河海大学水工建筑物拱坝PPT
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《水工建筑物介绍》PPT课件
来承受外力，这些力不能准确得知；
以满足我们对公众安全职责的要求。
——改编自一位不知名作者 ]
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1.4.2 解决水工问题的方法
常用的解决水工问题的方法： （1）理论分析 （2）数值分析（有限元数值方法等） （3）实验研究 （4）原型观测与监测 （5）工程经验
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பைடு நூலகம்20
1.3.3 我国水利水电建设应走可持续发展之路 （我国水利水电建设的原则）
自行阅读、仅供参考和思考。
1.全面规划，统筹兼顾，标本兼治，综合治理 2.节流优先，治污为本，开源节流并重，开发保护并举，建设
节水型社会 3.建设水资源“南水北调”和“西电东送”工程 4.加强生态环境建设，合理安排生态环境用水 5.加强水资源统一管理，形成水资源合理配置的格局
9.处理软弱夹层和加固大坝、边坡，广泛采用了预应力锚索加 固技术。
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19
10.大坝抗震分析与设计。采用计算机和有限元法，已经从拟 静力法分析进入动力分析阶段，并能考虑结构、地基、库水 之间的相互作用。模型试验和原型观测也有相应的发展。
11.计算机在水利水电工程建设中得到广泛应用。
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（6）专门建筑物。水电站压力前池、调压室、电站厂房；灌
渠沉沙池、冲沙闸；过坝用船闸、
升船机、鱼整理道ppt、过木道等。
9
本课程将学习重力坝、拱坝、土石坝、水闸、岸边溢洪 道、水工隧洞、过坝建筑物、渠首及渠系建筑物、河道整治 建筑物等10种左右的建筑物。（这些是主要和常见的水工建 筑物。）
本课程学习这些建筑物的特点和设计方法。
5.建设了若干大规模调水工程。跨流域的南水北调工程已开工。
6.制定和完善了水利水电建设的法律、法规、规程、规范和建 设计划。
水工建筑物课件：第四章 拱坝(1)
以下措施：
（1）当气温接近年最高温度时，停止砌筑；
在气温超过年平均气温时，可分段浇筑，到气温接近
或略低于年平均气温时封拱，分段长20m左右；在气 温低于年平均气温时，施工不分缝。 （2）坝体全年施工，砌筑时坝体分缝，在气 温等于或略低于年平均气温时封拱。
图4–70 浆砌石拱坝拱冠梁剖面（单位：m） （a）福建省南溪拱坝,坝高67.3m；（b）广西省板峡拱坝，坝高60.3m 1–φ15cm排水管，间距5m；2–M10号水泥砂浆砌粗料石；3–C10细骨料砼砌粗料 石；4–M15号水泥砂浆深勾缝6cm；5–C15号砼垫层，厚50cm； 6–M10号水泥砂浆砌粗料石并勾缝；7–C20号砼防渗层； 8–C15号细骨料砼砌块石； 9–C20号砼；10–C15号砼护面；11–C15号埋石砼；12–砂卵石
待蓄水后根据坝基的渗漏情况决定是否再行延伸。
■灌浆压力：由灌浆试验确定，在保证不破
坏岩体的条件下取较大值，在顶部段≮1.5h、底部
≮（2～3）h(坝前静水头)。
4.坝基排水 主排水孔:1道，间距3m左右，孔径≮15cm； 辅助排水孔: 1～2道，间距3~6m，孔径≮15cm。 排水孔与防渗帷幕下游侧的距离：≮帷幕孔中心距的
3.对于应力控制指标
《浆砌石坝设计规范》（SL25–91）规定：
抗压K：基本K=3.5；特殊K=3.0.
