重力坝剖面设计
重力坝剖面尺寸初拟
2.7.1坝顶高程的确定
坝顶高程由静水位、风浪涌高、安全超高几部分组成。
坝顶高出水库静水位的高度按下式计算：Δh=h1+h0+hc
式中h1 ——波浪高度，
h0 ——波浪中心线高出静水位的高度
二者按h1=0.0166V5/4*D1/3 ，L1=10.4h10.8 ，h0=πh12 /2L1 计算 V——库面风速D——库面的波浪吹程
hc——安全超高，按下表采用：
依据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》DL5180—2003和《混凝土重力坝设计规范》DL 5108-1999，安全超高hc按下表确定。
安全超高hc值
坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下列两式计算，并选用较大值：设计情况下V取多年平均风速的1.5~2.0倍，本设计取2倍。
校核情况下取多年平均风速。
由设计给出资料该水库最大吹程为10km,多年平均风速为16m/s.即对于设计情况V=32m/s，校核情况，V=16m/s. 坝顶高程=设计洪水位+Δh设坝顶高程=校核洪水位+Δh校
代入数值计算，设计情况下：h1=1.89h0=0.51 而hc=0.5
校核情况下：h1=1.14 h0=0.18 而hc=0.4，
代入数值计算取两者较大值。
重力坝的剖面详图
剖面选择：对中、低重力坝可以采用工程类比法，参照类 似的已建工程，拟定坝体剖面尺寸，然后对坝体控制截面 进行强度和稳定验算，并根据计算结果进行调整，直到满 足设计要求为止
第三节 重力坝的荷载及组合
• 重力坝的荷载
–作用于重力坝的主要荷载有：①自重；② 静水压力；③扬压力；④动水压力；⑤冰压 力；⑥泥沙压力；⑦浪压力；⑧地震力；⑨ 温度及其他荷载
坝顶布置
● 坝顶结构布置的原则：安全、经济、合理、实用。 ●坝顶结构型式：坝顶部分伸向上游；坝顶部分伸向下 游，并做成拱桥或桥梁结构型式；坝顶建成矩形实体结构， 必要时为移动式闸门启闭机铺设隐型轨道。 ● 坝顶排水：一般都排向上游。 ● 坝顶防浪墙：高度一般为1.2m，厚度应能抵抗波浪及 漂浮物的冲击，与坝体牢固地连在一起，防浪墙在坝体分 缝处也留伸缩缝，缝内设止水。
非溢流重力坝剖面设计
重力坝的基本断面一般是指在水压力(水位与坝顶齐平) 、自重和扬压力等主要荷载作用下，满足稳定、强度 要求的最小三角形断面。 • 一、设计原则 1、满足稳定和强度要求 2、工程量少 3、便于施工 4、运用方便
基本剖面
因为作用于上游面的水压力呈三角形分布,所 以重力坝面是三角形。 当a>90时，即上游面为倒坡。库空时，三角形重 心可能超过底边三分点在下游面产生拉应力，而 且倒坡不便施工。 当a<90时，利用水重帮助稳定。但角度太小时， 库满时合力可能超过底边三分点（偏下游）在上 游面产生拉应力。上游面坡度越缓，第一主应力 越易成为拉应力，故a角不宜太小。
第二章 重力坝
第一节 概述
• 对坝的认识
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
1重力坝剖面设计原则2重力坝的基本剖面3实用剖面4实用剖面的优化
