第二章 重力壩1

1、第二章第二章 重力壩重力壩v 在水利水電工程建設(shè)中，混凝土重力壩是在水利水電工程建設(shè)中，混凝土重力壩是最廣泛采用的一種形式，在高壩樞紐中仍占最廣泛采用的一種形式，在高壩樞紐中仍占有顯著的優(yōu)勢。有顯著的優(yōu)勢。v重力壩的工作原理重力壩的工作原理v 重力壩在水壓力及其他荷載作用下，主要重力壩在水壓力及其他荷載作用下，主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)定要求；依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)定要求；同時依靠壩體之中產(chǎn)生的壓應(yīng)力來減小庫水同時依靠壩體之中產(chǎn)生的壓應(yīng)力來減小庫水壓力所引起的上游壩面拉應(yīng)力以滿足強度要壓力所引起的上游壩面拉應(yīng)力以滿足強度要求。求。優(yōu)點優(yōu)點v（1 1）對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強

2、）對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強v（2 2）樞紐泄洪問題容易解決）樞紐泄洪問題容易解決 v（3 3）便于施工導(dǎo)流）便于施工導(dǎo)流v（4 4）結(jié)構(gòu)作用明確）結(jié)構(gòu)作用明確 斷面形狀簡單，結(jié)構(gòu)作用明確，施工方便，安斷面形狀簡單，結(jié)構(gòu)作用明確，施工方便，安全可靠。全可靠。 重力壩設(shè)有垂直壩軸線方向的橫縫，將重力壩設(shè)有垂直壩軸線方向的橫縫，將壩體分為若干個獨立的壩段，各壩段獨立工作，壩體分為若干個獨立的壩段，各壩段獨立工作，受力明確。受力明確。v（5 5）可利用塊石筑壩）可利用塊石筑壩v（6 6）安全可靠）安全可靠（7 7）施工方便）施工方便缺點：缺點： （1 1）剖面尺寸大，材料用量多）剖面尺寸大，材料用量多

3、v（2 2）壩底揚壓力大，對穩(wěn)定不利）壩底揚壓力大，對穩(wěn)定不利v（3 3）要有較嚴(yán)格的溫度控制措施）要有較嚴(yán)格的溫度控制措施重力壩的特點：v一：重力壩剖面尺寸大，建筑材料用量較多，壩體邊緣應(yīng)力較大，壩內(nèi)應(yīng)力較小。v二：壩體與壩基的接觸面大，壩體承受的揚壓力較大，抵消了壩體的部分重力。v三：壩體傳給地基的壓應(yīng)力較大，一般要修建在巖基上，地基要求比土石壩高。v四：斷面大，壩體抗沖能力強，適于在壩頂溢流河在壩身設(shè)置泄水孔。v五：壩體被橫縫分成若干壩段，各壩段獨立工作。v六：因混凝土在凝結(jié)過程中會產(chǎn)生水化熱，施工期混凝土的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力較大，有時會造成壩體裂縫，故一般要采取溫度控制和散熱措施。設(shè)計

4、內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容v（）選定壩軸線（）選定壩軸線v（）剖面設(shè)計（）剖面設(shè)計 參照已建工程經(jīng)驗，初步擬定剖面尺寸參照已建工程經(jīng)驗，初步擬定剖面尺寸 v（）穩(wěn)定分析（）穩(wěn)定分析 驗算壩體沿建基面或地基中軟弱結(jié)構(gòu)面的驗算壩體沿建基面或地基中軟弱結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定安全度穩(wěn)定安全度 v（）應(yīng)力分析（）應(yīng)力分析 使應(yīng)力條件滿足設(shè)計規(guī)范要求，保證大壩使應(yīng)力條件滿足設(shè)計規(guī)范要求，保證大壩和壩基有足夠的強度和壩基有足夠的強度 v（）構(gòu)造設(shè)計（）構(gòu)造設(shè)計 根據(jù)施工和運行要求，確定壩體的細(xì)部構(gòu)造，如根據(jù)施工和運行要求，確定壩體的細(xì)部構(gòu)造，如分縫、廊道系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、止水系統(tǒng)等。分縫、廊道系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、止水系統(tǒng)等。 v（）地基

5、處理（）地基處理 根據(jù)地質(zhì)條件，進(jìn)行地基的防滲、排水設(shè)計；進(jìn)根據(jù)地質(zhì)條件，進(jìn)行地基的防滲、排水設(shè)計；進(jìn)行斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的處理行斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的處理 v（）溢流重力壩和泄水孔的設(shè)計以及他們的消（）溢流重力壩和泄水孔的設(shè)計以及他們的消能設(shè)計和防沖設(shè)計能設(shè)計和防沖設(shè)計 包括泄水建筑物體型、溢流堰頂高程、溢流重力包括泄水建筑物體型、溢流堰頂高程、溢流重力壩前沿的寬度和泄水孔進(jìn)口的高程、泄水孔口的壩前沿的寬度和泄水孔進(jìn)口的高程、泄水孔口的尺寸。尺寸。 v（）監(jiān)測設(shè)計（）監(jiān)測設(shè)計 包括壩體內(nèi)部和外部的觀測設(shè)計包括壩體內(nèi)部和外部的觀測設(shè)計 溢流壩重力壩溢流壩重力壩非溢流重力壩荷載計算荷載計算 v沿壩軸線

6、方向取沿壩軸線方向取1 1米寬壩體為計算單元米寬壩體為計算單元荷載v自重自重: :壩體及其上永久性設(shè)施的重量壩體及其上永久性設(shè)施的重量 W=W=（iViiVi） v上、下游壩面的靜水壓力上、下游壩面的靜水壓力 v溢流壩反弧段上的動水壓力溢流壩反弧段上的動水壓力 溢流壩反弧段上的動水壓力（離心力）合力的水溢流壩反弧段上的動水壓力（離心力）合力的水平及垂直分力可按下式計算：平及垂直分力可按下式計算： 作用點：反弧段最低點；作用點：反弧段最低點； 方方 向：圖示為正向：圖示為正（1）壩基面上的揚壓力）壩基面上的揚壓力 v不設(shè)防滲排水設(shè)施的實體重力壩不設(shè)防滲排水設(shè)施的實體重力壩 滲透壓力滲透壓力 在下

7、、下游水位差的作用下，庫水經(jīng)過壩體在下、下游水位差的作用下，庫水經(jīng)過壩體和壩基的孔隙向下游滲透而形成滲透水流，和壩基的孔隙向下游滲透而形成滲透水流，滲透水流對計算截面產(chǎn)生的垂直指向該截面滲透水流對計算截面產(chǎn)生的垂直指向該截面的水壓力為滲透壓力。的水壓力為滲透壓力。v浮壓力浮壓力 若計算截面在下游水位之下，由下游水深對若計算截面在下游水位之下，由下游水深對該截面產(chǎn)生的垂直指向該截面的水壓力為浮該截面產(chǎn)生的垂直指向該截面的水壓力為浮壓力。壓力。 v設(shè)有防滲帷幕和排水設(shè)施的實體設(shè)有防滲帷幕和排水設(shè)施的實體重力重力壩壩 （防滲帷幕：防滲帷幕：在壩基巖中鉆孔灌槳而形成一在壩基巖中鉆孔灌槳而形成一道連續(xù)的

