第一节 非溢流重力坝
重力坝的剖面详图
剖面选择：对中、低重力坝可以采用工程类比法，参照类 似的已建工程，拟定坝体剖面尺寸，然后对坝体控制截面 进行强度和稳定验算，并根据计算结果进行调整，直到满 足设计要求为止
第三节 重力坝的荷载及组合
• 重力坝的荷载
–作用于重力坝的主要荷载有：①自重；② 静水压力；③扬压力；④动水压力；⑤冰压 力；⑥泥沙压力；⑦浪压力；⑧地震力；⑨ 温度及其他荷载
坝顶布置
● 坝顶结构布置的原则：安全、经济、合理、实用。 ●坝顶结构型式：坝顶部分伸向上游；坝顶部分伸向下 游，并做成拱桥或桥梁结构型式；坝顶建成矩形实体结构， 必要时为移动式闸门启闭机铺设隐型轨道。 ● 坝顶排水：一般都排向上游。 ● 坝顶防浪墙：高度一般为1.2m，厚度应能抵抗波浪及 漂浮物的冲击，与坝体牢固地连在一起，防浪墙在坝体分 缝处也留伸缩缝，缝内设止水。
非溢流重力坝剖面设计
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 1、满足稳定和强度要求 2、工程量少 3、便于施工 4、运用方便
基本剖面
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。 当a>90时，即上游面为倒坡。库空时，三角形重 心可能超过底边三分点在下游面产生拉应力，而 且倒坡不便施工。 当a<90时，利用水重帮助稳定。但角度太小时， 库满时合力可能超过底边三分点（偏下游）在上 游面产生拉应力。上游面坡度越缓，第一主应力 越易成为拉应力，故a角不宜太小。
第二章 重力坝
第一节 概述
• 对坝的认识
1-非溢流重力坝； 2-溢流重力坝； 3-横缝； 4-导墙； 5-闸门； 6-坝内排水管； 7-检修、排水廊道； 8-基础灌浆廊道； 9-防渗帷幕； 10-坝基排水孔
第四章重力坝
1、坝顶宽度
为了满足运用、施工和交通的需要， 坝顶必须有一定的宽度。当有交通 要求时，应按交通要求布置。 一般情况坝顶宽度可采用坝高的 8~10%，且不小于3m。 碾压混凝土坝坝顶宽不小于5m； 当坝顶布置移动式启闭机时，坝顶 宽度要满足安装门机轨道的要求。
2、坝顶布置
坝顶结构布置的原则是安全、经济、合理、实 用。有下列型式： ①坝顶部分伸向上游； ②坝顶部分伸向下游，并做成拱桥或桥梁结构 型式； ③坝顶建成矩形实体结构，必要时为移动式闸 门启闭机铺设隐型轨道。 坝顶排水一般都排向上游。坝顶常设防浪墙， 高度一般为1.2m，厚度应能抵抗波浪及漂浮物 的冲击，与坝体牢固地连在一起，防浪墙在坝 体分缝处也留伸缩缝，缝内设止水。
堰顶设有闸门
当堰顶设有闸门时，闸门顶高程虽 高于水库正常蓄水位，但堰顶高程较低， 可利用闸门不同开启度调节库内水位和 下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流 坝的高度及坝体的工程量。 与深孔闸门比较，堰顶闸门承受的 水头较小，其孔口尺寸较大，由于闸门 安装在堰顶，操作、检修均比深孔闸门 方便。在大、中型水库工程中得到广泛 的应用。
重力坝的特点
1、便于泄洪和施工导流容易。重力坝所用的材料抗冲能力强，剖面尺 寸较大，适于坝顶溢流和在坝身设置泄水孔，施工期可以利用坝体分期 导流。 2、混凝土重力需要温控散热措施。重力坝体积大，水泥用量多，水泥 水化热量大，需要温控散热措施，否则会产生温度裂缝，影响坝体的整 体性、耐久性及外观等。 3、材料的强度不能充分发挥。重力坝材料的允许压应力相对较大，而 坝体内部和上部的实际应力较小，因此坝体不同区域应采用不同强度等 级和耐久性要求的材料。 4、受扬压力影响大。重力坝的坝体和坝基有一定的透水性，在较大的 水头差作用下，产生渗透压力。渗透压力和浮托力合称扬压力，它会减 轻坝体的有效重量，对坝体的稳定不利，因此要采取有效措施减小扬压 力。 5、对地形、地质条件适应性好。几乎任何形状的河谷断面都可修建重 力坝，重力坝对坝基地质条件的要求虽然比土石坝高，但由于横缝的存 在，能很好地适应各种非均质的地基，无重大缺陷的一般强度的岩基均 能满足建坝要求。
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。
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。
《水工建筑物》第二章 重力坝
五、重力坝的分类
• 1、 按坝的高度分类:坝高低于30m的为低坝，高于70m的 为高坝，介于30m～70m之间的为中坝。坝高是指坝基最 低面（不含局部有深槽或井、洞部位）至坝顶路面的高度。 • 2、按泄水条件分类:有溢流重力坝和非溢流重力坝。溢流 坝段和坝内设有泄水孔的坝段统称为泄水坝段，非溢流坝 段也叫挡水坝段。 • 3、按筑坝材料分类:有混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 • 4、按坝体结构型式分类:实体重力坝宽缝重力坝；空腹 （腹孔）重力坝；预应力锚固重力坝；装配式重力坝；支 墩坝（大头坝、连拱坝、平板坝）。 • 5、按施工方法分类:有浇筑混凝土重力坝和碾压混凝土重 力坝。碾压混凝土重力坝剖面与实体重力坝剖面类似。
