浅谈拱坝重力墩上的拱推力
河海大水利水电工程概论讲义04拱坝

第四章拱坝第一节概述一、拱坝概念拱:在竖向荷载作用下能产生水平推力的结构叫拱式结构拱坝:是一个三边嵌固在基岩上的变曲率、变厚度的多次超静定空间壳体结构二、拱坝的工作原理●拱坝是拱向上游三向固定的空间壳体挡水建筑物,它将水压力、泥沙压力的大部分通过拱的作用传到两岸岩体,而将另外的通过悬臂梁的作用传给底部基岩。
它不象重力坝那样依靠自重来维持稳定,而是由两岸岩体的支撑和砼的抗压强度来维持拱坝的稳定和安全。
●P=Pa+Pc三、工作特点1.稳定性特点2.应力特点3.拱梁作用的自行调整①拱梁系统的调整②拱圈自身调整为二次拱4.抗震性能好5.温度荷载是主要载之一6.地基变形对坝体应力影响大(2)由于拱是一推力结构,当拱坝以拱的作用为主时,坝体应力以受压为主,因此可以发挥混凝土、砖石等材料的抗压强度高的特点。
(3)拱坝是一整体的空间壳体结构,局部破坏只会导致荷载的转移和应力的重分布,而不会造成严重的失事。
因此说拱坝的安全度较高,同时基于这一原因,拱坝允许出现拉应力。
(4)厚度薄、重量轻、柔度大,抗震性好。
四、拱坝对地形地质的要求1.对地形的要求①河谷狭窄②岸坡平顺无突变③坝两端下游有足够大的岩体支撑拱坝的分类1、按高度分:高(H≥70m)、中、低(H<30m)●2、按厚高比分:TB/H<0.2 薄拱坝;0.2—0.35中厚拱坝;>0.35厚拱坝或重力拱坝●3、按结构分:周边固定拱坝、周边缝拱坝、有重力墩的拱坝、空腹拱坝、铰拱坝、预应力拱坝、拱上拱拱坝、上重下拱拱坝4、按坝体曲率分:单曲拱坝;双曲拱坝5、按水平拱的形式分:圆弧拱坝,二心圆拱坝;三心圆拱坝;抛物线拱坝;椭圆拱坝;对数螺旋线拱坝;双曲线拱坝。
6、按水平拱的厚度变化分:等厚拱坝;变厚拱坝五、拱坝的发展阶段1、拱坝发展阶段1.1、拱坝建设的萌芽阶段(1854年以前)1.2、拱坝建设的起步阶段(1854-1917年)1.3、拱坝建设的成熟阶段(1917-1960年)1.4、拱坝建设的熟练阶段(1960年-至今)世界拱坝之最:已建最高拱坝:前苏联英古力拱坝H=272m,n=2.8 T/H=0.15在建最高拱坝:中国小湾拱坝H=292m,n=2.83,T/H=0.238在设计的最高拱坝:中国锦屏拱坝H=305m ,n=1.6,T/H=0.19二滩水电站是一座以发电为主的大型水力发电枢纽,它的坝型为混凝土双曲拱坝,最大坝高240米,是中国已建成的最高坝,它的高度在世界同类型坝中居第四位。
拱坝的工作原理

拱坝的工作原理
拱坝是一种常见的水利工程建筑,它是利用拱形结构来承受水压力,从而将水坝两侧的水压力传递到坝基,保证坝体的稳定。
拱坝的工作原理是基于物理学原理和结构力学原理的,下面我们来详细介绍一下拱坝的工作原理。
首先,拱坝的主要作用是抵抗水压力,保证坝体的稳定。
当水流通过拱坝时,水流会对坝体施加压力,而拱形结构能够将这种压力转移到坝基,从而使坝体受力均匀,不会发生破坏。
同时,拱坝的拱形结构还能够减小坝体的变形,提高了坝体的稳定性。
其次,拱坝的工作原理还涉及到水流的压力传递和分布。
水流通过拱坝时,会受到拱形结构的阻挡,从而产生水压力。
这种水压力会沿着拱坝的曲线方向传递,并最终转移到坝基上,使得整个坝体受力均匀,不会出现局部受力过大的情况。
这种压力传递和分布的原理保证了拱坝在水流冲击下的稳定性。
另外,拱坝的工作原理还涉及到坝体的变形和变形控制。
由于水流的冲击和坝体自身重力的作用,坝体会发生一定的变形。
而拱形结构能够减小坝体的变形,使得坝体在水流冲击下能够保持稳定。
此外,工程设计中还会采取一些措施,如设置伸缩缝、加固支护等,来控制和减小坝体的变形,从而保证拱坝的安全稳定运行。
综上所述,拱坝的工作原理是基于拱形结构的力学原理和水流的压力传递原理的。
通过拱形结构的作用,拱坝能够抵抗水压力,保证坝体的稳定;同时,它还能够控制坝体的变形,保证坝体在水流冲击下的安全稳定运行。
这些原理保证了拱坝在水利工程中的重要作用,也为其在实际工程中的应用提供了理论依据。
图文详解,何为拱坝?

