第三章 拱坝——§3拱坝应力计算(1)

拱坝的应力分析一、拱坝应力分析的常用方法拱坝是一个空间弹性壳体，其几何形状和边界条件都很复杂，难以用严格的理论计算求解拱坝坝体应力状态。

在工程设计中，常作一些必要的假定和简化，使计算成果能满足工程需要。

拱坝应力分析的常用方法有圆筒法、纯拱法、拱梁分载法、壳体理论计算方法、有限单元法和结构模型试验法等。

(1)纯拱法: 假定拱坝由许多互不影响的独立水平拱圈组成，不考虑梁的作用，荷载全部由拱圈承担。

计算简单，但结果偏大，尤其对厚拱坝。

对薄拱坝和小型工程较为适用。

(2) 拱梁分载法: 假定拱坝由许多层水平拱圈和铅直悬臂梁组成，荷载由拱梁共同承担，按拱、梁相交点变位一致的条件将荷载分配到拱、梁两个系统上。

梁是静定结构，其应力容易计算；拱的应力则按弹性固端拱进行，计算结果较为合理，但计算量大，需借助计算机，适于大、中型拱坝。

拱冠梁法: 最简单的拱梁分载法，可采用拱冠梁作为所有悬臂梁的代表与许多拱圈组成拱梁系统，按拱、梁交点径向线变位一致的条件来建立变形协调方程, 并进行荷载分配, 可大大减少工作量。

拱冠梁法的主要步骤是：①选定若干拱圈，分别计算各拱圈拱顶以及拱冠梁与各拱圈交点在单位径向荷载作用下的变位，这些变位称为―单位变位‖；②根据各共轭点拱、梁径向变位协调的关系以及各点荷载之和应等于总荷载强度的要求建立变位协调方程组；③将上述方程组联立求解，得出各点的荷载分配；④根据求届的荷载分配值，分别计算拱冠梁和各拱圈的内力和应力。

1、基本算式如图3.13所示，将拱坝从坝顶到坝底划分为5–7层水平拱圈，拱圈各高1m，令各划分点的序号为自坝顶至坝底，各层拱圈之间取相等距离。

由拱冠梁和各层拱圈交点处径向变位一致的条件，可以列出方程组为式中，2，3…，，拱冠梁与水平拱交点的序号，即拱的层数；——单位荷载作用点的序号——作用在第层拱圈中面高程上总的水平径向荷载强度，包括水压力，泥沙压力等；——拱冠梁在第层拱高程上所分配到的水平径向荷载，为未知数；（）——第层拱圈所分配的水平径向均布荷载强度；——梁在点所分配到的荷载强度；——梁上点的单位荷载所引起点的径向变位，称为梁的―单位变位‖。

