水工擋土墻計(jì)算

§2-1水工建筑物的荷載計(jì)算水工建筑物上的作用有：重力、水作用、浸透作使勁、風(fēng)及波濤作用、冰及冰凍作用、溫度、土及泥沙作用、地震作用等。一、自重W=Vγ一般素砼取23。5～24kN/m3,鋼筋砼取24。5～25kN/m3，漿砌石取21。5～23kN/m3，對(duì)土石壩的資料重度應(yīng)依據(jù)詳細(xì)性能及不一樣部位，分別取濕重度、干重度、飽和重度、浮重度等幾種狀況計(jì)算.水工建筑物上永遠(yuǎn)固定設(shè)施，如閘門、啟閉機(jī)等，其自重標(biāo)準(zhǔn)值采納設(shè)施標(biāo)牌重量作用分項(xiàng)系數(shù):大概積混凝土、土石壩取1。0；對(duì)一般水工混凝土、金屬構(gòu)造（設(shè)備)取1。05，當(dāng)自重對(duì)構(gòu)造有益時(shí)取0。95.地下工程的混凝土襯砌取1。1,其對(duì)構(gòu)造有利時(shí)取0.9。二、水壓力水體對(duì)各樣水工構(gòu)造均發(fā)生作用，作用結(jié)果是對(duì)構(gòu)造產(chǎn)生水壓力,其可分為靜水壓力和動(dòng)水壓力。1．靜水壓力水體靜止?fàn)顟B(tài)下對(duì)某構(gòu)造表面的作使勁稱為靜水壓力（1)作用在壩、閘等構(gòu)造面上的水壓力PH=1wH22PV=Vww管道及地下構(gòu)造上的水壓力計(jì)算。內(nèi)水壓力：作用在管道內(nèi)壁上的靜水壓力；外水壓力:作用于管道或襯砌外側(cè)的水壓力。對(duì)內(nèi)水壓力，為計(jì)算方便,常將其分解成均勻內(nèi)水壓力和非均勻內(nèi)水壓力兩部分。pwr'whpwr''wri(1cos)對(duì)有壓隧洞的砼襯砌的外水壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)值可按式（2-6）計(jì)算.pekeHe(2—6）式中：pek——作用于襯砌上的外水壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)值（2KN/m）；e——外水壓力折減系數(shù),可按表2-1采納;He——作用水頭(m），按設(shè)計(jì)采納的地下水位線與隧洞中心線的高差確立。同內(nèi)水壓力同樣，外水壓力也可分解成均勻外水壓力和非均勻外水壓力。非均勻外水壓力的協(xié)力方向垂直向上，協(xié)力的大小應(yīng)等于單位洞長(zhǎng)排開水體的重量.2．動(dòng)水壓力（1）漸變流時(shí)的時(shí)均壓強(qiáng)：ptrwghcos式中：ptr——過流面上計(jì)算點(diǎn)的時(shí)均壓強(qiáng)代表值（2N/m）;w——水的密度（kg/m3）；g——重力加快度（m/s2)；——計(jì)算點(diǎn)A的水深（m)；hθ——構(gòu)造物底面與平面的夾角。（2）閘壩反弧段上的動(dòng)水壓力.PcrqwV/RPxrqV(cos2cos1)PyrqV(sin2sin1)式中：q--相應(yīng)設(shè)計(jì)狀況下反弧段上的單寬流量(m3/s.m)；—-水的密度；V——反弧段最低處的斷面均勻流速（m/s）；R——反弧半徑(m)；三、揚(yáng)壓力水浸透惹起的水壓力稱浸透壓力，由下游水深而惹起的水壓力稱浮托力浸透壓力和浮托力之和稱為揚(yáng)壓力。1．重力壩、拱壩的揚(yáng)壓力1)壩基無防滲帷幕和排水孔幕時(shí)，2）當(dāng)壩基上游布防滲帷幕和排水孔3）當(dāng)壩基上游有防滲帷幕和上游主排水孔并設(shè)下游副排水孔及抽排系統(tǒng)時(shí)，對(duì)寬縫重力壩、大頭壩河床段α取0。2,岸坡段為0.3；對(duì)實(shí)體重力壩拱壩等。河床段取0。25，岸坡段取0.35，揚(yáng)壓力強(qiáng)度系數(shù)α2取0.15~0。2；剩余揚(yáng)壓力系數(shù)α2與排水強(qiáng)度有關(guān),一般狀況下均取0.5。2．水閘揚(yáng)壓力水閘擋水后，產(chǎn)生上下游水頭差的水流沿鋪蓋及閘底板底面向下游滲透，使閘底板底面上作用有揚(yáng)壓力。1）閘底板上的揚(yáng)壓力。對(duì)巖基上水閘，板底底面上的揚(yáng)壓力散布圖形，可按實(shí)體重力壩的狀況確立.2)兩岸墩墻揚(yáng)壓力。軟基上水閘兩岸墩墻側(cè)向的浸透壓力散布可按以下狀況確立：四、土壓力及淤沙壓力1．擋土建筑物的土壓力（1）靜止土壓力當(dāng)墻后填土表面水平,墻背后鉛直時(shí)（見圖2-7（a)），作用在墻背的靜止土壓力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：Fok1H2Ko2H處,水平指式中：Fok——靜止土壓力標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m），作用于距墻底3向墻背。3γ——擋土墻后填土的重度（KN/m）；H-—擋土墻高度（m)；Ko-—靜止土壓力系數(shù)，當(dāng)墻后為正常固結(jié)黏土?xí)rKo=1—cos'—-墻后填土的有效內(nèi)摩擦角（°）2）主動(dòng)土壓力計(jì)算作用在擋土構(gòu)造單位長(zhǎng)度上的主動(dòng)土壓力,可按土力學(xué)基本公式計(jì)算.擋土墻后土壓力強(qiáng)度在垂直方向?yàn)槿切紊⒉迹▔筇钔疗烬R、無荷載）。Fak1H2ka2H處,與水平面呈(式中：Fak—-主動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m,其作用點(diǎn)距墻底)的夾2—7（b)）；3角（見圖ka-—主動(dòng)土壓力系數(shù),可按土力學(xué)及有關(guān)規(guī)范計(jì)算。2．淤沙壓力122s)Psk2sbhstg(452式中：P-—淤沙壓力標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m)sksb——淤沙的浮重度(KN/m3）hs——擋水建筑物前泥沙的淤積高度（m）s——淤沙的內(nèi)摩擦角(°）3．上埋式埋管的土壓力對(duì)壩下埋管或倒虹吸管，常常管上埋有土體

