3.1拱坝概述

国 内 拱 坝 建 设
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响洪甸拱坝位于淮河支流西淠河上，属于响洪甸镇，是我国自行设计和
施工的第一座等半径同圆心混凝土重力拱坝，1956年4月开工建设， 1958年7月竣工。最大坝高87.5米。
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•4、拱坝建设的熟练阶段（1960年－至今）
标志： 1960 年，建成的意大利瓦依昂
（Vaiont）拱坝（H=262m）。
另选其他坝型。
龙羊峡水电站
•三、拱坝的形式 •（１）按厚高比分
拱坝的型式 薄拱坝 中厚拱坝 厚拱坝 厚高比
TB H 0.2
0.2 TB H 0.35
TB H 0.35
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•（2）按坝体形态分
•按照拱坝的拱弧半径和拱中心角，可将拱坝分为：
单曲拱坝（single－curvature arch dam） 双曲拱坝（double－curvature arch dam）
等外半径变内中心角拱坝
对于底部狭窄的“V”字形河谷适用。此时，各层拱圈自拱冠向拱端逐渐变厚
。
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•双曲拱坝（double－curvature arch dam）
•定义：在水平和铅直截面上都呈拱形。
双曲拱坝（double－curvature arch dam）
特点：悬臂梁兼有垂直拱的作用，对降低 坝体拉应力有利。在水压力作用下，双曲 拱坝中部垂直梁的应力是上游面受压，下 游面受拉，与自重产生的梁应力相反，可 相互抵消
特点：水平截面为拱形，但未真正利用拱结构的优点，似拱坝结构。 贡献：为发展积累了经验。 举例：意大利的高桥（Ponte Alto）拱坝。
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• • • • • • • • • • • •
意 大 利 高 桥 拱 坝 的 建 设 过 程
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•2、起步阶段(1854－1917) 标志：1854年，法国43m高的左拉（Zola）
拱坝。
所用理论：该拱坝以圆筒公式为指导，
主要利用水平拱的作用来保证大坝的安全， 忽略梁的作用。
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•3、成熟阶段（1917－1960年）
标志：1917年，瑞士蒙特萨耳文斯（Montsalvens）拱坝（H=55m），正式提出多拱梁分载的概念。 主要成就：
拱梁分载的概念（拱冠梁法，多拱梁法）； 拱坝体形多元化（双曲拱坝及带缝拱坝<周边缝、底缝>的发展）； 抗滑稳定概念的形成及发展。
• １９３６年以前：美国代表世界拱坝水平：美国胡佛大坝的建成，应 该说美国代表着世界拱坝建设的水平，对拱坝拱梁结构概念的形成、 应力分析方法的产生和发展以及大体积混凝土坝成套施工及温控技术 的发展作出过巨大的贡献。 • 1936--1975拱坝建设的先进水平转移到了西欧（法、意、瑞），其主 要贡献在于对双曲拱坝结构等轻、巧、薄拱坝结构的发展以及拱坝结 构模型实验方法的发展。
宽高比：指拱坝基础开挖后对应坝顶高程处的河谷的宽度L与最
大坝高H的比值。 厚高比：坝底最大厚度T与最大坝高H的比值，即T/H，用其表示 拱坝薄厚程度。
宽高比的影响：L/H值小，说明河谷深窄，水平拱圈 跨度较短，拱的刚度较大，受力大部分传给两岸，坝体 较薄;L/H值较大时，坝体较厚。 L/H＜2的深窄河谷中可建薄拱坝； L/H=2～3的中等宽度河谷可修建中厚拱坝； L/H>3～4.5的宽河谷多修建厚拱坝； L/H>4.5的宽浅河谷，宜建重力坝或拱形重力坝。
温度、地基变形是主要荷载； 对地质、地形条件要求高； 拱坝坝身单薄，体形复杂，设计和施工的难度较大 在泄洪方面，拱坝不仅可以在坝顶安全溢流， 而且可以在坝身开设大孔口泄水。
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二、拱坝坝址的地形和地质条件
一、对地形的要求 （一）地形条件影响因素：拱坝的结构形式、工程布置以及经济性的主 要因素。 （二）坝址处河谷形状特征指标：通常用河谷“宽高比”及“河谷断面 形状”表示。 1.宽高比与厚高比
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•4、河谷对称性
•拱坝一般比较适合于对称河谷。
翼墙 挖 推力墩 重力墩
周边缝 砼塞 上重下拱
拱的跨度沿高程急剧变化会引起坝体应力集中
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•（三）理想的地形条件：
• 狭窄而对称的河谷断面，岸坡 平顺而无突变，坝肩山体雄厚，
宽高比小，且地形在平面上顺水
流方向呈向下游收缩的峡谷段。
二、对地质的要求
抗渗性K、[J]：渗透性小 耐久性：抗侵蚀、抗风化 无地质上的缺陷：没有大的断裂 构造和软弱夹层等。
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随着经验积累和地基处理技术水平的不断提高，在地质条件较差的
地基上也建成了不少高拱坝，如：意大利的圣杰斯汀那拱坝，高153m， 基岩变形模量只有坝体混凝土的1／5~1／10；葡萄牙的阿尔托·拉巴哥 拱坝，高94m，两岸岩体变形模量之比达l:20；我国的龙羊峡拱坝，高 178m，基岩被众多的断层和裂隙所切割，岩体破碎，且位于9°强震区。 但当地质条件复杂到难于处理，或处理工作量太大、费用过高时，则应
主要成就： 拱坝新的结构形式、计算
方法及其体型优化的方法。
是世界最高的薄拱坝 ,也是世界最高的一座报废 坝.
