浅谈拱坝的基本特征以及发展
拱坝的概述
拱坝的特点1拱坝坝址的地形和地质条件243拱坝的发展概况拱坝的形式4一、拱坝的特点拱坝的定义定义：拱坝是一空间壳体结构，坝体结构是由一系列凸向上游的水平拱圈和一系列竖向悬臂梁组成。
拱坝坝体结构既有拱作用又有梁作用，具有双向传递荷载的特点。
所承受的水平荷载一部分由拱的作用传至两岸岩体，另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩，如图所示。
拱座和拱冠梁拱坝的拱圈着力点坐落的两岸岩体部分称作拱座或坝肩；位于基岩最深处水平拱圈拱顶处的悬臂梁称作拱冠梁。
拱坝的特点•拱坝的结构：•拱坝的受力：•拱坝的稳定：-6-①拱梁系统的调整②拱圈自身调整为二次拱Ø 结构受力条件好,材料强度可以充分发挥；Ø 超载能力大，安全度高；Ø 抗震性能好；Ø 温度、地基变形是主要荷载；Ø 对地质、地形条件要求高；Ø 拱坝坝身单薄，体形复杂，设计和施工的难度较大Ø在泄洪方面，拱坝不仅可以在坝顶安全溢流，而且可以在坝身开设大孔口泄水。
二、拱坝坝址的地形和地质条件一、对地形的要求（一）地形条件影响因素：拱坝的结构形式、工程布置以及经济性的主要因素。
（二）坝址处河谷形状特征指标：通常用河谷“宽高比”及“河谷断面形状”表示。
1.宽高比与厚高比宽高比：指拱坝基础开挖后对应坝顶高程处的河谷的宽度L与最大坝高H的比值。
厚高比：坝底最大厚度T与最大坝高H的比值，即T/H，用其表示拱坝薄厚程度。
宽高比的影响：L/H值小，说明河谷深窄，水平拱圈跨度较短，拱的刚度较大，受力大部分传给两岸，坝体较薄;L/H值较大时，坝体较厚。
L/H＜2的深窄河谷中可建薄拱坝；L/H=2～3的中等宽度河谷可修建中厚拱坝；L/H>3～4.5的宽河谷多修建厚拱坝；L/H>4.5的宽浅河谷，宜建重力坝或拱形重力坝。
2.河谷断面形状V形，最适宜发挥拱的作用；河谷断面形状 U形，大部分荷载由梁作用承担；梯形，介于两者之间。
拱坝的适用条件
拱坝的适用条件
拱坝是一种利用拱的作用承受水压力的坝。
拱坝通常适用于峡谷地形，具有以下特点：
1. 地形基本对称，坝肩下游没有深切河谷。
2. 河床覆盖层不厚，没有大的顺河断层和基岩深槽。
3. 两岸坝肩岩体完整，强度高，没有或很少有垂直河流分布的软弱层带。
4. 岩层产状有利，坝基岩体中缓倾角软弱夹层或结构面不发育。
5. 岩体透水性不宜过大，有可靠的防渗帷幕封闭条件。
在各种坝型中，拱坝对地质条件要求较高。
拱坝理想地质条件是：基岩比较均匀、坚固完整、有足够的强度、透水性小、能抵抗水的侵蚀、耐风化、岸坡稳定等。
一些不理想的地质条件，经过地基处理也可修建拱坝。
请注意，拱坝的设计和建造需要考虑到许多因素，包括地形、地质、水文、气候等。
因此，在实际应用中，需要综合考虑各种因素来确定是否适合建造拱坝。
拱坝
2、鼻坎挑流式
溢流堰顶适当向下游 悬臂挑出，挑流落水点 较自由跌流远，但离坝 仍近，仍需有一定的水 垫，必要时采取河床底 部的防冲措施，仍需限 制单宽流量。
3、滑雪道式
适用于下泄流量 较大，要求下泄水 流落点远离坝址， 或利用厂房顶溢流 的拱坝。 如我国已建的乌 江渡重力拱坝、东 江拱坝、紧水滩拱 坝等都采用这种形 式。
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3.24拱坝的泄流、构造及地基处理
∮-1 拱坝的泄流 20世纪50年代才开始利用坝身泄水， 取得许多成功的经验。 • 坝身泄流方式主要有四种：
–自由跌落式 –鼻坎挑流式 –滑雪道式 –坝身泄水孔式
1、自由跌落式
• 结构简单，多用于单宽流量较小的拱坝。 水流落点距坝址较近，坝下冲刷容易危及坝基， 要求有较好的基岩、较深的水垫，并应采取保护措 施。
变圆心、变半径
• 圆心平面位置、半径和中心角均随高程而变化。 • 具有水平和垂直的双向曲率，梁的作用减弱，整 个坝体保持足够的刚度。 • 尽管设计施工都比较复杂，仍被广泛采用。
• 中心角的经验取值： – 顶拱:75-110°； –底拱:50-80°。
• 顶拱两端满足的条件： – 拱端内弧面的切线与河岸等高线的 夹角不得小于30°； –拱端不能悬空； –拱端要嵌入基岩一定深度，约1m。
水压力 温度荷载 自重 扬压力
厚拱坝
（重力拱坝）
∮-2 拱坝的应力分析方法
• 杆件体系
• 圆筒法 • 纯拱法 • 拱梁分载法
• 有限单元法 • 模型试验法 • 壳体结构法
拱冠梁
拱荷载
梁荷载
静水荷载
• 拱梁分载法
• 假定拱坝是由许多水平拱圈和铅直悬臂梁所 组成，荷载由拱和梁共同承担，按拱、梁各 相交点变位一致的条件将荷载分配在拱、梁 两个系统上。 • 为简化计算，用拱冠梁作为所有悬臂梁的代 表，该计算方法即为拱冠梁法。
