重力壩穩(wěn)定及應(yīng)力計算書

1、5.1 重力壩剖面設(shè)計及原則剖面尺寸的確定重力壩壩頂高程1152.00m，壩高 H=40.00m。為了適應(yīng)運用和施工的需要，壩頂必須要有一定的寬度。一般地，壩頂寬度取壩高的8% 10%，且不小于 2m。若有交通要求或有移動式啟閉設(shè)施時，應(yīng)根據(jù)實際需要確定。綜合考慮以上因素，壩頂寬度B10m 。考慮壩體利用部分水中增加其抗滑穩(wěn)定，根據(jù)工程實踐，上游邊坡坡率n=00.2 ，下游邊坡坡率 m=00.8 。故上游邊坡坡率初步擬定為0.2 ，下游邊坡坡率初步擬定為0.8 。上游折坡點位置應(yīng)結(jié)合應(yīng)力控制標準和發(fā)電引水管、泄洪孔等建筑物的進口高程來定，一般折坡點在壩高的1/3 2/3 附近，故初擬上游折坡點

2、高程為1138.20m。下游折坡點的位置應(yīng)根據(jù)壩的實用剖面形式、壩頂寬度，結(jié)合壩的基本剖面計算得到（最常用的是其基本剖面的頂點位于校核洪水位處），故初擬下游折坡點高程為1148.50m。剖面設(shè)計原則重力壩在水壓力及其他荷載的作用下，主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力維持抗滑穩(wěn)定；同時依靠壩體自重產(chǎn)生壓應(yīng)力來抵消由于水壓力引起的拉應(yīng)力以滿足強度要求。非溢流壩剖面設(shè)計的基本原則是：滿足穩(wěn)定和強度要求，保證大壩安全；工程量小，造價低；結(jié)構(gòu)合理，運用方便；利于施工，方便維修。遵循以上原則擬訂出的剖面，需要經(jīng)過穩(wěn)定及強度驗算，分析是否滿足安全和經(jīng)濟的要求，壩體剖面可以參照以前的工程實例，結(jié)合本工程的實際情況，

3、先行擬定，然后根據(jù)穩(wěn)定和應(yīng)力分析進行必要的修正。重復以上過程直至得到一個經(jīng)濟的剖面。5.2 重力壩擋水壩段荷載計算基本原理與荷載組合重力壩的荷載主要有：自重、靜水壓力、揚壓力、泥沙壓力、浪壓力、動水壓力、冰壓力、地震荷載等。本次設(shè)計取單位長度的壩段進行計算。相關(guān)荷載組合見表4.5 。表 4.5荷載組合表組合相關(guān)自靜水揚壓泥沙浪壓冰壓地震動水土壓情況工況重壓力力壓力力力荷載壓力力基本正常專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。組合水位設(shè)計水位冰凍 校核特殊水位組合地震情況壩體自重計算壩體自重計算公式壩體自重 W（ KN）的計算公式：wcV（4.5 ）式中： V壩體體積 (m3) ，以單位長度的壩段為單位

4、，通常把其斷面分成若干個簡單的幾何圖形分別計算；3c 壩體砌石的重度，一般取 23kN/m 。力矩作以下規(guī)定：以壩底中心為力矩，逆時針為正，順時針為負。按實體重力壩計算壩體自重及力矩專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 4.1實體重力壩自重計算圖一區(qū)：W1234.1420.701 2985.53KNL11 34.1414.6516.03mM 1 W1 L1 985.5316.0315798.05KN .m （逆時針）二區(qū)：W22310.034.507935KNL21 210.04.59.5mM 2 W2L2（逆時針）7935 9.5 75382.50KN .m三區(qū)：W3234.665.821 2

