水利工程概論_三種壩型的荷載應(yīng)力分析方法失穩(wěn)形式PPT課件

1、三種壩的荷載 三種壩的應(yīng)力分析方法 三種壩的失穩(wěn)形式 CONTENTS 三種壩的工程實例 三種壩的荷載 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 “ ” 重力壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 1 2 3 自重（建筑物及 其附屬設(shè)備的重 量）； 水壓力（靜水壓 力、動水壓力、 浪壓力、揚壓 力）； 冰壓力（靜壓力、 動壓力）； 主要荷載： G自重 F 揚壓力 F 靜水壓力 f摩擦力（只是考慮到力的平 衡） 4 6

2、5 土壓力（主動土 壓力、被動土壓 力、泥沙壓力）； 地震力（地震引 起：建筑物慣性 力和水的激蕩力） 溫度變化 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 “ ” 拱壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 荷載類型與重力壩相差不大，不同之處在于： 溫度為主要荷載， 揚壓力對不同的拱壩影響程度不

3、同 薄拱壩可忽略揚壓力 中厚拱壩、厚拱壩要考慮揚壓力 主要荷載：溫度和揚壓力 “ ” 土石壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 荷載和重力壩荷載也差不多，不同在于 有滲透壓力，造成局部失穩(wěn)的主要因素 忽略上游靜水壓力 不進行整體分析，只進行局部分析的原因就 是 土石壩的失穩(wěn)往往是局部失穩(wěn)。 G自重 F滲透壓力 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 三種壩的應(yīng)力 分析方法 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三

4、 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 “ ” 重力壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 A B C 進行荷載計算及荷載組合 選擇合適的方法進行應(yīng)力計算 檢驗大壩各部位的應(yīng)力是否滿足強度要求 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 應(yīng)力分析的過程 模型試驗法 理論計算 方法 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程

5、實 例 三 種 壩 的 荷 載 有限元法 材料力學(xué)法 確定計算 工況 選擇計算 方法 確定計算 截面 計算應(yīng)力 計算選定截面上的應(yīng)力、 削弱部位（如孔洞、泄水 管道部位等）的局部應(yīng)力、 個別部位（如寬縫重力壩 的頭部、閘墩、導(dǎo)墻等） 的應(yīng)力等步驟，必要時分 析壩基的上、下游局部應(yīng) 力及內(nèi)部應(yīng)力。 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 “ ” 拱壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 應(yīng)力 分析 s wo T 桿件結(jié)

6、構(gòu)法 殼體理論法 有限單元法 模型試驗法 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 拱冠 梁法 圓筒 法 桿件 結(jié)構(gòu) 法 拱梁 分載 法 純拱 法 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 “ ” 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 圓筒法是把拱壩當作鉛直圓筒的一部分，采用圓筒公式進行計 算。 它是拱壩計算中使用最早，最簡單的方法，適

7、用于承受均勻外 水壓力的等截面圓弧拱圈，只能粗略地求出徑向截面上的均勻應(yīng) 力。 它不考慮拱在兩岸的嵌固條件，不能計入溫度及地基變形的影 響，因而不能反應(yīng)拱壩的真實工作狀態(tài)。 圓筒法 “ ” 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 純拱法假定拱壩由一系列各自獨立互不影響的水平拱圈疊合而 成，每層拱圈簡化為兩端固結(jié)的平面拱，用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求解拱 的應(yīng)力。 該方法雖然可以計入每層拱圈的基礎(chǔ)變位、溫度、水壓力等的作 用，但忽略了拱壩的整體作用，求得的拱應(yīng)力偏大，也不符合拱 壩的真實工作情況。但該法計算簡便，概念明確

8、，對于在狹窄河 谷中修建的拱壩，不失為一種簡單實用的計算方法。 同時純拱法也是拱梁分載法的重要組成部分，分配給拱的 荷載需要用它來計算水平拱圈的應(yīng)力。 純拱法 “ ” 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 拱梁分載法把拱壩看成由一系列水平拱圈和一系列鉛直梁所組 成，荷載由拱和梁共同承擔(dān)，各承擔(dān)多少荷載由拱梁交點處變位 一致條件決定。 荷載分配后，梁按靜定結(jié)構(gòu)計算應(yīng)力，拱按純拱法計算應(yīng)力。 確定拱梁荷載分配的方法可以用試荷載法，也可以用計算機求 解聯(lián)立方程組來代替試算。該方法計算結(jié)果較為合理，但計算量 較大

9、，需借助計算機，適于大、中型拱壩。 拱梁分載法 “ ” 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 最簡單的拱梁分載法：只取拱冠處一根懸臂梁，根據(jù)各層拱圈 與拱冠梁交點處徑向變位一致的條件求得拱梁荷載分配，且拱圈 所分配到的徑向荷載從拱冠到拱端為均勻分布，認為拱冠梁兩側(cè) 梁系的受力情況與拱冠梁一樣。 適用于河谷狹窄對稱的中小型工程，或大型工程的初設(shè)階段。 拱冠梁法 “ ” 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 “ ” 三

10、種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 所謂殼體是由內(nèi)、外兩個曲面圍成的物體，兩個曲面稱為殼體 的表面。早在20世紀30年代，F(xiàn)托爾克就提出了用薄殼理論計算 拱壩的近似方法，但由于壩體形狀和幾何尺度以及邊界條件的復(fù) 雜性，使這種方法受到很大限制，隨著計算機的廣泛應(yīng)用，薄殼 理論計算法也有了很大的發(fā)展。 殼體理論法 “ ” 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 將拱壩連同地基這一連續(xù)的整體空間結(jié)構(gòu)離散為有限個單元構(gòu) 件，以結(jié)

