第3章 重力壩1-4節(jié)

1、水工建筑物水工建筑物 水利水電工程系水利水電工程系 張曉飛張曉飛 2013年年3月月第三章第三章 巖基上的重力壩巖基上的重力壩 31 31 概述概述32 32 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合33 33 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析34 34 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析本章的主要內(nèi)容：本章的主要內(nèi)容：35 35 重力壩的滲流分析重力壩的滲流分析36 36 溫度應(yīng)力、溫度控制和裂縫防止溫度應(yīng)力、溫度控制和裂縫防止37 37 重力壩的剖面設(shè)計(jì)重力壩的剖面設(shè)計(jì)38 38 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法39 39 重力壩的抗震設(shè)計(jì)重力壩的抗震設(shè)計(jì)310 310

2、泄水重力壩泄水重力壩311 311 重力壩的地基處理重力壩的地基處理3 312 12 重力壩的材料及構(gòu)造重力壩的材料及構(gòu)造3 313 13 碾壓砼重力壩碾壓砼重力壩3 314 14 其他型式重力壩其他型式重力壩3.1 3.1 概述概述 一、重力壩的工作原理和特點(diǎn)一、重力壩的工作原理和特點(diǎn) 3.1 3.1 概述概述 公元前公元前29002900年埃及第一代王朝，曼奈斯王在首都孟年埃及第一代王朝，曼奈斯王在首都孟非斯城附近的尼羅河上，修建了一座高非斯城附近的尼羅河上，修建了一座高H H15m15m，L=240mL=240m的擋水壩。的擋水壩。 （1 1）利用自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力以及壩與地）利用

3、自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力以及壩與地基間的凝聚力來(lái)抵抗水平水壓力而維持穩(wěn)定；基間的凝聚力來(lái)抵抗水平水壓力而維持穩(wěn)定； （2 2）利用自重引起的壓應(yīng)力抵消由水壓力產(chǎn)生的）利用自重引起的壓應(yīng)力抵消由水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力。拉應(yīng)力。 （3 3）基本剖面呈三角形。）基本剖面呈三角形。 （4 4）平面上，壩軸線通常呈直線，有時(shí)也布置呈折線）平面上，壩軸線通常呈直線，有時(shí)也布置呈折線或曲率不大的拱向上游的拱形?；蚯什淮蟮墓跋蛏嫌蔚墓靶巍?（5 5）用橫縫（）用橫縫（1-2cm1-2cm）將壩體分隔成若干個(gè)獨(dú)立工作的）將壩體分隔成若干個(gè)獨(dú)立工作的壩段，見圖壩段，見圖3131。 （6 6）靠近壩踵設(shè)防滲帷幕，帷幕

4、后設(shè)排水孔，見圖）靠近壩踵設(shè)防滲帷幕，帷幕后設(shè)排水孔，見圖3-23-2。圖圖3-33-3為三峽水利樞紐工程布置圖。為三峽水利樞紐工程布置圖。圖3 1 重 力 壩 的 布 置 1 溢 流 壩 段 ； 2 非 溢 流 壩 段 ； 3 橫 縫 縱縫橫縫水平施工縫常態(tài)混凝土重力壩圖常態(tài)混凝土重力壩圖碾壓混凝土重力壩圖碾壓混凝土重力壩圖 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1 1）結(jié)構(gòu)作用明確，設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，安全可）結(jié)構(gòu)作用明確，設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，安全可靠靠 用橫縫分成若干壩段，各壩段獨(dú)立工作用橫縫分成若干壩段，各壩段獨(dú)立工作,結(jié)構(gòu)作用結(jié)構(gòu)作用明確，應(yīng)力和穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)單。剖面尺寸大，壩內(nèi)應(yīng)力明確，應(yīng)力和穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)單。剖面尺寸大，

5、壩內(nèi)應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度高，耐久性好，因而抵抗洪水漫頂、較低，材料強(qiáng)度高，耐久性好，因而抵抗洪水漫頂、滲流、地震和戰(zhàn)爭(zhēng)破壞的能力都比較強(qiáng)。滲流、地震和戰(zhàn)爭(zhēng)破壞的能力都比較強(qiáng)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（2 2）對(duì)地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)）對(duì)地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng) 任何形狀的河谷都可以修建重力壩。對(duì)地任何形狀的河谷都可以修建重力壩。對(duì)地質(zhì)條件的要求也較拱壩低，甚至在土基上也可質(zhì)條件的要求也較拱壩低，甚至在土基上也可以修建高度不大的重力壩。以修建高度不大的重力壩。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（3 3）樞紐泄洪問(wèn)題容易解決）樞紐泄洪問(wèn)題容易解決 可以做成溢流的，也可以在壩內(nèi)不同高度設(shè)可以做成溢流的，也可以在壩內(nèi)不同高度設(shè)置泄水孔，一

6、般不需另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，置泄水孔，一般不需另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。樞紐布置緊湊。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （4 4）便于施工導(dǎo)流）便于施工導(dǎo)流 可以利用壩體導(dǎo)流，一般不需要另開設(shè)導(dǎo)可以利用壩體導(dǎo)流，一般不需要另開設(shè)導(dǎo)流隧洞。流隧洞。 （5 5）施工方便）施工方便 大體積砼，可以采用機(jī)械化施工，在放樣、大體積砼，可以采用機(jī)械化施工，在放樣、立模和砼澆筑方面都比較簡(jiǎn)單，并且補(bǔ)強(qiáng)、立模和砼澆筑方面都比較簡(jiǎn)單，并且補(bǔ)強(qiáng)、修復(fù)、維護(hù)或擴(kuò)建也比較方便。修復(fù)、維護(hù)或擴(kuò)建也比較方便。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： （1 1）壩體剖面尺寸大，材料用量大壩體剖面尺寸大，材料用量大 （2 2）壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)

7、揮壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮 （3 3）壩體與地基接觸面積大，相應(yīng)壩底揚(yáng)壓力大壩體與地基接觸面積大，相應(yīng)壩底揚(yáng)壓力大 （4 4）壩體體積大壩體體積大二、重力壩的類型二、重力壩的類型1.1.實(shí)體重力壩實(shí)體重力壩: :三峽、劉家峽、三門峽等三峽、劉家峽、三門峽等2.2.寬縫重力壩寬縫重力壩: :新安漿、丹江口、鹽鍋峽、新安漿、丹江口、鹽鍋峽、 潘家口等潘家口等3.3.空腹重力壩空腹重力壩: :石泉、岱峪（漿砌石）等石泉、岱峪（漿砌石）等三、重力壩的設(shè)計(jì)內(nèi)容三、重力壩的設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 1.剖面設(shè)計(jì)剖面設(shè)計(jì)。參照已建類似工程，擬定剖面。參照已建類似工程，擬定剖面尺寸。尺寸。 2.2.穩(wěn)定分析穩(wěn)

8、定分析。驗(yàn)算沿地基面或地基中軟弱結(jié)。驗(yàn)算沿地基面或地基中軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定。構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定。 3.3.應(yīng)力分析應(yīng)力分析。保證壩體和壩基有足夠的強(qiáng)度。保證壩體和壩基有足夠的強(qiáng)度。 4.4.構(gòu)造設(shè)計(jì)構(gòu)造設(shè)計(jì)。根據(jù)施工和運(yùn)用要求確定壩體。根據(jù)施工和運(yùn)用要求確定壩體的細(xì)部構(gòu)造，如廊道系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、壩體分縫等。的細(xì)部構(gòu)造，如廊道系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、壩體分縫等。 5. 5.地基處理地基處理。進(jìn)行地基的防滲、排水、。進(jìn)行地基的防滲、排水、斷層軟弱帶的處理等。斷層軟弱帶的處理等。 6.6.溢流重力壩和泄水孔的孔口設(shè)計(jì)溢流重力壩和泄水孔的孔口設(shè)計(jì)。包。包括：堰頂高程、孔口尺寸、體形及消能、防括：堰頂高程、孔口尺