拱坝的工作特点
拱坝的工作特点
拱坝是一种大型水利工程，因其特殊的工作原理和设计特点，具有一些独特的工作特点。
以下是拱坝的六个工作特点：
1. 变形特点
拱坝在工作时受到内部水压和外部荷载的作用，由于其结构形式的特殊性，使其具有很强的变形能力。
当水库水位上升时，拱坝会有一定程度的变形。
在一定程度内，拱坝的变形对结构本身并没有太大的影响，但如果变形超过了设计极限，就会威胁到拱坝的安全性。
2. 坝体应力特点
拱坝的结构较为复杂，其坝体的应力状态也较为复杂。
坝体上部受到垂直向和水平向的压力，应力分布十分复杂。
此外，由于坝体在工作过程中会受到弯曲、剪切作用等，导致坝体应力的分布情况十分复杂。
3. 模型分析的重要性
由于拱坝的结构特殊，难以直接进行全尺寸试验，因此需要使用模型进行试验，以获取坝体各部位受力状态的相关数据。
模型分析也是制定拱坝设计和优化坝体结构的重要手段。
4. 材料选择和工程施工难度大
拱坝为了承受较高的水压和荷载，需要使用高强度、耐久性好的材料，如混凝土等。
此外，拱坝的结构特殊，需要进行复杂的建设和施工，需要投入大量人力、物力和财力。
5. 能源利用效果好
拱坝在向下游放水时，会产生一定的水头和水流速度，可以利用这种水能产生电能，提高能源利用效率。
6. 对水库水文条件要求高
拱坝的稳定性和安全性受到水库水文条件的影响，因此对水库水文条件的要求相对较高，需要对水库水文条件进行综合分析和评估，包括洪水量和洪峰流量等。
同时，需要对水库的调度进行科学合理的规划和管理，以确保拱坝的安全性和稳定性。
06第六章 拱坝
3. 变半径变中心角拱坝（如图6-7）
为避免等中心角拱坝上游面形成过大的倒悬与扭曲，可将中心角 从拱顶向下逐渐减少（约小至70。～90。），即为变半径变中 心角拱坝。它适用于三角形或梯形河谷修建。这种坝应力分布不 够均匀，最大应力发生于下部l/3坝高范围内，且拉应力较大， 坝顶溢流也不便，施工难易及工程量介于前述二者之间。
二、排水设备 由于渗透压力对拱坝的稳定影响很小，一般可不考虑排水设
备，但重力拱坝则需设置排水设备。
三、坝与地基及两岸的连接 根据拱坝的结构及传力特点，坝与地基及两岸的连接应牢
固可靠，在地基及与两岸相接的地方，应将所有破碎的岩石挖 除，对坚固岩石中的裂隙应加以灌浆。基础清至岩面后，应将 岩石表面泥沙污垢冲洗干净，浇筑一层混凝土垫层后，便可进 行坝体砌筑，为了防止基础渗漏在上游面应设置截水齿墙，并 在其下作帷幕灌浆。拱端支撑处的河岸岩石要很好处理，为满 足坝头稳定的要求，拱圈拱轴线与地形等高线的夹角一般不小 于30。拱端与岩石接触面应作成半径方向一致，使拱能支撑在 垂直的径向平面上（图6-22（a））。同时，为减少岩石的开 挖量，宜将拱端支撑处的岩石作成阶梯形（图6-22（b））。
L/H<2.0～3.0时，可修建拱坝； L/H=3.0～3.5时，可修建重力拱坝； L/H>3.5～4.0时，则认为修建拱坝不经济，但也不是绝对 的，目前有的工程在L/H=7～1l时，也有修拱坝的
图6-1 不同地形建坝示意图 （a）河谷一岸较平缓 （b）河谷有部分深槽
当天然地形不够理想时，也可进行人工处理，如河谷一岸比较 平缓时，可作重力坝段或重力墩形成支座，如果河谷部分为一深 槽也可用浆砌石做垫座，上部做成拱坝（图6-1）。
二、拱坝对地形的要求
拱坝受的荷载大部分靠拱的作用传给两岸，还有一部分由垂直 方向的悬臂梁作用传给河底。因此一般要求建在狭窄河谷 （形状最好是对称三角形）。如果河谷过宽时，拱的作用就
第五章 拱坝
拱坝采用最多的消能形式。鼻坎挑流式、滑雪 道式和坝身泄水孔式大都采用各种不同形式的 鼻坎，使水流扩散、冲撞或改变方向，在空中 消减部分能量后再跌入水中，以减轻对下游河 床的冲刷。 为减小水流向心集中，国内外一些拱坝将布置 在两侧或一侧的溢洪道的挑流鼻坎做成窄缝式 或扭曲挑坎，使挑射出的水舌能沿河谷纵向拉 开，既减少落点处单位面积能量又不冲两岸。
三、拱坝的形式
1、按拱坝的曲率分 有单曲和双曲之分。单曲拱坝在水平断面上有 曲率，而悬臂梁断面上不弯曲或曲率很小。单 曲拱坝适用于近似矩形的河谷或岸坡较陡的U 形河谷。双曲拱坝在水平断面和悬臂梁断面都 有曲率，拱冠梁断面向下游弯曲。双曲拱坝适 用于V形河谷。
二、拱坝的形式
二、拱坝的形式
按水平拱圈形式分
2拱坝比较经济
拱坝在外荷载作用下的稳定性主要是依靠两岸 拱端的反力作用，并不完全依靠坝体重量来维 持稳定。 拱结构是一种推力结构，在外荷作用下内力主 要为轴向压力，有利于发挥筑坝材料的抗压强 度，从而坝体厚度就越薄。一般情况下，体积 比同高度的重力坝体积可以节省1/3～2/3， 因而，拱坝是一种比较经济的坝型。
