重力坝稳定及应力计算方案

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重力坝剖面设计及原那么

剖面尺寸的确定

重力坝坝顶高程，坝高。为了适应运用和施工的需要，坝顶一定要有必定

的宽度。一般地，坝顶宽度取坝高的8%～10%，且不小于2m。假定有交通要求或有挪动式启闭设备时，

应依据实质需要确立。综合考虑以上要素，坝顶宽度B10m。

考虑坝体利用局部水中增添其抗滑稳固，依据工程实践，上游边坡坡率n=0～，下游边坡

坡率m=0～。故上游边坡坡率初步制定为，下游边坡坡率初步制定为。上游折坡点地点

应联合应力控制标准和发电引水管、泄洪孔等建筑物的入口高程来定，一般折坡点在坝高的1/3～

2/3邻近，故初拟上游折坡点高程为。下游折坡点的地点应依据坝的适用剖面形式、坝顶

宽度，联合坝的根本剖面计算获得〔最常用的是其根本剖面的极点位于校核洪水位处〕，故初拟下

游折坡点高程为。

剖面设计原那么

重力坝在水压力及其余荷载的作用下，主要依赖坝体自重产生的抗滑力保持抗滑稳固；同时

依赖坝体自重产生压应力来抵消因为水压力惹起的拉应力以知足强度要求。

非溢流坝剖面设计的根来源那么是：①知足稳固和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造

价低；③构造合理，运用方便；④利于施工，方便维修。

依据以上原那么拟定出的剖面，需要经过稳固及强度验算，剖析能否知足安全和经济的要求，

坝体剖面能够参照从前的工程实例，联合本工程的实质状况，先行制定，而后依据稳固和应力分

析进行必需的修正。重复以上过程直至获得一个经济的剖面。

重力坝挡水坝段荷载计算

根来源理与荷载组合

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。有关荷载组合见表。

表荷载组合表组合有关自静水扬压泥沙浪压冰压地震动水土压状况工况重压力力压力力力荷载压力力根本正常√√√√√√组合水位

设计√

√

√√

√

√

水位冰冻

√

√

√√

√

√

校核√

√

√√

√

√

特别

水位

组合

地震

√√

√√

√

√

√

状况

坝体自重计算

坝体自重计算公式

坝体自重W〔KN〕的计算公式：

wcV〔〕式中：V坝体体积(m3)，以单位长度的坝段为单位，往常把其断面分红假定干个简单的几何图

形分别计算；

c坝体砌石的重度，一般取23kN/m3。

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。

按实体重力坝计算坝体自重及力矩

图实体重力坝自重计算图

一区：

M1W1L1〔逆时针〕

二区：

M2W2L27935.m〔逆时针〕三区：

M3W3L3.m〔逆时针〕

四区：

M4W4L4.m〔逆时针〕

五区：

M5W5L5.m〔顺时针〕六区：

M6W6L6.m〔逆时针〕

七区：

M7W7L7.m〔逆时针〕

八区：M8W8L8.m〔顺时针〕九区：M9W9L9.m〔顺时针〕表实体坝计算汇总表分区自重(kN)力臂(m)力矩(kNm)顺时针逆时针一区二区7935三区四区五区六区七区八区九区静水压力计算

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，计算经常分解为水平水压力P和垂直水压力W

两种。静水压力依据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：

P(1/2)wH2〔〕式中：H计算点处的作用水头(m)；

水的重度取3。

2、垂直水压力W按水重计算

a.设计工况

在设计工况下，上游坝前水位由水位流量关系知，下游水位为。

上游水位，上游水深下游水位，下游水深

图设计工况静水压力计算图

水平向：

一区：

M15104.6715.2677897.26KNM〔顺时针〕

五区：

M5156.586.38998.98KNM〔逆时针〕

垂直向：

二区：

M2P2L2469.4916.737854.57KNM〔逆时针〕

三区：

M3P3L3KNM〔逆时针〕四区：M4P4L4KNM〔顺时针〕表设计工况下静水压力汇总表分区水平力垂直力力臂力矩(kNm)(kN)(kN)(m))顺时针逆时针一区二区三区四区五区b.校核工况

在校核工况下，上游坝前水位由水位流量关系知，下游水位为。上游水位，上游水深下游水位，下游水深

图校核工况静水压力计算图

水平向：

一区：

M15357.7415.5283152.12KNM〔顺时针〕

五区：

M5204.066.651357.00KNM〔逆时针〕

垂直向：

二区：

M2P2L216.738391.43KNM〔逆时针〕

三区：

M3P3L3KNM〔逆时针〕四区：M4P4L4KNM〔顺时针〕表校核工况下静水压力汇总表分区水平力垂直力力臂力矩(kNm)(kN)(kN)(m))顺时针逆时针一区二区三区四区五区c.正常使用工况在正常使用工况下，上游坝前水位由水位流量关系知，下游水位为。上游水位，上游水深下游水位，下游水深图正常工况静水压力计算图水平向：

