水工建筑物3课件

1、 第三章第三章 岩基上的重力坝岩基上的重力坝 第一节第一节 概述概述一、重力坝的工作原理及特点一、重力坝的工作原理及特点重力坝的工作原理重力坝的工作原理: :主要依靠坝体主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力自身重量在滑动面上产生的抗滑力来抵消坝前水压力以满足稳定的要来抵消坝前水压力以满足稳定的要求；同时也依靠坝体自重在水平截求；同时也依靠坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度的要力所引起的拉应力以满足强度的要求。求。重力坝的工作特点重力坝的工作特点: : 优点和缺点优点和缺点重力坝的类型重力坝的类型 按坝的高度分类为：高坝按

2、坝的高度分类为：高坝、中坝、低坝三类。按筑坝材料分、中坝、低坝三类。按筑坝材料分类可分为：混凝土重力坝和浆砌石类可分为：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。按坝体的结构型式分类可重力坝。按坝体的结构型式分类可分为：实体重力坝、宽缝重力坝、分为：实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝空腹重力坝 。重力坝的设计内容重力坝的设计内容 1 1、剖面设计、剖面设计 2 2、稳定分析、稳定分析3 3、应力分析、应力分析 4 4、构造设计、构造设计 5 5、地基处理、地基处理 6 6、溢流重力坝和泄水孔的孔、溢流重力坝和泄水孔的孔 口设计口设计 7 7、监测设计、监测设计 第二节第二节 重力坝的作用重力坝的作用 及其组

3、合及其组合作用（荷载）包括：作用（荷载）包括：坝体自重、水压力、扬坝体自重、水压力、扬压力、浪压力、冰压力、压力、浪压力、冰压力、土压力、泥沙压力、地震土压力、泥沙压力、地震荷载等。荷载等。 3.75122.1512)VgD(0.331VV)g(2lL3121212)VgD(0.0067VV)g(2lhho 式中 2hL 当 =20 250时，为累积频率5%的波高；当 =250 1000时，为累计频率10%的波高。在计算浪压力时，规范规定采用累计频率为1%时的波高，对应于5%的波高，应乘以1.24；对应于10%的波高，应乘以1.41。 2LL 平均波长m。 计算风速，m/s 。设计情况采用校核

4、50年一遇最大风速，校核情况采用多年平均风速。 D 吹程，m 。可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离，当水库水面特别狭长时，以5倍平均水面宽为限。2vgD2vgDv 吹程吹程 D波浪中心至静水位的高差波浪中心至静水位的高差lllLLh120Hcth24h 式中：H1坝前水库水深，m; cth双曲线余切；当H1Ll时，上式可简化为： 1.0H4cth1lLl200.61h24hllLh作用效应（荷载）组合作用效应（荷载）组合 荷载按其随时间的变异性可荷载按其随时间的变异性可分为永久作用、可变作用和偶然作分为永久作用、可变作用和偶然作用；按其作用状况又可分为持久状用；按其作用状况又可分为持久状况

5、、短暂状况和偶然状况。况、短暂状况和偶然状况。 设计状况荷载组合 持久状况基本组合短暂状况基本组合偶然状况偶然组合 稳定分析方法稳定分析方法 单一安全系数法和分项单一安全系数法和分项 系数极限状态法系数极限状态法 重力坝的稳定分析重力坝的稳定分析 稳定分析是重力坝设计中稳定分析是重力坝设计中的一项重要内容，的一项重要内容，其目的其目的是核是核算坝体沿坝基面或沿地基深层算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全性软弱结构面抗滑稳定的安全性能。能。 1. 1.单一安全系数法单一安全系数法K = 阻滑力阻滑力滑动力滑动力 =f (w - - u )pK =阻滑力阻滑力阻滑力阻滑力=f (w

6、- - u ) p+ cA 2.2.分项系数极限分项系数极限状态法状态法 作用函数作用函数抗力函数抗力函数 分项系数极限状态法分项系数极限状态法重力坝按承载能力极限状态设计时，考虑以以下两种作重力坝按承载能力极限状态设计时，考虑以以下两种作用效用组合：用效用组合：（1） 基本组合基本组合持久状况（或短暂状况下），永持久状况（或短暂状况下），永久作用与可变作用组合。久作用与可变作用组合。（2） 偶然组合偶然组合偶然状况下，永久作用、可变作偶然状况下，永久作用、可变作用与一种偶然作用的效应组合。用与一种偶然作用的效应组合。对基本组合，采用以下极限状态设计表达式：对基本组合，采用以下极限状态设计表达

