第三章 岩基上的重力坝概论知识共71页
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第三章 重力坝
四 重力坝类型
(一）按结构分 1实体重力坝（solid gravity dam) 优点：设计施工方便，结构简单，应力分布明确。 缺点：内部应力小，材料浪费，坝基扬压力大。 2宽缝重力坝（slotted gravity dam） 优点：扬压力小，工程量小，便于坝内检查。 缺点：施工复杂，模板用量大。 3空腹重力坝（laced gravity dam） 优点：进一步降低扬压力，内部可设厂房。 缺点：施工复杂，腹孔附近存在一定的拉应力区， 需配钢筋。 4预应力重力坝、装配式重力坝
水 流 方 向
第二节 重力坝的荷载
一、荷载
荷载 －－ 作用； 作用在重力坝上的主要荷载有:坝体自重、上下游坝面上的水压 力、扬压力、浪压力、土压力（泥沙压力）、地震荷载及冰压 力等。
1自重（dead load/dead weight）
坝体自重W是重力坝的主要荷载之一。
W=γ×V+ω
γ 为材料容重，V为坝的体积，ω 为坝上永久设备重。
（2）动冰压力
当冰块的运动方和与坝轴线的交角80º ~90º 时，动冰压力为
pba KbVbdb Ab
式中：Vb－冰块流速，一般不大于0.6m/s；db和Ab分别为冰块 厚度和面积；Kb为系数，与冰的抗碎强度有关。
二、荷载组合
1、荷载特点
（1）除自重外，其它荷载是随机变量 （2）荷载的遇合机率 校核水位、地震； 浪压力等（与静冰压力不同时存在）。
f
式中：AK，γd2 －偶然作用代表值、偶然组合结构系数。
（2）正常使用极限状态 短期组合： 0 Ss (GK , QK , f K , K ) C1 d 3 长期组合：
0 S1 (GK , QK , f K , K ) C2 d 4
岩基上的重力坝
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.略去横缝作用，以单宽计算； 3.假定为一根固结与基础上旳变截面悬臂梁。 二.稳定分析 ㈠沿坝基面旳抗滑稳定分析 假定坝体与坝基旳连接有三种物理模式 “触接” “粘接” “咬接”
1.简朴接触——摩擦公式
以为坝底光滑，坝基光滑，坝直接放置在岩基上
y呈直线分布， x 呈三次抛物线分布， 呈二次
抛物线分布。
B.弹性理论解析法 该法旳力学模型和数学解法均很严密，但前只有 少数边界条件简朴旳经典构造才有解答。
C.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， 是一种近似旳措施。
D.弹性理论旳有限单元法 与差分法相反，该法力学模型是近似旳，数学解 法时精确旳，网格可采用三角形单元，四边形单 元或两者旳组合。
期和运营根据，如孔口，廊道等 部位旳配筋；
④为改善构造形式和科学研究提供根据。
2.分析措施
模型试验法
理论计算法
⑴模型试验法
光测措施 如：偏振光弹性试验
偏光全息试验
脆性材料电测法
⑵理论计算法
A.材料力学法（重力法）
这是一种历史悠久，应用最广最简便旳措施， 它不考虑地基变形旳影响，假定：
力三个主要荷载作用下，满足稳定和应力要求并 使其剖面最小旳三角形剖面。
三.剖面形态 有三种常用形态，如下图所示：
四.实用剖面 1.坝顶高程计算公式
h h1% hz hc
h —防浪墙至正常蓄水位或校核洪水位旳高差，m；
—累积频率为1%旳波浪高度，m；
h1%—波浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位旳高差，
⑶帷幕灌浆：为了降低坝基渗透压力，降低渗流量。 深度：相对隔水层浅时，打至隔水层内3~5m；相 对隔水层深时，打至（0.3~0.7）倍坝高。
重力坝
第三章岩基上的重力坝主要内容1、概述重力坝的概念，重力坝的工作原理，重力坝的类型。
2、重力坝的应力分析作用在重力坝上的荷载及其组合；应力分析方法；用材料力学法推导重力坝的应力计算公式。
3、非溢流重力坝的剖面设计重力坝的基本剖面，非溢流重力坝的实用剖面，溢流重力坝的消能防冲设施。
4、重力坝的抗滑稳定计算重力坝失稳破坏的机理；抗剪强度公式、抗剪断公式；摩擦系数和凝聚力的现场测定；深层抗滑稳定；岸坡抗滑稳定；提高坝体抗滑稳定性的措施。
5、重力坝的渗流分析（另有专题讲授）渗流计算的基本方程和求解过程；有限单法求解势水头函数，渗流体积力的计算。
