重力坝的稳定分析
重力坝的抗滑稳定分析
主应力：σ1u=（1+n2) σyu-(pu-puu) n2 σ2u= pu-puu σ1d=(1+ m2) σyd-(pu-pud) m2 σ2d= pd-pud
例1 某重力坝如下图所示，属一级建筑物，基本组合[Ks]=1.10，特殊组合[Ks]=1.05，材料容重为24KN/m3，水的容重为10KN/m3，摩擦系数为f=0.62，试分析该坝的抗滑稳定性。（注：图中高程及尺寸单位均为米）
水工建筑物习题课
重力坝的抗滑稳定分析
沿坝基面的抗滑稳定分析
单一安全系数法、极限状态分析法
抗剪强度公式
Ks=f(∑W-U)/ ∑P
抗剪断公式
Ks’=[f’(∑W-U)+c’A]/ ∑P
刚体极限平衡法
单斜面深层抗滑稳定计算
当整个可能滑动面基本上都由软弱结构面构成
01
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03
04
05
时，宜用抗剪强度公式计算，Ks值用1.05~1.3；
单击此处可添加副标题
校核洪水位情况（特殊组合）抗滑稳定安全系数计算： 扬压力：U=10×25×60.5+10(70-25)×60.5÷2=28737.5(KN) 上游水压力：P1=10×70×70÷2=24500(KN) 下游水压力：P2=10×25×25÷2=3125(KN) 下游水重：W2=10×25×0.7×25÷2=2187.5(KN) 公式：Ｋs=f.(∑W-U)/∑P Ｋs=0.62×(63570+2187.5-28737.5)/(24500-3125)=1.07 ∵基本组合抗滑稳定安全系数：Ｋs=1.24＞[Ｋs]＝１.1０ 特殊组合抗滑稳定安全系数：Ｋs=1.07＞[Ｋs]＝１.05 均符合规范要求 ∴ 该坝的抗滑稳定是安全的。
重力坝抗滑稳定措施浅析
重力坝抗滑稳定措施浅析摘要：通过对重力坝抗滑稳定的分析，采取有效措施提高其抗滑稳定性，确保大坝安全运行。
关键词：水利枢纽；重力坝；抗滑稳定；措施前言重力坝是用混凝土或石料等材料修筑，主要依靠坝体自重保持稳定的坝，它历史悠久、优点较多，目前仍被广泛采用。
重力坝抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或坝基内软弱结构面抗滑稳定的安全度，提高重力坝抗滑稳定的措施要根据其工作原理及特点，通过分析不同情况下的稳定性，分别确定切实有效的提高抗滑稳定措施。
下面就重力坝存在的几种可能滑动情况分别进行稳定分析，根据分析结果落实相应的抗滑稳定措施。
一、沿坝基面的抗滑稳定问题1、沿坝基面的抗滑稳定分析（以一个坝段或取单宽作为计算单元）1.1利用抗剪强度公式，将坝体与基岩间看成是一个接触面，而不是胶结面。
当接触面呈水平面时，其抗滑稳定安全系数Ks =①式中ΣW为接触面以上的总铅直力；ΣP为接触面以上的总水平力；U为作用在接触面上的扬压力；f为接触面间的摩擦系数。
当接触面倾向上游时Ks=②式中β为接触面与水平面间的夹角。
由式②可以看出，当接触面倾向上游时，对坝体抗滑有利；当接触面倾向下游时，β为负值，使抗滑力减小，滑动力增大，对坝体稳定不利。
1.2利用抗剪公式时，认为坝体混凝土与基岩接触良好，直接采用接触面上的抗剪断参数和计算抗滑稳定安全系数。
s =③式中A为接触面面积；为抗剪断摩擦系数；为抗剪断凝聚力。
2、增加抗滑稳定性的工程措施从稳定性分析计算公式看出，要增大K值可采取多种措施，如增加坝体的铅直力ΣW，减小扬压力U，提高滑动面的抗剪强度指标f值。
对具有软弱夹层的地基应设法增加尾岩抗体被动抗力。
如依靠减小水平推力ΣP来增加坝体稳定性难度很大。
因此，可以采用以下工程措施提高抗滑稳定性。
一是加大坝体剖面。
在上游面或下游面加大剖面以增加坝体自重，在上游面加大剖面可增加坝体自重及垂直水重，提高ΣW值，从而增加坝的抗滑稳定性；二是采用有利的开挖轮廓线，开挖坝基时，利用岩面的自然坡度，使坝基面倾向上游；三是在坝基面设置排水系统，加强坝基排水，减小扬压力，增大K值；四是提高软弱夹层的抗剪强度指标。
重力坝稳定分析方法及提高坝体抗滑稳定的工程措施样本
重力坝的稳定性汪祥胜 ( 46) 前言:重力坝是世界出现最早的一种坝型, 早在29 前在埃及就出现了最早的重力挡水坝。
随着中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, 经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致积档水建筑物, 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它荷载作用下, 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: 重力坝之因此得到广泛应用,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须满足: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。
重力坝的稳定及应力分析
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。
地基的接触面、坝体折坡处或坝体断面
削弱的部位（如廊道、泄水管道等部 位）。
1） 基本假定
i.
