重力坝的荷载及荷载组合
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较大，而与设计使用年限相比，持续期很短的状况，如 施工和维修等。
▲偶然状况。在结构使用过程中出现概率很小，
且持续期很短的状况，如地震等。
建筑结构的三种设计状况应分别进行下列极 限状态设计：
▲对三种设计状况均应进行承载能力极限状态设计
▲对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计
▲对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状 态设计 ▲对偶然状况，不进行正常使用极限状态设计
W1=S1L×γc
W2=S2L×γc
W1
W2
W=W1+W2
A
O
B
●永久设备自重
永久设备的自重标准值可直接采用该设备 的铭牌重量。
2、静水压力
▽
y
H1 py=γ0y P1
Y1
W1 X1
▽
P2 Y2
H2
p1=γ0H1
水平力：
P1
1
2
H2
01
垂直水压力：W1 S1 0
p2=γ0H2 作用点：离坝基面Y1 作用点：离坝趾X1
(3)重力坝坝体的断面沿坝轴线方向分布有 突变，或纵向地形、地质条件突变的部位，应设 置横缝，宜选用变形能力大的接缝止水型式及止 水材料。
三、设计状况和作用效应组合 1.设计状况
▲持久状况。在结构使用过程中一定出现，其持续期
很长的状况。持续期一般与设计使用年限为同一数量级。
▲短暂状况。在结构施工和使用过程中出现概率
PSK=0.5pshs=0.5 sbhs2tg2(45°－ s／2)
挡水面倾斜时的淤沙压力
▽
(1)水平淤沙压力计算
PSK
(2)竖向淤沙压力计算
淤沙高程
pv PSK
Pv=v sb
v：淤沙体积 sb：淤沙的浮重度
6、浪压力 (一)、水库风成波的波浪设计标准 ☆设计波浪的标准
(1)设计波浪的重现期 设计规范规定：用于波浪要素计算的风速值，在正 常运用条件(正常蓄水位或设计洪水)下，采用相应洪水 期多年平均最大风速的1．5～2．0倍；在非常运用条件 (校核洪水位)下，采用相应洪水期多年平均最大风速。 统计分析表明，多年平均最大风速的1．5～2．0倍约相 当于50年重现期的年最大风速。
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) 。
PH1
W3
PskH
W1
7000 3000 36680
U1
U2
U3
U4
316.35 PV1
PH 2 302.5
αγH
溢流坝段荷载计算示意图
图3-2-1溢流重力坝上基本作用和偶然作用
表3-2-1 承载能力极限状态作用的基本组合和偶然组合
作业
试根据教材P79【例1－1】已知条件计算 各项作用的标准值。
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。
(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。
(三)、直墙式挡水建筑物的浪压力 1.浪压力分布
图(a) ：深水波，即H≥Lm／2。 图(b) ：浅水波，即Hcr(临界水深) ≤H＜Lm／2。 图(c) ：破碎波，即H＜Hcr(临界水深) 。
2.深水波的浪压力计算
▲静水面以下半波长处，浪
hZ h1% ▽
压力很小，可视为零。 ▲静水面处，波浪压强最大。
2.作用效应组合
▲进行承载能力极限状态设计时，应考虑作 用效应的基本组合，必要时尚应考虑作用效应的 偶然组合。
▲进行正常使用极限状态设计时，应根据不 同设计目的，分别选用作用效应的短期组合和长 期组合。
