第六节--溢流重力坝
第六节溢流重力坝（一）引言：溢流重力坝简称溢流坝，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物。
因此，坝体剖面设计除要满足稳定和强度要求外，还要满足泄水的要求，同时要考虑下游的消能问题。
当溢流坝段在河床上的位置确定后，先选择合适的泄水方式，并根据洪水标准和运用要求确定孔口尺寸及溢流堰顶高程。
本节主要介绍：溢流坝的设计要求、溢流坝的泄水方式和溢流坝的剖面设计一．溢流坝的设计要求溢流坝是枢纽中最重要的泄水建筑物之一，将规划库容所不能容纳的大部分洪水经坝顶泄向下游，以便保证大坝安全。
溢流坝应满足泄洪的设计要求：●有足够的孔口尺寸、良好的孔口体形和泄水时具有较大的流量系数。
●使水流平顺地通过坝体，不允许产生不利的负压和振动，避免发生空蚀现象。
●保证下游河床不产生危及坝体安全的冲坑和冲刷。
●溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行。
●有灵活控制水流下泄的设备，如闸门、启闭机等。
二．溢流坝的泄水方式图示讲解：1．坝顶开敞溢流式溢流坝泄水方式（单位：m）（a）坝顶溢流式 1一350T门机；2一工作闸门（b）大孔口溢流式 1一175/40T门机；2一12×10m定轮闸门；3一检修门（c）具有活动胸墙的大孔口 1-活动胸墙；2一弧形闸门；3一检修门槽；4一预制混凝土块安装区不设闸门时，堰顶高程等于水库的正常蓄水位，泄水时，靠壅高库内水位增加下泄量，这种情况增加了库内的淹没损失和非溢流坝的坝顶高程和坝体工程量。
坝顶溢流不仅可以用于排泄洪水，还可以用于排泄其它漂浮物。
它结构简单，可自动泄洪，管理方便。
适用于洪水流量较小，淹没损失不大的中、小型水库。
当堰顶设有闸门时，闸门顶高程虽高于水库正常蓄水位，但堰顶高程较低，可利用闸门不同开启度调节库内水位和下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流坝的高度及坝体的工程量。
与深孔闸门比较，堰顶闸门承受的水头较小，其孔口尺寸较大，由于闸门安装在堰顶，操作、检修均比深孔闸门方便。
当闸门全开时，下泄流量与堰上水头H0的3/2次方成正比。
随着库水位的升高，下泄流量增加较快，具有较大的超泄能力。
在大、中型水库工程中得到广泛的应用。
2．孔口溢流式在闸墩上部设置胸墙，有固定胸墙和活动胸墙两种，既可利用胸墙挡水，又可减少闸门的高度和降低堰顶高程。
它可以根据洪水预报提前放水，腾出较大的防洪库容，提高水库的调洪能力。
当库水位低于胸墙下缘时,下泄水流流态与堰顶开敞溢流式相同；当库水位高于孔口一定高度时,呈大孔口出流。
胸墙多为钢筋混凝土结构,常固接在闸墩上,也有做成活动式的。
遇特大洪水时可将胸墙吊起,以加大泄洪能力，利于排放漂浮物。
三．溢流坝的剖面设计图示讲解：图2-23 溢流坝剖面1-顶部溢流段；2-直线段；3-反弧段；4-基本剖面；5-薄壁堰；6-薄壁堰溢流水舌溢流坝的基本剖面呈三角形。
上游坝面可以做成铅直面，也可以做成折坡面。
溢流面组成：顶部曲线段、中间直线段和底部反弧段三部分。
设计要求：有较高的流量系数，泄流能力大；水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；形体简单、造价低、便于施工等。
1.溢流坝的堰面曲线●顶部曲线段溢流堰面曲线常采用非真空剖面曲线。
采用较广泛的非真空剖面曲线有克-奥曲线和幂曲线(或称WES曲线)两种。
克-奥曲线与幂曲线在堰顶以下(2/5～1/2)Hs(Hs为定型设计水头)范围内基本重合，在此范围以外，克—奥曲线定出的剖面较肥大，常超出稳定和强度的需要，如图2-24所示。
克-奥曲线不给出曲线方程，只给定曲线坐标值，插值计算和施工放样均不方便。
而幂曲线给定曲线方程，如式（2-57），便于计算和放样。