第一章绪论1．我国人均水资源约为世界水资源的 1/42．河道常用的防洪体系为上拦、下排、两岸分滞；3．水利工程按所承担的任务可分河道整治与防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供水和排水工程、航运工程；4.水工建筑物按用途可分为挡水建筑物；泄水建筑物；输水建筑物；取水建筑物；整治建筑物；专门建筑物；5．水工建筑物按使用时间可分为永久性建筑物；临时性建筑物；6．组成水库枢纽的“三大件”包括拦河坝、溢洪道和、取水建筑物；等类型建筑物;1．水利工程指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配,以达到除害兴利的目的而修建的工程;2．水利枢纽3．水工建筑物4．水利事业1．我国地大物博,河流众多,是一个水资源充沛的国家;√2．我国的水资源分布情况大体是南涝北旱的局面√3．水工建筑物的级别越高所采用的洪水重现期越短×4．所谓水利工程,是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配,以达到除害兴利目的而修建的工程; √第二章重力坝1.重力坝是指主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来维持稳定的挡水建筑物;其坝轴线一般为直线,垂直于坝轴线方向设横缝,将坝体分成若干个坝段,每一个坝段相当于固接于地基上的悬臂梁;2.重力坝按坝高可分为低坝坝高＜30m、中坝30m ≤坝高≤70m、高坝70m＜坝高三类;按泄水条件可分为溢流重力坝、非溢流重力坝;按坝体结构形式可分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝和宽缝填渣坝;3.重力坝承受的主要荷载是呈三角形分布的静水压力；控制坝体剖面尺寸的主要指标是稳定；强度要求重力坝的基本剖面是三角形;4.非溢流坝的坝顶或防浪墙顶必须高出库水位,其高出库水位的高度为：△h=h l+hz+hc,其中h l表示半个波浪高度,hz表示波浪中心线距静水位的高度,hc表示安全加高;5.地震烈度表示地震对建筑物的影响程度;烈度越大,表示对建筑物的破坏越大,抗震设计要求越高;6.按承载能力极限状态设计时,应考虑荷载的基本组合和偶然组合两种作用效应组合;7.按正常使用极限状态设计时,应考虑荷载的长期组合和荷载的短期组合两种作用效应组合;8.溢流坝既是挡水建筑物,又是泄水建筑物;因此,坝体剖面设计时除满足稳定和强度要求外,还要满足泄水的要求,同时要考虑下游的消能问题;9.溢流坝的溢流面由顶部的曲线段、中间的直线段、底部的反弧段组成;10.单宽流量的大小是溢流坝设计中一个很重要的控制指标;如果单宽流量越大,对消能防冲不利,但对枢纽布置有利;11.溢流坝段的横缝有两种布置方式;其中,横缝布置在闸墩中间时,相邻坝段产生的不均匀沉陷不影响闸门启闭,但闸墩厚度较大;另一种形式,横缝布置在溢流孔中间,闸墩比较薄,但受地基不均匀沉陷的影响大;12.闸墩的水平剖面形状应使水流平顺,减小水头损失,墩头的形状常用半圆形、三角形、流线型等;13.工作闸门常在动水中启闭；检修闸门在静水中启闭；事故闸门常在动水中快速关闭,在静水中开启;14.通气孔的上端进口不允许设在闸门启闭室内,自由通气孔的上端进口应高于上游最高水位;15.重力坝坝体排水措施是：靠近上游坝面设置排水管幕,其上下端与坝顶和廊道直通;坝基排水措施是在灌浆帷幕后设排水管木;16.坝体分缝的目的是：防止温度变化和地极不均匀沉降导致坝体裂缝,满足施工的要求;常见的缝有：横缝、纵缝和施工缝;17.重力坝内的廊道的作用是满足灌浆、检查和排水和观测、交通廊道常分为：坝基灌浆廊道和检查及坝体排水廊道;18.排水孔幕布置在防渗帷幕的下游,通常在防渗帷幕灌浆后施工;19．重力坝岩基渗流危害性有①消减坝体自重、②水库水量损失、③地基岩石耐久性降低,④坝体抗滑稳定性降低等;采用的措施是：帷幕灌浆;20．扬压力对重力坝的抗滑稳定不利;重力坝主要依靠自重满足稳定和强度要求;21．重力坝坝基岩体若坚固完整且抗渗能力强,其地基采用排水孔降低扬压力,若节理裂隙发育常采用帷幕灌浆降低扬压力;22．混凝土重力坝控制坝基渗流的目的,有防止渗透破坏、江堤坝基面上的扬压力和渗漏量大小,一般是控制渗流;23．重力坝临时性横缝键槽方向—般为：当相邻坝段要求传递铅直向剪力时,采用横向键槽；要求传递水平向剪力时,则采用竖向键槽;1．扬压力2．重力坝的基本剖面3．重力般的实用剖面4．荷载作用的基本组合5．荷载作用的偶然组合1．溢流坝属于A ;A 挡水建筑物和泄水建筑物B 次要建筑物C 挡水建筑物D 泄水建筑物2．下列重力坝是按坝体的结构形式进行分类的有 C ;A 混凝土重力坝B 浆砌石重力坝C 实体重力坝D 溢流重力坝3．下面关于坝体应力的几种说法正确的是 A ;A 正常运用期,坝基面的最大铅直正应力应小于坝基容许压应力;B 正常运用期,坝基面的最大铅直正应力应大于坝基容许压应力;C 坝体内绝对不允许出现拉应力D 以上说法都不对;4．重力坝的坝体廊道的主要作用是 B;A 检查和排水B 检查、灌浆和排水C 排水D 交通6．采用以下 C 措施主要用来降低重力坝坝基的扬压力;A 开挖与清理B 固结灌浆C 帷幕灌浆D 混凝土齿墙7．重力坝的基本剖面为B ;A 梯形B 三角形C 矩形D 正方形8．重力坝地基处理时,顺水流方向的开挖面不宜 C ;A 成台阶状B 成锯齿状C 向下游倾斜D 向上游倾斜9．高度超过 C 的坝属于高坝;A 50 mB 60mC 70 mD 100m10．因为作用于重力坝上游面的水压力呈A 分布,所以其基本剖面是三角形;A 三角形B 矩形C 梯形D 弧形;1．检修闸门和事故闸门都只能在静水中关闭和开启; ×2．官厅公式只适合于计算峡谷水库的波浪三要素; √3．对于基本烈度为6度及其以下地区不考虑地震荷载; ×4．坝内水平截面上的剪应力τ呈三次抛物线分布; ×5．挑流消能适用于基岩较坚固、水头较高的情况; √6．固结灌浆是深层高压水泥灌浆,其主要目的是为了降低坝体的渗透压力;×7．地震烈度大,对建筑物的破坏小,抗震设计要求低; ×8．