非溢流重力坝设计知识
第一节 非溢流重力坝
α＜90°, 在上游面可能出现拉应力。
一般α=90°, 上游1：0～1：0.2， 下游1:0.6～1:0.8 B=（0.7～0.9）H。
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第一章 岩基上的重力坝
四、非溢流重力坝的剖面设计 （二）实用剖面 坝顶宽度及构造
第一节 非溢流重力坝
1、应根据设备布置运行，检修，施工和交通等需要确定，并满足抗
行稳定计算和应力分析； （3）优化剖面设计，得出满足设计原则条件下的经济剖面； （4）进行构造设计和地基处理。
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第一章 岩基上的重力坝
四、非溢流重力坝的剖面设计 （一）基本剖面
第一节 非溢流重力坝
1、概念：在水压力、自重和扬压力等主要荷载作用下，满足稳 定，强度要求并使工程量的最小三角形断面。 2、基本要求（特点） α＞90°, 在库空情况下，在下游回产生拉应力，不便施工。
二、重力坝的类型
4、按坝体结构分：
第一节 非溢流重力坝
实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝
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第一章 岩基上的重力坝
二、重力坝的类型
第一节 非溢流重力坝
5、按坝顶是否过水分：溢流重力坝、非溢流重力坝
溢流坝段 非溢流坝段
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第一章 岩基上的重力坝
三、重力坝的设计内容
②利用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。
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第一章 岩基上的重力坝
一、工作原理及特点
第一节 非溢流重力坝
2、特点——优点
（1）结构作用明确，设计方法简便 （2）泄洪和施工导流比较容易解决 （3）结构简单，施工方便，安全可靠 （4）对地形、地质条件适应性强
重力坝——§5非溢流坝剖面设计
◎三、实用剖面
考虑到施工、交通、运行管理、承担其他荷载要求 ，重力坝实用剖面：坝顶应有足够宽度，坝顶高程 在库静水位以上应有一定波浪超高
• 1、坝顶宽度
一般取b为坝高的8%-10%，即b=（8-10）%H,且 b≥2m
当有交通要求or布置启闭机轨道时，应满足之。
◎三、实用剖面
• 2、坝顶高程
坝顶or放浪墙顶高程按下列二情况计算取大者： ▽坝顶1=▽设计洪水+Δh设计 ▽坝顶2=▽校核洪水+Δh校核 超高：Δh=h+h0+hc h——波浪超高，h0——波浪中心线在水面以上超高 hc——安全超高，根据坝级别差表1-11. 设墙时，坝顶不得低于最高洪水位，强顶不得低于
第二章 重力坝
◎.
• §1 概述 • §2重力坝荷载及其组合 • §3重力坝抗滑稳定分析 • §4重力坝应力分析 • §5非溢流坝剖面设计 • §6溢流坝设计 • §7重力坝坝身泄水孔 • §8重力坝材料与构造 • §9重力坝地基处理 • §10其他型式重力坝
§5 非溢流坝的剖面设计
◎一、设计原则、步骤
是工程中常用形式 上游起坡点高度一般在距坝底1/3-2/3坝高处。
◎三、实用剖面
3）上游面倾斜，起坡点设在基本剖面顶点
可更多利用水重增加坝体稳定，但不利于布置泄水管 孔进口设备
适用于基岩面f、c值较低情况。
◎四、坝顶构造
• 1、一般坝顶构造
坝顶上游设置与坝体连为一体的钢筋砼放浪墙，墙 高约1.2m，厚0.4-0.6m，与坝体有相同横缝，内设 止水。坝顶下游侧边石or栏杆。
设计原则： 满足稳定、强度要求、，并工程量最少 、运用方便、外形简单、便于施工。
设计要求：承受所有荷载条件下，满足上述要求 设计步骤：
授课题目：第二章 重力坝 第一节 概述 第二节 非溢流坝的剖面...
