重力壩剖面的優(yōu)化設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書資料

一、基本資料某河流域形狀狹長，兩岸為陡峻山體，河流水量較豐富，河道坡陡流急。擬建樞紐工程擔(dān)負(fù)著發(fā)電、防洪、灌溉、航運等任務(wù)。1、地質(zhì)勘查基本資料河床可利用基巖高程為28.00m，壩體混凝土與基巖之間摩擦系數(shù)為0.63，抗剪強度系數(shù)f為0.95；抗剪斷凝聚力次為0.9MPa。2、氣象資料本地區(qū)春秋雨量豐沛，冬季雨量較少；夏季常有暴雨，集中出現(xiàn)在六、七、八月，強度較大。相應(yīng)洪水季節(jié)50年重現(xiàn)期最大風(fēng)速的多年平均值為16.8m/s，相應(yīng)設(shè)計洪水位時吹程1.9km，相應(yīng)校核洪水位時吹程2.1km。3、經(jīng)水文、水利調(diào)洪演算確定：死水位92.00m；設(shè)計洪水位115.00m，相應(yīng)的庫容為27.6億m3，相應(yīng)下游水位45.50m，通過河床式溢洪道下泄流量5850.53m3/s；校核洪水位118.82m，相應(yīng)下游水位48.67m，通過河床式溢洪道下泄流量6752.33m3/s；庫底淤沙高程44.52m，淤沙浮容重=8.71KN/m3。4、相關(guān)的壩體初步設(shè)計基本資料樞紐的主體工程由非溢流壩段、溢流壩段、泄水底孔壩段、船閘組成，采用左岸修建地下電站廠房。非溢流壩段：各壩段長20m；溢流壩段全長60m，分3個壩段，每段長20m，共分3孔。二、非溢流重力壩剖面設(shè)計2.1非溢流壩段剖面設(shè)計原則重力壩剖面設(shè)計原則是：①滿足穩(wěn)定和強度要求，保證大壩的安全；②工程量要?。虎圻\用方便；④便于施工。非溢流壩段的基本斷面呈三角形，其頂點宜在壩頂附近?；緮嗝嫔喜吭O(shè)壩頂結(jié)構(gòu)。根據(jù)交通和運行管理的需要，壩頂應(yīng)有足夠的寬度。為防波浪漫過壩頂，在靜水位以上還應(yīng)留有一定的超高。擬定基本剖面，再根據(jù)運用及其他要求，將基本剖面修改成為實用剖面，最后對實用剖面在全部荷載作用下進(jìn)行應(yīng)力分析和穩(wěn)定驗算，經(jīng)過反復(fù)修改和計算，確定合理的壩體剖面。2.1.1確定基本設(shè)計參數(shù)重力壩的基本剖面是指壩體在自重、靜水壓力（水位與壩頂平齊）和揚壓力三項主要荷載作用下，滿足強度和穩(wěn)定性要求，使工程量最小的三角形剖面。在已知壩高H，水壓力P、抗剪強度參數(shù)f、c和揚壓力U的條件下，根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。2.1.2壩頂高程的計算壩壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻高程，應(yīng)高于波浪頂高程。壩頂高程二設(shè)計/校核洪水位+安全超高，選用其中較大者。安全超高：(2-1)式中：Ah——壩頂超高，即防浪墻頂至設(shè)計洪水位或校核洪水位的高差m；h1%——累計頻率為1%的波浪高度，m；々——波浪中心線高于靜水位的高度，m；七——安全加高，取值按表2-1.表2-1安全超高h(yuǎn)c（m）何載組合（運用情況）壩的級別1234、5基本組合（正常情況）0.70.50.40.3特殊組合（校核情況）0.50.40.30.2（1）設(shè)計水位工況根據(jù)基本資料，相應(yīng)洪水季節(jié)50年重現(xiàn)期最大風(fēng)速的多年平均值為16.8m/s，相應(yīng)吹程1.9km，壩前水位二115-28=87（m）由于本工程為內(nèi)陸峽谷水庫，根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》SL319-2005,采用官廳公式計算波高和波長。

