重力坝抗滑稳定及应力计算

项目名称：几内亚凯莱塔水电站项目项目阶段：审阅阶段计算书名称：重力坝滑动稳定性和应力计算审阅：检查：计算：黄河调查规划设计有限公司yellow river engineering consulting co .ltd2002年4月19列表1.计算说明11.1目的和要求11.2基本数据12.计算参数和研究方法12.1荷载组合12.2计算参数和控制标准22.3计算理论和方法33.计算过程43.1负荷计算43.1.1自重43.1.2水压43.1.3正压63.1.4地震载荷73.2安全系数和应力计算94.结果汇总111.计算说明1.1目的和要求以下计算是关于断流坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和地基应力计算。1.2基本数据正常水位：110米；设计洪水水位：112.94米；洪水水位确认：113.30米；大坝设计洪水标准为100年1日，检查洪水标准为1000年1日；坝址上的地震动峰值加速度为0.15g(g=9.81m/s)，地震动反应周期为0.25s，该地震的基本强度为7度，该工程的抗震设计强度为7度。计算选定大坝部分的坝顶高程114.00m、坝基高程92.00m、坝高22m、坝顶宽度5m。上游坝面垂直，下游坝坡垂直于107.33米高程以上，107.33米高程以下的坡度为133600.75。选定溢流坝段堰顶高程110.00m、坝基高程96.00m、坝高14m、上游坝面垂直、下游坝坡计算为108.59m高程以上的Creager剖面、108.59m高程以下的坡度为133600.85。正常蓄水位置，溢流坝段下游无水；洪水水位112.94米，下游水位104.80米；设计；设计。洪水水位为113.30米时，下游水位为105.42米。进水口坝段的顶部高程为114.00m，坝基高程为87.80m，坝高为26.2m，顶部宽度为13.06m，上游坝坡为1:0.25，下游坝坡为107.33m高程以上垂直，低于107.33m高程的坡度为1:0.75。底部孔坝段顶部高程114.00m，坝基高程83.50m，坝高30.5m，顶部宽度10.0m，上游坝面垂直，下游坝坡107.33m高程以上垂直，107.33m高程以下坡度1:0.75。2.计算参数和研究方法2.1荷载组合作用在大坝上的主要载荷包括大坝自重、上下水压、正压、地震力等。默认组合：正常水位(上游水位110.0米)设计洪水等级(上游水位112.94m)特殊组合：检查洪水情况(上游水位113.30m)地震情况(正常水位地震载荷)2.2计算参数和控制标准水容重 w: 9.81 kn/m3混凝土容重 c: 24kn/m3坝址区的岩体主要由坚硬的辉绿岩和砂岩构成，大坝的建基基本上分布在弱风化辉绿岩和砂岩中。根据表1-1确定了坝基表面抗滑稳定性计算的岩体和混凝土的物理和机械参数，坝基表面抗滑稳定性安全系数和坝基应力必须满足表1-2中规定的值。Rcc大坝碾压侧的连接质量受材料特性、混凝土配合比、施工技术、施工管理水平和施工现场的气候条件等诸多因素的影响，容易成为坝主体的薄弱环节，因此，应沿坝混凝土碾压侧计算抗滑稳定性，大坝碾压侧抗滑稳定性计算采用剪切公式，安全系数值的控制标准应符合表1-2。国内经验表明，轧制维度的抗剪参数是可取的。f=1.0，c=1.0MPa表1-1滑动稳定性计算岩石和混凝土力学参数岩石学剪切强度(岩体)剪切强度(岩体)剪切强度(混凝土/岩体)fC(MPa)fC(MPa)fC(MPa)辉绿岩1.21.50.7501.01.0砂岩1.01.10.6500.90.8表1-2滑动稳定安全系数和坝基允许应力计算工作条件防滑稳定性安全系数坝基应力(MPa)剪切安全系数k剪切阻力安全系数k脚后跟坝趾基本组合正常水位情况1.053.00坝基允许应力设计洪水情况1.053.00坝基允许应力特殊组合检查洪水情况1.002.50坝基允许应力正常水位地震1.002.30坝基允许应力重力坝地基脚跟、坝趾的竖向应力在应用期间，在各种荷载组合(地震荷载除外)下，坝踵的竖向应力不应有拉应力，坝趾竖向应力应小于坝基允许的压缩应力。2.3计算理论和方法通过刚体极限平衡法计算混凝土重力坝的稳定性，计算每个坝段不同水平段(如大坝混凝土碾压面、大坝混凝土-基岩耦合面等)的附加载荷和应力，计算剪切和抗剪稳定性安全系数以及坝基剖面的法向应力。为了确保即使排水系统发生故障，结构也能安全运行，在此设计中，杨力会考虑整个水头。(剪切强度计算公式)(剪切强度计算公式)样式：k-由剪切强度计算的滑动稳定性安全系数；F-坝混凝土和坝基接触面的剪切摩擦系数；F-坝混凝土和坝基接触面的剪切摩擦系数；C-坝混凝土与坝基接触面的剪切粘结，KPa；A-坝基接触面剖面面积，m2； w-对于作用于阻尼器的完整负载，计算滑动面的垂直分割值，kn； p-对于作用于阻尼器的完整负载，计算滑动面的切向分割值，kn；坝基剖面的法向应力计算如下：格式： y型脚跟，坝趾法向应力，KPa； w-作用于坝段或1m坝长度的所有载荷为坝基剖面的法向力总和，kn； m-作用于坝段或1m坝长度的完整载荷的坝基截面中心轴的力矩总和，KN.m；A-坝段或1米坝长的坝基横截面积，m；X-坝基剖面到质心轴的距离计算，m；j-dam或1m dam长度的中心轴的坝基剖面惯性矩，M4。