河海大學(xué)水工建筑物重力壩課件

1、一、重力壩的工作原理及其特點(diǎn) 1、工作原理 利用自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力以及壩與地基間的凝聚力來抵抗水平水壓力而維持穩(wěn)定 利用自重引起的壓應(yīng)力來抵消由水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力橫縫橫縫排水孔排水孔排水管排水管灌漿帷幕灌漿帷幕帷幕灌漿孔帷幕灌漿孔非溢流壩段非溢流壩段上游水位上游水位 2、重力壩的特點(diǎn) 斷面尺寸大，抵抗?jié)B漏、漫頂破壞的能力強(qiáng)，在各種壩型中失事率最低 對地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng) 泄流問題容易解決 施工導(dǎo)流容易解決 體積大便于機(jī)械化施工 結(jié)構(gòu)作用明確2-1 2-1 概述概述 由于體積大，材料強(qiáng)度不能充分利用底部揚(yáng)壓力大，對穩(wěn)定不利由于體積大，水化熱不易散發(fā)，溫控 要求高2-1 2-1 概述概述2、

2、重力壩的特點(diǎn) 二、重力壩的型式按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分 實(shí)體重力壩 寬縫重力壩 空腹重力壩2-1 2-1 概述概述2-1 2-1 概述概述按作用分 非溢流重力壩 溢流重力壩2-1 2-1 概述概述按建筑材料分 混凝土重力壩 碾壓混凝土重力壩 漿砌石重力壩2-1 2-1 概述概述三、重力壩設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1、總體布置 壩軸線 組成建筑物的位置2、剖面設(shè)計(jì)3、穩(wěn)定分析4、應(yīng)力分析5、構(gòu)造設(shè)計(jì)6、地基處理7、溢流壩或泄水孔設(shè)計(jì)8、監(jiān)測設(shè)計(jì) 2-1 2-1 概述概述2-2 重力壩的荷載及其組合一、荷載 荷載 作用不隨時(shí)間變化的-永久作用永久作用如自重、土壓力等隨時(shí)間變化的-可變作用可變作用如水壓力、揚(yáng)壓力、 溫度、

3、孔隙水壓力等；偶然發(fā)生的-偶然作用偶然作用如地震、校核水 位下的水壓力等 可變作用是指在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)作用的量值隨時(shí)間 變化與平均值之比不可忽略的作用。 1、自重 壩體自重是重力壩的主要荷載之一。 W=A+ -壩上永久設(shè)備重 沿壩基面滑動，僅計(jì)壩體重量； 沿深層滑動，需計(jì)入滑體內(nèi)巖體重； 用有限單元法計(jì)算時(shí)，應(yīng)計(jì)入地基初始應(yīng) 力的影響； 假定： 1地基中任一點(diǎn)的垂直應(yīng)力(y)=h 2水平應(yīng)力(x)=h 3剪應(yīng)力(xy)=0 1上游面垂直 2上游面傾斜 擋水壩段 溢流壩段 3水的容重 清水 渾水(按實(shí)際情況考慮) 2、靜水壓力壩基揚(yáng)壓力包括兩部分 下游水深引起的浮托力； 由水頭差引起的滲透壓力；

4、滲透壓力從上游向下游逐漸消減，其變化呈拋物滲透壓力從上游向下游逐漸消減，其變化呈拋物線分布。揚(yáng)壓力對壩體穩(wěn)定不利，線分布。揚(yáng)壓力對壩體穩(wěn)定不利，為減小揚(yáng)壓力需采取工程措施： 設(shè)帷幕設(shè)帷幕 用折減系數(shù)表示巖體構(gòu)造、性質(zhì)、帷幕的深度、厚度、灌漿質(zhì)量、 排水孔直徑、間距、深度等因素。 設(shè)排水設(shè)排水 3、揚(yáng)壓力(含壩基和壩體內(nèi)揚(yáng)壓力) 規(guī)范規(guī)定：河床壩段 ：=0.20.3 岸坡壩段 ：=0.30.4 需要指出需要指出：原型觀測資料表明：揚(yáng)壓力因受泥沙淤 積的影響隨時(shí)間延長而減小，對穩(wěn)定有利。 壩體內(nèi)揚(yáng)壓力4.動水壓力 溢流壩泄水時(shí)，溢流面上作用有動水壓力，其中壩頂曲線段和下游直線段上的動水壓力較小，可

5、忽略不計(jì)。在反弧段上需根據(jù)水流動力方程求解動水壓力。 反弧段上總水平分力和垂直分力為：)sin(sin)cos(cos1212vFvFgqygqx根據(jù)動量沖量原理：單位時(shí)間內(nèi)物體動量的增量 等于該物體所受外力的合力即tvmvmF125、冰壓力冰壓力包括靜冰壓力和動冰壓力靜冰壓力： 寒冷地區(qū)，水庫表面將結(jié)冰，當(dāng)氣溫升高 時(shí)，冰層膨脹，對建筑物產(chǎn)生的壓力。 大?。?取決于冰層厚度、開始升溫時(shí)的氣溫及溫 升率。見教材表2-18。(表中數(shù)據(jù)為單位面 積上的靜冰壓力，總的應(yīng)乘上冰厚)。1pibiFmf d bibbicfK f冰層厚度（m）0.40.60.81.01.3靜冰壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m）8518

6、0215245280說明：說明：1冰壓力對高壩可以忽略，因?yàn)橐环矫嫠畮扉_闊，冰易凸起破碎，另一方面在總荷載中所占比例較??；2對低壩、閘較為重要，它占總荷載的比重大；3某些部位如閘門進(jìn)水口處及不宜承受大冰壓力的部位，可采取沖氣措施等。iicbicibbdfFAfVdF5 . 007. 021動冰壓力： 當(dāng)冰破碎后，受風(fēng)和水流的作用而漂流， 當(dāng)冰塊撞擊在壩面或閘墩上時(shí)將產(chǎn)生動冰壓力。 當(dāng)冰的運(yùn)動方向垂直或接近垂直壩面時(shí)，按式(2- 51) (2-52)計(jì)算，取其中小值。6、泥沙壓力成因 水庫蓄水后，入庫水流流速降低并趨 于零，挾帶的泥沙隨流速減小而沉積 于壩前，其過程是先沉積大顆粒，而 后沉積細(xì)顆

7、粒。計(jì)算 a、淤積高程 壩前淤積逐年增高，可根據(jù)河流的挾沙 量進(jìn)行估算，估算年限通常為50-100年。b、指標(biāo) 淤積的泥沙逐年固結(jié)，容重和內(nèi)摩擦角也 在逐年變化，很難算準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)取定，象黃河這樣的多沙河流應(yīng)由試驗(yàn) 定出。c、計(jì)算公式 )45(202221ntghPnnn6、泥沙壓力7.浪壓力 成因-空氣流動，帶動水體，形成波浪。 波浪三要素 2hl(2hm)波高； 2Ll (2Lm) 波長； h0 (hz)波浪中心線與靜水位的距離；ua、波浪涌高2hL 波浪運(yùn)動不受庫底影響-深水波深水波 波浪運(yùn)動受庫底影響，且 庫水深小于臨界深度Hk(Hk =(3-5 )hL)時(shí)-破碎波破碎波 水