9、寸、體形及消能、防護(hù)設(shè)計(jì)等。護(hù)設(shè)計(jì)等。 7.7.監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。壩體內(nèi)部和外部的觀測(cè)設(shè)。壩體內(nèi)部和外部的觀測(cè)設(shè)計(jì)，制定大壩的運(yùn)行、維護(hù)和監(jiān)測(cè)條例。計(jì)，制定大壩的運(yùn)行、維護(hù)和監(jiān)測(cè)條例。實(shí)際工作中，以上的內(nèi)容在步驟上是相互交叉的。實(shí)際工作中，以上的內(nèi)容在步驟上是相互交叉的。四、重力壩的建設(shè)情況四、重力壩的建設(shè)情況1919世紀(jì)以前，基本上都采用漿砌毛石；世紀(jì)以前，基本上都采用漿砌毛石；1919世紀(jì)后期才逐漸采用砼。進(jìn)入世紀(jì)后期才逐漸采用砼。進(jìn)入2020世紀(jì)后，隨著砼世紀(jì)后，隨著砼施工工藝水平的提高和施工機(jī)械的迅速發(fā)展；施工工藝水平的提高和施工機(jī)械的迅速發(fā)展；19621962年瑞士建成了世界上最高的

10、大狄克桑斯重力壩，年瑞士建成了世界上最高的大狄克桑斯重力壩，壩高達(dá)壩高達(dá)285m285m。進(jìn)入進(jìn)入2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代，碾壓砼技術(shù)開始運(yùn)用于重力壩年代，碾壓砼技術(shù)開始運(yùn)用于重力壩建設(shè)。建設(shè)。5050年代首先建成了高年代首先建成了高105m105m的新安江和高的新安江和高71m71m的古田一級(jí)兩的古田一級(jí)兩座寬縫重力壩。座寬縫重力壩。6060年代建成了高年代建成了高97m97m的丹江口寬縫重力壩和高的丹江口寬縫重力壩和高147m147m的劉家的劉家峽重力壩。峽重力壩。7070年代建成了黃龍灘、龔嘴重力壩。年代建成了黃龍灘、龔嘴重力壩。8080年代建成了高年代建成了高165m165m的烏江

11、渡拱型重力壩和高的烏江渡拱型重力壩和高107.5m107.5m的潘的潘家口低寬縫重力壩等。家口低寬縫重力壩等。9090年代建成的有故縣、銅街子、巖灘、水口、寶珠寺、漫年代建成的有故縣、銅街子、巖灘、水口、寶珠寺、漫灣、五強(qiáng)溪、萬(wàn)家寨等重力壩。灣、五強(qiáng)溪、萬(wàn)家寨等重力壩。19941994年年1212月正式開工興建月正式開工興建的長(zhǎng)江三峽水利樞紐重力壩，壩高的長(zhǎng)江三峽水利樞紐重力壩，壩高181m181m，20032003年年7 7月第一月第一臺(tái)機(jī)組已經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電。臺(tái)機(jī)組已經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電。3.2 3.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合 一、作用與荷載一、作用與荷載作用作用：是指外界環(huán)境對(duì)水工建筑

12、物的影響。：是指外界環(huán)境對(duì)水工建筑物的影響。荷載荷載：進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，如果開始即可用一個(gè)明確的外力：進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，如果開始即可用一個(gè)明確的外力來(lái)代表外界環(huán)境的影響，則此作用（外力）可稱為荷載。來(lái)代表外界環(huán)境的影響，則此作用（外力）可稱為荷載。部分作用在結(jié)構(gòu)分析開始時(shí)不能用力來(lái)代表，它的作用力及部分作用在結(jié)構(gòu)分析開始時(shí)不能用力來(lái)代表，它的作用力及其產(chǎn)生的作用效應(yīng)只能在結(jié)構(gòu)分析中同步求出，如：溫度作其產(chǎn)生的作用效應(yīng)只能在結(jié)構(gòu)分析中同步求出，如：溫度作用、地震作用等。用、地震作用等。作用分為：作用分為： 永久作用永久作用：不隨時(shí)間變化的，如：不隨時(shí)間變化的，如 自重、土壓力等；自重、土壓力等； 可

13、變作用可變作用：隨時(shí)間變化的，如：隨時(shí)間變化的，如 水荷載、溫度作用等；水荷載、溫度作用等； 偶然作用偶然作用：偶然發(fā)生的，如：偶然發(fā)生的，如 地震、校核水位下的水地震、校核水位下的水壓力等。壓力等。為了與工程界習(xí)慣一致，除地震作用和溫度作用外，為了與工程界習(xí)慣一致，除地震作用和溫度作用外，其他作用可用外力來(lái)代表，則直接稱為荷載。其他作用可用外力來(lái)代表，則直接稱為荷載。 重力壩承受的荷載與作用主要有：重力壩承受的荷載與作用主要有： 自重（包括固定設(shè)備重）自重（包括固定設(shè)備重） 靜水壓力靜水壓力 揚(yáng)壓力揚(yáng)壓力 動(dòng)水壓力動(dòng)水壓力 浪壓力浪壓力 泥沙壓力泥沙壓力 冰壓力冰壓力 土壓力土壓力 地震作用

14、地震作用 溫度作用溫度作用 風(fēng)作用風(fēng)作用重力壩作用荷載圖重力壩作用荷載圖1.1.自重自重 G=VG=V* *ccVV壩體體積；壩體體積；cc材料容重（初設(shè)時(shí)取混凝土材料容重（初設(shè)時(shí)取混凝土c=24kN/mc=24kN/m3 3，施，施工詳圖階段由現(xiàn)場(chǎng)混凝土試驗(yàn)決定）。工詳圖階段由現(xiàn)場(chǎng)混凝土試驗(yàn)決定）。 沿壩基面滑動(dòng)，僅計(jì)壩體重量；沿壩基面滑動(dòng)，僅計(jì)壩體重量； 沿深層滑動(dòng)，需計(jì)入滑動(dòng)體中的巖體重沿深層滑動(dòng)，需計(jì)入滑動(dòng)體中的巖體重。2.2.靜水壓力靜水壓力水平力水平力： P P1 1=(1/2)H=(1/2)H1 12 2 P P2 2=(1/2)H=(1/2)H2 22 2 垂直力垂直力： W

15、W1 1、 W W2 2式中式中: H: H水深，水深，m m； 水的容重，取水的容重，取9.81kN9.81kNm3m3。圖圖34 34 靜水壓力靜水壓力 3.3.揚(yáng)壓力揚(yáng)壓力 （1 1）壩底揚(yáng)壓力）壩底揚(yáng)壓力 原因原因: :上下游水位差；上下游水位差；砼、巖石都是透水材料。砼、巖石都是透水材料。 包括兩部分包括兩部分: : 浮托力；浮托力；滲透壓力。滲透壓力。 揚(yáng)壓力折減系數(shù)。揚(yáng)壓力折減系數(shù)。 水工建筑物荷載規(guī)范水工建筑物荷載規(guī)范（DL5077DL507719971997）規(guī)定：）規(guī)定： 河床壩段河床壩段:=0.2:=0.20.250.25； 岸坡壩段岸坡壩段:=0.3:=0.30.35

16、0.35 （2 2）壩身?yè)P(yáng)壓力）壩身?yè)P(yáng)壓力 壩身排水管折減系數(shù)壩身排水管折減系數(shù):3=0.15:3=0.150.20.2 選取壩基揚(yáng)壓力折點(diǎn)位置考慮：選取壩基揚(yáng)壓力折點(diǎn)位置考慮： （1 1）帷幕灌漿廊道設(shè)置在壩踵附近距上游壩面）帷幕灌漿廊道設(shè)置在壩踵附近距上游壩面0.050.050.10.1倍作用水頭、且不小于倍作用水頭、且不小于4 45m5m。 （2 2）廊道一般寬為）廊道一般寬為2.52.53.0m3.0m，高為，高為3 34m4m，底，底面距基巖面不宜小于面距基巖面不宜小于1.51.5倍廊道寬度。倍廊道寬度。 （3 3）排水孔與防滲帷幕下游面的距離，在壩基）排水孔與防滲帷幕下游面的距離，

