重力壩抗滑穩(wěn)定與應(yīng)力計(jì)算

1、項(xiàng)目名稱：幾內(nèi)亞凱勒塔（KALETA水電站工程項(xiàng)目階段：復(fù)核階段計(jì)算書名稱：重力壩抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算審查:校核:計(jì)算:黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd.1 .計(jì)算說明錯誤.!未定義書簽。目的與要求錯誤.!未定義書簽?；緮?shù)據(jù)錯誤.!未定義書簽。2 .計(jì)算參數(shù)和研究方法錯誤.!未定義書簽。荷載組合錯誤.!未定義書簽。計(jì)算參數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)錯誤.!未定義書簽。計(jì)算理論和方法錯誤.!未定義書簽。3 .計(jì)算過程錯誤.!未定義書簽。荷載計(jì)算錯誤.!未定義書簽。自重 錯誤.!未定義書簽。水壓力 錯誤.!未定義書簽。揚(yáng)壓力 錯誤.!

2、未定義書簽。地震荷載錯誤.!未定義書簽。安全系數(shù)及應(yīng)力計(jì)算錯誤.!未定義書簽。4 .結(jié)果匯總錯誤.!未定義書簽。1 . 計(jì)算說明 目的與要求下列計(jì)算是有關(guān)擋水壩段、溢流壩段、進(jìn)水口、 底孔壩段抗滑穩(wěn)定性和基底應(yīng)力計(jì)算?；緮?shù)據(jù)正常蓄水位：110m；設(shè)計(jì)洪水位：112.94m；校核洪水位：113.30m；大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000 年一遇；壩址區(qū)地震動峰值加速度為0.15g( g=9.81m/s2) ，地震動反應(yīng)周期為，相應(yīng)的地震基本烈度為7 度，本工程抗震設(shè)計(jì)烈度為7 度。計(jì)算選取的擋水壩段壩頂高程 114.00m,壩基底高程92.00m,壩高22m, 壩頂寬5m

3、。上游壩面豎直，下游壩坡在 107.33m高程以上豎直，在107.33m高 程以下坡度為1:。計(jì)算選取的溢流壩段堰頂高程 110.00m,壩基底高程96.00m,壩高14m, 上游壩面豎直，下游壩坡在108.59m高程以上為Creager剖面，在108.59m高程 以下坡度為1：。正常蓄水位時(shí)，溢流壩段下游無水；設(shè)計(jì)洪水位 112.94m時(shí)，下 游水位104.80m；校核洪水位113.30m時(shí)，下游水位105.42m。進(jìn)水口壩段頂高程114.00m， 壩基底高程87.80m， 壩高26.2m， 頂寬13.06m，上游壩坡為1:，下游壩坡在107.33m 高程以上豎直，在107.33m 高程以下

4、坡度為 1:。底孔壩段頂高程114.00m,壩基底高程83.50m,壩高30.5m,頂寬10.0m,上游壩面豎直，下游壩坡在107.33m 高程以上豎直，在107.33m 高程以下坡度為 1:。2 .計(jì)算參數(shù)和研究方法荷載組合作用在壩上的主要荷載包括：壩體自重、上下游水壓力、揚(yáng)壓力、地震力?；窘M合：正常蓄水位情況（上游水位 110.0m）設(shè)計(jì)洪水位情況（上游水位112.94m）特殊組合：校核洪水位情況（上游水位 113.30m） 地震情況（正常蓄水位+地震荷載） 計(jì)算參數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)水容重w w： m3混凝土容重丫 c： 24KN/m3壩址區(qū)巖體主要為堅(jiān)硬的輝綠巖和砂巖，大壩的建基面基本上分布