2.46 2.23 2.01 1.80 1.78 1.63 1.68 1.56 1.64 1.52 1.60 1.49 1.56 1.46 1.44 1.37 1.39 1.33 1.30 1.25
0.98 1.00 1.01 1.01
• 对计算风速，指水面以上10m高处10min多年最大平均风速， 当测点在水面上Zm处，应乘以高度修正系数KZ（见表2-2）
1-非溢流重力坝； 2-溢流重力坝； 3-横缝； 4-导墙； 5-闸门； 6-坝内排水管； 7-检修、排水廊道； 8-基础灌浆廊道； 9-防渗帷幕； 10-坝基排水孔
重力坝的剖面详图
三峡水利枢纽溢流重力坝
三峡泄洪闸泄洪
尼尔基水利枢纽中的重力坝
一、对坝的认识
用混凝 土或浆砌石 筑成，坝轴 线一般为直 线，并有垂 直于坝轴线 方向的横缝 将坝体分成 若干段.
vo gD 2 =250-1000时 ，为频率10%波高h10% vo
gh gD 3 12 0.0076 o ( 2 ) v 2 vo vo
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。
重力坝的剖面详图
第一节 概述
• 对坝的认识
1-非溢流重力坝； 2-溢流重力坝； 3-横缝； 4-导墙； 5-闸门； 6-坝内排水管； 7-检修、排水廊道； 8-基础灌浆廊道； 9-防渗帷幕； 10-坝基排水孔
重力坝的剖面详图
基本概念
• 定义：是用混凝土或浆砌石筑的大体积挡水建 筑物.
• 工作原理:在水压力及其他荷载作用下,依靠坝体 自重在坝面产生的抗滑力来抵抗水平水压力产 生的滑动力以达到稳定要求;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. 1、重力坝的基本剖面：做成上游面接近铅直 的呈三角形断面，或稍倾向上游的三角形断 面。 2、受力简图可以视作倒置的悬臂梁
坝顶布置
● 坝顶结构布置的原则：安全、经济、合理、实用。
●坝顶结构型式：坝顶部分伸向上游；坝顶部分伸向下 游，并做成拱桥或桥梁结构型式；坝顶建成矩形实体结构， 必要时为移动式闸门启闭机铺设隐型轨道。
● 坝顶排水：一般都排向上游。
● 坝顶防浪墙：高度一般为1.2m，厚度应能抵抗波浪及 漂浮物的冲击，与坝体牢固地连在一起，防浪墙在坝体分 缝处也留伸缩缝，缝内设止水。
自重 初步设计时可取混凝土的重度 24kN/m³； 施工详图阶段由现场混凝土试验决定； 当计算深层滑动时，还应考虑岩体的自重。
（计算自重时，坝上永久性的固定设备，如闸门、固定式启闭 ） 机的重量也应计算在内，坝内较大的孔洞应该扣除。
溢流坝坝面水压力计算
静水压力
• 静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载。分
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，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。
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。
01岩基上的重力坝解析
（二）挑流消能
挑流消能是通过挑流鼻坎将高速水流自由抛射远离坝体，并利用水舌在空中扩散、掺气以及水 舌跌入下游水垫内的紊动扩散消耗能量。
这种消能方式具有结构简单、工程造价省、施工检修方便等优点；但下泄水流会形成雾化，尾水 波动较大，且下游冲刷较严重，冲刷坑后形成堆丘等。
第二节 溢流重力坝
一、溢流重力坝的工作特点 （1）有足够的孔口尺寸、良好的孔口体型和较大的流量系数，以满足泄洪能力要求。 （2）体型和流态良好，使水流平顺地流过坝体，控制不利的负压和振动，避免产生空蚀现象。 （3）满足消能防冲要求，保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷。 （4）溢流坝段在枢纽中的布置，应使下游流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物的正 常运行。 （5）有灵活控制水流下泄的机械设备，如闸门、启闭机等。
（三）横缝的布置 溢流坝段的横缝有两种布置方式：①缝设在闸墩中间；②缝设在溢流孔跨中。
四、溢流面曲线和剖面设计 （一）溢流面曲线
溢流坝面曲线由顶部曲线段、中间直线段、和下部反弧段三部分组成。
（二）溢流重力坝剖面设计
五、消能工的形式与设计
（一）概述
（1）消能工的设计原则。①尽量使下泄水流的大部分动能消耗于水流内部紊动及水流与空气的摩擦 中；②不产生危及坝体安全的河床冲刷或岸坡局部冲刷；③下泄水流平稳，不影响枢纽中其他建筑 物的正常运行；④结构简单，工作可靠；⑤工程量小，经济。