,這些土體將對(duì)管身產(chǎn)生垂直土壓力和側(cè)向土壓力（見圖2—8）。作用在單位長(zhǎng)度上的垂直土壓力的標(biāo)準(zhǔn)值

Fsk和側(cè)向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值

Ftk可按下式計(jì)算：Fsk

Ks

HdD1Ftk

Kt

HoDd式中：Fsk、Ftk-—埋管垂直和側(cè)向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值（

KN/m）Hd——管頂以上填土高度（m）D1——埋管外直徑（m)3γ—-管上填土的重度（KN/m）Ks--埋管垂直土壓力系數(shù)，與地基剛度有關(guān)，且與其成正比,可依據(jù)地基狀況按圖2-9查取。Ho-—埋管中心線以上填土高度（m）Dd——埋管凸出地基的高度(m）Kt——側(cè)向土壓力系數(shù)Kttg2(45)2—填土的內(nèi)摩擦角，可按表（2-2）查用.五、浪壓力水庫或水閘蓄水后，其壩（閘）前水深加大，水面寬度及長(zhǎng)度增添,水面在風(fēng)力作用下,形成較大的波濤，并產(chǎn)生附帶水壓力作用在擋水構(gòu)造上，該力稱為浪壓力.1．波濤因素一般來講，波濤因素包含均勻波高(hm)，均勻坡長(zhǎng)（Lm），均勻波周期（Tm)等（見圖2—）。對(duì)平原、濱海地域的水庫及水閘,宜按莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算波濤因素值：ghm0.13th0.7(gHm)0.7th0.0018(gD/vo2)0.45vo2vo20.13th0.7(gHm/vo2)0.7gTm13.9(ghm)0.5vovo2HmgT2當(dāng)0.5時(shí),LmmLm2當(dāng)Hm0.5時(shí),LmgTm2th2HmLm2式中:hm-—均勻波高（m）;Tm—-均勻波周期（s）;Hm——水域均勻水深（m）;vo——計(jì)算風(fēng)速(m/s)；D-—風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度（m）。對(duì)丘陵、平原地域水庫，其風(fēng)波因素值宜按鶴地水庫試驗(yàn)公式計(jì)算:gh2%81gD31gLmgD2120.00625vo(2)20.0386(2)vovovovo式中：h2%--積累頻次為2%的波高（m）；Lm——均勻波長(zhǎng)（m）。鶴地公式合用于水深較大，計(jì)算風(fēng)速vo＜265m/s，風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度D＜7。5km的水庫。對(duì)內(nèi)地的峽谷水庫，宜按官廳公式計(jì)算各風(fēng)波因素值：11gh0.0076vo12(gD)3vo2vo2gLm1gD120.331vo2.15(2)3.75vovogD5%gD=250—1000時(shí)，為式中:h——當(dāng)2=20—250時(shí)，為積累頻次5％的波高h(yuǎn)，當(dāng)2vovo積累頻次為10％的波高h(yuǎn).10%2．