一区：

M14562.8814.6766937.45KNM〔顺时针〕

五区：

M578.485.83457.54KNM〔逆时针〕

垂直向：

二区：

M2P2L216.736658.71KNM〔逆时针〕

三区：

M3P3L3KNM〔逆时针〕四区：M4P4L4M〔顺时针〕表正常工况下静水压力汇总表分区水平力垂直力力臂力矩(kNm)(kN)(kN)(m))顺时针逆时针一区二区三区四区五区扬压力计算

扬压力包含浸透压力和托浮力两局部。浸透压力是由上、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吞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。

图扬压力分区表示图

1.设计工况设计工况下，上游水深为，下游水深为。查得浸透压力强度系数取，浸透压力分项系数为，浮托力分项系数为，那么设计值为。W17595.82KN(顺时针)W2(顺时针)W3(顺时针)W4(顺时针)W5(顺时针)W6(逆时针)

W7(逆时针)表设计工况下扬压力汇总表分区垂直力(kN)力臂(m))力矩(kNm)顺时针逆时针一区二区三区四区五区六区七区2.校核工况校核工况下，上游水深为，下游水深为。查得浸透压力强度系数取，浸透压力分项系数为，浮托力分项系数为，那么设计值为。W1KN(顺时针)W2(顺时针)W3(顺时针)W4KN(顺时针)W5(顺时针)W6(逆时针)W7(逆时针)表校核工况下扬压力汇总表分区垂直力(kN)力臂(m))力矩(kNm)顺时针逆时针一区二区三区四区五区

六区七区3.正常使用工况正常使用工况下，上游水深为，下游水深为。查得浸透压力强度系数取，浸透压力分项系数为，浮托力分项系数为，那么设计值为。W1KN(顺时针)W2(顺时针)W3(顺时针)W4(顺时针)W5(顺时针)W6(逆时针)W7(逆时针)表正常工况下扬压力汇总表分区垂直力(kN)力臂(m))力矩(kNm)顺时针逆时针一区二区三区四区五区六区七区

淤沙压力

水平淤沙压力公式Psk1sbh2tan450s〔〕22sbsd1n〔〕

式中：sb淤沙浮容重；hs淤沙高度；s淤沙内摩擦角。本工程主要挡水建筑物设计基准期为50年，坝前淤积高程计算年限也取50年，依据展望年淤积量和库容曲线，坝前泥沙淤积高度取，参照有关资料及本区状况，泥沙浮容重vs取3，内摩擦角φs取15°泥沙淤积高度：hs1132.85泥沙的浮容重：sb/m3水平泥沙压力：垂直泥沙压力：PVsbV1kN2其余荷载依据根本资料可知，土压力、冰压力等其余荷载在重力坝荷载中所占比率很小，能够忽视不计。

波涛压力

波涛压力公式

波涛压力及其力矩也分二种工况考虑，分别为设计工况、校核工况，其作用分项系数为，

力矩规定同前。由“坝顶高程的确定〞可知，H>L/2均建立，故波涛为深水波。

深水波涛压力计算公式：

PlLmh1%hz〔〕4

设计工况

h1%，hz

校核工况

h1%，hz

抗滑稳固计算

本次设计采纳分项系数极限状态设计法进行抗滑稳固计算。依据根本资料f'，c'。自重的分项系数取为，静水压力的分项系数取为，淤沙压力分项系数取为，浪压力的分项系数取为，扬压力〔主排水孔从前〕分项系数取为。摩擦系数fR,的分项系数取为，黏聚力的分项系数取为

承载能力极限状态设计式

0SFd,ak1Rfd,ak〔〕d式中：S——作用效应系数

——抗力函数

——构造重要性系数

——设计状况系数

Fd——作用的设计值

——构造重要性系数

ak——几何参数

fd——资料性能的设计值

——构造系数

作用效应函数

S()P〔〕抗滑稳固极限状态抗力函数

R()f'Wc'A〔〕

此中，P—坝基面水平作使劲之和

f'—坝基面抗剪断摩擦系数

c'—坝基面抗剪断凝集力

a设计洪水位状况：设计水位荷载计算汇总表作用重度〔KN/m3〕力〔kN〕水平垂直自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力共计