17、在壩基面處不宜小于面處不宜小于2.0m2.0m。排水孔幕略向下游傾斜，與帷。排水孔幕略向下游傾斜，與帷幕成幕成10101515交角。交角。 選取壩體揚(yáng)壓力折點(diǎn)位置考慮：選取壩體揚(yáng)壓力折點(diǎn)位置考慮： 檢查排水廊道多為城門洞型，最小寬度檢查排水廊道多為城門洞型，最小寬度1.2m1.2m，最小高度，最小高度2.2m2.2m，至上游面距離應(yīng)不小，至上游面距離應(yīng)不小于于0.050.050.070.07倍水頭，且不小于倍水頭，且不小于3m3m。壩體排。壩體排水管至上游面的距離，一般要求不小于壩前水管至上游面的距離，一般要求不小于壩前水深的水深的1/101/101/12 1/12 。 4.4.動(dòng)水壓力動(dòng)水壓

18、力 溢流壩泄水時(shí)，水流流經(jīng)曲面，由于流向改溢流壩泄水時(shí)，水流流經(jīng)曲面，由于流向改變，在該處產(chǎn)生動(dòng)水壓力，見圖變，在該處產(chǎn)生動(dòng)水壓力，見圖3-7。溢流面上作。溢流面上作用有動(dòng)水壓力，其中壩頂曲線段和下游直線段上用有動(dòng)水壓力，其中壩頂曲線段和下游直線段上的動(dòng)水壓力較小，可忽略不計(jì)。在反弧段上需根的動(dòng)水壓力較小，可忽略不計(jì)。在反弧段上需根據(jù)水流動(dòng)力方程求解動(dòng)水壓力。據(jù)水流動(dòng)力方程求解動(dòng)水壓力。計(jì)算假定：計(jì)算假定： （1 1）水流為勻速流，動(dòng)水壓力分布亦均勻，）水流為勻速流，動(dòng)水壓力分布亦均勻，取取 V V1 1V V2 2V V； （2 2）不計(jì)水重）不計(jì)水重W W，側(cè)面水壓力，側(cè)面水壓力F F1

19、1和和F F2 2。 根據(jù)動(dòng)量沖量原理：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)物體動(dòng)量的根據(jù)動(dòng)量沖量原理：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)物體動(dòng)量的增量等于該物體所受外力的合力。即反弧段上總增量等于該物體所受外力的合力。即反弧段上總水平分力和垂直分力為：水平分力和垂直分力為： 式中式中 P PH H，P PV V總動(dòng)水壓力的水平和鉛直分量，總動(dòng)水壓力的水平和鉛直分量，kNkN； 1 1，2 2反弧最低點(diǎn)兩側(cè)弧段所對(duì)的中心角，反弧最低點(diǎn)兩側(cè)弧段所對(duì)的中心角，； qq單寬流量，單寬流量，m3m3(sm)(sm)； 水的容重，水的容重，kNkNm3m3； gg重力加速度，重力加速度，m ms s2 2； VV水的流速，水的流速，m/sm/s。 合力

20、作用點(diǎn)：可近似地取在反弧中點(diǎn)。合力作用點(diǎn)：可近似地取在反弧中點(diǎn)。5.5.波浪壓力波浪壓力成因成因: :空氣流動(dòng)，帶動(dòng)水體，形成波浪?？諝饬鲃?dòng)，帶動(dòng)水體，形成波浪。波浪三要素：波高為波浪三要素：波高為h hl l，波長(zhǎng)為，波長(zhǎng)為L(zhǎng) L，波浪中心線高，波浪中心線高于靜水面產(chǎn)生的壅高為于靜水面產(chǎn)生的壅高為hzhz。 （1 1）波高、波長(zhǎng)波高、波長(zhǎng) 當(dāng)波浪推進(jìn)到壩前，由于鉛直壩面的反射作當(dāng)波浪推進(jìn)到壩前，由于鉛直壩面的反射作用而產(chǎn)生駐波，波高為用而產(chǎn)生駐波，波高為2h2hl l，而波長(zhǎng)仍保持，而波長(zhǎng)仍保持L L不變。不變。 圖38 波浪幾何要素及吹程（a）波浪要素；（b）、（c）波浪吹程（波浪要素計(jì)算

21、波浪要素計(jì)算）官?gòu)d水庫(kù)經(jīng)驗(yàn)公式：）官?gòu)d水庫(kù)經(jīng)驗(yàn)公式：式中式中: : Vo Vo風(fēng)速風(fēng)速(m/s)(m/s)，水庫(kù)為正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，水庫(kù)為正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)季節(jié)宜采用相應(yīng)季節(jié)5050年重現(xiàn)期的最大風(fēng)速年重現(xiàn)期的最大風(fēng)速；校核洪水位時(shí)，宜校核洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)洪水期最大風(fēng)速的多年平均值；采用相應(yīng)洪水期最大風(fēng)速的多年平均值； DD吹程吹程(km)(km)，為自壩前（風(fēng)向）到對(duì)岸的距離，當(dāng)吹，為自壩前（風(fēng)向）到對(duì)岸的距離，當(dāng)吹程內(nèi)水面有局部縮窄，若縮窄處的寬度程內(nèi)水面有局部縮窄，若縮窄處的寬度B B小于小于1212倍波長(zhǎng)時(shí)，近倍波長(zhǎng)時(shí)，近似地取吹程似地取吹程D D5B5B

22、。 壅高 式中式中:H:H壩前水深，以壩前水深，以m m計(jì)。計(jì)。官?gòu)d水庫(kù)公式適用于官?gòu)d水庫(kù)公式適用于Vo 20mVo 20ms s 及及 D 20kmD LH L2 2時(shí)，波浪運(yùn)動(dòng)不受庫(kù)底的約束。時(shí)，波浪運(yùn)動(dòng)不受庫(kù)底的約束。 淺水波：淺水波： L L2 H Ho 2 H Ho 時(shí)，波浪運(yùn)動(dòng)受到庫(kù)底影響。時(shí)，波浪運(yùn)動(dòng)受到庫(kù)底影響。 破碎波：破碎波： H Ho H Ho 時(shí)，波浪發(fā)生破碎，稱為破碎波時(shí)，波浪發(fā)生破碎，稱為破碎波。臨界水深臨界水深Ho為：為：22ln40llhLhLLH（1）深水波，見圖（）深水波，見圖（a）。）。)(4%1zlhhLP(2)淺水波，見圖（淺水波，見圖（b）。）。(由

23、學(xué)生推導(dǎo)完成由學(xué)生推導(dǎo)完成)2/ )(%1lslszlHppHhhPLHhhPls2sec%1式中式中 pls建筑物基面處浪壓力的剩余強(qiáng)度。建筑物基面處浪壓力的剩余強(qiáng)度。6.6.土壓力及泥沙壓力土壓力及泥沙壓力 土壓力：當(dāng)建筑物背后有填土，將受到不同土壓力：當(dāng)建筑物背后有填土，將受到不同的土壓力作用。建筑物向前側(cè)移動(dòng)時(shí)承受主動(dòng)土的土壓力作用。建筑物向前側(cè)移動(dòng)時(shí)承受主動(dòng)土壓力，向后側(cè)移動(dòng)時(shí)承受被動(dòng)土壓力，不動(dòng)時(shí)承壓力，向后側(cè)移動(dòng)時(shí)承受被動(dòng)土壓力，不動(dòng)時(shí)承受靜止土壓力。受靜止土壓力。 泥沙壓力：泥沙壓力： 成因成因: : 水庫(kù)蓄水后，入庫(kù)水流流速降低并趨水庫(kù)蓄水后，入庫(kù)水流流速降低并趨于零，挾帶的

