水工建筑物2重力壩

水工建筑物2重力壩第二章重力壩學(xué)習(xí)要求目的：1.掌握混凝土重力壩的特點(diǎn)和類型，國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況和趨勢(shì)。2.掌握重力壩的荷載及其計(jì)算方法，荷載組合。3.理解重力壩穩(wěn)定的概念及影響因素，掌握重力壩的穩(wěn)定分析方法、安全系數(shù)指標(biāo)的選用及評(píng)價(jià)，提高穩(wěn)定性的工程措施。4.掌握重力壩應(yīng)力分析的目的和內(nèi)容，應(yīng)力分析方法，材料力學(xué)法及其應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，了解影響壩體應(yīng)力分布的主要因素，（地基變形和施工方法等）及影響范圍和程度。5.理解擬定重力壩剖面的基本原理，掌握非溢流重力壩的基本剖面及實(shí)用剖面的擬定和溢流重力壩的剖面的擬定方法；溢流重力壩的下游消能方式的選擇；四種泄水消能方式的特點(diǎn)，運(yùn)用條件。6.了解重力壩對(duì)材料的要求，建筑材料的種類特性及使用條件；壩體斷面混凝土標(biāo)號(hào)的分區(qū)。掌握重力壩的細(xì)部構(gòu)造要求，壩縫、止水；壩身排水、廊道的布置及溢流重力壩壩頂?shù)臉?gòu)造等。7.了解重力壩對(duì)地基的要求；掌握壩基處理的開(kāi)挖、灌漿（固結(jié)灌漿、帷幕灌漿、接觸灌漿）及排水設(shè)計(jì)要求；壩基軟弱破碎帶的處理?！裰攸c(diǎn)：1.混凝土重力壩的工作原理和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)要求，分類。2.重力壩的荷載及其計(jì)算方法。3.重力壩的穩(wěn)定分析方法。4.重力壩應(yīng)力分析的材料力學(xué)法及其應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。5.非溢流重力壩的基本剖面及實(shí)用剖面的擬定；溢流重力壩的剖面的擬定。6.重力壩的細(xì)部構(gòu)造要求，重力壩對(duì)材料的要求，溢流重力壩壩頂?shù)臉?gòu)造。7.固結(jié)灌漿、帷幕灌漿、壩基排水?！耠y點(diǎn)：1.混凝土重力壩的設(shè)計(jì)要求和類型。2.揚(yáng)壓力的計(jì)算，重力壩的荷載組合。3.重力壩穩(wěn)定的概念及影響因素，安全系數(shù)指標(biāo)的選用及評(píng)價(jià)。4.壩體邊緣應(yīng)力的計(jì)算。5.擬定重力壩剖面的基本原理，溢流重力壩的剖面的擬定。6.重力壩的細(xì)部構(gòu)造要求，溢流重力壩壩頂?shù)臉?gòu)造。7.固結(jié)灌漿、帷幕灌漿。學(xué)習(xí)要點(diǎn)●章節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容：1.混凝土壩的類型，國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況和趨勢(shì)。2.重力壩的工作原理和特點(diǎn)，以及其優(yōu)缺點(diǎn)。3.重力壩的荷載及其計(jì)算方法（包括自重、水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力、冰壓力、土壓力、泥沙壓力、地震荷載等），荷載組合的概念及確定。4.重力壩的穩(wěn)定分析。穩(wěn)定的概念及影響因素，穩(wěn)定分析方法、安全系數(shù)指標(biāo)的選用及評(píng)價(jià)，提高穩(wěn)定性的工程措施。5.重力壩應(yīng)力分析的目的和內(nèi)容。應(yīng)力分析方法綜述，材料力學(xué)法及其應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，影響壩體應(yīng)力分布的主要因素，（地基變形和施工方法等）及影響范圍和程度。6.擬定重力壩剖面的基本原理，重力壩的基本剖面及實(shí)用剖面，剖面優(yōu)化的概念。7.泄水重力壩的剖面及布置，泄水重力壩的工作特點(diǎn)及泄水方式（壩頂溢流式，大孔口溢流式，深式泄水孔）；溢流重力壩的剖面設(shè)計(jì)；泄水孔的布置；設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定；單寬流量的選擇；堰頂高程，溢流前緣長(zhǎng)度；孔口尺寸及其位置的確定；溢流壩段結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介；泄水重力壩的下游消能；四種泄水消能方式的特點(diǎn)，運(yùn)用條件。8.重力壩對(duì)材料的要求，材料的種類特性及使用條件及壩體斷面混凝土標(biāo)號(hào)的分區(qū)。9.重力壩的細(xì)部構(gòu)造。