水工建筑物——重力壩課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 重力壩是利用結(jié)構(gòu)自重來維持穩(wěn)定的一種古老壩形。重力壩是利用結(jié)構(gòu)自重來維持穩(wěn)定的一種古老壩形。 我國著名的重力壩：我國著名的重力壩：丹江口水庫大壩丹江口水庫大壩、宜昌葛洲壩宜昌葛洲壩、三峽大壩三峽大壩。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、重力壩的特點(diǎn)一、重力壩的特點(diǎn) 重力壩的基本剖面接近直角三角形，這是由重力壩的工作特點(diǎn)決定的重力壩的基本剖面接近直角三角形，這是由重力壩的工作特點(diǎn)決定的 。一、重力壩的特點(diǎn)一、重力壩的特點(diǎn) 重力壩依靠自重維持穩(wěn)定重力壩依靠自重維持穩(wěn)定 上游壩面受三角形分布的水平水壓力的作用；壩底受到梯形分布或上游壩面受三角形分布的水平水壓力的作用；壩底受到梯形分布

2、或近乎三角形分布的揚(yáng)壓力作用。重力壩利用自重來抵抗水平水壓力和揚(yáng)近乎三角形分布的揚(yáng)壓力作用。重力壩利用自重來抵抗水平水壓力和揚(yáng)壓力，保證大壩抗滑穩(wěn)定和抗傾穩(wěn)定，所以重力壩剖面近似三角形。壓力，保證大壩抗滑穩(wěn)定和抗傾穩(wěn)定，所以重力壩剖面近似三角形。 重力壩可采用河床是溢洪道重力壩可采用河床是溢洪道 壩頂允許溢流，可以建河床式溢洪道，這意味著免除河岸溢洪道工壩頂允許溢流，可以建河床式溢洪道，這意味著免除河岸溢洪道工程量、便于樞紐布置、便于施工導(dǎo)流程量、便于樞紐布置、便于施工導(dǎo)流 。 設(shè)計、施工都比較簡單設(shè)計、施工都比較簡單 抵御特殊災(zāi)害的能力比較強(qiáng)抵御特殊災(zāi)害的能力比較強(qiáng) 壩頂允許溢流壩頂允許溢流

3、遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水不易垮壩遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水不易垮壩 壩體厚實、采用膠結(jié)材料壩體厚實、采用膠結(jié)材料抗震能力強(qiáng)抗震能力強(qiáng) 、 、 正是重力壩得到廣泛采用的原因。正是重力壩得到廣泛采用的原因。 斷面較大，帶來一系列問題斷面較大，帶來一系列問題需要更多的建筑材料，壩體內(nèi)部應(yīng)力小，材料強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮需要更多的建筑材料，壩體內(nèi)部應(yīng)力小，材料強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮混凝土硬化時散發(fā)的大量水化熱難以向外擴(kuò)散，需大量冷卻設(shè)備混凝土硬化時散發(fā)的大量水化熱難以向外擴(kuò)散，需大量冷卻設(shè)備揚(yáng)壓力大揚(yáng)壓力大二、重力壩的改進(jìn)與發(fā)展二、重力壩的改進(jìn)與發(fā)展 為了克服重力壩大塊體結(jié)構(gòu)帶來的一系列弊端，國內(nèi)外水利水電工為了克服重力壩大塊體結(jié)

4、構(gòu)帶來的一系列弊端，國內(nèi)外水利水電工程技術(shù)人員對重力壩做出了許多改進(jìn)。程技術(shù)人員對重力壩做出了許多改進(jìn)。二、重力壩的改進(jìn)與發(fā)展二、重力壩的改進(jìn)與發(fā)展 1. 結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn) 采用采用寬縫重力壩寬縫重力壩和和空腹重力壩空腹重力壩。二、重力壩的改進(jìn)與發(fā)展二、重力壩的改進(jìn)與發(fā)展 2. 材料方面的改進(jìn)材料方面的改進(jìn) 減少水泥用量，采用摻合料和外加劑，以減少混凝土硬化時產(chǎn)生的減少水泥用量，采用摻合料和外加劑，以減少混凝土硬化時產(chǎn)生的水化熱。水化熱。3.澆筑方式上的改進(jìn)澆筑方式上的改進(jìn) 采用碾壓式快速澆筑方法，即在混凝土入倉后，用車碾子使混凝土采用碾壓式快速澆筑方法，即在混凝土入倉后，用車碾子

5、使混凝土碾壓密實代替振搗棒振搗密實，采用振動刀片切縫代替分塊澆筑。當(dāng)然，碾壓密實代替振搗棒振搗密實，采用振動刀片切縫代替分塊澆筑。當(dāng)然，碾壓式混凝土大壩要求采用干硬性貧混凝土碾壓式混凝土大壩要求采用干硬性貧混凝土 。三、重力壩的組成與布置三、重力壩的組成與布置 重力壩通常由溢流壩段和非溢流壩段組成，兩者之間設(shè)連接邊墩和重力壩通常由溢流壩段和非溢流壩段組成，兩者之間設(shè)連接邊墩和導(dǎo)墻。溢流壩段通常設(shè)閘門控制，壩頂有閘墩和交通橋。導(dǎo)墻。溢流壩段通常設(shè)閘門控制，壩頂有閘墩和交通橋。三、重力壩的組成與布置三、重力壩的組成與布置 三、重力壩的組成與布置三、重力壩的組成與布置 重力壩壩址一般選在狹窄河谷，以

6、節(jié)省工程量。但是有些工程為了布重力壩壩址一般選在狹窄河谷，以節(jié)省工程量。但是有些工程為了布置河床式溢洪道、壩后式水電站廠房和通航船閘，有時也選擇在比較寬置河床式溢洪道、壩后式水電站廠房和通航船閘，有時也選擇在比較寬的河谷建壩（如葛洲壩工程和三峽工程）。的河谷建壩（如葛洲壩工程和三峽工程）。 重力壩的壩軸線一般采用直線布置，與河流流向垂直。這主要是避免重力壩的壩軸線一般采用直線布置，與河流流向垂直。這主要是避免不良的受力條件不良的受力條件 。 為了避免不均勻沉陷和控制溫度應(yīng)力，混凝土壩體通常沿壩軸線方向為了避免不均勻沉陷和控制溫度應(yīng)力，混凝土壩體通常沿壩軸線方向設(shè)置垂直于壩軸線的永久性橫縫，將大

7、壩分割成許多壩段設(shè)置垂直于壩軸線的永久性橫縫，將大壩分割成許多壩段 。 一、重力壩的荷載一、重力壩的荷載 自重自重靜止水壓力靜止水壓力揚(yáng)壓力揚(yáng)壓力淤沙壓力淤沙壓力浪壓力浪壓力冰壓力冰壓力土壓力土壓力動水壓力動水壓力其他荷載其他荷載校核洪水靜止水壓力校核洪水靜止水壓力校核洪水揚(yáng)壓力校核洪水揚(yáng)壓力校核洪水浪壓力校核洪水浪壓力校核洪水動水壓力校核洪水動水壓力 地震荷載地震荷載一、重力壩的荷載一、重力壩的荷載 1. 壩體及壩上永久設(shè)備的自重壩體及壩上永久設(shè)備的自重 壩體自重按壩體結(jié)構(gòu)尺寸和材料容重計算。壩體自重按壩體結(jié)構(gòu)尺寸和材料容重計算。 壩上永久性設(shè)備包括閘門、固定式啟門機(jī)等。壩上永久性設(shè)備包括閘