24、泥沙隨流速減小而沉積于壩前，其于零，挾帶的泥沙隨流速減小而沉積于壩前，其過(guò)程是先沉積大顆粒，而后沉積細(xì)顆粒。過(guò)程是先沉積大顆粒，而后沉積細(xì)顆粒。 計(jì)算計(jì)算 a a、淤積高程：壩前淤積逐年增高，可通過(guò)、淤積高程：壩前淤積逐年增高，可通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算及物理模型試驗(yàn)，并比照類似工數(shù)學(xué)模型計(jì)算及物理模型試驗(yàn)，并比照類似工程經(jīng)驗(yàn)，分析推定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)壩前的淤積高程經(jīng)驗(yàn)，分析推定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)壩前的淤積高程。年限通常為程。年限通常為50-10050-100年。年。 b b、指標(biāo)：淤積的泥沙逐年固結(jié)，容重和、指標(biāo)：淤積的泥沙逐年固結(jié)，容重和內(nèi)摩擦角也在逐年變化，很難算準(zhǔn)，一般按式內(nèi)摩擦角也在逐年變化，很難算準(zhǔn)

25、，一般按式（311311）計(jì)算。）計(jì)算。 式中式中:Ps:Ps壩面單位寬度上的水平泥沙壓力，壩面單位寬度上的水平泥沙壓力， kNkNm m； sbsb 淤沙的浮容重，淤沙的浮容重，kNkNm3m3； h hs s 壩段前泥沙淤積厚度，壩段前泥沙淤積厚度，m m； 淤沙的內(nèi)摩擦角，淤沙的內(nèi)摩擦角，s7.7.冰壓力和冰凍作用冰壓力和冰凍作用 （1 1）靜冰壓力）靜冰壓力 在寒冷地區(qū)，冬季水庫(kù)表面結(jié)冰，當(dāng)氣溫在寒冷地區(qū)，冬季水庫(kù)表面結(jié)冰，當(dāng)氣溫升高時(shí)，冰層膨脹，對(duì)建筑物產(chǎn)生的壓力為靜升高時(shí)，冰層膨脹，對(duì)建筑物產(chǎn)生的壓力為靜冰壓力。大小取決于冰層厚度，參照表冰壓力。大小取決于冰層厚度，參照表3131確

26、確定。靜冰壓力作用點(diǎn)在冰面以下定。靜冰壓力作用點(diǎn)在冰面以下1 13 3冰厚處。冰厚處。 表表31 31 靜冰壓力靜冰壓力注：對(duì)小型水庫(kù)冰壓力應(yīng)乘以注：對(duì)小型水庫(kù)冰壓力應(yīng)乘以0.870.87，對(duì)大型平原水庫(kù)乘以，對(duì)大型平原水庫(kù)乘以1.251.25。（2 2）動(dòng)冰壓力）動(dòng)冰壓力 當(dāng)冰破碎后，受風(fēng)和水流的作用而漂流，當(dāng)冰當(dāng)冰破碎后，受風(fēng)和水流的作用而漂流，當(dāng)冰塊撞擊在壩面或閘墩上時(shí)將產(chǎn)生動(dòng)冰壓力。塊撞擊在壩面或閘墩上時(shí)將產(chǎn)生動(dòng)冰壓力。 1 1）冰塊垂直撞擊壩面的動(dòng)冰壓力）冰塊垂直撞擊壩面的動(dòng)冰壓力式中式中:Fb1:Fb1冰塊撞擊壩面的動(dòng)冰壓力，冰塊撞擊壩面的動(dòng)冰壓力，MNMN； ViVi冰塊流速，應(yīng)

27、按實(shí)測(cè)資料確定，無(wú)實(shí)測(cè)冰塊流速，應(yīng)按實(shí)測(cè)資料確定，無(wú)實(shí)測(cè) 資料時(shí)，對(duì)于水庫(kù)可取流冰期內(nèi)保證率為資料時(shí)，對(duì)于水庫(kù)可取流冰期內(nèi)保證率為1 1的風(fēng)速的風(fēng)速的的3 3，一般不超過(guò)，一般不超過(guò)0.6m0.6ms s； didi計(jì)算冰厚，取當(dāng)?shù)刈畲蟊竦挠?jì)算冰厚，取當(dāng)?shù)刈畲蟊竦?.70.70.80.8倍，倍，m m； AiAi冰塊面積，冰塊面積，m m2 2； ficfic冰塊的抗壓強(qiáng)度，宜由試驗(yàn)確定，當(dāng)無(wú)冰塊的抗壓強(qiáng)度，宜由試驗(yàn)確定，當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，可采用試驗(yàn)資料時(shí)，可采用0.30.30.4MPa0.4MPa。2 2）冰塊撞擊閘墩的動(dòng)冰壓力）冰塊撞擊閘墩的動(dòng)冰壓力式中式中:Fb2:Fb2冰塊撞擊閘墩的

28、動(dòng)冰壓力，冰塊撞擊閘墩的動(dòng)冰壓力，MNMN； fibfib冰塊的擠壓強(qiáng)度，流冰初期可取冰塊的擠壓強(qiáng)度，流冰初期可取0.75MPa0.75MPa，后期可，后期可取取0.45MPa0.45MPa； bb建筑物在冰作用處的寬度，建筑物在冰作用處的寬度，m m； didi計(jì)算冰厚，取當(dāng)?shù)刈畲蟊竦挠?jì)算冰厚，取當(dāng)?shù)刈畲蟊竦?.70.70.80.8倍，倍，m m； mm與閘墩前沿平面形狀有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于半圓形墩頭與閘墩前沿平面形狀有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于半圓形墩頭m m可取可取0.90.9，對(duì)于矩形墩頭，對(duì)于矩形墩頭m m可取可取1.01.0，對(duì)于三角形墩頭，對(duì)于三角形墩頭m m可按有關(guān)可按有關(guān)規(guī)范選取。規(guī)范選

29、取。說(shuō)明：說(shuō)明： 1 1 冰壓力對(duì)高壩可以忽略，因?yàn)橐环矫嫠畮?kù)開闊，冰壓力對(duì)高壩可以忽略，因?yàn)橐环矫嫠畮?kù)開闊，冰易凸起破碎，另一方面在總荷載中所占比例較??；冰易凸起破碎，另一方面在總荷載中所占比例較??； 2 2 對(duì)低壩、閘較為重要，它占總荷載的比重大；對(duì)低壩、閘較為重要，它占總荷載的比重大； 3 3 某些部位如閘門進(jìn)水口處及不宜承受大冰壓力某些部位如閘門進(jìn)水口處及不宜承受大冰壓力的部位，可采取防冰、破冰措施。的部位，可采取防冰、破冰措施。8.8.溫度作用溫度作用 結(jié)構(gòu)由于溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力、變形、位結(jié)構(gòu)由于溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力、變形、位移等，稱為溫度作用效應(yīng)。熱量的來(lái)源主要為氣移等，稱為溫度作用

30、效應(yīng)。熱量的來(lái)源主要為氣溫、日照、水溫以及水泥的水化熱等。溫、日照、水溫以及水泥的水化熱等。年周期變化過(guò)程：年周期變化過(guò)程：式中式中:Ta:Ta多年月平均氣溫，多年月平均氣溫，； 時(shí)間變量，月；時(shí)間變量，月； 0 0初始相位，對(duì)于高緯度地區(qū)初始相位，對(duì)于高緯度地區(qū)( (緯度大于緯度大于3030) )，取，取006.5(6.5(月月) )，對(duì)于低緯度地區(qū)，取，對(duì)于低緯度地區(qū)，取006.76.7（月）；（月）； 圓頻率，圓頻率，221212； T Tamam多年年平均氣溫，多年年平均氣溫，； A Aa a多年平均氣溫年變幅，多年平均氣溫年變幅，。水庫(kù)壩前的年水溫過(guò)程：水庫(kù)壩前的年水溫過(guò)程：式中式中