二、重力坝的类型 （1）按坝的高度分类，可分为高坝、中坝、低坝三类。 （2）按筑坝材料分类，可分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 （3）按泄水条件分类，可分为溢流坝和非溢流坝。 （4）按施工方法分类，可分为浇筑式混凝土重力坝和碾压式混凝土重力坝。 （5）按坝体的结构型式分类，可分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝。
水工建筑物实验教学任务指导书
水工建筑物实验教学（1）—重力坝非溢流坝段结构演示性实验指导书一、实验授课对象水利水电工程专业二、课程性质专业课程三、实验目的应力和位移是判别混凝土重力坝安全的重要指标之一。
本实验应用模型实验法对某水利枢纽工程非溢流重力坝断面上的应力和位移进行实验研究，分析在外荷载作用下坝体的应力和位移的分布情况。
四、实验原理选择某水利枢纽非溢流重力坝工程，通过在比例缩小或等比模型上进行相应的实验，获取相关数据进行应力分析。
原型与模型的相似常数为：几何相似常数a1= 180侧压力相似常数a r= 1/20用纯石膏材料制成断面模型，弹性模量E m=1X106kPa；泊松比μ=0.2，模拟荷载为水压力和自重，在设计洪水位下进行。
五、实验模型及测试仪器设备（1）工程原型概况某水利工程规模为I等大（1）型，按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核，相应洪水位分别为175.0m、180.4m，坝顶高程185m，最大坝高181 m，坝底宽127.9m，坝顶宽21 m。
（数据仅供参考，具体实验模型可根据厂家提供模型调整）（2）实验模型本次教学实验采用科研模型——某非溢流重力坝坝断面结构模型。
（3）测试仪器设备实验中所用仪器设备及工具主要有：胶基电阻应变片、温度补偿片、油压千斤顶、钢板、测力计、千分位移计、薄橡皮等，应变测量采用DH3816静态应变测试系统。
六、实验内容1、实验任务（1）观察并记录大坝模型因外荷载作用引起的应力变化；（2）观察并记录大坝模型因外荷载作用引起的位移变化；（3）根据实验所得数据与原型数据对比，进行应力分析；2、实验步骤（1）准备工作①实验课前必须预习实验指导书，熟悉原型基本资料，了解实验目的、内容和要求，并参阅水工建筑物、水力学得等教材相关内容；②实验时请自备记录、计算或绘图用具（可用EXCEL工作表或CAD）。
（2）实验设置及步骤1）测点布置在重力坝横断面模型上布置40个测点：其中坝体和坝基部分各布置20个测点，坝体部分从坝上游水位处至坝底均匀分布5排，每排测点从上游面至下游面均匀分布，各排测点数依次呈差分为1的等差数列，坝底测点编号为15~ 20；坝基部分沿坝底向下均匀布置2排，测点的行距和间距与坝底相同，编号为21~40每个测点布置三向应变片，应变片采用胶基电阻应变，为了消除室温引起的应变片温度变形，在重力坝模型—石膏试坯上粘贴温度补偿片。
第2章重力坝
第二章岩基和的重力坝第一节概述图2.1 混凝土重力坝示意图一、重力坝的工作原理及其特点1、工作原理①利用自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定②利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉应力2、工作特点①断面尺寸大，抵抗渗漏、漫顶破坏的能力强，在各种坝型中失事率最低②对地形地质条件适应性强③泄流问题容易解决④施工导流容易解决⑤体积大便于机械化施工⑥结构作用明确⑦因为体积大，材料强度不能充分利用⑧底部扬压力大，对稳定不利⑨因为体积大，水化热不易散发，温控要求高二、重力坝的型式(见图2.2>按作用分非溢流重力坝溢流重力坝按建筑材料分混凝土重力坝碾压混凝土重力坝浆砌石重力坝按内部结构分实体重力坝宽缝重力坝空腹重力坝三、重力坝设计的主要内容1、总体布置: 坝轴线组成建筑物的位置2、剖面设计3、稳定分析4、应力分析5、构造设计6、地基处理7、溢流坝或泄水孔设计8、监测设计第二节重力坝的荷载及其组合一、荷载荷载 -----→作用不随时间变化的----永久作用如自重、土压力等随时间变化的------可变作用如水压力、扬压力、温度、孔隙水压力等；偶然发生的--------偶然作用如地震、校核水位下的水压力等.可变作用是指在设计基准期内作用的量值随时间变化与平均值之比不可忽略的作用。
作用在重力坝上的主要荷载有:坝体自重、上下游坝面上的水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、地震荷载及冰压力等(图2.3>.图2.3 重力坝上作用力示意图自重坝体自重是重力坝的主要荷载之一。
W=γ×A+ωω--坝上永久设备重①沿坝基面滑动，仅计坝体重量；②沿深层滑动，需计入滑体内岩体重；③用有限单元法计算时，应计入地基初始应力的影响；假定：1°地基中任一点的垂直应力σ(y>=γh2°水平应力σ(x>=λγh3°剪应力τ(xy>=0静水压力1°上游面垂直2°上游面倾斜①挡水坝段②溢流坝段3°水的容重①清水γ②浑水γ(按实际情况考虑>扬压力(含坝基和坝体内扬压力>*坝基扬压力:坝基扬压力包括两部分①下游水深引起的浮托力；②由水头差引起的渗透压力.渗透压力从上游向下游逐渐消减，其变化呈抛物线分布。
