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镇墩抗滑稳定及地基应力计算

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《水电站》（成都水力发电学校主编） 《水电站建筑物设计参考资料》（成都联大、大连理工等院校合编）2 设计输入数据水电站压力钢管镇墩抗滑稳定及地基应力计算1 设计依据和参考资料 （1）设计依据：《水电站压力钢管设计规范》（SL281—2003） （2）参考资料：《水电站建筑物》（王树人 董毓新主编）

压力钢管满负荷时管内流速 ………………………………………… v0＝5.048m/s 钢材重度……………………………………………………………… γs＝78.50kN/m³ 压力钢管设计引用流量………………………………………………… Q＝15.860m³/s 压力钢管内径 ………………………………………………………… D0＝2.000m

镇墩上游段钢管倾角………………………………………………… α2＝35.000° 镇墩上游伸缩节至镇墩距离 ………………………………………… L1＝71.055m 水的重度……………………………………………………………… γw＝9.80kN/m³ 镇墩上游段钢管倾角………………………………………………… α1＝50.000°

镇墩下游伸缩节中心的计算水头 …………………………………… H2＝85.563m 镇墩上游端钢管中心的计算水头 …………………………………… H3＝79.522m 镇墩下游伸缩节至镇墩距离 ………………………………………… L2＝2.000m 镇墩上游伸缩节中心的计算水头 …………………………………… H1＝25.091m

镇墩上游段钢管支座的间距…………………………………………… l＝12.000m 套管式伸缩节那套管外径 ………………………………………………D1＝2.036m 镇墩下游端钢管中心的计算水头 …………………………………… H4＝84.415m 镇墩上游段钢管支座的个数 ……………………………………………n＝5个

套管式伸缩节止水填料与钢管摩擦系数 ……………………………μ1＝0.3 支座与钢管管壁的摩擦系数 ……………………………………………f＝0.1 套管式伸缩节那套管内径 ………………………………………………D2＝2.000m 套管式伸缩节止水盘根沿管轴向长度…………………………………b1＝0.300m

⑶弯管上的内水压力A3；⑷渐缩管的内水压力A4（本工程无该项作用力）；⑸弯管中水的离心力的分力A8；⑹套管式伸 压力钢管壁厚 ……………………………………………………………t＝0.018m

3 荷载计算 根据规范A.1.1条，作用于镇墩上的荷载包括：⑴镇墩自重G；⑵镇墩上下游管轴方向作用力；⑶镇墩上下游垂直管 其中镇墩上下游管轴方向作用力包括：⑴钢管自重分力A1；⑵关闭的阀门及闷头上的力A2（本工程无该项作用力）；轴方向作用力；D0tγsγwqsqw20.01878.59.811.19830.788温升温降609.522缩节端部的内水压力A5；⑺温度变化时套管式伸缩节止水填料的摩擦力A6；⑻温度变化时支座对钢管的摩擦力A7； 其中镇墩上下游垂直管轴方向作用力包括：⑴钢管自重分力Qs；⑵钢管水重分力Qw；