8、地下墻。道連續(xù)的地下墻。 排水幕：排水幕：在壩基巖中鉆孔灌渠而形成一排水在壩基巖中鉆孔灌渠而形成一排水孔?？?。 作用：作用： 阻止?jié)B透水流，降低滲透壓力，延長阻止?jié)B透水流，降低滲透壓力，延長滲徑。）滲徑。） 為揚壓力折減系數(shù)，河床壩段采用為揚壓力折減系數(shù)，河床壩段采用 0.20.30.20.3，岸坡壩段采用，岸坡壩段采用0.30.40.30.4。 v設(shè)有抽排降壓設(shè)施的實體重力壩設(shè)有抽排降壓設(shè)施的實體重力壩 抽排降壓：抽排降壓：在基礎(chǔ)灌漿廊道下游設(shè)在基礎(chǔ)灌漿廊道下游設(shè)置，一道排水廊道、鉆設(shè)排水孔，由置，一道排水廊道、鉆設(shè)排水孔，由抽水設(shè)備定時抽排。抽水設(shè)備定時抽排。 11為揚壓力折減系數(shù)；為揚壓

9、力折減系數(shù)； 22為殘余揚壓力系數(shù)。為殘余揚壓力系數(shù)。v（2 2）壩體內(nèi)部的揚壓力）壩體內(nèi)部的揚壓力 應(yīng)分壩體內(nèi)有排水管和壩體內(nèi)無排水管兩應(yīng)分壩體內(nèi)有排水管和壩體內(nèi)無排水管兩種情況考慮種情況考慮 v（3 3）討論：）討論： 揚壓力始終垂直作用于計算截面。揚壓力始終垂直作用于計算截面。 揚壓力的作用面積，近似作用在揚壓力的作用面積，近似作用在100%100%的面積上。的面積上。 當(dāng)壩基條件復(fù)雜，需經(jīng)專門研究確定揚壓當(dāng)壩基條件復(fù)雜，需經(jīng)專門研究確定揚壓力分布。力分布。v冰壓力冰壓力 （1 1）靜冰壓力）靜冰壓力 （2 2）動冰壓力）動冰壓力v泥沙壓力泥沙壓力 壩前的淤砂高程應(yīng)按河流的特性和工程的壩

10、前的淤砂高程應(yīng)按河流的特性和工程的具體情況計算確定，一般計算年限可采用具體情況計算確定，一般計算年限可采用年。對于多泥砂河流應(yīng)經(jīng)研究確定；當(dāng)有年。對于多泥砂河流應(yīng)經(jīng)研究確定；當(dāng)有可靠的排砂措施時，應(yīng)考慮其作用?？煽康呐派按胧r，應(yīng)考慮其作用。作用在壩、水閘等擋水建筑物單位長度上的水平淤作用在壩、水閘等擋水建筑物單位長度上的水平淤沙壓力，可按下式計算：沙壓力，可按下式計算： （相當(dāng)于主動土壓力）（相當(dāng)于主動土壓力） 式中：式中： pnpn為泥沙對壩體某點的水平壓力強度，為泥沙對壩體某點的水平壓力強度，kN/m2kN/m2； 為泥沙的浮容重，為泥沙的浮容重，kN/m3kN/m3； hnhn為該點以

11、上的淤沙厚度，為該點以上的淤沙厚度，mm。 斜面上鉛直的淤沙壓力即為淤積在其上的泥沙重力斜面上鉛直的淤沙壓力即為淤積在其上的泥沙重力（按浮容重計算）。（按浮容重計算）。 浪壓力浪壓力v說明：說明： （1 1）水對波浪的）水對波浪的阻力大于空氣對波阻力大于空氣對波浪的阻力，所以波浪的阻力，所以波浪的中心線高于靜浪的中心線高于靜水位。水位。 （2 2）當(dāng)建筑物的）當(dāng)建筑物的迎風(fēng)面是垂直面時，迎風(fēng)面是垂直面時，波浪撞擊在壁面上波浪撞擊在壁面上產(chǎn)生反射波。反射產(chǎn)生反射波。反射波與入射波疊加產(chǎn)波與入射波疊加產(chǎn)生駐波，駐波波高生駐波，駐波波高為風(fēng)成波波高的兩為風(fēng)成波波高的兩倍倍。v波浪的要素（官廳水庫公式

12、）波浪的要素（官廳水庫公式） 當(dāng)當(dāng) H1Ll/2 H1Ll/2 時波浪運動不受庫底的約時波浪運動不受庫底的約束，稱為深水波束，稱為深水波 v簡化為：簡化為：v當(dāng)當(dāng) Hk H1 Ll/2Hk H1 Ll/2時波浪運動受到庫底影響，時波浪運動受到庫底影響，波速降低，波長縮短，波浪中心線增大，波速降低，波長縮短，波浪中心線增大，稱為淺水波稱為淺水波v簡化為：簡化為：v壩踵處浪壓力的剩余強度為壩踵處浪壓力的剩余強度為： v溫度荷載溫度荷載: : 對重力壩施工期進(jìn)行適當(dāng)溫控，運對重力壩施工期進(jìn)行適當(dāng)溫控，運用期設(shè)置永久性橫縫，則溫度荷載不用期設(shè)置永久性橫縫，則溫度荷載不列為主要荷載。列為主要荷載。 v地

13、震荷載：地震荷載： （1 1）地震慣性力）地震慣性力 （2 2）地震動水壓力）地震動水壓力荷載組合荷載組合v 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范屬于安全系數(shù)屬于安全系數(shù)設(shè)計法的規(guī)范，該規(guī)范將作用于壩體上荷設(shè)計法的規(guī)范，該規(guī)范將作用于壩體上荷載分為基本荷載和特殊荷載。載分為基本荷載和特殊荷載。 v基本荷載：基本荷載：v 壩體及其上永久性設(shè)備重；壩體及其上永久性設(shè)備重；v 正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的靜水壓力（選擇一種正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的靜水壓力（選擇一種控制情況）；控制情況）；v 相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的揚壓力；相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的揚壓力；v 泥砂壓力；泥砂壓力；v

14、 相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的浪壓力；相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的浪壓力；v 冰壓力；冰壓力；v 土壓力；土壓力；v 相應(yīng)于設(shè)計洪水位時的動水壓力；相應(yīng)于設(shè)計洪水位時的動水壓力；v 其他出現(xiàn)機會較多的荷載。其他出現(xiàn)機會較多的荷載。v特殊荷載特殊荷載：v 校核洪水位時的靜水壓力；校核洪水位時的靜水壓力；v 相應(yīng)于校核洪水位時的揚壓力；相應(yīng)于校核洪水位時的揚壓力；v 相應(yīng)于校核洪水位時的浪壓力；相應(yīng)于校核洪水位時的浪壓力；v 相應(yīng)于校核洪水位時的動水壓力；相應(yīng)于校核洪水位時的動水壓力；v 地震荷載；地震荷載；v 其他出現(xiàn)機會較少的荷載。其他出現(xiàn)機會較少的荷載。v荷載組合荷載組合： 將具有合

15、理的同時出現(xiàn)機率的荷載進(jìn)行最將具有合理的同時出現(xiàn)機率的荷載進(jìn)行最不利組合，作為建筑物上的設(shè)計荷載。不利組合，作為建筑物上的設(shè)計荷載。 混混凝土重力壩的荷載組合分基本組合和特殊凝土重力壩的荷載組合分基本組合和特殊組合。組合。 v 基本組合基本組合： 由基本荷載組合。由基本荷載組合。 v 特殊組合特殊組合： 由基本荷載和一種或幾種特殊荷載組由基本荷載和一種或幾種特殊荷載組合合重力壩的形狀重力壩的形狀 基本刨面呈三角形，上游壩面陡、下游壩面基本刨面呈三角形，上游壩面陡、下游壩面較緩。較緩。非溢流重力壩剖面非溢流重力壩剖面v基本剖面基本剖面v重力壩的主要荷載重力壩的主要荷載 有靜水壓力、自重、揚壓力。

