重力坝设计 PPT课件
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水利建筑物重力坝ppt课件
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第二节 重力坝的稳定分析 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
.
第二节 重力坝的稳定分析
.
固常 措用 施的
几 种 抗 滑 加
.
第二节 重力坝的稳定分析
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第二节 重力坝的稳定分析
足强度要求
.
第三节 重力坝的应力分析 应力分析方法
理论计算和模型试验法 理论计算方法主要有： 材料力学法和有限元法
对于中、低坝，当地质条件较简单时， 可按材料力学方法计算坝体的应力，有 时可只计算坝体的边缘应力。
.
.
应力分析内容
确定计算工况； 选择计算方法； 确定计算截面； 计算选定截面上的应力：
.
第三节 重力坝的应力分析
一、概 述
• 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。
.
第三节 重力坝的应力分析
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
Ⅰ类基岩——很好的岩石， f ′＝1.2～1.5, c’＝1.3～1.5Mpa
Ⅱ类基岩——好的岩石， f ′＝1.0～1.3, c’＝1.1～1.3Mpa
Ⅲ类基岩——中等的岩石， f '＝0.9～1.2, c’＝0.7～1.1Mpa
Ⅳ 类基岩——较差的岩石， f ′＝0.7～0.9, c’＝0.3～0.7Mpa
.
原规范规定，f的最后选取应以野外和室内试验成 果为基础，结合现场实际情况，参照地质条件 类似的已建工程的经验等，由地质、试验和设 计人员研究确定。
第二节 重力坝的稳定分析 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
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第二节 重力坝的稳定分析
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固常 措用 施的
几 种 抗 滑 加
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第二节 重力坝的稳定分析
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第二节 重力坝的稳定分析
足强度要求
.
第三节 重力坝的应力分析 应力分析方法
理论计算和模型试验法 理论计算方法主要有： 材料力学法和有限元法
对于中、低坝，当地质条件较简单时， 可按材料力学方法计算坝体的应力，有 时可只计算坝体的边缘应力。
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应力分析内容
确定计算工况； 选择计算方法； 确定计算截面； 计算选定截面上的应力：
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第三节 重力坝的应力分析
一、概 述
• 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。
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第三节 重力坝的应力分析
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
Ⅰ类基岩——很好的岩石， f ′＝1.2～1.5, c’＝1.3～1.5Mpa
Ⅱ类基岩——好的岩石， f ′＝1.0～1.3, c’＝1.1～1.3Mpa
Ⅲ类基岩——中等的岩石， f '＝0.9～1.2, c’＝0.7～1.1Mpa
Ⅳ 类基岩——较差的岩石， f ′＝0.7～0.9, c’＝0.3～0.7Mpa
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原规范规定，f的最后选取应以野外和室内试验成 果为基础，结合现场实际情况，参照地质条件 类似的已建工程的经验等，由地质、试验和设 计人员研究确定。
重力坝设计布置_ppt课件
枢纽布置
（1）选择坝轴线。 原则：a 应使满足各项要求情况下最短 b 坝身可否过水 c 便于施工 （2）根据枢纽的任务确定组成建筑物，坝型。 （3）厂房、溢洪道（坝身）位置。厂房：尾水管高 程的确定尽量减少开挖。 （4）其他建筑物布置。
确定堰顶高程和校核洪水位
1.确定q，希望q大一点，充分利用地质条件。 建议q=100m3/s 2. 溢流前缘净宽：B净=Q设/q 闸门孔数：n=B净/b，n大概在3~5中。 b为闸门宽度，一般在8~16米之间。 规范要求：闸门尺寸宜在：b/H=1.5~2.0
主要 考虑 情况
1.正常蓄 水位情况 2.防洪高 水位情况 3.冰冻 情况
