重力壩分析與計算

1、一、計算荷載組合：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*H²=0.5*9.8*120²=70560KN 方向 下游PH2=0.5*w*H²=0.5*9.8*17²=1416.1KN 方向淤沙壓力：Ps=0.5*sb*hs²*tan²（45

2、-s/2） 0.5*8.5*21.8²*tan²（45-27/2）=758.47KN 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 方向荷載計算如下圖所示

3、：二、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析以單寬壩段作為計算單元，按抗剪斷強(qiáng)度公式計算，認(rèn)為壩體混凝土與基巖接觸良好，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*

4、21.8*9.8=25636.8KN 方向靜水壓力PV=920.46KN 方向W=W1+PV+W3+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 =7716.86K

5、N 方向計算簡圖如下圖所示：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)

6、定安全系數(shù)為1，求得R后再計算輔滑裂區(qū)沿BC面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K2，K2即為整個壩段的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。由區(qū)處于極限平衡時可以列出工程經(jīng)驗采用=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)過試算得出數(shù)據(jù)：向下游延伸長度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)度計算材料力學(xué)法計算，重力壩壩基面壩踵、壩趾的

7、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，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

8、大于0.2mp的主拉應(yīng)力計算簡圖及荷載組合見下圖;荷載組合豎直（向下為正）形心距上游壩面水平（向右為正）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104659.55 69902.37 應(yīng)力計算取壩基面為計算截面 不計揚(yáng)壓力W=30000+99598.2+920.47=130518.67KN=300

9、00*（41.73-5）+99598.2*（41.73-34.47）+920.47*（41.75-79.77）-70560*40+1416.10*5.67-758.47*4.45=-1028773.46KN·m1. 水平截面上的正應(yīng)力=130518.67/83.45+6*（-1028773.46）/83.45²=677.66mp=130518.67/83.45-6*（-1028773.46）/83.45²=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

10、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+1484.06*0.65=1131.24mp4. 主應(yīng)力=677.66mp=（1+0.65²）*2449.77-9.8*17*0.65²=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=-1265536.56KN·m1.水平截面上的正應(yīng)力=104659.55/83.45+6*（-1265536.56）/83.45²=163

11、.79mp=104659.55/83.45-6*（-1265536.56）/83.45²=2344.53mp2.剪應(yīng)力=（9.8*120-163.79）*0=0mp=（2344.53-9.80*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+0.65²）*2344.53-9.8*17*0.65²=3264.71mp壩面水壓力也是主應(yīng)力=

12、9.8*120=1176mp=9.8*17=166.6mp分別計算其他截面應(yīng)力：壩體應(yīng)力計算yuydudxuxd1u1d2u2d不計揚(yáng)壓力壩基面677.66 2450.41 0.00 1484.48 1176.00 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

13、.66 0.00 682.28 588.00 443.48 638.08 1493.15 588.00 0.00 80608.75 618.23 0.00 401.85 392.00 261.20 608.75 879.43 392.00 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 12

14、88.60 980.00 837.59 276.85 2820.05 980.00 0.00 40339.45 1565.44 0.00 1017.54 784.00 661.40 339.45 2226.84 784.00 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 3

15、84.89 419.42 196.00 0.00 經(jīng)計算均滿足要求水閘設(shè)計1閘孔設(shè)計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：=19.63-13.4=6.23m Q=420m³/s A=（B+m*）*=（30+2.5*6.38）*6.38=283.16m² =420/283.16=1.433m/s =+=6.38+1.0*1.433²/2/9.81=6.485m=6.23/6.485=0.96>0.8 屬于淹沒出流淹沒系數(shù) 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0

16、.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 0.78 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=0.83>0.65 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)，按無坎寬頂堰計算m=0.385解得=26.18mb，防洪要求 上游水深：=21

17、.28-13.4=7.88m 下游水深：=21.13-13.4=7.73m Q=750m³/s A=（B+m*）*=（30+2.5*7.88）*7.88=391.64m² =750/391.64=1.92m/s =+=7.88+1.0*1.92²/2/9.81=8.067m=7.73/8.067=0.96>0.8 屬于淹沒出流所以=0.59e=18.7-13.4=5.3m =5.3/8.067=0.66>0.65 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)，按無坎寬頂堰計算m=0.385解得=33

18、.66m比較a、b的計算結(jié)果，B2>B1，可見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?，F(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)核過閘流量 根據(jù)初擬的閘孔尺寸，對于中孔：，查表得， 對于邊孔： ，查表得，則有 查表可得，對于無坎平底寬頂堰，m=0.385，則 <5% 實際過流能力滿足防洪的設(shè)計要求，同樣可驗證初擬的閘孔尺寸也符合引排

19、澇的要求。因此，該閘的孔口尺寸確定為：共分7孔，中孔寬3.66m，邊孔寬5m，六個中墩各厚1.0m；閘孔總凈寬為33.66m，閘室總寬度為43.72m。 閘室布置圖2消能防沖設(shè)計 消能防沖建筑物主要包括消力池、海漫及防沖槽三部分；下面就此三種建筑物的設(shè)計進(jìn)行計算說明：1.消力池的設(shè)計a、消力池池深：由上題可知，均在高淹沒區(qū)，出閘水流已發(fā)生了淹沒式水躍，故從理論上講，可以不建消力池，但為了穩(wěn)定水躍，通常需一建造消力池。取池深d=0.5m。b、消力池長度：L=10m。c、消力池底板厚度：取消力池底板厚度為1.0m，前后等厚。在消力池底板的后半部設(shè)排水孔，孔徑10cm，間距2m，呈梅花形布置，孔內(nèi)填

20、以砂、碎石。消力池與閘底板連接處留一寬為1.0m的平臺，以便更好的促成出閘水流在池中產(chǎn)生水躍。消力池在平面上呈擴(kuò)散狀，擴(kuò)散角取為10°。2.海漫的設(shè)計（1） 海漫的長度為： 為海漫長度計算系數(shù)，取=11 ，取海漫長度為28m。（2） 海漫的布置與構(gòu)造由于下游水深較大，為了節(jié)省開挖量，海漫布置成水平的。海漫使用厚度40cm的塊石材料，前10m采用漿砌石塊，后18m采用干砌石塊。海漫底部鋪設(shè)15cm厚的砂礫墊層。 3、防沖槽的設(shè)計（1） 海漫末端河床沖刷深度為 海漫末端的平均寬度 水深大于3m，v0可取為1.1m/s,則有： >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。