16、其中靜水有靜水壓力、自重、揚壓力。其中靜水壓力壓力P P與與H2H2成正比，為維持壩體自身的穩(wěn)定，成正比，為維持壩體自身的穩(wěn)定，重力壩的主要荷載自重重力壩的主要荷載自重WW也應(yīng)與也應(yīng)與H2H2成正比。成正比。因此重力壩的基本剖面為三角形，其中因此重力壩的基本剖面為三角形，其中H H為為最高靜水頭。最高靜水頭。 v三角形基本剖面的三角形基本剖面的控制參數(shù)控制參數(shù)有：有：H H、B B、n n、mm，（其中，（其中H H由河流的水文水利規(guī)劃確定，由河流的水文水利規(guī)劃確定，T T可以表達(dá)為可以表達(dá)為n n、mm的函數(shù)式）在滿足經(jīng)濟(jì)、的函數(shù)式）在滿足經(jīng)濟(jì)、安全的條件下可以由：安全的條件下可以由：v 強

17、度條件：強度條件： v v 穩(wěn)定條件：穩(wěn)定條件： v聯(lián)立求解聯(lián)立求解n n、mm。 v 根據(jù)工程經(jīng)驗，一般上游壩坡根據(jù)工程經(jīng)驗，一般上游壩坡n n取取0 00.20.2，下游壩坡下游壩坡mm取取0.60.60.80.8，底寬取，底寬取B B（ 0.70.70.90.9）H H（壩高）。（壩高）。 實用剖面實用剖面v（1 1）壩頂?shù)膶挾龋雾數(shù)膶挾?v 根據(jù)施工、交通、設(shè)備安裝等條件確定。根據(jù)施工、交通、設(shè)備安裝等條件確定。 也可以由也可以由Bmin=(810)%HBmin=(810)%H初步擬定初步擬定（BminBmin最小壩頂?shù)膶挾龋?。最小壩頂?shù)膶挾龋?v 或根據(jù)漂浮物，冰壓力等對壩體的沖

18、擊力或根據(jù)漂浮物，冰壓力等對壩體的沖擊力情況確定。情況確定。v（2 2）壩頂高程）壩頂高程 v壩頂在最高靜水位上的超高：壩頂在最高靜水位上的超高： v h=h1+h0+hch=h1+h0+hc vh1h1為波浪高度。為波浪高度。 vh0h0為波浪的中心線超過靜水位的高度。為波浪的中心線超過靜水位的高度。 vhchc為安全超高。為安全超高。 v壩頂高程或壩頂上游防浪墻頂高程按下式壩頂高程或壩頂上游防浪墻頂高程按下式計算后選用較大值：計算后選用較大值： v v 注：在計算注：在計算h1h1和和h0h0時，設(shè)計和校核情況應(yīng)時，設(shè)計和校核情況應(yīng)采用不同的計算風(fēng)速值。采用不同的計算風(fēng)速值。（3）常用的實

19、用剖面的型式）常用的實用剖面的型式 v實用剖面（實用剖面（1 1）地基條件較好地基條件較好, ,壩體與基壩體與基巖間摩擦系數(shù)較大，壩體剖面由強度巖間摩擦系數(shù)較大，壩體剖面由強度條件控制。條件控制。 v實用剖面（實用剖面（2 2）地基條件較差地基條件較差, ,壩體與壩體與基巖間摩擦系數(shù)較小，壩體剖面由穩(wěn)基巖間摩擦系數(shù)較小，壩體剖面由穩(wěn)定條件控制。定條件控制。 v實用剖面（實用剖面（3 3）壩體剖面由穩(wěn)定條件控壩體剖面由穩(wěn)定條件控制，同時有利于利用水重和布置壩體制，同時有利于利用水重和布置壩體泄水孔。泄水孔。 重力壩的穩(wěn)定分析重力壩的穩(wěn)定分析v 重力壩穩(wěn)定分析的目的是核算壩體沿壩重力壩穩(wěn)定分析的目

20、的是核算壩體沿壩基面或沿壩基巖內(nèi)體軟弱面上的穩(wěn)定安全度。基面或沿壩基巖內(nèi)體軟弱面上的穩(wěn)定安全度。v2.4 剛體極限平衡法剛體極限平衡法v2.4.1 沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析v2.4.2 深層抗滑穩(wěn)定分析深層抗滑穩(wěn)定分析v2.4.3 提高壩體抗滑穩(wěn)定性的措施提高壩體抗滑穩(wěn)定性的措施v2.4.1 (1) 純摩擦理論分析純摩擦理論分析 v 當(dāng)壩基面為水平時：當(dāng)壩基面為水平時： v 壩基面上的安全系數(shù)為：壩基面上的安全系數(shù)為： v(2)剪斷強度公式剪斷強度公式認(rèn)為壩體與壩基為膠認(rèn)為壩體與壩基為膠結(jié)狀態(tài)結(jié)狀態(tài) 壩基面上的抗滑安全系數(shù)：壩基面上的抗滑安全系數(shù)： f 為壩基面上的抗剪斷摩

21、擦系數(shù)。為壩基面上的抗剪斷摩擦系數(shù)。c為壩基面上的抗剪斷凝聚力。為壩基面上的抗剪斷凝聚力。 A為壩基面面積。為壩基面面積。（3） 極限狀態(tài)分項系數(shù)方法v 我國我國混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范中中規(guī)定采用極限狀態(tài)設(shè)計法，利用分項系規(guī)定采用極限狀態(tài)設(shè)計法，利用分項系數(shù)表達(dá)式來進(jìn)行重力壩的抗滑穩(wěn)定分析。數(shù)表達(dá)式來進(jìn)行重力壩的抗滑穩(wěn)定分析。v討論：討論： v 抗滑穩(wěn)定分析應(yīng)考慮任何可能出現(xiàn)的荷載抗滑穩(wěn)定分析應(yīng)考慮任何可能出現(xiàn)的荷載組合。組合。v 純摩擦公式，形式簡單，但沒有考慮壩體與純摩擦公式，形式簡單，但沒有考慮壩體與壩基的咬合、膠結(jié)作用，與實際情況出入較大。壩基的咬合、膠結(jié)作用，與實際

22、情況出入較大。v 抗剪斷強度公式，抗剪斷強度公式，假定壩體壩基之間凸凹不假定壩體壩基之間凸凹不平，相互咬合在一起，計算時考慮純剪強度。平，相互咬合在一起，計算時考慮純剪強度。計入了壩基面的全部抗滑潛力，較接近實際作計入了壩基面的全部抗滑潛力，較接近實際作用情況。用情況。因而要求的安全系數(shù)較大，在美、日等國因而要求的安全系數(shù)較大，在美、日等國家用得較多家用得較多。v公式的選用公式的選用: v 兩種計算公式均為兩種計算公式均為混凝土重力壩設(shè)計混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范規(guī)范(SDJ21-1978)(SDJ21-1978)推薦的計算公式，推薦的計算公式，其安其安全系數(shù)只是一個抗滑穩(wěn)定的安全指標(biāo)，并全系數(shù)只是

23、一個抗滑穩(wěn)定的安全指標(biāo)，并不能反映壩體真實的安全程度。不能反映壩體真實的安全程度。 v WW和和P P基本是與壩高的平方成正比，基本是與壩高的平方成正比，而凝聚力而凝聚力cAcA則與壩高成正比，則與壩高成正比，因此按摩擦因此按摩擦公式核算壩體抗滑穩(wěn)定時，高壩的安全儲公式核算壩體抗滑穩(wěn)定時，高壩的安全儲備比低壩小。備比低壩小。v當(dāng)壩基面為傾斜時當(dāng)壩基面為傾斜時 ：v壩基面上阻滑力為壩基面上阻滑力為: v v壩基面上滑動力為：壩基面上滑動力為：v v壩基面上的抗滑安全系數(shù)為：壩基面上的抗滑安全系數(shù)為： v為壩基面與水平面間的夾角。為壩基面與水平面間的夾角。v當(dāng)壩基面向下游傾斜時當(dāng)壩基面向下游傾斜時

