重力坝的材料及构造相关知识

重力坝一、重力坝的工作原理及特点1、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产生的拉应力来满足。

2、重力坝的类型：（1）按构造不同分为：实体重力坝，宽缝重力坝，空腹重力坝和预应力重力坝。

（2）按作用可以分：溢流重力坝，非溢流重力坝。

（3）按筑坝材料的不同分为：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。

二，重力坝的荷载组合基本组合1：正常蓄水位情况，作用包括：①②③④⑤基本组合2：防洪高水位情况，作用包括：①②③④⑤⑦基本组合3：冰冻情况，作用包括：①②③④⑥偶然组合1：校核洪水位情况，作用包括：①④⑧⑨⑩⑾偶然组合2：地震情况，作用包括：①②③④⑤⑿重力坝按极限状态设计时一般要考虑四种承载能力极限状态：①坝趾抗压强度极限状态②坝体与坝基面的抗滑稳定极限状态③坝体混凝土层面的抗滑稳定极限状态④基岩有薄弱层时坝体连同部分坝基的深层抗滑稳定极限状态。

三 重力坝的抗滑稳定分析沿坝基面的抗滑稳定分析重力坝失稳破坏的机理：首先坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝址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，导致大坝的整体失稳。

（一）抗剪强度公式：（1）当接触面呈水平时，其抗滑稳定安全系数)(∑-=U W f K S S )(∑-=U W f K S S /∑P ∑P（2）当接触面倾向上游时，其抗滑稳定安全系数 ∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S ∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S（二）抗剪断公式：∑∑'+-'=P A c U W f K S )(∑∑'+-'=P A c U W f K S )(深层抗滑稳定分析（1） 单斜面深层稳定计算：如图将软弱面以上的坝体和地基视为刚体，按下式计算：∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S ∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S（2） 双斜面深层抗滑稳定计算：提高抗滑稳定性的工程措施：1） 利用水重2） 采用有利的开挖轮廓线： ① 使坝基面倾向上游。

第二章重力坝学习要求目的：1.掌握混凝土重力坝的特点和类型，国内外发展概况和趋势。

2.掌握重力坝的荷载及其计算方法，荷载组合。

3.理解重力坝稳定的概念及影响因素，掌握重力坝的稳定分析方法、安全系数指标的选用及评价，提高稳定性的工程措施。

4.掌握重力坝应力分析的目的和内容，应力分析方法，材料力学法及其应力控制标准，了解影响坝体应力分布的主要因素，（地基变形和施工方法等）及影响范围和程度。

5.理解拟定重力坝剖面的基本原理，掌握非溢流重力坝的基本剖面及实用剖面的拟定和溢流重力坝的剖面的拟定方法；溢流重力坝的下游消能方式的选择；四种泄水消能方式的特点，运用条件。

6.了解重力坝对材料的要求，建筑材料的种类特性及使用条件；坝体断面混凝土标号的分区。

掌握重力坝的细部构造要求，坝缝、止水；坝身排水、廊道的布置及溢流重力坝坝顶的构造等。

7.了解重力坝对地基的要求；掌握坝基处理的开挖、灌浆（固结灌浆、帷幕灌浆、接触灌浆）及排水设计要求；坝基软弱破碎带的处理。

重点：1.混凝土重力坝的工作原理和特点，设计要求，分类。

2.重力坝的荷载及其计算方法。

3.重力坝的稳定分析方法。

4.重力坝应力分析的材料力学法及其应力控制标准。

5.非溢流重力坝的基本剖面及实用剖面的拟定；溢流重力坝的剖面的拟定。

6.重力坝的细部构造要求，重力坝对材料的要求，溢流重力坝坝顶的构造。

7.固结灌浆、帷幕灌浆、坝基排水。

难点：1.混凝土重力坝的设计要求和类型。

2.扬压力的计算，重力坝的荷载组合。

3.重力坝稳定的概念及影响因素，安全系数指标的选用及评价。

4.坝体边缘应力的计算。

5.拟定重力坝剖面的基本原理，溢流重力坝的剖面的拟定。

6.重力坝的细部构造要求，溢流重力坝坝顶的构造。

7.固结灌浆、帷幕灌浆。

学习要点章节学习内容：1.混凝土坝的类型，国内外发展概况和趋势。

2.重力坝的工作原理和特点，以及其优缺点。

3.重力坝的荷载及其计算方法（包括自重、水压力、扬压力、浪压力、冰压力、土压力、泥沙压力、地震荷载等），荷载组合的概念及确定。

重力坝的材料及构造常见问题一、坝体排防渗、排水、廊道、横缝、止水等细部构造布置1.坝体防渗布置：在混凝土重力坝坝体上游面和下游面最高水位以下部分，多采用一层具有防渗、抗冻、抗侵蚀的混凝土作为坝体防渗设施，防渗指标根据水头和防渗要求而定，防渗厚度一般为1/10～1/20水头，但不小于2m。

