水利工程概论 三种坝型的荷载应力分析方法失稳形式
水工建筑物重力坝的稳定分析
水工建筑物重力坝的稳定分析一、重力坝滑动失稳模式（一）表面滑动（二）浅层滑动（三）深层滑动二、抗滑稳定计算截面选取及计算方法★破坏机理：重力坝岩基的破坏开始于坝踵附近的拉裂缝和扩张松弛，而后坝趾出现剪切屈服区且逐渐向上游发展，最后在坝下浅层岩基中上下游贯通，形成滑动通道，导致大坝的整体失稳破坏。
★（一）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。
★（二）抗滑稳定分析方法1.单一的安全系数法：计算公式有抗剪强度公式和抗剪断公式2. 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。
三、单一的安全系数计算法（一）抗剪公式1.滑动面水平时：Ks = f(∑W-U)/ ∑P2.滑动面倾向上游：Ks = [f(∑WCosβ-U+∑PSinβ)]/( ∑PSinβ+∑WCosβ)公式评价：本公式不考虑凝聚力，偏于安全，凝聚力作为安全储备，所以规定的安全系数较低。
（二）抗剪断公式1.假定：认为砼与基岩接触良好，直接采用接触面上的抗剪断参数f′和c′。
2.公式：Ks′＝[f′(∑W-U)+C′A]/∑P3.安全系数Ks′,设计规范规定：不分等级。
基本荷载组合：采用3.0；特殊荷载组合：（1）采用2.5；（2）采用不小于2.3。
四、分项系数法（一）特点：与原设计规范相比，用概率极限状态设计法代替了定值设计法，用分项系数极限状态表达式代替单一安全系数表达式。
即以结构重要性系数γ０、设计状况系数φ、作用分项系数γｆ 、材料性能分项系数γｍ和结构系数γｄ来代替设计的安全系数Ｋ。
（二）分项系数法基本公式（课本37页3-1、3-2）核算坝基面抗滑稳定极限状态时，应按材料的标准值和荷载的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合两种情况。
21central_水利工程概论 第二章 大坝
a) 水电站建筑物，如前池、调压室、压力水管、水电站厂房； b) 渠系建筑物，如节制闸、分水闸、渡槽、沉沙池、冲沙闸 ； c) 港口水工建筑物，如防波堤、码头、船坞、船台和滑道 ； d) 过坝设施，如船闸、升船机、放木道、筏道及鱼道等。
2）按结构和力学特点分为：重力坝、拱坝、支墩坝等 坝型。 重力坝包括实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝等； 拱坝包括单曲拱坝、双曲拱坝、重力拱坝等； 支墩坝包括大头坝、连拱坝、平板坝等；
我国大坝之最 (1)
1912年 云南螳螂川上的石龙坝水电站建成，为中国大陆最早的水电站。 1954年 安徽霍山的佛子岭水库竣工。坝体高74.4m，为中国第一座混凝土连拱坝。 1956年 安徽金寨建成梅山水库，坝高88.24m，为中国最高的混凝土连拱坝。 1960年 浙江建德新安江水电站，中国第一座自己勘测、设计、施工和自制设
水利枢纽的规划、设计、施工和运行管 理应尽量遵循综合利用水资源的原则。
1.1 水工建筑物分类
按功用分
挡水建筑物 泄水建筑物 输水建筑物 取水建筑物 整治建筑物 专门性水工建筑物
按使用期限可分
永久性建筑物 临时性建筑物
挡水建筑物
挡水建筑物--用以拦截江河，雍高水位或形成水库，并可承受 一定水头作用的建筑物，如各种类型的坝和水闸；以及为抗御 洪水或挡潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。
②水利工程对地基的要求比较严格，工程又常处于地质条件比较复杂 的地区和部位，地基处理不好就会留下隐患，事后难以补救，需要采取 专门的地基处理措施。
③水利工程多在河道、湖泊、沿海及其他水域施工，需根据水流的自 然条件及工程建设的要求进行 施工导流、截流及水下作业。
河海水工建筑物 2-3-1重力坝稳定和应力
分项系数法基本公式
对承载能力验算表达式为：
基本组合：
偶然组合： 0S( GGk , QQk ,k )
1
d
R( fk
m
,k )
0S( GGk , QQk , Ak , ak )
1
d
R( fk
m
, ak )
γG永久作用分项系数； γ0结构重要性系数; γQ可变作用分项系数； φ设计状况系数; GK永久作用标准值； QK可变作用标准值； αK几何参数标准值； fK材料性能标准值； γm材料性能分项系数； AK偶然作用标准值； γd结构系数
具体：
（1）坝基面抗滑稳定的承载能力极限状态：
★按承载能力极限状态校核：应按材料的标准值和荷载的标准值或代表值分别计 算基本组合和偶然组合两种情况。
★ S(*)为作用效应函数，S(*)＝∑PR ∑PR为作用于滑动面之上的全部切向（包括滑动面之上的岩体）作用之和；
★ R(*)为抗力函数，R(*)＝∑f ’R∑WR + c’R AR ∑黏W聚R滑力动。面上全部法向作用之和,f ’R坝基面抗剪断摩擦系数，c’R坝基面抗剪断
评价：该方法有长期的实践经验，目前我国重力 坝设计规范中的强度标准就是以该法为基 础的。
2°弹性理论解析法
该法的力学模型和数学解法均很严密，但前只有 少数边界条件简单的典型结构才有解。
评价：可用于验证其他方法的精确性，有重要 价值。
3°弹性理论差分法
该法力学模型严密，在数学解法上采用差分格式， 是一种近似的方法。
1、单斜面深层抗滑稳定计算