5、在弱風(fēng)化 的輝綠巖和砂巖上。壩基面抗滑穩(wěn)定計(jì)算的巖體及混凝土物理力學(xué)參數(shù)按表1-1取值，壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和壩基應(yīng)力應(yīng)滿足表1-2規(guī)定的數(shù)值。由于碾壓混凝土壩的碾壓層面的結(jié)合質(zhì)量受材料性質(zhì)、 混凝土配合比、施工 工藝、施工管理水平以及施工現(xiàn)場氣候條件等許多因素的影響， 容易成為壩體的 薄弱環(huán)節(jié)，所以需要核算沿壩體混凝土碾壓層面的抗滑穩(wěn)定，壩體碾壓層面的抗 滑穩(wěn)定計(jì)算采用抗剪斷公式，安全系數(shù)值的控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表 1-2的要求。根據(jù) 國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，碾壓層面的抗剪斷參數(shù)可?。篺' =, c'=。表1-1抗滑穩(wěn)定計(jì)算巖體及混凝土力學(xué)參數(shù)巖性抗男斷強(qiáng)度（巖體）抗男強(qiáng)度（巖體）抗男斷強(qiáng)度（

6、碎/巖體）f,c' (MPa)fc (MPa)f，c' (MPa)輝綠巖0砂巖0表1-2抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和壩基容許應(yīng)力計(jì)算，況抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)壩基應(yīng)力（MPa）抗男安全系數(shù)【K】抗男斷安全系數(shù)【K'】壩踵壩趾基本組合正常蓄水位情況>0壩基容許應(yīng)力設(shè)計(jì)洪水情況>0壩基容許應(yīng)力特殊組合校核洪水情況>0壩基容許應(yīng)力正常蓄水位+地震>0壩基容許應(yīng)力重力壩壩基面壩踵、壩趾的垂直應(yīng)力在運(yùn)用期的各種荷載組合下（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)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力。計(jì)算理論和方法混凝土重力壩壩體穩(wěn)定采用剛體極限平衡法計(jì)算， 分別計(jì)算各壩

7、段不同水平 截面（包括壩體混凝土碾壓層面、壩體混凝土 -基巖結(jié)合面）上的外加荷載及應(yīng) 力，并計(jì)算出抗剪和抗剪斷穩(wěn)定安全系數(shù)，以及壩基截面的垂直應(yīng)力。為了確保結(jié)構(gòu)即使在排水系統(tǒng)失效時(shí)也能安全運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)時(shí)揚(yáng)壓力考慮 全水頭。K f-W （抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式）f W C A、 一K f WP（抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算公式）式中：K'一按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f一壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪摩擦系數(shù)；f'壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)；C'壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，KP?A一壩基接觸面截面積，m2;2 W一作用于壩體上的全部荷載對于計(jì)算滑動面的法向分值，

8、KN;2 作用于壩體上的全部荷載對于計(jì)算滑動面的切向分值，KN;壩基截面的垂直應(yīng)力按下式計(jì)算：W M xy A J式中：6y一壩踵、壩趾垂直應(yīng)力，KPa；AW一作用于壩段上或1m壩長上的全部荷載在壩基截面上法向力總和，KN;2M一作用于壩段上或1m壩長上的全部荷載對壩基截面形心軸的力矩總 和，；A一壩段或1m壩長的壩基截面積,m2;x一壩基截面上計(jì)算點(diǎn)到形心軸的距離，m;L壩段或者1m壩長的壩基截面對形心軸的慣性矩， m4o3.計(jì)算過程荷載計(jì)算3.1.1 自重各種工況下，建筑物的自重均相同。擋水壩段：單寬壩段（1m壩長）斷面面積A1=198.167m2單寬壩段斷面自重G尸（向下為正方向）單寬壩

9、段斷面形心對壩基中點(diǎn)的力臂 L1=-2.93m （向右為正方向）力矩Mg1=（順時(shí)針方向?yàn)檎?溢流壩段：單寬壩段（1m壩長）斷面面積A1=123.73m2單寬壩段斷面自重G尸（向下為正方向）單寬壩段斷面形心對壩基中點(diǎn)的力臂 Li=-1.486m （向右為正方向）力矩Mgi=（順時(shí)針方向?yàn)檎┻M(jìn)水口壩段：單寬壩段（1m壩長）斷面面積Ai=586.74m2單寬壩段斷面自重Gi=（向下為正方向）單寬壩段斷面形心對壩基中點(diǎn)的力臂 Li=0.05m （向右為正方向）力矩Mgi=（順時(shí)針方向?yàn)檎┑卓讐味危簡螌拤味危?m壩長）斷面面積Ai=518.01m2單寬壩段斷面自重G1=（向下為正方向）單寬壩段斷

