毕业设计（论文）-沙溪口水电站设计及厂房稳定整体性分析.doc

水利水电工程毕业设计毕 业 设 计 说 明 书 沙溪口水电站设计 及厂房稳定整体性分析 专业年级 水利水电工程 四年级 学 号 姓 名 指导教师 评 阅 人 二一五年 六 月中国 南京BACHELORS DEGREE THESIS OF HOHAI UNIVERSITYShaxikou hydropower station design and building the overall stability analysis College ：College of Water Conservancy and Hydropower Engineering Subject ：Water Conservancy and Hydropower EngineeringName ：Zhou XiaodongDirected by ：Professor baoyunNANJING CHINA摘要中文摘要沙溪口水电站是福建省闽江流域的一个梯级电站，位于闽江支流西溪上，距离平市14km，距福州市135km，三明市95km。该电站以发电为主，兼有航运过木等综合效益，电站总装机容量4x6.75万千瓦。水库正常蓄水位87.80m高程，电站保证出力50万千瓦。300t级船闸航运外，兼有过木过竹作用。该电站为低水头径流式电站，库容1.54亿立方米，没有防洪效益。该工程为二等工程，枢纽主要建筑物按二级建筑物，次要建筑物级别三级，临时建筑物四级设计。电站水利枢纽由重力挡水坝、溢流坝、河床式厂房、开关站和通航建筑物组成。沙溪口水利枢纽工程采用重力坝挡水，坝顶高程94.00m，坝轴线总长610.0m。溢流坝位于左岸主河槽中，为16孔单宽17.00m开敞式表孔泄流，总长304m，堰顶高程78.5m，溢流坝下游采用底流消能。发电厂厂房位于河道右岸，厂房尺寸128m*68m*50.75m（长*宽*高）；四台机组发电，单机装机67.5MW,110 KV 和 220KV输电，开关站位于右岸装配厂下游。船闸设于左岸主河槽中，采用一级船闸。详见枢纽布置图。关键字沙溪口、河床式厂房、重力坝、溢流坝、水轮机、发电机、高程、稳定、应力、扬压力ABSTRACTShaxikou Hydropower Station is one of the cascade development in the Minjiang river basin in Fujian Province. It is located on Xixi River, a tributary in the upper reach of Minjiang River, 14km upstream of Nanping City，135km upstream of Fuzhou City，95km upstream of Sanming City. The main function of Shaxikou project is to generate electricity for the Fujian Provincial Power System. After the project being completed the navigability of the Shaxi River and Futunxi River above the damsite will be improved. The project has a total installed capacity of 300 t, a firm capacity of 50MW. The reservoir with a total storage capacity of 143*106 m3 is of daily pondage type. The main structures of the Shaxikou project consist of overflow spillway dam, non-overflow dam, powerhouse incorporated into the dam, switchyards and