8、門、固定式啟門機(jī)等。2. 靜止水壓力靜止水壓力 作用于上下游壩面的靜止水壓力作用于上下游壩面的靜止水壓力按水力學(xué)公式計算，若上游壩面有折按水力學(xué)公式計算，若上游壩面有折坡，要分解為水平靜止水壓力和豎直坡，要分解為水平靜止水壓力和豎直靜止水壓力靜止水壓力 。3.動水壓力動水壓力 動水壓力是指水流流經(jīng)建筑物表動水壓力是指水流流經(jīng)建筑物表面時，由于流速方向和大小發(fā)生改變面時，由于流速方向和大小發(fā)生改變而對建筑物產(chǎn)生的作用力，垂直于建而對建筑物產(chǎn)生的作用力，垂直于建筑物表面，多發(fā)生于溢流壩面筑物表面，多發(fā)生于溢流壩面 。3. 動水壓力動水壓力 4 .揚(yáng)壓力揚(yáng)壓力（1）壩底揚(yáng)壓力）壩底揚(yáng)壓力 根據(jù)水力學(xué)

9、知識，擋水建筑物在上下游水頭差的作用下會發(fā)生地基滲流，根據(jù)水力學(xué)知識，擋水建筑物在上下游水頭差的作用下會發(fā)生地基滲流，滲流對建筑物底部施加滲流壓力。所謂揚(yáng)壓力就是滲流壓力的豎直分量。顯然，滲流對建筑物底部施加滲流壓力。所謂揚(yáng)壓力就是滲流壓力的豎直分量。顯然，當(dāng)壩底水平時，揚(yáng)壓力當(dāng)壩底水平時，揚(yáng)壓力=滲流壓力。滲流壓力。 揚(yáng)壓力=滲透壓力+浮壓力 重力壩底部較寬，揚(yáng)壓力較大，不利于穩(wěn)定。因此，中型以上重力壩重力壩底部較寬，揚(yáng)壓力較大，不利于穩(wěn)定。因此，中型以上重力壩要采取防滲、排水措施。要采取防滲、排水措施。 （2）壩體揚(yáng)壓力）壩體揚(yáng)壓力 大壩擋水時，壩體存在滲流大壩擋水時，壩體存在滲流 壩體滲

10、透壓力（孔隙水壓力）的壩體滲透壓力（孔隙水壓力）的存在存在 增大了壩體應(yīng)力水平增大了壩體應(yīng)力水平 上游壩面采用防滲混凝土，形成上游壩面采用防滲混凝土，形成防滲層，在防滲層之后設(shè)置排水管防滲層，在防滲層之后設(shè)置排水管 同一水平截面孔隙水壓力近似按同一水平截面孔隙水壓力近似按直線分布（有防滲排水設(shè)施時按折直線分布（有防滲排水設(shè)施時按折線分布）考慮。線分布）考慮。5.淤沙壓力淤沙壓力泥沙壓力計算類似土壓力，但是淤沙的高度逐年變化、逐年固結(jié)，泥沙泥沙壓力計算類似土壓力，但是淤沙的高度逐年變化、逐年固結(jié)，泥沙的容重和內(nèi)摩擦角也逐年變化，所以難于精確計算。的容重和內(nèi)摩擦角也逐年變化，所以難于精確計算。 對

11、于對于大中型大中型水庫，通過模型試驗，水庫，通過模型試驗，并參考類似已建水庫的實測資料，綜并參考類似已建水庫的實測資料，綜合分析確定淤積年限的壩前泥沙淤積合分析確定淤積年限的壩前泥沙淤積高程高程 。小型水庫，一般淤沙年限。小型水庫，一般淤沙年限2025年年 6. 浪壓力浪壓力由于風(fēng)的作用，在水域內(nèi)形成波浪，對壩面產(chǎn)生作用力。由于風(fēng)的作用，在水域內(nèi)形成波浪，對壩面產(chǎn)生作用力。 水的阻力比空氣阻力大，因而波峰比較尖銳，波谷比較平坦，導(dǎo)致水的阻力比空氣阻力大，因而波峰比較尖銳，波谷比較平坦，導(dǎo)致波浪中心線高出靜水面波浪中心線高出靜水面 。 浪壓力與波浪要素有關(guān)，波浪要素包括波浪長度、高度及波浪中心浪

12、壓力與波浪要素有關(guān)，波浪要素包括波浪長度、高度及波浪中心線高出靜水面的高度、波速及波的周期線高出靜水面的高度、波速及波的周期 。 （1）波浪要素計算）波浪要素計算水電工程設(shè)計規(guī)范建議：水電工程設(shè)計規(guī)范建議： 對于平原、濱海地區(qū)水庫，采用莆田（福建地名）試驗站公式計算波高對于平原、濱海地區(qū)水庫，采用莆田（福建地名）試驗站公式計算波高和波長；和波長； 對于丘陵、平原地區(qū)水庫，采用鶴地（湛江地區(qū)）水庫公式計算波高和對于丘陵、平原地區(qū)水庫，采用鶴地（湛江地區(qū)）水庫公式計算波高和波長；波長；對于內(nèi)陸?yīng)M長水庫，采用官廳水庫（位于河北）公式計算波高和波長。對于內(nèi)陸?yīng)M長水庫，采用官廳水庫（位于河北）公式計算波

13、高和波長。下面以官廳公式為例說明波浪要素的計算下面以官廳公式為例說明波浪要素的計算:（1）波浪要素計算）波浪要素計算官廳水庫公式官廳水庫公式:（1）波浪要素計算）波浪要素計算官廳水庫公式官廳水庫公式:（1）波浪要素計算）波浪要素計算風(fēng)區(qū)長度風(fēng)區(qū)長度D（有效吹程（有效吹程m）的確定）的確定 當(dāng)壩前水域較寬，并且當(dāng)壩前水域較寬，并且主風(fēng)向主風(fēng)向大致迎大壩正面吹來時，吹程大致迎大壩正面吹來時，吹程D為計算點(diǎn)至對岸為計算點(diǎn)至對岸的直線距離；的直線距離； 當(dāng)壩前水域狹窄或沿風(fēng)向局部縮窄且縮窄處的寬度當(dāng)壩前水域狹窄或沿風(fēng)向局部縮窄且縮窄處的寬度B小于小于12倍計算波長時，取倍計算波長時，取D=5B，同時不

14、小于計算點(diǎn)至縮窄處的距離；，同時不小于計算點(diǎn)至縮窄處的距離；當(dāng)沿風(fēng)向兩側(cè)的水域不規(guī)則時，按主風(fēng)向和兩側(cè)射線方向吹程和夾角計算等效當(dāng)沿風(fēng)向兩側(cè)的水域不規(guī)則時，按主風(fēng)向和兩側(cè)射線方向吹程和夾角計算等效風(fēng)區(qū)長度：風(fēng)區(qū)長度：（1）波浪要素計算）波浪要素計算波浪中心線高出靜水位的高度波浪中心線高出靜水位的高度 （2）浪壓力計算）浪壓力計算 作用于鉛直迎水面建筑物的浪壓力計算，按三種情況考慮：作用于鉛直迎水面建筑物的浪壓力計算，按三種情況考慮：（2）浪壓力計算）浪壓力計算 深水波深水波（2）浪壓力計算）浪壓力計算 淺水波淺水波 （2）浪壓力計算）浪壓力計算 破碎波破碎波 7.冰壓力冰壓力（1）靜冰壓力）靜

