河海大学水工建筑物重力坝课件

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1、一、重力坝的工作原理及其特点1、工作原理①利用自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定②利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉应力横缝排水孔排水管灌浆帷幕帷幕灌浆孔非溢流坝段上游水位2、重力坝的特点①断面尺寸大，抵抗渗漏、漫顶破坏的能力强，在各种坝型中失事率最低②对地形地质条件适应性强③泄流问题容易解决④施工导流容易解决⑤体积大便于机械化施工⑥结构作用明确§2-1概述⑦由于体积大，材料强度不能充分利用⑧底部扬压力大，对稳定不利⑨由于体积大，水化热不易散发，温控要求高§2-1概述2、

2、重力坝的特点二、重力坝的型式按内部结构分实体重力坝宽缝重力坝空腹重力坝§2-1概述§2-1概述按作用分非溢流重力坝溢流重力坝§2-1概述按建筑材料分混凝土重力坝碾压混凝土重力坝浆砌石重力坝§2-1概述三、重力坝设计的主要内容1、总体布置坝轴线组成建筑物的位置2、剖面设计3、稳定分析4、应力分析5、构造设计6、地基处理7、溢流坝或泄水孔设计8、监测设计§2-1概述§2-2重力坝的荷载及其组合一、荷载荷载→作用不随时间变化的----永久作用如自重、土压力等随时间变化的------可变作用如水压力、扬压力、温度、孔隙水压力

3、等；偶然发生的--------偶然作用如地震、校核水位下的水压力等可变作用是指在设计基准期内作用的量值随时间变化与平均值之比不可忽略的作用。1、自重坝体自重是重力坝的主要荷载之一。W=γ×A+ωω--坝上永久设备重①沿坝基面滑动，仅计坝体重量；②沿深层滑动，需计入滑体内岩体重；③用有限单元法计算时，应计入地基初始应力的影响；假定：1°地基中任一点的垂直应力σ(y)=γh2°水平应力σ(x)=λγh3°剪应力τ(xy)=01°上游面垂直2°上游面倾斜①挡水坝段②溢流坝段3°水的容重①清水γ②浑水γ(按实际情况考虑)2、

4、静水压力坝基扬压力包括两部分①下游水深引起的浮托力；②由水头差引起的渗透压力；渗透压力从上游向下游逐渐消减，其变化呈抛物线分布。扬压力对坝体稳定不利，为减小扬压力需采取工程措施：设帷幕用折减系数α表示岩体构造、性质、帷幕的深度、厚度、灌浆质量、排水孔直径、间距、深度等因素。设排水3、扬压力(含坝基和坝体内扬压力)规范规定：河床坝段：α=0.2～0.3岸坡坝段：α=0.3～0.4需要指出：原型观测资料表明：扬压力因受泥沙淤积的影响随时间延长而减小，对稳定有利。坝体内扬压力4.动水压力溢流坝泄水时，溢流面上作用有动水压

5、力，其中坝顶曲线段和下游直线段上的动水压力较小，可忽略不计。在反弧段上需根据水流动力方程求解动水压力。反弧段上总水平分力和垂直分力为：根据动量冲量原理：单位时间内物体动量的增量等于该物体所受外力的合力即5、冰压力冰压力包括静冰压力和动冰压力静冰压力：寒冷地区，水库表面将结冰，当气温升高时，冰层膨胀，对建筑物产生的压力。大小：取决于冰层厚度、开始升温时的气温及温升率。见教材表2-18。(表中数据为单位面积上的静冰压力，总的应乘上冰厚)。冰层厚度（m）0.40.60.81.01.3静冰压力标准值（kN/m）8518021

6、5245280说明：1°冰压力对高坝可以忽略，因为一方面水库开阔，冰易凸起破碎，另一方面在总荷载中所占比例较小；2°对低坝、闸较为重要，它占总荷载的比重大；3°某些部位如闸门进水口处及不宜承受大冰压力的部位，可采取冲气措施等。动冰压力：当冰破碎后，受风和水流的作用而漂流，当冰块撞击在坝面或闸墩上时将产生动冰压力。当冰的运动方向垂直或接近垂直坝面时，按式(2-51)(2-52)计算，取其中小值。6、泥沙压力①成因水库蓄水后，入库水流流速降低并趋于零，挟带的泥沙随流速减小而沉积于坝前，其过程是先沉积大颗粒，而后沉积细颗粒

7、。②计算a、淤积高程坝前淤积逐年增高，可根据河流的挟沙量进行估算，估算年限通常为50-100年。b、指标淤积的泥沙逐年固结，容重和内摩擦角也在逐年变化，很难算准，设计时可根据经验取定，象黄河这样的多沙河流应由试验定出。c、计算公式6、泥沙压力7.浪压力①成因-----空气流动，带动水体，形成波浪。②波浪三要素2hl(2hm)—波高；2Ll(2Lm)–波长；h0(hz)—波浪中心线与静水位的距离；a、波浪涌高2hL波浪运动不受库底影响-----------------深水波波浪运动受库底影响，且库水深小于临界深度Hk(

8、Hk=(3-5)hL)时--破碎波水深大于临界深度Hk小于LL波浪受库底影响-浅水波b、波长2Lc、波浪中心线距静水面的距离h。d、平原、滨海地区按莆田公式计算，见式（2-23、24、25）式中：cth为双曲余切（2-23)（2-24)（2-25)内陆峡谷水库用官厅公式计算，见式（2-27、28）(适用于V0<20m/s，D<20000m)注意