河海水工建筑物 2-3-1重力坝稳定和应力
河海水工建筑物 2-1重力坝概述
(3) 对地形、地质条件适应性好
几乎任何形状的河谷都可以修建重力坝。对地基要求高于土石坝， 低于拱坝及支墩坝。一般来说，具有足够强度的岩基均可满足要求， 因为重力坝常沿坝轴线分成若干独立的坝段，所以能较好地适应岩石 物理力学特性的变化和各种非均质的地质。当然仍应重视地基处理， 确保大坝的安全
§2-1 概述
一、重力坝的工作原理
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
坝：站住 ~ 稳定、强度 水：蓄住 ~ 防渗
二、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 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 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
笫二章 岩基上的重力坝 (CHAPTER 2 GRAVITY DAM ON ROCK FOUNDATION)
发展历史
重力坝主要依靠自重维持稳定，是一种古老而应用广泛的坝型。 19世纪以前，基本上采用毛石砌体筑坝 19世纪后期，由于新材料出现，逐渐采用混凝土筑坝。在筑坝实践和科 学试验的基础上，设计理论也不断提高 20世纪以来，由于混凝土工艺和施工机械的迅速发展，逐渐形成现代重 力坝，特点是采用有效的防渗排水措施减小扬压力，在施工中采用分缝、 灌浆和温度控制技术，可以修建高坝。特别是1930年代以后，高重力坝 日益增多，混凝土浇筑工艺日臻完善，出现了一些新坝型。
最新河海大学水利水工建筑物复试-重力坝
重力坝一、重力坝的工作原理及特点1、重力坝在水压力及其它荷载作用下必需满足：A 、稳定要求：主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足。
B 、强度要求：依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所产生的拉应力来满足。
2、重力坝的类型：（1）按构造不同分为：实体重力坝，宽缝重力坝，空腹重力坝和预应力重力坝。
（2）按作用可以分：溢流重力坝，非溢流重力坝。
（3）按筑坝材料的不同分为：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。
二，重力坝的荷载组合基本组合1：正常蓄水位情况，作用包括：①②③④⑤基本组合2：防洪高水位情况，作用包括：①②③④⑤⑦基本组合3：冰冻情况，作用包括：①②③④⑥偶然组合1：校核洪水位情况，作用包括：①④⑧⑨⑩⑾偶然组合2：地震情况，作用包括：①②③④⑤⑿重力坝按极限状态设计时一般要考虑四种承载能力极限状态：①坝趾抗压强度极限状态②坝体与坝基面的抗滑稳定极限状态③坝体混凝土层面的抗滑稳定极限状态④基岩有薄弱层时坝体连同部分坝基的深层抗滑稳定极限状态。
三 重力坝的抗滑稳定分析沿坝基面的抗滑稳定分析重力坝失稳破坏的机理：首先坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝址处基岩和胶结面出现局部区域的剪切屈服，进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸，最后形成滑动通道，导致大坝的整体失稳。
（一）抗剪强度公式：（1）当接触面呈水平时，其抗滑稳定安全系数)(∑-=U W f K S S /∑P（2）当接触面倾向上游时，其抗滑稳定安全系数∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S（二）抗剪断公式：∑∑'+-'=P A c U W f K S )(深层抗滑稳定分析（1） 单斜面深层稳定计算：如图将软弱面以上的坝体和地基视为刚体，按下式计算：∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S（2） 双斜面深层抗滑稳定计算：提高抗滑稳定性的工程措施：1） 利用水重2） 采用有利的开挖轮廓线： ① 使坝基面倾向上游。
河海大学《水工建筑学》第二章 岩基和的重力坝