5、311.89KNL32 34.663.11mM 3W3 L 3311.893.11969.98KN .m（逆時針）專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。四區(qū)：W4234.6625.182698.79KNL41 24.662.33mM 4W4 L 42698.792.336288.18KN .m（逆時針）五區(qū)：W52325.1820.151 25834.84KNL51 320.156.72mM 5 W5 L5 5834.846.7239210.12KN .m（順時針）六區(qū)：W6232.254.501 2116.44KNL61 32.2516.5517.30mM 6W6 L6116.4417.30201

6、4.41KN .m（逆時針）七區(qū)：W7234.5016.551712.93KNL 71 216.558.28mM 7W7 L7（逆時針）八區(qū)：W8234.5016.551712.93KNL81 216.558.28mM 8W8 L81712.938.2814183.06KN .m（順時針）九區(qū)：W9234.503.601 / 2186.30KNL91 33.616.5517.75mM 9W9 L9186.3017.753306.83KN .m（順時針）專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。表 4.6實體壩計算匯總表分區(qū)自重 (kN)力臂 (m)力矩 (kN m)順時針逆時針一區(qū)985.5316.03

7、15798.05二區(qū)79359.575382.50三區(qū)311.893.11969.98四區(qū)2698.792.336288.18五區(qū)5834.846.7239210.12六區(qū)116.4417.302014.41七區(qū)1712.938.2814183.06八區(qū)1712.938.2814183.06九區(qū)186.3017.753306.8321494.6556700.01114636.18靜水壓力計算靜水壓力計算公式靜水壓力是作用在上、下游壩面的主要荷載，計算時常分解為水平水壓力P 和垂直水壓力 W兩種。靜水壓力按照3 種工況進行計算，分別是設(shè)計工況、校核工況、正常使用工況。1、水平水壓力 P 的計算公

8、式：P (1/ 2) w H 2（4.6 ）式中：H計算點處的作用水頭 (m) ；w水的重度取 9.81kN/m3。2、垂直水壓力 W 按水重計算a.設(shè)計工況在設(shè)計工況下，上游壩前水位1149.76m 由水位流量關(guān)系知，下游水位為1123.15m。上游水位 1149.76m，上游水深 1149.76-1117.50=32.26m專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。下游水位 1123.15m，下游水深 1123.15-1117.50=5.65m圖 4.2 設(shè)計工況靜水壓力計算圖水平向：一區(qū)：P10.59.8132.2625104.67 KNL132.26 / 3 4.5015.26mM 1 5104

9、.6715.2677897.26KN M （順時針）五區(qū)：P50.59.815.652156.58KNL55.65 / 34.506.38mM 5156.586.38998.98 KNM （逆時針）專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。垂直向：二區(qū)：W29.814.1411.56469.49KNL20.54.1414.6616.73mM 2P2L2469.4916.737854.57KNM （逆時針）三區(qū)：W30.59.814.1420.7420.35 KNL324.14/ 314.6617.42mM3 P3 L3420.3517.427322.50KN M （逆時針）四區(qū)：W40.59.814.5

10、25.65125.26KNL44.522 / 315.6318.64mM4 P4 L4125.2618.642334.85KN M （順時針）表 4.7設(shè)計工況下靜水壓力匯總表分區(qū)水平力垂直力力臂力矩 (kN m)(kN)(kN)(m)順時針逆時針一區(qū)5104.6715.2677897.26二區(qū)469.4916.737854.57三區(qū)420.3517.427322.50四區(qū)125.2618.642334.85五區(qū)-156.586.38998.984948.091015.1080232.1116176.05b.校核工況在校核工況下，上游壩前水位1150.55m 由水位流量關(guān)系知，下游水位為112

11、3.95m。上游水位 1150.55m，上游水深 1150.55-1117.50=33.05m下游水位 1123.95m，下游水深 1123.95-1117.50=6.45m專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 4.2 校核工況靜水壓力計算圖水平向：一區(qū)：P10.59.8133.0525357.74 KNL133.05 / 3 4.5015.52mM 1 5357.7415.5283152.12KN M （順時針）五區(qū)：P50.59.816.452204.06KNL56.45 / 34.506.65mM 5204.066.651357.00KNM （逆時針）垂直向：專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載