坝基深层单滑动面抗滑稳定计算可参照坝体混凝 土与基岩接触面抗滑稳定计算方法进行，抗滑稳定极 限状态计算应沿软弱结构面进行。
3重力坝的稳定分析
P cos Win( ) U
1 1 1 1
c1 A1 R cos( )
利用上式求得R
返回
再计算②区沿BC面的抗滑稳定安全系数K2：
f 2 [ R sin( ) W2 cos U 2 ] c2 A2 K2 R cos( ) W2 sin
抗滑稳定安全系数Ks
安全 系数
重力坝的级别 荷载组合
1
基本组合 1.10 1.05
2
1.05 1.00
3
1.05 1.00
Ks
特殊组合1 特殊组合2
1.00
1.00
1.00
二、抗剪断公式： 认为坝体与基岩接触良好，直接采用接触面上的 抗剪断参数f′、c′计算抗滑稳定安全系数，即：
f′——抗剪断摩擦系数 c′——抗剪断凝聚力 安全系数Ks′, 不分等级 基本荷载组合：采用3.0 特殊荷载组合：（1）采用2.5； （2）采用不小于2.3。
1:泥化夹层
齿墙设置
2:齿墙 返回
W U f P
W
—— 接触面上的总重力 —— 接触面上的总水平力
其中：
P
U—— 作用在接触面上的扬压力 f —— 接触面间的摩擦系数
Ks 的允许值值与重力坝的级别及荷载组合有关
当接触面倾向上游时，并有β的夹角时，其抗滑稳 定安全系数为：
可以看出，坝基面微倾向上游 对坝体抗滑稳定有利。
Ⅲ类基岩——中等的岩石，f ′ ＝0.9～1.2, c′＝0.7～1.1Mpa
Ⅳ 类基岩——较差的岩石，f ′ ＝0.7～0.9, c′＝0.3～0.7Mpa
注意:两计算公式的适用条件
3.3.2 深层抗滑稳定分析
水利工程概论 三种坝型的荷载应力分析方法失稳形式
1895年4月，法国Bouzey重力坝失 事。事后分析，失事的原因是该坝设 计时未考虑作用于坝基上的扬压力
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ坝 ”
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
1959年法国Malpasset坝失事是拱坝第一次溃坝记 录，经检查，坝的设计符合规范，施工质量良好。直 到1987年，通过一次以溃坝为主题的国际研讨会， 才有了初步结论：左坝肩地基中过大的水压力使坝基 岩块沿F1断层滑动而溃坝。
水压力的等截面圆弧拱圈，只能粗略地求出径向截面上的均匀应
力。
它不考虑拱在两岸的嵌固条件，不能计入温度及地基变形的影
响，因而不能反应拱坝的真实工作状态。
”
圆 筒 法
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ 纯拱法假定拱坝由一系列各自独立互不影响的水平拱圈叠合而 成，每层拱圈简化为两端固结的平面拱，用结构力学方法求解拱 的该应方力法。虽然可以计入每层拱圈的基础变位、温度、水压力等的作 用，但忽略了拱坝的整体作用，求得的拱应力偏大，也不符合拱
动面不再向下深切，而沿夹层形 成曲、直组合的复式滑动。
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
三种坝的工程 实例
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ 重力坝 ”
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
水库边坡不稳定体稳定分析及处理
水库边坡不稳定体稳定分析及处理随着工程规模和建设数量的不断增加，特别是在水资源管理和灌溉等方面，随着水库的不断建设和投运，水库边坡的工程问题变得越来越复杂。
水库边坡的不稳定体是一种非常危险的问题，如果不及时进行稳定处理就会带来严重的后果。
因此，需要进行水库边坡不稳定体稳定分析及处理，从而保证水库边坡的安全稳定。
1.水库边坡的不稳定体类型水库边坡的不稳定体主要有三种类型，分别是滑坡、崩塌和震动。
其中，滑坡是指沿着一定的滑动面而产生的不稳定体，崩塌则是指边坡出现倾倒或崩落的不稳定体，震动则是指边坡在地震或其他振动作用下产生的不稳定体。
2.水库边坡不稳定体稳定分析水库边坡不稳定体稳定分析要首先进行现场勘查，深入了解边坡的情况和特点，包括坡形、土质、缘石、附属构造等。
同时，要进行水库周边地质环境的综合分析，包括地质结构、地形地貌、地下水、工程地质等。
在此基础上，通过对边坡进行数值分析和模拟计算，确定边坡不稳定体的范围和发生机理，为后续的处理提供科学依据。
3.水库边坡不稳定体稳定处理针对不同类型的水库边坡不稳定体，其稳定处理方法各不相同。
滑坡通常需要进行边坡加固、排水降水和抽沉等措施，通过加强边坡稳定性来保证水库安全。
崩塌则需要采用钻爆或爆破等方法对岩石进行破碎和清理，同时对边坡进行加固；震动则需要对边坡进行减震和加固处理，避免地震等因素对边坡的不良影响。
4.水库边坡不稳定体稳定处理的技术水库边坡不稳定体的稳定处理是一项技术性比较强的工程，需要采用多种技术手段和方法。
其中，较为常用的方法包括土工格栅加固、钢筋混凝土加固、排水降水、抽沉加固等。
此外，还可以采用视觉技术、GPS监测、遥感调查等现代化手段对水库边坡进行实时监测和预警，及时发现和处理不稳定体，保证水库安全稳定。
总之，水库边坡的不稳定体是一种非常危险的问题，对水库边坡的稳定性和安全性带来巨大威胁。