L/H值的影响
L/H值小，说明河谷窄深，拱坝水平拱圈跨度 相对较短，悬臂梁高度相对较大，即拱的刚度大， 梁的刚度小，坝体所承受的荷载大部分是通过拱的 作用传给两岸，因而坝体可设计得较薄。反之，当 L/H值很大时，河谷宽浅，拱作用较小，荷载大部 分通过梁的作用传给地基，坝断面必须设计得较厚。 一般情况下，在L/H<2的窄深河谷中可修建薄拱 坝；在L/H=2~3的中等宽度河谷中可修建中厚拱 坝；在L/H=3~4.5的宽河谷中多修建重力拱坝； 在L/H＞4.5的宽浅河谷中，一般只宜修建重力坝 或拱形重力坝。
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拱坝拱坝是一种重要的水利工程结构，被广泛应用于水电站、灌溉系统和洪水调节工程中。
它是一种通过水压将水负荷转移到坝基上的结构，以达到承载荷载和稳定土体的目的。
在本文中，将就拱坝的定义、历史演进、结构形式、设计原理和施工过程等方面进行阐述，以帮助读者更好地理解和应用拱坝。
一、定义和历史演进拱坝是一种曲线表面的堤坝结构，它的顶部向外散开，底部向内收拢。
通过这种特殊的形状，拱坝能够将荷载分散至坝体两侧，使坝体得以稳定。
拱坝的起源可以追溯到古希腊和古罗马时期，当时人们已经意识到拱形结构的优势和稳定性。
然而，真正成为现代水利工程主流的拱坝设计，是在十九世纪末和二十世纪初开始的。
二、结构形式拱坝的结构形式可以分为重力拱坝和拱坝墙两种。
重力拱坝是指通过自重和水重来抵抗坝底水压的作用，常用于小型水利工程。
拱坝墙是指通过坝体本身的强度和稳定性来抵抗水压的作用，常用于大型水电站项目。
除了这两种基本形式外，还有变截面拱坝、双曲线拱坝等更为复杂的结构形式。
三、设计原理拱坝的设计原理主要依据两个基本原理：一是受力均衡原理，即坝体内力的平衡状态必须满足力学平衡条件；二是坝体抗力必须大于压力，以保证坝体的稳定性。
在设计中，需要考虑水压、地震、温度变化和流体荷载等因素，以确保拱坝在各种工况下都能够安全稳定地运行。
四、施工过程拱坝的施工过程可以分为坝基准备、基础处理、坝体浇筑和拱坝墙施工等几个阶段。
首先，在选择坝址前，需要进行详细的地质勘察和水文测量，以确定地质条件和水文特征。
接下来，根据实际情况，采取适当的基础处理措施，如加固地基或注浆。
然后，进行拱坝的具体施工，包括混凝土浇筑、钢筋绑扎和拱坝墙的施工等。
最后，进行坝体的养护和保养工作，以延长拱坝的使用寿命。
五、应用与展望拱坝作为一种高效、稳定的水利工程结构，已广泛应用于世界各地。
它不仅可以用于水电站和灌溉系统的建设，还可以用于洪水调节和生态修复等领域。
未来，随着科学技术的发展和水资源的不断开发利用，拱坝的应用前景将更加广阔。
第三章拱坝概述
一、拱坝的特点
2.空间整体作用特点。
实例：意大利瓦依昂 （Vajont）双曲拱坝， 1961年建成。 坝顶长190.5m， 顶宽3.4m， 底宽22.7m，最大坝高 265.5m，是当时世界上 最高的混凝土薄拱坝。
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一、拱坝的特点
2.空间整体作用特点。
实例：意大利瓦依昂双曲拱
坝，1961年建成。 1960年2月水库开始试验性蓄 水。原本相对稳定的岩层在巨 大的水压下开始渗水，水和岩 层深处的粘土发生作用，坡体 开始变得不稳定。上帝已经警 告过人类了，1960年的蓄水试 验中已经发生过两次崩岸，箭 头所指处即为崩岸滑坡点。
一、拱坝坝身泄水方式
一、拱坝坝身泄水方式
（三）滑雪道式
一、拱坝坝身泄水方式
（三）滑雪道式 适用于下泄流量较大， 要求下泄水流落点远离 坝址，或利用厂房顶溢 流的拱坝。 我国已建的猫跳河修 文水电站拱坝、泉水双 曲薄拱坝都采用了这种 形式。
一、拱坝坝身泄水方式
（四）坝身泄水孔式 按其在坝身高度上的相对 位置分中孔、底孔两种。 在水面以下一定深度处， 拱坝坝身可开设孔口用来辅 助泄洪、防空水库、排沙或 施工期导流。
一、拱坝坝身泄水方式
构皮滩水电站
采用6个表孔和7个中孔泄 洪，坝下设置水垫塘消能布 置方案。 泄洪表孔堰顶高程617m， 孔口尺寸12mX15m，装设 弧形闸门。泄洪中孔孔口尺 寸为6mX7m。 在大坝490m高程设置2孔 放空底孔，孔口尺寸采用 4mX6m。
一、拱坝坝身泄水方式
二、拱坝的消能和防冲
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二、拱坝对地形地质条件的要求
（一）对地形的要求 2、河谷断面形状
只适用于一定形状河谷地段，如深窄的U、V和梯形河谷。 V形河谷：拱承担荷载较大，坝可以修较薄、经济； U形河谷：梁承担荷载较大，坝较厚； 梯形河谷：介于二者之间。