自 重
静 水 压 力
（2）
扬 压 力
淤 沙 压 力
（3）
浪 压 力
冰 压 力
动 水 压 力
-
水 压 力
地 震 作 用
-
备 注
（1）
（2）
（6 ） a） （6 ） a）
-
（4）
土压力根据坝体外 是否有填土而定 （下同） 以防洪为主的水库, 正常蓄水位较低
（1）
（5）
（5）
（3）
（5）
（4）
（1）
（2）
（2）
（3）
-
（7）
-
（4）
静水压力及扬压力 按相应冬季库水位 计算
短 暂 状 况
基 本 组 合
施工期 临时挡 水情况
（1）
（2）
（2）
-
-
-
-
（4）
偶 然 状 况
偶 然 组 合
1.校核洪 水情况
（1）
（9）
（9）
（3）
重力坝设计31页PPT
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
重力坝设计
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
•
我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
重力坝设计
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
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我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
重力坝PPT
……
例如：一座典型重 力坝的总体布置平 面图和坝段横剖面 图。它包括左、右 岸非溢流的挡水坝 段和河床中部的溢 流坝段。左岸挡水 坝段还布置了坝后 式水电站及坝内输 水管道
应根据地形地质条件，结合枢纽其他建筑物综合考虑。坝轴线一般布 置成直线，必要时也可布置成折线（新安江）或稍带拱形的曲线。后 者称为拱形重力坝。总体布置还应注意各坝段外形的协调一致，尤其 上游坝面要保持齐平。但若地形地质及运用条件有明显差别时，也可 按照不同情况，分别采用不同的下游坝坡，使各坝段达到既安全又经 济的目的 在河谷较窄而洪水流量较大，且拦河坝前缘宽度不足以并列布置溢流 坝段和厂房坝段时，常可采用重迭布置方式。例如在泄洪坝段上同时 设置溢流表孔及泄水中孔（三峡，表、中、深三层孔） ；将电站厂房 设在溢流坝内，或采用坝后厂房顶溢流的布置方式（新安江）
自1860年至1959年，世界上修建高度在30m以上的重力坝始终占建坝总 数的50％左右。从20世纪60年代开始，由于土石坝设计理论和施工机械 的发展及地质条件的限制，国外修建重力坝的数量比例减少，但在技术 上却继续进展。如：
瑞士修建了目前世界上最高的大狄克逊(Grand Dixence)重力坝，坝高达 285m，并发展了分期加高的筑坝技术
(1) 实体重力坝—solid gravity dam
优：设计施工方便，结构简单，应力分布明确 缺：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：扬压力小，工程量小，便于坝内检查 缺：施工复杂，模板用量大
(3) 空腹重力坝—laced gravity dam
20世纪50年代以来，随着水利水电事业蓬勃发展，重力坝也大量兴建。通 过建坝实践和研究，在坝体结构型式、建筑材料、枢纽布置、泄洪消能、 地基处理、施工技术和设计理论等方面都有较大的发展。据统计，1949～ 1985年建成坝高30m以上的重力坝有58座，占混凝土坝总数的51％ 已建成的有：坝高为147m的刘家峡实体重力坝，坝高为105m的新安江宽 缝重力坝，坝高为165m的乌江渡拱形重力坝，坝高为107.5m的潘家口宽 缝重力坝以及坝高为90.5m的牛路岭空腹重力坝等。目前三峡大坝是混凝 土实体重力坝，最大坝高175m，龙滩碾压混凝土重力坝，坝高192m 此外，根据实际情况，建造了高度在15m以上的浆砌石重力坝达300余座， 最大坝高达101.5m
例如：一座典型重 力坝的总体布置平 面图和坝段横剖面 图。它包括左、右 岸非溢流的挡水坝 段和河床中部的溢 流坝段。左岸挡水 坝段还布置了坝后 式水电站及坝内输 水管道
应根据地形地质条件，结合枢纽其他建筑物综合考虑。坝轴线一般布 置成直线，必要时也可布置成折线（新安江）或稍带拱形的曲线。后 者称为拱形重力坝。总体布置还应注意各坝段外形的协调一致，尤其 上游坝面要保持齐平。但若地形地质及运用条件有明显差别时，也可 按照不同情况，分别采用不同的下游坝坡，使各坝段达到既安全又经 济的目的 在河谷较窄而洪水流量较大，且拦河坝前缘宽度不足以并列布置溢流 坝段和厂房坝段时，常可采用重迭布置方式。例如在泄洪坝段上同时 设置溢流表孔及泄水中孔（三峡，表、中、深三层孔） ；将电站厂房 设在溢流坝内，或采用坝后厂房顶溢流的布置方式（新安江）
自1860年至1959年，世界上修建高度在30m以上的重力坝始终占建坝总 数的50％左右。从20世纪60年代开始，由于土石坝设计理论和施工机械 的发展及地质条件的限制，国外修建重力坝的数量比例减少，但在技术 上却继续进展。如：
瑞士修建了目前世界上最高的大狄克逊(Grand Dixence)重力坝，坝高达 285m，并发展了分期加高的筑坝技术