因此，需要进行水库边坡不稳定体稳定分析及处理，从而保证水库的安全稳定。
《水利工程概论》第四章-3 支墩坝
的
水面板，遮断河谷，形成挡水面。
工 作 原 理
②传力方式 库水压力由面板→支墩→地基 ③工作原理 利用水重和自重在坝基面产生 的摩擦力来抵抗水平水压力维持稳定。
根据挡水面板的形状可将支墩坝分为三种
支
型式:平板坝 、连拱坝、大头坝
墩
坝
的
型
式
平板坝
是支墩坝的最早型式，常用的是简支式平板 坝。由支墩和面板组成，平(面)板支承于支墩。 它的面板是一个平面，平板与支墩在结构上互 不相连。 优点:①平板的迎水面上不产生拉应力；
在河谷较宽时，若采用拱坝，拱作用得不 到充分发挥，且砼方量多(中心角越大，弧长 越长)。
将面板做成拱型的，其受力条件较好能较 好地利用材料强度。
连拱坝
与其他形式的支墩坝比较，连拱坝有下列特点：
①拱形面板为受压构件，承载能力强，可以做得较薄。支 墩间距可以增大。混凝土用量最少，但钢筋用量较多。混 凝土平均含钢筋量可达30～40kg/m3 施工模板也较复杂。 混凝土单位体积的造价高。
梅山连拱坝1956 年建成，坝高 88.24m,水库总 库容22.64亿m3， 电站总装机容量 40MW 。是同期 世界上最高
连拱坝
适用场合： 连拱坝是空间超静定结构，对地基
变形、温度变化较敏感，故对地基要求 相对要高.
大头坝
是一种较为优越的坝型，它既能充分利用材料 的强度，钢筋用量也少。
国内：广东新丰江单支墩大头坝，坝高105m 湖南柘溪单支墩大头坝，坝高104m
式
大头坝
封闭式双支墩 侧向刚度最高；施工最复杂，目前采用不多。
支 墩 型 式
支墩坝的特点
1、稳定性特点 ①抗滑稳定 a、因支墩间有空隙渗水易排，扬压力减小； b、上游边坡加缓(0.4～0.9)，可利用水重，节省砼； ②侧向稳定 支墩因本身单薄，又相互分立，侧向刚度比纵向(上 下游方向)刚度低，地震时顺坝轴线方向抗震能力明显 低于重力坝。 ③弹性稳定 因支墩坝是一块单薄的受压板，当作用力超过临界 值时，尽管应力分析所求得的支墩内应力未超过材料的 破坏强度，但支墩却因丧失纵向弯曲稳定而失稳。所以 对支墩坝还应进行弹性稳定计算。
水利工程中的大坝稳定性分析
水利工程中的大坝稳定性分析一、大坝的构成及基本原理大坝是一种水利工程设施，具有拦截洪水、调节水流、蓄存水源、发电等多种功能。
大坝作为一项大型工程，其稳定性对于工程的安全运行至关重要。
大坝一般由坝体、坝基和坝址三部分组成，其中坝体为大坝的主体部分，坝基是大坝的承重部分，坝址则是大坝所占用的地面。
大坝的基本原理是借助于坝体的重力，将坝基压实，使坝体和坝基形成一个整体，以达到把水坝住的目的。
二、大坝的稳定性及分析方法对于大坝而言，其稳定性是工程安全运行的前提，是大坝设计和施工的关键之一。
大坝稳定性的分析，主要包括静力稳定性分析、动力稳定性分析和渗流稳定性分析。
1. 静力稳定性分析静力稳定性分析是大坝稳定性分析的基础。
它是通过分析大坝所受水力和重力作用下，达到稳定平衡的状态来进行判断。
静力稳定性分析一般包括重力稳定分析和抗滑稳定分析两种方法。
重力稳定分析是通过确定大坝重心是否在坝基内或坝址上实现稳定。
即通过计算大坝中心线的重心落在坝址内是否实现坝基的承重能力。
抗滑稳定分析主要是分析大坝是否发生滑动，当坝体的整体重量超过岩体或土体的摩擦抗力时，大坝便会发生移位，从而导致工程灾害。
2. 动力稳定性分析动力稳定性分析是在外部力的作用下，分析大坝的相对位移、振动激励及其稳定性。
通常采用频域特性分析和时域响应分析的方法来进行。
频域特性分析是通过对大坝受到的荷载的频率响应，分析其与自身固有频率的关系。
将荷载频率与大坝的自然频率相比较，确定是否满足动力稳定性要求。
时域响应分析也是动力稳定性分析的一个方法。
他从荷载或输入信号的角度，对大坝的周期性变化进行分析，以了解大坝结构的响应情况。
3. 渗流稳定性分析渗流稳定性分析是分析大坝渗流对大坝稳定性的影响。
它关注的是大坝内水与外界环境之间的交互作用，以及大坝内部水流的特性。
渗流稳定性研究一般以渗流原理和渗流变得巯行为分析基础。
其中最重要的是渗流原理，包括计算大坝中压力场与渗流场等内容。
水利工程稳定性分析与优化方法研究
水利工程稳定性分析与优化方法研究水利工程是指为了解决灌溉、水电发电、治理洪水、养护水道等方面的需要，进行的一系列人工活动。
在水利工程的设计过程中，稳定性分析和优化方法显得尤为重要，这是为了确保水利工程的牢固性，避免意外情况的发生。
一、水利工程稳定性分析方法水利工程设计的稳定性分析可分为静力和动力两种，其中静力稳定性分析是指水利工程的体系保持平衡，不失稳的能力。
这种稳定性分析方法一般用于重力坝、拱坝、钢筋混凝土坝等水利工程的设计中。
对于数值模拟的计算方法，可以用有限元法和边界元法进行模拟，获取结构内部应力的分布，进而计算出整个工程的稳定性。
而动力稳定性分析则是指水利工程的体系各部分的固有频率和外加激振作用的刚度，以及防震问题等方面的研究。
通常情况下，采用有限元法或者其他数值模拟方法的进行。
动力分析方法一般用于反射坝、堰坝、波浪消能坝等水利工程，以探究其在外部载荷下的稳定性。
二、水利工程稳定性优化方法水利工程稳定性的优化方法主要分为有限元优化与拓扑优化。
有限元优化是一种基于近似方法的优化技术，可以通过最小化目标函数来实现水利工程的设计稳定性的目的。
优化过程中，有限元优化需要预先构建水利工程三维模型，并对其进行有限元计算，通过对水利工程模型的应力、位移等参数进行优化，以得出最优的设计方案。