8、深大于臨界深度Hk小于LL波浪受庫底影響-淺水波淺水波31450166. 02DVhfLb、波長2L8 . 0)2(4 .102LLhL c、波浪中心線距靜水面的距離h。LLLLHLhcthh12240d、平原、濱海地區(qū)按莆田公式計(jì)算，見式（2-23、24、25）式中：cth為雙曲余切0.450.720220.700200.00180.13th 0.7th0.13th 0.7mmmgDVghgHVVgHV0.520013.9mmgTghVV（2-23)（2-24)（2-25)22th2mmmmgTHLL內(nèi)陸峽谷水庫用官廳公式計(jì)算，見式（2-27、28）(適用于V020m/s，Dx x, ,自自

9、鉛直線量?。汇U直線量??； y yx x, ,自水平線量取。自水平線量取。有揚(yáng)壓力的壩內(nèi)應(yīng)力有揚(yáng)壓力的壩內(nèi)應(yīng)力 (全截面線性分布全截面線性分布)222221)(xyyx)(2211xyarctg0)(yuxuxp （ 2 - 5 3 ） 0)(uyuyxp （ 2 - 5 4 ） 4 4、考慮揚(yáng)壓力時(shí)的計(jì)算方法、考慮揚(yáng)壓力時(shí)的計(jì)算方法(全截面呈折線分布) 實(shí)際上由于壩體及壩基實(shí)際上由于壩體及壩基的防滲、排水等作用，水平的防滲、排水等作用，水平截面上的揚(yáng)壓力一般呈折線截面上的揚(yáng)壓力一般呈折線分布。計(jì)算時(shí)，可將揚(yáng)壓力分布。計(jì)算時(shí)，可將揚(yáng)壓力分解為一個(gè)全截面呈梯形或分解為一個(gè)全截面呈梯形或三角形分布和

10、一個(gè)在上游部三角形分布和一個(gè)在上游部分呈局部三角形分布的圖形。分呈局部三角形分布的圖形。三、應(yīng)力分析的有限單元法三、應(yīng)力分析的有限單元法 在有限元法計(jì)算中，一般把壩體作為平面應(yīng)力問題，壩基作為平面應(yīng)變問題進(jìn)行分析。 壩基應(yīng)包括主要的地質(zhì)構(gòu)造，要取足夠大的范圍，在所取范圍的邊緣位移應(yīng)已很小，可以忽略，可假定為固支或鉸支邊界。所取地基范圍，一般在壩踵和壩趾分別向上、下游取一倍壩高，壩基深度也取一倍壩高。先把壩體和地基平面離散化，得到有限個(gè)離散單元，在單元角點(diǎn)或邊線某些選定點(diǎn)作為鉸接，稱之為節(jié)點(diǎn)。 以取平面問題的三角形單元為例，如圖4-14(a)所示，它有6個(gè)結(jié)點(diǎn)位移分量，即 eiijjmmuuu

11、同時(shí)，三角形的3個(gè)結(jié)點(diǎn)上存在著結(jié)點(diǎn)力(4-40) UeiijjmmFUVUVV 在單元內(nèi)部任意一點(diǎn)的水平位移和垂直位移的一般表達(dá)式為 euN e Nx式中：為單元結(jié)點(diǎn)的位移列向量； 為形函數(shù)矩陣，是坐標(biāo)的函數(shù)。根據(jù)幾何方程式可以得出關(guān)系式、 eB B 為單元的應(yīng)變矩陣。 TxyxyD D eS SDB S 據(jù)彈性理論中的廣義虎克定律，可以得出單元應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系式。式中：為應(yīng)力列陣；為轉(zhuǎn)換矩陣。(4-44)為彈性矩陣將式(4-43)代入式(4-44)，得(4-45)(4-46)四、壩體強(qiáng)度驗(yàn)算四、壩體強(qiáng)度驗(yàn)算壩基面 運(yùn)用期 施工期 下游壩基(壩趾)處允許有不大 于0.1MPa的拉應(yīng)力 壩趾處允

12、許壓應(yīng)力取試塊 巖石極限抗壓強(qiáng)度的(1/251/5) 強(qiáng)度高者分母取大值 強(qiáng)度低者分母取小值 maxmin0yy壩基5 5 5 壩 體 運(yùn)用期 施工期 地 震 允許壓應(yīng)力可提高30% 拉應(yīng)力的安全系數(shù)不小于2.0 1砼壓下游面可以有不大于0.2MPa的主拉應(yīng)力 hyy0minmax)4 . 025. 0(砼分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)壩體強(qiáng)度驗(yàn)算分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)壩體強(qiáng)度驗(yàn)算 22(*)()(1)RRRRRWM TSmAJ(*)(*)CRRfRf或混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范（DLS408-1999）采用分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，即荷載計(jì)算時(shí)，考慮了各種作用（荷載）都有變異性或隨機(jī)性。并給出了各種作用的分項(xiàng)系數(shù)，從

13、而計(jì)算出相應(yīng)的設(shè)計(jì)值，然后用材料力學(xué)法計(jì)算各應(yīng)力分量并用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。1. 1.承載能力極限狀態(tài)壩趾的抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算承載能力極限狀態(tài)壩趾的抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算 驗(yàn)算壩趾抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)，按式（1-58）和（1-59）分別計(jì)算基本組合和偶然組合兩種情況，計(jì)算時(shí)按公式要求采用材料的標(biāo)準(zhǔn)值和作用的標(biāo)準(zhǔn)值或代表值。作用效應(yīng)函數(shù) (4-53)22(*)()(1)CCCCCWM TSmAJ(*)CRf 2.2.承載能力極限狀態(tài)壩體選定截面下游端點(diǎn)的承載能力極限狀態(tài)壩體選定截面下游端點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算 驗(yàn)算壩體選定截面下游端點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度時(shí)，同樣應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)，按式(1-

14、58)和式(1-59)分別計(jì)算基本組合和偶然組合兩種情況，計(jì)算時(shí)按公式要求采用材料的標(biāo)準(zhǔn)值和作用的標(biāo)準(zhǔn)值或代表值。作用效應(yīng)函數(shù)3. 3. 正常使用極限狀態(tài)壩體上、下游面拉應(yīng)力驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)壩體上、下游面拉應(yīng)力驗(yàn)算 （1）運(yùn)行期壩體上游面上游面拉應(yīng)力驗(yàn)算0RRRRRJTMAW（2 2）施工期壩體下游面拉應(yīng)力驗(yàn)算）施工期壩體下游面拉應(yīng)力驗(yàn)算 應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)與采用的分析方法有關(guān)，應(yīng)力分析方法不同，控制標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，目前我國重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定了按材料力學(xué)法計(jì)算的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，還提出了有限元法計(jì)算壩有限元法計(jì)算壩體應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。體應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。 用有限元法計(jì)算壩體應(yīng)力時(shí)，作用(荷載)