15、冰壓力 寒冷地區(qū)水庫表面冬季結(jié)成冰蓋，氣溫回升時，冰蓋會發(fā)生膨脹，寒冷地區(qū)水庫表面冬季結(jié)成冰蓋，氣溫回升時，冰蓋會發(fā)生膨脹，如果建筑物限制了冰蓋膨脹，冰蓋將對建筑物表面產(chǎn)生作用力。如果建筑物限制了冰蓋膨脹，冰蓋將對建筑物表面產(chǎn)生作用力。 目前沒有合適的公式計算靜冰壓力，規(guī)范建議作用于單位長度壩面目前沒有合適的公式計算靜冰壓力，規(guī)范建議作用于單位長度壩面的靜冰壓力按的靜冰壓力按P30表表1-3取值。取值。 冰壓力與溫度回升的速度有關(guān)，如果溫升比較慢，冰蓋產(chǎn)生塑性變形，冰壓力與溫度回升的速度有關(guān)，如果溫升比較慢，冰蓋產(chǎn)生塑性變形，使膨脹力得到釋放，作用在建筑物表面的壓力就會減小。使膨脹力得到釋放，

16、作用在建筑物表面的壓力就會減小。 冰蓋的膨脹作用力大小還與冰蓋的支撐條件有關(guān)，譬如對于土質(zhì)水庫冰蓋的膨脹作用力大小還與冰蓋的支撐條件有關(guān)，譬如對于土質(zhì)水庫岸坡，冰蓋膨脹時使土壤發(fā)生變形，并且冰蓋還會沿坡上爬，也就是說岸坡，冰蓋膨脹時使土壤發(fā)生變形，并且冰蓋還會沿坡上爬，也就是說土坡對冰蓋膨脹的阻力較小，因此，冰蓋膨脹對土坡的作用力也比較小。土坡對冰蓋膨脹的阻力較小，因此，冰蓋膨脹對土坡的作用力也比較小。7.冰壓力冰壓力（2）動冰壓力）動冰壓力 8. 地震荷載地震荷載 地震荷載是一種瞬時發(fā)生的特殊荷載，對重力壩而言主要有地震荷載是一種瞬時發(fā)生的特殊荷載，對重力壩而言主要有地震慣性力地震慣性力（水

17、平、鉛直）和（水平、鉛直）和地震動水壓力。地震動水壓力。 我國我國“水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范”規(guī)定：規(guī)定： 建筑物抗震設(shè)計中對地震烈度建筑物抗震設(shè)計中對地震烈度6度以下地區(qū)，不考慮地震影響。度以下地區(qū)，不考慮地震影響。 水工建筑物一般只考慮危害最大的水平方向地震作用；對設(shè)計烈度為水工建筑物一般只考慮危害最大的水平方向地震作用；對設(shè)計烈度為8、9度度的的I、II級擋水建筑物，同時計入水平、豎直方向的地震慣性力，但是豎向動水級擋水建筑物，同時計入水平、豎直方向的地震慣性力，但是豎向動水壓力一般不考慮。壓力一般不考慮。 水利水電工程的地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)取決于當(dāng)?shù)氐牡卣鸹玖叶群徒ㄖ锛?/p>

18、別，劃水利水電工程的地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)取決于當(dāng)?shù)氐牡卣鸹玖叶群徒ㄖ锛墑e，劃分有甲、乙、丙、丁分有甲、乙、丙、丁4個設(shè)防類別個設(shè)防類別 。 地震荷載計算方法有擬靜力法和動力法。對于地震設(shè)防為甲類的工程，采用地震荷載計算方法有擬靜力法和動力法。對于地震設(shè)防為甲類的工程，采用動力法計算；對于抗震設(shè)防為乙、丙類的設(shè)計烈度低于動力法計算；對于抗震設(shè)防為乙、丙類的設(shè)計烈度低于8度且壩高不超過度且壩高不超過70m的的重力壩可采用擬靜力法。重力壩可采用擬靜力法。 擬靜力法是將地震對建筑物的影響用等效靜荷載代替從而可采用靜力分析方擬靜力法是將地震對建筑物的影響用等效靜荷載代替從而可采用靜力分析方法。本課程只介紹擬

19、靜力法計算重力壩地震荷載。法。本課程只介紹擬靜力法計算重力壩地震荷載。 （1）地震慣性力）地震慣性力 重力壩沿壩軸線方向剛度大，一般只考慮順?biāo)鞣较蛩较虻卣鸷芍亓窝貕屋S線方向剛度大，一般只考慮順?biāo)鞣较蛩较虻卣鸷奢d。載。 對于順河流水平方向的地震慣性力，滿庫時按地震波向上游傳播考對于順河流水平方向的地震慣性力，滿庫時按地震波向上游傳播考慮，壩體受到指向下游的地震慣性力；庫空時按地震波向下游傳播，地慮，壩體受到指向下游的地震慣性力；庫空時按地震波向下游傳播，地震慣性力指向上游。震慣性力指向上游。 （1）地震慣性力）地震慣性力 （2）地震動水壓力）地震動水壓力 （9）其他荷載）其他荷載 作用

20、于重力壩其他荷載包括作用于重力壩其他荷載包括風(fēng)荷載風(fēng)荷載、雪荷載等雪荷載等，由于對重力壩的，由于對重力壩的影響比較小，一般情況下可以不考慮。影響比較小，一般情況下可以不考慮。 二、荷載組合二、荷載組合 除自重荷載之外，前面介紹的重力壩荷載總是變化的，而且這些除自重荷載之外，前面介紹的重力壩荷載總是變化的，而且這些荷載存在的概率也是變化的，設(shè)計時應(yīng)考慮這些荷載同時出現(xiàn)的可能性，荷載存在的概率也是變化的，設(shè)計時應(yīng)考慮這些荷載同時出現(xiàn)的可能性，也就是說要研究荷載的組合情況。也就是說要研究荷載的組合情況。 在規(guī)定的計算情況下，同時作用在結(jié)構(gòu)上的荷載的集合，稱在規(guī)定的計算情況下，同時作用在結(jié)構(gòu)上的荷載的

21、集合，稱為荷載組合。為荷載組合。 荷載組合的可能方式很多，一般選擇建筑物在施工、運(yùn)行、檢修期荷載組合的可能方式很多，一般選擇建筑物在施工、運(yùn)行、檢修期間可能出現(xiàn)的不利組合作為設(shè)計依據(jù)。建筑物設(shè)計時考慮的荷載組合通間可能出現(xiàn)的不利組合作為設(shè)計依據(jù)。建筑物設(shè)計時考慮的荷載組合通常有常有基本荷載組合基本荷載組合和和特殊荷載組合特殊荷載組合。 二、荷載組合二、荷載組合1. 基本荷載組合基本荷載組合 基本荷載組合是由經(jīng)常出現(xiàn)的荷載組成的荷載集合，用于建筑物的正基本荷載組合是由經(jīng)常出現(xiàn)的荷載組成的荷載集合，用于建筑物的正常設(shè)計情況。由于出現(xiàn)的概率較大，設(shè)計規(guī)范中規(guī)定了較大的安全系數(shù)和常設(shè)計情況。由于出現(xiàn)的

22、概率較大，設(shè)計規(guī)范中規(guī)定了較大的安全系數(shù)和安全超高。安全超高。 2.特殊荷載組合特殊荷載組合 特殊荷載組合是指包含特殊荷載（偶然出現(xiàn)的荷載）的組合，用于校特殊荷載組合是指包含特殊荷載（偶然出現(xiàn)的荷載）的組合，用于校核情況。由于出現(xiàn)的概率小，故安全系數(shù)和安全超高均較小核情況。由于出現(xiàn)的概率小，故安全系數(shù)和安全超高均較小 。 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范SL319-2005規(guī)定了重力壩設(shè)計中應(yīng)考慮的幾規(guī)定了重力壩設(shè)計中應(yīng)考慮的幾種基本荷載組合和特殊荷載組合，見表種基本荷載組合和特殊荷載組合，見表1-6 。 之所以把設(shè)計洪水位情況列入基本荷載組合，主要是針對以防洪為主之所以把設(shè)計洪水位情

