水工建筑物重力坝的稳定分析
一、重力坝滑动失稳模式
（一）表面滑动 （二）浅层滑动 （三）深层滑动
二、抗滑稳定计算截面选取及计算方法
★破坏机理 ：重力坝岩基的破坏开始于坝踵附近的拉裂缝和扩张松弛，而后坝趾出现剪切屈服区且逐渐向上游发展，最后在坝下浅层岩基中上下游贯通，形成滑动通道，导致大坝的整体失稳破坏。
★（一）计算截面：坝基面或者坝体薄弱面
选择受力大，抗剪强度较低，最容易产生滑动的截面作为计算截面。重力坝抗滑稳定计算主要是核算坝基面及碾压混凝土层面上的滑动稳定性。另外坝基内有软弱夹层、缓倾角结构面时，也应核算其深层滑动性 。
★（二）抗滑稳定分析方法
1.单一的安全系数法： 计算公式有抗剪强度公式和抗剪断公式
2. 分项系数法极限状态设计方法：《混凝土重力坝设计规范》DL 5108—1999规定，重力坝的抗滑稳定承载能力极限状态进行计算，认为滑动面为胶结面，滑动体为刚体。
三、单一的安全系数计算法
（一）抗剪公式
1.滑动面水平时：Ks = f(∑W-U)/ ∑P
2.滑动面倾向上游：Ks = [f(∑WCosβ-U+∑PSinβ)]/( ∑PSinβ+∑WCosβ)
公式评价：本公式不考虑凝聚力，偏于安全，凝聚力作为安全储备，所以规定的安全系数较低。
（二）抗剪断公式
1.假定：认为砼与基岩接触良好，直接采用接触面上的抗剪断参数f′和c′。
2.公式：Ks′＝[f′(∑W-U)+C′A]/∑P
3.安全系数Ks′,设计规范规定：不分等级。
基本荷载组合：采用3.0； 特殊荷载组合：（1）采用2.5；（2）采用不小于2.3。
四、分项系数法
（一）特点：与原设计规范相比，用概率极限状态设计法代替了定值设计法，用分项系数极限状态表达式代替单一安全系数表达式。即以结构重要性系数γ０、设计状况系数φ、作用分项系数γｆ 、材料性能分项系数γｍ和结构系数γｄ来代替设计的安全系数Ｋ。
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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；
运用条件。 四种泄水消能方式 的特点，
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。
重力坝设计例题 2 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。 3 （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。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。坝体上的荷载分两种组合，基本组合（设计洪水位）取持久状况对应的设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd =1.2；偶然组合（校核洪水位）取偶然状况对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γd =1.2。坝趾抗压强度极限状态的设4 计状况系数同前，结构系数γd =1.3。
第八节 宽缝重力坝与空腹重力坝
重力坝的主要缺点：
1°扬压力大；
2°材料强度不能充分利用；
3°坝体体积大，水泥用量多，水化热高，散热条件差；
一、宽缝重力坝
宽缝重力坝的剖面型式及构造特点,见图2.35
图2.35 宽缝重力坝
它由实体重力坝横缝“加宽”而成，坝基渗水从宽缝处排出，使扬压力减小同时作用面积减小，比实体重力坝可节省10～20％。
②宽缝的存在增加侧向天然散热面，加快散热过程，有利于温度控制；
③坝段内厚度减薄，有利于充分利用材料强度；
④坝内有宽缝便于观测检查；
⑤根据不同坝段的地质条件，通过改变宽缝尺寸来调节坝体重量，外观保持一致；
⑥模板用量增加，倒悬模板拆装麻烦，施工复杂；
⑦气温变化剧烈的地区，易产生表面裂缝； 2、剖面尺寸
坝段宽度 L=16～24m 考虑：
1°溢流坝段布置，孔数和尺寸；
2°发电厂房的机组间距；
3°施工条件；
缝宽 2S=(20～40)％L 2S↓宽缝的优点不明显；
2S↑坝体腹部易产生拉应力；
宽缝高: 满足施工导流、厂房引水管、稳定等要求。
–n: 可比实体重力坝略缓 n=0.15～0.35
–m: 可比实体重力坝略陡 m=0.5～0.7
–tu : 满足水力坡降和侧向传力要求；
– tu=(0.08～0.12)H 不小于3m
–td : 满足应力、施工和保温要求
– td=3～5m 不小于2m
–3、稳定和应力分析
– 稳定分析------方法同实体重力坝
– 不同之处：1°按１个坝段进行
2°扬压力与实体坝不同
图2.36 宽缝重力坝坝基扬压力
应力分析：严格地讲是三维问题，实践经验表明：宽缝坝的应力分布接近平面状态，只是局部应力分布复杂。分析时按两种问题处理：