拓扑优化又称形状优化，是指在保证水利工程等物体的特定参数不变的前提下，通过进一步的拓扑优化，使该工程具有更好的稳定性和优越的性能。
这种优化方法通常是利用某些优秀的优化算法来完成的。
三、水利工程稳定性分析及优化方法的应用推广从近年来的水利工程建设中来看，水利工程稳定性分析及优化方法已经开始得到广泛应用。
目前，随着数据和工具的不断更新，同一个工程稳定性的研究和优化可以采用多种方法进行分析。
其中，药渚湖泵站工程就是一个使用有限元分析方法进行安全评估的成功案例。
随着建设的不断提高，水利工程的稳定性分析与优化方法的研究必须前所未有的注重发展。
水工建筑物 第六章重力坝概述荷载稳定
压力强度为 γw H2；渗透压力呈折线分布， 在排水孔中心线与坝底相交点为α γw (H1-H2)= α γw H 。
? α为渗透压力强度系数（或称渗透压力折
减系数，书中称扬压力折减系数不妥）： 河床坝段： α采用0.2~0.3； 岸坡坝段： α采用0.3~0.4。
设有防渗帷幕和排水设施 的实体重力坝坝底扬压力图
? 碾压混凝土坝主要特点 ： ①节约水泥，可简化温控措施。碾压混凝土一般都掺入较大
数量（胶凝材料的30%～70%）的粉煤灰或其他具有一定活 性的掺合料，因而水泥用量显著减少， 水泥用量为50 ～ 120kg/m3 ，而常态混凝土的水泥用量为160 ～ 220kg/m3 。 ②可缩短工期。工期一般可缩短1/5～1/3，甚至更短。 ③降低造价。碾压混凝土的单价比常规混凝土 低15～30%，有 的低50%左右。
特点：①节约混凝土方量，充分利用材料强度；②侧向稳定性差，对地 基的要求严格；③钢筋用量较大，施工复杂。
? 特点： ①节约混凝土方量，充分利用材料强度； ②侧向稳定性差，对地基的要求严格； ③钢筋用量较大，施工复杂。
? 空腹重力坝
在坝内设置大型纵向空腔的重力坝。 ? 特点：①减少扬压力，节约混凝土方量20～30℅；
一、荷载的计算 常沿坝轴线方向取1米宽坝体为计算单元。 1、坝体及坝上永久设备的自重
? 自重：坝体及其上永久性设施的重量 W=∑（γi Vi ）。 ? 坝体自重：应按其断面的几何尺寸及材料容重计算。在初步设计阶段，
混凝土的容重可根据骨料的类别采用 23.0～23.5kN/m 3，对重要的工 程应采用混凝土的试验数值。 ? 对坝上永久设备：如闸门、启闭机、电机、电梯等自重均按实际重量 计算。
上，下游坝面处扬压力为0；排水管幕与下游坝面之间按直线变化。
重力坝稳定分析方法及提高坝体抗滑稳定的工程措施
重力坝的稳定性汪祥胜3008205112（46）前言：重力坝是世界出现最早的一种坝型，早在2900年前在埃及就出现了最早的重力挡水坝。
随着我国重力坝建设的繁荣，数量的增多和高度的不断提升，使得对稳定分析有着重要的理论和实践意义。
大坝的稳定性直接关系到大坝安全性和人民群众的生命财产息息相关，而此次实习的三峡和向家坝皆是重力坝的代表杰作，通过实习定能从深层次上了解有关大坝稳定性的相关问题，包括什么是重力坝，重力坝稳定的意义，其稳定性分析方法和提高坝体抗滑稳定性的工程措施及在实际中的应用情况和应注意的问题。
一．什么是重力坝1.重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积档水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。
重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。
2.优缺点：重力坝优点：重力坝之所以得到广泛应用,是由于有以下优点：①相对安全可靠,耐久性好，抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强；②设计、施工技术简单，易于机械化施工；③对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件要求相对地说不太高；④在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题。
重力坝缺点：①坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；②坝体体积大，耗用水泥多；③施工期混凝土温度应力和收缩应力大，对温度控制要求高。
3.工作原理；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引起的拉应力来满足。
4.重力坝类型：重力坝按筑坝材料的不同分为:混凝土重力坝和浆砌石重力坝。
重力坝按其结构形式分为:①实体重力坝;②宽缝重力坝；③空腹重力坝。
重力坝按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种剖面。
实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为三类。
水工建筑物 第一章3
1、重力坝失稳的可能形式
滑动：沿坝体抗剪能力不足的软弱结构面 （薄弱层面）向下游方向产生滑动； 倾覆：在各种荷载作用下，上游坝踵处出现 拉应力，使之裂缝；或下游坝趾处压应力过 大，超过坝基岩体或坝体混凝土的允许抗压 强度而被压碎，从而产生倾覆破坏。
2、重力坝滑动失稳可能发生的滑动面
ii.
iii.