克-奥曲线流量系数约为0.48~0.49，小于幂曲线流量系数（最大可达0.502），故近年来堰面曲线多采用幂曲线。
◆开敞式溢流堰面曲线◆设有胸墙的堰面曲线●中间直线段中间直线段的上端与堰顶曲线相切，下端与反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同。
●底部反弧段溢流坝面反弧段是使沿溢流面下泄水流平顺转向的工程设施，通常采用圆弧曲线，R=（4~10）h，h为校核洪水闸门全开时反弧最低点的水深。
反弧最低点的流速愈大，要求反弧半径愈大。
当流速小于16m/s时，取下限；流速大时，宜采用较大值。
当采用底流消能，反弧段与护坦相连时，宜采用上限值。
挑流圆弧曲线结构简单，施工方便，但工程实践表明容易发生空蚀破坏，为此，许多人开展了可探求合理新型反弧曲线的研究，如球面，变宽度曲面，差动曲面等。
2. 溢流坝剖面设计溢流坝的实用剖面：在三角形基本剖面基础上结合堰面曲线修改而成。
●溢流坝堰面曲线超出基本三角形剖面图示讲解：溢流坝剖面绘制（a）反弧与护坦连接；（b）反弧与挑流鼻坎连接在坚固完好的岩基上，会出现这种情况，设计时需对基本剖面进行修正，先绘出非溢流坝三角形基本剖面△102,根据溢流坝的定型设计水头Hs和选定的堰面曲线型式,点绘出堰面曲线ABCD,将基本三角形△012平移至今△0＇1＇2＇位置,使下游边0＇2＇与溢流坝面的切线重合,坝上游阴影部分可以省去。
为了不影响堰顶泄流，保留高度d的悬臂实体,且要求d≥0.5Hzmax（Hzmax为堰顶最大作用水头）。
●溢流堰面曲线落在三角形基本剖面以内。
当坝基摩擦系数较大时,会出现这种情况。
为了满足与基本剖面协调的要求,可将失去的部分坝体体积补上,通常是在溢流坝顶加一斜直线AA＇，使之与溢流曲线相切于A点，增加上游阴影部分坝体体积，同时也满足坝体稳定和强度要求。
●具有挑流鼻坎的溢流坝。
当鼻坎超出基本三角形剖面以外时，若l/h>0.5时，须核算B-B＇截面处的应力；若拉应力较大,可考虑在B-B＇截面处设置结构缝,把鼻坎与坝体分开；若拉应力不大,也可采用局部加强措施，不设结构缝。
溢流坝和非溢流坝的上游坝面要求应尽量一致,并且对齐,以免产生坝段之间的侧向水压力，否则将使坝段的稳定、强度计算复杂化。
溢流坝的下游坝面，则不强求与非溢流坝面完全一致对齐，只要两者各自保持一致对齐即可。
第六节溢流重力坝（二）本节主要介绍：溢流坝的孔口布置和溢流坝的消能防冲四．溢流坝的孔口布置溢流坝的孔口设计涉及很多因素,如:洪水设计标准、下游防洪要求、库水位壅高的限制、泄水方式、堰面曲线以及枢纽所在地段的地形、地质条件等。
设计时,先选定泄水方式,拟定若干个泄水布置方案(除堰面溢流外,还可配合坝身泄水孔或泄洪隧洞泄流),初步确定孔口尺寸,按规定的洪水设计标准进行调洪演算,求出各方案的防洪库容、设计和校核洪水位及相应的下泄流量,然后估算淹没损失和枢纽造价,进行综合比较,选出最优方案。
挑流鼻坎的结构缝1．洪水标准2．单宽流量的确定单宽流量的大小是溢流重力坝设计中一个很重要的控制性指标。
单宽流量一经选定,就可以初步确定溢流坝段的净宽和堰顶高程。
单宽流量愈大,下泄水流的动能愈集中,消能问题就愈突出,下游局部冲刷会愈严重,但溢流前缘短，对枢纽布置有利。
因此,一个经济而又安全的单宽流量，必须综合地质条件、下游河道水深、枢纽布置和消能工设计多种因素,通过技术经济比较后选定。
工程实证明对于软弱岩石常取q=20~50m3/(s·m)；中等坚硬的岩石取q=50~100 m3/(s·m)；特别坚硬的岩石q=100~150 m3/(s·m)；地质条件好、堰面铺铸石防冲、下游尾水较深和消能效果好的工程,可以选取更大的单宽流量。
近年来，随着消能技术的进步,选用的单宽流量也不断增大。
在我国已建成的大坝中，龚嘴的单宽流量达254.2m3/(s·m),目前正在建设中的安康水电站单宽流量达282.7m3/(s·m)。
而委内瑞拉的古里坝其单宽流量已突破了300m3/(s ·m)的界限。