授课题目：第二章重力坝第一节概述第二节非溢流坝的剖面设计教学目的：掌握重力坝的特点、重力坝的分类、非溢流坝剖面设计的基本原则、基本剖面及实用剖面。
教学重点：重力坝的特点、重力坝的分类。
非溢流坝基本剖面及实用剖面。
教学难点：非溢流坝剖面设计的基本原则、基本剖面及实用剖面。
教学过程：组织教学：师生问好，清查人数。
复习提问：什么是水利枢纽？水利工程管理的内容是什么？导入新课：重力坝是主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来满足稳定要求的挡水建筑物。
在世界坝工史上是最古老，也是采用最多的坝型之一。
非溢流坝剖面形式、尺寸的确定，将影响到荷载的计算、稳定和应力分析，因此，非溢流坝剖面的设计以及其它相关结构的布置，是重力坝设计的关键步骤。
讲授新课：第一节概述混凝土重力坝示意图一、世界上最高的重力坝我国已建的重力坝：刘家峡148m，新安江105m，三门峡106m，丹江口110m，丰满、潘家口等，其中，高坝有20余座。
其中三峡混凝土重力坝和龙滩碾压混凝土重力坝分别高达175米和216.5米。
重力坝坝轴线一般为直线，垂直坝轴线方向设横缝，将坝体分成若干个独立工作的坝段，以免因坝基发生不均匀沉陷和温度变化而引起坝体开裂。
为了防止漏水，在缝内设多道止水。
垂直坝轴线的横剖面基本上是呈三角形的，结构受力形式为固接于坝基上的悬臂梁。
坝基要求布置防渗排水设施。
二、重力坝的特点（一）优点：1、工作安全，运行可靠。
重力坝剖面尺寸大，坝内应力较小，筑坝材料强度较高，耐久性好。
因此，抵抗洪水漫顶、渗漏、侵蚀、地震和战争等破坏的能力都比较强。
据统计，在各种坝型中，重力坝失事率相对较低。
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。
对地质条件要求相对较低，一般修建在岩基上，当坝高不大时，也可修建在土基上。
3、泄洪方便，导流容易。
可采用坝顶溢流，也可在坝内设泄水孔，不需设置溢洪道和泄水隧洞，枢纽布置紧凑。
在施工期可以利用坝体导流，不需另设导流隧洞。
非溢流重力坝设计
第三章 非溢流重力坝设计3.1基本剖面设计3.1.1剖面设计原则重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，并以特殊荷载组合复合。
设计断面要满足强度和强度要求。
非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量最小；③优选体形，运用方便；④便于施工，避免出现不利的应力状态。
3.1.2基本剖面拟定图3.1重力坝的基本剖面是指坝的基本剖面是指在自重、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角形剖面，如图3.1。
在已知坝高H 、水压力P 、抗剪强度参数f 、c 和扬压力U 的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求的工程量最小的三角形剖面尺寸。
3.1.3实用剖面的拟定一、坝顶高程的拟定坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程。
坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高定出。
即∇＝静+h ∆式中：h ∆＝l z c h h h ++。
式中：l h ----为波浪高度；z h ----为波浪中心线超出静水位的高度；c h ----为安全超高。
1、超高值h ∆的计算（1）基本公式坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，h ∆可由式计算，应选择三者中防浪墙较高者作为选定高程。
c z h h h h ++=∆%1 （2.1）式中h ∆—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差m ；%1h —累计频率为1%的波浪高度m ；z h —波浪中心线至设计洪水位或校和洪水位的高差m ；c h ——安全超高 ；c h 的取值，根据下表3.1表3.1故本设计坝的级别为2级，所以设计安全超高为0.5m ，校核安全超高为0.4m 。
对于h l%和h z 的计算采用官厅公式计算：3/14/500166.0D V h l =，0.810.4()c L h = 22l z h H h cth L Lππ= 式中： 0V ----计算风速，m/s, 在计算%1h 和z h 时，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。
第一节 非溢流重力坝
（3）约束条件：求一组Xi→V(x)→最小
（4）选择求解方法：应用非线性规划问题求解法求解
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第一章 岩基上的重力坝
四、非溢流重力坝的剖面设计 （三）优化设计（了解）
