巖基上的重力壩第一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二一.重力壩的工作原理及其特點1.工作原理a.利用自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力以及壩與地基間的凝聚力來抵抗水平水壓力而維持穩(wěn)定b.利用自重引起的壓應(yīng)力來抵消由水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力2.重力壩的特點a.斷面尺寸大，抵抗?jié)B漏,漫頂破壞的能力強，在各種壩型中失事率最低b.對地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強c.滲流問題容易解決d.施工導(dǎo)流容易解決e.體積大便于機械化施工f.結(jié)構(gòu)作用明確第二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二g.由于體積大，材料強度不能充分利用h.底部揚壓力大，對穩(wěn)定不利i.由于體積大，水化熱不易散發(fā)，溫控要求高第三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二二.重力壩的壩型按作用分非溢流重力壩溢流重力壩按建筑材料分混凝土重力壩碾壓混凝土重力壩漿砌石重力壩按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分實體重力壩寬縫重力壩空腹重力壩第四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二第五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二三.重力壩設(shè)計的主要內(nèi)容1.剖面設(shè)計2.穩(wěn)定分析3.應(yīng)力分析4.構(gòu)造設(shè)計5.地基處理6.溢流壩和泄水孔設(shè)計7.監(jiān)測設(shè)計第六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二1.2重力壩的荷載及其組合一.作用（荷載）永久作用——不隨時間變化的作用，如自重，土壓力等?？勺冏饔谩S時間變化的作用，如水壓力揚壓力溫度孔隙水壓力等。偶然作用——偶然發(fā)生的作用，如地震校核水位下的水壓力等。第七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二1.自重壩體自重是重力壩的主要荷載之一。

——壩上永久設(shè)備的重量。沿壩基面滑動，僅計算壩體重量；沿深層滑動，需計入滑體內(nèi)巖體重；用有限單元法計算時，應(yīng)計入地基初始應(yīng)力的影響

第八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二2.靜水壓力A.上游面垂直B.上游面傾斜——擋水壩段溢流壩段C.水的容重——清水渾水（按實際情況考慮）第九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二3.揚壓力（含壩基和壩體內(nèi)揚壓力）壩基揚壓力包括兩部分——下游水深引起的浮托力由水頭差引起的滲透壓力規(guī)范規(guī)定：河床壩段：岸坡壩段：

第十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二4.動水壓力溢流壩泄水時，溢流面上有動水壓力，其中壩頂曲線段和下游直線段的動水壓力較小可忽略不計。在反弧段需根據(jù)水流動力方程求解動水壓力。第十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二5.冰壓力①冰壓力包括靜冰壓力和動冰壓力。②冰壓力對高壩可以忽略，因為一方面水庫開闊，冰易凸起破碎。另一方面在總荷載中所占比例較小。③對低壩，閘較為重要，它占總荷載比重大。④某些部位如閘門進(jìn)水口處不宜承受大冰壓力的部位，可采取充氣措施等。第十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二6.泥沙壓力計算⑴淤積高程：壩前淤積逐年增高，可根據(jù)河流的挾沙量進(jìn)行估算，估算年限一般為50~100年。⑵指標(biāo)：淤積的泥沙逐年固結(jié)，容重和內(nèi)摩擦角也在逐年變化，很難算準(zhǔn)，設(shè)計時可根據(jù)經(jīng)驗取定。像黃河這樣的多沙河流應(yīng)由試驗定出。⑶計算公式