坝体混凝土为均质、连续、各向同性 的弹性材料； 不考虑两侧坝体的影响，各坝段独立 工作； 假定坝体水平截面上的正应力σy按直 线分布，不考虑廊道等对坝体应力的 影响。
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
坝 踵 坝 踵 坝 趾Fra bibliotek硬 库 满
软
Ec—— Er——
基坝 岩体
2、地基变形弹模对坝体 应力的影响 3、坝体异弹模对坝体应 力的影响 4、纵缝对坝体应力的影 响 5、分期施工对坝体应力 的影响(见下图) 6、坝踵断裂对坝体应力 的影响
坝体主应力分布示意图
影响坝体应力的主要因素有：
1)
地基变形对坝体应力的影响；
2 2
2u Pu
2 d Pd
3）内部应力的计算
1 、坝内水平截面上的正应力 σy 假 定和σy在水平截面上直线分布。 2、坝体内剪应力τ。 3、坝内水平正应力σx。 4、坝内主应力σ1和σ2。 5、考虑扬压力时的计算方法。
考虑扬压力作用时的应力计算
水坝设计中的坝体稳定性分析
水坝设计中的坝体稳定性分析在水坝设计中，坝体稳定性是一个至关重要的问题。
坝体稳定性不仅关系到水坝的安全性，更直接影响到水坝的使用寿命和工程效益。
因此，在水坝设计的过程中，对坝体稳定性进行全面的分析和评估是非常必要的。
一、坝体稳定性分析的基本概念坝体稳定性是指水坝在承受地下水和坝体自重、渗流压力以及外部荷载的作用下，坝体不发生破坏或发生破坏的概率很小的状态。
坝体稳定性分析是通过对水坝各种受力情况的计算和模拟，来评估水坝的整体稳定性并提出相应的改进措施。
二、坝体稳定性分析的主要内容1. 静力分析：静力分析是水坝设计中的基础，通过对水坝受力情况的计算和分析，确定坝体的受力状态，包括重力坝、拱坝、重力-拱坝等不同类型水坝。
2. 渗流分析：水坝周围地下水和坝体内部水流的渗透对坝体稳定性有重要影响，渗流分析主要是通过数值模拟和实际监测，评估水坝渗流对坝体稳定性的影响。
3. 抗震分析：地震是水坝面临的重要自然灾害之一，抗震分析是评估水坝在地震作用下的稳定性，确定水坝的抗震性能和安全储备。
4. 滑动稳定性分析：水坝坝基和坝体之间的滑动是水坝稳定性的一个重要指标，滑动稳定性分析通过对地基土层性质和坝体结构的计算、模拟，评估水坝的滑动稳定性。
5. 破坏机理分析：水坝破坏的机理是水坝稳定性分析的关键，通过对水坝破坏机理的模拟和分析，可以进一步提高水坝的稳定性。
三、坝体稳定性分析的方法与工具1.数值计算方法：数值计算方法是目前水坝设计中常用的分析方法，包括有限元法、有限差分法等，通过计算机模拟水坝的受力情况和破坏机理，评估水坝的稳定性。
2. 监测与实测方法：监测与实测是对水坝真实受力情况的监测和检测，通过现场数据的采集与分析，可以验证水坝设计和分析的准确性，提高水坝的安全性。
3. 专业软件辅助：如Plaxis、Autocad等专业软件可以提供水坝设计中各种受力情况的模拟和计算，辅助设计师进行坝体稳定性分析与评估。
四、水坝设计中的坝体稳定性评估在水坝设计中，坝体稳定性评估是一个重要的环节，通过对水坝各种受力情况的分析和评估，可以及时发现水坝存在的安全隐患，采取相应的措施加以改善，确保水坝的安全性和稳定性。
第3节重力坝的稳定分析
第3节重力坝的稳定分析重力坝是一种常见的水利工程结构，广泛应用于水电站、灌溉渠道和排水系统等领域。
稳定性是设计和构建重力坝时必须考虑的重要因素之一。
本文将介绍重力坝的稳定性分析方法，以帮助读者更好地理解和应用在实际工程中。
一、稳定性分析的基本原理重力坝的稳定性分析是指通过力学的方法来评估坝体在受到水流、地震和土体压力等外力作用下的稳定性。
其基本原理是根据力的平衡和破坏准则对坝体进行分析。
稳定性分析的结果直接关系到坝体是否能够保持安全稳定，因此是设计中至关重要的环节。
稳定性分析通常包括静力分析和动力分析两个方面。