【б拉】取决于石料和胶结材料的标号，其值接
近砌石体的极限抗拉强度，如：胶结材料强度等级为
10MPa的粗料石、块石砌体，拱冠梁底的容许拉应力
为1.2MPa。
二、浆砌石拱坝的构造特点
1.坝体
对砌体强度的要求较高。砂浆标号为M7.5~M15，绝大 多数用M10，整个坝体都用同一标号。水泥用量为每m3砌体 100~150kg。图4–70是我国两座浆砌石拱坝的剖面图。 2.溢流面
支墩坝(河海大学水工建筑物课件)
• 计算工况：选择最有可能失稳的柱条作为分析对象。
对于开敞式支墩，邻近下游边最长的柱条最为危险； 封闭式支墩，取离下游头部稍远的—根较长的柱条来验 算（此处相邻支墩互不相靠）。
• 计算方法：柱条轴心受压的作纵向弯曲稳定问题。
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➢欧拉统一公式 临界荷载
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一般要求K≧2~3
➢能量法
变厚支墩兼计 顶部集中力及 自重分布力时， 要用能量法才 能得到临界荷 载。
平头型、圆弧型和钻石型。 （2）支墩 有开敞式单支墩、封闭式单支墩、 开敞式双支墩、封闭式双支墩等四种。
应力状态不好
立
介于
模
两者
不
之间
便
（3）基本尺寸
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包括大头跨度、支墩平均厚度和上下游坡度。 • 跨度大小对坝体总方量影响不大。跨度大， 支墩的数目控问题。
总弯矩M＝MR+MF 剪力Q=R
轴力N=F
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因此，AD上会产生拉应 力。需配受力钢筋。为减 小此拉应力．有时可把墩 肩做成削肩斜面，使R倾 向墩头内部、可适当减小 拉应力，但仍需配置受拉 钢筋。
§3 大头坝
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大头坝介于宽缝重力坝和轻型支墩坝 （平板坝、连拱坝）之间，属于大体积混 凝土。
1 体形和构造 （1）头部
架进行计算。 ➢当连续平板搁置于支墩时，按连续梁计算； ➢当连续平板与支墩刚性连接时，按多跨框架计算。
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（2）墩肩力 面板传来力、水压力等,设为三角形分布，合力R。 面板和墩肩的摩擦力（温度变化面板伸缩引起） F=R·f ，f为摩擦系数
墩肩宽bc ，R和F产生的AD面上弯矩 MR＝(2/3)Rbc MF=(1/2)Fh AD上：
第四章 支 墩 坝(buttress dam)
水工建筑物 第3章 拱坝
1）河谷宽高比L/H
L/H<2.0 适宜薄拱坝 L/H=2~3 适宜中厚拱坝 L/H=3~4.5适宜厚拱坝 L/H>4.5 以往认为不宜建拱坝，随筑坝技术提高，现已
有L/H=10的实例（法国） 可见：较小的L/H经济性好。
◎三、拱坝地形地质条件
2）河谷断面形状——决定坝体薄厚（经济性）
V形——随水深增加，拱跨减小，水荷载增加与拱圈 承载能力增加一致，坝体可薄，经济性好；
• 2、定中心角or变中心角拱坝、斜拱坝 —单曲→双曲的过渡坝型
在V形河谷中，底部跨度小，拱中心角小，拱作用 不大，为增大曲率，曾采用定中心角or变中心角拱 坝
◎三、常用拱坝体形及平面布置形式
定中心角or变中心角拱坝特点
岸边向上游倒悬，对空库、施工期坝顶应力不利 有人将其拱冠梁向下游倒悬，一度采用斜拱坝，但坝
