03-01重力坝概述
水利建筑物重力坝ppt课件
第二节 重力坝的稳定分析 四、提高坝体抗滑稳定性的工程措施
（1）利用水重 （2）将坝基开挖成倾向上游的斜面 （3）在坝踵下设齿墙 （4）抽水措施 （5）加固地基 （6）利用预应力
.
第二节 重力坝的稳定分析
.
固常 措用 施的
几 种 抗 滑 加
.
第二节 重力坝的稳定分析
.
第二节 重力坝的稳定分析
足强度要求
.
第三节 重力坝的应力分析 应力分析方法
理论计算和模型试验法 理论计算方法主要有： 材料力学法和有限元法
对于中、低坝，当地质条件较简单时， 可按材料力学方法计算坝体的应力，有 时可只计算坝体的边缘应力。
.
.
应力分析内容
确定计算工况； 选择计算方法； 确定计算截面； 计算选定截面上的应力：
.
第三节 重力坝的应力分析
一、概 述
• 目的：
1、为了检验大坝在施工期 和运用期是否满足强度要 求；
2、为解决设计和施工中的 某些问题，如砼分区，某 些部位的配筋等提供依据。
.
第三节 重力坝的应力分析
应力分析的过程：
1、进行荷载计算及荷载组合 2、选择合适的方法进行应力计算 3、检验大坝各部位的应力是否满
Ⅰ类基岩——很好的岩石， f ′＝1.2～1.5, c’＝1.3～1.5Mpa
Ⅱ类基岩——好的岩石， f ′＝1.0～1.3, c’＝1.1～1.3Mpa
Ⅲ类基岩——中等的岩石， f '＝0.9～1.2, c’＝0.7～1.1Mpa
Ⅳ 类基岩——较差的岩石， f ′＝0.7～0.9, c’＝0.3～0.7Mpa
.
原规范规定，f的最后选取应以野外和室内试验成 果为基础，结合现场实际情况，参照地质条件 类似的已建工程的经验等，由地质、试验和设 计人员研究确定。
重力坝介绍与简介
述
第一节 概
述
二、工作特点（重点掌握内容）
（1）重力坝可采用河床式溢洪道 （2）设计、施工都比较简单 （3）抵御特殊灾害（地震、恐怖袭击）能力比强 有关数据统计，各种坝型中，重力坝失事率相对较低 优点：坝顶允许溢流 遇到超标准洪水不易溃坝 坝体厚实、体积大、采用胶结材料（混凝土） 抗震能力强 （2）＋（3）是重力坝普遍应用、特别是在重大 工程常被采用的主要原因
以减少混凝土硬化时产生的水化热 （2）浇筑方式上的改进 采用碾压式快速浇筑方法，即在混凝土入仓后，用车碾 子使混凝土碾压密实代替振捣棒振捣密实，采用振动刀
片切缝代替分块浇筑
第一节 概
四、重力坝的组成与布置
述
溢流坝段＋边墩和导墙＋非溢流坝段 溢流坝段通常设闸门控制 坝顶有闸墩和交通桥 如果有航运需要，坝段与航运设施之间同样 要设边墩和导墙，船闸上方也要设交通桥
第一节 概
四、重力坝的组成与布置
述
溢流坝段宜布置在河道主流位置，两端以非溢流 坝段与岸坡连接
设永久性横缝：为了防止不均匀沉降、温度应力 控制要求，沿垂直于坝轴线设永久性横缝，各段 坝型应尽量保持一致
在合适位置布置电站、船闸等其它建调工作
第一节 概
复习思考题
述
１、重力坝的优缺点有哪些？ ２、重力坝如何分类？
第一节 概
四、重力坝的组成与布置
述
节省工程量
重力坝坝址一般选在狭窄河谷
为了布置河床式溢洪道、坝后式水电站厂房和通航船闸， 有时也选择在比较宽的河谷建坝（葛洲坝工程＋三峡工程） 因坝体重量大，水平水压力大。一般应修建岩石地基上，
地质条件好：基岩坚硬、完整
抗渗性能好 无难于处理的断层 重力坝的坝轴线一般采用直线布置，与河流流向垂直 避免不良的受力条件
第二章 重力坝重力坝坝身泄水孔-全文可读
◆ 1）按所处高度分：中孔、底孔 ◆ 2）按布置层数分：单层、双层 ◆ 3）按流态分：有压、无压
◎一、概述
有压孔——泄流时孔内保持满流有压
◎二、坝身泄水孔布置
进口高程：满足泄洪要求下尽量高些， 减小门压力和洞长，具体而言：
◆ 灌溉孔应与灌区在同一侧▽孔进口根据▽坝 后渠首确定，或根据泥沙、水温情况分层 设进水口
◆ 发电进水口应根据发电和泥沙要求确定 ，一般设于水库最低水位以下一倍孔口 高度处，并高程最终泥沙高程1m以上。
◆ 排沙孔尽量靠近电站、灌溉进水口 ◆ 放空、导流孔进口一般较低
◎三、有压泄水孔
4）通气孔
作用：检修前，检修门闭 工作门开启放水时，向孔内补气 ◆ 断面积：