2） 边缘应力的计算
一般情况下，坝体的最大应力和 最小应力都出现在坝面，所以应该 首先校核坝体边缘应力是否满足强
度要求。
① 水平截面上的正应力
Байду номын сангаас
yu
yd
W 6 M
B B
2
W 6 M
B B
2
② 剪应力
u Pu yu n
d yd Pd m
2. 公式：
K'
f ' ( W U ) c ' A
P
3.抗剪断参数的选定
对于大型工程，在设计阶段， f ′,c′应由野外及室内试验 成果决定。在规划阶段，可以参考规范给定的数值选用：
4.安全系数[K′] 设计规范规定： 不分等级,基本荷载组合：采用3.0; 特殊荷载组合：（1）采用2.5；（2）采 用不小于2.3。
d、安全系数[K]的确定：
安全 荷载组合 系数 基本组合
重力坝的级别 1 1.10 1.05 2 1.05 1.00 3 1.05 1.00
K
特殊组合 1
特殊组合 2
1.00
1.00
1.00
（二）抗剪断强度公式
1. 假定：认为砼坝体与基岩接触面是胶结面， 砼坝体与基岩间存在着抗剪断凝聚力和抗剪断 摩擦力。
大型坝体结构的应力分析与设计
大型坝体结构的应力分析与设计引言：大型坝体结构是水利工程中的重要组成部分，也是保障人们生产生活用水的重要策略。
在坝体结构设计中，应力分析是至关重要的环节。
本文将探讨大型坝体结构的应力分析与设计。
一、坝体结构的分类根据坝体材料和结构形式的不同，坝体结构可分为重力坝、拱坝、引力坝和填土坝等几种类型。
不同类型的坝体结构在力学特性及受力条件上存在差异，因此应力分析与设计也有所不同。
二、应力分析的基本原理坝体结构受到各种内外力的作用，主要包括水压力、浸渍力、温差应力、地震力以及重力等。
在应力分析中，需要考虑这些力的大小和方向，并计算出坝体结构的应力分布情况，以确保其稳定性和安全性。
三、材料力学参数的确定在应力分析与设计中，材料力学参数的确定是非常重要的。
常用的参数包括杨氏模量、泊松比、拉伸强度、抗压强度等。
这些参数需要通过试验或经验来确定，以保证所选取的材料能够满足工程要求。
四、应力分析的方法常用的应力分析方法包括解析方法和数值方法。
解析方法是基于数学模型和方程组的推导和求解，具有精确性和可靠性；而数值方法则是通过将坝体结构离散化为小单元，并应用数学模型和计算程序进行求解，具有较高的计算效率。
五、应力分布的计算和分析在应力分析中，需要计算和分析坝体结构的应力分布情况。
通常可以采用有限元分析等数值方法来求解复杂坝体结构的应力分布。
通过分析应力分布情况，可以评估结构的稳定性，并作出合理的修正和优化设计。
六、应力分析的结果与设计优化应力分析的结果对于坝体结构的设计优化非常重要。
通过分析结果，可以判断结构的强度和稳定性是否满足要求，并作出合理的调整和改进。
在设计优化中，需要综合考虑结构的安全性、经济性和实用性等因素。
七、结构施工与监测应力分析与设计只是坝体结构的一部分，施工与监测也同样重要。
在施工中，需要根据设计要求进行施工工艺选择，并对结构的质量进行严格控制。
同时，还需要设置合理的监测系统，及时获取结构的变形和应力信息，以便及时采取措施保障结构的安全。
1重力坝失稳的形式有哪些
1重力坝失稳的形式有哪些
1 重力坝失稳的形式有哪些？
答：重力坝失稳的形式有表面滑动、浅层滑动、深层滑动。
2、重力坝抗滑稳定分析的方法有哪些？如何选择不同的重力坝沿坝基的抗滑稳定分析计算方法？
答：重力坝抗滑稳定分析的方法有单一安全系数法包括抗剪强度和抗剪断公式、刚体极限平衡法、有限元法。
选择方法由坝基的条件定，若母岩好粘性大用抗剪断公式。
3、画图表示岩基上混凝土实体重力坝设置灌浆帷幕、排水孔幕的布置图和抽
排水设施。
画图表示扬压力图形和各折减系数值。
3、某重力坝，坝顶宽8m，上游反坡段坡度为1：0.3，坝底宽50m.已知混凝
土容重为23KN/m3,水的容重为9.8KN/m3,坝底与基岩间的f=1.0,c=0.7MPa,大坝
为2级建筑物，坝顶高程50m,上游水位48m,下游水位15m.折坡点高程25m，(1)试校核大坝在自重、水压力，渗透压力作用下沿坝基面的抗滑稳定性。
(2)计算
坝踵、坝趾处的竖向正应力，根据应力控制条件说明应力是否满足设计要求。
大连理工大学22春“水利水电工程”《水利工程概论》作业考核题库高频考点版(参考答案)试题号4
大连理工大学22春“水利水电工程”《水利工程概论》作业考核题库高频考点版（参考答案）一.综合考核(共50题)1.秘鲁在1970年5月31日发生地震，其震级为()级。
A.4.1B.8.7C.7.9D.5.2参考答案：C2.大连港矿石码头由于其泊位空间小，不能同时接卸两条大型矿船。
()A.错误B.正确参考答案：A3.梳式防波堤是传统的方沉箱防波堤中的方沉箱按适当比例取出代之以沉箱翼板，在平面上形成梳齿状的直立防波堤。
()A.错误B.正确参考答案：B4.龙卷风是一种强烈旋转的小涡旋，中心气压很低，一般比同高度四周低几十百帕。
