岩基上的混凝土重力坝
第二章重力坝
第二章岩基上的重力坝教学要求:掌握重力坝的工作原理和工作特点,了解重力坝的分类;掌握作用在重力坝上荷载的种类和计算方法(特别是自重、水压力、扬压力、浪压力),掌握重力坝的荷载组合类型和方法;掌握坝体稳定及强度分析方法和控制标准;掌握非溢流重力坝剖面拟定方法;掌握溢流重力坝剖面设计、孔口拟定、消能设计方法,掌握岩石地基的处理措施;了解重力坝材料、构造和混凝土分区的依据。
第一节概述重力坝是一种古老而又应用广泛的坝型,它因主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定而得名.通常修建在岩基上,用混凝土或浆砌石筑成。
坝轴线一般为直线,垂直坝轴线方向设有永久性横缝,将坝体分为若干个独立坝段,以适应温度变化和地基不均匀沉陷,坝的横剖面基本上是上游近于铅直的三角形。
如图2-1所示.一、重力坝的工作原理及特点重力坝的工作原理是在水压力及其他荷载的作用下,主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来满足稳定要求;同时也依靠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。
与其他坝型比较,其主要特点有:⑴ 结构作用明确,设计方法简便.重力坝沿坝轴线用横缝将坝体分成若干个坝段,各坝段独立工作,结构作用明确,稳定和应力计算都比较简单。
⑵泄洪和施工导流比较容易解决。
重力坝的断面大,筑坝材料抗冲刷能力强,适用于在坝顶溢流和坝身设置泄水孔。
在施工期可以利用坝体或底孔导流。
枢纽布置方便紧凑,一般不需要另设河岸溢洪道或泄洪隧洞。
在意外的情况下,即使从坝顶少量过水,一般也不会招致坝体失事,这是重力坝最大的优点。
⑶结构简单,施工方便,安全可靠。
坝体放样、立模、混凝土浇筑和振捣都比较方便,有利于机械化施工.而且由于剖面尺寸大,筑坝材料强度高,耐久性好,因此抵抗水的渗透、冲刷,以及地震和战争破坏的能力都比较强,安全性较高。
⑷对地形、地质条件适应性强.地形条件对重力坝的影响不大,几乎任何形状的河谷均可修建重力坝。
由于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。
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。
混凝土重力坝承载能力的分析研究
混凝土重力坝承载能力的分析研究摘要:承载能力分析是进行混凝土重力坝设计中的关键因素,直接决定其是否能满足使用需求。
本文采用稳定性分析的方法对混凝土重力坝的承载能力进行研究,提出了混凝土重力坝和坝基系统失稳的判别准则及不同材料的承载能力区别,对混凝土重力坝系统失稳过程进行了详细的描述,以期为今后混凝土重力坝承载能力的分析研究提供相应的借鉴作用。
关键词:混凝土重力坝;承载能力1.混凝土重力坝概述(1)混凝土重力坝的概念混凝土重力坝是指采用混凝土作为坝身主要材料的刚性坝,其依靠自重与坝基间产生摩擦力来维持自身的稳定,具有结构简单,施工方便,能够承受较大的静水推力、风浪压力以及泥沙压力。
按其结构特征可将混凝土重力坝分为重力坝、大头坝和拱坝。
按施工特点可混凝土重力坝分为常态混凝土坝、碾压混凝土坝及装配式混凝土坝等。
(2)混凝土重力坝的优缺点混凝土坝的优点主要包括以下几个方面:首先混凝土坝可以通过坝身进行泄水和取水,节省工程是费用。
其次枢纽布置紧凑,便于使用管理。
最后混凝土坝遇偶然事故时安全性较好。
混凝土坝的缺点主要包括以下几个方面:首先混凝土坝对地基承载力及岸坡岩体强度、刚度、整体性要求较高,应建设在地质条件较好的岩基之上。
其次由于混凝土重力坝混凝土施工一般为大体积混凝土,在建筑过程中应严格控制混凝土的入模温度与温升情况,对混凝土后期养护要求较高。
最后材料可利用性较差,混凝土重力坝对地基岩石要求较为严格,所用岩石必须有足够的强度、不透水性和耐久性[1]。
2.混凝土重力坝承载力分析的弹塑性有限元法采用弹塑性有限元法对混凝土重力坝承载力进行分析的特点是求解节点位移的非线性方程组,同时考虑大体积混凝土所用材料的性质和应力变形,在应力作用下建立弹塑性的本构理论,一般可表述为[2]:f(σ,σp,k)=0其中:σ-六维应力矢量σp-塑性应力矢量K-内状态变量(内状态变量可以为塑性功、塑性体应变及塑性应变矢量的等效值)同时根据流动法则可知,塑性应变增量的方向与应力屈服面外法向一致:dεp=dλ?f/?σ其中:dλ-非负尺度参数上述所建立的本构方程仅适用于强化材料范围,不适用于理想塑性材料。
混凝土重力坝设计规范word版
目次前言1 范围2 引用标准3 总则4 术语、符号5 重力坝布置6 坝体结构和泄水建筑物型式7 泄水建筑物的水力设计8 结构计算基本规定9 坝体断面设计10 坝基处理设计11 坝体构造12 坝体防裂及温度控制13 观测设计附录A (标准的附录) 堰面曲线、堰面压力及反弧段半径附录B (标准的附录) 坝身泄水孔体型设计附录C (标准的附录) 水力设计计算公式附录D (标准的附录) 坝基、坝体抗滑稳定抗剪断参数值附录E (标准的附录) 实体重力坝的应力计算公式附录F (标准的附录) 坝基深层抗滑稳定计算附录G (标准的附录) 坝体温度和温度应力计算条文说明1 范围本规范规定了重力坝的布置、结构计算、设计原则、温度控制和观测等技术要求。
本规范适用于水利水电大、中型工程岩基上的1、2、3级混凝土重力坝的设计,4、5级混凝土重力坝设计可参照使用。
对于坝高大于200m的混凝土重力坝设计,应作专门研究。
22引用标准33下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成本标准的条文。
在标准出版时,所示版本均为有效。
所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB50199—94 水利水电工程结构可靠度设计统一标准 GB50201—94 防洪标准DL/T5039—95 水利水电工程钢闸门设计规范DL/T5057—1996水工混凝土结构设计规范DL5073—1997 水工建筑物抗震设计规范DL5077—1997 水工建筑物荷载设计规范DL/T5082—1998水工建筑物抗冰冻设计规范SD105—82 水工混凝土试验规程SD303—88 水电站进水口设计规范SDJ12—1978 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分) (试行) 及补充规定SDJ336—89 混凝土大坝安全监测技术规范(试行) SL48—94 水工碾压混凝土试验规程3 总则3.0.1 本规范是根据GB50199规定的原则制定的。
