水工建筑物重力坝课件
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水工建筑物5PPT课件
第十一节 重力坝的地基 处理
1
1)具有足够的强度； 2)具有足够的整体性
和均匀性； 3)具有足够的抗渗性； 4)具有足够的耐久性；
2
地基处理主要任务是： 一是防渗； 二是提高基岩强度。
一、地基的开挖与清理（岩石地基处理措施）
我国现行重力坝设计规范要求，凡 100m以上的高坝需建在新鲜、微风化或弱 风化下部基岩上；100～50m的坝可建在微 风化至弱风化中部基岩上；坝高小于50m 时，可建在弱风化层中部或上部基岩上。
12
3)水平工作缝 水平工作缝是分层施工
的新老混凝土之间的接缝， 是临时性的。
13
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
14
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
15
8
二、坝体混凝土分区
9
三、坝体分缝与止水
干坝段。其作用 是减小温度应力、适应地 基不均匀变形满足施工要 求。
11
2)纵缝
为了适应混凝土的浇筑能力和 减少施工期的温度应力，常在平行 坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分 成几个坝块，待坝体降到稳定温度
后再进行接缝灌浆。
5
四、坝基排水
1
1)具有足够的强度； 2)具有足够的整体性
和均匀性； 3)具有足够的抗渗性； 4)具有足够的耐久性；
2
地基处理主要任务是： 一是防渗； 二是提高基岩强度。
一、地基的开挖与清理（岩石地基处理措施）
我国现行重力坝设计规范要求，凡 100m以上的高坝需建在新鲜、微风化或弱 风化下部基岩上；100～50m的坝可建在微 风化至弱风化中部基岩上；坝高小于50m 时，可建在弱风化层中部或上部基岩上。
12
3)水平工作缝 水平工作缝是分层施工
的新老混凝土之间的接缝， 是临时性的。
13
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
14
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
15
8
二、坝体混凝土分区
9
三、坝体分缝与止水
干坝段。其作用 是减小温度应力、适应地 基不均匀变形满足施工要 求。
11
2)纵缝
为了适应混凝土的浇筑能力和 减少施工期的温度应力，常在平行 坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分 成几个坝块，待坝体降到稳定温度
后再进行接缝灌浆。
5
四、坝基排水
河海大学水工建筑物(重力坝)教学课件02-重力坝1 概述荷载
§2 重力坝的荷载及组合
一、 主要荷载 （1）自重—dead load / dead weight （2）水压力—water pressure / hydraulic pressure （3）扬压力—uplift pressure （4）冰压力—ice pressure （5）土压力—earth pressure / soil pressure （6）地震荷载—earthquake load / seismic load （7）温度荷载—load of temperature variation 设计重力坝时，应根据具体的应用条件确定各种荷载的大小， 并选择不同的荷载组合，用以验算坝体的稳定和强度。
一、重力坝的工作原理
稳定——依靠坝体自重在坝基面上产生摩阻力来抵抗水平水 压力，以达到稳定的要求。 应力——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，以满足强度的要求。
二、重力坝的特点
(1) 筑坝材料抗冲能力强 施工期可以利用较低的坝块或底孔导流。坝体断面形态适于 在坝顶布置溢洪道和坝身设置泄水孔，一般不需要另设河岸 溢洪道或泄洪隧洞。在坝址河谷狭窄而洪水流量大的情况下， 可以较好地适应这种自然条件，如：三峡、新安江、三门峡、 潘家口等。
(6) 体积大，水泥用量大，水化热高，散热差
水泥用量多，混凝土凝固时水化热高，散热条件差，且各 部浇筑顺序有先有后，因而同一时间内冷热不均，热胀冷 缩，相互制约，往往容易形成裂缝，从而削弱坝体的整体 性，所以混凝土重力坝施工期需有严格的温度控制和散热 措施。
三、重力坝的类型
按结构型式： 实体重力坝 宽缝重力坝 空腹重力坝 预应力重力坝 装配式重力坝 等
(1) 实体重力坝—solid gravity dam 优：设计施工方便，结构简单，应力分布明确 缺：内部应力小，材料浪费，坝基扬压力大 (2) 宽缝重力坝—slotted gravity dam 优：扬压力小，工程量小，便于坝内检查 缺：施工复杂，模板用量大 (3) 空腹重力坝—laced gravity dam 优：进一步降低扬压力，内部可设厂房 缺：施工复杂，腹孔附近存在一定的拉应力，需钢筋
水利建筑物重力坝ppt课件
.
第二节 重力坝的稳定分析 四、提高坝体抗滑稳定性的工程措施
（1）利用水重 （2）将坝基开挖成倾向上游的斜面 （3）在坝踵下设齿墙 （4）抽水措施 （5）加固地基 （6）利用预应力
.
第二节 重力坝的稳定分析
.
固常 措用 施的
几 种 抗 滑 加
.
第二节 重力坝的稳定分析
.
第二节 重力坝的稳定分析
足强度要求
.
第三节 重力坝的应力分析 应力分析方法
理论计算和模型试验法 理论计算方法主要有： 材料力学法和有限元法
对于中、低坝，当地质条件较简单时， 可按材料力学方法计算坝体的应力，有 时可只计算坝体的边缘应力。
.
.
应力分析内容
确定计算工况； 选择计算方法； 确定计算截面； 计算选定截面上的应力：
.