11、點互相連接，通過建立結(jié)點位移和結(jié)點力之間的平衡方 程，求得結(jié)點位移進而求出單元應(yīng)力。 避免了結(jié)構(gòu)力學(xué)方法中大量的假定和簡化，能適應(yīng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 和邊界。 有限單元法 “ ” 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 就是用石膏加硅藻土組成脆性材料，制作成拱壩整體模型，用 應(yīng)變儀量測加荷后模型各點應(yīng)變值的變化從而求得壩體的應(yīng)力. 也可以用環(huán)氧樹脂制造模型，用偏光彈試驗方法進行量測并求 得拱壩的應(yīng)力。 缺點：周期長、人力物力耗費大、不易進行敏感性分析。 優(yōu)點：直觀、能觀測大變形和破壞。 模型試驗法 “ ” 土石壩

12、三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 判斷 設(shè)計 判斷壩體是否存在拉應(yīng)力區(qū) 和剪切破壞區(qū)，判斷可能形 成裂縫的部位，黏性土防滲 體是否會發(fā)生水力劈裂現(xiàn)象。 為剛性防滲結(jié)構(gòu)提供設(shè)計依 據(jù) 分析 估算 分析壩體穩(wěn)定性 估算預(yù)留壩頂沉降超高值 土石壩應(yīng)力變形分析的任務(wù) 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 理論 計算 法 應(yīng)力 變形 分析 數(shù)值 計算 法 模型 試驗 法 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩

13、的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 三種壩的失穩(wěn) 形式 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 “ ” 重力壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 1 23 失穩(wěn) 形式 二、淺層滑動 一、表面滑動 三、深層滑動 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 重力壩主要依靠自身重力維持穩(wěn)定。重力壩

14、失穩(wěn)可能沿壩基平面滑動，也可能沿壩基中的緩傾角斷面或 軟弱夾層滑動。 “ ” 拱壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 失穩(wěn)形式 A)壩肩巖體在拱端推力作用等外荷載作用下的滑動失穩(wěn) B)壩肩巖體在拱端推力作用等外荷載作用下變形過大致使拱壩 變形失穩(wěn) C)拱壩建基面不能提供足夠的阻止上滑的能力，沿壩基面上滑失穩(wěn) 上滑失穩(wěn) 壩肩巖體失穩(wěn) 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三

15、種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 滑動條件：必須有滑動體邊界 滑動體邊界 滑裂面 臨空面 巖體內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)面 天然地表 “ ” 土石壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 土石壩的破壞類型 剖面尺寸不當或壩體抗剪強度不足 壩基內(nèi)有軟弱夾層 受地震作用 滑動 塑性流動 砂土液化 滑動面形狀滑動面形狀 1、曲面滑動面 滑動面頂部陡而

16、底部漸緩，曲面近似圓 弧，多發(fā)生于粘性土中。 2、折線滑動面 多發(fā)生于非粘性土坡，如薄心墻壩、斜 墻壩 3、復(fù)式滑動面 當壩基內(nèi)有軟弱夾層時，滑動面不再向 下深切，而沿夾層形成曲、直組合的復(fù)式滑 動。 三種壩的工程 實例 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 “ ” 重力壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三

17、 種 壩 的 荷 載 1895年4月，法國Bouzey重力壩失事。 事后分析，失事的原因是該壩設(shè)計時 未考慮作用于壩基上的揚壓力 “ ” 拱壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 1959年法國Malpasset壩失事是拱壩第一次潰壩記錄， 經(jīng)檢查，壩的設(shè)計符合規(guī)范，施工質(zhì)量良好。直到 1987年，通過一次以潰壩為主題的國際研討會，才 有了初步結(jié)論：左壩肩地基中過大的水壓力使壩

18、基巖 塊沿F1斷層滑動而潰壩。 “ ” 土石壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 1976年，當時世界上最高的土壩，美國 Teton壩發(fā)生潰壩，經(jīng)反復(fù)查證，確認壩 基巖石節(jié)理發(fā)育，庫水流經(jīng)巖石裂隙使 心墻齒槽土體發(fā)生管涌而最終遭致潰壩 感謝聆聽 水利工程概論翻轉(zhuǎn)課堂 第四組 1 2 3 自重（建筑物及 其附屬設(shè)備的重 量）； 水壓力（靜水壓 力、動水壓力、 浪壓力、揚壓 力）

19、； 冰壓力（靜壓力、 動壓力）； 主要荷載： G自重 F 揚壓力 F 靜水壓力 f摩擦力（只是考慮到力的平 衡） 4 6 5 土壓力（主動土 壓力、被動土壓 力、泥沙壓力）； 地震力（地震引 起：建筑物慣性 力和水的激蕩力） 溫度變化 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 “ ” 土石壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 “ ” 重力壩 三 種 壩 的 應(yīng) 力 分 析 方 法 三 種 壩 的 失 穩(wěn) 形 式 三 種 壩 的 工 程 實 例 三 種 壩 的 荷 載 A B C 進行荷載計算及荷載組合 選擇合適的方法進行應(yīng)力計算 檢驗大壩各部位的應(yīng)力是否滿足強度要求 三 種 壩 的 應(yīng) 力