重力坝设计例题—荷载计算
重力坝设计计算(DOC)
山王庙水库大坝稳定及应力计算1 基本资料1.1坝型选择：山王庙水库大坝采用砼重力坝。
1.2为了保证大坝的安全，下游设护坦。
1.3大坝的高度：计算得上游校核水位为2108.98m设计水位为2108.71m,下游校核水位为2079.00m 设计水位为2078.60m,开挖高程为2075m坝顶高程为2111.00m,堰顶高程为2108.00m。
粗估最大坝高：2111-2075=36.00m。
1.4溢流堰：可用曲线型实用堰（长研型、克奥型、WES型）、折线型；利用当地材料，且为小型溢流坝，采用WES型。
1.5大坝的稳定及边缘应力计算：计算时可以考虑风浪及泥沙压力。
建筑物等级为5级建筑物。
1.5.1实用堰的剖面尺寸：坝轴线长12.0m；溢流堰口长10.0m；堰顶水深：校核水深为0.98m、设计水位为0.71m；下游水深t :校核水深为4.00m、设计水位为3.60m；1.5.2非溢流坝段的剖面尺寸：坝轴线长：左岸3个坝段、55.0m,右岸6个坝段、100.0m；上游水位：校核水位为2108.98m 设计水位为2108.71m；下游水深t :校核水深为4.00m、设计水位为3.50m；2溢流坝段的稳定和应力计算：只计算最不利情况一一校核洪水时溢流情况；下游水位：坝址水位~流量曲线得为2079.0m；上游水位：2108.98m；2.1荷载计算： 表2-1溢流坝段荷载计算表荷载及代号 荷载计算（10KN ）方向力臂计算（m力矩(10KN.m )坝体自重G (1/2) X 27.4 X 33.0 X 2.4=1085.04+30.0/2-2.6-27.6/3=3.2 3472.128 坝体自重G 2 (1/2 )X 2.6 X 13.0 X 2.4=40.5630/2-2/3 X 2.6=13.267 538.096 上游水重W (1/2 ) (33.98+20.98 )X 2.6=71.44830/2-1.3=13.7 978.838 上游泥沙重W (1/2 )X 2.6 X 14.36 X 0.8=14.934 t 30/2-2.6/3=14.133 211.07 下游水重W (1/2 )X 3.2 X 4.0=6.40 + -(30/2-3.20/3 ) =-13.93-89.17 上游水压力P 2 (1/2 )X 33.98 X 33.98=577.32―33.98/3=11.33 -6539.11 上游泥沙压力P r (1/2 ) X 14.98 X 14.98 X 0.53 X 0.8=47.57 —14.98/3=4.99 -237.53 下游水压力P l 2(1/2 )X 4.0 =8.0V — (1/3 )X 4.0=1.333 10.67 堰面动水压力：1.94 X 20 (COS25^COS53) /9.8=1.2064— 6.07.23 1.94 X 20 ( SIN250+SIN530) /9.8=4.84 + 15-2.715=12.285 -59.40 浮托力V 30.0 X 4.0=120.0t 0渗透压力U (1/2 )X 29.98 X 0.25 X 25.0=93.69 t -(30/2-5-25/3) =-1.667-156.15 渗透压力U 2(1/2 )X( 29.98+7.495 )X 5.0=93.69t-(30/2-5/2 ) =-12.5-1171.10合计刀W刀P刀M不计入扬压力合计— 1218.382616.89 -1655.008 计入扬压力合计911.002616.89-2982.2582.602.2验算抗滑稳定性：(1) 采用抗剪断强度公式计算，其稳定安全系数为：K= (f，刀W+CA) / 刀P;查前述地质提供的数据：f，=1.0 , C=1.10Mpa,代入公式：K= (1.0 X 911.002+1.10 X 30.0 X 100) /616.89=6.83 > 2.5 (见规范要求), 满足稳定要求。
重力坝设计例题
讲解重力坝设计例题：一．基本资料某高山峡谷地区规划的水利枢纽，拟定坝型为混凝土重力坝，其任务以防洪为主、兼顾灌溉、发电，为3级建筑物，试根据提供的资料设计非溢流坝剖面。
1．水电规划成果上游设计洪水位为355.0 m，相应的下游水位为331.0 m；上游校核洪水位356.3 m ，相应的下游水位为332.0 m；正常高水位354.0 m；死水位339.5 m。
2．地质资料河床高程328.0 m，约有1~2 m覆盖层，清基后新鲜岩石表面最低高程为326.0m。
岩基为石炭岩，节理裂隙少，地质构造良好。
抗剪断强度取其分布的0.2分位值为标准值，则摩擦系数'ckf=0.82，凝聚力'ckc=0.6MPa。
3．其它有关资料河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1 m。