◎一、拱坝水平拱圈中心角2φA——与拱坝σ、坝肩稳定、造价有关
从经济性考虑——取1m高水平拱圈体积，有：
V
R 2A
180 0
T
令
dV
dA
0, 得到2 A
133 034'
从拱内应力σ考虑——若视拱圈为两端固定拱，由
结构力学得到，当2φA>120度时，拱内不出现拉应
力
可知：较大的2φA对坝体应力和经济性有利。
补充边界条件：c(0,0）；（2TB , H )
连续条件：dx
0
dy y1H
一般1 0.6 ~ 0.65，2 0.3 ~ 0.6
由上述条件确定a、b、c值。
◎四、拱冠梁剖面形式
双曲拱坝——继续确定如下内容 2、各层拱圈圆心轨迹线——上游1:0.7下游1:0.8
◎五、拱坝布置要求、原则、步骤
L/H<2.0 适宜薄拱坝 L/H=2~3 适宜中厚拱坝 L/H=3~4.5适宜厚拱坝 L/H>4.5 以往认为不宜建拱坝，随筑坝技术提高，现已
有L/H=10的实例（法国） 可见：较小的L/H经济性好。
◎三、拱坝地形地质条件
2）河谷断面形状——决定坝体薄厚（经济性）
V形——随水深增加，拱跨减小，水荷载增加与拱圈 承载能力增加一致，坝体可薄，经济性好；
• 2、定中心角or变中心角拱坝、斜拱坝 —单曲→双曲的过渡坝型
在V形河谷中，底部跨度小，拱中心角小，拱作用 不大，为增大曲率，曾采用定中心角or变中心角拱 坝
◎三、常用拱坝体形及平面布置形式
定中心角or变中心角拱坝特点
岸边向上游倒悬，对空库、施工期坝顶应力不利 有人将其拱冠梁向下游倒悬，一度采用斜拱坝，但坝
◎一、拱坝水平拱圈中心角2φA——与拱坝σ、坝肩稳定、造价有关
从经济性考虑——取1m高水平拱圈体积，有：
V
R 2A
180 0
T
令
dV
dA
0, 得到2 A
133 034'
从拱内应力σ考虑——若视拱圈为两端固定拱，由
结构力学得到，当2φA>120度时，拱内不出现拉应
力
可知：较大的2φA对坝体应力和经济性有利。
补充边界条件：c(0,0）；（2TB , H )
连续条件：dx
0
dy y1H
一般1 0.6 ~ 0.65，2 0.3 ~ 0.6
由上述条件确定a、b、c值。
◎四、拱冠梁剖面形式
双曲拱坝——继续确定如下内容 2、各层拱圈圆心轨迹线——上游1:0.7下游1:0.8
◎五、拱坝布置要求、原则、步骤
河海大学水工建筑物(重力坝)教学课件02-重力坝5RCC课件.
CH.6 碾压混凝土坝 —roller compacted concrete dam（RCCD） 一、基本技术
RCC：使用硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、外加剂、 砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土， 采用与土石坝施工相同的运输及铺筑设备，用振动碾分层 压实。 从根本上改革常规的大坝混凝土浇捣施工方法，采用水泥 含量低的超干硬性混凝土熟料，由现代施工机械和碾压设 备实施运料、通仓铺筑、逐层碾压而成。 RCCD是近30年迅速发展起来的新型大体积混凝土坝。
1、主要施工技术
江垭大坝施工通过国际竞争性招标，由辽宁省水利水电工程 局和意大利孔多特公司组成的联营体中标。在碾压混凝土施 工中注重解决两个问题： (1)把碾压混凝土层间间隔时间控制在混凝土初凝时间以内， 以保证层间结合质量； (2)加快施工速度，提高施工效率，以充分发挥碾压混凝土 施工优势。
(1)大坝混凝土运输
斜层平推铺筑法