(1) 实体重力坝—solid gravity dam
优：设计施工方便，结构简单，应力分布明确 缺：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：扬压力小，工程量小，便于坝内检查 缺：施工复杂，模板用量大
(3) 空腹重力坝—laced gravity dam
20世纪50年代以来，随着水利水电事业蓬勃发展，重力坝也大量兴建。通 过建坝实践和研究，在坝体结构型式、建筑材料、枢纽布置、泄洪消能、 地基处理、施工技术和设计理论等方面都有较大的发展。据统计，1949～ 1985年建成坝高30m以上的重力坝有58座，占混凝土坝总数的51％ 已建成的有：坝高为147m的刘家峡实体重力坝，坝高为105m的新安江宽 缝重力坝，坝高为165m的乌江渡拱形重力坝，坝高为107.5m的潘家口宽 缝重力坝以及坝高为90.5m的牛路岭空腹重力坝等。目前三峡大坝是混凝 土实体重力坝，最大坝高175m，龙滩碾压混凝土重力坝，坝高192m 此外，根据实际情况，建造了高度在15m以上的浆砌石重力坝达300余座， 最大坝高达101.5m
重力坝整体稳定分析ppt课件
优点：概念清楚，计算简便，任何规模的工程均可 采用；
缺点：是不能考虑岩体受力后所产生变形的影响， 极限状态与允许的工作状态也有较大的出入。
6
§3.3.1 重力坝抗滑稳定分析概述
有限单元法：
可计算地基受力后的应力场和位移场，并可模拟地 基中软弱结构面的局部化效应及多场耦合作用效应等， 研究地基破坏的发展全过程。 优点：可以考虑复杂地基的局部化效应及材料的非线性 本构关系，模拟地基及坝体变形与破坏的全过程等； 缺点：对有限元计算结果的应用及稳定判据的应用上尚 需进一步研究。
• Ⅱ类基岩——好的岩石，
•
f ′ ＝1.0～1.3, c′＝1.1～1.3Mpa
• Ⅲ类基岩——中等的岩石，
•
f ′ ＝0.9～1.2, c′＝0.7～1.1Mpa
• Ⅳ 类基岩——较差的岩石，
•
f ′ ＝0.7～0.9, c′＝0.3～0.7Mpa 22
§3.3.3 沿坝基面抗滑稳定分析
注意：上述结果不包括基岩内有软弱夹层 的情况；同时，胶结面的f ′,c′值不能高 于混凝土的f ′,c′；对于Ⅰ、Ⅱ类基岩， 如果建基面做成较大的起伏差，可采用 混凝土的抗剪断参数。
7
§3.3.1 重力坝抗滑稳定分析概述
★ 基于有限元法的重力坝抗滑稳定分析
一般常用的分析方法有： ♀超载法：将作用在坝体上的外荷载逐级加大，直至
滑动面的抗滑稳定处于临界状态，外荷载增大倍数 即为抗滑稳定安全系数； ♀强度储备法：降低软弱夹层和尾岩抗力体的抗剪参 数值，直至沿滑动面的抗滑稳定处于临界状态，抗 剪参数值的降低倍数即为安全系数； ♀剪力比例法：根据有限元法计算在设计荷载作用下 滑动面上的正应力和剪应力分布，求出滑动面上总 的抗滑力和和滑动力，两者的比值即为安全系数。
缺点：是不能考虑岩体受力后所产生变形的影响， 极限状态与允许的工作状态也有较大的出入。
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§3.3.1 重力坝抗滑稳定分析概述
有限单元法：
可计算地基受力后的应力场和位移场，并可模拟地 基中软弱结构面的局部化效应及多场耦合作用效应等， 研究地基破坏的发展全过程。 优点：可以考虑复杂地基的局部化效应及材料的非线性 本构关系，模拟地基及坝体变形与破坏的全过程等； 缺点：对有限元计算结果的应用及稳定判据的应用上尚 需进一步研究。
• Ⅱ类基岩——好的岩石，
•
f ′ ＝1.0～1.3, c′＝1.1～1.3Mpa
• Ⅲ类基岩——中等的岩石，
•
f ′ ＝0.9～1.2, c′＝0.7～1.1Mpa
• Ⅳ 类基岩——较差的岩石，
•
f ′ ＝0.7～0.9, c′＝0.3～0.7Mpa 22
§3.3.3 沿坝基面抗滑稳定分析
注意：上述结果不包括基岩内有软弱夹层 的情况；同时，胶结面的f ′,c′值不能高 于混凝土的f ′,c′；对于Ⅰ、Ⅱ类基岩， 如果建基面做成较大的起伏差，可采用 混凝土的抗剪断参数。
7
§3.3.1 重力坝抗滑稳定分析概述
★ 基于有限元法的重力坝抗滑稳定分析
一般常用的分析方法有： ♀超载法：将作用在坝体上的外荷载逐级加大，直至
滑动面的抗滑稳定处于临界状态，外荷载增大倍数 即为抗滑稳定安全系数； ♀强度储备法：降低软弱夹层和尾岩抗力体的抗剪参 数值，直至沿滑动面的抗滑稳定处于临界状态，抗 剪参数值的降低倍数即为安全系数； ♀剪力比例法：根据有限元法计算在设计荷载作用下 滑动面上的正应力和剪应力分布，求出滑动面上总 的抗滑力和和滑动力，两者的比值即为安全系数。
《重力坝专题》课件
坝基岩体的抗剪强度直接关系 到重力坝的抗滑稳定性。
抗滑措施
通过提高坝基岩体的抗剪强度 、设置抗滑桩、灌浆等方式增
强抗滑稳定性。
监测与维护
定期对重力坝进行稳定性监测 和维护，确保其安全运行。
重力坝的抗倾稳定性
抗倾稳定性
指重力坝抵抗倾覆失稳的能力。
基底应力分布
基底应力分布的均匀性对重力坝的抗倾稳定 性至关重要。
重力坝的应急处理
应急处理目的