()A.错误B.正确参考答案：BA.错误B.正确参考答案：B6.地震预报主要面临()等困难。
A.地震有较大的破坏性B.地震物理过程本身的复杂性C.地震的不可入性D.地震的小概率性参考答案：BCD7.()是在国外被广泛采用的开敞式码头型式，主要用于输运油品，近年也开始用于输运矿浆或液化气，有建设快，投资省以及船舶对风、浪、流的适应性强等优点。
A.桩基梁板结构B.重力墩式结构C.导管框架结构D.单点系泊结构参考答案：D8.随着经济全球化及高新技术的发展，海运船舶和港口建设逐渐走向()。
A.大型化B.专业化C.自动化D.一体化参考答案：ABC9.重力坝在施工期临时挡水时，下列属于其荷载组合的是()。
A.静水压力B.动水压力参考答案：AD10.在长江口深水航道治理工程中，三期工程的治理目标是将水深从()米增深至()。
A.7，10B.8.5，10C.8.5，12.5D.10，12.5参考答案：D11.导管架平台的造价与水深关系大致()增加。
A.呈直线关系B.呈指数关系C.呈对数关系D.呈双曲线关系参考答案：B12.关于乙类建筑的设防标准，下列说法正确的是()。
A.地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求B.地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求C.抗震措施当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求D.抗震措施当抗震设防烈度9度时，应符合比9度抗震设防有更高的要求参考答案：ACD13.抽水蓄能电站运行时主要具有哪些功能()。
水工05-04土石坝的稳定分析
圆弧滑动计算简图
(2)分别计算各土条上的作用力对圆心的力矩Ms 1)土条自重Wi对圆心的力矩 2)渗流动水压力Wφi对圆心的力矩
Wφi=γbh2sinβi 3)地震惯性力Q、V对圆心的力矩
4)孔隙水压力μ对圆心的力矩
(3) 土条底部抗滑力对圆心的力矩Mr
(4) 求稳定安全系数Kc
3. 简化毕肖普法
第四节 土石坝的稳定分析
一、土石坝失稳破坏形式及稳定分析的目的
1.土石坝失稳破坏形式 ●坝坡坍滑 ●塑性流动 ●液化破坏
2.土石坝稳定分析的目的 ●分析坝体及坝基在各种 不同的工作条件下，可 能产生体的失稳破坏形式。 ●通过计算，校核坝的稳定安全度，从而确定合 理的经济剖面。
二、土石坝坝坡滑动面形状
(三)稳定安全系数
1.采用计及条块间作用力的 计算方法时， 坝坡的抗滑稳定安全系数应不小于表1所 规定的数值。 2.采用不计及条块间作用力的 计算坝坡 的抗滑稳定安全系数时，对1级坝正常运 用条件最小稳定安全系数应不小于1.30， 其他情况应表1所规定的数值减小8%。
表1 坝坡抗滑稳定最小安全系数
(1)滑楔法 1)计算方法
以某心墙坝的上游坝坡为例，说明滑楔法按极 限平衡理论计算安全系数的方法。
无粘性土坝坡
2)斜墙与保护层的滑动稳定计算 ●斜墙与保护层的稳定计算 方法较多，有图
解法和数解法。 ●数解法 —作用力平行滑动面法 —水平力法
(2)摩根斯顿—普赖斯法
2.复式滑动面的稳定分析 ●当滑动面通过不同土料时，常由直线与圆弧组 合的形式。 ●复式滑动面的稳定分析方法，可近似按折线法 的原则进行计算。
比较一系列滑动圆弧的Kc，最小的安全系数 Kcmin即为该计算情况的安全系数。
大坝工程的稳定性分析及处理
大坝工程的稳定性分析及处理大坝是水利工程中的重要组成部分，其稳定性对于整个水利工程的安全运行至关重要。
然而，随着时间的推移，大坝出现各种问题的概率也随之增加。
因此，对大坝的稳定性进行分析和处理已经成为一个必不可少的过程，本文将着重对大坝工程的稳定性分析及处理进行探讨。
一、稳定性分析的方法大坝稳定性分析是大坝工程的基本工作之一。
进行稳定性分析的方法主要分为两种：一种是静力分析，另一种是动力分析。
静力分析是根据静力学原理，对大坝的各种力学效应变量进行计算和分析，从而得出大坝的稳定系数。
静力分析主要包括两个方面的内容：一个是评估大坝的稳定系数，另一个则是评估大坝建筑物的稳定系数。
动力学分析是根据大坝在不同的荷载情况下不同的振动特性，通过对大坝进行立体建模计算，得出大坝在不同条件下的振动特性变化及其对工程的稳定性的影响。
动力学分析可以通过不同的建模方法，如有限元法及动力学方程法得出大坝振动特性的解析结果。
二、大坝稳定性分析的难点种种因素会对大坝稳定性产生影响，其中最重要的因素是水。
建立合适的稳定性分析模型，首先需要对水流进行合适的建模、分析和计算。
然而，由于水流的复杂性，这一步骤常常需要计算液压力、特定流量及水文学特性。
除此之外，真实情况下大坝所面对的恶劣环境也会对大坝稳定性分析带来极大的挑战。
三、大坝稳定性分析的处理方法目前，针对大坝稳定性分析所出现的问题，我们拥有很多的解决方案。
一威鲁斯公式是大众所熟知的解决办法。
