河海大学水工建筑物拱坝PPT

二滩拱坝
湖北清江隔河岩水电站大坝泄洪(151米)
H=240m
湖北清江隔河岩水电站大坝
锦屏一级
锦屏一级位于凉 山彝族自治州盐源县 和木里县境内，装机 容量360万kW。2003 年7月中国国际工程咨 询公司对锦屏一级水 电站的项目建议书进 行了评估。拟2005年 开工，2013年第一台 机组投产发电，2015 年竣工。
意大利瓦依昂拱坝失事
意大利的瓦依昂（Vajont）双 曲拱坝，1961年建成，是当时世 界上最高的双曲拱坝，1963年10 月9日晚，由于水库左岸大面积滑 坡，使2.7亿m3的滑坡体以28m/s 的速度滑入水库，掀起150m高的 涌浪，涌浪溢过坝顶，致使1925 人丧生，水库被填满，但拱坝坝 体并未失事，仅在两岸坝肩附近 的坝体内发生两三条裂缝，据估 算，拱坝当时已承受住相当于8倍 设计荷载的作用，由此可见拱坝 的超载能力是较大的。
花岗岩、正长岩、玄武岩、石英砂岩等坚硬岩石 构成峡谷中，土建工程量相对较小。
③在平面上有喇叭口
L/H<1.5 L/H=1.5~3.0 L/H=3.0~4.5
可建薄拱坝 可建一般拱坝 可建重力拱坝 属宽浅河谷，一般可
L/H>4.5
建重力拱坝或
拱形重力坝
特例：安徽陈村
L/H=5.6 美国奥本Auburn L/H=6.0
汶川地震的影响
沙牌坝址距汶川地震震中约35km，与发 震断层的垂直距离为20km，地震烈度为Ⅸ度。 沙牌坝为碾压混凝土拱坝，高130m。设计时 采用地震烈度Ⅶ度，基岩水平地震加速度 0.141g。 汶川地震时，水库水位处于正常蓄水位。 地震后调查，大坝结构完整，坝基及两岸坝肩 抗力岩体稳定，坝顶高程以上两岸边坡局部塌 滑，但不影响大坝稳定。水电站进水口启闭机 排架柱裂缝，调压井边坡跨塌，压力管明管段 损毁，厂区边坡和厂房结构损坏严重。
三、工作特点
1.稳定性特点 2.应力特点 3.拱梁作用的自行调整
• • ①拱梁系统的调整 ②拱圈自身调整为二次拱
• 举例： • 瓦依昂坝(Vajont Dam) 位于意大利东部阿尔 卑斯山区皮亚韦(Piave)河的支流瓦依昂河上，下 游距河口2km，临近城市瓦依昂。为混凝土双曲 拱坝，最大坝高262m，水库总库容1.69亿m3。
(2)拱坝布置的一般步骤
1）根据坝址地形地质资料，绘出坝址新鲜基岩面等 高线图，综合考虑地形、地质、水文、施工及运用 条件选择适宜的拱坝坝型，并拟定出拱冠梁剖面。 2）利用新鲜基岩等高线，综合考虑应力和坝肩稳定 两方面的要求，定出拱圈形式，试定顶拱轴线的位 置。尽量使拱轴线与等高线在拱端处的夹角不小于 35ο，同时应使顶拱对称中心线尽可能对称于河谷两 岸，左半中心角与右半中心角之差5ο，并使两端夹 角大致相近，按适当的中心角和坝顶厚度画出顶拱 内外缘弧线。
美国垦务局公式
根据不同河谷形状的拱 坝尺寸进行分析，提出 了初估坝底厚度TB 的经 验公式为： TB= 3 0 . 0012 HL 1 L 2 H / 122 H / 122
拱冠梁剖面参考尺寸表
上游偏距 坝顶 0.45H 坝底 0 0.95TB 0.67 TB
下游偏距 TC 0 0.33 TB
水工建筑物
第三章
拱 坝
CHAPTER 3 ARCH DAM
主 要 内 容
1 2 3 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 概述 拱坝的荷载 拱坝的布置 拱坝的应力分析 拱肩稳定分析 拱坝的坝身泄水及消能防冲布置 拱坝的构造和地基处理
4
5 6 7
概
述
一、问题的提出 二、拱坝的工作原理 三、工作特点 四、拱坝对地形地质条件的要求 五、拱坝的形式 六、拱坝的发展概况
对于一般的双曲拱坝，为近似确定上游面曲线， 2 设 y y
Z x1 x2 H H
x1 2 1 x 2
x2
2T B
2 1
1
并满足： 当 y=0 时，Z = 0
当 y = H 时， Z x 1 x 2 2 T B
当
拱坝建设概况及发展趋势

中国第一座拱坝建造于1927年，福建厦门的上里浆砌石拱坝， 坝高27m。但旧中国的拱坝建设极为缓慢，至1949年，我国仅 修建了2座15m以上的砌石拱坝。
国 内 拱 坝 建 设

