重力壩知識點(diǎn)

1、重力壩、重力壩的工作原理及特點(diǎn)1、重力壩在水壓力及其它荷載作用下必需滿足：A、穩(wěn)定要求：主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足。B、強(qiáng)度要求：依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由于水壓力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力來滿足。2 、重力壩的類型：（1）按構(gòu)造不同分為： 實(shí)體重力壩，寬縫重力壩，空腹重力壩和預(yù)應(yīng)力重力壩。（2）按作用可以分：溢流重力壩，非溢流重力壩。（3）按筑壩材料的不同分為：混凝土重力壩和漿砌石重力壩。二，重力壩的荷載組合基本組合1:正常蓄水位情況，作用包括：基本組合2 :防洪高水位情況，作用包括：基本組合3 :冰凍情況，作用包括：偶然組合1:校核洪水位情況，作用包括：（11）偶然組合2 :地震情況，作

2、用包括：（12）重力壩按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)一般要考慮四種承載能力極限狀態(tài)：壩趾抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài) 壩體與壩基面的抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)壩體混凝土層面的抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)基巖有薄弱層 時(shí)壩體連同部分壩基的深層抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)。三重力壩的抗滑穩(wěn)定分析沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析重力壩失穩(wěn)破壞的機(jī)理：首先壩踵處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)微裂松弛區(qū)，隨后在壩址處基 巖和膠結(jié)面出現(xiàn)局部區(qū)域的剪切屈服，進(jìn)而屈服范圍逐漸增大并向上游延伸，最后形成滑 動通道，導(dǎo)致大壩的整體失穩(wěn)。（一）抗剪強(qiáng)度公式：（1）當(dāng)接觸面呈水平時(shí)，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks = f( W -U)/ P（2）當(dāng)接觸面傾向上游時(shí)，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ksfc Wcos ：

3、-U 、Psin 1)Z Pcos P 送 Wsin P（二）抗剪斷公式:Ksf Q W -U) cA深層抗滑穩(wěn)定分析（1） 單斜面深層穩(wěn)定計(jì)算:f （瓦 WcosB_U+瓦 Psin B） S P cos - - Wsin :（2） 雙斜面深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算:圖3-9雙斜面陳層抗楮穩(wěn)定計(jì)算簡圖r 1 u. -提高抗滑穩(wěn)定性的工程措施：1）利用水重2） 采用有利的開挖輪廓線：使壩基面傾向上游。 當(dāng)巖基比較堅(jiān)固時(shí)，可開挖成鋸齒狀，形成局部的傾 向上游的斜面3）設(shè)置齒墻4）抽水措施5）加固地基：6）預(yù)加應(yīng)力措施重力壩的應(yīng)力分析方法：A、應(yīng)力模型試驗(yàn)法； B、材料力學(xué)法；C、彈性理論解析法； D彈性理

4、論 差分法；E、彈性理論有限元法。三、重力壩的強(qiáng)度指標(biāo)（應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)）（） 壩基面的強(qiáng)度指標(biāo)1、運(yùn)用期1） 在各種荷載組合作用下（地震除外），壩基面下游邊緣的最大垂直正應(yīng)力應(yīng)小于基 巖容許壓應(yīng)力（計(jì)入河不計(jì)入揚(yáng)壓力2） 壩基面上游最小正應(yīng)力應(yīng)大于零（計(jì)入揚(yáng)壓力）2、施工期1） 對下游壩基面的垂直正應(yīng)力可允許有大于0.1MP的拉應(yīng)力。2）壓應(yīng)力是根據(jù)巖石抗壓強(qiáng)度結(jié)合壩基地質(zhì)條件除以安全系數(shù)決定的（二）壩體應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)1、運(yùn)用期1）壩體上游面的最小主應(yīng)力有兩種強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)入揚(yáng)壓力時(shí)二min _ 0不計(jì)入揚(yáng)壓力時(shí) 二min _ 0.25 0.4 0h2）壩體內(nèi)部一般不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但寬縫重力壩上游較

5、遠(yuǎn)處可出現(xiàn)不超過混凝土抗拉強(qiáng)度的拉應(yīng)力。3）溢流壩堰頂、壩內(nèi)廊道及孔洞周圍出現(xiàn)拉應(yīng)力需配筋。2、施工期1）壩體任何截面上的主應(yīng)力應(yīng)不大于混凝土的容許壓應(yīng)力2）壩體下游面可容許不大于 0.2MP的主拉應(yīng)力四、各種非荷載因素對壩體應(yīng)力的影響（一）地基變形對壩體應(yīng)力的影響材料力學(xué)法假定任何水平截面的正應(yīng)力均呈直線分布，即任何水平截面變形后仍保持 為平面，而實(shí)際上壩地面在各種壓力下不能一直保持水平。地基變形使壩基面以上 （1/31/4 ）的范圍內(nèi)與材料力學(xué)法的計(jì)算結(jié)果有較大差別。1. 空庫時(shí)Ec/Er越大，壩踵處 匚y和應(yīng)力集中顯著2. 滿庫時(shí)Ec/Er越小，壩址和壩踵均出現(xiàn)拉應(yīng)力 Ec/Er ：、1