第四章重力坝
1、坝顶宽度
为了满足运用、施工和交通的需要, 坝顶必须有一定的宽度。当有交通 要求时,应按交通要求布置。 一般情况坝顶宽度可采用坝高的 8~10%,且不小于3m。 碾压混凝土坝坝顶宽不小于5m; 当坝顶布置移动式启闭机时,坝顶 宽度要满足安装门机轨道的要求。
2、坝顶布置
坝顶结构布置的原则是安全、经济、合理、实 用。有下列型式: ①坝顶部分伸向上游; ②坝顶部分伸向下游,并做成拱桥或桥梁结构 型式; ③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。坝顶常设防浪墙, 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。
堰顶设有闸门
当堰顶设有闸门时,闸门顶高程虽 高于水库正常蓄水位,但堰顶高程较低, 可利用闸门不同开启度调节库内水位和 下泄流量,减少上游淹没损失和非溢流 坝的高度及坝体的工程量。 与深孔闸门比较,堰顶闸门承受的 水头较小,其孔口尺寸较大,由于闸门 安装在堰顶,操作、检修均比深孔闸门 方便。在大、中型水库工程中得到广泛 的应用。
重力坝的特点
1、便于泄洪和施工导流容易。重力坝所用的材料抗冲能力强,剖面尺 寸较大,适于坝顶溢流和在坝身设置泄水孔,施工期可以利用坝体分期 导流。 2、混凝土重力需要温控散热措施。重力坝体积大,水泥用量多,水泥 水化热量大,需要温控散热措施,否则会产生温度裂缝,影响坝体的整 体性、耐久性及外观等。 3、材料的强度不能充分发挥。重力坝材料的允许压应力相对较大,而 坝体内部和上部的实际应力较小,因此坝体不同区域应采用不同强度等 级和耐久性要求的材料。 4、受扬压力影响大。重力坝的坝体和坝基有一定的透水性,在较大的 水头差作用下,产生渗透压力。渗透压力和浮托力合称扬压力,它会减 轻坝体的有效重量,对坝体的稳定不利,因此要采取有效措施减小扬压 力。 5、对地形、地质条件适应性好。几乎任何形状的河谷断面都可修建重 力坝,重力坝对坝基地质条件的要求虽然比土石坝高,但由于横缝的存 在,能很好地适应各种非均质的地基,无重大缺陷的一般强度的岩基均 能满足建坝要求。
《混凝土重力坝设计规范》
5.基本设计规定本章规定了概率极限状态设计原则,列出了分项系数极限状态设计表达式。内容共分4节:一般规定、承载能力极限状态计算规定、正常使用极限状态计算规定与作用和材料性能标准值。规定了各类作用的分项系数、作用的标准值或代表值按照《水工建筑物荷载设计规范》(DL5077一1997)的规定确定。对材料性能的标准值及其分项系数作出了规定。
10.观测设计规定了重力坝观测设备的项目及其布设原则。安全性观测项目可根据混凝土重力坝的安全等级提出不同的项目;专门性观测项目根据工程的安全等级、结构型式及地质条件等选设项目。观测设备布设原则要能反映大坝与基础的工作性状,应目的明确、重点突出,做到少而精、布点集中,观测方法简捷直观满足精度要求,重点部位观测值能互校,规定了观测点布设应具的工作条件。
7.坝基处理设计共分6部分,即一·般规定、坝基开挖、坝基固结灌浆、坝基防渗帷幕和排水、断层破碎带和软弱夹层处理、岩溶地区的防渗处理,防渗帷幕标准用透水率(…表示,单位用吕荣。对坝基深层缓倾角软弱夹层处理和岩溶地区防渗处理的要求作出了规定。
8.坝体构造包括坝顶布置、坝内廊道及通道、坝体分缝、坝体止水和排水、大坝混凝土及材料分区5部分。所有规定适用于常规混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝。对大坝混凝土强度等级、耐久性(包括抗渗、抗冻、抗冲耐磨、抗风化和抗侵蚀)以及低热性分别提出了规定的要求指标或应具有的材料特性。
规范分正文及附录、条文说明、专题报告汇编3部分。正文共10章、7个附录;条文说明与规范正文的章、节、条顺序相对应,绝大部分的条文均作了说明,该规范现已提出送审稿。
规范的主要Байду номын сангаас容有:
1.总则阐明了规范修订原则,适用于岩基上坝高200m以下的常规混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝,在本规范中未涉及的部分应执行本行业相应的其他设计规范和符合其他行业的设计规范等的规定,对高坝、中坝、低坝分档的标准作出了规定。
01岩基上的重力坝解析
(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。
(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。
二、重力坝的类型 (1)按坝的高度分类,可分为高坝、中坝、低坝三类。 (2)按筑坝材料分类,可分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 (3)按泄水条件分类,可分为溢流坝和非溢流坝。 (4)按施工方法分类,可分为浇筑式混凝土重力坝和碾压式混凝土重力坝。 (5)按坝体的结构型式分类,可分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝。
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。
DL 5108-1999 混凝土重力坝设计规范1
中华人民共和国电力行业标准混凝土重力坝设计规范主编单位国家电力公司华东勘测设计研究院批准部门中华人民共和国国家经济贸易委员会批准文号号前言年作了局部修订字第号文的要求及通过本规范的实本规范对年结构设计采用概率极限状态设计原则以分项系数极限状增加了坝基深层抗滑稳定分析方法和极限状态设计表达对重力坝结构分析增加了有限元方法并提出了设计控制型设计修订了坝基处理标准采用混凝土强度等级取代了混凝土标号本规范替代年补充规定并替代本规范由国家电力公司水电水利规划设计总院提出修订并归本规范起草单位本规范的主要起草人目次前言范围引用标准总则重力坝布置坝体结构和泄水建筑物型式结构计算基本规定坝体断面设计坝基处理设计坝体构造坝体防裂及温度控制观测设计附录附录坝身泄水孔体型设计附录附录断参数值附录附录坝基深层抗滑稳定计算附录坝体温度和温度应力计算范围级混凝对于坝高大于的混凝土重力坝设计引用标准在标准出版时所有标准都会被修水利水电工程结构可靠度设计统一标准防洪标准水利水电工程钢闸门设计规范水工混凝土结构设计规范水工建筑物抗震设计规范水工建筑物荷载设计规范水工建筑物抗冰冻设计规范水工混凝土试验规程水电站进水口设计规范水利水电枢纽工程等级划分及设计标准水工碾