壩縫（橫縫、縱縫、水平施工縫）、止水；壩身排水、廊道的布置及構(gòu)造等。10.重力壩的地基處理。重力壩對(duì)地基的要求；壩基處理的開(kāi)挖、灌漿（固結(jié)灌漿、帷幕灌漿、接觸灌漿）及排水設(shè)計(jì)；壩基軟弱破碎帶的處理。學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1.重力壩的工作原理和特點(diǎn)2.重力壩的荷載及組合3.重力壩的穩(wěn)定分析4.用材料力學(xué)法進(jìn)行重力壩的應(yīng)力分析5.重力壩的剖面設(shè)計(jì)6.重力壩的構(gòu)造要求及壩體材料7.重力壩對(duì)地基的要求及地基處理第一節(jié)概述一、混凝土重力壩的概述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，在高壩樞紐中仍占有顯著的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)壩高100M以上的典型混凝土重力壩如下表所示。壩高100M以上的典型混凝土重力壩序號(hào)大壩名稱地點(diǎn)河流壩高(m)壩型建設(shè)年代1新安江浙江新安江105.0寬縫重力壩1957~19602劉家峽甘肅黃河147.0重力壩1964~19743黃龍灘湖北漢江107.0重力壩1969~19754三門峽河南黃河106.0重力壩1957~19735水豐遼寧鴨綠江106.0重力壩1937~19436寶珠寺四川白龍江132.0重力壩19807安康陜西128.0重力壩八十年代8漫灣云南瀾嗆江132.0重力壩八十年代9萬(wàn)家寨內(nèi)蒙山西交界黃河105.0重力壩八十年代10沙牌四川132.0重力壩八十年代11龍灘廣西紅水河192~216.5碾壓混凝土重力壩九十年代12江埡湖南128.0重力壩九十年代13三峽湖北長(zhǎng)江175.0重力壩200314向家壩四川金沙江163.0重力壩擬建二、砼重力壩的特點(diǎn)1.2.1壩體材料抗沖性能好，泄洪和施工導(dǎo)流問(wèn)題容易解決壩體材料抗沖性能好，泄洪和施工導(dǎo)流問(wèn)題容易解決泄洪：可從壩頂、壩身泄洪導(dǎo)流：可通過(guò)較低的壩塊、底孔和預(yù)留的底孔導(dǎo)流1.2.2斷面形狀簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)作用明確，施工方便，安全可靠垂直壩軸線方向的橫縫將重力壩分為若干個(gè)獨(dú)立的壩段，各壩段獨(dú)立工作，受力明確。1.2.3適合于在各種氣候條件下修建可以在各種氣候條件下修建，但在：冬季：當(dāng)溫度低于-3℃，混凝土中水會(huì)結(jié)冰，需采用加熱、保溫、防凍措施等；夏季：當(dāng)溫度高于30℃，需采用低熱水泥、低溫水、加冰屑、預(yù)冷骨料，摻外加劑延長(zhǎng)初凝時(shí)間。1.2.4對(duì)地基的要求比拱壩低，但比土石壩高1.2.5有豐富的建設(shè)，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)工作可靠，使用年限長(zhǎng)，施工放樣、擴(kuò)建，維護(hù)簡(jiǎn)單：便于機(jī)械化施工，可采用定型模板，重復(fù)作用。1.2.6壩體工程較大，材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮邊緣應(yīng)力是控制條件，故內(nèi)部應(yīng)力：1.2.7水泥用量大，施工時(shí)，水化熱不易消散，易產(chǎn)溫度裂縫。水化熱:水泥的水化是放熱反應(yīng),水泥在凝結(jié)硬化過(guò)程中放出大量熱。危害:使內(nèi)外混凝土產(chǎn)生較大的溫差,而產(chǎn)生溫度應(yīng)力,引起表面開(kāi)裂。措施：設(shè)置溫度伸縮縫。1.2.8受揚(yáng)壓力影響大揚(yáng)壓力：在上下游水位差的作用下，水滲入壩體的孔隙內(nèi)，形成孔隙水壓力。所取截面上向上的孔隙水壓力為揚(yáng)壓力。危害：抵消了部分壩體的重量，對(duì)壩體的穩(wěn)定不利減少了上游壩踵的壓應(yīng)力，對(duì)壩的壓應(yīng)力不利。三、重力壩的設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）剖面設(shè)計(jì)參照已建工程經(jīng)驗(yàn)，擬定剖面尺寸。（2）穩(wěn)定計(jì)算驗(yàn)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。（3）應(yīng)力計(jì)算使應(yīng)力條件滿足設(shè)計(jì)要求，保證大壩和壩基有足夠的強(qiáng)度。（4）溢流重力壩和泄水孔的孔口尺寸的設(shè)計(jì)孔口尺寸的設(shè)計(jì)，包括泄水建筑物體型、堰頂或泄水孔進(jìn)口的高程、溢流重力壩前沿的寬度和泄水孔口的寬度。