斜层坡度、升程高度和碾压层厚度是斜层平推铺筑法的三个 主要参数，通过选择合适的参数，达到层间间隔时间控制在 碾压混凝土初凝时间之内的目的。在江垭工程中，碾压层的 倾斜坡度在1：10～1：20之间，一次连续浇筑高度为3m， 碾压层厚度为30cm；斜层平推的方向平行坝轴线，从右岸 到左岸进行斜层浇筑。大坝164m至176m高程正式采用斜层 浇筑法，176m至191m高程之间为中孔部位，仓面很小，使 用斜层浇筑法的优势并不明显，同时专家反对，于是中孔部 位仍采用通仓薄层浇筑法。后经对采用斜层浇筑法浇筑的碾 压混凝土进行了钻芯取样和压水试验，并将检测和试验成果 与通仓薄层浇筑法进行了比较，发现斜层浇筑法与平层浇筑 法浇筑的碾压混凝土施工质量总体上处于同一水平，某些指 标优于平层浇筑法。故在大坝高程191m以上继续采用斜层 铺筑法。
RCC：使用硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、外加剂、 砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土， 采用与土石坝施工相同的运输及铺筑设备，用振动碾分层 压实。 从根本上改革常规的大坝混凝土浇捣施工方法，采用水泥 含量低的超干硬性混凝土熟料，由现代施工机械和碾压设 备实施运料、通仓铺筑、逐层碾压而成。 RCCD是近30年迅速发展起来的新型大体积混凝土坝。
1、主要施工技术
江垭大坝施工通过国际竞争性招标，由辽宁省水利水电工程 局和意大利孔多特公司组成的联营体中标。在碾压混凝土施 工中注重解决两个问题： (1)把碾压混凝土层间间隔时间控制在混凝土初凝时间以内， 以保证层间结合质量； (2)加快施工速度，提高施工效率，以充分发挥碾压混凝土 施工优势。
(1)大坝混凝土运输
斜层平推铺筑法
斜层坡度、升程高度和碾压层厚度是斜层平推铺筑法的三个 主要参数，通过选择合适的参数，达到层间间隔时间控制在 碾压混凝土初凝时间之内的目的。在江垭工程中，碾压层的 倾斜坡度在1：10～1：20之间，一次连续浇筑高度为3m， 碾压层厚度为30cm；斜层平推的方向平行坝轴线，从右岸 到左岸进行斜层浇筑。大坝164m至176m高程正式采用斜层 浇筑法，176m至191m高程之间为中孔部位，仓面很小，使 用斜层浇筑法的优势并不明显，同时专家反对，于是中孔部 位仍采用通仓薄层浇筑法。后经对采用斜层浇筑法浇筑的碾 压混凝土进行了钻芯取样和压水试验，并将检测和试验成果 与通仓薄层浇筑法进行了比较，发现斜层浇筑法与平层浇筑 法浇筑的碾压混凝土施工质量总体上处于同一水平，某些指 标优于平层浇筑法。故在大坝高程191m以上继续采用斜层 铺筑法。
河海大学水工建筑物版 ppt课件
一、水资源
1、为什么说水是一种重要资源？
(1) 必需品–––生命、工农业生产；
(2) 必要介质–––航运交通，水产事业；
(3) 重要能源–––可利用，可再生；
(4) 必要条件–––改善环境，发展旅游。
2、全球水量分布特点：
•
海洋咸水为主，淡水–––2.5％
• 3、我国水资源分布特点：
• (1) 我国水资源不丰富(人均意义-占全球人均1/4)；
• 坝体材料及构造，地基处理这两部分，要交待其在工程中的重 要性。限于时间及毕业后工作中学习，所以在讲课时讲清其设 计基本原理，简要介绍主要措施。
• 3、拱坝： • 本章重点是拱坝布置，应力分析及坝头稳定分析。坝体应力分
析中，温度荷载要讲清楚。限于课时，这里主要讲解拱坝的工 作原理与重力坝不同之处。
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• (四)失事后果的严重性 • 水工建筑物，特别是堤坝等挡水建筑物，一旦失事，将给下
游人民的生命财产和经济建设带来灾难性损失。因此，在勘 测、规划、设计、施工及管理时都要慎重对待，按科学规律