应对重力坝突发事件，迅速控制 险情，减轻损失。
应急处理内容
坝体裂缝、滑坡、溃坝等紧急情况 的处置，以及人员疏散和救援。
应急处理措施
制定应急预案，配备应急设备和人 员，定期进行演练，提高应急响应 能力。
PART 05
重力坝的发展趋势与未来 展望
重力坝技术的创新与改进
新型材料的应用
与土石坝的比较
土石坝材料易得，结构简单，但 稳定性较差，重力坝则具有较高 的稳定性和耐久性。
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
REPORTING
新型设计理念
利用高强度、耐腐蚀的新型材料，提 高重力坝的耐久性和稳定性。
采用更为先进的计算和分析方法，优 化重力坝的结构设计，降低工程造价 。
智能化监测与维护
引入物联网、大数据等技术，实现重 力坝的实时监测和预警，提高维护效 率。
重力坝在未来的应用前景
应对气候变化
随着全球气候变化的影响加剧， 重力坝在应对洪水、干旱等自然 灾害中将发挥更加重要的作用。
土料
部分重力坝的上游面采用土料 填筑，以减少工程量和造价。
重力坝的施工方法
01
浇筑法
混凝土重力坝主要采用浇筑法施工，分为平浇法和斜层浇法两种。平浇
抗滑措施
通过提高坝基岩体的抗剪强度 、设置抗滑桩、灌浆等方式增
强抗滑稳定性。
监测与维护
定期对重力坝进行稳定性监测 和维护，确保其安全运行。
重力坝的抗倾稳定性
抗倾稳定性
指重力坝抵抗倾覆失稳的能力。
基底应力分布
基底应力分布的均匀性对重力坝的抗倾稳定 性至关重要。
重力坝的应急处理
应急处理目的
应对重力坝突发事件，迅速控制 险情，减轻损失。
应急处理内容
坝体裂缝、滑坡、溃坝等紧急情况 的处置，以及人员疏散和救援。
应急处理措施
制定应急预案，配备应急设备和人 员，定期进行演练，提高应急响应 能力。
PART 05
重力坝的发展趋势与未来 展望
重力坝技术的创新与改进
新型材料的应用
与土石坝的比较
土石坝材料易得，结构简单，但 稳定性较差，重力坝则具有较高 的稳定性和耐久性。
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
REPORTING
新型设计理念
利用高强度、耐腐蚀的新型材料，提 高重力坝的耐久性和稳定性。
采用更为先进的计算和分析方法，优 化重力坝的结构设计，降低工程造价 。
智能化监测与维护
引入物联网、大数据等技术，实现重 力坝的实时监测和预警，提高维护效 率。
重力坝在未来的应用前景
应对气候变化
随着全球气候变化的影响加剧， 重力坝在应对洪水、干旱等自然 灾害中将发挥更加重要的作用。
土料
部分重力坝的上游面采用土料 填筑，以减少工程量和造价。
重力坝的施工方法
01
浇筑法
混凝土重力坝主要采用浇筑法施工，分为平浇法和斜层浇法两种。平浇
《重力坝专题》课件
浇筑：浇筑混凝 土或砌石
养护：养护混凝 土或砌石
验收：验收工程 质量和性能
施工前准备：确保材料、设备、人员等准备充分 施工过程控制：严格按照设计图纸和施工规范进行施工 施工质量检查：定期进行质量检查，确保工程质量符合要求 施工安全控制：确保施工安全，避免安全事故发生
PART FOUR
重力坝的稳定 性是确保其安 全运行的关键
重力坝的抗倾稳定性可以通过计算坝体的抗倾力矩和倾覆力矩来评估。
重力坝的抗倾稳定性分析需要采用专业的计算方法和软件，以确保坝体的安全稳定。
地震对重力坝的影响：地震可能导致重力坝产生裂缝、变形甚至倒塌
重力坝的抗震设计：考虑地震荷载，采用抗震设计方法，提高重力坝的抗震能力
重力坝的抗震措施：采用抗震材料、抗震结构、抗震施工方法等措施，提高重力坝的抗 震能力
因素
稳定性分析主 要包括静力稳 定性和动力稳 定性两个方面
静力稳定性主 要考虑坝体在 自重、水压力、 温度变化等作 用下的变形和
应力分布
动力稳定性主 要考虑地震、 水流冲击等外 部荷载作用下 的坝体振动和
响应
稳定性分析需 要综合考虑各 种因素，包括 坝体材料、结 构、施工工艺
等
稳定性分析的 结果对于重力 坝的设计、施 工和运行管理 具有重要意义
环保性：减少对环 境的影响，保护生 态环境
选址：选择合适的地形和地质条件
施工：包括开挖、浇筑、养护等步 骤
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
设计：根据地形和地质条件进行设 计
验收：对施工质量进行验收，确保 符合设计要求
选址：选择合适 的地形和地质条
件
设计：确定坝体 形状、尺寸和材
料
《重力坝设计和施工》课件
。
坝体观测设施建设
在坝体关键部位设置观测设施 ，以便对坝体的变形、沉降等
进行实时监测。
坝基处理施工
坝基清理
清除坝基范围内的杂物、树木、草皮 等，为后续施工创造良好条件。
坝基加固
根据地质勘查结果，对软弱地基进行 加固处理，提高地基承载力和稳定性 。
防渗处理
对坝基进行防渗处理，防止渗漏对坝 体造成损害，常用的方法有帷幕灌浆 、混凝土防渗墙等。
国外重力坝工程实例
胡佛水坝
位于美国的内华达核能实验室重力坝 ，是世界上最早的混凝土重力坝。该 坝于1931年开始建设，1942年竣工 ，主要用于发电和灌溉。
阿斯旺大坝