第三节 重力坝的应力分析
一、概 述
• 目的：
1、为了检验大坝在施工期 和运用期是否满足强度要 求；
2、为解决设计和施工中的 某些问题，如砼分区，某 些部位的配筋等提供依据。
.
第三节 重力坝的应力分析
应力分析的过程：
1、进行荷载计算及荷载组合 2、选择合适的方法进行应力计算 3、检验大坝各部位的应力是否满
Ⅰ类基岩——很好的岩石， f ′＝1.2～1.5, c’＝1.3～1.5Mpa
Ⅱ类基岩——好的岩石， f ′＝1.0～1.3, c’＝1.1～1.3Mpa
Ⅲ类基岩——中等的岩石， f '＝0.9～1.2, c’＝0.7～1.1Mpa
Ⅳ 类基岩——较差的岩石， f ′＝0.7～0.9, c’＝0.3～0.7Mpa
.
原规范规定，f的最后选取应以野外和室内试验成 果为基础，结合现场实际情况，参照地质条件 类似的已建工程的经验等，由地质、试验和设 计人员研究确定。
第二节 重力坝的稳定分析 四、提高坝体抗滑稳定性的工程措施
（1）利用水重 （2）将坝基开挖成倾向上游的斜面 （3）在坝踵下设齿墙 （4）抽水措施 （5）加固地基 （6）利用预应力
.
第二节 重力坝的稳定分析
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固常 措用 施的
几 种 抗 滑 加
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第二节 重力坝的稳定分析
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第二节 重力坝的稳定分析
足强度要求
.
第三节 重力坝的应力分析 应力分析方法
理论计算和模型试验法 理论计算方法主要有： 材料力学法和有限元法
对于中、低坝，当地质条件较简单时， 可按材料力学方法计算坝体的应力，有 时可只计算坝体的边缘应力。
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应力分析内容
确定计算工况； 选择计算方法； 确定计算截面； 计算选定截面上的应力：
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第三节 重力坝的应力分析
一、概 述
• 目的：
1、为了检验大坝在施工期 和运用期是否满足强度要 求；
2、为解决设计和施工中的 某些问题，如砼分区，某 些部位的配筋等提供依据。
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第三节 重力坝的应力分析
应力分析的过程：
1、进行荷载计算及荷载组合 2、选择合适的方法进行应力计算 3、检验大坝各部位的应力是否满
Ⅰ类基岩——很好的岩石， f ′＝1.2～1.5, c’＝1.3～1.5Mpa
Ⅱ类基岩——好的岩石， f ′＝1.0～1.3, c’＝1.1～1.3Mpa
Ⅲ类基岩——中等的岩石， f '＝0.9～1.2, c’＝0.7～1.1Mpa
Ⅳ 类基岩——较差的岩石， f ′＝0.7～0.9, c’＝0.3～0.7Mpa
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原规范规定，f的最后选取应以野外和室内试验成 果为基础，结合现场实际情况，参照地质条件 类似的已建工程的经验等，由地质、试验和设 计人员研究确定。
《水工建筑物》第二章 重力坝
五、重力坝的分类
• 1、 按坝的高度分类:坝高低于30m的为低坝，高于70m的 为高坝，介于30m～70m之间的为中坝。坝高是指坝基最 低面（不含局部有深槽或井、洞部位）至坝顶路面的高度。 • 2、按泄水条件分类:有溢流重力坝和非溢流重力坝。溢流 坝段和坝内设有泄水孔的坝段统称为泄水坝段，非溢流坝 段也叫挡水坝段。 • 3、按筑坝材料分类:有混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 • 4、按坝体结构型式分类:实体重力坝宽缝重力坝；空腹 （腹孔）重力坝；预应力锚固重力坝；装配式重力坝；支 墩坝（大头坝、连拱坝、平板坝）。 • 5、按施工方法分类:有浇筑混凝土重力坝和碾压混凝土重 力坝。碾压混凝土重力坝剖面与实体重力坝剖面类似。
2.46 2.23 2.01 1.80 1.78 1.63 1.68 1.56 1.64 1.52 1.60 1.49 1.56 1.46 1.44 1.37 1.39 1.33 1.30 1.25
0.98 1.00 1.01 1.01
• 对计算风速，指水面以上10m高处10min多年最大平均风速， 当测点在水面上Zm处，应乘以高度修正系数KZ（见表2-2）
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
重力坝的剖面详图
三峡水利枢纽溢流重力坝
三峡泄洪闸泄洪
尼尔基水利枢纽中的重力坝
一、对坝的认识
用混凝 土或浆砌石 筑成，坝轴 线一般为直 线，并有垂 直于坝轴线 方向的横缝 将坝体分成 若干段.