第八节宽缝重力坝与空腹重力坝重力坝的主要缺点：1°扬压力大；2°材料强度不能充分利用；3°坝体体积大，水泥用量多，水化热高，散热条件差；一、宽缝重力坝宽缝重力坝的剖面型式及构造特点,见图2.35图2.35 宽缝重力坝它由实体重力坝横缝“加宽”而成，坝基渗水从宽缝处排出，使扬压力减小同时作用面积减小，比实体重力坝可节省10～20％。
②宽缝的存在增加侧向天然散热面，加快散热过程，有利于温度控制；③坝段内厚度减薄，有利于充分利用材料强度；④坝内有宽缝便于观测检查；⑤根据不同坝段的地质条件，通过改变宽缝尺寸来调节坝体重量，外观保持一致；⑥模板用量增加，倒悬模板拆装麻烦，施工复杂；⑦气温变化剧烈的地区，易产生表面裂缝；2、剖面尺寸坝段宽度L=16～24m 考虑：1°溢流坝段布置，孔数和尺寸；2°发电厂房的机组间距；3°施工条件；缝宽2S=(20～40)％L 2S↓宽缝的优点不明显；2S↑坝体腹部易产生拉应力；宽缝高: 满足施工导流、厂房引水管、稳定等要求。
–n: 可比实体重力坝略缓n=0.15～0.35–m: 可比实体重力坝略陡m=0.5～0.7–tu : 满足水力坡降和侧向传力要求；–tu=(0.08～0.12)H 不小于3m –td : 满足应力、施工和保温要求–td=3～5m 不小于2m–3、稳定和应力分析–稳定分析------方法同实体重力坝–不同之处：1°按１个坝段进行2°扬压力与实体坝不同图2.36 宽缝重力坝坝基扬压力应力分析：严格地讲是三维问题，实践经验表明：宽缝坝的应力分布接近平面状态，只是局部应力分布复杂。
分析时按两种问题处理：1°整体作为变厚度的平面问题来处理，整体应力分析用材力法，截面简化为工字形，假定坝体应力沿坝轴线厚度方向均匀分布，σy呈直线分布2°局部应力分析------头部二、空腹重力坝优点：1°有效地降低扬压力，节省工程量。
河海大学水工建筑物(重力坝)教学课件02-重力坝2 稳定应力
§3 重力坝的稳定分析
目的：验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度。
软弱夹层的安全度标准 超载法——将作用在坝体上的外荷载分级逐渐加大，直到滑动 面的抗滑稳定处于临界状态，外荷载增大的倍数即为抗滑稳定 安全系数。 强度储备法——降低软弱夹层和尾岩抗力体的抗剪参数值，直 到滑动面的抗滑稳定处于临界状态，抗剪参数的降低倍数即为 抗滑稳定安全系数。 剪力比例法——由FEM计算在设计荷载作用下滑动面上的正应 力和剪应力分布，求出滑动面上总的抗滑力和滑动力，两者的 比值即为抗滑稳定安全系数。
因此，只要该接触面上满足抗滑稳定要求，则该坝体就能 满足稳定要求。
（1）计算公式
抗滑稳定安全系数——建筑物的抗滑力与建筑物所受的滑动力之比，用 K表示。 A、摩擦公式 把滑动面看作是接触面（不是胶结面），滑动面上的抗滑力只计摩擦力， 不计凝聚力。滑动面可水平，也可倾斜。
P 式中： W P
U f
(2) 地基不均匀对坝体应力的影响
上游坝踵地基刚度较大，可能产生拉应力；相反，下游坝趾地 基刚度较大，有利于改善坝踵应力。宜将下游坝趾布置在较坚 硬的岩石上。
(3) 施工纵缝对坝体应力的影响
受浇筑能力和温度控制的限制， 需要分缝分块浇筑，纵缝要灌 浆，然后才蓄水。因此，水压 力和扬压力等由整个坝体承担， 而自重应力由独立坝块引起。 n=0，基本相同 n>0，坝踵处应力状况恶化 n<0，改善坝踵处应力状态
(4) 分期施工对坝体应力的影响
重力坝稳定及应力计算书
重力坝剖面设计及原则5.1.1剖面尺寸的确定重力坝坝顶高程，坝高H=。
为了适应运用和施工的需要，坝顶必须要有一定的宽度。
一般地，坝顶宽度取坝高的8%～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m。
B10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～，下游边坡坡率m=0～。
故上游边坡坡率初步拟定为，下游边坡坡率初步拟定为。
上游折坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄洪孔等建筑物的进口高程来定，一般折坡点在坝高的1/3～2/3附近，故初拟上游折坡点高程为。