2.坝体排水布置：靠近上游坝面设置排水管幕，以减小坝体渗透压力。

排水管幕距上游坝面的距离一般为作用水头的1/15～1/25，且不小于2.0m。

排水管间距为2～3m，管径约为15～20m。

排水管幕沿坝轴线一字排列，管孔铅直，与纵向排水、检查廊道相通，上下端与坝顶和廊道直通，便于清洗、检查和排水。

3.基础廊道布置：基础排水廊道沿坝体和坝基接触面设置。

基础灌浆廊道的断面：宽度为～3.0m，高度为～4.0m，基础排水廊道的断面：宽度为～2.5m，高度为～3.5m。

廊道上游侧至上游坝面的距离为（～）Ｈ（该处坝面作用水头），且不小于4～5m；距坝基面不宜小于4.5m，以免被灌浆压力掀动开裂。

廊道沿坝轴线方向向两岸逐渐抬高，纵向坡度不大于45º，以利于搬运机械。

当岸坡基础纵向坡度大于45º，基础灌浆廊道可分层布置，并用竖井连接。

4.坝体廊道布置：其位置为沿坝高15～30m布置一层，其上游侧至上游坝面（～）Ｈ（该处坝面的作用水头）。

断面尺寸为：最小宽度为1.5m，高度为2.2m。

5.横缝布置：垂直于坝轴线，将坝体分成若干个坝段。

间距（一般是相等）为12～20m，缝宽1～2㎝。

，横缝一般为永久性缝，缝面为平面，缝内设置止水。

6.纵缝布置：一般为竖缝形式，缝面应设置键槽，并埋设灌浆系统，并在蓄水前进行灌浆。

纵缝与坝面应垂直相交，避免浇筑块有尖角。

间距为15～30m，深孔坝段、寒冷地区，宜选用较小的间距。

7.水平施工缝布置：坝体上下层浇筑块之间的结合面称水平施工缝。

一般浇筑块厚～4m，靠近基岩面层厚为1～2m，同一坝段相邻浇筑块水平施工缝的高程应错开。

重力坝构造的原理
重力坝是一种建筑结构，基于重力原理而设计。

其基本原理是利用坝体自身的重量来抵抗水压力，从而稳定地阻挡水流。

重力坝由大块的混凝土或石块构成，通常呈三角形或梯形的形状。

坝底较宽，逐渐向上收缩，顶部较窄。

坝体底部通常加入泄洪孔和泄水闸门，用于控制水位和洪水排放。

重力坝的工作原理可以描述如下：
1. 自重作用：重力坝由厚重的混凝土或石块构成，这些材料本身具有较大的质量和重量。

这些重物通过自身的重力效应使坝体保持稳定，防止水流对坝体施加的上游和下游水压力使其倒塌。

2. 反力作用：坝体以基础为支撑点，通过受到的水压力产生的反力来保持平衡。

水流对坝体施加的压力将被坝体的自重通过基础传递到地面上，地面上的地基承受这部分压力，从而保持稳定。

3. 水密性：重力坝的斜面通常非常陡峭，这种设计可以减小水压力对坝体的影响，因为坝体与水的接触面积较小。

同时，重力坝通常使用层叠的混凝土构建，以增加整体结构的密封性，减少水渗透。

重力坝是一种简单且可靠的建筑结构，适用于中小型水库和河流的水电站。

然而，它也有一些局限性，如对基础地质条件的要求较高，施工成本较高等。

重力坝的地基处理材料及构造重力坝是一种利用重力作用来抵抗水压力的建筑结构，一般用于水库等水利工程中。

其主要特点是结构简单，施工相对方便，适用于各种地质条件。

为了确保重力坝的稳定性，需要对地基进行处理，并选用适当的材料进行施工。

地基处理是指在建造重力坝之前，对地基进行必要的改造和强化工作，以提高地基的稳定性和承载能力。

地基处理的方法可以分为原状地基和改良地基两种。

对于原状地基，如果地基的承载能力不足，需要进行一些处理。

一种常见的方法是在地基上进行凿井，取土填充，增加地基的抗压能力。

另一种方法是采用地基灌浆，即通过注浆的方式在地基中注入稳定剂，增加地基的密实度和强度。

改良地基主要是指对不稳定的地基进行加固工作。