办事，妥善解决安全与经济的矛盾。
ppt课件
20
• 第三节 水利枢纽与水工建筑物的等级划分
•
为了解决安全性与经济性的矛盾，首先要对水利枢纽进行分
力计算及基本构造 。
ppt课件
4
• 荷载及其组合，不仅针对本章而言，对其它水工建筑物均有用 处，要注意讲清基本概念。
• 抗滑稳定分析中，不仅介绍计算方法与公式，而且要加以分析 并要讲解计算公式中各种参数的选用问题。
• 应力分析要讲清孔隙水应力和接触应力的概念，以便讲清楚未 考虑扬压力计算的应力和考虑扬压力计算的应力。
75~25
三
中型
河海大学水工建筑物重力坝PPT课件
7.浪压力
①成因-----空气流动，带动水体，形成波浪。 ②波浪三要素
2hl(2hm)—波高； 2Ll (2Lm) –波长； h0 (hz)—波浪中心线与静水位的距离；
a、波浪涌高2hL
2hL 0.016 Vf564D13
波浪运动不受库底影响-----------------深水波 波浪运动受库底影响，且 库水深小于临界深度Hk(Hk =(3-5 )hL)时--破碎波 水深大于临界深度Hk小于LL波浪受库底影响-浅水波
说明：
Fb1 0.07Vdi Afic Fb2 0.5ficbdi
1°冰压力对高坝可以忽略，因为一方面水库开阔， 冰易凸起破碎，另一方面在总荷载中所占比例较小；
2°对低坝、闸较为重要，它占总荷载的比重大；
3°某些部位如闸门进水口处及不宜承受大冰压力的 部位，可采取冲气措施等。
6、泥沙压力
①成因 水库蓄水后，入库水流流速降低并趋 于零，挟带的泥沙随流速减小而沉积 于坝前，其过程是先沉积大颗粒，而 后沉积细颗粒。
(如特别重要的坝、地质条件复杂、失事后影响巨大)
①地震惯性力 用拟静力法计算地震作用效应
F i a h G Ei i / g 地震作用的效应折减系数，取0.25;
G Ei 第 i坝块的坝体重量,kN；
a h 水平向设计地震加速度，根据设计烈度选取；
i
1 .4
1 4 (hi / H )4
§2-2 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
拱坝讲义(河海大学水工建筑物课件)
大坝施工质量高，坝体具有较大的安全富余，坝肩进行了锚固 灌浆处理，尽管涌浪对拱坝产生约为4000万kN的动荷载，相当于 8倍的设计荷载，大坝未发生重大破坏，仅在左坝肩坝顶发生长 约9m、高约1.5m的局部破坏。
一 、拱坝的特点
4、抗震性能好；
已建拱坝经历地震考验情况统计
（注：**表示无损伤）
坝名
修建 年代 1914 1958 1902 1949 1938 1953 2002 1998
坝高 (m) 40 38 36 36 30 24 130 240
库容 （亿m3） 0.09 0.22
地震日期
烈度
震级
受损情况 **
1963.7.26 1954.3.1
5.4 5.5 8.0 11 5.4 6.6 8.0 6.1
烈度 6 -
震级 8.0 8 4.5 3
受损情况 ** 渗漏增大 ** 渗漏增大 ** ** 局部破坏
1963 1969.2.28 19714/1994
5.5 8.0 6.6/ 6.8
意大利
智利 日本
1949
1968 1955
112
112 110
6.84
68 0.92 1968.3.3 1961.2.27
8、设计、施工技术要求高；
二、拱坝的类型
1、按高度分 可分为高坝、中坝和低坝。水利行业和电力行业 的混凝土拱坝设计规范在坝高的划分存在一些差异。 200m及以上称超高拱坝，300m及以上称为特高拱坝。
坝高划分
坝高分类 高坝 电力行业规范[2] H＞100m 水利行业规范[3] H＞70m