24、，為負(fù)，壩基面上的為負(fù)，壩基面上的滑動力滑動力 增加，對抗滑穩(wěn)定不利增加，對抗滑穩(wěn)定不利2.4.2 深層抗滑穩(wěn)定分析深層抗滑穩(wěn)定分析v 當(dāng)壩基內(nèi)存在巖體軟弱結(jié)構(gòu)面時，在水當(dāng)壩基內(nèi)存在巖體軟弱結(jié)構(gòu)面時，在水荷載作用下，壩體連同部分基巖有可能沿壩荷載作用下，壩體連同部分基巖有可能沿壩基內(nèi)的軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動，即為深層滑動。基內(nèi)的軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動，即為深層滑動。v2.4.2.1 單滑動面單滑動面v2.4.2.2 雙滑動面雙滑動面單滑動面單滑動面 v當(dāng)壩基內(nèi)只存在一個巖體軟弱結(jié)構(gòu)面，將當(dāng)壩基內(nèi)只存在一個巖體軟弱結(jié)構(gòu)面，將軟弱結(jié)構(gòu)面以上的壩體和地基作為整體，軟弱結(jié)構(gòu)面以上的壩體和地基作為整體，按剛體極

25、限平衡法，核算軟弱結(jié)構(gòu)面上的按剛體極限平衡法，核算軟弱結(jié)構(gòu)面上的抗滑安全系數(shù)?？够踩禂?shù)。v軟弱結(jié)構(gòu)面上的抗滑安全系數(shù)軟弱結(jié)構(gòu)面上的抗滑安全系數(shù)： v v K v式中式中fBfB、CBCB：滑動面上的抗剪斷摩擦系數(shù)：滑動面上的抗剪斷摩擦系數(shù)和凝聚力。和凝聚力。v 對安全系數(shù)的要求采用摩擦公式時，對安全系數(shù)的要求采用摩擦公式時，因軟弱面的因軟弱面的C C小，安全儲備低，小，安全儲備低，K K應(yīng)適當(dāng)應(yīng)適當(dāng)提高提高(25(2530)30)；采用抗剪斷公式時，；采用抗剪斷公式時，因軟弱面的因軟弱面的fcfc低，低，kk很難達(dá)到規(guī)范很難達(dá)到規(guī)范要求，可適當(dāng)降低，但至少不低于要求，可適當(dāng)降低，但至少不低

26、于2.0.2.0.雙滑動面雙滑動面v 實際工程中，壩基內(nèi)往往存在多條相互實際工程中，壩基內(nèi)往往存在多條相互切割交錯的斷層和軟弱夾層。構(gòu)成復(fù)雜的切割交錯的斷層和軟弱夾層。構(gòu)成復(fù)雜的滑動面。在深層抗滑穩(wěn)定分析時，滑動面。在深層抗滑穩(wěn)定分析時，應(yīng)驗算應(yīng)驗算所有可能的滑動通道，從中找出最不利的所有可能的滑動通道，從中找出最不利的滑動面組合和其上抗滑安全系數(shù)。滑動面組合和其上抗滑安全系數(shù)。一般：一般： v 將傾向下游的緩傾角斷層、泥化夾層假設(shè)將傾向下游的緩傾角斷層、泥化夾層假設(shè)為第一滑動面；為第一滑動面； v 將傾向上游的斷層、泥化夾層假設(shè)為第二將傾向上游的斷層、泥化夾層假設(shè)為第二滑動面；也可以假定多條

27、滑裂面，通過試滑動面；也可以假定多條滑裂面，通過試算確定一條最不利的第二滑動面。算確定一條最不利的第二滑動面。v 求解深層抗滑穩(wěn)定問題的難點是由一個剛求解深層抗滑穩(wěn)定問題的難點是由一個剛體極限平衡方程（抗剪斷強度公式或摩擦體極限平衡方程（抗剪斷強度公式或摩擦公式），不能同時求兩個未知數(shù)：公式），不能同時求兩個未知數(shù)：F1F1、F2F2，或或K1K1、K2K2。 v 深層抗滑穩(wěn)定分析的簡化計算方法是將滑深層抗滑穩(wěn)定分析的簡化計算方法是將滑移體分為兩段，采用移體分為兩段，采用被動抗力法、剩余推被動抗力法、剩余推力法、等安全系數(shù)法力法、等安全系數(shù)法。 v注：前兩種方法現(xiàn)在已逐漸不采用注：前兩種方法現(xiàn)

28、在已逐漸不采用v（1 1）被動抗力法）被動抗力法 v 假定抗力體的作用充分發(fā)揮，取其假定抗力體的作用充分發(fā)揮，取其K2=1K2=1。 v v 求出求出QQ，QQ為抗力體向壩體段提供的阻力。由此計為抗力體向壩體段提供的阻力。由此計算出壩體段的安全系數(shù)算出壩體段的安全系數(shù)K1K1，作為深層抗滑穩(wěn)定安全系，作為深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。數(shù)。 v 被動抗力法的概念清楚但理論依據(jù)不足；當(dāng)抗力體被動抗力法的概念清楚但理論依據(jù)不足；當(dāng)抗力體提供的提供的QQ較小，壩體段可能產(chǎn)生較大的位移，導(dǎo)致于較小，壩體段可能產(chǎn)生較大的位移，導(dǎo)致于上游帷幕破壞，而該現(xiàn)象無法定量分析，計算結(jié)果中上游帷幕破壞，而該現(xiàn)象無法定量分析，

29、計算結(jié)果中也不能反映出來。也不能反映出來。（2 2）常規(guī)法）常規(guī)法v 假定壩體段的穩(wěn)定安全系數(shù)假定壩體段的穩(wěn)定安全系數(shù)K1=1K1=1，求抗力，求抗力體上的推力體上的推力QQ；由此計算出抗力體的穩(wěn)定安；由此計算出抗力體的穩(wěn)定安全系數(shù)全系數(shù)K2K2，作為深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。，作為深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。 v 剩余推力法存在的問題是當(dāng)壩體段的剩余推力法存在的問題是當(dāng)壩體段的f1 f1較大較大時，時，QQ可能為負(fù)值或零，不符合實際情況；可能為負(fù)值或零，不符合實際情況；為承受為承受QQ，抗力體可能會產(chǎn)生較大的變形，抗力體可能會產(chǎn)生較大的變形，以至壩趾巖體壓碎，計算結(jié)果中也不能反映以至壩趾巖體壓碎，計算

30、結(jié)果中也不能反映出來出來（3）等安全系數(shù)法）等安全系數(shù)法 等安全系數(shù)法就是假定等安全系數(shù)法就是假定K1=K2K1=K2，分別由兩個，分別由兩個極限平衡方程求解極限平衡方程求解K K、QQ。 v 由于第一滑動面一般為斷層、泥化夾層，產(chǎn)由于第一滑動面一般為斷層、泥化夾層，產(chǎn)生塑性破壞，變形較大；第二滑動面一般處生塑性破壞，變形較大；第二滑動面一般處于完整巖體中，破壞形式為脆性破壞，變形于完整巖體中，破壞形式為脆性破壞，變形較小既破壞，因此兩滑動面上的安全系數(shù)實較小既破壞，因此兩滑動面上的安全系數(shù)實際不相同際不相同。 說明：說明：v 1 1上述三種方法求出的上述三種方法求出的k k差別較大；差別較大