第十章拱坝分解
保证坝体承载能力还是存在的。根据国内外拱坝 结构模型试验研究表明，拱坝的超载能力可以 达到设计荷载的5~11倍。
在抗震性能上，由于拱坝是整体性的空间结 构，坝体比较轻韧，弹性较好，只要基岩稳定， 拱坝抗震能力是比较好的。意大利的柯尔费诺拱 坝，高40m，曾遭受破坏性地震，附近市镇的建 筑大都被毁，这个坝却没有裂缝和伤损。我国河 北省邢台地区峡沟水库的浆砌石拱坝，高78m， 在满库情况下曾经受1966年3月的强烈地震，震 后检查坝体，并未发现任何裂缝和损坏。
对于底部狭窄的V形河谷，为了不致降低拱的效 应，宜将各层拱圈的外半径从上到下逐步减小， 使各层拱圈的中心角基本上保持一致。但要使中 心角完全保持一致很难实现，所以在实标工程中 广泛采用上下拱圈的外半径和中心角都不相等的 “变半径、变中心角”式的拱坝坝型。
三、拱坝的泄水方式
拱坝的泄水方式主要有：自由跌流式、鼻坎 挑流式、坝身泄水孔等方式 。
§10-2 拱坝的布置
拱坝布置的任务是结合坝址地形、地质、水 文和施工条件选择坝型，拟定坝体基本尺寸，作 为坝体应力公析的依据。然后反复修改以求得安 全可靠、经济合理的设计方案。
一、拱坝的几何尺寸
现取单位高度的等截面圆拱来说明坝体几何
尺寸的特点。在沿外弧均布的压力p的作用下，设
拱圈厚度为T，外弧拱半径为Ru，拱形中心角为 2φA。假定拱圈两端与河岸的支承条件为滚动支 座，拱圈内部只存在沿拱轴线方向的均轴y为
拱圈的对称轴，沿y轴方向按力的平衡条件可列出
下列平衡方程：
2N sinA
A 0
pRu
cosd
即
N pRu
如坝体的容许应力为 [σ] ，按强度条件 N/A≤[σ]，可得出所需要的拱圈厚度T为：
简述拱坝的概念
简述拱坝的概念一、引言拱坝是一种常见的水利工程结构，广泛应用于水电站、灌溉系统和防洪工程中。
本文将从拱坝的概念、分类、结构特点、施工方法、安全问题等方面进行详细介绍。
二、概念拱坝是指由多个弧形构成的水利工程结构，它通过弧形的受力作用来支撑水压和地面压力，使得水能够被有效地储存或者引导。
拱坝可以分为重力式拱坝和弧形式拱坝两种类型，其中重力式拱坝以自身重量承受水压和地面压力，而弧形式拱坝则通过弧形的受力作用来支撑水压和地面压力。
三、分类根据不同的分类标准，可以将拱坝分为多种类型。
按照建造材料来划分，可分为混凝土拱坝、砖石拱坝和土石质拱坝等；按照建造方式来划分，则可分为常规施工式拱坝和预制装配式拱坝等；按照建造位置来划分，则可分为山区型拱坝和平原型拱坝等。
四、结构特点拱坝的结构特点主要包括以下几个方面：1.高度较大：拱坝通常用于大型水利工程，因此其高度一般较大，能够承受更大的水压和地面压力；2.弧形结构：拱坝由多个弧形构成，这种结构可以支撑水压和地面压力，并且能够有效地分散重量；3.稳定性好：拱坝的稳定性非常好，能够承受各种外部力量的作用而不会发生倒塌或者损坏；4.施工难度较大：由于拱坝的高度和复杂性，其施工难度较大，需要采用专业的施工方法和技术。
五、施工方法拱坝的施工方法主要包括以下几个步骤：1.确定设计方案：在开始施工之前，需要根据具体情况确定最合适的设计方案；2.准备材料和设备：根据设计方案，准备所需材料和设备，并进行检查和测试；3.进行基础处理：在开展实际施工之前，需要对基础进行处理，以确保其平整、牢固；4.进行拱坝建造：根据设计方案，逐步建造拱坝的各个部分；5.进行检查和测试：在施工完成后，需要进行全面的检查和测试，以确保拱坝的质量和安全性。
六、安全问题由于拱坝通常用于大型水利工程，其安全性非常重要。
为了确保拱坝的安全性，需要采取以下措施：1.严格遵守设计规范：在设计和施工过程中，必须严格遵守相关规范和标准，以确保拱坝的结构稳定；2.定期检测和维护：对于已经建成的拱坝，需要定期进行检测和维护，及时发现并解决问题；3.加强管理措施：对于正在建造中的拱坝，需要加强管理措施，并制定应急预案，以应对可能出现的突发事件。
第二章 拱 坝
第二章拱坝第一节拱坝的特点、类型一、特点1、拱坝在水平外荷载作用下的稳定性主要是依靠作为拱座的两岸岩体的反力，并不全靠坝体自重来维持稳定，这是拱坝的一个主要工作特点。
2、拱坝可比重力坝节省工程量1/3～2/3；另外还可减少基础开挖，缩短泄水(引水)渠道和导流洞的长度。
3、拱坝超载能力很强，其破坏时所达到的荷载可达设计荷载的7～11倍(只要拱肩有足够的稳定性)。
4、拱坝的抗震性能好。
(世界坝高100m以上的拱坝有40座建在7～8度以上的地震区)。
5、拱坝砼的标号一般高于重力坝，(百米高以上的拱坝常用200～300号砼，百米以下的拱坝常用200号砼，重力坝则用150号砼)，但每方砼增加的单价一般不会超过重力坝的10～15％。