3．孔口尺寸的确定溢流孔口尺寸主要取决于通过溢流孔口的下泄洪水流量Q 溢，根据设计和校核情况下的洪水来量,经调洪演算确定下泄洪水流量Q 总，再减去泄水孔和其它建筑物下泄流量之和Q0,即得Q 溢:Q 溢=Q 总一αQ0 （m3/s ）式中 Q0一一经由电站、船闸及其它泄水孔下泄的流量；α一一系数,考虑电站部分运行,或由于闸门障碍等因素对下泄流量的影响.正常运用时取0.75~0.90；校核情况下取1.0。
单宽流量q 确定以后,溢流孔净宽B (不包括闸墩厚度)为: B=q Q 溢（m ）装有闸门的溢流坝,用闸墩将溢流段分隔为若干个等宽的孔。
设孔口总数为n ，孔口宽度b=B/n ，d 为闸墩厚度，则溢流前缘总宽度B1为:Bl=nb+（n-1）d （m ）当采用开敞式溢流坝泄流时, 下泄流量Q 溢Q 溢=mz εσmB 232z H g 式中 B 一一溢流孔净宽（m ）；mz-一一流量系数,可从有关水力计算手册中查得；ε一一侧收缩系数,根据闸墩厚度及闸墩头部形状而定。
初设时可取 =0.90~0.95；σm ——淹没系数,视淹没程度而定；g 一一重力加速度9.81（m/s2）。
用设计洪水位减去堰顶水头Hz(此时堰顶水头应扣除流速水头)即得堰顶高程。
当采用孔口泄流时, 下泄流量Q 溢Q 溢=μAk z gH 2式中 Ak 一一出口处的面积(m2)；Hz 一一自由出流时为孔口中心处的作用水头(m)；淹没出流时为上下游水位差；μ——孔口或管道的流量系数,初设时对有胸墙的堰顶孔口,当D H z=2.0~2.4时（D 为孔口高,（m ））,取μ=0.74~0.82；对深孔取μ=0.83~0.93；当为有压流时, μ值必须通过计算沿程及局部水头损失来确定。
确定孔口尺寸时应考虑以下因素：● 泄洪要求● 闸门和启闭机械● 枢纽布置● 下游水流条件图示讲解：溢流坝段的横缝◆ 缝设在闸墩中间，当各坝段间产生不均匀沉降时，不致影响闸门启闭，工作可靠，缺点是闸墩厚度较大；◆ 缝设在溢流孔跨中，闸墩厚度较薄，但易受地基不均匀沉降的影响，且高速水流在横缝上通过，易造成局部冲刷，气蚀和水流不畅。
溢流坝段横缝的布置五．溢流坝的消能防冲引言：溢流坝下泄的水流具有很大的动能,常高达几百万甚至几千万kW ，潘家口和丹江口坝的最大泄洪功率均接近3000万kW ，如此巨大的能量,若不妥善进行处理,势必导致下游河床被严重冲刷,甚至造成岸坡坍塌和大坝失事。
● 下泄水流主要消耗：一是水流内部的互相撞击和摩擦；二是下泄水体与空气之间的掺气摩阻；三是下泄水流与固体边界（如坝面、护坦、岸坡、河床）之间的摩擦和撞击。
●消能工消能：通过局部水力现象,把一部分水流的动能转换成热能,随水流散逸。
●能量转换途径：水流内部的紊动、掺混、剪切及旋滚；水股的扩散及水股之间的碰撞；水流与固体边界的剧烈摩擦和撞击；水流与周围空气的摩擦和掺混等消能形式的选择，要根据枢纽布置、地形、地质、水文、施工和运用等条件确定。
重力坝
浅水波压力计算公式：
0 ( H1 2 hL h0 )( H1 a )
2
0 H12
2
若坝的迎水面倾斜，波浪的反射作用将减弱 当α＞45°时 与铅直面情况相近 当α＜45°时 按斜坡上的波浪考虑
8、地震荷载
地震荷载包括地震惯性力 地震动水压力(激荡力) 地震动土压力 ( 地震对扬压力、泥沙压力的影响一般不考虑) 计算方法：动力法 一般用拟静力法计算 F=ma a为坝址处的地震加速度 地震烈度：(表示地震时在一定地点的地面震动的强
§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
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。
静水压力、扬压力、浪压力
1、自重
坝体自重是重力坝的主要荷载之一。 W=γ×A+ω ω--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)=γh 2°水平应力σ(x)=λγh 3°剪应力τ(xy)=0