水利建筑物重力坝ppt课件
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11
第一节 概 述
2.重力坝的荷载组合 (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（不能和浪压力重和）
精选ppt课件2021
12
第一节 概 述
1、计算截面：坝基面 或者坝体薄弱面
选择受力大，抗剪强度较低，最容易产生滑动的截面 作为计算截面。重力坝抗滑稳定计算主要是核算坝基 面及碾压混凝土层面上的滑动稳定性。另外坝基内有 软弱夹层、缓倾角结构面时，也应核算其深层滑动性
精选ppt课件2021
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第二节 重力坝的稳定分析
2、抗滑稳定分析方法
分析时，以一个坝段或取单宽米计算。 单一的安全系数法： 计算公式有抗剪强度
3.枢纽泄洪容易解决，便于枢纽布置；施工导 流方便，便于机械化施工。
4.结构作用明确，应力、稳定计算比较简单。
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第一节 概 述
缺点：
1.剖面尺寸大，水泥石料等用量多。 2.坝体应力低，材料强度不能充分发挥。
坝体不同区域应采用不同强度等级和耐久性的材料. 3.扬压力影响大，对稳定不利。会减轻
公式和抗剪断公式
分项系数法极限状态设计方法： 《混凝土重力坝设计规范》DL 5108—1999
规定，重力坝的抗 滑稳定承载能力极限状 态进行计算，认为滑动面为胶结面，滑动体 为刚体。
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20
第二节 重力坝的稳定分析
二、单一的安全系数计算法 （一）抗剪公式 a、滑动面水平时：
Ks = f(∑W-U)/ ∑P
表面滑动 浅层滑动
非溢流重力坝的剖面设计PPT学习教案
采用铅直的上游坝面，适用于坝基摩擦系数较大， 由应力条件控制坝体剖面的情况。
优点：便于布置和 操作坝身过水管道进 口控制设备
缺点：由于在上游 面为铅直的基本三角 形剖面上增加坝顶重 量，空库时下游坝面 可能产生拉应力。
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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Δh按下式计算：
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h h1% hz hc
2、建立目标函数V(x) 3、确定约束条件
如稳定约束、应力约束、几何约束等。
4、选择求解方法
目标函数和约束条件都是设计参数的非线性函数，因此重力
坝的优化设计是一个非线性规划问题。
下一节
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工程中经常采用的剖面形态
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特点：上游坝面上部铅直 而下部呈倾斜，即可利用部 分水重来增加稳定性，又可 保留铅直的上部便于管道进 口布置设备和操作的优点。
上游折坡的起坡点位置应 结合应力控制条件和引水、 泄水建筑物的进口高程来选 定。一般在坝高的1/3~2/3 的范围内。设计时要验算起 坡点高程水平截面的强度和 稳定条件。
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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。
重力坝知识
重力坝知识第一节概述第二节非溢流坝的剖面设计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。
4、施工方便，维护简单。
大体积混凝土，可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑等环节都比较方便。
在后期维护，扩建，补强，修复等方面也比较简单。
5、受力明确，结构简单。
重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构简单，受力明确，稳定和应力计算都比较简单。
（二）缺点：1、坝体剖面尺寸大，材料用量多，材料的强度不能得到充分发挥。
2、坝体与坝基接触面积大，坝底扬压力大，对坝体稳定不利。
3、坝体体积大，混凝土在凝结过程中产生大量水化热和硬化收缩，将引起不利的温度应力和收缩应力。
因此，在浇筑混凝土时，需要有较严格的温度控制措施。
二．重力坝的分类1、按坝的高度分类:坝高低于30m的为低坝，高于70m的为高坝，介于30m～70m之间的为中坝。
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。