6、近年来，拱坝坝顶或表孔大流量泄洪已趋普遍，单宽流量已超过200m3/s。
7、温度荷载应列为拱坝的主要荷载，扬压力对坝体应力的影响则小，对薄拱坝可忽略之。
但在计算拱肩稳定时，则应考虑扬压力。
因此拱坝应力计算中三个最主要的荷载为：水平水(砂)压力、温度荷载、自重。
二、拱坝的适用条件(一)地形条件1、理想的地形条件：河谷断面狭窄对称，山体雄厚，坝址上游较为宽阔，顺河流方向河谷逐渐变窄，呈“漏斗”状。
2、地形条件指标——河谷宽高比Ｌ/Ｈ<2.0时，薄拱坝Ｌ/Ｈ＝2.0～3.0时，中厚拱坝Ｌ/Ｈ>3.0时，厚拱坝虽然目前已认为L/H=5～7左右，拱坝仍可能有较好的经济性。
但到1990年为止，国外高于120米已建的拱坝中，L/H＞5的仅3座，L/H＞3的仅21座，说明拱坝(特别是高拱坝)应选在河谷狭窄处，中低拱坝的应力较小，L/H可放宽一些。
３、Ｕ形河谷与Ｖ形河谷的区别Ｕ形河谷大部分荷载由梁承担，坝体较厚。
Ｖ形河谷大部分荷载由拱承担，坝体较薄。
(二)地质条件理想的地质条件是：构造简单、岩体坚硬、完整、均一、有足够的强度、透水性小、抗风化能力强。
三、拱坝发展现状120m以上高拱坝中，以瑞士，美国，意大利，西班牙等国较多。
最新河海大学水工建筑物复试-拱坝
拱坝一、拱坝的特点1、固结于坝基的空间壳体结构，平面上呈拱形2、既有拱的作用又有量的作用3、应力分布均匀，有利于材料强度发挥，节约工程量4、高次超静定结构，局部应力屈服时应力，拱梁可以应力重分配，超载能力强（可以达到设计荷载的5～15倍）5、坝身不设永久缝，温度荷载影响显著6、坝肩稳定很重要7、几何形状复杂，施工有难度，材料强度和防渗要求高二、拱坝坝址的地形和地质条件(一)对地形的要求地形条件是决定拱坝结构形式、工程布置以及经济性的主要因素。
理想的地形应是左右两岸对称，岸坡乎顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。
坝端下游侧要有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定1）河谷的形状特征常用坝顶高程处的河谷宽度L与最大坝高H的比值，即“宽高比”L来表示。
拱坝的厚薄程度，常以坝底最大厚度T和最大坝高H的比值，即“厚高比”HT来区分H(二)对地质的要求理想的地质条件是，基岩比较均匀、坚固完整、有足够的强度、透水性小、能抵抗水的侵蚀、耐风化、岸坡稳定、没有大断裂等。
实际上很难找到没有节理、裂隙、软弱夹层或局部断裂破碎带的天然坝址，应采取妥善的地基处理措施拱坝的荷载及其组合一、拱坝的设计荷载拱坝的设计荷载包括：静水压力、动水压力、自重、扬压力、泥沙压力、冰压力、浪压力、温度作用以及地震荷载等．基本上与重力坝相同。
但由于拱坝本身的结构特点．有些荷载的计算及其对坝体应力的影响与重力坝不尽相同。
本节只介绍这些荷裁的不同持点。
(一) 一般荷载的特点(1)水平径向荷载。
水平径向荷载包括：静水压力、泥沙压力、浪压力及冰压力。
(2)自重。
自重产生的变位在施工过程中已经完成，全部自重应由悬臂梁承担，悬臂梁的最终应力是由拱梁分载法算出的应力加上由于自重而产生的应力。
灌浆前的自重作用应由梁系单独承担，灌浆后浇筑的混凝土自重参加供梁分载法中的变位调整。
有时为了简化计算，也常假定自重全由梁系承担。
(3)水重。
(4)扬压力。
(二)温度作用当坝体温度低干封拱温度时，坝轴线收缩，使坝体向下游变位，见图4—12(a)。
拱坝
金沙江溪洛渡为混凝土双曲拱坝，坝高278 米。在坝身布设7个表孔、8个深孔与两岸 5条泄洪洞参与渲泄洪水。发电厂房为地下式，分设在左、右两岸山体内，各装机9台。
二滩拱坝
流溪河拱坝位于广东从化， 双曲拱坝，坝高78m，总 库容3.64亿m3，总装机 4.2万kw
二滩水电站位于四川省攀 枝花市雅砻江上，为混凝 土拱坝，坝高：240 米
流溪河拱坝
二滩拱坝
佛子岭水电站
溪洛渡水电站位于金沙江上， 砼双曲拱坝，坝高273m， 总库容115.7亿m3，装机容 量1200万kw
佛子岭水电站位于安徽 霍山淠河上（淮河水 系），为连拱坝，最大 坝高：75.9m
东风水电站位
石门水库位于陕西汉中褒河 上（黄河水系），为混凝土 拱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，最大坝高：88米
拉西瓦水电站枢纽建筑物由混凝土双曲拱坝、坝身泄洪表 孔、深孔、底孔、坝后消力塘、右岸岸边进水口和地下引水发 电系统组成。
一、拱坝的特点
（1）形状特点：平面上凸向上游，大坝上游呈曲线或 铅直，是三面固结的空间壳体。
（2）工作特点： ①荷载大部分由拱传至两岸，另一部分由竖直梁传至