6、重力坝的温度应力、温度控制和裂缝的防止（另有专题讲授）温度变化曲线、分析该曲线；重力坝的温度裂缝形成的原因、类型及防止措施。
7、重力坝的剖面设计设计的原则及极限状态设计表达式。
8、溢流重力坝（另有专题讲授）溢流重力坝工作特点，结构型式，消能防冲设施，细部构造。
9、其它内容：重力坝的可靠度设计（另有专题讲授），抗震设计，地基处理，材料及其构造。
§3-1§3-1概述教学内容重力坝的概念，重力坝的工作原理，重力坝的类型教学重点：掌握重力坝的工作原理，了解重力坝的类型教学过程［导入新课］首先请学生举例所了解的重力坝，接着展示我国部分著名重力坝，介绍重力坝在我国的建设情况，激发学生对重力坝的学习热情。
三峡工程丹江口水利枢纽刘家峡大坝［讲授新课］1、重力坝的概念（板书）重力坝是靠自重维持其稳定的坝。
由砼或浆砌石修筑，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。
（材料、工作原理、基本剖面）图3-1 典型重力坝2、重力坝的安全工作准则（板书）稳定——不滑动。
主要依靠坝体自重产生的抗滑力（与基岩的摩擦力）来抵消坝前水推力。
强度——不出现拉应力。
依靠坝体自重产生的压应力来抵消水压力引起的拉应力来满足强度要求。
3、重力坝的类型（板书）(1)(1)按构造不同分为：实体重力坝，宽缝重力坝，空腹重力坝、预应力重力坝。
岩基上的重力坝课件
研究展望及未来发展趋势
进一步完善岩基上重力坝的设计 理论、施工技术和运行管理方法 ，提高大坝的安全性和可靠性。
加强地震作用下岩基上重力坝的 响应机制和抗震性能研究，为高 烈度地区的大坝建设提供理论支
持和技术保障。
开展新材料、新工艺、新方法的 研究和应用，提高大坝建设的效 率和质量，推动水利水电工程领
03
重力坝设计原理
重力坝的结构与特点
结构
重力坝主要由坝体、坝基和坝肩三部 分组成，坝体是挡水的主要部分，坝 基是承受水压力和传递力的结构，坝 肩则提供支撑和分散荷载。
特点
重力坝具有结构简单、安全可靠、运 行维护费用低等优点，但同时也存在 体积大、材料用量多、施工周期长等 缺点。
坝体应力分析
应力分类
重力坝设计特点
坝高100m，坝长300m，采用 混凝土重力坝结构，设计考虑了 坝基岩石的强度、稳定性及渗流 等因素，确保了大坝的可靠性和
安全性。
施工工艺与技术
施工期采用了深孔台阶爆破法进 行坝基岩石开挖，确保了坝基的 完整性；混凝土浇筑采用泵送混
凝土工艺，提高了施工效率。
某大型水电站重力坝抗震设计
重力坝的应力主要包括坝体内部 的自重应力、水压力和温度应力 等。
应力计算
通过对坝体进行应力计算，可以 确定坝体的应力分布情况，从而 为坝体的设计和优化提供依据。
坝体位移分析
位移类型
重力坝的位移主要包括水平位移和竖向位移。
位移计算
通过对坝体进行位移计算，可以确定坝体的位移分布情况，从而为坝体的设计 和优化提供依据。
岩基稳定性分析
岩基稳定性评价标准
根据岩体的地质条件、力学性质以及水文地质条件等因素，建立 稳定性评价的标准和依据。
第三章重力坝
重力坝一般分成若干独立坝段
坝体内设置排水管幕，设置各种廊道； 坝基内设置防渗帷幕、排水孔幕。
重力坝的优点：
（1）结构作用明确，设计方法简便，安全可靠。 （2）对地形、地质条件适应性强。 （3）枢纽泄洪问题容易解决。 （4）便于施工导流。 （5）施工方便。
重力坝缺点：
（1）坝体剖面尺寸大、材料用量多。 （2）坝体应力较低 ，混凝土抗压强度没有充分发挥。 （3）坝体与地基接触面积大，坝底扬压力大，对稳定不利。
3.1.1 重力坝的特点
现代重力坝构造特点：
（1）基本剖面为三角形。 （2）坝轴线一般为直线，也可为折线或曲率不大的拱形（向
上游）。 （3）一般分成若干独立坝段。
（4）坝体内设置排水管幕，设置各种廊道；坝基内设置防渗 帷幕、排水孔幕。
重力坝基本剖面为三角形
坝轴线一般为直线
坝轴线也可为折线
坝轴线也可为曲率不大的拱形
q
g
v
(con2
con1
)
c
PV
pds cos
d
1 pR cos d 2
pR(sin1 sin 2 )
q
g
v
(sin
1
s
in
2
)
3.2.1.5 波浪压力
波浪压力作为静水压力之外的一种附加水压力计算。
波浪三要素：波高 hl、波长 L 、雍高 hz 。
质量为m、半径为R、速度为V的圆周运动：
离心力 T m V 2 R
水体沿曲面运动的离心力产生动水压力。
v2 dm pds
R
dm qdt
g
p q v
第三章 岩基上的重力坝概论知识
--精品--