上段钢管对镇墩作用力计算公式作用力名称作用力方向序号（单位管长钢管自重，考虑刚性环等附件的附加重量约为钢管自重的25%）

79.986609.522

2弯管上的内水压力2448.2922448.2921钢管自重分力

141.55179.986

4套筒式伸缩节端部的内水压力28.0628.063弯管中水的离心力的轴向分力

8

9钢管自重分力

钢管中水重分力161.928

43.18843.188

118.741118.7413.1 单位管长钢管自重qs和单位管长管内水重qw计算 计算公式：

6温度变化时支座对钢管的摩擦力单位管长钢管自重qs和单位管长管内水重qw计算表（单位管长管内水重）

-161.9285温度变化时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力管轴方向

镇墩上游管轴方向合力∑A13469.339镇墩上段钢管对镇墩作用力计算表3.2 镇墩上段钢管对镇墩作用力计算

-141.551

2862.3817

10垂直管轴方向镇墩上游垂直管轴方向合力∑Q1161.929161.929ssttDq025.1wwDq2025.0

111sinLqAs

32034HDAw

wgvDA2020841222154HDDAw

11116HbDAw17coslfqqnAws

1cos21lqQss

1cos21lqQww7658311AAAAAAA

WSQQQ1温升温降

工况∑A1∑A2∑Q1∑Q2α1α2∑X∑Y温升3469.339-3244.469161.92968.7861062850.000°35.000°-551.71969.589温降2862.381-2279.059161.92968.7861062850.000°35.000°-151.0381058.369计算公式上段钢管对镇墩作用力

钢管自重分力

3弯管中水的离心力的轴向分力3.3 镇墩下段钢管对镇墩作用力计算镇墩下段钢管对镇墩作用力计算表序号作用力方向作用力名称

-95.68812.84612.846

2弯管上的内水压力-2598.936-2598.9361

管轴方向5温度变化时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力-79.986-79.986

4套筒式伸缩节端部的内水压力-95.688

7镇墩上游管轴方向合力∑A1-3244.469-482.705482.705

6温度变化时支座对钢管的摩擦力（镇墩下游至伸缩节一般没有支座，该力为零）-2279.059

8垂直管轴方向钢管自重分力18.34618.346

9钢管中水重分力50.440106350.4401063

10镇墩上游垂直管轴方向合力∑Q68.786106368.7861063 （管轴向作用力符号：+为钢管下行方向；-为钢管上行方向）3.4 钢管对镇墩总的水平推力∑X、总的垂直力∑Y计算

钢管对镇墩总的水平推力∑X、总的垂直力∑Y计算 计算公式：221sinLqAs

42034HDAw

wgvDA2020842222154HDDAw

21116HbDAw

7658312AAAAAAA

WSQQQ222cosLqQss

22cosLqQww

112211sincoscosQAAX2112211cossinsinQQAAY

工况∑X∑YGfK温升-551.71969.5893560.000kN0.5不会滑动温降-151.0381058.3693560.000kN0.5不会滑动

bhFW56.37731.88540.666

工况∑A1∑A2∑Q1∑Q2α1α2h1h2温升3469.339-3244.469161.92968.7861062850.000°35.000°6.1141.221温降2862.381-2279.059161.92968.7861062850.000°35.000°6.1141.2214 镇墩抗滑稳定计算 计算公式：

式中：

（如果∑X为-，说明水平推力指向上游，镇墩不会向下游滑动）5 镇墩地基应力计算 计算公式：镇墩基底摩擦系数………………………………………………………………f=0.5镇墩重量…………………………………………………………………………G=3560.000kN

镇墩下游端管中心与镇墩基础面高差 ………………………………………h2=1.221m镇墩基础面长度（顺水流方向）………………………………………………h=6.377m （镇墩基础面截面模数）

镇墩上游端管中心与镇墩基础面高差 ………………………………………h1=6.114m 式中：镇墩基础面宽度（垂直水流方向） ………………………………………… b=5.000m （镇墩基础面积）

镇墩上游端管中心与镇墩基础面形心距离 …………………………………l1=2.422m镇墩下游端管中心与镇墩基础面形心距离 …………………………………l2=3.189m

F、W计算表XGYfK

WMFGYbhF62bhW22222221111111111sincoscossinsincoslQlhAlQAhQAM工况∑YGMFWσ1(kN/m2)σ2(kN/m2)温升969.58935602773.14531.88540.666210.25373.867温降1058.36935601300.91331.88540.666176.835112.854