压混凝土试验规程本规范是根据在本规范中未涉及的部分应执行本行业或其它行业相应坝高在坝高在术语坝高建基面的最低点混凝土实体重力坝碾压混凝土重力坝将干硬性的混凝土拌和料分薄层摊铺并经振动碾压密实而成混凝土空腹重力坝在坝的腹部沿坝轴线方向布置有大尺度空腔的混凝土重力混凝土宽缝重力坝宽尾墩联合消能扭曲式挑坎窄缝式挑坎气温骤降日平均气温在内连续下降超过基础温差符号分项系数极限状态设计结构重要性系数设计状况系数作用效应函数结构抗力函数正常使用极限状态短期组合的结构功能限值正常使用极限状态长期组合的结构功能限值几何特征分别为坝材料性能基岩变形模量混凝土泊松比混凝土的重度混凝土的比热混凝土的表面放热系数混凝土的温度膨胀系数混凝土抗压强度设计值坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数坝体混凝土层面的抗剪断摩擦系数坝基岩体结构面的抗剪断摩擦系数作用及作用效应基岩法向作用对计算截面形心轴的力矩之和计算参数坝顶距水库静水位的高度波高超高流速流量定型设计水头水深冲坑水垫厚度基础允许温差坝体的稳定温度热量计算系数基础约束系数重力坝布置碾压混凝土重力坝的枢纽布置宜采用引水式或地下式厂若采用坝后式厂房时两岸坝接头可通过技术经济比水库运行和泄洪以及排漂浮物的要求坝体分段情况与相邻建筑物的关系开敞式溢流孔泄洪孔设置条件经研究认为采用泄水孔泄洪有利放水孔的设置条件当地震设计烈度为度以上或坝基地质条件极为复杂其它取水设施不能满足要求时下因素其消能排沙孔应靠近其流态不得影响这运行条件施工条件泄水孔不同位置对施工进度和施工方法的影其布置应符合下列要求能宣泄所承担的施工流量来满足泄洪时应不致冲坏永久建筑物或影响施工进度工农业及城市生活供水取水口应满足供水期的引水高程和流量的要求设置在坝上的过坝建筑物的进出口宜远离泄洪建筑物的进出大型枢纽工程的重力坝布置应经水工模型试验验证运行坝体结构和泄水建筑物型式一般规定各溢流坝段和非溢流坝段下游面应分别保持一致但溢流坝段与非溢流坝段建在地震区的混凝土重力坝坝体结构的抗震设计应符合建在寒冷地区的混凝土重力坝坝体结构的抗冰冻设计应符合非溢流坝段的规确定在严寒地区当冰压力很大时上游坝坡宜采用采用下游坝坡可采用一个或几个坡度并应根据稳定下游坝坡宜采用上游下游坝坡可按常态混凝土不宜设纵缝宽缝宽度可取坝段宽的该部头部应力状态帷幕灌浆廊道和坝内交通系统的布置迎水面头部最小厚度可取倍该高程处上游坝面部分连接处宽缝水平截面的渐变坡度宽缝顶部的高程应高于下游水位倒坡宜陡于空腹重力坝腹孔底部的位置可位于坝剖面中部的坝基面腹孔总宽可占坝基总宽的左右腹孔高度在坝高的腹孔形状可采用或顶部溢流坝段经过数值模拟优化论证和试验验证选择溢流坝的堰面曲线时堰顶附近允许出现的经当地大气压修正的负压值应符合下列要求论证确定当堰顶闸门槽产生过大负压足以引起严重空蚀破坏时应设弧半径等大型工程应经水工模型试验验证中型工程宜经水工模型试验验证水力条件较简单的中型工程则可参照类似工程的经当溢流坝有排冰要求时溢流孔口尺寸应根据冰情资料确冰块应能自由下泄而不致闸墩墩头宜呈锐角溢流坝设置的闸门应符合溢流坝断面设计还应符合本规范坝身泄水孔无压孔在平面上宜布置成直线如需布置成弯道时应进有压段末端设工作闸该段体型的设计见附录无压段的高度可取最大流量时不掺气水深的无压段出口宜高出尾水位无压段水流流速较大时工作闸门设在出口端有压孔的体型设计可见附录坝身泄水孔的闸门和启闭机的设计应符合下列要求事故检修闸可设于坝顶位于坝内的启坝身泄水孔的通气孔设计应符合无法避免采取适当措施以避免坝身泄水孔的衬护并与外围混凝土可靠结泄水建筑物的水力设计一般规定泄水建筑物的水力设计内容应包括泄流能力的计算下游水流衔接和消能防冲设施的设计泄水建筑物的泄洪标准应根据和及其补充规定一等工程消能防冲建筑物宜按程消能防冲建筑物宜按筑物宜按并需考虑在小于设计洪水时可能所列公式进行计的选定的消能型式应能在宣泄设计洪水及其以下各级洪水流量时消能防冲设计标准的洪水允许消能防冲建筑物出现不危及挡水建筑物安全低坝需经论证才底流消能需经论证联合消能应大型工程和高坝的泄水建筑物设计应经水工模型试验验泄流能力及消能计算边墩或导墙顶高程应根据计算水面线加挑流水舌挑射距离和跌入下游河床的最大冲坑深度可按照附录护坦上的时均水压力分布可按下列规定取值计算断面上的水深作为近似水面线当护坦上设有消力墩时高速水流区的防空蚀设计泄水建筑物的高速水流区应注意下列部位或区域发生空蚀破坏的可能性反弧段及其附近溢流坝面上和泄水孔流速大于在高速水流区各部位的水流空化数宜大于该处的初生对采取以下防空蚀措施的控制标准见附录采用掺气设施可按照附录流速的泄水建筑物应采取掺气措施特殊重要的工程和流速大于的建筑物应通过减压箱模型试验确消能防冲设施的设计规定的洪水标准时的下游水位挑流鼻坎的挑角可采用采差动式鼻坎的上齿坎挑角和下齿坎挑角的差值以出底板的挑角宜取零度或为正负小挑角收缩比可为宜取长宽比宜取冲坑最低点距坝趾的距离应大于水舌入水宽度的选择挑流消能应研究雾化对枢纽其它建筑物运行安全及边坡坝下游的建筑物及消力池内要清理干净跃前断面平均流速小于辅助消能设施应满足设在池外侧的导墙宜采取下列工鼻坎下设置齿墙或短护坦两侧设置导墙联合消能的防冲设施可按照应宽尾墩的体形见附录结构计算基本规定一般规定本规范采用概率极限状态设计原则以分项系数极限状态设计表达式进行结构计算混凝土重力坝应分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行下列计算和验算承载能力极限状态和抗滑稳定计算对需抗震设防的坝正常使用极限状态混凝土拉应力验算必要时进行坝体及结构变形计算复杂地基局见表表水工建筑物结构安全级别合基本组合持久状况或短暂状况下永久作用与可变作用的效应组合偶然组合合短期组合持久状况或短暂状况下可变作用的短期效应与永久作用效应的组合长期组合持久状况下承载能力极限状态计算规定式中设计状况系数状况可分别取用作用效应函数式中偶然组合结构系数表材料性能分项系数表结构系数正常使用极限状态计算规定正常使用极限状态作用效应的短期组合采用下列设计表正常使用极限状态作用效应的长期组合采用下列设计表达式式中结构的功能限值函数的结构系数取作用及材料性能标准值抗剪强度标准值大型工程可行性研究及招标设计阶段坝体混凝土与基岩接准值按现场或室内试验测定成果概率分布的当坝基地质条件简单时其抗剪断强度的标准值可根据少量现场大型工程可行性研究以前各设计阶段及中型工程的所有设计阶段可参考类似条件工程的试验成果或参考附录所列标准值上述抗剪断摩擦系数概率分布模型取正态分布抗剪断凝聚抗压强度标准值龄期用标准试验方法测得的具有大坝常态混凝土强度的标准值可采用表大坝常态混凝土强度标准值