浅谈拱坝的基本特征以及发展
拱坝的概述

拱坝的特点1拱坝坝址的地形和地质条件243拱坝的发展概况拱坝的形式4一、拱坝的特点拱坝的定义定义:拱坝是一空间壳体结构,坝体结构是由一系列凸向上游的水平拱圈和一系列竖向悬臂梁组成。
拱坝坝体结构既有拱作用又有梁作用,具有双向传递荷载的特点。
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,如图所示。
拱座和拱冠梁拱坝的拱圈着力点坐落的两岸岩体部分称作拱座或坝肩;位于基岩最深处水平拱圈拱顶处的悬臂梁称作拱冠梁。
拱坝的特点•拱坝的结构:•拱坝的受力:•拱坝的稳定:-6-①拱梁系统的调整②拱圈自身调整为二次拱Ø 结构受力条件好,材料强度可以充分发挥;Ø 超载能力大,安全度高;Ø 抗震性能好;Ø 温度、地基变形是主要荷载;Ø 对地质、地形条件要求高;Ø 拱坝坝身单薄,体形复杂,设计和施工的难度较大Ø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。
二、拱坝坝址的地形和地质条件一、对地形的要求(一)地形条件影响因素:拱坝的结构形式、工程布置以及经济性的主要因素。
(二)坝址处河谷形状特征指标:通常用河谷“宽高比”及“河谷断面形状”表示。
1.宽高比与厚高比宽高比:指拱坝基础开挖后对应坝顶高程处的河谷的宽度L与最大坝高H的比值。
厚高比:坝底最大厚度T与最大坝高H的比值,即T/H,用其表示拱坝薄厚程度。
宽高比的影响:L/H值小,说明河谷深窄,水平拱圈跨度较短,拱的刚度较大,受力大部分传给两岸,坝体较薄;L/H值较大时,坝体较厚。
L/H<2的深窄河谷中可建薄拱坝;L/H=2~3的中等宽度河谷可修建中厚拱坝;L/H>3~4.5的宽河谷多修建厚拱坝;L/H>4.5的宽浅河谷,宜建重力坝或拱形重力坝。
2.河谷断面形状V形,最适宜发挥拱的作用;河谷断面形状 U形,大部分荷载由梁作用承担;梯形,介于两者之间。
拱坝的适用条件

拱坝的适用条件
拱坝是一种利用拱的作用承受水压力的坝。
拱坝通常适用于峡谷地形,具有以下特点:
1. 地形基本对称,坝肩下游没有深切河谷。
2. 河床覆盖层不厚,没有大的顺河断层和基岩深槽。
3. 两岸坝肩岩体完整,强度高,没有或很少有垂直河流分布的软弱层带。
4. 岩层产状有利,坝基岩体中缓倾角软弱夹层或结构面不发育。
5. 岩体透水性不宜过大,有可靠的防渗帷幕封闭条件。
在各种坝型中,拱坝对地质条件要求较高。
拱坝理想地质条件是:基岩比较均匀、坚固完整、有足够的强度、透水性小、能抵抗水的侵蚀、耐风化、岸坡稳定等。
一些不理想的地质条件,经过地基处理也可修建拱坝。
请注意,拱坝的设计和建造需要考虑到许多因素,包括地形、地质、水文、气候等。
因此,在实际应用中,需要综合考虑各种因素来确定是否适合建造拱坝。
拱坝

2、鼻坎挑流式
溢流堰顶适当向下游 悬臂挑出,挑流落水点 较自由跌流远,但离坝 仍近,仍需有一定的水 垫,必要时采取河床底 部的防冲措施,仍需限 制单宽流量。
3、滑雪道式
适用于下泄流量 较大,要求下泄水 流落点远离坝址, 或利用厂房顶溢流 的拱坝。 如我国已建的乌 江渡重力拱坝、东 江拱坝、紧水滩拱 坝等都采用这种形 式。
☀
3.24拱坝的泄流、构造及地基处理
∮-1 拱坝的泄流 20世纪50年代才开始利用坝身泄水, 取得许多成功的经验。 • 坝身泄流方式主要有四种:
–自由跌落式 –鼻坎挑流式 –滑雪道式 –坝身泄水孔式
1、自由跌落式