vo gD 2 =250-1000时 ，为频率10%波高h10% vo
gh gD 3 12 0.0076 o ( 2 ) v 2 vo vo
重力坝—重力坝泄水孔(水工建筑物课件)
x
y y=x/2 6.25 2H
A压组进坡成口l段B：曲① X：面C段进D：1口E:O4曲～Yb1面1/4:6段椭F，、圆长压曲3坡面～段。6m、。检修门、工作无闸压门泄。水进水口示意图
2
2
h1
2
h1
2
检R修门①： JJ平21 ==面EBFC闸的 的门坡 坡。度 度
X
2ห้องสมุดไป่ตู้
O
axr222=+0.by12D22 =1
无压泄水孔体型设计与构造
三峡混凝土实体重力坝
故县混凝土实体重力坝
潘家口水库宽缝重力坝
伊泰普混凝土空心重力坝 涌溪碾压混凝土重力坝
南告浆砌石重力坝
无压泄水孔示意图
特点： 组成： 断面：
检修、工作闸门在进口处，门前有压、门后无压。
压力短管、闸门、明流段、
消能设施。
矩形、城门洞形。
A B DE
1 2
CF
Y =(0.05
0.08)W
l
A
X
O
①
B
DY C Eb
F
1:12 2
W=(1.5 2.0)D
R①
J1 =BC的坡度 J2 =EF的坡度
2
2
设计要求： 形成稳定的无压流态，严禁明满流交替。
办法：
孔顶应有安全超高。
顶部超高：
矩形断面： H (30% 50%)Hmax 城门洞形： H (20% 30%)Hmax 拱高 Hmax----最大流量时不掺气水深。
按自由射流水舌底缘曲线设计，槽底曲线方程为：
重力加速度
为防止负压产生而 采用的安全系数
设计步骤： 1.建立坐标系 2.方程 3.坐标点
《重力坝专题》课件
坝基岩体的抗剪强度直接关系 到重力坝的抗滑稳定性。
抗滑措施
通过提高坝基岩体的抗剪强度 、设置抗滑桩、灌浆等方式增
强抗滑稳定性。
监测与维护
定期对重力坝进行稳定性监测 和维护，确保其安全运行。
重力坝的抗倾稳定性
抗倾稳定性
指重力坝抵抗倾覆失稳的能力。
基底应力分布
基底应力分布的均匀性对重力坝的抗倾稳定 性至关重要。
重力坝的应急处理
应急处理目的
应对重力坝突发事件，迅速控制 险情，减轻损失。
应急处理内容
坝体裂缝、滑坡、溃坝等紧急情况 的处置，以及人员疏散和救援。
应急处理措施
制定应急预案，配备应急设备和人 员，定期进行演练，提高应急响应 能力。
PART 05
重力坝的发展趋势与未来 展望
重力坝技术的创新与改进
新型材料的应用
与土石坝的比较
土石坝材料易得，结构简单，但 稳定性较差，重力坝则具有较高 的稳定性和耐久性。
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
REPORTING
新型设计理念
利用高强度、耐腐蚀的新型材料，提 高重力坝的耐久性和稳定性。
采用更为先进的计算和分析方法，优 化重力坝的结构设计，降低工程造价 。
智能化监测与维护
引入物联网、大数据等技术，实现重 力坝的实时监测和预警，提高维护效 率。
重力坝在未来的应用前景
应对气候变化
随着全球气候变化的影响加剧， 重力坝在应对洪水、干旱等自然 灾害中将发挥更加重要的作用。
土料
部分重力坝的上游面采用土料 填筑，以减少工程量和造价。
重力坝的施工方法
01
浇筑法
混凝土重力坝主要采用浇筑法施工，分为平浇法和斜层浇法两种。平浇
抗滑措施
通过提高坝基岩体的抗剪强度 、设置抗滑桩、灌浆等方式增
强抗滑稳定性。
监测与维护
定期对重力坝进行稳定性监测 和维护，确保其安全运行。
重力坝的抗倾稳定性
抗倾稳定性
指重力坝抵抗倾覆失稳的能力。
基底应力分布
基底应力分布的均匀性对重力坝的抗倾稳定 性至关重要。
重力坝的应急处理
应急处理目的
应对重力坝突发事件，迅速控制 险情，减轻损失。
应急处理内容
坝体裂缝、滑坡、溃坝等紧急情况 的处置，以及人员疏散和救援。
应急处理措施
制定应急预案，配备应急设备和人 员，定期进行演练，提高应急响应 能力。
PART 05
重力坝的发展趋势与未来 展望
重力坝技术的创新与改进
新型材料的应用
与土石坝的比较
土石坝材料易得，结构简单，但 稳定性较差，重力坝则具有较高 的稳定性和耐久性。
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
REPORTING
新型设计理念
利用高强度、耐腐蚀的新型材料，提 高重力坝的耐久性和稳定性。
采用更为先进的计算和分析方法，优 化重力坝的结构设计，降低工程造价 。
智能化监测与维护
引入物联网、大数据等技术，实现重 力坝的实时监测和预警，提高维护效 率。
重力坝在未来的应用前景
应对气候变化
随着全球气候变化的影响加剧， 重力坝在应对洪水、干旱等自然 灾害中将发挥更加重要的作用。
土料
部分重力坝的上游面采用土料 填筑，以减少工程量和造价。
重力坝的施工方法
01
浇筑法
混凝土重力坝主要采用浇筑法施工，分为平浇法和斜层浇法两种。平浇
河海大学水工建筑物重力坝PPT课件
7.浪压力
①成因-----空气流动，带动水体，形成波浪。 ②波浪三要素