（5）構(gòu)造設(shè)計(jì)根據(jù)施工和運(yùn)行要求，確定壩體的細(xì)部構(gòu)造，如廊道系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等；（6）地基處理根據(jù)地質(zhì)條件，進(jìn)行地基的防滲、排水、斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的處理。（7）監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)包括壩體內(nèi)部和外部的觀測(cè)設(shè)計(jì)。四、重力壩的分類1、按壩頂是否溢流的條件分類溢流壩——即可擋水，又可泄水的水工建筑物非溢流壩——擋水建筑物2、按結(jié)構(gòu)型式分類實(shí)體重力壩寬縫重力壩特點(diǎn)：①減少揚(yáng)壓力②改善砼澆筑時(shí)的散熱條件③施工復(fù)雜，模板用量多支墩壩空腹重力壩特點(diǎn)：①減少揚(yáng)壓力，節(jié)約砼方量②改善壩體應(yīng)力③施工復(fù)雜古田四級(jí)空腹重力壩預(yù)應(yīng)力重力壩特點(diǎn)：①利用受拉鋼筋或鋼桿對(duì)重力壩施加預(yù)應(yīng)力，改善壩體應(yīng)力；②加大抗滑穩(wěn)定性；③施工復(fù)雜，鋼筋用量多。第二節(jié)重力壩的荷載及組合一、荷載計(jì)算2.1.1自重:壩體及其上永久性設(shè)施重W=∑（γiVi）2.1.2上、下游壩面的靜水壓力2.1.3溢流壩反弧段上的動(dòng)水壓力溢流壩反弧段上的動(dòng)水壓力（離心力）合力的水平及垂直分力可按下式計(jì)算：作用點(diǎn)：反弧段最低點(diǎn)；方向：圖示為正。2.1.4揚(yáng)壓力滲透壓力：在下、下游水位差的作用下，庫(kù)水經(jīng)過(guò)壩體和壩基的孔隙向下游滲透而形成滲透水流，滲透水流對(duì)計(jì)算截面產(chǎn)生的垂直指向該截面的水壓力為滲透壓力。浮壓力：若計(jì)算截面在下游水位之下，由下游水深對(duì)該截面產(chǎn)生的垂直指向該截面的水壓力為浮壓力。1）壩基面上的揚(yáng)壓力①不設(shè)防滲排水設(shè)施的實(shí)體重力壩②設(shè)有防滲帷幕和排水設(shè)施的實(shí)體重力壩防滲帷幕：在壩基土巖中鉆孔灌槳而形成一道連續(xù)的地下墻。排水幕：在壩基土巖中鉆孔灌渠而形成一排水孔。作用：阻止?jié)B透水流，降低滲透壓力，延長(zhǎng)滲徑；滲透水流能自由逸出。③設(shè)有抽排降壓設(shè)施的實(shí)體重力壩。抽排降壓：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，由抽水設(shè)備定時(shí)抽排。α1——揚(yáng)壓力折減系數(shù)α2——?dú)堄辔飰毫ο禂?shù)2）壩體內(nèi)部的揚(yáng)壓力壩體內(nèi)有排水管壩體內(nèi)無(wú)排水管討論：揚(yáng)壓力是一種孔隙水壓力，始終垂直作用于計(jì)算截面。揚(yáng)壓力的作用面積，近似作用在100%°的面積上。當(dāng)壩基條件復(fù)雜，需經(jīng)專門研究確定揚(yáng)壓力分布。2.1.5冰壓力2.1.6泥沙壓力壩前的淤砂高程應(yīng)按河流的特性和工程的具體情況計(jì)算確定，一般計(jì)算年限可采用年。對(duì)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(shí)，應(yīng)考慮其作用。水平泥砂壓力強(qiáng)度：式中:Pn：計(jì)算點(diǎn)上的水平泥砂壓力強(qiáng)度；：泥砂的浮容重，：泥砂的干容重；：水的容重；：泥砂的內(nèi)摩擦角，粗砂υ=18°~20°細(xì)砂υ=12°~14°；極細(xì)顆粒υ=0hn：計(jì)算點(diǎn)以上的淤砂厚度。水平泥砂壓力的合力：垂直泥沙壓力的合力：=2.1.7浪壓力說(shuō)明：（1）水對(duì)波浪的阻力大于空氣對(duì)波浪的阻力，所以波浪的中心線高于靜水位。（2）壩前自由波與反射被的疊加形成駐波。1）使波浪破碎的臨界水深：Hk=（3~5)h1H1>L1:波浪的運(yùn)動(dòng)不受庫(kù)底的約束，深水波；Hk<h1<l1:波浪的運(yùn)動(dòng)受庫(kù)底的影響，淺水波；<bdsfid="223"p=""></h1<l1:波浪的運(yùn)動(dòng)受庫(kù)底的影響，淺水波；<>H<hk:波浪發(fā)生破碎，破碎波；<bdsfid="225"p=""></hk:波浪發(fā)生破碎，破碎波；<>L1：波浪的長(zhǎng)度；H1：壩前平均水深，一般水庫(kù)的壩前平均水深大于L1為深水波。