大坝碾压混凝土强度的标准值可采用表大坝碾压混凝土强度标准值当坝体常态混凝土开始承受荷载的时间早于混凝土开始承受荷载的时间早于坝体断面设计主要设计原则混凝土重力坝一般以材料力学法和刚体极限平衡法计算式见附录高坝除用材料力学法计算坝体应力外尚宜采用有限元法进行计算分析修建在复杂地基上的中坝地震作用组合下的偶然状况应符合分期施工投入运行的坝强度和稳定计算应按持久状况计设计规定的坝体及其构件的施工程序不宜使施工期产生的所得应力成果应避免特别不利的应不设横缝或横缝灌浆的整体式重力坝的稳定计算可按整体式厂坝连接的坝后式厂房作用及其组合按照承载能力极限状态基本组合由下列永久和可变作用产生的效应组合而排水及防渗设施正常工作时的水荷载扬压力浪压力取扬压力承载能力极限状态作用的基本组合和偶然组合按表组合计入中坝体在施工和检修情况下应按短暂状况承载能力极限状作用值坝体强度和稳定承载能力极限状态计算承载能力极限状态设计包括坝体与坝基接触面抗滑稳定计算坝体层面抗滑稳定计算坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数抗压强度极限状态抗力函数或逆时针方向为正坝体下游坡度规定应按材料的标准值和作坝体选定截面下游端点的抗压强度承载能力极限状态作用效应函数抗压强度极限状态抗力函数式中应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态作用效应函数抗滑稳定抗力函数式中坝基面抗剪断摩擦系数作用效应函数抗滑稳定抗力函数式中应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和核算坝基深层抗滑稳定极限状态时根据式中坝基面形心轴到上游面的距离核算坝踵应力时根据式为式中计算截面上全部作用对截面形心的力矩之和规定应按作用的标有限元法计算作用按的规定取标准值有限元法计算混凝土重力坝上游垂直应力时控制标准坝基上游面坝体上游面倍或坝内孔洞配筋可根据有限元法应力计算成果按溢流坝闸墩结构设计溢流坝上闸墩强度的设计计算包括闸墩强度的计算应符合下列要求核算纵向强度时核算横向强度时应将闸墩视为固端的整体构件根据拉钢筋混凝土构件设计弧门支座附近闸墩的局部受拉区的裂缝控制和支座截面闸墩结构设计计算应符合坝基处理设计一般规定混凝土重力坝的基础经处理后应满足下列要求具有足够的强度以承受坝体的压力控制渗流量坝基处理设计应综合考虑基础与其上部结构之间的相互透和坝肩边坡稳定情况尤应考虑施工或蓄水对稳定和渗透带来非岩溶岩石的封闭条坝基开挖定的基础上坝高超过微风化或弱风化下部基岩两岸地形较高部台阶的高差应与混凝土浇筑块的尺寸和分缝的位置相协调并和对地形高差悬殊部位的坝体应有一定宽度的台阶状或采取其它结构措施坝基固结灌浆应在坝基范围内进宽缝重力坝的宽缝部位适当扩大灌浆范围防渗帷幕上游的坝基宜进行固结灌浆或根据开挖以固结灌浆孔的孔深应根据坝高和开挖以后的地质条件采用必要时可适当加固结灌浆孔通常布置成梅花形对于较大的断层和裂隙灌浆孔方向应根据主要裂隙产状结合施工条件确帷幕上游区的固结灌浆应在基础部位混凝土浇筑后进灌浆压力在不抬动基础岩体的原则下经论证采用无混凝土盖重灌浆时其灌浆压力为坝基防渗帷幕和排水水文地质条件复杂的高坝防渗帷幕应符合下列要求生不利影响坝基渗漏量降至允许值以内两岸岸坡也多泥沙河流上经分析淤积物的渗透系数及上游的淤积厚度但应确保大坝初期运在施工主帷幕应在水库坝高在在坝高在在坝高在为抽水蓄能电站或水源短缺水库当坝基下存在可靠的相对隔水层时防渗帷幕应伸入到该岩层内度应符合两岸坝头部位对隔水层处或正常蓄水位与地下水位相交处并与河床部位的帷坝基灌浆帷幕中心线距坝上游面的距离可取倍左右坝底帷幕排数在考虑帷幕上游区的固结灌浆对加强基础浅层的防当帷幕由两排灌浆孔组成时可将其中的一排孔钻灌至设计倾向上游帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土作为盖重后当高尾水位历时坝高较低主排水孔的孔距可为排水孔孔深应根据帷幕和固结灌浆的深度及基础的工程地高当坝基内存在裂副排水孔深可为夹泥裂隙时断层破碎带和软弱结构面处理研究在地震设计烈度为坝基范围内单独出露的断层破碎带其组成物质主要为坚硬构造岩对基础的强度和压缩变形影响不大时可将断层破碎可用混凝土塞加提高深层缓倾角软弱结构面稳定性处理方法有提高软弱结构面抗剪能力增加尾岩抗力当断用水泥灌浆难以达根据地质条件确定并应符合本规范岩溶地区的防渗处理对存在岩溶洞穴或具或管道时及错列式等岩溶地区防渗帷幕厚度可根据临界渗透坡降控制的允许廊道层间高差和层数宜高差可取混凝土形成连续防渗墙也可采用槽式洞挖后回填混凝土形成防坝体构造坝顶坝顶应高于校核洪水位坝顶上游防浪墙顶的高程应高应选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程式中防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差按照表安全超高防浪墙宜采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构墙身应有足够的厚度以抵挡波浪及漂浮物的冲击在坝体横缝处应留非溢流坝段的坝顶宽度可根据必要常态混凝土坝坝顶最小宽度为坝顶路面应具有横向坡度坝顶上的桥梁宜采用装配桥下应有足够的净坝顶用作公路时公路侧的人行道宜高出路面坝内廊道及通道坝内应根据下列要求设置廊道及竖井进行帷幕灌浆设置坝基排水孔检查和维修坝身的排水管坝内应设置纵向坝体排水及检查廊道廊道每隔左对设引张线廊道的上游壁离上游坝面的距离应满足防渗要求并不小于净距离不宜小于应通过应力分析确定严寒地区纵向坝体排水及检查廊道应沿不同高程分设自流式或专当灌浆廊道的高程低于尾水位或采用抽排降压措应设置的横向廊道可用三角形顶平底断面电梯井及集水井多采用矩形其它寸宽度为基础灌浆廊道的纵向坡度应缓于坡度较陡的长廊当两岸坡度陡于器设备与线路应保证绝缘良好坝内埋设仪器坝体分缝。
水利课件岩基上的重力坝
二.坝基的固结灌浆
目的:提高基岩的强度和整体性,降低地 基的透水性。 固结灌浆设计内容: 1.决定灌浆范围:高坝或岩基裂隙发育, 全坝基灌浆;一般情况下在坝踵坝趾处灌 浆(为什么?)。 2.灌浆孔的深度:一般5—8m;帷幕上 游区8—15m 3.灌浆孔的间距:孔距、排距 3—6m 4.灌浆孔的排列形式:平面上作梅花形 或方格形。
(一)基本假定
1、坝体砼为均质,连续各向同性的弹性材 料。
2、取单宽坝体作为固结在地基上的悬臂梁 计算,且不受两侧坝体的影响。
3、水平断面上的垂直正应力σy是直线分布。
(二)边缘应力的计算
