重力壩 第二節(jié)

重力壩第二節(jié)第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)重力壩的荷載及荷載組合

一、重力壩的荷載①自重（包括壩體及壩上永久性設(shè)備）②靜止水壓力（上、下游壩面，水平、豎直方向）③動(dòng)水壓力（對(duì)溢流壩段）④揚(yáng)壓力⑤淤沙壓力⑥浪壓力⑦冰壓力⑧地震荷載⑨其他荷載第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月重力壩上作用力示意圖

第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）自重a.壩體自重按壩體結(jié)構(gòu)尺寸和材料容重計(jì)算：自重=gV式中：g——壩體材料重度=rg；混凝土：g=23.0～23.5kN/m3漿砌石：g=21.5～23.5kN/m3b.

永久性設(shè)備自重：閘門、固定啟閉機(jī)等，車輛、活動(dòng)啟門機(jī)不計(jì)入。第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）靜水壓力

作用于單位壩長上游壩面靜水壓力的水平分力：

作用于單位壩長上游壩面靜水壓力的鉛直分力：

n為坡度系數(shù)=tanj第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）動(dòng)水壓力

動(dòng)水壓力是指水流流經(jīng)建筑物表面時(shí)，由于流速方向和大小發(fā)生改變而對(duì)建筑物產(chǎn)生的作用力，垂直于建筑物表面，多發(fā)生于溢流壩面。挑流鼻坎反弧段：忽略微分體自重和側(cè)面水壓力，僅計(jì)離心力。第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月單寬流量

式中：g－水的重度，KN/m3；

v－反弧段的平均流速,m/s

。微分體質(zhì)量m=g/g×hds微分體離心力第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月水平分力

第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

鉛直分力

第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）揚(yáng)壓力重力壩擋水后，在水位差作用下，上游水將通過壩體的孔隙和壩基裂隙向下游滲透，滲透水對(duì)壩體和壩基產(chǎn)生滲透水壓力（水力學(xué)中稱為“滲透動(dòng)水壓力）滲透水壓力的特點(diǎn)：①同一點(diǎn)上各向壓強(qiáng)相等——各向同性②垂直于作用面——方向③其鉛直分力稱為揚(yáng)壓力第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）揚(yáng)壓力4.1壩底揚(yáng)壓力包括兩部分①下游水深引起的浮托力②由上下游水頭差引起的滲透壓力滲透水壓力的實(shí)際分布比較復(fù)雜：基巖節(jié)理、裂隙分布規(guī)律，難于理論計(jì)算。通常由經(jīng)驗(yàn)假定：若壩底面未做任何防滲排水處理，則沿壩底面直線分布，即在壩底面沿程滲流水頭損失相等。第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2減小揚(yáng)壓力措施防滲帷幕：為了減少壩底揚(yáng)壓力＋壩基滲流量，在壩底靠上游側(cè)的基巖內(nèi)鉆孔，用高壓水泥漿灌入孔內(nèi)，滲入充填巖石節(jié)理、裂隙形成的不透水幕墻。

排水：為進(jìn)一步減小揚(yáng)壓力，在防滲帷幕后的基巖鉆孔，排除部分透過帷幕的水流。第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月無防滲排水措施時(shí)壩底揚(yáng)壓力分布

有防滲排水時(shí)壩底揚(yáng)壓力分布揚(yáng)壓力折減系數(shù)α參照SL319－2005《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中的建議取值。河床壩段：a=0.2～0.3岸坡壩段：a=0.3～0.4

第13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月a1=0.20a2=0.50壩基有帷幕和主排水孔幕、2排副排水孔幕，并采取抽排，帷幕后壩基較大范圍的滲透壓力得到更大釋放