– 一般=泄水孔断面积的0.5%-1% – 并大于平压管、检修排水管的断面积 – 通气孔进口须与大气连通，并与启闭机室分开。
◎三、有压泄水孔
5）平压管
◆ 作用：检修完毕提起检修门前向 二门间充水，平衡检修门前水压 减小启门力 ◆ 管径d由管流公式确定：
◎三、有压泄水孔
• 组成：进口段（进口曲线段、闸门槽 段、渐变段、平压管、通气孔）洞身段 、出口段
1 进口段曲线：
◆ 进口曲线段—椭圆or圆弧
– 椭圆长轴水平or上倾约12度 – 顶曲线：A=h（孔高or孔径 – 侧曲线：A=B（孔宽） – 圆弧半径：R>2D
◎三、有压泄水孔
2）闸门槽段
◆ 矩形锐缘闸门——适于V<10m/s ◆ 矩形收缩形门槽——适于v大时 ◆ 门槽形式尺寸
重力坝
2．大量节约水泥，降低工程造价
普通混凝土坝中的单方水泥用量约为180—280kg/m3，如新安江大坝为 180kg/m3，丹江口大坝高达270kg/m3。碾压混凝土坝中单方水泥用量仅为 90—50kg/m3
3．简化温控措施，减少坝体纵缝
水泥用量较少，坝体采用薄层交替浇筑，表面散热条件良好，使坝体内部混凝 土温度升幅大大降低 。日本岛地川坝的实测资料表明，坝内最大温升仅8~10℃。 可以不采取专门的降温散热措施
六、 重力坝深式泄水孔
工作条件： ①孔内水流流速高，易产生负压，空蚀和振动； ②闸门在水下，承受的压力大，检修困难。 型式及布置
按水流条件分：有压的、无压的； 按高程分：中孔、底孔； 按布置层数分：单层、多层。
六、 重力坝深式泄水孔
1、有压泄水孔 工作闸门布置在出口，可以部分开启，出口低，利用的水头大，断 面尺寸较小。 缺点：闸门关闭时，孔内承受较大的内水压力对坝体应力和防渗都 不利，常需钢板衬砌。进口处设置事故检修闸门、平常用来挡水。 2、无压泄水孔 工作闸门布置在进口，为形成无压水流，需在闸门后将断面顶部升 高。（工作闸门前仍为有压段） 优点：闸门可以部分开启，明流段不用钢板衬砌，施工简便，干扰 少，有利于加快速度进度。 缺点：断面尺寸较大，削弱坝体。 国内重力坝多采用无压泄水孔。
坝体按常规分横缝，采用切缝技术 成缝，缝内止水和排水系统与常 态混凝土坝相同，并放在常态混 凝土层内
十、浆砌石重力坝 是用胶结材料和块石砌筑而成的。 其特点如下：①就地取材；②水泥用量少
（比混凝土重力坝可节省50%左右）， 因而发热量低，可不采取温控措施，不 设纵缝，可增加坝段宽度；③不需立模， 施工干扰少；④施工技术易为群众掌握， 便于组织人工进行施工。⑤人工砌筑， 施工质量难于控制；⑥砌体孔隙率较大，
岩基上的重力坝
一.计算假定 1.河床坝段作为平面问题处理，岸坡坝段按空间问
题处理； 2.略去横缝作用，以单宽计算； 3.假定为一根固结与基础上旳变截面悬臂梁。 二.稳定分析 ㈠沿坝基面旳抗滑稳定分析 假定坝体与坝基旳连接有三种物理模式 “触接” “粘接” “咬接”
1.简朴接触——摩擦公式
以为坝底光滑，坝基光滑，坝直接放置在岩基上
y呈直线分布， x 呈三次抛物线分布， 呈二次
抛物线分布。
B.弹性理论解析法 该法旳力学模型和数学解法均很严密，但前只有 少数边界条件简朴旳经典构造才有解答。
C.弹性理论差分法 该法力学模型严密，在数学解法上采用差分格式， 是一种近似旳措施。
D.弹性理论旳有限单元法 与差分法相反，该法力学模型是近似旳，数学解 法时精确旳，网格可采用三角形单元，四边形单 元或两者旳组合。
期和运营根据，如孔口，廊道等 部位旳配筋；
④为改善构造形式和科学研究提供根据。
2.分析措施
模型试验法
理论计算法
⑴模型试验法
光测措施 如：偏振光弹性试验
偏光全息试验
脆性材料电测法
⑵理论计算法
A.材料力学法（重力法）
这是一种历史悠久，应用最广最简便旳措施， 它不考虑地基变形旳影响，假定：
力三个主要荷载作用下，满足稳定和应力要求并 使其剖面最小旳三角形剖面。
三.剖面形态 有三种常用形态，如下图所示：
四.实用剖面 1.坝顶高程计算公式
h h1% hz hc
h —防浪墙至正常蓄水位或校核洪水位旳高差，m；
—累积频率为1%旳波浪高度，m；
h1%—波浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位旳高差，