6、下游壩址有應(yīng)力集中的趨勢 Ec/Er很大時(shí)，壩址出現(xiàn)顯著的壓應(yīng)力集中，壩踵也有一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象。3. 所以地基不能太堅(jiān)硬，當(dāng)然又不能太軟弱。一般Ec/Er在12范圍內(nèi)是有利的（二）地基不均勻性對壩體應(yīng)力的影響 上游壩踵附近地基的剛度較大時(shí)，壩趾處剛度小，有可能會產(chǎn)生拉應(yīng)力。 當(dāng)上游壩踵附近地基的剛度較小時(shí)，壩趾處剛度大，上游壩趾的應(yīng)力狀態(tài)較均 勻地基有所改善，增加了壓應(yīng)力，因此若地基必須跨在兩種不同的剛度的地基上宜將下游 壩體布置在較堅(jiān)硬的地基上。（三）施工縱縫對壩體應(yīng)力的影響1、當(dāng)n=0時(shí)不考慮縱縫和考慮縱縫自重應(yīng)力基本相同2、當(dāng)n 0時(shí)上游壩踵的自重應(yīng)力明顯減小，水壓力疊加后壩踵處應(yīng)力狀

7、態(tài)明顯惡化3、當(dāng) n 0 時(shí)與水壓力疊加后對壩踵應(yīng)力有利。但施工期壩趾會出現(xiàn)過大的拉應(yīng)力。（四）分期施工隊(duì)壩體應(yīng)力的影響1 、不分期施工壩體垂直正應(yīng)力呈直線變化，2 、分期施工呈折線變化，且在壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力。一、施工期的溫度應(yīng)力施工期的溫度應(yīng)力包括：（1） 地基約束引起的應(yīng)力： 澆筑以后，在溫升過程中， 澆筑塊底部受基礎(chǔ)約束不能自由 膨脹，將會承受水平壓應(yīng)力。 由于混凝土在澆筑初期彈性模量較低， 因而壓應(yīng)力不 高?？墒窃诨炷撂幱诮禍仄跁r(shí)，彈性模量變大，而地基不能隨混凝土一起收縮， 所以對混凝土的收縮產(chǎn)生約束力，即產(chǎn)生和大的拉應(yīng)力。貫穿性裂縫（2） 內(nèi)外溫度差引起的應(yīng)力 ：混凝土在澆筑初期，

8、 由于表面溫度降度， 在塊體內(nèi)外形成 的溫差將使外部收縮受拉而內(nèi)部受壓， 當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)， 將產(chǎn)生表 面裂縫。施工期壩體溫度取決于混凝土入倉時(shí)的澆筑溫度和水化熱溫升。 表面 裂縫。二、重力壩的溫度裂縫和防止措施（一）裂縫的分類當(dāng)壩體內(nèi)某部位的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會出現(xiàn)裂縫。重力壩的裂 縫主要是溫度應(yīng)力引起的。 裂縫可分為：貫穿性裂縫和表面裂縫兩類。其中貫穿性的 裂縫又分為橫向、縱向和水平向三個(gè)方向的裂縫。裂縫的危害表面裂縫對大壩影響不大， 但上游壩面出現(xiàn)的裂縫會加劇滲漏，溢流壩面的裂縫將降低抵抗高速水流沖刷的能力。橫向貫穿性裂縫會漏水和滲透侵蝕破壞； 縱向貫穿性裂縫會

9、降低壩體的整體性能； 水平向貫穿性裂縫會降低大壩的抗剪強(qiáng)度 。所以除適當(dāng)分縫、分塊和提高混凝土質(zhì)量外還要對混凝土進(jìn)行溫度控制 。（三）溫度控制措施溫控措施有：（1）降低混凝土的澆筑溫度 。（ 2）減少混凝土水化熱溫升。 （ 3）加強(qiáng)混凝土表面養(yǎng) 護(hù)和保護(hù)。重力壩的基本剖面1） 重力壩的基本剖面：指重力壩在壩體自重、靜水壓力和揚(yáng)壓力三項(xiàng)荷載作用下，滿 足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，并使工程量最小的三角形剖面。2） 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)：承載能力極限狀態(tài) ；正常使用極限狀態(tài)二 ， 幾種現(xiàn)象1. 空化和空蝕在自然條件下，水體中含有許多很小的氣核，當(dāng)過壩水流中某點(diǎn)的壓力降至飽和蒸汽壓 強(qiáng)，氣核迅速膨脹為小空泡，這種現(xiàn)象稱

