坝体稳定计算书(2020年整理).pdf

1.基本数据坝顶高程H顶(m) 2.5上游水位高程H上(m) 5.93坝底高程H底(m)0下游水位高程H下(m) 5.08坝下游起坡高程H1(m) 2.5泥沙高程H泥(m)0坝顶宽度B(m)2f'抗剪断摩擦系数0.5 r沙干（KN/m3）12c'抗剪断凝聚力(kpa)50坝上游坡比n0r砼（KN/m3）24坝下游坡比m2r水（KN/m3）10坝底宽度b(m)7r沙浮（KN/m3）8坝上游起坡高程H20内摩擦角Φ0基础摩擦系数f0.52.计算过程V1坝自重（KN）120V1坝自重的力臂（m）6V2坝自重（KN）150V2坝自重的力臂（m） 3.33V3坝自重（KN）0V3坝自重的力臂（m）7上游水平水压力（KN）175.8245上游水平水压力的力臂（m） 1.98下游水平水压力（KN）129.032下游水平水压力的力臂（m） 1.693333上游垂直水压力（KN）0上游垂直水压力的力臂（m）7下游垂直水压力（KN）258.064下游垂直水压力的力臂（m） 3.386667扬压力（KN）385.35扬压力的力臂（m） 3.59007泥沙水平压力（KN）0.00泥沙水平压力的力臂（m）0.00泥沙垂直压力（KN）0泥沙垂直压力的力臂（m）7.00水平力总和∑P（KN）46.79垂直力总和∑T（KN）142.71抵抗弯矩M1(KN.m)2312.47主动弯矩M2(KN.m)1730.98抵抗弯矩截面模量W(m3)8.17离坝底宽中点偏心距e-0.573.计算结果抗摩擦稳定系数K 1.52抗剪断稳定系数K´9.00抗倾稳定系数Fs 1.34最大应力σmax(kpa)30.43最小应力σmin(kpa)10.35最大应力与最小应力之比 2.94坝顶高程H 顶(m)3716.6上游水位高程H 上(m)坝底高程H 底(m)3713.1下游水位高程H 下(m)坝下游起坡高程H 1(m)3716.6泥沙高程H 泥(m)坝顶宽度B(m)1f'抗剪断摩擦系数r 沙干（KN/m3）13c'抗剪断凝聚力(kpa)坝上游坡比n 0r 砼（KN/m3）坝下游坡比m 0.7r 水（KN/m3）坝底宽度b(m) 3.45r 沙浮（KN/m3）坝上游起坡高程H 23715.6内摩擦角Φ基础摩擦系数f0.6墙体容重γq （kn/m3）23挡土墙高（m）均布荷载q（kn/m2）0挡土墙顶宽（m）填土容重γ（kn/m3）19墙趾宽度（m）填土表面与水平线所成倾角β（°）0墙趾高度（m）填土内摩擦角φ（°）35墙踵宽度（m）填土与墙背间摩擦角δ（°）11墙踵高度（m）墙背填土高度H（m）4挡墙背侧常年水位高度（m）外荷载等带土土层厚度h 0（m ）0挡墙外侧常年水位高度（m）基底表面与墙体摩擦系数μ0.45背坡坡比m 墙背与铅直线的夹角α1（°）19.29挡土墙基底倾角α0（°）地震角ε（°）3挡土墙基底水平投影宽度墙体的面积A（m2） 5.05挡土墙重心离墙趾的水平0（m）谷坊堤防。

1坝顶高程及护坡计算根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运用条件计算，取其最大值：①正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；②设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；③校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高。

考虑坝前水深、风区长度、坝坡等因素的不同，分别计算安全加固前后主坝及一、二、三副坝的坝顶高程。

计算波浪要素所用的设计风速的取值：正常运用条件下，采用多年平均年最大风速的倍；对于非常运用条件下，采用多年平均年最大风速。

根据水库所处的地理位置，多年平均年最大风速值采用15.2m/s计算。

主坝风区长度为886m，西营副坝风区长度为200m，马尾副坝风区长度为330m 采用公式法进行计算。

坝顶超高计算根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001，坝顶在水库静水位的超高应按下式计算：y=R+e+A式中：R——最大波浪在坝坡上的爬高（m）；e ——最大风壅水面高度（m）；A——安全超高（m），对于3级土石坝，设计工况时A=0.7m，校核工况时A=0.4m；加固前坝顶超高的计算1.2.1计算参数各大坝计算采用的参数见表1.2.1.1～2。