静力分析主要考虑坝体受到静水压力的作用，以及坝体自重和地震力等因素。
动力分析则关注坝体在地震和水流等动力荷载作用下的响应和变形。
二、静力分析方法1. 基本假设静力分析方法的基本假设是坝体在静水压力下处于静力平衡状态。
在分析中，可以假设坝体为刚体，计算坝顶的受力和坝底的抗力，以确定坝体的稳定性。
2. 受力计算在静力分析中，需要计算坝体所受的静水压力。
静水压力由上游水体的水位、坝体几何形状和水的密度决定。
通过计算坝顶的受力和坝底的抗力，可以确定坝体的受力情况。
3. 稳定性评估稳定性评估主要考虑坝体所受力矩和抗力矩之间的平衡关系。
如果受力矩大于抗力矩，坝体就会发生倾覆或滑移等破坏形式。
因此，需要通过计算力矩的大小来评估坝体的稳定性。
三、动力分析方法1. 地震力分析地震是重力坝的重要设计参数之一，也是动力分析的关键内容之一。
地震力分析需要考虑地震的频率和幅值，以及坝体的响应特性。
通过建立地震波模型和采用动力计算方法，可以得到坝体在地震作用下的响应和变形情况。
2. 水动力分析水动力分析主要考虑坝体在水流作用下的稳定性。
水流作用会对坝体施加水平力和垂直力，产生坝体的变形和振动。
通过建立水动力模型和采用数值计算方法，可以预测坝体的响应和变形情况，进而评估坝体的稳定性。
四、稳定性分析的实际应用稳定性分析方法在实际工程中有广泛应用。
重力坝整体稳定分析ppt课件
缺点：是不能考虑岩体受力后所产生变形的影响， 极限状态与允许的工作状态也有较大的出入。
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§3.3.1 重力坝抗滑稳定分析概述
有限单元法：
可计算地基受力后的应力场和位移场，并可模拟地 基中软弱结构面的局部化效应及多场耦合作用效应等， 研究地基破坏的发展全过程。 优点：可以考虑复杂地基的局部化效应及材料的非线性 本构关系，模拟地基及坝体变形与破坏的全过程等； 缺点：对有限元计算结果的应用及稳定判据的应用上尚 需进一步研究。
• Ⅱ类基岩——好的岩石，
•
f ′ ＝1.0～1.3, c′＝1.1～1.3Mpa
• 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 22
§3.3.3 沿坝基面抗滑稳定分析
注意：上述结果不包括基岩内有软弱夹层 的情况；同时，胶结面的f ′,c′值不能高 于混凝土的f ′,c′；对于Ⅰ、Ⅱ类基岩， 如果建基面做成较大的起伏差，可采用 混凝土的抗剪断参数。
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§3.3.1 重力坝抗滑稳定分析概述
★ 基于有限元法的重力坝抗滑稳定分析
一般常用的分析方法有： ♀超载法：将作用在坝体上的外荷载逐级加大，直至
滑动面的抗滑稳定处于临界状态，外荷载增大倍数 即为抗滑稳定安全系数； ♀强度储备法：降低软弱夹层和尾岩抗力体的抗剪参 数值，直至沿滑动面的抗滑稳定处于临界状态，抗 剪参数值的降低倍数即为安全系数； ♀剪力比例法：根据有限元法计算在设计荷载作用下 滑动面上的正应力和剪应力分布，求出滑动面上总 的抗滑力和和滑动力，两者的比值即为安全系数。
重力坝的稳定分析
重力坝的稳定分析重力坝主要是依靠自重维持稳定，其可能出现的破坏型式(见图2.9)：滑动：坝体沿抗剪能力不足的薄弱而产生滑动。