波濤壓力計(jì)算對(duì)作用在鉛直迎水面建筑物上的風(fēng)波壓力，應(yīng)依據(jù)建筑物前的水深狀況，按以下三種波態(tài)分別計(jì)算:(1)當(dāng)閘壩前水深H知足H≥Hcr和H≥Lm時(shí),浪壓力散布如圖2—12(a）所示，單2位長(zhǎng)度擋水建筑物迎水面上的浪壓力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：PWK1WLm(h1%hz)4(2）當(dāng)H≥Hcr但H＜Lm時(shí),壩前產(chǎn)生淺水波，其浪壓力散布如圖2-12（b）所示，2單位長(zhǎng)度的浪壓力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：PWK1(h1%hz)(wHPlf)HPlf（3)當(dāng)H＜H2,此時(shí)浪壓力散布如圖2—12(c）所示，單時(shí)，則閘、壩前產(chǎn)生破裂波cr位長(zhǎng)度上的波濤壓力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：PWK1po(1.50.5)h1%(0.7)H2六、地震作用1．概括一般對(duì)設(shè)計(jì)烈度為6度以下地域的建筑物,可不考慮地震作用;而設(shè)計(jì)烈度在9度以上地震區(qū)的水工建筑物或高度大于250m的壅水建筑物，一定進(jìn)行特意的抗震研究。基本烈度是指在50年基準(zhǔn)期內(nèi)，一般場(chǎng)所條件下，可能遭受的地震事件中，超越概率P50為0。01所對(duì)應(yīng)的地震烈度。2．地震作使勁計(jì)算（1)地震慣性力1）水平川震慣性力采納擬靜力法計(jì)算地震作用效應(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應(yīng)按下式計(jì)算:FihGEii/g（2—31)i1.414(hi/H)4（2—32）nGEj414(hj/H)j1GE2）垂直地震慣性力：一般

v應(yīng)取水平向設(shè)計(jì)地震加快度代表值

的2?？偟牡卣鹱?用效應(yīng)也可將豎向地震作用效應(yīng)乘以0。5巧合系數(shù)后與水平川震作用效應(yīng)直接相加。（2）地震動(dòng)水壓力水閘、重力壩等上游面垂直的狀況下,水深y處的地震動(dòng)水壓力代表值應(yīng)按式(2—33）pw

(h)

h

(h)

Ho(3）地震動(dòng)土壓力當(dāng)重力壩或水閘一側(cè)有填土?xí)r，則應(yīng)試慮地震作用惹起的土體對(duì)構(gòu)造產(chǎn)生的動(dòng)向壓力，即地震動(dòng)土壓力。七、冰壓力和凍脹力1．冰壓力冰壓力可分為靜冰壓力和動(dòng)冰壓力。1）靜冰壓力：水庫水面結(jié)冰后，當(dāng)氣溫上升時(shí),冰蓋產(chǎn)生膨脹，則對(duì)建筑物產(chǎn)生擠壓作用,稱為靜冰壓力。作用于其表面單位長(zhǎng)度上的靜冰壓力標(biāo)準(zhǔn)值按表2-11采納。表2-10靜冰壓力標(biāo)準(zhǔn)值冰層厚度(m）0.40.60。81.01.2靜冰壓力標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m)85180215245280靜冰壓力垂直作用于構(gòu)造物前沿，其作用點(diǎn)取冰面以下1冰厚處.（2)動(dòng)冰壓力：3Fbk0.07vdiAfic2．凍脹力凍脹力可分為切向凍脹力、水平凍脹力、豎向凍脹力.八、山體圍巖壓力當(dāng)巖體較破裂時(shí)，其可能產(chǎn)生塌落、滑移，而施加在隧洞襯砌上的壓力，稱為圍巖壓力。qVk