通过这个公式，我们可以计算出大坝的稳定系数，进而评估大坝工程安全可靠性。
此外，针对现场环境所存在的问题，我们可以采用不同的处理策略进行支撑和辅助。
例如，当遇到地质扫描中发现岩石变形不足、地基不够坚固等问题时，我们可以在建设前期对大坝的环境进行调查并对地基加固。
而当大坝在线运行时，我们可以通过不同的手段对大坝进行监测，从而及时发现问题并予以解决。
四、结论大坝工程的稳定性分析及处理非常关键。
在分析大坝工程的稳定性时，我们需要综合考虑多种因素，并充分发挥科技手段的优势。
土石坝的稳定分析
3.稳定安全系数计算公式
1）有效应力法计算，且计入地震荷载时
抗滑力矩总和 M r k 滑动力矩总和 M s
{[(w i V)cos i ubsec i Qsin i ]tani' Ci' bsec i } k [(w i V)sin i Mc / R ]
特殊 组合
校核洪水
正常运用+地震
1.2
1.1
1.15
1.05
1.1
1.05
1.05
1.0
上表中的安全系数适用于采用不计条间作用力的瑞典圆弧法 计算的情况。
对于1、2级高坝以及复杂条件情况，可采用计入条间 作用力的毕肖普法或其他较为严格的方法。此时，表 中的安全系数应提高5％～10％，且对1级大坝，在正 常运用条件下的安全系数不应小于1.5。
k w i sin i
《SL274－2001 碾压式土石坝设计规范》第8.3.2条规定：土石 坝各种工况，土体的抗剪强度均应采用有效应力法；粘性土施 工期和粘性土库水位降落期，应同时采用总应力法。（这主要 是粘性土的孔隙率比较小的缘故）。 第8.3.3条还规定：对以粗粒料填筑的高坝，特别是高面板堆石 坝，还应考虑其非线性抗剪强度指标问题。
复式滑动面示意图
4.5.2土料抗剪强度指标的选取
来自土的抗剪强度指标主要指总抗剪强度指标（凝聚力c和 内摩擦角）和有效抗剪强度指标（（凝聚力和内摩擦 角）。通常可以采用室外原位测试方法测定，或室内 剪切试验方法确定。 室内抗剪强度指标测定方法有3种：不排水剪、固结不 排水剪和排水剪。 《SL274－2001 碾压式土石坝设计规范》第8.3.5条中 规定：土的抗剪强度指标应采用三轴仪测定。对3级以 下的中坝，可用直接慢剪试验测定土的有效强度指标； 对渗透系数很小（小于 10 － 7cm/s ）或压缩系数很小 （小于0.2MPa-1）的土，也可采用直接快剪试验或固结 快剪试验测定其总强度指标。 《SL274 － 2001 碾压式土石坝设计规范》附录四中第 D.1.1条规定了不同时期（施工期、稳定渗流期和水库 水位降落期）、不同土类的抗剪强度指标的测定方法 和计算方法。
水利工程概论复习题与答案
水利工程概论复习题与答案一、单选题（共126题，每题1分，共126分）1.溢流重力坝泄水时,仅考虑( )的动水压力,其他部全可忽略不计。
A、直线过渡段B、进口曲线段C、溢流坝反弧段D、溢流堰曲线段正确答案：C2.斜流式水轮机在( )m水头范围内效率最高抗气蚀性能好。
A、80~120B、0~40C、120~160D、40~80正确答案：A3.无坝取水枢纽取水口的引水角一般采用( )。
A、30°~50°B、40°~60°C、50°~70°D、90°正确答案：A4.下列哪一个荷载不属于特殊荷载( )。
A、相应于校核洪水位时的浪压力B、相应于设计洪水位时的动水压力C、校核洪水位时的静水压力D、相应于校核洪水位时的扬压力正确答案：B5.某水利工程为综合利用工程,水库总库量为3500万m 3,灌溉面积为2.5万亩,电站装机0.5万KW,试确定该工程等别为( )。
A、二等B、三等C、五等D、四等正确答案：B6.根据干支流的分布及组合情况,下列不属于水系形状的有( )。
A、树叶状B、平行状C、扇状D、辅合(散)状正确答案：A7.溢流坝段的堰面曲线,当采用开敞式溢流孔时可采用( )。
A、抛物线B、圆弧曲线C、椭圆曲线D、幂曲线正确答案：D8.水文计算的任务是在工程( )阶段确定工程的规模。
A、规划设计B、投标C、检验D、预算正确答案：A9.土质防渗体的顶部厚度一般不小于( )。
A、3mB、2mC、4mD、5m正确答案：A10.以坝体重量来维持稳定的大坝我们一般叫做A、土石坝B、重力坝C、拱坝正确答案：B11.为了灌溉或其他目的引水的需要,常在天然河道、湖泊和水库的堤岸上建闸引水,这种闸叫( )。
A、节制闸B、排水闸C、分洪闸D、进水闸正确答案：D12.土石坝的哪种坝体排水无法降低浸润线A、贴坡排水B、褥垫排水C、棱体排水正确答案：A13.为使工程的( )恰当地统一起来,水利枢纽及其组成的建筑物要进行分等分级。
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有 限 单 元 法
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“
就是用石膏加硅藻土组成脆性材料，制作成拱坝整体模型，用 应变仪量测加荷后模型各点应变值的变化从而求得坝体的应力.