大坝底部基础； ②大坝稳定主要依靠两岸坝肩拱座的反力作用； ③拱圈主要承受轴向压力（大坝应力以压应力为主）。
东风水电站位于贵州省清镇和黔
石
西两县交界的乌江干流上，大坝
门
为双曲拱坝 ，最大坝高173m
拱
坝
龙羊峡水电站
拉西瓦水电站位于青海 黄河干流上，大坝为双 曲拱坝，最大坝高 250m
龙羊峡水电站位位于青海黄河干 流上，大坝为重力拱坝，最大坝 高178m
拉西瓦水电站
4—7 拱坝的坝身泄水
（3）优点：①节省砼工程量，比重力坝省1/3～2/3； ②超载能力强（拱梁作用可自行调整）；③抗震性能好。
第3章 拱坝1
-13-
重大历史事件： Malpasset
Dam failed not long
after it was built in 1959. Height：60 m；length： 225 m.
第三章 拱坝（Arch Dam） View towards the left bank from below the dam; the top edge was the left of the two white blocks at the upper-right of the photo.
运行期变温上升为主要荷载
必须考虑地基变形对坝体应力、稳定及变形的影响
第三章 拱坝（Arch Dam）
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（1）法国马尔帕赛水坝坝基滑移
薄拱坝坝高60m，底宽6.26m，顶宽1.5m，修建在片麻岩 上。1959年12月2日，当水库接近满库时坝体突然崩溃。其 中地质上原因是坝上游拉应力分布区内陡倾张裂隙和缓倾软 弱面相连，导致孔隙水压急剧增高，引起坝基滑移。
第三章 拱坝（Arch Dam）
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（二）世界拱坝建设
主要分布在中国、美国及西欧的阿尔卑斯山地区的法国、 意大利及瑞士等国。
拱坝在各类大坝中所占的比例随坝高的增加而增加。
坝
高（m）
拱坝所占比例（％）
100－150
150－200 200m以上
30
45 60
第三章 拱坝（Arch Dam）
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p
a2 1＋ 2 r ＝ a2 1 2 b
p
第三章 拱坝（Arch Dam）
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3、成熟阶段（1917－1960年）
标志： 1917 年，瑞士蒙特萨耳文斯（ Montsalvens ）拱坝
浅谈拱坝的基本特征以及发展
浅谈拱坝的基本特征以及发展1.拱坝建设的现状：在水利水电工程中,挡水建筑物的种类和型式多种多样，而拱坝是一种既经济又安全的坝型。
因此,拱坝在国内外有很大的发展,60年代以前,国外就已修建了很多拱坝。
我国大量修建拱坝是在60年代以后，且主要为中小型砌石拱坝。
目前,国内外已建成坝高在15m以上的拱坝总数约3000座,其中我国约有250座。
.坝高在100以上的拱场国外大约有250座,我国约10座,高度超过200m的拱坝国外有17座,我国目前超过200m的拱坝仅为修建中的二滩水电站双曲拱坝,坝高240m。
拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。
和重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用力来支承。
拱圈截面上主要承受轴向力，应力分布较均匀，可充分利用筑坝材料的强度。
因此，是一种经济性和安全性都很好的坝型2.拱坝的特点拱坝的工作特点可以看成是由若干水平拱圈和竖直悬臂梁组成的空间网格结构，外部水压力由拱、梁共同承担，大部分荷载通过拱圈传向两岸坝肩，小部分通过悬臂梁传到基础拱坝主要拱与梁的共同作用而稳定下来，稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，因而对拱端地基的要求很高；有利于发挥砼的抗压强度，拱梁所承受的荷载可相互调整, 因此可以承受超载；而拱坝嵌固在基岩上，属于无数次超静定结构。
因此具有较大的超载能力。
拱坝坝身可以泄水。
由于建筑物本身与山体的稳定性连接稳定，因此具有较好的抗震性能。
由于坝体的几何形状复杂，施工时难度较大。
3.拱坝对地形、地质条件都具有较高的要求3.1拱坝对地形的要求：（1）要求河谷狭窄，河谷的断面剖视图由两个参数衡量即宽高比和厚高比。
宽高比是坝顶处河谷宽度B与坝高h的比值，厚高比是坝底厚度δ与坝高h的比值。