第十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二7.浪壓力①波浪高度②波長③波浪中心線距凈水面的距離第十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二風(fēng)浪壓力計算影響波浪的因素很多，目前大都采用半經(jīng)驗公式來確定波長，波高，我國《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》推薦官廳水庫公式。深水波壓力計算公式：淺水波壓力計算公式：若壩的迎水面傾斜，波浪的反射作用將減弱當(dāng)時與鉛直面情況相似當(dāng)時按斜坡上的波浪長度考慮第十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二8.地震荷載地震荷載包括地震慣性力地震動水壓力（激蕩力）地震動土壓力（地震對揚壓力，泥沙壓力的影響一般不考慮）計算方法：動力法一般用擬靜力法計算F=maa為壩址處的地震加速度地震烈度：（表示地震時在一定地點的地面震動的強烈程度，分0~12度）第十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二二.作用（荷載）組合作用在壩上的荷載，按其性質(zhì)分為基本和偶然兩種組合?；竞奢d：⑴壩體及設(shè)備自重⑵正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的靜水壓力⑶對應(yīng)于⑵的揚壓力⑷泥沙壓力⑸相應(yīng)的浪壓力第十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二1.3重力壩的穩(wěn)定分析重力壩主要是依靠自重維持穩(wěn)定，其可能出現(xiàn)的破壞形式：浮起傾倒滑動抗滑穩(wěn)定是重力壩設(shè)計中的一個重要內(nèi)容第十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二一.計算假定1.河床壩段作為平面問題處理，岸坡壩段按空間問題處理；2.略去橫縫作用，以單寬計算；3.假定為一根固結(jié)與基礎(chǔ)上的變截面懸臂梁。二.穩(wěn)定分析㈠沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析假定壩體與壩基的連接有三種物理模式“觸接”“粘接”“咬接”第十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二第二十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二1.簡單接觸——摩擦公式認(rèn)為壩底光滑，壩基光滑，壩直接放置在巖基上

——“觸接”故抗滑穩(wěn)定計算公式：2.抗剪斷公式：假定壩體與壩基之間涂有一層砂漿——“粘接”，計算時考慮粘結(jié)力的作用。故抗剪斷公式為：第二十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)k的最小值

安全系數(shù)荷載組合壩的級別

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基本組合1.101.051.05

特殊組合①1.051.001.00

特殊組合②1.001.001.00抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的最小值

k荷載組合基本組合特殊組合①特殊組合②K’3.02.52.5第二十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二f—抗剪摩擦系數(shù)。混凝土與巖基間的摩擦系數(shù)值常在0.5~0.8之間；對于新鮮水位裂隙不發(fā)育的堅固巖石一般為0.7~0.75；微風(fēng)化，弱裂隙的較堅硬巖石一般為0.6~0.7；弱風(fēng)化，弱裂隙的中等堅硬巖石一般為0.55~0.6.f’—抗剪斷摩擦系數(shù)。其取值見書本表2-7—作用于壩體上的全部荷載在垂直方向的分值u—作用在滑動面上的揚壓力。C’—壩體混凝土與壩基接觸面單位面積上的抗剪凝聚力。A—壩基接觸面面積。第二十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二1.4重力壩的應(yīng)力分析和強度校核一.應(yīng)力分析的目的和方法1.目的①了解壩體內(nèi)的應(yīng)力分布情況，檢驗大壩在施工期和運行期是否滿足強度要求；②為布置壩身材料提供依據(jù)；③為特殊部位的配筋提供依據(jù)，如孔口，廊道等部位的配筋；④為改進(jìn)結(jié)構(gòu)形式和科學(xué)研究提供依據(jù)。第二十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二2.分析方法模型試驗法理論計算法⑴模型試驗法光測方法如：偏振光彈性試驗偏光全息試驗脆性材料電測法⑵理論計算法

A.材料力學(xué)法（重力法）這是一種歷史悠久，應(yīng)用最廣最簡便的方法，它不考慮地基變形的影響，假定：呈直線分布，呈三次拋物線分布，呈二次拋物線分布。第二十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二B.彈性理論解析法該法的力學(xué)模型和數(shù)學(xué)解法均很嚴(yán)密，但前只有少數(shù)邊界條件簡單的典型結(jié)構(gòu)才有解答。C.彈性理論差分法該法力學(xué)模型嚴(yán)密，在數(shù)學(xué)解法上采用差分格式，是一種近似的方法。D.彈性理論的有限單元法與差分法相反，該法力學(xué)模型是近似的，數(shù)學(xué)解法時精確的，網(wǎng)格可采用三角形單元，四邊形單元或兩者的組合。第二十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二二.材料力學(xué)法1.基本假定①壩體混凝土為均質(zhì)，連續(xù)，各向同性的彈性體②將壩體簡化為固結(jié)在地基上的變截面懸臂梁。2.邊緣應(yīng)力計算①水平截面上的垂直正應(yīng)力②剪應(yīng)力③水平正應(yīng)力④主應(yīng)力