15、取標(biāo)準(zhǔn)值，材料、地基性能應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)合工程類比取定值計(jì)算。有限元法計(jì)算混凝土重力壩上游垂直應(yīng)力時(shí)，控制標(biāo)準(zhǔn)為： (1)(1)壩基上游面壩基上游面：計(jì)入揚(yáng)壓力時(shí)，拉應(yīng)力區(qū)寬度宜小于壩底寬度的0.07倍或壩踵至帷幕中心線的距離。 (2)(2)壩體上游面壩體上游面：計(jì)入揚(yáng)壓力時(shí)，拉應(yīng)力區(qū)寬度宜小于計(jì)算截面寬度的0.07倍或計(jì)算截面上游面至排水孔(管)中心線的距離。100CCCCCWM TAJkPa五、非荷載因素對壩體應(yīng)力的影響五、非荷載因素對壩體應(yīng)力的影響 地基變形對壩體應(yīng)力的影響地基變形對壩體應(yīng)力的影響地基不均勻?qū)误w應(yīng)力的影響地基不均勻?qū)误w應(yīng)力的影響 壩體跨越不同彈模的巖體，應(yīng)力將受到一定的影

16、響 當(dāng)壩踵處的彈模高于壩趾處的彈模時(shí)，壩踵易出現(xiàn)拉應(yīng)力壩體不同材料對壩體應(yīng)力的影響壩體不同材料對壩體應(yīng)力的影響 壩體外部材料彈模越高，壩踵越易出現(xiàn)拉應(yīng)力縱縫對壩體應(yīng)力的影響縱縫對壩體應(yīng)力的影響縱縫對壩體應(yīng)力的影響縱縫對壩體應(yīng)力的影響分期施工對壩體應(yīng)力的影響分期施工對壩體應(yīng)力的影響2-5 2-5 重力壩的剖面及優(yōu)化設(shè)計(jì)重力壩的剖面及優(yōu)化設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)原則一、設(shè)計(jì)原則 1、滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求； 2、盡可能節(jié)省工程量，使剖面尺寸最??； 3、外部形狀簡單，便于施工； 4、運(yùn)行管理方便；二、基本剖面二、基本剖面定義：定義：基本剖面是指壩體在自重、庫水壓力和揚(yáng)壓力三個(gè)主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和應(yīng)力要求并使其

17、剖面最小的三角形剖面。（一）按應(yīng)力條件確定壩底最小寬度（一）按應(yīng)力條件確定壩底最小寬度 假定上游庫滿水位平三角形頂點(diǎn)，荷載只考假定上游庫滿水位平三角形頂點(diǎn)，荷載只考慮水平水壓力慮水平水壓力P P（假設(shè)下游無水），水重假設(shè)下游無水），水重QQ和壩體自重和壩體自重G G以及揚(yáng)壓力以及揚(yáng)壓力U U。在壩軸線方向取在壩軸線方向取單位長度壩體，其上下游面的水平投影長度單位長度壩體，其上下游面的水平投影長度分別為分別為BB，和（和（1- 1-）B B。1 1設(shè)計(jì)工況設(shè)計(jì)工況 滿庫和空庫兩種工況滿庫和空庫兩種工況2 2強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn) 重力壩上下游邊緣不出現(xiàn)重力壩上下游邊緣不出現(xiàn)拉應(yīng)力拉應(yīng)力。3 3方法方法

18、庫空：庫空： 0 0 1 1滿庫：滿庫： ， 當(dāng)當(dāng)0 0時(shí)，時(shí)，021c101cHB)2()1(10rcrHB-0.20-0.20（二）按穩(wěn)定條件確定壩底最小寬度（二）按穩(wěn)定條件確定壩底最小寬度（1）加大，可以利用上游傾斜壩面上的水重增加壩體穩(wěn)定，減小壩底寬度B；由于應(yīng)力條件的限制， 值不能隨意加大。（2）最優(yōu)的的值，應(yīng)通過應(yīng)力和穩(wěn)定條件聯(lián)立求解。（3）當(dāng)f較大時(shí)，B/H由應(yīng)力條件控制； 當(dāng)f較小時(shí)，B/H由穩(wěn)定條件控制。 按應(yīng)力條件按應(yīng)力條件 )(10cfKHB3 . 05 . 08 . 00 . 1按穩(wěn)定條件按穩(wěn)定條件（4 4）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般n=00.2n=00.2，m=0

19、.60.85m=0.60.85，B B約為約為H H的的0.70.90.70.9倍倍6 . 075. 0ff從理論上講，基本剖面雖然經(jīng)濟(jì)，但不實(shí)用，因?yàn)?： 1壩頂不能是一個(gè)尖頂，不便于施工、運(yùn)行管理和交通。 2壩高不能剛好與水位齊平，必須有一定的超高。 3廠房壩段需設(shè)閘門和攔污柵，希望上部做成垂直的。三、實(shí)用剖面三、實(shí)用剖面壩頂寬度壩頂寬度（1 1）滿足設(shè)備布置、運(yùn)行、交通及施工的要求，非溢流壩的壩頂寬度）滿足設(shè)備布置、運(yùn)行、交通及施工的要求，非溢流壩的壩頂寬度一般可取壩高的一般可取壩高的810%810%，并不小于，并不小于2 2米。米。（2 2）若作交通要道或有移動式啟閉機(jī)設(shè)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)

20、際需要確定，）若作交通要道或有移動式啟閉機(jī)設(shè)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要確定，當(dāng)有較大的冰壓力或漂浮物撞擊力時(shí)，壩頂最小寬度還應(yīng)滿足強(qiáng)度的要當(dāng)有較大的冰壓力或漂浮物撞擊力時(shí)，壩頂最小寬度還應(yīng)滿足強(qiáng)度的要求。求。壩頂高程壩頂高程壩頂或壩頂上游防浪墻頂高出水庫靜水位高度壩頂或壩頂上游防浪墻頂高出水庫靜水位高度 h h2h2hl lh h0 0h hc c；式中：式中： 2 2h hl l波浪高度，波浪高度， h h0 0 波浪中心線高出靜水位高度；波浪中心線高出靜水位高度；h hc c 安全超安全超高。高。由于由于設(shè)計(jì)和校核采用的風(fēng)速不同設(shè)計(jì)和校核采用的風(fēng)速不同，設(shè)計(jì)和校核情況的，設(shè)計(jì)和校核情況的2 2h

