重力坝计算书.doc

目录 摘 要 ABSTRACT 第一章非溢流坝设计计算 1 1 1 堤顶及防浪墙高程确定 1 1 1 1 堤顶高程计算公式 1 1 1 2 安全加高 1 1 1 3 波高及雍高计算公式 1 1 1 4 坝顶超高计算 2 1 2 重力坝剖面设计 5 1 3 重力坝挡水坝段荷载计 6 1 3 1 基本原理与荷载组合 6 1 3 2 坝体自重计算 6 1 3 2 1 坝体自重计算公式 6 1 3 3 2 按实体重力坝计算坝体自重及力矩 6 1 4 静水压力计算 8 1 4 1 静水压力计算公式 8 1 4 2 设计工况 8 1 4 3 校核工况 10 1 4 4 正常使用工况 12 1 5 扬压力计算 14 1 5 1 扬压力 14 1 5 2 设计工况 14 1 5 3 校核工况 15 1 5 4 正常使用工况 16 1 6 淤沙压力 17 1 6 1 水平淤沙压力公式 17 1 6 2 淤沙浮容重计算 17 1 6 3 淤沙高程 18 1 6 4 淤沙压力及其力矩计算 18 1 7 波浪压力及其力矩 19 1 7 1 波浪压力公式 19 1 7 2 设计工况 19 1 7 3 校核工况 19 1 7 基本作用荷载各种工况下的W P 和M 20 1 8 极限状态设计法分析挡水坝段稳定 21 1 8 1 承载能力极限状态设计式 21 1 8 2 正常使用极限状态设计式 23 1 8 3 坝段抗滑稳定验算 24 1 8 3 1 基本组合工况 24 1 8 3 2 偶然组合工况 24 1 8 4 坝段坝趾抗压强度验算 24 1 8 4 1 计入扬压力时的基本组合工况 24 1 8 4 2 计入扬压力时的偶然组合工况 25 1 8 4 3 不计入扬压力时的基本组合工况 25 1 8 4 4 不计入扬压力时的偶然组合工况 25 1 8 4 5 坝段坝蹱不出现拉应力计算 25 1 9 挡水坝段应力分析 26 1 9 1 基本假定 26 1 9 2 不考虑扬压力时的边缘应力计算 26 1 9 2 1 边缘应力计算公式 26 1 9 2 2 设计工况边缘应力计算 27 1 9 2 3 校核工况边缘应力计算 28 1 9 3 考虑扬压力时的边缘应力计算 29 1 9 3 1 边缘应力计算公式 29 1 9 3 2 设计工况边缘应力计算 30 1 9 3 3 校核工况边缘应力计算 31 第二章 溢流坝设计计算 33 2 1 溢洪堰堰型选择 33 2 2 溢洪道水力计算 33 2 3 溢流堰堰面曲线 34 2 3 1 溢流堰堰顶高程 34 2 3 2 溢流堰总水头 34 2 3 3 定型水头设计 35 2 3 4 堰面曲线设计 35 2 4 边墩高度 37 2 5 消能形式 37 2 5 1 消能公式 38 2 5 2 设计工况下冲刷坑安全验算 38 2 5 3 校核工况下冲刷坑安全验算 39 摘 要 随着时间的增长而不断增加的农业灌溉用水 城镇供水和农村人畜饮水是摆在人 们面前的一个难题 因为目前可供水量离人们的供水目标相差甚远 水资源的短缺已 严重制约国民经济和社会发展 水利枢纽工程的出现不仅能够解决这个问题 而且能 实现对水能资源的综合梯级开发利用 根据杨家沟水库的地质 地形 气候 气象等具体情况 本设计的主要内容和成 果如下 1 非溢流坝剖面尺寸的拟定 坝高 33 00m 上游坡率 1 0 15 下游坡率 1 0 75 坝顶宽度 4 50m 2 溢流坝堰面曲线的拟定 顶部曲线段采用WES曲线 直线段的坡率 1 0 75 反弧段半径为 10m 3 稳定分析 经过分析 溢流坝和非溢流坝的稳定均满足要求 4 应力分析 经过分析 溢流坝和非溢流坝的应力均满足要求 关键词 水利枢纽工程 混凝土重力坝 溢流坝 ABSTRACT As the time does by the demand of water for agriculture urban supply and rural drinking is on such an increase that it becomes a difficult problem lying ahead Due to the large gap between the fact and goal of the current water supply Shortage of water resources has seriously confined the development of economy and society However the water conservancy project not only tackles the issue but also makes the comprehensive development and utilization of water resources come true According to GanLong gravity water power station field of geology topography climate weather and other circumstances the main elements of the design and results are as follows 1 The size