重力坝分析与计算

1、一、计算荷载组合：坝体自重：区域 W11=10*125*24=30000KN 方向 区域 W12=0.5*113*73.45*24=99598.2KN 方向 W1=W11+W12=30000+99598.2=129598.2KN 方向静水压力：垂直水压力PV=0.5*17*17*0.65*9.8=920.47KN 方向 水平水压力，上游PH1=0.5*w*H=0.5*9.8*120=70560KN 方向 下游PH2=0.5*w*H=0.5*9.8*17=1416.1KN 方向淤沙压力：Ps=0.5*sb*hs*tan（45-s/2） 0.5*8.5*21.8*tan（45-27/2）=758.

2、47KN 方向 扬压力： 浮托力 U1=w*H*B=9.8*17*83.45=13902.77 KN 方向 渗流力，区域a U2= =0.5*（1-0.2）*103*7*9.80=2826.32KN 方向 区域b U3=7*0.2*103*9.80=1413.16KN 方向 区域c U4=0.5*0.2*103*76.45*9.80 =7716.86KN 方向 U=U1+U2+U3+U4=13902.77+2826.32+1413.16+7716.86 =25859.11KN 方向荷载计算如下图所示：二、沿坝基面的抗滑稳定分析以单宽坝段作为计算单元，按抗剪断强度公式计算，认为坝体混凝土与基岩接

3、触良好，接触面面积为A，采用接触面上的抗剪断参数和计算抗滑稳定安全系数。A=83.45=(0.92*（129598.2+920.47-25859.11）+750*83.45) /(70560-1416.1+758.47)=2.273 满足要求。三、软弱层面抗滑稳定分析 双层面抗滑稳定计算，采用剩余推力法。取坝趾处垂直方向左侧为主滑裂面，其中基岩自重W3=25.5*104.95*tan15*104.95*0.5=37665.28KN 方向坝体自重W1=129598.2KN 方向上游水重为W4=120*21.8*9.8=25636.8KN 方向静水压力PV=920.46KN 方向W=W1+PV+W

4、3+W4=129598.2+920.46+37665.28+25636.8 =193810.74KN 方向水平力 =69902.37KN 方向扬压力 浮托力 U1=9.8*17*104.95=17484.67KN 垂直接触面 渗流力 区域a U2= = 0.5*（1-0.2）*103*（28.5+21.5）*9.8=20188KN 垂直接触面 区域b U3=28.5*0.2*103*9.8=5753.58KN 垂直接触面 区域c U4=0.5*0.2*103*76.45*9.80 =7716.86KN 方向计算简图如下图所示：第一次试算：区离坝址距离为m=20米处为辅助滑裂面 区域c增加扬压力

5、U= =0.2*103*20/（20+76.45）*76.45*9.8/2 =1600.18KN 方向 则 =U1+U2+U3+U4+U =17484.67+20188+5753.58+7716.86+ 1600.18=52743.29KN 方向辅助滑裂面计算28.13*0.5*20*25.5+20*17*9.8=10506.34 KN 方向 =（0.2*103*20*20/（20+76.45）/2+20*17）*9.80=3750.62 KN 方向 先令主滑裂区处于极限平衡状态，其沿AB面的抗滑稳定安全系数为1，求得R后再计算辅滑裂区沿BC面的抗滑稳定安全系数K2，K2即为整个坝段的抗滑稳定

6、安全系数。由区处于极限平衡时可以列出工程经验采用=0， =0.3kpa，=0.08mpa 滑裂面面积A=34.52解得R=70981.58KN 带入公式=3.068公式中，取基岩的抗剪断系数，=1.0，=1.15，=281.35经过试算得出数据：向下游延伸长度20304043444546475060K3.07 2.47 2.30 2.29 2.29 2.29 2.29 2.29 2.30 2.38 由图表可知在45米处K值最小为2.29。稳定。四、坝体强度计算材料力学法计算，重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力符合下列要求：运用期1） 在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，

