重力坝剖面设计
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第七节 非溢流重力坝的剖面设计
一、 剖面设计原则 二、重力坝基本剖面 三、实用剖面 四、实用断面的优化设计
一、 剖面设计原则
1）满足稳定和强度要求，保证大坝安全； ）满足稳定和强度要求，保证大坝安全； 2）工程量小； ）工程量小； 3）运用方便； ）运用方便； 4）便于施工。 ）便于施工。
百度文库
二、重力坝基本剖面
上游面呈倾斜的基本三角形加坝顶，适用于坝基础 摩擦系数较小的情况
倾斜的上游坝面可以增 加坝体自重和利用一部 分水重，以满足抗滑稳 定的要求。修建在地震 区的重力坝，可采用此 种剖面。
3、剖面形态 有基本剖面修改为适用剖面，有三种常 用的形态，如图：
图（a）
图（b）
图（c）
四、实用断面的优化设计
1、设计变量 上、下游坝面的坡率n、m，坝顶距上、下游起坡点的高度 yn和ym。 2、建立目标函数V(x) 建立目标函数V(x) 3、确定约束条件 如稳定约束、应力约束、几何约束等。 如稳定约束、应力约束、几何约束等。 4、选择求解方法 目标函数和约束条件都是设计参数的非线性函数， 目标函数和约束条件都是设计参数的非线性函数，因此重力 坝的优化设计是一个非线性规划问题。 坝的优化设计是一个非线性规划问题。
∆h = h1% + hz + hc
h1% —累积频率为 时的波高，m。 累积频率为1%时的波高 累积频率为 时的波高， 。 hZ —波浪中心线至静水位的高度，m。 波浪中心线至静水位的高度， 。 波浪中心线至静水位的高度 hc—安全超高 ，见下表。 安全超高m，见下表。 安全超高 坝的安全级别 相应水位 正常蓄水位 校核洪水位 Ⅰ(1级) 级 0.7 0.5 Ⅱ(2、3级) 、 级 0.5 0.4 Ⅲ(4、5级) 、 级 0.4 0.3
下一节
• 采用铅直的上游坝面，适用于坝基摩擦系数较大， 由应力条件控制坝体剖面的情况。
优点：便于布置和 操作坝身过水管道进 口控制设备
缺点：由于在上游 面为铅直的基本三角 形剖面上增加坝顶重 量，空库时下游坝面 可能产生拉应力。
• 工程中经常采用的剖面形态
特点：上游坝面上部铅直 而下部呈倾斜，即可利用部 分水重来增加稳定性，又可 保留铅直的上部便于管道进 口布置设备和操作的优点。 上游折坡的起坡点位置应 结合应力控制条件和引水、 泄水建筑物的进口高程来选 定。一般在坝高的1/3~2/3 的范围内。设计时要验算起 坡点高程水平截面的强度和 稳定条件。
注：在计算h1%时，两种情况应采用不同的计算风速值。 在计算 时 两种情况应采用不同的计算风速值。
坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算后选 用较大值： 用较大值： 防浪墙顶高程 = 正常蓄水位+△h正 正常蓄水位+ 校核洪水位+ 防浪墙顶高程 = 校核洪水位+△h校 坝顶高程＝ 坝顶高程＝最大值 - 1.2 m
基本剖面是指坝 体在自重、静水压力 和扬压力3项主要荷载 3 作用下，满足稳定和 强度要求，并使工程 量最小的三角形剖面。 。 根据工程经验，一般上游坝坡坡率n=0～0.2， 常做成铅直或上部铅直下部倾向上游；下游坝坡坡 率m=0.6～0.8，底宽约为坝高的0.7～0.9倍。
三、实用剖面
1、 坝顶宽度 、 根据施工、交通、设备安装等条件确定。 一 般B=(8～10)%H，且不小于2m。 或根据漂浮物，冰压力等对坝体的冲击力情 况确定。 2、坝顶高程 坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪 墙顶的高程应高于波浪顶高程。防浪墙顶与正常 蓄水位或校核洪水位的高差Δh按下式计算：
