重力坝上的作用及作用效应组合

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。

—§1-2 重力坝上的作用一、作用及其分类Ø作用：通常指对结构产生效应(内力、变形等)的各种原因的总和。

可分为直接、间接作用。

•直接作用：施加在结构上的外加力。

如集中力、 分布力•间接作用：使结构产生外加变形或约束变形的原因如地震作用、温度作用Ø作用效应：结构对外界的响应，即结构受到作用后所产生的内力、变形和振动等(如轴力、弯矩、位移、挠度、 裂缝和结构动力响应等)。

•按其随时间的变异分为：1.永久作用：设计基准期内量值不随时间变化，或 其变化与平均值相比可忽略的作用。

如结构及永久设备自重、土压力、淤沙压力、地应力、预应力 2.可变作用：设计基准期内量值随时间变化的作用如：静水压力、扬压力、动水压力、浪压力、冰压力、冻胀力、 温度作用3.偶然作用：设计基准期内出现概率很小，一旦出 现，其量值很大且持续时间很短的作用。

如：地震作用、校核洪水位时的静水压力等作用点、分布规律】【作用点、分布规律】二、作用计算【二、作用计算•坝体自重、上下游水压力、扬压力、浪 压力、泥沙压力、地震力、冰压力等。

（一）坝体自重坝体及附属永久设备的重量。

是维持重力坝稳定的主 要荷载，由坝的体积和材料重度计算确定。

较大孔洞应扣除，永久固定设备的重量应计入。

(二）静水压力按水力学原理计算，沿坝面积分，可分解成水平和 垂直两部分。

(三）扬压力包括：渗透压力(U2 )和浮托力 (U 1)两部分。

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。

1.坝基面扬压力(1)无防渗排水措施的情况(2)有防渗排水措施的情况:α=0.25岸坡坝段:α=0.352.坝体内部扬压力= 0.2α3(四）浪压力 波浪要素：波高2h l 、波长2L l 、波浪中心线超出静水面高度h 01.波浪要素计算( 经验公式)(1)官厅水库公式<与课本表达式不同> V f为计算风速、D 为风作用于水域的长度 适用于V f =<20m/s 、D <20 km 的内陆峡谷水库。

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。

重力坝的工作原理
重力坝是一种常见的水利工程结构，它的工作原理基于重力和物体稳定性的原理。

重力坝主要依靠自身的重量来承受水压力，并通过将这些压力传递到地基来保持其稳定性。

重力坝一般是由混凝土或大型石块等材料建造而成，通过筑坝来阻塞水流。

当水流经过坝体时，由于重力的作用，坝体对水流产生了阻碍作用。

这种阻碍作用使水流高度上升，从而形成了水库。

重力坝的工作原理主要可以概括为以下几个方面：
1. 抵抗水压：水压是指水体由于重力作用而产生的压力。

重力坝能够通过自身的重量来抵抗水压力，从而保持坝体的稳定性。

具体来说，坝体越重，所能承受的水压力就越大。

2. 平衡作用：重力坝是一个通过重力平衡来稳定自身的结构。

坝体上方的水压会通过重力传递到坝基，使坝体受力均衡，从而保持整个结构的稳定。

为了提高重力坝的稳定性，常常会在坝体内部设置一定数量的加固物，如钢筋混凝土墙等。

3. 溢流控制：重力坝通常会建在河道上，以形成水库。

当水位上升到一定程度时，超过坝顶高度的水会自动溢流，并通过坝体把溢流水流导入下游。

这样可以有效控制水库的水位，防止洪水泛滥。

4. 地基承载：地基是重力坝的支撑基础，承受着坝体的重量和
水力力。

为了确保坝体的稳定性，重力坝在设计和施工过程中会充分考虑地基的承载能力，采取加固措施，如在坝基周围设置岩石填料等。

总而言之，重力坝通过依靠自身的重量和地基的支撑来抵抗水压力，从而保持坝体的稳定性。

其主要工作原理是基于重力和物体稳定性的原理。

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。

第三章岩基上的重力坝主要内容1、概述重力坝的概念，重力坝的工作原理，重力坝的类型。

2、重力坝的应力分析作用在重力坝上的荷载及其组合；应力分析方法；用材料力学法推导重力坝的应力计算公式。

3、非溢流重力坝的剖面设计重力坝的基本剖面，非溢流重力坝的实用剖面，溢流重力坝的消能防冲设施。

4、重力坝的抗滑稳定计算重力坝失稳破坏的机理；抗剪强度公式、抗剪断公式；摩擦系数和凝聚力的现场测定；深层抗滑稳定；岸坡抗滑稳定；提高坝体抗滑稳定性的措施。

5、重力坝的渗流分析（另有专题讲授）渗流计算的基本方程和求解过程；有限单法求解势水头函数，渗流体积力的计算。

6、重力坝的温度应力、温度控制和裂缝的防止（另有专题讲授）温度变化曲线、分析该曲线；重力坝的温度裂缝形成的原因、类型及防止措施。

7、重力坝的剖面设计设计的原则及极限状态设计表达式。

8、溢流重力坝（另有专题讲授）溢流重力坝工作特点，结构型式，消能防冲设施，细部构造。

9、其它内容：重力坝的可靠度设计（另有专题讲授），抗震设计，地基处理，材料及其构造。

§3-1§3-1概述教学内容重力坝的概念，重力坝的工作原理，重力坝的类型教学重点：掌握重力坝的工作原理，了解重力坝的类型教学过程［导入新课］首先请学生举例所了解的重力坝，接着展示我国部分著名重力坝，介绍重力坝在我国的建设情况，激发学生对重力坝的学习热情。

