岩基上的重力坝

提高坝体抗滑稳定性的 工程措施
(1) 利用水重 (4)抽水措施 (2)将坝基面开挖成 (5)加固地基 倾向上游的斜面 (6) 横缝灌浆 (3)设置齿墙 (7)预应力锚固措施
第六节
应力分析
1.重力坝应力分析的目的与方法 应力分析的目的：为了检验大 坝在施工期和运用期是否满足强度 要求；并根据应力分布情况进行坝 体混凝土强度等级分区；也为研究 坝体某些部位的应力集中和配筋等 提供依据。
1—检查廊道；2—基础灌浆廊道；3—坚井；4— 5—集水井；6—横缝；7—灌浆帷幕；8—
六、坝顶构造
根据已定实用剖面的尺寸，进行坝顶的路面设计， 在坝顶上布置排水系统和照明设备。
第八节 其他类型的重力坝
一、碾压式混凝土 重力坝
其主要优点是：
1) 施工工艺程序简单，可快速施工，缩短工期，提 前发挥工程效益。 2)胶凝材料(水泥+ 粉煤灰+ 矿渣等) 用量少，一般在 120～160kg/m3，其中水泥用量约为60～90kg/m3。 3) 由于水泥用量少，结合薄层大仓面施工，坝体内 部混凝土的水化热温升可大大降低，从而简化了温 控措施。 4)不设纵缝，节省了模板及接缝灌浆等费用。 5) 可适用大型通用施工机械设备，提高混凝土运输 和填筑工效。 6)降低工程造价。
（一） 材料
碾压式混凝坝的胶凝材料远比常态混凝土用 量少，其中粉煤灰在胶凝材料中所占比重一般为 30%～60%。水胶比一般在0.45～0.7之间。
（二）
由碾压式混凝土重力坝采用通仓碾压，故可 不设纵缝。但为了适应温度伸缩缝和地基不均沉 降，仍应设置横缝，间距一般为15～20m。比常态 混凝土重力坝降低造价约10
yd
-Pd)m
Pd——下游面水压力强度，kPa Pud—— 下游边缘应力的扬压力强度 σ yd——下游坝面边缘应力，kPa m——下游坝坡坡率
由上游坝面微分体，根据∑Fx=0 σ σ
xu=Pu-(Pu-σ yu) xu=Pu-τ uLeabharlann Baidu
可得：
n2
n2
同样，由下游坝面微分体，可得：
σ xd=Pd+(σ yd-Pd)m2
我国现行重力坝设计规范要求，凡 100m以上的高坝需建在新鲜、微风化或弱 风化下部基岩上；100～50m的坝可建在微 风化至弱风化中部基岩上；坝高小于50m 时，可建在弱风化层中部或上部基岩上。
二、
坝基的固结灌浆
固结灌浆的目的是：提高基岩的整体性和强度，降 低地基的透水性。固结灌浆孔一般布置在应力较大的坝 踵和坝趾附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内。
fk 1 r0S (rG GK , rQ QK , a K ) R( , a K ) rd1 rm
作用函数 抗力函数
S () PR
, R() f R, WR cR AR
1 r0S () R() rd
式中：γ 0——结构重要性系数； ψ ——设计状况系数； S（· ）——作用效应函数； R（· ）——结构及构件抗力函数； γ G——永久作用分项系数； γ Q——可变作用分项系数； Gk——永久作用标准值； Qk——可变作用标准值； α k——几何参数的标准值； fk——材料性能标准值； γ m——材料性能分项系数； γ d——基本组合结构系数。
岩基上的重力坝
第一节 概述
一、重力坝的工作原理及特点
重力坝的工作原理 : 主要依靠坝体 自身重量在滑动面上产生的抗滑力 来抵消坝前水压力以满足稳定的要 求；同时也依靠坝体自重在水平截 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的要 求。
重力坝的工作特点: 优点和缺点
重力坝的类型
L
gD
2
2
L
吹程 D
波浪中心至静水位的高差
4π hl π H1 h0 cth 2Ll Ll
式中：H1——坝前水库水深，m; 切；当H1>Ll时，上式可简化为： cth——双曲线余
2
4π hl h0 0.61hl 2Ll
2
4π H1 cth 1.0 Ll
作用效应（荷载）组合
荷载按其随时间的变异性可 分为永久作用、可变作用和偶然作 用；按其作用状况又可分为持久状 况、短暂状况和偶然状况。