7、坝趾垂直应力小于坝基容许压应力；2） 在地震荷载作用下，坝踵、坝趾的垂直应力符合水工建筑物抗震设计规范（SL 203-97）的要求；施工期坝址铅直应力应小于0.1mp的拉应力重力坝坝体应力应符合下列要求： 运用期1） 坝体上游面的垂直应力不出现拉应力（计扬压力）。2） 坝体最大主压应力，应不大于混凝土的允许压应力值。3） 在地震情况下，坝体上游面的应力控制标准应符合水工建筑物抗震设计规范（SL 203-97）的要求。施工期1) 坝体任何截面上的主应力不应大于混凝土容许压应力2) 在坝体下游，允许由不大于0.2mp的主拉应力计算简图及荷载组合见下图;荷载组合竖直（向下为正）形心距上游坝面水平（向

8、右为正）形心距坝基自重压力30000.00 5.00 99598.20 34.47 静水压力920.47 79.77 70560.00 40.00 -1416.10 5.67 淤泥压力758.47 4.45 扬压力U1-13902.77 41.73 U2-7716.86 32.48 U3-1413.16 3.50 U4-2826.32 2.33 合计104659.55 69902.37 应力计算取坝基面为计算截面 不计扬压力W=30000+99598.2+920.47=130518.67KN=30000*（41.73-5）+99598.2*（41.73-34.47）+920.47*（41.75

9、-79.77）-70560*40+1416.10*5.67-758.47*4.45=-1028773.46KNm1. 水平截面上的正应力=130518.67/83.45+6*（-1028773.46）/83.45=677.66mp=130518.67/83.45-6*（-1028773.46）/83.45=2449.77mp2. 剪应力=（9.8*120-667.66）*0=0mp=（2449.77-9.80*17）*0.65=1484.06mp式中：为上游水压力强度，Kpa;n为上游坝坡坡率；为下游水压力强度，Kpa；m为下游坝坡坡率。3. 水平正应力=9.8*120-0*0=1176mp=

10、9.80*17+1484.06*0.65=1131.24mp4. 主应力=677.66mp=（1+0.65）*2449.77-9.8*17*0.65=3414.41mp坝面水压力也是主应力=9.8*120=1176mp=9.8*17=166.6mp考虑扬压力W=104659.55KN=-1265536.56KNm1.水平截面上的正应力=104659.55/83.45+6*（-1265536.56）/83.45=163.79mp=104659.55/83.45-6*（-1265536.56）/83.45=2344.53mp2.剪应力=（9.8*120-163.79）*0=0mp=（2344.53

11、-9.80*17）*0.65=1415.65mp式中：为上游水压力强度，Kpa;n为上游坝坡坡率；为下游水压力强度，Kpa；m为下游坝坡坡率。3.水平正应力=9.8*120-0*0=1176mp=9.80*17+1415.65*0.65=1086.77mp4.主应力=163.79mp=（1+0.65）*2344.53-9.8*17*0.65=3264.71mp坝面水压力也是主应力=9.8*120=1176mp=9.8*17=166.6mp分别计算其他截面应力：坝体应力计算yuydudxuxd1u1d2u2d不计扬压力坝基面677.66 2450.41 0.00 1484.48 1176.00

12、1131.51 677.66 3415.32 1176.00 166.60 20677.40 1953.18 0.00 1269.56 980.00 825.22 677.40 2778.39 980.00 0.00 40656.22 1501.00 0.00 975.65 784.00 634.17 656.22 2135.17 784.00 0.00 60638.08 1049.66 0.00 682.28 588.00 443.48 638.08 1493.15 588.00 0.00 80608.75 618.23 0.00 401.85 392.00 261.20 608.75 87

13、9.43 392.00 0.00 100529.75 263.55 0.00 171.31 196.00 111.35 529.75 374.91 196.00 0.00 计入扬压力坝基面163.79 2344.53 0.00 1415.65 1176.00 1086.77 163.79 3264.70 1176.00 166.60 20276.85 1982.46 0.00 1288.60 980.00 837.59 276.85 2820.05 980.00 0.00 40339.45 1565.44 0.00 1017.54 784.00 661.40 339.45 2226.84 78