大少爷 编制 2003年11月2.4222.422工况l2

地基应力计算成果表3.1893.189M2773.1451300.913温升温降l1

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镇墩计算方法

镇墩计算方法

附录C 镇墩稳定计算

C.0.1 荷载及有关系数可按表C.0.1-1～表C.0.1-3计算选用。

荷载计算

表C.0.1-1

注：表中所列公式中各符号意义如下：

qc——每米管自重(kN/m)；

L ——计算管长(m)；

ф——管轴线与水平线的夹角(°)；

D0——管道内径(m)；

DF——闸阀内径(m)；

Hp——管道断面中心之计算水头(m)；

r ——水的容重(kN/m3)；

D01——水管直径变化时的最大内径(m)；

D02——水管直径变化时的最小内径(m)；

D1——伸缩接头外管内径(m)；

D2——伸缩接头内管内径(m)；

fH——管道和水的摩擦系数；

bk——伸缩节填料宽度(m)；

fk——填料与管壁摩擦系数；

f0——管壁与支墩接触面的摩擦系数，可按表C.0.1-2选用；

qs——每米管内水重(kN/m)；

V——管道中水的平均流速(m/s) ；

g——重力加速度(m/s)；

KH——水平向地震系数，可按表C.0.1-3选用；

Cz——综合影响系数，取1/4；

ai——地震加速度分布系数，取1.0；

Wi——集中在i点的重量(kN)。

管道与支墩接触面的摩擦系数f0值

表C.0.1-2

管道与接触面材料 摩擦系数

钢管与混凝土 0.6～0.75

钢管与不涂油的金属板 0.5

钢管与涂油的金属板 0.3

混凝土管与混凝土 0.7

水平向地震系数KH值 表C.0.1-3

设计烈度 7 8 9

KH 0.1 0.2 0.3

C.0.2 镇墩稳定分析应符合下列规定：

镇墩计算(灌区,单个)

镇墩计算(灌区,单个)

1、基本数据管内径(m)管外径(m)前管水平夹角后管水平夹角DD'θ1θ20.2000.2120.0000.000基础与镇墩间摩擦系数镇墩容重(kN/m^3)水容重(kN/m^3)每米管重(kN/m)μγcγwγp0.40024.00010.0000.299镇墩宽(m)前管长(m)后管长（m）镇墩内管轴线长（m）BL1L2Lz2.000150.0002.0002.0002、稳定分析（同时考虑水平及竖向转角）水重(kN)Gw=1/4*3.14*D^2*Lz*γw0.628墩重(kN)Gc=(L*B*H-1/4*3.14*D^2*Lz)*γc190.493管重(kN)Gi=γp*Lz0.597前管及水重G1=（γp+γw1）*L191.885后管及水重G2=（γp+γw1）*L21.225内水压力产生的轴向力（前管）(kN)P1=0.785*D^2*hs1*rw175.840离心力（前管）（KN）F1=1/4*3.14*D^2*v^2*γw/g0.032下滑力（前管）（KN）Xh1=G1*sinθ1-μ*G1*cosθ10.000内水压力产生的轴向力（后管）(kN)P2=0.785*(D)^2*hs2*rw175.840离心力（后管）（KN）F2=1/4*3.14*D^2*v^2*γw/g0.032下滑力（后管）（KN）Xh2=G2*sinθ2-μ*G2*cosθ20.000竖向合力(kN)G=Gw+Gi+Gc+（P1+F1+Xh1）*sinθ1-（P2+F2）*sinθ2+Xh2*sinθ2191.718前管水平向合力（KN）X1=（P1+F1+Xh1）*cosθ1175.872后管水平向合力（KN）X2=（P2+F2-Xh2）*cosθ2175.872水平向合力（KN）X=（X1^2+X2^2-2*X1*X2cos(180-α)）^0.5120.245抗滑安全系数Kc=μ*Y/X0.638工作压力（前管）(m)工作压力（后管）(m)hs1hs2560.000560.000管中每米水重(kN/m)镇墩竖向面积(m^2)γw1A0.3144.000流速v（m/s）管水平弯头夹角vα1.000140.000

