重力壩分析與計(jì)算

1、一、計(jì)算荷載組合：壩體自重：區(qū)域 W11=10*125*24=30000KN 方向 區(qū)域 W12=0.5*113*73.45*24=99598.2KN 方向 W1=W11+W12=30000+99598.2=129598.2KN 方向靜水壓力：垂直水壓力PV=0.5*17*17*0.65*9.8=920.47KN 方向 水平水壓力，上游PH1=0.5*w*H=0.5*9.8*120=70560KN 方向 下游PH2=0.5*w*H=0.5*9.8*17=1416.1KN 方向淤沙壓力：Ps=0.5*sb*hs*tan（45-s/2） 0.5*8.5*21.8*tan（45-27/2）=758.

2、47KN 方向 揚(yáng)壓力： 浮托力 U1=w*H*B=9.8*17*83.45=13902.77 KN 方向 滲流力，區(qū)域a U2= =0.5*（1-0.2）*103*7*9.80=2826.32KN 方向 區(qū)域b U3=7*0.2*103*9.80=1413.16KN 方向 區(qū)域c U4=0.5*0.2*103*76.45*9.80 =7716.86KN 方向 U=U1+U2+U3+U4=13902.77+2826.32+1413.16+7716.86 =25859.11KN 方向荷載計(jì)算如下圖所示：二、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析以單寬壩段作為計(jì)算單元，按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算，認(rèn)為壩體混凝土與基巖接

3、觸良好，接觸面面積為A，采用接觸面上的抗剪斷參數(shù)和計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。A=83.45=(0.92*（129598.2+920.47-25859.11）+750*83.45) /(70560-1416.1+758.47)=2.273 滿足要求。三、軟弱層面抗滑穩(wěn)定分析 雙層面抗滑穩(wěn)定計(jì)算，采用剩余推力法。取壩趾處垂直方向左側(cè)為主滑裂面，其中基巖自重W3=25.5*104.95*tan15*104.95*0.5=37665.28KN 方向壩體自重W1=129598.2KN 方向上游水重為W4=120*21.8*9.8=25636.8KN 方向靜水壓力PV=920.46KN 方向W=W1+PV+W

4、3+W4=129598.2+920.46+37665.28+25636.8 =193810.74KN 方向水平力 =69902.37KN 方向揚(yáng)壓力 浮托力 U1=9.8*17*104.95=17484.67KN 垂直接觸面 滲流力 區(qū)域a U2= = 0.5*（1-0.2）*103*（28.5+21.5）*9.8=20188KN 垂直接觸面 區(qū)域b U3=28.5*0.2*103*9.8=5753.58KN 垂直接觸面 區(qū)域c U4=0.5*0.2*103*76.45*9.80 =7716.86KN 方向計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示：第一次試算：區(qū)離壩址距離為m=20米處為輔助滑裂面 區(qū)域c增加揚(yáng)壓力

5、U= =0.2*103*20/（20+76.45）*76.45*9.8/2 =1600.18KN 方向 則 =U1+U2+U3+U4+U =17484.67+20188+5753.58+7716.86+ 1600.18=52743.29KN 方向輔助滑裂面計(jì)算28.13*0.5*20*25.5+20*17*9.8=10506.34 KN 方向 =（0.2*103*20*20/（20+76.45）/2+20*17）*9.80=3750.62 KN 方向 先令主滑裂區(qū)處于極限平衡狀態(tài)，其沿AB面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1，求得R后再計(jì)算輔滑裂區(qū)沿BC面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K2，K2即為整個(gè)壩段的抗滑穩(wěn)定

6、安全系數(shù)。由區(qū)處于極限平衡時(shí)可以列出工程經(jīng)驗(yàn)采用=0， =0.3kpa，=0.08mpa 滑裂面面積A=34.52解得R=70981.58KN 帶入公式=3.068公式中，取基巖的抗剪斷系數(shù)，=1.0，=1.15，=281.35經(jīng)過(guò)試算得出數(shù)據(jù)：向下游延伸長(zhǎng)度20304043444546475060K3.07 2.47 2.30 2.29 2.29 2.29 2.29 2.29 2.30 2.38 由圖表可知在45米處K值最小為2.29。穩(wěn)定。四、壩體強(qiáng)度計(jì)算材料力學(xué)法計(jì)算，重力壩壩基面壩踵、壩趾的垂直應(yīng)力符合下列要求：運(yùn)用期1） 在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力，