--精品--
温度裂缝的类型? 重力坝的裂缝多是由温度应力引起的，可分为 贯穿性裂缝和表面裂缝两类。
--精品--
--精品--
思考：防止温度裂缝的措施？
砼浇筑前、浇筑中、浇筑后？
混 凝 土 拌 和 楼
--精品--
(二)防止温度裂缝的措施
1、加强温度控制。
（1）降低混凝土的浇
混 凝
筑温度。如：
温度作用效应：当气温或水温发生变化，使结 构产生膨胀或收缩，当变形受到约束时，在结构内 部将产生温度应力。结构由于温度变化产生的应力、 变形、位移等，称为温度作用效应。
--精品--
混凝土结构的温度变化过程可分为三个阶段： ①上升期（早期）。自混凝土入仓浇筑开始至 水泥水化热作用基本结束。 ★主要发生在浇筑完成后3-7天内。上升温差 值一般为15-25°，最高可达36 °。
土 拌
和
★ 采用预冷骨料和加
楼
冰屑拌制混凝土；
★采用低热水泥； ★运输过程中的隔热 保温等。避免夏季拌好的 砼在入仓浇筑前长时间暴露。
--精品--
1、加强温度控制。
（2）减少混凝土水化热温升。
★采用冷却水管；
★减少浇筑层厚度；
★延长浇筑块之间的间歇时间；
★加入粉煤灰等掺和料及
减水剂等外加剂；
浇
★采用中、低热水泥；
--精品--
（3）按坝顶是否泄水：分为溢流重力坝和非 溢流重力坝段。
坝体设有泄水孔的 坝段和溢流坝统称
为泄水重力坝。
--精品--
--精品--
--精品--
--精品--
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三峡大坝--精品泄-- 洪孔
--精品--
--精品--
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温度裂缝的类型? 重力坝的裂缝多是由温度应力引起的，可分为 贯穿性裂缝和表面裂缝两类。
--精品--
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思考：防止温度裂缝的措施？
砼浇筑前、浇筑中、浇筑后？
混 凝 土 拌 和 楼
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(二)防止温度裂缝的措施
1、加强温度控制。
（1）降低混凝土的浇
混 凝
筑温度。如：
温度作用效应：当气温或水温发生变化，使结 构产生膨胀或收缩，当变形受到约束时，在结构内 部将产生温度应力。结构由于温度变化产生的应力、 变形、位移等，称为温度作用效应。
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混凝土结构的温度变化过程可分为三个阶段： ①上升期（早期）。自混凝土入仓浇筑开始至 水泥水化热作用基本结束。 ★主要发生在浇筑完成后3-7天内。上升温差 值一般为15-25°，最高可达36 °。
土 拌
和
★ 采用预冷骨料和加
楼
冰屑拌制混凝土；
★采用低热水泥； ★运输过程中的隔热 保温等。避免夏季拌好的 砼在入仓浇筑前长时间暴露。
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1、加强温度控制。
（2）减少混凝土水化热温升。
★采用冷却水管；
★减少浇筑层厚度；
★延长浇筑块之间的间歇时间；
★加入粉煤灰等掺和料及
减水剂等外加剂；
浇
★采用中、低热水泥；
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（3）按坝顶是否泄水：分为溢流重力坝和非 溢流重力坝段。
坝体设有泄水孔的 坝段和溢流坝统称
为泄水重力坝。
--精品--
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三峡大坝--精品泄-- 洪孔
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重力坝
（2）坝身扬压力: 坝身排水管折减系数: α=0.15～0.2
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。
图 3－7 动水压力计算简图
PH
q
g
V
(cos
2
cos 1 )
实体重力坝
校核洪水位 正常蓄水位
403.11 400.00
பைடு நூலகம்
8
406.50 坝顶高程
270.00
河床高程 190.00 灌浆帏幕 灌浆
1:0.20
排水管
廊廊道
171m
排水孔
1:0.70