倾复：抗倾力矩小于倾复力矩.下游地基差易出现. 计算假定1、河床坝段作为平面问题处理，岸坡坝段按空间问题处理；2、略去横缝作用，以单宽计；3、假定为一根固结于基础上的变截面悬臂梁稳定分析目的: 验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度.一)沿坝基面的抗滑稳定分析假定坝体与坝基的连接有三种物理模式:“触接”、“粘接”、“咬接”.简单接触----摩擦公式认为坝底光滑，坝基光滑，坝直接放置在基岩上----“触接”故当滑动面为水平面时,抗滑稳定计算公式：2、抗剪断公式假定坝体与坝基之间涂有一层砂浆----“粘接”计算时考虑粘结力的作用，故抗剪断公式为:3、剪摩公式假定坝体坝基之间凸凹不平，相互咬合在一起，计算时考虑纯剪强度说明:1、上述三个抗滑稳定计算公式是在不同的假定前提下得到的摩擦公式：形式简单，概念明确，计算方便，多年来积累了丰富的经验，公式中不考虑粘结力与实际不符，(安全裕度含在假定中，k=1.0并不意味着处于临界状态；)剪摩公式：考虑抗滑力时，人为地把阻滑力看作为摩擦力与抗剪能力之和，己挖掘了维持稳定的所有潜力。
因而要求的安全系数较大，在美、日等国家用得较多。
抗剪断公式：物理概念明确，也较符合实际，是近年来发展的趋势，《规范》也推荐采用，应注意抗剪断参数的选用。
2、对摩擦公式和抗剪断公式的讨论摩擦公式忽略了坝体与基岩的胶结作用，不能完全反映实际工作状态，由于不考虑C的作用，因此K取的较小。
抗剪断强度公式考虑了坝体与基岩的胶结作用，计算了全部抗滑潜力，比较符合坝的实际工作状态，物理概念明确。
但C‘现场测值不稳，因此K’取值较大.(四)、增稳措施1°利用水重；2°将坝基开挖成向上游倾斜的斜面(一般不这样做)；3°当节理面倾向下游时，在坝踵下设齿墙，增加滑动体重量也增大抗力；4°设排水系统减小扬压力；5°加固地基(如进行固结灌浆提高强度参数)；6°予应力锚固；。
基于重力坝应力计算及稳定分析的优化设计
基于重力坝应力计算及稳定分析的优化设计重力坝是一种常见的水利工程结构，其稳定性是设计中需要考虑的重要问题。
在设计重力坝时，需要对其应力进行计算和稳定性进行分析，并进行优化设计。
首先，重力坝的应力计算需要考虑以下几个方面。
首先是坝体自重的计算，包括坝体上升水压力和上升地下水压力。
其次是坝顶压力的计算，包括抗倾覆稳定和抗滑移稳定的力学分析。
还需要考虑水侧坝体的压力计算，包括水压头的作用和大坝的承压强度。
最后是岩质坝体的应力分析，考虑岩性、节理的影响及坝体的变形与稳定性。
为了保证重力坝的稳定性，需要进行稳定分析。
稳定分析主要包括抗倾覆稳定和抗滑移稳定两个方面。
抗倾覆稳定分析是为了防止重力坝在承受水压力的作用下发生倾覆。
抗滑移稳定分析是为了防止重力坝在地基土的滑移力的作用下发生移动。
通过合理选择坝体的高度、坝基的强度和选择合适的岩质材料，可以有效地提高重力坝的稳定性。
在重力坝的优化设计中，可以从以下几个方面进行考虑。
首先是合理选择重力坝的形式，可以是三角形、梯形或者圆弧形等不同形式，根据工程实际情况进行选择。
其次是选择合适的坝基处理措施，包括混凝土垫层、防渗墙等，可以提高坝体的稳定性。
另外，可以考虑采用辅助措施，如设置消能防冲设施、阻水排水系统等，提高重力坝的安全性。
最后，可以进行不同形式的优化设计，如遗传算法、模拟退火算法等，寻找最优设计方案，既能满足工程要求，又能提高工程的经济性和可行性。
综上所述，基于重力坝的应力计算及稳定分析的优化设计是一个综合性的工程问题。
通过合理的应力计算和稳定分析，可以提高重力坝的稳定性。
同时，通过优化设计，可以选择合适的形式和措施，提高工程的安全性和经济性。
因此，在重力坝的设计中，需要综合考虑各种因素，进行全面的分析和优化设计。
重力坝抗滑稳定分析
重力坝抗滑稳定分析重力坝的稳定应根据坝基的地质条件和坝体剖面形式，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混凝土层面上的滑动稳定性。
另外当坝基内有软弱夹层、缓倾角结构面时，也应核算其深层滑动稳定性。
《混凝土重力坝设计规范》（),,(0k k Q k G a Q G S ⋅⋅⋅⋅γγψγ⎪⎪⎭⎫⎝⎛k m k da f R ,11γγ),,,(0k k k Q k G a A Q G S ⋅⋅⋅⋅γγψγ⎪⎪⎭⎫⎝⎛k m k da f R ,12γγ•••R f 'R c '•C f 'C c '••——材料性能分项系数，查表1-12，也可实验确定；γd1——基本组合结构系数，查表1-13； A k ——偶然作用代表值；γd2——偶然组合结构系数，见表1-3；Σf 'f 'c 'c '2）。