下游折坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算得到（最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处），故初拟下游折坡点高程为。
5.1.2剖面设计原则重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的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的拉应力以满足强度要求。
非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修。
遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。
重复以上过程直至得到一个经济的剖面。
重力坝挡水坝段荷载计算5.2.1基本原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。
相关荷载组合见表。
表荷载组合表5.2.2坝体自重计算5.3.2.1坝体自重计算公式坝体自重W （KN ）的计算公式：V w c ⨯=γ（）式中：V -坝体体积(m 3)，以单位长度的坝段为单位，通常把其断面分成若干个简单的几何图形分别计算；c γ-坝体砌石的重度，一般取23kN/m 3。
水工建筑物课程设计(重力坝)
水工建筑物课程设计(重力坝)1000字一、前言重力坝是水利工程中广泛应用的水工建筑物之一，具有简单、稳定、可靠等特点。
为了能够更好地学习和理解重力坝的设计与施工，本文将结合实际工程案例，介绍重力坝的基本概念、设计要点、施工过程以及安全措施。
二、概述重力坝是指靠坝体自身的重力抵抗水压力，并使坝体能够保持在平衡状态的坝。
重力坝通常具有比较宽的顶宽、大坝底宽，以及垂直或近垂直的坝面。
三、设计要点1. 坝体稳定性重力坝的稳定性是设计的重点之一，因此坝体的自重和坝前水柱作用所产生的水压力必须能够平衡。
为了保证坝体的稳定性，需要进行相应的坝体截面优化和稳定分析。
2. 溢洪道设计溢洪道是重力坝防洪的主要措施之一，需要根据坝址洪水特征和设计洪水确定相应的溢洪道参数。
一般来说，溢洪道的设计应该充分考虑坝上游的泄洪需求，同时确保洪水能够安全地通过坝址，避免发生洪水冲毁等事故。
3. 切尾设计切尾是指将河床河岸的土质挖出，以便于坝底的施工和加强重力坝的水密性。
在切尾的设计中应该充分考虑河床河岸土质的稳定性，避免在切尾过程中发生坍塌和滑坡等不安全情况。
四、工程案例以南岸水库为例，该水库位于河南省某市，总库容为 3.3亿立方米，控制流域面积为1117.1平方千米，最大蓄水位为265.5米。
该水库为一座重力坝，具体参数如下：1. 坝址基础岩层接触深度： -76米2. 坝顶标高： 277.5米3. 坝顶长度： 534.75米4. 坝顶宽度： 10.5米5. 坝脚标高： 206米6. 坝脚长度： 342米7. 坝脚宽度： 42米8. 坝高： 71.5米五、施工过程1. 剥离坝址土层：将坝址表土和浮石剥离至基岩层，同时进行基岩凿打和清理。
2. 贴面铺垫：在坝址的基础岩层上进行界板定位和方案确认，贴面铺垫，同时进行模板安装。
3. 混凝土浇筑：进行混凝土浇筑之前，需要对混凝土原材料进行检测和质量监控，保证混凝土强度和性能符合设计要求。
河海大学水工建筑物题库
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
河海大学水工建筑物(重力坝)教学课件02-重力坝3 剖面设计
任务：选择一个既满足稳定和强度要求，又使体积最小、 施工简便、运行方便的剖面 方法：以整个工程的经济指标作为目标函数，进行优化设 计，获得最优剖面。 实际，简化分析，拟定基本剖面，核算、修改，确定剖面。
1. 基本剖面—base profile
在主要荷载作用下，满足坝基面稳定和应力控制条件的最小三角形剖面。 任务：给定坝高H，求最小坝底宽度B，即确定三角形的上下游坡度。