—1 重力坝剖面设计原则—2 重力坝的基本剖面—3 实用剖面—4 实用剖面的优化设计—一、优化设计的有关概念【设计变量、目标函数、约束条件】 —二、优化设计的数学模型及求解途径① 满足稳定和强度要求② 剖面最小，即工程量最小③ 便于施工④ 满足运行要求重力坝的基本剖面一般 是指在水压力(水位与坝顶齐平)、自重和扬压力等主要荷载作用下， 满足稳定、强度要求的 最小三角形剖面。
当α>90°时，即上游面为倒坡。
库空时，三角形重心可能超过底边三分点在下游面产生拉 应力，而且倒坡不便施工。
当α <90°时，利用水重帮助稳定。
但角度 太小时，库满时合力可能超过底边三分点（偏 下游）在上游面产生拉应力。
上游面坡度越缓， 第一主应力越易成为拉应力，故α角不宜太小。
工程经验m=0.6~0.8（下游坡）n=0~0.2（上 游坡）根据运用和交通要求，坝顶应有足够的宽度，无特殊要求，坝顶宽=810%坝高，但不得小于3m， 如有运用和交通要求，应满足这些要求。
坝顶高程或防浪墙顶高程，按设计洪水位、校 核洪水位两种情况分别计算，并选用较大值。
坝顶高于水库水位的高度△h 计算常用剖面形态：cz h hh h + + = D % 1例1-3设计资料同例11，要求拟定非溢流重力坝的 断面尺寸。
解：（1）坝顶高程的确定坝顶高程按正常蓄水位和校核洪水位两种情况， 用式157计算坝顶距水库静水位以上的高度∆h，并 据求得相应的坝顶高程，取两者的最大值作为选定 的坝顶高程。
枢纽位于高山峡谷地区，采用式11计算波高、波长。
v 0 在正常蓄水位取1.5倍，在校核洪水位取多年平均 最大风速。
安全超高h正常蓄水位取0.5m，校核洪c水位取0.4m。
正常蓄水位时：由于 ，h 相当于h 5% ，查表11， h 1%=0.87m ，波浪中心线在静水位以上的高度为 同理，校核洪水位h 1% =0.52m ，L m=5.26m ， h z=0.16m ∆h =0.52+0.16+0.4=1.08m1/3 1/12 22 02 1/3.75 1/2.15 22 09.81000 0.0076(1.3 1.5)0.00173 (13.3 1.5) 0.173(13.3 1.5)/9.80.70m9.81000 0.331(13.3 1.5)0.1943(13.3 1.5) 7.89mm m gh v h gL v L - éù ´ =´´´= êú ´ ëû \=´´= éù ´ =´´´= êú ´ ëû \= 2 0 /25.13 gD v = 2 1% 1% 0.30m0.870.300.5 1.67mz m z c h h L h h h h p »= D =++=++=两种情况的坝顶防浪墙顶部高度分别为正常蓄水位时：177.0+1.67=178.67m校核洪水位时：179.02+1.08=180.10m选取上述较大值，坝顶防浪墙高程为180.10m，防浪墙高度 取1.2m，并考虑到坝顶高程应高于校核洪水位，最后确定坝顶高 程为179.15m，最大坝高为30.05m。
重力坝的剖面详图
第一节 概述
• 对坝的认识
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
基本概念
• 定义：是用混凝土或浆砌石筑的大体积挡水建 筑物.
