水工建筑物-拱壩(第四章)

1、第四章第四章 拱壩拱壩CHAPTER 4 ARCH DAM第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 拱壩的布置拱壩的布置第三節(jié)第三節(jié) 拱壩的荷載拱壩的荷載第四節(jié)第四節(jié) 拱壩的應(yīng)力分析拱壩的應(yīng)力分析第五節(jié)第五節(jié) 壩肩穩(wěn)定分析壩肩穩(wěn)定分析第六節(jié)第六節(jié) 拱壩的壩身泄水及拱壩的壩身泄水及 消能防沖消能防沖第七節(jié)第七節(jié) 拱壩的構(gòu)造和地基處理拱壩的構(gòu)造和地基處理第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、問(wèn)題的提出一、問(wèn)題的提出二、拱壩的工作原理二、拱壩的工作原理三、工作特點(diǎn)三、工作特點(diǎn)四、拱壩對(duì)地形地質(zhì)條件的要求四、拱壩對(duì)地形地質(zhì)條件的要求五、拱壩的形式五、拱壩的形式六、拱壩的發(fā)展概況六、拱壩的發(fā)展概況一.問(wèn)題的提出 重力

2、壩設(shè)橫縫重力壩設(shè)橫縫 重力壩不設(shè)橫縫重力壩不設(shè)橫縫二.拱壩的工作原理 拱壩是拱向上游三向固定的空間殼體擋水建拱壩是拱向上游三向固定的空間殼體擋水建筑物筑物,它將水壓力、泥沙壓力的大部分通過(guò)拱它將水壓力、泥沙壓力的大部分通過(guò)拱的作用傳到兩岸巖體，而將另外的通過(guò)懸臂的作用傳到兩岸巖體，而將另外的通過(guò)懸臂梁的作用傳給底部基巖。它不象重力壩那樣梁的作用傳給底部基巖。它不象重力壩那樣依靠自重來(lái)維持穩(wěn)定，而是由兩岸巖體的支依靠自重來(lái)維持穩(wěn)定，而是由兩岸巖體的支撐和砼的抗壓強(qiáng)度來(lái)維持拱壩的穩(wěn)定和安全。撐和砼的抗壓強(qiáng)度來(lái)維持拱壩的穩(wěn)定和安全。 P=Pa+Pc 三、工作特點(diǎn) 1.穩(wěn)定性特點(diǎn)穩(wěn)定性特點(diǎn) 2.應(yīng)力特

3、點(diǎn)應(yīng)力特點(diǎn) 3.拱梁作用的自行調(diào)整拱梁作用的自行調(diào)整 拱梁系統(tǒng)的調(diào)整拱梁系統(tǒng)的調(diào)整 拱圈自身調(diào)整為二次拱拱圈自身調(diào)整為二次拱 舉例：意大利瓦依昂拱壩失事舉例：意大利瓦依昂拱壩失事 4.抗震性能好抗震性能好 5.溫度荷載是主要載之一溫度荷載是主要載之一 6.地基變形對(duì)壩體應(yīng)力影響大地基變形對(duì)壩體應(yīng)力影響大7.壩身可以泄洪四、拱壩對(duì)地形地質(zhì)的要求1.對(duì)地形的要求對(duì)地形的要求 河谷狹窄河谷狹窄 岸坡平順無(wú)岸坡平順無(wú) 突變突變 花崗巖、正長(zhǎng)巖、玄武巖、石英砂巖等堅(jiān)硬巖石構(gòu)成峽谷中，土建工程量相對(duì)較小。在平面上有喇叭口在平面上有喇叭口lL/H4.5 屬寬淺河谷，一般可屬寬淺河谷，一般可l 建重力拱壩或建