表1.2.1.1 主坝加固前波浪护坡计算参数表表1.2.1.2 西营副坝加固前波浪护坡计算参数表1.2.2加固前坝顶高程复核各坝坝顶高程计算成果见表1.2.2.1～2表1.2.2.1 主坝加固前坝顶高程计算成果表从表1.2.2.1可以看出，校核工况下主坝坝顶高程最大，所以坝顶高程取17.39m，小于现状防浪墙顶高程~17.63m ，现坝顶高程满足现行规范的要求。

表1.2.2.2 西营副坝加固前坝顶高程计算成果表从表1.2.2.2可以看出，校核工况下西营副坝坝顶高程最大，所以坝顶高程取17.125m，西营副坝现状坝顶高程~17.75m，无防浪墙，现有坝顶高程不完全满足现行规范要求。

马尾副坝，实际上是一个浆砌石防洪墙，墙后有约~3.0m宽的土坝，浆砌石防洪墙顶高程为16.50m，小于校核洪水位，所以现有坝顶高程不满足现行规范要求。

1坝顶高程及护坡计算根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运用条件计算，取其最大值：①正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；②设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；③校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高。

考虑坝前水深、风区长度、坝坡等因素的不同，分别计算安全加固前后主坝及一、二、三副坝的坝顶高程。

计算波浪要素所用的设计风速的取值：正常运用条件下，采用多年平均年最大风速的1.5倍；对于非常运用条件下，采用多年平均年最大风速。

根据水库所处的地理位置，多年平均年最大风速值采用15.2m/s计算。

主坝风区长度为886m，西营副坝风区长度为200m，马尾副坝风区长度为330m 采用公式法进行计算。

1.1坝顶超高计算根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001，坝顶在水库静水位的超高应按下式计算：y=R+e+A式中：R——最大波浪在坝坡上的爬高（m）；e ——最大风壅水面高度（m）；A——安全超高（m），对于3级土石坝，设计工况时A=0.7m，校核工况时A=0.4m；1.2加固前坝顶超高的计算1.2.1计算参数各大坝计算采用的参数见表1.2.1.1～2。

表1.2.1.1 主坝加固前波浪护坡计算参数表表1.2.1.2 西营副坝加固前波浪护坡计算参数表1.2.2加固前坝顶高程复核各坝坝顶高程计算成果见表1.2.2.1～2表1.2.2.1 主坝加固前坝顶高程计算成果表从表1.2.2.1可以看出，校核工况下主坝坝顶高程最大，所以坝顶高程取17.39m，小于现状防浪墙顶高程17.41~17.63m ，现坝顶高程满足现行规范的要求。

表1.2.2.2 西营副坝加固前坝顶高程计算成果表从表1.2.2.2可以看出，校核工况下西营副坝坝顶高程最大，所以坝顶高程取17.125m，西营副坝现状坝顶高程16.9~17.75m，无防浪墙，现有坝顶高程不完全满足现行规范要求。

坝体稳定计算一、水库水位正常蓄水位设计洪水位校核洪水位400400.5401.2二、下泄流量工况下泄流量相应下游水位P=322P=下泄流量相应下游水位三、库容总库容考虑开挖后建基面高程1.083E+09312四、地质C′f f′抗剪断凝聚力抗剪摩擦系数抗剪断摩擦系数(MP)0.40.50.85六、荷载计算（取1m坝长进行计算）1.自重w1=7873KN↓w2=13104KN↓w3=111440KN↓2.水压力PH138988KN→PH2490KN←Pv1794KN↓(水重度按9.8计算）Pv23215KN↓Pv3343KN↓3.泥沙压力PskH 1296KN →PskV 130KN ↓4.浪压力暂不计算5.扬压力扬压力包括渗透压力和浮托力两部分。

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；浮托力是由下游淹没计算截面而产生向上的水压力。

u16938KN ↑u22911KN ↑u37736KN ↑u43095KN ↑↓↑→←w17873w213104w3111440PH138988PH2490Pv1794Pv23215Pv3343PskH 1296PskV130对截面形心力臂(m)自重水压力12.00025.773垂直力（KN)水平力(KN)荷载作用21.97315.2736.62745.5006.66022.32121.97342.094水压力泥沙压力抗滑稳定安全k=f(∑W-U)/∑P k= 1.46k′=(f′(∑W-U)+c′A)/∑P k′= 2.48坝体应力要求（1）运行期，坝体上游面最小应力要考虑两种控制标准：1.计入扬压力时要求应力大于零2.不计入扬压力时要求应力大于0.25rh坝体下游最大主应力不得大于混凝土容许应力。

