5.1重力坝剖面设计及原则
5.1.1剖面尺寸的确定
重力坝坝顶高程1152.00m，坝高H=40.00m。为了适应运用和施工的需要，坝顶必须要有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取坝高的8%～10%，且不小于2m。若有交通要求或有移动式启闭设施时，应根据实际需要确定。综合考虑以上因素，坝顶宽度m
B10
。
考虑坝体利用部分水中增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡坡率n=0～0.2，下游边坡坡率m=0～0.8。故上游边坡坡率初步拟定为0.2，下游边坡坡率初步拟定为0.8。上游折坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄洪孔等建筑物的进口高程来定，一般折坡点在坝高的1/3～2/3附近，故初拟上游折坡点高程为1138.20m。下游折坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算得到（最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处），故初拟下游折坡点高程为1148.50m。
5.1.2剖面设计原则
重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持抗滑稳定；同时依靠坝体自重产生压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。
非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修。
遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。重复以上过程直至得到一个经济的剖面。
5.2重力坝挡水坝段荷载计算
5.2.1基本原理与荷载组合
重力坝的荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力、动水压力、冰压力、地震荷载等。本次设计取单位长度的坝段进行计算。相关荷载组合见表4.5。
表4.5 荷载组合表
组合情况相关
工况
自
重
静水
压力
扬压
力
泥沙
压力
浪压
力
冰压
力
地震
荷载
动水
压力
土压
力
基本组合正常
水位
√√√√√√
设计水位
√ √ √ √ √
√ 冰冻 √ √ √ √
√
√ 特殊组合
校核
水位 √
√
√
√
√
√
地震情况
√ √ √ √
√
√
√
5.2.2坝体自重计算
5.3.2.1坝体自重计算公式
坝体自重W （KN ）的计算公式：
V w c ?=γ
（4.5）
式中：V -坝体体积(m 3)，以单位长度的坝段为单位，通常把其断面分成若干个简单的几何图
形分别计算；
c γ-坝体砌石的重度，一般取23kN/m 3。
力矩作以下规定：以坝底中心为力矩，逆时针为正，顺时针为负。 5.3.2.2按实体重力坝计算坝体自重及力矩
图4.1 实体重力坝自重计算图
一区：
m KN L W M .05.1579803.1653.985111=?== （逆时针）
二区：
m
KN L W M .50.753825.97935222=?== （逆时针）
三区：
m KN L W M .98.96911.389.311333=?== （逆时针）
四区：
m KN L W M .18.628833.279.2698444=?== （逆时针）
五区：
m KN L W M .12.3921072.684.58345
55=?== （顺时针）
六区：
m KN L W M .41.201430.1744.116666=?== （逆时针）
七区：
m KN L W M .06.1418328.893.1712777=?== （逆时针）
八区：
m KN L W M .06.1418328.893.1712888=?== （顺时针）
九区：
m KN L W M .83.330675.1730.186999=?== （顺时针）
表4.6 实体坝计算汇总表
分区 自重(kN) 力臂(m) 力矩(kN ?m) 顺时针
逆时针 一区 985.53 16.03 15798.05 二区 7935 9.5 75382.50 三区 311.89 3.11 969.98 四区 2698.79 2.33
6288.18
五区 5834.84 6.72 39210.12
六区 116.44 17.30 2014.41 七区 1712.93 8.28 14183.06
八区 1712.93 8.28 14183.06 九区
186.30 17.75
3306.83
21494.65
56700.01
114636.18
5.2.3静水压力计算
5.3.3.1静水压力计算公式
静水压力是作用在上、下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力P 和垂直水压力W 两种。静水压力按照3种工况进行计算，分别是设计工况、校核工况、正常使用工况。
1、水平水压力P 的计算公式：
2)2/1(H P w γ=
（4.6）
式中： H -计算点处的作用水头(m)； w γ-水的重度取9.81kN/m 3。 2、垂直水压力W 按水重计算 a.设计工况
在设计工况下，上游坝前水位1149.76m 由水位流量关系知，下游水位为1123.15m 。
上游水位1149.76m，上游水深1149.76-1117.50=32.26m
下游水位1123.15m，下游水深1123.15-1117.50=5.65m
图4.2 设计工况静水压力计算图
水平向：
一区：
M
KN
M?
=
?
=26
.
77897
26
.
15
67
.
5104
1
（顺时针）
五区：
M
KN
M?
=
?
=98
.
998
38
.6
58
.
156
5
（逆时针）
垂直向：
二区：
M
KN
L
P
M?
=
?
=
?
=57
.
7854
73
.
16
49
.
469
2
2
2
（逆时针）
三区：
M
KN
L
P
M?
=
?
=
?
=50
.
7322
42
.
17
35
.
420
3
3
3
（逆时针）四区：
M
KN
L
P
M?
=
?
=
?
=85
.
2334
64
.
18
26
.
125
4
4
4
（顺时针）
表4.7 设计工况下静水压力汇总表
分区水平力
(kN)
垂直力
(kN)
力臂
(m))
力矩(kN?m)
顺时针逆时针
一区5104.67 15.26 77897.26
二区469.49 16.73 7854.57
三区420.35 17.42 7322.50
四区125.26 18.64 2334.85
五区-156.58 6.38 998.98
4948.09 1015.10 80232.11 16176.05
b.校核工况
在校核工况下，上游坝前水位1150.55m由水位流量关系知，下游水位为1123.95m。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
图4.2 校核工况静水压力计算图
水平向：
一区：
M
KN
M?
=
?
=12
.
83152
52
.
15
74
.
5357
1
（顺时针）
五区：
M
KN
M?
=
?
=00
.
1357
65
.6
06
.
204
5
（逆时针）
垂直向：
二区：
M
KN
L
P
M?
=
?
=
?
=43
.
8391
73
.
16
58
.
501
2
2
2
（逆时针）
三区：
M
KN
L
P
M?
=
?
=
?
=50
.
7322
42
.
17
35
.
420
3
3
3
（逆时针）四区：
M
KN
L
P
M?
=
?
=
?
=70
.
3008
43
.
18
25
.
163
4
4
4
（顺时针）
表4.7 校核工况下静水压力汇总表
分区水平力
(kN)
垂直力
(kN)
力臂
(m))
力矩(kN?m)
顺时针逆时针
一区5357.74 15.52 83152.12
二区501.58 16.73 8391.43
三区420.35 17.42 7322.50
四区163.25 18.43 3008.70
五区-204.06 6.65 1357.00
5153.68 1085.18 86160.82 17070.93
c.正常使用工况
在正常使用工况下，上游坝前水位1148.00m由水位流量关系知，下游水位为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
图4.2 正常工况静水压力计算图
水平向：
一区：
M
KN
M?
=
?
=45
.
66937
67
.
14
88
.
4562
1
（顺时针）
五区：
M
KN
M?
=
?
=54
.
457
83
.5
48
.