• 结构简单,多用于单宽流量较小的拱坝。 水流落点距坝址较近,坝下冲刷容易危及坝基, 要求有较好的基岩、较深的水垫,并应采取保护措 施。
变圆心、变半径
• 圆心平面位置、半径和中心角均随高程而变化。 • 具有水平和垂直的双向曲率,梁的作用减弱,整 个坝体保持足够的刚度。 • 尽管设计施工都比较复杂,仍被广泛采用。
• 中心角的经验取值: – 顶拱:75-110°; –底拱:50-80°。
• 顶拱两端满足的条件: – 拱端内弧面的切线与河岸等高线的 夹角不得小于30°; –拱端不能悬空; –拱端要嵌入基岩一定深度,约1m。
水压力 温度荷载 自重 扬压力
厚拱坝
(重力拱坝)
∮-2 拱坝的应力分析方法
• 杆件体系
• 圆筒法 • 纯拱法 • 拱梁分载法
• 有限单元法 • 模型试验法 • 壳体结构法
拱冠梁
拱荷载
梁荷载
静水荷载
• 拱梁分载法
• 假定拱坝是由许多水平拱圈和铅直悬臂梁所 组成,荷载由拱和梁共同承担,按拱、梁各 相交点变位一致的条件将荷载分配在拱、梁 两个系统上。 • 为简化计算,用拱冠梁作为所有悬臂梁的代 表,该计算方法即为拱冠梁法。
拱坝的工作特点

拱坝的工作特点
拱坝是一种大型水利工程,因其特殊的工作原理和设计特点,具有一些独特的工作特点。
以下是拱坝的六个工作特点:
1. 变形特点
拱坝在工作时受到内部水压和外部荷载的作用,由于其结构形式的特殊性,使其具有很强的变形能力。
当水库水位上升时,拱坝会有一定程度的变形。
在一定程度内,拱坝的变形对结构本身并没有太大的影响,但如果变形超过了设计极限,就会威胁到拱坝的安全性。
2. 坝体应力特点
拱坝的结构较为复杂,其坝体的应力状态也较为复杂。
坝体上部受到垂直向和水平向的压力,应力分布十分复杂。
此外,由于坝体在工作过程中会受到弯曲、剪切作用等,导致坝体应力的分布情况十分复杂。
3. 模型分析的重要性
由于拱坝的结构特殊,难以直接进行全尺寸试验,因此需要使用模型进行试验,以获取坝体各部位受力状态的相关数据。
模型分析也是制定拱坝设计和优化坝体结构的重要手段。
4. 材料选择和工程施工难度大
拱坝为了承受较高的水压和荷载,需要使用高强度、耐久性好的材料,如混凝土等。
此外,拱坝的结构特殊,需要进行复杂的建设和施工,需要投入大量人力、物力和财力。
5. 能源利用效果好
拱坝在向下游放水时,会产生一定的水头和水流速度,可以利用这种水能产生电能,提高能源利用效率。
6. 对水库水文条件要求高
拱坝的稳定性和安全性受到水库水文条件的影响,因此对水库水文条件的要求相对较高,需要对水库水文条件进行综合分析和评估,包括洪水量和洪峰流量等。
同时,需要对水库的调度进行科学合理的规划和管理,以确保拱坝的安全性和稳定性。
06第六章 拱坝

3. 变半径变中心角拱坝(如图6-7)
为避免等中心角拱坝上游面形成过大的倒悬与扭曲,可将中心角 从拱顶向下逐渐减少(约小至70。~90。),即为变半径变中 心角拱坝。它适用于三角形或梯形河谷修建。这种坝应力分布不 够均匀,最大应力发生于下部l/3坝高范围内,且拉应力较大, 坝顶溢流也不便,施工难易及工程量介于前述二者之间。
二、排水设备 由于渗透压力对拱坝的稳定影响很小,一般可不考虑排水设
备,但重力拱坝则需设置排水设备。
三、坝与地基及两岸的连接 根据拱坝的结构及传力特点,坝与地基及两岸的连接应牢