1、水平截面上的正应力σyu、σyd。 2、剪应力τu和τd。
W2 H1
P1
P2
σy τ σx
W1 O(
形 心
一、自重
坝体自重由坝体体积和材料的容重算出。 初步设计时可取砼γc=24KN/m3,施工详 图阶段由现场砼试验决定,当计算深层滑 动时,还应考虑岩体的自重。
二、静水压力
作用在坝面上的静水压力可按静水力学 原理计算,分为水平及垂直力分别进行计 算。
水平力:P1=(1/2)rH12 P4=(1/2)rH22 垂直力:P2=(1/2)rnH12 P3=(1/2)rmH22
公式评价:本公式不考虑凝聚力,偏于 安全,凝聚力作为安全储备,所以规定的 安全系数较低。
(二)抗剪断公式
假定:认为砼与基岩接触良好,直接采用 接触面上的抗剪断参数f′和c′。 公式:Ks″=[f’(∑W-U)+C”A]/ ∑P 安全系数Ks″,设计规范规定:不分等级 基本荷载组合:采用3.0 特殊荷载组合:(1)采用2.5;(2)采 用不小于2.3。
P
hn
P2
重力坝的特点
规律: 1)施工运用方便多做成a=90 2)f较低时,为满足稳定,减小a角,利用 水重 W2 重 力 3)工程经验 坝 基 H 本 m=0.6—0.8(下游坡) p 剖 面 W1 n=0—0.2(上游坡)
a B
arH U
三、实用剖面
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=8-10%坝高,但 不得小于 2 米,如有运用和交通要求,应 满足这些要求。 坝顶高于水库水位的高度△h计算: △h=hl+hz+hc 坝顶高度=设计洪水位+△h
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。
rH2
P
W1
W2
软 弱 面
U1
U2
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
第四节 重力坝的应力分析
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。 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足强度要求
坝体混凝土的抗压龄期一般可取为90天, 最多不超过180天。坝体混凝土的抗拉 龄期一般可取为28天,一般不采用后 期强度。
水工建筑物——重力坝习题及答案
水工建筑物——重力坝习题及答案第二章复习思考题1.结合重力坝的工作条件,分析其优缺点2.重力坝设计必须包括哪些主要内容?3.为什么扬压力对重力坝的应力及稳定均不利?4.画图表示岩基上混凝土实体重力坝设置了封闭的灌浆帷幕、排水孔幕的布置和抽排水设施时的扬压力图形。
5.为什么要进行荷载组合?什么是基本荷载和基本荷载组合,什么是特殊荷载和特殊荷载组合?6.重力坝抗滑稳定计算公式有哪几种?试比较各公式的基本理论、优缺点和适用条件。
7.提高重力坝抗滑稳定性有哪些措施?8.重力坝应力分析的目的是什么?9.重力坝应力分析的材料力学有哪几条基本假定?10.用材料力学法计算重力坝应力,其强度标准是什么?11.重力坝为什么要分缝?需要分哪些缝?12.纵缝有哪几种?各有什么优缺点?13.廊道有哪些作用?如何确定各种用途廊道的形式、尺寸和位置?布置廊道系统的原则是什么?14.坝身排水孔的作用是什么?距上游坝面的距离、孔距如何确定?15.重力坝对地基有哪些要求?为什么有这些要求?这些要求与天然地基的条件之间有哪些矛盾?16.试述重力坝固结灌浆的目的、设计内容、原则和方法。
17.试述重力坝防渗帷幕灌浆的目的、设计内容、原则和方法。
综合测试1.扬压力即为:(A)渗透压力;(B)浮压力;(C)渗透压力和浮压力之和;(D)渗透压力减去浮压力。
2.基本荷载是:(A)出现机会较多的荷载;(B)出现机会较少的荷载;(C)出现机会较多的荷载和出现机会较少的荷载之和;(D)基本荷载和一种或几种特殊荷载。
3.摩擦公式认为:(A)坝体与坝基为胶结状态;(B)坝体与坝基为接触状态;(C)坝体与坝基为连接状态;(D)坝体与坝基为作用状态。
4.材料力学法假定(A)水平截面上的垂直正应力呈曲线分布;(B)水平截面上的垂直正应力呈均匀分布;(C)水平截面上的垂直正应力呈不均匀分布;(D)水平截面上的垂直正应力呈直线分布。
5.应力的控制标准是:(A)上游坝基面垂直正应力(计入扬压力)大于零;(B)上游坝基面垂直正应力(计入扬压力)小于零;(C)上游坝基面垂直正应力(计入扬压力)等于零;(D)上游坝基面垂直正应力(计入扬压力)不为零。
重力坝概述-支持高清浏览
缺点:
➢ 坝体体积大,要消耗大量水泥,材料强度没有
被充分利用;
➢ 由于体积大,浇筑时水泥的水化热消散困难;
➢ 底面积大,作用在坝底面上的扬压力也大,减 少了坝的有效重量,对坝体稳定不利;
➢ 坝体体积虽远较土石坝小,但单位体积的造价 远较土石坝高。
为了发扬优点克服缺点,可考虑改进设计方
法和施工方法。
在坝内设置大型纵 向空腔的重力坝, 称为空腹重力坝。
利用受拉钢筋或 钢杆对重力坝 施 加预应力,以 增 加坝身稳定性,并 有效地改善坝 身 应力分布,从 而 减小坝体混凝 土 用量。
但施工复杂, 钢筋用量多。
4. 重力坝布置
通常由溢流坝段、非溢流坝段和两者之间的 连接边墩、导墙以及坝顶建筑物等组成。
2. 重力坝工作原理及特点
(1) 工作原理
➢ 稳定要求
利用自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地
利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生 的拉应力
(2) 工作特点 优点:
➢ 适于从坝顶溢流,施工期间也易于通 过较低的坝块或底孔(永久的或临时的) 泄流;
重力坝发展史:
早在公元前2900年,埃及便 19世纪以前,毛石砌体重力坝 在尼罗河上修建了一座高15m、
顶长240m的砌石重力坝。
19世纪后期,混凝土重力坝
采用有效的防渗、排水措施,施工中 分缝、灌浆、温度等技术
20世纪,现代重力坝
30年代以后,重力坝日益增多,重力 坝占总坝数量的比重较大
60年代开始,土石坝理论和施工的发 展,重力坝的比例相对减少,技术上 继续进步
重力坝总体布置应根据地形地质条件,结合枢
纽其他建筑物综合考虑。
各段外形协调一致,尤其是上游坝面要保持齐 平。但若地形地质有明显差别时,也可分别 采用不同的下游坝坡,保证既经济又安全。
混 凝 土 重 力 坝 设 计 规 范
混 凝 土 重 力 坝 设 计 规范
Design specification for concrete gravity dams