3.计算过程3.1负荷计算3.1.1自重在各种工作条件下，建筑物的自重都是一样的。拦阻坝段：单宽坝(1m坝长)剖面面积A1=198.167m2单宽坝剖面自重G1=4756.0KN(向下正方向)单宽坝剖面中心的坝基中点的力臂L1=-2.93m(右侧为正方向)力矩MG1=-13945.54KN.m(顺时针正)溢流坝段：单宽坝(1m坝长)剖面面积A1=123.73m2单宽坝剖面自重G1=2969.53KN(向下正方向)单宽坝剖面中心的坝基中点的力臂L1=-1.486m(右侧为正方向)力矩MG1=-4413.025KN.m(顺时针方向正)进水口坝段：单宽坝(1m坝长)剖面面积A1=586.74m2单宽坝段自重G1=14081.76KN(向下正方向)单宽坝剖面中心的坝基中点的力臂L1=0.05m(右侧为正方向)力矩MG1=704.09KN.m(顺时针正值)底孔坝段：单宽坝(1m坝长)剖面面积A1=518.01m2单宽坝剖面自重G1=12432.24KN(向下正方向)单宽坝剖面中心的坝基中点的力臂L1=-3.22m(右侧为正方向)力矩MG1=-40031.81KN.m(顺时针正)3.1.2水压水压分为水平静水压、垂直水压(溢流坝段的泄洪闸)、地震时的手动压力(此载荷为地震载荷)。1、水平静水压(1)拦阻坝段正常水位状态：上游水深Hu1=18.0m上游水压Pu1=1587.6KN母Lu1=6m扭矩MPu1=9525.6KN.m设计洪水等级：上游水深Hu2=20.94m上游水压Pu2=2148.57KN臂Lu2=6.98m扭矩MPu2=14997.0KN.m检查洪水水位。上游水深Hu3=21.3m上游水压Pu3=2223.08KN臂Lu3=7.1m扭矩MPu3=15783.87KN.m(2)溢流坝段正常水位状态：上游水深Hu1=14.0m上游水压Pu1=960.4KN母Lu1=4.67m扭矩MPu1=4481.87KN.m设计洪水等级：上游水深Hu2=16.94m上游水压Pu2=1406.12KN母Lu2=5.65m扭矩MPu2=7939.9KN.m下游水深Hd2=8.8m米下游水压Pd2=-379.456KN力臂Ld2=2.93m扭矩MPd2=-1113.07KN.m检查洪水水位。上游水深Hu3=17.3m上游水压Pu3=1466.52KN臂Lu3=5.77m扭矩MPu3=8456.94KN.m下游水深Hd3=9.42m下游水压Pd3=-434.81KN力臂Ld3=3.14m扭矩MPd3=-1365.30KN.m(3)进水口坝段正常水位状态：上游水深Hu1=22.2m上游水压Pu1=2417.38KN母Lu1=7.4m扭矩MPu1=17888.61KN.m设计洪水等级：上游水深Hu2=25.14m上游水压Pu2=3100.06KN臂Lu2=8.38m扭矩MPu2=25978.50KN.m检查洪水水位。上游水深Hu3=25.5m上游水压Pu3=3189.48KN臂Lu3=8.5m扭矩MPu3=27110.58KN.m(4)井底坝段正常水位状态：上游水深Hu1=26.5m上游水压Pu1=3444.54KN母Lu1=8.83m扭矩MPu1=30415.29KN.m设计洪水等级：上游水深Hu2=29.44m上游水压Pu2=4251.23KN臂Lu2=9.81m扭矩MPu2=41704.57KN.m检查洪水水位。上游水深Hu3=29.8m米上游水压Pu3=4355.84KN臂Lu3=9.93m扭矩MPu3=43253.49KN.m2，垂直水压垂直水压是作用于溢流坝段泄洪溢流坝表面的水压，水面线是坝水深及下游水深的平均初始估算。设计洪水等级：单宽坝段水体面积A2=38.23m2单宽坝段上水重量G2=374.68KN臂L2=-0.12m扭矩MG2=-46.35KN.m检查洪水水位。单宽水坝区域的水体面积A3=46.81m2单宽坝段上水重量G3=458.77KN臂L3=-0.11m扭矩MG3=-50.60KN.m入口坝段坡度段上水重量正常水位状态：上游水深Hu1=22.2m上游水压Gw1=647.90KN母Lu1=12.69m扭矩Mw1=8221.85KN.m设计洪水等级：上游水深Hu2=25.14m上游水压Gw2=831.12KN臂Lu2=12.69m扭矩Mw2=10546.91KN.m检查洪水水位。上游水深Hu3=25.5m上游水压Gw3=854.28KNarm Lu3=12.69m力矩Mw3=10840.81KN.m3.1.3正压为了确保即使排水系统发生故障，结构也能安全运行，在此设计中，杨力会考虑整个水头。坝底上游的正压作用水是后雨(上游水深)，下游是Hd(下游水深)，其间是直线连接的。(1)拦阻坝段正常水位状态：上游水深Hu1=18.0m正压U1=-1455.3KN母Lu1=-2.75m扭矩MU1=4002.08KN.m设计洪水等级：上游水深Hu2=20.94m正压U2=-1693KN臂Lu2=-2.75m扭矩MU2=4655.75KN.m检查洪水水位。上游水深Hu3=21.3m体积压力U3=-1722.1KNarm Lu3=-