78
5
（逆时针）
垂直向： 二区：
M KN L P M ?=?=?=71.665873.1601.398222（逆时针） 三区：
M KN L P M ?=?=?=50.732242.1735.420333（逆时针）
四区：
M KN L P M ?=?=?=96.119508.1978.62444（顺时针）
表4.7 正常工况下静水压力汇总表
分区
水平力(kN)
垂直力(kN)
力臂(m)) 力矩(kN ?m) 顺时针 逆时针
一区 4562.88
14.67
66937.45
二区 398.01 16.73 6658.71 三区
420.35 17.42
7322.50
四区 62.78
19.08 1195.96
五区
-78.48
5.83
457.54
4484.40
881.14
68133.41
14438.75
5.2.4扬压力计算
扬压力包括渗透压力和托浮力两部分。渗透压力是由上、下游水位差H 产生的渗流在坝内或坝基面上形成的水压力；托浮力是由下游水面淹没计算截面而产生向上的水压力。
扬压力分三种工况进行计算，分别是设计工况、校核工况，正常使用工况。
图4.6 扬压力分区示意图
1.设计工况
设计工况下，上游水深为32.26m ，下游水深为5.65m 。查得渗透压力强度系数取0.30，渗透压力分项系数为1.2，浮托力分项系数为1.0，则设计值为0.3。
KN W 82.759528.837.9171=?=(顺时针)
KN W 38.860995.1145.7202=?=(顺时针) KN W 36.146768.374.3983=?=(顺时针)
KN W 75.1133048.1356.8404=?=(顺时针) KN W 26.43390.442.885=?=(顺时针) KN W 82.759528.837.9176=?=(逆时针)
KN W 04.247852.592.4487=?=(逆时针)
表4.8 设计工况下扬压力汇总表
分区 垂直力(kN) 力臂(m)) 力矩(kN ?m)
顺时针 逆时针
一区 917.37 8.28 7595.82 二区 720.45 11.95 8609.38 三区
398.74 3.68 1467.36 四区 840.56 13.48 11330.75 五区 88.42 4.90 433.26
六区 917.37 8.28 7595.82 七区
448.92 5.52
2478.04
-4331.83
29436.57
10073.86
2.校核工况
校核工况下，上游水深为33.05m ，下游水深为6.45m 。查得渗透压力强度系数取0.30，渗透压力分项系数为1.2，浮托力分项系数为1.0，则设计值为0.3。
KN W 15.867028.812.10471=?=(顺时针)
KN W 23.860795.1127.7202=?=(顺时针) KN W 07.146768.366.3983=?=(顺时针)
KN W 44.1132648.1324.8404=?=(顺时针) KN W 06.43390.438.885=?=(顺时针) KN W 15.867028.812.10476=?=(逆时针) KN W 60.247752.584.4487=?=(逆时针)
表4.8 校核工况下扬压力汇总表
分区 垂直力(kN) 力臂(m)) 力矩(kN ?m)
顺时针 逆时针
一区 1047.12 8.28 8670.15 二区 720.27 11.95 8607.23 三区
398.66 3.68 1467.07 四区 840.24 13.48 11326.44 五区
88.38
4.90
433.06
六区 1047.12 8.28 8670.15 七区
448.84 5.52
2477.60
-4590.63
30503.95
11147.75
3.正常使用工况
正常使用工况下，上游水深为30.50m ，下游水深为4.00m 。查得渗透压力强度系数取0.30，渗透压力分项系数为1.2，浮托力分项系数为1.0，则设计值为0.3。
KN W 20.537728.842.6491=?=(顺时针)
KN W 24.857495.1151.7172=?=(顺时针) KN W 40.146168.312.3973=?=(顺时针)
KN W 24.1128448.1311.8374=?=(顺时针) KN W 45.43190.405.885=?=(顺时针) KN W 20.537728.842.6496=?=(逆时针) KN W 99.246752.510.4477=?=(逆时针)
表4.8 正常工况下扬压力汇总表
分区 垂直力(kN) 力臂(m)) 力矩(kN ?m)
顺时针 逆时针
一区 649.42 8.28 5377.20 二区 717.51 11.95 8574.24 三区
397.12 3.68 1461.40 四区 837.11 13.48 11284.24 五区 88.05 4.90 431.45
六区 649.42 8.28 5377.20 七区
447.10 5.52
2467.99
-3785.73
27128.53
7845.19
5.2.5淤沙压力
水平淤沙压力公式
??? ?
?-=245tan 2102
s sb
sk h P ?γ （ 4.7）
()γγγn sd
sb --'=1
（4.8）
式中：sb γ-淤沙浮容重；
s h -淤沙高度；
s
?-淤沙内摩擦角。
本工程主要挡水建筑物设计基准期为50年，坝前淤积高程计算年限也取50年，根据预测年淤积量和库容曲线，坝前泥沙淤积高度取1132.85m ，参考有关资料及本区情况，泥沙浮容重v s 取9.0KN/m 3，内摩擦角φs 取15°
泥沙淤积高度：m h s 35.1550.111785.1132=-= 泥沙的浮容重：3/0.9m kN sb =γ 水平泥沙压力：
垂直泥沙压力：kN V P sb
V 06.21207.335.152
1
0.9=???==γ 其他荷载
根据基本资料可知，土压力、冰压力等其他荷载在重力坝荷载中所占比例很小，可以忽略不计。
5.2.6波浪压力
波浪压力公式
波浪压力及其力矩也分二种工况考虑，分别为设计工况、校核工况，其作用分项系数为1.2，力矩规定同前。由“4.1坝顶高程的确定”可知，H >L /2均成立，故波浪为深水波。
深水波浪压力计算公式：
()z m
l h h L P +=
%14
γ （4.9）
1. 设计工况
578.0%1=h ，426.0=z h
2.校核工况
309.0%1=h ，257.0=z h
5.3抗滑稳定计算
本次设计采用分项系数极限状态设计法进行抗滑稳定计算。根据基本资料85.0'=f ，7.0'=c 。
自重的分项系数取为1.0，静水压力的分项系数取为1.0，淤沙压力分项系数取为1.2，浪压力的分项系数取为1.2，扬压力（主排水孔之前）分项系数取为1.1。
摩擦系数,R f 的分项系数取为1.3，黏聚力的分项系数取为3.0
5.3.1承载能力极限状态设计式
()()k d d
k d a f R a F S ,1
,0γψγ≤
（4.10）
式中：()?S ——作用效应系数
()?R ——抗力函数
0γ——结构重要性系数
ψ——设计状况系数 d F ——作用的设计值
0γ——结构重要性系数
k a ——几何参数
d f ——材料性能的设计值
d γ——结构系数
1.作用效应函数
∑=?P S )( （4.11）
2.抗滑稳定极限状态抗力函数
A c W f R ∑+=?'')( （4.12）
其中，∑P —坝基面水平作用力之和
'f —坝基面抗剪断摩擦系数
'c —坝基面抗剪断凝聚力
a 设计洪水位情况：
设计水位荷载计算汇总表
作用 重度（3
/m KN ）
力（kN ） 水平
垂直 自重 23.00
21494.65
静水压力 9.81 4948.09
1015.10 扬压力 9.81 -4331.83
淤沙压力 9.00 624.20 212.06
浪压力 9.81
26.64
合计
5598.93
18389.98
故满足抗滑稳定验算
b 校核水位情况：
校核水位荷载计算汇总表
作用重度（3
/m
KN）
力（kN）
水平垂直
自重23.00 21494.65 静水压力9.81 5153.68 1085.18
扬压力9.81 -4590.63
淤沙压力9.00 624.20 212.06
浪压力9.81 9.05