31、；v 2 2R R的傾角對的傾角對K K的影響較大的影響較大=0=0時，時，K K最?。蛔钚。籿 (與分界面上的摩擦特性有關(guān)，與分界面上的摩擦特性有關(guān)，較難精確確定較難精確確定) )；v 3 3上述方法在地基內(nèi)設(shè)想增加了一上述方法在地基內(nèi)設(shè)想增加了一個個BDBD軟弱面，使軟弱面，使K K降低，如巖體堅固降低，如巖體堅固完整，完整， BDBD面上的抗剪強度足以承擔(dān)其面上的抗剪強度足以承擔(dān)其剪力，則按整體深層失穩(wěn)核算；剪力，則按整體深層失穩(wěn)核算；2.4.2 有限單元法v 有限單元法分析提供了壩體及地基內(nèi)各有限單元法分析提供了壩體及地基內(nèi)各點的應(yīng)力及變位值，可以了解破壞區(qū)的分點的應(yīng)力及變位值，可以了

32、解破壞區(qū)的分布、范圍，以便找出最危險的部位，并分布、范圍，以便找出最危險的部位，并分析嚴(yán)重程度，進(jìn)而可以分析各種加固措施析嚴(yán)重程度，進(jìn)而可以分析各種加固措施的作用。的作用。v 具體分析時，常采用增量法，即將荷載具體分析時，常采用增量法，即將荷載分為若干級，逐級施加，可求得應(yīng)力應(yīng)變分為若干級，逐級施加，可求得應(yīng)力應(yīng)變的變化過程和破壞過程。的變化過程和破壞過程。2.4.3 模型試驗方法模型試驗方法 模型實驗室研究壩體及地基的應(yīng)力、變位和模型實驗室研究壩體及地基的應(yīng)力、變位和失穩(wěn)問題的一種重要手段。靜力試驗中，我們失穩(wěn)問題的一種重要手段。靜力試驗中，我們可以選擇任意兩個參數(shù)的模型比值，作為設(shè)計可以選

33、擇任意兩個參數(shù)的模型比值，作為設(shè)計模型的基準(zhǔn)，其他參數(shù)間的比值可以有著兩個模型的基準(zhǔn)，其他參數(shù)間的比值可以有著兩個基本比值導(dǎo)出，一般常以以下兩個值為準(zhǔn)?；颈戎祵?dǎo)出，一般常以以下兩個值為準(zhǔn)。v 幾何比尺，即模型幾何尺寸與原型之比。幾何比尺，即模型幾何尺寸與原型之比。v應(yīng)力比尺，是其他以應(yīng)力因次表達(dá)的各種參數(shù)應(yīng)力比尺，是其他以應(yīng)力因次表達(dá)的各種參數(shù)的比尺。的比尺。v注：如果模型材料能完全滿足上述要求，則在注：如果模型材料能完全滿足上述要求，則在理論上將，可以通過試驗獲得精確數(shù)據(jù)。理論上將，可以通過試驗獲得精確數(shù)據(jù)。措施：措施：提高壩體抗滑穩(wěn)定性的措施提高壩體抗滑穩(wěn)定性的措施v（1 1）利用水重。

34、利用水重。將壩體上游面做成傾斜，將壩體上游面做成傾斜，利用水重增加向下的垂直力。利用水重增加向下的垂直力。 v（2 2）開挖時將壩基面向上游傾斜，對抗滑開挖時將壩基面向上游傾斜，對抗滑穩(wěn)定有利穩(wěn)定有利。 v（3 3）在壩基面設(shè)置防滲排水設(shè)施，減少揚在壩基面設(shè)置防滲排水設(shè)施，減少揚壓力。壓力。 v（4 4）在壩踵處設(shè)深齒墻。在壩踵處設(shè)深齒墻。當(dāng)軟弱夾層埋藏當(dāng)軟弱夾層埋藏較淺時，將壩踵附近出露的軟弱夾層開挖較淺時，將壩踵附近出露的軟弱夾層開挖齒槽切斷，并回填混凝土齒槽切斷，并回填混凝土處理處理，施工簡單，施工簡單，工程量不大，有利于壩基防滲。工程量不大，有利于壩基防滲。 v（5 5）設(shè)置混凝土洞塞

35、設(shè)置混凝土洞塞。當(dāng)軟弱夾層埋藏較深時，厚度當(dāng)軟弱夾層埋藏較深時，厚度大且傾角較平緩大且傾角較平緩 ，全部挖出工程量大，可在軟弱夾層，全部挖出工程量大，可在軟弱夾層中放置數(shù)排混凝土洞塞，增加軟弱夾層的抗剪能力。中放置數(shù)排混凝土洞塞，增加軟弱夾層的抗剪能力。 v（6 6）在壩趾下游處修建深齒墻。在壩趾下游處修建深齒墻。在壩趾下游處修建深在壩趾下游處修建深齒墻可以增加尾巖抗力作用，在壩基開挖過程中出，發(fā)齒墻可以增加尾巖抗力作用，在壩基開挖過程中出，發(fā)現(xiàn)了原來沒有預(yù)見到的夾層時適于該措施?，F(xiàn)了原來沒有預(yù)見到的夾層時適于該措施。 v（7 7）鋼筋混凝土抗滑樁。鋼筋混凝土抗滑樁。在壩基軟弱夾層的下游壩趾、

36、在壩基軟弱夾層的下游壩趾、抗力體部位，布置鋼筋混凝土抗滑樁，深入到滑動面以抗力體部位，布置鋼筋混凝土抗滑樁，深入到滑動面以下完整巖體中，利用樁體承受推力或剪力增加尾巖抗力。下完整巖體中，利用樁體承受推力或剪力增加尾巖抗力。 v（8 8）預(yù)應(yīng)力錨索。預(yù)應(yīng)力錨索。預(yù)應(yīng)力錨索加固是在壩頂鉆孔至基預(yù)應(yīng)力錨索加固是在壩頂鉆孔至基巖深部，孔內(nèi)放置鋼索，其下端錨固在夾層以下的完整巖深部，孔內(nèi)放置鋼索，其下端錨固在夾層以下的完整巖石中，而在壩頂錨索的另一端施加拉力，使壩體受壓，巖石中，而在壩頂錨索的另一端施加拉力，使壩體受壓，既可提高壩體的抗滑穩(wěn)定性，又可改善壩踵的應(yīng)力狀態(tài)。既可提高壩體的抗滑穩(wěn)定性，又可改善

37、壩踵的應(yīng)力狀態(tài)。v 某山區(qū)混凝土重力壩為四級建筑物，擋水壩河床壩段如圖（1）基本資料：多年平均最大風(fēng)速v=16m/s，吹程D=1.5km。壩底高程壩底高程180m，校核洪水位229m，正常水位227m，淤沙高程184m，泥沙浮容重是7kn/m3，內(nèi)摩擦角是18度。混凝土容重取24kn/m3。壩基巖石f=1.0，c=0.9MP。揚壓力系數(shù)v計算：1：重力壩的荷載計算。20. 0245. 01重力壩應(yīng)力分析：重力壩應(yīng)力分析：目的目的：v 檢驗壩體在施工期和運用期是否滿足強度檢驗壩體在施工期和運用期是否滿足強度方面的要求。方面的要求。v 確定壩體混凝土材料分區(qū)。確定壩體混凝土材料分區(qū)。v 為壩體的某

38、些部位配置鋼筋提供依據(jù)為壩體的某些部位配置鋼筋提供依據(jù)。v 為改進(jìn)結(jié)構(gòu)型式和科學(xué)研究提供依據(jù)為改進(jìn)結(jié)構(gòu)型式和科學(xué)研究提供依據(jù)。 4.3 應(yīng)力分析方法應(yīng)力分析方法 v 重力壩的應(yīng)力分析方法可以分為兩大類，重力壩的應(yīng)力分析方法可以分為兩大類，即即理論計算方法理論計算方法和和模型試驗方法模型試驗方法。這兩類。這兩類方法互相補充、互相驗證，并受原形觀測方法互相補充、互相驗證，并受原形觀測結(jié)果的檢驗。結(jié)果的檢驗。 v（1 1）模型試驗法）模型試驗法 常用的方法有電測法，可以進(jìn)行彈性應(yīng)力分析、常用的方法有電測法，可以進(jìn)行彈性應(yīng)力分析、破壞試驗。常用的破壞試驗。常用的方法方法有地質(zhì)力學(xué)模型試驗，有地質(zhì)力學(xué)模