• 工作原理:在水压力及其他荷载作用下,依靠坝体 自重在坝面产生的抗滑力来抵抗水平水压力产 生的滑动力以达到稳定要求;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要求. 1、重力坝的基本剖面：做成上游面接近铅直 的呈三角形断面，或稍倾向上游的三角形断 面。 2、受力简图可以视作倒置的悬臂梁
坝顶布置
● 坝顶结构布置的原则：安全、经济、合理、实用。
●坝顶结构型式：坝顶部分伸向上游；坝顶部分伸向下 游，并做成拱桥或桥梁结构型式；坝顶建成矩形实体结构， 必要时为移动式闸门启闭机铺设隐型轨道。
● 坝顶排水：一般都排向上游。
● 坝顶防浪墙：高度一般为1.2m，厚度应能抵抗波浪及 漂浮物的冲击，与坝体牢固地连在一起，防浪墙在坝体分 缝处也留伸缩缝，缝内设止水。
自重 初步设计时可取混凝土的重度 24kN/m³； 施工详图阶段由现场混凝土试验决定； 当计算深层滑动时，还应考虑岩体的自重。
（计算自重时，坝上永久性的固定设备，如闸门、固定式启闭 ） 机的重量也应计算在内，坝内较大的孔洞应该扣除。
溢流坝坝面水压力计算
静水压力
• 静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载。分
一般情况,坝体与坝基接触面之间摩擦系数及粘结强度越大、 渗压折减系数越大，基本剖面底宽就越小，主要由强度条 件控制。反之，摩擦系数和粘结强度越小，渗压折减系数 越小，坝底宽度就越大，且主要由抗滑稳定条件控制。
重力坝的剖面详图
解溢为 流水 堰平 前水 水压 平力水（压力PH以）（和P垂H1直）水表压示力（PV）。
• PV=Vwγw
（kN/m）
• PH=½ γw H2
（kN/m）
• PH1 =½ γw （H2-h2） （kN/m）
• 式中 Vw——斜坡面上水体体积（m3）；
• H——计算点处的作用水头（m）；
• h——堰顶溢流水深（m）；
缺点
类型
• 按高度分： 30m 70m • 按泄水条件分：溢流 非溢流 • 按筑坝材料分：混凝土 浆砌石 • 按坝体的结构形式分：实体 宽缝 空腹
预应力锚固
重力坝的布置和设计内容
• 布置：轴线 溢流坝段 非溢流坝段 导 墙 边墩。。
• 设计内容：剖面设计 稳定分析 应力分 析 构造设计 地基处理 溢流重力坝和 泄水孔的孔口设计 检测设计
非溢流重力坝剖面设计
重力坝的基本断面一般是指在水压力(水位与坝顶齐平) 、自重和扬压力等主要荷载作用下，满足稳定、强度 要求的最小三角形断面。
• 一、设计原则 1、满足稳定和强度要求 2、工程量少 3、便于施工 4、运用方便
基本剖面
因为作用于上游面的水压力呈三角形分布,所 以重力坝面是三角形。
当a>90时，即上游面为倒坡。库空时，三角形重 心可能超过底边三分点在下游面产生拉应力，而 且倒坡不便施工。
●坝顶结构型式：坝顶部分伸向上游；坝顶部分伸向下 游，并做成拱桥或桥梁结构型式；坝顶建成矩形实体结构， 必要时为移动式闸门启闭机铺设隐型轨道。
● 坝顶排水：一般都排向上游。
● 坝顶防浪墙：高度一般为1.2m，厚度应能抵抗波浪及 漂浮物的冲击，与坝体牢固地连在一起，防浪墙在坝体分 缝处也留伸缩缝，缝内设止水。
重力坝
一、对坝的认识
1 3
2
坝的剖面详图 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
坝的平面布臵
坝的剖面位臵
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
六、 重力坝深式泄水孔
1、有压泄水孔 工作闸门布臵在出口，可以部分开启，出口低，利用的水头大，断 面尺寸较小。 缺点：闸门关闭时，孔内承受较大的内水压力对坝体应力和防渗都 不利，常需钢板衬砌。进口处设臵事故检修闸门、平常用来挡水。 2、无压泄水孔 工作闸门布臵在进口，为形成无压水流，需在闸门后将断面顶部升 高。（工作闸门前仍为有压段） 优点：闸门可以部分开启，明流段不用钢板衬砌，施工简便，干扰 少，有利于加快速度进度。 缺点：断面尺寸较大，削弱坝体。 国内重力坝多采用无压泄水孔。