第14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3壩體揚(yáng)壓力

滲流不僅發(fā)生在壩基，也出現(xiàn)在壩體，只是壩體材料滲透性相對(duì)比較小，水流在壩體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的速度慢些而已，只要有足夠的時(shí)間，水流同樣從壩體上游壩面經(jīng)過壩體流到下游壩面。第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）泥沙壓力挾帶泥沙的水流入庫后，泥沙逐漸在壩前淤積，對(duì)壩上游面產(chǎn)生泥沙壓力。按水庫的使用年限和平均年入庫泥沙量估算淤積總量，再由庫容曲線查得淤積高程，按土力學(xué)公式計(jì)算。第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）泥沙壓力hn－為壩前泥沙淤積厚度；gn－為淤沙的浮容重，通過試驗(yàn)或工程類比得到；－淤沙的內(nèi)摩擦角，根據(jù)壩前淤沙的粒徑范圍和淤積年限，參考類似工程的實(shí)測資料確定。

第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月成因:

空氣流動(dòng)（風(fēng)），帶動(dòng)水體，形成波浪，波浪對(duì)壩面產(chǎn)生的壓力。（6）浪壓力波浪的三要素:波高,波長,波浪中心線距靜水面距離第18頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）浪壓力第19頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月由于水的阻力比空氣阻力大，因而波峰比較尖銳，波谷比較平坦，這樣導(dǎo)致波浪中心線高出靜水面

波峰—波浪在靜水位以上部分；波谷—波浪在靜水位以下部分；波高—波峰頂與波谷底之間的高差；波長—兩相鄰波峰頂或波谷底之間的距離；波浪中心線—平分波高的水平線（為什么波浪中心線高于靜水面？）。第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1波浪要素計(jì)算對(duì)于平原、濱海地區(qū)水庫，采用莆田（福建地名）試驗(yàn)站公式計(jì)算波高和波長對(duì)于丘陵、平原地區(qū)水庫，采用鶴地水庫公式計(jì)算對(duì)于內(nèi)陸?yīng)M長水庫，采用官廳水庫（位于河北）公式計(jì)算公式及其適用條件（考試內(nèi)容）第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1波浪要素計(jì)算官廳水庫（位于河北）公式累計(jì)頻率為p的波高，如h5%20-250累計(jì)頻率波高與平均波高比值可查教材表1-1得到如h5%/hm=1.95

可得hmHm－水域平均水深=(H設(shè)計(jì)/校核水位－壩底高程)×2/3

第22頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1波浪要素計(jì)算v0為計(jì)算風(fēng)速，m/s

當(dāng)浪壓力參與基本荷載組合時(shí)，采用重現(xiàn)期為50年（頻率為2%）的年最大風(fēng)速；當(dāng)浪壓力參與特殊荷載組合時(shí)，采用多年平均最大風(fēng)速。D為風(fēng)區(qū)長度（有效吹程），m

當(dāng)壩前水域較寬，并且主風(fēng)向大致迎大壩正面吹來時(shí)，吹程為計(jì)算點(diǎn)至對(duì)岸的直線距離。波浪中心線高出靜水位的高度

靜水深(m)第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2浪壓力浪壓力—波浪對(duì)建筑物迎水面的沖擊力；它沿水深逐漸減弱。根據(jù)水深按三種波態(tài)計(jì)算plf深水波淺水波破碎波第24頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2浪壓力深水波（Hcr≤H且H≥Lm/2）壩前有足夠水深，波浪不會(huì)破碎，靜水面Lm/2下的波浪壓強(qiáng)可以不計(jì)第25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2浪壓力浪壓力—波浪對(duì)建筑物迎水面的沖擊力；它沿水深逐漸減弱。根據(jù)水深按三種波態(tài)計(jì)算plf深水波淺水波破碎波第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2浪壓力波浪破碎臨界水深Hcr第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2浪壓力(b)淺水波（Hcr≤H但H<Lm/2）上游壩踵處的波浪壓強(qiáng)不能忽略剩余浪壓力強(qiáng)度

plf第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

靜冰壓力＋動(dòng)冰壓力（7）冰壓力（a）靜冰壓力原因：寒冷地區(qū)，水庫表面將結(jié)冰，當(dāng)氣溫升高時(shí)，冰層膨脹，對(duì)建筑物產(chǎn)生的壓力。