常见的改良地基的方法有土工布、挤浆桩和钻孔灌注桩等。

土工布可以增加地基的抗渗性和稳定性，可以防止地基的冲刷和下滑。

挤浆桩是通过在地基中打孔，并注入水泥砂浆或混凝土，形成一根根坚固的桩体，增加地基的承载能力。

钻孔灌注桩是通过在地基中打孔，并注入混凝土，形成一根根坚固的灌注桩，用来增加地基的稳定性和承载能力。

在重力坝的材料选择方面，主要侧重于选择适合的混凝土和填充材料。

混凝土是重力坝最主要的材料，一般要求具有足够的强度和耐久性，以承受水压力和抵抗侵蚀。

填充材料是指用于填充重力坝背面和坝肩两侧的材料，可以采用天然土、碎石、碎石等。

填充材料应该具有一定的抗冲刷能力和抗滑动能力，以确保重力坝的稳定性。

在重力坝的构造方面，需要考虑坝体的形状、坝冠上游的水流和下游的冲刷问题。

重力坝一般采用三角形或梯形的坝体形状，这种形状可以提高坝体的稳定性。

在坝冠上游的水流问题上，需要采取一些措施控制水流的速度和冲击力，以防止对坝体的冲刷。

在坝体下游的冲刷问题上，可以采取一些地质防护措施，如设置堆石包防护等，以防止地基的冲刷和下滑。

总之，重力坝的地基处理、材料及构造是确保重力坝稳定性的重要方面。

通过选择适当的地基处理方法，合适的材料和合理的构造设计，可以提高重力坝的承载能力和稳定性，保证水库等水利工程的安全和长期稳定运行。

重力坝知识点总结一、重力坝的分类根据不同的特点和用途，重力坝可以分为多种不同的类型。

常见的重力坝类型包括：1. 混凝土重力坝：这是最常见的重力坝类型，由混凝土块构成，能够承受水压力并抵抗地震力。

混凝土重力坝通常用于大型水利工程中，如水电站和灌溉工程。

2. 石块重力坝：这种重力坝由大块石头或石块构成，通过石块之间的摩擦力和重力来抵抗水压力。

石块重力坝通常用于较小规模的水利工程和防洪工程中。

3. 土坝：土坝是一种以土壤和岩石为主要材料构成的重力坝，具有一定的柔性和可塑性，能够适应地基变形和水压力的影响。

土坝常用于较低的水位和较小规模的水利工程中。

二、重力坝的结构特点1. 基础结构：重力坝的基础结构通常由混凝土块或大块石头构成，能够承受来自坝体的重力和水压力。

合理的基础结构设计是重力坝安全稳定运行的基础。

2. 坝体结构：重力坝的坝体由混凝土或石块构成，以抵御水压力和抗震力。

坝体结构的设计和施工质量对重力坝的安全运行至关重要。

3. 泄洪设施：重力坝通常需要配备泄洪设施，用于调节坝体和下游水位，保护坝体和下游地区免受洪水侵袭。

4. 式样结构：重力坝的式样结构包括坝头、坝身和坝尾三个部分，其中坝头通常设有溢流坝段，坝身是坝的主体部分，坝尾则通常设有泄洪设施。

5. 加强结构：为了提高重力坝的安全性和稳定性，通常需要在坝体和基础结构中设置加强措施，如锚杆、钢筋混凝土板等。

三、重力坝的设计原则1. 安全性原则：重力坝的设计必须以安全为首要考虑，保证其在水压力和地震力的作用下不发生破坏和滑坡。

2. 稳定性原则：重力坝的设计必须保证其稳定性，不受地基沉降和水压力的影响，能够长期安全运行。

3. 经济性原则：重力坝的设计必须兼顾成本和效益，尽可能降低建设和维护成本，提高水资源的综合利用效益。

4. 耐久性原则：重力坝的设计必须考虑其耐久性，能够在长期使用和恶劣环境的情况下保持良好的结构性能。

5. 灵活性原则：重力坝的设计必须具有一定的灵活性，能够适应地基变形和水位变化的影响，保证其安全稳定运行。

名词解释重力坝重力坝是一种常见的水利工程建筑，是指由混凝土等材料制成的大型坝体，用于拦截河流水流并积累水能，是水电站的主要组成部分。

以下将从定义、构造、特点和应用等方面对重力坝进行介绍。