39、型試驗，可以模擬復(fù)雜的地基?？梢阅M復(fù)雜的地基。模型試驗法在模擬材料特模型試驗法在模擬材料特性、施加地基滲透體積力等方面還存在著一些問性、施加地基滲透體積力等方面還存在著一些問題，有待進(jìn)一步以及解決。題，有待進(jìn)一步以及解決。 v（3 3）彈性理論解析法彈性理論解析法 該方法在力學(xué)模型和數(shù)學(xué)解法上都是嚴(yán)該方法在力學(xué)模型和數(shù)學(xué)解法上都是嚴(yán)格的，格的，因此只有少數(shù)邊界條件簡單的典型因此只有少數(shù)邊界條件簡單的典型結(jié)構(gòu)才有解答結(jié)構(gòu)才有解答。通過對典型結(jié)構(gòu)的計算分。通過對典型結(jié)構(gòu)的計算分析，可以驗證其他方法的正確性，彈性理析，可以驗證其他方法的正確性，彈性理論解析法仍是一種有價值的分析方法。論解析法仍是一

40、種有價值的分析方法。 v（4 4）彈性理論的差分法）彈性理論的差分法 該方法在力學(xué)模型解法上是嚴(yán)格的，在數(shù)該方法在力學(xué)模型解法上是嚴(yán)格的，在數(shù)學(xué)的解法上采用差分格式，是近似的。學(xué)的解法上采用差分格式，是近似的。由由于差分法要求方型網(wǎng)格，對復(fù)雜邊界適應(yīng)于差分法要求方型網(wǎng)格，對復(fù)雜邊界適應(yīng)性差。性差。 v（5 5）彈性理論的有限元法）彈性理論的有限元法 v 有限元法在力學(xué)模型上是近似的，在有限元法在力學(xué)模型上是近似的，在數(shù)學(xué)的解法上是嚴(yán)格的。有限元法近期發(fā)數(shù)學(xué)的解法上是嚴(yán)格的。有限元法近期發(fā)展迅速，不僅能求解位移場、應(yīng)力場，也展迅速，不僅能求解位移場、應(yīng)力場，也可以求解溫度場和滲流場；不僅能解決彈

41、可以求解溫度場和滲流場；不僅能解決彈性問題，并可進(jìn)而解決彈塑性問題、動力性問題，并可進(jìn)而解決彈塑性問題、動力學(xué)問題或巖體力學(xué)問題，在水利水電工程學(xué)問題或巖體力學(xué)問題，在水利水電工程設(shè)計中的應(yīng)用日趨廣泛。設(shè)計中的應(yīng)用日趨廣泛。v 有限元的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)問題即單元格大有限元的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)問題即單元格大小的劃分問題沒有統(tǒng)一合理的說法。小的劃分問題沒有統(tǒng)一合理的說法。v（2 2）材料力學(xué)法）材料力學(xué)法 材料力學(xué)法是重力壩設(shè)計規(guī)范推薦的方法。材料力學(xué)法是重力壩設(shè)計規(guī)范推薦的方法。該方法不考慮地基的變形對壩體的應(yīng)力的該方法不考慮地基的變形對壩體的應(yīng)力的影響，使計算結(jié)果在地基附近約影響，使計算結(jié)果在地基附近約

42、1/31/3壩高范壩高范圍內(nèi)，與實際情況不符合。但該方法有長圍內(nèi)，與實際情況不符合。但該方法有長期的實踐應(yīng)用經(jīng)驗，對中等高度的壩，按期的實踐應(yīng)用經(jīng)驗，對中等高度的壩，按該方法和規(guī)定的指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計，是可以保該方法和規(guī)定的指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計，是可以保證工程的安全的。證工程的安全的。用材料力學(xué)法計算壩體的應(yīng)力用材料力學(xué)法計算壩體的應(yīng)力基本假定：基本假定：v （1 1）壩體材料為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性）壩體材料為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料。的彈性材料。 v （2 2）壩段為固結(jié)于地基上的懸臂梁，各）壩段為固結(jié)于地基上的懸臂梁，各壩段獨立工作，橫縫不傳力。壩段獨立工作，橫縫不傳力。v （3 3）地基的變形對

43、壩體的應(yīng)力沒有影響。）地基的變形對壩體的應(yīng)力沒有影響。v （4 4）水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分）水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布（平面假定）。布（平面假定）。v （1 1）計算單元）計算單元 垂直壩軸線方向，取垂直壩軸線方向，取單位壩寬為計算單元。單位壩寬為計算單元。 v （2 2）計算截面）計算截面 在計算單元的橫剖面在計算單元的橫剖面上，截取若干個控制性水平截面進(jìn)行上，截取若干個控制性水平截面進(jìn)行應(yīng)力計算。應(yīng)力計算。v （3 3）一般選取壩基面、折坡處、壩）一般選取壩基面、折坡處、壩體削弱部位（廊道部位等）以及需要體削弱部位（廊道部位等）以及需要計算壩體應(yīng)力的部位。計算壩體應(yīng)力的部位。

44、計算單元，計算截面：計算單元，計算截面：截面核心計算圖截面核心計算圖26yuWMBBv2 2、壩面應(yīng)力計算、壩面應(yīng)力計算v 水平截面上的垂直正應(yīng)力水平截面上的垂直正應(yīng)力 偏心受壓公式偏心受壓公式 見下圖見下圖av 剪應(yīng)力剪應(yīng)力v 根據(jù)豎直方向上的平衡條件根據(jù)豎直方向上的平衡條件 見下圖見下圖b b 水平正應(yīng)力水平正應(yīng)力 根據(jù)水平方向上的平衡條件根據(jù)水平方向上的平衡條件 見下圖見下圖b 主應(yīng)力主應(yīng)力 根據(jù)上下游壩面微分體的平衡條件根據(jù)上下游壩面微分體的平衡條件 見見下圖下圖c：updxudyyudx 0yF updxudyyudx=+ udyupdxyudx= uuyuuyudxppndy上下游

45、邊緣應(yīng)力計算圖上下游邊緣應(yīng)力計算圖up dy udxxudy 0 xF uuxup dydxdy xuuudyp dydx xuuuuudxppndy 211coscoscosuuuuudxdxyudx 2sinsinsinuuuuupdxp dx0yF 221cossinyuuuuudxdxp dx 221cossinuuyuuudxdxp dx212222121cos11cosuyuuuuyuuyuuup np nnp n2uup3 3、考慮揚壓力時的計算方法、考慮揚壓力時的計算方法: : 有揚壓力的邊緣應(yīng)力計算簡圖有揚壓力的邊緣應(yīng)力計算簡圖楊壓力分布圖楊壓力分布圖 內(nèi)部應(yīng)力計算內(nèi)部應(yīng)力計

46、算 壩體微元體受力分析壩體微元體受力分析 y的計算, 的計算, x的計算, 壩內(nèi)主應(yīng)力計算應(yīng)力的影響因素！應(yīng)力的影響因素！非荷載因素對壩體應(yīng)力的影響非荷載因素對壩體應(yīng)力的影響地基變形示意圖地基變形示意圖 v難題：難題： 1 1）新舊混凝土結(jié)合問題以及他們不同的）新舊混凝土結(jié)合問題以及他們不同的變形所產(chǎn)生的約束應(yīng)力；變形所產(chǎn)生的約束應(yīng)力； 2 2）溢流堰的重新設(shè)計和施工；）溢流堰的重新設(shè)計和施工； 3 3）大壩孔口的加長和改建；）大壩孔口的加長和改建； 4 4）新壩基的開挖對老壩的不利影響；）新壩基的開挖對老壩的不利影響； 注：注：只有在萬不得已的情況下才分期施工，只有在萬不得已的情況下才分期施