4、重力拱壩或l 拱形重力壩拱形重力壩特例：安徽陳村 L/H=5.6 美國(guó)奧本Auburn L/H=6.0 厚薄程度用厚高比T/H表示0 .2 00 .2 00 .3 50 .3 50 .6 0THTHTH薄拱壩薄拱壩一般拱壩一般拱壩厚拱壩厚拱壩對(duì)地質(zhì)的要求對(duì)地質(zhì)的要求: 巖石比較均勻，堅(jiān)固完整，有足夠的強(qiáng)度，巖石比較均勻，堅(jiān)固完整，有足夠的強(qiáng)度，透水性要小，能抗風(fēng)化。透水性要小，能抗風(fēng)化。五、拱壩的型式五、拱壩的型式 1.型式型式 按厚高比分按厚高比分 按壩體形態(tài)分按壩體形態(tài)分 按水平拱圈形態(tài)分按水平拱圈形態(tài)分 按水平拱厚度是否變化分按水平拱厚度是否變化分這里介紹：這里介紹：按拱弧半徑和中心角是

5、否變化分按拱弧半徑和中心角是否變化分 名名 稱稱 圓圓 心心 半徑半徑 中心角中心角等等 外外 半半 徑徑 式式 不變不變 外不變內(nèi)變外不變內(nèi)變 (變化不大變化不大)定定 角角 式式 變變 變變 不變不變 變變 半半 徑徑 式式 變變 變變 變變 2.厚度厚度T、應(yīng)力應(yīng)力、中心角之間的關(guān)系中心角之間的關(guān)系圓筒公式：T=pRu Ru為外弧半徑;Ru=R+T/2=L/Sin+T/2 T=pRu/=p/(L/Sin+T/2) T=2pL/(2-p)Sin)V=TLL1 =2pL2R/(2-p)Sin) 0V2=13334稱為經(jīng)濟(jì)中心角六六. .拱壩的發(fā)度概況拱壩的發(fā)度概況 早在十六世紀(jì)，人們就開(kāi)始修

6、建砌石早在十六世紀(jì)，人們就開(kāi)始修建砌石拱壩拱壩,如西班牙的阿爾馬察壩，意大利的如西班牙的阿爾馬察壩，意大利的波捷阿爾托壩，該壩波捷阿爾托壩，該壩1937年修建，后兩年修建，后兩次加高，次加高，1887年達(dá)年達(dá)39.5m。早在早在19世紀(jì)世紀(jì)中葉，人們又在比較狹窄的河谷中修建中葉，人們又在比較狹窄的河谷中修建了一些混凝土拱壩，高度都在了一些混凝土拱壩，高度都在40m以內(nèi)。以內(nèi)。20世紀(jì)開(kāi)始建造了大量的拱壩，特別是世紀(jì)開(kāi)始建造了大量的拱壩，特別是雙曲拱壩在雙曲拱壩在60年代發(fā)展較快。舉例：年代發(fā)展較快。舉例： 溪洛渡溪洛渡 溪洛渡水電站位于四川省雷波與云南永善的金沙江界河上，電站裝機(jī)容量 1260

7、萬(wàn)kW。電站2003年開(kāi)始籌建，2005年開(kāi)工，2014年第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)，2017年竣工，四川、云南枯期各留5的電力電量，其余電力外送華東和華中地區(qū)。 錦屏一級(jí)錦屏一級(jí) 錦屏一級(jí)位于涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，裝機(jī)容量360萬(wàn)kW。2003年7月中國(guó)國(guó)際工程咨詢公司對(duì)錦屏一級(jí)水電站的項(xiàng)目建議書(shū)進(jìn)行了評(píng)估。擬2005年開(kāi)工，2013年第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2015年竣工。主要趨向主要趨向: 對(duì)壩址地形地質(zhì)條件有所降低；對(duì)壩址地形地質(zhì)條件有所降低； 厚度減薄，允許應(yīng)力逐漸加大；厚度減薄，允許應(yīng)力逐漸加大； 壩頂溢流，壩身開(kāi)孔，壩頂溢流，壩身開(kāi)孔，q加大；加大； 在較強(qiáng)地震地區(qū)可建拱壩；在較強(qiáng)地