河谷的宽高比越小，意味着河谷越狭窄；拱坝的厚高比越小，意味着拱坝可以建得越薄。
（2）河谷左右两岸大致对称，这种对称的河谷能够增强拱坝的稳定性（3）河谷平面形状向下游收缩，这种河谷能够增加拱坝坝基的承受力，使坝体固定下来，不致发生滑动平移。
第四章-拱坝
ARCH DAM
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
概述 拱坝的布置 拱坝的荷载 拱坝的应力分析 坝肩稳定分析 拱坝的坝身泄水及 消能防冲 拱坝的构造和地基处理
第一节
概
述
一、问题的提出 二、拱坝的工作原理 三、工作特点 四、拱坝对地形地质条件的要求 五、拱坝的形式 六、拱坝的发展概况
二铰拱 固端拱
拱坝：是一个三边嵌固在基 岩上的变曲率、变厚度的多 次超静定空间壳体结构
平面形状
立面形状
分缝分块
坝身可以泄洪
二.拱坝的工作原理
拱坝是拱向上游三向固定的空间壳体挡水建 筑物,它将水压力、泥沙压力的大部分通过拱 的作用传到两岸岩体，而将另外的通过悬臂 梁的作用传给底部基岩。它不象重力坝那样 依靠自重来维持稳定，而是由两岸岩体的支 撑和砼的抗压强度来维持拱坝的稳定和安全。 P=Pa+Pc
意大利的高桥（Ponte Alto）拱坝于1612年建成时仅4.98米， 以后随着水库不断淤积不断加高，共加高７次，最后一次是 １８８７年加高至39米。
1.2、拱坝建设的起步阶段（1854－1917年）
标 志 ： 1854 年 ， 法 国 工 程 师 左 拉 (Zola)在普罗旺斯地区艾克斯设计 建成４３米高的左拉拱坝。该拱坝 以圆筒公式为指导，主要利用水平 拱的作用来保证大坝的安全。 所用理论：将拱坝坝体比拟成一系 列独立叠置的水平圆弧形拱圈，在 外荷作用下通过水平拱圈的作用， 将其传至两岸，忽略了拱坝上、下 拱圈传力的梁的作用。在对水平拱 圈结构的认识上又可分为“圆筒结 构”和“固端拱”两种。
１９３６年以前：美国代表世界拱坝水平：美国胡佛大坝的 建成，应该说美国代表着世界拱坝建设的水平，对拱坝拱梁 结构概念的形成、应力分析方法的产生和发展以及大体积混 凝土坝成套施工及温控技术的发展作出过巨大的贡献。 1936--1975拱坝建设的先进水平转移到了西欧（法、意、 瑞），其主要贡献在于对双曲拱坝结构等轻、巧、薄拱坝结 构的发展以及拱坝结构模型实验方法的发展。 进入７０年代末期，代表世界拱坝建设水平的国家移至前苏 联，它以高拱坝建设为其主要标志。 ８０年代末期，代表世界拱坝建设水平的国家是中国，其主 要标志有对非圆弧拱型拱坝的发展、体型优化技术、ＲＣＣ 拱坝的实践、复杂自然条件下修建拱坝的技术（包括宽河谷、 大流量、复杂地基等）、特高拱坝的建设、动静力应力稳定 分析方法的完善及其软件的开发、拱坝ＣＡＤ技术的发展等。
拱坝
1、拱坝是坝体向上游突出，平面上呈拱形，拱端支撑于两岸山体上的砼或浆砌
石整体结构。
拱坝是周边与岩基连接的高次超静定结构，坝体没有永久性的伸缩缝，地基变形和温度变化对坝体内力影响较大。
因此拱坝对地质、地形条件及坝基处理要求较高；在拱坝的设计中，应考虑地基变形及温度荷载。
2、拱坝理想的地形应是坝址河谷相对宽度较窄，两岸基岩面大致对称，岸坡平
顺无突变且坝两端下游有足够大的岩体支承，这样的地形可以充分发挥拱的作用。
拱坝要求基岩完整、坚硬，质地均匀，有足够的强度，逆水性小．耐风化，没有大断裂构造和软弱夹层等。
3、拱坝要求基岩完整、坚硬，质地均匀，有足够的强度，逆水性小．耐风化，
没有大6
4、拱坝的应力分析方法：纯拱法、拱梁分载法、有限元法、结构模型实验法。
5、拱座的稳定平分析方法：刚刚极限平衡法，有限元法、地质力学模型实验法。
6、拱坝八神泄水方式：坝顶自由溢流、滑雪道式泄流、坝面泄流、坝身孔口泄
流。
7、拱坝坝基处理：坝基开挖、固结灌浆和接触灌浆、防渗帷幕、坝基排水、断
层破碎带和软弱夹层处理。
拱坝发展概况及建模分析
拱坝开裂破坏举例：
1.玛尔帕塞坝 法国，1952年兴建，1954年完工， 1959年破坏。原因：地基中深层裂缝的发 展，使坝踵主拉压应力增大而把坝踵斜向 拉断。 2.施莱盖斯坝 奥地利，1967年兴建，1971年蓄水时破 坏，原因：上游面坝踵处裂缝张开并有新 裂缝出现，裂缝贯穿至基础廊道
3.科尔布莱恩坝 奥地利，1974年兴建，1977年完工， 1978年蓄水时出现异常，坝基渗水量达 200L/s。破坏原因：坝踵开裂 除上述拱坝开裂破坏外，还有托拉拱坝， 兹勒格伦德拱坝等。
坝踵破坏的主要原因：
1.地基原因 2.拱坝体形、结构构造以及坝体与地基的相 互作用 3.施工工艺
结语：
时间仓促，报告中难免有疏忽或不当之 处，恳请各位老师、同学批评指正!