地基基础设计规范计算公式

地基基础设计规范计算公式

地基基础设计规范计算公式

1.地基承载力计算公式

地基的承载力是指地基能够承受的最大荷载。常用的地基承载力计算公式有：

-一般土壤的承载力计算公式：q=cNc+qNq+0.5γBNγ

其中，q为土壤承载力，c和γ为土壤的黏聚力和重度，Nc、Nq和Nγ为容许承载力系数，B为地基底面积。

- 软土承载力计算公式：q = cNc + qNq + 0.5γBNγ +

0.5γBNγ_sq

其中，γ_sq为软土侧向承载力。

2.地基沉降计算公式

地基的沉降是指地基在受到荷载后的垂直位移。常用的地基沉降计算公式有：

-一维弹性沉降计算公式：ΔH=qH/(E*N*)

其中，ΔH为地基的沉降，q为地基承载力，H为地基厚度，E为土壤的弹性模量，N*为修正系数。

- 液化沉降计算公式：ΔH = (qcy + qsy) / (1 + e)

其中，qcy和qsy分别为液化地层的动态液化承载力和静态液化承载力，e为地基的压缩模量。

3.地基抗滑稳定计算公式 地基的抗滑稳定是指地基在受到水平荷载时抵抗倾覆和滑移的能力。常用的地基抗滑稳定计算公式有：

- 刚性地基抗滑稳定计算公式：Fs = W * tan(α - φ)

其中，Fs为抗滑稳定力，W为地基的重力，α为地基底面与水平面的夹角，φ为土壤内摩擦角。

- 弹性地基抗滑稳定计算公式：Fs = C * W * tan(α - φ)

其中，C为地基的几何形状系数。

- 接触滑动法计算公式：Fs = (Ms - W * tan(α)) / W

其中，Fs为抗滑稳定力，Ms为荷载力矩，W为地基的重力，α为地基底面与水平面的夹角。

这些地基基础设计规范计算公式是根据土壤力学和结构力学原理得出的，对地基基础的设计和计算具有指导意义，可以保证地基工作的安全可靠。在工程实践中，根据具体情况和实际需求，还可以结合工程经验对公式进行适当的修正和调整。

水库混凝土重力坝方案设计及抗滑稳定与应力计算

水库混凝土重力坝方案设计及抗滑稳定与应力计算

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水库混凝土重力坝方案设计及抗滑稳定与应力计算

作者：张宇峰

来源：《科技创新与应用》2016年第22期

摘 要：陕西某V等小（1）型多功能水库，其大坝枢纽方案为混凝土重力坝+开敞式溢洪道+取水兼放空管。大坝坝顶高程

789.00m，最大坝高54m，坝顶坝宽5.0m，筑坝材料为C15四级配常态混凝土。在工程设计阶段，对大坝枢纽布置、结构体型、大坝抗滑稳定和大坝应力等进行了详细分析计算，结果表明设计方案合理，大坝安全稳定性较高，各项技术指标均满足《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）、《混凝土重力坝设计规范》（NB/T 35026-2014）等规范指标要求。

关键词：水库；枢纽布置；重力坝；抗滑稳定；应力计算

1 工程概况

陕西某水库以城市供水为主，兼顾灌溉、养殖和下游防洪等功能。坝址集水面积3.67km2，坝址断面处多年平均径流量为176万m3，多年平均流量0.325m3/s。水库校核洪水位（P=0.5%）768.50m，总库容323.80万m3，正常蓄水位766.00m，相应库容305.80万m3，死水位746.50m，相应库容88.60万m3，兴利库容276.80万m3，年供水总量637.8万m3。根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），该水库总库容323.80万m3，属于100万m3～1000万m3范畴，其工程等别为V等，为小（1）型水利工程，防洪级别一般[1]。

2 工程区主要水文地质概况

水库大坝，其推荐坝址坝轴线长约825m，河流流向自东向西，两岸高山，坝址区河谷呈基本对称“V”字型谷，属于典型河谷型水库。大坝坝基河床高程738.20～750.50m，设计正常高水位766.00m时，谷口宽约100m，宽高比5.2。河床及两岸覆盖层不均匀，约1.5～8.3m，强风化深14～18m，弱风化深17～21m。工程区地下水横向补给河水，水质较好。