固可靠,在地基及与两岸相接的地方,应将所有破碎的岩石挖 除,对坚固岩石中的裂隙应加以灌浆。基础清至岩面后,应将 岩石表面泥沙污垢冲洗干净,浇筑一层混凝土垫层后,便可进 行坝体砌筑,为了防止基础渗漏在上游面应设置截水齿墙,并 在其下作帷幕灌浆。拱端支撑处的河岸岩石要很好处理,为满 足坝头稳定的要求,拱圈拱轴线与地形等高线的夹角一般不小 于30。拱端与岩石接触面应作成半径方向一致,使拱能支撑在 垂直的径向平面上(图6-22(a))。同时,为减少岩石的开 挖量,宜将拱端支撑处的岩石作成阶梯形(图6-22(b))。
L/H<2.0~3.0时,可修建拱坝; L/H=3.0~3.5时,可修建重力拱坝; L/H>3.5~4.0时,则认为修建拱坝不经济,但也不是绝对 的,目前有的工程在L/H=7~1l时,也有修拱坝的
图6-1 不同地形建坝示意图 (a)河谷一岸较平缓 (b)河谷有部分深槽
当天然地形不够理想时,也可进行人工处理,如河谷一岸比较 平缓时,可作重力坝段或重力墩形成支座,如果河谷部分为一深 槽也可用浆砌石做垫座,上部做成拱坝(图6-1)。
二、拱坝对地形的要求
拱坝受的荷载大部分靠拱的作用传给两岸,还有一部分由垂直 方向的悬臂梁作用传给河底。因此一般要求建在狭窄河谷 (形状最好是对称三角形)。如果河谷过宽时,拱的作用就
第五章 拱坝

拱坝采用最多的消能形式。鼻坎挑流式、滑雪 道式和坝身泄水孔式大都采用各种不同形式的 鼻坎,使水流扩散、冲撞或改变方向,在空中 消减部分能量后再跌入水中,以减轻对下游河 床的冲刷。 为减小水流向心集中,国内外一些拱坝将布置 在两侧或一侧的溢洪道的挑流鼻坎做成窄缝式 或扭曲挑坎,使挑射出的水舌能沿河谷纵向拉 开,既减少落点处单位面积能量又不冲两岸。
三、拱坝的形式
1、按拱坝的曲率分 有单曲和双曲之分。单曲拱坝在水平断面上有 曲率,而悬臂梁断面上不弯曲或曲率很小。单 曲拱坝适用于近似矩形的河谷或岸坡较陡的U 形河谷。双曲拱坝在水平断面和悬臂梁断面都 有曲率,拱冠梁断面向下游弯曲。双曲拱坝适 用于V形河谷。
二、拱坝的形式
二、拱坝的形式
按水平拱圈形式分
2拱坝比较经济
拱坝在外荷载作用下的稳定性主要是依靠两岸 拱端的反力作用,并不完全依靠坝体重量来维 持稳定。 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的抗压强 度,从而坝体厚度就越薄。一般情况下,体积 比同高度的重力坝体积可以节省1/3~2/3, 因而,拱坝是一种比较经济的坝型。
L/H值的影响
L/H值小,说明河谷窄深,拱坝水平拱圈跨度 相对较短,悬臂梁高度相对较大,即拱的刚度大, 梁的刚度小,坝体所承受的荷载大部分是通过拱的 作用传给两岸,因而坝体可设计得较薄。反之,当 L/H值很大时,河谷宽浅,拱作用较小,荷载大部 分通过梁的作用传给地基,坝断面必须设计得较厚。 一般情况下,在L/H<2的窄深河谷中可修建薄拱 坝;在L/H=2~3的中等宽度河谷中可修建中厚拱 坝;在L/H=3~4.5的宽河谷中多修建重力拱坝; 在L/H>4.5的宽浅河谷中,一般只宜修建重力坝 或拱形重力坝。
拱坝_精品文档

拱坝拱坝是一种重要的水利工程结构,被广泛应用于水电站、灌溉系统和洪水调节工程中。
它是一种通过水压将水负荷转移到坝基上的结构,以达到承载荷载和稳定土体的目的。
在本文中,将就拱坝的定义、历史演进、结构形式、设计原理和施工过程等方面进行阐述,以帮助读者更好地理解和应用拱坝。
一、定义和历史演进拱坝是一种曲线表面的堤坝结构,它的顶部向外散开,底部向内收拢。
通过这种特殊的形状,拱坝能够将荷载分散至坝体两侧,使坝体得以稳定。
拱坝的起源可以追溯到古希腊和古罗马时期,当时人们已经意识到拱形结构的优势和稳定性。
然而,真正成为现代水利工程主流的拱坝设计,是在十九世纪末和二十世纪初开始的。