位于埃及阿斯旺市附近，是一座混凝 土重力坝。阿斯旺大坝的建设始于 1958年，历时10年完成，主要用于发 电、灌溉和防洪。
成功与失败的重力坝工程案例分析
02
重力坝设计
设计原则和流程
设计原则
安全、经济、适用、美观。
设计流程
初步设计、技术设计、施工图设计。
坝体结构设计
01
0203Βιβλιοθήκη 结构形式重力坝的结构形式主要有 实体重力坝、宽缝重力坝 和空腹重力坝。
主要尺寸
坝顶高程、坝顶宽度、最 大坝高、坝底宽度等。
材料选择
混凝土或石料，根据地质 条件、水文条件和工程要 求选择。
感谢您的观看
THANKS
渗流监测
通过监测大坝的渗流情况，了解坝体和坝基的渗 漏情况和排水性能。
维护和加固措施
日常维护
定期对大坝进行清洁、 排水、除草等维护工作 ，保持大坝外观整洁和
排水通畅。
裂缝处理
对发现的裂缝进行及时 处理，如灌浆、填补等
，防止裂缝扩大。
坝体观测设施建设
在坝体关键部位设置观测设施 ，以便对坝体的变形、沉降等
进行实时监测。
坝基处理施工
坝基清理
清除坝基范围内的杂物、树木、草皮 等，为后续施工创造良好条件。
坝基加固
根据地质勘查结果，对软弱地基进行 加固处理，提高地基承载力和稳定性 。
防渗处理
对坝基进行防渗处理，防止渗漏对坝 体造成损害，常用的方法有帷幕灌浆 、混凝土防渗墙等。
国外重力坝工程实例
胡佛水坝
位于美国的内华达核能实验室重力坝 ，是世界上最早的混凝土重力坝。该 坝于1931年开始建设，1942年竣工 ，主要用于发电和灌溉。
阿斯旺大坝
位于埃及阿斯旺市附近，是一座混凝 土重力坝。阿斯旺大坝的建设始于 1958年，历时10年完成，主要用于发 电、灌溉和防洪。
成功与失败的重力坝工程案例分析
02
重力坝设计
设计原则和流程
设计原则
安全、经济、适用、美观。
设计流程
初步设计、技术设计、施工图设计。
坝体结构设计
01
0203Βιβλιοθήκη 结构形式重力坝的结构形式主要有 实体重力坝、宽缝重力坝 和空腹重力坝。
主要尺寸
坝顶高程、坝顶宽度、最 大坝高、坝底宽度等。
材料选择
混凝土或石料，根据地质 条件、水文条件和工程要 求选择。
感谢您的观看
THANKS
渗流监测
通过监测大坝的渗流情况，了解坝体和坝基的渗 漏情况和排水性能。
维护和加固措施
日常维护
定期对大坝进行清洁、 排水、除草等维护工作 ，保持大坝外观整洁和
排水通畅。
裂缝处理
对发现的裂缝进行及时 处理，如灌浆、填补等
，防止裂缝扩大。
重力坝剖面和消能工设计ppt课件
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
3）工程经验
m=0.6—0.8（下游坡）
n=0—0.2（上游坡）
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，T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
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
① h" t
h"-Q
Q<Qk Q
④
Q t-Q
Q>Qk Q
h" t
h"-Q t-Q
② h" t
Q h"-Q
（三）、溢流重力坝的消能防冲设施
• 选择消能工的依据：地形、地质、枢纽布置、
水头、流量、下游水深及其变幅等进行技术经 济比较。重要工程应作模型试验。 （一） 水流条件及消能措施。 在坝趾下游设消力池，消力坎等。底流消能 工作可靠，但是工程量大。
下泄不同流量产生的跃 后水深h”与下游实际水 深t的关系，有以下五种 情况：
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
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。
重力坝布置-jzhszcom.PPT
• （1）面板堆石坝坝体坝坡的选择
• 当筑坝材料为硬岩堆石料时，上、下游坝坡可采用1： 1.3～1：1.4，软岩堆石体的坝坡宜适当放缓；当用质 量良好的天然砂砾石料筑坝时，上、下游坝坡可采用1 ：1.5～1：1.6。下游坝坡上设有道路时，道路之间的 实际坝坡可以比上述规定的坝坡值略陡，但平均坝坡 应满足上述要求。高坝的下游坝坡可用干砌石、大块 石堆砌或摆石砌护，并使坝体具有良好的外观。施工 期垫层区的上游坝坡应及时作好固坡处理。可视具体 情况选用碾压砂浆、喷乳化沥青、喷混凝土或砂浆等 固坡措施。
4．渗流计算的方法 渗流计算通常有公式计算、数值解法、绘制流网和模拟 试验等。现已编制了二维、三维稳定或不稳定渗流计算 的程序，适用于均质或非均质的各种复杂边界条件的渗 流计算。对1级、2级坝和高坝应采用数值法计算确定渗 流场的各种渗流因素。其他情况可用公式计算。 对于宽广河谷中的土石坝，一般采用二维渗流分析就可 满足要求。对狭窄河谷中的高坝或坝肩绕流影响坝体渗 流较大者，应用三维渗流计算。对复杂的地质情况，为 验算数值计算成果，用模拟试验进行核对，是必要的。 坝体分层碾压，天然土层的分层沉积，都可使坝体坝基 土层有各向异性，因此在渗流计算中要考虑渗透系数的 各向异性。采用渗透系数，为安全计，计算渗透流量时 用大值平均值，计算水位降落浸润线时用其小值平均值