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
4
土压力（主动土 压力、被动土压 力、泥沙压力）；
2
水压力（静水压 力、动水压力、 浪压力、扬压 力）；
5
地震力（地震引 起：建筑物惯性 力和水的激荡力）
3
冰压力（静压力、 动压力）；
主要荷载： • G自重 F ₁扬压力 F ₂静水压力 f摩擦力（只是考虑到力的平衡）
壳 体 理 论 法
“
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
将拱坝连同地基这一连续的整体空间结构离散为有限个单元构 件，以结点互相连接，通过建立结点位移和结点力之间的平衡方 程，求得结点位移进而求出单元应力。
避免了结构力学方法中大量的假定和简化，能适应复杂的结构 和边界。
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
三种坝的应力 分析方法
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ 重力坝 ”
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
A
进行荷载计算及荷载组合
B
选择合适的方法进行应力计算
水压力的等截面圆弧拱圈，只能粗略地求出径向截面上的均匀应
力。
它不考虑拱在两岸的嵌固条件，不能计入温度及地基变形的影
响，因而不能反应拱坝的真实工作状态。
”
圆 筒 法
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ 纯拱法假定拱坝由一系列各自独立互不影响的水平拱圈叠合而 成，每层拱圈简化为两端固结的平面拱，用结构力学方法求解拱 的该应方力法。虽然可以计入每层拱圈的基础变位、温度、水压力等的作 用，但忽略了拱坝的整体作用，求得的拱应力偏大，也不符合拱
6 温度变化
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ 拱坝 ”
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
荷载类型与重力坝相差不大，不同之处在于： •温度为主要荷载， •扬压力对不同的拱坝影响程度不同
薄拱坝可忽略扬压力 中厚拱坝、厚拱坝要考虑扬压力
坝的真实工作情况。但该法计算简便，概念明确，对于在狭窄河
谷中修建的拱坝，不失为一种简单实用的计算方法。
同时纯拱法也是拱梁分载法的重要组成部分，分配给拱的
荷载需要用它来计算水平拱圈的应力。
纯 拱 法
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ 拱梁分载法把拱坝看成由一系列水平拱圈和一系列铅直梁所组 成，荷载由拱和梁共同承担，各承担多少荷载由拱梁交点处变位 一致条件决定。 荷载分配后，梁按静定结构计算应力，拱按纯拱法计算应力。 确定拱梁荷载分配的方法可以用试荷载法，也可以用计算机求 解联立方程组来代替试算。该方法计算结果较为合理，但计算量 较大，需借助计算机，适于大、中型拱坝。
CONTENTS
三种坝的荷载 三种坝的应力分析方法 三种坝的失稳形式 三种坝的工程实例
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
三种坝的荷载
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ 重力坝 ”
1
自重（建筑物及 其附属设备的重 量）；
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
杆件结构法 壳体理论法
s
T
应力
分析
wo
有限单元法 模型试验法
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
圆筒 法
纯拱 法
杆件 结构
法
拱梁 分载
法
拱冠 梁法
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ 圆筒法是把拱坝当作铅直圆筒的一部分，采用圆筒公式进行计 算。 它是拱坝计算中使用最早，最简单的方法，适用于承受均匀外
拱 梁 分 载 法
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ 最简单的拱梁分载法：只取拱冠处一根悬臂梁，根据各层拱圈 与拱冠梁交点处径向变位一致的条件求得拱梁荷载分配，且拱圈 所分配到的径向荷载从拱冠到拱端为均匀分布，认为拱冠梁两侧 梁系的受力情况与拱冠梁一样。 适用于河谷狭窄对称的中小型工程，或大型工程的初设阶段。
计算选定截面上的应力、 削弱部位（如孔洞、泄水 管道部位等）的局部应力、 个别部位（如宽缝重力坝 的头部、闸墩、导墙等） 的应力等步骤，必要时分 析坝基的上、下游局部应 力及内部应力。
三种坝的荷 载实例
“ 拱坝 ”
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
”
拱 冠 梁 法
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ ”
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ 所谓壳体是由内、外两个曲面围成的物体，两个曲面称为壳体 的表面。早在20世纪30年代，F·托尔克就提出了用薄壳理论计算 拱坝的近似方法，但由于坝体形状和几何尺度以及边界条件的复 杂性，使这种方法受到很大限制，随着计算机的广泛应用，薄壳 理论计算法也有了很大的发展。
C
检验大坝各部位的应力是否满足强度要求
应 力 分 析 的 过 程
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
方法
理论计算
模型试验法
材料力学法 有限元法
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
确定计 算工况
选择计 算方法
确定计 算截面
计算应 力
主要荷载：温度和扬压力
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
“ 土石坝 ”
三种坝的荷 载
三种坝的应 力分析方法
三种坝的失 稳形式
三种坝的工 程实例
•G自重 •F渗透压力
荷载和重力坝荷载也差不多，不同在于 •有渗透压力，造成局部失稳的主要因素 •忽略上游静水压力 不进行整体分析，只进行局部分析的原因就 是 土石坝的失稳往往是局部失稳。