8、震地區(qū)可建拱壩； 計(jì)算理論、計(jì)算方法的發(fā)展可進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；計(jì)算理論、計(jì)算方法的發(fā)展可進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)； 對(duì)材料特性（壩體壩基）由線性對(duì)材料特性（壩體壩基）由線性非線性；非線性； 碾壓砼拱壩碾壓砼拱壩第二節(jié)第二節(jié) 拱壩的布置拱壩的布置1.布置的內(nèi)容開(kāi)始開(kāi)始在地形圖上進(jìn)行布置選擇拱圈型式、懸臂梁的型式選擇拱圈型式、懸臂梁的型式倒懸度檢查應(yīng)力分析應(yīng)力分析結(jié)束結(jié)束穩(wěn)定分析穩(wěn)定分析本節(jié)內(nèi)容2. 2. 拱圈的型式拱圈的型式 合理的拱圈型式應(yīng)當(dāng)是壓力線接近拱軸線，使拱合理的拱圈型式應(yīng)當(dāng)是壓力線接近拱軸線，使拱截面的壓應(yīng)力分布趨于均勻。截面的壓應(yīng)力分布趨于均勻。 由工程力學(xué)知，拱圈在勻布荷載作用下，其合理由工程力

9、學(xué)知，拱圈在勻布荷載作用下，其合理拱軸線為一圓弧。拱軸線為一圓弧。 對(duì)拱壩而言，因常將其看成由水平拱和垂直梁組對(duì)拱壩而言，因常將其看成由水平拱和垂直梁組成，故外荷載由拱梁系統(tǒng)共同承擔(dān)。成，故外荷載由拱梁系統(tǒng)共同承擔(dān)。 在某一高程上水壓力強(qiáng)度是相同的，但每根垂直在某一高程上水壓力強(qiáng)度是相同的，但每根垂直梁在該高程所梁在該高程所“表現(xiàn)表現(xiàn)”的剛度不同，所承受的荷載也的剛度不同，所承受的荷載也不一樣，因此分配給拱的荷載沿拱軸線也不相同，即不一樣，因此分配給拱的荷載沿拱軸線也不相同，即拱所承受的水壓力沿拱軸線是非均勻分布的，通常是拱所承受的水壓力沿拱軸線是非均勻分布的，通常是從拱冠向拱端逐漸減小。從拱

10、冠向拱端逐漸減小。 最合理的拱圈不一定是圓弧，還可能最合理的拱圈不一定是圓弧，還可能有其他型式有其他型式,如三圓心拱、橢圓拱及拋物線如三圓心拱、橢圓拱及拋物線拱等。實(shí)際采用時(shí)需綜合考慮經(jīng)濟(jì)、施工拱等。實(shí)際采用時(shí)需綜合考慮經(jīng)濟(jì)、施工等因素，選擇合理的拱圈型式。等因素，選擇合理的拱圈型式。 (a) 等厚度圓等厚度圓 (b) 拋物線拱；拋物線拱； (c) 三圓心拱；三圓心拱； (d) 橢圓拱；橢圓拱； (e)變厚圓拱；變厚圓拱； (f) 變厚非圓拱變厚非圓拱拱圈形狀拱圈形狀 (a) 等厚度圓等厚度圓(b) 拋物線拱拋物線拱(c) 三圓心拱；三圓心拱； (d) 橢圓拱；橢圓拱；(e)變厚圓拱；變厚圓拱

11、；(f) 變厚非圓拱變厚非圓拱3.3.拱冠梁剖面型式和尺寸拱冠梁剖面型式和尺寸(1) 壩頂厚度壩頂厚度Tc 壩頂厚度壩頂厚度Tc基本上基本上代表了頂拱的剛度代表了頂拱的剛度。 a.加大壩頂厚度不僅能改善壩體上部下游面的加大壩頂厚度不僅能改善壩體上部下游面的應(yīng)力狀態(tài)，還能改善梁底上游面應(yīng)力，應(yīng)力狀態(tài)，還能改善梁底上游面應(yīng)力，有利于有利于降低壩踵拉應(yīng)力降低壩踵拉應(yīng)力; b.壩頂厚度應(yīng)根據(jù)剖面設(shè)計(jì)確定，并滿足運(yùn)壩頂厚度應(yīng)根據(jù)剖面設(shè)計(jì)確定，并滿足運(yùn)行行交通要求交通要求，一般不小于，一般不小于3m， 初擬時(shí)，可先按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算：初擬時(shí)，可先按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算： Tc=0.0145（2R軸軸+H） 或