泥沙浮重度为6.5kN/ m3 ，内摩擦角φ=18°。
枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。
坝体混凝土重度γ c =24kN/m3，地震设计烈度为6度。
拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，fckd强度标准值为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。
二．设计要求：（1）拟定坝体剖面尺寸确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。
（2）荷载计算及作用组合该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。
列表计算其作用标准值和设计值。
（3）抗滑稳定验算可用极限状态设计法进行可靠度计算。
（4）坝基面上下游处垂直正应力的计算，以便验算地基的承载能力和混凝土的极限抗压强度。
重力坝剖面设计图（单位：m）三．非溢流坝剖面的设计●资料分析该水利枢纽位于高山峡谷地区，波浪要素的计算可选用官厅公式。
因地震设计烈度为6度，故不计地震影响。
水工建筑物重力坝实例
重力坝设计例题：一．基本资料某高山峡谷地区规划的水利枢纽，拟定坝型为混凝土重力坝，其任务以防洪为主、兼顾灌溉、发电，为3级建筑物，试根据提供的资料设计非溢流坝剖面。
1．水电规划成果上游设计洪水位为355.0 m，相应的下游水位为331.0 m；上游校核洪水位356.3 m ，相应的下游水位为332.0 m；正常高水位354.0 m；死水位339.5 m。
2．地质资料河床高程328.0 m，约有1～2 m覆盖层，清基后新鲜岩石表面最低高程为326.0m。
岩基为石炭岩，节理裂隙少，地质构造良好。
抗剪断强度取其分布的0.2分位值为标准值，则摩擦系数'ckf=0.82，凝聚力'ckc=0.6MPa。
3．其它有关资料河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1 m。
泥沙浮重度为6.5kN/ m3，内摩擦角φ=18°。
枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。
坝体混凝土重度γc =24kN/m3，地震设计烈度为6度。
拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，fckd强度标准值为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。
二．设计要求：（1）拟定坝体剖面尺寸确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。
（2）荷载计算及作用组合该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。
列表计算其作用标准值和设计值。
（3）抗滑稳定验算可用极限状态设计法进行可靠度计算。
重力坝剖面设计图（单位：m）三．非溢流坝剖面的设计(一)资料分析该水利枢纽位于高山峡谷地区，波浪要素的计算可选用官厅公式。
因地震设计烈度为6度，故不计地震影响。
大坝以防洪为主，3级建筑物，对应可靠度设计中的结构安全级别为Ⅱ级，相应结构重要性系数γ0=1.0。
大工16春《水工建筑物》大作业--某重力坝设计
网络教育学院《水工建筑物课程设计》题目：重力坝设计学习中心：专业：年级：学号：学生：指导教师：1 项目基本资料1.1 气候特征根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14 m/s，重现期为50年的年最大风速23m/s，吹程：设计洪水位 2.6 km，校核洪水位3.0 km 。
最大冻土深度为1.25m。
河流结冰期平均为150天左右，最大冰厚1.05m。
1.2 工程地质与水文地质1.2.1坝址地形地质条件（1）左岸：覆盖层2～3m，全风化带厚3～5m，强风化加弱风化带厚3m，微风化厚4m。
（2）河床：岩面较平整。
冲积沙砾层厚约0～1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3～6m。
坝址处河床岩面高程约在38m左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。
（3）右岸：覆盖层3～5m，全风化带厚5~7m，强风化带厚1～3m，弱风化带厚1～3m，微风化厚1～4m。
