重力坝设计例题—荷载计算
重力坝设计计算(DOC)
山王庙水库大坝稳定及应力计算1 基本资料1.1坝型选择：山王庙水库大坝采用砼重力坝。
1.2为了保证大坝的安全，下游设护坦。
1.3大坝的高度：计算得上游校核水位为2108.98m设计水位为2108.71m,下游校核水位为2079.00m 设计水位为2078.60m,开挖高程为2075m坝顶高程为2111.00m,堰顶高程为2108.00m。
粗估最大坝高：2111-2075=36.00m。
1.4溢流堰：可用曲线型实用堰（长研型、克奥型、WES型）、折线型；利用当地材料，且为小型溢流坝，采用WES型。
1.5大坝的稳定及边缘应力计算：计算时可以考虑风浪及泥沙压力。
建筑物等级为5级建筑物。
1.5.1实用堰的剖面尺寸：坝轴线长12.0m；溢流堰口长10.0m；堰顶水深：校核水深为0.98m、设计水位为0.71m；下游水深t :校核水深为4.00m、设计水位为3.60m；1.5.2非溢流坝段的剖面尺寸：坝轴线长：左岸3个坝段、55.0m,右岸6个坝段、100.0m；上游水位：校核水位为2108.98m 设计水位为2108.71m；下游水深t :校核水深为4.00m、设计水位为3.50m；2溢流坝段的稳定和应力计算：只计算最不利情况一一校核洪水时溢流情况；下游水位：坝址水位~流量曲线得为2079.0m；上游水位：2108.98m；2.1荷载计算： 表2-1溢流坝段荷载计算表荷载及代号 荷载计算（10KN ）方向力臂计算（m力矩(10KN.m )坝体自重G (1/2) X 27.4 X 33.0 X 2.4=1085.04+30.0/2-2.6-27.6/3=3.2 3472.128 坝体自重G 2 (1/2 )X 2.6 X 13.0 X 2.4=40.5630/2-2/3 X 2.6=13.267 538.096 上游水重W (1/2 ) (33.98+20.98 )X 2.6=71.44830/2-1.3=13.7 978.838 上游泥沙重W (1/2 )X 2.6 X 14.36 X 0.8=14.934 t 30/2-2.6/3=14.133 211.07 下游水重W (1/2 )X 3.2 X 4.0=6.40 + -(30/2-3.20/3 ) =-13.93-89.17 上游水压力P 2 (1/2 )X 33.98 X 33.98=577.32―33.98/3=11.33 -6539.11 上游泥沙压力P r (1/2 ) X 14.98 X 14.98 X 0.53 X 0.8=47.57 —14.98/3=4.99 -237.53 下游水压力P l 2(1/2 )X 4.0 =8.0V — (1/3 )X 4.0=1.333 10.67 堰面动水压力：1.94 X 20 (COS25^COS53) /9.8=1.2064— 6.07.23 1.94 X 20 ( SIN250+SIN530) /9.8=4.84 + 15-2.715=12.285 -59.40 浮托力V 30.0 X 4.0=120.0t 0渗透压力U (1/2 )X 29.98 X 0.25 X 25.0=93.69 t -(30/2-5-25/3) =-1.667-156.15 渗透压力U 2(1/2 )X( 29.98+7.495 )X 5.0=93.69t-(30/2-5/2 ) =-12.5-1171.10合计刀W刀P刀M不计入扬压力合计— 1218.382616.89 -1655.008 计入扬压力合计911.002616.89-2982.2582.602.2验算抗滑稳定性：(1) 采用抗剪断强度公式计算，其稳定安全系数为：K= (f，刀W+CA) / 刀P;查前述地质提供的数据：f，=1.0 , C=1.10Mpa,代入公式：K= (1.0 X 911.002+1.10 X 30.0 X 100) /616.89=6.83 > 2.5 (见规范要求), 满足稳定要求。
重力坝设计例题
讲解重力坝设计例题：一．基本资料某高山峡谷地区规划的水利枢纽，拟定坝型为混凝土重力坝，其任务以防洪为主、兼顾灌溉、发电，为3级建筑物，试根据提供的资料设计非溢流坝剖面。
1．水电规划成果上游设计洪水位为355.0 m，相应的下游水位为331.0 m；上游校核洪水位356.3 m ，相应的下游水位为332.0 m；正常高水位354.0 m；死水位339.5 m。
2．地质资料河床高程328.0 m，约有1~2 m覆盖层，清基后新鲜岩石表面最低高程为326.0m。
岩基为石炭岩，节理裂隙少，地质构造良好。
抗剪断强度取其分布的0.2分位值为标准值，则摩擦系数'ckf=0.82，凝聚力'ckc=0.6MPa。
3．其它有关资料河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1 m。
泥沙浮重度为6.5kN/ m3 ，内摩擦角φ=18°。
枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。