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意大利瓦依昂拱坝失事
• 意大利的瓦依昂（Vajont）双 曲拱坝，1961年建成，是当时世界 上最高的双曲拱坝，1963年10月9 日晚，由于水库左岸大面积滑坡， 使2.7亿m3的滑坡体以28m/s的速 度滑入水库，高速下滑的山体造成 约250m的涌浪，冲向对岸，漫过 坝顶，并向上游回潮，淹没多处村 镇使水库报废，造成巨大的生命、 财产损失。致使1925人丧生，水库 被填满，但拱坝坝体并未失事，仅 在两岸坝肩附近的坝体内发生两三 条裂缝，据估算，拱坝当时已承受 住相当于8倍设计荷载的作用，由 此可见拱坝的超载能力是较大的。
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2.河谷断面形状 V形，最适宜发挥拱的作用； 河谷断面形状 U形，大部分荷载由梁作用承担； 梯形，介于两者之间。 河谷断面形状的影响：同一宽高比，不同河谷断面形 状对拱梁系统的荷载分配及坝体剖面的影响，如图。
河谷形状对荷载分配及剖面的影响
•3、河谷顺河流方向的形状
•以平顺河流或呈收缩形河流较好，要避免河道的出口和 转弯处。
拱冠梁
落的两岸岩体部分称作
拱座或坝肩；位于基岩 最深处水平拱圈拱顶处
的悬臂梁称作拱冠梁。
拱座或坝肩
拱坝的特点
• • 拱坝的结构： 拱坝的受力：
拱坝的稳定：
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因此，拱 坝 的特 点
结构受力条Βιβλιοθήκη 好,材料强度可以充分发挥； 超载能力大，安全度高；
①拱梁系统的调整 ②拱圈自身调整为二次拱
抗震性能好；
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• 拱坝坝顶长190m
• 坝顶厚3.4m
• 坝底厚22.6m • 坝体厚高比为 0.086
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受灾前
受灾后
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•（二）世界拱坝建设的时空分布
主要分布在中国、美国及西欧的阿尔卑斯山地区的法国、 意大利及瑞士等国。
拱坝在各类大坝中所占的比例随坝高的增加而增加。
第三章
拱坝的设计
二滩
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主 要 内 容
1 2 3 第一节 概述 第二节 拱坝的体形与布置 第三节 拱坝的荷载和应力分析 第四节 拱座稳定分析 第五节 拱坝泄洪 第六节 拱坝的构造和地基处理
4
5 6 7
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3.1 概 述
• 一、拱坝的特点
• 二、拱坝坝址的地形和地质条件
• 三、拱坝的形式 • 四、拱坝的发展概况
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1936年，美国人建设了当时世界上最高的拱坝Hoover（胡佛）拱坝， 坝高221m，底厚201m，座跨科罗拉多河。
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中国第一座拱坝建造于 1927年，福建厦门的上里浆砌石拱坝， 坝高 27m 。但旧中国的拱坝建设极为缓慢，至 1949 年，我国仅 修建了2座15m以上的砌石拱坝。
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一、拱坝的定义 定义：拱坝是一空间壳体结构，坝体结构是由一系列凸
向上游的水平拱圈和一系列竖向悬臂梁组成。
拱坝坝体结构既有拱作用又有梁作用，具有双向传递荷载
的特点。所承受的水平荷载一部分由拱的作用传至两岸岩体，
另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩，如图所示。
水平拱圈
拱座和拱冠梁 拱坝的拱圈着力点坐
拱坝建设的萌芽阶段（1854年以前） 拱坝建设的起步阶段（1854年－1917年）
拱坝建设的成熟阶段（1917年－1960年）
拱坝建设的熟练阶段（1960年－至今）
•1、萌芽阶段（1854年以前） 起源：早在一、二千年以前，人们就已意识到拱结构有较强的拦蓄水流的能力，开始修建高
10余米的圆筒形拱坝 。
单曲拱坝（single－curvature arch dam） 定义：只在水平截面上呈拱形，悬臂梁断面不弯曲或曲率很小。