21、 hl l、 h h0 0值不同值不同。設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算的壩頂高程設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算的壩頂高程h h設(shè)設(shè)=設(shè)計(jì)洪水位設(shè)計(jì)洪水位+ + h h設(shè)設(shè)校核洪水位計(jì)算的壩頂高程校核洪水位計(jì)算的壩頂高程h h校校=校核洪水位校核洪水位+ + h h校校壩頂高程壩頂高程maxmax（ h h設(shè)，設(shè)， h h校校），同時(shí)防浪墻高度，同時(shí)防浪墻高度 1.21.2mm三、實(shí)用剖面三、實(shí)用剖面剖面形態(tài)剖面形態(tài)由基本剖面修改為實(shí)用剖面，有三種常用的形態(tài)。由基本剖面修改為實(shí)用剖面，有三種常用的形態(tài)。（1 1）鉛直上游壩面）鉛直上游壩面適用適用：壩基：壩基f f、c c較大，剖面由應(yīng)力條件控制。較大，剖面由應(yīng)力條件控制。優(yōu)點(diǎn)

22、優(yōu)點(diǎn)：便于布置和操作壩身過水管道進(jìn)口控制設(shè)備。：便于布置和操作壩身過水管道進(jìn)口控制設(shè)備。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性不明顯。：經(jīng)濟(jì)性不明顯。（2 2）上游壩面上部鉛直、下部傾斜）上游壩面上部鉛直、下部傾斜優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：利用部分水重增加壩的穩(wěn)定性，上部仍能便于管道：利用部分水重增加壩的穩(wěn)定性，上部仍能便于管道進(jìn)口布置和操作。進(jìn)口布置和操作。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：上游折坡點(diǎn)要結(jié)合應(yīng)力和管道進(jìn)口布置高程：上游折坡點(diǎn)要結(jié)合應(yīng)力和管道進(jìn)口布置高程選定，要驗(yàn)算折坡點(diǎn)截面的強(qiáng)度和穩(wěn)定。一般在壩選定，要驗(yàn)算折坡點(diǎn)截面的強(qiáng)度和穩(wěn)定。一般在壩高的高的1/32/31/32/3的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。（3 3）上游壩面略呈傾斜）上游壩面略呈傾斜優(yōu)點(diǎn)

23、：優(yōu)點(diǎn)：增加壩體自重，利用部分水重增加壩的穩(wěn)定增加壩體自重，利用部分水重增加壩的穩(wěn)定性，可避免庫空時(shí)下游產(chǎn)生過大拉應(yīng)力。性，可避免庫空時(shí)下游產(chǎn)生過大拉應(yīng)力。適用：適用：f f、c c較小情況。較小情況。三、實(shí)用剖面三、實(shí)用剖面四、優(yōu)化設(shè)計(jì)四、優(yōu)化設(shè)計(jì)1、確定描述壩體體形的設(shè)計(jì)參數(shù)；2、建立目標(biāo)函數(shù)，一般取結(jié)構(gòu)的重量和造價(jià)，因重力壩的造價(jià)主要取決于壩體砼方量，故取壩體體積作為目標(biāo)函數(shù)；3、確定約束條件，如穩(wěn)定約束、應(yīng)力約束、幾何約束等；4、優(yōu)化計(jì)算方法，目標(biāo)函數(shù)和約束條件都是設(shè)計(jì)參數(shù)的非線性函數(shù)，因此重力壩的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)非線性規(guī)劃問題。2-6 2-6 泄水重力壩設(shè)計(jì)泄水重力壩設(shè)計(jì) 壩身設(shè)有溢流

24、面、底孔、中孔的重力壩稱為泄水重力壩。它既是泄水建筑物，又是擋水建筑物。因此它除了應(yīng)滿足擋水建筑物的穩(wěn)定強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足水流條件、解決好下泄水流對建筑物可能產(chǎn)生的空蝕、振動以及對下游的沖刷。一、泄水重力壩的泄水方式 1、壩頂溢流式 從壩頂過水，閘門承受水頭較小，孔口 尺寸可以較大； 閘門全開時(shí)，下泄流量與水頭 的二分之三次方成正比； 閘門啟閉方便，易于檢查修理； 可以排冰及其他漂浮物，但不能預(yù)泄； 2、大孔口溢流式 為滿足預(yù)泄要求將堰頂高程降低； 利用胸墻擋水減小閘門高度； 低水位時(shí)胸墻不影響泄流，和堰頂泄流相同； 胸墻可以做成活動式的，當(dāng)遇特大洪水時(shí)， 可將胸墻吊起來； 庫水位較低時(shí)，

25、不能供水和放空檢修；3、深式泄水孔 按孔內(nèi)流態(tài)可分為 有壓泄水孔 無壓泄水孔流量與水頭的二分之一次方成比例，超泄能力??；閘門承受水頭高，操作、檢修都比較復(fù)雜；可向下游供水、預(yù)泄、放空、排沙和施工導(dǎo)流； 以上三種方式各有特色，應(yīng)結(jié)合具體情況比較選擇，一般可配合使用，但為簡化結(jié)構(gòu)、便于施工和運(yùn)用，類型不宜過多；二、溢流重力壩的剖面設(shè)計(jì) 1、溢流面1溢流面頂部曲線 視堰頂是否允許出現(xiàn)真空，有真空堰和非真空堰兩種堰型，非真空堰曲線稍稍切入相應(yīng)于薄壁堰的溢流水舌，使其在設(shè)計(jì)條件下壩面不致發(fā)生真空；真空堰較非真空堰瘦，堰面與自由水舌脫開，工程中常用的非真空堰有克奧曲線和冪曲線(WES)要求：堰面壓力分布合

26、理，無負(fù)壓； 泄流能力大；這兩個(gè)要求實(shí)際上是矛盾的，為滿足這兩者，出現(xiàn)了不同的堰曲線1nndxyk H定型設(shè)計(jì)水頭Hd 當(dāng)H(運(yùn))Hd時(shí)，出現(xiàn)負(fù)壓，Q，負(fù)壓需控制；當(dāng)H(運(yùn))Hd時(shí)，出現(xiàn)正壓，Q，2直線段 直線段的坡度取用非溢流壩下游坡度，并作調(diào)整，使其與非溢流壩在同一平面，上部與溢流曲線相切，下部與反弧段相切。3反弧段（結(jié)構(gòu)尺寸） 鼻坎高程挑角反弧半徑Rl/h0.5時(shí)不分開 l/h0.5時(shí)分開2、溢流壩的孔口尺寸 1己知設(shè)計(jì)洪水位和允許下泄流量 先定qLH。(堰頂高程) 2未知設(shè)計(jì)洪水位,己知允許下泄流量 假定堰頂高程(孔口尺寸)，調(diào)最大泄量與 q相比影響因素：設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)； 下游防洪要求；