262.30 校核洪水位
宽缝重力坝
A A
防渗帷幕
排水管
A
宽缝
AA
空腹缝重力坝
廊道 防渗帷幕
排水管
空腹 排水孔
三、 优缺点
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；
基本剖面呈三角形。
在平面上，坝轴线通常呈直线，有时也可布置呈折线或 曲率不大的拱向上游的拱形。
用横缝（1～2cm）将坝体分隔成若干个独立工作的坝段， 见图3–1。
二、重力坝的类型
1.实体重力坝:三峡、三门峡等 2.宽缝重力坝:新安浆、丹江口、盐锅峡、潘家口等 3.空腹重力坝:石泉、岱峪（浆砌石）等
官厅水库经验公式：
官厅水库公式适用于Vo < 20m／s 及 D < 20km的山区峡谷水
库。
波高
波长
壅高 式中：
hz
hl2
L
cth 2H
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。
图 3－7 动水压力计算简图
PH
q
g
V
(cos
2
cos 1 )
实体重力坝
校核洪水位 正常蓄水位
403.11 400.00
பைடு நூலகம்
8
406.50 坝顶高程
270.00
河床高程 190.00 灌浆帏幕 灌浆
1:0.20
排水管
廊廊道
171m
排水孔
1:0.70
262.30 校核洪水位
宽缝重力坝
A A
防渗帷幕
排水管
A
宽缝
AA
空腹缝重力坝
廊道 防渗帷幕
排水管
空腹 排水孔
三、 优缺点
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；
基本剖面呈三角形。
在平面上，坝轴线通常呈直线，有时也可布置呈折线或 曲率不大的拱向上游的拱形。
用横缝（1～2cm）将坝体分隔成若干个独立工作的坝段， 见图3–1。
二、重力坝的类型
1.实体重力坝:三峡、三门峡等 2.宽缝重力坝:新安浆、丹江口、盐锅峡、潘家口等 3.空腹重力坝:石泉、岱峪（浆砌石）等
官厅水库经验公式：
官厅水库公式适用于Vo < 20m／s 及 D < 20km的山区峡谷水
库。
波高
波长
壅高 式中：
hz
hl2
L
cth 2H
水利建筑物重力坝ppt课件
精选ppt课件2021
11
第一节 概 述
2.重力坝的荷载组合 (1) 基本荷载组合： 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）於沙压力 5）相应的浪压力（50年一遇风速） 6）土压力 7）冰压力（不能和浪压力重和）
精选ppt课件2021
12
第一节 概 述
1、计算截面：坝基面 或者坝体薄弱面
选择受力大，抗剪强度较低，最容易产生滑动的截面 作为计算截面。重力坝抗滑稳定计算主要是核算坝基 面及碾压混凝土层面上的滑动稳定性。另外坝基内有 软弱夹层、缓倾角结构面时，也应核算其深层滑动性
精选ppt课件2021
19
第二节 重力坝的稳定分析
2、抗滑稳定分析方法
分析时，以一个坝段或取单宽米计算。 单一的安全系数法： 计算公式有抗剪强度
3.枢纽泄洪容易解决，便于枢纽布置；施工导 流方便，便于机械化施工。
4.结构作用明确，应力、稳定计算比较简单。
精选ppt课件2021
9
第一节 概 述
缺点：
1.剖面尺寸大，水泥石料等用量多。 2.坝体应力低，材料强度不能充分发挥。
坝体不同区域应采用不同强度等级和耐久性的材料. 3.扬压力影响大，对稳定不利。会减轻
公式和抗剪断公式
分项系数法极限状态设计方法： 《混凝土重力坝设计规范》DL 5108—1999
规定，重力坝的抗 滑稳定承载能力极限状 态进行计算，认为滑动面为胶结面，滑动体 为刚体。
精选ppt课件2021
20
第二节 重力坝的稳定分析
二、单一的安全系数计算法 （一）抗剪公式 a、滑动面水平时：
Ks = f(∑W-U)/ ∑P
表面滑动 浅层滑动
岩基上的重力坝
§3.2 重力坝的荷载及组合
8、温度作用
——温度作用效应：坝体温度变化会产生膨胀或收缩， 当变形受到约束时，将会产生温度应力。结构由于 温度变化产生的应力、变形、位移等，称为温度作 用效应。
——热量来源：气温、日照、水温、水泥的水化热等。
9、风作用
——风能引发开阔水域形成波浪；
——风作用在建筑物表面产生风压力；
§3.2 重力坝的荷载及组合
• 3、扬压力
1）扬压力组成：上浮力+渗流压力；上浮力由坝体下 游水深产生的浮托力；渗流压力，即坝底扬压力， 形成原因：①上下游水位差；②砼、岩石都是透水 材料——砼的孔隙等缺陷、岩石的节理与裂隙等。