31、:Tw(y:Tw(y，)水深水深y y處處時(shí)刻的多年月平均水溫；時(shí)刻的多年月平均水溫； 00氣溫年變化的初始相位；氣溫年變化的初始相位； Twm(y)Twm(y)水深水深y y處的多年年平均水溫；處的多年年平均水溫； Aw(y)Aw(y)水深水深y y處的多年平均水溫年變幅；處的多年平均水溫年變幅； (y)(y)水深水深y y處的水溫與氣溫年變化間的相位差。處的水溫與氣溫年變化間的相位差。 對(duì)于壩前水深超過(guò)對(duì)于壩前水深超過(guò)5050 60m60m的非多年調(diào)節(jié)的非多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，水庫(kù)，TwmTwm、AwAw、等項(xiàng)可按式（等項(xiàng)可按式（316316）、）、（317317）確定：）確定：)01. 0exp

32、()75. 077. 7()(yTyTamWm（316） )025. 0exp()778. 094. 2()(*yAyAaW（317） 式中式中AaAa* *為壩址多年平均氣溫年變幅，但在寒冷地為壩址多年平均氣溫年變幅，但在寒冷地區(qū)（區(qū)（Taml0Taml0），水庫(kù)表面在冬季結(jié)冰，冰蓋減），水庫(kù)表面在冬季結(jié)冰，冰蓋減少了水庫(kù)的熱散失，應(yīng)將少了水庫(kù)的熱散失，應(yīng)將AaAa* *做如式（做如式（318318）的）的修正。修正。 （318） 式中式中 Ta77Ta77月份多年平均氣溫；月份多年平均氣溫； aa陽(yáng)光輻射所引起的溫度增量，可陽(yáng)光輻射所引起的溫度增量，可 取為取為1 12 2C C。9.9.

33、風(fēng)作用風(fēng)作用 風(fēng)作用在建筑物表面產(chǎn)生風(fēng)壓力。迎風(fēng)面為正壓，在背風(fēng)風(fēng)作用在建筑物表面產(chǎn)生風(fēng)壓力。迎風(fēng)面為正壓，在背風(fēng)面或角隅還可能產(chǎn)生負(fù)壓。一般情況可以不計(jì)風(fēng)壓，但對(duì)高面或角隅還可能產(chǎn)生負(fù)壓。一般情況可以不計(jì)風(fēng)壓，但對(duì)高聳孤立的水工建筑物則應(yīng)予考慮。迎風(fēng)面基本風(fēng)壓按（聳孤立的水工建筑物則應(yīng)予考慮。迎風(fēng)面基本風(fēng)壓按（320320）式計(jì)算。式計(jì)算。10.10.地震作用地震作用 地震引發(fā)地層表面做隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，能使水工建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重地震引發(fā)地層表面做隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，能使水工建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。破壞情況取決于地震過(guò)程特點(diǎn)和建筑物動(dòng)態(tài)反應(yīng)特征。破壞。破壞情況取決于地震過(guò)程特點(diǎn)和建筑物動(dòng)態(tài)反應(yīng)特征。 地震烈度：表示地

34、震時(shí)在一定地點(diǎn)的地面震動(dòng)的強(qiáng)烈程地震烈度：表示地震時(shí)在一定地點(diǎn)的地面震動(dòng)的強(qiáng)烈程度，我國(guó)分度，我國(guó)分0 01212度；地震荷載的大小與建筑物所在地區(qū)的烈度；地震荷載的大小與建筑物所在地區(qū)的烈度有關(guān)。度有關(guān)。 一般情況下：設(shè)計(jì)烈度一般情況下：設(shè)計(jì)烈度= =基本烈度；基本烈度； 特殊情況下：設(shè)計(jì)烈度特殊情況下：設(shè)計(jì)烈度= =基本烈度基本烈度+1+1( (如特別如特別重要的壩、地質(zhì)條件復(fù)雜、失事后影響巨大重要的壩、地質(zhì)條件復(fù)雜、失事后影響巨大) )。 基本烈度：系指建筑物所在地區(qū)今后基本烈度：系指建筑物所在地區(qū)今后5050年內(nèi)可能遭遇的較大地震，其超越概率在百分年內(nèi)可能遭遇的較大地震，其超越概率在百

35、分之十左右。查之十左右。查中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖。 設(shè)計(jì)烈度：系指抗震設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)際采用的烈度。設(shè)計(jì)烈度：系指抗震設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)際采用的烈度。( (震級(jí)震級(jí)烈度烈度) ) （1 1）地震慣性力）地震慣性力 水工建筑物按其重要性及場(chǎng)地地震基本烈度按水工建筑物按其重要性及場(chǎng)地地震基本烈度按表表2727（P26P26）確定工程抗震設(shè)防等級(jí)。）確定工程抗震設(shè)防等級(jí)。表表27 27 工程抗震設(shè)防等級(jí)工程抗震設(shè)防等級(jí) 設(shè)計(jì)用地面（指基巖面）運(yùn)動(dòng)峰值加速度與重力加設(shè)計(jì)用地面（指基巖面）運(yùn)動(dòng)峰值加速度與重力加速度之比稱為地震系數(shù)。與設(shè)計(jì)烈度對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)用水速度之比稱為地震系數(shù)。與設(shè)計(jì)烈度對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)用水平

36、向地震加速度代表值平向地震加速度代表值hh見表見表2828（P26P26） 。設(shè)計(jì)用。設(shè)計(jì)用豎向地震加速度代表值豎向地震加速度代表值vv取取hh的的2 23 3。表表28 28 水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值hh地震烈度 7 8 9 h 0.1g 0.2g 0.4g 水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（DL50732000DL50732000）規(guī)定：規(guī)定： 甲類的重力壩采用動(dòng)力法；甲類的重力壩采用動(dòng)力法； 乙、丙類的重力壩采用動(dòng)力法或擬靜力法，乙、丙類的重力壩采用動(dòng)力法或擬靜力法，設(shè)計(jì)烈度小于設(shè)計(jì)烈度小于8 8度且壩高小于、等于度且壩高小于、等于70m70m的可

37、采用擬的可采用擬靜力法。靜力法。：擬靜力法：擬靜力法： 混凝土重力壩沿高度作用于質(zhì)點(diǎn)混凝土重力壩沿高度作用于質(zhì)點(diǎn)i i的水平向的水平向地震慣性力代表值地震慣性力代表值FiFi： 式中式中 F Fi i作用在質(zhì)點(diǎn)作用在質(zhì)點(diǎn)i i的水平向地震慣性力代表值；的水平向地震慣性力代表值； h h 水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值，當(dāng)設(shè)計(jì)烈水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值，當(dāng)設(shè)計(jì)烈度為度為7 7、8 8、9 9度時(shí)，分別取度時(shí)，分別取0.lg0.lg、0.2g0.2g和和0.4g0.4g； 地震作用的效應(yīng)折減系數(shù)，一般取地震作用的效應(yīng)折減系數(shù)，一般取0.250.25； G GEiEi集中在質(zhì)點(diǎn)集中在質(zhì)點(diǎn)i i的重力作

38、用標(biāo)準(zhǔn)值；的重力作用標(biāo)準(zhǔn)值； gg重力加速度；重力加速度； i質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)i i的動(dòng)態(tài)分布系數(shù)：的動(dòng)態(tài)分布系數(shù)： 當(dāng)需要計(jì)算豎向地震慣性力時(shí)，仍可用式當(dāng)需要計(jì)算豎向地震慣性力時(shí)，仍可用式（321321），但應(yīng)以豎向地震系數(shù)代替。據(jù)統(tǒng)計(jì)，），但應(yīng)以豎向地震系數(shù)代替。據(jù)統(tǒng)計(jì)，豎向地震加速度的最大值約為水平地震加速度最豎向地震加速度的最大值約為水平地震加速度最大值的大值的2/32/3。 當(dāng)同時(shí)計(jì)入水平和豎向地震慣性力時(shí)，豎向當(dāng)同時(shí)計(jì)入水平和豎向地震慣性力時(shí)，豎向地震慣性力還應(yīng)乘以遇合系數(shù)地震慣性力還應(yīng)乘以遇合系數(shù)0.50.5。（2 2）地震動(dòng)水壓力）地震動(dòng)水壓力 在水平地震作用下，重力壩鉛直面上沿高度分