SL××× — 2003
主编单位:长江水利委员会长江勘测规划设计研究院 批准部门:中华人民共和国水利部 施行日期:2004 年×月×日
中国水利水电出版社
2004 北 京
2
前
UDC
SL
中华人民共和国水利行业标准
SL××× — 2003
P
混 凝 土 重 力 坝 设 计 规范
Design specification for concrete gravity dams
(送 审 稿)
2004 - ×× - ×× 发布
2004 - ×× - ×× 实施
中华人民共和国水利部
发布
1
中华人民共和国水利行业标准
2 引用标准
7
2 主要术语与符号
2.1 2.1.1 坝高 dam height 大坝建基面的最低点(不包括局部深槽、井或洞)至坝顶的高度。 2.1.2 混凝土重力坝 concrete gravity dam 整个坝体均用混凝土填筑的重力坝。 2.1.2 实体重力坝 主 要 术 语
2.1.3
空腹重力坝 concrete hollow gravity dam
3
目
次
1 总则……………………………………………………………………………………(1) 2 主要术语与符号………………………………………………………………………(2) 2.1 主要术语…………………………………………………………………………(2) 2.2 基本符号…………………………………………………………………………(2) 3 坝体布置………………………………………………………………………………(5) 4 坝体结构………………………………………………………………………………(7) 4.1 一般规定…………………………………………………………………………(7) 4.2 非溢流坝段………………………………………………………………………(7) 4.3 溢流坝段…………………………………………………………………………(8) 4.4 坝身泄水孔………………………………………………………………………(8) 5 泄水建筑物的水力设计………………………………………………………………(10) 5.1 一般规定…………………………………………………………………………(10) 5.2 泄流能力及消能计算……………………………………………………………(11) 5.3 高速水流区的防空蚀设计………………………………………………………(11) 5.4 消能防冲设施的设计……………………………………………………………(12) 6 坝体断面设计…………………………………………………………………………(14) 6.1 荷载及其组合……………………………………………………………………(14) 6.2 主要设计原则……………………………………………………………………(15) 6.3 坝的应力计算……………………………………………………………………(16) 6.4 坝体抗滑稳定计算………………………………………………………………(18) 6.5 溢流坝闸墩结构设计……………………………………………………………(19) 7 坝基处理设计…………………………………………………………………………(20) 7.1 一般规定…………………………………………………………………………(20) 7.2 坝基开挖…………………………………………………………………………(20) 7.3 坝基固结灌浆……………………………………………………………………(21) 7.4 坝基防渗帷幕和排水……………………………………………………………(21)
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。
重力坝知识点总结
重力坝知识点总结一、重力坝的分类根据不同的特点和用途,重力坝可以分为多种不同的类型。
常见的重力坝类型包括:1. 混凝土重力坝:这是最常见的重力坝类型,由混凝土块构成,能够承受水压力并抵抗地震力。
混凝土重力坝通常用于大型水利工程中,如水电站和灌溉工程。
2. 石块重力坝:这种重力坝由大块石头或石块构成,通过石块之间的摩擦力和重力来抵抗水压力。
石块重力坝通常用于较小规模的水利工程和防洪工程中。
3. 土坝:土坝是一种以土壤和岩石为主要材料构成的重力坝,具有一定的柔性和可塑性,能够适应地基变形和水压力的影响。
土坝常用于较低的水位和较小规模的水利工程中。
二、重力坝的结构特点1. 基础结构:重力坝的基础结构通常由混凝土块或大块石头构成,能够承受来自坝体的重力和水压力。
合理的基础结构设计是重力坝安全稳定运行的基础。
2. 坝体结构:重力坝的坝体由混凝土或石块构成,以抵御水压力和抗震力。
坝体结构的设计和施工质量对重力坝的安全运行至关重要。
3. 泄洪设施:重力坝通常需要配备泄洪设施,用于调节坝体和下游水位,保护坝体和下游地区免受洪水侵袭。
4. 式样结构:重力坝的式样结构包括坝头、坝身和坝尾三个部分,其中坝头通常设有溢流坝段,坝身是坝的主体部分,坝尾则通常设有泄洪设施。
5. 加强结构:为了提高重力坝的安全性和稳定性,通常需要在坝体和基础结构中设置加强措施,如锚杆、钢筋混凝土板等。
三、重力坝的设计原则1. 安全性原则:重力坝的设计必须以安全为首要考虑,保证其在水压力和地震力的作用下不发生破坏和滑坡。
2. 稳定性原则:重力坝的设计必须保证其稳定性,不受地基沉降和水压力的影响,能够长期安全运行。
3. 经济性原则:重力坝的设计必须兼顾成本和效益,尽可能降低建设和维护成本,提高水资源的综合利用效益。
4. 耐久性原则:重力坝的设计必须考虑其耐久性,能够在长期使用和恶劣环境的情况下保持良好的结构性能。
5. 灵活性原则:重力坝的设计必须具有一定的灵活性,能够适应地基变形和水位变化的影响,保证其安全稳定运行。
岩基上的重力坝
σxd=Pd+(σyd-Pd)m2 σxd=Pd+τdm2
边缘主应力计算
根据平衡条件∑Fy=0
σ1u =(1+ n2 )σyu- Pu n2 σ1d=(1+ m2 )σyd- Pd m2
σ2u= Pu σ2d= Pd
计入扬压力边缘应力计算
极限状态法
采用概率极限状态设计时,对重力 坝应分别按承载能力极限状态和正常使 用极限状态进行强度验算。
堰面曲线方程如下:
xnKH dn1y
X
Y
式中:Hd—定型设计水头,按堰顶最大
作用水头Hmax 的75%~95%计算
对于设有胸墙溢流堰 的堰面曲线:
y
x2
4 2 H d
Hd ——定型设计水头,一般取孔口
中 心 至 校 核 洪 水 位 的 75% ~ 95% ;
φ ——孔口收缩断面上的流速系数,
一般取φ =0.95。
第八节 其他类型的重力坝
一、碾压式混凝土 重力坝
其主要优点是:
