重力坝抗滑稳定与应力计算

1、项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA水电站工程项目阶段：复核阶段计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算审查:校核:计算:黄河勘测规划设计有限公司Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd.1 .计算说明错误.!未定义书签。目的与要求错误.!未定义书签。基本数据错误.!未定义书签。2 .计算参数和研究方法错误.!未定义书签。荷载组合错误.!未定义书签。计算参数及控制标准错误.!未定义书签。计算理论和方法错误.!未定义书签。3 .计算过程错误.!未定义书签。荷载计算错误.!未定义书签。自重 错误.!未定义书签。水压力 错误.!未定义书签。扬压力 错误.!

2、未定义书签。地震荷载错误.!未定义书签。安全系数及应力计算错误.!未定义书签。4 .结果汇总错误.!未定义书签。1 . 计算说明 目的与要求下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、 底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。基本数据正常蓄水位：110m；设计洪水位：112.94m；校核洪水位：113.30m；大坝设计洪水标准为100 年一遇，校核洪水标准为1000 年一遇；坝址区地震动峰值加速度为0.15g( g=9.81m/s2) ，地震动反应周期为，相应的地震基本烈度为7 度，本工程抗震设计烈度为7 度。计算选取的挡水坝段坝顶高程 114.00m,坝基底高程92.00m,坝高22m, 坝顶宽5m

3、。上游坝面竖直，下游坝坡在 107.33m高程以上竖直，在107.33m高 程以下坡度为1:。计算选取的溢流坝段堰顶高程 110.00m,坝基底高程96.00m,坝高14m, 上游坝面竖直，下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面，在108.59m高程 以下坡度为1：。正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；设计洪水位 112.94m时，下 游水位104.80m；校核洪水位113.30m时，下游水位105.42m。进水口坝段顶高程114.00m， 坝基底高程87.80m， 坝高26.2m， 顶宽13.06m，上游坝坡为1:，下游坝坡在107.33m 高程以上竖直，在107.33m 高程以下

4、坡度为 1:。底孔坝段顶高程114.00m,坝基底高程83.50m,坝高30.5m,顶宽10.0m,上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m 高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为 1:。2 .计算参数和研究方法荷载组合作用在坝上的主要荷载包括：坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力。基本组合：正常蓄水位情况（上游水位 110.0m）设计洪水位情况（上游水位112.94m）特殊组合：校核洪水位情况（上游水位 113.30m） 地震情况（正常蓄水位+地震荷载） 计算参数及控制标准水容重w w： m3混凝土容重丫 c： 24KN/m3坝址区岩体主要为坚硬的辉绿岩和砂岩，大坝的建基面基本上分布

5、在弱风化 的辉绿岩和砂岩上。坝基面抗滑稳定计算的岩体及混凝土物理力学参数按表1-1取值，坝基面抗滑稳定安全系数和坝基应力应满足表1-2规定的数值。由于碾压混凝土坝的碾压层面的结合质量受材料性质、 混凝土配合比、施工 工艺、施工管理水平以及施工现场气候条件等许多因素的影响， 容易成为坝体的 薄弱环节，所以需要核算沿坝体混凝土碾压层面的抗滑稳定，坝体碾压层面的抗 滑稳定计算采用抗剪断公式，安全系数值的控制标准应符合表 1-2的要求。根据 国内经验，碾压层面的抗剪断参数可取：f' =, c'=。表1-1抗滑稳定计算岩体及混凝土力学参数岩性抗男断强度（岩体）抗男强度（岩体）抗男断强度（

6、碎/岩体）f,c' (MPa)fc (MPa)f，c' (MPa)辉绿岩0砂岩0表1-2抗滑稳定安全系数和坝基容许应力计算，况抗滑稳定安全系数坝基应力（MPa）抗男安全系数【K】抗男断安全系数【K'】坝踵坝趾基本组合正常蓄水位情况>0坝基容许应力设计洪水情况>0坝基容许应力特殊组合校核洪水情况>0坝基容许应力正常蓄水位+地震>0坝基容许应力重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力在运用期的各种荷载组合下（地震荷载 除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝趾垂直应力应小于坝基容许压应力。计算理论和方法混凝土重力坝坝体稳定采用刚体极限平衡法计算， 分别计算各坝