(0.2~0.3)

RBqhk

(0.05~0.10)

RH九、風(fēng)荷載及雪荷載對(duì)砼壩、土石壩等構(gòu)造物，風(fēng)雪荷載占所有荷載的比重很小,一般可忽視不計(jì)，但對(duì)渡槽、進(jìn)水塔、啟閉機(jī)房、泵房等架空、高聳構(gòu)造物，則一定計(jì)入風(fēng)、雪荷載的作用。1．風(fēng)荷載對(duì)一些架空建筑物、廠房等構(gòu)造物其側(cè)面受風(fēng)的作用后，垂直作用于建筑物側(cè)表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按式(2—48)計(jì)算WkzzsWo2．雪荷載對(duì)電站廠房、泵站廠房、渡槽等建筑物頂面，因?yàn)榻笛r(shí)的積雪對(duì)其作用稱為雪荷載。SkrSo十、其余荷載1．溫度作用溫度作用是與構(gòu)造特點(diǎn)有關(guān)的間接作用，當(dāng)外界氣溫或水溫發(fā)生變化時(shí)，則構(gòu)造內(nèi)部的溫度發(fā)生變化，使其產(chǎn)生膨脹或縮短。2．灌漿壓力壓力灌漿可分為固結(jié)灌漿、回填灌漿、接觸灌漿及接縫灌漿等幾種。一般只考慮地下構(gòu)造的砼襯砌拱頂與圍巖之間的回填灌漿壓力；鋼襯與外頭混凝土之間的接觸灌漿壓力。對(duì)灌漿壓力的標(biāo)準(zhǔn)值，可取回填灌漿、接觸灌漿的設(shè)計(jì)壓力值乘以小于系數(shù)。

1.0的面積§2-2水工建筑物上的作用以及作用效應(yīng)組合一、作用及作用效應(yīng)組合作用——--—外界環(huán)境對(duì)水工建筑物的影響作用效應(yīng)——-—-建筑物對(duì)外界的響應(yīng)作用的變異性和隨機(jī)性——-應(yīng)隨時(shí)間變異按隨機(jī)過程對(duì)待，可統(tǒng)計(jì)剖析建筑物承受的作用分為：直接作用、間接作用。永遠(yuǎn)作用、可變作用、有時(shí)作用.二、作用效應(yīng)剖析剖析方法物理模型；數(shù)學(xué)模型；分析法、差分法、有限元法經(jīng)驗(yàn)類比有限元彈性剖析方法間介三、水工建筑物三種工作狀況水工建筑物的工作狀態(tài)為：長(zhǎng)久狀況、短暫狀況、有時(shí)狀況。四、作用效應(yīng)組合:水工建筑物設(shè)計(jì)的兩類極限設(shè)計(jì)狀態(tài)為：承載能力極限狀態(tài)、正常使用狀態(tài).按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)：分兩種作用效應(yīng)組合：基本組合—-——長(zhǎng)久狀況或短暫狀況下,永遠(yuǎn)作用和可變作用的組合有時(shí)組合-——-有時(shí)作用下，永遠(yuǎn)作用和可變作用和一種有時(shí)作用的效應(yīng)組合2按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì):短期組合-———長(zhǎng)久狀況或短暫狀況下,永遠(yuǎn)作用效應(yīng)和可變作用的短期效應(yīng)的組合長(zhǎng)久組合--—-長(zhǎng)久狀況下，永遠(yuǎn)作用效應(yīng)和可變作用的長(zhǎng)久效應(yīng)組合五、水工建筑物的安全性1、安全貯備單調(diào)的安全系數(shù)法2）分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法2、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則構(gòu)造的靠譜度——---是指在