第一节 非溢流重力坝
1、概念：在全部可行方案中，利用数学手段，按设计者预定的 要求，从中选择出一个最优方案。 2、内容 （1）设计变量：n、m、H、顶宽B、上、下游起坡点高度等。 其中：H、B→预定参数；n、m、yn，ym…… 设计变量 （2）目标函数：坝体体积:V（x）
震，特大洪水时抢护等要求。
2、常态砼坝坝顶最小宽度 3m ，碾压砼坝为 5m 。一般可采用B= (8％～10％)H，有交通要求时，按交通规定确定。
3、当有较大的冰压力或漂浮物撞击时，还应满足强度要求。
4、坝顶路面应具有横向坡度，并设置相应的排水系统。 5、有交通要求时，两侧宜设人行道，且高出路面 20～30cm。
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第一章 岩基上的重力坝
三、重力坝的设计内容
第一节 非溢流重力坝
5）构造设计。根据施工和运行要求，确定坝体细部构造，包括廊 道、排水、分缝、止水等。
6）地基处理。地基的开挖、防渗（帷幕灌浆）、排水、断层、破
碎带的处理等。 7）溢流重力坝和泄水孔的孔口设计。堰顶高程、孔口尺寸、体型、 消能防冲设计等。 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。
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第一章 岩基上的重力坝
四、非溢流重力坝的剖面设计
第一节 非溢流重力坝
任务：重力坝剖面设计的任务是在满足稳定和强度要求
水工建筑物重力坝设计计算书
一、非溢流坝设计（一）、初步拟定坝型的轮廓尺寸(1)坝顶高程的确定①校核洪水位情况下：波浪高度2h l=0.0166V5/4D1/3=0.0166×185/4×41/3=0.98m波浪长度2L l=10.4×(2h l)0.8=10.4×0.980.8=10.23m波浪中心线到静水面的高度h0=π(2h l)2/ 2L l=3.14×0.982/10.23=0.30m安全超高按Ⅲ级建筑物取值h c=0.3m=2h l+ h0+ h c=0.98+0.30+0.3=1.58m 坝顶高出水库静水位的高度△h校②设计洪水位情况下：波浪高度2h l=0.0166(1.5V)5/4D1/3=0.0166×(1.5×18)5/4×41/3=1.62m波浪长度2L l=10.4×(2h l)0.8=10.4×1.620.8=15.3m波浪中心线到静水面的高度h0=π(2h l)2/ 2L l=3.14×1.622/15.3=0.54m安全超高按Ⅲ级建筑物取值h c=0.4m=2h l+ h0+ h c=1.62+0.54+0.4=2.56m 坝顶高出水库静水位的高度△h设③两种情况下的坝顶高程分别如下：校核洪水位时：225.3+1.58=226.9m设计洪水位时：224.0+2.56=226.56m坝顶高程选两种情况最大值226.9 m，可按227.00m设计，则坝高227.00-174.5=52.5m。
(2)坝顶宽度的确定本工程按人行行道要求并设置有发电进水口，布置闸门设备，应适当加宽以满足闸门设备的布置，运行和工作交通要求，故取8米。
(3)坝坡的确定考虑到利用部分水重增加稳定，根据工程经验，上游坡采用1：0.2，下游坡按坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍，挡水坝段和厂房坝段均采用1：0.7。
(4)上下游折坡点高程的确定理论分析和工程实验证明，混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1/3~2/3坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定。
非溢流坝面设计
第一节非溢流坝剖面设计
非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近，基本断面上部设坝顶结构。
已知非溢流坝采用实体重力坝，基本剖面为上游坝坡采用1：0，下游坝坡采用1：0.6-1:0.8,坝顶宽度为坝高的8%-10%，且>3m，而坝高为157.2-68=89.2m，考虑通车情况取坝顶宽度为8m
坝底宽度计算采用公式（5）
(5)
式中T —坝底宽度
H —为坝高
—坝体混泥土容重取23.5KN/m3
—水的容重取10 KN/m3
β—坝上游面为铅垂面取0
a—扬压力折减系数取0.35
则由公式（5）计算可得下游坝底宽度为63.07m；
校核坝底宽度是否满足下游坝坡1：0.6-1：0.8的要求
H/(T-坝顶宽度)=1.57 满足要求
校核设计的剖面是否满足抗滑稳定安全不考虑动水压力和地震荷载
由书公式2—1，单位长度坝面自重=65436.7KN注：此式中H为校核洪水位156.3m；即A=（156.3-68）*0.5*63.07=2784.54m3；
单位长度静水总压力=36722.45KN注：此式的H用设计洪水位153.7m；
淤沙压力=3861.00KN