1)施工工艺程序简单,可快速施工,缩短工期,提 前发挥工程效益。 2)胶凝材料(水泥+粉煤灰+矿渣等)用量少,一般在 120~160kg/m3,其中水泥用量约为60~90kg/m3。 3)由于水泥用量少,结合薄层大仓面施工,坝体内 部混凝土的水化热温升可大大降低,从而简化了温 控措施。 4)不设纵缝,节省了模板及接缝灌浆等费用。 5)可适用大型通用施工机械设备,提高混凝土运输 和填筑工效。 6)降低工程造价。
梅山连拱坝 佛 子 岭 连 拱 坝
佛 子 岭 连 拱 坝
湖南镇梯形支墩坝
第九节 重力坝的 地基处理
பைடு நூலகம் 1)具有足够的强度; 2)具有足够的整体性
第2章重力坝
第二章岩基和的重力坝第一节概述图2.1 混凝土重力坝示意图一、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2、工作特点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因为体积大,材料强度不能充分利用⑧底部扬压力大,对稳定不利⑨因为体积大,水化热不易散发,温控要求高二、重力坝的型式(见图2.2>按作用分非溢流重力坝溢流重力坝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按内部结构分实体重力坝宽缝重力坝空腹重力坝三、重力坝设计的主要内容1、总体布置: 坝轴线组成建筑物的位置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、监测设计第二节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.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。
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、泥沙压力、地震荷载及冰压力等(图2.3>.图2.3 重力坝上作用力示意图自重坝体自重是重力坝的主要荷载之一。
W=γ×A+ωω--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,应计入地基初始应力的影响;假定:1°地基中任一点的垂直应力σ(y>=γh2°水平应力σ(x>=λγh3°剪应力τ(xy>=0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γ②浑水γ(按实际情况考虑>扬压力(含坝基和坝体内扬压力>*坝基扬压力: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。
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如果这种方法求得的 值等于或小于静摩擦系数 ,则认为坝是安全的。计算中假定取单位宽度为1英尺。各种地基材料的滑动系数安全值列表于13.1中。
The factor of safety,, against sliding is defined as the ratio of the coefficient of static friction, to the tangent of the angle between a perpendicular to the base and the direct foundation reaction, expressed as
Safety factors should be considered in the light of economic conditions. Large safety factors result in a more costly structure; however, low safety factors may result in failure, which could also lead to high cost.安全系数应根据经济情况来考虑。安全系数大,导致结构费用昂贵;而安全系数小则可能引起失事,也会导致很大的经济损失。
2 overturning倾覆
Ordinarily, the safety factor against overturning is between 2 and 3. 一般来说(通常),抗倾覆安全系数在2~3之间。
In small dams it is often larger.较小的坝通常取较大的值
A gravity dam rarely fails from overturning since any tendency to overturn provides greater opportunity for a sliding force to create the failure. 重力坝很少因倾覆而破坏。因为任何一种倾覆的趋势,都更可能引起滑动而导致破坏。
Clear distinction must be made among these three approaches. 必须将这三种方法区别清楚。
The primary purpose of each is to obtain a safe coefficient that when exceeded would put the dam in jeopardy of being pushed downstream.每种方法的基本目的都是要求得一个安全系数,当越出此安全系数范围时,坝就有向下游滑动的危险。
Site investigations provide the engineer with much of the information to evaluate these assumptions, the bases for safe dam design. 坝址的查勘为工程师拟定这些假定提供了许多资料。这些假定是安全设计的基础。
Proper safety factors result only from an adequate determination of sliding, overturning, and overstressing forces within and acting on the dam.只有在适当地确定坝内和作用在坝体上的滑动、倾覆以及应力超限的作用力之后,才能得到合适的安全系数。
Additional assumptions should involve silt loads, ice pressures, earthquake accelerations, and wave forces.其它一些附加假定应包括泥沙荷载、冰压力、地震加速度和波浪力。