(三)坝体防渗体的选择
• 在土石坝中，土质防渗体是应用最为广泛的防渗结构 。所谓防渗体，是指这部分土体比坝壳其他部分更不 透水，它的作用是控制坝体内浸润线的位置，并保持 渗流Байду номын сангаас定。土质防渗体断面尺寸应根据下列因素研究 确定：
• ①防渗土料的质量，如允许渗透比降、塑性、抗裂性 能等；
• ②防渗土料的数量和施工难易程度； • ③防渗体下面坝基的性质及处理措施； • ④防渗土料与坝壳材料单价比值； • ⑤设计地震烈度为8度、9度地区适当加厚。
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20
分坝 布体 示主 意应 图力
21
第五节 力坝的剖面设计
一、剖面设计原则
1.满足稳定和强度要求，保证大坝安全； 2.工程量小； 3.运用方便； 4.便于施工。
二、基本剖面
▲重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水压
力(水位与坝顶齐平)和扬压力三项主要荷载作用
下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三
应力分析的方法可归纳为理论计算和模型试验两大类。 理论计算又分为材料力学法和弹性理论法等 。国内外广 泛采用弹性理论的有限单元法来计算坝体应力。
2
DL5108-1999规定：
●混凝土重力坝一般以材料力学法和刚体极限平衡法计 算成果作为确定坝体断面的依据。
● 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，必要时可采用结构模型、地质力学模 型等试验验证。
▲材料力学法通常沿坝轴线取单位宽度(1m)的 坝段作为计算对象。
▲在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出 现在坝面，所以，在重力坝设计规范中规定， 首先应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。
▲计算坝体内部应力需要以边缘应力为边界 条件。
▲沿坝高方向每隔一定高度(或断面轮廓有突 变处)切取水平截面作为计算截面。
第一章 重力坝(二)
1
第五节 重力坝的应力分析
一、重力坝应力分析的目的
1.检查坝体和坝基在设计情况下能否满足强度的要求 ；
2.根据应力 分布情况进行坝体混凝土标号的分区 ； 3.研究坝体某些部位的局部应力集中和某些特殊结构(如 坝内孔道、溢流坝闸墩和挑流鼻坎等)的应力状态，以便采 取加强措施。
二、重力坝应力分析方法
p′=pu′ p″=pu″
1)上游边缘应力
′= y′n x′=y′n2 1′=(1+n2) y′
2′=0
2)下游边缘应力
″=y″m x″=y″m2
1″=(1+m2) y″
2″=0
13
四、强度校核
(一)承载能力极限状态强度验算
强度验算时，应考虑基本组合和偶然组合两种情况。 规范规定，重力坝承载能力极限状态抗压强度的核算点 有：①坝基面的坝趾；②坝体选定截面的下游端点。
● 修建在复杂地基上的中坝，必要时，可进行有限元分 析。
三、材料力学法计算重力坝边缘应力
(一)基本假定 1.坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。 2.视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝 体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。
3
3.假定坝体水平截面上的正应力y按直线分布， 不考虑廊道等对坝体应力的影响。 (二)重力坝边缘应力的计算
▲计算图形及应力与荷载的正方向见图1-5-1。
4
图1-5-1 坝体应力计算图 5
图1-5-2 坝体边缘应力计算图
6
1.水平截面上的边缘正应力 y′和y″
O
B
A T／2
O
T／2
B
面积：A=T×B=T
抗弯截面模量：WZ=
1 6
T
2
y′
y″
据材料力学偏心受压公式：
∵ y′＝ ′+″=
W M A WZ
2′=p′ 2″=p″ 5.有扬压力时边缘应力的计算 (1)水平截面上的边缘正应力 y′和y″
将扬压力作为一种荷载计入W和 M中，再应用前
述公式。 (2)其佘边缘应力 仍根据坝面微元体的平衡条件求得。但此微元体上需
计入扬压力。
11
1)上游边缘应力 2)下游边缘应力
12
(3)当无泥沙压力和地震动水压力情况时
▲根据工程经验，重力坝基本剖面的上游边坡系 数常采用0 ～0．2，下游边坡系数常采用0．6～ 0．8，坝底宽约为坝高的O·7～0.9倍。
24
三、实用剖面
1.坝顶宽度B (1)无特殊要求
●B=(8%～10%)H
B H
●B≥(2%～3%)H ●常态砼坝：B≥3m ●碾压砼坝：B≥5m
(1)有特殊要求
若有交通要求或设置移动式启闭机时，应据需 要而定。
2.坝踵和坝体上游面的垂直应力计算公式(计扬压力)
S(·)=W
T
6M
T2
≥0
3.短期组合下游坝面的垂直拉应力计算公式
S(·)=
15
▲荷载计算步骤： 分析 画图 列表计算 校核
16