V20=0.0076V-1120(gDV20=0.0076V-1120(gD丫'3V2

k0)(2-2)h%=0.0076x16.8-F12x16.82x(9.81x1900)1/3+9.81=0.70(m)—m—0.331()1/3.75V2V20(2-3)Lm=0.331x16.82x16.8-1/2.15x(9.81x1900、1/3.75k16.827.84(m)其中，LmV20(2-3)Lm=0.331x16.82x16.8-1/2.15x(9.81x1900、1/3.75k16.827.84(m)其中，Lm一為平均波長查《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》表B.6.3-1得:h%=h%-1.95x2.42=0.87（m）波浪中心線至計算水位的高度：(2-4)h=*coL

zLLmm=0.32(m)(2-5)此時，壩頂高程=115+0.32+0.5+0.87=116.69m（2）校核水位情況相應(yīng)洪水季節(jié)50年重現(xiàn)期最大風(fēng)速的多年平均值為16.8m/s，相應(yīng)吹程2.1km，壩前水位為118.82-28=90.82（m）根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》SL319-2005,V200.0076V-1120(gD丫3(2-6)h%=0.0076x16.8-112x16.82(9.81x2100丫3k16.82/+9.81=0.73(m)gDV200.331(—)1/3.75V20(2-7)L=0.331xI6.82x16.8-1/2.15(9.81x2100]1/3.75k16.82/=8.05(m)Lm一為平均波長查《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》表B.6.3-1得：h%=h%-1.95x2.42=0.91(m)波浪中心線至計算水位的高度：(2-8)h="?i%2coth2^^=0.32(m)zLL(2-8)此時，壩頂高程=118.82+0.32+0.5+0.91=120.55m兩者相比較，取壩頂高程為122m。表2-2累積頻率為P(%)的波高與平均波高的比值如Pt%)0.11234510132050%02.972.422.232.112.021.951.711.611.430.940.12.702.262.092.001.921.871.651.561.410.960.22.462.091.961.881.811.761.591.511.370.9S0.32.231.931.831.761.701.661.521.451.341.000.42.011.781.681.641.601.561.441.391.301.010.SL.SO1.631.561.521.491.461.371.S31.251.012.1.2壩頂寬度的確定根據(jù)《重力壩設(shè)計規(guī)范》考慮設(shè)備布置、運行、檢修、施工交通等要求混凝土，壩頂寬度一般為取9m2.1.3壩底寬度的確定根據(jù)工程經(jīng)驗，底寬一般為壩高的0.7?0.9倍，初步設(shè)計取壩底寬度為70m左右。2.1.4上下游壩坡率的確定根據(jù)工程經(jīng)驗一般情況下，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m=0.6?0.8；參考已建成工程的經(jīng)驗在本工程中可取上游壩坡坡率為n=0.1，下游壩坡坡率為m=0.7。由剖面設(shè)計軟件計算出最優(yōu)剖面。廊道的確定在此工程設(shè)計中，采用簡單的單層廊道，根據(jù)根據(jù)SL319-2005《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》知基礎(chǔ)灌漿廊道寬度為2.5?3.0m，高度取3.0?3.5m。廊道的上游壁距離上游壩面的最小距離為該處壩面水頭的0.05?0.1倍，并且不小于3.0m。廊道的斷面應(yīng)根據(jù)其用途決定，同一類型廊道盡量采用定性斷面。本工程廊道采用城門洞形，斷面尺寸為3.0x3.0m2；廊道底面距離壩基5.0m，則廊道上游面距上游壩面為：d'=(0.05?0.1)H'=(0.05?0.1)x(94-5)=4.45?8.9m，取d'=5m。初步擬定其實用剖面如下圖2.1所示，其中壩頂寬度為9m，壩底寬度為69m。上游起坡點高程為68m，下游起坡點高程為108m。2.2確定荷載作用力下列計算過程中，取單位寬度壩體研究，取荷載作用方向向下為正方向，向右為正方向；力矩取順時針方向為正。式中負(fù)號表示與所選取正方向相反。2.2.1確定各分項系數(shù)根據(jù)國家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-94)，確定該工程為111等工程。其主要水工建筑物按3級建筑物設(shè)計，建筑物亦按4級建筑物設(shè)計。其結(jié)構(gòu)安全級別為III級，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為Y0=0.9又由《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》(DL5108-1999)中查得自重、靜水壓力的作用分項系數(shù)為1.0，滲透壓力的作用分項系數(shù)為1.2,浮托力的作用分項系數(shù)為1.0，淤沙壓力的作用分項系數(shù)為1.2,波浪壓力的作用分項系數(shù)為1.2。材料分項系數(shù)中，混凝土/基巖的抗剪斷摩擦系數(shù)為1.3,粘聚力分項系數(shù)為3.0，混凝土抗壓強度分項系數(shù)為1.5由《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范(DL5108-1999)中查得抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)設(shè)計式中基本組合和偶然組合的結(jié)、構(gòu)系數(shù)都為Yd=1.2,混凝土抗壓極限狀態(tài)設(shè)計式中的基本組合和偶然組合的結(jié)構(gòu)系數(shù)為Yd=1.8。根據(jù)SL—2005《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》，重力壩的幾種見下表：