navigation lock. DCL.dam crestlever is 94.00m.Crest length is 618.50m. The dam is of concrete gravity type. The spillway is arranged on the left portion of the riverbed. The spillway with 16 openings each of 17m wide has a total length of 304m,crest lever with 78.5m, discharging most flood flow still along the main river channel. The powerhouse with dimension of 128*68*50.75m(L*W*H) is located at the right side of the spillway andi ncorporated into the dam. It houses 4 axial-flow turbines coupled with generators 67.5MW each. Both 110 KV and 220KV switchyards are arranged on the platform at the left portion of downstream tailrace. The shiplock with the dimension of 100*30*5m(L*W*Min. Water depth) is located on the right side of the spillway. The lock chamber of monolithic structures is filled and emptied with long gallery conduits at bottom in spreading form. KEYWORDSShaxikou block power plant concrete gravity dam over flow dam combinatory hydro-generator altitude stable stress uplift pressure 目录1 概述41.1 地理位置41.2 水文与气象41.2.1 水文条件41.2.2 降水特性51.2.3 气象要素简述51.2.4 径流61.2.5 洪水61.2.6 泥沙71.3 工程地质71.4 坝址工程地质条件及坝轴线选定81.4.1 坝址选择81.4.2 选定坝址的工程地质条件81.4.3 坝轴线选定91.4.4 岩石物理力学性质91.5 建筑材料101.5.1 101.5.2 101.5.3 101.6 综合利用102 重力坝挡水坝段设计122.1 剖面设计122.1.1 坝顶高程122.1.2 坝顶宽度132.1.3 廊道及排水孔的布置132.1.4 上游折坡的起坡点位置132.1.5 上下游边坡n、m132.2 荷载的计算：142.3 挡水重力坝的稳定分析212.3.1 设计水位情况下荷载计算 212.3.2 校核水位下的荷载计算233 重力坝溢流坝段设计253.1 溢流坝段孔口尺寸的拟定253.2 溢流坝段剖面设计263.2.1 堰顶高程确定263.2.2 闸门的选择263.2.3 堰面曲线273.2.4 消能方式：283.3 荷载的计算283.4 挡水重力坝的稳定分析293.4.1 设计水位情况下荷载计算293.4.2 校核水位情况下荷载计算304 水电站机电设备选择334.1 特征水头的选择334.1.1 特征水头、选择334.2 水电站水轮机组的选型344.2.1 转轮直径D1344.2.2 效率修正值的计算344.2.3 转速n计算344.2.4 工作范围检验354.2.5 工作范围检验354.2.6 吸出高度Hs计算354.2.7 计算比较结果364.3 蜗壳和尾水管的计算384.2.1 蜗壳尺寸计算384.2.2 尾水管尺寸3944 调速器与油压装置的选择404.4.1 调速功404.4.2 