Thank you !
二滩拱坝（240米）： 二滩拱坝（240米）：
溪洛渡拱坝（278米，在建） 溪洛渡拱坝（278米，在建）
锦屏拱坝（305米，在建） 锦屏拱坝（305米，在建）
二、拱坝建模与分析
为了便于结构分析，通常利用已知条件， 建立数学模型，以数学模型为依据，然后 与结构分析软件相结合，建立有限元模型， 在结构分析软件中，通过对有限元模型施 加荷载和约束来进行结构分析和计算。
3.拱坝建设的成熟阶段： 3.拱坝建设的成熟阶段：
随着拱坝高度的不断发展，人们越来越 认识到将本来为一整体的拱坝认为的分为 一系列上下互不相干的水平拱圈进行二维 应力分析与实际并不相符，坝工专家想到 用垂直悬臂梁来联系各层拱圈以反映上下 拱圈的相互作用。后来进一步演变为拱梁 分载法。
1917年瑞士坝工专家格伦纳，在瑞士设计 了第一座高为55米的蒙特沙尔文斯拱坝， 采用4拱9梁径向变位一致的多拱梁法进行 了该坝的应力计算。它的设计与建造标志 着拱坝的建设进入成熟阶段。
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浅谈拱坝的基本特征以及发展
1.拱坝建设的现状：
在水利水电工程中,挡水建筑物的种类和型式多种多样，而拱坝是一种既经济又安全的坝型。
因此,拱坝在国内外有很大的发展,60年代以前,国外就已修建了很多拱坝。
我国大量修建拱坝是在60年代以后，且主要为中小型砌石拱坝。
目前,国内外已建成坝高在15m以上的拱坝总数约3000座,其中我国约有250座。
.坝高在100以上的拱场国外大约有250座,我国约10座,高度超过200m的拱坝国外有17座,我国目前超过200m的拱坝仅为修建中的二滩水电站双曲拱坝,坝高240m。
拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。
和重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用力来支承。
拱圈截面上主要承受轴向力，应力分布较均匀，可充分利用筑坝材料的强度。
因此，是一种经济性和安全性都很好的坝型
2.拱坝的特点
拱坝的工作特点可以看成是由若干水平拱圈和竖直悬臂梁组成的空间网格结构，外部水压力由拱、梁共同承担，大部分荷载通过拱圈传向两岸坝肩，小部分通过悬臂梁传到基础
拱坝主要拱与梁的共同作用而稳定下来，稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，因而对拱端地基的要求很高；有利于发挥砼的抗压强度，拱梁所承受的荷载可相互调整, 因此可以承受超载；而拱坝嵌固在基岩上，属于无数次超静定结构。
因此具有较大的超载能力。
拱坝坝身可以泄水。
由于建筑物本身与山体的稳定性连接稳定，因此具有较好的抗震性能。
由于坝体的几何形状复杂，施工时难度较大。
3.拱坝对地形、地质条件都具有较高的要求
3.1拱坝对地形的要求：
（1）要求河谷狭窄，河谷的断面剖视图由两个参数衡量即宽高比和厚高比。
宽高比是坝顶处河谷宽度B与坝高h的比值，厚高比是坝底厚度δ与坝高h的比值。
河谷的宽高比越小，意味着河谷越狭窄；拱坝的厚高比越小，意味着拱坝可以建得越薄。
（2）河谷左右两岸大致对称，这种对称的河谷能够增强拱坝的稳定性
（3）河谷平面形状向下游收缩，这种河谷能够增加拱坝坝基的承受力，使坝体固定下来，不致发生滑动平移。
3.2拱坝对地质的要求：
拱坝要求基岩特别是坝肩岩体完整坚硬，没有大的断裂构造和软弱夹层，同时要求基岩耐风化、渗透性小。
然而理想地质条件的坝址是极少的，因此对于存在地质缺陷的坝址，应当在查明地质情况的基础上，论证工程处理措施的可行性，如需进行固结灌浆以增加地基的整体性和牢固程度。
4拱坝的分类
按坝的高度分类可分为高坝（坝高>70m；），中坝（坝高30～70m），低坝(坝高<30～70m）。
按坝的厚高比分类，按拱坝在最大坝高处坝底厚度T和坝高H的比值T/H分为薄拱坝(T/H＜0.2) ，中厚拱坝(T/H=0.2～0.35) ，厚拱坝（或称重力拱坝）(T/H＞0.35) ；
按拱坝体型分为单曲拱坝与双曲拱坝；
按拱圈轴线形式分类（按水平拱圈的形式分类）合理的拱圈型式：压力线接近拱轴线，使拱截面的压应力分布趋于均匀。
主要可分为圆拱坝、多心拱坝、变曲率拱坝；
按水平拱的厚度变化分类:
（1）等厚度拱坝：水平截面为厚度不变的水平拱。
等厚拱圈也可在拱端附近局部加厚，以减小拱座处岩基单位面积上所受的推力。
（2）变厚度拱坝：水平截面为变厚度的水平拱，一般从拱冠至拱座逐渐加厚，以改善拱圈的内应力条件。
变厚拱坝的应力条件较好，但设计和施工较为复杂，一般用于高、中拱坝。
其它形式的拱坝如重力拱坝，周边缝拱坝，空腹拱坝等等这里就不作赘述。