表2-3荷載組合表何載組合主要工況何載自重靜水壓力揚壓力泥沙壓力浪壓力地震何載動水壓力其他荷載基本組合(1)正常蓄水位VVVVV(2)設(shè)計洪水位VVVVV(3)冰凍情況VVVVV特殊組合(1)校核洪水位VVVVV(2)地震情況VVVVVV2.2.2壩體自重設(shè)計采用的混凝土為R18o20.0Mpa，三級配，其理論容重為24kg/m3。分三塊計算：P='yH2wW=yVH/—3(2-9)(2-10)(2-11)(2-12)式中y——水的容重，取9.81KN/m3；H計算點以上水深，m；V^——壩斜坡面以上水的體積，m'；L力臂，m。壩體自重：W=yV=24x9x24—20304(KN)力矩G——527904(KN?M)3W=yV=24x2x402x0.1—1920.00(KN)力矩G——61120(KN?M)4W5=yV5=24x2x802x0.7—53760(KN)力矩G——152320(KN?M)5荷載值：七—W3+W4+W5—75984(KN)力矩值：G=-741344(KN?M)2.2.3靜水壓力設(shè)計水位工況式計算，上游水位為115m，相應(yīng)下游水位為45.5m，水平力臂按照(2-11)鉛直力臂按照式(2-12)計算。式計算，上游：水平水壓力：P—1yH2—1x9.81x872—37125.9(KN)1設(shè)2w1設(shè)2

力臂L=士設(shè)=29(m)1設(shè)3水平力矩值：M設(shè)=P設(shè)xL設(shè)=1076652；KN?M)鉛直水壓力：W設(shè)=yV設(shè)=9.81x0.1x40x(87+87-40):2=2629.08；KN)力臂L設(shè)=|=34.5(m)鉛直力矩值：￡設(shè)=-W設(shè)xL設(shè)=-90703.2KKN?M)下游：水平水壓力：P=-yH2=-1x9.81x17質(zhì)=-1502.1(KN)2設(shè)2w2設(shè)2.一H力臂L=2設(shè)=5.8333(m)1設(shè)3水平力矩值：M2設(shè)=P2設(shè)xL2設(shè)=-8762.58(KN?M)鉛直水壓力：W=1yV=1x9.81x17.52x0.7=1051.51(KN)2設(shè)2w2設(shè)2力臂L=B=34.5(m)設(shè)2鉛直力矩值：2設(shè)=W2設(shè)xL=36277.07(KN?M)校核水位工況上游相應(yīng)水位118.82m,下游相應(yīng)水位48.67m上游側(cè):水平水壓力:=1x9.81x90.822=40457.7&KN)2水平水壓力:力臂L1校

30.27(m)水平力矩值:鉛直水壓力:M1校W1校=P1校=yVw1校=122479女KN?M)xL1校=9.81x(87+87-40)x0.1x40:2=2778.9(KN)力臂AI34.5(m)鉛直力矩值:-W1校xL校=-95874.7(KN?M)下游側(cè):水平水壓力：P=-yH2=—1x9.81x20.67=—2095.60CN)2校2w2校2.一H力胃L=2校=6.89(m)2校3水平力矩值：M2校=七校xL2校=—14439.(KN?M)鉛直水壓力：W=1yV=1466.96IKN)2校2w2校力臂L=—=34.5(m)校2鉛直力矩值：七校=W2校xL校=50610.09(KN?M)2.2.4揚壓力目前在重力壩設(shè)計中在用壩底面揚壓力分布圖型如下圖所示。由《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》中表B.3.1查得河床壩段底面的滲透壓力系數(shù)a=0.2,又由《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》(DL5108-1999)中表8.2.1-1查得揚壓力中滲透壓力的作用分項系數(shù)為1.2，浮托力的作用分項系數(shù)為1.其中n=0.2,Hu為上游水深，Hd為下游水深。圖2-2揚壓力計算示意圖各部分揚壓力計算公式：第一部分：U1=—2門By(H—氣)(1—a)眨捋)'=B(2-3")(2-14)第二部分第三部分:第四部分:=_12(1-n)Bya(H-H「=—B(』—3U3=—qB㈤(H—H「L=—1B(1—q)32U4=—ByHdL4=0（2-15）（2-16）（2-17）（2-18）（2-19）（2-20）式中，U1、U2、U3、U4——1,2,3,4部分的揚壓力，KN;L、L、L、L1,2,3,4部分揚壓力對應(yīng)的力臂,m。1234（1）設(shè)計水位情況:第一部分滲透壓力:七設(shè)=—2qBy(H設(shè)—氣設(shè))G—a)=—2454.46KN)力臂：L/b(2-3q)力矩：M設(shè)=U設(shè)xL設(shè)=—73388.4(KN?M)第二部分滲透壓力：2設(shè)力臂:力矩:—2(1—q)Bya(H設(shè)—氣設(shè))=—3272.62KN)L2?=-B(i—6q)M設(shè)=U設(shè)xL設(shè)=—67743.(KN2設(shè)力臂:力矩:第三部分滲透壓力：U=—qBay(H—H)=—1636.3(KN)3設(shè)u設(shè)d設(shè)

