重力坝设计布置
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1 fk r0S ( rGGk , rQQk , ak ) R ( , ak ) rd 1 rm
非溢流坝静力校核
• 强度校核要求： 1、按正常使用极限状态计算满库时坝体上游 面拉应力和库空时的下游拉应力。 2、计算各种荷载时用列表的方式可一目了然。
长期组合
C2 r0 Sl (Gk , Qk , f k , ak ) rd 4
3 .溢流段总宽： B0 nb (n 1)d ，d为闸墩宽度
4.确定堰顶高程堰顶和校核洪水位H校 初选堰型（WES）和闸墩型式
确定堰顶高程和校核洪水位
• WES流量公式：
Q mB0 2gH
32 0
Q----流量系数，取0.49， ----侧收缩系数，与闸墩的型式有关。可先假定为0.95。 H0---为包括行进水头在内的堰上总水头。
（1）
（5）
（5）
（3）
（5）
（4）
（1）
（2）
（2）
（3）
-
（7）
-
（4）
静水压力及扬压力 按相应冬季库水位 计算
短 暂 状 况
基 本 组 合
施工期 临时挡 水情况
（1）
（2）
（2）
-
-
-
-
（4）
偶 然 状 况
偶 然 组 合
1.校核洪 水情况
（1）
（9）
（9）
（3）
（6） b）
-
（9）
（4）
2.地震 情况
非溢流坝静力校核
(二) 按正常使用极限状态设计时，应 考虑下列两种作用效应组合：
１）短期组合：持久状况或短暂状况下，可 变作用的短期效应与永久作用效应组合；
２）长期组合：持久状况下，可变作用的长 期效应与永久作用效应组合。
作 用 类 别
设 计 状 况 持 久 状 况 作 用 组 合 基 本 组 合
• 溢流坝反弧段水深hco
•
=0.90~0.95
H P hco
q
2 2 2 co
2 g h
P 1 0.0155 H
确定溢流剖面
二．消能设计与计算
消能方式：挑流消能 挑距： 冲坑：
L 1 v12 sin cos v1 cos v12 sin 2 2 g (h1 h2 ) g tk q 0.5 H 0.25
确定非溢流剖面
• 确定三角形基本剖面
（一）按应力条件确定坝底最小宽度 仅考虑坝体自重、静水压力和扬压力
Bmin
H c 0
（二）按稳定条件确定坝底最小宽度
Bmin
KH f ( c ) 0
取两者中大值。注意取0.5。
确定非溢流剖面
• 修改为实用剖面： 坝顶宽度 上游折坡点位置及坡度 廊道位置等。
偶然组合
fk 1 r0 S (rG Gk , Ak , rQQk , ak ) R( , ak ) rd 2 rm
具体：
• 作用效应函数S(*)和抗滑稳定抗力函数R(*)为：
S (*) PR
R (*) f R WR C R AR
• 式中： PR ----坝基面上全部切向力之和（kN） • WR ----坝基面上全部法向力之和（kN） -----坝基面上抗剪断摩擦系数和抗剪断 f R和CR • 粘聚力（kPa） •来自百度文库AR----坝基与坝体接触面面积（m2）
判断是否复合规范要求？
溢流坝静力校核
• 见“非溢流坝静力校核”部分
细部设计及技术处理
• • • • • • 分缝：横缝、纵缝、键槽 止水：类型及尺寸 坝体排水孔布置 廊道布置 导墙：分隔溢流坝段和非溢流坝段 坝体构造：栏杆，排水管，照明，帷幕等
三、提交成果
• 设计说明计算书一份 • 1号图纸一张
对设计流量情况下：V0趋近于零，H设0H设
Q设 mB0 2gH
32 设0
H设 0
堰顶= 设计－H设
Q设 mB0 2g
2 3
对校核流量情况下：V0趋近于零， H校0H校
Q校 mB0 2gH3 20 校
H校 0
校核= 堰顶＋H校
Q校 mB0 2g
（1）
（2）
（2）
（3）
（6） b）
-
-
（4）
（10）
静水压力、扬压力 和浪压力按正常蓄 水位计算，有论证 时可另作规定
非溢流坝静力校核
