重力坝分析与计算

一、计算荷载组合：

坝体自重：区域① W11=10*125*24=30000KN 方向↓ 区域② W12=0.5*113*73.45*24=99598.2KN 方向↓ W1=W11+W12=30000+99598.2=129598.2KN 方向↓ 静水压力：垂直水压力PV=0.5*17*17*0.65*9.8=920.47KN 方向↓ 水平水压力，上游PH1=0.5*γw*H ²=0.5*9.8*120²=70560KN 方向→ 下游PH2=0.5*γw*H ²=0.5*9.8*17²=1416.1KN 方向← 淤沙压力：Ps=0.5*γsb*hs ²*tan ²（45-ⱷs/2）

0.5*8.5*21.8²*tan ²（45-27/2）=758.47KN 方向 → 扬压力： 浮托力 U1=γw*H*B=9.8*17*83.45=13902.77 KN 方向↑ 渗流力，区域a U2=ωγα***)1(*5.01L H -

=0.5*（1-0.2）*103*7*9.80=2826.32KN 方向↑

区域b U3=ωγα**1H L =7*0.2*103*9.80=1413.16KN 方向 ↑ 区域c U4=

ωγα***5.02L H =0.5*0.2*103*76.45*9.80

=7716.86KN 方向↑ U=U1+U2+U3+U4=13902.77+2826.32+1413.16+7716.86

=25859.11KN 方向↑ 荷载计算如下图所示：

二、沿坝基面的抗滑稳定分析

以单宽坝段作为计算单元，按抗剪断强度公式计算，认为坝体混凝土与基岩接触良好，接触面面积为A ，采用接触面上的抗剪断参数'

f 和'

c 计算抗滑稳定安全系数。A=83.45㎡

P

A c U W f K s ∑+-∑='

''

)(=(0.92*（129598.2+920.47-25859.11）+750*83.45)

/(70560-1416.1+758.47)=2.273 满足要求。

三、软弱层面抗滑稳定分析

双层面抗滑稳定计算，采用剩余推力法。取坝趾处垂直方向左侧为主滑裂面，其中 基岩自重W3=A *γ=25.5*104.95*tan15*104.95*0.5=37665.28KN 方向↓ 坝体自重W1=129598.2KN 方向↓ 上游水重为W4=120*21.8*9.8=25636.8KN 方向↓ 静水压力PV=920.46KN 方向↓ W=W1+PV+W3+W4=129598.2+920.46+37665.28+25636.8

=193810.74KN 方向↓ 水平力 P ∑=69902.37KN 方向→ 扬压力 浮托力 U1=

B H **ωγ=9.8*17*104.95=17484.67KN 垂直接触面

渗流力 区域a U2=ωγα*)(**)1(*5.031L L H +-

= 0.5*（1-0.2）*103*（28.5+21.5）*9.8=20188KN 垂直接触面 区域b U3=ωγα**'

1H L =28.5*0.2*103*9.8=5753.58KN 垂直接触面

区域c U4=

ωγα***5.02L H =0.5*0.2*103*76.45*9.80

=7716.86KN 方向↑

计算简图如下图所示：

第一次试算：区离坝址距离为m=20米处为辅助滑裂面 区域c 增加扬压力U ’=

ωγα*22*2

*)(**L L m m

B +

=0.2*103*20/（20+76.45）*76.45*9.8/2

=1600.18KN 方向↑ 则 主U =U1+U2+U3+U4+U ’

=17484.67+20188+5753.58+7716.86+ 1600.18=52743.29KN 方向↑ 辅助滑裂面计算

=2W 28.13*0.5*20*25.5+20*17*9.8=10506.34 KN 方向↑

辅U =ωγα***2

*)(**2）（

下H m m L m m

B ++

=（0.2*103*20*20/（20+76.45）/2+20*17）*9.80=3750.62 KN 方向↑

先令主滑裂区处于极限平衡状态，其沿AB 面的抗滑稳定安全系数为1，求得R 后再计算辅滑裂区沿BC 面的抗滑稳定安全系数K2，K2即为整个坝段的抗滑稳定安全系数。 由①区处于极限平衡时可以列出

)cos(])sin(sin cos [sin cos 1111αϕαϕαααα-++----=+R A c U R P W f W P

工程经验采用ⱷ=0， 1f =0.3kpa ，1c =0.08mpa 滑裂面面积A=34㎡

解得R=70981.58KN 带入公式β

βϕββϕsin )cos(]cos )sin([22

22222W R A c U W R f K -++-++=

=3.068

公式中，2f ，2c 取基岩的抗剪断系数，2f =1.0，2c =1.15，2A =281.35㎡ 经过试算得出数据：

向下游延伸长度 20 30 40 43 44 45 46 47 50 60

K

3.07 2.47 2.30 2.29 2.29 2.29 2.29 2.29 2.30 2.38

由图表可知在45米处K 值最小为2.29。稳定。

四、坝体强度计算

材料力学法计算，

重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力符合下列要求：

运用期

1）在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝趾垂直应力小于坝基容许压应力；

2）在地震荷载作用下，坝踵、坝趾的垂直应力符合《水工建筑物抗震设计规范》（SL 203-97）的要求；

施工期

坝址铅直应力应小于0.1mp的拉应力

重力坝坝体应力应符合下列要求：

运用期

1）坝体上游面的垂直应力不出现拉应力（计扬压力）。

2）坝体最大主压应力，应不大于混凝土的允许压应力值。

3）在地震情况下，坝体上游面的应力控制标准应符合《水工建筑物抗震设计规范》（SL 203-97）的要求。

施工期

1)坝体任何截面上的主应力不应大于混凝土容许压应力

2)在坝体下游，允许由不大于0.2mp的主拉应力

计算简图及荷载组合见下图;