力臂：L3設(shè)=—2b(i-n)力矩：、設(shè)=七設(shè)xL3^=-45162.(KN?M)第四部分浮托力：七設(shè)=-B伸冷=-11845.(KN)力臂：七設(shè)=0力矩：M^i=0(KN?M)=-19209(KN)：—18629(KN?M)合計：揚壓力：u設(shè)=七兀+U2設(shè)+七設(shè)+七設(shè)=-19209(KN)：—18629(KN?M)u設(shè)U1設(shè)u2設(shè)u3設(shè)u4設(shè)校核水位情況：第一部分滲透壓力：七校=-2nBY(H?！狧審)G-a)=-2477.42KN)力臂：匕校=b(2-3n)力矩：Mu1校=U#x匕校=-74074.7&N?M)第二部分滲透壓力：U=-1(1-n)Bya(H-H)=-3303.2低N)2校2u校d校力臂：L=-B(]-1n)2校36力矩：M校=U校xL校=-68376.7(KN?M)第三部分滲透壓力：U=-qBay(H-H)=-1651.(KN)3校u校d校力臂：L3校=|b(1-n)力矩：M咨=七校x七校=-45584.5KN?M)第四部分浮托力：U=-ByH=-13991.(KN)4校C校力臂：L4校=0(2-21)(2-22)(2-21)(2-22)力矩：M附=0(即?M)合計：揚壓力：U校=U1校+、+U3校+七校=—21423/KN)力矩：M=M+M+M+M=—18803(KN?M)u校u1校u2校u3校u4校2.2.5淤沙壓力根據(jù)資料知水庫泥沙淤積高程為44.52m，淤積高度為16.52m，泥沙容重,內(nèi)摩擦角◎，其作用分項系數(shù)為1.2。=2yhtan2(45設(shè)計情況：PS設(shè)=2yhtan2(45—%)=1188.52(KN)力臂：L設(shè)=8.26(m)TOC\o"1-5"\h\z力矩M=PxL=3935.2(KN?M)設(shè)s設(shè)s設(shè)校核情況：P=-yhtan2(45—麥)=1188.52(KN)S校2ss。2力臂：L設(shè)=8.26(m)力矩M=PxL=3935.2(KN?M)設(shè)s設(shè)s設(shè)2.2.6波浪壓力P=土(h+h)l41%z設(shè)計情況下，壩前水深H=87m大于半平均波長，所以屬于深水波，按下式計算：P=^^m設(shè)(h+h)=9.81x7.84x(0.87+0.32)=22.88(KN)l設(shè)41%設(shè)z設(shè)4力矩：Mj設(shè)=Pj設(shè)x匕設(shè)=2077.9(KN?M)校核水位情況，壩前水深為90.82m，大于半平均波長，按照深水波計算。［校=^L校(h%校+h校)=9.81；8.05x(0.91+0.32)=24.28(KN)力矩：M］校=七校x匕校=2205.11KN?M)

荷載統(tǒng)計設(shè)計水位工況:水平方向（KN）鉛直方向（KN）力矩（KN-M）自重—75984—741344上游水壓力37125.952629.08985949.15下游水壓力—1502.161051.5127514.50揚壓力——21390.12—186294波浪壓力22.88一1990.56泥沙壓力1188.52一6933.03合計36835.1960455.6376902.38校核水位工況:水平方向（KN）鉛直方向（KN）力矩（KN-M）自重一75984—741344上游水壓力40457.782778.981128917下游水壓力—2095.661466.9636171揚壓力一—21423.57—188036波浪壓力24.28一2077.96泥沙壓力1188.52—8188.90合計39573.5258806.37225441.222.3壩體抗滑穩(wěn)定分析抗滑穩(wěn)定分析是重力壩設(shè)計中一項重要的內(nèi)容，其目的是核算壩體沿壩基面或壩基內(nèi)部緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度。將壩體與基巖之間看做是接觸面，而不是膠結(jié)面，進(jìn)行分析。表2-4壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks荷載組合壩的級別123基本組合1.101.051.05特殊組合(D1.051.001.00（2）1.001.001.00其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為K:s