12、。二區(qū)：W29.814.1412.35501.58KNL20.54.1414.6616.73mM 2P2L 2501.58 16.738391.43KNM （逆時針）三區(qū)：W30.59.814.1420.7420.35 KNL324.14/ 314.6617.42mM3 P3 L3420.3517.427322.50KN M （逆時針）四區(qū)：W40.59.815.166.45163.25KNL4 5.162 / 314.9918.43mM4 P4 L4163.2518.433008.70KN M （順時針）表 4.7校核工況下靜水壓力匯總表分區(qū)水平力垂直力力臂力矩 (kN m)(kN)(kN)

13、(m)順時針逆時針一區(qū)5357.7415.5283152.12二區(qū)501.5816.738391.43三區(qū)420.3517.427322.50四區(qū)163.2518.433008.70五區(qū)-204.066.651357.005153.681085.1886160.8217070.93c.正常使用工況在正常使用工況下，上游壩前水位1148.00m 由水位流量關(guān)系知，下游水位為1121.50m。上游水位 1148.00m，上游水深 1148.00-1117.50=30.50m 下游水位 1121.50m，下游水深 1121.50-1117.50=4.00m專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 4.2

14、正常工況靜水壓力計算圖水平向：一區(qū)：P10.59.8130.5024562.88KNL130.5 / 3 4.5014.67mM 1 4562.8814.6766937.45KN M （順時針）五區(qū)：P50.59.814.0278.48KNL54 / 34.50 5.83mM 5 78.485.83 457.54 KNM （逆時針）垂直向：專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。二區(qū)：W29.814.149.80398.01KNL20.54.1414.6616.73mM 2P2L 2398.01 16.736658.71KNM （逆時針）三區(qū)：W30.59.814.1420.7420.35 KNL32

15、4.14/ 314.6617.42mM3 P3 L3420.3517.427322.50KN M （逆時針）四區(qū)：W40.59.813.24.062.78KNL4 3.22 / 316.9519.08mM4 P4 L462.7819.081195.96 KN M （順時針）表 4.7正常工況下靜水壓力匯總表分區(qū)水平力垂直力力臂力矩 (kN m)(kN)(kN)(m)順時針逆時針一區(qū)4562.8814.6766937.45二區(qū)398.0116.736658.71三區(qū)420.3517.427322.50四區(qū)62.7819.081195.96五區(qū)-78.485.83457.544484.40881.

16、1468133.4114438.75揚壓力計算揚壓力包括滲透壓力和托浮力兩部分。滲透壓力是由上、下游水位差H 產(chǎn)生的滲流在壩內(nèi)或壩基面上形成的水壓力；托浮力是由下游水面淹沒計算截面而產(chǎn)生向上的水壓力。揚壓力分三種工況進行計算，分別是設(shè)計工況、校核工況，正常使用工況。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。圖 4.6 揚壓力分區(qū)示意圖1. 設(shè)計工況設(shè)計工況下，上游水深為 32.26m，下游水深為5.65m。查得滲透壓力強度系數(shù)取 0.30 ，滲透壓力分項系數(shù)為1.2 ，浮托力分項系數(shù)為1.0 ，則設(shè)計值為 0.3 。H 19.8132.26316.47 KN / m2H 29.815.6555.43KN

17、 / m2HH 1H 2261.04KN / m2H0.3261.0478.31KN / m2U 155.4316.55917.37KNW1917.378.287595.82KN ( 順時針 )U 278.319.20720.45KNW2720.4511.958609.38 KN ( 順時針 )U 354.257.35398.74KNW3398.743.681467.36KN ( 順時針 )U 40.5182.739.20840.56KNW4840.5613.4811330.75KN ( 順時針 )專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。U 50.524.067.3588.42KNW588.424.9

