答當(dāng)壩底揚(yáng)壓力折減系數(shù)分別為和時(shí)

1、1、答：根本剖面是指：壩體在自重、靜水壓力水位與壩頂齊平和揚(yáng)壓力 項(xiàng)主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，并使工程量最小的三角形剖面。1當(dāng)壩底揚(yáng)壓力折減系數(shù)分別為1.0和0.3時(shí)冷=1.0時(shí),穩(wěn)定要求:強(qiáng)度要求:1U1 1wHB=245BkN2根據(jù)抗剪強(qiáng)度公式有上游邊緣應(yīng)力保證不出現(xiàn)拉應(yīng)力，考慮揚(yáng)壓力瓦WU 丄 6HM -yu -0BB2根本三角形剖面，作其底邊的高，將底邊分成左右兩段，分別為要滿足便于施工，所以Xi 一0、X2 一01cX1H，業(yè)飛wXiH wW2 W3x1x22、壩體自重產(chǎn)生的彎矩：M1 側(cè)-223上游水重產(chǎn)生的彎矩：M3 二W3寧-即水平靜水壓力產(chǎn)生的彎矩:1M4 二-P

2、-H3揚(yáng)壓力產(chǎn)生的彎矩：M5XiX2)二M =M1 M2 M 3 M 4 M 5優(yōu)化問題可以使用EXCEL、Lingo或MATLAB軟件進(jìn)行計(jì)算。根本剖面要求工程量最小，即為 B為最小值時(shí)，可以利用數(shù)學(xué)知識知道當(dāng)X2=0時(shí)，B為最小值，帶入計(jì)算得到 x1=31.3m，g卩 B=31.3m,12=0.3 時(shí)，U22 wHB =73.5BkN,同理可求的 B=24.2m2取一米長的壩段計(jì)算工程量相差量：1/2 31.3 50 1 -1/2 24.2 50 1 =177.5m33根據(jù)交通和運(yùn)行管理需要，壩頂應(yīng)有足夠的寬度，為了防止波浪漫過壩頂， 在靜水位以上還應(yīng)有一定的平安超高。 再就是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)

3、，一般情況下，上游 壩坡坡率n=0 0.2，常做成鉛直或上部鉛直下部傾向上游，下游壩坡坡率為 m=0.60.8,底寬約為壩高的0.70.9。2、( 1)正常蓄水位時(shí)，穩(wěn)定分析時(shí)采用抗剪斷公式自重：W =4.5 (220.4 -187) 23.5 =3532kNW2 =1/2 (3.34 2.16 17.88 -4.5) (213.97 -187) 23.5 =5983kN上游水平水壓力：2R = 0.5 9.8 (217.55 -187) =4573kN下游水平水壓力：2P2 = 0.5 9.8 (197.35 -187) =525kN下游垂直水壓力：Q1 = 0.5 (197.35 -187

4、)2 0.7 9.8 =367kN揚(yáng)壓力:5 =23.38 9.8 (197.35-187) =2371kNU2 =9.8 0.25 (217.55-197.35) 17.88 0.5 =442kNU3 =0.25 (217.55-197.35) 9.8 5.5 =272kNU4 =(1-0.25) 9.8 (217.55 -197.35) 5.5 0.5 =408kN 泥沙壓力：壩面單位長度上的水平於沙壓力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式如下= sbhS2tg2 45 L】 = 17.2M195 187)2 g2(45 y)= 198kN2I 2 丿 22浪壓力：利用官廳公式有h| =O.O166V054 D

5、1310.4(hl)082hz二 h , 2 二h-cthL L計(jì)算得：波高h(yuǎn)l =0.24m,波長L =3.32m，壅高h(yuǎn)z=0.055m222gD/v。=9.81 800/9 -96.8，當(dāng) gD/v。=20 250時(shí)，為累積頻率 5%的波高 h5%,即 h5%= hl = 0.24m, h1%=1.24 h5%=0.30m, H=217.55-197.35=20.20.5L,為深水波。此時(shí)單位長度上的波浪壓力為11P,rwL(h1% hz)9.8 3.32 (0.3 0.055) = 2.89kN44可見浪壓力很小，在以下穩(wěn)定計(jì)算中可以忽略(設(shè)計(jì)和校核的在第二問中已求出, 校核洪水位時(shí)，

6、波浪壓力較大可計(jì)入其中)。壩址區(qū)地震根本烈度為6度，可不考慮地震對壩體施加的作用。偏心距的計(jì)算見excel表，將計(jì)算結(jié)果帶入下面抗剪斷公式-4.96 K 亠 3.0f ( W -U ) cA _ 1.1 6388 0.6 10 23.38Z P4247滿足標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定要求正常蓄水位工況，以上荷載計(jì)算列表如下。序 號何載符號垂直力kN水平力kN偏心距e(m)力矩(kN.m)向下向上向左向右逆時(shí)針順時(shí)針1自重W135329.4333432W259830.953653上游水平 水壓力P1457310.2465704下游水平 水壓力P25253.518115下游垂直 水壓力Q13679.334086浮托力