2）波浪的要素：（官?gòu)d水庫(kù)公式）根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》波浪的高度和長(zhǎng)度的計(jì)算推薦使用官?gòu)d水庫(kù)公式，適用于山區(qū)峽谷水庫(kù)，風(fēng)速為4~16m/s，吹程為1~13km。式中:2h1：波浪的高度。V：多年平均最大風(fēng)速，正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.5~2倍；校核洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速。D：庫(kù)面的波浪吹程，km。3）深水波的浪壓力：方向：水平指向壩面2.1.8地震荷載地震荷載一般情況下,水工建筑物抗震設(shè)計(jì)只考慮水平向地震作用。按《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，水工建筑物抗震設(shè)計(jì)計(jì)算中采用擬靜力法時(shí),沿建筑物高度作用于質(zhì)點(diǎn)i的水平向地震慣性力代表值可統(tǒng)一用下式計(jì)算：=式中—為作用在質(zhì)點(diǎn)i的水平向地震慣性力代表值;—為水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值；—為地震作用的效應(yīng)折減系數(shù),一般取0.25;—為集中在質(zhì)點(diǎn)i的重力作用標(biāo)準(zhǔn)值;g—為重力加速度;—為質(zhì)點(diǎn)i的動(dòng)態(tài)分布系數(shù)，不同建筑物,其不同。對(duì)于重力壩,按下式確定：=1.4式中：—為壩體計(jì)算質(zhì)點(diǎn)總數(shù)；—為壩高,溢流壩的應(yīng)算至閘墩頂；、—分別為質(zhì)點(diǎn)、高度；—為產(chǎn)生地震慣性力的建筑物總重力作用的標(biāo)準(zhǔn)值。2.1.9溫度荷載:對(duì)重力壩施工期進(jìn)行適當(dāng)溫控，運(yùn)用期設(shè)置永久性橫縫，則溫度荷載不列為主要荷載。二、荷載組合作用于壩體上荷載分為基本荷載和特殊荷載。基本荷載：①壩體及其上永久性設(shè)備重；②正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的靜水壓力（選擇一種控制情況）；③相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力；④泥砂壓力；⑤相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的浪壓力；⑥冰壓力；⑦土壓力；⑧相應(yīng)于設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的動(dòng)水壓力；⑨其他出現(xiàn)機(jī)會(huì)較多的荷載。特殊荷載：①校核洪水位時(shí)的靜水壓力；②相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力；③相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的浪壓力；④相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的動(dòng)水壓力；⑤地震荷載；⑥其他出現(xiàn)機(jī)會(huì)較少的荷載。荷載組合：將具有合理的同時(shí)出現(xiàn)機(jī)率的荷載進(jìn)行最不利組合，作為建筑物上的設(shè)計(jì)荷載?；炷林亓蔚暮奢d組合分基本組合和特殊組合?；窘M合：由基本荷載組合。特殊組合：由基本荷載和一種或幾種特殊荷載組合。詳細(xì)的組合情況見(jiàn)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》第三節(jié)重力壩的穩(wěn)定分析一、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析１、摩擦公式——認(rèn)為壩體與壩基為接觸狀態(tài)當(dāng)滑動(dòng)面為水平時(shí)E:\精品課程\湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院\水工建筑物資料\課件\chap02\swf\3.1.swf滑動(dòng)面上的安全系數(shù)：∑H：作用于滑動(dòng)面以上的合力在水平方向投影的代數(shù)和；∑V：作用于滑動(dòng)面以上的合力在垂直方向投影的代數(shù)和；U：作用于滑動(dòng)面上的揚(yáng)壓力；f：滑動(dòng)面上的摩擦系數(shù)；[K]：設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)。當(dāng)滑動(dòng)面為傾斜時(shí)滑動(dòng)面上阻滑力:滑動(dòng)面上滑動(dòng)力：滑動(dòng)面上的安全系數(shù)：β：滑動(dòng)面與水平面間的夾角。