47、工，一般應(yīng)盡量避免。一般應(yīng)盡量避免。v壩體混凝土分區(qū)壩體混凝土分區(qū)對壩體應(yīng)力的影響：對壩體應(yīng)力的影響： 壩體內(nèi)部應(yīng)力較低，對防滲、抗凍得要求也壩體內(nèi)部應(yīng)力較低，對防滲、抗凍得要求也低，內(nèi)部要求低水化熱，所以內(nèi)部選擇低標(biāo)號的低，內(nèi)部要求低水化熱，所以內(nèi)部選擇低標(biāo)號的混凝土。壩體內(nèi)外的彈性模量不同，造成壩體外混凝土。壩體內(nèi)外的彈性模量不同，造成壩體外部彈性模量愈高，上游壩面尤其是壩踵處愈容易部彈性模量愈高，上游壩面尤其是壩踵處愈容易產(chǎn)生拉應(yīng)力，下游壩面也增加了壓應(yīng)力，產(chǎn)生拉應(yīng)力，下游壩面也增加了壓應(yīng)力，施工過程溫度變化施工過程溫度變化對應(yīng)力的影響：對應(yīng)力的影響： 壩體裂縫多是有溫度應(yīng)力引起的。壩體

48、裂縫多是有溫度應(yīng)力引起的。注：初步設(shè)計的決定壩體斷面時一般不考慮溫度荷注：初步設(shè)計的決定壩體斷面時一般不考慮溫度荷載。施工期有溫控措施，運行期溫變僅限于表面，載。施工期有溫控措施，運行期溫變僅限于表面，內(nèi)部變化很小。內(nèi)部變化很小。v整體式重力壩整體式重力壩對壩體應(yīng)力的影響：對壩體應(yīng)力的影響： 溫度變化對整體式重力壩沿軸向方向溫度變化對整體式重力壩沿軸向方向的應(yīng)力影響很大。的應(yīng)力影響很大。2.6 2.6 重力壩的優(yōu)化設(shè)計重力壩的優(yōu)化設(shè)計v 重力壩斷面設(shè)計必須遵循重力壩斷面設(shè)計必須遵循兩項基本原則兩項基本原則：v 1 1）壩體和地基的應(yīng)力不超過允許值；）壩體和地基的應(yīng)力不超過允許值；v 2 2）抗

49、滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求；）抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求；v 33）不許發(fā)生傾覆破壞；）不許發(fā)生傾覆破壞； v優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計：工程設(shè)計中，除了滿足按要求外，：工程設(shè)計中，除了滿足按要求外，往往還要考慮如何使設(shè)計最省，便于施工和往往還要考慮如何使設(shè)計最省，便于施工和運行管理等等。運行管理等等。v可行方法可行方法：材料力學(xué)法、剛體極限平衡法。材料力學(xué)法、剛體極限平衡法。 v優(yōu)化設(shè)計：優(yōu)化設(shè)計： v 1 1、確定描述壩體體形的設(shè)計參數(shù)；、確定描述壩體體形的設(shè)計參數(shù)；v 2 2、建立目標(biāo)函數(shù)，一般取結(jié)構(gòu)的重量和造價，因、建立目標(biāo)函數(shù)，一般取結(jié)構(gòu)的重量和造價，因重力壩的造價主要取決于壩體砼方量，故取壩體體積作重力壩

50、的造價主要取決于壩體砼方量，故取壩體體積作為目標(biāo)函數(shù)；為目標(biāo)函數(shù)；v 3 3、確定約束條件，如穩(wěn)定約束、應(yīng)力約束、幾何、確定約束條件，如穩(wěn)定約束、應(yīng)力約束、幾何約束等；如壩基巖體有易發(fā)生深層滑動的軟弱結(jié)構(gòu)面，約束等；如壩基巖體有易發(fā)生深層滑動的軟弱結(jié)構(gòu)面，還應(yīng)再考慮深層抗滑穩(wěn)定約束條件；還應(yīng)再考慮深層抗滑穩(wěn)定約束條件；v 4 4、優(yōu)化計算方法，目標(biāo)函數(shù)和約束條件都是設(shè)計、優(yōu)化計算方法，目標(biāo)函數(shù)和約束條件都是設(shè)計參數(shù)的非線性函數(shù)，因此重力壩的優(yōu)化設(shè)計是一個非線參數(shù)的非線性函數(shù)，因此重力壩的優(yōu)化設(shè)計是一個非線性規(guī)劃問題。性規(guī)劃問題。v注：在斷面設(shè)計中不考慮浪壓力或冰壓力等很小的荷載，注：在斷面設(shè)計

51、中不考慮浪壓力或冰壓力等很小的荷載，因為在后面求實用斷面時，壩頂加高和加寬基本上抵消因為在后面求實用斷面時，壩頂加高和加寬基本上抵消了浪壓力和冰壓力的負(fù)面作用，或略有余地了浪壓力和冰壓力的負(fù)面作用，或略有余地。2.7 施工期溫度應(yīng)力及防裂措施施工期溫度應(yīng)力及防裂措施 v（二）溫度應(yīng)力和溫度裂縫的成因（二）溫度應(yīng)力和溫度裂縫的成因:v1 1、溫度應(yīng)力及溫度裂縫的、溫度應(yīng)力及溫度裂縫的成因成因v 砼溫度發(fā)生變化，其體積也隨著脹縮，由于砼溫度發(fā)生變化，其體積也隨著脹縮，由于砼壩體不能自由伸縮，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，而當(dāng)砼壩體不能自由伸縮，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，而當(dāng)拉應(yīng)力超過砼的抗拉能力時，出現(xiàn)裂縫。（拉應(yīng)力

52、超過砼的抗拉能力時，出現(xiàn)裂縫。（基巖基巖或老混凝土約束引起的應(yīng)力或老混凝土約束引起的應(yīng)力）v a）基礎(chǔ)溫差引起的應(yīng)力和裂縫基礎(chǔ)溫差引起的應(yīng)力和裂縫v b b）壩塊內(nèi)外溫差引起的應(yīng)力和裂縫）壩塊內(nèi)外溫差引起的應(yīng)力和裂縫 v v 砼塊體在溫度變化過程中，其溫度分砼塊體在溫度變化過程中，其溫度分布實際上是不均勻的，施工期的溫度布實際上是不均勻的，施工期的溫度應(yīng)力則是由在散熱過程中所形成的內(nèi)應(yīng)力則是由在散熱過程中所形成的內(nèi)外溫差引起的。由于內(nèi)部砼的膨脹受外溫差引起的。由于內(nèi)部砼的膨脹受到外部砼的約束，產(chǎn)生壓應(yīng)力，而外到外部砼的約束，產(chǎn)生壓應(yīng)力，而外部砼受到內(nèi)部砼的約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力，部砼受到內(nèi)部砼的約束

53、，產(chǎn)生拉應(yīng)力，若拉應(yīng)力超過砼的抗拉強度，就產(chǎn)生若拉應(yīng)力超過砼的抗拉強度，就產(chǎn)生裂縫，溫度裂縫一般發(fā)生在砼表面裂縫，溫度裂縫一般發(fā)生在砼表面. . v( (三三) )防止溫度裂縫的防止溫度裂縫的措施措施v v 加強溫度控制；降低混凝土的澆筑溫加強溫度控制；降低混凝土的澆筑溫度度TpTp；減少混凝土水化熱溫升；減少混凝土水化熱溫升TrTr。v v 提高砼的抗裂強度；提高砼的抗裂強度；v v 保證砼的施工質(zhì)量和采用合理的分縫、保證砼的施工質(zhì)量和采用合理的分縫、分塊等；加強對混凝土表面的養(yǎng)護(hù)和保護(hù)。分塊等；加強對混凝土表面的養(yǎng)護(hù)和保護(hù)。v(二)壩體砼的分區(qū)v v壩體材料分區(qū)：壩體材料分區(qū)： v1 1區(qū)