合计5786.93 18201.26 故满足抗滑稳定验算
c 正常水位情况：
正常水位荷载计算汇总表
作用重度（3
/m
KN）
力（kN）
水平垂直
自重23.00 21494.65
静水压力9.81 4484.40 881.14
扬压力9.81 -3785.73
淤沙压力9.00 624.20 212.06
浪压力9.81 26.64
合计5135.24 18802.12 故满足抗滑稳定验算
故满足抗滑稳定分析
综上所述，重力坝在基本组合和特殊组合情况下均满足承载能力极限状态下的抗滑稳定要求。
5.4挡水坝段应力分析
5.4.1基本假定
一、坝体为均质、连续、各向同性的弹性体材料。
二、不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。
三、假定坝体上水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道对坝体应力的影响。
5.4.2考虑扬压力时的边缘应力的计算
在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面。
正常水位荷载计算汇总表(计入扬压力)
作用重度（3
/m
kN）力（kN）力矩(kN?m)
水平垂直顺时针逆时针
自重23.00 21494.65 56700.01 114636.18 静水压力9.81 4484.40 881.14 68133.41 14438.75 扬压力9.81 -3785.73 27128.53 7845.19 淤沙压力9.00 624.20 212.06 6004.80 3770.43 浪压力9.81 26.64 812.52
合计5135.24 18802.12 ΣM=-18088.72
设计水位荷载计算汇总表(计入扬压力)
作用重度（3
/m
KN）力（kN）力矩(kN?m)
水平垂直顺时针逆时针
自重23.00 21494.65 56700.01 114636.18 静水压力9.81 4948.09 1015.10 80232.11 16176.05 扬压力9.81 -4331.83 29436.57 10073.86 淤沙压力9.00 624.20 212.06 6004.80 3770.43 浪压力9.81 26.64 859.41
合计5598.93 18389.98 ΣM=-28576.38
校核水位荷载计算汇总表(计入扬压力)
作用重度（3
/m
KN）力（kN）力矩(kN?m)
水平垂直顺时针逆时针
自重23.00 21494.65 56700.01 114636.18 静水压力9.81 5153.68 1085.18 86160.82 17070.93 扬压力9.81 -4590.63 30503.95 11147.75 淤沙压力9.00 624.20 212.06 6004.80 3770.43 浪压力9.81 9.05 299.10
合计5786.93 18201.26 ΣM=-33043.39
a 、水平截面上的正应力
上游边缘应力yu σ和下游边缘应力yd σ
2
6B
M B
W yu ∑∑+=σ
（4.13） 2
6B M B
W yd
∑∑-
=σ
（4.14）
式中: ∑W ——作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和 KN
∑M ——作用于计算截面以上的全部荷载对截面垂直水流流向的力矩总和 M KN ?
B ——计算截面的长度
b 、剪应力
上游边缘剪应力u τ和下游截面剪应力d τ
()n p p yu uu u u στ--= （4.14）
()m p p d ud yd d -+=στ
（4.15）
式中：u p ——上游面水压力强度 KPa d p ——下游面水压力强度 KPa n ——上游坝坡坡率u n φtan =，取0.2。 m ——下游坝坡坡率d m φtan =，取0.8。 C 水平正应力
上有边缘的水平正应力xu σ和下游正应力xd σ
n p p u uu u xu τσ--=
（4.16） m p p d ud d xd τσ+-=
（4.17）
d 、主应力
()221)(1n p p n uu u yu u --+=σσ （4.18） ()221)(1m p p m ud d yd d --+=σσ
（4.19）
坝面水压力强度也是主应力
uu u u p p -=2σ （4.20） ud d d p p -=2σ
（4.21）
1.设计工况边缘应力计算
设计洪水位时：kN W ∑=98.18389 m kN M ?-=∑38.28576 m kN U ?-=∑83.4331
a 、水平截面上的正应力
上游水位1149.76m ，上游水深1149.76-1117.50=32.26m 下游水位1123.15m ，下游水深1123.15-1117.50=5.65m 上游边缘应力yu σ和下游边缘应力yd σ b 、剪应力
上游边缘剪应力u τ和下游截面剪应力d τ c 、水平正应力
上游边缘的水平正应力xu σ和下游正应力xd σ d 、主应力
2.校核工况边缘应力计算
校核洪水位时：kN W ∑=26.18201 m kN M ?-=∑39.33043 m kN U ?-=∑63.4590
a 、水平截面上的正应力
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 上游边缘应力yu σ和下游边缘应力yd σ b 、剪应力
上游边缘剪应力u τ和下游截面剪应力d τ c.水平正应力
上有边缘的水平正应力xu σ和下游正应力xd σ d.主应力
表4.12 应力计算结果(计入扬压力)（单位：Mpa ）
计算情况 坝 踵 处 坝 趾 处 基本组合 0.40
0.45
0.40
0.45
0.71
0.42
0.52
1.05
0.19
特殊组合
0.37 0.02 0.46 0.37 0.47 0.73 0.42 0.54 1.07 0.20
5.4.3不考虑扬压力时的边缘应力计算
在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面。
正常水位荷载计算汇总表(未计入扬压力)
作用 重度（3
/m kN ）
力（kN ） 力矩(kN ?m) 水平
垂直 顺时针 逆时针 自重 23.00
21494.65
56700.01 114636.18 静水压力 9.81 4484.40 881.14 68133.41 14438.75 淤沙压力 9.00 624.20 212.06
6004.80 3770.43
浪压力 9.81
26.64 812.52
合计
5135.24
22587.85 ΣM=1194.62
设计水位荷载计算汇总表(未计入扬压力)
作用 重度（3
/m KN ）
力（kN ） 力矩(kN ?m) 水平
垂直 顺时针 逆时针 自重 23.00
21494.65
56700.01 114636.18 静水压力 9.81 4948.09 1015.10 80232.11 16176.05 淤沙压力 9.00 624.20 212.06
6004.80 3770.43
浪压力 9.81
26.64 859.41
合计
5598.93
22721.81 ΣM=-9213.67
校核水位荷载计算汇总表(未计入扬压力)
作用 重度（3
/m KN ）
力（kN ） 力矩(kN ?m) 水平
垂直 顺时针 逆时针 自重 23.00
21494.65
56700.01 114636.18 静水压力 9.81 5153.68 1085.18 86160.82 17070.93 淤沙压力 9.00 624.20 212.06
6004.80 3770.43
浪压力 9.81
9.05
299.10
合计
5786.93
22791.89 ΣM=-13687.20
a 、水平截面上的正应力
上游边缘应力yu σ和下游边缘应力yd σ
2
6B M B
W yu ∑∑+
=σ （4.13） 2
6B
M B
W yd ∑∑-=
σ
（4.14）
式中: ∑W ——作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和 KN
∑M ——作用于计算截面以上的全部荷载对截面垂直水流流向的力矩总和 M KN ?