當(dāng)壩基面向上游傾斜對(duì)抗滑穩(wěn)定有利；當(dāng)壩基面向下游傾斜時(shí)，β為負(fù)，滑動(dòng)力：增加，對(duì)抗滑穩(wěn)定不利。２、剪斷強(qiáng)度公式——認(rèn)為壩體與壩基為膠結(jié)狀態(tài)滑動(dòng)面上的抗滑安全系數(shù)：f'：抗剪斷摩擦系數(shù)；c'：抗剪斷凝聚力；A：滑動(dòng)面面積。３、討論：抗滑穩(wěn)定的計(jì)算情況為任何可能出現(xiàn)的荷載組合。摩擦公式：形式簡(jiǎn)單，但沒(méi)有考慮壩體與壩基的咬合，膠結(jié)作用，與實(shí)際情況出入較大?？辜魯鄰?qiáng)度公式：計(jì)入了壩基面的全部抗滑潛力，較接近實(shí)際作用情況。關(guān)于f'、c'、與f的取值，兩者的物理意義不同，試驗(yàn)方法不同。f：采用一般的摩擦試驗(yàn)取得；f'、c'：通過(guò)兩材料膠結(jié)面的抗剪斷試驗(yàn)取得。關(guān)于[K]、[K']的取值，與工程等級(jí)、荷載組合、計(jì)算方法有關(guān)。[K]一般為1.0~1.1，而將混凝土與基巖間的凝聚力作為安全儲(chǔ)備。[K']：基本荷載組合為3.0,特殊荷載組合為2.3~2.5.公式的選用兩種計(jì)算公式均為《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的計(jì)算公式，其安全系數(shù)只是一個(gè)抗滑穩(wěn)定的安全指標(biāo)，并不能反映壩體真實(shí)的安全程度。∑V和∑H基本是與壩高的平方成正比，而凝聚力c'A則與壩高成正比，因此按摩擦公式核算壩體抗滑穩(wěn)定時(shí)，高壩的安全儲(chǔ)備比低壩小。二、深層抗滑穩(wěn)定分析當(dāng)壩基內(nèi)存在巖體軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，在水荷載作用下，壩體有沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動(dòng)，即為深層滑動(dòng)。１、單滑動(dòng)面當(dāng)壩基內(nèi)只存在一個(gè)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，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)。fB、CB：滑動(dòng)面上的抗剪斷摩擦系數(shù)和凝聚力。２、雙滑動(dòng)面實(shí)際工程中，壩基內(nèi)往往存在多條相互切割交錯(cuò)的斷層和軟弱夾層。構(gòu)成復(fù)雜的滑動(dòng)面。在深層抗滑穩(wěn)定分析時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算所有可能的滑動(dòng)通道，從中找出最不利的滑動(dòng)面組合和其上抗滑安全系數(shù)。第一滑動(dòng)面：傾向下游的緩傾角斷層、泥化夾層。第二滑動(dòng)面：可以是傾向上游的斷層、泥化夾層；也可以假定多條滑裂面，通過(guò)試算確定一條最不利的破裂面。問(wèn)題：由一個(gè)剛體極限平衡方程（抗剪斷強(qiáng)度公式或摩擦公式），不能同時(shí)求兩個(gè)未知數(shù)：F1、F2，或K1、K2簡(jiǎn)化計(jì)算方法：將滑移體分為兩段，采用被動(dòng)抗力法、剩余推力法、等安全系數(shù)法。1）被動(dòng)抗力法：假定抗力體的作用充分發(fā)揮，取其K2=1求出Q，Q為抗力體向壩體段提供的阻力。由此計(jì)算出壩體段的安全系數(shù)K1，作為深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。問(wèn)題：理論依據(jù)不足，概念清楚；當(dāng)抗力體提供的Q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，無(wú)法定量分析，計(jì)算結(jié)果不能反映。2）剩余推力法：假定壩體段的穩(wěn)定安全系數(shù)K1=1，求抗力體上的推力Q；由此計(jì)算出抗力體的穩(wěn)定安全系數(shù)K2，作為深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。問(wèn)題：當(dāng)壩體段的f1較大時(shí)，Q可能為負(fù)值、零，不符合實(shí)際情況；為承受Q，抗力體可能會(huì)產(chǎn)生較大的變形，以至壩趾巖體壓碎，計(jì)算結(jié)果不能反映。3）等安全系數(shù)法假定K1=K2，由兩個(gè)極限平衡方程求解K、Q問(wèn)題：第一滑動(dòng)面為斷層、泥化夾層，產(chǎn)生塑性破壞，變形較大；第二滑動(dòng)面在完整巖體中，產(chǎn)生脆性破壞，變形較小既破壞；兩滑動(dòng)面上的安全系數(shù)實(shí)際不相同。