图文详解,何为拱坝?水电站大坝有多种,根据抵抗水头压力的机制不同,可分为重力坝、拱坝与支墩坝。
本期介绍拱坝。
拱坝(Arch Dam)拱坝多建在峡谷地带,利用两岸坚固的岩石来承担拱坝传来的压力。
拱坝的坝面向上游方向凸起,可把上游坝面的水压力、风浪压力等通过拱的作用传给两岸岩体与坝底岩基,利用筑坝材料强度来承担上游水压。
与重力坝(gravity dam)相比,拱坝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来支承。
拱圈截面上主要承受轴向反力,可充分利用筑坝材料的强度。
因此,拱坝是一种经济性和安全性都很好的坝型。
图1是拱坝的三方向视图。
左图是拱坝的侧视图,拱坝的垂直剖面也是弧形,凸起面朝向上游,坝体比起重力坝薄多了。
中间图是从下游方看拱坝,拱坝建在山谷中,两边顶住山体岩石,与拱坝接触的两边岩石称为坝肩( dam abutment),也称拱坝的整个岩石基础为拱座。
右边图是从上方看拱坝,拱坝凸起面朝向上游,上游水压作用到坝面(蓝色箭头线),拱坝两边对坝肩的作用(红色箭头线)。
如果拱坝是桶形,上游面与地面垂直,见图2左图,只有水平剖面呈弧形,称为单曲拱坝( single-curvature arch dam);拱坝垂直剖面也是弧形的称为双曲拱坝(double-curvature arch dam),坝体较薄的称为双曲薄拱坝(double-curvature thin arch dam),见图2中图,在地质坚硬,峡谷较窄的地段可建双曲薄拱坝;坝体较厚的称为双曲厚拱坝,见图2右图。
单曲拱坝与双曲厚拱坝兼有重力坝的特征,也有称之为重力拱坝( gravity arch dam)。
拱坝的发电厂房建在坝后的,采用管道引水,见图3左图;拱坝的发电厂房建在山体内的,则从上游边坡开挖隧道引水到地下厂房,再由尾水隧道排水到下游,采取哪种方式依地质地势而定。
拱坝的泄水方式同样采用坝顶溢流与坝下深孔泄洪,见图3右图。
拱坝推力墩稳定性

图 1 推 力 墩 受 力 图
Fig.1 Pressed chart of thrust block
图中,G 为 重 力;U1、U2 分 别 为 侧 面、底 面 扬 压
力;N1、N2 分 别 为 侧 面、底 面 法 向 有 效 作 用 力; T1、T2 分别为侧面、底 面 摩 擦 力;Fx 为 坝 体 向 岸
效作用力是指扣除扬压力后的法向作用力。由于
坝体结构柔性远 大 于 推 力 墩,可 假 设 拱 端 推 力 在
濒临滑动时无明显变化。因此,式(4)中 Fx 和Fy 可采用有限元计 算 值,从 而 求 出 推 力 墩 侧 面 法 向
有效作用力为:
N1 = (Fysinα+Fxcosα)/cosβ-U1 (5) 将 式 (5)代 入 式 (3)可 求 出 推 力 墩 底 面 法 向 有
A1 为推力墩的底面面积。 (3)力的平衡条件。沿z 向平衡有:
(N1 +U1)sinβ+N2 +U2 -G -Fz =0 (3) 沿x′ 向(平面 内 与 滑 动 方 向 正 交 的 方 向 )平
衡有:
(N1 +U1)cosβ-Fysinα-Fxcosα =0 (4) (4)滑裂 面 法 向 有 效 作 用 力。 滑 裂 面 法 向 有
为0,则推力墩侧裂面、底部滑 裂 面 扬 压 力 的 计 算