12、或 Tc=0.01H+（0.0120.024）L1(2) 壩底厚度TB 壩底厚度壩底厚度TB是是表征拱壩厚薄的一項(xiàng)指標(biāo)表征拱壩厚薄的一項(xiàng)指標(biāo)，主要取決于壩高、壩型、河谷形狀等。設(shè)計(jì)主要取決于壩高、壩型、河谷形狀等。設(shè)計(jì)時(shí)可參考已建成的壩高和河谷形狀大致相近時(shí)可參考已建成的壩高和河谷形狀大致相近的拱壩來(lái)初步擬定，再通過(guò)計(jì)算和修改布置的拱壩來(lái)初步擬定，再通過(guò)計(jì)算和修改布置定出合適的尺寸。作為拱壩優(yōu)化的初始方案，定出合適的尺寸。作為拱壩優(yōu)化的初始方案，壩底厚度可用下式估算：壩底厚度可用下式估算： TB= H)LL(Kn11美國(guó)墾務(wù)局公式美國(guó)墾務(wù)局公式 根據(jù)不同河谷形狀的拱壩尺寸進(jìn)行分析，根據(jù)不同河谷

13、形狀的拱壩尺寸進(jìn)行分析，提出了初估壩底厚度提出了初估壩底厚度TB的經(jīng)驗(yàn)公式為：的經(jīng)驗(yàn)公式為： TB= 31222112200120/H/HLHL. 偏距偏距 高程高程 上上 游游 偏偏 距距 下下 游游 偏偏 距距壩壩 頂頂0.45H壩壩 底底00.95TB0.67 TBTC00.33 TB拱冠梁剖面參考尺寸表拱冠梁剖面參考尺寸表對(duì)于一般的雙曲拱壩，為近似確定上游面曲線，設(shè)221HyxHyxZ2112xx12122BTx并滿足： 當(dāng) y = 0 時(shí)，Z = 0當(dāng) y = H 時(shí)，BTxxZ2210dydZ當(dāng) 時(shí),Hy1式中 、 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通?？扇?=0.600.65=0.30.612214.

14、4.拱壩布置的原則和一般步驟拱壩布置的原則和一般步驟: :(1) 拱壩布置的原則拱壩布置的原則(安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便) a.使壩體材料的強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，壩體的總工程量最省; b.基巖的穩(wěn)定性要好，有足夠的巖體承受拱推力; c.壩內(nèi)應(yīng)力分布要合理，以充分利用材料的強(qiáng)度; d.適應(yīng)施工條件，立模方便，倒懸度要小。(2)拱壩布置的一般步驟 1）根據(jù)壩址地形地質(zhì)資料，繪出壩址新鮮基巖面等繪出壩址新鮮基巖面等高線圖高線圖，綜合考慮地形、地質(zhì)、水文、施工及運(yùn)用條件選擇適宜的拱壩壩型，并擬定出拱冠梁剖面。 2）利用新鮮基巖等高線，綜合考慮應(yīng)力和壩肩穩(wěn)定兩方面的要求，定出拱圈形式，試定頂

15、拱軸線的位試定頂拱軸線的位置。盡量使拱軸線與等高線在拱端處的夾角不小于置。盡量使拱軸線與等高線在拱端處的夾角不小于3535，同時(shí)應(yīng)使頂拱對(duì)稱中心線盡可能對(duì)稱于河谷兩岸，左半中心角與右半中心角之差左半中心角與右半中心角之差5 5，并使兩端夾角大致相近，按適當(dāng)?shù)闹行慕呛蛪雾敽穸犬?huà)出頂拱內(nèi)外緣弧線。3 3）根據(jù)初擬的拱冠梁剖面尺寸，選?。└鶕?jù)初擬的拱冠梁剖面尺寸，選取510510層拱圈，層拱圈，繪制各層拱圈平面圖，繪制各層拱圈平面圖，各層拱圈的圓心在平面上的連線盡可能對(duì)稱于河谷可利用基巖面等高線，在立面上，這種圓心連線應(yīng)是光滑的曲線。 4 4）每層拱圈的兩拱端與巖基的接觸原則上應(yīng)每層拱圈的兩拱端與巖

