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1、第二章 重力坝,第一节 概述,对坝的认识,重力坝的剖面详图,1-非溢流重力坝；2-溢流重力坝；3-横缝；4-导墙；5-闸门；6-坝内排水管；7-检修、排水廊道；8-基础灌浆廊道；9-防渗帷幕；10-坝基排水孔,基本概念,定义：是用混凝土或浆砌石筑的大体积挡水建筑物.工作原理:在水压力及其他荷载作用下,依靠坝体自重在坝面产生的抗滑力来抵抗水平水压力产生的滑动力以达到稳定要求;利用坝体自重在水平截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要求.1、重力坝的基本剖面：做成上游面接近铅直的呈三角形断面，或稍倾向上游的三角形断面。2、受力简图可以视作倒置的悬臂梁,重力坝的工作特点,安全可靠
2、对地形、地质条件适应性强枢纽泄洪问题容易解决便于施工导流施工方便结构作用明确,优点,重力坝的工作特点,坝体应力较低，材料强度不能充分发挥作用坝体与地基接触面积大，对坝体稳定不利的扬压力也相应大坝体体积大，由于施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产生不利的温度应力和收缩应力,缺 点,类型,按高度分：30m 70m按泄水条件分：溢流 非溢流按筑坝材料分：混凝土 浆砌石按坝体的结构形式分：实体 宽缝 空腹 预应力锚固,重力坝的布置和设计内容,布置：轴线 溢流坝段 非溢流坝段 导墙 边墩。设计内容：剖面设计 稳定分析 应力分析 构造设计 地基处理 溢流重力坝和泄水孔的孔口设计 检测设计,非溢流重力坝剖面
3、设计,一、设计原则1、满足稳定和强度要求2、工程量少3、便于施工4、运用方便,重力坝的基本断面一般是指在水压力(水位与坝顶齐平)、自重和扬压力等主要荷载作用下，满足稳定、强度要求的最小三角形断面。,基本剖面,因为作用于上游面的水压力呈三角形分布,所以重力坝面是三角形。当a90时，即上游面为倒坡。库空时，三角形重心可能超过底边三分点在下游面产生拉应力，而且倒坡不便施工。当a90时，利用水重帮助稳定。但角度太小时，库满时合力可能超过底边三分点（偏下游）在上游面产生拉应力。上游面坡度越缓，第一主应力越易成为拉应力，故a角不宜太小。,规律：1）施工运用方便多做成a=90 2）f较低时，为满足稳定，减小
4、a角，利用水重 3）工程经验m=0.60.8（下游坡）n=00.2（上游坡）,一般情况,坝体与坝基接触面之间摩擦系数及粘结强度越大、渗压折减系数越大，基本剖面底宽就越小，主要由强度条件控制。反之，摩擦系数和粘结强度越小，渗压折减系数越小，坝底宽度就越大，且主要由抗滑稳定条件控制。,实用剖面,根据运用和交通要求，坝顶应有足够的宽度，无特殊要求，坝顶宽=8-10%坝高，但不得小于3米，如有运用和交通要求，应满足这些要求。坝顶高于水库水位的高度h计算：坝顶高度=设计洪水位+h,坝顶高程或防浪墙顶高程，按设计洪水位、校核洪水位两种情况分别计算，并选用较大值。,官厅水库公式（适用于峡谷水库）,坝顶高程或
5、坝顶上游防浪墙墙顶高程按下式计算，并选用较大值：坝顶或防浪墙顶高程=设计洪水位+h设 坝顶或防浪墙顶高程=校核洪水位+h校 当坝顶设防浪墙时，坝顶高程不得低于相应的静水位，防浪墙顶高程不得低于波浪顶高程。,坝顶布置 坝顶结构布置的原则：安全、经济、合理、实用。坝顶结构型式：坝顶部分伸向上游；坝顶部分伸向下游，并做成拱桥或桥梁结构型式；坝顶建成矩形实体结构，必要时为移动式闸门启闭机铺设隐型轨道。坝顶排水：一般都排向上游。坝顶防浪墙：高度一般为1.2m，厚度应能抵抗波浪及漂浮物的冲击，与坝体牢固地连在一起，防浪墙在坝体分缝处也留伸缩缝，缝内设止水。,剖面选择：对中、低重力坝可以采用工程类比法，参照
6、类似的已建工程，拟定坝体剖面尺寸，然后对坝体控制截面进行强度和稳定验算，并根据计算结果进行调整，直到满足设计要求为止,第三节 重力坝的荷载及组合,重力坝的荷载作用于重力坝的主要荷载有：自重；静水压力；扬压力；动水压力；冰压力；泥沙压力；浪压力；地震力；温度及其他荷载,自重,初步设计时可取混凝土的重度 24kN/m；施工详图阶段由现场混凝土试验决定；当计算深层滑动时，还应考虑岩体的自重。（计算自重时，坝上永久性的固定设备，如闸门、固定式启闭机的重量也应计算在内，坝内较大的孔洞应该扣除。）,溢流坝坝面水压力计算,静水压力,静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载。分解为水平水压力（PH）和垂直水压力（
7、PV）。溢流堰前水平水压力以（PH1）表示PV=Vww（kN/m）PH=w H2（kN/m）PH1=w（H2-h2）（kN/m）式中 Vw斜坡面上水体体积（m3）；H计算点处的作用水头（m）；h堰顶溢流水深（m）；w水的重度（kN/m3）。,动水压力,在溢流面上作用有动水压力，坝顶曲线和下游面直线段上的动水压力很小，可忽略不计。只计算反弧段上的动水压力。计算时假定水流为匀速流，流速为V，如果忽略水重W，侧面水压力p1和p2，则可以直接由动量方程求出作用于整个反弧上的水压力水平分量和垂直分量。,淤沙压力,Psk=,扬压力,1、坝底扬压力形成原因：上下游水位差；砼、岩石都是透水材料。由于基岩节理裂
8、隙很不规则，难以求出坝底扬压力的准确分布，故通常加定扬压力从坝踵到坝趾成直线变化。为扬压力折减系数与岩体的性质和构造，帷幕深度和厚度，灌浆的质量，排水孔的直径、间距、深度等有关。规范规定：河床坝段=0.20.3;岸坡坝段=0.30.4,2、坝身扬压力坝身排水管折减系数3=0.150.3 见p21，表2-4,地震作用冰压力其他荷载,重力坝的荷载（作用）组合,永久荷载（是指在设计基准期内，其量值不随时间变化或其变化与平均值相比可忽略不计的作用。）坝体自重和永久设备自重 淤沙压力 土压力可变荷载（指在设计基准期内量值随时间变化，且变化与平均值相比不可忽略的作用）静水压力 扬压力 动水压力 浪压力 冰压力 风雪荷载 机动荷载偶然荷载（指在设计基准期内出现概率很小，一旦出现量值很大且持续时间很短的作用）地震作用 校核洪水位时的静水压力,基本组合,（1）坝体及设备自重（2）正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力（3）对应于（2）的扬压力（4）泥沙压力（5）相应的浪压力（6）冰压力（7）土压力（8）相应于设计洪水位时的动水压力（9）其他出现机会较多的荷载,特殊组合（频率低，作用时间短）,（10）校核洪水位（11）相应的扬压力（12）相应的浪压力（13）相应的动水压力（14）地震荷载（15）其他出现机会较少的荷载,