接力器的选择414.4.3 调速器的选择414.4.4 油压装置424.5 厂房桥吊设备的选择424.6 发电机外形尺寸估算454.6.1 基本尺寸454.6.2 平面尺寸464.6.3 轴向尺寸计算465 水电站厂房495.1 主厂房各层高程495.1.1 水轮机组安装高程495.1.2 尾水管地板高程和厂房基础开挖高程495.1.3 水轮机层地面高程495.1.4 定子安装场高程495.1.5 发电机楼板高程505.1.6 吊车轨道面高程，屋顶面高程，厂房总高505.2 主厂房平面尺寸505.2.1 机组段长度的确定505.2.2 装配间的尺寸505.2.3 主厂房净长度的确定515.2.4 主厂房的宽度的确定516 水电站厂房的稳定计算52 6.1 荷载的计算526.1.1 浪压力P3，（H11/2Lm）深水波526.1.2 泥沙压力526.1.3 水压力536.1.4 自重W536.1.6 基础扬压力546.2 厂房抗滑稳定计算566.2.1 正常运行（考虑两种水位组合）566.2.2 非常运行情况576.2.3 机组大修情况576.2.4 施工情况(二期混凝土未浇注)58571 概述1.1 地理位置闽江西溪为福建省最大河流上游的西支，流经十四个县市，与闽江北支建溪汇合于南平。西溪全长349公里，邵武至顺昌段河道坡降0.9%，已建安沙水电站位于沙溪中游末端，控制集水面积5184平方公里。富屯溪干流全长285公里，邵武至顺昌段河道坡降1.3%。其最大支流金溪，全长253公里，地形更为陡峻，河道坡降达1.5%，已建池潭水电站位于今溪中游控制集水面积4766平方公里。沙溪口水电站位于沙溪和富屯溪汇合口下游6公里的西溪上，控制集水面积25562平方公里制，占闽江流域总面积的42%，流域内森林茂盛，覆盖良好，有较好的水土保持条件。 1.2 水文与气象1.2.1 水文条件西溪的降水量观测，解放前从1935年开始，但站点少，资料断续不全，精度较差。1952年起陆续增设雨量站，到1978年已达162处，平均158平方公里设有一个雨量站。蒸发量观测都是解放后开始，本流域共有16个观测站。枢纽区所需的气温，湿度，水温，风向，风力等气象要素的统计，是利用距坝区下游14公里的南平站。水文测验：西溪最早于1938年7月在沙溪的沙县。永安设站观测水位和流量，1939年相继在宁化清流设水位站。富屯溪以洋口建站最早，于1944年5月设立，其他各站点均在解放前增设。一般都有二十年以上的实测资料。至1978年沙溪沙县站已积累三十年资料，富屯溪洋口站也有三四十年的实测资料。西溪的花竹站，距沙溪，富屯溪汇合口下游约4公里，1953年11月设站。1957年停测，1960年9月恢复策流至1966年12月撤消，1979年恢复观测水位，汛期测流。花竹站是西溪控制站，是本水电站水文计算的主要依据站，但仅有9年实测流量资料，而沙县控制站，控制集水面积9922平方公里，洋口站控制集水面积12669平方公里，两站总面积已控制坝址总面积的89%左右，其间无大支流汇入，为花竹站水文资料插补展延提供了良好的条件。天然河道水位流量关系曲线，1979年3月在花竹站下游约1.5公里鲤鱼洲坝段社坝址上下水尺。同年青洲莱洲与梯级开发可能的官蟹，照口设水尺，观测水位，至9月停测。坝址水尺与花竹站相关，青州，官蟹两组水尺和莱舟，照口两组水尺分别与沙县站和洋口站相关，高水位历史洪水资料控制又分别按集水面积比的0.67次方作相应水尺的区间加入水量，接着以史提文撕法外延求得。1.2.2 降水特性闽江西溪流域属亚热带季风气候，雨量充沛，暴雨频繁，由于地形影响，富屯溪上游为闽北高雨区，沙溪属于闽中低雨区，金溪与富屯溪中下游则为两者过度带。降雨量的地区分布有自东南向北递增趋势。花竹以上流域实测最小和最大年降水量在12362348毫米之间，多年平均降水量为1776毫米，六月为甚，占年降水量的37%左右。 高风西风槽和地面锋系列相伴出现成锋面雨，是本流域雨季最主要的天气形势，也是暴雨的主要成因，一般台风雨对本流域影响不显著，但强台风与其他天气系统相遇时，容易晾成洪患。1.2.3 气象要素简述 （1）气温坝区年平均气温为19.3度，月平均气温在9度以上，最高气温35.0度的日树，全年平均为40.4天，其中以七八月最多。