十一、宽缝重力坝
（1）宽缝重力坝的特点 ①扬压力减小，抗滑稳定性相好 ②工程量节省约10%～20%； ③坝体混凝土的散热快； ④宽缝部位的模板用量大和宽缝倒坡部 位的立模复杂； ⑤分期导流不便。 （2）宽缝尺寸布臵 坝体上游坡通常取n=0.15～0.35， 下游坡取m=0.5～0.7，在强度容许 条件下，可适当加大缝宽比，放缓 上游坡。
优点：
1、安全可靠。但剖面尺寸较大，能抵抗水的渗漏，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。
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、枢纽泄洪容易解决，便于枢纽布臵；施工导流方便，便于 机械化施工。
2019-重力坝剖面和消能工设计-文档资料
（2）面流消能（适用于中小型工程，水头低，下游水 深大且变幅小）
• 消能特点:利用鼻坎将主流挑至水面，在鼻坎附近 表面主流与河床之间形成逆向旋滚。使高速水流与 河床隔开，避免对坝趾附近河床的冲刷，主流在水 面逐渐扩散消能，反向旋滚也可消除一部分能量。
• 优点:面流消能不需设护坦和其他加固措施。
• 缺点:高速水流在表面、伴有强烈的波浪、绵延数里， 影响电站运行及下游通航，易冲刷两岸。
二、溢流重力坝断面设计
溢流重力坝既能挡水又能通过坝顶溢流。因此，坝体 设计除要满足稳定和强度要求外，还要满足泄水要求。 在溢流坝段位置确定以后，应合理选择泄水方式，并 根据洪水标准和运用要求确定孔口尺寸。
（一）、溢流重力坝的剖面设计
•溢流重力坝的孔口型式有 开敞式坝顶溢流和大孔口溢 流式两种。其中大孔口溢流 式可降低溢流堰顶高程，增 大单宽流量，减小溢流坝段 长度。 •溢流面由顶部溢流面曲线 段、中间直线段和下部反弧 段组成 。 一）、溢流堰面曲线
① Q——h”和Q——t重合。 表明任何情况下均产生 临界水跃，无须修消力 池，只须在水跃范围内 修护坦即可。
这是最理想情况，实际 很少见。
hc h" t
h" t
h"-Q t-Q
h" t
t-Q h"-Q
③
Q ①
h" t
t-Q
h"-Q
Q>Qk" t
h"-Q t-Q
② h" t
Q h"-Q
第六节 重力坝的剖面及优化设计 一、非溢流重力坝剖面设计
（一）、设计原则 1、满足稳定和强度要求 2、工程量少 3、便于施工 4、运用方便
第三章补充材料1重力坝非溢流剖面设计实例ppt课件
抗滑稳定和坝趾抗压强度极限状态属承载能力极限状态， 设计要求采用荷载设计值和材料强度设计值。荷载标准值乘以 荷载分项系数后的值为荷载设计值；材料强度标准值除以材料 性能分项系数后的值为材料强度设计值。本设计有关荷载的分 项系数查《混凝土重力坝设计规范（DL5108－1999）》：自 重为1.0；静水压力为1.0；渗透压力为1.2；浮托力为1.0；淤沙 压力为1.2；浪压力为1.2。混凝土材料的强度分项系数为1.5； 对于混凝土与岩基间抗剪强度摩擦系数为1.3，凝聚力为3.0。 上游坝踵不出现拉应力极限状态属正常使用极限状态，结 构功能极限值为0，设计要求采用荷载标准值和材料强度标准 值。 下游坝基不能被压坏而允许的抗压强度设计值为4000kPa。 实体重力坝扬压力折减系数为0.25。
（4）坝体防渗排水 根据上述尺寸算得坝体最大宽度为26.5m。分析地基条 件，要求设防渗灌浆帷幕和排水幕，灌浆帷幕中心线距上游 坝踵5.3m，排水孔中心线距防渗帷幕中心线1.5m。拟设廊道 系统，实体重力坝剖面设计时暂不计入廊道的影响。 拟定的非溢流坝剖面如图所示。确定剖面尺寸的过程归 纳为：初拟尺寸——稳定和应力校核——修改尺寸——稳定 和应力校核，经过几次反复，得到满意的结果为止。该例题 只要求计算一个过程。
2 1 % 2 1 % 2 z
L
L L
1 1 . 4 2 8
△h=1.395+0.535+0.5=2.43m 防浪墙高程=354+2.43=356.4m