39、布在水平地震作用下，重力壩鉛直面上沿高度分布的地震動(dòng)水壓力的代表值為的地震動(dòng)水壓力的代表值為: 單位寬度上的總地震動(dòng)水壓力為單位寬度上的總地震動(dòng)水壓力為: :作用點(diǎn)位于水面以下作用點(diǎn)位于水面以下0.54H10.54H1處處。表表32 32 水深水深y y處的地震動(dòng)水壓力分布系數(shù)表處的地震動(dòng)水壓力分布系數(shù)表 水深為水深為y y的截面以上單位寬度地震動(dòng)水壓力的截面以上單位寬度地震動(dòng)水壓力的合力及其作用點(diǎn)深度的合力及其作用點(diǎn)深度hyhy，見下圖。，見下圖。（3 3）地震動(dòng)土壓力）地震動(dòng)土壓力 地震主動(dòng)動(dòng)土壓力代表值地震主動(dòng)動(dòng)土壓力代表值FEFE按式（按式（325a325a）計(jì)算，）計(jì)算，應(yīng)取式中應(yīng)取

40、式中“”、“”號(hào)計(jì)算結(jié)果中的大值。號(hào)計(jì)算結(jié)果中的大值。其中二、荷載組合二、荷載組合 1 1、基本概念、基本概念 除自重外，作用在重力壩上的荷載有如下特點(diǎn)：除自重外，作用在重力壩上的荷載有如下特點(diǎn)：時(shí)大時(shí)小、時(shí)有時(shí)無(wú)。時(shí)大時(shí)小、時(shí)有時(shí)無(wú)。 2 2、荷載組合、荷載組合 定義：可能作用在建筑物上的所有荷載按出現(xiàn)定義：可能作用在建筑物上的所有荷載按出現(xiàn)的時(shí)間的時(shí)間( (機(jī)率機(jī)率) )是否相同進(jìn)行分組，然后將各組荷載分是否相同進(jìn)行分組，然后將各組荷載分別作用在所設(shè)計(jì)的建筑物上，研究建筑物的穩(wěn)定和強(qiáng)別作用在所設(shè)計(jì)的建筑物上，研究建筑物的穩(wěn)定和強(qiáng)度，并給以不同的安全系數(shù)。這種分組的方法即為荷度，并給以不同的

41、安全系數(shù)。這種分組的方法即為荷載組合。載組合。 3.3.荷載按性質(zhì)分荷載按性質(zhì)分 （1 1）基本荷載）基本荷載 壩體及其上固定設(shè)備的自重；壩體及其上固定設(shè)備的自重； 正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的靜水壓力；正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的靜水壓力； 相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力；相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力； 泥沙壓力；泥沙壓力； 相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的浪壓力；相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的浪壓力； 冰壓力；冰壓力； 土壓力；土壓力； 相應(yīng)于設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的動(dòng)水壓力；相應(yīng)于設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的動(dòng)水壓力； 其他出現(xiàn)機(jī)率較多的荷載。其他出現(xiàn)機(jī)率較多的荷載。 （2 2）特殊荷載）特殊荷

42、載 校核洪水位時(shí)的靜水壓力；校核洪水位時(shí)的靜水壓力； 相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力；相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力； 相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的浪壓力；相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的浪壓力； 相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的動(dòng)水壓力；相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的動(dòng)水壓力； 地震作用；地震作用； 其他出現(xiàn)機(jī)率很少的荷載。其他出現(xiàn)機(jī)率很少的荷載。4.4.荷載組合荷載組合基本組合基本組合屬設(shè)計(jì)情況或正常情況，由同時(shí)出屬設(shè)計(jì)情況或正常情況，由同時(shí)出現(xiàn)的基本荷載組成。現(xiàn)的基本荷載組成。特殊組合特殊組合屬校核情況或非常情況，由同時(shí)出屬校核情況或非常情況，由同時(shí)出現(xiàn)的基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成。現(xiàn)的基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成。表表333

43、3為（為（SL319SL31920052005）所規(guī)定的幾種組合情況）所規(guī)定的幾種組合情況。 表33 荷載組合3.3 3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析 一、重力壩的穩(wěn)定分析和穩(wěn)定分析的目的、方法一、重力壩的穩(wěn)定分析和穩(wěn)定分析的目的、方法 1.1.失穩(wěn)情況失穩(wěn)情況 （1 1）滑動(dòng)）滑動(dòng)由于某截面上的抗剪強(qiáng)度不足而發(fā)由于某截面上的抗剪強(qiáng)度不足而發(fā)生滑動(dòng)，設(shè)計(jì)必須考慮。生滑動(dòng)，設(shè)計(jì)必須考慮。 （2 2）傾覆）傾覆繞下游壩址的傾覆力矩超過(guò)抗傾覆繞下游壩址的傾覆力矩超過(guò)抗傾覆力矩而發(fā)生傾倒。力矩而發(fā)生傾倒。 （3 3）浮起）浮起由于揚(yáng)壓力超過(guò)自重而浮起。對(duì)砼由于揚(yáng)壓力超過(guò)自重而浮起。對(duì)砼

44、重力壩，一般不會(huì)發(fā)生。但對(duì)護(hù)坦、分離式閘有可重力壩，一般不會(huì)發(fā)生。但對(duì)護(hù)坦、分離式閘有可能發(fā)生。能發(fā)生。 2.2.重力壩的穩(wěn)定分析目的重力壩的穩(wěn)定分析目的 (1)(1)核算沿壩基面抗滑穩(wěn)定的安全度；核算沿壩基面抗滑穩(wěn)定的安全度； (2)(2)壩基內(nèi)部緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安壩基內(nèi)部緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度。全度。 重力壩沿壩軸線方向用橫縫分隔成若干個(gè)獨(dú)立重力壩沿壩軸線方向用橫縫分隔成若干個(gè)獨(dú)立壩段，穩(wěn)定分析可按照平面問(wèn)題考慮。對(duì)于地基中壩段，穩(wěn)定分析可按照平面問(wèn)題考慮。對(duì)于地基中存在多條互相切割交錯(cuò)的軟弱面構(gòu)成空間滑動(dòng)體或存在多條互相切割交錯(cuò)的軟弱面構(gòu)成空間滑動(dòng)體或位于地形陡峻的岸

45、坡段，則按空間問(wèn)題考慮。位于位于地形陡峻的岸坡段，則按空間問(wèn)題考慮。位于均勻壩基上的混凝土重力壩沿壩基面的失穩(wěn)機(jī)理是：均勻壩基上的混凝土重力壩沿壩基面的失穩(wěn)機(jī)理是：首先在壩踵處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)微裂松弛區(qū)，隨后首先在壩踵處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)微裂松弛區(qū)，隨后在壩趾處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)局部區(qū)域的剪切屈服，在壩趾處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)局部區(qū)域的剪切屈服，進(jìn)而屈服范圍逐漸增大并向上游延伸，最后形成滑進(jìn)而屈服范圍逐漸增大并向上游延伸，最后形成滑動(dòng)通道，導(dǎo)致壩的整體失穩(wěn)。動(dòng)通道，導(dǎo)致壩的整體失穩(wěn)。3.3.重力壩的穩(wěn)定分析方法重力壩的穩(wěn)定分析方法單一安全系數(shù)法單一安全系數(shù)法 K=K=抗滑力抗滑力/ /滑動(dòng)力滑動(dòng)力R/

46、SR/S分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 滑動(dòng)力滑動(dòng)力S S（）抗滑力抗滑力R R（）二、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析二、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析 以一個(gè)壩段或取單寬作為計(jì)算單元，計(jì)算以一個(gè)壩段或取單寬作為計(jì)算單元，計(jì)算公式有抗剪強(qiáng)度公式和抗剪斷公式。公式有抗剪強(qiáng)度公式和抗剪斷公式。1.1.抗剪強(qiáng)度公式抗剪強(qiáng)度公式 將壩體與基巖間看成是一個(gè)接觸面，而不是將壩體與基巖間看成是一個(gè)接觸面，而不是膠結(jié)面。膠結(jié)面。 當(dāng)壩基面呈水平時(shí)：當(dāng)壩基面呈水平時(shí)：Ksf（WU）P 式中式中 WW壩基面以上的總鉛直力；壩基面以上的總鉛直力； PP壩基面以上的總水平力；壩基面以上的總水平力； UU作用在壩基面上的

