[讲义]水利水电工程重力坝知识PPT讲义82页

③枢纽泄洪问题容易解决。重力坝可以做成溢流的,也可以在坝 内不同高程设置泄水孔，一般不需要另设溢洪道或泄水遂洞，枢 纽布置紧凑。
④便于施工导流。在施工期可以利用坝体导流，一般不需要另设 导流遂洞。
⑤施工方便。大体积混凝土，可以采用机械化施工，在放样、立 模和混凝土浇筑方面都比较简单，在补强修复维护或扩建也比较 方便。
3.重力坝的优点：
①安全可靠。重力坝剖面尺寸大，坝体应力较低，筑坝材料强度 高，耐久性好，因而抵抗洪水漫顶、渗漏、地震和战争破坏的能 力都比较强。据统计，在各种坝型中，重力坝的失事率较低。
②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。 在地质上,除承载能力低的软基和有难以处理的断层、破碎带等 构造的岩基外,具有一般强度的岩基都可修建重力坝。因为坝体 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， 甚至在土基上也可以修建高度不大的重力坝。
坝体水平截面上扬压力分布
为减小扬压力需采取工程措施：
①坝基设帷幕. ②设排水.
用扬压力折减系数α表示岩体构造、性质、帷幕的深度、厚 度、灌浆质量、 排水孔直径、间距、深度等因素。
坝底面折减系数 河床坝段 ：α=0.2～0.3 岸坡坝段 ：α=0.3～0.4 .
为了降低坝内扬压力，常在坝体上游面附近浇筑抗渗混凝 土，并在紧靠该防渗层的下游面设排水管,从而构成坝体的防 渗排水系统。坝身排水管幕有降低渗压的作用,排水管幕处折 减系数a=0.15-0.3
重力坝
第一节 概述
1、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（在坝基 面）产生的抗滑力来（抵抗水平水压力）满足稳定要求； ②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.
2.特点：
①重力坝的基本剖面呈三角形； ②筑坝材料为混凝土或浆砌石； ③在平面上，坝轴线通常呈直线，有时为了适应地形地质 条件或为了枢纽布置上的要求也可布置成折线或弯度不大 的曲线；
用材料强度、节省工程量和便于坝内检查及维护等优点；缺点 是施工较复杂，模板用量较多。
空腹重力坝:可进一步较低扬压力，节省方量，还可利用坝
内空腔布置水电站厂房，坝顶溢流宣泄洪水，以便解决在狭窄 河谷中布置发电厂房和泄水建筑物的困难；缺点是腹孔附近可 能存在一定的拉应力，局部需要配置钢筋较多，应力分析与施 工方面较复体自重 W=γ×A+ω
ω--坝上永久设备重量，如闸门、固定起门机的自重；坝 内较大的孔洞应该扣除。
γ--混凝土的重度为23-23.5kN/m3; 浆砌块石21.5-23.5kN/m3
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)=γh 2°水平应力σ(x)=λγh 3°剪应力τ(xy)=0
淹没部分坝体时产生。 坝基扬压力:包括①下游水深引起的浮托力；
②由上下游水头差引起的渗透压力.
无防渗排水措施时坝底扬压力分布
有防渗排水时坝底扬压力分布
坝体内扬压力: 坝体混凝土也具有一定的渗透性,在水头作用下, 库水仍然会从上游坝面渗入坝体,并产生扬压力. 渗透压力从上游向下游逐渐消减，其变化呈抛物线分布。 扬压力对坝体稳定不利.
预应力重力坝:利用预加应力措施来增加坝体上游部分的压应力，提
高抗滑稳定性，从而削减坝体剖面，目前仅在小型工程和旧坝加固 工程中使用。
装配式重力坝:采用预制块安装筑成的坝，可改善施工质量和降低坝 的温度，但要求施工工艺精确，以便接缝有足够的强度和防水性能。
6、重力坝设计的主要内容
1)、总体布置: 坝址、坝轴线、组成建筑物的位置 2) 、剖面设计：参照已建成的条件相近的工程，拟定剖 面尺寸 3) 、稳定分析：保证坝体不致沿地基面或地基中的软弱 结构面产生滑动 4)、应力分析：使应力条件满足设计要求，保证坝体和地 基有足够的强度
2.静水压力 作用于坝面的总静水压力，常分解为水平和竖直向进行计算。 1°上游面垂直 2°上游面倾斜 ①挡水坝段 ②溢流坝段 在计算溢流坝溢流时上游坝面的水平水压力时，最好通过水 工模型试验。 3°水的容重 ① 清水γ ② 浑水γ(按实际情况考虑)
3.扬压力(含坝基和坝体内扬压力)
扬压力包括渗透压力和浮托力两部分。 渗透压力由坝体上下游水位差引起；浮托力是由下游水位
⑥结构作用明确。重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段 独立工作，结构作用明确，稳定和应力计算都比较简单。
4.重力坝的缺点：
①坝体剖面尺寸大，材料用量多； ②坝体应力较低，材料强度不能充分发挥； ③坝体与地基接触面大，相应坝底扬压力大，对稳定不利； ④坝体体积大，由于施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产 生不利的温度应力和收缩应力（可能导致坝体产生裂缝），因 此，在浇筑混凝土时，需要有较严格的温度控制措施。
5)、构造设计：根据施工和运用要求确定坝体的构造，如 廊道系统、排水系统、分缝等
6)、地基处理：包括地基的防渗、排水、断层软弱带的 处理等
7)、溢流坝或泄水孔设计：包括堰顶高程、孔口尺寸、 体形及消能防护设计等
8)、监测设计：包括坝体内部和外部的观测设计，制定大 坝的运行、维护和监测条例。
第二节 重力坝的荷载及其组合
5.重力坝的类型：
①按坝的高度：坝高30米以下为低坝；30-70米为中坝；70 米以上为高坝。
②按坝体结构形式：实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力 坝、预应力重力、装配式重力坝。
③按表面是否过水： 非溢流重力坝、溢流重力坝
④按建筑材料： 混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝、浆砌 石重力坝
宽缝重力坝:与实体重力坝相比，具有降低扬压力、较好利
一、荷载 永久作用--不随时间变化的荷载如自重、土压力等 可变作用--随时间变化的荷载如水压力、扬压力、 温度、孔隙 水压力等； 偶然作用--偶然发生的荷载如地震、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:①坝体自重②上下游坝面上的水 压力③扬压力④浪压力⑤泥沙压力⑥地震荷载⑦冰压力等。