54、區(qū)：上下游水位以上壩體表層混凝土，以抗凍：上下游水位以上壩體表層混凝土，以抗凍性能控制。性能控制。v2 2區(qū)區(qū)：上下游水位變化區(qū)的壩體表層混凝土，以：上下游水位變化區(qū)的壩體表層混凝土，以抗凍性能控制。抗凍性能控制。v3 3區(qū)區(qū)：上、下游最低水位以下壩體表層混凝土，：上、下游最低水位以下壩體表層混凝土，以抗?jié)B性能控制。以抗?jié)B性能控制。v4 4區(qū)區(qū)：壩基部位混凝土，以強度性能控制。：壩基部位混凝土，以強度性能控制。v5 5區(qū)區(qū)：壩體內(nèi)部混凝土，以強度性能控制。：壩體內(nèi)部混凝土，以強度性能控制。v6 6區(qū)區(qū)：有抗沖刷要求部位的混凝土（例如溢流面，：有抗沖刷要求部位的混凝土（例如溢流面，泄水孔，導(dǎo)墻和

55、閘墩等），以抗沖刷性能控制。泄水孔，導(dǎo)墻和閘墩等），以抗沖刷性能控制。材料材料三、砼重力壩的構(gòu)造三、砼重力壩的構(gòu)造v 構(gòu)造包括構(gòu)造包括：壩頂結(jié)構(gòu)、壩體分縫、止水、壩頂結(jié)構(gòu)、壩體分縫、止水、排水、廊道布置等內(nèi)容。排水、廊道布置等內(nèi)容。 v（一）壩頂結(jié)構(gòu)（一）壩頂結(jié)構(gòu)v 一般用實體結(jié)構(gòu)，見下圖，頂面按路面一般用實體結(jié)構(gòu)，見下圖，頂面按路面設(shè)計，在壩頂上布置排水系統(tǒng)和欄桿或防設(shè)計，在壩頂上布置排水系統(tǒng)和欄桿或防浪墻等以及照明設(shè)備。也可采用輕型結(jié)構(gòu)浪墻等以及照明設(shè)備。也可采用輕型結(jié)構(gòu), ,如下圖所示如下圖所示. .v( (二二) )壩體分縫壩體分縫v v 為適應(yīng)施工期砼的澆筑能力和溫度控制以為適應(yīng)施工

56、期砼的澆筑能力和溫度控制以及防止地基可能產(chǎn)生不均勻沉陷而引起裂及防止地基可能產(chǎn)生不均勻沉陷而引起裂縫，因而要分縫。常設(shè)垂直于壩軸線的橫縫，因而要分縫。常設(shè)垂直于壩軸線的橫縫和平行于壩軸線的縱縫、橫縫是永久縫，縫和平行于壩軸線的縱縫、橫縫是永久縫，縱縫則屬于臨時縫；有時砼分層澆筑的層縱縫則屬于臨時縫；有時砼分層澆筑的層面也是一種臨時性水平施工縫，見下圖。面也是一種臨時性水平施工縫，見下圖。v1、橫縫及止水、橫縫及止水v 永久性橫縫將壩體沿壩軸線分成若干壩段，其縫面常永久性橫縫將壩體沿壩軸線分成若干壩段，其縫面常為平面為平面v 橫縫主要用于減少壩體的縱向約束，以適應(yīng)運用期地橫縫主要用于減少壩體的縱

57、向約束，以適應(yīng)運用期地基的不均沉降及溫度變化。基的不均沉降及溫度變化。v 橫縫間距一般為橫縫間距一般為12m20m12m20m。 v 橫縫縫面通常采用可靠的止水設(shè)備，為適應(yīng)縫的變形，橫縫縫面通常采用可靠的止水設(shè)備，為適應(yīng)縫的變形，縫中需要填充瀝青油氈，瀝青麻片或其它柔性填料?？p中需要填充瀝青油氈，瀝青麻片或其它柔性填料。v2、縱縫、縱縫v 縱縫是為適應(yīng)砼的澆筑能力和減小施工期溫度應(yīng)力而縱縫是為適應(yīng)砼的澆筑能力和減小施工期溫度應(yīng)力而設(shè)置的臨時縫。設(shè)置的臨時縫。v 縱縫的設(shè)置為平行于壩軸線方向，將壩段分成若干縱縫的設(shè)置為平行于壩軸線方向，將壩段分成若干壩塊。壩塊。v 縱縫的布置型式有三種：縱縫的布

58、置型式有三種：垂直縱縫、斜縫和錯縫垂直縱縫、斜縫和錯縫v縱縫鍵槽縱縫鍵槽v3. 水平施工縫水平施工縫v 水平施工縫是指下、上層澆筑塊之間的水平施工縫是指下、上層澆筑塊之間的新老混凝土的結(jié)合面。下、上層澆筑塊之新老混凝土的結(jié)合面。下、上層澆筑塊之間的間歇時間一般為間的間歇時間一般為3737天。天。 v 水平施工縫縫面的處理是先在老混凝土面水平施工縫縫面的處理是先在老混凝土面鑿毛、沖洗；在已清理的干燥表面上敷一鑿毛、沖洗；在已清理的干燥表面上敷一層層23cm23cm的富水泥砂漿，用鋼絲刷抹后，的富水泥砂漿，用鋼絲刷抹后，立即澆上層混凝土；上層混凝土需防止振立即澆上層混凝土；上層混凝土需防止振搗過度

59、，造成水泥砂漿泌出。搗過度，造成水泥砂漿泌出。v( (三）壩體排水三）壩體排水 v 為了減小滲水對壩體和壩基的有害影響，為了減小滲水對壩體和壩基的有害影響，降低壩體和壩基的滲透壓力，在靠近上游降低壩體和壩基的滲透壓力，在靠近上游面處設(shè)置排水管，將滲水通過排水管排入面處設(shè)置排水管，將滲水通過排水管排入廊道，匯集于集水井內(nèi)，用水泵或自流排廊道，匯集于集水井內(nèi)，用水泵或自流排向下游。向下游。v 壩內(nèi)排水管布置在距上游壩面約為水頭壩內(nèi)排水管布置在距上游壩面約為水頭1/15-1/251/15-1/25處，且不小于處，且不小于2 2米，排水管間距米，米，排水管間距米，用各孔砼做成。（見圖用各孔砼做成。（見

60、圖2.322.32）。排水管施）。排水管施工時必須防止水泥漿漏入，防止堵塞。工時必須防止水泥漿漏入，防止堵塞。v1 1、基礎(chǔ)灌漿廊道、基礎(chǔ)灌漿廊道v 灌漿廊道隨壩基面由河床向兩岸逐漸升高，坡灌漿廊道隨壩基面由河床向兩岸逐漸升高，坡度不宜陡于度不宜陡于40454045度，以便鉆孔、灌漿及其設(shè)備度，以便鉆孔、灌漿及其設(shè)備的搬運。的搬運。v2 2、基礎(chǔ)排水廊道、基礎(chǔ)排水廊道v3 3、壩體檢查和排水廊道、壩體檢查和排水廊道v 用于排水、觀測、檢查、壩內(nèi)交通等目的的廊用于排水、觀測、檢查、壩內(nèi)交通等目的的廊道一般沿壩高每隔道一般沿壩高每隔15m20m15m20m高程設(shè)置一層。高程設(shè)置一層。 v4 4、廊