27、 地形地質(zhì)條件(單寬流量) 總泄量 a、確定單寬流量 b、孔口尺寸QLq0sQQQ0(1)(1)LLndnbnd表4-6 永久性建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn) 12345正常運(yùn)用(設(shè)計(jì))10005005001001005050303020非常運(yùn)用(校核) 50002000 20001000 1000500500200200100運(yùn)用情況洪水重現(xiàn)期（年）建筑物級別3/202gmBQHgvHH2200(堰頂高程)=設(shè)計(jì)洪水位-H0 3 3、溢流壩頂部結(jié)構(gòu)布置 包括閘門、啟閉機(jī)、閘墩、工作橋、公路橋等4、溢流重力壩的穩(wěn)定及強(qiáng)度計(jì)算 (方法同非溢流重力壩)三、大孔口、深式泄水孔的布置 1、大孔口的布置 為滿足預(yù)泄洪水

28、、減小閘門高度的要求，在壩頂可布設(shè)帶胸墻的大孔口泄水建筑物,大孔口泄流視水頭與孔口高度情況分為三種： 1Hmax/D1.5 堰頂按孔口射流曲線設(shè)計(jì) 2Hmax/D1.2 堰流 31.2 Hmax/D1.5 通過試驗(yàn)確定曲線型式，最大負(fù)壓不超過3-6m水柱高 2、深式泄水孔的型式及布置 1深式泄水孔易產(chǎn)生的問題 孔內(nèi)流速高，易產(chǎn)生負(fù)壓、空蝕、振動； 閘門在水下，承受壓力大，檢修困難，啟門力也相應(yīng)加大； 門體結(jié)構(gòu)、止水和啟閉都較復(fù)雜； 2深式泄水孔的型式按水流條件分 有壓：優(yōu)點(diǎn)：工作閘門布置在出口，門后為大氣，可部分開啟，出口高程低，利用水頭大，Q大可使斷面尺寸較??； 缺點(diǎn)：閘門關(guān)閉時(shí)，孔內(nèi)承受較

29、大的內(nèi) 水壓力，對壩體的應(yīng)力和防滲不 利，常需鋼板襯砌；無壓：優(yōu)點(diǎn)：工作閘門在進(jìn)口，可以部分開啟， 關(guān)閉后孔道內(nèi)無水，明流段可不 用鋼板襯砌，施工簡便，干擾少， 有利于加快進(jìn)度； 缺點(diǎn)：斷面尺寸大，削弱壩體；按所處高程分：中孔-位于壩高1/3-2/3范圍內(nèi) 底孔-位于壩高底部1/3范圍內(nèi) 按布置的層數(shù)分：單層、多層(雙層) 3深式泄水孔的布置 A、進(jìn)口曲線 要求：a、水頭損失小，泄水能力大； b、控制負(fù)壓，防止空蝕； 進(jìn)口曲線：(橢圓方程) 22221yxAA常采用常采用1/41/4橢圓，長軸與孔軸平行橢圓，長軸與孔軸平行 對圓形孔對圓形孔 A=A=直徑直徑 =0.30=0.30 孔口兩側(cè)孔口

30、兩側(cè) A= A=孔寬孔寬 =1/4 =1/4 對矩形孔對矩形孔 A=A=孔高孔高 =1/3=1/31/41/4B、管身 有壓：有壓：用圓形，過水能力強(qiáng)，周邊應(yīng)力較好； 無壓：無壓：用矩形，留足夠的凈空頂部距水面矩離取最大流量不摻氣水深的3050 C、漸變段 由方圓(進(jìn)口段用) 由圓方(出口段用) 因施工較復(fù)雜，不宜太長，為滿足水流平順要求又不宜太短，故常取 L=(1.52.0)D D、豎向連接 由緩變陡時(shí)， 用拋物線 由陡變緩時(shí)， 用反弧 E、平壓管和 通氣孔 四、泄水重力壩的下游消能四、泄水重力壩的下游消能 通過壩體的下泄水流具有很大的能量，當(dāng)水位差為40m時(shí)，單寬流量q=50秒立方米，1米

31、寬河床內(nèi)的水流動能可達(dá)24000匹馬力，如此巨大的能量主要消耗于兩個(gè)方面： 1、水流的內(nèi)部損耗，如摩擦、沖擊、紊動、 漩渦； 2、水流與固體邊界作用，如摩擦、沖刷等； 當(dāng)沖刷擴(kuò)展到壩基時(shí)，就會危及壩體安全；消能設(shè)計(jì)原則：1盡量增加水流的內(nèi)部紊動 2限制水流對河床的沖刷范圍消能方式：(底流消能、挑流消能、 面流消能、消力戽消能) 1、底流消能 1工作原理 在壩趾下游設(shè)消力池、消力坎等，促使水流在限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍，通過水流的內(nèi)部摩擦、摻氣和撞擊消耗能量。 2產(chǎn)生底流消能的條件12( 1 81)hrhF圖3-48 水躍類型(a)波狀水躍(b)弱水躍(c)振蕩水躍(d)穩(wěn)定水躍(e)強(qiáng)水躍3巖基上護(hù)

32、坦的構(gòu)造 要求：護(hù)坦厚度應(yīng)滿足穩(wěn)定要求，在揚(yáng)壓力和脈動壓力作用下不浮起。 荷載：水重集度P 平均脈動壓強(qiáng)A 動水壓力 (比較復(fù)雜，由試驗(yàn)確定) 揚(yáng)壓力強(qiáng)度U(設(shè)排水時(shí)，僅有浮托力， 不設(shè)排水時(shí)，除考慮浮托力外還有滲透 壓力) 增穩(wěn)措施-錨筋hhPAUPAUkk 2、挑流消能 1工作原理 利用鼻坎將水流挑向空中，并使其擴(kuò)散，摻入大量空氣，然后落入下游河床水墊，形成旋滾，消耗能量約20。起初沖刷河床，形成沖坑，達(dá)一定深度后，水墊加厚沖坑趨于穩(wěn)定。 2設(shè)計(jì)內(nèi)容 選擇鼻坎型式 反弧半徑 鼻坎高程 挑射角度 3連續(xù)式挑坎 R水流轉(zhuǎn)向容易，但鼻坎向下游延伸較長，工程量增加； R水流轉(zhuǎn)向困難，一般取(8-1

33、0)hc； 挑射距離遠(yuǎn)，入水角大，沖坑深； 挑射距離近，入水角小，沖坑淺； =2035 鼻坎高程一般高出下游最高水位1-2m。 4對壩體安全的評估 挑距 沖坑 2221111120.50.25sincoscossin2 ()gkLvvvg hhtqH)( ,00. 5/50. 2/ttttLtLkkkk對陡傾角巖石對陡傾角巖石:對緩傾角巖石對緩傾角巖石:5差動式挑坎 使水流通過高低坎分為兩股射出，在垂直方向有較大的擴(kuò)散，水舌入水寬度增加，減少了單位面積上的沖刷能量，兩股水流在空中互相撞擊、摻氣加劇。因此沖坑較連續(xù)式的淺，約減少35，但挑距將有所減小。主要缺點(diǎn)：高坎側(cè)面極易形成負(fù)壓而產(chǎn)生空蝕。3