16、基的接觸原則上應(yīng)做成全徑向拱座，做成全徑向拱座，使拱端推力接近垂直于拱座面，以減小向下游滑動(dòng)的剪力。(2)拱壩布置的一般步驟 當(dāng)采用全徑向拱座使上游側(cè)可利用巖體開(kāi)挖過(guò)多時(shí)，此時(shí)可采用1/2徑向拱座。靠上游側(cè)的拱座面與基準(zhǔn)面的交角應(yīng)大于等于10。 當(dāng)采用全徑向拱座使下游側(cè)可利用巖體開(kāi)挖過(guò)多時(shí)，可采用非徑向拱座，此時(shí)拱座面與基準(zhǔn)面的夾角應(yīng) 80。5 5）自對(duì)稱中心線向兩岸切取若干個(gè)垂直梁）自對(duì)稱中心線向兩岸切取若干個(gè)垂直梁剖面，檢查各剖面輪廓是否連續(xù)光滑，倒剖面，檢查各剖面輪廓是否連續(xù)光滑，倒懸度是否滿足要求，若不滿足要求，應(yīng)適懸度是否滿足要求，若不滿足要求，應(yīng)適當(dāng)修改拱圈的半徑、中心角及圓心位置

17、，當(dāng)修改拱圈的半徑、中心角及圓心位置，直至滿足要求為止。直至滿足要求為止。 (2)拱壩布置的一般步驟6 6）按上述初擬的壩體形狀和尺寸，進(jìn)行）按上述初擬的壩體形狀和尺寸，進(jìn)行壩體應(yīng)力壩體應(yīng)力分析分析和和壩肩穩(wěn)定核算壩肩穩(wěn)定核算，如不滿足要求，應(yīng)重復(fù)上，如不滿足要求，應(yīng)重復(fù)上述步驟修改尺寸并布置。述步驟修改尺寸并布置。7 7）計(jì)算壩體工程量，作為不同方案比較的依據(jù)。）計(jì)算壩體工程量，作為不同方案比較的依據(jù)。(2)拱壩布置的一般步驟5.拱壩的優(yōu)化設(shè)計(jì) 在一定的范圍內(nèi)，對(duì)壩軸線的位置和壩體剖面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 在滿足約束條件(壩頂最小厚度、拱圈中心角范圍、倒懸度、強(qiáng)度穩(wěn)定條件等)的前提下，使壩體工程量

18、或造價(jià)(目標(biāo)函數(shù))達(dá)到最小。第三節(jié) 拱壩的荷載一、設(shè)計(jì)荷載及其特點(diǎn)一、設(shè)計(jì)荷載及其特點(diǎn)水平方向(徑向)的荷載：靜水壓力 泥沙壓力 冰壓力 浪壓力 地震荷載垂直方向的荷載： 自重 水重 揚(yáng)壓力 浮托力 溫度荷載:地基變形 順河向垂直河向拱壩荷載的特點(diǎn):1.自重由誰(shuí)承擔(dān)?-與封拱時(shí)間的有關(guān)封拱封拱拱壩是分塊澆筑的，為了使其發(fā) 揮拱的作用，用灌漿的方式將各 澆筑塊連接起來(lái)的工程措施。2.揚(yáng)壓力由梁承擔(dān)，揚(yáng)壓力的影響較小，約 為應(yīng)力的5%-10%，重力拱壩和 中厚拱壩應(yīng)考慮揚(yáng)壓力的影響；對(duì) 壩肩穩(wěn)定應(yīng)考慮滲透壓力對(duì)抗滑巖體的 影響。3.溫度荷載溫升、溫降由梁承擔(dān)拱梁共同承擔(dān)二、荷載計(jì)算 1.自重 2.