故知足抗滑稳固验算b校核水位状况：校核水位荷载计算汇总表作用重度〔KN/m3〕力〔kN〕水平垂直自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力共计故知足抗滑稳固验算c正常水位状况：正常水位荷载计算汇总表力〔kN〕作用重度〔KN/m3〕水平垂直自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力共计故知足抗滑稳固验算故知足抗滑稳固剖析综上所述，重力坝在根本组合和特别组合状况下均知足承载能力极限状态下的抗滑稳固要求。

挡水坝段应力剖析

根本假定

一、坝体为均质、连续、各向同性的弹性体资料。

二、不考虑地基变形对坝体应力的影响，并以为各坝段独立工作，横缝不传力。

三、假定坝体上水平截面上的正应力按直线散布，不考虑廊道对坝体应力的影响。

考虑扬压力时的边沿应力的计算

在一般状况下，坝体的最大和最小应力都出此刻坝面。

正常水位荷载计算汇总表(计入扬压力)

作用重度〔kN/m3〕力〔kN〕力矩(kNm)水平垂直顺时针逆时针自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力共计Σ设计水位荷载计算汇总表(计入扬压力)作用重度〔KN/m3〕力〔kN〕力矩(kNm)水平垂直顺时针逆时针自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力共计Σ校核水位荷载计算汇总表(计入扬压力)作用重度〔KN/m3〕力〔kN〕力矩(kNm)水平垂直顺时针逆时针自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力共计Σ

a、水平截面上的正应力上游边沿应力yu和下游边沿应力ydW6M〔〕yuB2BW6M〔〕ydB2B式中:W——作用于计算截面以上所有荷载的铅直分力的总和KN

M——作用于计算截面以上的所有荷载对截面垂直水流流向的力矩总和KNM

——计算截面的长度

b、剪应力

上游边沿剪应力u和下游截面剪应力d

upupuuyun〔〕dydpudpdm〔〕式中：pu——上游面水压力强度KPapd——下游面水压力强度KPan——上游坝坡坡率ntanu，取。m——下游坝坡坡率mtand，取。C水公正应力上有边沿的水公正应力xu和下游正应力xdxupupuuun〔〕xdpdpuddm〔〕

d、主应力1u1n2yu(pupuu)n2〔〕1d1m2yd(pdpud)m2〔〕坝面水压力强度也是主应力2upupuu〔〕2dpdpud〔〕设计工况边沿应力计算

设计洪水位时：WkNma、水平截面上的正应力

上游水位，上游水深

下游水位，下游水深

上游边沿应力yu和下游边沿应力yd

b、剪应力

上游边沿剪应力u和下游截面剪应力d

c、水公正应力

上游边沿的水公正应力xu和下游正应力xd

d、主应力

校核工况边沿应力计算

校核洪水位时：WkNma、水平截面上的正应力

上游水位，上游水深

下游水位，下游水深

上游边沿应力yu和下游边沿应力yd

b、剪应力

上游边沿剪应力u和下游截面剪应力d

水公正应力

上有边沿的水公正应力xu和下游正应力xd

主应力

表应力计算结果(计入扬压力)〔单位：Mpa〕计算坝踵处坝趾处状况根本0组合特别组合

不考虑扬压力时的边沿应力计算

在一般状况下，坝体的最大和最小应力都出此刻坝面。

正常水位荷载计算汇总表(未计入扬压力)力〔kN〕力矩(kNm)作用重度〔kN/m3〕水平垂直顺时针逆时针自重静水压力淤沙压力浪压力共计Σ设计水位荷载计算汇总表(未计入扬压力)力〔kN〕力矩(kNm)作用重度〔KN/m3〕水平垂直顺时针逆时针自重静水压力淤沙压力浪压力共计Σ校核水位荷载计算汇总表(未计入扬压力)力〔kN〕力矩(kNm)作用重度〔KN/m3〕水平垂直顺时针逆时针自重静水压力淤沙压力浪压力共计Σa、水平截面上的正应力

上游边沿应力yu和下游边沿应力ydW6M〔〕yuBB2W6M〔〕ydBB2式中:W——作用于计算截面以上所有荷载的铅直分力的总和KN

M——作用于计算截面以上的所有荷载对截面垂直水流流向的力矩总和KNM

——计算截面的长度

b、剪应力

上游边沿剪应力u和下游截面剪应力d

upuyun〔〕dydpdm〔〕式中：pu——上游面水压力强度KPapd——下游面水压力强度KPan——上游坝坡坡率ntanu，取。m——下游坝坡坡率mtand，取。C水公正应力上有边沿的水公正应力xu和下游正应力xd

xupuun〔〕xdpddm〔〕

d、主应力1u1n2yupun2〔〕1d1m2ydpdm2〔〕坝面水压力强度也是主应力2upu〔〕2dpd〔〕1.设计工况边沿应力计算设计