47、揚(yáng)壓力；作用在壩基面上的揚(yáng)壓力； ff壩基面間的摩擦系數(shù)。壩基面間的摩擦系數(shù)。當(dāng)壩基面傾向上游時(shí)：當(dāng)壩基面傾向上游時(shí)：式中式中接觸面與水平面間的夾角。接觸面與水平面間的夾角。 接觸面傾向上游時(shí)，對(duì)壩體接觸面傾向上游時(shí)，對(duì)壩體抗滑有利；接觸面傾向下游時(shí)，抗滑有利；接觸面傾向下游時(shí)， 為負(fù)值，滑動(dòng)力增大，對(duì)壩體為負(fù)值，滑動(dòng)力增大，對(duì)壩體穩(wěn)定不利。穩(wěn)定不利。圖圖311 311 壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖規(guī)范（規(guī)范（SL319SL31920052005）規(guī)定：）規(guī)定：f f值的選?。褐档倪x取：規(guī)劃階段，參照附錄規(guī)劃階段，參照附錄D D選用；選用；可研以后，應(yīng)以野外和室內(nèi)試驗(yàn)確定；可研以后

48、，應(yīng)以野外和室內(nèi)試驗(yàn)確定；中型工程中、低壩，無(wú)條件進(jìn)行野外試驗(yàn)時(shí)，宜進(jìn)行中型工程中、低壩，無(wú)條件進(jìn)行野外試驗(yàn)時(shí)，宜進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，并參照附錄室內(nèi)試驗(yàn)，并參照附錄D D確定。確定。砼與基巖間的砼與基巖間的f f值常取在值常取在0.50.50.80.8之間。之間。（SL319SL31920052005）規(guī)定，安全系數(shù)：）規(guī)定，安全系數(shù)： 基本組合基本組合 KsKs1.101.101.051.05 特殊組合特殊組合 KsKs1.001.001.051.05詳見表詳見表34(P46)34(P46)。 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)f f的選定直接關(guān)系到大壩的造價(jià)與安的選定直接關(guān)系到大壩的造價(jià)與安全，全，f f值愈小，

49、為維持穩(wěn)定所需的值愈小，為維持穩(wěn)定所需的WW愈大，即壩愈大，即壩體剖面愈大。以新安江工程為例，若體剖面愈大。以新安江工程為例，若f f值減小值減小0.010.01，則壩體混凝土要增多則壩體混凝土要增多2 2萬(wàn)萬(wàn)m m3 3. . 抗剪強(qiáng)度公式未考慮壩體混凝土與基巖間的凝抗剪強(qiáng)度公式未考慮壩體混凝土與基巖間的凝聚力，而將其作為安全儲(chǔ)備，因此，安全系數(shù)值聚力，而將其作為安全儲(chǔ)備，因此，安全系數(shù)值不應(yīng)再定的過(guò)高。不應(yīng)再定的過(guò)高。2.2.抗剪斷公式抗剪斷公式 為抗剪斷摩擦系數(shù)；為抗剪斷摩擦系數(shù)； 為抗剪斷凝聚力。為抗剪斷凝聚力。 、 值的選?。阂?guī)劃階段，參照附錄值的選?。阂?guī)劃階段，參照附錄D選用；選用

50、；可研以后，應(yīng)以野外和室內(nèi)試驗(yàn)確定；可研以后，應(yīng)以野外和室內(nèi)試驗(yàn)確定；（SL3192005）規(guī)定，）規(guī)定， 應(yīng)滿：應(yīng)滿： 基本組合：基本組合： 3.0 特殊組合（特殊組合（1）：）： 2.5 特殊組合（特殊組合（2）：）： 2.3 抗剪強(qiáng)度公式形式簡(jiǎn)單，對(duì)摩擦系數(shù)抗剪強(qiáng)度公式形式簡(jiǎn)單，對(duì)摩擦系數(shù)f f的選擇，的選擇，多年來(lái)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)；但該公式忽略了壩體與多年來(lái)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)；但該公式忽略了壩體與基巖間的膠結(jié)作用，不能完全反映壩的實(shí)際工作性基巖間的膠結(jié)作用，不能完全反映壩的實(shí)際工作性態(tài)。態(tài)。 抗剪斷公式直接采用接觸面上的抗剪斷強(qiáng)度抗剪斷公式直接采用接觸面上的抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)，物理概念明確，

51、比較符合壩的實(shí)際工作情況參數(shù)，物理概念明確，比較符合壩的實(shí)際工作情況。三、深層抗滑穩(wěn)定分析三、深層抗滑穩(wěn)定分析 深層滑動(dòng)：當(dāng)壩基內(nèi)存在不利的緩傾角軟弱結(jié)深層滑動(dòng)：當(dāng)壩基內(nèi)存在不利的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，在水荷載作用下，壩體有可能連同部分基巖構(gòu)面時(shí)，在水荷載作用下，壩體有可能連同部分基巖沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移，即所謂的深層滑動(dòng)。沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移，即所謂的深層滑動(dòng)。 如：美國(guó)奧斯汀壩，就是沿著地基內(nèi)被水軟化如：美國(guó)奧斯汀壩，就是沿著地基內(nèi)被水軟化的頁(yè)巖層面滑動(dòng)破壞的。的頁(yè)巖層面滑動(dòng)破壞的。 表表3636給出了給出了3030多個(gè)大型水電工程多個(gè)大型水電工程452452組軟弱組軟弱夾層及硬性結(jié)構(gòu)面的現(xiàn)

52、場(chǎng)大型和室內(nèi)中型原狀抗剪斷夾層及硬性結(jié)構(gòu)面的現(xiàn)場(chǎng)大型和室內(nèi)中型原狀抗剪斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 設(shè)計(jì)時(shí)，首先要查明地基中的主要設(shè)計(jì)時(shí)，首先要查明地基中的主要缺陷，確定失穩(wěn)邊界，測(cè)定失穩(wěn)邊界上缺陷，確定失穩(wěn)邊界，測(cè)定失穩(wěn)邊界上的抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)；其次是選擇合理的的抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)；其次是選擇合理的計(jì)算方法并規(guī)定相應(yīng)的安全系數(shù)；最后計(jì)算方法并規(guī)定相應(yīng)的安全系數(shù)；最后是選擇提高深層抗滑穩(wěn)定性的措施以滿是選擇提高深層抗滑穩(wěn)定性的措施以滿足安全要求。足安全要求。 計(jì)算方法：剛體極限平衡法和有限元法。計(jì)算方法：剛體極限平衡法和有限元法。 對(duì)重要工程和復(fù)雜壩基，除采用剛體極限平衡法對(duì)重要工程和復(fù)雜壩基，除采用剛體

53、極限平衡法計(jì)算外，還要用有限元法和地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)復(fù)核。計(jì)算外，還要用有限元法和地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)復(fù)核。 1.1.剛體極限平衡法剛體極限平衡法 （1 1）單斜面深層抗滑穩(wěn)定）單斜面深層抗滑穩(wěn)定 在地基內(nèi)只有一個(gè)軟弱面。計(jì)算中將軟弱面以上在地基內(nèi)只有一個(gè)軟弱面。計(jì)算中將軟弱面以上的壩體和地基視作剛體，按式（的壩體和地基視作剛體，按式（327327）或（）或（328328）計(jì)算剛體沿軟弱面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。計(jì)算剛體沿軟弱面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。圖圖312 312 壩基內(nèi)的軟弱面壩基內(nèi)的軟弱面 有文獻(xiàn)建議：有文獻(xiàn)建議： 當(dāng)整個(gè)可能滑動(dòng)面基本上都由軟弱結(jié)構(gòu)當(dāng)整個(gè)可能滑動(dòng)面基本上都由軟弱結(jié)構(gòu)面構(gòu)成時(shí)，宜用