of the development of non overflow dam sections Height of 33 00m the upstream slope of 1 0 15ratio lower rate of 1 0 75 slope crest width of 4 50m 2 Spillway weir curve drawn Top of the curve by WES curve straight line of slope rate of 1 0 75 anti arc with a radius of 10m 3 Stability analysis After analysis the stability of the spillway and non overflow dam are sufficient 4 Stress Analysis After analysis non overflow dam spillway and the stress are sufficient KEYWORDS water power station Concrete gravity dam Overflow dam 第一章非溢流坝设计计算 1 1 堤顶及防浪墙顶高程确定 1 1 1 堤顶高程计算公式 本工程设计洪水标准为 30 年一遇 校核洪水标准为 300 年一遇 坝顶高程应大 于坝前水位 坝顶超高 而坝顶超高 累计频率 1 的波高 风壅高度 安全加高 cz hhhh 1 1 1 1 1 2 安全加高 本工程堤防级别为 4 级 设计洪水时 安全加高应为 0 40m 校核洪水时 安全 加高应为 0 30m 表 1 1 坝的安全加高 hc 坝的级别 运用情况 123 设计情况 基本情况 0 70 50 4 校核情况 特殊情况 0 50 40 3 1 1 3 波高及雍高 内陆峡谷水库 宜按官厅水库公式 适用于 0 V 20m s 及 D 20km 计算 官厅水库公式 3 1 2 0 12 1 0 2 0 0076 0 gDghl 1 2 75 3 1 2 0 15 2 1 0 2 0 331 0 gDgL 1 3 L H cth L h h l z 2 2 1 4 式中 g 重力加速度 sm 2 D 吹程 m L 波长 m z h 壅高 m 0 计算风速 sm H 坝前水深 m l h 当 250 20 2 0 gD 时 为累积频率 5 的波高 h5 当 1000 250 2 0 gD 时 为 累积频率 10 的波高 h10 规范规定应采用累计频率为 1 时的波高 对应于 5 波高 应由累积频率为 P 的波高 hp 与平均波高的关系可按表 B 6 3 1 进行换 表 1 2 累积频率为的波高与平均波高的比值 P P m m H h 0 11234510132030 02 972 422 232 112 021 951 711 611 430 94 0 12 702 262 092 001 921 871 651 561 410 96 0 22 462 091 961 881 811 761 591 511 370 98 0 32 231 931 821 761 701 661 521 451 341 00 0 42 011 781 681 641 601 561 441 391 301 01 0 51 801 631 561 621 491 461 371 331 251 01 1 1 4 坝顶超高的计算 表 1 3 超高值 h 的计算的基本数据 设计洪水位校核洪水位 吹程D m 800 00800 00 风速 0 v m s 18 713 0 安全加高 c h m 0 40 3 坝前平均水深 m H m 2323 正常蓄水位和设计洪水位时 采用重现期为 50 年的最大风速 18 7m s 校 0 核洪水位时 采用多年平均风速 13 0m s 0 1 设计洪水位的超高 波高 3 1 2 12 1 2 7 18 8 081 9 7 180076 0 7 18 81 9 l h mhl60 0 波长 75 3 1 2 15 2 1 2 7 18 8 081 9 7 18331 0 7 18 81 9 L mL91 6 壅高 m L h L H cth L h h ll z 16 0 91 6 6 014 3 2 222 值 2 v gD 44 22 7 18 80081 9 22 0 gD 故按累计频率为 00 5 计算 026 0 23 60 0 m l H h 由表 1 2 查表换算 故 mhh75 0 6 024 1 24 1 5 1 设计安全加高 4 0 c h 设计防浪加高 cz hhhh 1 m31 1 4 016 0 75 0 2 校核洪水位时的超高 波高 3 1 2 12 1 2 13 8 081 9 130076 0 13 81 9 l h mhl38 0 波长 75 3 1 2 15 2 1 2 13 8 081 9 13331 0 13 81 9 L mL80 4 壅高 m L h L H cth L h h ll z 09 0 80 4 38 0 14 3 2 222 值 2 v gD 47 46 13 80081 9 22 0 gD 故按累计频率为 00 5 计算 016 0 23 38 