坝体混凝土重度γ c =24kN/m3，地震设计烈度为6度。
拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，fckd强度标准值为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。
二．设计要求：（1）拟定坝体剖面尺寸确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。
（2）荷载计算及作用组合该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。
列表计算其作用标准值和设计值。
（3）抗滑稳定验算可用极限状态设计法进行可靠度计算。
（4）坝基面上下游处垂直正应力的计算，以便验算地基的承载能力和混凝土的极限抗压强度。
重力坝剖面设计图（单位：m）三．非溢流坝剖面的设计●资料分析该水利枢纽位于高山峡谷地区，波浪要素的计算可选用官厅公式。
因地震设计烈度为6度，故不计地震影响。
水工建筑物重力坝实例
重力坝设计例题：一．基本资料某高山峡谷地区规划的水利枢纽，拟定坝型为混凝土重力坝，其任务以防洪为主、兼顾灌溉、发电，为3级建筑物，试根据提供的资料设计非溢流坝剖面。
1．水电规划成果上游设计洪水位为355.0 m，相应的下游水位为331.0 m；上游校核洪水位356.3 m ，相应的下游水位为332.0 m；正常高水位354.0 m；死水位339.5 m。
2．地质资料河床高程328.0 m，约有1～2 m覆盖层，清基后新鲜岩石表面最低高程为326.0m。
岩基为石炭岩，节理裂隙少，地质构造良好。
抗剪断强度取其分布的0.2分位值为标准值，则摩擦系数'ckf=0.82，凝聚力'ckc=0.6MPa。
3．其它有关资料河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1 m。
泥沙浮重度为6.5kN/ m3，内摩擦角φ=18°。
枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。
坝体混凝土重度γc =24kN/m3，地震设计烈度为6度。
拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，fckd强度标准值为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。
二．设计要求：（1）拟定坝体剖面尺寸确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。
（2）荷载计算及作用组合该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。
列表计算其作用标准值和设计值。
（3）抗滑稳定验算可用极限状态设计法进行可靠度计算。
重力坝剖面设计图（单位：m）三．非溢流坝剖面的设计(一)资料分析该水利枢纽位于高山峡谷地区，波浪要素的计算可选用官厅公式。
因地震设计烈度为6度，故不计地震影响。
大坝以防洪为主，3级建筑物，对应可靠度设计中的结构安全级别为Ⅱ级，相应结构重要性系数γ0=1.0。
大工16春《水工建筑物》大作业--某重力坝设计
网络教育学院《水工建筑物课程设计》题目：重力坝设计学习中心：专业：年级：学号：学生：指导教师：1 项目基本资料1.1 气候特征根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14 m/s，重现期为50年的年最大风速23m/s，吹程：设计洪水位 2.6 km，校核洪水位3.0 km 。
最大冻土深度为1.25m。
河流结冰期平均为150天左右，最大冰厚1.05m。
1.2 工程地质与水文地质1.2.1坝址地形地质条件（1）左岸：覆盖层2～3m，全风化带厚3～5m，强风化加弱风化带厚3m，微风化厚4m。
（2）河床：岩面较平整。
冲积沙砾层厚约0～1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3～6m。
坝址处河床岩面高程约在38m左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。
（3）右岸：覆盖层3～5m，全风化带厚5~7m，强风化带厚1～3m，弱风化带厚1～3m，微风化厚1～4m。
1.2.2天然建筑材料粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2~3km均可开采，储量足，质量好。
粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。
砂石料满足砼重力坝要求。
1.2.3水库水位及规模①死水位：初步确定死库容0.30亿m3，死水位51m。
②正常蓄水位：80.0m。