最低气温0度的天数，全年平均为7.6天，以一月份出现机会最多。极端最高气温为41.0度，出现在1953年8月1 日，极端最低气温为-5.8速，发生在1955年1月11日和1963年1月8日。 （2）湿度和水温本流域气候湿润，坝区年平均相对湿度为79%，月平均最大达83%，发生在六月，月平均为78%，出现在七月。坝区多年平均水温为20.8度，极端最高水温达35度，极端最低水温为5.7度。 （3）蒸发西溪花竹以上流域的蒸发量以邵武，延宁，将乐，清流，永安，沙县六站的观测资料为计算依据，根据19521978年资料求得多年平均水面蒸发量为970.3毫米，年最大蒸发量为1092.9毫米，年最小蒸发量为888.6毫米，年内各月蒸发量以七月最大，为144.2毫米，二月最小为38.5毫米，陆地蒸发量按水量平衡原理推求，多年平均为792.7毫米。（4）风向风力坝区年平均风速仅1.0秒米，全年各月以东北风占优势，定时最大风速实测记录大于20秒米，出现在1962年6月，相应风向为西南风，发生大风日数以79月频次较多。沙溪口水库大坝的设计最大风速建议采用2530秒米。1.2.4 径流 本流域径流形成来至降水，花竹站具有19541956，19611966年实测资料，根据九年实测资料与上下游的沙县，洋口，南平，七里街各站点流时资料，建立四种同期上下游年月平均流量相关图，经比较选用最大误差较小，且较为简单的插补计算花竹站的年月日平均流量，并将花竹站查补延伸而得1939到1978年工40年径流系列。考虑支池潭径流系列教短，自1954年起才同步，故坝址多年平均流量用花竹站19511978年流量系列计算为778秒立方米，径流模数30.4万立方米/秒*平方公里。花竹站径流年内分配是很不均匀的，自一月递增，以六月最大，占全年流量的24.5%，然后逐月递减，最小为12月，只占全年的2.7%，最大与最小月份比达9倍左右，花竹径流年内见表1。表1-1 花竹站径流年内分配表名称一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月全年月平均径流267407618108017302290946606470379288253778占年内（%）2.864.366.611.018.315.510.148.495.844.805.892.71100花竹站最小流量根据沙县及洋口站19501978年实测资料进行插补计算，最小值发生在1968年，仅为78.8立方米每秒。1.2.5 洪水西溪洪水由暴雨形成，特大洪水发生在46月，尤以六月发生机会最多，每当五，六月 由于高空西风槽，低涡特别活跃，地面低压锋系出现频繁，西南方向来的暖湿气流又加强，当两气团在流域上空交汇对峙时，形成静止锋，不仅降水持久且强度大，这是造成本流域大范围降水的主要天气系统，也是洪水的主要成因，本流域距台风源地远，东南面受云，博平等山脉阻挡，一般台风对本流域影响不大，若强台风与其它天气系统相遇也会造成洪灾。根据30年来的实测资料分析，较大洪水形成原因以及历史特大洪水大部分均属锋雨造成。本流域洪水历时一次可达510天，一般57天可以包括最大洪量，锋型以C复峰和多峰居多。本流域洪水历时一次可达510天，一般57天可以包括最大洪量，锋型以C复峰和多峰居多。 坝址洪水过程线，考虑了沙溪与富屯溪的洪水组合。1.2.6 泥沙坝址没有实测资料，采用洋口与沙县两站实测悬移质输沙率多年平均值，经年径流比进行推算，并以洋口与沙县两站多年平均侵蚀模数综合分析的成果比较推得坝址悬移质年输沙量为0.094公斤/立方米。推移质由于闽北地区无实测资料，参照新安江罗桐埠站分析成果，按悬移质30%估计推得多年平均总输沙量为302万吨。1.3 工程地质库区位于闽西北华夏地区，地层以前震旦第建欧群的一变质岩和燕山花岗岩体为主。库区地层褶皱多呈复式，以向半构造为主习峰期褶皱形态较复杂，次数褶皱发育，华力近即光期多属燕山期，大体可分为北东北北东向。北西向和南北向三组，北东向断层多数压性，但也有弹性，北西向断层多数张性。南北向断层，则以压性为主。电站所在地区地震基本烈度定位6度。渗漏：库区群山环抱，地下分水岭高于设计蓄水位。