B ——计算截面的长度
b 、剪应力
上游边缘剪应力u τ和下游截面剪应力d τ
()n p yu u u στ-=
（4.14）
()m p d yd d -=στ
（4.15）
式中：u p ——上游面水压力强度 KPa d p ——下游面水压力强度 KPa n ——上游坝坡坡率u n φtan =，取0.2。 m ——下游坝坡坡率d m φtan =，取0.8。 C 水平正应力
上有边缘的水平正应力xu σ和下游正应力xd σ
n p u u xu τσ-= （4.16） m p d d xd τσ+=
（4.17）
d 、主应力
()2211n p n u yu u -+=σσ （4.18） ()2211m p m d yd d -+=σσ
（4.19）
坝面水压力强度也是主应力
u u p =2σ （4.20） d d p =2σ
（4.21）
1.设计工况边缘应力计算
设计洪水位时：kN W ∑=81.22721 m kN M ?-=∑67.9213
a 、水平截面上的正应力
上游水位1149.76m ，上游水深1149.76-1117.50=32.26m 下游水位1123.15m ，下游水深1123.15-1117.50=5.65m 上游边缘应力yu σ和下游边缘应力yd σ b 、剪应力
上游边缘剪应力u τ和下游截面剪应力d τ
c 、水平正应力
上游边缘的水平正应力xu σ和下游正应力xd σ d 、主应力
2.校核工况边缘应力计算
校核洪水位时：kN W ∑=89.22791 m kN M ?-=∑20.13687
a 、水平截面上的正应力
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 上游边缘应力yu σ和下游边缘应力yd σ b 、剪应力
上游边缘剪应力u τ和下游截面剪应力d τ c.水平正应力
上有边缘的水平正应力xu σ和下游正应力xd σ d.主应力
表4.12 应力计算结果(未计入扬压力)（单位：Mpa ）
计算情况 坝 踵 处 坝 趾 处 基本组合 0.64
0.33
0.65
0.32
0.74
0.55
0.49
1.17
0.05
特殊组合 0.61 0 0.34 0.63 0.32 0.76 0.56 0.51 1.21 0.06
六、坝体强度承载能力极限状态 计算及坝体稳定承载能力极限状态计算（一）、基本资料 坝顶高程：m 校核洪水位（P = %）上游：m 下游：m 正常蓄水位上游：m 下游：m 死水位：m 混凝土容重：24 KN/m3 坝前淤沙高程：m 泥沙浮容重：5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值：f `= c `= Mpa 坝基基岩承载力：［f］= 400 Kpa 坝基垫层混凝土：C15 坝体混凝土：C10 50年一遇最大风速：v 0 = m/s 多年平均最大风速为：v 0 `= m/s 吹程D = 1000 m
（二）、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面 (1)荷载作用的标准值计算（以单宽计算） A 、正常蓄水位情况（上游水位，下游水位） ① 竖向力（自重） W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×× /2 = KN W 3 = ×（）2× /2 = KN ∑W = KN W 1作用点至O 点的力臂为： /2 = m W 2作用点至O 点的力臂为： m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为： m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?-
竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OW1 = 2040×= 8772 KN·m M OW2 = －×= －KN·m M OW3 = －×= －445 KN·m ∑M OW = KN·m ②静水压力（水平力） P1 = γH12 /2 = ×－1090)2 /2= －KN P2 =γH22 /2 =×2 /2 = ∑P = －KN P1作用点至O点的力臂为：－1090)/3 = P2作用点至O点的力臂为：－1090)/3 = 静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OP1 = ×= －6089 KN·m M OP2 = ×= KN·m ∑M OP = －KN·m ③扬压力 扬压力示意图请见下页附图： H1 = －1090 = m H2 = －1090 = m (H1 －H1) = －= m 计算扬压力如下： U1 = ××= KN U2 = ××/2 = KN ∑U = KN
5.1重力坝剖面设计及原则 5.1.1剖面尺寸的确定 重力坝坝顶高程1152.00m，坝高H=40.00m。为了适应运用和施工的需要，坝顶必须要有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取坝高的8%～10%，且不小于2m。若有交通要求或有移动式启闭设施时，应根据实际需要确定。综合考虑以上因素，坝顶宽度m B10 。 考虑坝体利用部分水中增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡坡率n=0～0.2，下游边坡坡率m=0～0.8。故上游边坡坡率初步拟定为0.2，下游边坡坡率初步拟定为0.8。上游折坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄洪孔等建筑物的进口高程来定，一般折坡点在坝高的1/3～2/3附近，故初拟上游折坡点高程为1138.20m。下游折坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算得到（最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处），故初拟下游折坡点高程为1148.50m。 5.1.2剖面设计原则 重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持抗滑稳定；同时依靠坝体自重产生压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。 非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修。 遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。重复以上过程直至得到一个经济的剖面。 5.2重力坝挡水坝段荷载计算 5.2.1基本原理与荷载组合 重力坝的荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力、动水压力、冰压力、地震荷载等。本次设计取单位长度的坝段进行计算。相关荷载组合见表4.5。 表4.5 荷载组合表 组合情况相关 工况 自 重 静水 压力 扬压 力 泥沙 压力 浪压 力 冰压 力 地震 荷载 动水 压力 土压 力 基本正常√√√√√√
重力坝的稳定性 汪祥胜3008205112（46）前言： 重力坝是世界出现最早的一种坝型，早在2900年前在埃及就出现了最早的重力挡水坝。随着我国重力坝建设的繁荣，数量的增多和高度的不断提升，使得对稳定分析有着重要的理论和实践意义。大坝的稳定性直接关系到大坝安全性和人民群众的生命财产息息相关，而此次实习的三峡和向家坝皆是重力坝的代表杰作，通过实习定能从深层次上了解有关大坝稳定性的相关问题，包括什么是重力坝，重力坝稳定的意义，其稳定性分析方法和提高坝体抗滑稳定性的工程措施及在实际中的应用情况和应注意的问题。 一．什么是重力坝 1.重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积档水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。 重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。 2.优缺点： 重力坝优点：重力坝之所以得到广泛应用,是由于有以下优点：①相对安全可靠,耐久性好，抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强；②设计、施工技术简单，易于机械化施工；③对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件要求相对地说不太高；④在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题。 重力坝缺点：①坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；②坝体体积大，耗用水泥多；③施工期混凝土温度应力和收缩应力大，对温度控制要求高。 3.工作原理；重力坝在水压力及其它荷载作用下必需满足： A、稳定要求：主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足。 B、强度要求：依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力来满足。 4.重力坝类型： 重力坝按筑坝材料的不同分为:混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 重力坝按其结构形式分为:①实体重力坝;②宽缝重力坝；③空腹重力坝。 重力坝按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种剖面。 实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为三类。①悬臂式重力坝：横缝不设键槽，不灌浆；②铰接式重力坝：横缝设键槽，但不灌浆；③整体 式重力坝：横缝设键槽，并进行灌浆 二．稳定性分析方法： 1.抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。当岸坡坝段地形陡峻时，还需核算这些坝段在三向荷载作用下的抗滑稳定。