笫二章
CHAPTER 2
岩基上的重力坝
GRAVITY DAM ON ROCK FOUNDATION
横缝
上游水位
非溢流坝段
排水管
灌浆帷幕
排水孔
帷幕灌浆孔
§2-1 概述
一、重力坝的工作原理及其特点 1、工作原理
①利用自重在坝基面产生的摩擦力以 及坝与地基间的凝聚力来抵抗水平 水压力而维持稳定 ②利用自重引起的压应力来抵消由水 压力产生的拉应力
水工建筑物必考知识点精华版
1、溢流重力坝：既要满足稳定和强度要求，又要满足水利条件要求。
孔口尺寸，溢流堰形态，以及效能方式溢流坝的溢流面组成部分，各部分的形态的确定为满足泄水的要求，其实用剖面是将坝体下游斜面修改成溢流面溢流坝面由顶部曲线段、中间直线段、下游反弧段组成顶部曲线段的形状对泄流能力和流态有很大的影响。
对于坝顶溢流式孔口，工程中常采用WES 曲线下部反射弧要求沿程压力分布均匀，不产生负压和不致引起有害的脉动，通常采用圆弧曲线，反射半径R=（6~10）h ，h 为校核洪水位闸门全开时反弧处的水深。
中间直线段与顶部曲线段和下部反弧段相切，其坡度由重力坝基本剖面决定溢流坝实用剖面是将溢流面曲线与坝体基本剖面拟合修改而成。
2、重力坝抗滑稳定分析抗剪强度公式：()∑∑-=P U W f K s∑W --作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和∑P --作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和U ——作用在滑动面上的扬压力；（1分）f ——滑动面上的抗剪摩擦系数；（1分）K----按抗剪强度公式计算的抗滑稳定安全系数抗剪断公式：()∑∑'+-'=P AC U W f K s ''s K ——抗滑稳定安全系数；（1分）∑W ——滑动面以上的总铅直力；（1分） ∑P ——滑动面以上的总水平力；（1分） U ——作用在滑动面上的扬压力；（1分）f '——抗剪断摩擦系数；（1分）c'——抗剪断凝聚力。
（1分）提高抗滑稳定性的工程措施：将坝的迎水面做成倾斜或折坡行，利用坝面上的水重来增加坝体的抗滑稳定；将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力提高稳定性；利用地形地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿墙，用以增加抗力提高稳定性；采用有效的防渗排水或抽水措施，降低扬压力；利用预加应力提高抗滑稳定性3、拱效应：心墙坝由于心墙设在坝体中部，施工时就要求心墙与坝体大体同步上升，因而两者相互干扰大，影响施工进度。
重力坝
挡水坝重力坝的剖面设计§3-4溢流重力坝的剖面设计泄水重力坝既时挡水建筑物，又是泄水建筑物一、溢流重力坝的泄水方式：1. 坝顶溢流2. 坝深泄水孔泄水溢流重力坝的作用：承担泄水、放水、排砂、放空水库和施工导流等任务二、设计要求：1. 满足稳定和强度要求外；2. 还需要按实际要求确定：位置选择、泄水方式的组合、泄量分配、3. 堰顶和泄水孔口高程与位置三、溢流重力坝（一）溢流重力坝的工作特点1、足够尺寸，良好体形、较大m；2、水流平顺、不产生振动或、负压，不免空蚀、空穴；3、不产生严重的冲刷；4、主流在河床部位，不产生折冲水流5、有控制灵活的下泄设备（二）孔口设计1、设计步骤：2、选定泄水方式，拟定泄水布置方案和若干剖面；3、初定孔口尺寸，按规定进行洪水标准的调洪演算，确定防洪库容、设计和校核水位以及相应的下泄流量；4、估算淹没损失以及枢纽造价，进行综合比较，确定最优方案。
（三）溢流坝的体形设计1曲线的组成：2曲线的设计要求：顶部曲线堰顶溢流曲线下游段：WES曲线：n=1.85；克奥曲线：给定坐标值和施工非常方便。
上游段：三圆弧曲线：给定方程的曲线：大孔口泄流设有胸墙下游段：φ一般取0.96，定型设计水头Hd=(0.75～0.95HMAX上游段同前。