7、段不同水平 截面（包括坝体混凝土碾压层面、坝体混凝土 -基岩结合面）上的外加荷载及应 力，并计算出抗剪和抗剪断稳定安全系数，以及坝基截面的垂直应力。为了确保结构即使在排水系统失效时也能安全运行，本次设计时扬压力考虑 全水头。K f-W （抗剪强度计算公式）f W C A、 一K f WP（抗剪断强度计算公式）式中：K'一按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f一坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数；f'坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；C'坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KP?A一坝基接触面截面积，m2;2 W一作用于坝体上的全部荷载对于计算滑动面的法向分值，

8、KN;2 作用于坝体上的全部荷载对于计算滑动面的切向分值，KN;坝基截面的垂直应力按下式计算：W M xy A J式中：6y一坝踵、坝趾垂直应力，KPa；AW一作用于坝段上或1m坝长上的全部荷载在坝基截面上法向力总和，KN;2M一作用于坝段上或1m坝长上的全部荷载对坝基截面形心轴的力矩总 和，；A一坝段或1m坝长的坝基截面积,m2;x一坝基截面上计算点到形心轴的距离，m;L坝段或者1m坝长的坝基截面对形心轴的惯性矩， m4o3.计算过程荷载计算3.1.1 自重各种工况下，建筑物的自重均相同。挡水坝段：单宽坝段（1m坝长）断面面积A1=198.167m2单宽坝段断面自重G尸（向下为正方向）单宽坝

9、段断面形心对坝基中点的力臂 L1=-2.93m （向右为正方向）力矩Mg1=（顺时针方向为正） 溢流坝段：单宽坝段（1m坝长）断面面积A1=123.73m2单宽坝段断面自重G尸（向下为正方向）单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂 Li=-1.486m （向右为正方向）力矩Mgi=（顺时针方向为正）进水口坝段：单宽坝段（1m坝长）断面面积Ai=586.74m2单宽坝段断面自重Gi=（向下为正方向）单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂 Li=0.05m （向右为正方向）力矩Mgi=（顺时针方向为正）底孔坝段：单宽坝段（1m坝长）断面面积Ai=518.01m2单宽坝段断面自重G1=（向下为正方向）单宽坝段断

10、面形心对坝基中点的力臂 L1=-3.22m （向右为正方向）力矩Mg1=（顺时针方向为正）3.1.2 水压力水压力分为水平向静水压力、竖向水压力（溢流坝段泄洪时）、地震情况下的动水压力（此荷载为地震荷载）。1、水平向静水压力（1）挡水坝段正常蓄水位情况：上游水深Hu1=18.0m上游水压力Pu1二力臂Lu1=6m力矩Mpu1=设计洪水位情况：上游水深Hu2=20.94m上游水压力Pu2=力臂 Lu2=6.98m力矩MPu2=校核洪水位情况：上游水深Hu3=21.3m上游水压力Pu3二力臂 Lu3=7.1m力矩Mpu3= (2)溢流坝段正常蓄水位情况：上游水深Hui=14.0m上游水压力Pu1=

11、力臂 Lui=4.67m力矩Mpui=设计洪水位情况：上游水深Hu2=16.94m上游水压力Pu2=力臂 Lu2=5.65m力矩Mpu2=下游水深Hd2=8.8m下游水压力Pd2=力臂 Ld2=2.93m力矩MPd2=校核洪水位情况：上游水深Hu3=17.3m上游水压力Pu3=力臂 Lu3=5.77m力矩Mpu3=下游水深Hd3=9.42m下游水压力Pd3=力臂 Ld3=3.14m力矩MPd3= (3)进水口坝段正常蓄水位情况：上游水深Hu1=22.2m上游水压力Pu1=力臂 Lu1=7.4m力矩Mpui=设计洪水位情况：上游水深Hu2=25.14m上游水压力Pu2二力臂 Lu2=8.38m力