项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA）水电站工程项目阶段：复核阶段 计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算 审查： 校核： 计算： 黄河勘测规划设计有限公司 Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月
目录 1.计算说明..................................................................................... 错误!未定义书签。 目的与要求 ......................................................................... 错误!未定义书签。 基本数据 ............................................................................. 错误!未定义书签。 2.计算参数和研究方法................................................................. 错误!未定义书签。 荷载组合 ............................................................................. 错误!未定义书签。 计算参数及控制标准 ......................................................... 错误!未定义书签。 计算理论和方法 ................................................................. 错误!未定义书签。 3.计算过程..................................................................................... 错误!未定义书签。 荷载计算 ............................................................................. 错误!未定义书签。 自重 ............................................................................. 错误!未定义书签。 水压力 ......................................................................... 错误!未定义书签。 扬压力 ......................................................................... 错误!未定义书签。 地震荷载 ..................................................................... 错误!未定义书签。 安全系数及应力计算 ......................................................... 错误!未定义书签。 4.结果汇总..................................................................................... 错误!未定义书签。
坝体强度承载能力极限状态计算及坝体稳定承载能力极限状态计算 （一）、基本资料 坝顶高程：1107.0 m 校核洪水位（P = 0.5 %）上游：1105.67 m 下游：1095.18 m 正常蓄水位上游：1105.5 m 下游：1094.89 m 死水位：1100.0 m 混凝土容重：24 KN/m3 坝前淤沙高程：1098.3 m 泥沙浮容重：5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值：f `= 0.5 c `= 0.2 Mpa 坝基基岩承载力：［f］= 400 Kpa 坝基垫层混凝土：C15 坝体混凝土：C10 50年一遇最大风速：v 0 = 19.44 m/s 多年平均最大风速为：v 0 `= 12.9 m/s 吹程D = 1000 m （二）、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面
荷载作用的 标准值计算（以单宽计算） A 、正常蓄水位情况（上游水位1105.5m ，下游水位1094.89m ） ① 竖向力（自重） W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×10.75×8.6 /2 = 1109.4 KN W 3 = 9.81×（1094.5-1090）2×0.8 /2 = 79.46 KN ∑W = 3228.86 KN W 1作用点至O 点的力臂为： (13.6-5) /2 = 4.3 m W 2作用点至O 点的力臂为： m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为： m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?- 竖向力对O 点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）： M OW1 = 2040×4.3 = 8772 KN ·m M OW2 = －1109.4×1.067 = －1183.7 KN ·m
坝体强度承载能力极限状态 计算及坝体稳定承载能力极限状态计算（一）、基本资料 坝顶高程： m 校核洪水位（P = %）上游： m 下游： m 正常蓄水位上游： m 下游： m 死水位： m 混凝土容重：24 KN/m3 坝前淤沙高程： m 泥沙浮容重：5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值： f `= c `= Mpa 坝基基岩承载力：［f］= 400 Kpa 坝基垫层混凝土：C15 坝体混凝土：C10 50年一遇最大风速：v 0 = m/s 多年平均最大风速为：v 0 `= m/s 吹程 D = 1000 m
（二）、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面 (1)荷载作用的标准值计算（以单宽计算） A 、正常蓄水位情况（上游水位，下游水位） ① 竖向力（自重） W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×× /2 = KN W 3 = ×（）2× /2 = KN ∑W = KN W 1作用点至O 点的力臂为： /2 = m W 2作用点至O 点的力臂为： m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为： m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?-
竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）： M OW1 = 2040× = 8772 KN·m M OW2 = －× = － KN·m M OW3 = －× = －445 KN·m ∑M OW = KN·m ②静水压力（水平力） P1 = γH12 /2 = ×－1090)2 /2= － KN P2 =γH22 /2 =×2 /2 = ∑P = － KN P1作用点至O点的力臂为：－1090)/3 = P2作用点至O点的力臂为：－1090)/3 = 静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）： M OP1 = × = －6089 KN·m M OP2 = × = KN·m ∑M OP = － KN·m ③扬压力 扬压力示意图请见下页附图： H1 = －1090 = m H2 = －1090 = m (H1 － H1) = － = m 计算扬压力如下： U1 = ×× = KN U2 = ×× /2 = KN ∑U = KN
重力坝抗滑稳定计算书-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
深圳市野生动物救护中心养公坑蓄水工程 技施设计 浆砌石重力坝抗滑稳定 计算书 国家电力公司中南勘测设计研究院 2004年12月
说 明 1.计算目的与要求 对拟定的体型进行抗滑稳定计算，求出拟定体型在各种设计工况下的抗滑稳定安全系数。同时对坝基面的应力进行计算，以论证是否满足规定的正常使用极限状态与承载能力极限状态要求。 2.计算基本依据 1. 建筑体型结构尺寸见附图1； 2. 主要地质参数见资料单； 3. 材料容重： 浆砌块石：取3/0.23m kN s =γ； 水：取3/8.9m kN w =γ； 土的饱和溶重3/12m kN =γ 3.计算方法及计算公式 1. 基本假定 1） 坝体为均质、连续、各向同性的弹性材料； 2） 取单宽1米计算，不考虑坝体之间的内部应力。 3） 本工程规模小，只计算坝体的抗滑稳定，不对坝体剖面 进行浅层与深层抗滑稳定分析以及坝基面应力分析。 2. 地基应力计算 按偏心受压公式计算应力： σmax =W M A G ∑∑+ σmin =W M A G ∑ ∑- 式中 ∑G —坝体本身的重力，kN ； A ——坝基的受力面积，m 2; ∑M —坝体各部分的重力对形心的弯距,;
W —作用在计算截面的抗弯截面系数； 3.抗滑稳定 坝受到铅直力和水平力的共同作用下，要求沿坝基底面的抗滑力必须大于作用在坝结构水平向的滑动力，并有一定的安全系数。 计算公式为： K C = ∑∑H f G * 式中K c —结构的抗滑稳定安全系数； ∑G —坝的基底总铅直力，kN ； ∑H —坝的水平方向总作用力，kN ； f —坝基底的摩擦系数。 4.计算结果总表 5.结论 经由计算可知，该方案，结构能够满足浆砌石坝在不同运用时期的地基应力和抗滑稳定要求，不会发生地基沉陷和滑动变形，并满足经济适用的原则。 6.主要参考书目 a ）《浆砌石坝设计规范（SL25-91》； b ）《水工建筑物荷载设计规范（DL5077—1997）》；