2hl(2hm)—波高； 2Ll (2Lm) –波长； h0 (hz)—波浪中心线与静水位的距离；
a、波浪涌高2hL
2hL 0.016 Vf564D13
波浪运动不受库底影响-----------------深水波 波浪运动受库底影响，且 库水深小于临界深度Hk(Hk =(3-5 )hL)时--破碎波 水深大于临界深度Hk小于LL波浪受库底影响-浅水波
说明：
Fb1 0.07Vdi Afic Fb2 0.5ficbdi
1°冰压力对高坝可以忽略，因为一方面水库开阔， 冰易凸起破碎，另一方面在总荷载中所占比例较小；
2°对低坝、闸较为重要，它占总荷载的比重大；
3°某些部位如闸门进水口处及不宜承受大冰压力的 部位，可采取冲气措施等。
6、泥沙压力
①成因 水库蓄水后，入库水流流速降低并趋 于零，挟带的泥沙随流速减小而沉积 于坝前，其过程是先沉积大颗粒，而 后沉积细颗粒。
(如特别重要的坝、地质条件复杂、失事后影响巨大)
①地震惯性力 用拟静力法计算地震作用效应
F i a h G Ei i / g 地震作用的效应折减系数，取0.25;
G Ei 第 i坝块的坝体重量,kN；
a h 水平向设计地震加速度，根据设计烈度选取；
i
1 .4
1 4 (hi / H )4
§2-2 重力坝的荷载及其组合
一、荷载
荷载 → 作用 不随时间变化的----永久作用如自重、土压力等 随时间变化的------可变作用如水压力、扬压力、
温度、孔隙水压力等； 偶然发生的--------偶然作用如地震、校核水
位下的水压力等
水工建筑物第一章6PPT课件
4
重力坝坝体分区的原因：
• 混凝土重力坝坝体各部位的工作条件及受力条件不同， 对混凝土材料性能指标的要求也不同。
• 为了满足坝体各部位的不同要求，同时为了节省水泥 用量及工程费用，把安全与经济统一起来，通常将坝 体混凝土按不同工作条件进行分区，对不同部位的坝
体混凝土选用不同的强度等级和性能指标。
5
• 纵缝：平行于坝轴线设置的温度缝和施工缝，间距一 般15～30m，常用的纵缝形式有竖直纵缝、斜缝控和施工技术水平的不断提 高，国内外有些工程采用通仓浇筑的方式，不 设纵缝。通仓长块浇筑可以简化结构分缝，施 工简便，有利于加快施工进度，坝的整体性也 较好。但温度应力大，对防裂有更高的要求。 我国规范要求，应经论证并采取相应温控防裂 措施后方可采用。
24
25
26
• 坝体内廊道应满足应用要求，力求多种廊道能 相互结合使用，达到“一洞多用”，尽量减少 廊道数量的目的；
27
2、
28
廊道的布置
• 满足灌浆、排水、观测、检查和交通等要 求
• 廊道互相连通，构成廊道系统 • 廊道尽量与坝体接缝灌浆分区相适应
29
重力坝廊道布置示意图
30
廊道的位置
• 水平施工缝：是分层施工的新老混凝土之间的 接缝，是临时性的。
17
3、混凝土坝的温度裂缝及其控制 混凝土坝产生温度裂缝的原因？ • 混凝土表面的温差裂缝、干缩裂缝； • 坝体混凝土在施工过程中的一热一冷，导致坝
体混凝土的贯穿裂缝或深层裂缝；
对坝体混凝土贯穿裂缝和深层裂缝应避免发生， 对有可能发展为贯穿裂缝和深层裂缝的表面性 裂缝应加以控制。
18
混凝土坝的温控措施 • ①改善混凝土的特性，降低混凝土的发热量； • ②提高混凝土的施工质量及抗裂性能； • ③加强温度控制，减少温差； • ④改善结构形状，规定合理的混凝土浇筑尺寸，
重力坝坝体分区的原因：
• 混凝土重力坝坝体各部位的工作条件及受力条件不同， 对混凝土材料性能指标的要求也不同。
• 为了满足坝体各部位的不同要求，同时为了节省水泥 用量及工程费用，把安全与经济统一起来，通常将坝 体混凝土按不同工作条件进行分区，对不同部位的坝
体混凝土选用不同的强度等级和性能指标。
5
• 纵缝：平行于坝轴线设置的温度缝和施工缝，间距一 般15～30m，常用的纵缝形式有竖直纵缝、斜缝控和施工技术水平的不断提 高，国内外有些工程采用通仓浇筑的方式，不 设纵缝。通仓长块浇筑可以简化结构分缝，施 工简便，有利于加快施工进度，坝的整体性也 较好。但温度应力大，对防裂有更高的要求。 我国规范要求，应经论证并采取相应温控防裂 措施后方可采用。
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• 坝体内廊道应满足应用要求，力求多种廊道能 相互结合使用，达到“一洞多用”，尽量减少 廊道数量的目的；
27
2、
28
廊道的布置
• 满足灌浆、排水、观测、检查和交通等要 求
• 廊道互相连通，构成廊道系统 • 廊道尽量与坝体接缝灌浆分区相适应
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重力坝廊道布置示意图
30
廊道的位置
• 水平施工缝：是分层施工的新老混凝土之间的 接缝，是临时性的。
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3、混凝土坝的温度裂缝及其控制 混凝土坝产生温度裂缝的原因？ • 混凝土表面的温差裂缝、干缩裂缝； • 坝体混凝土在施工过程中的一热一冷，导致坝