23、況列入基本荷載組合，主要是針對以防洪為主的水庫，經(jīng)常出現(xiàn)防洪水位。的水庫，經(jīng)常出現(xiàn)防洪水位。 設(shè)計洪水位情況與正常蓄水位情況相比，多了一項荷載：動水壓力。設(shè)計洪水位情況與正常蓄水位情況相比，多了一項荷載：動水壓力。因為水在設(shè)計洪水位時溢流壩必定溢流因為水在設(shè)計洪水位時溢流壩必定溢流 。 冰凍情況荷載組合中沒有浪壓力、動水壓力，多了冰壓力。冰凍情況荷載組合中沒有浪壓力、動水壓力，多了冰壓力。 地震地震情況與正常蓄水位組合，因此沒有動水壓力，沒有冰壓力，多了地情況與正常蓄水位組合，因此沒有動水壓力，沒有冰壓力，多了地震荷載震荷載 。 重力壩在水平推力的作用下有兩種可能滑動方式，一種是重力壩在水平推

24、力的作用下有兩種可能滑動方式，一種是沿壩基表面滑動沿壩基表面滑動，另，另一種是一種是沿壩基巖體內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面滑動沿壩基巖體內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面滑動，如果基巖中存在軟弱結(jié)構(gòu)面的話。，如果基巖中存在軟弱結(jié)構(gòu)面的話。一、沿壩基面抗滑穩(wěn)定分析一、沿壩基面抗滑穩(wěn)定分析 之所以要演算壩體與基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定，原因有兩點(diǎn)：其一，該面之所以要演算壩體與基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定，原因有兩點(diǎn)：其一，該面承受的水平推力最大；其二，壩體與壩基接觸面是大壩最薄弱的截面。承受的水平推力最大；其二，壩體與壩基接觸面是大壩最薄弱的截面。 抗滑穩(wěn)定計算往往取單寬或一個壩段作為計算單元，計算公式有抗剪強(qiáng)抗滑穩(wěn)定計算往往取單寬或一個壩段作為計

25、算單元，計算公式有抗剪強(qiáng)度公式和抗剪斷公式兩種。度公式和抗剪斷公式兩種。1. 抗剪強(qiáng)度公式抗剪強(qiáng)度公式 采用抗剪強(qiáng)度公式計算大壩抗滑穩(wěn)定的基本假定在于把滑動面看成是采用抗剪強(qiáng)度公式計算大壩抗滑穩(wěn)定的基本假定在于把滑動面看成是接觸面，而不是膠結(jié)面。在滑動面上的阻力只考慮摩擦力，不考慮凝聚力。接觸面，而不是膠結(jié)面。在滑動面上的阻力只考慮摩擦力，不考慮凝聚力。 驗算抗滑穩(wěn)定，就是要研究可能滑動面上摩擦力與滑動力的比值關(guān)系，驗算抗滑穩(wěn)定，就是要研究可能滑動面上摩擦力與滑動力的比值關(guān)系，即計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。即計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。一、沿壩基面抗滑穩(wěn)定分析一、沿壩基面抗滑穩(wěn)定分析1. 抗剪強(qiáng)度公式抗剪

26、強(qiáng)度公式 忽略壩體、壩基結(jié)合面的凝聚力是偏于保守，因此采用此法驗算抗滑穩(wěn)忽略壩體、壩基結(jié)合面的凝聚力是偏于保守，因此采用此法驗算抗滑穩(wěn)定時采用較低的安全系數(shù)。定時采用較低的安全系數(shù)。 大壩造價對摩擦系數(shù)的取值十分敏感（新安江水庫大壩的值減小大壩造價對摩擦系數(shù)的取值十分敏感（新安江水庫大壩的值減小0.01,壩壩體混凝土就增加體混凝土就增加20000m3，要增加，要增加600萬元投資）。工程規(guī)模越大，取值就萬元投資）。工程規(guī)模越大，取值就越要謹(jǐn)慎。越要謹(jǐn)慎。一、沿壩基面抗滑穩(wěn)定分析一、沿壩基面抗滑穩(wěn)定分析2. 抗剪斷公式抗剪斷公式 二、深層抗滑穩(wěn)定分析二、深層抗滑穩(wěn)定分析 當(dāng)壩基巖體存在軟弱結(jié)構(gòu)面

27、時，壩體可能連同部分基巖沿該結(jié)構(gòu)面滑移。當(dāng)壩基巖體存在軟弱結(jié)構(gòu)面時，壩體可能連同部分基巖沿該結(jié)構(gòu)面滑移。 天然的軟弱結(jié)構(gòu)面的幾何形狀通常是不規(guī)則的，經(jīng)過綜合分析可概化天然的軟弱結(jié)構(gòu)面的幾何形狀通常是不規(guī)則的，經(jīng)過綜合分析可概化為單一直線滑動面（下游有沖刷坑，形成臨空面時，就可能是單一滑動面）為單一直線滑動面（下游有沖刷坑，形成臨空面時，就可能是單一滑動面）和折線滑動面。和折線滑動面。 單一直線滑動面的計算比較簡單，折線滑動面中雙滑動面的情況最為單一直線滑動面的計算比較簡單，折線滑動面中雙滑動面的情況最為常見，所以下面主要介紹雙滑動面的深層抗滑穩(wěn)定計算。常見，所以下面主要介紹雙滑動面的深層抗滑穩(wěn)

28、定計算。 深層抗滑穩(wěn)定計算以抗剪斷強(qiáng)度公式為主。深層抗滑穩(wěn)定計算以抗剪斷強(qiáng)度公式為主。二、深層抗滑穩(wěn)定分析二、深層抗滑穩(wěn)定分析 雙滑動面的深層抗滑穩(wěn)定計算雙滑動面的深層抗滑穩(wěn)定計算 通常假定滑動面的起點(diǎn)在壩踵處，將滑動面的轉(zhuǎn)折點(diǎn)假定在壩趾下方，為了便于通常假定滑動面的起點(diǎn)在壩踵處，將滑動面的轉(zhuǎn)折點(diǎn)假定在壩趾下方，為了便于計算，從壩趾作鉛直線將滑動巖體分割成兩個塊體，左邊部分為主動滑動移體，右邊計算，從壩趾作鉛直線將滑動巖體分割成兩個塊體，左邊部分為主動滑動移體，右邊部分為抗力體。部分為抗力體。 滑動面的形狀是根據(jù)軟弱結(jié)構(gòu)面的位置憑經(jīng)驗概化確定的，因此滑動體的最大深滑動面的形狀是根據(jù)軟弱結(jié)構(gòu)面的