• 强度校核要求： 1、 用按承载能力极限状态验算坝趾和坝体 选定界面下游端点的抗压强度。 2、计算各种荷载时用列表的方式可一目了然。 基本组合(不分长短期)
r0S ( rGGk , rQQk , ak ) 1 f R ( k , ak ) rd 1 rm
主要 考虑 情况
1.正常蓄 水位情况 2.防洪高 水位情况 3.冰冻 情况
自 重
静 水 压 力
（2）
扬 压 力
淤 沙 压 力
（3）
浪 压 力
冰 压 力
动 水 压 力
-
水 压 力
地 震 作 用
-
备 注
（1）
（2）
（6） a） （6） a）
-
（4）
土压力根据坝体外 是否有填土而定 （下同） 以防洪为主的水库, 正常蓄水位较低
要求
• 按承载能力极限状态校核坝基面抗滑稳定：
• 基本组合（正常蓄水位情况+对应作用） • 偶然组合（校核洪水位情况+对应作用）
• 按承载能力极限状态校核坝趾处压应力：
• 基本组合（正常蓄水位情况+对应作用） • 偶然组合（校核洪水位情况+对应作用）
• 按正常使用极限状态校核坝踵处拉应力：
• 长期组合（满库时：正常蓄水位情况+对应作用） • 短期组合（库空时：对应作用）
偶然组合
fk 1 r0 S (rG Gk , Ak , rQQk , ak ) R( , ak ) rd 2 rm
具体：
进一步：
• 对于实体重力坝，若BR为坝基面宽度，则坝趾 抗压强度可写为：
WR 6 M R S (*) 1 m2 2 B BR R R * f c 或 R * f R
求累积频率P的波高
• 求gD/v02的值，判断为哪一种累积频率的波高，如 gD/v02 =20~250时，h为累积频率5%的波高； • 由公式（2-23）或（2-27）或鹤地水库公式计算 hp%和Lm；
• 试算hm，假定hm / Hm<0.1，查表2-12，得到对应
hp%的hp% / hm值→得到hm ，反算hm / Hm ，看是否 与假定的值大致吻合； • 查表2-12得到对应h1% / hm 的值，然后求出h1% 。
熟悉资料
（1）认真阅读设计指导书和任务书（请保留）。 （2）了解工程基本参数、枢纽的任务，装机容量。 （3）水文资料：特征水位、设计洪水频率的来水量和 下泄量、水位-库容，坝址流量-水位。 （4）地质资料：地质剖面图，是否有可布置溢洪道的 垭口地形？断层和软弱夹层位置、不透水层深度。 （5）地形（高程）、风速、吹程。 （6）地震、泥沙等的资料。
短期组合
C1 r0 S s (Gk , Qk , f k , ak ) rd 3
具体：
进一步：
• (1)运用期坝体上游垂直拉应力核算：运用期坝 踵垂直正应力不应出现拉应力（计入扬压力）：
C2 r0 Sl (Gk , Qk , f k , ak ) rd 4
WR 6 M R 0 2 BR BR • (2)短期组合坝体下游垂直拉应力核算：施工期 坝踵垂直正应力不应出现大于100kPa拉应力：
WR 6 M R r0 ( ) 100(kPa) 2 BR BR
非溢流坝静力校核
• 抗滑稳定校核要求： 1、抗滑稳定校核应满足承载能力极限状态下 的设计表达式。 2、计算各种荷载时用列表的方式可一目了然。 基本组合(不分长短期)
r0S ( rGGk , rQQk , ak ) 1 f R ( k , ak ) rd 1 rm
重力坝课程设计
一、目的
二、设计步骤
三、提交成果
四、参考资料
一、目的
• 目的1：巩固和加深所学的基本理论和专业知识； • 目的2：培养运用所学知识解决实际问题的能力；
• 目的3：培养学生计算、绘图等基本技能；
• 目的4：培养学生严肃负责、实事求是和刻苦钻研
的工作作风。
二、设计步骤
• • • • • • • • • 熟悉资料 枢纽布置 确定堰顶高程和校核洪水位 确定工程等级和建筑物级别，计算最大坝高 确定非溢流剖面 非溢流坝静力校核 确定溢流剖面 溢流坝静力校核 细部设计及技术处理
枢纽布置