体混凝土的贯穿裂缝或深层裂缝；
对坝体混凝土贯穿裂缝和深层裂缝应避免发生， 对有可能发展为贯穿裂缝和深层裂缝的表面性 裂缝应加以控制。
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混凝土坝的温控措施 • ①改善混凝土的特性，降低混凝土的发热量； • ②提高混凝土的施工质量及抗裂性能； • ③加强温度控制，减少温差； • ④改善结构形状，规定合理的混凝土浇筑尺寸，
《重力坝专题》课件
浇筑：浇筑混凝 土或砌石
养护：养护混凝 土或砌石
验收：验收工程 质量和性能
施工前准备：确保材料、设备、人员等准备充分 施工过程控制：严格按照设计图纸和施工规范进行施工 施工质量检查：定期进行质量检查，确保工程质量符合要求 施工安全控制：确保施工安全，避免安全事故发生
PART FOUR
重力坝的稳定 性是确保其安 全运行的关键
重力坝的抗倾稳定性可以通过计算坝体的抗倾力矩和倾覆力矩来评估。
重力坝的抗倾稳定性分析需要采用专业的计算方法和软件，以确保坝体的安全稳定。
地震对重力坝的影响：地震可能导致重力坝产生裂缝、变形甚至倒塌
重力坝的抗震设计：考虑地震荷载，采用抗震设计方法，提高重力坝的抗震能力
重力坝的抗震措施：采用抗震材料、抗震结构、抗震施工方法等措施，提高重力坝的抗 震能力
因素
稳定性分析主 要包括静力稳 定性和动力稳 定性两个方面
静力稳定性主 要考虑坝体在 自重、水压力、 温度变化等作 用下的变形和
应力分布
动力稳定性主 要考虑地震、 水流冲击等外 部荷载作用下 的坝体振动和
响应
稳定性分析需 要综合考虑各 种因素，包括 坝体材料、结 构、施工工艺
等
稳定性分析的 结果对于重力 坝的设计、施 工和运行管理 具有重要意义
环保性：减少对环 境的影响，保护生 态环境
选址：选择合适的地形和地质条件
施工：包括开挖、浇筑、养护等步 骤
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
设计：根据地形和地质条件进行设 计
验收：对施工质量进行验收，确保 符合设计要求
选址：选择合适 的地形和地质条
件
设计：确定坝体 形状、尺寸和材
料
重力坝PPT
水 工 建 筑 物
（二）动水压力
如图，溢流 堰ab段，一般 有很小正或者 负水压力，bc 段水压力也很 小，都可以忽 略不计，只计 算反弧段cd上 的动水压力。
根据动量方程，其压力强度为：
q vsin 1 sin 2 g
p
q v g r
q PH vcos 2 cos 1 总水平力为： g
水 工 建 筑 物
1949年来我国水利水电事业逢勃发展，从 1949~1985年，在已建成的坝高30米以上的 113座混凝土坝中，重力坝达58座，占总数 的51%。50年代首先建成了高105m的新安 江和高71m的古田一级两座宽缝重力坝。 60年代建成了高97m的丹江口宽缝重力坝 和高147m的刘家峡、高106m的三门峡两座 实体重力坝。70年代建成了黄龙滩、龚嘴 重力坝。80年代建成了高165m的乌江渡拱 型重力坝和高107.5m的潘家口宽缝重力坝 等。
水 工 建 筑 物
为了降低扬压力采用防渗排水措施→降低坝 底面的渗透压力防渗排水措施的设置主要有 以下几种情况：
坝基既设防渗帷幕又设排水孔，坝踵 （heel）处扬压力 0 H 1 0 H 2 0 H 坝趾处（toe）扬压力 0 H 2 帷幕中心线上扬压力 0 H 2 1 0 H 排水孔中心线上扬压力 0 H 2 2 0 H 以上公式中的系数 1 、 2 根据地基条 件，防渗帷幕和排水设施质量来拟定一般
建 筑 物
水 工 建 筑 物
（五）重力坝对气候、地形、地质等条 件适应性较强，抗震性能较好。
因此，除承受能力低的软基和有难以 处理的断层、破碎带等岩石基外，其他 多类地基均可修建重力坝，亦可建于地 震区。
水 工 建 筑 物
二、重力坝的分类
[讲义]水利水电工程重力坝知识PPT讲义82页PPT
![[讲义]水利水电工程重力坝知识PPT讲义82页PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/37db4d5002d276a201292ebc.png)
预应力重力坝:利用预加应力措施来增加坝体上游部分的压应力，提
高抗滑稳定性，从而削减坝体剖面，目前仅在小型工程和旧坝加固 工程中使用。
装配式重力坝:采用预制块安装筑成的坝，可改善施工质量和降低坝 的温度，但要求施工工艺精确，以便接缝有足够的强度和防水性能。
6、重力坝设计的主要内容
1)、总体布置: 坝址、坝轴线、组成建筑物的位置 2) 、剖面设计：参照已建成的条件相近的工程，拟定剖 面尺寸 3) 、稳定分析：保证坝体不致沿地基面或地基中的软弱 结构面产生滑动 4)、应力分析：使应力条件满足设计要求，保证坝体和地 基有足够的强度
重力坝上作用力示意图
1.坝体自重 W=γ×A+ω
ω--坝上永久设备重量，如闸门、固定起门机的自重；坝 内较大的孔洞应该扣除。
γ--混凝土的重度为23-23.5kN/m3; 浆砌块石21.5-23.5kN/m3