库岔中无碳酸盐类分布，故无渗漏之滤。矿产淹没：未发现有工业价值的矿产，因此不影响水库兴建。库岸稳定：已查明，不稳定或滑块体有沙溪口公路上游600米右岸及沙溪口公路桥上游各有一块，规模估计约数万立方米。此两处距坝址约7公里，纵使坍滑对电站去影响。在绿水坑上游2200米处，岩层有侏罗系有顺坡向断层构成滑动面。经推算，认为不论是现在或蓄水以后都是稳定的。原上坝址右岸距电站厂房约500米。边坡地形平缓。120米高程以上的坡积层经过多次滑动，趋于稳定状态，下部岩体风化裂发育，T4及附近岩体张开松弛，拉裂，但T4或类似T4的缓倾角结构面末出坡脚，高程80米以下基岩出露与河库风华岩无露头，片理结构均可延续，边坡下部不存在滑裂面，蓄水后也不可能在坡脚长生脆性破裂，酿成严重滑坡。1.4 坝址工程地质条件及坝轴线选定1.4.1 坝址选择 在西溪的花竹，鲤鱼州河段选定两个比较坝址，相距约500米，称为上下坝址，选坝会议认为：从地质条件上比较，上下坝址无质的差别，均可修建50米左右混凝土重力坝，相对下坝址较好。并要求对下坝址两岸坝头稳定条件及河库倾角软弱夹层分布和力学性质作进一步查明，以分析对坝基稳定的影响。综合其它条件，选定下坝址作为沙溪口水电站坝址。1.4.2 选定坝址的工程地质条件坝址地层由石英片岩，长英片岩和云母片岩组成，左岸及左河床为石英片岩与云母长英片岩组成。河床礁滩部分及右岸则以云母长英片岩，夹石英片岩和云母片岩。岩性以石英片岩最坚硬，长英片岩次之，云母片岩最软，但抗压强度一般也有500公斤/平方厘米。岩走向是北东向，倾向下游偏右岸，倾角20度50度之间变化。坝址位于鲤鱼洲向斜西北翼，构造线以北东北北东为主，被向斜构造多呈小型复式褶皱，背斜紧密，向斜舒缓。揉褶多发育在云母片岩中，断裂以北东北东向较发育，北北东，北西，北西西次之，断层宽度一般在0.133.0米，规模最大的北西，北西西向F50断层通过左河槽，宽1015米。断层带由胶结角砾岩压碎岩组成，对工程地质条件影响不大。F50断层宽约30米，需作防渗处理。左右岸均无深层滑动的可能，左岸控制其过坡稳定的滑动面为片理面，在坝肩开挖后，坝肩上下游局部地区片理面和顺层撞压带，可能引起边坡失稳。左岸各种岩面的稳定坡角若坡高2030米，大致可用4560度。右岸大部由全风化和强风化组成，其稳定坡角建议4045度。可坝基下游不存在临空的地形条件，也没有发现有缓倾角的泥化层和贯穿河床的缓倾角结构面，认为基础是稳定的.坝基岩面属裂隙性含水层，受构造断裂影响，方向性明显，局部断裂带和断裂影响带为较严重的透水带，经推算饶坝渗漏和坝基渗漏量约为500立方米/昼夜，相对降水层埋深度不大.综上所说，认为本坝址对于径流式水电站来说是较理想的坝址。1.4.3 坝轴线选定 选定坝址后，对于原拟订的三条勘探线的勘1，因其上游临近左河床深潭，潭底最抵高程44.0米同时1，2勘线之间河床深槽存在F50，F6断裂聚汇带；3勘线下游右岸靠近冲沟。为此放弃勘2线上游和勘1线下游作为坝轴线比较范围。将坝轴线比较范围限在勘2线勘1线之间，且在其间增设4线加密勘探，结果认为4勘线两岸新鲜基岩利用面较高，尤其右岸在4线附近岩体新鲜坚硬完整，可作为齿墙基础，因此从地质条件分析，认为勘4线作为坝轴线是合适的。1.4.4 岩石物理力学性质坝基各类岩石室内物理性能实验成果见表4表1-2 岩石室内物理性能实验成果岩名称石数量容重（克/立方厘米）比重吸水率（%）孔隙率（%）近似垂直面抗压强度（公斤/平方厘米）软化系数实 验组 数干湿干湿石英片岩最大值最小值平均值2.742.722.732.742.732.742.782.762.770.240.110.170.810.720.531992717.21478.81358611.91078.20.860.610.768云母长英片岩最大值最小值平均值2.732.692.712.742.702.722.82.762.780.240.200.220.240.810.521428.11157.71261.2993.2762.2909.40.780.660.727云母片岩最大值最小值平均值2.742.682.712.752.72.742.842.832.840.560.250.390.30.520.411680.5925.81303.2519.9511.2515.60.550.310.422注：1.