大小：冰層厚度＋開始升溫時(shí)的氣溫＋溫升率。規(guī)范建議靜冰壓力按表1-3取值。第29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

（7）冰壓力（b）動(dòng)冰壓力當(dāng)冰破碎后，受風(fēng)和水流的作用而漂流，冰塊撞擊在壩面或閘墩上時(shí)將產(chǎn)生動(dòng)冰壓力。DL5077－1997《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》SL211－98《水工建筑物抗凍設(shè)計(jì)規(guī)范》第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（8）地震荷載

在地震區(qū)建壩，應(yīng)考地震荷載的影響。地震荷載包括:

地震慣性力

地震動(dòng)水壓力地震動(dòng)土壓力注：地震對(duì)揚(yáng)壓力、泥沙壓力的影響一般不予考慮描述地震大小強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)：震級(jí)＋地震烈度震級(jí)：根據(jù)地震發(fā)生時(shí)，地球內(nèi)部釋放的能量大小劃分的，6級(jí)以上產(chǎn)生破壞。地震烈度：根據(jù)對(duì)該地區(qū)的破壞程度劃分的，最高烈度為12度。第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月地震荷載的大小與建筑物所在地區(qū)的烈度有關(guān)基本烈度—某地區(qū)今后一定時(shí)期內(nèi)（約100年）可能遭遇到的最大地震烈度。設(shè)計(jì)烈度—抗震設(shè)計(jì)中實(shí)際采用的地震烈度＝基本烈度（一般）＋1度（抗震設(shè)防類別為甲類）《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：①對(duì)地震烈度6度以下地區(qū)（NO）。②一般只考慮危害最大的水平方向地震作用；對(duì)設(shè)計(jì)烈度為8、9度的I、II級(jí)擋水建筑物，水平、豎直方向的地震慣性力（YES），豎向動(dòng)水壓力（NO）。第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月地震荷載計(jì)算方法:擬靜力法＋動(dòng)力法對(duì)于地震設(shè)防為甲類的工程，采用動(dòng)力法對(duì)于抗震設(shè)防為乙、丙類的設(shè)計(jì)烈度低于8度且壩高不超過70m的重力壩可采用擬靜力法。

第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1地震慣性力（考試內(nèi)容）

重力壩沿軸線方向的剛度很大，這個(gè)方向的地震慣性力將傳至兩岸，僅計(jì)順河流方向的水平地震慣性力。

滿庫時(shí)按地震波向上游，地震慣性力向下游

空庫時(shí)按地震波向上游，地震慣性力向上游地震慣性力的大小SL203－97《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第34頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2地震動(dòng)水壓力地震時(shí)，壩前壩后的水隨之震動(dòng)，形成作用在壩面上的激蕩力。擬靜力法計(jì)算重力壩地震作用的公式見（1－16）（9）其他荷載作用于重力壩其他荷載包括風(fēng)荷載、雪荷載等，由于對(duì)重力壩的影響比較小，一般情況下可以不考慮。第35頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月二、荷載組合

除自重荷載之外，荷載總是變化的，而且這些荷載存在的概率也是變化的，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這些荷載同時(shí)出現(xiàn)的可能性。定義：在規(guī)定的計(jì)算情況下，同時(shí)作用在結(jié)構(gòu)上的荷載的集合（a）基本荷載長期作用（如自重等）、或在建筑物工作期間經(jīng)常出現(xiàn)的荷載（b）特殊荷載偶然作用（如校核水位時(shí)的靜水壓力、浪壓力等）或特別罕見（如地震）的荷載；第37頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（a）基本荷載組合基本荷載組合是由經(jīng)常出現(xiàn)的荷載組成的荷載集