重力坝知识点

重力坝

一、重力坝的工作原理及特点

1、重力坝在水压力及其它荷载作用下必需满足：

A 、稳定要求：主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足。

B 、强度要求：依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所产

生的拉应力来满足。

2、重力坝的类型：

（1）按构造不同分为：实体重力坝，宽缝重力坝，空腹重力坝和预应力重力坝。

（2）按作用可以分：溢流重力坝，非溢流重力坝。

（3）按筑坝材料的不同分为：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。

二，重力坝的荷载组合

基本组合1：正常蓄水位情况，作用包括：①②③④⑤

基本组合2：防洪高水位情况，作用包括：①②③④⑤⑦

基本组合3：冰冻情况，作用包括：①②③④⑥

偶然组合1：校核洪水位情况，作用包括：①④⑧⑨⑩⑾

偶然组合2：地震情况，作用包括：①②③④⑤⑿

重力坝按极限状态设计时一般要考虑四种承载能力极限状态：①坝趾抗压强度极限状态②坝体与坝基面的抗滑稳定极限状态③坝体混凝土层面的抗滑稳定极限状态④基岩有薄弱层时坝体连同部分坝基的深层抗滑稳定极限状态。

三 重力坝的抗滑稳定分析

沿坝基面的抗滑稳定分析

重力坝失稳破坏的机理：首先坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝址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，导致大坝的整体失稳。

（一）抗剪强度公式：

（1）当接触面呈水平时，其抗滑稳定安全系数

)(∑-=U W f K S S /∑P

（2）当接触面倾向上游时，其抗滑稳定安全系数

∑∑∑∑-+-=

ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S

（二）抗剪断公式：

∑∑'+-'=

P A c U W f K S )(

深层抗滑稳定分析

（1） 单斜面深层稳定计算：

如图将软弱面以上的坝体和地基视为刚体，按下式计算： ∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )

sin cos (W P P U W f K S

（2） 双斜面深层抗滑稳定计算：

提高抗滑稳定性的工程措施：

1） 利用水重

2） 采用有利的开挖轮廓线： ① 使坝基面倾向上游。

②当岩基比较坚固时，可开挖成锯齿状，形成局部的倾

向上游的斜面

3)设置齿墙

4）抽水措施

5）加固地基::

6）预加应力措施

重力坝的应力分析

方法：A 、应力模型试验法；B 、材料力学法；C 、弹性理论解析法；D 、弹性理论差分法；E 、弹性理论有限元法。

三 、重力坝的强度指标（应力控制标准）

（一） 坝基面的强度指标

1、 运用期

1） 在各种荷载组合作用下（地震除外），坝基面下游边缘的最大垂直正应力应小于基

岩容许压应力（计入河不计入扬压力）

2） 坝基面上游最小正应力应大于零（计入扬压力）

2、 施工期

1）对下游坝基面的垂直正应力可允许有大于0.1MP 的拉应力。

2）压应力是根据岩石抗压强度结合坝基地质条件除以安全系数决定的

（二） 坝体应力强度指标

１、运用期

1)坝体上游面的最小主应力有两种强度指标①计入扬压力时0min ≥σ

②不计入扬压力时()h 0.4~0.250min γσ≥

2)坝体内部一般不允许出现拉应力，但宽缝重力坝上游较远处可出现不超过混凝土抗拉强度的拉应力。

3）溢流坝堰顶、坝内廊道及孔洞周围出现拉应力需配筋。

2、施工期

1）坝体任何截面上的主应力应不大于混凝土的容许压应力

2）坝体下游面可容许不大于0.2MP 的主拉应力

四、各种非荷载因素对坝体应力的影响

（一）地基变形对坝体应力的影响

材料力学法假定任何水平截面的正应力均呈直线分布，即任何水平截面变形后仍保持 为平面，而实际上坝地面在各种压力下不能一直保持水平。地基变形使坝基面以上（1/3～1/4）的范围内与材料力学法的计算结果有较大差别。