10、面形心對壩基中點(diǎn)的力臂 L1=-3.22m （向右為正方向）力矩Mg1=（順時(shí)針方向?yàn)檎?.1.2 水壓力水壓力分為水平向靜水壓力、豎向水壓力（溢流壩段泄洪時(shí)）、地震情況下的動水壓力（此荷載為地震荷載）。1、水平向靜水壓力（1）擋水壩段正常蓄水位情況：上游水深Hu1=18.0m上游水壓力Pu1二力臂Lu1=6m力矩Mpu1=設(shè)計(jì)洪水位情況：上游水深Hu2=20.94m上游水壓力Pu2=力臂 Lu2=6.98m力矩MPu2=校核洪水位情況：上游水深Hu3=21.3m上游水壓力Pu3二力臂 Lu3=7.1m力矩Mpu3= (2)溢流壩段正常蓄水位情況：上游水深Hui=14.0m上游水壓力Pu1=

11、力臂 Lui=4.67m力矩Mpui=設(shè)計(jì)洪水位情況：上游水深Hu2=16.94m上游水壓力Pu2=力臂 Lu2=5.65m力矩Mpu2=下游水深Hd2=8.8m下游水壓力Pd2=力臂 Ld2=2.93m力矩MPd2=校核洪水位情況：上游水深Hu3=17.3m上游水壓力Pu3=力臂 Lu3=5.77m力矩Mpu3=下游水深Hd3=9.42m下游水壓力Pd3=力臂 Ld3=3.14m力矩MPd3= (3)進(jìn)水口壩段正常蓄水位情況：上游水深Hu1=22.2m上游水壓力Pu1=力臂 Lu1=7.4m力矩Mpui=設(shè)計(jì)洪水位情況：上游水深Hu2=25.14m上游水壓力Pu2二力臂 Lu2=8.38m力

12、矩MPu2=校核洪水位情況：上游水深Hu3=25.5m上游水壓力Pu3=力臂 Lu3=8.5m力矩Mpu2=|(4)底孔壩段正常蓄水位情況：上游水深Hui=26.5m上游水壓力Pu1=力臂 Lui=8.83m力矩Mpui,設(shè)計(jì)洪水位情況：上游水深Hu2=29.44m上游水壓力Pu2=力臂 Lu2=9.81m力矩MPu2=校核洪水位情況：上游水深Hu3=29.8m上游水壓力Pu3=力臂 Lu3=9.93m力矩MPu3=、豎向水壓力水面線按堰上豎向水壓力是在溢流壩段泄洪時(shí)作用在溢流壩面上的水壓力, 水深和下游水深的平均初估。設(shè)計(jì)洪水位情況：單寬壩段上水體面積A2=38.23m2單寬壩段上水重G2=

13、力臂 L2=-0.12m力矩MG2=校核洪水位情況：單寬壩段上水體面積A3=46.81m2單寬壩段上水重G3=力臂 L3=-0.11m力矩MG3=進(jìn)水口壩段斜斷面上水重正常蓄水位情況：上游水深Hui=22.2m上游水壓力Gwi=力臂 Lui=12.69m力矩Mwi二設(shè)計(jì)洪水位情況：上游水深Hu2=25.14m上游水壓力Gw2二力臂 Lu2=12.69m力矩Mw2二校核洪水位情況：上游水深Hu3=25.5m上游水壓力Gw3=力臂 Lu3=12.69m力矩Mw3=3.1.3揚(yáng)壓力為了確保結(jié)構(gòu)即使在排水系統(tǒng)失效時(shí)也能安全運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)時(shí)揚(yáng)壓力考慮 全水頭。壩底面上游處的揚(yáng)壓力作用水頭為 Hu（上游水