三、提高壩體抗滑穩(wěn)定性的措施1）利用水重，將壩體上游面做成傾斜，利用水重增加向下的垂直力。2）壩基面向上游傾斜，對(duì)抗滑穩(wěn)定有利。3）在壩基面設(shè)置防滲排水設(shè)施，減少揚(yáng)壓力。4）在壩踵處設(shè)深齒墻，當(dāng)軟弱夾層埋藏較淺時(shí)，將壩踵附近出露的軟弱夾層開(kāi)挖齒槽切斷，并回填混凝土處理，施工簡(jiǎn)單，工程量不大，有利于壩基防滲。5）設(shè)置混凝土洞塞，當(dāng)軟弱夾層埋藏較深時(shí)，厚度大且傾角較平緩，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。6）在壩趾處設(shè)深齒墻，在壩趾下游修建深齒墻，增加尾巖抗力體高度，增加尾巖抗力，適用于在壩基開(kāi)挖過(guò)程中出，發(fā)現(xiàn)了原來(lái)沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到的夾層時(shí)采用。7）鋼筋混凝土抗滑樁，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(dòng)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。8）預(yù)應(yīng)力錨索。第四節(jié)重力壩的應(yīng)力分析一、概述4.1.1目的檢驗(yàn)壩體在施工期和運(yùn)用期是否滿足強(qiáng)度方面的要求；確定壩體砼標(biāo)置分區(qū)以及為配置鋼筋提供依據(jù)。4.1.2應(yīng)力分析方法重力壩的應(yīng)力分析方法可以分為兩大類，即理論計(jì)算方法和模型試驗(yàn)方法。這兩類方法互相補(bǔ)充、互相驗(yàn)證，并受原形觀測(cè)結(jié)果的檢驗(yàn)。1）模型試驗(yàn)法常用的方法有電測(cè)法，可以進(jìn)行彈性應(yīng)力分析、破壞試驗(yàn)。采用地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)方法，可以模擬復(fù)雜的地基。模型試驗(yàn)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(wèn)題，有待進(jìn)一步以及解決。2）材料力學(xué)法材料力學(xué)法是重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的方法。該方法不考慮地基的變形對(duì)壩體的應(yīng)力的影響，使計(jì)算結(jié)果在地基附近約1/3壩高范圍內(nèi)，與實(shí)際情況不符合。但該方法有長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)中等高度的壩，按該方法和規(guī)定的指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是可以保證工程的安全的。3）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)格的，因此只有少數(shù)邊界條件簡(jiǎn)單的典型結(jié)構(gòu)才有解答。通過(guò)對(duì)典型結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析，可以驗(yàn)證其他方法的正確性，彈性理論解析法仍是一種有價(jià)值的分析方法。4）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)學(xué)的解法上采用差分格式，是近似的。由于差分法要求方型網(wǎng)格，對(duì)復(fù)雜邊界適應(yīng)性差。5）彈性理論的有限元法有限元法在力學(xué)模型上是近似的，在數(shù)學(xué)的解法上是嚴(yán)格的。二、用材料力學(xué)法計(jì)算壩體的應(yīng)力4.2.1基本假定1）壩體材料為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料。2）壩段為固結(jié)于地基上的懸臂梁，各壩段獨(dú)立工作，橫縫不傳力。3）地基的變形對(duì)壩體的應(yīng)力沒(méi)有影響。4）水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布（平面假定）。4.2.2計(jì)算單元、計(jì)算截面1）計(jì)算單元垂直壩軸線方向，取單位壩寬為計(jì)算單元。2）計(jì)算截面在計(jì)算單元的橫剖面上，截取若干個(gè)控制性水平截面進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。