公式分别为:
U1 =0.01[(WL -655)/2]Aabcd +
∫[ ] H 0
(l2 -l1 )hh-x+l1 Pdx
(1)
U2 =0.01[(WL -650)/2]A1
(2)
式中,WL 为库水位;Aabcd为图2中abcd 区域的表
1 抗滑稳定分析方法
推力墩的滑动包括沿侧面与底面交线向下游 的滑动和脱离底面后沿侧面向上滑动即上滑稳定 两种可能形式。本文采用刚体极限平衡法分析推 力墩的抗滑稳定 性,具 体 思 路 为 先 将 岩 体 视 为 刚 体 来 考 虑 ,分 析 作 用 在 其 上 的 抗 滑 力 和 滑 动 力 ,然 后取二者的比值 作 为 抗 滑 稳 定 安 全 系 数,将 该 值 与《混凝土拱坝设计规范》[1]中的相关规定相 比 来 判定结构稳定性是否满足要求。
生活中的拱坝原理应用

生活中的拱坝原理应用1. 引言拱坝是一种常见的工程结构,它在生活中有广泛的应用。
本文将介绍拱坝的基本原理,以及在生活中的应用场景。
2. 拱坝的原理拱坝是一种承受力通过压力传递的结构,其主要原理基于以下几个方面:• 2.1 弧线形状:拱坝的形状通常是一条连续的弧线,这使得力在结构中的传递更加均匀和稳定。
• 2.2 压力分布:拱坝受到的水压会通过弧形结构均匀分布到构架上,从而减小了个别部分的受力,增强了整体结构的稳定性。
• 2.3 受力转移:拱坝的受力会通过弧形结构转移到坝基,然后再转移到地基上,最终通过地基向周围的土地传递。
3. 生活中的拱坝应用3.1 桥梁拱坝的原理在桥梁工程中得到广泛应用。
一些著名的拱桥如英国的伦敦塔桥、法国的亚眠大桥等,都通过拱形结构来承受桥梁的重量和外力。
拱桥的拱形结构不仅美观,而且能够通过拱的力传递特性来支撑桥面和分散荷载,从而使桥梁更加稳定。
3.2 地下仓库在建设地下仓库时,拱坝原理也能够得到应用。
由于地下仓库需要承受地上建筑物的重量,因此采用拱形结构可以更有效地分散重力,并将压力传递到地基上。
这种结构设计不仅可以提高地下仓库的稳定性,还能够减少地下仓库的建设成本。
3.3 水坝拱坝也广泛应用于水坝的建设。
当水坝需要承受大量水压时,采用拱形结构可以将水压均匀地传递到坝基和地基上,从而增强水坝的稳定性。
世界上很多著名的水坝,如中国的三峡大坝、美国的胡佛大坝等,都采用了拱坝的设计。
3.4 屋顶结构在建设大型建筑物的屋顶结构时,拱坝原理也得到了应用。
通过使用拱形结构,可以将屋顶的重力和外力传递到建筑物的柱子和地基上。
这样的设计不仅可以减少柱子的数量,增加空间的使用效率,而且能够提高建筑物的稳定性。
4. 结论拱坝是一种常见的工程结构,其原理在生活中的应用非常广泛。
无论是桥梁、地下仓库、水坝还是屋顶结构,拱坝的设计都能够提高结构的稳定性和承载能力。
因此,在未来的工程设计中,我们可以继续利用拱坝原理,创造更加稳固和高效的结构。
浅谈拱坝重力墩上的拱推力

浅谈拱坝重力墩上的拱推力
耿爽;李伟;陈云霞
【期刊名称】《广东水利水电》
【年(卷),期】2010(000)010
【摘要】以浆砌石拱坝为例,采用有限单元法,应用ANSYS通用计算软件,建立拱坝-地基-重力墩的三维有限元模型,通过改变重力墩高度,建立7种不同重力墩高度的计算工况.通过计算、分析,得到重力墩上承受的拱端推力的变化规律以及不同尺寸的重力墩对拱坝安全稳定的影响规律.