1 safety factors 安全系数
抗倾覆安全系数是绕坝址的复位力矩(扶正力矩restoring couple)和倾覆力矩的比值,可以用公式表示为:
式中: 为混凝土的重量; 为斜面上的水重; 为水对坝体向下游的推力; 为扬压力; 为各力的力臂。
Also, if the uplift pressure at the upstream face exceeds the vertical stress at any horizontal section without uplift, the uplift forces greatly increase the tendency for overturning about the downstream toe at that assumed horizontal plane.此外,如果上游面的扬压力超过任一水平断面上不计扬压力算得的垂直应力,则扬压力将使绕坝所假定的水平断面下游点倾覆趋势大大增加。
Lesson 13 concrete gravity dam on rock foundations 岩基上的混凝土重力坝
The designer of any dam must make basic assumptions regarding site conditions and their effects on the proposed structure. 设计人员在设计任何坝时,都必须对有关坝址的情况及其对结构物的影响做出一些基本假定。
Which: is force due to weight of concrete; is force due to weight or water on inclined surfaces; is force of water acting to displace dam downstream; is uplift force; is length of moment arm for respective forces.
The safety factor against overturning is the ration of the righting moment to the overturning moment about the toe of the dam. This can be expressed as
Some important assumptions for small dam design involve uplift pressure, seepage control measures, channel degradation and downstream toe erosion, foundation conditions, and quality of construction. 有关小坝设计的一些主要假定包括:扬压力,渗流控制措施,河槽冲刷深度以及下游坝趾的冲蚀,坝基条件和施工质量。
3 sliding 滑动
Three approaches are used by engineers in evaluating the safety of a dam from being displaced downstream. 工程师们衡量向下游移动的安全性有三种方法。
Each has merit and generally involves the same relationship of forces. 每一种都有优点,并且所考虑作用力之间的关系大体上都相同。
The sliding factor of a gravity dam with a horizontal base equals the tangent of the angle between the perpendicular to the base and the resultant foundation reaction. The sliding factor for small dams is computed by taking the ratio of the summation of horizontal forces, to the summation of vertical forces, including the uplift, or
抗滑安全系数 的定义是静摩擦系数 和地基面垂线与地基反力夹角的正切之间的比值,即
This approach also assumes shear forces as added Байду номын сангаасafety measure. 这个方法也假定剪力为附加安全度。
The safety factor against sliding is usually between 1 and 1.5 for gravity dams on rock utilizing a conservative cross-section. The inclusion of uplift and seismic forces in the calculations may reduce the safety factor to about unity. 对于岩基上断面偏保守的重力坝,抗滑安全系数一般在1~1.5之间。计算中记入扬压力和地震力后,安全系数可降低到接近1。
If the computed safety factor falls below 2, the section of the dam should be modified to increase the safety margin. 如果算出的安全系数小于2(在2以下),应修改坝的断面以提高安全度。
The dam may still be considered safe if the tension stresses developed are less than the allowable stresses in the concrete and in the foundation material. This assumption is based on good workmanship and development of a tensile strength within the structure on all horizontal planes.在这种情况下,如果引起的拉应力小于混凝土内和地基材料的允许应力,则该坝仍可认为是安全的。这个假定是基于施工工艺良好和结构内所有平面上都具有抗拉强度做出的。