一般選取壩基面、折坡處、壩體削弱部位（廊道部位等）以及需要計(jì)算壩體應(yīng)力的部位。4.2.3邊緣應(yīng)力計(jì)算（1）水平截面上邊緣垂直正應(yīng)力σyuσyd將所自荷載向計(jì)算截面中點(diǎn)簡(jiǎn)化得到：ΣW：作用在計(jì)算截面以上壩體的全部荷載的垂直分力的總和；ΣP作用在計(jì)算截面以上壩體的全部荷載的水平分力的總和；ΣM：作用在計(jì)算截面以上壩體的全部荷載對(duì)截面形心的力矩總和。使截面產(chǎn)生垂直正應(yīng)力的合力有ΣW、ΣM=σyu：計(jì)算截面上，上游邊緣垂直正應(yīng)力；σyd：計(jì)算截面上，下游邊緣垂直正應(yīng)力。（2）水平截面上邊緣剪應(yīng)力τu、τ（不考慮揚(yáng)壓力）以上游邊緣微分體為例，由平衡條件：同理，下游邊緣剪應(yīng)力：pd：下游壩面的外荷載強(qiáng)度。（3）邊緣水平正應(yīng)力σxu，σxd（不考慮揚(yáng)壓力）以上游邊緣微分體為例，由平衡條件：同理：下游邊緣水平正應(yīng)力應(yīng)力：（4）邊緣主應(yīng)力σu，σd（不計(jì)揚(yáng)壓力）主應(yīng)力的作用面：主應(yīng)力的作用面上沒(méi)有剪應(yīng)力，即為以壩上游邊緣微分體為例：Φ越大，sin2υ越大，上游壩坡越緩，σu可能為負(fù)，出現(xiàn)拉應(yīng)力。同理：下游邊緣主應(yīng)力：（5）考慮揚(yáng)壓力的情況揚(yáng)壓力屬孔隙水壓力，存在于微分體的孔隙內(nèi)。以上游邊緣微分體為例，由平衡條件：下游邊緣的應(yīng)力求解同理。三、重力壩應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)4.3.1壩基面垂直正應(yīng)力的控制標(biāo)準(zhǔn)1．運(yùn)用期σyu（計(jì)入揚(yáng)壓力）>0σyd（計(jì)入或不計(jì)入揚(yáng)壓力）≤[R]2．施工期σyd允許有不大于0.1Mpa的拉應(yīng)力4.3.2壩體應(yīng)力的控制標(biāo)準(zhǔn)1．運(yùn)用期σu（計(jì)入揚(yáng)壓力）≥0σu（不計(jì)入揚(yáng)壓力）≥0.25rHH：計(jì)算點(diǎn)的靜水頭2．施工期壩的任何截面上的主壓應(yīng)力不得大于砼的容許壓應(yīng)力值，壩的下游面允許有不大于0.2Mpa的主拉應(yīng)力。第五節(jié)重力壩的剖面設(shè)計(jì)重力壩樞紐一般有非溢流壩段和溢流壩段組成一、非溢流重力壩剖面設(shè)計(jì)5.1.1基本剖面重力壩的主要荷載，靜水壓力p與H2成正比；為維持壩體自身的穩(wěn)定，重力壩的主要荷載自重W也應(yīng)與H2成正比。重力壩的基本剖面為三角形。其中H為最高靜水頭。三角形的基本參數(shù)有：H、T、n、m根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般上游壩坡n取0～0.3，下游壩坡m取0.6～0.85，底寬取T（0.7～0.9）H（壩高）。5.1.2實(shí)用剖面1）壩頂?shù)膶挾娶儆墒┕ぁ⒔煌?、設(shè)備安裝等條件確定：式Bmin=(8~10)%H②由漂浮場(chǎng)，冰壓力的沖擊力確定2）壩頂高程壩頂超高靜水位的高度：△h=2h1+h0+hc2h1：波浪高度h0：波浪的中心線超過(guò)靜水位的高度hc：安全加高3）實(shí)用剖面的型式①地基條件較好,f'較大，壩體剖面由強(qiáng)度條件控制。②地基條件較差,f'較小，壩體剖面由穩(wěn)定條件控制。③壩體剖面由穩(wěn)定條件控制，同時(shí)有利于利用水重和布置壩體泄水孔。二、溢流重力壩剖面設(shè)計(jì)1、泄水方式E:\精品課程\湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院\水工建筑物資料\課件\chap02\swf\5.2.swf（1）壩頂式溢流特點(diǎn)：①，超過(guò)能力大；②閘門承受水壓力小，孔口尺寸可大些；③工作可靠，操作、檢修方便；④排泄冰凌和其它漂浮物；⑤不能提前預(yù)泄；（2）大孔口式溢流采用活動(dòng)的胸墻：同壩頂溢流（3）深式泄水孔：作用：預(yù)泄洪水、排放泥砂、向下游供水、導(dǎo)流2、洪水標(biāo)準(zhǔn)洪水標(biāo)準(zhǔn)包括：洪峰流量和洪水總量。洪水標(biāo)準(zhǔn)是確定孔口尺寸進(jìn)行水庫(kù)調(diào)洪演算的重要依據(jù)。洪水標(biāo)準(zhǔn)有：3、孔口尺寸的選定通過(guò)水庫(kù)調(diào)洪演算確定，其步驟為：收集計(jì)算基本資料：洪水過(guò)程線、水庫(kù)水位~容積曲線、上游最高限制水位、下游最大允許下泄流量、其調(diào)水位等。