式中A为坝体面积，计算后得2859.60 m3
淤泥的浮重度取9KN/m3
挡水建筑物前泥沙的淤积高度取97.6m-68m=29.6m
淤泥的内摩擦角取1.2°
扬压力
=10382.63KN
浪压力
=39.76KN
校核代入公式（6）
带入以上数据得K=1.12 >1.10 满足要求。
《重力坝设计中的非溢流坝段剖面设计870字》
重力坝设计中的非溢流坝段剖面设计1. 坝顶高程坝顶标高应高于检查洪水位。
上游坝顶标高应高于防波堤顶标高。
波浪墙顶与设计洪水位或洪水水位之间的高度差可以根据以下公式计算：∆h =h 1%+hz+hc（4-1）式中：h1%为累计频率为1%时的波浪高度，m；hz为波浪中心线高于静水位的高度，对于山区水库，波浪要素按官厅公式计算如下：hl=0.0166V05/4D1/3（4-2）L=10.4hl0.8（4-3）hz =（πhl2/L）cth（2πH/L）（4-4）H为坝前水深，m；hc为为安全加高。
V0——计算风速，m/s，正常蓄水位和校核洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速的1.5～2.0倍。
校核洪水位四宜用相应洪水期的多年平均风速，m/s；D——吹程。
风区长度1.2km；L——波长，m表4.1 安全加高表本工程hc取0.5根据计算得出坝顶标高（或坝顶对波峰的高度），选取较大的值。
坝顶高程=设计洪水位+Δh坝顶高程=校核洪水位+Δh表4.2 坝顶高程计算成果表经过比较可以得到坝顶或防浪墙顶高程为294.307m，故最大坝高为：294.307～240=54.307m2. 坝顶宽度为了应用和施工，波峰需要一定的宽度。
坝顶宽度一般为8%～10%，不小于3米。
同时，为了满足需求的设备布局、操作、运输和设施，通过分析选择九龙滩水电站坝顶宽度6米的计算，外加3米（共9米宽）。
3. 坝面坡度坝址的岩体基本相同。
岩石基底相对完整，坚硬，f和c相对较大。
在上游坝面水的帮助下，大坝保持稳定，上游坝坡的坡度为直线，上游坡度系数n为0，m为0.75。
上游坝坡采用直型，应根据坝段实际坝段类型、坝顶宽度、坝顶宽度、坝顶基本剖面进行计算，并选择下游坡度点。
4. 地基防渗与排水设施拟定由于需要防渗，坝基应设置防渗帘和排水帷幕。
坝体排水管应靠近上游坝面，以尽快消除渗水，但坝面距离不得小于1/10～1/20（即坝前的水深 2.577m至5.154m），为了避免渗流坡度过大，可能会对混凝土的坝面进行淋滤破坏。
利用有限单元法对重力坝非溢流断面的优化设计
利用有限单元法对重力坝非溢流断面的优化设计重力坝是一种常用的水利工程结构，广泛应用于河流、湖泊、水库等水体的防洪、灌溉、发电等方面。
重力坝的设计是一项复杂的工作，其中最为重要的是断面的设计。
传统的设计方法往往依靠经验公式和简单的几何构型，导致设计结果质量无法得到有效保证。
因此，采用有限单元法对重力坝非溢流断面进行优化设计，能够有效提高设计效果和质量。
有限单元法是一种基于数值分析的工程计算方法，能够比较准确地模拟复杂结构的应力、应变和变形等物理现象，是结构设计、优化和验证的有力工具。
在重力坝的设计中，有限单元法可以用于建立断面模型，分析其受力情况，同时对比不同断面模型的受力情况，从而选取最佳设计方案。
在进行重力坝非溢流断面优化设计时，首先需要建立坝体的有限元模型。
通常会采用三维有限元模型，包括材料的力学特性、坝体的几何形状和施工情况等因素。
建立模型时需要根据实际情况选取适当的元素网格和求解器，同时考虑到模型的精度和计算效率。
建立好模型后，可以开始对重力坝断面进行优化。
对于重力坝非溢流断面的优化设计，一般会涉及到以下几个方面的考虑：1. 存储水量的要求重力坝的设计首要考虑的是存储水量的要求，因此需要在保证安全的前提下尽可能增大坝体的存水能力。
通过有限元分析，可以对不同断面模型的存水能力进行预测和比较，从而选取存储水量最大的优化方案。
2. 抗震能力的要求3. 材料成本和施工工艺的要求在重力坝非溢流断面的设计中，还需要考虑到材料成本和施工工艺的要求。
对于坝体所需材料的使用量和种类，可以通过有限元法预测不同断面模型的材料用量，从而选取使用成本最低的方案。
同时，还需要根据不同的施工工艺和要求选取适当的设计方案，以便在实际施工中保证施工和施工质量的可行性。
总之，有限单元法在重力坝非溢流断面优化设计中具有重要作用。
通过建立坝体的有限元模型，并考虑到存储水量、抗震能力、材料成本和施工工艺等多个方面因素，可以得到最佳的重力坝非溢流断面设计方案，从而保证了重力坝的结构稳定和性能安全。
重力坝设计内容
第三部分枢纽布置（1）坝型的选择坝型根据：坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩，河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。
河床冲积层厚度一般为 2.0-2.5m，左岸覆盖层厚度为3-8m，右岸覆盖层厚度为 0.5-5.0m，覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层。