2、空腹重力坝 1）特点 (1) 坝基扬压力减小 (2) 空腹内可设厂房 (3) 前后退分别浇筑，天然散热， 有利于温控 (4) 前腿深嵌，有利于稳定 (5) 有利于检查、检测 (6) 可加快前期施工 (7) 结构复杂，施工复杂，设计 难度加大 (8) 钢筋用量大，模板多
2）剖面设计和稳定应力分析 按实体重力坝拟定剖面， 设置空腹，再验算调整。 稳定——验算抗滑稳定 应力——材料力学法不 适用，用有限元和结构 模型试验
3）宽缝重力坝的稳定和应力分析
稳定分析方法与实体重力坝相同， 但应以整个坝段进行分析。由于 宽缝的存在，渗流水可从宽缝排 出，所以坝底部扬压力的分布与 实体重力坝略有不同。用折线 ABC表示沿截面宽度平均的渗透 压力分布。图中上游面仍为Hg0， 在排水线上为aHg0，a为渗压系数， 与实体重力坝相应，在C点处渗 透压力为零，该点距宽缝起点的 距离约为2b，b为宽缝部位坝段 的厚度。浮托力在整个坝段截面 上均等于H2g0，H2为下游水深。
The typical cross section of power house dam section
4. 重力坝型式改进
实体重力坝的缺点： (1) 坝基扬压力大 (2) 坝体工程量大，材料强度不能充分发挥 (3) 水化热大，温控不易
重力坝稳定和应力计算
坝体强度承载能力极限状态计算及坝体稳定承载能力极限状态计算（一）、基本资料坝顶高程：m校核洪水位（P = %）上游：m下游：m正常蓄水位上游：m下游：m死水位：m混凝土容重：24 KN/m3坝前淤沙高程：m泥沙浮容重：5 KN/m3混凝土与基岩间抗剪断参数值：f `=c `= Mpa坝基基岩承载力：［f］= 400 Kpa坝基垫层混凝土：C15坝体混凝土：C1050年一遇最大风速：v 0 = m/s多年平均最大风速为：v 0 `= m/s 吹程D = 1000 m（二）、坝体断面1、非溢流坝段标准剖面(1)荷载作用的标准值计算（以单宽计算）A、正常蓄水位情况（上游水位，下游水位）①竖向力（自重）W1 = 24×5×17 = 2040 KNW2 = 24××/2 = KNW3 = ×（）2×/2 = KN∑W = KNW1作用点至O点的力臂为：/2 = mW 2作用点至O 点的力臂为： m 067.16.83226.13=⨯- W 3作用点至O 点的力臂为：m 6.58.0)10905.1094(3126.13=⨯-⨯- 竖向力对O 点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）： M OW1 = 2040× = 8772 KN ·mM OW2 = －× = － KN ·mM OW3 = －× = －445 KN ·m∑M OW = KN ·m② 静水压力（水平力）P 1 = γH 12 /2 = ×－1090)2 /2= － KNP 2 =γH 22 /2 =×2 /2 =∑P = － KNP 1作用点至O 点的力臂为： －1090)/3 =P 2作用点至O 点的力臂为： －1090)/3 =静水压力对O 点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OP1 = ×= －6089 KN·mM OP2 = ×= KN·m∑M OP = －KN·m③扬压力扬压力示意图请见下页附图：H1 = －1090 = mH2 = －1090 = m(H1 －H1) = －= m计算扬压力如下：U1 = ××= KNU2 = ××/2 = KN∑U = KNU1作用点至O点的力臂为：0 mU2作用点至O点的力臂为：/ 2－/ 3 =竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OU1 = 0 KN·mM OU2 = －×= －KN·m∑M OU = －KN·m④浪压力（直墙式）浪压力计算简图如下：由确定坝顶超高计算时已知如下数据：单位：m使波浪破碎的临界水深计算如下：%1%122ln 4h L h L L H m m m cr πππ-+=将数据代入上式中得到：013.183.02644.783.02644.7ln 4644.7=-+=πππcr H 由判定条件可知，本计算符合⑴H ≥H cr 和H ≥L m /2，单位长度上的浪压力标准值按下式计算：)(41%1Z m W Wk h h L P +=γ 式中：γw ── 水的重度 = KN/m 3其余计算参数已有计算结果。