29、位置憑經(jīng)驗概化確定的，因此滑動體的最大深度以及兩滑動面與水平面的夾角也就是已知的。度以及兩滑動面與水平面的夾角也就是已知的。二、深層抗滑穩(wěn)定分析二、深層抗滑穩(wěn)定分析 雙滑動面的深層抗滑穩(wěn)定計算雙滑動面的深層抗滑穩(wěn)定計算 由此可見，上面的方法計算深層抗滑穩(wěn)定有賴于計算人員計算經(jīng)驗由此可見，上面的方法計算深層抗滑穩(wěn)定有賴于計算人員計算經(jīng)驗的可靠性，計算結(jié)果很難做到準(zhǔn)確。因此對于大中型重力壩最好采用的可靠性，計算結(jié)果很難做到準(zhǔn)確。因此對于大中型重力壩最好采用有有限元法限元法和和地質(zhì)力學(xué)模型試驗法地質(zhì)力學(xué)模型試驗法分析深層抗滑穩(wěn)定分析深層抗滑穩(wěn)定三、提高抗滑穩(wěn)定性的工程措施三、提高抗滑穩(wěn)定性的工程措施

30、 安全和經(jīng)濟(jì)的雙重需要1. 把上游壩面做成向上游傾斜把上游壩面做成向上游傾斜（目的和注意事項）（目的和注意事項）2. 把壩基開挖成向上游傾斜把壩基開挖成向上游傾斜（圖（圖1-14(a)1-14(a)，(b)(b)）（作用和缺點(diǎn)）（作用和缺點(diǎn)）3.在壩踵處做齒墻在壩踵處做齒墻（圖（圖1-14(c)1-14(c)） （優(yōu)點(diǎn)和注意事項）（優(yōu)點(diǎn)和注意事項）4.采用抽水降壓措施采用抽水降壓措施（缺點(diǎn)）（缺點(diǎn)）5.采用預(yù)應(yīng)力鋼絲索將壩體錨固在基巖采用預(yù)應(yīng)力鋼絲索將壩體錨固在基巖一、應(yīng)力分析的目的和方法一、應(yīng)力分析的目的和方法1.目的目的為了核算壩體各部位的應(yīng)力狀態(tài)是否滿足要求為了核算壩體各部位的應(yīng)力狀態(tài)是

31、否滿足要求為了壩體材料分區(qū)為了壩體材料分區(qū)為孔口等應(yīng)力集中部位配筋提供依據(jù)為孔口等應(yīng)力集中部位配筋提供依據(jù)2.應(yīng)力分析的方法應(yīng)力分析的方法 選用什么方法進(jìn)行重力壩應(yīng)力分析，取決于建筑物級別（壩高）、選用什么方法進(jìn)行重力壩應(yīng)力分析，取決于建筑物級別（壩高）、地質(zhì)條件和壩體結(jié)構(gòu)。地質(zhì)條件和壩體結(jié)構(gòu)。 對于中等高度的壩，如果地質(zhì)條件比較好，壩體結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，可按對于中等高度的壩，如果地質(zhì)條件比較好，壩體結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，可按材料力學(xué)方法計算應(yīng)力。材料力學(xué)方法計算應(yīng)力。 對于壩內(nèi)孔口和局部構(gòu)件（如齒墻）可采用有限元法確定應(yīng)力分布，對于壩內(nèi)孔口和局部構(gòu)件（如齒墻）可采用有限元法確定應(yīng)力分布，作為配置鋼筋的依

32、據(jù)。作為配置鋼筋的依據(jù)。 對于高壩，尤其當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜，壩體、壩基材料彈性模量相差較大對于高壩，尤其當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜，壩體、壩基材料彈性模量相差較大時，應(yīng)該采用有限元法或結(jié)構(gòu)模型試驗進(jìn)行應(yīng)力分析。時，應(yīng)該采用有限元法或結(jié)構(gòu)模型試驗進(jìn)行應(yīng)力分析。二、應(yīng)力分析的材料力學(xué)方法根據(jù)材料力學(xué)知識，對于一個矩形截面構(gòu)件，如果已知作用在該截面上的軸根據(jù)材料力學(xué)知識，對于一個矩形截面構(gòu)件，如果已知作用在該截面上的軸力和彎矩，就可以利用偏心受壓公式求出該截面邊緣處的最大、最小應(yīng)力：力和彎矩，就可以利用偏心受壓公式求出該截面邊緣處的最大、最小應(yīng)力：式中：式中：A為截面面積；為截面面積；W為抗彎截面模量；為抗彎截面模

33、量；b為截面寬度；為截面寬度；h為截面高度。為截面高度。 對于重力壩而言，壩體最大應(yīng)力和最小應(yīng)力一般都出現(xiàn)在上、下游壩對于重力壩而言，壩體最大應(yīng)力和最小應(yīng)力一般都出現(xiàn)在上、下游壩面，因此自然想到采用材料力學(xué)中的偏心受壓公式這種簡單方法來計算壩面，因此自然想到采用材料力學(xué)中的偏心受壓公式這種簡單方法來計算壩體應(yīng)力。體應(yīng)力。 為了便于能夠運(yùn)用偏心受壓公式，做以下為了便于能夠運(yùn)用偏心受壓公式，做以下簡化處理和假定簡化處理和假定：二、應(yīng)力分析的材料力學(xué)方法簡化處理和假定：簡化處理和假定：沿壩軸線截取單位長度壩體，忽略兩側(cè)的約沿壩軸線截取單位長度壩體，忽略兩側(cè)的約束作用，把單位長度壩體作為固支在地基上的

34、束作用，把單位長度壩體作為固支在地基上的懸臂梁。懸臂梁。壩體材料為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性體壩體材料為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性體壩體任意水平截面上的正應(yīng)力呈直線分布，壩體任意水平截面上的正應(yīng)力呈直線分布，計算的水平截面一般選在壩面轉(zhuǎn)折點(diǎn)或厚度突計算的水平截面一般選在壩面轉(zhuǎn)折點(diǎn)或厚度突變處。變處。坐標(biāo)原點(diǎn)選在計算截面與下游壩面的交點(diǎn)，坐標(biāo)原點(diǎn)選在計算截面與下游壩面的交點(diǎn)，水平軸水平軸x向上游為正，豎直軸向上游為正，豎直軸y向下為正。正應(yīng)向下為正。正應(yīng)力以壓為正，以拉為負(fù)力以壓為正，以拉為負(fù) 。二、應(yīng)力分析的材料力學(xué)方法1.水平截面上的正應(yīng)力（鉛直正應(yīng)力）水平截面上的正應(yīng)力（鉛直正應(yīng)力） 由于

35、懸臂梁沿壩軸線方向的長度為單位長度，所以這里偏心受壓公式中由于懸臂梁沿壩軸線方向的長度為單位長度，所以這里偏心受壓公式中的矩形截面寬度為的矩形截面寬度為1m。2. 邊緣剪應(yīng)力邊緣剪應(yīng)力 為了計算邊緣剪應(yīng)力，為了計算邊緣剪應(yīng)力，在計算截面的上、下游邊在計算截面的上、下游邊緣取如圖緣取如圖 (a)所示的三角形所示的三角形微單元體。微單元體。2.邊緣剪應(yīng)力邊緣剪應(yīng)力 上面的力平衡分析中，運(yùn)上面的力平衡分析中，運(yùn)用了用了剪應(yīng)力雙生互等定理剪應(yīng)力雙生互等定理：相：相互垂直的兩個平面上，剪應(yīng)力互垂直的兩個平面上，剪應(yīng)力必然成對存在，且數(shù)值相等；必然成對存在，且數(shù)值相等；兩者都垂直于兩個平面的交線，兩者都垂