注：本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。
表一本设计仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况：基本组合(2)为设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。
特殊组合(1)为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。
1.3大坝设计概况1.3.1工程等级本水库死库容0.3亿m3，最大库容未知，估算约为5亿m3左右。
根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型水库。
枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。
重力坝的荷载与稳定性怎么计算
重力坝的荷载与稳定性怎么计算
重力坝主要依靠自重维持稳定
分类
重力坝的设计内容
①总体布置②稳定分析③剖面设计④应力分析⑤构造设计⑥地基处理
⑦泄水设计⑧监测设计⑨施工设计
作用与荷载
①自重（包括固定设备重）：沿坝基面滑动，仅计坝体重量；沿深层滑动，需计入滑体内岩体重
②静水压力
③扬压力：扬压力=浮力+渗流压力（α：扬压力折减系数）
④动水压力
⑤浪压力
波浪三要素：波高、波长和壅高
⑥泥沙压力
⑦冰压力，⑧土压力，⑨地震作用，⑩温度作用等。
稳定分析
目的：核算坝体沿坝基面或坝基内部缓倾角软弱结构面抗滑稳定的安全度。
失稳机理：首先在坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝趾处基岩和胶结面出现局部区域的剪切屈服，进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸，最后，形成滑动通道，导致坝的整体失稳。
抗剪强度公式（摩擦公式）
抗剪断公式
规范要求：大型工程用抗剪断强度公式；中小型工程可以用摩擦公式。
重力坝习题讲解(黄嘉秋)
③集中在质点i的重力GEi
④质点i的动态分布系数 重力坝质点i的动态分布系数α i：
质点a的高度：ha=85/2=42.5m 质心b的高度：hb=68/3=22.67m
1 4(hi / H ) i 1.4 n G Ej 1 4 (h j / H ) 4 j 1 G E
其中，hi、 hj为质点i、j的高度； GEi 、GEj分别为集中在质点i、j的重力；
↓
三角形部分自重： W2= γ hV2=24×（1/2×51×68×1）=41616（kN），作用点（26,22.67），方向： ↓
坝体总自重：W= W1+ W2=59976（kN），作用点（19.42,28.74），方向：
↓
重力坝荷载计算
Always believe that something wonderful is about to happen.
坝基面边缘应力（不考虑扬压力）
Always believe that something wonderful is about to happen.
铅直向力：∑W=6.0×104+0.83×103=6.08×104KN (↓） 上下游水压力强度：pu=9.8×80=784kPa（上游）；pd=9.8×15=147kPa(下游) 上下游坝面坡度：m1=0，m2=51/68=0.75 求合力矩∑M：
《水工建筑物》
重力坝习题讲解
黄嘉秋 2016年4月6日
（1）基本资料： 坝体剖面尺寸如图1，该坝为2级建筑物， 地震烈度7度，只考虑水平向地震惯性力。 帷幕处扬压力折减系数0.25。混凝土容重 γh＝2.4×104N/m3，f=0.8，f′＝1.2，c′＝ 1MPa。
作业1
#重力坝计算参考
目录第一章调洪演算错误！未定义书签。
第二章非溢流坝设计计算12.1坝高的计算12.2坝挡水坝段的稳定及应力分析2第三章溢流坝设计计算93.1堰面曲线93.2中部直线段设计93.3下游消能设计103.4水力校核113.5WES堰面水面线计算13第四章放空坝段设计计算174.1放空计算174.2下游消能防冲计算184.3水力校核194.4水面线计算21第五章电站坝段设计计算235.1基本尺寸拟订23第六章施工导流计算266.1河床束窄度266.2一期围堰计算266.2二期围堰高程的确定27附录一经济剖面选择输入及输出数据30附录二坝体的稳定应力计算输入输出数据34附录三调洪演算源程序及输入数据44第二章 非溢流坝设计计算2.1 坝高的计算坝顶高出静水面Δh=2h 1+h 0+h c 2h 1——波浪高度校核时，V=16m/s 2h 1=0.0166×V 5/4×D 1/3=0.0166×165/4×0.51/3=0.42m 设计时，V=24m/s2h 1=0.0166×V 5/4×D 1/3=0.0166×245/4×0.51/3=0.70m h0——波浪中心线高出静水位高度校核时，2L 1=10.4×(2h 1>0.8=10.4×0.420.8=5.21mm L h 11.024h 1210==π设计时，2L 1=10.4×(2h 1>0.8=10.4×0.700.8=7.81mm L h 20.024h 1210==πh c ——安全超高，等知：校核时，h c =0.3m ；设计时，h c =0.4m 。