反弧段：中间直线段3剖面设计（四）设计具体步骤：1. 洪水标准2. 孔口型式：开敞溢流式：大孔口溢流式：3. 孔口尺寸：溢流孔口尺寸与堰型、堰顶高程和单宽流量q等有关，由水力计算确定；初拟时，溢流堰净宽，设溢流孔每孔净宽为b，孔数为n个，令闸墩厚度为d,则溢流坝前缘总宽度。
4. 计算公式：堰流：孔流：5. 泄洪要求四、闸门和启闭机闸门类型：类型位置及作用启闭特点闸门类型工作闸门堰顶；调节下泄流量启闭力大、动水中启闭；平面闸门弧形闸门事故闸门紧急运用时动水中启闭；平面闸门检修闸门短期挡水，检修设备启闭力小、静水中启闭；平面闸门、浮箱闸门、叠梁闸门平面闸门弧形闸门的比较：平面闸门：结构简单、闸墩受力条件好，各孔口可以共用一个活动式启闭机；缺点：启闭力大，闸墩厚弧形闸门：启闭力小，闸墩薄；无门槽，水流平顺；缺点：闸墩长，受力条件差，。
泄水重力坝
堰面曲线方程如下： 堰面曲线方程如下：
n x n = KH 定型设计水头， 式中：Hd—定型设计水头，按堰顶最大 定型设计水头 作用水头Hmax 75%～95%计算 作用水头Hmax 的75%～95%计算
上传于世界工厂下载频道 本书由vince上传于世界工厂下载频道
对于设有胸墙溢流堰 的堰面曲线： 的堰面曲线：
2.反弧段 反弧段 溢流坝下游反弧段的作 用是使溢流坝面下泄的水流 平顺地与下游消能设施相衔 接。
上传于世界工厂下载频道 本书由vince上传于世界工厂下载频道
3.直线段 直线段
中间的直线段与坝顶曲线 和下部反弧段相切， 和下部反弧段相切，坡度一般 与非溢流坝段的下游坡相同。 与非溢流坝段的下游坡相同。 具体应由稳定和强度分析及剖 面设计确定。 面设计确定。
上传于世界工厂下载频道 本书由vince上传于世界工厂下载频道
7.横缝的布置 横缝的布置
①缝设在闸墩中间 ②缝设在溢流孔跨中
上传于世界工厂下载频道 本书由vince上传于世界工厂下载频道
溢流曲线和剖面设计 1.溢流面曲线 溢流面曲线 溢流面曲线由顶部曲线 段、中间直线段和下部反弧 段三部分组成。 段三部分组成。
上传于世界工厂下载频道 本书由vince上传于世界工厂下载频道
Q= C εσsL m
3/ 2 2gH0
当采用大孔口泄洪时， 当采用大孔口泄洪时，可用下式 计算出堰顶水头H0 Q = µA 2gH0 k
上传于世界工厂下载频道 本书由vince上传于世界工厂下载频道
5.闸门的类型与作用 5.闸门的类型与作用 闸门的类型与 水工闸门按其功用可 分为工作闸门、 分为工作闸门、事故闸门 和检修闸门。 和检修闸门。
2.确定溢流坝的下 确定溢流坝的下 泄流量 Q = QZ -αQ0 α
重力坝的工作原理
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。
水工建筑物 第六章重力坝概述荷载稳定
压力强度为 γw H2；渗透压力呈折线分布， 在排水孔中心线与坝底相交点为α γw (H1-H2)= α γw H 。
? α为渗透压力强度系数（或称渗透压力折
减系数，书中称扬压力折减系数不妥）： 河床坝段： α采用0.2~0.3； 岸坡坝段： α采用0.3~0.4。
设有防渗帷幕和排水设施 的实体重力坝坝底扬压力图
? 碾压混凝土坝主要特点 ： ①节约水泥，可简化温控措施。碾压混凝土一般都掺入较大
数量（胶凝材料的30%～70%）的粉煤灰或其他具有一定活 性的掺合料，因而水泥用量显著减少， 水泥用量为50 ～ 120kg/m3 ，而常态混凝土的水泥用量为160 ～ 220kg/m3 。 ②可缩短工期。工期一般可缩短1/5～1/3，甚至更短。 ③降低造价。碾压混凝土的单价比常规混凝土 低15～30%，有 的低50%左右。
特点：①节约混凝土方量，充分利用材料强度；②侧向稳定性差，对地 基的要求严格；③钢筋用量较大，施工复杂。