一、 剖面设计原则 二、重力坝基本剖面 三、实用剖面 四、实用断面的优化设计
一、 剖面设计原则
1）满足稳定和强度要求，保证大坝安全； ）满足稳定和强度要求，保证大坝安全； 2）工程量小； ）工程量小； 3）运用方便； ）运用方便； 4）便于施工。 ）便于施工。
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二、重力坝基本剖面
上游面呈倾斜的基本三角形加坝顶，适用于坝基础 摩擦系数较小的情况
倾斜的上游坝面可以增 加坝体自重和利用一部 分水重，以满足抗滑稳 定的要求。修建在地震 区的重力坝，可采用此 种剖面。
3、剖面形态 有基本剖面修改为适用剖面，有三种常 用的形态，如图：
图（a）
图（b）
图（c）
四、实用断面的优化设计
1、设计变量 上、下游坝面的坡率n、m，坝顶距上、下游起坡点的高度 yn和ym。 2、建立目标函数V(x) 建立目标函数V(x) 3、确定约束条件 如稳定约束、应力约束、几何约束等。 如稳定约束、应力约束、几何约束等。 4、选择求解方法 目标函数和约束条件都是设计参数的非线性函数， 目标函数和约束条件都是设计参数的非线性函数，因此重力 坝的优化设计是一个非线性规划问题。 坝的优化设计是一个非线性规划问题。
∆h = h1% + hz + hc
h1% —累积频率为 时的波高，m。 累积频率为1%时的波高 累积频率为 时的波高， 。 hZ —波浪中心线至静水位的高度，m。 波浪中心线至静水位的高度， 。 波浪中心线至静水位的高度 hc—安全超高 ，见下表。 安全超高m，见下表。 安全超高 坝的安全级别 相应水位 正常蓄水位 校核洪水位 Ⅰ(1级) 级 0.7 0.5 Ⅱ(2、3级) 、 级 0.5 0.4 Ⅲ(4、5级) 、 级 0.4 0.3
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• 采用铅直的上游坝面，适用于坝基摩擦系数较大， 由应力条件控制坝体剖面的情况。
优点：便于布置和 操作坝身过水管道进 口控制设备
缺点：由于在上游 面为铅直的基本三角 形剖面上增加坝顶重 量，空库时下游坝面 可能产生拉应力。
• 工程中经常采用的剖面形态
特点：上游坝面上部铅直 而下部呈倾斜，即可利用部 分水重来增加稳定性，又可 保留铅直的上部便于管道进 口布置设备和操作的优点。 上游折坡的起坡点位置应 结合应力控制条件和引水、 泄水建筑物的进口高程来选 定。一般在坝高的1/3~2/3 的范围内。设计时要验算起 坡点高程水平截面的强度和 稳定条件。
注：在计算h1%时，两种情况应采用不同的计算风速值。 在计算 时 两种情况应采用不同的计算风速值。
坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算后选 用较大值： 用较大值： 防浪墙顶高程 = 正常蓄水位+△h正 正常蓄水位+ 校核洪水位+ 防浪墙顶高程 = 校核洪水位+△h校 坝顶高程＝ 坝顶高程＝最大值 - 1.2 m
基本剖面是指坝 体在自重、静水压力 和扬压力3项主要荷载 3 作用下，满足稳定和 强度要求，并使工程 量最小的三角形剖面。 。 根据工程经验，一般上游坝坡坡率n=0～0.2， 常做成铅直或上部铅直下部倾向上游；下游坝坡坡 率m=0.6～0.8，底宽约为坝高的0.7～0.9倍。
三、实用剖面
1、 坝顶宽度 、 根据施工、交通、设备安装等条件确定。 一 般B=(8～10)%H，且不小于2m。 或根据漂浮物，冰压力等对坝体的冲击力情 况确定。 2、坝顶高程 坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪 墙顶的高程应高于波浪顶高程。防浪墙顶与正常 蓄水位或校核洪水位的高差Δh按下式计算：