0 m l H h 由表 1 2 查表换算 故 mhh47 0 38 0 24 124 1 5 1 校核安全加高 3 0 c h 校核防浪加高 cz hhhh 1 m86 0 3 009 0 47 0 表 1 5 堤顶超高计算结果表 项目计算公式设计洪水校核洪水 工程所在地多年平均最大风速1313 计算风速 V m s 18 713 风区长度 F m 800800 堤前平均水深 Hm m 2323 安全加高 A m 查规范 SL274 20010 400 30 堤顶超高计算值 m 1 310 86 表 1 6 计算坝顶高程 工况坝前水位计算坝顶超高计算坝顶高程 设计洪水工况 m 242 101 31243 41 校核洪水工况 m 242 500 86243 36 由表 5 11 可得 坝顶高程或防浪墙顶高程应不小于 243 41m 取坝顶高程 243 00m 设置 0 50m 防浪墙 墙顶再设钢管护栏 1 2 重力坝剖面设计 重力坝坝顶高程 243 00m 设置 0 50 的防浪墙 最低建基面高程 210 5m 坝高 H 33 00m 由于坝基完整性差 基岩较软弱 抗剪强度参数 f c 值较小 上游坝坡 放缓 坡率 根据工程经验 大坝下游坝坡坡率 坝顶宽2 0 0 n80 0 65 0 m 度一般取坝高的 坝底宽约为坝高的倍 初步设计坝顶宽取 10 89 0 7 0 4 5m 15 0 n75 0 m 坝轴线 243 50 236 50 1 0 75 1 0 15 221 50 221 00 241 00正常蓄水位 210 50 242 50 校核洪水位 242 10 设计洪水位 死水位226 00 排水管 排水管 排水管 220 75 图 1 1 混凝土砌条石重力坝非溢流坝段剖面图 1 3 重力坝挡水坝段荷载计算 1 3 1 基本原理与荷载组合 重力坝的荷载主要有 自重 静水压力 扬压力 泥沙压力 浪压力 动水压力 冰压力 地震荷载等 本次设计取单位长度的坝段进行计算 相关荷载组合见表 1 7 表 1 7 荷载组合表 组合情 况 相关工 况 自 重 静水压 力 扬压 力 泥沙压 力 浪压 力 冰压 力 地震荷 载 动水压 力 土压 力 正常水 位 设计水 位 基本组 合 冰冻 校核水 位 特殊组 合地震情 况 1 3 2 坝体自重计算 1 3 2 1 坝体自重计算公式 坝体自重W KN 的计算公式 1 5 Vw c 式中 坝体体积 m3 以单位长度的坝段为单位 通常把其断面分成若干个V 简单的几何图形分别计算 坝体混凝土的重度 一般取 24kN m3 c 力矩作以下规定 以坝底中心为力矩 逆时针为正 顺时针为负 1 3 3 2 按实体重力坝计算坝体自重及力矩 坝轴线 243 50 236 50 1 0 75 1 0 15 一区 二区 三区 图 1 2 实体重力坝自重计算图 一区 KNW00 5415 05 424 1 mL35 7 1 mKNLWM 90 39635 7 00 00 54 111 二区 KNW00 324100 6 5 45 024 2 mL76 6 2 mKNLWM 24 219076 6 00 324 222 三区 KNW20 11059180 4 00 24325 024 3 mL20 3 3 mKNLWM 44 3538920 3 20 11059 333 表 1 8 实体坝计算汇总表 分区体积 m3 自重 kN 力臂 m 力矩 kN m 一区2 2554 007 35396 90 二区13 50324 006 762190 24 三区460 8011059 203 2035389 44 476 5511437 20 37976 58 1 4 静水压力计算 1 4 1 静水压力计算公式 静水压力是作用在上 下游坝面的主要荷载 计算时常分解为水平水压力P和垂 直水压力W两种 静水压力按照 3 种工况进行计算 分别是设计工况 校核工况 正 常使用工况 1 水平水压力P的计算公式 1 7 2 2 1 HP w 式中 计算点处的作用水头 m H 水的重度取 9 81kN m3 w 2 垂直水压力W按水重计算 1 4 2 设计工况 在设计工况下 上游坝前水位 242 10m 由水位流量关系知 下游水位为 221 00m 上游水位 242 10m 上游水深 242 10 210 50 31 60m 下游水位 221 00m 下游水深 221 00 210 50 10 50m 坝轴线 243 50 236 50 1 0 75 1 0 15 221 00 241 00正常蓄水位 210 50 242 07 设计洪水位 死水位226 00 二区 一区 四区 三区 图 1 2 设计工况静水压力计算图 水平向 一区 KNP94 489860 3181 9 5 0 2 1 mL53 103 60 31 1 MKNM 84 51585 53 1094 4898 1 三区 KNP78 54050 1081 9 5 0 2 3 mL50 3 3 50 10 3 MKNM 73 189250 3 78 540 3 垂直向 二区 KNW69 73415 0 60 3181 9 5 0 2 2 mL82 123 15 0 60 312 00 2480 4 2 MKNM 73 941882 1269 734 2 四区 KNW58 40575 