⑶帷幕灌浆：为了降低坝基渗透压力，降低渗流量。 深度：相对隔水层浅时，打至隔水层内3~5m；相 对隔水层深时，打至（0.3~0.7）倍坝高。
01岩基上的重力坝解析
（二）挑流消能
挑流消能是通过挑流鼻坎将高速水流自由抛射远离坝体，并利用水舌在空中扩散、掺气以及水 舌跌入下游水垫内的紊动扩散消耗能量。
这种消能方式具有结构简单、工程造价省、施工检修方便等优点；但下泄水流会形成雾化，尾水 波动较大，且下游冲刷较严重，冲刷坑后形成堆丘等。
第二节 溢流重力坝
一、溢流重力坝的工作特点 （1）有足够的孔口尺寸、良好的孔口体型和较大的流量系数，以满足泄洪能力要求。 （2）体型和流态良好，使水流平顺地流过坝体，控制不利的负压和振动，避免产生空蚀现象。 （3）满足消能防冲要求，保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷。 （4）溢流坝段在枢纽中的布置，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。 （5）有灵活控制水流下泄的机械设备，如闸门、启闭机等。
（三）横缝的布置 溢流坝段的横缝有两种布置方式：①缝设在闸墩中间；②缝设在溢流孔跨中。
四、溢流面曲线和剖面设计 （一）溢流面曲线
溢流坝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。
（二）溢流重力坝剖面设计
五、消能工的形式与设计
（一）概述
（1）消能工的设计原则。①尽量使下泄水流的大部分动能消耗于水流内部紊动及水流与空气的摩擦 中；②不产生危及坝体安全的河床冲刷或岸坡局部冲刷；③下泄水流平稳，不影响枢纽中其他建筑 物的正常运行；④结构简单，工作可靠；⑤工程量小，经济。
二、重力坝的类型 （1）按坝的高度分类，可分为高坝、中坝、低坝三类。 （2）按筑坝材料分类，可分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 （3）按泄水条件分类，可分为溢流坝和非溢流坝。 （4）按施工方法分类，可分为浇筑式混凝土重力坝和碾压式混凝土重力坝。 （5）按坝体的结构型式分类，可分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝。
第三章 重力坝
4、设计状况
根据“水利水电工程结构可靠度设计统一标准”（GB5019994)，结构设计按以下三种状况设计： （1）持久状况：正常使用过程中，一定出现且持续时间很长。 （2）短暂状况：施工、检修或使用过程中短暂出现。 （3）偶然状况：出现几率很小，持续时间短。 三种状况均应按承载能力极限状态进行设计。同时 （1）持久状况，尚应按正常使用极限状态设计； （2）短暂状况，可根据需要按正常使用极限状态设计； （3）偶然状况，可不按正常使用极限状态设计；
4、浪压力
（1）波高2hL、波长2LL及h0
2hL 0.0166 V f5 / 4 D1/ 3 2LL 10.4(2hL ) 0.8
（1）坝前水深H1>LL
PL
0 ( LL 2 hL h0 ) LL
2
0 L 2L
2
（书P21公式2-6） • 注：静水面处波浪压强最大
PL
3、计算参数确定
f′、c′和f的大小对抗滑稳定影响很大 ，若取大则安全没有保证，取小了浪费。 如何选取C、f值是计算稳定安全系数的关键。 f′、c′和f值以野外现场试验成果为基础，结合室内试验结果， 由地质、试验和设计人员共同分析确定。其中现场试验成果，f′、 c′采用测定峰值的小值平均值；f采用屈服极限值或比例极限值。
一般可按“水工建筑物抗震规范”的拟静力法计算。
7、冰压力（ice pressure）
（1）静冰压力 目前还没有系统的理论分析，可查表2-5（P26）。可从表中选 用单位面积的冰压力乘以冰厚即为作用在每米坝长的静冰压力 P冰=f(T0,VT,h) 式中：T0,VT,h分别为升温时气温、升温速率和冰厚。
第三节 重力坝的稳定分析
一、稳定分析(stability analysis against sliding）的目的
名词解释重力坝
名词解释重力坝重力坝是一种常见的水利工程建筑，是指由混凝土等材料制成的大型坝体，用于拦截河流水流并积累水能，是水电站的主要组成部分。