54、抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算，安全系數(shù)面構(gòu)成時(shí)，宜用抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算，安全系數(shù)采用采用1.051.051.31.3。 可能滑動(dòng)面僅一部分通過(guò)軟弱結(jié)構(gòu)面，可能滑動(dòng)面僅一部分通過(guò)軟弱結(jié)構(gòu)面，其余部分切穿巖體或混凝土，有條件提供一定其余部分切穿巖體或混凝土，有條件提供一定抗滑力的抗力體時(shí)，應(yīng)采用抗剪斷公式核算，抗滑力的抗力體時(shí)，應(yīng)采用抗剪斷公式核算，安全系數(shù)采用安全系數(shù)采用2.52.53.53.5。圖圖313 313 雙斜面深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖雙斜面深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖（2）雙斜面深層抗滑穩(wěn)定）雙斜面深層抗滑穩(wěn)定 （2 2）雙斜面深層抗滑穩(wěn)定）雙斜面深層抗滑穩(wěn)定 如圖如圖313313所示，所示，ABAB是一條緩

55、傾角夾層或是一條緩傾角夾層或軟弱面，稱為主滑裂面，軟弱面，稱為主滑裂面，BCBC是另一條輔助破裂是另一條輔助破裂面，切穿地表。面，切穿地表。 計(jì)算時(shí)將滑移體分成兩塊，在其分界面計(jì)算時(shí)將滑移體分成兩塊，在其分界面BDBD上引入一個(gè)需要事先假定與水平面成上引入一個(gè)需要事先假定與水平面成 角角的內(nèi)力的內(nèi)力R R（抗力）。（抗力）。 分別令分別令區(qū)或區(qū)或區(qū)處于極限平衡狀態(tài)，區(qū)處于極限平衡狀態(tài)，有剩余推力法、被動(dòng)抗力法、等安全系數(shù)法。有剩余推力法、被動(dòng)抗力法、等安全系數(shù)法。 1 1）剩余推力法）剩余推力法 先令先令區(qū)處于極限平衡狀態(tài)，其沿區(qū)處于極限平衡狀態(tài)，其沿ABAB面的面的K1K1l l，求得，求得

56、RR； 再計(jì)算再計(jì)算區(qū)沿區(qū)沿BCBC面的面的K2K2，K2K2即為整個(gè)壩段的抗即為整個(gè)壩段的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。滑穩(wěn)定安全系數(shù)。 當(dāng)當(dāng)區(qū)處于極限平衡時(shí)，即區(qū)處于極限平衡時(shí)，即K1K1l l，由平衡條件，由平衡條件得：得：解出R： 將將R R加在加在區(qū)上，便可求得區(qū)上，便可求得區(qū)的抗滑穩(wěn)區(qū)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)定安全系數(shù)：式中式中 f1f1、c1c1和和f2f2、c2c2區(qū)、區(qū)、區(qū)可能滑動(dòng)面上區(qū)可能滑動(dòng)面上的摩擦系數(shù)和凝聚力；的摩擦系數(shù)和凝聚力；A1A1、A2ABA2AB、BCBC可能滑動(dòng)面的面積。其他符號(hào)的可能滑動(dòng)面的面積。其他符號(hào)的意義，如圖意義，如圖313313所示。所示。 2 2）被動(dòng)抗力法）

57、被動(dòng)抗力法 與上述方法相反與上述方法相反 先令先令區(qū)處于極限平衡狀態(tài)（區(qū)處于極限平衡狀態(tài)（K2K21 1），求得抗），求得抗力力R R后；后； 再計(jì)算再計(jì)算區(qū)沿區(qū)沿ABAB面的面的K1K1，作為整個(gè)壩段的抗滑穩(wěn)，作為整個(gè)壩段的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)定安全系數(shù)K= K1K= K1。 3 3）等安全系數(shù)法）等安全系數(shù)法 令令區(qū)和區(qū)和區(qū)同時(shí)處于極限平衡狀態(tài)，分別列出區(qū)同時(shí)處于極限平衡狀態(tài)，分別列出兩個(gè)區(qū)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)兩個(gè)區(qū)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K1K1、K2K2的計(jì)算式；的計(jì)算式； 然后令然后令K1=K2K1=K2，解出抗力，解出抗力R R，再將其代回原計(jì)算式，再將其代回原計(jì)算式，即可求出整個(gè)滑移體的抗滑穩(wěn)定

58、安全系數(shù)。即可求出整個(gè)滑移體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。 4 4）三種方法的討論）三種方法的討論 方法方法1 1和和2 2是先令一個(gè)區(qū)處于極限平衡狀態(tài)，即相是先令一個(gè)區(qū)處于極限平衡狀態(tài)，即相當(dāng)于這一區(qū)的當(dāng)于這一區(qū)的K Kl l，因而推算出的另一區(qū)的，因而推算出的另一區(qū)的K K值值作為整個(gè)滑移體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；方法作為整個(gè)滑移體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；方法3 3是按各是按各區(qū)具有相等的安全系數(shù)來(lái)計(jì)算，相比之下，等安全系區(qū)具有相等的安全系數(shù)來(lái)計(jì)算，相比之下，等安全系數(shù)法數(shù)法( (方法方法3)3)更為合理。更為合理。 2.2.有限元法有限元法 用有限元法分析壩體沿深層緩傾角軟弱夾層抗用有限元法分析壩體沿深層

59、緩傾角軟弱夾層抗滑穩(wěn)定的安全度，可采用安全系數(shù)法或用限制位移滑穩(wěn)定的安全度，可采用安全系數(shù)法或用限制位移值表示。值表示。 安全系數(shù)法有三種計(jì)算方法：安全系數(shù)法有三種計(jì)算方法： 應(yīng)力代數(shù)和比值法。用計(jì)算得出的滑動(dòng)面上應(yīng)力代數(shù)和比值法。用計(jì)算得出的滑動(dòng)面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，求算滑動(dòng)面上總的抗滑力與總的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，求算滑動(dòng)面上總的抗滑力與總的滑動(dòng)力的比值；的滑動(dòng)力的比值； 超載系數(shù)法。將作用在壩體外部的外荷載逐超載系數(shù)法。將作用在壩體外部的外荷載逐步放大，直至滑動(dòng)面上的抗滑穩(wěn)定處于臨界狀態(tài)，步放大，直至滑動(dòng)面上的抗滑穩(wěn)定處于臨界狀態(tài)，此時(shí)荷載的放大倍數(shù)即視為安全系數(shù)；此時(shí)荷載的放大倍數(shù)即視為安全

60、系數(shù)； 降低安全參數(shù)法。即降低滑動(dòng)面上的抗剪斷降低安全參數(shù)法。即降低滑動(dòng)面上的抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)值，使其沿滑動(dòng)面的抗滑穩(wěn)定處于臨界狀強(qiáng)度參數(shù)值，使其沿滑動(dòng)面的抗滑穩(wěn)定處于臨界狀態(tài)，此時(shí)抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)降低前后的比值即視為安態(tài)，此時(shí)抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)降低前后的比值即視為安全系數(shù)。全系數(shù)。 我國(guó)工程界較多采用我國(guó)工程界較多采用。 四、岸坡壩段的抗滑穩(wěn)定四、岸坡壩段的抗滑穩(wěn)定 取取個(gè)壩段（三維問(wèn)題），設(shè)岸坡傾角為個(gè)壩段（三維問(wèn)題），設(shè)岸坡傾角為，壩，壩段總重為段總重為W W，壩基面上的揚(yáng)壓力為，壩基面上的揚(yáng)壓力為U U，上游壩面水壓力，上游壩面水壓力為為P P，壩基面的抗剪強(qiáng)度參數(shù)或抗剪斷參數(shù)為，壩基面的抗剪