2．抗剪断参数的选取式（4）中f 'R f 'C c 'R c 'C 的值，直接关系到工程的安全性和经济性，必须合理地选用。
一般情况下，应经试验测定，且每一主要工程地质单元的野外试验不得少于4组；选取这些参数值时，应结合现场的实际情况，参照工程地质条件类似的工程经验，并考虑坝基岩体经工程处理后可能达到的效果，经地质、试验和设计人员共同分析研究进行适当调整后确定，中型工程的中、低坝，若无条件进行野外试验，应进行室内试验，并参照地质条件类似工程的经验数据选用，小型工程的低坝无试验资料时，可参照地质条件类似工程的试验成果和经验数据选用，坝体混凝土与基岩接触面抗剪断参数的计算参考值见DL5108－1999《混凝土重力坝设计规范》。
表1 材料性能分项系数表2 结构系数。
重力坝稳定分析和应力的分析的内容和意义
重力坝稳定分析和应力的分析的内容和意义
稳定
在任何可能出现的荷载组合的情况下，重力坝都必须保持稳定。
而岩基混凝土重力坝的失稳破坏一般有以下两种类型：①坝沿抗剪能力不足的面产生滑动，包括沿坝基面或沿附近岩体的表层或浅层破坏以及沿基岩体内方向不利而又连续延伸的软弱结构面产生深层滑动；②坝可能伴随着在上游坝踵以下出现斜拉裂缝以及在下游坝趾以下出现岩石受压屈服区，两者逐渐开展，直至连通，坝体连同部分地基产生倾倒或滑移而破坏。
抗滑稳定分析主要就是核算坝体沿坝基面或地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。
主要计算方法有两种：抗剪断强度公式（Ksh）抗剪强度公式（Ksl），根据我国1984年颁布的《混凝土重力坝设计规范SDJ21—78（试行）补充规定》中规定，除中型工程中的中低坝外，应按抗剪断强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数。
应力分析
强度和稳定是表征建筑物安全两个重要方面。
而应力分析是校核强度和稳定的前提。
重力坝的应力分析是在坝体断面业已初步拟订的情况下进行的，其目的是为了判定坝体运用期和施工期是否满足强度和稳定方面的要求，同时也为研究与设计和施工有关的其他问题（如确定坝体混凝土标号分区以及在某些部位配置钢筋等）提供依据。
设计的坝体断面需要满足规定的应力条件：在基本荷载组合下，重力坝坝基面的最大垂直正应力应小于坝基允许压应力，最小垂直正应力应大于零；对于坝体应力，在基本荷载组合下，下游面最大主压应力不大于混凝土的允许压应力值，上游面的最小主压应力应大于零。
应力的计算方法很多，可归纳为理论计算和模型实验两大类。
设计时一般使用理论计算的方法，理论的计算方法有材料力学法、弹性理论和弹塑性理论的方法。
重力坝特点
重力坝特点一、引言重力坝是一种常见的水利工程结构，用于蓄水、供水和发电等目的。
它由混凝土或石头等材料构成，通过其自身的重力来抵抗水压力。
本文将详细介绍重力坝的特点。
二、结构特点1.坝体稳定性强：重力坝以其自身的质量来抵抗水压力，具有较好的稳定性。
坝体通常采用混凝土或石头等材料构建，能够承受巨大的水压力。
2.基础宽大：为了增加重心位置，提高稳定性，重力坝通常具有较宽的基础。
宽大的基础可以分散坝体上的应力，并将其传递到地基中。
3.抗震性能好：由于重力坝结构稳定且质量大，能够有效地抵抗地震引起的水压力和地震动荡。
4.施工相对简单：相比其他类型的大型水利工程结构，如拱坝和土石坝，重力坝施工相对简单。
主要施工过程包括原址准备、坝体浇筑和基础处理等。
三、水力特点1.蓄水能力强：重力坝的主要功能之一是蓄水。
由于坝体的稳定性和结构特点，重力坝能够容纳大量的水，提供持续的供水能力。
2.水流控制灵活：重力坝通常具有可调节的泄洪设施，可以根据需要控制水流。