（1）选择坝轴线。 原则：a 应使满足各项要求情况下最短 b 坝身可否过水 c 便于施工 （2）根据枢纽的任务确定组成建筑物，坝型。 （3）厂房、溢洪道（坝身）位置。厂房：尾水管高 程的确定尽量减少开挖。 （4）其他建筑物布置。
确定堰顶高程和校核洪水位
1.确定q，希望q大一点，充分利用地质条件。 建议q=100m3/s 2. 溢流前缘净宽：B净=Q设/q 闸门孔数：n=B净/b，n大概在3~5中。 b为闸门宽度，一般在8~16米之间。 规范要求：闸门尺寸宜在：b/H=1.5~2.0
参考资料
• • • • • • • 混凝土重力坝设计规范SL319-2005 水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997 水工设计理论与方法 水工设计手册 《水工建筑》教材 重力坝设计 碾压式土石坝坝顶超高计算及坝定高程的 确定
2 3
确定工程等级和建筑物级别， 计算最大坝高
1.工程等级：库容、装机容量等指标 2.确定洪水标准 3.计算最大坝高
（1）风浪要素2Ll，2he， ho （2）坝高：先确定安全超高hc，再确定坝高： h=hl%+hz+ hc
H 坝高
校 h 校 max 设 h 设 h 正 正
确定溢流剖面
一．确定堰型：WES
要求： 1° ①堰面压力分布合理，无负压； ②泄流能力大。
xn y n kH d 1
2°直线段的坡度取用非溢流坝下游坡度，并作 调整，使其与非溢流坝在同一平面，上部与 溢流曲线相切，下部与反弧段相切。 3°反弧段（结构尺寸） ① ▼鼻坎高程 ②挑角θ ③反弧半径R ④l/h＜0.5时不分开 l/h＞0.5时分开
非溢流坝静力校核
1荷载及其组合
永久作用：自重、 可变作用：静水压力、浪压力、扬压力 偶然作用：地震荷载、校核情况下水压力
非溢流坝静力校核
2 静力校核 （一）按承载能力极限状态设计时，应考虑 下列两种作用效应组合：
１）基本组合：持久状况或短暂状况下， 永久作用与可变作用的效应组合；
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。
非溢流坝静力校核
• 强度校核要求： 1、按正常使用极限状态计算满库时坝体上游 面拉应力和库空时的下游拉应力。 2、计算各种荷载时用列表的方式可一目了然。
长期组合
C2 r0 Sl (Gk , Qk , f k , ak ) rd 4
3 .溢流段总宽： B0 nb (n 1)d ，d为闸墩宽度
4.确定堰顶高程堰顶和校核洪水位H校 初选堰型（WES）和闸墩型式
确定堰顶高程和校核洪水位
• WES流量公式：
Q mB0 2gH
32 0
Q----流量系数，取0.49， ----侧收缩系数，与闸墩的型式有关。可先假定为0.95。 H0---为包括行进水头在内的堰上总水头。
（1）
（5）
（5）
（3）
（5）
（4）
（1）
（2）
（2）
（3）
-
（7）
-
（4）
静水压力及扬压力 按相应冬季库水位 计算
短 暂 状 况
基 本 组 合
施工期 临时挡 水情况
（1）
（2）
（2）
-
-
-
-
（4）
偶 然 状 况
偶 然 组 合
1.校核洪 水情况
（1）
（9）
（9）
（3）
（6） b）
-
（9）
（4）
2.地震 情况
非溢流坝静力校核
(二) 按正常使用极限状态设计时，应 考虑下列两种作用效应组合：
１）短期组合：持久状况或短暂状况下，可 变作用的短期效应与永久作用效应组合；
２）长期组合：持久状况下，可变作用的长 期效应与永久作用效应组合。
作 用 类 别
设 计 状 况 持 久 状 况 作 用 组 合 基 本 组 合
• 溢流坝反弧段水深hco
•
=0.90~0.95
H P hco
q
2 2 2 co
2 g h
P 1 0.0155 H
确定溢流剖面
二．消能设计与计算
消能方式：挑流消能 挑距： 冲坑：
L 1 v12 sin cos v1 cos v12 sin 2 2 g (h1 h2 ) g tk q 0.5 H 0.25
确定非溢流剖面