f(EW—U)(2-23)Ep(2-23)式中：EW為接觸面以上總的鉛直力；EP為接觸面以上總的水平力；U為作用在接觸面上的揚壓力；f為接觸面間的摩擦系數(shù)Q設(shè)計水位工況:f(￡W—U)0.63X(79664.59-19208.96)「36835.19==1.0336835.19壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks<1.05，抗滑穩(wěn)定不符合要求。@校核水位工況：k_亶尊-U)_0.63x(80229.94—21423.57^093sSp39573.52,K<1.05，抗滑穩(wěn)定亦不符合要求。據(jù)此，初步斷面設(shè)計不合理，需要進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。經(jīng)過改變上下游壩面的坡度和起坡點高程，最終選擇一個在滿足抗滑穩(wěn)定性和抗前段強度以及應(yīng)力的要求下、斷面積最小的壩體尺寸作為最終的斷面尺寸。經(jīng)試算，最終確定壩頂寬度為9m；上游面坡度為n=0.1，起坡點高程為72m；下游面坡度為m=0.8，起坡點高程為112m；壩底寬度為80.6m。

2.4優(yōu)化斷面分析下面對新的壩體進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性分析、抗剪斷分析和應(yīng)力分析。壩體所承受的各項荷載如圖所示：2.4.1自重設(shè)計采用的混凝土為Ri8o20.0Mpa，三級配，其理論容重為24kg/m3。分三塊計算按照(2-9)至(2-12)式計算：壩體自重：W=yV=24x9x24=20304(KN)力矩G=-637545.6(KN?M)W4=yV4=24x&x442x0.1=2323.2(KN)力矩G=-86810.24(KN?M)W=yV=24x2x832x0.8=67737.6(KN)力矩G=-304819.WKN?M)5荷載值：Ww=W3+W4+W5=90364.8(KN)力矩值：G=-918886.40(KN?M)2.4.2靜水壓力設(shè)計水位工況上游水位為115m，相應(yīng)下游水位為45.5m上游：水平水壓力：P1設(shè)1口=2yH、2=1x9.81x872=37125.9(KN)2.一H力臂L=1設(shè)=1設(shè)329(m)水平力矩值：M1設(shè)鉛直水壓力：=P1設(shè)xL1設(shè)=107665ZKN?M)W設(shè)=yV設(shè)=9.81x0.1x44x(87+87—44):2=2805.6&KN)力臂L設(shè)=己=40.3(m)鉛直力矩值：￡設(shè)=』1設(shè)xL設(shè)=-113068.(KN?M)下游：水平水壓力：P=1yH2=-1x9.81x17.枷=-1502.1(KN)2設(shè)2w2設(shè)2