响洪甸拱坝位于淮河支流西淠河上，是我国自行设计和施工的第一座等
半径同圆心混凝土重力拱坝，1956年4月开工建设，1958年7月竣工。最
当采用全径向拱座使上游侧可利用岩体开挖 过多时，此时可采用1/2径向拱座。靠上游侧 的拱座面与基准面的交角应大于等于10ο。 当采用全径向拱座使下游侧可利用岩体开挖 过多时，可采用非径向拱座，此时拱座面与 基准面的夹角应 80ο。
震后沙牌拱坝左右岸抗力体完好。右岸进水 口设施基本完好，泄洪闸门能正常开启
大坝附近坡体垮 塌严重
对外交通严重被毁
电站厂房及引 水钢管被山体 滚石砸坏
5.温度荷载是主要载之一 6.地基变形对坝体应力影响大 7.坝身可以泄洪
四、拱坝对地形地质的要求
1.对地形的要求 ①河谷狭窄 ②岸坡平顺无 突变
4
5 6
7
第二节 拱坝的布置
1.布置的内容
本节内容
开始
选择拱圈型式、悬臂梁的型式
在地形图上进行布置
倒悬度检查
应力分析
稳定分析 结束
2. 拱圈的型式
合理的拱圈型式应当是压力线接近拱轴线，使拱 截面的压应力分布趋于均匀。
由工程力学知，拱圈在匀布荷载作用下， 其合理拱轴线为一圆弧。
对拱坝而言，因常将其看成由水平拱和垂直梁组 成，故外荷载由拱梁系统共同承担。 在某一高程上水压力强度是相同的，但每根垂直 梁在该高程所“表现”的刚度不同，所承受的荷载也 不一样，因此分配给拱的荷载沿拱轴线也不相同，即 拱所承受的水压力沿拱轴线是非均匀分布的，通常是 从拱冠向拱端逐渐减小。
(2)拱坝布置的一般步骤
3）根据初拟的拱冠梁剖面尺寸，选取5~10层拱圈， 绘制各层拱圈平面图，各层拱圈的圆心在平面上的 连线尽可能对称于河谷可利用基岩面等高线，在立 面上，这种圆心连线应是光滑的曲线。
4）每层拱圈的两拱端与岩基的接触原则上应 做成全径向拱座，使拱端推力接近垂直于拱 座面，以减小向下游滑动的剪力。
2.厚度T、应力σ、中心角之间的关系
圆筒公式： pR u / T Ru—为外弧半径;
Ru R T 2 l sin
A

T 2
pR u / T

T=PRu/σ=P/σ(L/SinΦ+T/2)
T 2 pl
2
p sin
A
V=T*L*1 =2PL*2Φ*R/((2σ-P)*SinΦ)
大坝高87.5米。
国 内 拱 坝 建 设
乌江渡
混凝土重力拱坝，坝高165m，顶厚10.0m，底厚119.5m。乌江是云贵 高原上的一条大河，长江的主要支流之一。

龙羊峡重力拱坝中国最高的重力拱坝，位于青海省共和县和贵南县交
界处的黄河干流上，坝高178m，拱冠断面坝顶厚15m，坝底厚80m。地质 条件复杂，地震烈度高。
最合理的拱圈不一定是圆弧，还可能 有其他型式,如三圆心拱、椭圆拱及抛物线 拱等。实际采用时需综合考虑经济、施工 等因素，选择合理的拱圈型式。 (a) 等厚度圆拱； (b) 抛物线拱； (c) 三圆心拱； (d) 椭圆拱； (e)变厚圆拱； (f) 变厚非圆拱
3.拱冠梁剖面型式和尺寸
(1) 坝顶厚度Tc 坝顶厚度Tc基本上代表了顶拱的刚度。 a.加大坝顶厚度不仅能改善坝体上部下游面的 应力状态，还能改善梁底上游面应力，有利于 降低坝踵拉应力; b.坝顶厚度应根据剖面设计确定，并满足运行 交通要求，一般不小于3m， 初拟时，可先按下列经验公式估算： Tc=0.0145（2R轴+H） 或 Tc=0.01H+（0.012~0.024）L1
(2) 坝底厚度TB
坝底厚度TB 是表征拱坝厚薄的一项指标， 主要取决于坝高、坝型、河谷形状等。设计 时可参考已建成的坝高和河谷形状大致相近 的拱坝来初步拟定，再通过计算和修改布置 定出合适的尺寸。作为拱坝优化的初始方案， 坝底厚度可用下式估算：

TB=
K ( L 1 L n 1 ) H [ ]
抛物线拱 三圆心拱 椭圆拱
按水平拱厚度是否变化分 等厚度圆拱； 变厚圆拱； 变厚非圆拱
这里介绍：按拱弧半径和中心角是否 变化分
名称
等外半径式 定角式 变半径式
圆心
不变 变 变
半径
外不变内变 变 变
中心角
(变化不大) 不变 变
等外半径式
变圆心变半径式变中心角
定角式
河谷断面形状复杂时，建造拱坝的方案
坝高221m，底厚201m，座跨科罗拉多河。
前苏联英古里拱坝，坝高272m，1980年竣工
发展趋势
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对坝址地形地质条件有所降低； 厚度减薄，高度超300米级； 坝顶溢流，坝身开孔，q加大； 在较强地震地区可建拱坝； 计算理论、计算方法的发展可进 行优化设计; 对材料特性（坝体坝基）由线性 →非线性； 碾压砼拱坝的发展。
V
A
V 2 A R T
4 pl A
2
2
p s in A
2
0
2Φ=133 °34’
称为经济中心角
六.拱坝的发度概况
早在十六世纪，人们就开始修建砌 石拱坝,如西班牙的阿尔马察坝，意大利 的波捷阿尔托坝，该坝1937年修建，后 两次加高，1887年达39.5m。早在19世 纪中叶，人们又在比较狭窄的河谷中修 建了一些混凝土拱坝，高度都在40m以 内。20世纪开始建造了大量的拱坝，特 别是双曲拱坝在60年代发展较快。举例：