0 50 1081 9 5 0 2 4 mL77 113 75 0 50 102 80 4 00 24 4 MKNM 70 477577 1158 405 4 表 1 9 设计工况下静水压力汇总表 分区 水平力 kN 垂直力 kN 力臂 m 力矩 kN m 一区4898 9410 52 51585 84 二区734 6912 829418 73 三区 540 783 501892 73 四区405 5811 77 4773 68 4358 161140 27 45048 06 1 4 3 校核工况 在校核工况下 上游坝前水位 242 50m 由水位流量关系知 下游水位为 221 50m 上游水位 242 50m 上游水深 242 50 210 50 32 00m 下游水位 221 50m 下游水深 221 50 210 50 11 00m 水平向 一区 KNP72 50223281 9 5 0 2 1 mL67 103 00 32 1 MKNM 42 53592 67 1072 5022 1 三区 KNP51 5931181 9 5 0 2 3 mL67 3 3 00 11 3 MKNM 18 217867 3 51 593 3 垂直向 二区 KNW41 75315 000 3200 3281 9 5 0 2 mL80 123 80 4 2 00 2480 4 2 MKNM 65 964380 1241 753 2 四区 KNW13 4451175 01181 95 0 4 mL65 113 75 0 00 112 80 400 24 4 MKNM 76 518565 1113 445 4 坝轴线 243 50 236 50 1 0 75 1 0 15 221 50 241 00正常蓄水位 210 50 242 50 设计洪水位 死水位226 00 二区 一区 四区 三区 图 1 3 校核工况静水压力计算图 表 1 3 校核工况下静水压力汇总表 分区水平力 kN 垂直力 kN 力臂 m 力矩 kN m 一区5022 7210 67 53592 42 二区753 4112 809643 65 三区 593 513 672178 18 四区445 1311 65 5185 76 4429 211198 54 46956 35 1 4 4 正常使用工况 在正常使用工况下 由任务书中所给的数据可知下游水位为 218 00m 上游水位 241 00m 上游水深 241 00 210 50 30 50m 下游水位 218 00m 下游水深 218 00 210 50 7 50m 水平向 一区 KNP88 456250 3081 9 5 0 2 1 mL17 103 50 30 1 MKNM 49 46404 17 1088 4562 1 三区 KNP91 27550 7 81 9 5 0 2 3 mL50 2 3 50 7 3 MKNM 77 68950 2 91 275 3 垂直向 二区 KNW43 68415 0 50 3081 9 5 0 2 2 mL88 123 15 0 50 302 80 4 00 24 2 MKNM 46 881588 1243 684 2 四区 KNW93 20675 0 5 781 9 5 0 2 4 mL53 123 75 05 72 80 4 00 24 4 MKNM 83 259253 1293 206 4 坝轴线 243 50 236 50 1 0 75 1 0 15 221 00 241 00正常蓄水位 210 50 死水位226 00 二区 一区 四区 三区 图 1 4 正常使用工况静水压力计算图 表 1 10 正常使用工况下静水压力汇总表 分区水平力 kN 垂直力 kN 力臂 m 力矩 kN m 一区4562 8810 17 46404 49 二区684 4312 888815 46 三区 275 912 50689 77 四区206 9312 53 2592 83 4286 97891 36 39492 09 1 5 扬压力计算 1 5 1 扬压力 扬压力包括渗透压力和托浮力两部分 渗透压力是由上 下游水位差H产生的渗 流在坝内或坝基面上形成的水压力 托浮力是由下游水面淹没计算截面而产生向上的 水压力 扬压力分三种工况进行计算 分别是设计工况 校核工况 正常使用工况 H2 H1 H2 H A B C D 图 1 5 扬压力分区示意图 1 5 2 设计工况 设计工况下 上游水深为 31 60m 下游水深为 10 50m 由 混凝土重力坝设计 规范 SL 319 2005 1 表 B 3 1 查得渗透压力强度系数取 0 25 渗透压力分项系数为 1 2 浮托力分项系数为 1 0 则设计值为 0 3 2 1 00 31060 3181 9 mKNH 2 2 00 10350 1081 9 mKNH 2 21 00 20700 10300 310mKNHHH 2 1 6200 2073 0mKNH A 区 KNUA12 2472181 9 00 2450 10 mLA40 2 2 00 2440 14 MKNLUM AAA 09 593340 2 12 2472 B 区 KNUB30 186150 2 10 622 1 mLB35 8 2 50 2 40 1450 21 MKNLUM BBB 