这使得重力坝在应对洪水和干旱等极端气候条件下具有灵活性。
3.发电效率高：许多重力坝还用于发电。
通过引导蓄水释放能量，可以驱动涡轮发电机产生电能。
由于重力坝通常具有较高的水头，其发电效率较高。
四、环境影响1.生态影响：建造重力坝会改变河流或溪流的自然环境，影响河道生态系统。
大规模蓄水会淹没大片土地和植被，破坏野生动物栖息地。
2.社会影响：重力坝可能导致人口迁移和土地征用。
为了建设重力坝，可能需要搬迁当地居民，并占用农田或其他资源。
3.地质影响：重力坝的建设对地质环境有一定影响。
特别是在山区或地震活跃区域，需要进行详细的地质勘测和工程设计，以确保坝体的稳定性和安全性。
五、案例分析1.三峡大坝：作为世界上最大的重力坝之一，三峡大坝位于中国长江上。
它具有强大的防洪能力、巨大的蓄水容量和高效的发电能力，对中国经济和环境产生了深远的影响。
2.卢旺达鲁鲁贝尔重力坝：这座位于卢旺达的重力坝为该国提供了稳定的供水和发电能力。
1 概述2 重力坝的稳定分析3 重力坝的坝体强度验算
2 ¢ ——坝基与坝体接触面面积（m AR ）
计算时应分别考虑基本组合和偶然组合
当坝基面为倾向上游的倾斜面时
S (*) =
ü å P cos a - å W sin a ï ý R (*) = f ¢ ( å W cos a - U + å P cos a ) + C ¢ A ¢ ï þ
重力坝应:
Ø
按承载能力极限状态验算坝趾和坝体选定截面下游断 点的抗压强度， 按正常使用极限状态验算满库时坝体上游面拉应力和 空库时的下游面拉应力 对于高坝，宜采用有限单元法进行计算或用结构模型、 地质力学模型试验成果予以验证。 修建在复杂地基上的中坝，必要时也可进行有限元分 析。
Ø
Ø
Ø
1.坝趾及坝体选定截面下游端点抗压强度验算 应分别计算基本组合和偶然组合两种情况。
¢ 一般在 f Rk
0.55~1.25之间，抗剪断粘聚力标准值 C Rk 一般在
2 单一安全系数法 （1）抗剪强度公式（摩擦公式） 滑动面水平时
× å W - U ） 阻滑力 f （ K = = 滑动力 å P
（2）抗剪断强度公式 滑动面上的阻滑力应包括抗剪断摩擦力和抗剪断粘 聚力
— —
1 概述 2 重力坝的稳定分析
一、坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定计算 【分项系数法、单一安全系数法】 — 二、坝基深层抗滑稳定计算 — 三、提高抗滑稳定性的措施
—
—
3 重力坝的坝体强度验算
一、分项系数法的应力控制标准 — 二、单一安全系数法应力控制标准 — 三、用有限元法计算时的应力控制标准
荷载组合 基本组合
[ K ]
特殊组合（1） 特殊组合（2） 基本组合
重力坝稳定分析
通过增加重力坝的底面积，降低单位面积上的承载压力，提高稳定 性。
优化坝体与基础之间的连接
确保坝体与基础之间的连接紧密、牢固，防止出现脱空、裂缝等现 象，保证坝体的稳定性。
THANKS
感谢观看
种工况下的稳定性满足设计要求。
优化设计
03
根据稳定分析结果，可以对重力坝的设计进行优化，提高坝体
的稳定性。
保障下游人民生命财产安全
预防洪水灾害
重力坝是重要的防洪设施，其稳定性直接关系到下游地区的 洪水灾害风险。如果重力坝失稳，将会造成严重的洪水灾害 。
保护人民生命财产安全
重力坝的稳定性对于保护下游人民的生命财产安全至关重要 ，一旦重力坝失稳，将会对下游地区造成巨大的损失。
确定分析范围和边界条件
01
定边界条件，包括坝体与地基 的接触条件、水压力边界、温度 边界等。
建立重力坝模型
根据重力坝的结构特点，建立合适的 计算模型，包括几何模型、材料模型 和本构模型等。
确定模型中的参数，如重力坝的几何 尺寸、材料属性、水压力等。
提高重力坝的耐久性和安全性
预防结构损伤
通过稳定分析，可以发现坝体存在的潜在问题，及时采取措施进行加固或修复， 预防结构损伤对重力坝的稳定性和耐久性造成影响。