且河床堆积块石、孤石和卵石，但是缺乏土料。
浆砌石重力坝虽然可以节约水泥用量，但不能实现机械化施工，施工质量难以控制，故本工程采用混凝土重力坝。
（2）坝轴线的选取坝址河段长 350m，河流方向为 N20E，其上、下游河流方向分别为 S70E和 S80E。
坝址河谷呈“V”型，两岸h山体较雄厚，地形基本对称，较1完整，两岸地形坡度为 30°-40°。
河床宽 20-30m，河底高程约 556-557m。
坝轴线取在峡谷出口处，此处坝轴线较短，主体工程量小，建库后可以有较大库容。
（3）地形地质坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩，河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。
河床冲积层厚度一般为 2.0-2.5m，左岸覆盖层厚度为3-8m，右岸覆盖层厚度为 0.5-5.0m，覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层。
（4）坝基参数坝址地质构造主要表现为断层、节理裂隙。
坝址发育 11 条断层。
建议开挖深度：河中 5m，左岸 6-12m，右岸 6-15m。
（5）基本参数干密度 2.61g/cm 3 ，饱和密度 2.62 g/cm 3 ，干抗压强度92-120MPa，饱和抗压强度 83-110MPa，软化系数 0.9，泊松比 0.22-0.23。
混凝土与基岩接触面抗剪断指标：Ⅲ类岩体，抗剪断摩擦系数 1.0-1.1，抗剪断凝聚力 09.-1.1MPa。
坝基高程为550m.正常水位 642.00m设计水位 642.71m校核水位 643.69m（6）工程级别：本水利枢纽坝址林地溪与国宝溪汇合口下游约2.5km的峡谷中，坝址集水面积144.5km2，又知河底高程556-557m。
非溢流坝剖面设计学习指南
见工作任务书
重点：波浪要素计算（波高、波长、波浪中心高出静水位的高度）、坝顶高程、坝基高程、坝高、坝顶宽度、上下游边坡、折坡点位置及非溢流坝剖面要素的确定。
难点：波浪要素计算、坝顶高程的计算和确定、非溢流坝剖面要素的确定。
考核要点
知
识
（1）理解重力坝的基本剖面及技术要素；
（2）掌握波浪要素计算；
（3）掌握坝顶高程计算、坝基高程确定、坝高计算；
（4）掌握上下游边坡拟定、折坡点位置确定、坝顶宽度的确定；
（5）掌握绘制非溢流坝剖面图步骤。
技
能
（1）根据官厅水库公式计算波浪要素；
（2）能计算水位条件计算坝顶高程、根据地基条件确定坝基高程、计算坝高；
（3）能根据经验参数确定大坝上下游边坡系数，确定上游折点位置、确定大坝坝顶宽度、防浪墙高度。
（4）根据绘图步骤绘制非溢流坝剖面图。
非溢流坝剖面设计学习指南
项目名称
重力坝设计
参考课时（学时）
22
单元名称
非溢流坝剖面设计
参考课时（学时）
2
教学
内容
（1）重力坝的基本剖面及技术要素；
（2）波浪要素计算；
（3）坝顶高程计算、坝基高程确定、坝高计算；
（4）上下游边坡拟定、折坡点位置确定、坝顶宽度的确定；
（5）绘制非溢流坝剖面图步骤。
重点难点
态
度
（1）能按时到课，遵守课堂纪律，积极回答课堂问题，按时上交作业；
（2）课下能积极认真练习教室布置的工作任务；
（3）认真完成老师布置的预习任务。
教学பைடு நூலகம்
实施
复习重力坝定义、分类，波浪要素计算（波高、波长、波浪中心高出静水位的高度）、坝顶高程、坝基高程、坝高、坝顶宽度、上下游边坡、折坡点位置等基础知识重点讲解，教师引入工程案例，提出问题让学生根据已讲的基础知识分组讨论解决问题，教师辅导评价，学生进行基础知识的练习，教师辅导答疑，教师提供答案，评价此过程。
重力坝设计
溢流坝设计 溢流坝设计 稳定性、应力计算
孔口尺寸
堰顶上游 侧曲线
直线段
堰顶溢流 反弧段曲线 侧曲线
3.溢流坝设计
1.剖面拟定 （1）孔口尺寸：在水文计算中采用孔口总净宽为15m，堤顶高程为 680m进行调洪计算，得此设计下泄流量，设计洪水时Q=317.22m3/s,校 核洪水时Q=406.06m3/s，所以校核洪水时的最大单宽流量 q=406.06/15=27.07[m3/（s·m）]。
堰上最大水头Hmax=685.67-680=5.67m， 取定型水头Hd=Hmax×75%=5.67×75%=5.4m，在规定范围内，是合理的。 1）堰顶上游侧采用椭圆曲线，其方程为
(5)基坑处理
坝基开挖： 坝基面在主河槽挖至659.00m高程，原计划挖至半风化岩石，已是微分 话层。
坝基帷幕灌浆： 在坝址地质剖面图上找出相对隔水层，帷幕深度至645.00m高程。设一 排帷幕孔，钻孔斜向上游，倾斜角控制在5°以内，孔距3m。
坝基排水： 坝基主排水孔设在防渗帷幕下游2m处，间距0.8倍帷幕孔距，即2.4m,深 度645.0m高程。主排水孔之水直接进入排水廊道，次排水管的渗水由横 向排水沟（管）排向下游。
廊道：