对基本组合，采用以下极限状态设 计表达式：
fk 1 γ 0ψ S(γ G G k ,γ Q Q k , A k , ak ) R( , ak ) γd γm
作用函数 抗力函数
式中：Ak——偶然作用的代表值；
γ d——偶然组合结构系数； 结构重要性系数γ 0是用来考虑水利水电工 程结构或构件的重要性和失事后果。 计算作用效应函数S（· ）时，作用取设计值， 是考虑作用（荷载）对标准值的不利变异。设 计值等于标准值乘以分项系数γ G 即 Qd=Qk· γ G
σ
2 =P + τ m xd d d
边缘主应力计算
根据平衡条件∑Fy=0
σ 1u =(1+ n2 )σ
σ 1d=(1+ m2 )σ σ 2u= Pu
yu-
Pu n2
Pd m2
yd-
σ 2d= Pd
计入扬压力边缘应力计算
极限状态法 采用概率极限状态设计时，对重力 坝应分别按承载能力极限状态和正常使 用极限状态进行强度验算。 1.坝趾抗压强度极限状态 2.上游坝踵不出现拉应力极限状态 因为上游坝踵不出现拉应力极限 状态属于正常使用极限状态
宽缝重力坝
工程量比实体重力坝要省10%～20%
潘家口宽缝重力坝
四、
在实体重力坝底部沿坝轴线方向设 置大尺寸的空腔，即为空腹重力坝。 空腹下面不设底板，坝体所受的作 用(荷载)直接通过所谓的前、后腿传到 地基上。 空腹坝的腹孔净跨度一般约 为坝底全宽的1/3， 腹孔高约为坝高的 1/4～1/5。
1
式中 2h — 当 v =20 ∽250时， gD v 为累积频率 5% 的波高；当 =250 ∽ 1000 时，为累计频率 10% 的波高。在计算浪压力 时，规范规定采用累计频率为 1% 时的波高， 对应于5% 的波高，应乘以 1.24 ；对应于 10% 的波高，应乘以1.41。 2L — 平均波长m。 v —计算风速，m/s 。设计情况采用 校核 50 年一遇最大风速，校核情况采用多 年平均风速。 D —— 吹程， m 。可取坝前沿水 库到对岸水面的最大直线距离，当水库水 面特别狭长时，以5倍平均水面宽为限。
堰面曲线方程如下：
X
n 1 x n KH d y
Y
式中：Hd—定型设计水头，按堰顶最大 作用水头Hmax 的75%～95%计算
对于设有胸墙溢流堰 的堰面曲线：
x2 y 4 2 H d
Hd ——定型设计水头，一般取孔口
中 心 至 校 核 洪 水 位 的 75% ～ 95% ； φ ——孔口收缩断面上的流速系数， 一般取φ =0.95。
件∑Fy=0
得 τ u=(Pu- σ yu)n
式中：Pu——上游面水压力强度，kPa（如有泥沙 压力和地震动水压力也应记在内）； Puu——上游边缘应力的扬压力强度； σ yu——坝体上游边缘应力 ； n——上游坝坡坡率， n tgφ u
由下游坝面 微分体，根据平衡条件 ∑Fy=0
得
σy
τ d=(σ
应力分析的方法：
1、模型试验法 2、材料力学法 3、弹性理论的解析法 4、弹性理论的有限元法
材料力学法 符号规定
因为假定按直线分布，所以可按偏心受 压公式计算上、下游边缘应力σyu和σyd。
σ yu W 6M B B2
σ yu W 6M B B2
式中： ∑ W—— 作用于计算截面以上全部荷载的铅直
梅山连拱坝 佛 子 岭 连 拱 坝
佛 子 岭 连 拱 坝
湖南镇梯形支墩坝
第九节 重力坝的 地基处理
1)具有足够的强度； 2)具有足够的整体性 和均匀性； 3)具有足够的抗渗性； 4)具有足够的耐久性；
地基处理主要任务是： 一是防渗； 二是提高基岩强度。
一、地基的开挖与清理（岩石地基处理措施）
二、浆砌石重力坝
浆砌石重力坝是由石料和胶 结材料砌筑而成的坝。
朱庄浆砌石重力坝
（一）
1 石料
石料可分为块石、条石或粗料石、 细料石等。
2
常用的胶结材料有水泥砂浆、细石 混凝土及混合砂浆等。
（二）砌石重力坝的构造特点
1
2 3
4、坝与地基的连接
三、
（一）宽缝重力坝的工作特点
为了克服实体重力坝扬压力大，材料 的抗压强度不能充分发挥等缺点，我国在 水利建设中，发展了一些改进重力坝的坝 型，宽缝重力坝就是其中的一种。例如： 新安江、丹江口、潘家口等。 宽缝重力坝是将相邻坝段间的横缝部分 地拓宽(仅在上游端和下游端闭合)的重力 坝。