18、0433.26 KN ( 順時針 )U 655.4316.55917.37 KNW6917.378.28 7595.82 KN ( 逆時針 )U 70.554.2516.55448.92KNW7448.925.52 2478.04KN ( 逆時針 )表 4.8設(shè)計工況下?lián)P壓力匯總表分區(qū)垂直力 (kN)力臂 (m)力矩 (kN m)順時針逆時針一區(qū)917.378.287595.82二區(qū)720.4511.958609.38三區(qū)398.743.681467.36四區(qū)840.5613.4811330.75五區(qū)88.424.90433.26六區(qū)917.378.287595.82七區(qū)448.925.522

19、478.04-4331.8329436.5710073.862. 校核工況校核工況下，上游水深為 33.05m，下游水深為 6.45m。查得滲透壓力強度系數(shù)取 0.30 ，滲透壓力分項系數(shù)為 1.2 ，浮托力分項系數(shù)為 1.0 ，則設(shè)計值為 0.3 。H 19.8133.05324.22KN / m2H 29.816.4563.27 KN / m2HH 1H 2260.95KN / m2H0.3260.9578.29 KN / m2U 163.2716.551047.12 KNW1 1047.12 8.28 8670.15KN ( 順時針 )U 278.299.20720.27KN專業(yè)文檔供參

20、考，如有幫助請下載。W2720.2711.958607.23KN ( 順時針 )U 354.247.35398.66KNW3398.663.681467.07KN ( 順時針 )U 40.5182.669.20840.24KNW4840.2413.4811326.44KN ( 順時針 )U 50.524.057.3588.38KNW588.384.90433.06 KN ( 順時針 )U 663.2716.551047.12KNW61047.128.288670.15KN ( 逆時針 )U 70.554.2416.55448.84KNW7448.845.522477.60KN ( 逆時針 )表

21、 4.8校核工況下?lián)P壓力匯總表分區(qū)垂直力 (kN)力臂 (m)力矩 (kN m)順時針逆時針一區(qū)1047.128.288670.15二區(qū)720.2711.958607.23三區(qū)398.663.681467.07四區(qū)840.2413.4811326.44五區(qū)88.384.90433.06六區(qū)1047.128.288670.15七區(qū)448.845.522477.60-4590.6330503.9511147.753. 正常使用工況正常使用工況下，上游水深為30.50m，下游水深為4.00m。查得滲透壓力強度系數(shù)取 0.30 ，滲透壓力分項系數(shù)為1.2 ，浮托力分項系數(shù)為1.0 ，則設(shè)計值為 0.3

22、 。H 19.81 30.50299.21KN / m2H 29.814.039.24 KN / m2HH 1H 2259.97 KN / m2專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。H0.3259.9777.99KN / m2U 139.2416.55649.42KNW1649.428.285377.20KN ( 順時針 )U 277.999.20717.51KNW2717.5111.95 8574.24KN ( 順時針 )U 354.037.35397.12KNW3397.123.68 1461.40KN ( 順時針 )U 40.5181.989.20837.11KNW4837.1113.48 1

23、1284.24KN ( 順時針 )U 50.523.967.3588.05KNW588.054.90 431.45 KN ( 順時針 )U 639.2416.55649.42 KNW6649.428.285377.20 KN ( 逆時針 )U 70.554.0316.55447.10KNW7447.105.52 2467.99KN ( 逆時針 )表 4.8正常工況下?lián)P壓力匯總表分區(qū)垂直力 (kN)力臂 (m)力矩 (kN m)順時針逆時針一區(qū)649.428.285377.20二區(qū)717.5111.958574.24三區(qū)397.123.681461.40四區(qū)837.1113.4811284.24