17
18
五、各种因素对坝体应力的影响
坝体应力的实际分布情况比较 复杂，受很多因素影响。
1、地基变形模量对坝体应力的影响
1.作用效应函数
2.抗力函数
R(·)=fc
或
R(·)=fR
3.强度要求
14
(二)正常使用极限状态强度验算
1.DL5108-1999规定：(1)核算坝踵垂直应力，按作用的 标准值分别计算作用的短期组合和长期组合；(2) 核算坝体 上游面的垂直应力，按作用的标准值计算作用的长期组合； (3)核算短期组合下游坝面的垂直拉应力。
同理可得：
9
4、边缘主应力 ′和″
上下游坝面仅受垂直于坝面的水压力，没有剪应力。 因此，上下游坝面即为主应力面之一，而另一主应力面必 然与坝面垂直。
（1）第一主应力1′和1″ 1）对于上游坝面A点三角形微元体
取 FY0
得：
化简得：
2）对于下游坝面A点三角形微元体
取 FY0
可得：
10
（2）第二主应力2′和2″ 由于另一主应力即为作用在坝面上的压力强度，故有：
σ
20 10 0 12 3 4 5 -10
硬
库 满
坝 趾
坝 趾
坝 踵
坝 踵
σy
τ σy τ 10
Ec/Er
软
Ec— — Er— —
基坝 岩体
19
2、地基变形弹模 对坝体应力的影 响 3、坝体异弹模对 坝体应力的影响 4、纵缝对坝体应 力的影响 5、分期施工对坝 体应力的影响(见 下图) 6、坝踵断裂对坝 体应力的影响
∴ y′＝
W 6M
T
T2
∵ y′＝ ′－″
∴
y″＝
W 6M
T
T2
7
2.边缘剪应力 ′和″
(1)对于上游A点微元体
取 FY0 可得：
化简得： (2)对下游坝面B点微元体
同理可得：
8
3.铅直截面上的边缘正应力x′利x″ (1)对于上游坝面A点微元体
取 FX0 得：
化简得：
(2)对下游坝面B点微元体
角形剖面。
22
23
▲ 对于完整、坚硬的岩基，f′、c′值较大，剖面 尺寸主要由上游面不出现拉应力的条件控制，上 游坝坡较陡，甚至可做成倒坡(n<0)，但倒坡对 施工不利，且在库空时，坝趾易出现拉应力。
▲ 对于完整性较差、较软弱的岩基， f′、c′值较 小，需要将上游坝坡放缓，以便借助上游坝面上 的水重帮助坝体维持稳定。但当n太大时，在满 库情况下合力可能超出底边三分点，坝踵易出现 拉应力。
分坝 布体 示主 意应 图力
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第五节 力坝的剖面设计
一、剖面设计原则
1.满足稳定和强度要求，保证大坝安全； 2.工程量小； 3.运用方便； 4.便于施工。
二、基本剖面
▲重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水压
力(水位与坝顶齐平)和扬压力三项主要荷载作用
下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三
应力分析的方法可归纳为理论计算和模型试验两大类。 理论计算又分为材料力学法和弹性理论法等 。国内外广 泛采用弹性理论的有限单元法来计算坝体应力。
2
DL5108-1999规定：
●混凝土重力坝一般以材料力学法和刚体极限平衡法计 算成果作为确定坝体断面的依据。
● 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，必要时可采用结构模型、地质力学模 型等试验验证。
▲材料力学法通常沿坝轴线取单位宽度(1m)的 坝段作为计算对象。
▲在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出 现在坝面，所以，在重力坝设计规范中规定， 首先应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。
▲计算坝体内部应力需要以边缘应力为边界 条件。
▲沿坝高方向每隔一定高度(或断面轮廓有突 变处)切取水平截面作为计算截面。
第一章 重力坝(二)
1
第五节 重力坝的应力分析
一、重力坝应力分析的目的
1.检查坝体和坝基在设计情况下能否满足强度的要求 ；
2.根据应力 分布情况进行坝体混凝土标号的分区 ； 3.研究坝体某些部位的局部应力集中和某些特殊结构(如 坝内孔道、溢流坝闸墩和挑流鼻坎等)的应力状态，以便采 取加强措施。
二、重力坝应力分析方法
p′=pu′ p″=pu″
1)上游边缘应力
′= y′n x′=y′n2 1′=(1+n2) y′
2′=0
2)下游边缘应力
″=y″m x″=y″m2
1″=(1+m2) y″
2″=0
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四、强度校核
(一)承载能力极限状态强度验算
强度验算时，应考虑基本组合和偶然组合两种情况。 规范规定，重力坝承载能力极限状态抗压强度的核算点 有：①坝基面的坝趾；②坝体选定截面的下游端点。
● 修建在复杂地基上的中坝，必要时，可进行有限元分 析。
三、材料力学法计算重力坝边缘应力