1. 空库时r c E /E 越大，坝踵处y σ和τ应力集中显著

2. ①满库时r c E /E 越小，坝址和坝踵均出现拉应力

②1E /E r c ≈下游坝址有应力集中的趋势

③r c E /E 很大时，坝址出现显著的压应力集中，坝踵也有一定的应力集中现象。 3. 所以地基不能太坚硬，当然又不能太软弱。一般r c E /E 在1～2范围内是有利的

（二）地基不均匀性对坝体应力的影响

①上游坝踵附近地基的刚度较大时，坝趾处刚度小，有可能会产生拉应力。

②当上游坝踵附近地基的刚度较小时，坝趾处刚度大，上游坝趾的应力状态较均匀地基有所改善，增加了压应力，因此若地基必须跨在两种不同的刚度的地基上宜将下游坝体布置在较坚硬的地基上。

（三） 施工纵缝对坝体应力的影响

1、当n=0时不考虑纵缝和考虑纵缝自重应力基本相同

2、当n > 0时上游坝踵的自重应力明显减小，水压力叠加后坝踵处应力状态明显恶化

3、当n < 0时与水压力叠加后对坝踵应力有利。但施工期坝趾会出现过大的拉应力。（四）分期施工队坝体应力的影响

1、不分期施工坝体垂直正应力呈直线变化，

2、分期施工呈折线变化，且在坝踵处出现拉应力。

一、施工期的温度应力

施工期的温度应力包括：

（1）地基约束引起的应力：浇筑以后，在温升过程中，浇筑块底部受基础约束不能自由膨胀，将会承受水平压应力。由于混凝土在浇筑初期弹性模量较低，因而压应力不

高。可是在混凝土处于降温期时，弹性模量变大，而地基不能随混凝土一起收缩，所以对混凝土的收缩产生约束力，即产生和大的拉应力。——贯穿性裂缝

（2）内外温度差引起的应力：混凝土在浇筑初期，由于表面温度降度，在块体内外形成的温差将使外部收缩受拉而内部受压，当拉应力超过材料的抗拉强度时，将产生表

面裂缝。施工期坝体温度取决于混凝土入仓时的浇筑温度和水化热温升。——表面

裂缝。

二、重力坝的温度裂缝和防止措施

（一）裂缝的分类

当坝体内某部位的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会出现裂缝。重力坝的裂缝主要是温度应力引起的。裂缝可分为：贯穿性裂缝和表面裂缝两类。其中贯穿性的裂缝又分为横向、纵向和水平向三个方向的裂缝。

裂缝的危害①表面裂缝对大坝影响不大，但上游坝面出现的裂缝会加剧渗漏，溢流坝面的裂缝将降低抵抗高速水流冲刷的能力。

②横向贯穿性裂缝会漏水和渗透侵蚀破坏；

③纵向贯穿性裂缝会降低坝体的整体性能；

④水平向贯穿性裂缝会降低大坝的抗剪强度。

所以除适当分缝、分块和提高混凝土质量外还要对混凝土进行温度控制。

（三）温度控制措施

温控措施有：

（1）降低混凝土的浇筑温度。（2）减少混凝土水化热温升。（3）加强混凝土表面养护和保护。

重力坝的基本剖面

1）重力坝的基本剖面：指重力坝在坝体自重、静水压力和扬压力三项荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面。

2)极限状态设计：承载能力极限状态；正常使用极限状态

二，几种现象

1.空化和空蚀

在自然条件下，水体中含有许多很小的气核，当过坝水流中某点的压力降至饱和蒸汽压强，气核迅速膨胀为小空泡，这种现象称为空化。当低压区的空化水流流经下游高压区时，空泡遭受压缩而溃灭，由于溃灭时间极为短暂（一般只有千分之几秒），会产生一个很高的局部冲击力（可达几千个大气压）。若空泡溃灭发生在过水坝面，局部冲击力大于材料的内聚力时，可使坝面遭到破坏，这种现象称为空蚀。