重力坝的稳定性 汪祥胜 ( 46) 前言: 重力坝是世界出现最早的一种坝型, 早在29 前在埃及就出现了最早的重 力挡水坝。随着中国重力坝建设的繁荣, 数量的增多和高度的不断提升, 使得对稳定分析有着重要的理论和实践意义。大坝的稳定性直接关系到大坝安全性和人民群众的生命财产息息相关, 而此次实习的三峡和向家坝皆是重力坝的代表杰作, 经过实习定能从深层次上了解有关大坝稳定性的相关问题, 包括什么是重力坝, 重力坝稳定的意义, 其稳定性分析方法和提高坝体抗滑稳定性的工程措施及在实际中的应用情况和应注意的问题。 一．什么是重力坝 1.重力坝是由砼或浆砌石修筑的大致积档水建筑物, 其基本剖面是直角三角形, 整体是由若干坝段组成。 重力坝在水压力及其它荷载作用下, 主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。 2.优缺点: 重力坝优点: 重力坝之因此得到广泛应用,是由于有以下优点: ①相对安全可靠,耐久性好, 抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强; ②设计、施工技术简单, 易于机械化施工; ③对不同的地形和地质条件适应性强, 任何形状河谷都能修建重力坝, 对地基条件要求相对地说不太高; ④在坝体中可布置引水、泄水孔口, 解决发电、泄洪和施工导流等问题。 重力坝缺点: ①坝体应力较低, 材料强度不能充分发挥; ②坝体体积大, 耗用水泥多; ③施工期混凝土温度应力和收缩应力大, 对温度控制要求高。 3.工作原理; 重力坝在水压力及其它荷载作用下必须满足:
A、稳定要求: 主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足。 B、强度要求: 依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力来满足。 4.重力坝类型: 重力坝按筑坝材料的不同分为:混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 重力坝按其结构形式分为:①实体重力坝;②宽缝重力坝; ③空腹重力坝。 重力坝按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种剖面。 实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为三类。①悬臂式重力坝: 横缝不设键槽, 不灌浆; ②铰接式重力坝: 横缝设键槽, 但不灌浆; ③整体 式重力坝: 横缝设键槽, 并进行灌浆 二．稳定性分析方法: 1.抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。当岸坡坝段地形陡峻时, 还需核算这些坝段在三向荷载作用下的抗滑稳定。 2.重力坝滑动失稳模式极其计算方法 重力坝可能沿坝基平面滑动, 也可能沿地在中缓倾角断层或软弱夹层滑动。中国修建了大中型重力坝100余座, 其中有1/3存在深层滑动问题。 ( 一) 沿坝基面的抗滑稳定分析
重力坝抗滑稳定及应 力计算
项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA）水电站工程 项目阶段：复核阶段 计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算 审查： 校核： 计算： 黄河勘测规划设计有限公司Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月
目录 1.计算说明 (1) 1.1 目的与要求 (1) 1.2 基本数据 (1) 2.计算参数和研究方法 (1) 2.1 荷载组合 (1) 2.2 计算参数及控制标准 (1) 2.3 计算理论和方法 (2) 3.计算过程 (3) 3.1 荷载计算 (3) 3.1.1 自重 (3) 3.1.2 水压力 (4) 3.1.3 扬压力 (6) 3.1.4 地震荷载 (8) 3.2 安全系数及应力计算 (10) 4.结果汇总 (13)
1.计算说明 1.1 目的与要求 下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。 1.2 基本数据 正常蓄水位：110m； 设计洪水位：112.94m； 校核洪水位：113.30m； 大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇； 坝址区地震动峰值加速度为0.15g（g=9.81m/s2），地震动反应周期为0.25s，相应的地震基本烈度为7度，本工程抗震设计烈度为7度。 计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m，坝基底高程92.00m，坝高22m，坝顶宽5m。上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:0.75。 计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m，坝基底高程96.00m，坝高14m，上游坝面竖直，下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面，在108.59m高程以下坡度为1:0.85。正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；设计洪水位112.94m 时，下游水位104.80m；校核洪水位113.30m时，下游水位105.42m。 进水口坝段顶高程114.00m，坝基底高程87.80m，坝高26.2m，顶宽 13.06m，上游坝坡为1:0.25，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。 底孔坝段顶高程114.00m，坝基底高程83.50m，坝高30.5m，顶宽10.0m，上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:0.75。 2.计算参数和研究方法 2.1 荷载组合 作用在坝上的主要荷载包括：坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力。基本组合：正常蓄水位情况（上游水位110.0m） 设计洪水位情况（上游水位112.94m） 特殊组合：校核洪水位情况（上游水位113.30m） 地震情况（正常蓄水位+地震荷载） 2.2 计算参数及控制标准 水容重γw：9.81KN/m3 混凝土容重γc：24KN/m3 坝址区岩体主要为坚硬的辉绿岩和砂岩，大坝的建基面基本上分布在弱风化的辉绿岩和砂岩上。坝基面抗滑稳定计算的岩体及混凝土物理力学参数按表1-1取值，坝基面抗滑稳定安全系数和坝基应力应满足表1-2规定的数值。
I －1混凝土重力坝抗滑稳定及坝基应力计算程序 作者 朱凤娟（水电部天津勘测设计院） 校核 牟广丞（水电部天津勘测设计院） 一、编制目的和依据 本程序根据“混凝土重力坝设计规范”（SDJ21-78）、“水工建筑物抗震设计规范” （SDJ10-78）及“混凝土重力坝设计规范修改补充规定”（1985年1月《水利水电技术》）编制。用本程序对选定的混凝土重力坝断面作抗滑稳定和坝基应力计算，能迅速获得成果，方便设计。本程序例题有详细的手算考证，并验算了潘家口工程、板桥溢流坝、石漫滩挡水坝，成果正确。尽管补充规定末列入抗剪安全系数公式，但考虑到目前抗剪断面两个公式并用的实际情况，所以程序中仍然列入了两个公式。 二、程序说明 （一）计算原理及公式 1，抗剪安全系数公式： 抗剪断安全系数公式： 上、下游面垂直正应力： 2，荷载种类： (1) 坝体自重：自动根据断面尺计算，溢流坝闸墩及上部结构作为附加重量加入,廊道、大孔口等作为附加重量扣除。 (2) 水压力:根据上、下游水位自动计算。 设置C9标识符,使电站坝段厂坝间分缝时,不计下游面水压力、 水重计及变坝坡影响。 (3) 泥沙压力:水平泥沙压力计算公式如下: 式中: γs ---泥沙浮容重 Φ ---泥沙内磨擦角. 泥沙重计算类同水重。 (4) 扬压力:根据修改规定,坝基扬压力图形改为仅在排水幕处折减一次。 (5) 浪压力：输入浪高之半h L 及波长之半L L 根据规范附录二提供公式自动计算。 ∑∑+= V CA V f K 2∑∑= V W f K 1) 2 45(21 0224?γ--=tg H V s 2 6T M T W y ∑∑±= σ
深圳市野生动物救护中心养公坑蓄水工程 技施设计 浆砌石重力坝抗滑稳定 计算书 国家电力公司中南勘测设计研究院 2004年12月
说 明 1.计算目的与要求 对拟定的体型进行抗滑稳定计算，求出拟定体型在各种设计工况下的抗滑稳定安全系数。同时对坝基面的应力进行计算，以论证是否满足规定的正常使用极限状态与承载能力极限状态要求。 2.计算基本依据 1. 建筑体型结构尺寸见附图1； 2. 主要地质参数见资料单； 3. 材料容重： 浆砌块石：取3/0.23m kN s =γ； 水：取3/8.9m kN w =γ； 土的饱和溶重3/12m kN =γ 3.计算方法及计算公式 1. 基本假定 1） 坝体为均质、连续、各向同性的弹性材料； 2） 取单宽1米计算，不考虑坝体之间的内部应力。 3） 本工程规模小，只计算坝体的抗滑稳定，不对坝体剖面进 行浅层与深层抗滑稳定分析以及坝基面应力分析。 2. 地基应力计算 按偏心受压公式计算应力： σmax =W M A G ∑∑+ σmin =W M A G ∑ ∑- 式中 ∑G —坝体本身的重力，kN ； A ——坝基的受力面积，m 2; ∑M —坝体各部分的重力对形心的弯距,;
W —作用在计算截面的抗弯截面系数； 3.抗滑稳定 坝受到铅直力和水平力的共同作用下，要求沿坝基底面的抗滑力必须大于作用在坝结构水平向的滑动力，并有一定的安全系数。 计算公式为： K C = ∑∑H f G * 式中K c —结构的抗滑稳定安全系数； ∑G —坝的基底总铅直力，kN ； ∑H —坝的水平方向总作用力，kN ； f —坝基底的摩擦系数。 4.计算结果总表 5.结论 经由计算可知，该方案，结构能够满足浆砌石坝在不同运用时期的地基应力和抗滑稳定要求，不会发生地基沉陷和滑动变形，并满足经济适用的原则。 6.主要参考书目 a ）《浆砌石坝设计规范（SL25-91》； b ）《水工建筑物荷载设计规范（DL5077—1997）》； c ）天津大学 祁庆和《水工建筑物（上册）》（水利电力出版
重力坝抗滑稳定及应力计算