基础灌浆廊道采用尺寸为2.5m*3.0（宽*高）上圆下方的标准廊道，廊道 底高程659.00+1.5*2.5=662.75（m）,取663m，距上游边缘距离4m， 坝轴线方向沿地形向两岸逐渐抬高，倾斜角不大于40°，两岸下游洪水位 以上均有进、出口。
坝体排水：
沿坝轴线方向布置一排预制多孔混凝土竖向排水管，间距3.5m，距上游 面2.5m，直径0.15m，并与廊道连通。横向排水管坡降i=1/200，管入 口与廊道的集水沟相连，出口通向下游。管口0.25m，间距在与坝分段相 适应的前提下按30~50m左右进行 布置。
第七节非溢流重力坝的剖面设计
上游面呈倾斜的基本三角形加坝顶，适用于坝基础 摩擦系数较小的情况
倾斜的上游坝面可以增 加坝体自重和利用一部 分水重，以满足抗滑稳 定的要求。修建在地震 区的重力坝，可采用此 种剖面。
h h1% hz hc
h1% —累积频率为1%时的波高，m。 hZ —波浪中心线至静水位的高度，m。 hc—安全超高m，见下表。 坝的安全级别 相应水位 正常蓄水位 校核洪水位 Ⅰ(1级) 0.7 0.5 Ⅱ(2、3级) 0.5 0.4 Ⅲ(4、5级) 0.4 0.3
注：在计算h1%时，两种顶宽度 根据施工、交通、设备安装等条件确定。 一 般B=(8～10)%H，且不小于2m。 或根据漂浮物，冰压力等对坝体的冲击力情 况确定。 2、坝顶高程 坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪 墙顶的高程应高于波浪顶高程。防浪墙顶与正常 蓄水位或校核洪水位的高差Δ h按下式计算：
第七节非溢流重力坝的剖面设计一二重力坝基本剖面三实用剖面四实用断面的优化设计剖面设计原则一剖面设计原则1满足稳定和强度要求保证大坝安全
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、重力坝基本剖面
基本剖面是指坝 体在自重、静水压力 和扬压力3项主要荷载 作用下，满足稳定和 强度要求，并使工程 量最小的三角形剖面。 根据工程经验，一般上游坝坡坡率n=0～0.2， 常做成铅直或上部铅直下部倾向上游；下游坝坡坡 率m=0.6～0.8，底宽约为坝高的0.7～0.9倍。
坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算后选
用较大值：
防浪墙顶高程 = 正常蓄水位+△h正
防浪墙顶高程 = 校核洪水位+△h校
坝顶高程＝最大值 - 1.2 m
非溢流段混凝土重力坝设计
网络教育学院《水工建筑物课程设计》题目：非溢流段混凝土重力坝设计学习中心：安徽**奥鹏学习中心专业：水利水电工程年级： 2012年春季学号：学生：指导教师：《水工建筑物》课程设计基本资料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。
2.1 坝高计算按照所给基本资料进行坝高计算，详细写明计算过程和最终结果。
2.2 挡水坝段剖面设计按照所给基本资料进行挡水坝段剖面设计，详细写明计算过程和最终结果。
2.3 挡水坝段荷载计算按照所给基本资料进行挡水坝段荷载计算，详细写明计算过程和最终结果。
第三章补充材料1重力坝非溢流剖面设计实例ppt课件
抗滑稳定和坝趾抗压强度极限状态属承载能力极限状态， 设计要求采用荷载设计值和材料强度设计值。荷载标准值乘以 荷载分项系数后的值为荷载设计值；材料强度标准值除以材料 性能分项系数后的值为材料强度设计值。本设计有关荷载的分 项系数查《混凝土重力坝设计规范（DL5108－1999）》：自 重为1.0；静水压力为1.0；渗透压力为1.2；浮托力为1.0；淤沙 压力为1.2；浪压力为1.2。混凝土材料的强度分项系数为1.5； 对于混凝土与岩基间抗剪强度摩擦系数为1.3，凝聚力为3.0。 上游坝踵不出现拉应力极限状态属正常使用极限状态，结 构功能极限值为0，设计要求采用荷载标准值和材料强度标准 值。 下游坝基不能被压坏而允许的抗压强度设计值为4000kPa。 实体重力坝扬压力折减系数为0.25。
（4）坝体防渗排水 根据上述尺寸算得坝体最大宽度为26.5m。分析地基条 件，要求设防渗灌浆帷幕和排水幕，灌浆帷幕中心线距上游 坝踵5.3m，排水孔中心线距防渗帷幕中心线1.5m。拟设廊道 系统，实体重力坝剖面设计时暂不计入廊道的影响。 拟定的非溢流坝剖面如图所示。确定剖面尺寸的过程归 纳为：初拟尺寸——稳定和应力校核——修改尺寸——稳定 和应力校核，经过几次反复，得到满意的结果为止。该例题 只要求计算一个过程。
2 1 % 2 1 % 2 z
L
L L
1 1 . 4 2 8
△h=1.395+0.535+0.5=2.43m 防浪墙高程=354+2.43=356.4m
2）校核洪水位情况 风区长度D为0.9km，V0计算风速在校核洪水位情况取多 年平均年最大风速15m/s。 5 / 4 1 / 3 5 / 4 1 / 3 ①波高 h 0 . 0 1 6 6 V D 0 . 0 1 6 6 1 5 （ 0 . 9 ） 0 . 4 7 3 m 5 % 0
非溢流重力坝设计知识