34、、面流消能工作原理：利用鼻坎將水流挑至水面(不是空中)， 在主流下面形成旋滾，從而達(dá)到消能的目 的。結(jié)構(gòu)尺寸：同挑流鼻坎 不同之處：鼻坎低一些(下游水位附近) ； 小一些(=0)適用場合：下游水位較深，單寬流量變化范 圍小，水位變幅不大； 有排冰和漂木要求； 缺點(diǎn)：消能效率不高； 下游水面波動大； 影響電站穩(wěn)定運(yùn)行和通航。圖圖3-74 3-74 跌坎面流消能基跌坎面流消能基本流態(tài)本流態(tài)（a a）自由面流；）自由面流；（b b）混合面流）混合面流（c c）淹沒混合面流；）淹沒混合面流；（d d）淹沒面流，）淹沒面流，4、消力戽消能 工作原理：利用戽坎在水下的特點(diǎn)，使水 流分別在戽內(nèi)和戽后漩滾，形

35、 成“三滾一浪”，進(jìn)而達(dá)到消 能目的。 設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定反弧半徑R R坎上水流出流條件好， 戽內(nèi)漩滾水體相應(yīng)加 大，對消能有利， 但R太大，效果不顯 著，且戽體工程量加 大。 戽坎高度a 戽坎應(yīng)高于河床，以防泥沙雜物 卷入戽內(nèi)，一般取尾水深的1/9， a=R(1-COS)挑射角度 大部分工程采用45，也有采 用37-40，易產(chǎn)生戽流， 但涌浪高沖坑深戽內(nèi)漩滾易 超出戽外，最好由試驗(yàn)確定。戽底高程 一般取與河床同高，原則上保證 在各級流量和下游水位條件下均 能發(fā)生穩(wěn)定戽流。優(yōu)點(diǎn)：工程量比消力池省，沖刷坑比挑流消能 小，不存在霧化問題。缺點(diǎn)：下游水位波動較大，延綿范圍較長，易沖 刷河岸，對航運(yùn)不利，

36、底部漩滾會把河床 砂石帶入戽內(nèi)，磨損戽面，增加維修費(fèi)用。5、寬尾墩與挑流聯(lián)合消能6、不利流態(tài)-折沖水流的產(chǎn)生及其防止折沖水流：閘壩泄向下游的水流，主流在平面 上不能均勻擴(kuò)散，兩側(cè)形成回流， 使主流受擠壓，單寬流量增加，當(dāng) 兩側(cè)回流強(qiáng)度不同、水位不同時(shí)， 可能將主流壓向一側(cè)，并沿下游河 道或左或右擺動的現(xiàn)象。參見教材Page441 圖10-6。防止措施：1在樞紐布置上盡可能使下泄水流與原河道 主流一致；2規(guī)定閘門操作程序，均勻?qū)ΨQ開啟；3設(shè)分水墻，布置消力墩、擴(kuò)散檻和齒檻等4進(jìn)行水工水力學(xué)模型試驗(yàn)；2-7 重力壩的材料及構(gòu)造一、重力壩的材料一、重力壩的材料 重力壩的材料主要是混凝土，山區(qū)也有用石

37、塊砌1 1水土混凝土的特點(diǎn)水土混凝土的特點(diǎn) 抗壓性能好 多用于承受壓力的結(jié)構(gòu)； 可塑性好 可以制成結(jié)構(gòu)所需要的形狀 能抗?jié)B、抗侵蝕 可進(jìn)行機(jī)械化施工 ，節(jié)省勞動力 可進(jìn)行水下施工，大大改善施工條件 可制成預(yù)制件2 2混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度及齡期混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度及齡期 強(qiáng)度包括抗拉、抗壓、抗剪。通常用標(biāo)號來表示砼強(qiáng)度的高低。砼強(qiáng)度是隨著齡期增長的，那么在規(guī)定設(shè)計(jì)標(biāo)號時(shí)應(yīng)同時(shí)規(guī)定設(shè)計(jì)齡期 。抗壓：規(guī)定設(shè)計(jì)齡期為90天，不超過180 天，28天齡期時(shí)的強(qiáng)度不低于75號抗拉：規(guī)定設(shè)計(jì)齡期為28天，一般不采用后 期強(qiáng)度。常用的砼標(biāo)號有C10、C15、C20、C25、C30、C40等。 在試驗(yàn)室里，用砼拌和物做

38、成202020cm的試塊，在標(biāo)準(zhǔn)條件(溫度203C，相對濕度95以上)下養(yǎng)護(hù)28天(90天)作抗壓試驗(yàn)。測得其極限抗壓強(qiáng)度，以kg/c表示，即為標(biāo)號。 (抗壓強(qiáng)度=(75-85)標(biāo)號)3 3、混凝土的耐久性、混凝土的耐久性 耐久性包括抗?jié)B、抗凍、抗磨、抗侵蝕抗?jié)B：指抵抗壓力水滲透的性能，用抗?jié)B標(biāo)號 表示，可根據(jù)作用水頭與抗?jié)B砼層厚度 的比值 (滲透坡降)選定。抗凍：指砼在飽和狀態(tài)下，經(jīng)過多次凍融循環(huán) 而不破壞，也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能。抗磨：指抵抗高速水流或挾沙水流的沖刷磨損的 性能。目前尚未訂出明確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通 常有抗磨要求的砼其抗壓強(qiáng)度不得低于 200號?？骨治g：某些物質(zhì)的化學(xué)作用，需進(jìn)行

39、水質(zhì)分析 二、壩體混凝土分區(qū)二、壩體混凝土分區(qū)理由：因壩體各部位受力條件不同，為節(jié)約和 合理使用水泥而為之。分區(qū)：-上下游水位以上壩體表層砼 -上下游水位變化區(qū)的壩體表層砼 -上下游最低水位以下壩體表層砼 -靠近地基的砼-壩體內(nèi)部砼-抗沖刷部位砼(如溢流面、泄水孔周邊 導(dǎo)墻閘墩等) 為便于施工，應(yīng)盡量減少混凝土標(biāo)號的類別，相鄰區(qū)的強(qiáng)度標(biāo)號不應(yīng)超過兩級，以免引起應(yīng)力集中或產(chǎn)生溫度裂縫。分區(qū)厚度不小于2-3m。三、壩頂構(gòu)造三、壩頂構(gòu)造四、施工溫度控制及裂縫的防止四、施工溫度控制及裂縫的防止 混凝土在施工過程中，由于水泥水化熱的影響，引起體積變化，如果體積受到外部或內(nèi) 部的約束，便產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)