由于基岩节理裂隙很不规则，难以求出坝底扬压力 的准确分布，故通常假定扬压力从坝踵到坝趾成直 线变化。
稳定问题的种类：
——抗滑稳定：坝体沿抗剪能力不足的薄弱面产生滑动；
——抗浮稳定：坝体在上、下游水荷载作用下，产生向 上浮起破坏形式；
——抗倾稳定：上游坝踵以下岩体受拉产生斜裂缝及坝 趾以下岩体受压发生压碎而产生倾倒滑移破坏形式。
§3.3.1重力坝抗滑稳定分析概述
§3.3.1重力坝抗滑稳定分析概述
驰名中外的长江三峡工程
丰满大坝 万家寨大坝
江垭大坝
石泉大坝
新安江大坝
§3.1 概述
2、重力坝的优点及缺点： ——优点：
1）安全可靠。抵抗水的渗漏、洪水漫顶、地震或战 争破坏的能力都比较强，因而失事率较低，但剖面尺 寸较大。
2）对地形、地质条件适应性强，坝体作用于地基面 上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低，低 坝甚至可修建在土基上。
§3.2 重力坝的荷载及组合
• ——竖向地震惯性力代表值：仍用水平向计算公式，但需用
01岩基上的重力坝解析
（三）横缝的布置 溢流坝段的横缝有两种布置方式：①缝设在闸墩中间；②缝设在溢流孔跨中。
四、溢流面曲线和剖面设计 （一）溢流面曲线
溢流坝面曲线由顶部曲线段、中间直线段、和下部反弧段三部分组成。
（二）溢流重力坝剖面设计
五、消能工的形式与设计
（一）概述
（1）消能工的设计原则。①尽量使下泄水流的大部分动能消耗于水流内部紊动及水流与空气的摩擦 中；②不产生危及坝体安全的河床冲刷或岸坡局部冲刷；③下泄水流平稳，不影响枢纽中其他建筑 物的正常运行；④结构简单，工作可靠；⑤工程量小，经济。
-
2（4） 1（7）
-
殊
组
合
（2）地震 情况
1（1） 1（2） 1（3） 1（4） 1（5）
-
-
1（7） 2（5）
第四节 重力坝的稳定分析
岩基上的重力坝常见的失稳形式有两种。一种是沿坝体抗剪能力不足的薄弱面滑动，这种薄弱面 包括坝体与坝基的接触面和坝基岩体内有连续的断层破碎带。另一种是在各种荷载作用下，上游坝 踵出现拉应力导致裂缝，或下游坝趾压应力过大，超过坝基岩体或坝体混凝土的允许强度而被压碎， 从而产生倾覆破坏。
（2）消能工形式。常用的消能工型式有底流消能、挑流消能、面流消能及消力戽消能及联合式消能。 （3）设计洪水标准。
（二）挑流消能
挑流消能是通过挑流鼻坎将高速水流自由抛射远离坝体，并利用水舌在空中扩散、掺气以及水 舌跌入下游水垫内的紊动扩散消耗能量。
这种消能方式具有结构简单、工程造价省、施工检修方便等优点；但下泄水流会形成雾化，尾水 波动较大，且下游冲刷较严重，冲刷坑后形成堆丘等。
第二节 溢流重力坝
一、溢流重力坝的工作特点 （1）有足够的孔口尺寸、良好的孔口体型和较大的流量系数，以满足泄洪能力要求。 （2）体型和流态良好，使水流平顺地流过坝体，控制不利的负压和振动，避免产生空蚀现象。 （3）满足消能防冲要求，保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷。 （4）溢流坝段在枢纽中的布置，应使下游流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物的正 常运行。 （5）有灵活控制水流下泄的机械设备，如闸门、启闭机等。
四、溢流面曲线和剖面设计 （一）溢流面曲线
溢流坝面曲线由顶部曲线段、中间直线段、和下部反弧段三部分组成。
（二）溢流重力坝剖面设计
五、消能工的形式与设计
（一）概述
（1）消能工的设计原则。①尽量使下泄水流的大部分动能消耗于水流内部紊动及水流与空气的摩擦 中；②不产生危及坝体安全的河床冲刷或岸坡局部冲刷；③下泄水流平稳，不影响枢纽中其他建筑 物的正常运行；④结构简单，工作可靠；⑤工程量小，经济。
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殊
组
合
（2）地震 情况
1（1） 1（2） 1（3） 1（4） 1（5）
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第四节 重力坝的稳定分析
岩基上的重力坝常见的失稳形式有两种。一种是沿坝体抗剪能力不足的薄弱面滑动，这种薄弱面 包括坝体与坝基的接触面和坝基岩体内有连续的断层破碎带。另一种是在各种荷载作用下，上游坝 踵出现拉应力导致裂缝，或下游坝趾压应力过大，超过坝基岩体或坝体混凝土的允许强度而被压碎， 从而产生倾覆破坏。
