2非溢流壩剖面設(shè)計

非溢流壩剖面設(shè)計非溢流壩剖面設(shè)計的根本原則是：(1)滿足穩(wěn)定和強度要求，保證大壩安全；(2)工程量小，造價低；(3)構(gòu)造合理，運用便利；(4)利于施工，便利修理。過程?！惨弧称拭娉叽绲臄M定非溢流壩剖面初步擬定的主要內(nèi)容有：壩頂高程確實定，壩頂寬度的擬定，壩坡確實定及上、下游起坡點位置確實定。1、壩頂高程確實定分別按設(shè)計和校核兩種狀況用以下公式進展計算：波浪要素按官廳公式計算。公式如下：l12gh 0.00761l122 00

gD1()3(202 00

(gD)13.75 〔1〕3.75 〔1〕0h lz L

cth

L庫水位以上的超高Δｈ：hhl

hhc

(m) (2)圖1 波浪幾何要素示意圖式中 ｈ 波浪高度，ｍ，如圖1所示；ｌｈ 波浪中心線超出靜水位的高度，ｍ；ｚｈ 安全超高，ｍ，1中查找；ｃ 01.5~2.0m/s；D—-風(fēng)區(qū)長度，m；L—-波長，m；H—-壩前水深，m。官廳公式適用于v<20m/s,D<20km,gD/2=20~250。0 0表1 非溢流壩壩頂安全超高值〔m〕水工建筑物安全級別〔水工建筑物級別〕Ⅰ〔1〕Ⅱ〔23〕Ⅲ〔45〕設(shè)計狀況0.70.50.4校核狀況0.50.40.3壩頂或防浪墻頂高程=靜水位＋相應(yīng)的庫水位以上的超高Δｈ。(1.2ｍ左右)，則可以得到帶1、2級壩，壩頂高程不得低于校核洪水位。2、壩頂寬度的８％～10％，且不小于3ｍ。假設(shè)有交通要求或有移動式啟閉機設(shè)施時，應(yīng)依據(jù)實際需要確定。3、壩坡的擬定考慮壩體利用局部水重增加其抗滑穩(wěn)定，依據(jù)工程實踐，上游邊坡系數(shù)ｎ＝0.1～0.2，下游邊坡系數(shù)ｍ＝0.6～0.8。4、上、下游起坡點位置確實定上游起坡點位置應(yīng)結(jié)合應(yīng)力掌握標準和發(fā)電引水管、泄水孔等建筑物的進口高程來確1／3～2／3四周。下游起坡點的位置應(yīng)依據(jù)壩的有用剖面型式、〔最常用的是其根本剖面的頂點位于校核洪水位處。由于起坡點處的斷面發(fā)生突變，故應(yīng)對該截面進展強度和穩(wěn)定校核。依據(jù)以上幾個方面，初擬非溢流重力壩有用剖面如圖2。

2非溢流壩剖面設(shè)計變作用、偶然作用。設(shè)計時應(yīng)正確選用其標準值、分項系數(shù)〔從表3中選用、有關(guān)參數(shù)和〔設(shè)計值＝其標準值×分項系數(shù)。下面介紹主要荷載作用標準值的計算方法。重力壩的主要荷載主要有：自重、靜水壓力、浪壓力、泥沙壓力、揚壓力、冰壓力、地1ｍ壩進步行計算。１、 自重W壩體自重的計算公式：WVc〔kN〕 〔3〕式中Ｖ—壩體體積，ｍ3；由于取1ｍ壩長，可以用斷面面積代替，通常把它分成如圖3所示的假設(shè)干個簡潔的幾何圖形分別計算重力；c—壩體混凝土的重度，一般取23.5～24.0kN／ｍ3。２、 靜水壓力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Ｈ2-1-3。PH計算公式為：ＶP H 2