61 1553535 8 03 186 C 区 KNUC09 801150 2110 625 02 1 mLC07 0 3 50 2140 1450 21 MKNLUM CCC 01 5607 0 09 801 D 区 KNUD35 217 10 6200 207 5 25 02 1 mLD77 8 3 50 2 40 1400 24 MKNLUM DDD 16 190677 8 35 217 表 1 11 设计工况扬压力数据汇总表 分区总力 kN 力臂 m 力矩 kN m A 2472 122 405933 09 B 186 308 35 1555 61 C 801 090 0756 01 D 217 358 77 1906 16 3676 862527 33 1 5 3 校核工况 校核工况下 上游水深为 32 00m 下游水深为 11 00m 由 混凝土重力坝设计 规范 SL 319 2005 1 表 B 3 1 查得渗透压力强度系数取 0 25 渗透压力分项系数为 1 2 浮托力分项系数为 1 0 则设计值为 0 3 2 1 92 3133281 9 mKNH 2 2 91 10700 1181 9 mKNH 2 21 01 20691 10792 313mKNHHH 2 1 80 6101 2063 0mKNH A 区 KNUA84 2589181 9 00 2400 11 mLA40 2 2 00 2440 14 MKNLMM AAA 62 621540 2 84 2589 B 区 KNUB40 18515 280 612 1 mLB35 8 2 50 2 40 1450 21 MKNLMM BBB 09 154835 8 40 185 C 区 KNUC22 79715 050 2180 612 1 mLC07 0 3 50 2140 1450 21 MKNLMM CCC 80 5507 0 22 797 D 区 KNUD32 2161 80 6101 206 5 25 02 1 mLD77 8 3 50 2 40 1400 24 MKNLMM DDD 13 189777 8 32 216 表 1 12 校核工况扬压力数据汇总表 分区总力 kN 力臂 m 力矩 kN m A 2589 842 406215 62 B 185 408 35 1548 09 C 797 220 0755 80 D 216 328 77 1897 13 3788 78 2826 20 1 5 4 正常使用工况 正常使用工况下 上游水深为 30 50m 下游水深为 7 50m 由 混凝土重力坝设 计规范 SL 319 2005 1 表 B 3 1 查得渗透压力强度系数取 0 25 渗透压力分项系数 为 1 2 浮托力分项系数为 1 0 则设计值为 0 3 2 1 21 29950 3081 9mKNH 2 2 58 7350 7 81 9 mKNH 2 21 63 22558 7321 299mKNHHH 2 1 69 6763 2253 0mKNH A 区 KNUA80 1765181 9 00 2450 7 mLA40 2 2 00 2440 14 MKNLMM AAA 92 423740 2 80 1765 B 区 KNUB07 20315 269 672 1 mLB35 8 2 50 2 40 1450 21 MKNLMM BBB 63 169535 8 07 203 C 区 KNUC20 87315 050 2169 672 1 mLC07 0 3 50 2140 1450 21 MKNLMM CCC 12 6107 0 20 873 D 区 KNUD91 2361 69 6763 225 5 25 02 1 mLD77 8 3 50 2 40 1400 24 MKNLMM DDD 70 207777 8 91 236 表 1 13 正常使用工况扬压力数据汇总表 分区总力 kN 力臂 m 力矩 kN m A 1765 802 404237 92 B 203 078 35 1695 63 C 873 200 0761 12 D 236 918 77 2077 70 3078 98525 71 1 6 淤沙压力 1 6 1 水平淤沙压力公式 1 7 2 45tan 2 1 02s sbsk hP 1 8 n sdsb 1 式中 淤沙浮容重 sb 淤沙高度 s h s 淤沙内摩擦角 1 6 2 淤沙浮容重计算 取泥沙干容重 孔隙率 淤沙内摩擦角 3 269 8116 19kN m d 0 45n s 10 3 80 1081 9 45 0 119 16mKN sb 1 6 3 淤沙高程 计算通过杨家沟水库的泥沙量 查 四川省水文手册 多年平均悬移质年输沙模 数等值线图 其值为 570t km2 推移质沙量采用占悬移质泥沙的 15 推求 经计算本 工程多年平均来沙量为 0 23 万 m3 杨家沟水库多年平均来沙总量为 0 23 万 m3 在经过 20 年淤积后 20 年淤积泥 沙量为 4 62 万 m3 相应泥沙淤积高程为 223 93m 泥沙淤积高度 取 13 50m mhs43 1350 21093 223 图 坝轴线 243 50 236 50 1 0 15 241 00正常蓄水位 242 50 校核洪水位 242 07设计洪水位 