【总页数】5页(P76-79,96)
【作者】耿爽;李伟;陈云霞
【作者单位】广东水电二局股份有限公司,广东,广州,511340;中水顾问昆明勘测设计研究院勘察分院,云南,昆明,650051;广东水电二局股份有限公司,广东,广
州,511340
【正文语种】中文
【中图分类】TV642.3+3
【相关文献】
1.重力墩在低拱坝中的应用研究 [J], 娄本洪;张瑞宝;王滢;李长东
2.群英砌石重力拱坝—世界上最高的砌石重力拱坝 [J],
3.四寨水库高重力墩-拱坝整体非线性分析和安全评价 [J], 杨海英;周元德;金峰;王进廷
4.拱坝拱端推力力学分析 [J], 陈利民;张建海;张恩宝
5.隔河岩重力拱坝不同封拱方案的比较 [J], 林绍忠
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
拱坝的工作原理

拱坝的工作原理拱坝是一种常见的水利工程,用于拦截水流并形成蓄水区域。
它的工作原理是通过拱形结构的力学特性来支撑和分散水压力,从而实现坝体的稳定和安全。
拱坝的设计考虑到了水的压力。
当水流经过拱坝时,水的重力会形成一个向下的力,同时水的压力也会向各个方向施加。
拱坝的拱形结构可以将这个压力分散到坝体的各个部分,使得坝体能够承受更大的水压力。
拱坝的拱形结构还可以将重力向坝体的两侧传递,增加了坝体的稳定性。
拱坝还考虑了坝体的材料强度。
拱坝通常由混凝土或石材等材料构成,这些材料具有很高的抗压强度。
拱坝的设计中会考虑到坝体的形状、厚度和材料的强度,以确保坝体能够承受来自水压力的力,并保持稳定。
拱坝的工作原理还涉及到坝体的地基。
地基是拱坝的基础,它承受着坝体的重量和来自水压力的力。
为了确保拱坝的稳定,工程师会进行地质勘探和地基处理,以确保地基的稳定性和承载能力。
在一些情况下,还会通过注浆、加固等方式来加强地基的承载能力。
拱坝还会考虑到坝体的渗漏问题。
由于水的存在,坝体可能会发生渗漏现象。
为了防止渗漏对坝体安全造成影响,拱坝的设计中通常会包括渗漏控制措施,如设置渗漏带、渗漏孔等。
这些措施可以有效地控制坝体的渗漏,保证坝体的稳定性和安全性。
在实际施工中,拱坝的建造需要经过多个步骤。
首先是地基开挖和处理,然后是坝体材料的运输和浇筑,最后是拱坝的整体检查和测试。
这些步骤需要严格按照设计要求进行,以确保拱坝的质量和安全。
拱坝的工作原理是通过拱形结构的力学特性来支撑和分散水压力,从而实现坝体的稳定和安全。
拱坝的设计考虑到了水的压力、坝体的材料强度、地基的稳定性和渗漏控制等因素。
在施工中,需要严格按照设计要求进行,以确保拱坝的质量和安全。
拱坝在水利工程中起着重要的作用,为人们提供了可靠的水源和防洪保护。
拱坝拱端推力力学分析

(c ol f y r l n n e n ,S h a nvr t, hn d 10 5 C ia Sho o da i E  ̄ er g i unU i sy C egu60 6 , hn ) H uc i c ei
n a h ih . a d te d m eg t h