7、壩趾垂直應(yīng)力小于壩基容許壓應(yīng)力；2） 在地震荷載作用下，壩踵、壩趾的垂直應(yīng)力符合水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 203-97）的要求；施工期壩址鉛直應(yīng)力應(yīng)小于0.1mp的拉應(yīng)力重力壩壩體應(yīng)力應(yīng)符合下列要求： 運(yùn)用期1） 壩體上游面的垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力）。2） 壩體最大主壓應(yīng)力，應(yīng)不大于混凝土的允許壓應(yīng)力值。3） 在地震情況下，壩體上游面的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 203-97）的要求。施工期1) 壩體任何截面上的主應(yīng)力不應(yīng)大于混凝土容許壓應(yīng)力2) 在壩體下游，允許由不大于0.2mp的主拉應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)圖及荷載組合見(jiàn)下圖;荷載組合豎直（向下為正）形心距上游壩面水平（向

8、右為正）形心距壩基自重壓力30000.00 5.00 99598.20 34.47 靜水壓力920.47 79.77 70560.00 40.00 -1416.10 5.67 淤泥壓力758.47 4.45 揚(yáng)壓力U1-13902.77 41.73 U2-7716.86 32.48 U3-1413.16 3.50 U4-2826.32 2.33 合計(jì)104659.55 69902.37 應(yīng)力計(jì)算取壩基面為計(jì)算截面 不計(jì)揚(yáng)壓力W=30000+99598.2+920.47=130518.67KN=30000*（41.73-5）+99598.2*（41.73-34.47）+920.47*（41.75

9、-79.77）-70560*40+1416.10*5.67-758.47*4.45=-1028773.46KNm1. 水平截面上的正應(yīng)力=130518.67/83.45+6*（-1028773.46）/83.45=677.66mp=130518.67/83.45-6*（-1028773.46）/83.45=2449.77mp2. 剪應(yīng)力=（9.8*120-667.66）*0=0mp=（2449.77-9.80*17）*0.65=1484.06mp式中：為上游水壓力強(qiáng)度，Kpa;n為上游壩坡坡率；為下游水壓力強(qiáng)度，Kpa；m為下游壩坡坡率。3. 水平正應(yīng)力=9.8*120-0*0=1176mp=

10、9.80*17+1484.06*0.65=1131.24mp4. 主應(yīng)力=677.66mp=（1+0.65）*2449.77-9.8*17*0.65=3414.41mp壩面水壓力也是主應(yīng)力=9.8*120=1176mp=9.8*17=166.6mp考慮揚(yáng)壓力W=104659.55KN=-1265536.56KNm1.水平截面上的正應(yīng)力=104659.55/83.45+6*（-1265536.56）/83.45=163.79mp=104659.55/83.45-6*（-1265536.56）/83.45=2344.53mp2.剪應(yīng)力=（9.8*120-163.79）*0=0mp=（2344.53

11、-9.80*17）*0.65=1415.65mp式中：為上游水壓力強(qiáng)度，Kpa;n為上游壩坡坡率；為下游水壓力強(qiáng)度，Kpa；m為下游壩坡坡率。3.水平正應(yīng)力=9.8*120-0*0=1176mp=9.80*17+1415.65*0.65=1086.77mp4.主應(yīng)力=163.79mp=（1+0.65）*2344.53-9.8*17*0.65=3264.71mp壩面水壓力也是主應(yīng)力=9.8*120=1176mp=9.8*17=166.6mp分別計(jì)算其他截面應(yīng)力：壩體應(yīng)力計(jì)算yuydudxuxd1u1d2u2d不計(jì)揚(yáng)壓力壩基面677.66 2450.41 0.00 1484.48 1176.00

12、1131.51 677.66 3415.32 1176.00 166.60 20677.40 1953.18 0.00 1269.56 980.00 825.22 677.40 2778.39 980.00 0.00 40656.22 1501.00 0.00 975.65 784.00 634.17 656.22 2135.17 784.00 0.00 60638.08 1049.66 0.00 682.28 588.00 443.48 638.08 1493.15 588.00 0.00 80608.75 618.23 0.00 401.85 392.00 261.20 608.75 87

13、9.43 392.00 0.00 100529.75 263.55 0.00 171.31 196.00 111.35 529.75 374.91 196.00 0.00 計(jì)入揚(yáng)壓力壩基面163.79 2344.53 0.00 1415.65 1176.00 1086.77 163.79 3264.70 1176.00 166.60 20276.85 1982.46 0.00 1288.60 980.00 837.59 276.85 2820.05 980.00 0.00 40339.45 1565.44 0.00 1017.54 784.00 661.40 339.45 2226.84 78