• 确定三角形基本剖面
（一）按应力条件确定坝底最小宽度 仅考虑坝体自重、静水压力和扬压力
Bmin
H c 0
（二）按稳定条件确定坝底最小宽度
Bmin
KH f ( c ) 0
取两者中大值。注意取0.5。
确定非溢流剖面
• 修改为实用剖面： 坝顶宽度 上游折坡点位置及坡度 廊道位置等。
偶然组合
fk 1 r0 S (rG Gk , Ak , rQQk , ak ) R( , ak ) rd 2 rm
具体：
• 作用效应函数S(*)和抗滑稳定抗力函数R(*)为：
S (*) PR
R (*) f R WR C R AR
• 式中： PR ----坝基面上全部切向力之和（kN） • WR ----坝基面上全部法向力之和（kN） -----坝基面上抗剪断摩擦系数和抗剪断 f R和CR • 粘聚力（kPa） •来自百度文库AR----坝基与坝体接触面面积（m2）
判断是否复合规范要求？
溢流坝静力校核
• 见“非溢流坝静力校核”部分
细部设计及技术处理
• • • • • • 分缝：横缝、纵缝、键槽 止水：类型及尺寸 坝体排水孔布置 廊道布置 导墙：分隔溢流坝段和非溢流坝段 坝体构造：栏杆，排水管，照明，帷幕等
三、提交成果
• 设计说明计算书一份 • 1号图纸一张
对设计流量情况下：V0趋近于零，H设0H设
Q设 mB0 2gH
32 设0
H设 0
堰顶= 设计－H设
Q设 mB0 2g
2 3
对校核流量情况下：V0趋近于零， H校0H校
Q校 mB0 2gH3 20 校
H校 0
校核= 堰顶＋H校
Q校 mB0 2g
（1）
（2）
（2）
（3）
（6） b）
-
-
（4）
（10）
静水压力、扬压力 和浪压力按正常蓄 水位计算，有论证 时可另作规定
非溢流坝静力校核
• 强度校核要求： 1、 用按承载能力极限状态验算坝趾和坝体 选定界面下游端点的抗压强度。 2、计算各种荷载时用列表的方式可一目了然。 基本组合(不分长短期)
r0S ( rGGk , rQQk , ak ) 1 f R ( k , ak ) rd 1 rm
主要 考虑 情况
1.正常蓄 水位情况 2.防洪高 水位情况 3.冰冻 情况
自 重
静 水 压 力
（2）
扬 压 力
淤 沙 压 力
（3）
浪 压 力
冰 压 力
动 水 压 力
-
水 压 力
地 震 作 用
-
备 注
（1）
（2）
（6） a） （6） a）
-
（4）
土压力根据坝体外 是否有填土而定 （下同） 以防洪为主的水库, 正常蓄水位较低
要求
• 按承载能力极限状态校核坝基面抗滑稳定：
• 基本组合（正常蓄水位情况+对应作用） • 偶然组合（校核洪水位情况+对应作用）
• 按承载能力极限状态校核坝趾处压应力：
• 基本组合（正常蓄水位情况+对应作用） • 偶然组合（校核洪水位情况+对应作用）
• 按正常使用极限状态校核坝踵处拉应力：
• 长期组合（满库时：正常蓄水位情况+对应作用） • 短期组合（库空时：对应作用）
偶然组合
fk 1 r0 S (rG Gk , Ak , rQQk , ak ) R( , ak ) rd 2 rm
具体：
进一步：
• 对于实体重力坝，若BR为坝基面宽度，则坝趾 抗压强度可写为：
WR 6 M R S (*) 1 m2 2 B BR R R * f c 或 R * f R
求累积频率P的波高
• 求gD/v02的值，判断为哪一种累积频率的波高，如 gD/v02 =20~250时，h为累积频率5%的波高； • 由公式（2-23）或（2-27）或鹤地水库公式计算 hp%和Lm；
• 试算hm，假定hm / Hm<0.1，查表2-12，得到对应
hp%的hp% / hm值→得到hm ，反算hm / Hm ，看是否 与假定的值大致吻合； • 查表2-12得到对应h1% / hm 的值，然后求出h1% 。
熟悉资料
