重力坝稳定及应力计算书

1、5、 1 重力坝剖面设计及原则。 1。剖面尺寸得确定重力坝坝顶高程 152、00m，坝高 H=4、。为了适应运用与施工得需要，坝顶必须要有一定得宽度。一般地, 坝顶宽度取坝高得 10%,且不小于 2m。若有交通要求或有移动式启闭设施时，应根据实际需要确定。综合考虑以上因素，坝顶宽度.考虑坝体利用部分水中增加其抗滑稳定, 根据工程实践 , 上游边坡坡率 n 0 0、 ,下游边坡坡率 m=00、8故上游边坡坡率初步拟定为0、2，下游边坡坡率初步拟定为0、8。上游折坡点位置应结合应力控制标准与发电引水管、泄洪孔等建筑物得进口高程来定,一般折坡点在坝高得1/3 2 3 附近，故初拟上游折坡点高程为11

2、38、 0m。下游折坡点得位置应根据坝得实用剖面形式、坝顶宽度, 结合坝得基本剖面计算得到( 最常用得就是其基本剖面得顶点位于校核洪水位处), 故初拟下游折坡点高程为1148、 0m。5.1 。2 剖面设计原则重力坝在水压力及其她荷载得作用下，主要依靠坝体自重产生得抗滑力维持抗滑稳定；同时依靠坝体自重产生压应力来抵消由于水压力引起得拉应力以满足强度要求。非溢流坝剖面设计得基本原则就是: 满足稳定与强度要求，保证大坝安全; 工程量小 , 造价低；结构合理，运用方便；利于施工，方便维修。遵循以上原则拟订出得剖面, 需要经过稳定及强度验算 ，分析就是否满足安全与经济得要求 , 坝体剖面可以参照以前得

3、工程实例, 结合本工程得实际情况 ，先行拟定 , 然后根据稳定与应力分析进行必要得修正。重复以上过程直至得到一个经济得剖面。5、 2 重力坝挡水坝段荷载计算。 2。1 基本原理与荷载组合重力坝得荷载主要有：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得坝段进行计算. 相关荷载组合见表4、5。表 4、 5 荷载组合表组合相关自静水扬压泥沙浪压冰压地震动水土压情况工况重压力力压力力力荷载压力力基本正常组合水位特殊组合设计水位冰冻校核水位地震情况5.2.2坝体自重计算 .3 。、坝体自重计算公式坝体自重 （ K）得计算公式 :? ? (4 、 5）式中

4、: 坝体体积 (m3) ，以单位长度得坝段为单位, 通常把其断面分成若干个简单得几何图形分别计算 ;坝体砌石得重度 , 一般取 2 kN/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。5. 。 2、2 按实体重力坝计算坝体自重及力矩图 4、1 实体重力坝自重计算图一区 :( 逆时针 )二区 :(逆时针）三区 :( 逆时针）四区：(逆时针 )五区：(顺时针）六区 :( 逆时针）七区：(逆时针 )八区：（顺时针 )九区 :（顺时针 )表 4、6实体坝计算汇总表分区自重 ( N）力臂（）力矩 (kNm)顺时针逆时针一区9、316、 3157 8、 0二区9359、5582、

5、5三区311、 893、 11969、 8四区2 98、792、36288、18五区5834、84、 2 210、1六区116、4、320、 41七区712、938、 281483、06八区1712、938、 81413、 6九区16、307、 53306、821494、655700、0111436、15.2 。静水压力计算。 3、 1 静水压力计算公式静水压力就是作用在上、 下游坝面得主要荷载 , 计算时常分解为水平水压力P 与垂直水压力两种 . 静水压力按照 3 种工况进行计算，分别就是设计工况、校核工况、正常使用工况。1、水平水压力 P 得计算公式 :?(4 、6)式中 :计算点处得作用

6、水头（ m）;水得重度取 9、81k / 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11、 76m由水位流量关系知，下游水位为123、15m。上游水位 1149、 7 m，上游水深 149、 76117、503、 6m 下游水位 1 3、 5m,下游水深 1 3、 51117、50=5、65m图 4、2 设计工况静水压力计算图水平向 :一区 :( 顺时针 )五区 :( 逆时针 )垂直向 :二区：（逆时针 )三区：（逆时针）四区 :（顺时针 )表 4、7设计工况下静水压力汇总表水平力垂直力力臂力矩 (kNm)分区（(kN)（ )顺时针逆时针)一区5104、15、