12、矩MPu2=校核洪水位情况：上游水深Hu3=25.5m上游水压力Pu3=力臂 Lu3=8.5m力矩Mpu2=|(4)底孔坝段正常蓄水位情况：上游水深Hui=26.5m上游水压力Pu1=力臂 Lui=8.83m力矩Mpui,设计洪水位情况：上游水深Hu2=29.44m上游水压力Pu2=力臂 Lu2=9.81m力矩MPu2=校核洪水位情况：上游水深Hu3=29.8m上游水压力Pu3=力臂 Lu3=9.93m力矩MPu3=、竖向水压力水面线按堰上竖向水压力是在溢流坝段泄洪时作用在溢流坝面上的水压力, 水深和下游水深的平均初估。设计洪水位情况：单宽坝段上水体面积A2=38.23m2单宽坝段上水重G2=

13、力臂 L2=-0.12m力矩MG2=校核洪水位情况：单宽坝段上水体面积A3=46.81m2单宽坝段上水重G3=力臂 L3=-0.11m力矩MG3=进水口坝段斜断面上水重正常蓄水位情况：上游水深Hui=22.2m上游水压力Gwi=力臂 Lui=12.69m力矩Mwi二设计洪水位情况：上游水深Hu2=25.14m上游水压力Gw2二力臂 Lu2=12.69m力矩Mw2二校核洪水位情况：上游水深Hu3=25.5m上游水压力Gw3=力臂 Lu3=12.69m力矩Mw3=3.1.3扬压力为了确保结构即使在排水系统失效时也能安全运行，本次设计时扬压力考虑 全水头。坝底面上游处的扬压力作用水头为 Hu（上游水

14、深），下游处为Hd（下游水深）， 其间以直线连接。（1）挡水坝段正常蓄水位情况：上游水深Hu1=18.0m扬压力U1 =力臂 Lui=-2.75m力矩Mu仔设计洪水位情况:上游水深Hu2=20.94m扬压力 U2=-1693KN力臂 Lu2=-2.75m力矩MU2二校核洪水位情况:上游水深Hu3=21.3m扬压力U3=力臂 Lu3=-2.75m力矩Mu3= (2)溢流坝段正常蓄水位情况：上游水深Hui=14.0m下游水深Hdi=0m扬压力Ui =力臂 Lui=-2.17m力矩MU1=设计洪水位情况:上游水深Hu2=16.94m下游水深Hd2=8.8m扬压力U2=力臂 Lu2=-0.67m力矩M

15、U2二校核洪水位情况:上游水深Hu3=17.3m下游水深Hd3=9.42m扬压力U3=力臂 Lu3=-0.64m力矩Mu3= (3)进水口坝段正常蓄水位情况:上游水深Hui=22.20m扬压力Ui =力臂 Lui=-5.01m力矩Mui二设计洪水位情况：上游水深Hu2=25.14m扬压力U2=力臂 Lu2=-5.01m力矩MU2二校核洪水位情况：上游水深Hu3=25.50m扬压力U3=力臂 Lu3=-5.01m力矩Mu3= (4)底孔坝段正常蓄水位情况：上游水深Hu1=26.5m扬压力U1 =力臂 Lu1=-4.65m力矩MU1=设计洪水位情况：上游水深Hu2=29.44m扬压力U2=力臂 L

16、u2=-4.65m力矩MU2二校核洪水位情况：上游水深Hu3=29.8m扬压力U3=力臂 Lu3=-4.65m力矩Mu3=3.1.4地震荷载一般情况下，混凝土重力坝在抗震设计中可以只计入顺水流向的水平向地震作用。抗震计算考虑的地震作用包括建筑物自重和地震惯性力，水平向地震作用 的动水压力，此时，大坝上游水位采用正常蓄水位。1、地震惯性力采用拟静力法计算重力坝地震作用效应时，沿建筑物高度作用于质点i的水 平向地震惯性力代表值按下式计算：FihGEia"g式中：a h水平向设计地震加速度代表值，取 0.15g;GEi 一集中在质点i的重力作用标准值；己一计算系数，拟静力法计算地震作用效应