力臂七設(shè)=-■2設(shè)=5.8333(m)3水平力矩值:M2設(shè)=P2設(shè)xL2設(shè)=-8762.58(KN?M)鉛直水壓力：力臂L=B設(shè)2W=1yV=1x9.81x17.52x0.8=1201.73(KN)2設(shè)2w2設(shè)2=40.3(m)鉛直力矩值:￡設(shè)=W2設(shè)xL=48429.5(KN?M)校核水位工況上游相應(yīng)水位118.82m,下游相應(yīng)水位48.67m上游側(cè)：水平水壓力：P1校=1yH2=1x9.81x90.822=40457.7&KN)2w1校2.一H力臂L=1校=1校330.27(m)水平力矩值：M=PxL=122479女KN?M)1校1校1校鉛直水壓力：W=?V=9.81x(87+87-44)x0.1x44:2=2970.5(KN)1校w1校力臂L=B=40.3(m)校2鉛直力矩值：G=-WxL=-119713.0(KN?M)1校1校校下游側(cè)：水平水壓力：P=-yH2=--x9.81x20.67=-2095.60CN)2校2w2校2力臂L=-2?！鯺校=6.89(m)3水平力矩值:M2校=七校x匕校=-14439.(KN?M)鉛直水壓力:W=1yV=1676.5?N)2校2w2校力臂V=B校2=40.3(m)鉛直力矩值：G2校=W2校xL校=67563.94KN?M)2.4.3揚壓力目前在重力壩設(shè)計中在用壩底面揚壓力分布圖型如下圖所示。由《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》中表B.3.1查得河床壩段底面的滲透壓力系數(shù)a=0.25,又由《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》(DL5108-1999)中表8.2.1-1查得揚壓力中滲透壓力的作用分項系數(shù)為1.2，浮托力的作用分項系數(shù)為1.其中n=0.15,Hu為上游水深，Hd為下游水深。圖2-2揚壓力計算示意圖設(shè)計水位情況：第一部分滲透壓力：U1設(shè)=-2邢y(H設(shè)-H")G-o)=—2536.28KN)力臂：L1設(shè)=B(2-3n)=34.93m)力矩：M設(shè)=U設(shè)xL設(shè)=-88583.72CN?M)第二部分滲透壓力：七設(shè)=-2(1-n)Bya(H設(shè)-氣設(shè))=-3381.(KN)力臂：L=-B(」—-門)=24.1(m)2設(shè)36力矩：M設(shè)=U設(shè)xL設(shè)=-147779.1KN?M)第三部分滲透壓力：U=-nBay(H-H)=-1690.8/KN)3設(shè)u設(shè)d設(shè)力臂：L、=—^B(1—^)=32.24m)力矩：^虞設(shè)=七設(shè)xL3設(shè)=—98519.3KN?M)第四部分浮托力：U兀=—ByH、兀=-1383(KN)力臂：L/=0力矩：M^i=0(KN?M)合計：揚壓力：U設(shè)=兀+U2設(shè)+七設(shè)+七設(shè)=—21445.&KN)力矩：M=M+M+M+M=—22486(KN?M)u設(shè)U1設(shè)u2設(shè)u3設(shè)u4設(shè)校核水位情況：第一部分滲透壓力：七校=—2門By(H校—氣校)(1—a)=—2560(KN)力臂：L校=Bg—3門)=34.93m)力矩：M校=U校xL校=—161591KN?M)第二部分滲透壓力：%校=—2(1—門)Bya(H?！?校)=—3413.3(KN)力臂：L=—B(!—1門)=24.1(m)2校36力矩：M校=U校xL校=—149161.(KN?M)第三部分滲透壓力：U=—qBayCH—H)=—1706.6KN)3校u校d校力臂：L校=：B(1—門)=32.24(m)力矩：M蟲校=七校x,校=—99440.7&N?M)第四部分浮托力：U=—ByH=—16343.(KN)4校C校力臂：L4校=0力矩：M附=0(即?M)合計：揚壓力：U校=U1校+、+七校+U4校=—24023頂KN)力矩：M^=M校+M校+M3校+M校=—22696(KN?M)2.4.4淤沙壓力根據(jù)資料知水庫泥沙淤積高程為44.52m，淤積高度為16.52m，泥沙容重,內(nèi)摩擦角◎，其作用分項系數(shù)為1.2。TOC\o"1-5"\h\z設(shè)計情況：P=-yhtan2(45—只)=1188.52(KN)s設(shè)2ss2力臂：L設(shè)=8.26(m)力矩M=PxL=3935.2(KN?M)s設(shè)s設(shè)s設(shè)校核情況：Ps校=2yhtan2(45—§=1188.52(KN)力臂：L設(shè)=8.26(m)力矩M=PxL=3935.2(KN?M)設(shè)s設(shè)s設(shè)波浪壓力設(shè)計情況下，壩前水深H=87m大于半平均波長，所以屬于深水波，按下式計算：P=^^m設(shè)(h+h)=9.81x7.84x(0.87+0.32)=22.88(KN)i設(shè)41%設(shè)z設(shè)4力矩：M］設(shè)=P］設(shè)x匕設(shè)=2077.9(KN?M)校核水位情況，壩前水深為90.82m，大于半平均波長，按照深水波計算。［校=^L校(h%校+h校)=9.8148.05x(0.91+0.32)=24.28(KN)力矩：M］校=七校x匕校=2205.11KN?M)2.4.5荷載統(tǒng)計