⾮溢流重⼒坝设计知识⾮溢流重⼒坝设计知识重⼒坝的基本断⾯⼀般是指在⽔压⼒(⽔位与坝顶齐平)、⾃重和扬压⼒等主要荷载作⽤下，满⾜稳定、强度要求的最⼩三⾓形断⾯。
★⼀、设计原则：（⼀）满⾜稳定和强度要求；（⼆）⼯程量少；（三）便于施⼯；（四）运⽤⽅便。
⼆、基本剖⾯（⼀）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。
1.规律：①施⼯运⽤⽅便多做成a=90；②f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）； 2.⼀般情况,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，且主要由抗滑稳定条件控制。
★三、实⽤剖⾯（⼀）坝顶宽度（课本49页）；（⼆）坝顶⾼程（课本49页）；（三）剖⾯选择（课本51页）（四）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。
四、溢流重⼒坝的剖⾯设计溢流重⼒坝的孔⼝型式有开敞式坝顶溢流和⼤孔⼝溢流式两种。
（⼀）溢流⾯由顶部溢流⾯曲线段、中间直线段和下部反弧段组成。
1.溢流堰⾯曲线★常采⽤⾮真空剖⾯曲线。
①开敞式溢流堰⾯曲线②⼤孔⼝堰⾯曲线★③堰顶附近允许出现的负压值为：在常遇洪⽔位闸门全开时不得出现负压；校核洪⽔位闸门全开时出现的负压值不得超过3m～6m⽔柱；正常蓄⽔位或常遇洪⽔位闸门局部开启时（以运⽤中较常出现的开度为准），可允许有不⼤的负压值，其值应经论证后确定。
★常遇洪⽔位，系指频率为20年⼀遇以下洪⽔时的⽔库⽔位，在常遇⽔位下，溢流堰运⽤机会较多，容易遭受空蚀，特别在门槽部位，应引起注意。
2.溢流⾯中间直线段；3.溢流坝下游反弧段半径；4.溢流坝剖⾯布置五、溢流坝孔⼝设计（⼀）孔⼝设计涉及因素（⼆）设计步骤（三）孔⼝型式1.坝顶溢流式优点：①闸门承受的⽔头较⼩，孔⼝尺⼨可以较⼤；②闸门全开时，下泄流量与堰顶⽔头H 03/2成正⽐，超泄能⼒强；③闸门在顶部，操作⽅便，易于维修，安全可靠；④能排⽔及其他漂浮物。
第二章重力坝5非溢流坝剖面设计
◎二、基本剖面
• 1）强度条件—拉、压比较，拉为控制条件，故：
满库时坝踵不出现拉应力即：σyu ≥0 空库时坝踵、坝趾均不出现拉应力即：
σyu ≥0 ，σyd ≥0
• 2）稳定条件——挡水时满足：K ≥[K]
◎二、基本剖面
P、W、U代入上式解出：
空库时：
yu hH (1 ).....(2 55)
yd hH......(2 56)
满库时：T
H
...(2 53)
h (1 ) (2 )
挡水期：T
f
(
[K ]H h
放浪墙和边石内侧设人行道，高出路面0.2m，宽 0.75-1m。坝顶做成向两侧的横坡，坡端设排水沟 ，并与坝内排水管连通，将坝顶雨水排入库内。
坝顶设路面or活动式启闭机轨道。
◎四、坝顶构造
• 2）其他形式
因布置要求，也可把上游坝顶部分伸出坝外 当坝面较宽时，也可做成桥式结构
◎五、设计步骤
• 1）据设计、校核洪水位、风速、吹程等坝顶高程 • 2）确定坝顶宽度 • 3）上下游坝面折坡起点高程、坡率n、m值，并
是工程中常用形式 上游起坡点高度一般在距坝底1/3-2/3坝高处。
◎三、实用剖面
3）上游面倾斜，起坡点设在基本剖面顶点
可更多利用水重增加坝体稳定，但不利于布置泄水管 孔进口设备
适用于基岩面f、c值较低情况。
◎四、坝顶构造
• 1、一般坝顶构造
坝顶上游设置与坝体连为一体的钢筋砼放浪墙，墙 高约1.2m，厚0.4-0.6m，与坝体有相同横缝，内设 止水。坝顶下游侧边石or栏杆。
2 非溢流坝剖面设计
非溢流坝剖面设计非溢流坝剖面设计的基本原则是：(1)满足稳定和强度要求，保证大坝安全；(2)工程量小，造价低；(3)结构合理，运用方便；(4)利于施工，方便维修。
遵循以上原则拟定出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，然后修改已拟定的剖面，重复以上过程直至得到一个经济的剖面。
这是一个反复修改的过程。
（一）剖面尺寸的拟定非溢流坝剖面初步拟定的主要内容有：坝顶高程的确定，坝顶宽度的拟定，坝坡的确定及上、下游起坡点位置的确定。
1、 坝顶高程的确定分别按设计和校核两种情况用以下公式进行计算： 波浪要素按官厅公式计算。
公式如下：LH cthLh h gDgLgDgh l z lππυυυυυυ2)(331.0)(0076.0275.312015.21203120121020===--（1）库水位以上的超高Δｈ：z c l h h h h ++=∆ (m) (2)图1 波浪几何要素示意图式中 ｈｌ----波浪高度，ｍ，如图1所示；ｈｚ----波浪中心线超出静水位的高度，ｍ； ｈｃ----安全超高，ｍ，可以在表1中查找；0υ--- 计算风速，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜用相应洪水期多年平均最大风速的1.5~2.0；较核洪水位时，宜用相应洪水期多年平均最大风速，m/s ； D —-风区长度，m ； L —-波长，m ；H —-坝前水深，m 。