7、2677897、 67二区49、4916、 73754、57三区420、317、 427322、5四区125、218、334、五区156、 86、38998、984948、 09115、 180232、 116176、05、校核工况在校核工况下 , 上游坝前水位 1150、55m由水位流量关系知 , 下游水位为 1 3、95m.上游水位 1 50、55, 上游水深 1150、55 1 7、50=、 05下游水位 1 3、 95m，下游水深 12、 95- 1 7、 5=、 5m图 4、 校核工况静水压力计算图水平向 :一区 :（顺时针 )五区：( 逆时针）垂直向 :二区：(逆时针 )三区 :(

8、 逆时针 )四区 :( 顺时针 )表 4、校核工况下静水压力汇总表水平力力臂力矩（ kNm）垂直力（m分区(k(kN)）)顺时针逆时针）一区37、 23 52、1274二区5 1、816、 73391、三区4 0、517、 42722、50四区13、251、 433 0、 70五区-20 、 066、6537、0010 5、 1616、82770、935153、 68、正常使用工况在正常使用工况下 , 上游坝前水位11、 0由水位流量关系知 , 下游水位为 11 1、 50m。上游水位 1 8、 0m，上游水深 114、 0 -11 7、50 0、 0m 下游水位 1、 50m，下游水深 12

9、1、5011、 04、00m图 4、2 正常工况静水压力计算图水平向 :一区 :( 顺时针）五区 :( 逆时针）垂直向 :二区 :（逆时针 )三区 :( 逆时针 )四区 :( 顺时针）表、 7正常工况下静水压力汇总表水平力垂直力力臂力矩（ kNm)分区（m(kN)顺时针逆时针)）一区4 2、1、 666937、45 8二区398、 16、7366、三区4、 35 7、 47322、 0四区62、781、 08119、 9五区- 8、 85、83457、544 4、40881、 146 133、411 438、 55.2.4扬压力计算扬压力包括渗透压力与托浮力两部分。渗透压力就是由上、下游水位差

10、H 产生得渗流在坝内或坝基面上形成得水压力；托浮力就是由下游水面淹没计算截面而产生向上得水压力。扬压力分三种工况进行计算, 分别就是设计工况、校核工况, 正常使用工况。?图、 6扬压力分区示意图、设计工况设计工况下，上游水深为2、 6m,下游水深为5、 5m。查得渗透压力强度系数取 0、 , 渗透压力分项系数为、2, 浮托力分项系数为1、0，则设计值为 0、。( 顺时针）( 顺时针 )( 顺时针）( 顺时针）( 顺时针 )（逆时针 )（逆时针 )表、 8设计工况下扬压力汇总表分区垂直力 (kN)力臂 ( ）力矩（ kNm）顺时针逆时针一区917、37、 2879、 82二区 2、 451、95

11、809、 8三区3、 74、 681467、 6四区8 0、 56、 4811330、7五区88、42、 904 3、 26六区 17、38、 287595、 2七区448、925、 5278、 04 331、 8324、 710073、 86、校核工况校核工况下，上游水深为 3、 0 , 下游水深为 6、45m查得渗透压力强度系数取 0、 0, 渗透压力分项系数为 1、 2, 浮托力分项系数为、 0, 则设计值为 0、。( 顺时针 )( 顺时针 )( 顺时针 )( 顺时针 )（顺时针 )( 逆时针）( 逆时针）表 4、 8校核工况下扬压力汇总表分区垂直力 (kN)力臂（ m)力矩 (k m）

12、顺时针逆时针一区 04、 2、 88670、15二区720、2711、9567、23三区398、66、 68147、7四区40、 2413、4811326、 4五区88、38、 90433、06六区104、 12、 88670、15七区44、 8、 22477、604、630503、 95 117、753 、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 4、00m查得渗透压力强度系数取、 30, 渗透压力分项系数为1、，浮托力分项系数为1、0, 则设计值为 0、3。( 顺时针）（顺时针）( 顺时针 )( 顺时针）（顺时针 )（逆时针）（逆时针）表、 8正常工况下扬压力

13、汇总表分区垂直力 (kN)力臂（ )力矩（ kNm)顺时针逆时针一区49、 2、 2537、 20二区7 7、 5111、95874、 2三区397、12、 81461、 0四区8、 113、 411284、 24五区88、054、 9431、45六区649、428、 8537、 2七区44、 1、24、 99- 785、732712、 537845、195.。 5 淤沙压力水平淤沙压力公式?(4 、7)?（ 4、 8)式中 : 淤沙浮容重 ;淤沙高度 ;。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 ,根据预测年淤积量与库容曲线, 坝前泥沙淤积高度取132、