河海大学考研复试水工建筑物复习要点
河海大学考研复试水工建筑物复习要点土石坝复习题水工建筑物水工建筑物复习题目及答案2010-06-27 11:30:32| 分类：水利相关 | 举报 | 字号订阅1.1 何为水利工程？何为水工建筑物？1.2 水利工程按承担的任务和对水的作用是如何分类的？1.3 水工建筑物主要按什么分类？并简述其分类。
第二章2.1 绘制水利工程建设系统，并指出其中的关键环节。
2.2 水利枢纽分等的依据是什么？共分为几等？2.3 水工建筑物分级的依据是什么？共分为几级？2.4 水工建筑物承受的主要荷载有哪些？并掌握自重、静水压力、扬压力的计算方法。
2.5 简述水工建筑物作用效应的分析方法。
2.6 水工建筑物工作状况有哪三种？作用效应有哪三种？效应组合有哪三种？2.7 建筑物设计安全储备的表达形式有哪两类？并详述极限状态设计的概念和类型？2.8 正确理解结构功能函数 Z=R-S的意义， Z<0 安全吗？2.9 正确理解可靠指标的含义，可靠指标越大越可靠吗？2.10 水工建筑物抗震设计含哪两部分的内容？第三章3.1 重力坝的工作特点是什么？基本剖面是何形状？一般采用什么材料？3.2 简述重力坝的优缺点。
3.3 重力坝的设计内容包括哪几个部分？3.4 简述重力坝失稳破坏的机理？3.5 掌握单滑面的抗剪强度和抗剪断公式。
3.6 简述深层抗滑稳定的计算方法类型。
3.7 岸坡坝段与河床坝段相比，抗滑稳定有何特点？3.8 简述提高坝体抗滑稳定的工程措施。
3.9 简述重力坝应力分析的方法，掌握重力坝水平截面边缘应力的计算公式，边缘主应力面于何处？为何边缘应力是首先需计算的应力？3.10 除主要荷载以外，对坝体应力的影响还有哪些因素？3.11 简述坝体温度变化的阶段？何为水热化温升和温度回降值？3.12 施工期温度引起的应力主要有哪两类？3.13 简述温度裂缝的类型和温度控制的措施。
3.14 重力坝最小剖面如何确定？常用剖面形态有哪几类？坝顶高程如何确定？3.15 重力坝极限状态设计分哪两类？其验算的主要内容是什么？3.16 掌握重力坝在水压力 ,水重 ,扬压力 ,自重荷载下的边缘应力和抗滑稳定验算。
水工建筑物重力坝答案汇总
水工建筑物重力坝答案汇总水工建筑物是指那些主要用于水利工程建设的大型工程结构，其中最为重要的一个部分就是重力坝。
本文将针对水工建筑物中的重力坝相关问题进行汇总，包括其定义、特点、设计、施工等方面，希望可以为读者提供参考和帮助。
什么是重力坝？重力坝是指一种河流、水库等填筑物质的大型水利工程，通过填筑河床两岸、水库底部及善后工作面，形成坝体阻挡水流，达到水利工程的阻挡、引导、调节、利用的目的。
重力坝是依靠其自身重力来抵抗水压和外力破坏的一种坝类型，常见于较小的河流和上游的小型水库。
重力坝的特点重力坝的主要特点如下：•坝体重量大，抵抗水压稳定性好；•体积大，输送材料量大；•底部宽度大，必须在石基上建造；•技术成熟，施工简单；重力坝的设计重力坝的设计中，需要考虑以下因素：1. 坝址地质条件坝址地质条件是重力坝设计中最基本的考虑因素，包括地形、地貌和地质构造等地质特征。
这些因素会影响坝体的质量、稳定性及其抵御水压和重量的能力。
2. 坝体形状和高度坝体的形状和高度也是影响重力坝设计的主要因素之一，通常可采取弧形、直线形和混合形等形状。
同时，根据坝的高度而定，确定坝顶与坝底宽度。
3. 垂直和水平受力重力坝的设计需要考虑坝体在垂直方向和水平方向上的受力情况，包括水压、自重、温度变化和震动等外力作用。
4. 水文特征重力坝的设计也需要考虑所处水库或河流的水文特征，包括流域水文气象、汛期特征和洪水浪特征等，以便预测所处环境下的水文情况。
5. 施工场址施工场址的选择也是重力坝设计中的重要考虑因素，包括交通便利性、天气条件和建设难度等。
重力坝的施工重力坝的施工需要先选定坝址、确定坝形及高度，采用适当的施工方法和技术配合施工。
制定合理的施工方案和施工进度是重力坝施工过程中最为重要的环节之一。
施工主要分为以下几个方面：1. 坝体开挖在选定坝址和确定坝体开挖深度后，进行大面积的挖掘；2. 石方开采石方是重力坝施工的主要材料，需要根据各自的质量、大小和地质位置等因素进行开采。
河海水工建筑物 2-3-2重力坝稳定和应力