14、4.00 0.00 60470.73 1062.38 0.00 690.54 588.00 448.85 470.73 1511.23 588.00 0.00 80392.70 668.63 0.00 434.61 392.00 282.50 392.70 951.13 392.00 0.00 100384.89 294.85 0.00 191.65 196.00 124.57 384.89 419.42 196.00 0.00 經(jīng)計(jì)算均滿足要求水閘設(shè)計(jì)1閘孔設(shè)計(jì)1）閘孔尺寸的確定1） 初擬閘孔尺寸 需滿足防洪、排澇要求a，排澇要求 上游水深：=19.8-13.4=6.38m 下游水深：=19

15、.63-13.4=6.23m Q=420m/s A=（B+m*）*=（30+2.5*6.38）*6.38=283.16m =420/283.16=1.433m/s =+=6.38+1.0*1.433/2/9.81=6.485m=6.23/6.485=0.960.8 屬于淹沒(méi)出流淹沒(méi)系數(shù) 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 1.00 1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.93 0.90 0.87 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.84 0.81 0

16、.78 0.74 0.70 0.65 0.59 0.50 0.40 所以=0.59e=18.7-13.4=5.3m =5.3/6.38=0.830.65 為堰流其中為閘敦系數(shù)，采用尖圓型=0.53；為邊墩系數(shù)，采用圓弧型=0.70.n=1 m為流量系數(shù)，按無(wú)坎寬頂堰計(jì)算m=0.385解得=26.18mb，防洪要求 上游水深：=21.28-13.4=7.88m 下游水深：=21.13-13.4=7.73m Q=750m/s A=（B+m*）*=（30+2.5*7.88）*7.88=391.64m =750/391.64=1.92m/s =+=7.88+1.0*1.92/2/9.81=8.067m

17、=7.73/8.067=0.960.8 屬于淹沒(méi)出流所以=0.59e=18.7-13.4=5.3m =5.3/8.067=0.660.65 為堰流其中為閘敦系數(shù)，采用尖圓型=0.53；為邊墩系數(shù)，采用圓弧型=0.70.n=1 m為流量系數(shù)，按無(wú)坎寬頂堰計(jì)算m=0.385解得=33.66m比較a、b的計(jì)算結(jié)果，B2B1，可見(jiàn)引水灌溉情況是確定閘孔尺寸的控制情況，故閘孔凈寬宜采用較大值33.66m。現(xiàn)擬閘孔分為7孔，取中孔尺寸為3.66m，其他孔尺寸為5m，則閘孔實(shí)際總凈寬33.66m。 閘底板宜采用整體式平底板。擬將分縫設(shè)在底板的中間位置；中墩采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚1.0m，墩頭采用半圓形（水流

18、條件好，施工方便），墩尾采用流線型（有利于水流擴(kuò)散）（2）復(fù)核過(guò)閘流量 根據(jù)初擬的閘孔尺寸，對(duì)于中孔：，查表得， 對(duì)于邊孔： ，查表得，則有 查表可得，對(duì)于無(wú)坎平底寬頂堰，m=0.385，則 0，表示海漫出口形成沖刷坑，故在海漫末端建一防沖槽。（2） 防沖槽的構(gòu)造：防沖槽為倒梯形斷面。其底寬1.0m，深4.0m，邊坡1:2，槽中拋以塊石。消力池、海漫、防沖槽布置圖（單位：cm）3.防滲排水設(shè)計(jì) 對(duì)于砂壤土地基，需采用垂直板樁防滲。1、 底板： 考慮底板要滿足上部結(jié)構(gòu)布置的要求以及本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等要求，底板采用整體式平底板。（1） 底板順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度L根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式以及H=5.3m可有L=10.618.55m綜上所述，取底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度L為15m。（2） 底板的厚度：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式d=（1/61/8）單孔凈跨，一般為1.02.0m，故初擬d=2m。（3） 底板的構(gòu)造：底板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土為c30。上下游兩端各設(shè)1m深的齒墻嵌入地基。底板分縫中設(shè)以“V”型銅片止水。（4） 板樁設(shè)計(jì)：板樁深度為0.61.0倍的水頭，插入不透水層1m，板樁厚度為10cm，寬度為50cm，長(zhǎng)度為6m，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制。與閘底板的連接為：把板樁頂部嵌入底板底面特設(shè)的凹槽內(nèi)。2.鋪