二、结构形式拱坝的结构形式可以分为重力拱坝和拱坝墙两种。
重力拱坝是指通过自重和水重来抵抗坝底水压的作用,常用于小型水利工程。
拱坝墙是指通过坝体本身的强度和稳定性来抵抗水压的作用,常用于大型水电站项目。
除了这两种基本形式外,还有变截面拱坝、双曲线拱坝等更为复杂的结构形式。
三、设计原理拱坝的设计原理主要依据两个基本原理:一是受力均衡原理,即坝体内力的平衡状态必须满足力学平衡条件;二是坝体抗力必须大于压力,以保证坝体的稳定性。
在设计中,需要考虑水压、地震、温度变化和流体荷载等因素,以确保拱坝在各种工况下都能够安全稳定地运行。
四、施工过程拱坝的施工过程可以分为坝基准备、基础处理、坝体浇筑和拱坝墙施工等几个阶段。
首先,在选择坝址前,需要进行详细的地质勘察和水文测量,以确定地质条件和水文特征。
接下来,根据实际情况,采取适当的基础处理措施,如加固地基或注浆。
然后,进行拱坝的具体施工,包括混凝土浇筑、钢筋绑扎和拱坝墙的施工等。
最后,进行坝体的养护和保养工作,以延长拱坝的使用寿命。
五、应用与展望拱坝作为一种高效、稳定的水利工程结构,已广泛应用于世界各地。
它不仅可以用于水电站和灌溉系统的建设,还可以用于洪水调节和生态修复等领域。
未来,随着科学技术的发展和水资源的不断开发利用,拱坝的应用前景将更加广阔。
第三章拱坝概述

一、拱坝的特点
2.空间整体作用特点。
实例:意大利瓦依昂 (Vajont)双曲拱坝, 1961年建成。 坝顶长190.5m, 顶宽3.4m, 底宽22.7m,最大坝高 265.5m,是当时世界上 最高的混凝土薄拱坝。
12
一、拱坝的特点
2.空间整体作用特点。
实例:意大利瓦依昂双曲拱
坝,1961年建成。 1960年2月水库开始试验性蓄 水。原本相对稳定的岩层在巨 大的水压下开始渗水,水和岩 层深处的粘土发生作用,坡体 开始变得不稳定。上帝已经警 告过人类了,1960年的蓄水试 验中已经发生过两次崩岸,箭 头所指处即为崩岸滑坡点。
一、拱坝坝身泄水方式
一、拱坝坝身泄水方式
(三)滑雪道式
一、拱坝坝身泄水方式
(三)滑雪道式 适用于下泄流量较大, 要求下泄水流落点远离 坝址,或利用厂房顶溢 流的拱坝。 我国已建的猫跳河修 文水电站拱坝、泉水双 曲薄拱坝都采用了这种 形式。
一、拱坝坝身泄水方式
(四)坝身泄水孔式 按其在坝身高度上的相对 位置分中孔、底孔两种。 在水面以下一定深度处, 拱坝坝身可开设孔口用来辅 助泄洪、防空水库、排沙或 施工期导流。
一、拱坝坝身泄水方式
构皮滩水电站
采用6个表孔和7个中孔泄 洪,坝下设置水垫塘消能布 置方案。 泄洪表孔堰顶高程617m, 孔口尺寸12mX15m,装设 弧形闸门。泄洪中孔孔口尺 寸为6mX7m。 在大坝490m高程设置2孔 放空底孔,孔口尺寸采用 4mX6m。
一、拱坝坝身泄水方式
二、拱坝的消能和防冲
20
二、拱坝对地形地质条件的要求
(一)对地形的要求 2、河谷断面形状
只适用于一定形状河谷地段,如深窄的U、V和梯形河谷。 V形河谷:拱承担荷载较大,坝可以修较薄、经济; U形河谷:梁承担荷载较大,坝较厚; 梯形河谷:介于二者之间。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
浅谈拱坝的基本特征以及发展
1.拱坝建设的现状:
在水利水电工程中,挡水建筑物的种类和型式多种多样,而拱坝是一种既经济又安全的坝型。
因此,拱坝在国内外有很大的发展,60年代以前,国外就已修建了很多拱坝。