石英片岩近似平行于理面的二组干抗压强度平均值841.2公斤/平方厘米2.云母片近似平行于理面的一组干抗压强度值296.7公斤/平方厘米坝基由三种岩性组成。在坝体结构及裂隙发育程度并考虑软化系数较低的情况建议利用区内岩石抗压强度的1/10，其值表5。岩石与岩石和岩石与混凝土抗剪强度实验，选取河床微风化新鲜岩石，制备202020厘米试样确定，其成果见表6.根据室内单点法实验组，结合坝基地形地质条件分析，设计实验，地质会商定，摩擦系数采用算术平均值，乘上折减系数0.85，粘聚力建议 采用算术平均值的1/5，见表7。建筑物部位分段混凝土/岩摩擦系数建议值 右岸挡水段 f =0.5 船闸 f=0.45 溢流段 f=0.51 厂房段 f=0.50各类岩石变形模具量建议值如下： 新鲜石英片岩 20104公斤/厘米2 新鲜云母长英片岩 15104公斤/厘米2 新鲜云母片岩 10104公斤/厘米21.5 建筑材料在坝址附近缺乏沙石料。土料在坝址上下游范围内均有分布。1.5.1 涉沙净沙料场，沙的质量良好，初步估计储量1520万立方米，运输条件较好，可供工程前期使用。1.5.2 二公里半道口采石场为燕山早期花岗岩，无论质量储量均可满足要求，唯对人工沙作实验论证。1.5.3 土料最优开采地段为下坝址右岸，高程在120170米，储量5060万立方米以上，质量可满足围堰要求。1.6 综合利用本工程以发电为站为主兼顾航运过木，投产后将接入福建省点系统运行。开发本电站主要目的是适应福建省工农用电需要。沙溪口水电站位于闽北电网中心，电站开发主要是向福州，三明，南平等地区供电，其范围主要在闽北，参加全省电力平衡，考虑水口电站投产后，福建华东联网，本电站负担适当的调峰任务。有通航要求，估计近期过坝货运量为3060万吨。木材过坝量1990年为20万立方米，2000年为50万立方米。毛竹500600万株。要求枢纽设置船闸，满足过木及通航要求。枢纽建成后，因水库小无力承担下游防洪，下游无灌溉要求。表1-3 坝基岩石承载能力列举数值岩 性建议数据（公斤/厘米2）垂直片理岩平面片理岩微风化新鲜石英片岩 100 55微风化新鲜云母长英片岩 90 45微风化新鲜云母片岩 50 10表1-4 岩石室内实验成果表岩性实验条件 抗 剪组数算术平均值图解法最小而乘法tgYCtgYCtgYC云母片岩岩/岩0.511.020.512.050.482.2718混/岩0.572.720.553.10.513.429云母长英片岩岩/岩0.532.700.532.770.513.1411混/岩0.553.02石英片岩混/岩0.582.820.563.16备注 分析中舍去少数偏大成果表1-5 岩石抗剪强度指标建议值岩石名称边界条件 建 议 值摩擦系数粘聚力（C）公斤/厘米2云母 片岩岩/岩0.430.38云母长英片岩岩/岩0.450.54云母 片岩混/岩0.480.54云母长英片岩混/岩0.500.62 重力坝挡水坝段设计上游设计洪水位87.8m；校核洪水位：89m；正常蓄水位86.2m；下游设计洪水位：80m；校核洪水位：83m；正常蓄水位：65.9m（一台机组发电）。坝底高程取未风化岩石边界开挖线51.00m。=24.0 KN/ , =9.81 KN/，云母长英片岩与混凝土边界 f=0.5,K=1.05，c=0.6kg/c,K=3.0。2.1 剖面设计参考水工建筑物2.1.1 坝顶高程坝顶或坝顶上游防浪墙应超出水库静水位高度： （2-1）式中：累计频率为1%的波浪高度m 波浪中心线高出静水位高度m 取决于坝级别和计算情况的安全超高内陆峡谷水库宜用官厅水库公式计算： （2-2） （2-3）式中：计算风速（m/s），设计状况宜采用洪水期多年平均最大风速的1.52.0倍，校核状况宜采用洪水期多年平均最大风速；D吹程（km），指坝前沿水面至对岸的最大直线距离，可根据水库状况确定。若库形狭长，应以5倍平均库面为准。坝高=2.1.2 坝顶宽度 坝底高程取未风化岩石边界开挖钱49.00，则坝高为坝高为9-51=46m,坝顶宽度一般为坝高的8%-10%，并不得小于2.0m。