（2）消能工形式。常用的消能工型式有底流消能、挑流消能、面流消能及消力戽消能及联合式消能。 （3）设计洪水标准。
（二）挑流消能
挑流消能是通过挑流鼻坎将高速水流自由抛射远离坝体，并利用水舌在空中扩散、掺气以及水 舌跌入下游水垫内的紊动扩散消耗能量。
这种消能方式具有结构简单、工程造价省、施工检修方便等优点；但下泄水流会形成雾化，尾水 波动较大，且下游冲刷较严重，冲刷坑后形成堆丘等。
第二节 溢流重力坝
一、溢流重力坝的工作特点 （1）有足够的孔口尺寸、良好的孔口体型和较大的流量系数，以满足泄洪能力要求。 （2）体型和流态良好，使水流平顺地流过坝体，控制不利的负压和振动，避免产生空蚀现象。 （3）满足消能防冲要求，保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷。 （4）溢流坝段在枢纽中的布置，应使下游流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物的正 常运行。 （5）有灵活控制水流下泄的机械设备，如闸门、启闭机等。
第3章 重力坝1-4节
（2） 波浪压力
☻深水波：当H > L／2时，波浪运动不受库底的约束。 ☻浅水波： L／2 > H > Ho 时，波浪运动受到库底影响。 ☻破碎波： H < Ho 时，波浪发生破碎，称为破碎波。 临界水深Ho为：
H0 L 2hl L ln[ ] 4 L 2hl
（1）深水波，见图（a）。
②计算 a、淤积高程：坝前淤积逐年增高，可通过 数学模型计算及物理模型试验，并比照类似工 程经验，分析推定设计基准期内坝前的淤积高 程。年限通常为50-100年。 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，一般按式 （3–11）计算。
s 1 2 2 Ps sb hs tg (45 ) 2 2
于静水面产生的壅高为hz。
（1）波高、波长
当波浪推进到坝前，由于铅直坝面的反射作用
而产生驻波，波高为2hl，而波长仍保持L不变。
图3–8
波浪几何要素及吹程
（a）波浪要素；（b）、（c）波浪吹程
（波浪要素计算）官厅水库经验公式：
式中:
Vo——风速(m/s)，水库为正常蓄水位和设计洪水位时， 宜采用相应季节50年重现期的最大风速；校核洪水位时，宜 采用相应洪水期最大风速的多年平均值； D——吹程(km)，为自坝前（风向）到对岸的距离，当吹 程内水面有局部缩窄，若缩窄处的宽度B小于12倍波长时，近 似地取吹程D＝5B。
壅高
2H hz cth L L
hl2
式中:H——坝前水深，以m计。 官厅水库公式适用于Vo < 20m／s 及 D < 20km的山区峡 谷水库。 按式 hl 0.0166V0 5 / 4 D1/ 3 算出累计频率为5%的波高h5%，要
第三章 重力坝-3概论
●止水片及沥青井需伸入岩基一定深度，约 30~50cm，井内填满沥青沙，止水井延伸到最高 水位以上，沥青井需延伸到坝顶；
●沿溢流面，坝体下游最高水位以下和穿越横缝的 廊道和孔洞周边均需设止水井。
沥青沙
伸入岩基约30~50cm
横缝止水构造示意
l一第一道止水铜片；2一沥青井；3一第二道止水片；4一廊道止 水；5一横缝；6一沥青麻片；7一电加热器；8一预制混凝土块
五、断层、软弱夹层和溶洞的处理
2、软弱夹层的处理
软弱夹层的影响：
软弱夹层较薄，遇水易泥化、软化，使坝基抗剪强度降 低，影响坝体抗滑稳定性。
处理方法：
浅埋夹层：明挖换基，即挖去夹层回填砼。 深埋夹层：
埋深较浅时：坝踵做砼深齿墙以切断夹层(Fig3-13) 埋深较深时：
•于夹层做砼塞(Fig3-81a)； •坝趾后设深齿墙，适用于建设中发现夹层的加固处理(Fig3-81b) •坝趾下游设抗滑桩，作用不明确； •坝趾下游岩体埋设预应力锚索,适用于建成后加固处理(Fig3-81c)。
固结灌浆的布置方式：
●平面上呈梅花状或方格状 ●孔距：基面中部10～20m往前后逐渐加密到3～4m ●孔深：一般5～8m，帷幕上游区8～15m。 ●孔向：一般铅直，也可垂直主要裂隙面，但倾斜不能太大 ●灌浆压力：无混凝土盖重时为0.2—0.4MPa；有混凝土盖重时 为0.4—0.7MPa。
三、帷幕灌浆
三、重力坝的分缝、分块
2）临时性横缝：
●主要用于下述情况: ①河谷狭窄，做成整体重力坝可适当发挥两岸的支撑作用，有 利于坝体的强度和稳定； ②岸坡较陡的各坝段连成整体可以改善岸坡的稳定性； ③在软弱破碎带上的各坝段，连成整体增加坝体刚度； ④强地震区，将坝段连成整体，可提高坝体的抗震性能。