14、深），下游處為Hd（下游水深）， 其間以直線連接。（1）擋水壩段正常蓄水位情況：上游水深Hu1=18.0m揚(yáng)壓力U1 =力臂 Lui=-2.75m力矩Mu仔設(shè)計(jì)洪水位情況:上游水深Hu2=20.94m揚(yáng)壓力 U2=-1693KN力臂 Lu2=-2.75m力矩MU2二校核洪水位情況:上游水深Hu3=21.3m揚(yáng)壓力U3=力臂 Lu3=-2.75m力矩Mu3= (2)溢流壩段正常蓄水位情況：上游水深Hui=14.0m下游水深Hdi=0m揚(yáng)壓力Ui =力臂 Lui=-2.17m力矩MU1=設(shè)計(jì)洪水位情況:上游水深Hu2=16.94m下游水深Hd2=8.8m揚(yáng)壓力U2=力臂 Lu2=-0.67m力矩M

15、U2二校核洪水位情況:上游水深Hu3=17.3m下游水深Hd3=9.42m揚(yáng)壓力U3=力臂 Lu3=-0.64m力矩Mu3= (3)進(jìn)水口壩段正常蓄水位情況:上游水深Hui=22.20m揚(yáng)壓力Ui =力臂 Lui=-5.01m力矩Mui二設(shè)計(jì)洪水位情況：上游水深Hu2=25.14m揚(yáng)壓力U2=力臂 Lu2=-5.01m力矩MU2二校核洪水位情況：上游水深Hu3=25.50m揚(yáng)壓力U3=力臂 Lu3=-5.01m力矩Mu3= (4)底孔壩段正常蓄水位情況：上游水深Hu1=26.5m揚(yáng)壓力U1 =力臂 Lu1=-4.65m力矩MU1=設(shè)計(jì)洪水位情況：上游水深Hu2=29.44m揚(yáng)壓力U2=力臂 L

16、u2=-4.65m力矩MU2二校核洪水位情況：上游水深Hu3=29.8m揚(yáng)壓力U3=力臂 Lu3=-4.65m力矩Mu3=3.1.4地震荷載一般情況下，混凝土重力壩在抗震設(shè)計(jì)中可以只計(jì)入順?biāo)飨虻乃较虻卣鹱饔?。抗震?jì)算考慮的地震作用包括建筑物自重和地震慣性力，水平向地震作用 的動水壓力，此時(shí)，大壩上游水位采用正常蓄水位。1、地震慣性力采用擬靜力法計(jì)算重力壩地震作用效應(yīng)時(shí)，沿建筑物高度作用于質(zhì)點(diǎn)i的水 平向地震慣性力代表值按下式計(jì)算：FihGEia"g式中：a h水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值，取 0.15g;GEi 一集中在質(zhì)點(diǎn)i的重力作用標(biāo)準(zhǔn)值；己一計(jì)算系數(shù)，擬靜力法計(jì)算地震作用效應(yīng)

17、時(shí)一般取；a質(zhì)點(diǎn)i的動態(tài)分布系數(shù)；g一重力加速度，g=9.81m/s2;其中動態(tài)分布系數(shù)按下式計(jì)算：-1 4(h/H)4a 1.4n -1 4 G(hj/H)4i 1 Ge j式中：n壩體計(jì)算質(zhì)點(diǎn)總數(shù)；H一壩局；hi、hj分別為質(zhì)點(diǎn)i、j的高度；Ge一產(chǎn)生地震慣性力的建筑物總重力作用的標(biāo)準(zhǔn)值；根據(jù)以上公式計(jì)算：擋水壩段：地震慣性力Fi=力臂 L=8.38m力矩乂曰二溢流壩段：地震慣性力Fi=力臂 L=5.56m力矩MFi=進(jìn)水口壩段：地震慣性力Fi=式中：a h水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值，取 0.15g;p w水體質(zhì)量密度標(biāo)準(zhǔn)值；己一計(jì)算系數(shù)，擬靜力法計(jì)算地震作用效應(yīng)時(shí)一般取;H。一水深；根據(jù)