19、溫度荷載 a.定義：是指運(yùn)行過(guò)程中任一時(shí)刻壩體 空間溫度場(chǎng)與 封拱溫度之差。 b.封拱溫度的確定 封拱溫度是壩體溫升、溫降的計(jì)算基準(zhǔn)。封拱溫度是壩體溫升、溫降的計(jì)算基準(zhǔn)。 高一點(diǎn)好？低一點(diǎn)好？高一點(diǎn)好？低一點(diǎn)好？)()4(21212161AAZGAAAZGcmc當(dāng)當(dāng)tttt封封時(shí)：時(shí)：壩體膨脹，壩軸線伸長(zhǎng)伸長(zhǎng)，使壩體向上游變形，拱端上游側(cè)和拱冠下游側(cè)受壓受壓，產(chǎn)生的彎矩和剪力的水壓影響相反相反，軸力與水壓影響相同相同。當(dāng)當(dāng)tttt封封時(shí)：時(shí)：壩體收縮，壩軸線縮短縮短，使壩體向下游變形，拱端上游側(cè)和拱冠下游側(cè)受拉受拉，產(chǎn)生的彎矩和剪力的水壓影響相同相同，軸力與水壓影響相反。相反。結(jié)論：結(jié)論：溫降

20、溫降對(duì)壩體應(yīng)力不利對(duì)壩體應(yīng)力不利 溫升溫升對(duì)壩肩穩(wěn)定不利對(duì)壩肩穩(wěn)定不利c.c.壩體內(nèi)溫度變化規(guī)律壩體內(nèi)溫度變化規(guī)律(1)均勻溫度變化均勻溫度變化t tm m引起壩體均勻伸長(zhǎng)或縮短(2)沿壩厚溫度梯度變化沿壩厚溫度梯度變化t td d引起撓曲(3)非線性變化非線性變化t tn n引起表面變形(裂紋)d.d.溫度荷載的計(jì)算溫度荷載的計(jì)算(1)平板熱傳導(dǎo)cTtt222邊界條件：X=0時(shí)X=T時(shí)cos)(cos12 AtAtTbatgbatgCOSAAtAAtcTttaabshchchdm)1cos(sin)()()()(cos)(cos)(cos11616112222sin1411cos)cos(2

21、11222121211222212211(2)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 美國(guó)墾務(wù)局經(jīng)驗(yàn)公式: 修正公式: 評(píng)價(jià)：評(píng)價(jià)： T1/3T/R1/3時(shí)，截面應(yīng)力不呈直線關(guān)系，時(shí)，截面應(yīng)力不呈直線關(guān)系，應(yīng)按厚拱考慮，計(jì)入曲率的影響應(yīng)按厚拱考慮，計(jì)入曲率的影響26HMTT000()20.5lnudnRRRHMTTIRTTR4.4.用簡(jiǎn)約法求拱的應(yīng)力用簡(jiǎn)約法求拱的應(yīng)力 形常數(shù)、載常數(shù)的計(jì)算工作量繁重，對(duì)非圓弧拱或變厚拱只能用分段累計(jì)或高斯數(shù)值積分法計(jì)算，對(duì)圓弧拱，由基本公式直接積分，并有現(xiàn)成表格。為簡(jiǎn)化計(jì)算，1948年美國(guó)墾務(wù)局提出了簡(jiǎn)約法，其基本假定是:204 .05 .0 7 51 .7 8 51 .5 5 6f

22、cbafffEEETEE 5.5.用改進(jìn)簡(jiǎn)約法用改進(jìn)簡(jiǎn)約法 求拱的應(yīng)力求拱的應(yīng)力 簡(jiǎn)約法中的假定條件與實(shí)際有出入作如下改進(jìn):0224515400.24.161.592.534.160.37cffffffEEbaE TEEE TE T 四、拱冠梁法 只取拱冠處一根懸臂梁，根據(jù)各層拱圈與拱冠梁交點(diǎn)處徑向變位一致的條件求得拱梁荷載分配，且拱圈所分配到的徑向荷載從拱冠到拱端為均勻分布，認(rèn)為拱冠梁兩側(cè)梁系的受力情況與拱冠梁一樣。 因該法僅計(jì)入徑向變位，故溫度荷載引起的拱圈變形由拱圈單獨(dú)承擔(dān)，但該變形能影響水平荷載的分配； 按拱冠梁與各層拱圈相交處徑向位移一致的條件，可建立拱梁徑向位移一致協(xié)調(diào)方程組。 拱