Ke r s ae od;ac a ;d eg t hrs t p n e f c a ;aume t tbl y wo d :w trla rh d m m a h ih ;t u t r g r a h d a si oa r n m b t n a it s i y
文献标识码 :A 文章编号 :06—35 (0 6o 一O2 10 9 12o )5 O4—0 3
关键词 : 水荷载 ; 拱坝 ; 坝高 ; 拱端推力 ; 坝肩稳定
中图分类号 : v 3 . T 7 16
M e h n c lAn lsso r s tS rn e fa c m c a ia a y i fTh u ta p i g r o n Ar h Da
大, 一般不超过 0 3 .。根据 已建工程经验 , 一般建议
卢、 的适 用范 围是 : . 卢 =03~04 =0 2~ .。 ., . 0 6
心 声 度z 鲁 ( 为 角2) 及跨 = L 最大弧 对拱 长) 端推
力的贡献 。同时通过对大量的工程实验数据进行 ] 拟合处理 , 得到拱端推力角与拱坝体型之间的关系,
公 式 , 应用 国 内一些 工 程算例 做 验证 , 满足推 导 并 在
公式可靠性前提下 , 初步得到 了一些坝肩稳定分析
- 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)。
过 改变重力墩 高度 , 建立 7种不 同重力墩 高度的计算工况。通过 计算 、 分析 , 到重力墩上 承受的拱 端推 力的 变化规律 以 得
及 不 同 尺寸 的重 力墩 对 拱 坝 安全 稳 定 的影 响 规 律 。
关键 词 : 浆砌 石 拱 坝 ; N Y ; 力 墩 ; 限 元 A S S重 有
模 拟拱 坝坝 型为浆砌 条石定 圆心 、 定半径 非溢流 重
为 10 约 2倍 坝高 ; 、 2 m, 左 右坝 肩 各 为 1 0 约 2倍 坝 2 m,
收 稿 日期 :00— 7~ 9 21 0 2;
修 回 1期 :0 0— 8— 1 5 2 1 0 3 t
作 者 简 介 : 爽 ( 94一) 男 , 理 T 程 师 , 要 从 事研 究 水 利 工 程 施 _ 耿 18 , 助 主 TT作 。
中 图 分 类号 :V 4 . 3 T 62 3 文献 标 识 码 : B 文章 编 号 :0 8— l2 2 1 )0— 0 6 0 10 0 1 {00 1 0 7 — 4
1 概 况
力 式拱 坝 , 最大 坝 底宽 为 2 m, 4 坝顶 宽 为 3 最 大坝 高 m,
拱端支撑在厚实 、 稳定 的岩石上 面 , 岸可 以利 用 的 两 基岩等高线最好是 向上游开 口的喇叭形状 , 尽量避免 向下
当设置 重力墩 以后 , 拱坝 产 生 了“ 拱 ” 作用 , 斜 斜
拱 的工 作示 意网见 图 2 。
游 , 正 向为铅直 向上 , z轴 坐标 的原点 在模 型中 的 A点 。 为 了表 述清 晰 , 仅列 出重 力 墩 高 度 为 3 m 时 的 网格 划 0 分模 型 , 型共 划分 5 98 1 单元 , 模 4 5 个 具体见 图 1 。
2 2 有 限元建模 范 围 .