設(shè)計水位工況:水平方向（KN）鉛直方向（KN）力矩（KN-M）自重—92688—1029175上游水壓力37125.955611.32963584下游水壓力—1502.161201.7339666.94揚壓力——21445.8—224866波浪壓力22.88一1990.56泥沙壓力1188.52一6933.03合計36835.1972926.35—259673.44校核水位工況:水平方向（KN）鉛直方向（KN）力矩（KN-M）自重一92688—1029175上游水壓力40457.782970.551105079下游水壓力—2095.661676.5253124.88揚壓力一—24023.5—226969波浪壓力24.28一2077.96泥沙壓力1188.52一8188.90合計39573.5270988.4—1081672.4.6壩體抗滑穩(wěn)定分析抗滑穩(wěn)定分析是重力壩設(shè)計中一項重要的內(nèi)容，其目的是核算壩體沿壩基面或壩基內(nèi)部緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度。將壩體與基巖之間看做是接觸面，而不是膠結(jié)面，進(jìn)行分析。表2-4壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks荷載組合壩的級別123基本蛆合1.101.051.05特殊蛆合(D1.051.001.0021.001.001.00其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為K:sf(EW-U)Ep式中：Ew為接觸面以上總的鉛直力；Epf(EW-U)Ep式中：Ew為接觸面以上總的鉛直力；Ep為接觸面以上總的水平力；u為作用在接觸面上的揚壓力；f為接觸面間的摩擦系數(shù)Q設(shè)計水位工況:f(EW-U)0.63x(94372.19-21445.84),…=1.24736835.19壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K>1.05，抗滑穩(wěn)定符合要求。@校核水位工況:f(EW-U)0.63x(95011.87-24023.47),=1.1339573.52壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K>1.05，抗滑穩(wěn)定符合要求設(shè)計水位工況:,f(EW-U)+cAK=v設(shè)計水位工況:,f(EW-U)+cAK=vsEP校核水位工況:,f(EW-U)+cAK=vsEP在設(shè)計工況和校核工況下f(EW—U)+crAEp(2-24)0.95x(94372.19-21445.84)+0.9x80.6x1000oor

=3.8536835.190.95x(95011.87-24023.47)+0.9x80.6x1000o?=3.5439573.52抗剪斷安全系數(shù)均大于規(guī)范值3.0，所以滿足抗剪斷要求。2.5基于材料力學(xué)法的應(yīng)力分析基本假定:(1)壩體混凝土為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料

（2）視壩段為固結(jié)于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對壩體應(yīng)力的影響，并認(rèn)為各壩段獨立工作，橫縫不傳力。（3）假定壩體水平截面上的正應(yīng)力按照直線分布，不考慮廊道等對壩體應(yīng)力的影響。2.5.1邊緣應(yīng)力的計算在一般情況下，壩體最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，所以在重力壩設(shè)計規(guī)范中規(guī)定，首先應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強度要求。（1）水平截面上的正應(yīng)力計算公式如下:方6lM°yu（1）水平截面上的正應(yīng)力計算公式如下:方6lM°yuT*T2&6以°=—ydTT2（2-25）（2-26）設(shè)計水位工況:byu&6lM94372.196x(-259713)+=+TT280.680.62=931.00KP6byd￡w6^M94372.196x(—259713———byd￡w6^M94372.196x(—259713———TT280.680.&=1410.74KPa)校核水位工況:byu￡w6^M95011.876x(-108334)=+—+TT280.680.&=\078.75料加￡w6^M95011.876x(—108334)—-950-(0833)=1278.86KPa)bydTT280.680.&根據(jù)平衡條件可知：(2-27)(2-28)t=(p—b)n(2-27)(2-28)uuyut=(b-p)m式中，pu——上游面水壓力強度，kPa；Pd——下游面水壓力強度，kPa；n——上游壩坡坡率，n=0.2；m下游壩坡坡率，m=tan中=0.8；設(shè)計水位工況：p=H^^+yH^—9.81x87+8.7X16.52—997.3(KPa)Pd=yH設(shè)2=9.81x17.5=171.675(KPa)t=(p-b)n=(997.36—931.00)x0.1=6.64(KPa)td=(bd-p)m=(1410.74—171.675)x0.8=991.25(KPa)校核水位工況：p=yH^+yH^—9.81x90.82+8.7116.52—1034.81KPa)pd=yH設(shè)2=9.81x20.67=202.77(KPa)t=(p-b)n=(1034.83—1078.75)x0.1=—4.39(KPa)td=(bd-p^)m=(1278.86—202.77)x0.8=860.87(KPa)

水平正應(yīng)力計算xu(2-29)(2-30)已知Tu和Td之后，可以由平衡條件求得上、下游邊緣的水平正應(yīng)力a和°血’由上、下游壩面微分體，根據(jù)平衡條件可解出七廣xu(2-29)(2-30)氣廣pd+Tdm帶入數(shù)值計算：設(shè)計水位工況：a=p-tn=997.36-6.64x0.1=996.7(KPa)ad=pd+t尸=171.675+991.25x0.8=964.68KPa)校核水位工況：a=p—n=1034.83-(-4.39)x0.1=1035.27(KPa)a寸=pd+tm=202.77+860.87x0.8=891.47(KPa)主應(yīng)力計算根據(jù)平衡條件可知：（2-31）（2-32）a=(1+n2)a—pn1uyu（2-31）（2-32）a=(1+m2)a-pm21dydd帶入數(shù)值計算：設(shè)計水位工況：a=(1+n2)a-pn=(1+0.12)x931.00-997.36x0.12=930.34KPa)1uyuua=(1+m2)a-pm=(1+0.8Qx1410.74171.67X0.&=2203.7"@1dydd校核水位工況：a=(1+n2)a-pn=(1+0.12)x1078.75-1034.83<0.12=1079.19KPa)1uyuua=(1+m2)a-pm=(1+0.&)x1278.86-202.7雙0.&=1967.5"^1dydd2.5.1.2考慮揚壓力時的應(yīng)力計算(1)求解邊緣上的主應(yīng)力