40、力值超過初期混凝土的抗拉能力時(shí)(砼初期抗拉強(qiáng)度是很低的)便出現(xiàn)裂縫。因此應(yīng)嚴(yán)格控制溫度。1 1、溫度變化規(guī)律、溫度變化規(guī)律 為了深入理解混凝土塊體內(nèi)溫度裂縫的成因，首先需了解壩體砼溫度的變化規(guī)律 砼澆筑入倉后，其溫度將有一個(gè)復(fù)雜的變化過程，它與以下三個(gè)因素有關(guān)：1砼在硬化過程中散發(fā)水化熱成為內(nèi)部熱源；2流態(tài)砼入倉時(shí)的溫度與當(dāng)時(shí)周圍介質(zhì)的溫 度不同，即存在“初始溫差”；3周圍氣溫隨時(shí)間在變化； 由于上述三個(gè)因素的存在，砼內(nèi)部各點(diǎn)之間以及砼與周圍介質(zhì)存在溫差，熱量在其間流動傳導(dǎo)，大體上講，砼入倉后任一點(diǎn)的溫度變化過程為:混凝土的溫度變化過程混凝土的溫度變化過程 大體積混凝土的溫度變化過程，可分為3

41、 個(gè)階段：溫升期，降溫期（冷卻期），和穩(wěn)定期。 2 2、溫度應(yīng)力及裂縫成因、溫度應(yīng)力及裂縫成因 溫度變化后，砼產(chǎn)生體積變形，當(dāng)變形不能自由發(fā)生而受到約束時(shí)即產(chǎn)生溫度應(yīng)力。根據(jù)約束的特點(diǎn)，溫度應(yīng)力可分為： 基礎(chǔ)約束溫度應(yīng)力易導(dǎo)致貫穿性裂縫砼自身約束溫度應(yīng)力易導(dǎo)致表面裂縫等混凝土壩溫度裂縫混凝土壩溫度裂縫 3 3、溫度裂縫的控制與防止、溫度裂縫的控制與防止 1注意澆筑塊的溫度、濕度控制 減少砼水化熱溫升是降低溫度應(yīng)力防止裂縫的重要方法，包括： 減少水泥用量 如分區(qū)采用不同標(biāo)號砼、埋塊石、在水泥中加摻合劑 降低砼的入倉溫度，如預(yù)冷骨料，加冰拌和。 采取措施散發(fā)熱量，包括人工冷卻和天然散熱2提高砼的澆

42、筑質(zhì)量和抗裂性能高壩靠近地基部位28天齡期砼不低于C15-C20，壩內(nèi)90天齡期不低于C10中低壩，上述標(biāo)號可適當(dāng)降低，但不低于90天齡期C10提高砼澆筑質(zhì)量，合格率不低于80，離差系數(shù)應(yīng)盡量小于0.153分縫(橫縫和縱縫) 目的：a、適應(yīng)施工能力的要求 b、防止溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫 c、防止不均勻沉降產(chǎn)生裂縫型式：橫縫：垂直于壩軸線，相隔12-20m，有 時(shí)顧及溢流孔口尺寸和廠房機(jī)組間 距。 永久縫-縫面為平面，縫寬1-2cm， 縫內(nèi)設(shè)止水，止水材料可用金 屬片(如紫銅片)、橡膠、塑料 和瀝青等。 臨時(shí)縫-縫面為楔形鍵槽，為傳遞力需灌漿 。 臨時(shí)縫適合于下列情況a a、河岸狹窄，做成整體以發(fā)揮兩

43、岸的支撐作用；、河岸狹窄，做成整體以發(fā)揮兩岸的支撐作用；b b、岸坡較陡，做成整體以改善岸坡壩段的穩(wěn)定性；、岸坡較陡，做成整體以改善岸坡壩段的穩(wěn)定性； c c、對軟弱破碎帶上的壩段，做成整體可增加壩體剛度；、對軟弱破碎帶上的壩段，做成整體可增加壩體剛度；d d、提高大壩的抗震性能；、提高大壩的抗震性能； 橫縫鍵槽的方向可豎向布置也可水平向布置?？v縫：沿壩軸線布置，屬于臨時(shí)縫；待壩體溫度 降到穩(wěn)定溫度后，進(jìn)行接縫灌漿?？v縫型式： 鉛直縱縫-最常用的一種，間距15-30m，為 更好地傳力，需在縫面上設(shè)三角形 鍵槽，縫面主要受正應(yīng)力，剪應(yīng)力 較小。錯 縫-將將縫錯開，不作灌漿處理，基巖附近分縫錯開，

44、不作灌漿處理，基巖附近分 塊高度高塊高度高1.5-2.0m1.5-2.0m，壩體內(nèi)，壩體內(nèi)3-4m3-4m，錯，錯 距不應(yīng)超過澆筑塊厚度的一半，以免垂直距不應(yīng)超過澆筑塊厚度的一半，以免垂直 開裂，適用于低壩。施工簡便。開裂，適用于低壩。施工簡便。斜 縫-大致沿主應(yīng)力方向設(shè)置，縫面剪應(yīng)力小，亦 不必灌漿，斜縫不應(yīng)直通上游面，為防止斜縫在終止處沿縫頂向上貫穿,需采取并縫措施，如布設(shè)騎縫鋼筋，設(shè)并縫廊道等。斜縫 施工復(fù)雜，較少采用。通倉澆筑-由于溫控和施工技術(shù)水平提高，加之施工簡 便，可以加快速度，采用薄層通倉澆筑， 為防止水泥水化熱引起溫度應(yīng)力，故采取降 低水泥用量添加粉煤灰，采用碾壓技術(shù)提高 容

45、重-碾壓混凝土壩。 五、壩體排水五、壩體排水 1、作用：降低壩體內(nèi)的滲透壓力。 2、布置：壩體排水管的間距，一般2-3m管內(nèi)徑 15-25cm； 距上游面距離 要求不小于壩前水深 的1/10-1/12； 排水線路 滲入壩體排水管 廊道集水井下游 排水管材料 無砂砼或多孔砼六、廊道六、廊道 1、作用：灌漿、排水、檢修、交通、檢查等 2、型式 基礎(chǔ)廊道： 尺 寸：城門洞型2.5m3.5m滿足灌漿要求； 距上游面： 應(yīng)滿足砼滲透坡降要求， 取(0.05-0.1)H 距壩基面：滿足帷幕灌漿時(shí)蓋重的要求， 一般取4-5m 壩身廊道： 尺 寸：滿足交通檢查等要求，上圓下方 1.2m2.2m 距上游面距離：