23、冠梁法計(jì)算簡(jiǎn)圖 拱梁變位一致協(xié)調(diào)方程組 winjjijxa1iiiiitcxp)(nnnnnwnnnwwtcxpxaxatcxpxaxatcxpxaxa)()()(2211222222222121111111212111梁的徑向變位系數(shù)aij的計(jì)算引入 ，假設(shè)梁的水平截面近似按矩形計(jì)算，A=T1（T為梁厚），截面慣性矩I= ， )()(hAGKVrhhEIMrffrAffsAffVErMTE785. 1075. 52EGK3123T)3785. 1 (12075. 5132hTVVhhTMMTEarAsAij拱冠梁的i截面在垂直荷載作用下產(chǎn)生的水平徑向變位 的算式 widhEIMhrhihfi

24、fwi0)( ihhiSAwihhEIMhMET002)(075. 5可用圖乘求得 ihdhEIMh0拱圈拱冠處的徑向變位系數(shù)i和Ci的計(jì)算 i可參照“純拱法”中的基本公式進(jìn)行計(jì)算。 對(duì)左右對(duì)稱的單心等厚拱圈i和Ci可借助現(xiàn)成數(shù)表直接查算拱冠變位。iiiixpER10001imiitaRcc1式中 、 為表中系數(shù);R為拱圈平均半徑; 為壩體材料的線性熱膨脹系數(shù); iicma五、拱壩的應(yīng)力控制指標(biāo)五、拱壩的應(yīng)力控制指標(biāo) 拱壩的應(yīng)力控制指標(biāo)涉及到筑壩材料強(qiáng)度的極限值和安全系數(shù)的取值。 應(yīng)力控制指標(biāo)還與計(jì)算方法有關(guān)，我國(guó)拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范中的指標(biāo)是針對(duì)用拱梁分載法算得的主應(yīng)力而言的。 容許壓應(yīng)力：容許壓應(yīng)

25、力：容許壓應(yīng)力等于混凝土的極限抗壓強(qiáng)度 （90天齡期）除以安全系數(shù)，現(xiàn)在規(guī)定 基本組合:安全系數(shù)為4.04.0； 特殊組合:安全系數(shù)為3.53.5； 容許拉應(yīng)力：容許拉應(yīng)力：基本組合，容許拉應(yīng)力為1.21.2 MPa， 特殊組合，容許拉應(yīng)力為1.51.5 MPa 。 第五節(jié) 拱壩的壩肩穩(wěn)定分析拱壩的壩肩穩(wěn)定分析一、可能滑動(dòng)一、可能滑動(dòng)面分析面分析 a. 具有單獨(dú)的陡傾角結(jié)構(gòu)面F1和緩傾角結(jié)構(gòu)面F2組合成滑移體。 b. 具有成組的陡傾角和成組的緩傾角結(jié)構(gòu)面組合成滑移體。 c. c. 易產(chǎn)生滑動(dòng)的節(jié)理走向及傾角易產(chǎn)生滑動(dòng)的節(jié)理走向及傾角 d. 無(wú)明顯斷夾層和節(jié)理裂隙或節(jié)理裂隙不連續(xù)、分布又較均勻時(shí)

26、，可能滑動(dòng)面存在于AE、AO之間。 iiiiiiiQlclhNfK)21(iiiiiihcNfQKl21二、壩肩穩(wěn)定分析二、壩肩穩(wěn)定分析 1.穩(wěn)定分析方法 評(píng)價(jià)壩肩穩(wěn)定的方法有二類 數(shù)值計(jì)算法:包括剛體極限平衡法（如剛性塊 法、分塊法、赤平投影法等）和 有限元法；模型試驗(yàn)法:包括線彈性結(jié)構(gòu)應(yīng)力模型試驗(yàn)和 地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)。 剛體極限平衡法剛體極限平衡法該法的基本假定是：將滑移體視為剛體，不考慮其中各部分間的相對(duì)位移；只考慮滑移體上力的平衡，不考慮力矩的平衡; 忽略拱壩內(nèi)力重分布的影響，認(rèn)為拱端作用在巖體上的力系為定值； 達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，滑裂面上的剪力方向?qū)⑴c滑移的方向平行，指向相反，數(shù)值達(dá)

