重力坝设计例题—荷载计算

山王庙水库大坝稳定及应力计算1 基本资料1.1坝型选择：山王庙水库大坝采用砼重力坝。

1.2为了保证大坝的安全，下游设护坦。

1.3大坝的高度：计算得上游校核水位为2108.98m设计水位为2108.71m,下游校核水位为2079.00m 设计水位为2078.60m,开挖高程为2075m坝顶高程为2111.00m,堰顶高程为2108.00m。

粗估最大坝高：2111-2075=36.00m。

1.4溢流堰：可用曲线型实用堰（长研型、克奥型、WES型）、折线型；利用当地材料，且为小型溢流坝，采用WES型。

1.5大坝的稳定及边缘应力计算：计算时可以考虑风浪及泥沙压力。

建筑物等级为5级建筑物。

1.5.1实用堰的剖面尺寸：坝轴线长12.0m；溢流堰口长10.0m；堰顶水深：校核水深为0.98m、设计水位为0.71m；下游水深t :校核水深为4.00m、设计水位为3.60m；1.5.2非溢流坝段的剖面尺寸：坝轴线长：左岸3个坝段、55.0m,右岸6个坝段、100.0m；上游水位：校核水位为2108.98m 设计水位为2108.71m；下游水深t :校核水深为4.00m、设计水位为3.50m；2溢流坝段的稳定和应力计算：只计算最不利情况一一校核洪水时溢流情况；下游水位：坝址水位~流量曲线得为2079.0m；上游水位：2108.98m；2.1荷载计算： 表2-1溢流坝段荷载计算表荷载及代号 荷载计算（10KN ）方向力臂计算（m力矩(10KN.m )坝体自重G (1/2) X 27.4 X 33.0 X 2.4=1085.04+30.0/2-2.6-27.6/3=3.2 3472.128 坝体自重G 2 (1/2 )X 2.6 X 13.0 X 2.4=40.5630/2-2/3 X 2.6=13.267 538.096 上游水重W (1/2 ) (33.98+20.98 )X 2.6=71.44830/2-1.3=13.7 978.838 上游泥沙重W (1/2 )X 2.6 X 14.36 X 0.8=14.934 t 30/2-2.6/3=14.133 211.07 下游水重W (1/2 )X 3.2 X 4.0=6.40 + -(30/2-3.20/3 ) =-13.93-89.17 上游水压力P 2 (1/2 )X 33.98 X 33.98=577.32―33.98/3=11.33 -6539.11 上游泥沙压力P r (1/2 ) X 14.98 X 14.98 X 0.53 X 0.8=47.57 —14.98/3=4.99 -237.53 下游水压力P l 2(1/2 )X 4.0 =8.0V — (1/3 )X 4.0=1.333 10.67 堰面动水压力：1.94 X 20 (COS25^COS53) /9.8=1.2064— 6.07.23 1.94 X 20 ( SIN250+SIN530) /9.8=4.84 + 15-2.715=12.285 -59.40 浮托力V 30.0 X 4.0=120.0t 0渗透压力U (1/2 )X 29.98 X 0.25 X 25.0=93.69 t -(30/2-5-25/3) =-1.667-156.15 渗透压力U 2(1/2 )X( 29.98+7.495 )X 5.0=93.69t-(30/2-5/2 ) =-12.5-1171.10合计刀W刀P刀M不计入扬压力合计— 1218.382616.89 -1655.008 计入扬压力合计911.002616.89-2982.2582.602.2验算抗滑稳定性：(1) 采用抗剪断强度公式计算，其稳定安全系数为：K= (f，刀W+CA) / 刀P;查前述地质提供的数据：f，=1.0 , C=1.10Mpa,代入公式：K= (1.0 X 911.002+1.10 X 30.0 X 100) /616.89=6.83 > 2.5 (见规范要求), 满足稳定要求。