优化维护管理
根据稳定分析结果，可以制定更加合理的维护管理方案，定期对重力坝进行检 查、加固和维护，确保重力坝长期保持良好的工作状态。
03
重力坝稳定分析的方法
发展
随着材料科学和施工技术的进步，重 力坝的设计和建设水平不断提高，坝 体规模和承受水压力越来越大。
02
重力坝稳定分析的重要性
防止重力坝失稳
评估坝体在各种工况下的稳定性
作业一重力坝的稳定应力分析
作业一重力坝的稳定应力分析重力坝是一种常见的大坝类型，以其简单、稳定的结构而被广泛应用于工程建设中。
重力坝主要依靠其自身的重量抵抗水压力，保证坝体整体的稳定。
在重力坝的设计和施工过程中，稳定性是一个重要的考虑因素。
稳定性分析可以帮助工程师确定重力坝的最佳尺寸、形状和材料，以确保坝体可以承受水压力和其他外力的作用。
重力坝的稳定性主要包括静力稳定性和动力稳定性两个方面。
静力稳定性分析是指坝体在静止状态下是否能够保持平衡，并通过重力抵抗来抵抗水压力的作用。
动力稳定性分析是指坝体在水流冲击和地震作用下是否能够保持稳定。
在进行重力坝的稳定应力分析时，首先需要确定重力坝的几何形状和材料参数。
重力坝的几何形状包括坝身高度、坝顶宽度、坝底宽度等。
材料参数包括坝体的抗压强度、摩擦角等。
然后，可以使用力学原理和数学方法对坝体进行静力稳定和动力稳定性分析。
静力稳定性分析主要包括重力平衡、摩擦力和附加压力等因素的考虑。
重力平衡要求坝体的重力和水压力之间达到平衡，即满足重力矩平衡和重力力平衡。
摩擦力主要指坝体与地基之间的摩擦力，需要保证摩擦力能够抵抗倾覆力矩的作用。
附加压力是指当坝体的水位发生变化时，由于地下水和孔隙水的作用，会对坝体施加额外的压力，需要考虑这一点来确保稳定。
动力稳定性分析主要包括水流冲击和地震作用的考虑。
在水流冲击分析中，需要考虑水流冲击力对坝体的作用，以及坝体的抗浮力。
地震作用分析中，需要考虑地震对坝体的作用，以及坝体的抗倾覆能力。
除了静力和动力稳定性分析外，还需要考虑其他因素对重力坝的稳定性的影响。
例如，温度变化会导致坝体的膨胀和收缩，可能对坝体结构造成影响，需要考虑温度因素。
此外，地下水位变动、洪水冲刷等等也需要在稳定性分析中进行考虑。
总之，重力坝的稳定力学分析是重力坝设计和施工的重要环节。
通过对重力坝的稳定应力分析，可以确保重力坝能够在不同条件下保持稳定，并能承受各种外力的作用。
这对于保障工程的安全运行和灾害防治具有重要的意义。
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5 、坝体体积大，水泥用量多，浇筑时水 泥水化热散发困难，易形成裂缝，故施 工阶段温度控制要求高。 为了克服重力坝固有的缺点，在实体 重力坝的基础上发展出了宽缝重力坝、 空腹重力坝、预应力重力坝等型式，减 少了混凝土工程量，降低了扬压力，较 好地利用了混凝土材料的强度。
三．重力坝的设计内容
1．剖面设计：拟定重力坝的剖面形状和尺 寸； 2．稳定分析：验算坝体沿坝基面或地基中 软弱结构面的抗滑稳定的安全度； 3、应力分析：计算坝体各部位的应力分布 状况，在坝体设计满足应力分布的条件 下，保证坝体和坝基的强度； 4．设计：确定坝体的细部构造；
• 令 K1=K2 ，求出 R ，代回上述两式中，算出 K1 和K2，若大于等于允许值，则满足稳定要求。
四．提高坝体抗滑稳定性的措施
• 1．利用水重：上游面倾向上游； • 2 ．坝基开挖成略向上游倾斜的面或成齿状开 挖； • 3 ．设置齿墙，增大滑动体重量，从而增加抗 滑力； • 4．抽水降低扬压力； • 5．加固地基，提高地基整体性； • 6．横缝灌浆，增加坝体的整体性； • 7．采取预应力措施； • 8．对宽缝重力坝和空腹重力坝，在空隙中填 碴加重。
Ks
'