设计洪水情况属于荷载的偶然组合; ×9．按定型设计水头确定的溢流面顶部曲线,当通过校核洪水位时不能出现负压;√10．重力坝的基本剖面是三角形是因为考虑施工方便; ×第三章拱坝1．地形条件往往是决定拱坝结构型式、工程布置以及经济性的主要因素;地形条件主要指河谷形状、河谷剖面与河谷宽度平面形状两岸对称、喇叭口、顺直形地形2．一般来说,拱圈的曲率相对较大时,曲率半径就相对较小,拱圈内的弯矩较小3．做应力分析时,应考虑温降情况；作稳定分析时—般考虑温升情况;4．拱坝的水平拱圈在温降时,拱圈将向下游变位,相当于拱圈承受向下游的均匀水平水压力所产生的变位；拱圈内产生的剪力、弯矩与水平水压力产生的剪力和弯矩的方向相同,而轴向力则相反；拱冠上游面受压,下游面受拉,拱端上游面受拉,下游面受压;5．均匀温度变化T m是温度荷载的主要部分,等效线性温差是温度荷载次要部分,而非线性温度变化;T n仅对局部应力有影响;1.拱坝2.拱冠梁3.纯拱法4.拱梁分载法1.双曲拱坝是指坝体在Ｃ方向上呈拱形;A 水平B 铅直C 水平和铅直D A与B和C均不对;2. Ａ将拱坝视为有一系列各自独立、互不影响的水平拱圈所组成;A 纯拱法B 拱梁法C 有限单元法D 拱冠梁法3.与重力坝相比,拱坝的Ｃ荷载,且其上升为主要荷载;A 扬压力B 自重C 温度D 水压力4.在V型或接近V型河谷中,多采用Ｄ;A 等半径拱坝B 变半径、变中心角拱坝C 等中心角拱坝D 双曲拱坝5. Ｃ泄洪方式,其溢流面曲线由溢流坝顶和紧接其后的泄槽组成;A 自由跌流式B 鼻坎挑流式C 滑雪道式D 坝身泄水孔6.拱坝应力计算的拱冠梁法仅需满足Ａ变为协调;A 径向B 切向C 竖向D 三个方向的角变位7.拱坝非溢流坝段顶宽度应根据剖面设计,满足运行、交通要求确定,不宜小于Ａ;A 3mB 4mC 5mD 6m8．Ｄ将拱坝视为由一系列水平拱圈和拱冠处的一根悬臂梁所组成;A 纯拱法B 拱梁法C 有限单元法D 拱冠梁法9．拱坝体型设计要求拱圈内弧与该高程可利用岩体等高线间的夹角宜大于或等于Ｃ;A 10°B 20°C 30°D 40°1.拱坝的超载能力高是由于坝体厚度较薄、材料均匀性好; ×2.拱坝坝肩的抗滑稳定决定了拱坝的安全; √3.拱圈中心角2A增加对稳定有利,对应力不利; √4.如果封拱时混凝土温度过高,则以后温降时拱轴线收缩对坝肩岩体稳定不利;×5.拱坝的超载能力高是由于坝体厚度较薄、材料均匀性好; ×6．在拱坝的应力分析方法中,拱冠梁法在荷载分配时仅考虑了径向变位的调整; √第四章土石坝1．土石坝按施工方法可分为碾压式土石坝；水力充填坝；定向爆破堆石坝等形式;2．土坝按防渗体的位置分为均质坝；粘土心墙坝；粘土斜心墙坝；粘土斜墙坝;3．土石坝的剖面拟定是指坝顶高程；宽度；坝坡的拟定;4．在土石坝的坝顶高程计算中,超高值Y= R+e+A 写出公式;公式中各字母代表的含义是：R:波浪在坝坡上的最大爬高、e:最大风雍水面高度；A安全加高;5.碾压式土石坝上下游坝坡常沿高程每隔10～30m设置马道,宽度不小于1.5～2.0m,一般设在坡度变化处;6.当有可靠防浪墙时,心墙顶部高程应高于高出设计洪水位0.3－0.6m,且不低于校核洪水位;7.由于填筑土石坝坝体的材料为散粒体,抗剪强度低,下游坝坡平缓,坝体体积和重量都较大,所以不会产生水平整体滑动;8.土石坝挡水后,在坝体内形成由上游向下游的渗流;坝体内渗流的水面线叫做浸润线;其下的土料承受着渗透动水压力,并使土的内磨擦角和粘结力减小,对坝坡稳定不利;9.土石坝可能滑动面的形式有曲线滑裂面；直线或折线滑裂面和复合滑裂面;10.土石坝的上游面,为防止波浪淘刷、冰层和漂浮物的损害、顺坝水流的冲刷等对坝坡的危害,必须设置护坡;11.土石坝砂砾石地基处理属于“上防”措施,铅直方向的有粘性土截水墙；板桩；混凝土防渗墙和帷幕灌浆;12.砂砾石地基一般强度较大,压缩变形也较小,因而对建筑在砂砾石地基上土石坝的地基处理主要是解决渗流问题;13.土石坝与混凝土坝、溢洪道、船闸、涵管等混凝土建筑物的连接,必须防止接触面的集中渗流,防止因不均匀沉降而产生的裂缝,以及因水流对上下游坝坡和坝脚的冲刷而造成的危害;14.土石坝的渗漏处理时,要遵循“上防下排”的原则,即在坝的上游坝体和坝基防渗措施、阻截渗水,在坝的下游面设排水和导渗设备排出渗水;15．设坝基和均质坝坝身材料的渗透系数分别为K T 、K ,K T >K与K T＝K相比,坝内浸润线将降低;抬高、不变、降低16．渗流在防渗体出口处及排水体入口处,渗流坡降最大,为防止渗透变形,当J> JJ 为允许渗透坡降时,必须设置反滤层;1.土石坝的粘土防渗墙顶部高程应Ｂ;A 高于设计洪水位B 高于设计洪水位加一定超高,且不低于校核洪水位C 高于校核洪水位D 高于校核洪水位加一定安全超高2.关于土石坝坝坡,下列说法不正确的有Ａ;A 上游坝坡比下游坝坡陡B 上游坝坡比下游坝坡缓C 粘性土料做成的坝坡,常做成变坡,从上到下逐渐放缓,相邻坡率差为0.25或0.5D 斜墙坝与心墙壁坝相比,其下游坝坡宜偏陡些,而上游坝坡可适当放缓些3.反滤层的结构应是Ｂ;A 层次排列应尽量与渗流的方向水平B 各层次的粒径按渗流方向逐层增加C 各层的粒径按渗流方向逐渐减小,以利保护被保护土壤D 不允许被保护土壤的细小颗粒小于0.1mm的砂土被带走4.砂砾地基处理主要是解决渗流问题,处理方法是“上防下排”,属于上防的措施有Ａ;A 铅直方向的粘土截水槽、混凝土防渗墙、板桩B 止水设备C 排水棱体D 坝体防渗墙5．粘性土不会发生Ａ;A 管涌B 流土C 管涌或流土D 不确定6．下列关于反滤层的说法不正确的是Ｂ;A 反滤层是由2～3层不同粒径的无粘性土料组成,它的作用是滤土排水B 反滤层各层材料的粒径沿渗流方向由大到小布置;C 相邻两层间,较小层的颗粒不应穿过粒径较大层的孔隙D 各层内的颗粒不能发生移动7．土石坝上、下游坝面如设变坡,则相邻坝面坡率差值一般应在Ｃ范围内;A 0.35～0.45B 0.15～0.25C 0.25～0.50D 0.50～0.758．一般坝顶不允许溢流的坝型为Ｃ;A 拱坝B 浆砌石坝C 土石坝D 混凝土重力坝9．不能够降低土坝坝体浸润线的排水设备有Ｃ;A 堆石棱体排水B 褥垫式排水C 贴坡式排水D 管式排水10.