2）校核洪水位情况 风区长度D为0.9km，V0计算风速在校核洪水位情况取多 年平均年最大风速15m/s。 5 / 4 1 / 3 5 / 4 1 / 3 ①波高 h 0 . 0 1 6 6 V D 0 . 0 1 6 6 1 5 （ 0 . 9 ） 0 . 4 7 3 m 5 % 0
第二章重力坝
第一章重力坝第一节概述引言：重力坝是主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来满足稳定要求的挡水建筑物。
在世界坝工史上是最古老，也是采用最多的坝型之一。
非溢流坝剖面形式、尺寸的确定，将影响到荷载的计算、稳定和应力分析，因此，非溢流坝剖面的设计以及其它相关结构的布置，是重力坝设计的关键步骤。
本节主要介绍：重力坝的特点、重力坝的分类、非溢流坝剖面设计的基本原则、基本剖面及实用剖面混凝土重力坝示意图我国已建的重力坝：刘家峡148m，新安江105m，三门峡106m，丹江口110m，丰满、潘家口等，其中，高坝有20余座。
其中三峡混凝土重力坝和龙滩碾压混凝土重力坝分别高达175米和216.5米。
重力坝坝轴线一般为直线，垂直坝轴线方向设横缝，将坝体分成若干个独立工作的坝段，以免因坝基发生不均匀沉陷和温度变化而引起坝体开裂。
为了防止漏水，在缝内设多道止水。
垂直坝轴线的横剖面基本上是呈三角形的，结构受力形式为固接于坝基上的悬臂梁。
坝基要求布置防渗排水设施。
一、重力坝的特点1.优点：●工作安全，运行可靠。
重力坝剖面尺寸大，坝内应力较小，筑坝材料强度较高，耐久性好。
因此，抵抗洪水漫顶、渗漏、侵蚀、地震和战争等破坏的能力都比较强。
据统计，在各种坝型中，重力坝失事率相对较低。
●对地形、地质条件适应性强。
任何形状的河谷都可以修建重力坝。
对地质条件要求相对较低，一般修建在岩基上，当坝高不大时，也可修建在土基上。
●泄洪方便，导流容易。
可采用坝顶溢流，也可在坝内设泄水孔，不需设置溢洪道和泄水隧洞，枢纽布置紧凑。
在施工期可以利用坝体导流，不需另设导流隧洞。
●施工方便，维护简单。
大体积混凝土，可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑等环节都比较方便。
在后期维护，扩建，补强，修复等方面也比较简单。
●受力明确，结构简单。
重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构简单，受力明确，稳定和应力计算都比较简单。
2.缺点：●坝体剖面尺寸大，材料用量多，材料的强度不能得到充分发挥。
重力坝剖面设计
一、基本资料某河流域形状狭长，两岸为陡峻山体，河流水量较丰富，河道坡陡流急。
拟建枢纽工程担负着发电、防洪、灌溉、航运等任务。
1、地质勘查基本资料河床可利用基岩高程为20m2、气象资料洪水季节50年重现期最大风速的多年平均值为16.8m/s，相应设计洪水位时吹程1.9km，相应校核洪水位时吹程2.1km。
3、经水文、水利调洪演算确定：死水位92.00m；设计洪水位115.00m，相应下游水位45.50m；校核洪水位118.82m，相应下游水位48.67m；库底淤沙高程44.52m，淤沙浮容重=8.71 KN/m3。
二、非溢流重力坝剖面设计2.1非溢流坝段剖面设计原则重力坝剖面设计原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝的安全；②工程量要小；③运用方便；④便于施工。
非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。
基本断面上部设坝顶结构。
根据交通和运行管理的需要，坝顶应有足够的宽度。
为防波浪漫过坝顶，在静水位以上还应留有一定的超高。
拟定基本剖面，再根据运用及其他要求，将基本剖面修改成为实用剖面，最后对实用剖面在全部荷载作用下进行应力分析和稳定验算，经过反复修改和计算，确定合理的坝体剖面。