7、U123710.0007U24420.21028滲流壓力U32728.924339U44089.9402410水平泥沙 壓力Ps1982.7529合 計(jì)9883349452547714051857067總計(jì)63884247-16548同理，設(shè)計(jì)洪水位工況，荷載計(jì)算表。序 號何載符號垂直力kN水平力kN偏心距e(m) I力矩(kN.m)向下向上向左向右逆時(shí)針順時(shí)針1自重W135329.4333432W259830.953653上游水平 水壓力P1500210.7532714下游水平 水壓力P25613.620015下游垂直 水壓力Q13939.236106浮托力U124520.0007U2465

8、0.21078滲流壓力U32868.9:25609U44309.9423410水平泥沙 壓力Ps1982.7529合計(jì)9908363356152004070864310總 計(jì)62754639-23602由抗剪斷公式得:U+cA 1.1 漢 6275 +0.6X03 漢 23.38 ，宀 r j 一Ks4.51l-K 亠 3.0 P4639滿足標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定要求。校核洪水位工況，荷載計(jì)算表。序號荷載符號垂直力kN水平力kN偏心 距em力矩kN.m向下向上向左向右逆時(shí)針順時(shí)針1自重W135329.4333432W25983P 0.9P 53653上游水平 水壓力P1532011.0584314下游水平

9、水壓力P25913.721625下游垂直 水壓力Q14149.137756浮托力U125160.0007滲流壓力U2481P 0.21118U32968.926479U44449.9437710水平泥沙 壓力Ps1982.752911浪壓力Pw12.2應(yīng)力計(jì)算不計(jì)合計(jì)99293737591:55304086969868總計(jì)61914940-28999由抗剪斷公式得:,f 送 WU+cA 1.仆6191 十0.6漢103 T3.38訂Ks4.21 K 心 2.5Z P4940滿足標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定要求。2揚(yáng)壓力就算在以上表中已計(jì)算出，需計(jì)算設(shè)計(jì)與校核時(shí)的浪壓力，計(jì)算過 程與以上正常蓄水位時(shí)的一樣。設(shè)計(jì)工況

10、：計(jì)算得：波高h(yuǎn) =0.25m，波長L =3.43m，壅高h(yuǎn)z=0.057mgD/v：=9.81 900/92 =109，當(dāng) gD/v；=20 250時(shí)，為累積頻率 5%的波高 h5%，即 h5%=h =0.25m, hi%=1.24 hs%=0.31m, H=218.95-187=31.950.5L,為深水波。此時(shí)單位長度上的波浪壓力為11PWrwL(h1% hz)9.8 3.43 (0.31 0.057) =3.08kN44校核工況：此時(shí) v0 = 15.9m/s計(jì)算得：波高h(yuǎn)l =0.53m，波長L =6.23m，壅高h(yuǎn)z=0.14m gD/v2=39，當(dāng)gD/v；=20250時(shí)，為累積

11、頻率5%的波高h(yuǎn)5%，即 h5%=h = 0.53m， h1%=1.24 h5%=0.66m， H=219.95-187=32.950.5L，為深水波。此時(shí)單位長度上的波浪壓力為11PvrwL(h1% hz)9.8 6.23 (0.66 0.14) -12.2kN44建基面應(yīng)力計(jì)算，不計(jì)揚(yáng)壓力的作用、波浪壓力，只計(jì)算出來不參與應(yīng)力計(jì)正常工況(不考慮揚(yáng)壓力) 邊緣應(yīng)力的計(jì)算 水平截面上的正應(yīng)力二yu和二ydu2_W 6、MB B2yd W 6、MB B2式中：iW作用在計(jì)算截面以上除揚(yáng)壓力外全部荷載的垂直分力總和1W =9883kNiM 作用在計(jì)算截面以上全部荷載的對截面形心的力矩總和。3M 二

12、-9989 kN mB 壩體計(jì)算截面沿上下游方向的長度，B= 23.38m。計(jì)算得到：匚yu =313.1kPa,=532.4kPa，均未出現(xiàn)負(fù)值(拉應(yīng)力)且小于50MPa，符合應(yīng)力要求。 剪應(yīng)力u， du =(Pu 一二yu)n =0kPad =；yd -Pdm = 532.4 -10.35 9.8 0.7 =301.7kPa水平正應(yīng)力匚XU,匚xdcr = Pu t u n = 30.55 漢 9.8 = 299.4kPaUUu二xd = Pddm = 10.35 9.8 301.7 0.7 = 312.6kPa 第一主應(yīng)力；1u, ；1d2 2；1u =(1 n )；yu - Pun =