由以上可得坝顶超高为： 校核时Δh=2h 1+h 0+h c =0.42+0.11+0.3=0.83m设计时Δh=2h 1+h 0+h c =0.70+0.20+0. 4=1.30m 则 确定坝顶高程为： 校核时 Z 坝顶=324.7+0.83=325.53m 设计时 Z 坝顶=324.5+1.30=325.80m取其中大者即325.80m,作为坝顶高程<如图2-1所示）。
2重力坝的荷及其组合
返回
风浪要素及浪压力计算方法及计算公式来源于 《水工建筑物荷载设计规范》DL5077-1997。 我国《混凝土重力坝设计规范》推荐采用官厅 水库公式计算：
g 2hl 1 / 12 gD 0.0076 0 2 v 2 v v0 0
1/ 3
g 2 Ll 1 / 2.15 gD 2 0.331 0 v 2 v v0 0
荷载组合
基本荷载组合
特殊荷载组合
特殊一 （校核洪水情况）
特殊二 （地震情况）
(1) 基本荷载组合： 1）坝体及设备自重
2）正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力
3）对应于（2）的扬压力
4）於沙压力
5）相应的浪压力（50年一遇风速）
6）土压力
7）冰压力（不能和浪压力重合） 8）相应于设计洪水位时的动水压力
○
6.地震荷载: 地震惯性力 动水压力(激荡力) 动土压力 一般采用拟静力法计算地震荷载 重力坝一般只考虑顺河流方向的水平地震作 用；对设计烈度为8、9度的1、2级重力坝，应 同时计入水平向和竖向地震作用。对高度超过 150米的坝,应进行动力分析。
返回
① 地震惯性力
Fi a hG Ei i / g
作用点位于水面以下0.54H1处
水深为y的截面以上单宽地震动水压力的合力 及其作用点深度可查现成图表。
7、冰压力和冰冻作用
冰压力包括静冰压力和动冰压力。 静冰压力：寒冷地区，水库表面将结冰， 当气温升高时，冰层膨胀，对建筑物产生的 压力。 动冰压力：当冰破碎后，受风和水流的 作用而漂流，当冰块撞击在坝面或闸墩上时 将产生动冰压力。
5）地震作用力
6）土压力、淤沙压力
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重力坝计算实例
算
简
力矩=432.621×12.88=5572.158(kN•m)
图
PV3=1/2×9.81×2.1×2.1×0.7=15.142(kN)
力臂=28.56/2－2.1×0.7/3=13.79(m)
力矩=－15.142×13.79=－208.805(kN•m)
泥沙压力计算 PsH=1/2×6.5×11.1×11.1×tan2(45－18/2)=211.374(kN) 力臂=1/3×11.1=3.7(m)
三、计算实例
34.8 33.0
大
28.8
坝
实
21.0
用
1：0.2
1：0.7
剖
11.1
面
图
2.1
O(形心)
0.0
6.9
荷
载
计
PsV
11.1
算
简
图 PsH
34.8
PL
33.0
28.8
PV1 21.0
1：0.7
PV2 PH1
1：0.2
W1
W2
6.9
U2
W3
O(形心)
0.0
U1
U3
坝体自重计算 静水压力 泥沙压力
力矩=－6967.296×0.84=－5852.529(kN•m)
静水压力计算
PH1=1/2×9.81×33×33×1=5341.545(kN) 力臂=1/3×33=11.0(m)
力矩=－5341.545×11.0=－58756.995(kN•m)
PH2=－1/2×9.81×2.1×2.1×1=－21.631(kN) 力矩=21.631×0.7=15.142(kN•m)
设
W3 6967.30
重力坝设计例题—荷载计算
设
W3 6967.30
6967.30
-0.84 -5852.53 -5852.53
计
洪
水平
PH
1
水
水压力
5341.5 5
5341.5 5
1 1. -58757.00 -58757.00 0 0
位
PH
-21.63
-21.63 -0.70 15.14
15.14
情 况
2
PV 494.42 1
494.42
12.18 6022.08 6022.08
重力坝设计例题—荷载计算
重力坝设计例题
三、计算实例
34.8 33.0
大
28.8
坝
实
21.0
用
1：0.2
1：0.7
剖
11.1
面
图
2.1
O(形心)
0.0
6.9
荷
载
计
PsV
11.1
算
简
图 PsH
34.8
PL
33.0
28.8
PV1 21.0
1：0.7
PV2 PH1
1：0.2
W1
W2
6.9
U2
W3
O(形心)
