水工擋土墻計算

§2-1水工建筑物的荷載計算水工建筑物上的作用有：重力、水作用、浸透作使勁、風及波濤作用、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，對土石壩的資料重度應依據(jù)詳細性能及不一樣部位，分別取濕重度、干重度、飽和重度、浮重度等幾種狀況計算.水工建筑物上永遠固定設(shè)施，如閘門、啟閉機等，其自重標準值采納設(shè)施標牌重量作用分項系數(shù):大概積混凝土、土石壩取1。0；對一般水工混凝土、金屬構(gòu)造（設(shè)備)取1。05，當自重對構(gòu)造有益時取0。95.地下工程的混凝土襯砌取1。1,其對構(gòu)造有利時取0.9。二、水壓力水體對各樣水工構(gòu)造均發(fā)生作用，作用結(jié)果是對構(gòu)造產(chǎn)生水壓力,其可分為靜水壓力和動水壓力。1．靜水壓力水體靜止狀態(tài)下對某構(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。對內(nèi)水壓力，為計算方便,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)對有壓隧洞的砼襯砌的外水壓強標準值可按式（2-6）計算.pekeHe(2—6）式中：pek——作用于襯砌上的外水壓強標準值（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)力的大小應等于單位洞長排開水體的重量.2．動水壓力（1）漸變流時的時均壓強：ptrwghcos式中：ptr——過流面上計算點的時均壓強代表值（2N/m）;w——水的密度（kg/m3）；g——重力加快度（m/s2)；——計算點A的水深（m)；hθ——構(gòu)造物底面與平面的夾角。（2）閘壩反弧段上的動水壓力.PcrqwV/RPxrqV(cos2cos1)PyrqV(sin2sin1)式中：q--相應設(shè)計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壓力。1．重力壩、拱壩的揚壓力1)壩基無防滲帷幕和排水孔幕時，2）當壩基上游布防滲帷幕和排水孔3）當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，對寬縫重力壩、大頭壩河床段α取0。2,岸坡段為0.3；對實體重力壩拱壩等。河床段取0。25，岸坡段取0.35，揚壓力強度系數(shù)α2取0.15~0。2；剩余揚壓力系數(shù)α2與排水強度有關(guān),一般狀況下均取0.5。2．水閘揚壓力水閘擋水后，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壓力。1）閘底板上的揚壓力。對巖基上水閘，板底底面上的揚壓力散布圖形，可按實體重力壩的狀況確立.2)兩岸墩墻揚壓力。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）靜止土壓力當墻后填土表面水平,墻背后鉛直時（見圖2-7（a)），作用在墻背的靜止土壓力標準值可按下式計算：Fok1H2Ko2H處,水平指式中：Fok——靜止土壓力標準值（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)，當墻后為正常固結(jié)黏土時Ko=1—cos'—-墻后填土的有效內(nèi)摩擦角（°）2）主動土壓力計算作用在擋土構(gòu)造單位長度上的主動土壓力,可按土力學基本公式計算.擋土墻后土壓力強度在垂直方向為三角形散布（墻后填土平齊、無荷載）。Fak1H2ka2H處,與水平面呈(式中：Fak—-主動土壓力標準值（KN/m,其作用點距墻底)的夾2—7（b)）；3角（見圖ka-—主動土壓力系數(shù),可按土力學及有關(guān)規(guī)范計算。2．淤沙壓力122s)Psk2sbhstg(452式中：P-—淤沙壓力標準值（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壩下埋管或倒虹吸管，常常管上埋有土體