中坝
低坝
H=50m～100m
等效线性温度td：
对薄拱坝影响较大，中小工程可不考虑，见图（c）； 产生原因： 蓄水后，库水温度变化幅度小于下游气温变幅， 所以，沿坝厚产生温度梯度；
一 、拱坝的特点
4、抗震性能好；
已建拱坝经历地震考验情况统计
（注：**表示无损伤）
坝名
修建 年代 1914 1958 1902 1949 1938 1953 2002 1998
坝高 (m) 40 38 36 36 30 24 130 240
库容 （亿m3） 0.09 0.22
地震日期
烈度
震级
受损情况 **
1963.7.26 1954.3.1
5.4 5.5 8.0 11 5.4 6.6 8.0 6.1
烈度 6 -
震级 8.0 8 4.5 3
受损情况 ** 渗漏增大 ** 渗漏增大 ** ** 局部破坏
1963 1969.2.28 19714/1994
5.5 8.0 6.6/ 6.8
意大利
智利 日本
1949
1968 1955
112
112 110
6.84
68 0.92 1968.3.3 1961.2.27
8、设计、施工技术要求高；
二、拱坝的类型
1、按高度分 可分为高坝、中坝和低坝。水利行业和电力行业 的混凝土拱坝设计规范在坝高的划分存在一些差异。 200m及以上称超高拱坝，300m及以上称为特高拱坝。
坝高划分
坝高分类 高坝 电力行业规范[2] H＞100m 水利行业规范[3] H＞70m
中坝
低坝
H=50m～100m
等效线性温度td：
对薄拱坝影响较大，中小工程可不考虑，见图（c）； 产生原因： 蓄水后，库水温度变化幅度小于下游气温变幅， 所以，沿坝厚产生温度梯度；
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二滩拱坝
湖北清江隔河岩水电站大坝泄洪(151米)
H=240m
湖北清江隔河岩水电站大坝
锦屏一级
锦屏一级位于凉 山彝族自治州盐源县 和木里县境内，装机 容量360万kW。2003 年7月中国国际工程咨 询公司对锦屏一级水 电站的项目建议书进 行了评估。拟2005年 开工，2013年第一台 机组投产发电，2015 年竣工。
意大利瓦依昂拱坝失事
意大利的瓦依昂（Vajont）双 曲拱坝，1961年建成，是当时世 界上最高的双曲拱坝，1963年10 月9日晚，由于水库左岸大面积滑 坡，使2.7亿m3的滑坡体以28m/s 的速度滑入水库，掀起150m高的 涌浪，涌浪溢过坝顶，致使1925 人丧生，水库被填满，但拱坝坝 体并未失事，仅在两岸坝肩附近 的坝体内发生两三条裂缝，据估 算，拱坝当时已承受住相当于8倍 设计荷载的作用，由此可见拱坝 的超载能力是较大的。
花岗岩、正长岩、玄武岩、石英砂岩等坚硬岩石 构成峡谷中，土建工程量相对较小。
③在平面上有喇叭口
L/H<1.5 L/H=1.5~3.0 L/H=3.0~4.5
可建薄拱坝 可建一般拱坝 可建重力拱坝 属宽浅河谷，一般可
L/H>4.5
建重力拱坝或
拱形重力坝
特例：安徽陈村
L/H=5.6 美国奥本Auburn L/H=6.0
汶川地震的影响
沙牌坝址距汶川地震震中约35km，与发 震断层的垂直距离为20km，地震烈度为Ⅸ度。 沙牌坝为碾压混凝土拱坝，高130m。设计时 采用地震烈度Ⅶ度，基岩水平地震加速度 0.141g。 汶川地震时，水库水位处于正常蓄水位。 地震后调查，大坝结构完整，坝基及两岸坝肩 抗力岩体稳定，坝顶高程以上两岸边坡局部塌 滑，但不影响大坝稳定。水电站进水口启闭机 排架柱裂缝，调压井边坡跨塌，压力管明管段 损毁，厂区边坡和厂房结构损坏严重。