①沿坝基面滑动，仅计坝体重量； ②沿深层滑动，需计入滑体内岩体重； ③用有限单元法计算时，应计入地基初始应力的影响； 假定： 1°地基中任一点的垂直应力σ(y)=γh 2°水平应力σ(x)=λγh 3°剪应力τ(xy)=0
动冰压力： 当冰破碎后，受风和水流的作用而漂流，当冰 块撞击在坝面或闸墩上时将产生动冰压力。
说明:
1°冰压力对高坝可以忽略，因为一方面水库开阔，冰易 凸起破碎，另一方面在总荷载中所占比例较小； 2°对低坝、闸墩、胸墙较为重要，它占总荷载的比重大； 3°某些部位如闸门、进水口处及不宜承受冰压力，可采取 防冰、破冰、冲气措施等。
浪压力与波浪要素、坝前水深有关。坝前水深大于半波长H＞ L/2时，波浪运动不受库底的约束，这样条件的波浪称为深水波； 水深小于半波长而大于临界水深H0，即L/2＞H＞H0时，波浪运动 受到库底影响，称为浅水波；水深小于临界水深，即H＜H0时， 波浪发生破碎，称为破碎波。
水工建筑物第3章重力坝
§3.2 重力坝的荷载及组合
• ——作用在坝体上下游面的地震动水压力均垂 直于坝面，且二者作用方向一致； • 3）地震动土压力 • ——地震主动土压力代表值FE：
cos 1 1 2 FE [q0 H H ](1 v / g )Ce cos( 1 2 ) 2
• ——地震被动土压力：需专门研究。 二、荷载组合 作用在坝上的荷载，按其性质分为基本和特殊 两种组合。
§3.2 重力坝的荷载及组合
1、基本荷载：
（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 2、特殊荷载（频率低，作用时间短） （10）校核洪水位静水压力 （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
§3 岩基上的重力坝
§3.1 概述 §3.2 重力坝的荷载及其组合 §3.3 重力坝的抗滑稳定分析 §3.4 重力坝的应力分析 §3.5 重力坝的渗流分析 §3.6 重力坝的温度应力、温度控制和裂缝防止 §3.7 重力坝的剖面设计 §3.8 重力坝的极限状态设计法 §3.9 重力坝的抗震设计 §3.10 泄水重力坝 §3.11 重力坝的地基处理 §3.12 重力坝的材料及构造 §3.13 碾压混凝土重力坝 §3.14 其他型式的重力坝
§3.2 重力坝的荷载及组合
2）坝身扬压力（见下右图）。 坝身排水管折减系数αห้องสมุดไป่ตู้=0.15-0.3
h H3 rh a3rh
H
H1
H=h1-h2
h4
h2
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时，冰层膨胀，对建筑物产生的压力。 大小： 取决于冰层厚度、开始升温时的气温及温
升率。见教材表2-18。(表中数据为单位面 积上的静冰压力，总的应乘上冰厚)。
Fp1 mfibdib
fib Kb fic
冰层厚度（m）
0.4
0.6
0 （kN/m）
85
180
215
245
280
温度、孔隙水压力等； 偶然发生的--------偶然作用如地震、校核水
位下的水压力等
可变作用是指在设计基准期内作用的量值随时间 变化与平均值之比不可忽略的作用。
水工建筑物重力坝
1、自重
坝体自重是重力坝的主要荷载之一。 W=γ×A+ω
ω--坝上永久设备重 ①沿坝基面滑动，仅计坝体重量； ②沿深层滑动，需计入滑体内岩体重； ③用有限单元法计算时，应计入地基初始应
坝基扬压力包括两部分 ①下游水深引起的浮托力； ②由水头差引起的渗透压力；
渗透压力从上游向下游逐渐消减，其变化呈抛物 线分布。扬压力对坝体稳定不利， 为减小扬压力需采取工程措施： 设帷幕
用折减系数α表示岩体构造、性质、帷幕的深度、 厚度、灌浆质量、 排水孔直径、间距、深度等因素。 设排水
水工建筑物重力坝
水工建筑物重力坝
根据动量冲量原理：单位时间内物体动量的增量
等于该物体所受外力的合力即
Fmv2mv1 t
反弧段上总水平分力和垂直分力为：
Fx gqv(cos2 cos1) Fy gqv(sin 2 sin1)
水工建筑物重力坝
5、冰压力
冰压力包括静冰压力和动冰压力 静冰压力： 寒冷地区，水库表面将结冰，当气温升高
按内部结构分
实体重力坝 宽缝重力坝 空腹重力坝
水工建筑物重力坝
§2-1 概述
按作用分
非溢流重力坝 溢流重力坝
水工建筑物重力坝
§2-1 概述
按建筑材料分
混凝土重力坝 碾压混凝土重力坝 浆砌石重力坝
水工建筑物重力坝
§2-1 概述
水工建筑物重力坝
§2-1 概述 三、重力坝设计的主要内容
1、总体布置
水工建筑物重力坝
6、泥沙压力
b、指标 淤积的泥沙逐年固结，容重和内摩擦角也 在逐年变化，很难算准，设计时可根据经 验取定，象黄河这样的多沙河流应由试验 定出。
c、计算公式
P n1 2 nhn 2tg 2(405 2 n)
水工建筑物重力坝
7.浪压力
①成因-----空气流动，带动水体，形成波浪。 ②波浪三要素
一、重力坝的工作原理及其特点
1、工作原理