2.1.1确定基本设计参数重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水压力（水位与坝顶平齐）和扬压力三项主要荷载作用下，满足强度和稳定性要求，使工程量最小的三角形剖面。
在已知坝高H，水压力P、抗剪强度参数f、c和扬压力U的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。
2.1.2坝顶高程的计算坝坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙高程，应高于波浪顶高程。
坝顶高程=设计/校核洪水位+安全超高，选用其中较大者。
安全超高：Δℎ=ℎ1%+ℎz+ℎc式中：Δℎ——坝顶超高，即防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差m；ℎ1%——累计频率为1%的波浪高度，m；ℎz——波浪中心线高于静水位的高度，m；ℎc——安全加高，取值按表2-1.安全超高h c（m）根据基本资料，相应洪水季节50年重现期最大风速的多年平均值为16.8m/s，相应吹程1.9km，坝前水位=115-20=95(m)根据《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005, 采用官厅公式计算波高和波长。
《重力坝设计中的非溢流坝段剖面设计870字》
重力坝设计中的非溢流坝段剖面设计1. 坝顶高程坝顶标高应高于检查洪水位。
上游坝顶标高应高于防波堤顶标高。
波浪墙顶与设计洪水位或洪水水位之间的高度差可以根据以下公式计算：∆h =h 1%+hz+hc（4-1）式中：h1%为累计频率为1%时的波浪高度，m；hz为波浪中心线高于静水位的高度，对于山区水库，波浪要素按官厅公式计算如下：hl=0.0166V05/4D1/3（4-2）L=10.4hl0.8（4-3）hz =（πhl2/L）cth（2πH/L）（4-4）H为坝前水深，m；hc为为安全加高。
V0——计算风速，m/s，正常蓄水位和校核洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速的1.5～2.0倍。
校核洪水位四宜用相应洪水期的多年平均风速，m/s；D——吹程。
风区长度1.2km；L——波长，m表4.1 安全加高表本工程hc取0.5根据计算得出坝顶标高（或坝顶对波峰的高度），选取较大的值。
坝顶高程=设计洪水位+Δh坝顶高程=校核洪水位+Δh表4.2 坝顶高程计算成果表经过比较可以得到坝顶或防浪墙顶高程为294.307m，故最大坝高为：294.307～240=54.307m2. 坝顶宽度为了应用和施工，波峰需要一定的宽度。
坝顶宽度一般为8%～10%，不小于3米。
同时，为了满足需求的设备布局、操作、运输和设施，通过分析选择九龙滩水电站坝顶宽度6米的计算，外加3米（共9米宽）。
3. 坝面坡度坝址的岩体基本相同。
岩石基底相对完整，坚硬，f和c相对较大。
在上游坝面水的帮助下，大坝保持稳定，上游坝坡的坡度为直线，上游坡度系数n为0，m为0.75。
上游坝坡采用直型，应根据坝段实际坝段类型、坝顶宽度、坝顶宽度、坝顶基本剖面进行计算，并选择下游坡度点。
4. 地基防渗与排水设施拟定由于需要防渗，坝基应设置防渗帘和排水帷幕。
坝体排水管应靠近上游坝面，以尽快消除渗水，但坝面距离不得小于1/10～1/20（即坝前的水深 2.577m至5.154m），为了避免渗流坡度过大，可能会对混凝土的坝面进行淋滤破坏。
重力坝剖面和消能工设计
这是最理想情况，实际 极少见。
hc h" t
h" t
h"-Q t-Q
h" t
t-Q h"-Q③ຫໍສະໝຸດ Q ①h" t
t-Q
h"-Q
Q>Qk Q<Qk
Q
Q
④
h" t
h"-Q t-Q
② h" t
Q h"-Q
（2）面流消能（合用于中小型工程，水头低，下游水 深大且变幅小）
• 消能特点:利用鼻坎将主流挑至水面，在鼻坎附近 表面主流与河床之间形成逆向旋滚。使高速水流与 河床隔开，防止对坝趾附近河床旳冲刷，主流在水 面逐渐扩散消能，反向旋滚也可消除一部分能量。
