河谷中修建的拱壩，不失為一種簡單實用的計算方法。同時純拱法也是拱梁分載法的重要組成部分，分配給拱的荷載需要用它來計算水平拱圈的應(yīng)力。純拱法第18頁/共46頁“”三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載拱梁分載法把拱壩看成由一系列水平拱圈和一系列鉛直梁所組成，荷載由拱和梁共同承擔(dān)，各承擔(dān)多少荷載由拱梁交點處變位一致條件決定。

荷載分配后，梁按靜定結(jié)構(gòu)計算應(yīng)力，拱按純拱法計算應(yīng)力。確定拱梁荷載分配的方法可以用試荷載法，也可以用計算機求解聯(lián)立方程組來代替試算。該方法計算結(jié)果較為合理，但計算量較大，需借助計算機，適于大、中型拱壩。拱梁分載法第19頁/共46頁“”三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載最簡單的拱梁分載法：只取拱冠處一根懸臂梁，根據(jù)各層拱圈與拱冠梁交點處徑向變位一致的條件求得拱梁荷載分配，且拱圈所分配到的徑向荷載從拱冠到拱端為均勻分布，認(rèn)為拱冠梁兩側(cè)梁系的受力情況與拱冠梁一樣。

適用于河谷狹窄對稱的中小型工程，或大型工程的初設(shè)階段。拱冠梁法第20頁/共46頁“”三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第21頁/共46頁“”三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載所謂殼體是由內(nèi)、外兩個曲面圍成的物體，兩個曲面稱為殼體的表面。早在20世紀(jì)30年代，F(xiàn)·托爾克就提出了用薄殼理論計算拱壩的近似方法，但由于壩體形狀和幾何尺度以及邊界條件的復(fù)雜性，使這種方法受到很大限制，隨著計算機的廣泛應(yīng)用，薄殼理論計算法也有了很大的發(fā)展。殼體理論法第22頁/共46頁“”三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載將拱壩連同地基這一連續(xù)的整體空間結(jié)構(gòu)離散為有限個單元構(gòu)件，以結(jié)點互相連接，通過建立結(jié)點位移和結(jié)點力之間的平衡方程，求得結(jié)點位移進(jìn)而求出單元應(yīng)力。

避免了結(jié)構(gòu)力學(xué)方法中大量的假定和簡化，能適應(yīng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和邊界。有限單元法第23頁/共46頁“”三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載就是用石膏加硅藻土組成脆性材料，制作成拱壩整體模型，用應(yīng)變儀量測加荷后模型各點應(yīng)變值的變化從而求得壩體的應(yīng)力.

也可以用環(huán)氧樹脂制造模型，用偏光彈試驗方法進(jìn)行量測并求得拱壩的應(yīng)力。缺點：周期長、人力物力耗費大、不易進(jìn)行敏感性分析。優(yōu)點：直觀、能觀測大變形和破壞。模型試驗法第24頁/共46頁“”土石壩三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第25頁/共46頁判斷設(shè)計判斷壩體是否存在拉應(yīng)力區(qū)和剪切破壞區(qū)，判斷可能形成裂縫的部位，黏性土防滲體是否會發(fā)生水力劈裂現(xiàn)象。為剛性防滲結(jié)構(gòu)提供設(shè)計依據(jù)分析估算分析壩體穩(wěn)定性估算預(yù)留壩頂沉降超高值土石壩應(yīng)力變形分析的任務(wù)三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第26頁/共46頁理論計算法應(yīng)力變形分析數(shù)值計算法模型試驗法三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第27頁/共46頁三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第28頁/共46頁“”重力壩三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第29頁/共46頁123失穩(wěn)形式二、淺層滑動一、表面滑動三、深層滑動三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載重力壩主要依靠自身重力維持穩(wěn)定。重力壩失穩(wěn)可能沿壩基平面滑動，也可能沿壩基中的緩傾角斷面或軟弱夾層滑動。第30頁/共46頁“”拱壩三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第31頁/共46頁三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載失穩(wěn)形式A)壩肩巖體在拱端推力作用等外荷載作用下的滑動失穩(wěn)B)壩肩巖體在拱端推力作用等外荷載作用下變形過大致使拱壩變形失穩(wěn)C)拱壩建基面不能提供足夠的阻止上滑的能力，沿壩基面上滑失穩(wěn)第32頁/共46頁上滑失穩(wěn)壩肩巖體失穩(wěn)三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第33頁/共46頁滑動條件：必須有滑動體邊界滑動體邊界滑裂面臨空面巖體內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)面天然地表第34頁/共46頁“”土石壩三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第35頁/共46頁三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載土石壩的破壞類型剖面尺寸不當(dāng)或壩體抗剪強度不足壩基內(nèi)有軟弱夾層受地震作用滑動塑性流動砂土液化第36頁/共46頁滑動面形狀1、曲面滑動面滑動面頂部陡而底部漸緩，曲面近似圓弧，多發(fā)生于粘性土中。2、折線滑動面多發(fā)生于非粘性土坡，如薄心墻壩、斜墻壩3、復(fù)式滑動面當(dāng)壩基內(nèi)有軟弱夾層時，滑動面不再向下深切，而沿夾層形成曲、直組合的復(fù)式滑動。第37頁/共46頁三種壩的工程實例三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第38頁/共46頁“”重力壩三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第39頁/共46頁三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載1895年4月，法國Bouzey重力壩失事。事后分析，失事的原因是該壩設(shè)計時未考慮作用于壩基上的揚壓力第40頁/共46頁“”拱壩三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載第41頁/共46頁三種壩的應(yīng)力分析方法三種壩的失穩(wěn)形式三種壩的工程實例三種壩的荷載1959年法國Malpasset壩失事是拱壩第一次潰壩記錄，經(jīng)檢查，壩的設(shè)計符合規(guī)范，施工質(zhì)量良好。直到1987年，通過一次以潰壩為主題的國際研討會，才有了初步結(jié)論：左壩肩地基中過大的水壓力使壩基巖塊沿F1斷層滑動而潰壩。第42頁/共46頁