先求出包括與能夠壓力在內(nèi)的全部荷載鉛直分力的總和￡W及全部荷載對截面垂直水流劉翔形心軸產(chǎn)生的力矩總和￡M，再利用公式計算°y而T、°X和°1、°2可以根據(jù)邊緣微分體的平衡條件求得。①上游邊緣應(yīng)力計算設(shè)計水位工況:挺古*井￡W=W-U=99501.05-24023.84=72926.35(KN)鉛直何載：設(shè)￡w6￡m94372.196x(-259713)85280.6°=+=+=664.92(KPa)yuTe85280.6上游面剪應(yīng)力T.=(P「Puu-°yu)n=33.24Kp)上游面水平正應(yīng)力氣廣（P-Pu）~（Pu-Puu—J2T60.8KP/上游面主應(yīng)力°=(1+n2)°-(p-p)n2=661.60KPe)1uyuuuu°=p-p=02uuuu校核水位工況:￡W=W-U=95011.87-24023.47=70988.4(KN)設(shè)￡w6￡m70988.46x(-108334.88°yu=780.69KPa)°yu=780.69KPa)TT280.680.&上游面剪應(yīng)力Tu-(七-puu_°yu)n=25.4KPa上游面水平正應(yīng)力°=(p-p)-p-p-°)n=178.20(Pa上游面主應(yīng)力°=(1+n2)°-(p-p)n2=778.15KPc)1uyuuuu°/pu-puu=0②下游面邊緣應(yīng)力計算設(shè)計水位工況:鉛直分力總和（包括揚壓力）￡w=W-U設(shè)=99501.05-24023-84=72926-35KN）總力矩￡M=-259713.74(KN?M)￡w6^M94372.196x(—259713.74「"…小、則有b.yd-=—則有b.ydTT280.680.&下游面剪應(yīng)力七=9yd-Pd-Pu)m=675.69KPa下游面水平正應(yīng)力氣廣區(qū)-pud)+(七廠pd-pud)m2=794.39(pa下游面主應(yīng)力b1d=(1+秫2)5d~(pd~P)m=1944.16(pa。2d=P「Pud=0校核水位工況：鉛直分力總和(包括揚壓力)zW=W+W^2-匕=70988.KN)總力矩ZM=—108833.84(KN?M)=980.81(KPa)下游面剪應(yīng)力「=(Pyd-Pd-Pu)m=622.43KPB下游面水平正應(yīng)力bxd=(Pd-叩+(七廠Pd-Pu}m=432.7KPa下游面主應(yīng)力七=(1+mKyd—(Pd—Pu)m=1478.7翼尸9°2d=Pd-Pud=02.5.2結(jié)果分析根據(jù)SL319-2005《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定是強度指標(biāo)：①在正常運用期，壩體上游面的鉛直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力(計入揚壓力)；②壩體最大主應(yīng)力，不大于混凝土的容許壓應(yīng)力。由上述材料力學(xué)法計算知，最大主應(yīng)力為b=2317.10kPa，而混凝土C15的容許壓應(yīng)力為后］='"k0=2.47MPa,其中fc為28d齡期的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強度；k0為安全系數(shù)，k廣3.5。故滿足設(shè)計要求。三、剖面影響因素分析重力壩剖面一般為三角形，但是上下游的坡度以及起坡點高程對于重力壩的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)型等等有著重要影響。下面通過改變下游壩面的坡度m和上游壩面的起坡點x1高程，來分析這兩個要素對重力壩的影響。下屬分析均為校核水位工況下。3.1僅改變下游面坡度m?一?一一?一??一一一一.一.一一一?首先分析下游面m對抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為七和抗剪斷系數(shù)%的影響。根據(jù)、?'在表格中的計算可以觀察到Ks和、與下游面坡度成反比例：上游面坡度保持n=0.2不變，下游面坡度取m=0.8,根據(jù)式（2-9）、（2-10）、（2-11）、和（2-12）計算可以得到，重力壩壩體自重荷載為匕=92688（KN），下游并且隨著坡度m的減小，而不斷減小，從而使所需混