,這些土體將對管身產(chǎn)生垂直土壓力和側(cè)向土壓力（見圖2—8）。作用在單位長度上的垂直土壓力的標準值

Fsk和側(cè)向土壓力標準值

Ftk可按下式計算：Fsk

Ks

HdD1Ftk

Kt

HoDd式中：Fsk、Ftk-—埋管垂直和側(cè)向土壓力標準值（

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，水面寬度及長度增添,水面在風力作用下,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（Lm），均勻波周期（Tm)等（見圖2—）。對平原、濱海地域的水庫及水閘,宜按莆田試驗站公式計算波濤因素值：ghm0.13th0.7(gHm)0.7th0.0018(gD/vo2)0.45vo2vo20.13th0.7(gHm/vo2)0.7gTm13.9(ghm)0.5vovo2HmgT2當0.5時,LmmLm2當Hm0.5時,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——計算風速(m/s)；D-—風區(qū)長度（m）。對丘陵、平原地域水庫，其風波因素值宜按鶴地水庫試驗公式計算: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（m）。鶴地公式合用于水深較大，計算風速vo＜265m/s，風區(qū)長度D＜7。5km的水庫。對內(nèi)地的峽谷水庫，宜按官廳公式計算各風波因素值：11gh0.0076vo12(gD)3vo2vo2gLm1gD120.331vo2.15(2)3.75vovogD5%gD=250—1000時，為式中:h——當2=20—250時，為積累頻次5％的波高h，當2vovo積累頻次為10％的波高h.10%2．波濤壓力計算對作用在鉛直迎水面建筑物上的風波壓力，應依據(jù)建筑物前的水深狀況，按以下三種波態(tài)分別計算:(1)當閘壩前水深H知足H≥Hcr和H≥Lm時,浪壓力散布如圖2—12(a）所示，單2位長度擋水建筑物迎水面上的浪壓力標準值按下式計算：PWK1WLm(h1%hz)4(2）當H≥Hcr但H＜Lm時,壩前產(chǎn)生淺水波，其浪壓力散布如圖2-12（b）所示，2單位長度的浪壓力標準值按下式計算：PWK1(h1%hz)(wHPlf)HPlf（3)當H＜H2,此時浪壓力散布如圖2—12(c）所示，單時，則閘、壩前產(chǎn)生破裂波cr位長度上的波濤壓力標準值可按下式計算：PWK1po(1.50.5)h1%(0.7)H2六、地震作用1．概括一般對設(shè)計烈度為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，一定進行特意的抗震研究?；玖叶仁侵冈?0年基準期內(nèi)，一般場所條件下，可能遭受的地震事件中，超越概率P50為0。01所對應的地震烈度。2．地震作使勁計算（1)地震慣性力1）水平川震慣性力采納擬靜力法計算地震作用效應時，沿建筑物高度作用于質(zhì)點i的水平向地震慣性力代表值應按下式計算: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應取水平向設(shè)計地震加快度代表值

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

(h)

h

(h)

Ho(3）地震動土壓力當重力壩或水閘一側(cè)有填土時，則應試慮地震作用惹起的土體對構(gòu)造產(chǎn)生的動向壓力，即地震動土壓力。七、冰壓力和凍脹力1．冰壓力冰壓力可分為靜冰壓力和動冰壓力。1）靜冰壓力：水庫水面結(jié)冰后，當氣溫上升時,冰蓋產(chǎn)生膨脹，則對建筑物產(chǎn)生擠壓作用,稱為靜冰壓力。作用于其表面單位長度上的靜冰壓力標準值按表2-11采納。表2-10靜冰壓力標準值冰層厚度(m）0.40.60。81.01.2靜冰壓力標準值(kN/m)85180215245280靜冰壓力垂直作用于構(gòu)造物前沿，其作用點取冰面以下1冰厚處.（2)動冰壓力：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、山體圍巖壓力當巖體較破裂時，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、風荷載及雪荷載對砼壩、土石壩等構(gòu)造物，風雪荷載占所有荷載的比重很小,一般可忽視不計，但對渡槽、進水塔、啟閉機房、泵房等架空、高聳構(gòu)造物，則一定計入風、雪荷載的作用。1．風荷載對一些架空建筑物、廠房等構(gòu)造物其側(cè)面受風的作用后，垂直作用于建筑物側(cè)表面上的風荷載標準值可按式(2—48)計算WkzzsWo2．雪荷載對電站廠房、泵站廠房、渡槽等建筑物頂面，因為降雪時的積雪對其作用稱為雪荷載。SkrSo十、其余荷載1．溫度作用溫度作用是與構(gòu)造特點有關(guān)的間接作用，當外界氣溫或水溫發(fā)生變化時，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。對灌漿壓力的標準值，可取回填灌漿、接觸灌漿的設(shè)計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組合一、作用及作用效應組合作用——--—外界環(huán)境對水工建筑物的影響作用效應——-—-建筑物對外界的響應作用的變異性和隨機性——-應隨時間變異按隨機過程對待，可統(tǒng)計剖析建筑物承受的作用分為：直接作用、間接作用。永遠作用、可變作用、有時作用.二、作用效應剖析剖析方法物理模型；數(shù)學模型；分析法、差分法、有限元法經(jīng)驗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：長久狀況、短暫狀況、有時狀況。四、作用效應組合:水工建筑物設(shè)計的兩類極限設(shè)計狀態(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)進行設(shè)計：分兩種作用效應組合：基本組合—-——長久狀況或短暫狀況下,永遠作用和可變作用的組合有時組合-——-有時作用下，永遠作用和可變作用和一種有時作用的效應組合2按正常使用極限狀態(tài)進行設(shè)計:短期組合-———長久狀況或短暫狀況下,永遠作用效應和可變作用的短期效應的組合長久組合--—-長久狀況下，永遠作用效應和可變作用的長久效應組合五、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）分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法2、設(shè)計準則構(gòu)造的靠譜度——---是指在