●基本组合：在持久状况或短暂状况下，可能同
时出现的永久作用、可变作用效应组合。
●偶然组合：基本组合与一种可能同时出现的偶然
▽
▽
主排水孔 防渗帷幕
▽ 副排水孔
(2)坝体防渗排水 在上游坝面部分浇筑抗渗标号高的混凝土 紧靠防渗层的下游侧设排水管
C20砼
坝体ห้องสมุดไป่ตู้水管
C15砼
坝底扬压力 (1)未设防渗帷幕和排水孔
▽
H1
E U1
γ0H2 γ0H1 γ0H
U2
H=H1-H2 ▽ H2
F
γ0H2 浮托力
渗透压力 U=U1+U2
3、动水压力
溢流坝面动水压力计算图
（１）坝顶曲线段的动水压力 常忽略不计。
（２）斜坡直线段上的动水压力 动水压强：p=γ0hcos (kpa) 可忽略不计。
（３）反弧段水流离心力（见P36式3-3） PX、PY作用点：近似认为作用在反弧中点
４、扬压力 由挡水建筑物上下游静水头作用下的渗
第二节 重力坝的荷载及荷载组合
一、分类
1.永久作用 ●概念：设计基准期内量值基本不变的作用。
●包括：结构自重和永久设备自重；土压力； 淤沙压力；地应力；围岩压力；预应力。
2.可变作用
●概念：设计基准期内量值随时间的变化与平 均值之比不可忽略的作用称可变作用。
●包括：静水压力；扬压力；动水压力；浪 压力；灌浆压力；外水压力；风荷载；雪荷载； 冰压力；冻胀力；楼面(平台)活荷载； 桥机、 门机荷载；温度作用；灌浆压力。
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。
Ps=sbhstg2(45°－ s／2)
2.内陆峡谷水库
官厅水库公式(适用于 Vo＜20 m／s，D＜20000m) ：
注意：式中h，当gD／Vo2=20～250时，为累积频率5%的 波高；当gD／Vo2=250～1000时，为累积频率10%的波高
累积频率P%的波高h P%与平均波高hm的比值，可由P% 及水深Hm查表获得。
3.hz的计算 式中：H为水深； h1%为累积频率1%的波高。
力加速度比值、给定的动态分布系数三者乘积作为设计 地震力的静力分析方法。
▲动力法：按结构动力学理论求解结构地震作用效
应的方法。
2.工程抗震设防类别
7
工程抗震设防类别 建筑物级别 场地基本烈度
甲
1(壅水)
1(非壅水) 、
≥6
乙
2 (壅水)
丙
2(非壅水) 、
3
≥7
丁
4、5
3.设计烈度确定 ▲一般采用基本烈度作为设计烈度。
(2)设计波浪的波列累积频率
DL5077—1997规定，设计波浪的波列累积频率一律 采用1%。
☆年最大风速
指水面上空10 m高度处的10 min平均风速的年最大值。
☆风区长度(有效吹程)D
(1)当沿风向两侧水域较宽广时，可采用计 算点至对岸的直线距离。
(2)当沿风向有局部缩窄且缩窄处宽度B小 于12倍计算波长时，可采用5B为风区长度，同 时不小于计算点至缩窄处的直线距离。
作用效应组合。
●长期组合：持久状况下的基本组合。 ●短期组合：短暂状况下的基本组合。
▲溢流重力坝上基本作用和偶然作用如图32-1所示
▲承载能力极限状态作用的基本组合和偶 然组合见表3-2-1。
非溢流坝段荷载计算示意图
Pwk
349.2
6000
PV1
H
H2
H1 γH1 γH2
1:0.7
PskV PV2 W2
▲设计烈度：在基本烈度基础上确定的作为工程
设防依据的地震烈度。
▲地震作用：地震施加于结构上的动态作用。
▲地震作用效应：地震作用引起的结构内力、变
形、裂缝开展等动态效应。
▲地震动水压力：地震作用引起的水体对结构产生
的动态压力。
▲地震动土压力：地震作用引起的土体对结构
产生的动态压力。
▲拟静力法：将重力作用、设计地震加速度与重
流场产生的垂直指向计算截面的分布面力， 包括上浮力和渗流压力。