10、為空化。當(dāng)?shù)蛪簠^(qū)的空化水流流經(jīng)下游高壓區(qū)時(shí)， 空泡遭受壓縮而潰滅，由于潰滅時(shí)間極為短暫（一般只有千分之幾秒） ，會產(chǎn)生一個(gè)很高的 局部沖擊力（可達(dá)幾千個(gè)大氣壓） 。若空泡潰滅發(fā)生在過水壩面，局部沖擊力大于材料的內(nèi) 聚力時(shí)，可使壩面遭到破壞，這種現(xiàn)象稱為空蝕。2 。摻氣3. 水流脈動 泄水建筑物中的水流運(yùn)動，屬于高度的水流，其基本特征是流速和壓力在不斷變化， 即所謂脈動 。4. 沖擊波 在高速水流邊界條件發(fā)生變化處，如：斷面擴(kuò)大、收縮、轉(zhuǎn)彎處，將產(chǎn)生沖擊波。（五）消能防沖設(shè)計(jì)常用的消能工形式有：底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等 。2. 底流消能（1）底流消能的特點(diǎn)及措施。 優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用

11、 ：底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定、 消能效果好， 對地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)以及 水流霧化很小等優(yōu)點(diǎn)，可適應(yīng)高、中、低水頭。但護(hù)坡較長，土石方開挖量和混凝土方量較 大，工程造價(jià)較高。底流消能多用于中、小工程。實(shí)際工程中，為了防止流態(tài)不穩(wěn)定而產(chǎn)生的遠(yuǎn)驅(qū)水躍，常采用以下三種措施： 在護(hù)坦末端設(shè)置消力坎，在坎前形成消力池； 降低護(hù)坦高程形成消力池； 既降低護(hù)坦高程，又建造消力坎形成綜合消力池。 消力池是水躍消能工的主體，其橫斷面除少數(shù)為梯形外，絕大多數(shù)呈矩形。（ 2）護(hù)坦構(gòu)造。 護(hù)坦用來保護(hù)河床免受高速水流的沖刷 。長度： 對底流消能，護(hù)坦長度應(yīng)延伸至水躍躍尾；對其他形式的消能工，當(dāng)可能產(chǎn)生臨 近壩趾的沖

12、刷時(shí)，也需要在壩趾下游設(shè)置護(hù)坦。3. 挑流消能（1）挑流消能的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)。特點(diǎn)： 挑流消能是利用泄水建筑物出口處的挑流鼻坎，將下泄的急流拋向空中，然后 落入離建筑物較遠(yuǎn)的河床， 與下游水流相銜接的消能方式。 能量消耗大體分三部分： 急流沿 固體邊界的摩擦消能；射流在空中與空氣摩擦、摻氣、擴(kuò)散消能；射流落入下游尾水中淹沒 紊動擴(kuò)散消能。優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用： 挑流消能通過鼻坎可以有效地控制射流落入下游河床的位置、范圍和 流量分布，對尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，施工、維修方便，耗資省。挑流消能適應(yīng)于基 巖比較堅(jiān)固的中、高水頭各類泄水建筑物，是應(yīng)用非常廣泛的一種消能工。挑流消能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有 ：選擇鼻坎形

13、式，確定鼻坎高程、反弧半徑、挑角，計(jì)算 挑距和下游沖刷坑深度。4. 面流消能與消力戽（1）面流消能。特點(diǎn)： 利用鼻坎將主流挑至水面，在主流下面形成旋滾，旋滾流速較低，而且系沿河 床流向壩址，河床一般不需要加固。應(yīng)用： 面流消能適應(yīng)于下游尾水較深， 流量變化范圍較小， 水位變幅不大， 或有排水、 漂木要求的情況。（ 2）消力戽 。特點(diǎn)： 消力戽的挑流鼻坎潛沒在水下，形不成自由水舌，水流在戽內(nèi)產(chǎn)生旋滾，經(jīng)鼻坎 將高速的主流挑至表面，戽內(nèi)的選滾可以消耗大量能量。應(yīng)用： 消力戽適應(yīng)于尾水較深且變幅較小，無航運(yùn)要求且下游河床和兩岸抗沖能力較強(qiáng)的情況。 消力戽設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：確定反弧半徑、戽坎高度和挑射