项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA）水电站工程项目阶段：复核阶段 计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算 审查： 校核： 计算： 黄河勘测规划设计有限公司Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月
目录 1.计算说明 (1) 1.1 目的与要求 (1) 1.2 基本数据 (1) 2.计算参数和研究方法 (1) 2.1 荷载组合 (1) 2.2 计算参数及控制标准 (2) 2.3 计算理论和方法 (3) 3.计算过程 (4) 3.1 荷载计算 (4) 3.1.1 自重 (4) 3.1.2 水压力 (5) 3.1.3 扬压力 (8) 3.1.4 地震荷载 (11) 3.2 安全系数及应力计算 (13) 4.结果汇总 (18)
1.计算说明 1.1 目的与要求 下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。 1.2 基本数据 正常蓄水位：110m； 设计洪水位：112.94m； 校核洪水位：113.30m； 大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇； 坝址区地震动峰值加速度为0.15g（g=9.81m/s2），地震动反应周期为0.25s，相应的地震基本烈度为7度，本工程抗震设计烈度为7度。 计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m，坝基底高程92.00m，坝高22m，坝顶宽5m。上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。 计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m，坝基底高程96.00m，坝高14m，上游坝面竖直，下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面，在108.59m 高程以下坡度为1:0.85。正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；设计洪水位112.94m 时，下游水位104.80m；校核洪水位113.30m时，下游水位105.42m。 进水口坝段顶高程114.00m，坝基底高程87.80m，坝高26.2m，顶宽13.06m，上游坝坡为1:0.25，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。 底孔坝段顶高程114.00m，坝基底高程83.50m，坝高30.5m，顶宽10.0m，上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:0.75。 2.计算参数和研究方法 2.1 荷载组合 作用在坝上的主要荷载包括：坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力。
项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA）水电站工程 项目阶段：复核阶段 计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算 审查： 校核： 计算： 黄河勘测规划设计有限公司Yellow RiverEngineeringConsultingCo.,Ltd. 二〇一二年四月
目录
1.计算说明 目的与要求 下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。 基本数据 正常蓄水位：110m； 设计洪水位：112.94m； 校核洪水位：113.30m； 大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇；坝址区地震动峰值加速度为0.15g（g=9.81m/s2），地震动反应周期为，相应的地震基本烈度为7度，本工程抗震设计烈度为7度。 计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m，坝基底高程92.00m，坝高22m，坝顶宽5m。上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:。 计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m，坝基底高程96.00m，坝高14m，上游坝面竖直，下游坝坡在108.59m高程以上为Creager 剖面，在108.59m高程以下坡度为1:。正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；设计洪水位112.94m时，下游水位104.80m；校核洪水位113.30m时，下游水位105.42m。 进水口坝段顶高程114.00m，坝基底高程87.80m，坝高26.2m，顶宽13.06m，上游坝坡为1:，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:。 底孔坝段顶高程114.00m，坝基底高程83.50m，坝高30.5m，顶
WORD文档下载可编辑 坝体强度承载能力极限状态 计算及坝体稳定承载能力极限状态计算（一）、基本资料 坝顶高程：1107.0 m 校核洪水位（P = 0.5 %）上游：1105.67 m 下游：1095.18 m 正常蓄水位上游：1105.5 m 下游：1094.89 m 死水位：1100.0 m 混凝土容重：24 KN/m3 坝前淤沙高程：1098.3 m 泥沙浮容重：5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值：f `= 0.5 c `= 0.2 Mpa 坝基基岩承载力：［f］= 400 Kpa 坝基垫层混凝土：C15 坝体混凝土：C10 50年一遇最大风速：v 0 = 19.44 m/s 多年平均最大风速为：v 0 `= 12.9 m/s 吹程D = 1000 m
（二）、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面 (1)荷载作用的标准值计算（以单宽计算） A 、正常蓄水位情况（上游水位1105.5m ，下游水位1094.89m ）① 竖向力（自重） W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×10.75×8.6 /2 = 1109.4 KN W 3 = 9.81×（1094.5-1090）2×0.8 /2 = 79.46 KN ∑W = 3228.86 KN W 1作用点至O 点的力臂为： (13.6-5) /2 = 4.3 m W 2作用点至O 点的力臂为： m 067.16.83 2 26.13=?-W 3作用点至O 点的力臂为： m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?-
竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OW1 = 2040×4.3 = 8772 KN·m M OW2 = －1109.4×1.067 = －1183.7 KN·m M OW3 = －79.46×5.6 = －445 KN·m ∑M OW = 7143.3 KN·m ②静水压力（水平力） P1 = γH12 /2 = 9.81×(1105.5－1090)2 /2= －1178.4 KN P2 =γH22 /2 =9.81×(1094.89-1090)2 /2 = 117.3KN ∑P = －1061.1 KN P1作用点至O点的力臂为：(1105.5－1090)/3 = 5.167m P2作用点至O点的力臂为：(1094.89－1090)/3 = 1.63m 静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OP1 = 1178.4×5.167 = －6089 KN·m M OP2 = 117.3×1.63 = 191.2 KN·m ∑M OP = －5897.8 KN·m ③扬压力 扬压力示意图请见下页附图： H1 = 1105.5－1090 = 15.5 m H2 = 1094.89－1090 = 4.89 m (H1 －H1) = 15.5－4.89 = 10.61 m 计算扬压力如下： U1 = 9.81×13.6×4.89 = 652.4 KN U2 = 9.81 ×13.6×10.61 /2 = 707.8 KN ∑U = 1360.2 KN
项目名称：几亚凯勒塔（KALETA）水电站工程项目阶段：复核阶段 计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算 审查： 校核： 计算： 黄河勘测规划设计 Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月
目录 1.计算说明 (1) 1.1 目的与要求 (1) 1.2 基本数据 (1) 2.计算参数和研究方法 (1) 2.1 荷载组合 (1) 2.2 计算参数及控制标准 (2) 2.3 计算理论和方法 (3) 3.计算过程 (4) 3.1 荷载计算 (4) 3.1.1 自重 (4) 3.1.2 水压力 (4) 3.1.3 扬压力 (6) 3.1.4 地震荷载 (7) 3.2 安全系数及应力计算 (9) 4.结果汇总 (11)