? 特点： ①节约混凝土方量，充分利用材料强度； ②侧向稳定性差，对地基的要求严格； ③钢筋用量较大，施工复杂。
? 空腹重力坝
在坝内设置大型纵向空腔的重力坝。 ? 特点：①减少扬压力，节约混凝土方量20～30℅；
一、荷载的计算 常沿坝轴线方向取1米宽坝体为计算单元。 1、坝体及坝上永久设备的自重
? 自重：坝体及其上永久性设施的重量 W=∑（γi Vi ）。 ? 坝体自重：应按其断面的几何尺寸及材料容重计算。在初步设计阶段，
混凝土的容重可根据骨料的类别采用 23.0～23.5kN/m 3，对重要的工 程应采用混凝土的试验数值。 ? 对坝上永久设备：如闸门、启闭机、电机、电梯等自重均按实际重量 计算。
上，下游坝面处扬压力为0；排水管幕与下游坝面之间按直线变化。
溢流重力坝坝基防渗处理讲义
● 消能工的设计原则
尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动 中,以及水流与空气的摩擦上;
不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷; 下泄水流平稳,不影响枢纽中其他建筑物的正常运行; 结构简单,工作可靠; 工程量小，造价低。
● 消能方式：
底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等。
11
单宽流量q确定以后,溢流孔净宽B (不包括闸墩厚 度)为:
B=
（m）
装有闸门的溢流坝,用闸墩将溢流段分隔为若干个 等宽的孔。设孔口总数为n，孔口宽度b=B/n，d 为闸墩厚度，则溢流前缘总宽度B1为:
B1=nb+（n-1）d （m）
12
开敞式溢流坝下泄流量
当采用开敞式溢流坝泄流时, 下泄流量Q溢
特点：消力戽是以模型试验为基础研究成功的一种消能方式。 它是利用一个较大的反弧半径和挑角形成的戽斗、在一定 尾水深度的作用下，使从溢流坝下游的高速水流在戽斗内 产生激烈的表面旋滚，并使出戽的高速水股在底部及尾水 中均产生旋滚，以达到较好的消能效果。30年首先在美 国大重力坝中采用，我国安康采用。
优点：工程量较消力池小， 冲刷坑比挑流式浅，不存在 雾化问题； 缺点：下游水面波动大，易 冲刷岸坡，不利航运，戽面 磨损率高，增大了维修费用 。
在溢流坝段位置确定以后，应合理选择泄 水方式，并根据洪水标准和运用要求确定孔口 尺寸。
4
孔口设计
孔口设计涉及因素：
洪水设计标准、下游防洪要求、库水位雍高有无限 制、是否利用洪水预报、过水方式以及枢纽地形、地质 条件等。
设计步骤：
选定泄水方式，拟定若干种泄水布置方案。初步确 定空口高程、尺寸，按工程等级相应的洪水设计标准进 行洪水调节演算。求出各方案的防洪库容，设计和校核 洪水位及相应的下泄洪量等。然后估算淹没损失和枢纽 造价，进行技术经济比较，选出最优方案。
第2章重力坝
第二章岩基和的重力坝第一节概述图2.1 混凝土重力坝示意图一、重力坝的工作原理及其特点1、工作原理①利用自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定②利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉应力2、工作特点①断面尺寸大，抵抗渗漏、漫顶破坏的能力强，在各种坝型中失事率最低②对地形地质条件适应性强③泄流问题容易解决④施工导流容易解决⑤体积大便于机械化施工⑥结构作用明确⑦因为体积大，材料强度不能充分利用⑧底部扬压力大，对稳定不利⑨因为体积大，水化热不易散发，温控要求高二、重力坝的型式(见图2.2>按作用分非溢流重力坝溢流重力坝按建筑材料分混凝土重力坝碾压混凝土重力坝浆砌石重力坝按内部结构分实体重力坝宽缝重力坝空腹重力坝三、重力坝设计的主要内容1、总体布置: 坝轴线组成建筑物的位置2、剖面设计3、稳定分析4、应力分析5、构造设计6、地基处理7、溢流坝或泄水孔设计8、监测设计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。