46、同排水管，(0.05 - 0.07)H 且不小于3m沿高程：每隔15-20m設(shè)一層。 2-8 2-8 重力壩的地基處理重力壩的地基處理 重力壩的失事有40是因?yàn)榈鼗鶈栴}造成的。實(shí)際上，完整無缺的地基也是很難找到的?；鶐r中存在著節(jié)理、裂隙、斷層、夾層等軟弱結(jié)構(gòu)面，它們都會不同程度地破壞或降低了巖體的穩(wěn)定性、強(qiáng)度及抗?jié)B能力 。所以在具有缺陷的巖基上修建重力壩應(yīng)對地基進(jìn)行處理。它包括兩方面的工作：一是防滲；二是提高基一是防滲；二是提高基巖強(qiáng)度巖強(qiáng)度( (承載力承載力) )。其處理措施有：一、開挖和清理一、開挖和清理 將復(fù)蓋層和風(fēng)化破碎的巖石挖掉，包括清除松動石塊，打掉突出的尖角。(當(dāng)復(fù)蓋層很深時(shí)，全

47、部清除工作量十分巨大，可考慮其他壩型)。二、固結(jié)灌漿二、固結(jié)灌漿 目 的：提高基巖的整體性和彈性模量； 減少基巖受力后的變形； 提高基巖的抗壓抗剪強(qiáng)度； 降低壩體的滲透性減少滲流量；設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1確定灌漿范圍應(yīng)力較大的上下游部位 局部節(jié)理裂隙發(fā)育和破 碎帶及其附近的范圍 2灌漿孔的深度 5-8 m 3灌漿孔的間距3-4m 4 排列型式 梅花形或井字形固結(jié)灌漿孔排列型式固結(jié)灌漿孔排列型式 梅花形或井字梅花形或井字 ( (棋盤棋盤) )形形 三、帷幕灌漿三、帷幕灌漿 目的：降低壩基滲透壓力，減少滲流量 深度：相對隔水層淺時(shí)，打至隔水層內(nèi)3-5m； 相對隔水層深時(shí)，打至(0.3-0.7)倍 壩高；相

48、對不透水層相對不透水層是指單位吸水率0.01升/分米， 單位吸水率單位吸水率 即一米長的鉆孔在1kg/c壓力 下一分鐘內(nèi)的吸水量。 厚度：由承受的水力坡降而定 位置：基礎(chǔ)灌漿廊道上游沿壩軸線形成阻水 幕 方向：鉆孔方向一般垂直向下，必要時(shí)有一 定斜度(10以內(nèi))與節(jié)理方向正交。2HHJLL2LL1322LLLL23121()2LLLL4(1)aHLJaJ為帷幕的允許滲透坡降 說明：說明：最大滲透坡降發(fā)生在帷幕頂部，當(dāng)設(shè)雙排灌漿孔時(shí)，只需將一排灌至設(shè)計(jì)深度，另一排灌至設(shè)計(jì)深度的1/2-2/3即可。四、壩基排水四、壩基排水 因帷幕不能完全截?cái)酀B流，為進(jìn)一步降低壩底的滲透壓力，需設(shè)置壩基排水(打排水

49、孔和設(shè)置基礎(chǔ)排水廊道)。五、斷層破碎帶處理五、斷層破碎帶處理 斷層破碎帶由于強(qiáng)度低，彈性模量小，可能引起壩基產(chǎn)生不均勻沉陷和壩體開裂。破碎帶如連通水庫將使壩基滲透壓力加大，在高壓水作用下破碎帶內(nèi)的物質(zhì)可能產(chǎn)生機(jī)械和化學(xué)管涌淘刷壩基，危及大壩安全。處理措施：1、破碎帶傾角較大或與地面接近垂直時(shí)，在壩基面采用砼塞。塞深為(1-1.5)破碎帶寬度。圖4-51 傾角較緩的斷層破碎帶處理1平洞回填；2斜井回填；3阻水斜塞；4表面混凝土梁(塞)；5破碎帶；6帷幕灌漿孔；7阻水斜塞井壁固結(jié)灌漿2、有傾角但不大的破碎帶處理除在壩基面做砼塞外，還需在其下部埋深部分進(jìn)行斜井和平洞回填處理。2- 9 2- 9 其他

50、型式的重力壩其他型式的重力壩重力壩的主要缺點(diǎn)： 1揚(yáng)壓力大； 2材料強(qiáng)度不能充分利用； 3壩體體積大，水泥用量多，水化熱高，散熱條件差；一、寬縫重力壩 1、寬縫重力壩的剖面型式及構(gòu)造特點(diǎn) 它由實(shí)體重力壩橫縫“加寬”而成，壩基滲水從寬縫處排出，使揚(yáng)壓力減小同時(shí)作用面積減小，比實(shí)體重力壩可節(jié)省10-20。 寬縫的存在增加側(cè)向天然散熱面，加快散熱過程，有利于溫度控制； 壩段內(nèi)厚度減薄，有利于充分利用材料強(qiáng)度；壩內(nèi)有寬縫便于觀測檢查；根據(jù)不同壩段的地質(zhì)條件，通過改變寬縫尺寸來調(diào)節(jié)壩體重量，外觀保持一致；模板用量增加，倒懸模板拆裝麻煩，施工復(fù)雜；氣溫變化劇烈的地區(qū)，易產(chǎn)生表面裂縫；2、剖面尺寸 壩段寬度

51、 L=16-24m 考慮： 1溢流壩段布置，孔數(shù)和尺寸； 2發(fā)電廠房的機(jī)組間距； 3施工條件； 縫寬 2S=(20-40)L 2S寬縫的優(yōu)點(diǎn)不明顯； 2S壩體腹部易產(chǎn)生拉應(yīng)力；寬縫高 滿足施工導(dǎo)流、廠房引水管、穩(wěn)定等要求。滿足施工導(dǎo)流、廠房引水管、穩(wěn)定等要求。n 可比實(shí)體重力壩略緩 n=0.15-0.35m 可比實(shí)體重力壩略陡 m=0.5-0.7tu 滿足水力坡降和側(cè)向傳力要求； tu=(0.08-0.12)H 不小于3mtd 滿足應(yīng)力、施工和保溫要求 td=3-5m 不小于2m3、穩(wěn)定和應(yīng)力分析 穩(wěn)定分析-方法同實(shí)體重力壩 不同之處：不同之處：1按個(gè)壩段進(jìn)行 2揚(yáng)壓力與實(shí)體壩不同應(yīng)力分析：嚴(yán)格地講是三維問題，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明： 寬縫壩的應(yīng)力分布接近平面狀態(tài)，只 是局部應(yīng)力分布復(fù)雜。分析時(shí)按兩種 問題處理： 1整體作為變厚度的平面問題來處理，整體應(yīng)力分析用材力法，截面簡化為工字形，假定壩體應(yīng)力沿壩軸線厚度方向均勻分布，y呈直線分布 2局部應(yīng)力分析-頭部三、空腹重力壩 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1有效地降低揚(yáng)壓力，節(jié)省工程量。有效地降低揚(yáng)壓力，節(jié)省工程量。 2 2河谷狹窄，樞紐布置有困難時(shí)，廠房可布河谷狹窄，樞紐布置有困難時(shí)，廠房可布 置在空腹內(nèi)，還可節(jié)省壓力鋼管長度。置在空腹內(nèi)，還可節(jié)省壓力鋼管長度。