(一)基本假定 1.坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。 2.视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝 体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。
3
3.假定坝体水平截面上的正应力y按直线分布， 不考虑廊道等对坝体应力的影响。 (二)重力坝边缘应力的计算
▲计算图形及应力与荷载的正方向见图1-5-1。
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图1-5-1 坝体应力计算图 5
图1-5-2 坝体边缘应力计算图
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1.水平截面上的边缘正应力 y′和y″
O
B
A T／2
O
T／2
B
面积：A=T×B=T
抗弯截面模量：WZ=
1 6
T
2
y′
y″
据材料力学偏心受压公式：
∵ y′＝ ′+″=
W M A WZ
2′=p′ 2″=p″ 5.有扬压力时边缘应力的计算 (1)水平截面上的边缘正应力 y′和y″
将扬压力作为一种荷载计入W和 M中，再应用前
述公式。 (2)其佘边缘应力 仍根据坝面微元体的平衡条件求得。但此微元体上需
计入扬压力。
11
1)上游边缘应力 2)下游边缘应力
12
(3)当无泥沙压力和地震动水压力情况时
▲根据工程经验，重力坝基本剖面的上游边坡系 数常采用0 ～0．2，下游边坡系数常采用0．6～ 0．8，坝底宽约为坝高的O·7～0.9倍。
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三、实用剖面
1.坝顶宽度B (1)无特殊要求
●B=(8%～10%)H
B H
●B≥(2%～3%)H ●常态砼坝：B≥3m ●碾压砼坝：B≥5m
(1)有特殊要求
若有交通要求或设置移动式启闭机时，应据需 要而定。
2.坝踵和坝体上游面的垂直应力计算公式(计扬压力)
S(·)=W
T
6M
T2
≥0
3.短期组合下游坝面的垂直拉应力计算公式
S(·)=
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▲荷载计算步骤： 分析 画图 列表计算 校核
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五、各种因素对坝体应力的影响
坝体应力的实际分布情况比较 复杂，受很多因素影响。
1、地基变形模量对坝体应力的影响
1.作用效应函数
2.抗力函数
R(·)=fc
或
R(·)=fR
3.强度要求
14
(二)正常使用极限状态强度验算
1.DL5108-1999规定：(1)核算坝踵垂直应力，按作用的 标准值分别计算作用的短期组合和长期组合；(2) 核算坝体 上游面的垂直应力，按作用的标准值计算作用的长期组合； (3)核算短期组合下游坝面的垂直拉应力。
同理可得：
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4、边缘主应力 ′和″
上下游坝面仅受垂直于坝面的水压力，没有剪应力。 因此，上下游坝面即为主应力面之一，而另一主应力面必 然与坝面垂直。
（1）第一主应力1′和1″ 1）对于上游坝面A点三角形微元体
取 FY0
得：
化简得：
2）对于下游坝面A点三角形微元体
取 FY0
可得：
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（2）第二主应力2′和2″ 由于另一主应力即为作用在坝面上的压力强度，故有：
σ
20 10 0 12 3 4 5 -10
硬
库 满
坝 趾
坝 趾
坝 踵
坝 踵
σy
τ σy τ 10
Ec/Er
软
Ec— — Er— —
基坝 岩体
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2、地基变形弹模 对坝体应力的影 响 3、坝体异弹模对 坝体应力的影响 4、纵缝对坝体应 力的影响 5、分期施工对坝 体应力的影响(见 下图) 6、坝踵断裂对坝 体应力的影响
∴ y′＝
W 6M
T
T2
∵ y′＝ ′－″
∴
y″＝
W 6M
T
T2
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2.边缘剪应力 ′和″
(1)对于上游A点微元体
取 FY0 可得：
化简得： (2)对下游坝面B点微元体
同理可得：
8
3.铅直截面上的边缘正应力x′利x″ (1)对于上游坝面A点微元体
取 FX0 得：
化简得：
(2)对下游坝面B点微元体
角形剖面。
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▲ 对于完整、坚硬的岩基，f′、c′值较大，剖面 尺寸主要由上游面不出现拉应力的条件控制，上 游坝坡较陡，甚至可做成倒坡(n<0)，但倒坡对 施工不利，且在库空时，坝趾易出现拉应力。
▲ 对于完整性较差、较软弱的岩基， f′、c′值较 小，需要将上游坝坡放缓，以便借助上游坝面上 的水重帮助坝体维持稳定。但当n太大时，在满 库情况下合力可能超出底边三分点，坝踵易出现 拉应力。