• 优点:面流消能不需设护坦和其他加固措施。
• 缺陷:高速水流在表面、伴有强烈旳波浪、绵延数里， 影响电站运营及下游通航，易冲刷两岸。
常采用非真空剖面曲线。
• 1)开敞式溢流堰面曲线
xn
KH
( n 1) d
y
• 2)大孔口堰面曲线
• 上述两种堰面曲线是 根据定型设计水头拟 定旳．当宣泄校核洪 水时，堰面出现负压 值应不超出3—6m水 柱高。
y x2
4 2 H d
• 堰顶附近允许出现旳负压值为：
• 在常遇洪水位闸门全开时不得出现负压； 校核洪水位闸门全开时出现旳负压值不得 超出3m～6m水柱；正常蓄水位或常遇洪水 位闸门局部开启时（以利用中较常出现旳 开度为准），可允许有不大旳负压值，其 值应经论证后拟定。常遇洪水位，系指频 率为23年一遇下列洪水时旳水库水位，在 常遇水位下，溢流堰利用机会较多，轻易 遭受空蚀，尤其在门槽部位，应引起注意。
第四节 重力坝的剖面设计3.23
当f较小时，B/H由稳定条件控制。
根据经验，一般n=0～0.2，m=0.6～0.85，B约为H
的0.7～0.9倍。
三、实用剖面
从理论上讲，基本剖面虽然经济，但不实用，因为 ：
1、坝顶不能是一个尖顶，不便于施工、运行管理和交通。
2、坝高不能刚好与水位齐平，必须有一定的超高。
3、厂房坝段需设闸门和拦污栅，希望上部做成垂直的。
1、按应力条件确定坝底最小宽度
假定上游库满水位平三角形顶点， 荷载只考虑水平水压力P（假设下 游无水），水重Q和坝体自重G以及扬压 力 U。 在坝轴线方向取单位长度坝体，其
上下游面的水平投影长度分别为λB，
和（1-λ）B。
设计工况 满库和空库两种工况
强度标准
重力坝上下游边缘不出现拉应力
B H
上游坝面上部铅直、下部倾斜 优点：利用部分水重增加坝的稳定 性，上部仍能便于管道进口 布置和操作。
缺点：上游折坡点要结合应力和管
道进口布置高程选定，要验 算折坡点截面的强度和稳定。
一般在坝高的1/3 ～ 2/3的
范围内。 1.折坡点应力是否连续？
上游坝面略呈倾斜 优点：增加坝体自重，利用部分水 重增加坝的稳定性，可避免 库空时下游产生过大拉应力。 适用：f、c较小情况。
h 2h1% hz hc
分设计和校核情况，并选用其中的较大值。
坝顶高程=设计洪水位+h设 坝顶高程=校核洪水位+h校
1.为什么要取大值？而不是直接校核洪水位的高程？
• (3)剖面形态
由基本剖面修改为实用剖面，有三种常用的形态。
铅直上游坝面 适用：坝基f、c较大，剖面由应力条件控制。 优点：便于布置和操作坝身过水管道进口控 制设备。 缺点：经济性不明显。
非溢流重力坝的剖面设计PPT学习教案
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。
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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：
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h h1% hz hc
2、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。
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，因此重力
坝的优化设计是一个非线性规划问题。
下一节
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工程中经常采用的剖面形态
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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。
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(整理)3-4溢流重力坝的剖面设计.