18、以上公式計(jì)算：擋水壩段：動水壓力Fo二力臂 L=8.28m力矩Mfo=溢流壩段：動水壓力Fo二力臂 L=6.44m力矩Mfo=進(jìn)水口壩段：動水壓力F0=力臂 L=10.212m力矩mf尸k孔壩段：動水壓力Fo=力臂 L=12.19m力矩Mfo=安全系數(shù)及應(yīng)力計(jì)算壩址區(qū)巖體主要為堅(jiān)硬的輝綠巖和砂巖，大壩的建基面基本上分布在弱風(fēng)化 的輝綠巖和砂巖上。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告的描述，擋水壩段的建基面基本都在弱風(fēng)化的 輝綠巖上，因此，計(jì)算采用輝綠巖的參數(shù)。溢流壩段部位的輝綠巖厚度較小，其 建基面大部分位于砂巖上，為安全起見，計(jì)算采用砂巖的參數(shù)。(1)擋水壩段正常蓄水位情況：壩基面法向作用之和三 W=壩基面切向作用

19、之和三P=力矩之和三乂=設(shè)計(jì)洪水情況：壩基面法向作用之和匯 W=3060KN壩基面切向作用之和三P=力矩之和三乂二校核洪水情況：壩基面法向作用之和三 W=壩基面切向作用之和三P=力矩之和三M=地震+正常蓄水位情況：壩基面法向作用之和三 W=壩基面切向作用之和三P=力矩之和三M=安全系數(shù)及基底應(yīng)力計(jì)算結(jié)果：工況正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水校核洪水地震福裁EW (KN)3060EP (KN)EM ()計(jì)算參數(shù)f，c' (MPa)f安全系數(shù)K，K-基底應(yīng)力 max K KPc|)(Tmin (KPO(2)溢流壩段正常蓄水位情況：壩基面法向作用之和三 W=壩基面切向作用之和三P=力矩之和三乂=設(shè)計(jì)洪水情

20、況：壩基面法向作用之和三 W=壩基面切向作用之和三P=力矩之和三乂二校核洪水情況：壩基面法向作用之和三 W=壩基面切向作用之和三P=力矩之和三M=地震+正常蓄水位情況:壩基面法向作用之和三 W=壩基面切向作用之和三P=力矩之和三M=安全系數(shù)及基底應(yīng)力計(jì)算結(jié)果:工況正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水校核洪水地震福裁EW (KN)EP (KN)EM ()計(jì)算參數(shù)f，c' (MPa)f安全系數(shù)K，K-基底應(yīng)力(T max ( KPcj)(T min ( KPC)(3)進(jìn)水口壩段正常蓄水位情況：壩基面法向作用之和三 W=壩基面切向作用之和三P=力矩之和三M-設(shè)計(jì)洪水情況：壩基面法向作用之和三 W=壩基面切向作用之和三P=力矩之和三M二校核洪水情況：壩基面法向作用之和三 W=壩基面切向作用之和三P=力矩之和三M=地震+正常蓄水位情況：壩基面法向作用之和三 W=壩基面切向作用之和三P=力矩之和三M=安全系數(shù)及基底應(yīng)力計(jì)算結(jié)果:工不正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水校核洪水地震福裁EW (KN)EP (KN)EMID計(jì)算參數(shù)f'c' (MPa)f安全系數(shù)K，K-基底應(yīng)力(m max (KPam min (KPa(2)底孔壩段正常蓄水位情況：壩基面法向作用之和1 W=壩基面切向作用之和1 P二力矩之和1 M,設(shè)計(jì)洪水情況：壩基面法向作用之和1 W=壩基面切向作用之和口 P=力