1.计算说明 1.1 目的与要求 下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。 1.2 基本数据 正常蓄水位：110m； 设计洪水位：112.94m； 校核洪水位：113.30m； 大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇； 坝址区地震动峰值加速度为0.15g（g=9.81m/s2），地震动反应周期为0.25s，相应的地震基本烈度为7度，本工程抗震设计烈度为7度。 计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m，坝基底高程92.00m，坝高22m，坝顶宽5m。上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。 计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m，坝基底高程96.00m，坝高14m，上游坝面竖直，下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面，在108.59m高程以下坡度为1:0.85。正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；设计洪水位112.94m 时，下游水位104.80m；校核洪水位113.30m时，下游水位105.42m。 进水口坝段顶高程114.00m，坝基底高程87.80m，坝高26.2m，顶宽13.06m，上游坝坡为1:0.25，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。 底孔坝段顶高程114.00m，坝基底高程83.50m，坝高30.5m，顶宽10.0m，上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:0.75。 2.计算参数和研究方法 2.1 荷载组合 作用在坝上的主要荷载包括：坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力。
技施设计 浆砌石重力坝抗滑稳定 计算书 2004年12月
说 明 1.计算目的与要求 对拟定的体型进行抗滑稳定计算，求出拟定体型在各种设计工况下的抗滑稳定安全系数。同时对坝基面的应力进行计算，以论证是否满足规定的正常使用极限状态与承载能力极限状态要求。 2.计算基本依据 1. 建筑体型结构尺寸见附图1； 2. 主要地质参数见资料单； 3. 材料容重： 浆砌块石：取3/0.23m kN s =γ； 水：取3/8.9m kN w =γ； 土的饱和溶重3/12m kN =γ 3.计算方法及计算公式 1. 基本假定 1） 坝体为均质、连续、各向同性的弹性材料； 2） 取单宽1米计算，不考虑坝体之间的内部应力。 3） 本工程规模小，只计算坝体的抗滑稳定，不对坝体剖面进 行浅层与深层抗滑稳定分析以及坝基面应力分析。 2. 地基应力计算 按偏心受压公式计算应力： σmax =W M A G ∑∑+ σ min = W M A G ∑∑- 式中 ∑G —坝体本身的重力，kN ； A ——坝基的受力面积，m 2; ∑M —坝体各部分的重力对形心的弯距,kN.M;
W —作用在计算截面的抗弯截面系数； 3.抗滑稳定 坝受到铅直力和水平力的共同作用下，要求沿坝基底面的抗滑力必须大于作用在坝结构水平向的滑动力，并有一定的安全系数。 计算公式为： K C = ∑∑H f G * 式中K c —结构的抗滑稳定安全系数； ∑G —坝的基底总铅直力，kN ； ∑H —坝的水平方向总作用力，kN ； f —坝基底的摩擦系数。 4.计算结果总表 5.结论 经由计算可知，该方案，结构能够满足浆砌石坝在不同运用时期的地基应力和抗滑稳定要求，不会发生地基沉陷和滑动变形，并满足经济适用的原则。 6.主要参考书目 a ）《浆砌石坝设计规范（SL25-91》； b ）《水工建筑物荷载设计规范（DL5077—1997）》； c ）天津大学 祁庆和《水工建筑物（上册）》（水利电力出版
第二章重力坝答案 一、填空题 1.主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来维持稳定的挡水建筑物；横缝；悬臂梁； 2.坝基最低面（不含局部有深槽或井、洞部位）至坝顶路面 3.低坝（坝高＜30m）、中坝（30m ＜坝高＜70m）、高坝（70m＜坝高）。溢流重力坝；非溢流重力坝；实体重力坝；宽缝重力坝；空腹重力坝；大头坝等 4.静水压力；稳定；强度要求；三角； 5.基岩较坚固的中高溢流坝；挑射距离；冲坑 6.波浪高度；波浪中心线高出静水位的高度；安全超高。 7.地震烈度；烈度 8.荷载的基本组合；偶然组合 9.荷载的长期组合；短期组合 10.挡水建筑物；泄水建筑物；泄水 11.曲线段；直线段；反弧段 12.正常蓄 13.消能防冲；枢纽布置 14.闸墩中间；较大；溢流孔跨中 15.水流平顺；半圆形；三角形；流线形 16.泄洪孔；冲沙孔；发电孔；导流孔；有压泄水孔；无压泄水孔 17.出口；进口；深孔的进口；进口。 18.一层具有防渗、抗冻、抗侵蚀的砼作为坝体防渗设施。
19.动水；静水；动水；静水 20.闸门启闭室；上游最高水位 21.缩小 22.排水管幕；在灌浆帷幕后设排水孔幕。 23.防止温度变化和地基不均匀沉降导致坝体开裂；横缝、纵缝 24.满足灌浆；检查、排水；坝基灌浆廊道；检查和坝体排水廊道 25.卵石覆盖层、风化破碎的岩层；略向上游倾斜；足够宽度的台阶状。 26.靠近上游坝脚；不透水层 27.防渗帷幕；沉陷缝；干缩缝；温度缝 28.上堵下排 二、单项选择题 1、A 2、C 3、 A 4、B 5、D 6、C 7、 B 8、C 9、C 10、A 11、B 三、名词解释 1．扬压力 扬压力是渗透压力和浮托力的总称。，扬压力是由上下游水位差产生的渗流而在坝体内或坝基面上形成的渗透力，和由下游水深淹没坝体而产生的向上的浮托力组成。 2．渗透压力 渗透压力是由上下游水位差产生的渗流而在坝内或坝基面上形成的向上的
重力坝稳定及应力计算书 Prepared on 22 November 2020
重力坝剖面设计及原则 5.1.1剖面尺寸的确定 重力坝坝顶高程，坝高H=。为了适应运用和施工的需要，坝顶必须要有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取坝高的8%～10%，且不小于2m。若有交通要求或有移动式启闭设施时，应根据实际需要确定。综合考虑以上因素，坝顶宽度m 。 B10 考虑坝体利用部分水中增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡坡率n=0～，下游边坡坡率m=0～。故上游边坡坡率初步拟定为，下游边坡坡率初步拟定为。上游折坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄洪孔等建筑物的进口高程来定，一般折坡点在坝高的1/3～2/3附近，故初拟上游折坡点高程为。下游折坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算得到（最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处），故初拟下游折坡点高程为。 5.1.2剖面设计原则 重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持抗滑稳定；同时依靠坝体自重产生压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。 非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修。 遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。重复以上过程直至得到一个经济的剖面。 重力坝挡水坝段荷载计算 5.2.1基本原理与荷载组合 重力坝的荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力、动水压力、冰压力、地震荷载等。本次设计取单位长度的坝段进行计算。相关荷载组合见表。 表荷载组合表
-----------------------------------精品考试资料---------------------学资学习网----------------------------------- ）水电站工程项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA 项目阶段：复核阶段 计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算 审查： 校核： 计算： 黄河勘测规划设计有限公司 Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月． 目录 1 1.计算说明
1.1 目的与要求 下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。 1.2 基本数据 正常蓄水位：； 设计洪水位：； 校核洪水位：； 大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇； 坝址区地震动峰值加速度为（g=/s2），地震动反应周期为0.25s，相应的地震基本烈度为7度，本工程抗震设计烈度为7度。 计算选取的挡水坝段坝顶高程，坝基底高程，坝高，坝顶宽。上游坝面竖直，下游坝坡在高程以上竖直，在高程以下坡度为1:0.75。 计算选取的溢流坝段堰顶高程，坝基底高程，坝高，上游坝面竖直，下游坝坡在高程以上为Creager剖面，在高程以下坡度为1:0.85。正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；设计洪水位时，下游水位；校核洪水位时，下游水位。 进水口坝段顶高程，坝基底高程，坝高，顶宽，上游坝坡为1:0.25，下游坝坡在高程以上竖直，在高程以下坡度为1:0.75。 底孔坝段顶高程，坝基底高程，坝高，顶宽，上游坝面竖直，下游坝坡在高程以上竖直，在高程以下坡度为1:0.75。 2.计算参数和研究方法 2.1 荷载组合 作用在坝上的主要荷载包括：坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力。 基本组合：正常蓄水位情况（上游水位） 设计洪水位情况（上游水位） 特殊组合：校核洪水位情况（上游水位） 地震情况（正常蓄水位+地震荷载） 1 2.2 计算参数及控制标准 水容重γw：9.81KN/m3 混凝土容重γc：24KN/m3 坝址区岩体主要为坚硬的辉绿岩和砂岩，大坝的建基面基本上分布在弱风化的辉绿岩和砂岩上。坝基面抗滑稳定计算的岩体及混凝土物理力学参数按表1-1取值，坝基面抗滑稳定安全系数和坝基应力应满足表1-2规定的数值。 由于碾压混凝土坝的碾压层面的结合质量受材料性质、混凝土配合比、施工工艺、施工管理水平以及施工现场气候条件等许多因素的影响，容易成为坝体的