官厅公式适用于v 0<20m/s,D<20km,gD/20υ=20~250。
表 1 非溢流坝坝顶安全超高值（m ）水工建筑物安全级别 （水工建筑物级别） Ⅰ （1） Ⅱ （2、3） Ⅲ （4、5） 设计情况 0.7 0.5 0.4 校核情况0.50.40.3坝顶或防浪墙顶高程=静水位＋相应的库水位以上的超高Δｈ。
比较以上两种情况下的坝顶高程取较大值，减去防浪墙高度(1.2ｍ左右)，则可以得到带有防浪墙的坝顶高程。
对于1、2级坝，坝顶高程不得低于校核洪水位。
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非溢流重力坝设计知识
重力坝的基本断面一般是指在水压力(水位与坝顶齐平)、自重和扬压力等主要荷载作用下，满足稳定、强度要求的最小三角形断面。
★一、设计原则：（一）满足稳定和强度要求；（二）工程量少；（三）便于施工；（四）运用方便。
二、基本剖面
（一）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。
1.规律：①施工运用方便多做成a=90；②f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）； 2.一般情况,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，且主要由抗滑稳定条件控制。
★三、实用剖面
（一）坝顶宽度（课本49页）；（二）坝顶高程（课本49页）；（三）剖面选择（课本51页）
（四）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。
四、溢流重力坝的剖面设计
溢流重力坝的孔口型式有开敞式坝顶溢流和大孔口溢流式两种。
（一）溢流面由顶部溢流面曲线段、中间直线段和下部反弧段组成。
1.溢流堰面曲线★常采用非真空剖面曲线。
①开敞式溢流堰面曲线②大孔口堰面曲线
★③堰顶附近允许出现的负压值为：在常遇洪水位闸门全开时不得出现负压；校核洪水位闸门全开时出现的负压值不得超过3m～6m水柱；正常蓄水位或常遇洪水位闸门局部开启时（以运用中较常出现的开度为准），可允许有不大的负压值，其值应经论证后确定。
★常遇洪水位，系指频率为20年一遇以下洪水时的水库水位，在常遇水位下，溢流堰运用机会较多，容易遭受空蚀，特别在门槽部位，应引起注意。
2.溢流面中间直线段；
3.溢流坝下游反弧段半径；
4.溢流坝剖面布置
五、溢流坝孔口设计
（一）孔口设计涉及因素 （二）设计步骤
（三）孔口型式
1.坝顶溢流式
优点：①闸门承受的水头较小，孔口尺寸可以较大； ②闸门全开时，下泄流量与堰顶水头H 03/2成正比，超泄能力强； ③闸门在顶部，操作方便，易于维修，安全可靠； ④能排水及其他漂浮物。
堰头设闸门——大中型——调节库水位和下泄流量 堰头不设闸门——小型——结构简单，管理方便
2、大孔口溢流式：上部设胸墙，降低堰顶高程。
（胸墙：固接胸墙，活动胸墙） 优点：可根据洪水预报提前放水，提高了调洪能力。
3.孔口尺寸 :确定孔口尺寸时应考虑的因素:①满足泄洪要求； ②孔口宽度越大,闸门尺寸越大,启门力越大,启门和启闭机的构造就较复杂； ③孔口高度越大,q 大,溢流坝段越短;孔口宽度越小,孔数多、闸门多，溢流段总长也相应加；④q 大，消能困难，为了对称均衡开启闸门，以控制下游河床流态，孔口数目最好采用奇数。
4.装设闸门的溢流坝,常用闸门将溢流坝段分割成若干个等宽的溢流孔口.
5.堰流孔口的总宽度决定于总泄量和单宽流量（q ）。
★①单宽流量q 的确定。
L Q q 溢
L-溢流段净宽 ②溢流孔口下泄量确定
（课本54页）
★六、溢流重力坝的消能防冲设施
（一）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。
（二）底流式消能（课本55页）
1.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）。
2.护坦结构：①护坦的作用：保护河床不受高速水流的冲刷；②长度：底流式消能延伸致水跃末端，其他型式，也需在坝趾下游设置护坦；③厚度：满足稳定要求；④材料：采用抗蚀耐磨砼。
（三）挑流消能（适用于基岩比较坚固的高、中坝）（课本55页）
（四）面流式消能（适用于中小型工程，水头低，下游水深大且变幅小）。
（五）消力戽消能（适用：尾水深、变幅小、无航运要求，下游河岸有一定抗冲能力）。
★七、下游折冲水流及其防止
（一）发生原因：开启部分泄水孔，下游水流不能迅速在平面上扩散，在主流两侧容易形成回流，主流受到压缩，使水流单宽流量增加，流速在长距离内不能降低，引起河床冲刷。
如两侧回流强度不同，水位不同，还可将主流压向一侧，形成折冲水流。
（二）危害：1、冲刷河床和河岸；2、影响航运；3、电站尾水形成回流，抬高尾水，损失电能（落差减小）采取防止措施：①布置上，尽量使溢流坝下游水流与原河床主流位置方向一致；②运用管理，闸门均可开启，或对称开启；③布置导流墙。