(完整word版)重力坝
第4章溢流坝坝体设计一、泄水方式的选择溢流重力坝既要挡水又要泄水,不仅要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。
因此需要有足够的孔口尺寸、较好体型的堰型，以满足泄水的要求；且使水流平顺,不产生空蚀破坏。
重力坝的泄水主要方式有开敞式和孔口式溢流,开敞溢流式的堰除了有较好的调节性能外，还便于设计和施工，同时这种形式的堰在我国应用广泛，有很多的工程实践经验。
故本设计采用开敞溢流式孔口形式，堰顶设置门.二、溢流坝剖面拟定溢流曲线由顶部曲线段、中间直线段和底部反弧段三部分组成。
设计要求：（1）有较高的流量系数，泄流能力大；（2）水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；（3）体形简单，造价低，便于施工.本设计采用的溢流坝的基本剖面为三角形.其上游面为直线面，即取上游的坡率为n=0，溢流面由顶部的曲线、中间的直线、底部的反弧三部分组成。
1、定型设计水头的确定：①初步估算H，可假定。
由于收缩系数与上游作用水头有关，则可先假设侧收缩系数，求出H，在核算侧收缩系数值。
因堰顶高程和水头未知，先按自由出流计算,则取，然后再校核。
由题意知Q=32800,取m=0。
502，设=0。
90，则==14。
9m②计算实际水头H。
查图和表得边墩形状系数为0。
7，闸墩形状系数为0.45，因1,=10.2=0。
91用求得的近似值代入上式重新计算=14.82m,则所求的值不变，这说明以上所求的=14。
82m已知上游河道宽为1000m,上游设计水位为225.7m，河床高程为153.5m，近似按矩形断面计算上游过水断面面积=1000=72200=0.45m/s则堰的设计水头=14。
81m2、堰顶高程堰顶高程=上游设计水位=225。
7153。
5=210.89m下游堰高=210。
89153.5=57.39m,=3.872。
0，下游水面比堰顶低,0.15，满足自由出流条件，以上按自由出流计算的结果是正确的。
即=14.82m，=14。
81m,堰顶高程为210。
第二章 重力坝
第一节 概述
2)按泄水条件：溢流坝(表、中、底孔)、非溢流坝
3)按结构形式：实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝
4)按地基条件：岩基上的重力坝、土基上的重力坝
第一节 概述
第一节 概述
2.重力坝的主要设计内容
1)选定坝轴线 2)剖面设计
3)稳定分析
4)应力分析 5)构造设计(廊道系统\排水系统\坝体分缝)
第三节 重力坝的抗滑稳定分析
应用上述公式时应注意的问题：
1.后者没有考虑凝聚力；
2.前者，对于相似剖面的重力坝，高坝的安全系数较中、低坝要低。
第三节 重力坝的抗滑稳定分析
二、深层抗滑稳定分析
ab滑动面
第三节 重力坝的抗滑稳定分析
滑动面为ABC，按“等K法”计算。
第三节 重力坝的抗滑稳定分析
三、抗滑稳定分析的有限单元法（二维夹层单元法）
第二节 重力坝的应力分析
一、材料力学法 1.基本假定 1)坝体是有均匀连续各向同性的弹性材料构成. 2)坝段为固支于地基上的悬臂梁,不考虑地基变形对坝体应力的影响, 并认为各坝段独立工作,永久横缝不传力. 3)假定坝体各水平截面上的正应力按直线分布,不考虑廊道等对坝体 应力的影响.
第二节 重力坝的应力分析
4.温度变化及施工过程对坝体应
力产生的影响 5.分期施工对坝体应力的影响
第二节 重力坝的应力分析
第三节 重力坝的抗滑稳定分析
一、沿坝基面的抗滑稳定分析 二、坝基深层抗滑稳定分析 三、抗滑稳定分析的有限单元法 四、提高坝体抗滑稳定性的工程措施
第三节 重力坝的抗滑稳定分析
一、沿坝基面的抗滑稳定分析
2.上下游坝面应力的计算 1)水平截面上的垂直正应力
u y