（2）施工期，坝体主应力不得大于混凝土容许压应力，在坝的下游可以有不大于0.2MP 的拉应力。

应力分析：u=1352.8kp 小于一般岩石极限抗压强度值30～40MPu=2209.7kp c20混凝土抗压强度指标19.5MPa 50年泥沙淤积高程淤沙容重内摩擦角扬压力折减系数3308KN/m300.30.55-0.51向为正建基面宽70.8。

***水库工程上坝址重力坝方案消力池稳定计算稿(可研阶段)************有限公司XXXX年11月审定：审查：校核：编写：目录1计算目的根据水工结构布置和水力学计算成果，计算可行性研究阶段上坝址重力坝方案消力池底板的抗浮条件，确定抗浮处理措施和工程量。

2计算要求满足可行性研究阶段要求。

3计算依据《混凝土重力坝设计规范》SL319-XXXX《水工建筑物荷载设计规范》SL744-XXXX《溢洪道设计规范》SL253-XXXX《***水库工程上坝址重力坝方案水力学计算稿》4计算过程4.1基本参数消力池底板总长30m，宽43m，底板厚2m，底板高程1349m。

消力池结合下游开挖布置，对基础进行固结灌浆处理，固结灌浆孔的间、排距均为2m，呈方形布置，坝基面孔深入基岩8m。

为增强护坦与基础连接布置基础插筋锚固，插筋为Φ25@2m×2m，入基岩深5.0m。

底流消能跃前水深按取泄槽末端的水深，根据泄槽水面线结果取末端水深。

4.2 计算公式消力池底板抗浮稳定复核计算按照不设排水孔考虑，计算工况： (1)宣泄消能防冲的洪水流量。

(2)宣泄设计洪水流量。

(3)宣泄校核洪水流量。

根据《溢洪道设计规范》SL 253-XXXX 规定，底板的抗浮稳定计算公式按照下式计算：12312f P P P K Q Q ++=+式中：P 1—底板自重，KN ；P 2—底板顶面上的时均压力，KN ；P 3—当采用锚固措施时，地基的有效重量，KN ； Q 1—底板顶面上的脉动压力，KN ； Q 2—底板底面上的扬压力； (1)护坦自重护坦长度30m ，宽度43m ，厚度2m ，混凝土容重24KN/m 3。

(2)时均压力时均压力的计算公式按《水工建筑物荷载设计规范》SL744-XXXX 中的要求，cos tr w p h γθ=式中：p tr —— 过流面上计算点的时均压强代表值(N/m 2)；w γ—— 水的重度，(kg/m 3)； h —— 计算点的水深；θ—— 结构物底面与水平面的夹角，θ=0。

1 洪水调节1．1建筑物等级本枢纽等别为Ⅱ等，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。

1.2 调洪步骤（1）溢洪道型式及堰顶高程的选择：由于本枢纽主要任务为发电，兼做防洪之用，故决定采用无闸门控制的溢洪道。

溢洪道无闸门时，正常蓄水位就是溢洪道堰顶的高程；本枢纽的正常高水位为345.0m，故溢洪道堰顶高程取345.0m。

（2）溢洪道宽度的选择：根据坝址地质条件，确定大致的泄洪单宽流量q为80 m3/（s·m）（一般为60～120 m3/（s·m））。

溢流坝段下泄流量Q溢：Q溢=Qs-αQ式中：Qs—最大下泄流量或下游河道安全下泄流量，m3/s；α—安全系数，正常运用情况，取0.75～0.9，非常情况取1.0；Q—其他建筑物下泄的流量，m3/s。

本枢纽水库下游防洪标准，安全泄量为3500 m3/s，按百年一遇，取允许最大设计流量Q溢为3200m3/s。

根据Q溢与单宽流量q，初拟溢流堰净宽B= Q溢/q=3200/80=40m，在该工程中取B=40m。

1.3 调洪演算1.3.1计算公式溢洪道的下泄流量可按堰流公式计算，即：q溢=M1BH3/2式中：q溢—溢洪道的下泄流量，m3/s；H—溢洪道堰上水头，m； M1—流量系数；M1=mεζ（2g）1/2式中：m—溢流系数，一般取0.465～0.485；ε—侧向收缩系数，初步设计中可取ε=0.90～0.95；ζ—淹没系数。