①利用自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间 的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定
②利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉 应力
横 缝
排水管 灌浆帷幕
非溢流坝段 排水孔 水工建筑物重力坝 帷幕灌浆
§2-1 概述 2、重力坝的特点
①断面尺寸大，抵抗渗漏、漫顶破坏的能力强， 在各种坝型中失事率最低
水工建筑物重力坝
动冰压力： 当冰破碎后，受风和水流的作用而漂流， 当冰块撞击在坝面或闸墩上时将产生动冰压力。 当冰的运动方向垂直或接近垂直坝面时，按式(251) (2-52)计算，取其中小值。
说明：
Fb1 0.07Vdi Afic Fb2 0.5ficbdi
1°冰压力对高坝可以忽略，因为一方面水库开阔， 冰易凸起破碎，另一方面在总荷载中所占比例较小；
2、剖面设计 3、稳定分析 4、应力分析 5、构造设计 6、地基处理 7、溢流坝或泄水孔设计 8、监测设计
坝轴线 组成建筑物的位置
水工建筑物重力坝
§2-2 重力坝的荷载及其组合
一、荷载
荷载 → 作用 不随时间变化的----永久作用如自重、土压力等 随时间变化的------可变作用如水压力、扬压力、
力的影响；
水工建筑物重力坝
假定：
1°地基中任一点的垂直应力σ(y)=γh 2°水平应力σ(x)=λγh 3°剪应力τ(xy)=0
水工建筑物重力坝
2、静水压力
1°上游面垂直 2°上游面倾斜 ①挡水坝段
②溢流坝段 3°水的容重 ① 清水γ
②浑水γ(按实际情况考虑)
水工建筑物重力坝
3、扬压力 (含坝基和坝体内扬压力)
规范规定：
河床坝段 ：α=0.2～0.3 岸坡坝段 ：α=0.3～0.4
需要指出：原型观测资料表明：扬压力因受泥沙淤
积的影响随时间延长而减小，对稳定有利。
坝体内扬压力
水工建筑物重力坝
4.动水压力
溢流坝泄水时，溢流面上作用有动水压力，其 中坝顶曲线段和下游直线段上的动水压力较小，可 忽略不计。在反弧段上需根据水流动力方程求解动 水压力。
2hl(2hm)—波高； 2Ll (2Lm) –波长；
h0 (hz)—波浪中心线与静水位的距离；
水工建筑物重力坝
• a、波浪涌高2hL
2hL 0.016 Vf564D13
波浪运动不受库底影响-----------------深水波 波浪运动受库底影响，且 库水深小于临界深度Hk(Hk =(3-5 )hL)时--破碎波 水深大于临界深度Hk小于LL波浪受库底影响-浅水波 b、波长2L
2LL1.4 0(2hL)0.8
水工建筑物重力坝
c、波浪中心线距静水面的距离h。
h cth 4hL2 0 2LL
H1
LL
式中：cth为双曲余切
d、平原、滨海地区按莆田公式计算，见式（2-23、24、25）
0.45
ghm V02
0.13th0.7gVH02m0.7th0.103.t0h0108.7VggD 0V2H02m0.7
②对地形地质条件适应性强 ③泄流问题容易解决 ④施工导流容易解决 ⑤体积大便于机械化施工 ⑥结构作用明确
水工建筑物重力坝
§2-1 概述 2、重力坝的特点
⑦由于体积大，材料强度不能充分利用 ⑧底部扬压力大，对稳定不利 ⑨由于体积大，水化热不易散发，温控
要求高
水工建筑物重力坝
§2-1 概述 二、重力坝的型式
2°对低坝、闸较为重要，它占总荷载的比重大；
3°某些部位如闸门进水口处及不宜承受大冰压力的 部位，可采取冲气措施等。
水工建筑物重力坝
6、泥沙压力
①成因 水库蓄水后，入库水流流速降低并趋 于零，挟带的泥沙随流速减小而沉积 于坝前，其过程是先沉积大颗粒，而 后沉积细颗粒。
②计算 a、淤积高程 坝前淤积逐年增高，可根据河流的挟沙 量进行估算，估算年限通常为50-100年。
0.5
gTm V0
13.9
ghm V02
（2-23) （2-24)
升率。见教材表2-18。(表中数据为单位面 积上的静冰压力，总的应乘上冰厚)。
Fp1 mfibdib
fib Kb fic
冰层厚度（m）
0.4
0.6
0 （kN/m）
85
180
215
245
280
温度、孔隙水压力等； 偶然发生的--------偶然作用如地震、校核水
位下的水压力等
可变作用是指在设计基准期内作用的量值随时间 变化与平均值之比不可忽略的作用。
水工建筑物重力坝
1、自重
坝体自重是重力坝的主要荷载之一。 W=γ×A+ω
ω--坝上永久设备重 ①沿坝基面滑动，仅计坝体重量； ②沿深层滑动，需计入滑体内岩体重； ③用有限单元法计算时，应计入地基初始应
坝基扬压力包括两部分 ①下游水深引起的浮托力； ②由水头差引起的渗透压力；
渗透压力从上游向下游逐渐消减，其变化呈抛物 线分布。扬压力对坝体稳定不利， 为减小扬压力需采取工程措施： 设帷幕
用折减系数α表示岩体构造、性质、帷幕的深度、 厚度、灌浆质量、 排水孔直径、间距、深度等因素。 设排水
水工建筑物重力坝
水工建筑物重力坝
根据动量冲量原理：单位时间内物体动量的增量
等于该物体所受外力的合力即
