重力坝

第三章岩基上的重力坝

主要内容

1、概述

重力坝的概念，重力坝的工作原理，重力坝的类型。

2、重力坝的应力分析

作用在重力坝上的荷载及其组合；应力分析方法；用材料力学法推导重力坝的应力计算公式。

3、非溢流重力坝的剖面设计

重力坝的基本剖面，非溢流重力坝的实用剖面，溢流重力坝的消能防冲设施。

4、重力坝的抗滑稳定计算

重力坝失稳破坏的机理；抗剪强度公式、抗剪断公式；摩擦系数和凝聚力的现场测定；深层抗滑稳定；岸坡抗滑稳定；提高坝体抗滑稳定性的措施。

5、重力坝的渗流分析（另有专题讲授）

渗流计算的基本方程和求解过程；有限单法求解势水头函数，渗流体积力的计算。

6、重力坝的温度应力、温度控制和裂缝的防止（另有专题讲授）

温度变化曲线、分析该曲线；重力坝的温度裂缝形成的原因、类型及防止措施。

7、重力坝的剖面设计

设计的原则及极限状态设计表达式。

8、溢流重力坝（另有专题讲授）

溢流重力坝工作特点，结构型式，消能防冲设施，细部构造。

9、其它内容：

重力坝的可靠度设计（另有专题讲授），抗震设计，地基处理，材料及其构造。

§3-1§3-1概述

教学内容

重力坝的概念，重力坝的工作原理，重力坝的类型

教学重点：

掌握重力坝的工作原理，了解重力坝的类型

教学过程

［导入新课］

首先请学生举例所了解的重力坝，接着展示我国部分著名重力坝，介绍重力坝在我国的建设情况，激发学生对重力坝的学习热情。

三峡工程

丹江口水利枢纽

刘家峡大坝

［讲授新课］

1、重力坝的概念（板书）

重力坝是靠自重维持其稳定的坝。由砼或浆砌石修筑，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。（材料、工作原理、基本剖面）

图3-1 典型重力坝

2、重力坝的安全工作准则（板书）

稳定——不滑动。主要依靠坝体自重产生的抗滑力（与基岩的摩擦力）来抵消坝前水推力。

强度——不出现拉应力。依靠坝体自重产生的压应力来抵消水压力引起的拉应力来满足

强度要求。

3、重力坝的类型（板书）

(1)(1)按构造

不同分为：

实体重力

坝，宽缝重

力坝，空腹

重力坝、预

应力重力

坝。

宽缝重力坝：两坝

段之间设置宽缝，降低

扬压力，节省混凝土，

施工温控散热条件好，

但施工模板用量大，技

术要求高。（丹江口）

空腹重力坝：降低

扬压力，节省混凝土，充分发挥材料强度，空腹内可布置厂房。

预应力重力坝：提高稳定性，消除拉应力。

(2)(2)按作用不同分为：溢流重力坝，非溢流重力坝。

(3)(3)按筑坝材料的不同分为：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。

4、重力坝的优缺点（板书）

优点：

（1）（1）结构简单，安全可靠。断面尺寸大，坝内应力较低，筑坝材料强度高，耐久性好。结构简单，施工方便，利于修补、扩建。

（2）（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。对地基要求高于土石坝，低于拱坝。一般具有足够强度的岩基均可以满足要求。重力坝分段能较好适应岩石物理力学特性。但也要重视地基处理。

（3）（3）泄洪问题容易解决。坝体材料强度高，抗渗性、抗冲性好，溢流坝段或坝身泄水孔均可泄水。坝体施工期可导流。

（4）（4）结构作用明确。各坝段单独工作，稳定、应力计算简单。

缺点：

（1）（1）剖面大，材料用量多。

（2）（2）坝体应力较低，材料强度不能充分发挥。50米高的重力坝，坝内最大压应力只有1.4MPa，而常用的大坝常态混凝土C20的轴心抗压强度为18.5MPa，C25为

22.4MPa，最低的C7.5也有7.6MPa。（150mm立方体试件90天龄期，保证80％）（3）（3）坝体与地基接触面大，受扬压力影响大。对稳定不利，需要设置防渗排水设施。

（4）（4）体积大，水泥用量多，水化热高。散热条件差，容易形成温度裂缝，施工

期需要严格的温度控制措施。（初龄期的混凝土刚度低，散热后可自由伸缩，冷却后，刚度增大，受周围混凝土约束，收缩产生裂缝）

[讨论]

重力坝合理的断面形态及其理由？

5、重力坝的设计内容（板书）

（1）（1）总体布置。选择坝址、坝轴线和坝的结构型式，决定坝体与两岸其他建筑物的连接方式，确定坝体在枢纽中的位置。

总体布置应根据地形地质条件，根据综合利于要求，合理安排泄洪、发电、灌溉、供水、航运、过木、排沙、过鱼等建筑物，避免相互干扰。可优先考虑泄洪建筑物的布置，使其下泄水流不至于冲淘坝基、其它建筑物的的基础及岸坡。重力坝通常由非溢流段、溢流段和两者之间的连接边墩、导墙以及坝顶建筑物。坝轴线一般成直线，必要时可成折线或稍拱的曲线。注意各坝段外形协调，保持上游面奇平。

水利枢纽布置的一般原则见P482。

（2）（2）剖面设计。根据安全、经济和运用条件，参照已建类似工程，初拟剖面形态和轮廓尺寸。

（3）（3）稳定分析。验算坝体在荷载作用下沿坝基面或地基中软弱结构面抗滑稳定的安全度，为剖面设计、地基处理和正常运行提供依据。

（4）（4）应力分析。计算坝体和坝基在荷载作用下的应力和变形，判定大坝在施工期及运用期是否满足强度和变形方面的要求，为其它设计（剖面设计、地基处理、结构布置、施工分缝）提供依据。要计算各主应力方向、大小，坝体内部的应力分布。

（5）（5）构造设计。根据施工和运用要求确定细部构造，包括材料选择和分区、坝内廊道布置及排水、防渗措施以及坝体分缝等。

（6）（6）地基处理。根据地质条件及受力情况，进行地基开挖、防渗、排水、加固及断层软弱带的处理等。

（7）（7）泄水设计。包括溢流坝或泄水孔的孔口尺寸、体形、消能防冲及运行控制设计等。

（8）（8）监测设计。研究大坝在各种荷载和环境影响下的工作状态，对工程质量和建筑物的安全条件做出判断，以便采取相应的措施，保证运行安全可靠和提高经济效应。包括坝内部和外部的观测设计。

（9）（9）施工组织设计。

6、重力坝的建设（板书）

最早的重力坝是公元前2900年古埃及在尼罗河上修建的一座高15米、顶长240米的挡水坝。人类历史上修建的第一批堰、坝，都是利用结构自重来维持稳定，结构简单，安全可靠。

我国重力坝发展过程：

50年代首先建成了高105m的新安江和高71m的古田一级两座宽缝重力坝。

60年代建成了高97m的丹江口宽缝重力坝和高147m的刘家峡、高106m的三门峡两座实体重力坝。

70年代建成了黄龙滩、龚嘴重力坝。

80年代建成了高165m的乌江渡拱型重力坝和高107.5m的潘家口低宽缝重力坝等。

长江三峡水利枢纽重力坝，坝高185米。