粘性土的填筑标准是Ｄ;A 最优含水率B 孔隙率C 相对密度D 设计干重度及相应的含水率11．当滑裂面通过无粘性土,坝坡部分浸入水中时为Ａ形滑裂面;A 折线B 直线C 曲线D 复合12．土坝坝体由于不均匀沉降而产生ＤA 纵缝B 横缝C 水平缝D 竖向裂缝1．流土2．管涌3．流网4．反滤层5．浸润线6．褥垫排水7．粘性土截水槽1．上游坝坡长期处于水下饱和状态,水库水位也可能快速下降,为了保持坝坡稳定,上游坝坡常比下游坝坡为缓; √2．土石坝的坝坡特征为,上部坡缓,下部坡陡; ×3．心墙坝的上、下游坝坡均比斜墙坝的缓; ×4．有限深透水地基上的心墙坝,一般都做有截水槽以拦截透水地基渗流;心墙土料的渗透系数常比坝壳土料的小得多,故可近似地认为上游坝壳中无水头损失,心墙前的水位仍为水库的水位; √5．在渗流作用下,坝体或坝基中的细小颗粒被渗流带走逐步形成渗流通道的现象称为流土; ×6．粘性土的颗粒之间存在有凝聚力或称粘结力,渗流难以把其中的颗粒带走,一般不易发生流土; ×7．反滤层一般是由2～3层不同粒径的非粘性土、砂和砂砾石组成的;层次排列应尽量与渗流的方向垂直,各层次的粒径则按渗流方向逐层减小; ×8．土石坝失稳形式主要是坝坡滑动或坝坡与坝基一起滑动; √9．滑裂面通过无粘性土时,滑裂面的形状可能是曲线; ×10、用瑞典圆弧法计算土石坝坝坡稳定问题,没有考虑土条间的相互作用力,计算出的抗滑稳定安全系数偏小; √11．简化毕肖普法计算土石坝坝坡稳定时,近似考虑了土条间相互作用力的影响; √12．流土这种渗透变形主要发生在粘性土体的渗流出口处; √13．孔隙水压力在土体滑动时能产生摩擦力,增大粘性土体的抗剪强度; ×14．心墙坝、斜墙坝作防渗设施的土料应具有足够的防渗性,与坝壳材料的渗透系数之比最好不大于1/100; √15．非粘性土料是填筑坝体或坝壳的主要材料之一,对它的填筑密度也应有严格的要求;压密程度一般用填土的干重度γd来表示; ×16．斜墙与下游坝体之间应根据需要设置过渡层; ×17．排水设施应具有充分的排水能力,不至被泥沙堵塞,以保证在任何情况下都能自由地排出全部渗水; √18．土石坝的不均匀沉陷主要由地基的不均匀性造成; ×第五章水闸1．水闸是一种低水头的水工建筑物,兼有挡水和泄水的作用,用以调节水位；控制流量,以满足水利事业的各种要求;2．水闸按所承担的任务分为节制闸；进水闸；分洪闸；挡水闸；挡潮闸;3．水闸由上游连接段闸室段段和下游连接段组成;4．闸下水位随水闸泄流量变化、且滞后于泄流量变化,在天然地基上可产生各种水跃连接形态,而且往往出现波状水跃和折冲水流两种不利流态,必须采取有效措施改善之;5．消能设计的控制条件一般是上游水位高,闸门部分开启和单宽流量大;6．底流消能设施有下挖式、突槛式和综合式三种形式;7．水闸防渗设计的原则是在高水位侧采用铺盖；板桩；齿墙等防渗措施,在低水位侧设置排水设施;8．闸基渗流计算的方法有流网法、改进阻力系数法和直线比例法;9．直线比例法有勃莱法和莱因法;10．闸底板上、下游端一般设有齿墙,因为有利于抗滑稳定,并可延长渗径 ;11．闸墩的外形轮廓应满足过闸水流平顺、侧向收缩小和过流能力大的要求;12．工作桥的作用是为安装启闭机和便于工作人员操作,交通桥的作用是供人畜车辆通行 ;13．对于软弱粘性土和淤泥质土,应采用换土垫层地基处理方法;14．影响水闸工作条件的因素中有两个最主要因素是地基条件差和水头低且尾水位变幅大;15．设计拦河闸,进行过水能力计算时,过水能力确定用正常蓄水位及相应下游水位；做消力池深度计算用设计洪水位；闸室稳定分析用设计洪水位和校核洪水位;16．为了防止防冲结构局部、下游河床及两岸的有害冲刷,保证其安全应用,首先要选用适宜的消能措施,其次是合理地进行闸门的开启运用,以利水流扩散,解决好“归河”问题；第三是消除水流的剩余能量和采用相应的防冲加固措施;1.涵洞式水闸2.节制闸3.折冲水流4.地下轮廓线7.不平衡剪力8.圆弧式翼墙1. Ｄ闸孔形式结构简单、施工方便,但自由泄流时流量系数较小,易产生波状水跃;A 驼峰堰型B 曲线堰型C 胸墙孔口型D 宽顶堰型2.验算水闸的过流能力时,计算的过流能力与设计流量的差值不得超过Ｂ;A ±8%B ±5%C ±10%D ±3%3.底流消能是在水闸下游产生Ｂ水跃来进行消能的;A 临界B 淹没C 远驱D 稳定4.混凝土铺盖与底板连接处设Ｄ止水效果较好;A 沥青麻袋B 紫铜片C 柏油油毛毡D 塑料带5.对于密实的地基或岩基,采用Ｄ底板较合适;A 整体式B 箱式C 反拱式D 分离式6.在动水中关闭静水中开启的闸门是Ｃ;A 工作闸门B 检修闸门C 事故闸门D 平面闸门7.适用于弧形闸门侧止水的是Ｂ;A P型B L型C 刀型D ♀型8.水闸翼墙的高度为6～10m,用Ｃ形式的挡土墙较合适;A 重力式B 扶壁式C 悬臂式D 空箱式9．枯水期下闸挡水,洪水期开闸泄水,这个闸可能是Ａ;A节制闸B进水闸C分洪闸D挡潮闸1.闸孔孔数少于8孔时,应采用奇数孔,利于对称开启闸门,改善下游水流条件;√2.勃莱法认为渗流在水平方向流动和垂直方向流动,消能效果是不一样的,后者是前者的三倍; ×3.铺盖的厚度是根据铺盖土料的允许水力坡降值计算确定的; √4.铺盖具有较好的防渗效果,所以越长越好; ×5.水闸的侧向绕渗为有压渗流,不必考虑侧向防渗措施; ×6.闸底板的长度只与地基情况有关,与水头无关; ×7.水闸进行稳定计算时,计算单元为沿水闸轴线方向取单位长度一米,计算各种荷载值的大小 ; √8．海漫的作用是进一步消减水流剩余能量,保护护坦安全,并调整流速分布,保护河床、防止冲刷; √第六章河岸溢洪道1．河岸溢洪道的主要类型有正槽式、侧槽式井式和虹吸式四种;2．正槽溢洪道通常由进水渠、控制段、泄槽、消能防冲设施和出水渠等部分组成;3．侧槽溢洪道通常由控制段、侧槽、泄槽、消能防冲设施、出水渠等部分组成;4．非常溢洪道一般分为漫流式、自溃式、爆破引溃式三种;5．溢流堰的主要形式有宽顶堰、实用堰、驼峰堰和折线形堰;6．正槽式溢洪道的裂缝不但出现在闸墩上,而且也常发生在闸室底板、泄槽底板、护坦底板和边墙等部位;其中闸墩裂缝引起人们更大的注意;。