Fmv2mv1 t
反弧段上总水平分力和垂直分力为：
Fx gqv(cos2 cos1) Fy gqv(sin 2 sin1)
水工建筑物重力坝
5、冰压力
冰压力包括静冰压力和动冰压力 静冰压力： 寒冷地区，水库表面将结冰，当气温升高
按内部结构分
实体重力坝 宽缝重力坝 空腹重力坝
水工建筑物重力坝
§2-1 概述
按作用分
非溢流重力坝 溢流重力坝
水工建筑物重力坝
§2-1 概述
按建筑材料分
混凝土重力坝 碾压混凝土重力坝 浆砌石重力坝
水工建筑物重力坝
§2-1 概述
水工建筑物重力坝
§2-1 概述 三、重力坝设计的主要内容
1、总体布置
水工建筑物重力坝
6、泥沙压力
b、指标 淤积的泥沙逐年固结，容重和内摩擦角也 在逐年变化，很难算准，设计时可根据经 验取定，象黄河这样的多沙河流应由试验 定出。
c、计算公式
P n1 2 nhn 2tg 2(405 2 n)
水工建筑物重力坝
7.浪压力
①成因-----空气流动，带动水体，形成波浪。 ②波浪三要素
一、重力坝的工作原理及其特点
1、工作原理
①利用自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间 的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定
②利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉 应力
横 缝
排水管 灌浆帷幕
非溢流坝段 排水孔 水工建筑物重力坝 帷幕灌浆
§2-1 概述 2、重力坝的特点
①断面尺寸大，抵抗渗漏、漫顶破坏的能力强， 在各种坝型中失事率最低
水工建筑物重力坝
动冰压力： 当冰破碎后，受风和水流的作用而漂流， 当冰块撞击在坝面或闸墩上时将产生动冰压力。 当冰的运动方向垂直或接近垂直坝面时，按式(251) (2-52)计算，取其中小值。
说明：
Fb1 0.07Vdi Afic Fb2 0.5ficbdi
1°冰压力对高坝可以忽略，因为一方面水库开阔， 冰易凸起破碎，另一方面在总荷载中所占比例较小；
2、剖面设计 3、稳定分析 4、应力分析 5、构造设计 6、地基处理 7、溢流坝或泄水孔设计 8、监测设计
坝轴线 组成建筑物的位置
水工建筑物重力坝
§2-2 重力坝的荷载及其组合
一、荷载
荷载 → 作用 不随时间变化的----永久作用如自重、土压力等 随时间变化的------可变作用如水压力、扬压力、
力的影响；
水工建筑物重力坝
假定：
1°地基中任一点的垂直应力σ(y)=γh 2°水平应力σ(x)=λγh 3°剪应力τ(xy)=0
水工建筑物重力坝
2、静水压力
1°上游面垂直 2°上游面倾斜 ①挡水坝段
②溢流坝段 3°水的容重 ① 清水γ
②浑水γ(按实际情况考虑)
水工建筑物重力坝
3、扬压力 (含坝基和坝体内扬压力)
规范规定：
河床坝段 ：α=0.2～0.3 岸坡坝段 ：α=0.3～0.4
需要指出：原型观测资料表明：扬压力因受泥沙淤
积的影响随时间延长而减小，对稳定有利。
坝体内扬压力
水工建筑物重力坝
4.动水压力
溢流坝泄水时，溢流面上作用有动水压力，其 中坝顶曲线段和下游直线段上的动水压力较小，可 忽略不计。在反弧段上需根据水流动力方程求解动 水压力。
2hl(2hm)—波高； 2Ll (2Lm) –波长；
h0 (hz)—波浪中心线与静水位的距离；
水工建筑物重力坝
• a、波浪涌高2hL
2hL 0.016 Vf564D13
波浪运动不受库底影响-----------------深水波 波浪运动受库底影响，且 库水深小于临界深度Hk(Hk =(3-5 )hL)时--破碎波 水深大于临界深度Hk小于LL波浪受库底影响-浅水波 b、波长2L
2LL1.4 0(2hL)0.8
水工建筑物重力坝
c、波浪中心线距静水面的距离h。
h cth 4hL2 0 2LL
H1
LL
式中：cth为双曲余切
d、平原、滨海地区按莆田公式计算，见式（2-23、24、25）
0.45
ghm V02
0.13th0.7gVH02m0.7th0.103.t0h0108.7VggD 0V2H02m0.7
②对地形地质条件适应性强 ③泄流问题容易解决 ④施工导流容易解决 ⑤体积大便于机械化施工 ⑥结构作用明确
水工建筑物重力坝
§2-1 概述 2、重力坝的特点
⑦由于体积大，材料强度不能充分利用 ⑧底部扬压力大，对稳定不利 ⑨由于体积大，水化热不易散发，温控
要求高
水工建筑物重力坝
§2-1 概述 二、重力坝的型式
2°对低坝、闸较为重要，它占总荷载的比重大；
3°某些部位如闸门进水口处及不宜承受大冰压力的 部位，可采取冲气措施等。
水工建筑物重力坝
6、泥沙压力
①成因 水库蓄水后，入库水流流速降低并趋 于零，挟带的泥沙随流速减小而沉积 于坝前，其过程是先沉积大颗粒，而 后沉积细颗粒。
②计算 a、淤积高程 坝前淤积逐年增高，可根据河流的挟沙 量进行估算，估算年限通常为50-100年。
0.5
gTm V0
13.9
ghm V02
（2-23) （2-24)