第二十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二3.內(nèi)部應(yīng)力計算①的計算②的計算③的計算④壩內(nèi)主應(yīng)力計算第二十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二4.強度指標(biāo)壩基面運用其計入與不計入揚壓力計入揚壓力施工期下游壩基（壩址）處允許有不大于的拉應(yīng)力，壩址處允許拉應(yīng)力取試塊5*5*5巖石極限抗壓強度的（1/25~1/5)，強度高者分母取大值，強度低者分母取小值第二十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二壩體運用期計入揚壓力不計入揚壓力施工期下游面可以有不大于的主拉應(yīng)力地震允許拉應(yīng)力可提高30%

拉應(yīng)力的安全系數(shù)不小于0.2第三十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二1.5重力壩的剖面設(shè)計一.設(shè)計原則1.滿足穩(wěn)定和強度要求；2.盡可能節(jié)省工程量，使剖面尺寸最??；3.外部形狀簡單，便于施工；4.運行管理方便。二.基本剖面定義：基本剖面是指壩體在自重，庫水壓力和揚壓力三個主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和應(yīng)力要求并使其剖面最小的三角形剖面。第三十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二第三十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二三.剖面形態(tài)有三種常用形態(tài)，如下圖所示：第三十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二四.實用剖面1.壩頂高程計算公式

—防浪墻至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；

—累積頻率為1%的波浪高度，m；

—波浪中心線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）第三十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二

因設(shè)計與校核情況計算和用的計算風(fēng)速不同，查出的安全超高也不同，故壩頂超高的計算結(jié)果不同，壩頂高程不同，因此壩頂高程應(yīng)分別按正常蓄水情況和校核洪水情況計算，選擇其中較大者。即2.壩頂寬度壩頂寬度需滿足設(shè)備布置，運行，交通及施工要求，非溢流壩的壩頂寬度一般可取壩高的8%~10%，且不小于2m。第三十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二1.6重力壩的材料及構(gòu)造一.重力壩的材料重力壩的材料主要是混凝土，山區(qū)也有用石塊砌。二.壩體混凝土分區(qū)因壩體各部位受力條件不同，為節(jié)約和合理使用水泥而為之。分區(qū)：⒈上下游水位以上壩體表層混凝土⒉上下游水位變化區(qū)的壩體表層混泥土⒊上下游最低水位以下壩體表層混泥土⒋靠近地基的混泥土⒌壩體內(nèi)部混泥土⒍抗沖刷部位混泥土第三十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二三.壩體構(gòu)造1.壩體分縫⑴橫縫及止水：垂直于壩軸線，縫距一般為15~20m，縫寬一般為0.01~0.02；永久橫縫縫面常為平面，縫內(nèi)不設(shè)鍵槽，不灌漿但要設(shè)置止水。臨時橫縫在縫面設(shè)置鍵槽，埋設(shè)灌漿系統(tǒng)，施工后灌漿連成整體。⑵縱縫：平行于壩軸線，是臨時縫?？v縫的布置形式有三種：垂直縱縫，斜縫和錯縫。間距一般為15~30m，縱縫不宜過多。⑶水平施工縫：壩體上下層澆筑塊之間的接合面稱水平施工縫。一般澆筑塊厚度為1.5~4.0m，靠近巖基面用0.75~1.0m的薄層澆筑，利于散熱，防止裂開。第三十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二2.壩體防滲在混泥土重力壩體上游面和下游面最高水位以下部分，多采用一層具有防滲，抗凍，抗侵蝕的混泥土作為壩體防滲層，防滲層厚度一般為1/10~1/20水頭，且不下于2m。3.壩體排水為減少滲水對壩體和壩基的有害影響，降低壩體和壩基的滲透壓力，在靠近上游面處設(shè)置排水管。排水管間距為2~3m，距上游壩面約為水頭1/15~1/25,管徑為0.15~0.20m。排水管施工時必須防止水泥漿漏入，防止堵塞。第三十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二4.壩內(nèi)廊道系統(tǒng)①基礎(chǔ)廊道：距上游面應(yīng)有0.05~0.1倍作用水頭，且不小于4~5m；距基巖面不小于1.5倍廊道寬度，一般取5m以上。廊道斷面為城門洞形，寬度為2.5~3m，高度3~4m，以滿足灌漿作業(yè)要求。②壩體檢查和排水廊道：在靠近壩體上游面沿高度每隔15~30m設(shè)置檢查，排水廊道。距上游面距離應(yīng)不小于0.05~0.07倍水頭，且不小于3m，廊道最小寬度為1.2m，最小高度為2.2m。第三十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二