一、定义重力坝是由混凝土等材料构成的大型坝体，其主要特点是坝体自重成为防洪和固土的基本保证。

其横断面呈三角形、梯形或圆弧形，下部较宽，上部较窄。

二、构造重力坝的构造主要由以下几个部分组成：1.坝墙：是坝体的主体结构，负责承受水压力和坝体重量。

坝墙通常由连续的混凝土墙体组成，其底部焊接蛇形钢条，以增强坝体的稳定性。

2.泄洪道：负责坝体的控制洪水，防止坝体崩塌。

泄洪道通常位于坝体中央或附近，其主要部分为凸缘闸门或波形闸门。

3.坝顶：是重力坝的顶部，通常用于放置一些机械装置或人工设施。

坝顶上通常有测量或监测设备，以便监测坝体的运行状况。

三、特点1.稳定性高：重力坝体重较大，地基反力小，能承受较大的水压力，在防洪和固土方面具有很高的稳定性和抗洪能力。

2.施工周期长：由于坝墙需要通过混凝土浇筑进行建造，因此重力坝的施工周期长，一般需要数年时间才能完工。

3.施工成本高：重力坝坝墙体积大，需要大量混凝土等材料，因此建造成本较高。

四、应用重力坝广泛应用于水力发电站、灌溉工程、防洪工程和供水工程等领域。

水力发电站利用重力坝积累水能、控制水流，以驱动水轮发电，是常见的水电站形式。

灌溉工程和供水工程利用重力坝控制水流和积水，为农业和城市供水提供了可靠的保障。

在防洪工程中，重力坝通过拦截河流流量和积存水量，保护周边的平原地区，防止洪水灾害的发生。

总之，重力坝是一种重要的水利工程建筑，具有较高的稳定性和抗洪能力，广泛应用于水力发电站、灌溉工程、防洪工程和供水工程等领域。

重力坝的材料和构造（一）水工砼的特性指标1、强度标准立方体极限强度分为12种强度等级，重力坝常用C10、C15、C20、C25等级别，砼的强度随龄期增加，对坝体提出强度要求时，应指出其对应的龄期，坝体砼抗压设计龄期一般采用90天，最多不宜超过180天，同时规定相应28天龄期的强度，作为早期强计的控制。

2、抗渗性大坝防渗部位如上游面、基础层和下游水位以下的坝面，其砼应具有抵抗压力水渗透的能力。

抗渗性的指标通常用抗渗标号表示, 抗渗标号也随砼的龄期增长，一般取与强度的设计龄期相同。

3、抗冻性抗冻性是指饱和状态下能经受多次冻融循环而不破坏不来重降低强度的能力。

4、抗磨性抗磨性是指砼抵抗高速水流或挟沙水流的冲刷和磨损的性能。

根据我国的经验，对于有抗磨要求的砼，采用高标号硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥所控制的砼，其抗压强度等级不应低于C20号，且要求骨料质地坚硬，施工振摇密实以提高其耐磨性。

5、抗侵蚀性大坝砼可能遭受环境水中某些物质的化学作用，引起侵蚀破坏。

如有抗侵蚀性要求时，应选择恰当的水泥品种，并尽量提高砼的密实性。

(二)坝体砼的分区坝体各部位的工作条件不同，对砼材料性能指标的要求不同。

在选用各区砼时，应注意：（1）尽量减小整个枢纽中不同砼标号的类别，便于施工。

（2）为避免产生应力集中或产生温度裂缝，相邻区的强度等级相差不宜超过两级；同一浇筑块中砼的标号也不得超过两种。

分区厚度一般不小于2-3米。

（一）坝体砼的温度变化1、坝体砼的温度变化规律①开始浇筑砼的温度为入仓温度②水泥硬化，产生水化热，使温度增高③热量不断散失，温度呈下降趋势热，这一段时间为冷却期，这段时间较长。

④冷却达到稳定温度，仅随外界气温而变化，称为稳定期。

（二）温度应力和温度裂缝的成因:1、温度应力及温度裂缝的成因砼温度发生变化，其体积也随着胀缩，由于砼坝体不能自由伸缩，从而产生温度应力，而当拉应力超过砼的抗拉能力时，出现裂缝。