考虑交通等综合条件， 及根据坝顶双线公路要求，坝顶宽度取为10m。2.1.3 廊道及排水孔的布置基础帷幕灌浆廊道上游壁到上游坝面的距离不小于0.050.1倍水头，且不小于45m。灌浆廊道距离基岩面距离不宜小于1.5倍底宽。宽度2.53m，高度34m。最终定灌浆廊道距上游壁的水平距离为5m，宽取2.5m，廊道距离基岩面距离取4m。纵向廊道高取2.5m，宽取2m，层间距离1530m。基础排水廊道，高取2.5m，宽取2m。 考虑到本电站的稳定不足，故设置主副排水孔抽排水以降低大坝的扬压力，主副排水孔分贝设置在约距坝址的1/3与2/3处2.1.4 上游折坡的起坡点位置上游折坡的起坡点位置应结合应力控制条件和引水、泄水建筑物的进口高程来选定。一般在坝高的1 /3 2 /3 的范围内。为尽量利用水重，在满足应力要求前提下，上游坡应尽可能缓。为尽量利用水重，在满足应力要求的前提下，折坡点高程定在65.00m处。2.1.5 上下游边坡n、m由稳定和应力要求确定，n=0.15,m=0.80 图2-1 非溢流坝段尺寸示意图2.2 荷载的计算：2.2.2.1原理及公式：本设计采用概率极限状态设计原则，以分项系数极限状态设计表达式进行结构计算。混凝土重力坝分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行下列计算和验算：2.2.2.1.1承载能力极限状态：坝体断面、结构及坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算，必要时进行抗浮、抗倾验算；对需抗震设防的坝及结构，尚需按DL5073进行验算。混凝土重力坝及坝上结构设计时，应根据水工建筑物的级别，采用不同的水工建筑物结构安全级别，见下表 表2-2 水工建筑物结构安全级别水工建筑物级别水工建筑物结构安全级别12、34、5按承载能力极限状态设计时，应考虑下列两种作用效应组合：1） 基本组合持久状况或短暂状况下，永久作用与可变作用的效应组合；2） 偶然组合偶然状况下，永久作用、可变作用与一种偶然作用的效应组合。 （2-6）式中：结构重要系数，对应于结构安全级别为、级的结构及构件，可分别取用1.1、1.0、0.9； 设计状况系数，对应于持久状况、短暂状况、偶然状况，可分别取用1.0、0.95、0.85；作用效应函数；结构及构件抗力函数；永久作用分项系数，见表2-3；可变作用分项系数，见表2-3；永久作用标准值；可变作用标准值；几何参数的标准值（可作为定值处理）；材料性能的标准值；材料性能分项系数，见表2-4；基本组合结构系数，见表2-5对偶然组合，应采用下列极限状态设计表达式 （2-7）式中：偶然作用代表值；偶然组合结构系数，见表2-5表2-3 作用分项系数序号 作用类型 分 项 系 数 1 自重 1.0 2水压力1） 静水压力2） 动水压力：时均压力、离心力、冲击力、脉动压力 1.0 1.05、1.1、1.1、1.3 3扬压力1） 渗透压力2） 浮托力3） 扬压力（有抽排）4） 残余扬压力（有抽排）1.2（实体重力坝）、1.1（宽缝、空腹重力坝）1.01.1（主排水孔之前）1.2（主排水孔之后） 4淤沙压力1.2 5浪压力1.2注：其它作用分项系数见DL5077表2-4 材料性能分项系数序号材 料 性 能分项系数 备 注 1抗剪强度1）混凝土/基岩 摩擦系数 黏聚力 1.33.02)混凝土/混凝土 摩擦系数 黏聚力1.33.0包括常态混凝土和碾压混凝土层面3)基岩/基岩 摩擦系数 黏聚力1.43.24）软弱结构面 摩擦系数 黏聚力1.53.4 2混凝土强度 抗压强度1.5表2-5 结构系数序号 项 目组合类型 结构系数备 注 1抗滑稳定极限状态设计式基本组合偶然组合 1.2 1.2包括建基面、层面、深层滑动面 2混凝土抗压极限状态设计式基本组合偶然组合 1.8 1.8按照承载能力极限状态，应计算下列两种作用组合。基本组合由下列永久和可变作用产生的效应组合：1） 建筑物的自重（包括永久机械设备、闸门、起重设备及其它的自重）。