讲解重力坝设计例题：一．基本资料某高山峡谷地区规划的水利枢纽，拟定坝型为混凝土重力坝，其任务以防洪为主、兼顾灌溉、发电，为3级建筑物，试根据提供的资料设计非溢流坝剖面。

1．水电规划成果上游设计洪水位为355.0 m，相应的下游水位为331.0 m；上游校核洪水位356.3 m ，相应的下游水位为332.0 m；正常高水位354.0 m；死水位339.5 m。

2．地质资料河床高程328.0 m，约有1~2 m覆盖层，清基后新鲜岩石表面最低高程为326.0m。

岩基为石炭岩，节理裂隙少，地质构造良好。

抗剪断强度取其分布的0.2分位值为标准值，则摩擦系数'ckf=0.82，凝聚力'ckc=0.6MPa。

3．其它有关资料河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1 m。

泥沙浮重度为6.5kN/ m3 ，内摩擦角φ=18°。

枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。

坝体混凝土重度γ c =24kN/m3，地震设计烈度为6度。

拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，fckd强度标准值为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。

二．设计要求：（1）拟定坝体剖面尺寸确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。

（2）荷载计算及作用组合该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。

列表计算其作用标准值和设计值。

（3）抗滑稳定验算可用极限状态设计法进行可靠度计算。

（4）坝基面上下游处垂直正应力的计算，以便验算地基的承载能力和混凝土的极限抗压强度。

重力坝剖面设计图（单位：m）三．非溢流坝剖面的设计●资料分析该水利枢纽位于高山峡谷地区，波浪要素的计算可选用官厅公式。

因地震设计烈度为6度，故不计地震影响。

重力坝设计例题：一．基本资料某高山峡谷地区规划的水利枢纽，拟定坝型为混凝土重力坝，其任务以防洪为主、兼顾灌溉、发电，为3级建筑物，试根据提供的资料设计非溢流坝剖面。

1．水电规划成果上游设计洪水位为355.0 m，相应的下游水位为331.0 m；上游校核洪水位356.3 m ，相应的下游水位为332.0 m；正常高水位354.0 m；死水位339.5 m。

2．地质资料河床高程328.0 m，约有1～2 m覆盖层，清基后新鲜岩石表面最低高程为326.0m。

岩基为石炭岩，节理裂隙少，地质构造良好。

抗剪断强度取其分布的0.2分位值为标准值，则摩擦系数'ckf=0.82，凝聚力'ckc=0.6MPa。

3．其它有关资料河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1 m。

泥沙浮重度为6.5kN/ m3，内摩擦角φ=18°。

枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。

坝体混凝土重度γc =24kN/m3，地震设计烈度为6度。

拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，fckd强度标准值为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。

二．设计要求：（1）拟定坝体剖面尺寸确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。

（2）荷载计算及作用组合该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。

列表计算其作用标准值和设计值。

（3）抗滑稳定验算可用极限状态设计法进行可靠度计算。

重力坝剖面设计图（单位：m）三．非溢流坝剖面的设计(一)资料分析该水利枢纽位于高山峡谷地区，波浪要素的计算可选用官厅公式。

因地震设计烈度为6度，故不计地震影响。

大坝以防洪为主，3级建筑物，对应可靠度设计中的结构安全级别为Ⅱ级，相应结构重要性系数γ0=1.0。

网络教育学院《水工建筑物课程设计》题目：重力坝设计学习中心：专业：年级：学号：学生：指导教师：1 项目基本资料1.1 气候特征根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14 m/s，重现期为50年的年最大风速23m/s，吹程：设计洪水位 2.6 km，校核洪水位3.0 km 。