H2 〔kN〕 (4)W式中：Ｈ—計算點處的作用水頭，ｍ；Wγ9.81kN／ｍ3；VW——斜坡面上水體的體積，m3。垂直水壓力按水重計算。W３、 揚壓力H產(chǎn)生的滲流在壩內(nèi)或壩基面上形成的向上水壓力；浮托力是由下游水面漂浮計算截面而產(chǎn)生向上的水壓力。揚為例來說明，壩踵處的揚壓力強度為γHγH1 2透壓力為α〔αα0.0.α0.～0.3。揚壓力的大小等于揚壓力分布圖的面積。只要把揚壓力分布圖(如圖3)畫正確，揚壓力就不難計算了。3重力壩荷載計算示意圖揚壓力是一種難以準確計算的荷載，而且形成穩(wěn)定的揚壓力值，常需很長時間。因此，在進展壩體應(yīng)力分析時，按應(yīng)力的最不利狀況確定是否計入揚壓力。４、 泥沙壓力skH50～100年，水平泥沙壓力Ｐ為：skHP

h2tg2(45 s) (kN) (5)skH

2 sb s 2式中：γ——泥沙的浮重度，kN/m3；ｓｂhs——壩前淤沙厚度，ｍ；φs豎直方向的泥沙壓力Ｐ 按作用面上的淤沙重量〔按淤沙的浮重度〕計算。５、 浪壓力

ｓｋｖH>L/2時，可假定浪頂及水深等于L/2處的浪壓力為零，靜水位處的浪壓力最大，4，圖4 浪壓力分布則浪壓力P為：l1 L 1 LP ( hh)L ( )2 (6)l 4 2 l z 2 2浪壓力對壩底中點的力矩M為：1 L 1 LM ( hh)Ly ( )2yl 4 2 l z 1 2 2 2y H

L1(Lhh) (7)1 1y H2

2 3 2 l zL3式中：波浪要素L、hh按官廳公式(1)計算l zH1---壩前水深，m；y、y---分別是浪壓力到壩底面形心的力臂，m。1 2６、 其它荷載66計入。風(fēng)荷載、雪荷載、人群荷載等在重力壩荷載中所占比例很小，可以無視不計。７、 荷載組合荷載組合可分為根本組合和偶然組合，它們分別考慮的荷載見表2：表2 荷載組合荷載作用荷載作用基本組合偶然組合自重靜水壓力揚力壓壓力浪力壓冰力壓壓力土壓力地震力正常蓄水狀況+++++00+0設(shè)計洪水狀況+++++0++0冰凍狀況++++0+0+0校核洪水狀況+++++0++0地震狀況+++++00++注：1應(yīng)依據(jù)各種作用同時發(fā)生的實際可能性，選擇計算中的最不利的組合；序號作用類別分項系數(shù)序號作用類別數(shù)1自重〔永久作用〕1.04淤沙壓力〔永久作用〕1.22序號作用類別分項系數(shù)序號作用類別數(shù)1自重〔永久作用〕1.04淤沙壓力〔永久作用〕1.22〔可變作用〕5浪壓力〔可變作用〕1.2〔1〕靜水壓力1.06冰壓力〔可變作用〕1.1〔2〕動水壓力：1.17土壓力〔永久作用〕1.23〔可變作用〕8未規(guī)定的永久作用對構(gòu)造不1.05〔1〕滲透壓力1.2利0.95〔2〕浮托力1.0未規(guī)定的永久作用對構(gòu)造有利9未規(guī)定的不行掌握可變作用1.2未規(guī)定的可掌握可變作用1.1〔三〕抗滑穩(wěn)定分析1、分析的目的核算壩體沿壩基面或地基深層脆弱構(gòu)造面的抗滑穩(wěn)定的安全度〔按平面問題進展分析〕2、滑動面的選擇滑動面的選擇是穩(wěn)定分析的重要環(huán)節(jié)。其根本原則是：爭論壩基地質(zhì)條件和壩體剖面形〕〔〕壩基內(nèi)脆弱層面〔〕基巖緩傾角構(gòu)造面〔〕不利的地形〔〕碾壓混凝土層面等。3、抗滑穩(wěn)定計算方法常用的穩(wěn)定計算方法有：抗剪強度公式、抗剪斷強度公式、抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)計算等?？辜魪姸裙健灿址Q純摩公式〕它是把壩體與巖基之間看成一個單純的接觸面，而不是膠結(jié)面。當(dāng)接觸面水尋常，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K的計算公式為：fWKS P (8)式中：Ks---抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，計算值應(yīng)不小于表4中規(guī)定值；W 作用于接觸面上豎直向下的合力，kＮ；P 作用于接觸面上水平方向的合力，kＮ；f 接觸面間的摩擦系數(shù)。荷載組合壩的級別表4 荷載組合壩的級別12、3根本組合1.101.05Ks特別組合〔1〕1.051.00特別組合〔2〕1.001.00根本組合3.0K’s特別組合〔1〕2.5特別組合〔2〕2.3抗剪斷強度公式〔又稱剪摩公式〕它認為壩體混凝土與壩基基巖接觸良好，屬于膠結(jié)面。此時其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可Ｋs’的計算公式為：f”Wc”AK”s P