14、4.00 0.00 60470.73 1062.38 0.00 690.54 588.00 448.85 470.73 1511.23 588.00 0.00 80392.70 668.63 0.00 434.61 392.00 282.50 392.70 951.13 392.00 0.00 100384.89 294.85 0.00 191.65 196.00 124.57 384.89 419.42 196.00 0.00 经计算均满足要求水闸设计1闸孔设计1）闸孔尺寸的确定1） 初拟闸孔尺寸 需满足防洪、排涝要求a，排涝要求 上游水深：=19.8-13.4=6.38m 下游水深：=19

15、.63-13.4=6.23m Q=420m/s A=（B+m*）*=（30+2.5*6.38）*6.38=283.16m =420/283.16=1.433m/s =+=6.38+1.0*1.433/2/9.81=6.485m=6.23/6.485=0.960.8 属于淹没出流淹没系数 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 1.00 1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.93 0.90 0.87 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.84 0.81 0

16、.78 0.74 0.70 0.65 0.59 0.50 0.40 所以=0.59e=18.7-13.4=5.3m =5.3/6.38=0.830.65 为堰流其中为闸敦系数，采用尖圆型=0.53；为边墩系数，采用圆弧型=0.70.n=1 m为流量系数，按无坎宽顶堰计算m=0.385解得=26.18mb，防洪要求 上游水深：=21.28-13.4=7.88m 下游水深：=21.13-13.4=7.73m Q=750m/s A=（B+m*）*=（30+2.5*7.88）*7.88=391.64m =750/391.64=1.92m/s =+=7.88+1.0*1.92/2/9.81=8.067m

17、=7.73/8.067=0.960.8 属于淹没出流所以=0.59e=18.7-13.4=5.3m =5.3/8.067=0.660.65 为堰流其中为闸敦系数，采用尖圆型=0.53；为边墩系数，采用圆弧型=0.70.n=1 m为流量系数，按无坎宽顶堰计算m=0.385解得=33.66m比较a、b的计算结果，B2B1，可见引水灌溉情况是确定闸孔尺寸的控制情况，故闸孔净宽宜采用较大值33.66m。现拟闸孔分为7孔，取中孔尺寸为3.66m，其他孔尺寸为5m，则闸孔实际总净宽33.66m。 闸底板宜采用整体式平底板。拟将分缝设在底板的中间位置；中墩采用钢筋混凝土结构，厚1.0m，墩头采用半圆形（水流

18、条件好，施工方便），墩尾采用流线型（有利于水流扩散）（2）复核过闸流量 根据初拟的闸孔尺寸，对于中孔：，查表得， 对于边孔： ，查表得，则有 查表可得，对于无坎平底宽顶堰，m=0.385，则 0，表示海漫出口形成冲刷坑，故在海漫末端建一防冲槽。（2） 防冲槽的构造：防冲槽为倒梯形断面。其底宽1.0m，深4.0m，边坡1:2，槽中抛以块石。消力池、海漫、防冲槽布置图（单位：cm）3.防渗排水设计 对于砂壤土地基，需采用垂直板桩防渗。1、 底板： 考虑底板要满足上部结构布置的要求以及本身的结构强度等要求，底板采用整体式平底板。（1） 底板顺水流方向的长度L根据经验公式以及H=5.3m可有L=10.618.55m综上所述，取底板顺水流方向长度L为15m。（2） 底板的厚度：根据经验公式d=（1/61/8）单孔净跨，一般为1.02.0m，故初拟d=2m。（3） 底板的构造：底板采用钢筋混凝土结构，混凝土为c30。上下游两端各设1m深的齿墙嵌入地基。底板分缝中设以“V”型铜片止水。（4） 板桩设计：板桩深度为0.61.0倍的水头，插入不透水层1m，板桩厚度为10cm，宽度为50cm，长度为6m，现场预制。与闸底板的连接为：把板桩顶部嵌入底板底面特设的凹槽内。2.铺