最大冻土深度为1.25m。

河流结冰期平均为150天左右，最大冰厚1.05m。

1.2 工程地质与水文地质1.2.1坝址地形地质条件（1）左岸：覆盖层2～3m，全风化带厚3～5m，强风化加弱风化带厚3m，微风化厚4m。

（2）河床：岩面较平整。

冲积沙砾层厚约0～1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3～6m。

坝址处河床岩面高程约在38m左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。

（3）右岸：覆盖层3～5m，全风化带厚5~7m，强风化带厚1～3m，弱风化带厚1～3m，微风化厚1～4m。

1.2.2天然建筑材料粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2~3km均可开采，储量足，质量好。

粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。

砂石料满足砼重力坝要求。

1.2.3水库水位及规模①死水位：初步确定死库容0.30亿m3，死水位51m。

②正常蓄水位：80.0m。

注：本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。

表一本设计仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况：基本组合(2)为设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。

特殊组合(1)为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。

1.3大坝设计概况1.3.1工程等级本水库死库容0.3亿m3，最大库容未知，估算约为5亿m3左右。

根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型水库。

枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。

重力坝的荷载与稳定性怎么计算
重力坝主要依靠自重维持稳定
分类
重力坝的设计内容
①总体布置②稳定分析③剖面设计④应力分析⑤构造设计⑥地基处理
⑦泄水设计⑧监测设计⑨施工设计
作用与荷载
①自重（包括固定设备重）：沿坝基面滑动，仅计坝体重量；沿深层滑动，需计入滑体内岩体重
②静水压力
③扬压力：扬压力=浮力+渗流压力（α：扬压力折减系数）
④动水压力
⑤浪压力
波浪三要素：波高、波长和壅高
⑥泥沙压力
⑦冰压力，⑧土压力，⑨地震作用，⑩温度作用等。

稳定分析
目的：核算坝体沿坝基面或坝基内部缓倾角软弱结构面抗滑稳定的安全度。

失稳机理：首先在坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝趾处基岩和胶结面出现局部区域的剪切屈服，进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸，最后，形成滑动通道，导致坝的整体失稳。

抗剪强度公式（摩擦公式）
抗剪断公式
规范要求：大型工程用抗剪断强度公式；中小型工程可以用摩擦公式。

目录第一章调洪演算错误！未定义书签。

第二章非溢流坝设计计算12.1坝高的计算12.2坝挡水坝段的稳定及应力分析2第三章溢流坝设计计算93.1堰面曲线93.2中部直线段设计93.3下游消能设计103.4水力校核113.5WES堰面水面线计算13第四章放空坝段设计计算174.1放空计算174.2下游消能防冲计算184.3水力校核194.4水面线计算21第五章电站坝段设计计算235.1基本尺寸拟订23第六章施工导流计算266.1河床束窄度266.2一期围堰计算266.2二期围堰高程的确定27附录一经济剖面选择输入及输出数据30附录二坝体的稳定应力计算输入输出数据34附录三调洪演算源程序及输入数据44第二章 非溢流坝设计计算2.1 坝高的计算坝顶高出静水面Δh=2h 1+h 0+h c 2h 1——波浪高度校核时，V=16m/s 2h 1=0.0166×V 5/4×D 1/3=0.0166×165/4×0.51/3=0.42m 设计时，V=24m/s2h 1=0.0166×V 5/4×D 1/3=0.0166×245/4×0.51/3=0.70m h0——波浪中心线高出静水位高度校核时，2L 1=10.4×(2h 1>0.8=10.4×0.420.8=5.21mm L h 11.024h 1210==π设计时，2L 1=10.4×(2h 1>0.8=10.4×0.700.8=7.81mm L h 20.024h 1210==πh c ——安全超高，等知：校核时，h c =0.3m ；设计时，h c =0.4m 。

由以上可得坝顶超高为： 校核时Δh=2h 1+h 0+h c =0.42+0.11+0.3=0.83m设计时Δh=2h 1+h 0+h c =0.70+0.20+0. 4=1.30m 则 确定坝顶高程为： 校核时 Z 坝顶=324.7+0.83=325.53m 设计时 Z 坝顶=324.5+1.30=325.80m取其中大者即325.80m,作为坝顶高程<如图2-1所示）。