死水位226 00 淤积高程224 00 1 6 淤沙压力及其力矩计算图 1 6 4 淤沙压力及其力矩计算 1 标准工况 KNPsk80 8252 1045tan50 1380 105 0 002 mLsk50 4 3 50 13 MKNMsk 10 37165 480 825 2 设计工况 设计值 设计值为标准值乘以分项系数 1 2 KNPsk96 9902 1045tan50 1380 105 02 1 002 MKNMsk 32 44595 496 990 表 1 14 泥沙压力及力矩汇总表 工况力 kN 力臂 m 力矩 kN m 标准工况825 804 5 3716 10 设计工况990 964 5 4459 32 1 7 波浪压力及其力矩 1 6 1 波浪压力公式 波浪压力及其力矩也分三种工况考虑 分别为设计工况 校核工况 其作用分项 系数为 1 2 力矩规定同前 由 1 1 坝顶高程的确定 可知 H L 2 均成立 故波浪 为深水波 深水波浪压力计算公式 式 1 9 z m l hh L P 1 4 式中 为坝前水深 1 H 1 7 2 设计工况 由 1 1 知L 6 91m hl 0 60m75 0 1 h16 0 z h KNPl42 1516 0 75 0 4 91 681 9 mL86 3016 075 0 3 1 91 6 6 1 60 31 MKNLPM l 91 47586 3042 15 1 7 3 校核工况 由 1 1 知L 4 80m h1 0 38m47 0 1 h09 0 z h KNPl59 6 09 047 0 4 80 4 81 9 mL39 3109 0 47 0 3 1 80 4 6 1 00 32 MKNLPM l 86 20639 3159 6 表 1 15 波浪压力及其力矩汇总 工况力 kN 力矩 kN m 设计工况15 42 473 91 校核工况6 59 206 86 坝轴线 243 50 236 50 1 0 75 1 0 15 210 50 死水位226 00 静水位 波浪中心线 图 1 7 波浪压力计算简图 1 7 基本作用荷载各种工况下的 P 和W M 表 1 16 汇总表W 承载能力极限状态正常使用极限状态 工况 持久状况偶然状况持久状况 坝身11437 2011437 2011437 20 静水压力 垂直 1140 271198 54891 36 kN W 不考虑扬压力 12577 4712635 7412328 56 扬压力 3676 86 3788 78 3078 98 kN W 8900 618846 969249 58 表 1 17 P 汇总表 承载能力极限状态正常使用极限状态 工况 持久状况偶然状况持久状况 静水压力 水平 4358 164429 214286 97 淤沙压力825 80990 96825 86 浪压力15 426 5915 42 P kN 5199 385426 765128 25 表 1 18 汇总表M 承载能力极限状态正常使用极限状态 工况 持久状况偶然状况持久状况 坝身37976 5837976 5837976 58 静水力矩 45048 06 46956 35 39492 09 淤沙 3716 10 4459 32 3716 10 波浪 473 91 206 86 473 91 kN m M 不考虑扬压力 11261 49 13645 95 5705 52 扬压力2527 332826 20525 71 kN m M 8734 16 10819 75 5179 81 1 8 极限状态设计法分析挡水坝段稳定 1 8 1 承载能力极限状态设计式 1 10 kd d kd afRaFS 1 0 式中 作用效应系数 S 抗力函数 R 结构重要性系数 0 设计状况系数 作用的设计值 d F 结构重要性系数 0 几何参数 k a 材料性能的设计值 d f 结构系数 d 1 抗滑稳定极限状态作用效应函数 1 11 PS 2 坝趾抗压强度计入扬压力情况下的极限状态作用效应系数 1 12 2 2 1 6 m B M B W S 3 抗滑稳定极限状态的抗力函数 1 13 AcWfR 4 坝趾抗压强度极限状态抗力函数 1 14 a RR 式中 混凝土的抗压强度 a R 表 1 19 坝基岩体力学参数 混凝土与坝基接触面岩体岩体 分类 f a MPc f f a MPc 变形模量 a GPE0 30 1 50 1 30 1 50 1 75 0 85 0 40 1 60 1 00 2 50 2 0 20 0 40 10 1 30 1 10 1 30 1 65 0 75 0 20 1 40 1 50 1 00 2 0 10 0 20 90 0 10 1 70 0 10 1 55 0 65 0 80 0 20 1 70 0 50 1 0 5 0 10 70 0 90 0 30 0 70 0 40 0 55 0 55 0 80 0 30 0 70 0 0 2 0 5 40 0 70 0 05 0 30 0 40 0 55 0 05 0 30 0 20 0 0 2 表 1 20 岩石质量分级 基本质量级别岩体质量的定性特征岩石基本质量指标 BQ 坚硬岩 岩石完整550 坚硬岩石 岩体较完整 较坚硬岩 岩体完整 451 550 坚硬岩 岩体较碎 较坚硬岩或软 硬岩互层 