2、边缘应力的计算
一般情况下，坝体的最大和最小主应力都出现在坝面， 在重力坝设计规范中规定，首先应校核坝体边缘应力是否 满足强度要求。(坐标系建立)
（1）正应力以压为正 （2）剪应力以微分体的拉伸对角线在
一、三象限为正 （3）力矩以逆时针方向为正
截面核心 M e W
这个关系式说明： 水平截面的宽度T的中间三分之一是 “截面核心”，当合力R作用线交于“截 面核心”以内时，上下游边缘的垂直正 应力均为正值，即压应力；
（4）边缘主应力
1 y
p sin 2 u cos 2 u
(1 n 2 ) y
pn 2
1 (1 m 2 ) y p m 2
2 p
2 p
应大于0
（5）水平截面上的边缘正应力（考虑扬压力）
3、内部应力的计算
在坝内取单位厚度微 元体，按平面问题考虑， 不计扬压力：
Fx 0, Fy 0,
x 0 x y
y y
x
c
0
（2）坝内剪应力
(4-33)
（3）坝内水平正应力
主应力等值线——主应力大小
主应力轨迹线——主应力方向
4、仅考虑扬压力作用引起的坝内应力
注意： （1）在材料力学法中，水平截面上的 扬压力是作为一种外力来处理的。 （2）根据偏心受压公式可知，在全截 面呈梯形(或三角形)的扬压力将在同一 截面上引起大小相等而符号相反的应力 分布。 （3）因此，对于沿全截面呈直线分布 的扬压力所产生的坝体应力可不必进行 专门计算，只须先不考虑扬压力的影响， 计算各点的应力，然后在正应力中分别 减去扬压力强度，而剪应力保持不变。
（2）分项系数法验算坝体强度 承载能力极限状态：基本组合和偶然组合
有限单元法进行设计时的控制标准
河海大学水利水工建筑物复试-新--坝
碾压混凝土重力坝碾压混凝土坝与常态混凝土坝相比的优点：1.工艺程序简单，可快速施工，缩短工期，提前发挥效益。
2.胶凝材料（水泥+粉煤灰、矿渣或其他具有一定活性的混合材料）用量小3.由于水泥用量少，结合薄层大仓面浇筑，坝体内部混凝土水化热温升可大大降低，从而简化了温控措施。
4.不设纵缝，节省了模板和接缝灌浆等费用，有的甚至整体浇筑不设横缝5.可使用大型通用施工机械设备，提高混凝土运输和填筑的工效。
6.降低工程造价混凝土面板堆石坝面板坝包括下列主要组成部分1、堆石体：垫层区、过渡区、主堆石区和次堆石区2、防渗系统（钢筋混凝土面板及其与河床和岸坡相连接的趾板等构成的防渗系统）(一)坝剖面与堆石体设计1．坝顶及坝坡①顶部设置L形的钢筋混凝土防浪墙，以利于节省坝体堆石量，墙高4—6m。
防浪墙与面板间要保证良好的止水连接，其底面与坝顶连接处的准堆石宽度不宜小于9m，以便浇筑面板时有足够的工作场地进行滑模设备的操作，按此设计，坝顶填筑堆石后的宽度约为5m，可以满足交通需要。
②已建的面板坝，大多数未作稳定分析。
如果面板坝部分或全部建在覆盖层上，或是坝基中存在不利的节理和软弱面时，则需根据具体情况放缓坝坡。
采用软岩筑坝，或是下游堆石体采用任意料时，也宜放缓坝坡。
堆石在高应力状态下抗剪强度有所降低，对于高堆石坝坝坡应通过计算检验其稳定性。
③面板坝上游坡采用均一坡度以利面板施工，下游坡如无特殊要求，也可不设马道。
高山峡谷区的堆石坝，下游坡常布置有“之”字形的上坝公路．这是一种比较经济的交通运输方案。
2．堆石体材料分区堆石体的材料分区有利于更合理和充分地利用开采的石料并降低造价。
库克和谢拉德提出了堆石体分区的建议(参见图5—51)：1）、②区为垫层区，直接位于面板下部，为面板提供均匀而可靠的支承，同时具有半透水性，从防渗角度出发可发挥第二道防线的作用，施工上要求较高的密实度，10吨的碾压机碾压4～6遍。
3B为主堆石区，○3C远2）、③区为堆石区，是承受水荷载的主要支撑体、○3A为过渡区，○离面板，基本上不承受水荷载，主要起稳定坝坡的作用，可用任意料填筑，为次堆石区；1A防渗土料碾压填筑或水下抛填，其作用是覆盖周边缝3）①区为防渗铺盖区，其中，○及高程较低处的面板，当周边缝张开或面板出现裂缝时，能自动淤堵恢复防渗性能，○1B可填1A起保护作用。
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分项系数法基本公式
对承载能力验算表达式为：
基本组合：
偶然组合： 0S( GGk , QQk ,k )