14、 5m，参考有关资料及本区情况, 泥沙浮容重v 取 9、 0KN/m3，内摩擦角s 取 5泥沙淤积高度 :泥沙得浮容重 :水平泥沙压力 :PS1sb hs2 tan2 ( 45s )19.015.352tan 2 37.5624.20kN222垂直泥沙压力：其她荷载根据基本资料可知 , 土压力、冰压力等其她荷载在重力坝荷载中所占比例很小, 可以忽略不计。 2 6 波浪压力波浪压力公式波浪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 1、2, 力矩规定同前。由“、 1 坝顶高程得确定”可知 , HL2 均成立 , 故波浪为深水波。深水波浪压力计算公式：?（ 4、

15、9)1. 设计工况hl 0.0166v5/ 41/ 35/ 41/ 310.82D0.0166 241850,2、校核工况，5、 3 抗滑稳定计算本次设计采用分项系数极限状态设计法进行抗滑稳定计算。根据基本资料,.自重得分项系数取为1、 , 静水压力得分项系数取为1、0, 淤沙压力分项系数取为1、2, 浪压力得分项系数取为1、2, 扬压力（主排水孔之前）分项系数取为、1。摩擦系数得分项系数取为1、3，黏聚力得分项系数取为、053承载能力极限状态设计式?（、 1)式中 :- 作用效应系数抗力函数结构重要性系数设计状况系数作用得设计值- 结构重要性系数- 几何参数材料性能得设计值结构系数1、作用效

16、应函数( 、 11)2、抗滑稳定极限状态抗力函数( 、 2)其中 , 坝基面水平作用力之与坝基面抗剪断摩擦系数坝基面抗剪断凝聚力a 设计洪水位情况 :设计水位荷载计算汇总表力()作用重度（）水平垂直自重2、 00219、 65静水压力9、81 48、1015、10扬压力9、-4 3、 83淤沙压力9、00624、20 12、06浪压力9、8126、 64合计59、 93 8389、 9W21494.651.01015.101.0212.061.24331.831.117999.21R(?)f W cA0.85 17999.217033.0912540.811.33.00S(?)1.115729

17、.106302.011R(?)112540.81 10450.67d d1.2故满足抗滑稳定验算b 校核水位情况 :校核水位荷载计算汇总表作用重度（ )力（ )水平垂直自重23、0021494、 65静水压力9、 8 1、 6 085、 18扬压力9、 8 450、63淤沙压力、 00624、2212、浪压力9、819、05合计578、 93182、 26W21494.651.01085.181.0212.061.24590.631.117784.61R(?)f W cA0.85 17784.617033.0912400.501.33.0S(?)1.115913.586504.941R(?)1

18、012400.50 10333.75d d1.2故满足抗滑稳定验算c 正常水位情况：正常水位荷载计算汇总表力()作用重度（）水平垂直自重23、02 494、65静水压力9、4484、40881、 1扬压力9、 1 3785、 7淤沙压力9、 062、 2022、06浪压力9、 126、6合计5 5、24 880、 12W21494.651.0881.141.0212.061.23785.731.118465.96R(?)f Wc A0.8518465 .967033.09128461.33.00S(?)1.1 15265.415791.951R(?)112846107051.2d d故满足抗滑

19、稳定验算故满足抗滑稳定分析综上所述，重力坝在基本组合与特殊组合情况下均满足承载能力极限状态下得抗滑稳定要求。5、 4 挡水坝段应力分析5.4 。基本假定一、坝体为均质、连续、各向同性得弹性体材料。二、不考虑地基变形对坝体应力得影响, 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得正应力按直线分布, 不考虑廊道对坝体应力得影响。5。 2 考虑扬压力时得边缘应力得计算在一般情况下，坝体得最大与最小应力都出现在坝面。正常水位荷载计算汇总表（计入扬压力)作用重度（）力( ）力矩 (kNm）水平垂直顺时针逆时针自重、 002194、 55670、011146 6、静水压力9、 81 4、

20、40881、 16813、4438、75扬压力9、 81-3785 、 7327 28、5385、19淤沙压力9、024、212、06604、83770、 320浪压力、 8126、64812、52合计5135、24 02、 M -1 088、722设计水位荷载计算汇总表（计入扬压力)作用重度（）力（）力矩 ( Nm）水平垂直顺时针逆时针自重23、 00249、 65 7 4、 18静水压力9、814948、01 15、100232、16176、01扬压力9、81431、 8246、10073、657淤沙压力9、0 24、212、 004、803 70、420浪压力、 126、 6485、 1