构造包括：坝顶结构、坝体分缝、止水、排水、廊道布置等内容。

第三节　枢纽工程建筑物分类及基本型式 一、重力坝 （一）重力坝的基本原理和特点； 1.重力坝基本原理 岩基上的重力坝主要依靠自身重量在地基上产生摩擦力和坝与地基之间凝聚力来抵抗坝前的水推力以保持抗滑稳定。

重力坝的工作原理可以概括为两点： 一是依靠坝体自重在坝基面上产生摩阻力来抵抗水平水压力以达到稳定的要求； 二是利用坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消水压力所引起的拉应力以满足强度的要求。

2.重力坝与其他坝型相比的特点 （1）重力坝断面尺寸大，安全可靠。

（2）重力坝各坝段分开（横缝），结构作用明确。

（3）重力坝的抗冲能力强，枢纽的泄洪问题容易解决。

适于在坝顶布置溢流坝，坝身设置泄水孔，可节省在河岸设置溢洪道或泄洪隧洞的费用。

施工期可利用较低坝块或底孔导流。

（4）对地形地质条件适应性较好，几乎任何形状河谷都可以修建重力坝。

对地基要求高于土石坝，低于拱坝及支墩坝。

（5）重力坝体积大，可分期浇筑，便于机械化施工。

（6）坝体与地基接触面积较大，受扬压力影响也大，需采取各种有效的防渗排水措施，以削减扬压力，节省工程量。

（7）重力坝的剖面尺寸较大，坝体内部的压应力一般不大，因此材料的强度不能充分发挥，所以坝体大部分区域可适当采用强度等级较低的混凝土，以降低工程造价。

（8）坝体体积大，水泥用量多，混凝土凝固时水化热高，施工期需要严格的温度控制和散热措施。

（二）重力坝的分类及布置 按结构型式：可分为实体重力坝（最简单的坝体形式，强度不能充分发挥，工程量较大）、宽缝重力坝、空腹重力坝、预应力锚固重力坝等。

坝顶是否泄放水流：可分为溢流坝和非溢流坝。

坝体内设有深式泄水孔的坝段和溢流坝段可通称为泄水重力坝，完全不泄水的坝段，可称为挡水坝。

按筑坝材料：可分为混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝和浆砌石重力坝。

2.重力坝的布置 重力坝通常由溢流坝段、非溢流坝段和两者之间的连接边墩、导墙及坝顶建筑物等组成。

重力坝是用混凝土或石料等材料修筑、主要依靠坝体自重保持稳定的坝。

重力坝按其结构型式，可分为实体重力坝、宽缝重力坝和空腹重力坝；按是否溢流，可分为溢流重力坝和非溢流重力坝；按筑坝材料，可分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。

重力坝的工作原理：（1）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；（2）同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于库水压力引起的上游坝面拉应力，以满足强度要求。

重力坝的优点：（1）结构作用明确，设计方法简便，安全可靠；（2）对地形、地质条件适应性强；（3）枢纽泄洪问题容易解决；（4）便于施工导流；（5）施工方便。

重力坝的缺点：（1）剖面尺寸大，材料用量多；（2）坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；（3）坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力大，对稳定不利；（4）坝体体积大，施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产生不利的温度应力和收缩应力，因此，温度控制要求严格。

二、重力坝的设计内容（1）选定坝轴线；（2）剖面设计；（3）稳定分析；（4）应力分析；（5）构造设计；（6）地基处理；（7）溢流重力坝和泄水孔的设计以及它们的消能设计和防冲设计等；（8）监测设计。

作用是指外界环境对水工建筑物的影响。

进行结构分析时，如果开始即可用一个明确的外力来代表外界环境的影响，则此作用（外力）可称为荷载。

作用分为：（1）永久作用，如结构物自重、土压力；（2）可变作用，如各种水荷载、温度作用；（3）偶然作用，如地震作用、校核洪水。

为了与工程界习惯一致，除地震作用和温度作用外，其他作用可用外力来代表，则直接称为荷载。

作用于重力坝上的荷载主要有：（1）自重（包括固定设备重）；（2）静水压力；（3）扬压力；（4）动水压力；（5）浪压力；（6）泥沙压力；（7）冰压力；（8）土压力；（9）温度作用； （10）风作用； （11）地震作用等。

（一）自重坝体自重由坝体材料的容重与体积相乘求得。

在初步设计阶段，混凝土的容重可近似取23.5~24.0kN/m3；在技术设计阶段，材料容重通过实地或试验室量测。