7、式：),(1),(10KmkdKKQKGarfRraQrGrSr RPS)( RRRRAcWfR,)( )(1)(0RrSrd 对基本组合，采用以下极限状态设对基本组合，采用以下极限状态设 计表达式：计表达式：作用函数抗力函数 式中：0结构重要性系数； 设计状况系数； S（）作用效应函数； R（）结构及构件抗力函数； G永久作用分项系数； Q可变作用分项系数； Gk永久作用标准值； Qk可变作用标准值； k几何参数的标准值； fk材料性能标准值； m材料性能分项系数； d基本组合结构系数。 对基本组合，采用以下极限状态设对基本组合，采用以下极限状态设 计表达式：计表达式：作用函数抗力函数),f

8、R(1),A,Q ,GS(mkdkkQkG0kkaa 式中：Ak偶然作用的代表值； d偶然组合结构系数； 结构重要性系数0是用来考虑水利水电工 程结构或构件的重要性和失事后果。 计算作用效应函数S（）时，作用取设计值，是考虑作用（荷载）对标准值的不利变异。设计值等于标准值乘以分项系数G即 Qd=QkG 提高坝体抗滑稳定性的提高坝体抗滑稳定性的工程措施工程措施 (1) 利用水重利用水重 (4)抽水措施抽水措施 (2)将坝基面开挖成将坝基面开挖成 (5)加固地基加固地基 倾向上游的斜面倾向上游的斜面 (6) 横缝灌浆横缝灌浆 (3)设置齿墙设置齿墙 (7)预应力锚固措施预应力锚固措施重力坝的应力分

9、析重力坝的应力分析 1.1.重力坝应力分析的目的与方法重力坝应力分析的目的与方法 应力分析的目的：为了检验大应力分析的目的：为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度坝在施工期和运用期是否满足强度要求；并根据应力分布情况进行坝要求；并根据应力分布情况进行坝体混凝土标号分区；也为研究坝体体混凝土标号分区；也为研究坝体某些部位的应力集中和配筋等提供某些部位的应力集中和配筋等提供依据。依据。应力分析的方法应力分析的方法： 1 1、模型试验法、模型试验法 2 2、材料力学法、材料力学法 3 3、弹性理论的解析法、弹性理论的解析法 4 4、弹性理论的有限元法、弹性理论的有限元法材料力学法材料力学法符号规定

10、符号规定 2yuBM6BW 因为假定按直线分布，所以可按偏心受因为假定按直线分布，所以可按偏心受压公式计算上、下游边缘应力压公式计算上、下游边缘应力yuyu和和ydyd。式中：WW作用于计算截面以上全部荷载的铅直作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，分力的总和，kNkN（包括坝体自重、水重、淤沙重及计算（包括坝体自重、水重、淤沙重及计算的扬压力等），以向下为正，对于实体重力坝，均切取的扬压力等），以向下为正，对于实体重力坝，均切取单位宽度坝体为准（下同）单位宽度坝体为准（下同） MM作用于计算截面以上全部荷载对截面形作用于计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和，心的力矩总和， kNmk

11、Nm，以使上游面产生压应力者为正。，以使上游面产生压应力者为正。 BB计算截面的长度，计算截面的长度，m m 2yuBM6BW边缘应力计算边缘应力计算 由上游坝面的微分体，根据平衡条条件件FFy y=0=0 得得 u u=(P=(Pu u- - yuyu)n)n式中：Pu上游面水压力强度，kPa（如有泥沙压力和地震动水压力也应记在内）； Puu上游边缘应力的扬压力强度； yu坝体上游边缘应力 ； n上游坝坡坡率，utgn 由下游坝面 微分体，根据平衡条件Fy=0 得得 d d=(=(ydyd -P -Pd d)m)m Pd下游面水压力强度，kPaPud下游边缘应力的扬压力强度yd下游坝面边缘应

12、力，kPam下游坝坡坡率y 由上游坝面微分体，根据Fx=0 可得： xuxu=P=Pu u-(P-(Pu u-yuyu) ) n n2 2 xuxu=P=Pu u-u u n n2 2 同样，由下游坝面微分体，可得： xdxd=P=Pd d+(+(ydyd-P-Pd d)m)m2 2 xdxd=P=Pd d+d dm m2 2边缘主应力计算边缘主应力计算 1u =(1+ n1u =(1+ n2 2 ) )yuyu- P- Pu u n n2 2 1d=(1+ 1d=(1+ m m2 2 ) )ydyd- P- Pd d m m2 2 2u= P2u= Pu u 2d= P2d= Pd d 根据平衡条件Fy=0计入扬压力边缘应力计算计入扬压力边缘应力计算极限状态法极限状态法 采用概率极限状态设计时，对重力采用概率极限状态设计时，对重力坝应分别按承载能力极限状态和正常使坝应分别按承载能力极限状态和