1.2.2天然建筑材料粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2~3km均可开采，储量足，质量好。
粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。
砂石料满足砼重力坝要求。
1.2.3水库水位及规模①死水位：初步确定死库容0.30亿m3，死水位51m。
②正常蓄水位：80.0m。
注：本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。
表一本设计仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况：基本组合(2)为设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。
特殊组合(1)为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。
1.3大坝设计概况1.3.1工程等级本水库死库容0.3亿m3，最大库容未知，估算约为5亿m3左右。
根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型水库。
枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。
重力坝的荷载与稳定性怎么计算
重力坝的荷载与稳定性怎么计算
重力坝主要依靠自重维持稳定
分类
重力坝的设计内容
①总体布置②稳定分析③剖面设计④应力分析⑤构造设计⑥地基处理
⑦泄水设计⑧监测设计⑨施工设计
作用与荷载
①自重（包括固定设备重）：沿坝基面滑动，仅计坝体重量；沿深层滑动，需计入滑体内岩体重
②静水压力
③扬压力：扬压力=浮力+渗流压力（α：扬压力折减系数）
④动水压力
⑤浪压力
波浪三要素：波高、波长和壅高
⑥泥沙压力
⑦冰压力，⑧土压力，⑨地震作用，⑩温度作用等。
稳定分析
目的：核算坝体沿坝基面或坝基内部缓倾角软弱结构面抗滑稳定的安全度。
失稳机理：首先在坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝趾处基岩和胶结面出现局部区域的剪切屈服，进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸，最后，形成滑动通道，导致坝的整体失稳。
抗剪强度公式（摩擦公式）
抗剪断公式
规范要求：大型工程用抗剪断强度公式；中小型工程可以用摩擦公式。
重力坝习题讲解(黄嘉秋)
③集中在质点i的重力GEi
④质点i的动态分布系数 重力坝质点i的动态分布系数α i：
质点a的高度：ha=85/2=42.5m 质心b的高度：hb=68/3=22.67m
1 4(hi / H ) i 1.4 n G Ej 1 4 (h j / H ) 4 j 1 G E
其中，hi、 hj为质点i、j的高度； GEi 、GEj分别为集中在质点i、j的重力；
↓
三角形部分自重： W2= γ hV2=24×（1/2×51×68×1）=41616（kN），作用点（26,22.67），方向： ↓
坝体总自重：W= W1+ W2=59976（kN），作用点（19.42,28.74），方向：
↓
重力坝荷载计算
Always believe that something wonderful is about to happen.
坝基面边缘应力（不考虑扬压力）
Always believe that something wonderful is about to happen.
铅直向力：∑W=6.0×104+0.83×103=6.08×104KN (↓） 上下游水压力强度：pu=9.8×80=784kPa（上游）；pd=9.8×15=147kPa(下游) 上下游坝面坡度：m1=0，m2=51/68=0.75 求合力矩∑M：
《水工建筑物》
重力坝习题讲解
黄嘉秋 2016年4月6日
（1）基本资料： 坝体剖面尺寸如图1，该坝为2级建筑物， 地震烈度7度，只考虑水平向地震惯性力。 帷幕处扬压力折减系数0.25。混凝土容重 γh＝2.4×104N/m3，f=0.8，f′＝1.2，c′＝ 1MPa。
作业1
#重力坝计算参考
目录第一章调洪演算错误！未定义书签。