36、直于兩個平面的交線，方向則共同指向或共同背離這方向則共同指向或共同背離這一交線。一交線。 同樣，根據(jù)下游邊緣微單元體的豎向受力平衡條件可求出下游邊緣剪應(yīng)力。同樣，根據(jù)下游邊緣微單元體的豎向受力平衡條件可求出下游邊緣剪應(yīng)力。3. 水平正應(yīng)力水平正應(yīng)力4.主應(yīng)力主應(yīng)力 計算主應(yīng)力時，取如圖計算主應(yīng)力時，取如圖 (b)所示的三所示的三角形微單元體。由于上、下游壩面沒有剪角形微單元體。由于上、下游壩面沒有剪應(yīng)力，因此上、下游壩面為主應(yīng)力面，另應(yīng)力，因此上、下游壩面為主應(yīng)力面，另一主應(yīng)力面應(yīng)與壩面垂直。根據(jù)上、下游一主應(yīng)力面應(yīng)與壩面垂直。根據(jù)上、下游微單元體的力平衡條件，可分別求得微單元體的力平衡條件，

37、可分別求得上、上、下游邊緣主應(yīng)力值為：下游邊緣主應(yīng)力值為： 上、下游邊緣另一主應(yīng)力值就是作用在壩面上的水壓力強(qiáng)度：上、下游邊緣另一主應(yīng)力值就是作用在壩面上的水壓力強(qiáng)度： 4.主應(yīng)力主應(yīng)力5. 考慮揚(yáng)壓力時的邊緣應(yīng)力計算考慮揚(yáng)壓力時的邊緣應(yīng)力計算6.考慮地震作用時的邊緣應(yīng)力計算考慮地震作用時的邊緣應(yīng)力計算考慮地震作用時：考慮地震作用時： 關(guān)于壩體內(nèi)部應(yīng)力的計算關(guān)于壩體內(nèi)部應(yīng)力的計算 以上介紹的都是大壩邊緣應(yīng)力計算。本教材沒有介紹壩體內(nèi)部應(yīng)力計以上介紹的都是大壩邊緣應(yīng)力計算。本教材沒有介紹壩體內(nèi)部應(yīng)力計算，主要是考慮到：算，主要是考慮到： (1) 對于中小型重力壩，大壩的安全和經(jīng)濟(jì)一般由邊緣應(yīng)力和

38、整體穩(wěn)定性對于中小型重力壩，大壩的安全和經(jīng)濟(jì)一般由邊緣應(yīng)力和整體穩(wěn)定性條件控制條件控制; (2) 對于高壩或者是地質(zhì)條件復(fù)雜的中、低壩，規(guī)范要求采用有對于高壩或者是地質(zhì)條件復(fù)雜的中、低壩，規(guī)范要求采用有限單元法進(jìn)行應(yīng)力分析。限單元法進(jìn)行應(yīng)力分析。 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法 根據(jù)重力壩的材料性能和變形特點(diǎn)，重力壩有限元法應(yīng)力計算一般采用根據(jù)重力壩的材料性能和變形特點(diǎn)，重力壩有限元法應(yīng)力計算一般采用比較簡單的線彈性理論。比較簡單的線彈性理論。 重力壩有限單元法的彈性分析大體包括以下步驟和內(nèi)容：重力壩有限單元法的彈性分析大體包括以下步驟和內(nèi)容： yu 自然界的許多物理現(xiàn)象，如結(jié)構(gòu)受力自然界的許

39、多物理現(xiàn)象，如結(jié)構(gòu)受力效應(yīng)、流體運(yùn)動、電流運(yùn)動、溫度擴(kuò)散、效應(yīng)、流體運(yùn)動、電流運(yùn)動、溫度擴(kuò)散、等等，都可以用數(shù)理方程來描述。這些數(shù)等等，都可以用數(shù)理方程來描述。這些數(shù)理方程都是理方程都是偏微分方程偏微分方程，不能直接求出，不能直接求出解解析解析解。需要：。需要：（1 1）將連續(xù)的）將連續(xù)的計算域離散化計算域離散化；（2）借助有限單元法）借助有限單元法將偏微分方程轉(zhuǎn)化將偏微分方程轉(zhuǎn)化成線性方程成線性方程才能求出才能求出數(shù)值解數(shù)值解。 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法 壩基應(yīng)該包括主要的地質(zhì)構(gòu)造，而且要取足夠大的范圍，使得壩基邊壩基應(yīng)該包括主要的地質(zhì)構(gòu)造，而且要取足夠大的范圍，使得壩基邊緣的位移小到

40、可以忽略不計。緣的位移小到可以忽略不計。 yu1 1、確定計算對象、確定計算對象 對于不是特別重要和復(fù)雜的重力壩，對于不是特別重要和復(fù)雜的重力壩，一般可以截取單位長度壩體和壩基，按照一般可以截取單位長度壩體和壩基，按照平面問題對待。平面問題對待。 壩體應(yīng)力沿上下游方向及豎直方向變壩體應(yīng)力沿上下游方向及豎直方向變化較大，沿壩軸線方向變化相對較小，可化較大，沿壩軸線方向變化相對較小，可以近似看成以近似看成平面應(yīng)力問題平面應(yīng)力問題。 壩基沿壩軸線方向的變形比其他兩個壩基沿壩軸線方向的變形比其他兩個方向小，所以可看成方向小，所以可看成平面應(yīng)變問題平面應(yīng)變問題。三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu2 2、

41、結(jié)構(gòu)離散化、結(jié)構(gòu)離散化（1 1）將計算區(qū)域離散成有限個計算單元）將計算區(qū)域離散成有限個計算單元 通常將計算對象劃分有限多個三角形通常將計算對象劃分有限多個三角形或四邊形單元，這些單元只在結(jié)點(diǎn)處相互或四邊形單元，這些單元只在結(jié)點(diǎn)處相互聯(lián)系聯(lián)系結(jié)點(diǎn)相互鉸接結(jié)點(diǎn)相互鉸接。（2 2）在壩基邊緣加上約束）在壩基邊緣加上約束 由于截取的范圍足夠大，壩基邊緣位由于截取的范圍足夠大，壩基邊緣位移小得可以忽略不計，因此壩基約束為移小得可以忽略不計，因此壩基約束為固固定支撐約束定支撐約束。三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu3 3、建立位移模式、建立位移模式 在式（在式（4）中代入三角形單元）中代入三角形單元3個結(jié)

42、點(diǎn)的坐標(biāo)和位移，得到：個結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)和位移，得到：三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu3 3、建立位移模式、建立位移模式 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu3 3、建立位移模式、建立位移模式 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu3 3、建立位移模式、建立位移模式 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu3 3、建立位移模式、建立位移模式 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu4 4、應(yīng)變、應(yīng)變 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu5 5、變形本構(gòu)關(guān)系、變形本構(gòu)關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu5 5、變形本構(gòu)關(guān)系、變形本構(gòu)關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法

43、yu5 5、變形本構(gòu)關(guān)系、變形本構(gòu)關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu5 5、變形本構(gòu)關(guān)系、變形本構(gòu)關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu6 6、虛功原理、虛功原理推求推求單元剛度矩陣單元剛度矩陣（建立結(jié)點(diǎn)力與應(yīng)變之間關(guān)系）（建立結(jié)點(diǎn)力與應(yīng)變之間關(guān)系） 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu6 6、虛功原理、虛功原理推求推求單元剛度矩陣單元剛度矩陣（建立結(jié)點(diǎn)力與應(yīng)變之間關(guān)系）（建立結(jié)點(diǎn)力與應(yīng)變之間關(guān)系） 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu6 6、虛功原理、虛功原理推求推求單元剛度矩陣單元剛度矩陣（建立結(jié)點(diǎn)力與應(yīng)變之間關(guān)系）（建立結(jié)點(diǎn)力與應(yīng)變之間