–取值可参见天大教材P52表3-6 –f’——抗剪断摩擦系数 –c’——抗剪断凝聚力 –安全系数K’s取值，对于基本荷载组合，取3.0； 在考虑校核洪水时的特殊组合，取2.5；在考虑地 震出现时的特殊组合，取2.3。
f W U C A K P
' ' ' s
• 1．单斜面抗滑稳定分析 将滑动面以上的坝体和地基视为一体，按抗剪 断强度公式计算即可。
第三章 重力坝
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 §3-5 §3-6 §3-7 §3-8 §3-9 概述 重力坝的稳定分析 重力坝的剖面设计 泄水重力坝 重力坝的地基处理 重力坝的材料、混凝土分区及坝体构造 碾压混凝土重力坝 其他形式重力坝 支墩坝
§3-1 概述
一．重力坝的工作原理 工作原理：依靠坝体自重在坝基上产生的 摩擦力和坝体与地基之间的凝聚力来抵 抗坝体前的水平水压力以满足抗滑动稳 定，以坝体自重在水平截面上产生的压 应力来抵抗由于水压力所引起的拉应力 以满足强度要求和抗倾覆稳定。
K
三．深层抗滑稳定分析
f W cos U P sin C P cos W sin
B
B
A
fB——滑动面上的抗剪断屈服极限强度摩擦系数； CB——滑动面上的抗剪断屈服极限强度凝聚力。 当滑动面倾向上游时， 选用“+ΣPsinβ”和“-ΣWsinβ”； 当滑动面倾向下游时， 选用“-ΣPsinβ”和“+ΣWsinβ”。 一般地K=1.1~1.3。
三．重力坝的设计内容
5．地基处理设计：根据地基条件，提出防
渗、排水、软弱破碎带的处理方案； 6．溢流重力坝和泄水重力坝的孔口设计： 确定堰的型式、高程、孔口尺寸、体形、 消能防冲措施； 7．监测设计：确定坝体内部和外部观测用 仪表和布置方案。
§3-2
重力坝的稳定分析
• 一．重力坝失稳的几种可能性
单斜面抗滑稳定分析图
ΣP W β U P
W1
A
α U1
R Ψ B
D
C
β
U2 W2
2．双斜面抗滑稳定分析
• （1）方法：剩余推力法、被动抗力法、 等安全系数法
–剩余推力法：令ABD区处于极限平衡状态，求出R P cos W 1 sin f cos P sin R sin U 1 C1 A1 R cos 1W1 P cos W sin f W cos P sin U C A R cos sin f
–1．由于某一截面抗剪强度不足，导致剪切破 坏并产生滑动。 –2．由于绕坝趾的倾覆力矩大于抗倾覆力矩而 发生倾覆。 –3．由于扬压力大于坝体自重导致坝体浮起。
二．沿坝基面的抗滑稳定分析
• 1．摩擦公式
Ks
f W cos U P sin
P cos W sin
K
s
P W ß
一般f=0.5~0.8，
U
–根 据 规 范 规 定 ， [K] 值 ： 基 本 组 合 ： 1.05~1.10， 特殊组合：1.0~1.05 – 当坝基面为水平面时，公式简化为：
K
s
．沿坝基面的抗滑稳定分析
• 2．抗剪断强度公式 考虑坝体与地基间的胶结力，则得到抗剪断 强度公式为：
K
1
f W
1
1
cos P sin R sin U 1 C1 A1 R cos P cos W 1 sin
K
2
K
f R sin W
2
R cos W 2 sin
2
cos U 2 C 2 A2
二．重力坝的特点：
1 、可以布置坝顶溢洪道和坝身泄水孔，泄流量 大，便于施工阶段后期导流； 2、结构和断面形状简单，便于机械化施工，模 板用量少，且可大量使用定型模板； 3、对地形地质条件的适应性较好，一般具有足 够强度的岩基均可满足要求； 4、坝体与地基的接触面大，受扬压力的影响大， 坝体内的压应力一般不大，不能充分利用混凝 土材料抗压强度大的特点；
1 1 1 1 1 1
对于 BCD 区，如能满足抗滑稳定，则整体 满足抗滑稳定。得 f R sin W cos U C A K K K R cos W sin
2 2 2 2 2 2 2
1
• 等安全系数法 • ABD区和BCD区的抗滑稳定计算式分别为：