第二章非溢流坝设计计算12.1坝高的计算12.2坝挡水坝段的稳定及应力分析2第三章溢流坝设计计算93.1堰面曲线93.2中部直线段设计93.3下游消能设计103.4水力校核113.5WES堰面水面线计算13第四章放空坝段设计计算174.1放空计算174.2下游消能防冲计算184.3水力校核194.4水面线计算21第五章电站坝段设计计算235.1基本尺寸拟订23第六章施工导流计算266.1河床束窄度266.2一期围堰计算266.2二期围堰高程的确定27附录一经济剖面选择输入及输出数据30附录二坝体的稳定应力计算输入输出数据34附录三调洪演算源程序及输入数据44第二章 非溢流坝设计计算2.1 坝高的计算坝顶高出静水面Δh=2h 1+h 0+h c 2h 1——波浪高度校核时，V=16m/s 2h 1=0.0166×V 5/4×D 1/3=0.0166×165/4×0.51/3=0.42m 设计时，V=24m/s2h 1=0.0166×V 5/4×D 1/3=0.0166×245/4×0.51/3=0.70m h0——波浪中心线高出静水位高度校核时，2L 1=10.4×(2h 1>0.8=10.4×0.420.8=5.21mm L h 11.024h 1210==π设计时，2L 1=10.4×(2h 1>0.8=10.4×0.700.8=7.81mm L h 20.024h 1210==πh c ——安全超高，等知：校核时，h c =0.3m ；设计时，h c =0.4m 。
由以上可得坝顶超高为： 校核时Δh=2h 1+h 0+h c =0.42+0.11+0.3=0.83m设计时Δh=2h 1+h 0+h c =0.70+0.20+0. 4=1.30m 则 确定坝顶高程为： 校核时 Z 坝顶=324.7+0.83=325.53m 设计时 Z 坝顶=324.5+1.30=325.80m取其中大者即325.80m,作为坝顶高程<如图2-1所示）。
2重力坝的荷及其组合
返回
风浪要素及浪压力计算方法及计算公式来源于 《水工建筑物荷载设计规范》DL5077-1997。 我国《混凝土重力坝设计规范》推荐采用官厅 水库公式计算：
g 2hl 1 / 12 gD 0.0076 0 2 v 2 v v0 0
1/ 3
g 2 Ll 1 / 2.15 gD 2 0.331 0 v 2 v v0 0
荷载组合
基本荷载组合
特殊荷载组合
特殊一 （校核洪水情况）
特殊二 （地震情况）
(1) 基本荷载组合： 1）坝体及设备自重
2）正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力
3）对应于（2）的扬压力
4）於沙压力
5）相应的浪压力（50年一遇风速）
6）土压力
7）冰压力（不能和浪压力重合） 8）相应于设计洪水位时的动水压力
○
6.地震荷载: 地震惯性力 动水压力(激荡力) 动土压力 一般采用拟静力法计算地震荷载 重力坝一般只考虑顺河流方向的水平地震作 用；对设计烈度为8、9度的1、2级重力坝，应 同时计入水平向和竖向地震作用。对高度超过 150米的坝,应进行动力分析。
返回
① 地震惯性力
Fi a hG Ei i / g
作用点位于水面以下0.54H1处
水深为y的截面以上单宽地震动水压力的合力 及其作用点深度可查现成图表。
7、冰压力和冰冻作用
冰压力包括静冰压力和动冰压力。 静冰压力：寒冷地区，水库表面将结冰， 当气温升高时，冰层膨胀，对建筑物产生的 压力。 动冰压力：当冰破碎后，受风和水流的 作用而漂流，当冰块撞击在坝面或闸墩上时 将产生动冰压力。
5）地震作用力
6）土压力、淤沙压力
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gV02Lm 0.33V101/2.15V g02D1/3.75
hZ
h12% cth2H
Lm
Lm
计算风速V0=1.5×12=18(m/s)，D=900(m)
hL=0.59(m)，Lm=6.88(m)
由于gD/V02=27.25，
hL=h5%，
Hcr4LmlnL L(m m 22hh11% %) Hcr=0.89，
H
荷载
作用标准值
垂直荷载 水平荷载
(kN)
(kN)
作用设计值
垂直荷载 水平荷载
(kN)
(kN)
力臂 (m)
弯矩标准值 弯矩设计值
(kN·m)
(kN·m)
W1 1058.40
自 重
W2 3507.84
校
W3 6967.30
1058.40 3507.84 6967.30
h1%=1.241h5%=0.737， hZ=0.248。 H=33>Hcr，且H>Lm/2，深水波
PL=1/4×9.81×6.88×(0.737+0.248)=16.62(kN)
力矩=－16.62×33=－548.36(kN•m)
回
计
算
简
图
A
8
扬压力计算
U1=－9.81×2.1×28.56×1=－588.365(kN)
力矩=－211.374×3.7=－782.084(kN•m)
PsV=1/2×6.5×11.1×11.1×0.2=80.087(kN) 力臂=28.56/2－11.1×0.2/3=13.54(m)
力矩=80.087×13.54=1084.378(kN•m) 回 计 算 简 图
A
7
浪压力计算
1/3
V g02hl 0.007V061/12Vg02D
A