岩 体较完整 较软岩 岩体完整 351 450 坚硬岩 岩体破碎 较坚硬岩 岩体较破碎或破碎 较软岩或较坚硬岩互层 且以 软岩为主 岩体较完整或较破碎 软岩 岩体完整较完整 251 350 较软岩 岩体破碎 软岩 岩体较破碎或破碎 全部极岩及全部极破碎岩 250 1 8 2 正常使用极限状态设计式 1 15 d kkk c afFS 0 式中 作用的标准值 k F 材料性能的标准值 k f 结构功能的极限值c 式中设计状况系数 作用分项系数 材料性能分项系数均采用 1 0 1 以坝踵铅直应力不出现拉应力作为正常使用极限状态 作用效应的长期组合 采用下列设计表达式 1 16 2 6 B M B W S 2 坝体应力约定压应力为正 拉应力为负 正常使用极限状态设计式 1 17 0 6 2 0 B M B W 结构安全级别为 级的建筑物0 1 0 3 短期组合下游坝面的垂直拉应力 正常使用极限状态设计式 1 18 KPa B M B W 100 6 2 1 8 3 坝段抗滑稳定验算 抗滑稳定验算采用可靠度分析法验算 分 2 种状况进行分析 分别为基本组合状 况和偶然组合状况 1 8 3 1 基本组合工况 基本组合时 设计状况系数取 1 0 结构系数取 1 2 结构重要性系数取 d 0 0 9 摩擦系数取 0 85 摩擦分项系数取 1 3 抗剪断凝聚力取 490kPa 抗剪断 f C 粘聚力分项系数取 3 0 KNS44 467938 51990 19 0 0 KNR d 11 10773 8 28 3 490 47 12577 3 1 85 0 2 1 11 0 1 d SR 因此 在基本组合情况下 坝段是稳定的 1 8 3 2 偶然组合工况 偶然组合时 设计状况系数取 0 85 结构系数取 1 2 结构重要性系数 d 取 0 9 摩擦系数取 0 85 摩擦分项系数取 1 3 抗剪断凝聚力取 490 kPa 0 f C 抗剪断粘聚力分项系数取 3 KNS08 488476 54260 19 0 0 KNR d 86 10804 8 28 3 490 74 12635 3 1 85 0 2 1 11 0 1 d SR 因此 在偶然组合情况下 坝段是稳定的 1 8 4 坝段坝趾抗压强度验算 坝段坝趾抗压强度验算分四种状况进行 分别是计入扬压力时的基本组合工况 偶然组合工况 不计入扬压力时的基本组合工况 偶然组合工况 1 8 4 1 计入扬压力时的基本组合工况 基本组合时 设计状况系数取 1 0 结构系数取 1 8 结构重要性系数取 d 0 0 9 混凝土抗压强度取 10000kPa 混凝土抗压强度分项系数取 1 5 KPaS45 52375 0 1 8 28 16 87346 8 28 61 8900 0 19 0 2 2 0 KPaR d 70 3703 5 1 10000 8 1 11 0 1 d SR 比较两组数据 可得知在计入扬压力的基本组合情况下 坝段坝趾抗压强度满足 要求 1 8 4 2 计入扬压力时的偶然组合工况 偶然组合时 设计状况系数取 0 85 结构系数取 1 8 结构重要性系数 d 取 0 9 混凝土抗压强度取 10000kPa 混凝土抗压强度分项系数取 1 5 0 KPaS05 54275 0 1 8 28 75 108196 8 28 96 8846 0 19 0 2 2 0 KPaR d 70 3703 5 1 10000 8 1 11 0 1 d SR 比较两组数据 可得知在计入扬压力的偶然组合情况下 坝段坝趾抗压强度满足 要求 1 8 4 3 不计入扬压力时的基本组合工况 基本组合时 设计状况系数取 1 0 结构系数取 1 8 结构重要性系数取 d 0 0 9 混凝土抗压强度取 10000kPa 混凝土抗压强度分项系数取 1 5 KPaS69 72875 0 1 8 28 49 112616 8 28 47 12577 0 19 0 2 2 0 KPaR d 70 3703 5 1 10000 8 1 11 0 1 d SR 比较两组数据 可得知在不计入扬压力的基本组合情况下 坝段坝趾抗压强度满 足要求 1 8 4 4 不计入扬压力时的偶然组合工况 偶然组合时 设计状况系数取 0 85 结构系数取 1 8 结构重要性系数 d 取 0 9 混凝土抗压强度取 10000kPa 混凝土抗压强度分项系数取 1 5 0 KPaS79 75575 0 1 8 28 95 136456 8 28 74 12635 0 19 0 2 2 0 KPaR d 70 3703 5 1 10000 8 1 11 0 1 d SR 比较两组数据 可得知在不计入扬压力的偶然组合情况下 坝段坝趾抗压强度满 足要求 1 8 4 4 5 坝段坝踵不出现拉应力计算 坝段坝踵不出现拉应力验算只计算一种情况 即在正常使用并计入扬压力的情况 033 255 8 28 81 51796 8 28 58 9249 9 0 2 0 KPaS 根据计算结果 可知坝段坝踵不出现拉应力 满足要求 1 9 挡水坝段应力分析 1 9 1 基本假定 一 坝体混凝土为均质 连续 各向同性的弹性体材料 二 视坝段为固结于地基上的悬臂梁 不考虑地基变形对坝体应力的影响 并认 为各坝段独立工作 横缝不传力 三 假定坝体上水平截面上的正应力按直线分布 不考虑廊道对坝体应力的影响 