建 模 的范围对求 解 的精度有 一定 的影 响 , 鉴 以往 借 大量拱 坝有 限元分 析建模 经验 , 拟定模 型的平面建 模范
围情况 如下 : 上 游模拟 范 围为 10 约 2倍坝 高 ; 2 m, 下游模 拟 范 围
梯形 台体 , 尺寸 随着高度 的增加 而变 大。
2 .中水顾 问 昆明勘 测设计研 究院勘 察分 院 , 云南 昆明 6 0 5 ) 5 0 1
摘 要 : 浆砌 石拱 坝 为例 , 用 有 限单 元 法 , 用 A S S通 用计 算 软 件 , 立 拱 坝一 地 基一 重 力 墩 的 三 维 有 限 元 模 型 , 以 采 应 NY 建 通
・
76 ・
21 00年 1 0月
第1 0期
耿 爽 , : 谈拱 坝重 力墩 上 的拱 推 力 等 浅
N .0 0 t 00 o 1 c. 1 2
高 ; 础 以下 为 6 m, 1 坝高 。 基 0 约 倍
2 3 三维有 限元模 型的建 立 .
稳定 的影 响 , 并不 是要 计 算 具体 的工 程 , 以采 用 简 化 所 计算 , 只考虑 了静水 压 力 以及 拱 坝 、 力墩 的 自重 荷 即 重 载, 其他 荷 载不予 考虑 。只要 每种模 型都 在相 同的荷 载 条件下 进行 计算 , 对本 文研究 的结 论没有 影响 。
远不及 山体 。在 同样荷 载作用下 , 圈的变位显 然也有 拱
差别 , 以 , 时仍 按 伏格 特 假 定 , 用 变 形 协调 所 此 采 来决 定拱 系 、 系的荷载 分配显 然是有一 定 的影 响 。因 梁 此 , 过有 限元 的方法 , 通 研究 不 同重力墩 对拱 、 梁荷载 分 配 的影 响 , 以及其 的变化 规律是 有必要 的 。
特征均匀 , 岩层 内部不存在不 良的节理 、 断层或者 裂隙。 但 是在很 多情况 下建 坝 的地 形并不 是完全对 称 的 , 对于 河谷上部 变 宽的情 况 , 以设 置 一 两个 重 力墩 , 可 作
为补充 的岩石 岸边 。对 于不 良地 质条件 的处理 , 工程 中
常采用 设置传 力墩 或者重 力墩 。 实际工 程 中 , 在地 形不 利 时 , 用重 力 墩弥 补 低 于 常 坝顶 高程 的山 体 , 拱 坝 形状 大 体 对称 。可 以 肯 定 的 使 是, 重力墩 的体积远 小 于 山体 , 以对拱 圈 的嵌 固作用 所
游开 口的倒喇叭形 。两岸与河谷底 的基岩完整稳定 、 弹性
为 6 m, 顶高 程为 10 坝底高 程 即河 床最低 高程 为 0 坝 2 m, 6 m。计 算 时选 取 的水位高 度 同坝顶 齐 平 , 0 即坝 前水 深
为 6m。拱 坝坝体 形状参 数如 表 l 0 所示 。
表 1 拱坝 坝 体 形 状 参 数
第1 0期
21 00年 l 0月
广 东水 利 水 电
GUANGD0NG ATER W RES 0URCES AND HYDR0P0W ER
No. 0 1
0c . 01 t2 0
浅 谈拱 坝 重 力墩 上 的拱推 力
耿 爽 李 伟 陈 云 霞 , ,
(.广 东水 电二局 股份 有限公 司 , 东 广州 5 14 ; 1 广 130
3 拱坝 重 力墩上 承受 的拱推 力分 析
三 维有 限元模 型采 用 二次 六 面体 单 元 S LD 5作 O I9
为结构 计算单 元 , 用 四面体 自由网格 划分 , A S S 采 用 NY
直接求 解法进 行计算 。建模 采用 笛卡 尔坐标 系 , 型 中 模
x轴 指 向上
2 三维有 限元模型 的建 立
2 1 模 拟范 围及 内容 .
1 )模 型几何 数据
类 比其 他具体 工程 , 采用 了假设 的地 形 、 质 、 地 坝体
几何 结构 , 立 了无 重 力 墩 、 力 墩 高 度 为 5 11 建 重 m、0n、 1 m、0 2 m、0 5 2 m、5 3 m 7种不 同情 况 的模 型工况 。 重力墩 尺寸 的拟定参 考 了实 际工 程 , 模拟 重力墩 为