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
• 举例： • 瓦依昂坝(Vajont Dam) 位于意大利东部阿尔 卑斯山区皮亚韦(Piave)河的支流瓦依昂河上，下 游距河口2km，临近城市瓦依昂。为混凝土双曲 拱坝，最大坝高262m，水库总库容1.69亿m3。
(2)拱坝布置的一般步骤
1）根据坝址地形地质资料，绘出坝址新鲜基岩面等 高线图，综合考虑地形、地质、水文、施工及运用 条件选择适宜的拱坝坝型，并拟定出拱冠梁剖面。 2）利用新鲜基岩等高线，综合考虑应力和坝肩稳定 两方面的要求，定出拱圈形式，试定顶拱轴线的位 置。尽量使拱轴线与等高线在拱端处的夹角不小于 35ο，同时应使顶拱对称中心线尽可能对称于河谷两 岸，左半中心角与右半中心角之差5ο，并使两端夹 角大致相近，按适当的中心角和坝顶厚度画出顶拱 内外缘弧线。
美国垦务局公式
根据不同河谷形状的拱 坝尺寸进行分析，提出 了初估坝底厚度TB 的经 验公式为： TB= 3 0 . 0012 HL 1 L 2 H / 122 H / 122
拱冠梁剖面参考尺寸表
上游偏距 坝顶 0.45H 坝底 0 0.95TB 0.67 TB
下游偏距 TC 0 0.33 TB
水工建筑物
第三章
拱 坝
CHAPTER 3 ARCH DAM
主 要 内 容
1 2 3 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 概述 拱坝的荷载 拱坝的布置 拱坝的应力分析 拱肩稳定分析 拱坝的坝身泄水及消能防冲布置 拱坝的构造和地基处理
4
5 6 7
概
述
一、问题的提出 二、拱坝的工作原理 三、工作特点 四、拱坝对地形地质条件的要求 五、拱坝的形式 六、拱坝的发展概况
对于一般的双曲拱坝，为近似确定上游面曲线， 2 设 y y
Z x1 x2 H H
x1 2 1 x 2
x2
2T B
2 1
1
并满足： 当 y=0 时，Z = 0
当 y = H 时， Z x 1 x 2 2 T B
当
拱坝建设概况及发展趋势
中国第一座拱坝建造于1927年，福建厦门的上里浆砌石拱坝， 坝高27m。但旧中国的拱坝建设极为缓慢，至1949年，我国仅 修建了2座15m以上的砌石拱坝。
国 内 拱 坝 建 设
响洪甸拱坝位于淮河支流西淠河上，是我国自行设计和施工的第一座等
半径同圆心混凝土重力拱坝，1956年4月开工建设，1958年7月竣工。最
当采用全径向拱座使上游侧可利用岩体开挖 过多时，此时可采用1/2径向拱座。靠上游侧 的拱座面与基准面的交角应大于等于10ο。 当采用全径向拱座使下游侧可利用岩体开挖 过多时，可采用非径向拱座，此时拱座面与 基准面的夹角应 80ο。
震后沙牌拱坝左右岸抗力体完好。右岸进水 口设施基本完好，泄洪闸门能正常开启
大坝附近坡体垮 塌严重
对外交通严重被毁
电站厂房及引 水钢管被山体 滚石砸坏
5.温度荷载是主要载之一 6.地基变形对坝体应力影响大 7.坝身可以泄洪
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
4
5 6
7
第二节 拱坝的布置
1.布置的内容
本节内容
开始
选择拱圈型式、悬臂梁的型式
在地形图上进行布置
倒悬度检查
应力分析
稳定分析 结束
2. 拱圈的型式
合理的拱圈型式应当是压力线接近拱轴线，使拱 截面的压应力分布趋于均匀。
由工程力学知，拱圈在匀布荷载作用下， 其合理拱轴线为一圆弧。
对拱坝而言，因常将其看成由水平拱和垂直梁组 成，故外荷载由拱梁系统共同承担。 在某一高程上水压力强度是相同的，但每根垂直 梁在该高程所“表现”的刚度不同，所承受的荷载也 不一样，因此分配给拱的荷载沿拱轴线也不相同，即 拱所承受的水压力沿拱轴线是非均匀分布的，通常是 从拱冠向拱端逐渐减小。