17、时一般取；a质点i的动态分布系数；g一重力加速度，g=9.81m/s2;其中动态分布系数按下式计算：-1 4(h/H)4a 1.4n -1 4 G(hj/H)4i 1 Ge j式中：n坝体计算质点总数；H一坝局；hi、hj分别为质点i、j的高度；Ge一产生地震惯性力的建筑物总重力作用的标准值；根据以上公式计算：挡水坝段：地震惯性力Fi=力臂 L=8.38m力矩乂曰二溢流坝段：地震惯性力Fi=力臂 L=5.56m力矩MFi=进水口坝段：地震惯性力Fi=式中：a h水平向设计地震加速度代表值，取 0.15g;p w水体质量密度标准值；己一计算系数，拟静力法计算地震作用效应时一般取;H。一水深；根据

18、以上公式计算：挡水坝段：动水压力Fo二力臂 L=8.28m力矩Mfo=溢流坝段：动水压力Fo二力臂 L=6.44m力矩Mfo=进水口坝段：动水压力F0=力臂 L=10.212m力矩mf尸k孔坝段：动水压力Fo=力臂 L=12.19m力矩Mfo=安全系数及应力计算坝址区岩体主要为坚硬的辉绿岩和砂岩，大坝的建基面基本上分布在弱风化 的辉绿岩和砂岩上。根据地质报告的描述，挡水坝段的建基面基本都在弱风化的 辉绿岩上，因此，计算采用辉绿岩的参数。溢流坝段部位的辉绿岩厚度较小，其 建基面大部分位于砂岩上，为安全起见，计算采用砂岩的参数。(1)挡水坝段正常蓄水位情况：坝基面法向作用之和三 W=坝基面切向作用

19、之和三P=力矩之和三乂=设计洪水情况：坝基面法向作用之和汇 W=3060KN坝基面切向作用之和三P=力矩之和三乂二校核洪水情况：坝基面法向作用之和三 W=坝基面切向作用之和三P=力矩之和三M=地震+正常蓄水位情况：坝基面法向作用之和三 W=坝基面切向作用之和三P=力矩之和三M=安全系数及基底应力计算结果：工况正常蓄水位设计洪水校核洪水地震福裁EW (KN)3060EP (KN)EM ()计算参数f，c' (MPa)f安全系数K，K-基底应力 max K KPc|)(Tmin (KPO(2)溢流坝段正常蓄水位情况：坝基面法向作用之和三 W=坝基面切向作用之和三P=力矩之和三乂=设计洪水情

20、况：坝基面法向作用之和三 W=坝基面切向作用之和三P=力矩之和三乂二校核洪水情况：坝基面法向作用之和三 W=坝基面切向作用之和三P=力矩之和三M=地震+正常蓄水位情况:坝基面法向作用之和三 W=坝基面切向作用之和三P=力矩之和三M=安全系数及基底应力计算结果:工况正常蓄水位设计洪水校核洪水地震福裁EW (KN)EP (KN)EM ()计算参数f，c' (MPa)f安全系数K，K-基底应力(T max ( KPcj)(T min ( KPC)(3)进水口坝段正常蓄水位情况：坝基面法向作用之和三 W=坝基面切向作用之和三P=力矩之和三M-设计洪水情况：坝基面法向作用之和三 W=坝基面切向作用之和三P=力矩之和三M二校核洪水情况：坝基面法向作用之和三 W=坝基面切向作用之和三P=力矩之和三M=地震+正常蓄水位情况：坝基面法向作用之和三 W=坝基面切向作用之和三P=力矩之和三M=安全系数及基底应力计算结果:工不正常蓄水位设计洪水校核洪水地震福裁EW (KN)EP (KN)EMID计算参数f'c' (MPa)f安全系数K，K-基底应力(m max (KPam min (KPa(2)底孔坝段正常蓄水位情况：坝基面法向作用之和1 W=坝基面切向作用之和1 P二力矩之和1 M,设计洪水情况：坝基面法向作用之和1 W=坝基面切向作用之和口 P=力