(9)s式中：Ｋ’ 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算值不應(yīng)小于表4中規(guī)定值；sf” 抗剪斷摩擦系數(shù)，由試驗得到；c’ 抗剪斷分散力，由試驗得到，kPa；A 計算截面〔壩底面〕面積，m2；其它符號同式(8)。③抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)計算法計算。其具體表達式如下：根本組合偶然組合

( G0 G

, ,Q,)Q k k

1 R(fk kd1 1

,) 〔10〕kf( G0 G

, ,Q,AQ k

,)k d2

R(km

,) 〔11〕k式中0--構(gòu)造重要性系數(shù)，對應(yīng)于構(gòu)造安全級別Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級的構(gòu)造，其構(gòu)造重要性系1.1、1.0、0.9；ψ—1.0、0.95、0.85；S()S(

G,,Q,)=ΣP；Gk Q k kR( k,R〔R( k, kmγ3；G

)f”Wc”A；γ3；QGkN；kQkN；kαkfkγ6；mγ5；d1γ5；d2Ak其它符號同式8。表5 構(gòu)造系數(shù)序號序號1工程壩體抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)2混凝土壩抗壓極限狀態(tài)組合類型根本組合偶然組合根本組合偶然組合3素混凝土構(gòu)造承載力量極限狀態(tài)分項系數(shù)1.21.21.31.3受拉破壞 2.0受壓破壞 1.34 鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土承載力量極限狀態(tài) 1.2表6 材料性能分項系數(shù)序序號1材料類別及強度抗剪斷強度分項系數(shù)備注混凝土/基巖f’,c’1.3，3.0混凝土之間f’,c’1.3，3.0常態(tài)混凝土層面碾壓混凝土之間基巖之間f’,f’,c’c’1.3，3.01.6，3.4碾壓混凝土層面脆弱夾層之間f’,c’1.6，3.42混凝土強度抗壓強度2.0穩(wěn)定。〔四〕應(yīng)力分析1、分析的目的檢驗所擬壩體斷面尺寸是否經(jīng)濟合理的主要條件之一，并為確定壩內(nèi)材料分區(qū)、某些部位配筋供給依據(jù)。2、分析的方法應(yīng)力分析的方法有理論計算和模型試驗兩類。理論計算又分材料力學(xué)法和彈性理論法。材料力學(xué)法計算簡便，適應(yīng)面廣，并有一套比較成熟的應(yīng)力掌握標準，所以，目前仍被普遍承受，適應(yīng)于地質(zhì)條件比較簡潔的中、低壩；對于高壩，尤其地質(zhì)條件簡單時，除用材料力學(xué)法外，應(yīng)同時進展模型試驗來爭論。3、壩體強度極限狀態(tài)法承載力量極限狀態(tài)設(shè)