27、到極限值。2.平面分層穩(wěn)定分析sincosVHQcossinVHNQlcfWGfUNK/1211QfWGfUNK/212考慮凝聚力考慮凝聚力c c不考慮凝聚力不考慮凝聚力c c3.3.整體穩(wěn)定計(jì)算整體穩(wěn)定計(jì)算拱壩整體穩(wěn)定須考慮兩種情況： (1)拱座整體沿滑動(dòng)面向下游滑動(dòng) 拱座巖體被一些構(gòu)造面所切割，連同臨空面組成一個(gè)容易失穩(wěn)的“楔體”。該“楔體”沿下游某一方向變位直至滑移，這種失穩(wěn)可稱為整體滑動(dòng)。 構(gòu)成失穩(wěn)巖體的界面（或稱破裂面）至少是一個(gè)，更常見(jiàn)的是兩個(gè)，或三個(gè)。其中一個(gè)較平緩，構(gòu)成底裂面；一個(gè)較陡，構(gòu)成側(cè)裂面；另一個(gè)可以是上游開(kāi)裂面。 若作用在側(cè)裂面F1上的R1-U10，由于通常假定基巖結(jié)

28、構(gòu)面不能受拉，R1-U10即意味著F1面已拉裂，滑移體將沿底裂面F2作單面滑動(dòng) SAcAcURfURfKc2211222111)()(SAcURfKc2222)( (2)繞一岸旋轉(zhuǎn)滑動(dòng) 當(dāng)河谷兩岸地質(zhì)情況差異較大時(shí)，如一岸的節(jié)理發(fā)育或拱座巖體單薄，或基巖有軟弱夾層，則壩體可能繞另一岸旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)。 各抗滑力乘以相應(yīng)的半徑求得抗滑力矩 。設(shè)拱壩外荷載如水壓力等對(duì)點(diǎn)的滑動(dòng)力矩為M，則穩(wěn)定條件要求： 、21MMMMM214.重力墩穩(wěn)定分析22cossinWNPVFaa22cossinsincosWNPVPWNfKaauauaPWNfsincos抗滑力抗滑力: : 滑動(dòng)力滑動(dòng)力: : 重力墩抗滑重力墩抗滑

29、穩(wěn)定安全系數(shù)穩(wěn)定安全系數(shù): : 5.5.改善拱座穩(wěn)定的措施改善拱座穩(wěn)定的措施 a. 對(duì)不利的節(jié)理等進(jìn)行有效的沖洗和固結(jié)灌漿固結(jié)灌漿，以提高其抗剪強(qiáng)度。 b.加強(qiáng)壩肩巖體的灌漿和排水灌漿和排水措施，減少巖體的滲透壓力。 c. 將拱端向岸壁深挖嵌進(jìn)將拱端向岸壁深挖嵌進(jìn)，以擴(kuò)大下游的抗滑巖體，也可避開(kāi)不利的滑裂面。這種做法對(duì)增加拱座的穩(wěn)定性較有效。 d. 改進(jìn)拱圈設(shè)計(jì)改進(jìn)拱圈設(shè)計(jì)，如采用三心拱、拋物線等形式，使拱端推力盡可能趨向正交于岸坡。 e.如拱端基巖承載能力較差，可局部擴(kuò)大拱端局部擴(kuò)大拱端或設(shè)置推力墩。第六節(jié)第六節(jié) 拱壩的壩身泄水及消能防沖拱壩的壩身泄水及消能防沖1.1.意義意義-不需另設(shè)溢洪道，經(jīng)濟(jì)性明顯。2.2.泄水方式泄水方式 影響因素影響因素:地形地質(zhì)條件、流量大小、下 游水位、樞紐布置等。 總的特點(diǎn)總的特點(diǎn)：壩身單薄 向心收聚 型型 式式: 自由跌落式 鼻坎挑流式 滑雪道式