Ⅱ区——为上、下游水位变化区的坝体表层混凝土，多采用厚3m～5m的抗渗、抗冻并具有抗侵蚀性的混凝土,一般用C15、P8、F150~F300。
Ⅲ区——分别为上、下游最低水位以下 坝体表层混凝土，其抗渗性要求较高，多采用厚2～3m的抗渗混凝土,一般用C20、P10、F100。
§3-9碾压混凝土重力坝
广西红水河龙滩碾压混凝土重力坝，装机540万kw，总投资240亿。
1碾压混凝土与常态混凝土相比的优点：
工艺简单工期缩短
六、消能防冲设计
1、消能工的设计原则和型式：
2、底流消能：
特点及措施：底流消能工作可靠，但工程量较大，多用于低水头、大流量、地质条件较差的溢流重力坝。
护坦构造与设计：
护坦的稳定计算确定护坦的厚度：
抗滑措施：
稳定措施（锚固后的计算）后的校核：
护坦的分缝以及材料：
3、挑流消能
鼻坎挑流消能设计主要包括：选择合适的鼻坎型式、鼻坎高程和挑射角度、反弧半径、鼻坎构造和尺寸；计算挑射距离和最大冲坑深度；校核挑射水流形成的冲坑是否影响坝体的安全。
四、重力坝的分缝横缝、纵缝、水平施工缝
分缝的目的：防止由于温度变化和地基不均匀沉降导致坝体裂
1、横缝
横缝与坝轴线垂直，将坝体分成若干个坝段，横缝间距一般为15m～20m。
永久性横缝可兼作沉降缝和温度缝，缝面常为平面，可不留缝宽。当不均匀沉降较大时，需留缝宽1cm～2cm，缝间用沥青油毛毡隔开，缝内须设置专门的止水
§3-4溢流重力坝的剖面设计
泄水重力坝既时挡水建筑物，又是泄水建筑物
一、溢流重力坝的泄水方式：
水工建筑物--第六章 重力坝剖面设计+构造+地基处理
优缺点、适用条件：
☞规范条例： 挑流消能适用于坚硬岩石上 的高、中坝，低坝需经论证才 能选用。 当坝基有延伸至下游的缓倾 角软弱结构面，可能被冲坑切 断而形成临空面，危及坝基稳 定，或岸坡可能被冲塌时，不 宜采用挑流消能，或须做专门 的防护措施。
水利水电工程的永久性水工建筑物的洪水标准，应按山区、丘陵区和平 原、滨海区分别由规范《水利水电工程等级划分及洪水标准》查找。 （从地形条件、洪水特性和工作特点诸方面来看，两区有较为明显的不同） 洪水标准分别有设计洪水标准和校核洪水标准。
☞规范规定：
2、单宽流量的选定：单位宽度泄水坝下泄的流量称为单宽 流量，是影响设计的重要因素。
表6-2 安全超高值（单位：m） 1 0.7 0.5 2 0.5 0.4 3 0.4 0.3
坝的级别 运用情况 设计情况 （基本组合） 校核情况 （特殊组合）
在计算h1和h0时，设计和校核情况应采用不同的计算风速 值。坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下列两式计算， 并从中选用较大值：
坝顶高程 设计洪水位 h设 坝顶高程 校核洪水位 h校
门式启闭机卷扬机便桥便桥工作桥卷扬机门式启闭机交通桥交通桥工作闸门检修闸门平面闸门闸墩交通桥交通桥工作闸门弧形闸门苏丹麦洛维大坝溢流坝8号高堰滑模施工1工作闸门系指承担主要工作并能在动水中启闭的闸门
水 工 建 筑 物
赖 国 伟
2013年7月7日
第五节 重力坝剖面设计
一、设计原则 ① 满足稳定和强度要求，保证大坝安全； ② 工程量最少；
第六节 重力坝的泄水与消能防冲 （泄水重力坝设计）
① ② 泄水重力坝既是挡水建筑物，又是泄水建筑物；既要满 足稳定和强度的要求，又要满足水力条件的要求。 其中水力条件要求包括： 要有足够的泄流能力； 要使水流平顺地流过坝面，避免产生振动和空蚀；
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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。
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。
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
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。
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。
二、重力坝基本剖面
∆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