21、合计59、 931838、 98M= 2876、38校核水位荷载计算汇总表（计入扬压力)作用重度（）力（ )力矩 (kNm)水平垂直顺时针逆时针自重23、00144、6556700、 011146、1静水压力9、 81 153、68 85、 1886 6、1 70、9382扬压力9、8 4590、 633053、1 47、75淤沙压力9、 06 4、212、 66004、80 77、320浪压力9、 819、 05299、 1合计78、 931201、2M=-3304、 3a、水平截面上得正应力上游边缘应力与下游边缘应力? ? ?(4 、13）(4 、 )式中 :作用于计算截面以上全部荷载得铅

22、直分力得总与作用于计算截面以上得全部荷载对截面垂直水流流向得力矩总与计算截面得长度b、剪应力上游边缘剪应力与下游截面剪应力? ? (4 、 4)?(4 、 15)式中： - 上游面水压力强度下游面水压力强度上游坝坡坡率，取0、2。下游坝坡坡率，取0、。C 水平正应力上有边缘得水平正应力与下游正应力?(4 、 16)?(4 、 7）d、主应力? ? ( 、 )?(4 、19）坝面水压力强度也就是主应力? ? ? （、 20)? ? (4 、21）1、设计工况边缘应力计算设计洪水位时 :、水平截面上得正应力上游水位 114、 76，上游水深 119、76-1 17、5032、2下游水位 1 23、

23、 5，下游水深 1123、 5 117、50=5、6上游边缘应力与下游边缘应力b、剪应力上游边缘剪应力与下游截面剪应力ud32.269.814331.83399.170.29.64 KNm233.09712.354331.835.65 9.810.8420.81KNm 233.09c、水平正应力上游边缘得水平正应力与下游正应力xuxd32.269.814331.839.640.2445.45KNm233.095.659.814331.83420.810.8522.99 KNm 233.09d、主应力12399.17（9.814331.83）0.22397.80 KNm21u0.232.2633

24、.0910.82712.35（9.814331.83）21048.99 KNm21d5.6533.090.82u2d9.8132.264331.83447.38 KNm233.099.815.654331.83186.34KNm233.092、校核工况边缘应力计算校核洪水位时：a、水平截面上得正应力上游水位 1150、 55m,上游水深 115、 55111、 50=33、05m下游水位 123、95m,下游水深 11、 95-111 、 50=6、 4 m 上游边缘应力与下游边缘应力、剪应力上游边缘剪应力与下游截面剪应力ud33.059.814590.63368.980.218.79 KNm

25、 233.09731.124590.636.459.810.8423.30 KNm 233.09c、水平正应力上有边缘得水平正应力与下游正应力xuxd33.059.814590.6318.790.2459.19 KNm233.096.459.814590.63423.300.8540.64 KNm 233.09、主应力10.22368.98（9.814590.63）0.22365.22 KNm21u33.0533.0910.82731.12（9.814590.63）21069.76 KNm21d6.4533.090.82u2d9.8133.054590.63462.95 KN m233.099

26、.816.454590.63202.00 KN m233.09表 4、 1应力计算结果（计入扬压力 )( 单位 :Mpa）计算坝踵处坝趾处情况基本0、0、 4 、 45、 710、 420、 21、 050、 10、 4045组合特殊、 40、 70、 470、 73、 40、 541、 070、200、 702组合5。 . 不考虑扬压力时得边缘应力计算在一般情况下 , 坝体得最大与最小应力都出现在坝面 .正常水位荷载计算汇总表 ( 未计入扬压力 )作用重度 ()力（ )力矩 (kNm）水平垂直顺时针逆时针自重2、 0 1494、 66700、0114 36、8静水压力9、 1 4 4、088

27、1、148133、411438、75淤沙压力9、 0024、212、 66004、803 7、0浪压力、26、64812、合计5135、 2257、85 194、62设计水位荷载计算汇总表（未计入扬压力)作用重度（ )力（ )力矩 (kNm)水平垂直顺时针逆时针自重23、021494、6556 0、01 636、18静水压力9、 1448、 9 015、 0802、 11 76、05淤沙压力9、006、212、 06604、8077、4320浪压力9、812、4859、合计598、 932272、 1 M=9213、67校核水位荷载计算汇总表( 未计入扬压力 )作用重度（）力( ）力矩 (kNm)水平垂直顺时针逆时针自重2、 0214、 656700、01114636、 18静水压力9、8553、68185、18616、 8217070、93淤沙压力、24、212、 06600、 80370、420浪压力9、 819、0299、 1合计57、 922 9、 89 =-13687、 0a、水平截面上得正应力上游边缘应力与下游边缘应力? ? ?(4 、13)?(4 、 14)式中：- 作用于计算截面以上全部荷载得