三峡工程丹江口水利枢纽刘家峡大坝［讲授新课］1、重力坝的概念（板书）重力坝是靠自重维持其稳定的坝。

由砼或浆砌石修筑，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。

（材料、工作原理、基本剖面）图3-1 典型重力坝2、重力坝的安全工作准则（板书）稳定——不滑动。

主要依靠坝体自重产生的抗滑力（与基岩的摩擦力）来抵消坝前水推力。

强度——不出现拉应力。

依靠坝体自重产生的压应力来抵消水压力引起的拉应力来满足强度要求。

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

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。

重力坝工作原理重力坝是一种常见的水利工程结构，广泛应用于水电站、灌溉工程、防洪工程等领域。

其主要由混凝土构成，具有优良的抗侧压能力和稳定性，因此被认为是一种可靠的水利结构。

本文将重点介绍重力坝的工作原理。

一、重力坝的工作原理重力坝的工作原理主要是靠其自重产生的重力作用来对抗水压力和外力的作用，从而保证重力坝的稳定性和安全性。

重力坝在建设过程中需要选择合适的场址、合理设计尺度、优化结构形式等，才能确保其工作原理的有效实现。

1、水压力作用在重力坝的工作过程中，水压力作用是最主要的因素之一。

当坝体上下游水位差异较大时，上游水体的水力作用会形成大量的水压力，这会导致坝体内部发生不同程度的滑动和变形，反过来，这也会影响到重力坝的稳定性和安全性。

水压力还会影响到重力坝表面的混凝土，形成侵蚀或冲击，从而破坏堤面。

在设计和建设重力坝时，需要根据上下游水位差异、水流速度、水压大小等因素来合理设计坝的高度和坝体厚度，以确保重力坝能够承受大大小小的水压力。

2、自重作用重力坝的自重是其最基本的抗侧稳定因素，它是重力坝能够承受水压力和外力的主要因素。

重力坝的坝身及其他部件均由混凝土所组成，重力坝的体积较大且相对完整，因此重力坝的自重较大。

重力坝的自重作用不仅可以保证坝体的稳定性，还可以抵消水压力和地震等外力的作用。

为了优化重力坝的自重作用，设计者需要考虑不同结构形式的自重对于坝体稳定性的影响，通常采用直墙式、拱形、重力坝和带型重力坝等不同的结构形式，以确保重力坝的稳定和安全。

3、土的侧阻力作用外界侧向作用的大小，除了与水压力、自重之外，还与土体和坝基的性质有关。

土体在坝体两侧和坝基两端对其产生的压力作用，称为土的侧阻力。

重力坝在受到侧向位移作用时，土的侧阻力可以发挥其抗位移的重要作用，从而保证重力坝的稳定性和安全性。

二、重力坝的设计与施工1、重力坝的设计重力坝要求保持结构完整、稳定、坚固、抗滑、抗震等多项指标。

在重力坝的设计过程中，需要考虑诸多因素，包括：河流特征、土壤条件、水位变化、地震作用、施工过程中的防水、防腐措施等。

第一章重力坝第一节概述引言：重力坝是主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来满足稳定要求的挡水建筑物。

在世界坝工史上是最古老，也是采用最多的坝型之一。

非溢流坝剖面形式、尺寸的确定，将影响到荷载的计算、稳定和应力分析，因此，非溢流坝剖面的设计以及其它相关结构的布置，是重力坝设计的关键步骤。

本节主要介绍：重力坝的特点、重力坝的分类、非溢流坝剖面设计的基本原则、基本剖面及实用剖面混凝土重力坝示意图我国已建的重力坝：刘家峡148m，新安江105m，三门峡106m，丹江口110m，丰满、潘家口等，其中，高坝有20余座。

其中三峡混凝土重力坝和龙滩碾压混凝土重力坝分别高达175米和216.5米。

重力坝坝轴线一般为直线，垂直坝轴线方向设横缝，将坝体分成若干个独立工作的坝段，以免因坝基发生不均匀沉陷和温度变化而引起坝体开裂。

为了防止漏水，在缝内设多道止水。

垂直坝轴线的横剖面基本上是呈三角形的，结构受力形式为固接于坝基上的悬臂梁。

坝基要求布置防渗排水设施。

一、重力坝的特点1.优点：●工作安全，运行可靠。

重力坝剖面尺寸大，坝内应力较小，筑坝材料强度较高，耐久性好。

因此，抵抗洪水漫顶、渗漏、侵蚀、地震和战争等破坏的能力都比较强。

据统计，在各种坝型中，重力坝失事率相对较低。

●对地形、地质条件适应性强。

任何形状的河谷都可以修建重力坝。

对地质条件要求相对较低，一般修建在岩基上，当坝高不大时，也可修建在土基上。

●泄洪方便，导流容易。

可采用坝顶溢流，也可在坝内设泄水孔，不需设置溢洪道和泄水隧洞，枢纽布置紧凑。

在施工期可以利用坝体导流，不需另设导流隧洞。

●施工方便，维护简单。

大体积混凝土，可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑等环节都比较方便。

在后期维护，扩建，补强，修复等方面也比较简单。

●受力明确，结构简单。

重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构简单，受力明确，稳定和应力计算都比较简单。

2.缺点：●坝体剖面尺寸大，材料用量多，材料的强度不能得到充分发挥。