目录第一章调洪演算........................................ - 3 -1.1调洪演算的原理............................................................................................................... - 3 -1.2 泄洪方案的选择.............................................................................................................. - 3 -1.2.3 确定坝高............................................................................................................ - 5 - 第二章大坝工程量比较.................................. - 6 -2.1 大坝剖面设计计算.......................................................................................................... - 6 -2.2工程量比较..................................................................................................................... - 10 - 第三章第一建筑物——大坝的设计计算................... - 11 -3.1 拱坝形式尺寸及拱坝布置............................................................................................ - 11 -3.1.1 坝型选择双曲拱坝............................................................................................ - 11 -3.1.2拱坝的尺寸......................................................................................................... - 11 -3.2荷载组合......................................................................................................................... - 13 -3.3拱坝的应力计算............................................................................................................. - 13 -3.3.1对荷载组合⑴，⑵，⑶使用FORTRAN程序进行电算..................................... - 13 -3.3.2对荷载组合⑷进行手算..................................................................................... - 14 -3.4坝肩稳定计算................................................................................................................. - 21 -3.4.1计算原理............................................................................................................. - 21 -3.4.2验算工况............................................................................................................. - 22 -3.4.3验算步骤............................................................................................................. - 22 - 第四章泄水建筑物的设计............................... - 25 -4.1 泄水建筑物的型式尺寸................................................................................................ - 25 -4.2 泄槽设计计算................................................................................................................ - 25 -4.3 导墙设计........................................................................................................................ - 26 -4.3 消能防冲计算................................................................................................................ - 26 -4.3.1 水舌挑距.......................................................................................................... - 26 -4.3.2 冲刷坑深度...................................................................................................... - 27 -4.3.3 消能率计算...................................................................................................... - 27 -4.3.4 孔口应力计算及配筋...................................................................................... - 28 - 参考文献.............................................. - 31 -附录一................................................ - 32 -附录二................................................ - 33 -第一章 调洪演算1.1调洪演算的原理先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力曲线，再假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位，并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。

