重力坝计算书

1、目录 摘 要 . abstract . 第三章 剖面设计 非溢流坝剖面设计计算 溢流坝段剖面设计 抗滑稳定分析 应力计算 主要构造设计 消能防冲设计 第三章 地基处理 坝基开挖和处理 坝基加固处理 坝基防渗处理 坝基排水 两岸处理 .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

2、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

3、用荷载各种工况下的、p 和.20w m 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.2

4、6 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

5、 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

6、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 i

7、t 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 comp

8、rehensive 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 s

9、ections: 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

10、 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 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 0 页 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

11、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 d20km）计算 官厅水库公式： 3 1 2 0 12 1 0 2 0 0076 . 0 gdghl （1.2）

12、 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 2013 届水利水电建筑工程专业毕业设计 第 1 页 l h 当 25020 2 0 gd 时，为累积频率 5%的波高 h5%;当 1000250 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

13、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

14、.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

15、 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： 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 2 页 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. 06 . 024 . 1 24. 1 %

16、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. 075. 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. 32 222 ：值 2 v gd 2013 届水利水电建筑工程专业

17、毕业设计 第 3 页 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. 047. 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

18、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 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 4 页 h=33.00m。由于坝基完整性差、基岩较软弱，抗

19、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 . 00n80. 065. 0m 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 . 07 . 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

20、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 2013 届水利水电建筑工程专业毕业设计 第 5 页 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

21、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 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 6 页 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. 700.00.54 111 二区： knw00.324100 . 6 5 . 45 . 024 2 2013 届水利水电建

22、筑工程专业毕业设计 第 7 页 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

23、.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

24、.00-210.50=10.50m 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 8 页 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

25、.189250 . 3 78.540 3 2013 届水利水电建筑工程专业毕业设计 第 9 页 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 (

26、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

27、 2 1 ml67.103/00.32 1 mknm.42.53592)67.1072.5022( 1 三区： knp51.5931181 . 9 5 . 0 2 3 ml67. 33/00.11 3 mknm.18.217867 . 3 51.593 3 垂直向： 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 10 页 二区： knw41.75315. 000.3200.3281 . 9 5 . 0 2 ml80.123/80. 42/ )00.2480. 4( 2 mknm.65.964380.1241.753 2 四区： knw13.4451175 . 0 1181. 95 . 0 4 ml65.

28、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) 2013 届水利水电建筑工程专业毕业设计 第 11 页 一区5022.7210.67-53592.42 二区753.4112.809643.65 三区-593.513

29、.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. 95 . 0 2 1 ml17.103/50.30 1 mknm.49.46404)17.1088.4562( 1 三区： knp91.27550 . 7 81 . 9 5 .

30、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. 95 . 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. 95 . 0 2 4 ml53.123/75. 05 . 72/ )80 . 4 00.24( 4 mknm.83.259253.1293.206 4 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 12 页 坝轴线 243

31、.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 2013 届水利水电建筑工程专业毕业设计 第 13 页 1.5 扬压力计算 1.5.1 扬

32、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 h2h 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 319-20051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 .

33、 9 mknh 2 2 /00.10350.1081. 9mknh 2 21 /00.20700.10300.310mknhhh 2 / 1 . 6200.2073 . 0mknh a 区： knua12.2472181 . 9 00.2450.10 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 14 页 mla40 . 2 2/00.2440.14 mknlum aaa .09.593340 . 2 12.2472 b 区： knub30.186150. 210.622 . 1 mlb35 . 8 2/50. 240.1450.21 mknlum bbb .61.1553535 . 8 03.186

34、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.

35、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 319-20051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

36、. 9 00.2400.11 mla40 . 2 2/00.2440.14 2013 届水利水电建筑工程专业毕业设计 第 15 页 mknlmm aaa .62.621540 . 2 84.2589 b 区 knub40.18515 . 280.612 . 1 mlb35 . 8 2/50. 240.1450.21 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 knud32.21

37、61)80.6101.206(5 . 25 . 02 . 1 mld77 . 8 3/50 . 2 40.1400.24 mknlmm ddd .13.189777. 832.216 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 319-20

38、051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. 900.2450 . 7 mla40 . 2 2/00.2440.14 mknlmm aaa .92.423740 . 2 80.1765 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 16 页 b 区 knub0

39、7.20315 . 269.672 . 1 mlb35 . 8 2/50. 240.1450.21 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

40、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 2013 届水利水电建筑工程专

41、业毕业设计 第 17 页 =。 s 10 3 /80.1081. 945. 0119.16mkn 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

42、;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 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 18 页 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.32.445

43、95 . 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，hl/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 .

44、0 %1 h16 . 0 z h knpl42.1516 . 0 75. 0 4 91 . 6 81 . 9 ml86.3016 . 0 75 . 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 2013 届水利水电建筑工程专业毕业设计 第 19 页 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

45、.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 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 20 页 坝身11437.2011437.2011437.20 静水压力（垂直）1140.271198.5489

46、1.36 (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37976.583

47、7976.5837976.58 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 2013 届水利水电建筑工程专业毕业设计 第

48、 21 页 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 mpcf f a mpc 变形模量 a gpe0 3

49、0 . 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 8

50、0 . 0 30 . 0 70 . 0 0 . 20 . 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 451550 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 22 页 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 351450 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

51、 软岩，岩体完整较完整 251350 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

52、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 2013 届水利水电建筑工程专业毕业设计 第 23 页 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

53、 . 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 .

54、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

55、2 0 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 24 页 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 70.37

56、03 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

57、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 2013 届水利水电建筑工程专业毕业设计 第 25 页 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

58、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

59、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 田其春：合川杨家沟水库大坝设计 第 26 页 （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 yd

60、d 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 ntan 下游坝坡破率m d mtan 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