力矩=－6967.296×0.84=－5852.529(kN•m)
静水压力计算
PH1=1/2×9.81×33×33×1=5341.545(kN) 力臂=1/3×33=11.0(m) 力矩=－5341.545×11.0=－58756.995(kN•m)
PH2=－1/2×9.81×2.1×2.1×1=－21.631(kN) 力矩=21.631×0.7=15.142(kN•m)
重力坝计算实例
-5852.53
-58757.00 15.14 6022.08
-5852.53
-58757.00 15.14 6022.08
垂直 水压力
PV2
PV3 Psv PsH
432.62
15.14 80.09 211.37
432.62
15.14 80.09 253.65
12.88
-13.79 13.54 -3.70
泥沙压力计算 PsH=1/2×6.5×11.1×11.1×tan2(45－18/2)=211.374(kN) 力臂=1/3×11.1=3.7(m) 力矩=－211.374×3.7=－782.084(kN•m) PsV=1/2×6.5×11.1×11.1×0.2=80.087(kN) 力臂=28.56/2－11.1×0.2/3=13.54(m) 力矩=80.087×13.54=1084.378(kN•m) 回 计 算 简 图
浪压力计算
ghl 1 / 12 gD 0 . 0076 V 0 2 2 V0 V0
1/ 3
gLm 1 / 2.15 gD 0 . 331 V 0 2 2 V0 V0
1 / 3.75
hZ
h12%
Lm
cth
2H Lm
计算风速V0=1.5×12=18(m/s)，D=900(m) hL=0.59(m)，Lm=6.88(m) 由于gD/V02=27.25，
WR 6 M R 2 1 m 2 B B .89 6 (-31807.03) 9413 2 1.0 1.0 ( 1 0 . 7 ) 839.74KPa 2 28.56 28.56
重力坝设计例题—荷载计算(可以考)
力矩=－15.142×13.79=－208.805(kN•m)
泥沙压力计算 PsH=1/2×6.5×11.1×11.1×tan2(45－18/2)=211.374(kN) 力臂=1/3×11.1=3.7(m)
力矩=－211.374×3.7=－782.084(kN•m)
PsV=1/2×6.5×11.1×11.1×0.2=80.087(kN) 力臂=28.56/2－11.1×0.2/3=13.54(m)
P
ห้องสมุดไป่ตู้494.42
-21.63
494.42
-21.63 -0.70 15.14 12.18 6022.08
15.14 6022.08
• 作用原 则值
作用设计值
•弯 矩
原
校 核
荷载
力臂 (m)
则
弯矩设计值 (kN·m)
垂直荷载 水平荷载 垂直荷载 水平荷载
值
(kN)
(kN)
(kN)
(kN)
洪
• (kN
水
力矩=80.087×13.54=1084.378(kN•m)
回 计 算 简 图
1/ 3
ghl V02
0.0076V01/12
gD V02
浪压力计算
1/ 3.75
gLm V02
0.331V01/
2.15
gD V02
hZ
h12%
Lm
cth 2H
Lm
计算风速V0=1.5×12=18(m/s)，D=900(m)
1 1. -67139.03 -67139.03 5 0
PH
2
PV
1
556.23
-53.42
556.23
重力坝计算稿（excel）
重⼒坝计算稿（excel）2.1 基本资料⑴⽔库⽔位⑵泥沙⑶计算基本参数2.2 ⾮溢流坝断⾯尺⼨拟定2.3 荷载计算符号规定：竖向作⽤⼒以向下为“+”、⽔平向作⽤⼒以指向下游为“+”、弯矩以逆时针为“+”。
⑴坝体⾃重G1（↓）及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M G1（逆时针）计算公式：2 ⾮溢流坝实⽤剖⾯沿建基⾯稳定及应⼒计算()?++=2211121hbhbbHGcγ---+?-+?--= 2 1 2 2 1 1 1 12 13 2 2 2 1 2 1 2 b b b B h b b B h b b b B bH M c G γ⑵上游⽔平向⽔压⼒P 1（→）及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M P1（顺时针）计算公式：坝体⾃重G 1计算成果表坝体⾃重G 1对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M G1计算成果表23121h P w γ=33161h Mw P γ-=式中：h 3——上游⾯作⽤⽔头上游⽔平向⽔压⼒P 1及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M P1 23121h P w γ=242321h m G w γ=--=4233312h m