13、 ；yu =313.1kPaC1d =(1 m2)；yd -Fdm2 =(1 0.72) 532.4-10.35 9.8 0.72 = 743.6kPa ,滿足地基 承載力要求。 第二主應(yīng)力二2u - Fu - 299.4kPa二 2d = Pd =101.4kPa壩體內(nèi)部應(yīng)力計(jì)算建基面五個(gè)等分點(diǎn)上的應(yīng)力分量及主應(yīng)力大小和方向壩內(nèi)水平截面上的正應(yīng)力假定二y在水平截面上呈現(xiàn)直線分布，可得距下游面X處的二y = a bx (以壩 基面下游壩趾點(diǎn)為原點(diǎn)，壩基面為x軸，垂直x軸向下為y )當(dāng) x = 0 時(shí)，a 二;yd 二 532.4 ；當(dāng) x 二 B 二 23.38m，12、MB312一9989=

14、 _9.3823.3836 =532.4 -9.38X，如果取壩基面等分點(diǎn)的5個(gè)點(diǎn)分別計(jì)算各點(diǎn)的應(yīng)力，從壩基面下游至上游，壩內(nèi)水平截面上的正應(yīng)力分別為 二y1、二y2、匚y3、二y4、二y5，23 38-y1 =532.4 -9.38495.9kPa。6同理：二y2 =459.3kPa，二y3 =422.8kPa，二y4 =386.2kPa，二 y5 =349.7kPa。壩內(nèi)剪應(yīng)力剪應(yīng)力沿x軸呈二次拋物線分布，.=a-i b|x c(x2 o當(dāng)x =0時(shí)(下游面)，二d，即印=301.7kPa ;當(dāng)x = B時(shí)(上游面)，二，即 a1 b1B C1B2 ；整個(gè)水平截面上剪應(yīng)力的總和應(yīng)等于截面以

15、上水平荷載總和-P，通過對二次拋物線進(jìn)行0到B的積分，得到 a1B bl-Cl B323聯(lián)立求解：123.38-6 424723.384 301.7) = -5.0Ci 二3u 3-d)冷4247 3 30i.7)_ 一0.3423.38223.38貝U有.=301.7 5.0x0.34x2， i =277.1kPa，2 =242.1kPa，3=196.8kPa，4 = 141.2kPa，5 =75.2kPa。 壩內(nèi)水平正應(yīng)力壩內(nèi)水平正應(yīng)力二X為三次曲線分布，即 二X =a2 b2x - c2x2 d2x3，因?yàn)榕c直線相接近，故匚x =a3 b3x，a3 Yxd =312.6，b3 =x -

16、299.4 31芟=-0.57B23.38貝U ； =312.60.57x ，二x1 =310.4kPa ，二x2 = 308.2kPa ，二x3 = 305.9kPa，-x4 = 303.7kPa， - x5 = 301.5kPa。 壩內(nèi)主應(yīng)力匚 22 (2)1 arcta n(求得各點(diǎn)主應(yīng)力為:計(jì)算點(diǎn)應(yīng)力12345a y495.9459.3422.8386.2349.7T277.1242.1196.8141.275.2310.4308.2305.9303.7301.5695.4637.4569.6492.1404.66110.9130.1159.1197.8246.60-0.62-0.63

17、-0.64-0.64-0.63設(shè)計(jì)工況根據(jù)以上的計(jì)算步驟，其他工況計(jì)算方法一樣，可在excel中列表求解。邊緣應(yīng)力的計(jì)算IWIM yu口 ydD xu口 xd1u口 1d 2u 2d9908 :-16701：240.4607.10:351.6313.1351P 240.4:853.2313.1104.9壩體內(nèi)部應(yīng)力計(jì)算壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算系數(shù)表aba1b1c1a3b3607.1-15.68351.6-9.23P -0.25351.0-1.6壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算表壩基面ayTCTx*1546.0311.8344.6773.0117.6-0.632484.9264.6338.3P 686.1137.1-0.653

18、423.8209.7332.0592.6163.2-0.684362.7147.4325.7492.7195.7-0.725301.677.5319.4388.5232.50.73校核工況邊緣應(yīng)力的計(jì)算IWIMCT yu口 yd%5axuxd%Jua2d9929 1-21865184.7 :664.70.0391.9322.9381.9 :184.7937.6322.9107.6 壩體內(nèi)部應(yīng)力計(jì)算壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算系數(shù)表aba1b1c1a3b3664.7 :-20.53004391.9P-13.0-0.2381.9-2.5 n壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算表壩基面ayTCT xa21584.7340.3372.1834.9121.8-0.632504.7290.9362.2732.9134.0-0.673424.7240.4352.4631.6145.4-0.714344.7189.9342.6533.5153.7-0.7