1 9 2 不考虑扬压力时的边缘应力的计算 1 9 2 1 边缘应力计算公式 在一般情况下 坝体的最大和最小应力都出现在坝面 1 水平截面上的正应力 上游边缘应力和下游边缘应力 yu yd 1 19 2 6 B M B W yu 1 20 2 6 B M B W yd 式中 作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和 W KN 作用于计算截面以上的全部荷载对截面垂直水流流向的力矩 M 总和 MKN 计算截面的长度B 2 剪应力 上游边缘剪应力和下游截面剪应力 u d 1 21 np yuuu 1 22 mpd ydd 式中 上游面水压力强度 u pKPa 下游面水压力强度 d pKPa 上游坝坡破率n u n tan 下游坝坡破率m d m tan 3 水平正应力 上有边缘的水平正应力和下游正应力 xu xd 1 23 np uuxu 1 24 mp ddxd 4 主应力 1 25 22 1 1npn uyuu 1 26 22 1 1mpm dydd 坝面水压力强度也是主应力 1 27 uu p 2 1 28 dd p 2 1 9 2 21 9 2 2 设计工况边缘应力计算设计工况边缘应力计算 1 水平截面上的正应力 上游水位 242 10m 上游水深 242 10 210 50 31 60m 下游水位 221 00m 下游水深 221 00 210 50 10 50m 上游边缘应力和下游边缘应力 yu yd 2 2 25 355 8 28 649 11261 8 28 47 12577 mKN yu 2 2 18 518 8 28 49 112616 8 28 47 12577 mKN yd 2 剪应力 上游边缘剪应力和下游截面剪应力 u d 2 79 6 15 0 25 35581 9 60 31mKN u 2 38 31175 0 81 9 50 1018 518mKN d 3 水平正应力 上有边缘的水平正应力和下游正应力 xu xd 2 2 54 33675 0 38 31181 9 50 10 01 31115 0 79 6 81 9 60 31 mKN mKN xd xu 4 主应力 2 2 2 2 222 1 222 1 00 10350 1081 9 00 31060 3181 9 72 75175 0 81 9 50 1018 51875 0 1 27 35615 081 960 3125 35515 0 1 mKN mKN mKN mKN d u d u 1 9 2 3 校核工况边缘应力计算 1 1 水平截面上的正应力 水平截面上的正应力 上游水位 242 50m 上游水深 242 50 210 50 32 00m 下游水位 221 50m 下游水深 221 50 210 50 11 00m 上游边缘应力和下游边缘应力 yu yd 2 2 2 2 45 537 8 28 95 136456 8 28 74 12635 00 340 8 28 95 136456 8 28 74 12635 mKN mKN yd yu 2 剪应力 上游边缘剪应力和下游截面剪应力 u d 2 2 66 31475 0 81 9 1145 527 91 3 15 0 00 34081 9 00 32 mKN mKN d u 3 水平正应力 上有边缘的水平正应力和下游正应力 xu xd 2 2 91 34375 0 66 31481 9 11 51 31415 0 91 3 81 9 00 32 mKN mKN xd xu 4 主应力 2 2 2 2 222 1 222 1 91 10700 1181 9 92 31300 3281 9 07 77975 0 81 9 00 1145 53775 0 1 59 34015 081 900 3200 34015 0 1 mKN mKN mKN mKN d u d u 表 1 22 应力计算结果 单位 Mpa 坝 踵 处坝 趾 处计算 情况 yu u xu 1u 2u yd d xd 1d 2d 基本 组合 0 3600 310 360 310 520 310 340 750 10 特殊 组合 0 3400 310 340 310 540 310 340 780 11 1 9 3 考虑扬压力时的边缘应力计算 1 9 3 1 边缘应力计算公式 先求出包括扬压力在内的全部荷载铅直分力的总和及全部荷载对截面的垂 W 直水平流流向形心轴产生的力矩总和 在利用公式 M 1 29 2 6 B M B W yu 1 30 2 6 B M B W yd 计算 而 可根据边缘为分体的平衡条件求得 y x 1 2 1 31 npp yuuuuu 1 32 2 npppp yuuuuuuuxu 1 33 mpp dudydd 1 34 mpppp dudyduddxd 1 35 22 1 1nppn uuuyuu 1 36 uuuu pp 2 1 36 22 1 1mppm uddydd 1 37 uddd pp 2 1 9 3 21 9 3 2 设计工况边缘应力计算设计工况边缘应力计算 1 水平截面上的正应力 上游水位 242 10m 上游水深 242 10 210 50 31 60m 下游水位 221 00m 下游水深 221 00