=0.4B（2g）1/2H3/2。

在本枢纽中，取μ= mεζ=0.40，则q溢水库q=f（V）关系曲线计算表如表1-1：表1-1 水库q=f（V）关系曲线计算表水库的q=f（V）关系曲线见图1-1：图1-1：水库的q=f（V）关系曲线计算洪水来量，见表1-2：表1-2 洪水来量计算表洪水来量过程曲线如图1-2：图1-2 洪峰过程线1.3.2计算步骤如下：（1）引用水库的设计洪水过程线。

（2）根据已知水库q=f（V）关系曲线计算表做z-q , z-v ,辅助曲线，求出下泄流量与库容的关系曲线q-v图1-3 z-q关系曲线图1-4 z-v关系曲线图1-5 q-v关系曲线（3）根据水库汛期的控制运用方式，确定调洪计算的起始条件，即确定起调水位和相应的库容、下泄流量。

坝体稳定计算一、水库水位正常蓄水位设计洪水位校核洪水位400400.5401.2二、下泄流量工况下泄流量相应下游水位P=322P=下泄流量相应下游水位三、库容总库容考虑开挖后建基面高程1.083E+09312四、地质C′f f′抗剪断凝聚力抗剪摩擦系数抗剪断摩擦系数(MP)0.40.50.85六、荷载计算（取1m坝长进行计算）1.自重w1=7873KN↓w2=13104KN↓w3=111440KN↓2.水压力PH138988KN→PH2490KN←Pv1794KN↓(水重度按9.8计算）Pv23215KN↓Pv3343KN↓3.泥沙压力PskH1296KN→PskV130KN↓4.浪压力暂不计算5.扬压力扬压力包括渗透压力和浮托力两部分。

渗透压力是由上下游水位差H产生的渗流在坝内或坝基浮托力是由下游淹没计算截面而产生向上的水压力。

u16938KN↑u22911KN↑u37736KN↑u43095KN↑k=f(∑W-U)/∑P k= 1.46k′=(f′(∑W-U)+c′A)/∑P k′= 2.48坝体应力要求（1）运行期，坝体上游面最小应力要考虑两种控制标准：1.计入扬压力时要求应力大于零2.不计入扬压力时要求应力大于0.25rh坝体下游最大主应力不得大于混凝土容许应力。

（2）施工期，坝体主应力不得大于混凝土容许压应力，在坝的下游可以有不大于0应力分析：u=1352.8kp小于一般岩石极限抗压强度值30～40MPu=2209.7kp c20混凝土抗压强度指标19.5MPa50年泥沙淤积高程淤沙容重内摩擦角扬压力折减系数3308KN/m300.30.55-0.51产生的渗流在坝内或坝基面上形成的水压力；逆时针方向为正建基面宽70.8可以有不大于0.2MP的拉应力。

学 海 无 涯
锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，其嵌固深度应满足坑底隆起稳定性要求，抗隆起稳定性可按下列公式验算（图4.2.4-1、4.2.4-2）：
he m c q m K q D h cN DN ≥+++0
12)(γγ (4.2.4-1) ϕ
πϕ
tan 2)245(e tg N q +=︒ (4.2.4-2) ϕtan /)1(−=q c N N (4.2.4-3) 式中： K he ──抗隆起安全系数；安全等级为一级、二级、三级的支护结构， K he 分别不
应小于1.8、1.6、1.4；
γm1——基坑外挡土构件底面以上土的重度(kN/m 3)；对地下水位以下的砂土、碎
石土、粉土取浮重度；对多层土取各层土按厚度加权的平均重度；
γm2——基坑内挡土构件底面以上土的重度(kN/m 3)；对地下水位以下的砂土、碎
石土、粉土取浮重度；对多层土取各层土按厚度加权的平均重度；
D ——基坑底面至挡土构件底面的土层厚度 (m)；
h ──基坑深度(m)；
q 0──地面均布荷载(kPa)；
N c 、N q ——承载力系数；
c 、ϕ──挡土构件底面以下土的粘聚力(kPa)、内摩擦角(°)，按本规程第3.1.14条
的规定取值。

m2m1
图4.2.4-1 挡土构件底端平面下土的抗隆起稳定性验算
当挡土构件底面以下有软弱下卧层时，挡土构件底面土的抗隆起稳定性验算的部位尚应包括软弱下卧层，公式(4.2.4-1)中的γm1、γm2应取软弱下卧层顶面以上土的重度（图
4.2.4-2），D 应取基坑底面至软弱下卧层顶面的土层厚度。