水工建筑物课程设计设计题目：拱坝学院：土木建筑工程学院班级：水电061姓名：徐*学号：************指导老师：肖良锦老师第一章工程概况某工程位于排坡河中游河段，以发电为主。

电站装机2X630Kw，坝址以上流域面积151Km2。

枢纽主要建筑物有混凝土拱坝，坝后引水式厂房等。

大坝为五等5级建筑物。

设计洪水（三十年一遇）367m3/s，校核洪水（二百年一遇）572m3/s。

坝址河床为较对称的V型河谷，两岸坡较陡。

河床及漫滩砂砾石层厚为0~3m，弱风化层厚2~2.5m。

坝后冲刷坑范围以内河床为炉山组中至厚层白云岩，其岩性坚硬致密，隐节理发育，抗冲刷强度高。

上游坝址溢流堰顶高程375.00m。

电站额定引用流量2X2.69m3/s。

该电站位于我省东部多暴雨地区，洪水强度大，流域坡度陡，汇流快，洪水陡涨陡落，枢纽建筑物布置多集中于河床。

确定正常蓄水位与溢流堰顶高程平齐。

课程设计任务根据以上提供的基本情况及地形图，布置设计混凝土拱坝。

步骤如下：1、拱坝布置的原则在地形图上布置双曲拱坝。

选择7层拱圈，坝肩及河床的开挖深度按5m，坝顶无通行汽车要求。

根据布置的尺寸进行拱坝应力分析，直至满足应力要求为止。

（时间2天）2、选择坝顶溢流方式及消能方式，进行相应水力学计算。

确定；孔口尺寸、闸墩宽度、上游设计水位、校核水位、下游设计水位、校核水位、工作桥。

（时间1天）3、根据布置及计算结果，要求提供以下成果。

（时间2天）拱坝平面布置图（建议比例1：200）溢流坝剖面图（建议比例1：200）非溢流坝剖面图（建议比例1：200）拱坝下游立视图或展视图（建议比例1：200）设计计算书1份第二章 拱坝的体形和布置2.1设计参数坝体材料：C20混凝土，容重2.4t/m 3,弹模为25.5×109(坝体弹模考虑徐变的影响，取为瞬时弹性模量的0.6--0.7)，泊松比0.167，线胀系数1×10-5/℃，导温系数3m 2/月。