2） 发电为主的水库，上游正常蓄水位（或施工期临时挡水位），按照功能运用要求建筑物泄放最小流量的下游水位，而排水及渗设施正常工作时的水荷载：a) 大坝上、下游面的静水压力；b) 扬压力。3） 大坝上游淤沙压力。4） 大坝上、下游侧土压力。5） 防洪为主的水库，按防洪高水位及相应的下游水位的水荷载取代2，且排水及防渗设施正常工作：a) 大坝上、下游面的静水压力；b) 扬压力；c) 相应泄洪时的动水压力。6） 浪压力：a) 取50年一遇风速引起的浪压力；b) 多年平均最大风速引起的浪压力。7） 冰压力。8） 其他出现机会较多的作用。偶然组合应在基本组合下，计入下列的一个偶然作用：9）建筑物泄放校核洪水（偶然状况）流量时，上、下游水位的水荷载取代2）或5），且排水及防渗设施正常工作：a) 坝上、下游面的静水压力；b) 扬压力；c) 相应泄洪时动水压力。10）其它出现机会很少的作用。 承载能力极限状态作用的基本组合和偶然组合按表2-6规定进行计算。持久状况下正常使用极限状态设计时，应按长期组合计入“基本组合由下列永久和可变作用产生的效应组合”的有关作用进行计算。坝体在施工和检修情况下应按短期组合进行设计。作用值大小及其组合应按照建筑物施工与检修具体条件确定。表2-6设计状况作用组合主要考虑情况 作 用 类 型备注自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力冰压力动水压力土压力持久状况基本组合1.正常蓄水位情况1）2）3）4)土压力根据坝体外是否有填土而定（下同）以发电为主的水库短暂状况2设计洪水位情况1）2）3）4）偶然状况偶然组合校核洪水情况1）2）3）4）溢流坝考虑动水压力注：应根据各种作用同时发生的概率，选择计算中最不利的组合；承载能力极限状态设计包括：1）坝体与坝基接触面抗滑稳定计算；2） 坝址抗压强度验算；3） 坝体层面（折坡面）下游端点抗压强度计算。坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态： 作用效应函数 （2-8） 抗滑稳定抗力函数 （2-9）式中：坝基面上全部切向作用之和，； 坝基面抗剪摩擦系数； 坝基面抗剪断黏聚力，。核算坝基面抗滑稳定极限状态时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。坝趾抗压强度承载能力极限状态： 作用效应函数 （2-10） 抗压强度极限状态抗力函数 或 （2-11）式中：坝基面上全部法向作用之和，向下为正；全部作用对坝基面形心的力矩之和，逆时针方向为正；坝基面的面积，；坝基面对形心轴的惯性矩，；坝基面形心轴到下游面的距离，；坝体下游坡度；混凝土抗压强度，；基岩抗压强度，。核算坝趾抗压强度时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。坝体选定截面（坝基面与折坡面）下游端点的抗压强度承载能力极限状态： 作用效应函数 （2-12） 抗压强度极限状态抗力函数 （2-13） 式中：计算截面上全部法向作用之和，向下为正；全部作用对计算截面形心的力矩之和，逆时针方向为正；计算截面的面积，；计算截面对形心轴的惯性力矩，；计算截面形心轴到下游面的距离，；坝体下游坡度。核算坝体选定计算截面下游截面端点抗压强度时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。2.2.2.1.2正常使用极限状态：按材料力学方法进行坝体上、下游面混凝土拉应力验算，必要时进行坝体及结构变形计算；复杂地基局部渗透稳定验算。按正常使用极限状态设计时，应考虑下列两种效应组合：1） 短期组合持久状况或短暂状况下，可变作用的短期效应与永久作用效应的组合；2） 长期组合持久状况下，可变作用的长期效应与永久作用效应的组合。坝体及结构的混凝土应按所处环境条件、使用条件、结构部位和结构型式及施工条件，满足耐久性要求。正常使用极限状态计算规定：正常使用极限状态作用效应的短期组合采用下列设计表达式 （2-14）正常使用极限状态作用效应的长期组合采用下列设计表达式 （2-15）式中：、结构的功能限值；、作用效应的短期组合、长期组合时的效应函数； 、正常使用极限