9
荷载
作用标准值
垂直荷载 水平荷载
(kN)
(kN)
作用设计值
垂直荷载 水平荷载
(kN)
(kN)
力臂 (m)
弯矩标准值 弯矩设计值
(kN·m)
(kN·m)
W1 1058.40
自 重
W2 3507.84
1058.40 3507.84
11.48 12150.43 12150.43 7.98 27992.56 27992.56
力臂=0(m)
力矩=0(kN•m)
U2=－9.81×6.9×0.25×(33－2.1)=－522.898(kN) 力臂=28.56/2－6.9/2=10.83(m) 力矩=－5662.98(kN•m)
U3=－9.81×1/2×(28.56－6.9)×0.25×(33－2.1)=－820.722(kN)
回
力矩=1058.4×11.48=12150.432(kN•m)
计
W2=24×4.2×34.8×1=3507.84(kN)
算 简
力臂=28.56/2－21×0.2－4.2/2=7.98(m)
图
力矩=3507.84×7.98=27992.563(kN•m)
W3=1/2×24×28.8×28.8×0.7×1=6967.296(kN) 力臂=28.56/2－28.8×0.7×2/3=0.84(m)
U3
坝体自重计算 静水压力 泥沙压力
浪压力计算 扬压力计算
PV3 2.1
PH2
U4
A
4
坝体自重计算
坝顶宽度=(34.8－28.8)×0.7=4.2(m)
坝基宽度=34.8×0.7+21×0.2=28.56(m)
W1=1/2×24×21×21×0.2×1=1058.4(kN)
力臂=28.56/2－2/3×21×0.2=11.48(m)
力臂=2/3×(28.56－6.9)－28.56/2=0.16(m)
力矩=－131.32(kN•m)
U4=－9.81×1/2×6.9×(1－0.25)×(33－2.1)=－784.346(kN)
力臂=28.56/2－1/3×6.9=11.98(m)
力矩=－9487.70(kN•m)
回 计 算 简 图
算
简
力矩=432.621×12.88=5572.158(kN•m)
图
PV3=1/2×9.81×2.1×2.1×0.7=15.142(kN)
力臂=28.56/2－2.1×0.7/3=13.79(m)
力矩=－15.142×13.79=－208.805(AkN•m)
6
泥沙压力计算 PsH=1/2×6.5×11.1×11.1×tan2(45－18/2)=211.374(kN) 力臂=1/3×11.1=3.7(m)
重力坝设计例题
A
1
三、计算实例
A
2
34.8 33.0
大
28.8
坝
实
21.0
用
1：0.2
1：0.7
剖
11.1
面
图
2.1
O(形心)
0.0
A
3
6.9
荷
载
计
PsV
算
11.1
简
图 PsH
34.8
PL
33.0
28.8
PV1 21.0
1：0.7
PV2 PH1
1：0.2
W1
W2
6.9
U2
W3
O(形心)
0.0
U1
PV 432.62
432.62
12.88 5572.16 5572.16
2
垂直 水压力
1
PV 15.14
15.14
3. -208.80 -208.80
3
7
9
泥沙
Psv 80.09
80.09
13.54 1084.37 1084.37
压力
Ps
211.37 A
253.65 -3.70 -782.08 -91308.50
设
W3 6967.30
6967.30
-0.84 -5852.53 -5852.53
计
洪
水平
PH
1
水
水压力
5341.5 5
5341.5 5
ห้องสมุดไป่ตู้
1 1. -58757.00 -58757.00 0 0
位
PH
-21.63
-21.63 -0.70 15.14
15.14
情 况
2
PV 494.42 1
494.42
12.18 6022.08 6022.08
力矩=－6967.296×0.84=－5852.529(kN•m)
A
5
静水压力计算
PH1=1/2×9.81×33×33×1=5341.545(kN) 力臂=1/3×33=11.0(m) 力矩=－5341.545×11.0=－58756.995(kN•m)
PH2=－1/2×9.81×2.1×2.1×1=－21.631(kN) 力矩=21.631×0.7=15.142(kN•m)
力臂=1/3×2.1=0.7(m)
PV1=9.81×(33－21)×21×0.2=494.424(kN) 力臂=28.56/2－21×0.2/2=12.18(m)
力矩=494.424×12.18=6022.084(kN•m)
回
PV2=1/2×9.81×21×21×0.2=432.621(kN)
计
力臂=28.56/2－21×0.2/3=12.88(m)