▽
A
B
H1
坝内渗流
C
E 浮托
力 γ0H2
γ0H
坝基渗流
H=H1-H2
▽
D
H2
F
γ0H2 渗透压力
防渗排水措施
(1)坝基防渗排水
未设防渗帷幕和上游排水孔
设防渗帷幕和上游排水孔
设防渗帷幕和上游排水孔，并设有下游副
排水孔及抽排系统。
▽
(3)当沿风向两侧水域较狭窄，或水域形状 不规则，或有岛屿等障碍物时 ，采用等效风区 长度D：
(二)、波浪要素计算
波浪要素：hm(平均波高) 、Lm(平均波长) 、 hz(波浪中心线高出计算静水位的壅高) 。
1.平原、滨海地区水库 莆田试验站公式 ：
或
(Hm≥0.5Lm)
式中：hm为平均波高，m；Vo为计算风速，m／s；D为风区 长度，m；g为重力加速度，m/s2；Hm为水域平均水深，m； Tm为平均波周期，S；Lm为平均波长，m。
▲工程抗震设防类别为甲类的水工建筑物， 在基本烈度基础上提高1度作为设计烈度。
4.抗震计算 ▲设计烈度为6度时，可不进行抗震计算。
▲设计烈度高于9度的水工建筑物或高度超 过250m的壅水建筑物，其抗震安全性应专门研 究论证。
▲地震作用的类别：地震惯性力、地震动土 压力以及地震作用的动水压力。
▲地震作用效应的计算方法
补充条件： 1、内陆峡谷地区水库； 2、淤沙的内摩擦角φ＝18°； 3、主排水孔中心线距坝踵7.2m； 4、以坝基面作为计算截面； 5、计算水位取正常蓄水位。
工程抗震设防类别 甲
乙、丙
丁
地震作用效应的计算方法
动力法
动力法或拟静力法
拟静力法或 着重采取抗震措施
5.抗震措施
(1)重力坝的体形应简单，坝坡避免剧变， 顶部折坡宜取弧形。坝顶不宜过于偏向上游。宜 减轻坝体上部重量，增大刚度，并提高上部混凝 土等级或适当配筋。
(2)坝顶宜采用轻型、简单、整体性好的附 属结构，应力求降低高度，不宜设置笨重的桥梁 和高耸的塔式结构。宜加强溢流坝段顶部交通桥 的连接，并增加闸墩侧向刚度。
▲偶然状况。在结构使用过程中出现概率很小，
且持续期很短的状况，如地震等。
建筑结构的三种设计状况应分别进行下列极 限状态设计：
▲对三种设计状况均应进行承载能力极限状态设计
▲对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计
▲对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状 态设计 ▲对偶然状况，不进行正常使用极限状态设计
W1=S1L×γc
W2=S2L×γc
W1
W2
W=W1+W2
A
O
B
●永久设备自重
永久设备的自重标准值可直接采用该设备 的铭牌重量。
2、静水压力
▽
y
H1 py=γ0y P1
Y1
W1 X1
▽
P2 Y2
H2
p1=γ0H1
水平力：
P1
1
2
H2
01
垂直水压力：W1 S1 0
p2=γ0H2 作用点：离坝基面Y1 作用点：离坝趾X1
(3)重力坝坝体的断面沿坝轴线方向分布有 突变，或纵向地形、地质条件突变的部位，应设 置横缝，宜选用变形能力大的接缝止水型式及止 水材料。
三、设计状况和作用效应组合 1.设计状况
▲持久状况。在结构使用过程中一定出现，其持续期
很长的状况。持续期一般与设计使用年限为同一数量级。
▲短暂状况。在结构施工和使用过程中出现概率
PSK=0.5pshs=0.5 sbhs2tg2(45°－ s／2)
挡水面倾斜时的淤沙压力
▽
(1)水平淤沙压力计算
PSK
(2)竖向淤沙压力计算
淤沙高程
pv PSK
Pv=v sb
v：淤沙体积 sb：淤沙的浮重度
6、浪压力 (一)、水库风成波的波浪设计标准 ☆设计波浪的标准