B G M G⑹上游⽔平向淤沙压⼒P sk （→）及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M psk （顺时针）计算公式：⑺上游⽔平向浪压⼒P wk （→）及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M pwk （顺时针）计算公式：上游⽔平向浪压⼒P wk 及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M Pwk上游⽔平向淤沙压⼒P sk 及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M Psk下游竖直向⽔压⼒G 3及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M G3s sk Psk h P M 31-=()z m w wk h h L P +=%141γ()%13%13%132312h h L h L L h h h h h L P M z m m m z z m wkPwk +?---++??? ??++-=??? ?-=245tan 2122s s sb sk h P γ⑻扬压⼒U（↑）及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M U （顺时针）①当坝基设有防渗帷幕和排⽔孔，⽽未设下游副排⽔孔和抽排系统时按如下图形及公式计算扬压⼒。
重力坝分析与计算
一、计算荷载组合：坝体自重：区域① W11=10*125*24=30000KN 方向↓ 区域② W12=0.5*113*73.45*24=99598.2KN 方向↓ W1=W11+W12=30000+99598.2=129598.2KN 方向↓ 静水压力：垂直水压力PV=0.5*17*17*0.65*9.8=920.47KN 方向↓ 水平水压力，上游PH1=0.5*γw*H ²=0.5*9.8*120²=70560KN 方向→ 下游PH2=0.5*γw*H ²=0.5*9.8*17²=1416.1KN 方向← 淤沙压力：Ps=0.5*γsb*hs ²*tan ²（45-ⱷs/2）0.5*8.5*21.8²*tan ²（45-27/2）=758.47KN 方向 → 扬压力： 浮托力 U1=γw*H*B=9.8*17*83.45=13902.77 KN 方向↑ 渗流力，区域a U2=ωγα***)1(*5.01L H -=0.5*（1-0.2）*103*7*9.80=2826.32KN 方向↑区域b U3=ωγα**1H L =7*0.2*103*9.80=1413.16KN 方向 ↑区域c U4=ωγα***5.02L H =0.5*0.2*103*76.45*9.80=7716.86KN 方向↑ U=U1+U2+U3+U4=13902.77+2826.32+1413.16+7716.86=25859.11KN 方向↑ 荷载计算如下图所示：二、沿坝基面的抗滑稳定分析以单宽坝段作为计算单元，按抗剪断强度公式计算，认为坝体混凝土与基岩接触良好，接触面面积为A ，采用接触面上的抗剪断参数'f 和'c 计算抗滑稳定安全系数。
A=83.45㎡PA c U W f K s∑+-∑=''')(=(0.92*（129598.2+920.47-25859.11）+750*83.45)/(70560-1416.1+758.47)=2.273 满足要求。
重力坝计算实例
利用离散元法对重力坝进行 离散化，通过求解离散化的 方程来获得坝体的位移、应
力等性能参数。
智能化与自动化技术的应用
智能化设计
利用人工智能技术对重力坝进行智能 化设计，提高设计效率和精度。
自动化监测
利用自动化技术对重力坝进行实时监 测，提高监测效率和精度。
自动化控制
利用自动化技术对重力坝进行控制， 提高控制效率和精度。
重力坝计算实例
• 重力坝概述 • 重力坝计算的重要性 • 重力坝计算实例：某水电站大坝 • 重力坝计算的关键因素 • 重力坝计算的未来发展
01
重力坝概述
重力坝的定义与特点
定义
重力坝是一种依靠自身重量产生 压重来抵抗水平推力的坝体结构 。
特点
结构简单、稳定性好、安全可靠 、维护方便，适用于各种地形和 地质条件。
合理布置排水系统
通过计算排水系统的排水能力，可 以合理布置排水孔和排水沟，降低 坝体的扬压力，提高其稳定性。
考虑地震作用
在计算中充分考虑地震作用的影响， 可以提高坝体的抗震性能和稳定性。
优化坝体设计
01
降低成本
通过精确计算，可以优化坝体的 材料用量和施工方案，降低工程 成本。
02
提高运行效率
03
延长使用寿命
05
重力坝计算的未来发展
数值模拟技术的发展
数值模拟技术
有限元法
通过建立数学模型，利用计 算机技术模拟重力坝的工作 状态和行为，为设计、优化
和安全评估提供依据。
利用有限元法对重力坝进行 离散化，通过求解离散化的 方程来获得坝体的应力、应