拱坝拱冠梁法应力计算一：概述理论基础：拱梁变位协调方程计算拱和梁各自所承受的荷载。

优点：它是一种简化了的拱梁分载法，它是以拱冠处一根悬臂梁为代表，与若干水平拱作为计算单元进行荷载分配，然后计算拱冠梁及各个拱圈的应力，计算工作量比拱梁分载法节省很多。

拱梁分载法可用于大体对称，比较狭窄河谷中的拱坝初步应力计算。

对于中、低拱坝也可以用于可行性研究阶段的坝体应力计算。

以上为拱冠梁法拱和拱冠梁荷载计算步骤，最后通过变位协调方程即可得出在不同工况下各拱圈和梁的荷载，最后即可验证坝体应力是否满足规范要求。

以上是我做毕业设计《洗马河拱坝应力分析》当中觉得最为重要的一点，在此与大家分享下，希望对大家有所帮助。

说明：在拱冠梁法中我只考虑了水荷载、自重、温度荷载几个重要的荷载。

如在实际分析中需要添加其它的荷载即在协调方程两边加即可，主要的计算步骤并没有因此而改变。

二：截面形状的计算单宽拱冠梁的各水平截面在坝轴线处为1m ，两侧为径向直径，洗马河拱坝各拱圈为等厚圆拱，各水平截面为标准扇形，为计算方便将上游面和下游面弧线和坝轴线均用直线代替，在计算截面面积、偏心距以及惯性矩时就可以采用如下统一公式计算[]i 10A 1//2i E E T R R R R =+ （4-1） []()1112//31/i i E E L T R R R R =++（4-2） ()()23110114///361/i i E E E E I T R R R R R R R R ⎡⎤=+++⎣⎦（4-3）三：梁在水平径向力作用下径向变位计算ij a 是拱冠梁上第j 号水平单位荷载在第i 点引起的径向线变位，一般称之为梁的变位系数。

ij a 不仅与梁上各点水平荷载有关，而且也与地基变位有关，其计算公式为：c c ij r a =h++M/(EI)h +KV/(AG)h θ⎧⎫⎧⎫⎪⎪⎪⎪⎨⎬⎨⎬⎡⎤⎡⎤⎪⎪⎪⎪⎣⎦⎣⎦⎩⎭⎩⎭∆∆∆∆∑∑∑地基表面转角地基表面剪切变位（4-4）其中M 、V ——梁的各截面在j 号单位荷载作用下的弯矩和剪力；I 、A ——梁上个计算截面的惯性矩和面积；E 、G ——坝体材料的弹性模量和剪切模量，[]2(1+)G=E/μ，μ为泊松比系数； K ——剪力分布系数，可取1.25，则K/G=3/E ；h ∆——梁的分层高度；式中（4-4）[]M/(EI)∑是由于坝体弯矩引起的转角，[]KV/(AG)∑坝体剪力引起的转角。

拱坝基本参数应力分析毕业论文目录第一章拱坝基本参数计算 (2)1.1坝顶高程的确定 (2)1.1.1坝顶超高计算 (2)1.1.2坝顶高程计算 (3)1.2坝型方案及结构布置 (3)第二章应力分析 (6)2.1 荷载计算 (6)2.1.1自重 (6)2.1.3泥沙压力 (9)2.1.4扬压力 (10)2.1.5温度荷载 (11)2.2 地基位移计算 (12)2.3拱冠应力分析（拱冠梁法） (15)γγ的确定 (38)2.2.3拱冠径向变位系数,i i2.2.4拱冠梁变位的计算 (41)2.2.5拱冠梁应力计算 (44)2.2.6拱圈应力计算 (52)第三章坝肩稳定分析 (56)3.1 稳定分析 (56)3.1.1计算式 (56)3.1.2分析过程 (57)第四章溢流设计及消能防冲设计 (60)4.1溢流面计算 (60)4.2下游消能防冲复核 (60)第一章拱坝基本参数计算1.1坝顶高程的确定1.1.1坝顶超高计算根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）规定：龙源口水库设计洪水标准采用50年一遇，校核洪水标准采用500年一遇，按照《浆砌石坝设计规》SL25—91，《砼拱坝设计规》SL282—2003中规定计算大坝需要的坝顶超高。

坝顶超高按下式计算：△h=Zh i+h0+h C式中：Zh i—波浪高（m）h0—波浪中心线至水库静水位的高度（m）h C—安全超高（m）（正常运行情况h C=0.4m，非常运行情况h C =0.3m）g(Zhi)/V△2=0.0076V0-1/12(gD/V02)1/3gLm/ V02=0.331 V0-7/15(gD/V02)4/15h0=[π（Zhi）2/Lm]Cth（2πH1/Lm）式中：L m—波长（m）D—吹程（D=3000m）V0—多年平均最大风速，V0=17.5m/s，正常运用条件下采用 V0′=1.5 V0 H1—水域平均水深（m）坝顶超高计算成果列如表1-4。