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（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
的条件下，求得一个施工简单、运用方便、体积最小的剖面。
其设计步骤一般是： （1）简化荷载条件并结合工程经验，拟定出基本剖面；
（2）根据坝的运用和安全要求，将基本剖面修改为实用剖面，并进
第一节 非溢流重力坝
1）总体布置。首先选择坝址、坝轴线和坝的结构型式，然后确
定坝体与两岸及交叉建筑物的连接方式，最终确定坝体在枢纽中
的布置。 2）剖面设计。可参照已建的类似工程，初拟剖面尺寸。 3）稳定分析。验算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面的抗 滑稳定安全度。 4）应力分析。用材料力学法对坝体进行强度校核，使坝体、坝基 应力满足要求。
水利水电工程建筑物
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第一章 岩基上的重力坝
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 非溢流重力坝 溢流重力坝 重力坝的荷载及其组合 重力坝的稳定分析 重力坝的应力分析 重力坝的泄水孔 重力坝的材料及构造 重力坝的地基处理
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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——缺点
（1）坝体剖面尺寸大，材料用量多 （2）坝体应力较低，材料强度不能充分发挥 （3）坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力大，对稳定不利 （4）坝体体积大，易产生温度裂缝。需采取温控措施
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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
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。
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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 坝顶高程 （1）坝顶高程
第一节 非溢流重力坝
Z坝顶＝Z设＋h设 Z坝顶＝Z校＋h校
取大值
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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 坝顶高程 （2）超高： △h=h1%+hz+hc △h：坝顶高于水库静水位的高度； h1%：累积频率为1％时的波浪高度；
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
第一节 非溢流重力坝
hz：波浪中心线至静水面的高度；
hc：安全超高。
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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 坝顶高程 （3）实用断面形式
第一节 非溢流重力坝
1）上游面铅直：适用于坝基剪断参数大，由强度条件控制坝体断面 情况：有利于坝内布设泄水孔或引水管道的闸门和拦污设备等。 2）上游面向上游倾斜：适用于坝基剪断参数小，由稳定控制坝体断 面情况，起坡点（1/3～2/3）H。
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第一章 岩基上的重力坝
二、重力坝的类型
低坝 1、按坝高分 中坝 高坝 2、按筑坝材料分： H＜30ｍ 30≤H＜70ｍ H≥70ｍ
第一节 非溢流重力坝
砼重力坝、浆砌石重力坝
3、按施工方法分： 浇筑砼重力坝、碾压砼重力坝、预应力砼重力坝
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第一章 岩基上的重力坝
第一章 岩基上的重力坝
第一节 非溢流重力坝
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第一章 岩基上的重力坝
第一节 非溢流重力坝
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第一章 岩基上的重力坝
一、工作原理及特点 1、工作原理
第一节 非溢流重力坝
①在水压力及其它荷载作用下，依靠坝体的自身重量在坝基面上产 生的抗滑力满足抗滑稳定要求。
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