变等性能参数。
边界元法
离散元法
ห้องสมุดไป่ตู้
重力坝的荷载及荷载组合
(2) 设防渗帷幕和排水孔 1) 扬压力分布图
2) 计算 浮托力 渗透压力
：渗透压力强度系数，对 于实体重力坝，河床坝段取 0.25，岸坡坝段取0.35。
(3)设防渗帷幕和排水 孔，并设有下游副排 水孔及抽排系统
1) 扬压力分布图
2) 计算 浮托力
渗透压力
1：扬压力强度系数， 重力坝取0.2。 2：残余扬压力强度系数， 重力坝取0.5。
3.偶然作用
●概念：设计基准期内只可能短暂出现(且量值 很大)或可能不出现的作用。
●包括：地震作用；校核洪水位时的静水压力。
二 、荷载分析
１.自重
坝体自重： W=V•γC γC的确定：材料容重应实地量测或参考荷载
规范，试验得
γC=23.5～25.0 kN／m3。
分块计算：将坝体剖面划分成若干个简单块 体(形心易求) 。
Lm／2
H
单位长度上浪压力标准值Pwk(kN／m) ： 作用点位置呢？
7、冰压力 1.静冰压力 2.动冰压力 8、地震作用
1.几个术语 ▲抗震设计：一般包括抗震计算和抗震措施。
▲基本烈度：50年期限内，一般场地条件下，可
能遭遇超越概率P50为0.10的地震烈度。一般为《中国地 震烈度区划图(1990)》上所标示的地震烈度值，对重大 工程应通过专门的场地地震危险性分析工作确定。
坝体内的扬压力 1) 扬压力分布图
2) 计算 浮托力 渗透压力
3：渗透压力强度系数，
实体重力坝取0.2。
扬压力分布图
5、淤沙压力
▽
Pn=sbhntg2(45°－ s／2)
▽淤沙高程
hs
hn Y0
ps
pn
PSK
sb：淤沙的浮重度KN／m3； s：淤沙的内摩擦角。
重力坝荷载及组合
坝前水深小于临界水深 为破碎波浪压力分布
包括静冰压力和动冰压力。
在气候严寒地区，冬季水库外表结成冰盖，但当气温上升 时〔仍低于0℃〕，冰盖膨胀对边界〔岸坡、坝面等〕产 生的挤压力称为静冰压力。当冰盖解陈后，冰块随水流漂 移。流冰撞击坝面等建筑物上产生的撞击力，称为动冰压 力。
(四)扬压力
混凝土和地基都有一定的透水性，在上下 游水位差作用下，会形成一个稳定渗流场。
扬压力包括渗透压力和浮托力两局部。 渗透压力由坝体上下游水位差引起，而浮 托力是由下游水位淹没局部坝体时产生。
第8页，共40页。
扬压力分布及数值的影响因素很多，设计 时应根据坝基地质条件、防渗和排水措施、 坝体的构造型式，分别计算图形。
2、坝身扬压力〔见下左图〕。 坝身排水管折减系数α3
第19页，共40页。
为了减小坝体内扬压
力，常在上游坝面附
近3~5m范围内提高 混凝土的防渗性能，
H1’
形成防渗层，其后设
置坝身排水管。
第20页，共40页。
当计算截面在下游水位以下时，上 游面为γw H’1，坝体排水管幕处为
γw(H’2+αH’1) ，一般采用，下游坝面处为
第3页，共40页。
(二)静水压力
垂直作用于坝体外表某点处的静水压强p为
p H
式中： H——计算点处的作用水头。即计算水位与 计算点之间的铅直高差，m；
r——水的容重。一般取9.8kN／m3，对于多泥沙浑水 情况另定。
第4页，共40页。
作用于坝面的总静水压力，常分解为水平及竖向分 力进展计算
水平力 竖直力
为了减小扬压力，改善坝的应力和稳定条件，
常在坝踵附近的坝基中灌浆，形成防渗帷幕， 阻拦渗水，消减水头；同时在防渗帷幕后边 钻孔，形成排水孔幕，将渗过、绕过防渗帷幕 的渗水排至廊道，输送到下游。后者减压效果
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gV02Lm 0.33V101/2.15V g02D1/3.75
hZ
h12% cth2H
Lm
Lm
计算风速V0=1.5×12=18(m/s)，D=900(m)
hL=0.59(m)，Lm=6.88(m)
由于gD/V02=27.25，
hL=h5%，
Hcr4LmlnL L(m m 22hh11% %) Hcr=0.89，
H
荷载
作用标准值
垂直荷载 水平荷载
(kN)
(kN)
作用设计值
垂直荷载 水平荷载
(kN)
(kN)
力臂 (m)
弯矩标准值 弯矩设计值
(kN·m)
(kN·m)
W1 1058.40
自 重
W2 3507.84
校
W3 6967.30
1058.40 3507.84 6967.30
h1%=1.241h5%=0.737， hZ=0.248。 H=33>Hcr，且H>Lm/2，深水波
PL=1/4×9.81×6.88×(0.737+0.248)=16.62(kN)
力矩=－16.62×33=－548.36(kN•m)
回
计
算
简
图
A
8
扬压力计算
U1=－9.81×2.1×28.56×1=－588.365(kN)
力矩=－211.374×3.7=－782.084(kN•m)
PsV=1/2×6.5×11.1×11.1×0.2=80.087(kN) 力臂=28.56/2－11.1×0.2/3=13.54(m)