重⼒坝计算稿（excel）2.1 基本资料⑴⽔库⽔位⑵泥沙⑶计算基本参数2.2 ⾮溢流坝断⾯尺⼨拟定2.3 荷载计算符号规定：竖向作⽤⼒以向下为“+”、⽔平向作⽤⼒以指向下游为“+”、弯矩以逆时针为“+”。

⑴坝体⾃重G1（↓）及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M G1（逆时针）计算公式：2 ⾮溢流坝实⽤剖⾯沿建基⾯稳定及应⼒计算()?++=2211121hbhbbHGcγ---+?-+?--= 2 1 2 2 1 1 1 12 13 2 2 2 1 2 1 2 b b b B h b b B h b b b B bH M c G γ⑵上游⽔平向⽔压⼒P 1（→）及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M P1（顺时针）计算公式：坝体⾃重G 1计算成果表坝体⾃重G 1对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M G1计算成果表23121h P w γ=33161h Mw P γ-=式中：h 3——上游⾯作⽤⽔头上游⽔平向⽔压⼒P 1及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M P1 23121h P w γ=242321h m G w γ=--=4233312h m B G M G⑹上游⽔平向淤沙压⼒P sk （→）及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M psk （顺时针）计算公式：⑺上游⽔平向浪压⼒P wk （→）及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M pwk （顺时针）计算公式：上游⽔平向浪压⼒P wk 及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M Pwk上游⽔平向淤沙压⼒P sk 及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M Psk下游竖直向⽔压⼒G 3及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M G3s sk Psk h P M 31-=()z m w wk h h L P +=%141γ()%13%13%132312h h L h L L h h h h h L P M z m m m z z m wkPwk +?---++??? ??++-=??? ?-=245tan 2122s s sb sk h P γ⑻扬压⼒U（↑）及其对坝基截⾯形⼼轴的⼒矩M U （顺时针）①当坝基设有防渗帷幕和排⽔孔，⽽未设下游副排⽔孔和抽排系统时按如下图形及公式计算扬压⼒。

一、计算荷载组合：坝体自重：区域① W11=10*125*24=30000KN 方向↓ 区域② W12=0.5*113*73.45*24=99598.2KN 方向↓ W1=W11+W12=30000+99598.2=129598.2KN 方向↓ 静水压力：垂直水压力PV=0.5*17*17*0.65*9.8=920.47KN 方向↓ 水平水压力，上游PH1=0.5*γw*H ²=0.5*9.8*120²=70560KN 方向→ 下游PH2=0.5*γw*H ²=0.5*9.8*17²=1416.1KN 方向← 淤沙压力：Ps=0.5*γsb*hs ²*tan ²（45-ⱷs/2）0.5*8.5*21.8²*tan ²（45-27/2）=758.47KN 方向 → 扬压力： 浮托力 U1=γw*H*B=9.8*17*83.45=13902.77 KN 方向↑ 渗流力，区域a U2=ωγα***)1(*5.01L H -=0.5*（1-0.2）*103*7*9.80=2826.32KN 方向↑区域b U3=ωγα**1H L =7*0.2*103*9.80=1413.16KN 方向 ↑区域c U4=ωγα***5.02L H =0.5*0.2*103*76.45*9.80=7716.86KN 方向↑ U=U1+U2+U3+U4=13902.77+2826.32+1413.16+7716.86=25859.11KN 方向↑ 荷载计算如下图所示：二、沿坝基面的抗滑稳定分析以单宽坝段作为计算单元，按抗剪断强度公式计算，认为坝体混凝土与基岩接触良好，接触面面积为A ，采用接触面上的抗剪断参数'f 和'c 计算抗滑稳定安全系数。

A=83.45㎡PA c U W f K s∑+-∑=''')(=(0.92*（129598.2+920.47-25859.11）+750*83.45)/(70560-1416.1+758.47)=2.273 满足要求。