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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。
《重力坝的荷载及组合》教学文本《水工建筑物》教学资源库项目组编写2014年9月目录1.教案计划表 (2)2.教学实施 (4)【步骤L】复习巩固和引入新课 (4)【步骤2】课程介绍及知识讲授 (4)【步骤3】应用案例讲解 (13)【步骤4】实训任务布置（或提问） (14)【步骤5】学生实训 (15)【步骤6】评价及反馈 (15)1. 教案计划表表1 单元3的教案计划表单元名称重力坝的荷载及组合学时 4 项目名称重力坝设计教学地点多媒体教室学生角色设计辅助人员教学目标知识目标技能目标态度目标⑴理解作用在重力坝荷载的类型和计算内容；⑵掌握自重的计算；⑶掌握静水压力、动水压力分布图的绘制及计算；⑷掌握减少扬压力的措施，扬压力分布图的绘制及计算⑸掌握不同波浪形态浪压力的分布图及计算；⑹掌握基本荷载和偶然荷载的组合方法及计算。
⑴会确定重力坝荷载计算对象；⑵能进行静水压力、动水压力计算；⑶能进行扬压力计算；⑷能进行浪压力计算；⑸能进行基本荷载和偶然荷载的组合方法及计算。
⑴能按时到课，遵守课堂纪律，积极回答课堂问题，按时上交作业；⑵课下能积极认真练习教室布置的工作任务；⑶认真完成老师布置的预习任务。
能力训练任务及案例⑴完成案例任务：非溢流坝自重的计算；⑵完成案例任务：非溢流坝静水压力计算；波浪要素计算；⑶完成案例任务：实体重力坝坝基面上扬压力计算；⑷完成案例任务：非溢流坝浪压力（深水波）计算。
教学重点、难点重点：非溢流坝自重、静水压力、动水压力分布图的绘制及计算，荷载组合方法；难点：减少扬压力的措施、扬压力分布图的绘制及计算，浪压力的计算。
教学方法、手段案例法，讲练结合法，黑板、多媒体课件，动画。
教学组织过程复习旧课：非溢流重力坝基本剖面的主要参数及确定方法，波浪要素计算，实用剖面确定的内容和方法，剖面图的绘制。
导入新课：理解作用在重力坝荷载的类型和计算内容，掌握自重、水压力、扬压力、浪压力等主要荷载的分布图及计算方法，掌握基本荷载和偶然荷载的组合方法及计算。
重力坝的荷载及其组合一、荷载荷载-----→作用不随时间变化的----永久作用如自重、土压力等随时间变化的------可变作用如水压力、扬压力、温度、孔隙水压力等；偶然发生的--------偶然作用如地震、校核水位下的水压力等.可变作用是指在设计基准期内作用的量值随时间变化与平均值之比不可忽略的作用。
作用在重力坝上的主要荷载有:坝体自重、上下游坝面上的水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、地震荷载及冰压力等(图2.3).图2.3 重力坝上作用力示意图自重坝体自重是重力坝的主要荷载之一。
W=γ×A+ωω--坝上永久设备重①沿坝基面滑动，仅计坝体重量；②沿深层滑动，需计入滑体内岩体重；③用有限单元法计算时，应计入地基初始应力的影响；假定：1°地基中任一点的垂直应力σ(y)=γh2°水平应力σ(x)=λγh3°剪应力τ(xy)=0静水压力1°上游面垂直2°上游面倾斜①挡水坝段②溢流坝段3°水的容重①清水γ②浑水γ(按实际情况考虑)扬压力(含坝基和坝体内扬压力)*坝基扬压力:坝基扬压力包括两部分①下游水深引起的浮托力；②由水头差引起的渗透压力.渗透压力从上游向下游逐渐消减，其变化呈抛物线分布。
扬压力对坝体稳定不利. 见图2.4为减小扬压力需采取工程措施：设帷幕.用折减系数α表示岩体构造、性质、帷幕的深度、厚度、灌浆质量、排水孔直径、间距、深度等因素。
. 设排水. 见图2.5.图2.4 无防渗排水措施时坝底扬压力分布图2.5有防渗排水时坝底扬压力分布规范规定：河床坝段：α=0.2～0.3岸坡坝段：α=0.3～0.4需要指出：原型观测资料表明：扬压力因受泥沙淤积的影响随时间延长而减小，对稳定有利。
坝体内扬压力:坝体混凝土也具有一定的渗透性,在水头作用下,库水仍然会从上游坝面渗入坝体,并产生扬压2.6.力,见图4、动水压力溢流坝泄水时，溢流面上作用有动水压力，其中坝顶曲线段和下游直线段上的动水压力较小，可忽略不计。
第二节重力坝的荷载及其组合一、荷载荷载-----→作用不随时间变化的----永久作用如自重、土压力等随时间变化的------可变作用如水压力、扬压力、温度、孔隙水压力等；偶然发生的--------偶然作用如地震、校核水位下的水压力等.可变作用是指在设计基准期内作用的量值随时间变化与平均值之比不可忽略的作用。
作用在重力坝上的主要荷载有:坝体自重、上下游坝面上的水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、地震荷载及冰压力等(图2.3).图2.3 重力坝上作用力示意图自重坝体自重是重力坝的主要荷载之一。
W=γ×A+ωω--坝上永久设备重①沿坝基面滑动，仅计坝体重量；②沿深层滑动，需计入滑体内岩体重；③用有限单元法计算时，应计入地基初始应力的影响；假定：1°地基中任一点的垂直应力σ(y)=γh2°水平应力σ(x)=λγh3°剪应力τ(xy)=0静水压力1°上游面垂直2°上游面倾斜①挡水坝段②溢流坝段3°水的容重①清水γ②浑水γ(按实际情况考虑)扬压力(含坝基和坝体内扬压力)*坝基扬压力:坝基扬压力包括两部分①下游水深引起的浮托力；②由水头差引起的渗透压力.渗透压力从上游向下游逐渐消减，其变化呈抛物线分布。
扬压力对坝体稳定不利. 见图2.4为减小扬压力需采取工程措施：设帷幕.用折减系数α表示岩体构造、性质、帷幕的深度、厚度、灌浆质量、排水孔直径、间距、深度等因素。
. 设排水.见图2.5.图2.4 无防渗排水措施时坝底扬压力分布图2.5有防渗排水时坝底扬压力分布规范规定：河床坝段：α=0.2～0.3岸坡坝段：α=0.3～0.4需要指出：原型观测资料表明：扬压力因受泥沙淤积的影响随时间延长而减小，对稳定有利。
坝体内扬压力:坝体混凝土也具有一定的渗透性,在水头作用下,库水仍然会从上游坝面渗入坝体,并产生扬压2.6.力,见图4、动水压力溢流坝泄水时，溢流面上作用有动水压力，其中坝顶曲线段和下游直线段上的动水压力较小，可忽略不计。
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。