力矩=80.087×13.54=1084.378(kN•m) 回 计 算 简 图
A
7
浪压力计算
1/3
V g02hl 0.007V061/12Vg02D
A
9
荷载
作用标准值
垂直荷载 水平荷载
(kN)
(kN)
作用设计值
垂直荷载 水平荷载
(kN)
(kN)
力臂 (m)
弯矩标准值 弯矩设计值
(kN·m)
(kN·m)
W1 1058.40
自 重
W2 3507.84
1058.40 3507.84
11.48 12150.43 12150.43 7.98 27992.56 27992.56
力臂=0(m)
力矩=0(kN•m)
U2=－9.81×6.9×0.25×(33－2.1)=－522.898(kN) 力臂=28.56/2－6.9/2=10.83(m) 力矩=－5662.98(kN•m)
U3=－9.81×1/2×(28.56－6.9)×0.25×(33－2.1)=－820.722(kN)
回
力矩=1058.4×11.48=12150.432(kN•m)
计
W2=24×4.2×34.8×1=3507.84(kN)
算 简
力臂=28.56/2－21×0.2－4.2/2=7.98(m)
图
力矩=3507.84×7.98=27992.563(kN•m)
W3=1/2×24×28.8×28.8×0.7×1=6967.296(kN) 力臂=28.56/2－28.8×0.7×2/3=0.84(m)
U3
坝体自重计算 静水压力 泥沙压力
浪压力计算 扬压力计算
PV3 2.1
PH2
U4
A
4
坝体自重计算
坝顶宽度=(34.8－28.8)×0.7=4.2(m)
坝基宽度=34.8×0.7+21×0.2=28.56(m)
W1=1/2×24×21×21×0.2×1=1058.4(kN)
力臂=28.56/2－2/3×21×0.2=11.48(m)
力臂=2/3×(28.56－6.9)－28.56/2=0.16(m)
力矩=－131.32(kN•m)
U4=－9.81×1/2×6.9×(1－0.25)×(33－2.1)=－784.346(kN)
力臂=28.56/2－1/3×6.9=11.98(m)
力矩=－9487.70(kN•m)
回 计 算 简 图
算
简
力矩=432.621×12.88=5572.158(kN•m)
图
PV3=1/2×9.81×2.1×2.1×0.7=15.142(kN)
力臂=28.56/2－2.1×0.7/3=13.79(m)
力矩=－15.142×13.79=－208.805(AkN•m)
6
泥沙压力计算 PsH=1/2×6.5×11.1×11.1×tan2(45－18/2)=211.374(kN) 力臂=1/3×11.1=3.7(m)
重力坝设计例题
A
1
三、计算实例
A
2
34.8 33.0
大
28.8
坝
实
21.0
用
1：0.2
1：0.7
剖
11.1
面
图
2.1
O(形心)
0.0
A
3
6.9
荷
载
计
PsV
算
11.1
简
图 PsH
34.8
PL
33.0
28.8
PV1 21.0
1：0.7
PV2 PH1
1：0.2
W1
W2
6.9
U2
W3
O(形心)
0.0
U1
PV 432.62
432.62
12.88 5572.16 5572.16
2
垂直 水压力
1
PV 15.14
15.14
3. -208.80 -208.80
3
7
9
泥沙
Psv 80.09
80.09
13.54 1084.37 1084.37
压力
Ps
211.37 A
253.65 -3.70 -782.08 -91308.50
设
W3 6967.30
6967.30
-0.84 -5852.53 -5852.53
计
洪
水平
PH
1
水
水压力
5341.5 5
5341.5 5
ห้องสมุดไป่ตู้
1 1. -58757.00 -58757.00 0 0
位
PH
-21.63
-21.63 -0.70 15.14
15.14
情 况
2
PV 494.42 1
494.42
12.18 6022.08 6022.08
力矩=－6967.296×0.84=－5852.529(kN•m)
A
5
静水压力计算
PH1=1/2×9.81×33×33×1=5341.545(kN) 力臂=1/3×33=11.0(m) 力矩=－5341.545×11.0=－58756.995(kN•m)
PH2=－1/2×9.81×2.1×2.1×1=－21.631(kN) 力矩=21.631×0.7=15.142(kN•m)
力臂=1/3×2.1=0.7(m)
PV1=9.81×(33－21)×21×0.2=494.424(kN) 力臂=28.56/2－21×0.2/2=12.18(m)
力矩=494.424×12.18=6022.084(kN•m)
回
PV2=1/2×9.81×21×21×0.2=432.621(kN)
计
力臂=28.56/2－21×0.2/3=12.88(m)