（1）认真阅读设计指导书和任务书（请保留）。 （2）了解工程基本参数、枢纽的任务，装机容量。 （3）水文资料：特征水位、设计洪水频率的来水量和 下泄量、水位-库容，坝址流量-水位。 （4）地质资料：地质剖面图，是否有可布置溢洪道的 垭口地形？断层和软弱夹层位置、不透水层深度。 （5）地形（高程）、风速、吹程。 （6）地震、泥沙等的资料。
短期组合
C1 r0 S s (Gk , Qk , f k , ak ) rd 3
具体：
进一步：
• (1)运用期坝体上游垂直拉应力核算：运用期坝 踵垂直正应力不应出现拉应力（计入扬压力）：
C2 r0 Sl (Gk , Qk , f k , ak ) rd 4
WR 6 M R 0 2 BR BR • (2)短期组合坝体下游垂直拉应力核算：施工期 坝踵垂直正应力不应出现大于100kPa拉应力：
WR 6 M R r0 ( ) 100(kPa) 2 BR BR
非溢流坝静力校核
• 抗滑稳定校核要求： 1、抗滑稳定校核应满足承载能力极限状态下 的设计表达式。 2、计算各种荷载时用列表的方式可一目了然。 基本组合(不分长短期)
r0S ( rGGk , rQQk , ak ) 1 f R ( k , ak ) rd 1 rm
重力坝课程设计
一、目的
二、设计步骤
三、提交成果
四、参考资料
一、目的
• 目的1：巩固和加深所学的基本理论和专业知识； • 目的2：培养运用所学知识解决实际问题的能力；
• 目的3：培养学生计算、绘图等基本技能；
• 目的4：培养学生严肃负责、实事求是和刻苦钻研
的工作作风。
二、设计步骤
• • • • • • • • • 熟悉资料 枢纽布置 确定堰顶高程和校核洪水位 确定工程等级和建筑物级别，计算最大坝高 确定非溢流剖面 非溢流坝静力校核 确定溢流剖面 溢流坝静力校核 细部设计及技术处理
枢纽布置
（1）选择坝轴线。 原则：a 应使满足各项要求情况下最短 b 坝身可否过水 c 便于施工 （2）根据枢纽的任务确定组成建筑物，坝型。 （3）厂房、溢洪道（坝身）位置。厂房：尾水管高 程的确定尽量减少开挖。 （4）其他建筑物布置。
确定堰顶高程和校核洪水位
1.确定q，希望q大一点，充分利用地质条件。 建议q=100m3/s 2. 溢流前缘净宽：B净=Q设/q 闸门孔数：n=B净/b，n大概在3~5中。 b为闸门宽度，一般在8~16米之间。 规范要求：闸门尺寸宜在：b/H=1.5~2.0
参考资料
• • • • • • • 混凝土重力坝设计规范SL319-2005 水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997 水工设计理论与方法 水工设计手册 《水工建筑》教材 重力坝设计 碾压式土石坝坝顶超高计算及坝定高程的 确定
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确定工程等级和建筑物级别， 计算最大坝高
1.工程等级：库容、装机容量等指标 2.确定洪水标准 3.计算最大坝高
（1）风浪要素2Ll，2he， ho （2）坝高：先确定安全超高hc，再确定坝高： h=hl%+hz+ hc
H 坝高
校 h 校 max 设 h 设 h 正 正
确定溢流剖面
一．确定堰型：WES
要求： 1° ①堰面压力分布合理，无负压； ②泄流能力大。
xn y n kH d 1
2°直线段的坡度取用非溢流坝下游坡度，并作 调整，使其与非溢流坝在同一平面，上部与 溢流曲线相切，下部与反弧段相切。 3°反弧段（结构尺寸） ① ▼鼻坎高程 ②挑角θ ③反弧半径R ④l/h＜0.5时不分开 l/h＞0.5时分开
非溢流坝静力校核
1荷载及其组合
永久作用：自重、 可变作用：静水压力、浪压力、扬压力 偶然作用：地震荷载、校核情况下水压力
非溢流坝静力校核
2 静力校核 （一）按承载能力极限状态设计时，应考虑 下列两种作用效应组合：
１）基本组合：持久状况或短暂状况下， 永久作用与可变作用的效应组合；
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。