(2)拱坝布置的一般步骤
3）根据初拟的拱冠梁剖面尺寸，选取5~10层拱圈， 绘制各层拱圈平面图，各层拱圈的圆心在平面上的 连线尽可能对称于河谷可利用基岩面等高线，在立 面上，这种圆心连线应是光滑的曲线。
4）每层拱圈的两拱端与岩基的接触原则上应 做成全径向拱座，使拱端推力接近垂直于拱 座面，以减小向下游滑动的剪力。
2.厚度T、应力σ、中心角之间的关系
圆筒公式： pR u / T Ru—为外弧半径;
Ru R T 2 l sin
A
T 2
pR u / T
T=PRu/σ=P/σ(L/SinΦ+T/2)
T 2 pl
2
p sin
A
V=T*L*1 =2PL*2Φ*R/((2σ-P)*SinΦ)
大坝高87.5米。
国 内 拱 坝 建 设
乌江渡
混凝土重力拱坝，坝高165m，顶厚10.0m，底厚119.5m。乌江是云贵 高原上的一条大河，长江的主要支流之一。
龙羊峡重力拱坝中国最高的重力拱坝，位于青海省共和县和贵南县交
界处的黄河干流上，坝高178m，拱冠断面坝顶厚15m，坝底厚80m。地质 条件复杂，地震烈度高。
最合理的拱圈不一定是圆弧，还可能 有其他型式,如三圆心拱、椭圆拱及抛物线 拱等。实际采用时需综合考虑经济、施工 等因素，选择合理的拱圈型式。 (a) 等厚度圆拱； (b) 抛物线拱； (c) 三圆心拱； (d) 椭圆拱； (e)变厚圆拱； (f) 变厚非圆拱
3.拱冠梁剖面型式和尺寸
(1) 坝顶厚度Tc 坝顶厚度Tc基本上代表了顶拱的刚度。 a.加大坝顶厚度不仅能改善坝体上部下游面的 应力状态，还能改善梁底上游面应力，有利于 降低坝踵拉应力; b.坝顶厚度应根据剖面设计确定，并满足运行 交通要求，一般不小于3m， 初拟时，可先按下列经验公式估算： Tc=0.0145（2R轴+H） 或 Tc=0.01H+（0.012~0.024）L1
(2) 坝底厚度TB
坝底厚度TB 是表征拱坝厚薄的一项指标， 主要取决于坝高、坝型、河谷形状等。设计 时可参考已建成的坝高和河谷形状大致相近 的拱坝来初步拟定，再通过计算和修改布置 定出合适的尺寸。作为拱坝优化的初始方案， 坝底厚度可用下式估算：
TB=
K ( L 1 L n 1 ) H [ ]
抛物线拱 三圆心拱 椭圆拱
按水平拱厚度是否变化分 等厚度圆拱； 变厚圆拱； 变厚非圆拱
这里介绍：按拱弧半径和中心角是否 变化分
名称
等外半径式 定角式 变半径式
圆心
不变 变 变
半径
外不变内变 变 变
中心角
(变化不大) 不变 变
等外半径式
变圆心变半径式变中心角
定角式
河谷断面形状复杂时，建造拱坝的方案
坝高221m，底厚201m，座跨科罗拉多河。
前苏联英古里拱坝，坝高272m，1980年竣工
发展趋势
1 2 3
对坝址地形地质条件有所降低； 厚度减薄，高度超300米级； 坝顶溢流，坝身开孔，q加大； 在较强地震地区可建拱坝； 计算理论、计算方法的发展可进 行优化设计; 对材料特性（坝体坝基）由线性 →非线性； 碾压砼拱坝的发展。
V
A
V 2 A R T
4 pl A
2
2
p s in A
2
0
2Φ=133 °34’
称为经济中心角
六.拱坝的发度概况
早在十六世纪，人们就开始修建砌 石拱坝,如西班牙的阿尔马察坝，意大利 的波捷阿尔托坝，该坝1937年修建，后 两次加高，1887年达39.5m。早在19世 纪中叶，人们又在比较狭窄的河谷中修 建了一些混凝土拱坝，高度都在40m以 内。20世纪开始建造了大量的拱坝，特 别是双曲拱坝在60年代发展较快。举例：