●沿溢流面，坝体下游最高水位以下和穿越横缝的 廊道和孔洞周边均需设止水井。
沥青沙
伸入岩基约30~50cm
横缝止水构造示意
l一第一道止水铜片；2一沥青井；3一第二道止水片；4一廊道止 水；5一横缝；6一沥青麻片；7一电加热器；8一预制混凝土块
五、断层、软弱夹层和溶洞的处理
2、软弱夹层的处理
软弱夹层的影响：
软弱夹层较薄，遇水易泥化、软化，使坝基抗剪强度降 低，影响坝体抗滑稳定性。
处理方法：
浅埋夹层：明挖换基，即挖去夹层回填砼。 深埋夹层：
埋深较浅时：坝踵做砼深齿墙以切断夹层(Fig3-13) 埋深较深时：
•于夹层做砼塞(Fig3-81a)； •坝趾后设深齿墙，适用于建设中发现夹层的加固处理(Fig3-81b) •坝趾下游设抗滑桩，作用不明确； •坝趾下游岩体埋设预应力锚索,适用于建成后加固处理(Fig3-81c)。
固结灌浆的布置方式：
●平面上呈梅花状或方格状 ●孔距：基面中部10～20m往前后逐渐加密到3～4m ●孔深：一般5～8m，帷幕上游区8～15m。 ●孔向：一般铅直，也可垂直主要裂隙面，但倾斜不能太大 ●灌浆压力：无混凝土盖重时为0.2—0.4MPa；有混凝土盖重时 为0.4—0.7MPa。
三、帷幕灌浆
三、重力坝的分缝、分块
2）临时性横缝：
●主要用于下述情况: ①河谷狭窄，做成整体重力坝可适当发挥两岸的支撑作用，有 利于坝体的强度和稳定； ②岸坡较陡的各坝段连成整体可以改善岸坡的稳定性； ③在软弱破碎带上的各坝段，连成整体增加坝体刚度； ④强地震区，将坝段连成整体，可提高坝体的抗震性能。
03第三章--重力坝课件(3
x
kP
REc 1
(T j
Td )
Eck p kq 1
ATr
式中 Ec——砼的弹性模量，kPa； µ——砼的泊松比； α——砼的线胀系数，1/℃；
kP——由砼徐变引起的应力松弛系数，如无 专门试验资料，可取0.5； kq——考虑早期升温阶段的压应力折减系数， 可用0.75～0.85； R——反应基岩对砼块体约束程度的约束系 数，见表3–7和表3–8； A——系数，可从图3–40中查得。
三个未知数，因此，还需要补充一个条件。根据假定
σy按直线分布，且已知
W 6 M
yu、d B B2
的边界条件，因此可先
确定σy，再确定σx、
1．坝内水平截面上的正应力σy 假定σy在水平截面上按直线分布，即
y a bx
当x=0时，
y d a
W 6M
a
B
B2
当x=B时，
y
u
a
bB
W B
一、坝体温度状况 图3—38是USA海瓦西坝的实测温度过程线，图中A1和A2分
别代表坝内和靠近坝面某点的温度曲线。海瓦西坝：坝高 93.7m,底宽68m，1938.4－1940.1共22个月修成，V=61万m3, 通仓浇注，冷水拌制，入仓温度↓3.4℃。 1．温度随时间的变化 (1)温升阶段 主要在3～7天内 Tj——砼入仓温度； Tmax——入仓后，使砼温度从Tj↑至最高值； 温差 Tr＝Tmax—Tj 称为水化热温升，一般为15～25℃， 最高可达36℃。
yu
2）、同理，由下游坝面微分体可以解出
yu
由（3–40）式可以看出，当上游坝面倾向上游 （坡率n＞0）时，即使 ≥0，只要
则 ＜0，即σ1u为拉应力。 愈大，主拉应 力也愈大。因此，重力坝上游坡角 不宜太大，常把上游面做成铅直的。
03-01重力坝概述讲解
第三章岩基上的重力坝第章一、学习要求学习要求原特类1.重力坝的工作原理、特点及类型2.重力坝的荷载及荷载组合3.重力坝的抗滑稳定分析3重力坝的抗滑稳定分析4.重力坝的应力分析5.非溢流重力坝及溢流重力坝的剖面设计非溢流重力坝溢流重力坝的剖面设计6.重力坝的构造及地基处理二、学习难点重力坝的抗滑稳定及应力分析、泄水重力坝第一节概述重力坝的工作原理重点重力坝的类型主要内容重力坝的特点重力坝的设计内容世界上最高的重力坝是1962年瑞士的大狄克世界上最高的重力坝桑斯(The Grande Dixence)重力坝，高285m。
一、重力坝的工作原理重力坝的基本剖面呈三角形。
重力坝的工作原理(1)在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力满足稳定要求；体自重产生的抗滑力满足稳定要求重力坝的工作原理(2)利用坝体自重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。