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适用范围：接近矩形或较宽的梯形、U型河谷。 特点：施工简单，便于布置进水孔和泄水孔及其 设备；当河谷上宽下窄时，降低拱的作用，加大 坝体厚度，不经济，工程量大。
（仅下游弧面半径改变）
（一）地基对坝体的影响 1.两岸的基岩必须能承受由拱端传来的推力; 2.保持稳定并保证坝体的安全； 3.坝体地基选择应尽量地避开有严重地质缺陷的坝址。
（二）理想的地质条件 岩石比较均匀
变形参数E、u：均匀
讨
论
坚硬完整有足够的强度
透水性要小、能抵抗水的侵蚀 抗风化能力强 坚固完整
强度参数R、c、f：
• 进入７０年代末期，代表世界拱坝建设水平的国家移至前苏联，它以 高拱坝建设为其主要标志。
• ８０年代末期，代表世界拱坝建设水平的国家是中国，其主要标志有 对非圆弧拱型拱坝的发展、体型优化技术、ＲＣＣ拱坝的实践、复杂 自然条件下修建拱坝的技术（包括宽河谷、大流量、复杂地基等）、 特高拱坝的建设、动静力应力稳定分析方法的完善及其软件的开发、 拱坝ＣＡＤ技术的发展等。
坝
高（m）
拱坝所占比例（％）
100－150
150－200 200m以上
30
45 60
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在时间上，拱坝建设有三个高峰期
• 第一个高峰期为 1920--1930 年，１０年时间共建 成２００余座拱坝，建设的地点主要集中在美国， 特别是集中在加利福尼亚州 • 第二个高峰期为 1950--1960 年，１０年时间共建 成 150 余座拱坝， 建设的地点主要集中在西欧的 阿尔卑斯山地区的法国、意大利及瑞士等国 • 第三个高峰期为1970--1980年，１０年时间共建 成５００余座拱坝，建设的地点主要集中在中国。
•（三）世界拱坝之最
已建的最高拱坝：前苏联英古力（Inguri）拱坝 （H=272m，n=2.8，T/H=0.33） 中国小湾拱坝 （H=292m，n=2.83，T/H=0.238） 中国锦屏拱坝
（H=305m，n=1.6，T/H=0.19）
已建的最薄拱坝：法国的托拉拱坝（Tolla Dam）
（H=88m，TB=2m，T/H=0.023）
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三、按水平拱圈形式分 圆弧拱坝、多心拱坝、变曲率拱坝（椭圆拱坝和抛物线拱坝等）。
•（四）按坝的结构分
拱座嵌固的拱坝－最常用 设周边缝的拱坝－改善受力条件 空腹拱坝－坝体较厚时，坝身内设空腔 有重力墩的拱坝－在坝的两岸端部设重力墩，保证坝肩稳定
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四、拱坝的发展概况
•（一）拱坝发展阶段
前进
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•Name：Inguri（英古力） •Country：Georgia River：Inguri Type：arch Height：272 m Reservoir volume：1,110*106 m3 Year of completion : 2001 Owner :Sakenergo Cost of works : 2.3 mio. CHF Duration of services 1996-2001 Cost of services : 0.7 mio. CHF
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•其中： •变外半径等中心角 • 对底部狭窄的 “V”字形河谷，宜 将各层拱圈外半径, 由上至下逐渐减小， 可大大减少坝体方 量。
•特点：拱坝应力条件较好，梁呈弯曲形状,兼 有拱的作用, 更经济，但有倒悬出现，设计及 施工较复杂，对“V”、“U”型河谷都适用.
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变外半径变圆心
让梁截面也呈弯曲形状，因此悬臂梁也具有拱的作用； 这种形式更能适应“V”、梯形及其他形状的河谷，布置更 加灵活，结构复杂，施工难度大。 特点：应力状态尽一步改善，节省工程量，结构更加复杂， 施工难度更大，被广泛采用。
•Name：Tolla Dam（托拉） •Country： France Type：arch Year of completion : 1959 •Height：88 m Base thickness：2m T/H：0.023 •The dam is a complete success and has been shown to posses adequate margins of safety. Whether or not such thin dam is psychologically justifiable is another matter.