我国大量修建拱坝是在60年代以后,且主要为中小型砌石拱坝。
目前,国内外已建成坝高在15m以上的拱坝总数约3000座,其中我国约有250座。
.坝高在100以上的拱场国外大约有250座,我国约10座,高度超过200m的拱坝国外有17座,我国目前超过200m的拱坝仅为修建中的二滩水电站双曲拱坝,坝高240m。
拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物,借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。
和重力坝相比,在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持,主要是利用拱端基岩的反作用力来支承。
拱圈截面上主要承受轴向力,应力分布较均匀,可充分利用筑坝材料的强度。
因此,是一种经济性和安全性都很好的坝型
2.拱坝的特点
拱坝的工作特点可以看成是由若干水平拱圈和竖直悬臂梁组成的空间网格结构,外部水压力由拱、梁共同承担,大部分荷载通过拱圈传向两岸坝肩,小部分通过悬臂梁传到基础
拱坝主要拱与梁的共同作用而稳定下来,稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用,因而对拱端地基的要求很高;有利于发挥砼的抗压强度,拱梁所承受的荷载可相互调整, 因此可以承受超载;而拱坝嵌固在基岩上,属于无数次超静定结构。
因此具有较大的超载能力。
拱坝坝身可以泄水。
由于建筑物本身与山体的稳定性连接稳定,因此具有较好的抗震性能。
由于坝体的几何形状复杂,施工时难度较大。
3.拱坝对地形、地质条件都具有较高的要求
3.1拱坝对地形的要求:
(1)要求河谷狭窄,河谷的断面剖视图由两个参数衡量即宽高比和厚高比。
宽高比是坝顶处河谷宽度B与坝高h的比值,厚高比是坝底厚度δ与坝高h的比值。
河谷的宽高比越小,意味着河谷越狭窄;拱坝的厚高比越小,意味着拱坝可以建得越薄。
(2)河谷左右两岸大致对称,这种对称的河谷能够增强拱坝的稳定性
(3)河谷平面形状向下游收缩,这种河谷能够增加拱坝坝基的承受力,使坝体固定下来,不致发生滑动平移。
3.2拱坝对地质的要求:
拱坝要求基岩特别是坝肩岩体完整坚硬,没有大的断裂构造和软弱夹层,同时要求基岩耐风化、渗透性小。
然而理想地质条件的坝址是极少的,因此对于存在地质缺陷的坝址,应当在查明地质情况的基础上,论证工程处理措施的可行性,如需进行固结灌浆以增加地基的整体性和牢固程度。
4拱坝的分类
按坝的高度分类可分为高坝(坝高>70m;),中坝(坝高30~70m),低坝(坝高<30~70m)。
按坝的厚高比分类,按拱坝在最大坝高处坝底厚度T和坝高H的比值T/H分为薄拱坝(T/H<0.2) ,中厚拱坝(T/H=0.2~0.35) ,厚拱坝(或称重力拱坝)(T/H>0.35) ;
按拱坝体型分为单曲拱坝与双曲拱坝;
按拱圈轴线形式分类(按水平拱圈的形式分类)合理的拱圈型式:压力线接近拱轴线,使拱截面的压应力分布趋于均匀。
主要可分为圆拱坝、多心拱坝、变曲率拱坝;
按水平拱的厚度变化分类:
(1)等厚度拱坝:水平截面为厚度不变的水平拱。
等厚拱圈也可在拱端附近局部加厚,以减小拱座处岩基单位面积上所受的推力。
(2)变厚度拱坝:水平截面为变厚度的水平拱,一般从拱冠至拱座逐渐加厚,以改善拱圈的内应力条件。
变厚拱坝的应力条件较好,但设计和施工较为复杂,一般用于高、中拱坝。
其它形式的拱坝如重力拱坝,周边缝拱坝,空腹拱坝等等这里就不作赘述。