1
d
R( fk
m
,k )
0S( GGk , QQk , Ak , ak )
1
d
R( fk
m
, ak )
γG永久作用分项系数； γ0结构重要性系数; γQ可变作用分项系数； φ设计状况系数; GK永久作用标准值； QK可变作用标准值； αK几何参数标准值； fK材料性能标准值； γm材料性能分项系数； AK偶然作用标准值； γd结构系数
具体：
（1）坝基面抗滑稳定的承载能力极限状态：
★按承载能力极限状态校核：应按材料的标准值和荷载的标准值或代表值分别计 算基本组合和偶然组合两种情况。
★ S(*)为作用效应函数，S(*)＝∑PR ∑PR为作用于滑动面之上的全部切向（包括滑动面之上的岩体）作用之和；
★ R(*)为抗力函数，R(*)＝∑f ’R∑WR + c’R AR ∑黏W聚R滑力动。面上全部法向作用之和,f ’R坝基面抗剪断摩擦系数，c’R坝基面抗剪断
评价：该方法有长期的实践经验，目前我国重力 坝设计规范中的强度标准就是以该法为基 础的。
2°弹性理论解析法
该法的力学模型和数学解法均很严密，但前只有 少数边界条件简单的典型结构才有解。
评价：可用于验证其他方法的精确性，有重要 价值。
3°弹性理论差分法
该法力学模型严密，在数学解法上采用差分格式， 是一种近似的方法。
1、单斜面深层抗滑稳定计算
坝基深层单滑动面抗滑稳定计算可参照坝体混凝 土与基岩接触面抗滑稳定计算方法进行，抗滑稳定极 限状态计算应沿软弱结构面进行。
2、双斜面深层滑动稳定计算
a、计算方法
①令右区块体处于极限平衡状态------被动抗 力法
假定DBC块处于极限平衡状态，求 出抗力R，然后将抗力R作用在滑动块 ABD上，按抗剪断公式（或摩擦公式） 求出滑动体的稳定安全系数。抗力R方向 与分界面上的摩擦特性有关，较难确定。 近似取界面上的摩擦系数除以安全系数。
2°参数确定非常重要，f 相差0.01，坝体△V相差2万方
（1） f′、c′取用野外现场测定的 峰值的小值平均值；
（2） f 取用野外现场测定的屈服 极限值(塑性破坏型)或比例极限 值(脆性破坏型)见书p.129 。
（3）混凝土与基岩之间： f=0.5 ～0.8 f′=0.7 ～1.5， c′=0.3 ～1.5Mpa
§2-3 重力坝的稳定分析
重力坝主要是依靠自重维持稳定，其可能出现的破坏型式： 浮起 倾倒 滑动（坝基面和深层地基）
抗滑稳定是重力坝设计中的一个重要内容，包括：
（1）沿坝基面 （2）沿坝基深层 （3）岸坡坝段
一、计算假定
1、河床坝段作为平面问题处理，岸坡坝段按空间问题处理； 2、对于设置横缝的重力坝，其强度计算应按平面问题考虑，取单宽
3°可能的滑动面为水平面时，按上述公式计算；可能的滑动面倾斜 时，需将各力向可能滑动面分解。
f ( W cos U Psin )
K P cos W sin
式中： W — 全部竖向重力
P — 全部水平向作用力
U — 扬压力
— 滑动面与水平面的夹角
4° 有限单元法可以反映复杂的地基情况，利用各单元的σ 和τ计算可能滑动面上的安全系数。
• 倾向上游滑动面计算式：
（2）深层抗滑抗滑稳定的极限状态： ★仍然按承载能力极限状态校核：基本组合和偶然组合两种
情况。
★ S全(·部)＝切∑向PR（为包作括用滑效动应面函之数上，的为岩作体用和在坝深体层）滑作动用面之A和B上。的
★R（*）与∑PR表达式见公式（4-12）和（4-13）
§2-4 重力坝的应力分析与强度校核
用分项系数法进行抗滑稳定校核
0S( GGk , QQk ,k )
1
d
R( fk
m
,k )
0S( GGk , QQk , Ak , ak )
1
d
R( fk
m
, ak )
S () PR
R() fRWR CR AR
抗滑稳定 R(*) = f WR cAR 1
d 0S(*) d 0 P
评价：要求方形网格，对复杂边界适应性差。
4°弹性理论有限单元法
与差分法相反，该法力学模型是近似的，数学解法 是精确的，网格可采用三角形单元、四边形单元或两者 的组合。
评价：可处理复杂的边界条件，随着计算机的发展，
单元可划分得很细以模拟各种边界。目前大型或重要的 工程都需用该法计算，以了解坝体各部位的应力状态。
3°上述方法在地基内设想增加了一个BD软弱面，