二、重力坝的类型1.按高度分●低坝：H＜30mH ●中坝：H=30m～70m●高坝：H＞70m2.按结构型式分●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3.按泄流条件分●非溢流重力坝●泄水重力坝：溢流坝坝身泄水孔泄水有压泄水孔示意图无压泄水孔示意图4.按筑坝材料分4按筑坝材料分●混凝土重力坝●浆砌石重力坝五强溪混凝土重力坝三峡水利枢纽坝段江垭碾压混凝土重力坝水府庙浆砌石重力坝峰头水库溢流坝剖面图三、重力坝的特点1安全可靠重力2对地形、地质适应性强坝的3枢纽泄洪容易解决优4便于施工导流点5施工方便重力坝的缺点34材料用量强度不能充分发挥不利稳定严格的温控措施多重力坝的设计内容四、重力坝的设计内容1.剖面设计:拟定剖面尺寸。
剖面设计拟定剖面尺寸2.稳定分析:验算坝体抗滑稳定的安全度。
2稳定分析:验算坝体抗滑稳定的安全度3.应力分析:保证坝体和坝基有足够的强度。
4.构造设计:确定坝体的细部构造。
5.地基处理:防渗、排水、断层软弱带处理等。
第三章重力坝第二部分
Q∝H 3/2成正比，超泄能力大，但不能预泄； 还能用于排冰和其他漂浮物； 闸门启闭操作方便，易于检修，工作安全可靠。
（2）大孔口溢流（中孔）
上部设胸墙，堰顶高程较低，可满足预泄要求；
▽低水位时——开敞（自由）溢流；
▽高水位时——大孔口泄流，Q∝H 1/2成正比，超泄能力
不如开敞溢流式。
第三章重力坝第二部分
第三章重力坝第二部分
（2）减少温升Tr
冷却水管进行初期冷却； 减小浇筑层厚度，延长浇筑块之间的间歇时间，利用仓面 天然散热； 在砼中埋大块石。
（3）加强养护和保护
在砼浇筑后初期需要对坝块表面加覆盖、浇水养护。冬季 要抵御寒潮袭击，夏季防止热量回灌进入砼。
第三章重力坝第二部分
§3.6 重力坝的剖面设计
m3/（s·m），安康表孔q=282.7 m3/（s·m）；委内瑞拉的 古里坝q＞300 m3/（s·m）。
第三章重力坝第二部分
(2)孔口尺寸
① 溢流前沿总长L0
若孔口宽度为b，孔口数n=L/b，n一般取单数。令 闸墩厚度为d，
则L0为：
L0nb (n1)d
② 开敞溢流时 Q溢nbm2gH0 3/2
定的范围。
第三章重力坝第二部分
6．横缝 （1）缝在闸墩中间
优点：各坝段间产生不均匀沉降时，不影响闸门启闭， 工作可靠；
缺点：闸墩厚度较大。 （2）缝在溢流孔跨中
优点：闸墩薄，受力条件好； 缺点：易受地基不均匀沉降的影响。
第三章重力坝第二部分
图 3–52 溢流坝段横缝的布置
第三章重力坝第二部分
（三）高速水流的几个问题
图3–45 非溢流坝剖面形态
第三章重力坝第二部分
§3.7 泄水重力坝
水工建筑物3
第二节 重力坝的作用 及其组合
作用（荷载）包括： 作用（荷载）包括：
坝体自重、水压力、 坝体自重、水压力、扬 压力、浪压力、冰压力、 压力、浪压力、冰压力、 土压力、泥沙压力、 土压力、泥沙压力、地震 荷载等。 荷载等。
ho
g(2hl ) = 0.0067V 2 V
1 12
gD ( 2) V
1 3
式中： ∑ W——作用于计算截面以上全部荷载的铅直 作用于计算截面以上全部荷载的铅直
分力的总和，kN（包括坝体自重、水重、 分力的总和，kN（包括坝体自重、水重、淤沙重及计算 的扬压力等） 以向下为正，对于实体重力坝， 的扬压力等），以向下为正，对于实体重力坝，均切取 单位宽度坝体为准（下同） 单位宽度坝体为准（下同） ∑M——作用于计算截面以上全部荷载对截面形 作用于计算截面以上全部荷载对截面形 心的力矩总和， kNm 以使上游面产生压应力者为正。 心的力矩总和 ， kN m ， 以使上游面产生压应力者为正 。 计算截面的长度， B——计算截面的长度，m 计算截面的长度
第七节重力坝的剖面 优化设计
1.基本剖面形状 基本剖面形状 2.实用剖面设计 实用剖面设计
式中：γ0——结构重要性系数； ψ——设计状况系数； S（）——作用效应函数； R（）——结构及构件抗力函数； γG——永久作用分项系数； γQ——可变作用分项系数； Gk——永久作用标准值； Qk——可变作用标准值； αk——几何参数的标准值； fk——材料性能标准值； γm——材料性能分项系数； γd——基本组合结构系数。
可得：
边缘主应力计算
根据平衡条件∑Fy=0
σ1u =(1+ n2 )σyu- Pu n2 =(1 σ1d=(1+ m2 )σyd- Pd m2 d=(1 σ2u= Pu σ2d= Pd