44、關(guān)系） 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu6 6、虛功原理、虛功原理推求推求單元剛度矩陣單元剛度矩陣（建立結(jié)點(diǎn)力與應(yīng)變之間關(guān)系）（建立結(jié)點(diǎn)力與應(yīng)變之間關(guān)系） 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu6 6、虛功原理、虛功原理推求推求單元剛度矩陣單元剛度矩陣（建立結(jié)點(diǎn)力與應(yīng)變之間關(guān)系）（建立結(jié)點(diǎn)力與應(yīng)變之間關(guān)系） 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu7 7、力的平衡方程、力的平衡方程推求推求總體剛度矩陣總體剛度矩陣 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu7 7、力的平衡方程、力的平衡方程推求推求總體剛度矩陣總體剛度矩陣 三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu8 8、求解求解節(jié)點(diǎn)位移節(jié)點(diǎn)位移與與節(jié)點(diǎn)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)應(yīng)力三

45、、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu9 9、有限元應(yīng)力分析成果、有限元應(yīng)力分析成果比較圖比較圖(a)和圖和圖(b)可以發(fā)現(xiàn)，可以發(fā)現(xiàn)，溫降荷載對該壩的應(yīng)力有溫降荷載對該壩的應(yīng)力有很大影響。很大影響。這是由于這是由于Norfork壩施工中壩施工中采用通倉澆筑，壩內(nèi)沒有采用通倉澆筑，壩內(nèi)沒有縱縫，因而接縫灌漿前沒縱縫，因而接縫灌漿前沒有水管冷卻，水庫蓄水時，有水管冷卻，水庫蓄水時，壩內(nèi)、壩面存在較大的溫壩內(nèi)、壩面存在較大的溫差，因而產(chǎn)生了較大的溫差，因而產(chǎn)生了較大的溫度應(yīng)力。度應(yīng)力。該壩內(nèi)逐漸形成了一條貫該壩內(nèi)逐漸形成了一條貫穿性大裂縫。穿性大裂縫。三、重力壩應(yīng)力分析的有限元方法yu9 9、有限元應(yīng)力

46、分析成果、有限元應(yīng)力分析成果圖圖1-20是某重力壩的是某重力壩的主應(yīng)力軌跡線主應(yīng)力軌跡線，實線為第一主應(yīng)力軌，實線為第一主應(yīng)力軌跡線（即作用方向線），虛線實線為第二主應(yīng)力軌跡線。跡線（即作用方向線），虛線實線為第二主應(yīng)力軌跡線。四、重力壩的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)四、重力壩的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn) 1. 對于壩基面對于壩基面（1）運(yùn)用期）運(yùn)用期 在各種荷載組合下，上游端的鉛直正應(yīng)力均不得出現(xiàn)拉應(yīng)力，即要求；下游端在各種荷載組合下，上游端的鉛直正應(yīng)力均不得出現(xiàn)拉應(yīng)力，即要求；下游端的鉛直正應(yīng)力不得超過壩基的允許壓應(yīng)力。的鉛直正應(yīng)力不得超過壩基的允許壓應(yīng)力。（2）施工期）施工期 下游端壩基面的鉛直正應(yīng)力允許出現(xiàn)不大于下

47、游端壩基面的鉛直正應(yīng)力允許出現(xiàn)不大于0.1MPa的拉應(yīng)力。的拉應(yīng)力。2. 對于壩體對于壩體（1）運(yùn)用期）運(yùn)用期 上游面的鉛直正應(yīng)力不得出現(xiàn)拉應(yīng)力，即要求；壩體最大主應(yīng)力不得超過混凝土上游面的鉛直正應(yīng)力不得出現(xiàn)拉應(yīng)力，即要求；壩體最大主應(yīng)力不得超過混凝土的允許壓應(yīng)力。的允許壓應(yīng)力。（2）施工期）施工期 壩體最大主應(yīng)力不得超過混凝土的允許壓應(yīng)力；下游壩面允許出現(xiàn)不大于壩體最大主應(yīng)力不得超過混凝土的允許壓應(yīng)力；下游壩面允許出現(xiàn)不大于0.2MPa的主拉應(yīng)力。的主拉應(yīng)力。 在地震荷載作用下，壩基面和壩體的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合在地震荷載作用下，壩基面和壩體的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合水工建筑物抗震設(shè)計水工建筑物抗震

48、設(shè)計規(guī)范規(guī)范SL203-97的要求。的要求。一、水工建筑物安全度表示方法一、水工建筑物安全度表示方法 為了水工建筑物的安全，建筑物的設(shè)計方案應(yīng)保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性等為了水工建筑物的安全，建筑物的設(shè)計方案應(yīng)保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性等方面有一定的安全儲備。方面有一定的安全儲備。 目前在水利、電力兩家行業(yè)對水工結(jié)構(gòu)安全度的目前在水利、電力兩家行業(yè)對水工結(jié)構(gòu)安全度的表示存在兩套方法，即單一安全系數(shù)法和極限狀態(tài)可靠度設(shè)計法。表示存在兩套方法，即單一安全系數(shù)法和極限狀態(tài)可靠度設(shè)計法。一、水工建筑物安全度表示方法一、水工建筑物安全度表示方法一、水工建筑物安全度表示方法一、水工建筑物安全度表示方法2. 2. 極限

49、狀態(tài)可靠度設(shè)計法極限狀態(tài)可靠度設(shè)計法一、水工建筑物安全度表示方法一、水工建筑物安全度表示方法2. 2. 極限狀態(tài)可靠度設(shè)計法極限狀態(tài)可靠度設(shè)計法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法2. 2. 極限狀態(tài)可靠度設(shè)計法極限狀態(tài)可靠度設(shè)計法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法1. 作用與作用效應(yīng)組合作用與作用效應(yīng)組合（1）作用）作用 使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的原因稱為作用。作用分為直接作用和間接作使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的原因稱為作用。作用分為直接作用和間接作

50、用：用： 直接作用直接作用就是指直接施加在建筑物上的荷載，如水壓力、浪壓力、泥就是指直接施加在建筑物上的荷載，如水壓力、浪壓力、泥沙壓力以及自重等。沙壓力以及自重等。 間接作用間接作用是指混凝土收縮、溫度變化、地基不均勻沉降、地震等能夠是指混凝土收縮、溫度變化、地基不均勻沉降、地震等能夠引起結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力和變形的外部作用因素，這些作用因素并非荷載，但是引起結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力和變形的外部作用因素，這些作用因素并非荷載，但是能夠產(chǎn)生荷載一樣的作用效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形。能夠產(chǎn)生荷載一樣的作用效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形。二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法1. 作用與作用效應(yīng)組合作用

51、與作用效應(yīng)組合（1）作用）作用 按作用持續(xù)的時間，作用分為永久作用、可變作用和偶然作用。按作用持續(xù)的時間，作用分為永久作用、可變作用和偶然作用。 永久作用永久作用是指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)其值保持不變，如：自重、土壓力等。是指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)其值保持不變，如：自重、土壓力等。 可變作用可變作用是指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)作用長期存在，但其數(shù)值變動明顯，如：是指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)作用長期存在，但其數(shù)值變動明顯，如：各種水荷載、溫度作用、冰凍作用等。各種水荷載、溫度作用、冰凍作用等。 偶然作用偶然作用是指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)有一定遭遇機(jī)率（如大地震取是指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)有一定遭遇機(jī)率（如大地震取2%10%），作用持續(xù)時間段，但結(jié)