第三章拱坝第一节概述一、拱坝的特点●结构特点：拱坝是一空间壳体结构,坝体结构可近似看作由一系列凸向上游的水平拱圈和一系列竖向悬臂梁所组成。

坝体结构既有拱作用又有梁作用。

其所承受的水平荷载一部分由拱的作用传至两岸岩体，另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩。

拱坝两岸的岩体部分称作拱座或坝肩；位于水平拱圈拱顶处的悬臂梁称作拱冠梁，一般位于河谷的最深处。

拱坝示意图拱坝平面及剖面图●稳定特点：拱坝的稳定性主要是依靠两岸拱端的反力作用。

●内力特点：拱结构是一种推力结构，在外荷作用下内力主要为轴向压力，有利于发挥筑坝材料（混凝土或浆砌块石）的抗压强度，从而坝体厚度就越薄。

拱坝是一高次超静定结构，当坝体某一部位产生局部裂缝时，坝体的梁作用和拱作用将自行调整，坝体应力将重新分配。

所以，只要拱座稳定可靠，拱坝的超载能力是很高的。

混凝土拱坝的超载能力可达设计荷载的5—11倍。

●性能特点：拱坝坝体轻韧，弹性较好，整体性好，故抗震性能也是很高的。

拱坝是一种安全性能较高的坝型。

●荷载特点：拱坝坝身不设永久伸缩缝，其周边通常是固接于基岩上，因而温度变化和基岩变化对坝体应力的影响较显著，必须考虑基岩变形，并将温度荷载作为一项主要荷载。

●泄洪特点：在泄洪方面，拱坝不仅可以在坝顶安全溢流，而且可以在坝身开设大孔口泄水。

目前坝顶溢流或坝身孔口泄水的单宽流量已超过200m3/（s.m）。

设计和施工特点：拱坝坝身单薄，体形复杂，设计和施工的难度较大，因而对筑坝材料强度、施工质量、施工技术以及施工进度等方面要求较高。

二．拱坝对地形和地质条件的要求（一）对地形的要求左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。

坝端下游侧要有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定以“厚高比”T/H来区分拱坝的厚薄程度。

当T/H<0.2时，为薄拱坝；当T/H=0.2~0.35时，为中厚拱坝；当T/H>0.35时，为厚拱坝或重力拱坝。

坝址处河谷形状特征用河谷“宽高比”L/H及河谷的断面形状两个指标来表示。

第三章拱坝学习要求●目的：1.了解拱坝的发展概况和我国拱坝的建设成就，拱坝的特点，拱坝对地形地质条件的要求，拱坝的分类。

2.掌握拱坝的最优中心角及拱厚的拟定方法；拱冠梁断面形式及尺寸的初拟；坝体轮廓布置的原则和拱坝的平面布置要求。

3.理解拱坝的荷载特点，荷载组合。

了解拱坝的应力分析方法，地基变形对拱坝应力的影响。

掌握拱梁法的基本原理，纯拱法和拱冠梁法计算方法；地基变形计算方法，拱坝的应力控制标准。

4.掌握拱坝的坝身泄水方式及泄水建筑物在布置上的特点。

●重点：1.拱坝的特点，拱坝对地形地质条件的要求。

2.拱坝的最优中心角的确定，拱冠梁断面形式及尺寸的拟定，拱坝的平面布置。

3.拱坝的荷载，纯拱法计算方法，拱梁法的基本原理和拱冠梁法计算方法。

4.拱坝的坝身泄水方式及泄水建筑物在布置上的特点。

●难点：1.拱坝的适用条件，拱坝的分类。

2.拱坝的平面布置。

3.拱冠梁法的基本原理和计算方法。

4.拱坝的坝身泄水方式。

学习要点●章节学习内容：1.拱坝的发展概况和我国拱坝的建设成就。

2.拱坝对地形地质条件的要求。

拱坝的最优中心角及拱厚的拟定。

拱坝的类型及布置；（定半径定中心、定中心角、变半径变中心及双曲率拱坝的特点）。

3.拱坝坝体轮廓布置。

拱圈形式选择；圆弧拱圈中心角的拟定及影响因素；拱冠梁断面形式及尺寸的初拟；坝体轮廓布置的原则和要求；拱端的布置原则。

坝面倒悬的成因及其处理。

4.拱坝的荷载和设计标准。

荷载特点、温度及地震荷载的计算；荷载组合。

5.拱坝的应力分析。

应力分析方法综述；拱梁法的基本原理和计算方法；地基变形对拱坝应力的影响。

地基变形计算方法。

6.拱坝的坝身泄水，泄水方式和特点、消能和防冲。

●学习要点：1.拱坝的特点、适用条件及拱坝的分类2.拱坝的基本尺寸和拱冠梁剖面的确定3.拱坝的荷载及应力计算4.拱坝的泄洪第一节拱坝的特点、适用条件及拱坝的分类一、概述我国是世界上修建拱坝最多的国家之一。

我国的中、低拱坝以砌石拱坝为主，高拱坝则以混凝土拱坝为主。