2.反弧段 溢流坝下游反弧段的作 用是使溢流坝面下泄的水流 平顺地与下游消能设施相衔 接。
3.直线段
中间的直线段与坝顶曲线 和下部反弧段相切，坡度一般 与非溢流坝段的下游坡相同。 具体应由稳定和强度分析及剖 面设计确定。
重力坝的设计内容
1、剖面设计 2、稳定分析 3、应力分析 4、构造设计 5、地基处理 6、溢流重力坝和泄水孔的孔口设计 7、监测设计
分力的总和，kN（包括坝体自重、水重、淤沙重及计算 的扬压力等），以向下为正，对于实体重力坝，均切取 单位宽度坝体为准（下同）
∑M——作用于计算截面以上全部荷载对截面形 心的力矩总和， kN· m ，以使上游面产生压应力者为正。 B——计算截面的长度，m
边缘应力计算
由上游坝面的微分体，根据平衡条
五、支墩坝
支墩坝有下述特点：扬压力仅作用于挡水面板 的底面，由于支墩之间的空隙较大，故作用于 支墩底部的扬压力很小；上游挡水面板的坡度 较缓，可以利用面板上的水重帮助维持坝体稳 定，故比重力坝的工程量省；大头坝与重力坝 相比可节省工程量15%～25%，连拱坝和平板坝 可节省40%～60%。 按挡水面板的形式支墩坝可分为：平板坝、 连拱坝和大头坝。
重力坝按承载能力极限状态设计时，考虑以以下两种作 用效用组合： （1） 基本组合——持久状况（或短暂状况下），永 久作用与可变作用组合。 （2） 偶然组合——偶然状况下，永久作用、可变作 用与一种偶然作用的效应组合。 对基本组合，采用以下极限状态设计表达式：
对基本组合，采用以下极限状态设 计表达式：
3)水平工作缝 水平工作缝是分层施工 的新老混凝土之间的接缝， 是临时性的。
四、坝体排水
坝基虽然已经进行帷幕灌浆，但并不能完全截断渗 流。目的为了减少坝体渗透压力，靠近上游坝面应设排 水管幕，如图所示。
五、 廊道系统
为了满足施工运用要求，如灌浆、排水、观测、检 查和交通的需要，须在坝体内设置各种廊道，这些廊 道互相连通，构成廊道系统，如图所示。
三、
帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力；防止坝基 内产生机械或化学管涌；减少坝基和绕坝渗透流量。 防 渗帷幕布置于靠近上游面坝轴线附近，坝基灌浆帷幕中 心线距坝上游面的距离，可取0.1倍左右坝底宽。
第三节 重力坝的作用 及其组合
作用（荷载）包括：
坝体自重、水压力、扬 压力、浪压力、冰压力、 土压力、泥沙压力、地震 荷载等。
ho
g(2hl ) gD 0.0067V ( 2 ) 2 V V

1
1 12
1 3
g(2Ll ) gD 3.75 2.15 0.331V ( 2 ) 2 V V
设计状况
荷载组合 基本组合
持久状况
短暂状况
基本组合
偶然状况
偶然组合
第四节稳定分析 方法：
分项系数极限状态法
重力坝的稳定分析的目的
稳定分析是重力坝设计中 的一项重要内容，其目的是核 算坝体沿坝基面或沿地基深层 软弱结构面抗滑稳定的安全性 能。
分项系数极限状态法
作用函数≤抗力函数
分项系数极限状态法
第七节 重力坝的材料及构造
一、混凝土
强度、抗渗性、抗冻性、抗冲刷性、 抗侵蚀性、抗裂性。
二、坝体混凝土分区
三、坝体分缝与止水
1)横缝:
横缝垂直坝轴线，将坝 体分为若干坝段。其作用 是减小温度应力、适应地 基不均匀变形满足施工要 求。
2)纵缝
为了适应混凝土的浇筑能力和 减少施工期的温度应力，常在平行 坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分 成几个坝块，待坝体降到稳定温度 后再进行接缝灌浆。
按坝的高度分类为：高坝、中坝、 低坝三类。 按筑坝材料分类可分为：混凝土重 力坝和浆砌石重力坝。 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 。
第二节 重力坝的剖面 基本剖面 实用剖面
非溢流坝 实用剖面
溢 流 重 力 坝
(1)坝顶溢流式
(2)大孔口溢流式
溢流曲线和剖面设计 1.溢流面曲线 溢流面曲线由顶部曲线 段、中间直线段和下部反弧 段三部分组成。