24、五區(qū)88.054.90431.45六區(qū)649.428.285377.20七區(qū)447.105.522467.99-3785.7327128.537845.19專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。淤沙壓力水平淤沙壓力公式Psk1sb h2 tan 450s（4.7）22sbsd1 n（4.8 ）式中：sb淤沙浮容重；hs淤沙高度；s 淤沙內(nèi)摩擦角 。本工程主要擋水建筑物設(shè)計基準期為50 年，壩前淤積高程計算年限也取50年，根據(jù)預測年淤積量和庫容曲線，壩前泥沙淤積高度取1132.85m ，參考有關(guān)資料及本區(qū)情況，泥沙浮容重vs 取 9.0KN/m 3，內(nèi)摩擦角 s 取 15 °泥沙淤積高度：

25、hs1132.851117 .5015.35 m泥沙的浮容重：sb9.0kN / m3水平泥沙壓力：PS1sb hs2 tan 2 ( 45s )19.015.352tan 2 37.5 624.20kN222垂直泥沙壓力： PVsbV9.0115 .353.07 212.06kN2其他荷載根據(jù)基本資料可知，土壓力、冰壓力等其他荷載在重力壩荷載中所占比例很小，可以忽略不計。波浪壓力波浪壓力公式波浪壓力及其力矩也分二種工況考慮，分別為設(shè)計工況、校核工況，其作用分項系數(shù)為 1.2 ，力矩規(guī)定同前。由“ 4.1 壩頂高程的確定”可知， H>L/2 均成立，故波浪為深水波。深水波浪壓力計算公式：

26、專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。PlLm h1% hz（4.9 ）41. 設(shè)計工況hl 0.0166v5/ 41/ 30.01665/ 41/ 310.82D241850h1%0.578， hz0.4269.8110.8226.64KNPl40.578 0.4262. 校核工況hl 0.0166 v5/ 41/ 30.01665 / 41/ 36.52D161850h1%0.309， hz0.2579.816.520.309 0.2579.05KNPl45.3抗滑穩(wěn)定計算本次設(shè)計采用分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法進行抗滑穩(wěn)定計算。根據(jù)基本資料 f '0.85 ，c'0.7 。自重的分項

27、系數(shù)取為 1.0 ，靜水壓力的分項系數(shù)取為 1.0 ，淤沙壓力分項系數(shù)取為 1.2 ，浪壓力的分項系數(shù)取為 1.2 ，揚壓力（主排水孔之前）分項系數(shù)取為 1.1 。摩擦系數(shù) f R, 的分項系數(shù)取為1.3 ，黏聚力的分項系數(shù)取為3.0承載能力極限狀態(tài)設(shè)計式0 S Fd , ak1 R f d , ak（ 4.10 ）d式中： S作用效應(yīng)系數(shù)R 抗力函數(shù)0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)設(shè)計狀況系數(shù)Fd 作用的設(shè)計值0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。ak 幾何參數(shù)f d 材料性能的設(shè)計值d 結(jié)構(gòu)系數(shù)1. 作用效應(yīng)函數(shù)S()P（ 4.11 ）2. 抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)抗力函數(shù)R( )f 'Wc

28、' A（4.12 ）其中，P 壩基面水平作用力之和f '壩基面抗剪斷摩擦系數(shù)c ' 壩基面抗剪斷凝聚力a 設(shè)計洪水位情況：設(shè)計水位荷載計算匯總表作用重度（ KN / m 3 ）力（ kN ）水平垂直自重23.0021494.65靜水壓力9.814948.091015.10揚壓力9.81-4331.83淤沙壓力9.00624.20212.06浪壓力9.8126.64合計5598.9318389.9801.11.0d11.2P4948.091.0624.201.226.641.25729.10W21494.651.01015.101.0212.061.24331.831.1

29、17999.21R( )f 'W c'A0.8517999.217033.0912540.811.33.0S( )1.111R( )105729.10 6302.0112540.81 10450.67d d1.2專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。故滿足抗滑穩(wěn)定驗算b 校核水位情況：校核水位荷載計算匯總表作用重度（ KN / m 3 ）力（ kN ）水平垂直自重23.0021494.65靜水壓力9.815153.681085.18揚壓力9.81-4590.63淤沙壓力9.00624.20212.06浪壓力9.819.05合計5786.9318201.2601.11.0d11.2P5