14、角度。重力壩的地基處理地基處理的主要任務(wù)是：防滲；提高基巖的強(qiáng)度和整體性。地基處理的主要措施：對巖基進(jìn)行固結(jié)灌漿和防滲帷幕灌漿，設(shè)置基礎(chǔ)排水系統(tǒng)，對特 殊軟弱帶進(jìn)行專門的處理等一、壩基的開挖與清理 壩基開挖與清理的目的是把覆蓋層及風(fēng)化破碎的巖石挖除， 使壩體座落在穩(wěn)定、 堅(jiān)固的地基上。二、壩基的固結(jié)灌漿1、定義：采用淺孔低壓灌注水泥漿的壩基處理方法叫“固結(jié)灌漿”2、目的：固結(jié)灌漿的目的是：提高基巖的整體性和強(qiáng)度，降低地基的透水性。三、帷幕灌漿1、定義：在靠近上游壩基布設(shè)一排或幾排鉆孔，利用高壓灌漿填塞巖基內(nèi)的裂縫和空 隙等深水通道，在巖基中形成一道相對密實(shí)的阻水帷幕，稱為“帷幕灌漿”2、目的：

15、帷幕灌漿的目的是：降低壩底滲透壓力，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械或化學(xué)管涌， 減少壩基滲流量。帷幕材料最常用的是水泥漿，四、壩基排水 目的：為進(jìn)一步降低壩底面的揚(yáng)壓力，應(yīng)在防滲帷幕后設(shè)置排水孔幕。五、斷層破碎帶、軟弱夾層和溶洞的處理1）斷層破碎帶的處理 可采用開挖回填混凝土的措施，做成混凝土塞。埋藏較淺的應(yīng)予挖除 埋藏較深的，除應(yīng)在頂面做混凝土塞外，還要考慮其深埋部分對壩體穩(wěn)定的影響。2）軟弱夾層的處理在壩踵部位做混凝土深齒墻 ， 切斷軟弱夾層直達(dá)完整基巖，當(dāng)夾層埋藏較淺時(shí)，此 法施工方便，工程量不大，且有利于壩基防滲，應(yīng)用廣泛； 對埋藏較深、較厚、傾角平緩的軟弱夾層， 可在夾層內(nèi)設(shè)置混凝土塞； 在壩址

16、處建混凝土深齒墻， 切斷軟弱夾層直達(dá)完整巖基，以加大尾巖抗力，這種方 法適用于建壩過程中發(fā)現(xiàn)未預(yù)見到的軟弱夾層或已建工程抗滑穩(wěn)定的加固處理； 在壩址下游側(cè)巖體內(nèi)設(shè)鋼筋混凝土抗滑樁 ，切斷軟弱夾層直達(dá)完整巖基，抗滑樁的 作用不十分明顯。在壩址下游巖體內(nèi)采用預(yù)應(yīng)力錨索以加大巖體的抗力，此法適用于已 建工程的加固處理。重力壩的材料及構(gòu)造一、混凝土 重力壩的建筑材料主要是混凝土，中、小型工程有的也用漿砌石。對水工混凝土，除強(qiáng) 調(diào)外，還有按其所處部位和工作條件，在抗腎、抗凍、抗沖刷、抗侵蝕、低熱、抗裂等性能 方面提出不同的要求。二、壩體混凝土分區(qū) 壩體各部位的工作條件不同，對混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍、抗沖

17、刷、抗裂等性能的要求 也不同。為了節(jié)約與合理使用水泥， 通常將壩體按不同部位和不同工作條件分區(qū)， 采用不同 標(biāo)號的混凝土。為了便于施工， 壩體混凝土采用的標(biāo)號種類應(yīng)盡量減少， 并與樞紐中其他建筑物的混凝 土標(biāo)號相一致。 同一澆筑塊中的標(biāo)號不得超過兩種， 相鄰區(qū)的標(biāo)號不得超過兩級， 以免引起 應(yīng)力集中或產(chǎn)生溫度裂縫。分區(qū)厚度一般不小于 23m以便澆筑施工。三、重力壩的分縫、分塊（一）橫縫 其作用是：減小溫度應(yīng)力、適應(yīng)地基不均勻變形和滿足施工要求如：混凝土澆筑能力及溫度控制等。橫縫間距（即壩段寬度）一般為1220m橫縫用永久性的和臨時(shí)性的兩種。1. 永久性橫縫永久性橫縫常做出豎直平面，不設(shè)鍵槽，縫內(nèi)不灌漿，以使各壩段獨(dú)立工作。2. 臨時(shí)性橫縫臨時(shí)性橫縫主要用于下述幾