(1)设计波浪的重现期 设计规范规定：用于波浪要素计算的风速值，在正 常运用条件(正常蓄水位或设计洪水)下，采用相应洪水 期多年平均最大风速的1．5～2．0倍；在非常运用条件 (校核洪水位)下，采用相应洪水期多年平均最大风速。 统计分析表明，多年平均最大风速的1．5～2．0倍约相 当于50年重现期的年最大风速。
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) 。
PH1
W3
PskH
W1
7000 3000 36680
U1
U2
U3
U4
316.35 PV1
PH 2 302.5
αγH
溢流坝段荷载计算示意图
图3-2-1溢流重力坝上基本作用和偶然作用
表3-2-1 承载能力极限状态作用的基本组合和偶然组合
作业
试根据教材P79【例1－1】已知条件计算 各项作用的标准值。
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。
(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。
(三)、直墙式挡水建筑物的浪压力 1.浪压力分布
图(a) ：深水波，即H≥Lm／2。 图(b) ：浅水波，即Hcr(临界水深) ≤H＜Lm／2。 图(c) ：破碎波，即H＜Hcr(临界水深) 。
2.深水波的浪压力计算
▲静水面以下半波长处，浪
hZ h1% ▽
压力很小，可视为零。 ▲静水面处，波浪压强最大。
2.作用效应组合
▲进行承载能力极限状态设计时，应考虑作 用效应的基本组合，必要时尚应考虑作用效应的 偶然组合。
▲进行正常使用极限状态设计时，应根据不 同设计目的，分别选用作用效应的短期组合和长 期组合。
●基本组合：在持久状况或短暂状况下，可能同
时出现的永久作用、可变作用效应组合。
●偶然组合：基本组合与一种可能同时出现的偶然
▽
▽
主排水孔 防渗帷幕
▽ 副排水孔
(2)坝体防渗排水 在上游坝面部分浇筑抗渗标号高的混凝土 紧靠防渗层的下游侧设排水管
C20砼
坝体ห้องสมุดไป่ตู้水管
C15砼
坝底扬压力 (1)未设防渗帷幕和排水孔
▽
H1
E U1
γ0H2 γ0H1 γ0H
U2
H=H1-H2 ▽ H2
F
γ0H2 浮托力
渗透压力 U=U1+U2
3、动水压力
溢流坝面动水压力计算图
（１）坝顶曲线段的动水压力 常忽略不计。
（２）斜坡直线段上的动水压力 动水压强：p=γ0hcos (kpa) 可忽略不计。
（３）反弧段水流离心力（见P36式3-3） PX、PY作用点：近似认为作用在反弧中点
４、扬压力 由挡水建筑物上下游静水头作用下的渗
第二节 重力坝的荷载及荷载组合
一、分类
1.永久作用 ●概念：设计基准期内量值基本不变的作用。
●包括：结构自重和永久设备自重；土压力； 淤沙压力；地应力；围岩压力；预应力。
2.可变作用
●概念：设计基准期内量值随时间的变化与平 均值之比不可忽略的作用称可变作用。
●包括：静水压力；扬压力；动水压力；浪 压力；灌浆压力；外水压力；风荷载；雪荷载； 冰压力；冻胀力；楼面(平台)活荷载； 桥机、 门机荷载；温度作用；灌浆压力。
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。
Ps=sbhstg2(45°－ s／2)
2.内陆峡谷水库
官厅水库公式(适用于 Vo＜20 m／s，D＜20000m) ：
注意：式中h，当gD／Vo2=20～250时，为累积频率5%的 波高；当gD／Vo2=250～1000时，为累积频率10%的波高
累积频率P%的波高h P%与平均波高hm的比值，可由P% 及水深Hm查表获得。
3.hz的计算 式中：H为水深； h1%为累积频率1%的波高。