30、153.681.0624.201.29.051.25913.58W21494.651.01085.181.0212.061.24590.631.117784.61R( )f 'W c'A0.8517784 .617033.0912400.501.33.00S( )1.115913.586504.941R( )112400.50 10333.75d d1.2故滿足抗滑穩(wěn)定驗算專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。c 正常水位情況：正常水位荷載計算匯總表力（ kN ）作用重度（ KN / m 3 ）水平垂直自重23.0021494.65靜水壓力9.814484.40881.14揚壓力9.

31、81-3785.73淤沙壓力9.00624.20212.06浪壓力9.8126.64合計5135.2418802.1201.11.0d11.2P4484.401.0624.201.226.641.25265.41W21494.651.0881.141.0212.061.23785.731.118465.96R( )f 'Wc ' A0.8518465 .967033.09128461.33.0S( )1.115265.411R( )1128461070505791.951.2d d故滿足抗滑穩(wěn)定驗算故滿足抗滑穩(wěn)定分析綜上所述，重力壩在基本組合和特殊組合情況下均滿足承載能力極限狀

32、態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。5.4 擋水壩段應(yīng)力分析基本假定一、壩體為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性體材料。二、不考慮地基變形對壩體應(yīng)力的影響，并認為各壩段獨立工作，橫縫不傳力。三、假定壩體上水平截面上的正應(yīng)力按直線分布，不考慮廊道對壩體應(yīng)力的影響?？紤]揚壓力時的邊緣應(yīng)力的計算在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面。正常水位荷載計算匯總表( 計入揚壓力 )作用重度（ kN / m3 ）力（ kN ）力矩 (kN m)水平垂直順時針逆時針自重23.0021494.6556700.01114636.18靜水壓力9.814484.40881.1468133.4114438

33、.75揚壓力9.81-3785.7327128.537845.19淤沙壓力9.00624.20212.066004.803770.43浪壓力9.8126.64812.52合計5135.2418802.12M=-18088.72設(shè)計水位荷載計算匯總表( 計入揚壓力 )作用重度（ KN / m3 ）力（ kN ）力矩 (kN m)水平垂直順時針逆時針自重23.0021494.6556700.01114636.18靜水壓力9.814948.091015.1080232.1116176.05揚壓力9.81-4331.8329436.5710073.86淤沙壓力9.00624.20212.066004.

34、803770.43浪壓力9.8126.64859.41合計5598.9318389.98M=-28576.38校核水位荷載計算匯總表( 計入揚壓力 )專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。作用重度（ KN / m3 ）力（ kN ）力矩 (kN m)水平垂直順時針逆時針自重23.0021494.6556700.01114636.18靜水壓力9.815153.681085.1886160.8217070.93揚壓力9.81-4590.6330503.9511147.75淤沙壓力9.00624.20212.066004.803770.43浪壓力9.819.05299.10合計5786.9318201.2

35、6M=-33043.39a、水平截面上的正應(yīng)力上游邊緣應(yīng)力yu 和下游邊緣應(yīng)力ydW6M（ 4.13 ）yuBB 2W6M（4.14 ）ydBB2式中 :W 作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和KNM 作用于計算截面以上的全部荷載對截面垂直水流流向的力矩總和KN MB 計算截面的長度b、剪應(yīng)力上游邊緣剪應(yīng)力u 和下游截面剪應(yīng)力dupupuuyu n（4.14 ）dydpudpd m（4.15 ）式中： pu 上游面水壓力強度KPapd 下游面水壓力強度KPan 上游壩坡坡率 ntanu ，取 0.2 。m 下游壩坡坡率 mtand ，取 0.8 。C 水平正應(yīng)力專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。上有邊緣的水平正應(yīng)力xu 和下游正應(yīng)力xdxupupuuu n（4.16 ）xdpdpudd m（4.