使K降低。如果岩体坚固完整， BD面上的抗剪强度
足以承担其剪力，则按整体深层失稳核算。
稳定分析-分项系数法
i —滑动块体ABD、抗力体BCD的抗力作用比系数
R( fk
m
,k
)
1
d 0 S ( GGk , QQk ,k )
= 1 =2
上式中荷载和材料性能均采用设计值计算，因而可求得接触面抗力Q，再代入得
讨论题
本课程习题之一要求对所给的某II级重力坝非溢流坝段 最大剖面用摩擦公式和抗剪断公式校核其坝基面的抗 滑稳定性。计算结果如下：K（摩擦公式）=1.001，K （抗剪断公式）=1.81，两者均不满足规范要求，请你 对此问题提出相应的解决方案。
(五) 安全系数设计方法与极限状态设计方法
1.定值安全系数法：摩擦公式和抗剪断公式
:
2、抗剪断公式
假定坝体与坝基之间涂有一层砂浆----“粘接” 计算时考虑粘结力的作用，故抗剪断公式为:
说明：
1°上述二个抗滑稳定计算公式在不同的假定前提下得到
摩擦公式：形式简单，概念明确，计算方便 (安全裕度 含在假定中，k =1.0并不意味着处于临界状态)
抗剪断公式：物理概念明确，也较符合实际，是近年来发展的趋势， 《规范》也推荐采用，应注意抗剪断参数的选用。
3、重力坝基础存在深层多滑动面情况
对每一条块，分别计算抗力函数R和作用函数S
(三) 岸坡坝段的稳定分析
对于岸坡坝段，除沿上下游方向有滑动的趋向外， 坝体在自重作用下还有沿岸坡下滑的趋势，这就构成 了三维受力状态，其稳定性不如河床坝段，需进行稳 定验算。
(四) 增稳措施
1°利用水重； 2°将坝基开挖成向上游倾斜的斜面； 3°当节理面倾向下游时，在坝踵下设齿墙，增加滑动体重量也增大抗力； 4°设排水系统减小扬压力； 5°加固地基(如进行固结灌浆提高强度参数)； 6°予应力锚固。
推荐：《水工设计手册》第5卷混凝土坝，2011
特点：
与原设计规范相比，用概率极限状态设计法代替了定值设计 法，用分项系数极限状态表达式代替单一安全系数表达式。 即
以结构重要性系数γ０、设计状况系数φ、作用分项系数γｆ 、
材料性能分项系数γｍ和结构系数γｄ、抗力作用比系数来代
替设计的安全系数K。
一、应力分析的目的与方法
目的：检验大坝在施工期与运用期是否 满足强度要求，同时也为进行坝体混凝土 分区和某些部位的配筋等提供依据。
方法：材料力学法 ★ 弹性理论差分法 弹性理论有限元法 模型试验法
1°材料力学法(重力法)
这是一种历史悠久、应用最广、最简便的方法。 它不考虑地基变形的影响，假定：
σy呈直线分布 σx呈三次抛物线分布 τ呈二次抛物线分布
(二)深层抗滑稳定分析
地基内一般都存在着软弱夹层或缓倾角断面，坝 体挡水后，除了会沿接触面滑动外，还有可能沿断层、 夹层等薄弱面产生滑动。需讨论坝体沿深层抗滑稳定 问题，目前关于深层滑动至今尚没有成熟的方法。常 用的方法有如下三种即：
刚体极限平衡法 有限单元法 地质力学模型试验法
包含： 1、单斜面深层滑动的计算 2、双斜面深层滑动
特点：概念清楚，不需试算，但ABD
和BCD块的安全系数不同，不合理。 ②令K1=K2----等安全系数法
按ABD块和DBC块具有相等的抗滑稳 定全系数考虑。
特点：更合理，计算较繁。
被动抗力法 等安全系数法
b、说明：
1°上述二种方法求出的K差别较大；2°R的Leabharlann 角对K的影响较大, =0时，K最小；
(与左右块体分界面上的摩擦特性有关，很难精确 确定)；
2. 极限状态设计方法/分项系数法特点： 公式来源：
电力行业标准DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》于2000年7 月起开始实施，它是按国家标准GB50199-94《水利水电工程结构可 靠度设计统一标准》规定的原则进行全面编制修订的。 现在执行NB/T35026-2014 混凝土重力坝设计规范和SL319-2018混凝 土重力坝设计规范。
坝体或一个坝段，作为固结于地基上的变截面悬臂梁进行计算； 3、假定为一根固结于基础上的变截面悬臂梁。
二、稳定分析-单一（定值）安全系数法
(一)沿坝基面的抗滑稳定分析 假定坝体与坝基的连接有三种物理模式 “触接”、“粘接”、“咬接”
1、摩擦公式
认为坝底光滑，坝基光滑，坝直接放置在基岩上-“触接”
故抗滑稳定计算公式：