擬定幾組的若為導(dǎo)流建筑物尺寸設(shè)計(jì)，擬定幾組擬定的孔口尺寸及基本資料，繪制下泄流量與水庫(kù)水位的關(guān)系曲線：Q下泄~H；采用試算法或單輔助線法，求解不同孔口尺寸條件下的：4、溢流壩剖面溢流壩剖面組成：bc直線段：坡比與非溢流壩一致；cd反弧段：使水流平順進(jìn)入下游消能段de挑流消能段：由溢流壩下游消能形式確定。5、溢流重力壩的下游消能消能方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用條件挑流消能工程量小沖刷大、霧氣大基巖好、ΔH大底流消能消能穩(wěn)定Fr=4.5～9工程量大基巖條件差，H下變幅大面流消能工程量小出流態(tài)不易控制尾水變幅不大消力戽消能工程量小消能效率高出流態(tài)不易控制尾水變幅不大第六節(jié)重力壩的構(gòu)造及壩體材料一、重力壩的構(gòu)造及壩體材料1、重力壩的分縫在水工建筑物中，為適應(yīng)施工期和運(yùn)行期的溫度變化、地基不均勻沉降、施工時(shí)混凝土的澆筑能力及散熱要求以及結(jié)構(gòu)布置要求等設(shè)置的接縫構(gòu)造?？p的類型按作用可分為溫度縫（又稱伸縮縫）、沉陷縫和施工縫，按使用期限可分為永久縫和臨時(shí)縫。溫度縫和沉陷縫多為永久縫，施工縫多為臨時(shí)縫。1）橫縫設(shè)置：垂直于壩軸線，將壩體分成若干壩段作用：減少壩體的縱向約束，以適應(yīng)運(yùn)用期地基的不均沉降及溫度變化?？p的特性：永久性縫。間距：12m~20m?？p面的處理：必須有可靠的止水設(shè)備，為適應(yīng)縫的變形，縫中填沖瀝青油氈，瀝青麻片或其它填料。2）縱縫：設(shè)置：平行于壩軸線方向，將壩段分成壩塊作用：適應(yīng)砼的澆筑能力，滿足散熱要求縫的形式：①錯(cuò)縫：澆筑塊尺寸小，適用于低壩②縱縫：縫面設(shè)置鍵槽——灌漿③斜縫：沿主應(yīng)力軌跡布置④通倉(cāng)澆筑：澆筑能力大，溫度應(yīng)力大，是發(fā)展方向，整體性好間距：一般為15～30m，取決于混凝土澆筑能力及溫度控制要求?？p面的處理：待壩體溫度降到穩(wěn)定溫度時(shí)，接縫灌漿。3）水平施工縫下、上層澆筑塊之間的新老砼的結(jié)合面，間歇：3~7天處理：鑿毛、沖洗；在已清理的干燥表面上敷一層2~3cm的富水泥砂漿，用鋼絲刷抹后，立即澆上層砼；上層砼需防止振搗過(guò)度，水泥砂漿泌出。2、壩體排水作用：減少滲水對(duì)壩體的危害間距：沿壩軸線方向，2~3m布置一根排水管。離上游壩面距離：（1/10~1/20）壩前水深——防止?jié)B水溶濾作用3、廊道系統(tǒng)作用：用于基礎(chǔ)灌漿、排水、觀測(cè)、檢查、交通1）基礎(chǔ)灌漿廊道：用于防滲帷幕及排水幕的施工。離上游壩面距離：（1/10~1/20）壩前水深。在基巖面以上應(yīng)有1.5倍廊道寬度的距離。廊道的斷面形式：城門洞型。2）檢查、觀測(cè)、交通、排水廊道布置：沿壩高每隔15m~20m高程設(shè)置一層。二、溢流壩壩頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)布置1）閘門：工作閘門：調(diào)節(jié)下泄流量，在動(dòng)水中啟閉，啟閉力要求較大；閘門的形式為弧形閘門或平板閘門圖（錄象）檢修閘門：用于短期擋水，以便對(duì)工作閘門及機(jī)械設(shè)備檢修。在靜水中啟閉，啟閉力較??；閘門的形式一般采用平板閘門，各閘孔可交替使用平板檢修閘門。當(dāng)庫(kù)水位在檢修期低于壩頂高程時(shí)，可不設(shè)檢修閘門。2）閘墩作用：分隔閘孔。承受傳遞水壓力。支承閘墩上部結(jié)構(gòu)重量。平面形式:高度、長(zhǎng)度：滿足閘門、工作橋、交通橋、啟閉設(shè)備的布置和運(yùn)行要求。厚度：強(qiáng)度、穩(wěn)定條件決定3）邊墩和導(dǎo)墻邊墩——分隔溢流壩段，非溢流壩段導(dǎo)墻——邊墩向下游的延續(xù)、分隔下泄水流與壩后電站的出水水流。高度：高出摻氣后的溢流水面1.0~1.5m4）胸墻結(jié)構(gòu)型式：板式、板梁式與閘墩連接：簡(jiǎn)支、固結(jié)三、重力壩的材料建筑重力壩的材料一般為：混凝土、漿砌石重力壩材料分區(qū)1區(qū)：上下游水位以上壩體表層混凝土；2區(qū)：上下游水位變化區(qū)的壩體表層混凝土；3區(qū)：上、下游最低水位以下壩體表層混凝土；4區(qū)：壩基部位混凝土；5區(qū)：壩體內(nèi)部混凝土；6區(qū)：有抗沖刷要求部位的混凝土。各區(qū)對(duì)混凝土性能的有不同的要求。第七節(jié)重力壩對(duì)地基的要求及地基處理7.1力壩要求建壩地基具有1強(qiáng)度：具有一定的承載能力，不發(fā)生顯著的變形。2抗?jié)B性：不發(fā)生管涌等滲透破壞。（管涌：壩基中的細(xì)土壤顆粒被滲流帶走形成滲流通道的現(xiàn)象）天然地基經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的地質(zhì)作用，一般都有風(fēng)化、節(jié)