基本数据堰顶高程(m)165.700167.436168.634168.448坝基高程(m)162.000坝底宽(m) 4.964淤沙高程(m)163.724 1.000坝顶宽(m)0.887 2.000坝体容重(kN/m 3)24.0007.000扬压力折减系数10.50020.000扬压力折减系数20.3000.550挑坎顶高程(m)163.6060.600库面吹程(km)0.9800.000上游起坡高程(m)165.500K 下游起坡高程(m)164.811n上游坝坡m10.300c（m)0.200长半轴系数下游坝坡m 1.000Hd(m)1.500短半轴系数反弧半径(m)1.000挑射角(度)0.0000.000抗滑稳定安全系数f 4.9953.204 3.1803.515抗滑稳定安全系数f 1 5.449 3.495 3.470地震工况上游边缘应力(kPa)395.581369.345341.944374.640抗剪摩擦系数抗剪断摩擦系数黏聚力(kN/m 2)帷幕至坝踵的距离(m)排水至坝踵的距离(m)泥沙浮容重(kN/m 3)泥沙内摩擦角(度)2.0001.8500.3000.169力臂L5.350 1.2404.2470.5572.996 2.0082.964 2.0081.394 1.1320.7270.3030.6770.3030.2630.525坝坡/3/（常水位-起坡高程+常水位*坝907.729119.279 -77.564-8.424Hd 1.500 Array程)+上游常水位-坝基高程)*（上游起坡高程-坝基高程）*上游（常水位-起坡高程+常水位*坝基高程））。

1 洪水调节1．1建筑物等级本枢纽等别为Ⅱ等，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。

1.2 调洪步骤（1）溢洪道型式及堰顶高程的选择：由于本枢纽主要任务为发电，兼做防洪之用，故决定采用无闸门控制的溢洪道。

溢洪道无闸门时，正常蓄水位就是溢洪道堰顶的高程；本枢纽的正常高水位为345.0m，故溢洪道堰顶高程取345.0m。

（2）溢洪道宽度的选择：根据坝址地质条件，确定大致的泄洪单宽流量q为80 m3/（s·m）（一般为60～120 m3/（s·m））。

溢流坝段下泄流量Q溢：Q溢=Qs-αQ式中：Qs—最大下泄流量或下游河道安全下泄流量，m3/s；α—安全系数，正常运用情况，取0.75～0.9，非常情况取1.0；Q—其他建筑物下泄的流量，m3/s。

本枢纽水库下游防洪标准，安全泄量为3500 m3/s，按百年一遇，取允许最大设计流量Q溢为3200m3/s。

根据Q溢与单宽流量q，初拟溢流堰净宽B= Q溢/q=3200/80=40m，在该工程中取B=40m。

1.3 调洪演算1.3.1计算公式溢洪道的下泄流量可按堰流公式计算，即：q溢=M1BH3/2式中：q溢—溢洪道的下泄流量，m3/s；H—溢洪道堰上水头，m； M1—流量系数；M1=mεζ（2g）1/2式中：m—溢流系数，一般取0.465～0.485；ε—侧向收缩系数，初步设计中可取ε=0.90～0.95；ζ—淹没系数。

=0.4B（2g）1/2H3/2。

在本枢纽中，取μ= mεζ=0.40，则q溢水库q=f（V）关系曲线计算表如表1-1：表1-1 水库q=f（V）关系曲线计算表水库的q=f（V）关系曲线见图1-1：图1-1：水库的q=f（V）关系曲线计算洪水来量，见表1-2：表1-2 洪水来量计算表洪水来量过程曲线如图1-2：图1-2 洪峰过程线1.3.2计算步骤如下：（1）引用水库的设计洪水过程线。

（2）根据已知水库q=f（V）关系曲线计算表做z-q , z-v ,辅助曲线，求出下泄流量与库容的关系曲线q-v图1-3 z-q关系曲线图1-4 z-v关系曲线图1-5 q-v关系曲线（3）根据水库汛期的控制运用方式，确定调洪计算的起始条件，即确定起调水位和相应的库容、下泄流量。

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。