力加速度比值、给定的动态分布系数三者乘积作为设计 地震力的静力分析方法。
▲动力法：按结构动力学理论求解结构地震作用效
应的方法。
2.工程抗震设防类别
7
工程抗震设防类别 建筑物级别 场地基本烈度
甲
1(壅水)
1(非壅水) 、
≥6
乙
2 (壅水)
丙
2(非壅水) 、
3
≥7
丁
4、5
3.设计烈度确定 ▲一般采用基本烈度作为设计烈度。
(2)设计波浪的波列累积频率
DL5077—1997规定，设计波浪的波列累积频率一律 采用1%。
☆年最大风速
指水面上空10 m高度处的10 min平均风速的年最大值。
☆风区长度(有效吹程)D
(1)当沿风向两侧水域较宽广时，可采用计 算点至对岸的直线距离。
(2)当沿风向有局部缩窄且缩窄处宽度B小 于12倍计算波长时，可采用5B为风区长度，同 时不小于计算点至缩窄处的直线距离。
作用效应组合。
●长期组合：持久状况下的基本组合。 ●短期组合：短暂状况下的基本组合。
▲溢流重力坝上基本作用和偶然作用如图32-1所示
▲承载能力极限状态作用的基本组合和偶 然组合见表3-2-1。
非溢流坝段荷载计算示意图
Pwk
349.2
6000
PV1
H
H2
H1 γH1 γH2
1:0.7
PskV PV2 W2
▲设计烈度：在基本烈度基础上确定的作为工程
设防依据的地震烈度。
▲地震作用：地震施加于结构上的动态作用。
▲地震作用效应：地震作用引起的结构内力、变
形、裂缝开展等动态效应。
▲地震动水压力：地震作用引起的水体对结构产生
的动态压力。
▲地震动土压力：地震作用引起的土体对结构
产生的动态压力。
▲拟静力法：将重力作用、设计地震加速度与重
流场产生的垂直指向计算截面的分布面力， 包括上浮力和渗流压力。
▽
A
B
H1
坝内渗流
C
E 浮托
力 γ0H2
γ0H
坝基渗流
H=H1-H2
▽
D
H2
F
γ0H2 渗透压力
防渗排水措施
(1)坝基防渗排水
未设防渗帷幕和上游排水孔
设防渗帷幕和上游排水孔
设防渗帷幕和上游排水孔，并设有下游副
排水孔及抽排系统。
▽
(3)当沿风向两侧水域较狭窄，或水域形状 不规则，或有岛屿等障碍物时 ，采用等效风区 长度D：
(二)、波浪要素计算
波浪要素：hm(平均波高) 、Lm(平均波长) 、 hz(波浪中心线高出计算静水位的壅高) 。
1.平原、滨海地区水库 莆田试验站公式 ：
或
(Hm≥0.5Lm)
式中：hm为平均波高，m；Vo为计算风速，m／s；D为风区 长度，m；g为重力加速度，m/s2；Hm为水域平均水深，m； Tm为平均波周期，S；Lm为平均波长，m。
▲工程抗震设防类别为甲类的水工建筑物， 在基本烈度基础上提高1度作为设计烈度。
4.抗震计算 ▲设计烈度为6度时，可不进行抗震计算。
▲设计烈度高于9度的水工建筑物或高度超 过250m的壅水建筑物，其抗震安全性应专门研 究论证。
▲地震作用的类别：地震惯性力、地震动土 压力以及地震作用的动水压力。
▲地震作用效应的计算方法
补充条件： 1、内陆峡谷地区水库； 2、淤沙的内摩擦角φ＝18°； 3、主排水孔中心线距坝踵7.2m； 4、以坝基面作为计算截面； 5、计算水位取正常蓄水位。
工程抗震设防类别 甲
乙、丙
丁
地震作用效应的计算方法
动力法
动力法或拟静力法
拟静力法或 着重采取抗震措施
5.抗震措施
(1)重力坝的体形应简单，坝坡避免剧变， 顶部折坡宜取弧形。坝顶不宜过于偏向上游。宜 减轻坝体上部重量，增大刚度，并提高上部混凝 土等级或适当配筋。
(2)坝顶宜采用轻型、简单、整体性好的附 属结构，应力求降低高度，不宜设置笨重的桥梁 和高耸的塔式结构。宜加强溢流坝段顶部交通桥 的连接，并增加闸墩侧向刚度。