52、構(gòu)反應(yīng)強(qiáng)度大，如地震、校核洪水及考慮），作用持續(xù)時間段，但結(jié)構(gòu)反應(yīng)強(qiáng)度大，如地震、校核洪水及考慮壩基排水設(shè)施與故障失效條件下的滲透壓力。壩基排水設(shè)施與故障失效條件下的滲透壓力。二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法1. 作用與作用效應(yīng)組合作用與作用效應(yīng)組合（2）作用效應(yīng)組合）作用效應(yīng)組合 作用效應(yīng)是指施加在結(jié)構(gòu)上的作用應(yīng)起的結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，如軸力、彎矩、作用效應(yīng)是指施加在結(jié)構(gòu)上的作用應(yīng)起的結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，如軸力、彎矩、剪力、應(yīng)力等內(nèi)力和位移、應(yīng)變、裂縫等變形。剪力、應(yīng)力等內(nèi)力和位移、應(yīng)變、裂縫等變形。 所謂作用效應(yīng)組合是指結(jié)構(gòu)上幾種可能同時出現(xiàn)的作用分別產(chǎn)生的作所謂作用效應(yīng)組合是指結(jié)

53、構(gòu)上幾種可能同時出現(xiàn)的作用分別產(chǎn)生的作用效應(yīng)的組合。用效應(yīng)的組合。 進(jìn)行水工結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同設(shè)計狀況（持久狀況、短暫狀況、進(jìn)行水工結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同設(shè)計狀況（持久狀況、短暫狀況、偶然狀況），對可能同時出現(xiàn)的作用，按偶然狀況），對可能同時出現(xiàn)的作用，按承載力極限狀態(tài)承載力極限狀態(tài)和和正常使用極限正常使用極限狀態(tài)狀態(tài)分別進(jìn)行作用效應(yīng)組合，并采取各自最不利的組合進(jìn)行設(shè)計。內(nèi)力和分別進(jìn)行作用效應(yīng)組合，并采取各自最不利的組合進(jìn)行設(shè)計。內(nèi)力和變形。變形。二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法1. 作用與作用效應(yīng)組合作用與作用效應(yīng)組合（2）作用效應(yīng)組合）作用效應(yīng)組合 基本組合：基

54、本組合：對以發(fā)電為主的水庫：上游水位取正常蓄水位。對以發(fā)電為主的水庫：上游水位取正常蓄水位。對以防洪為主的水庫：上游水位取防洪高水位。對以防洪為主的水庫：上游水位取防洪高水位。偶然組合：偶然組合：水荷載取壩上游校核洪水和相應(yīng)情況泄洪時的上、下游水位的水壓力、揚(yáng)水荷載取壩上游校核洪水和相應(yīng)情況泄洪時的上、下游水位的水壓力、揚(yáng)壓力，動水壓力與其它可變作用和永久作用組合壓力，動水壓力與其它可變作用和永久作用組合. 二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法2. 分項系數(shù)分項系數(shù) 在分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計式中設(shè)置了在分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計式中設(shè)置了5種系數(shù)，分別用于考慮結(jié)構(gòu)的安種系數(shù)，分別用

55、于考慮結(jié)構(gòu)的安全級別、設(shè)計狀況、荷載的變異型、材料性能的變異型和計算模式不定性全級別、設(shè)計狀況、荷載的變異型、材料性能的變異型和計算模式不定性采取各自最不利的組合進(jìn)行設(shè)計。采取各自最不利的組合進(jìn)行設(shè)計。二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法2. 分項系數(shù)分項系數(shù)持久狀況持久狀況是指結(jié)構(gòu)使用時長期處于此狀況。是指結(jié)構(gòu)使用時長期處于此狀況。短暫狀況短暫狀況是指結(jié)構(gòu)在施工、檢修期或使用過程中一定會遇到，但是持續(xù)時是指結(jié)構(gòu)在施工、檢修期或使用過程中一定會遇到，但是持續(xù)時間短、次數(shù)少的狀況，如施工期的分期擋水等，其作用值及其組合與建筑間短、次數(shù)少的狀況，如施工期的分期擋水等，其作用值及

56、其組合與建筑物施工和檢修時的條件相適應(yīng)。物施工和檢修時的條件相適應(yīng)。短暫狀況短暫狀況是在持久使用中出現(xiàn)的偶然現(xiàn)象，如地震、校核洪水和排水失效。是在持久使用中出現(xiàn)的偶然現(xiàn)象，如地震、校核洪水和排水失效。二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法2. 分項系數(shù)分項系數(shù)二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法2. 分項系數(shù)分項系數(shù)二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法2. 分項系數(shù)分項系數(shù)二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法2. 分項系數(shù)分項系數(shù)二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法2. 分項系數(shù)分項系數(shù)二、分項系

57、數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法3. 極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式 二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法3. 極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式 二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法3. 極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式 二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法3. 極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式 二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法3. 極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式 二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法二、分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法3. 極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式 三、重力壩

58、的分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法三、重力壩的分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法 三、重力壩的分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法三、重力壩的分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法 三、重力壩的分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法三、重力壩的分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法 三、重力壩的分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法三、重力壩的分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法 一、基本剖面一、基本剖面 重力壩承受的主要荷載是上游水重力壩承受的主要荷載是上游水壓力、壩底揚(yáng)壓力和自重，控制剖面壓力、壩底揚(yáng)壓力和自重，控制剖面尺寸的主要因素是抗滑、抗傾穩(wěn)定要尺寸的主要因素是抗滑、抗傾穩(wěn)定要求。求。 為了抵抗水壓力產(chǎn)生的滑動力以為了抵抗水壓力產(chǎn)生的滑動力以及水壓力與揚(yáng)壓力產(chǎn)生的傾覆力，重及水壓力與揚(yáng)壓力產(chǎn)生的

59、傾覆力，重力壩的基本剖面應(yīng)該是上游坡比較陡、力壩的基本剖面應(yīng)該是上游坡比較陡、下游坡比較緩的三角形。下游坡比較緩的三角形。二、實用剖面二、實用剖面 1.1.壩頂高程壩頂高程二、實用剖面二、實用剖面 2.2.壩頂寬壩頂寬 壩頂應(yīng)有一定寬度，以方便管理壩頂應(yīng)有一定寬度，以方便管理和交通。和交通。無特殊要求時，壩頂寬采用壩高的無特殊要求時，壩頂寬采用壩高的8%10%,且不小于且不小于3m。當(dāng)有交通要求時，壩頂寬按交通需當(dāng)有交通要求時，壩頂寬按交通需要布置。要布置。二、實用剖面二、實用剖面 3.壩坡壩坡 對壩基承載能力強(qiáng)、摩擦系數(shù)對壩基承載能力強(qiáng)、摩擦系數(shù)大的情況，抗滑穩(wěn)定有保障，可將大的情況，抗滑穩(wěn)定有保障，可將上游面做成鉛直的，避免上游產(chǎn)生上游面做成鉛直的，避免上游產(chǎn)生拉應(yīng)力。拉應(yīng)力。 當(dāng)壩基比較差，壩體剖面受控當(dāng)壩基比較差，壩體剖面受控于抗滑穩(wěn)定，上游面可做成稍微傾于抗滑穩(wěn)定，上游面可做成稍微傾向上游，利用一部分水重增強(qiáng)抗滑向上游，利用一部分水重增強(qiáng)抗滑穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 通常上游壩坡系數(shù)通常上游壩坡系數(shù) m1=00.3; 下游壩坡系數(shù)下游壩坡系數(shù)m2=0.60.9。 二、實用剖面二、實用剖面 4.4.上游折坡高度上游折坡高度上游折坡高度上游折坡高度h h的確定：的確定：（1 1）考慮取水管口、泄流孔口的布）