以下将从定义、构造、特点和应用等方面对重力坝进行介绍。
一、定义重力坝是由混凝土等材料构成的大型坝体，其主要特点是坝体自重成为防洪和固土的基本保证。
其横断面呈三角形、梯形或圆弧形，下部较宽，上部较窄。
二、构造重力坝的构造主要由以下几个部分组成：1.坝墙：是坝体的主体结构，负责承受水压力和坝体重量。
坝墙通常由连续的混凝土墙体组成，其底部焊接蛇形钢条，以增强坝体的稳定性。
2.泄洪道：负责坝体的控制洪水，防止坝体崩塌。
泄洪道通常位于坝体中央或附近，其主要部分为凸缘闸门或波形闸门。
3.坝顶：是重力坝的顶部，通常用于放置一些机械装置或人工设施。
坝顶上通常有测量或监测设备，以便监测坝体的运行状况。
三、特点1.稳定性高：重力坝体重较大，地基反力小，能承受较大的水压力，在防洪和固土方面具有很高的稳定性和抗洪能力。
2.施工周期长：由于坝墙需要通过混凝土浇筑进行建造，因此重力坝的施工周期长，一般需要数年时间才能完工。
3.施工成本高：重力坝坝墙体积大，需要大量混凝土等材料，因此建造成本较高。
四、应用重力坝广泛应用于水力发电站、灌溉工程、防洪工程和供水工程等领域。
水力发电站利用重力坝积累水能、控制水流，以驱动水轮发电，是常见的水电站形式。
灌溉工程和供水工程利用重力坝控制水流和积水，为农业和城市供水提供了可靠的保障。
在防洪工程中，重力坝通过拦截河流流量和积存水量，保护周边的平原地区，防止洪水灾害的发生。
总之，重力坝是一种重要的水利工程建筑，具有较高的稳定性和抗洪能力，广泛应用于水力发电站、灌溉工程、防洪工程和供水工程等领域。
重力坝计算实例
利用离散元法对重力坝进行 离散化，通过求解离散化的 方程来获得坝体的位移、应
力等性能参数。
智能化与自动化技术的应用
智能化设计
利用人工智能技术对重力坝进行智能 化设计，提高设计效率和精度。
自动化监测
利用自动化技术对重力坝进行实时监 测，提高监测效率和精度。
自动化控制
利用自动化技术对重力坝进行控制， 提高控制效率和精度。
重力坝计算实例
• 重力坝概述 • 重力坝计算的重要性 • 重力坝计算实例：某水电站大坝 • 重力坝计算的关键因素 • 重力坝计算的未来发展
01
重力坝概述
重力坝的定义与特点
定义
重力坝是一种依靠自身重量产生 压重来抵抗水平推力的坝体结构 。
特点
结构简单、稳定性好、安全可靠 、维护方便，适用于各种地形和 地质条件。
合理布置排水系统
通过计算排水系统的排水能力，可 以合理布置排水孔和排水沟，降低 坝体的扬压力，提高其稳定性。
考虑地震作用
在计算中充分考虑地震作用的影响， 可以提高坝体的抗震性能和稳定性。
优化坝体设计
01
降低成本
通过精确计算，可以优化坝体的 材料用量和施工方案，降低工程 成本。
02
提高运行效率
03
延长使用寿命
05
重力坝计算的未来发展
数值模拟技术的发展
数值模拟技术
有限元法
通过建立数学模型，利用计 算机技术模拟重力坝的工作 状态和行为，为设计、优化
和安全评估提供依据。
利用有限元法对重力坝进行 离散化，通过求解离散化的 方程来获得坝体的应力、应
变等性能参数。
边界元法
离散元法
ห้องสมุดไป่ตู้
重力坝PPT
总垂直力为：
PV
式中 q——相应设计状况下反弧段上的单宽流量 [m3/（s.m）]； ——水的重度； v——反弧段最低点处的断面平均流速（m/s） α1、α2——分别为反弧段圆心竖线左、右的中心角， 取其绝对值。 PH和PV的作用点可近似的认为在反弧段长度的中 点，上图所示方向为正。
水 工 建 筑 物
gLm 1 / 2.15 gD 0.331v0 2 2 v0 v0
1 / 3.75
水 工 建 筑 物
h
—波高，
gh 20 ~ 250 时，为累积频率5% 当 2 v0 的波高 h5% ， gh 当 2 250 ~ 1000时 ，为累积频率 v0 10%的波高 h10%
建 筑 物
水 工 建 筑 物
（五）重力坝对气候、地形、地质等条 件适应性较强，抗震性能较好。
因此，除承受能力低的软基和有难以 处理的断层、破碎带等岩石基外，其他 多类地基均可修建重力坝，亦可建于地 震区。
水 工 建 筑 物
二、重力坝的分类
（一）按剖面型式分 1、实体重力坝 这种坝体内部应力较小材 料未能充分得到利用。 2、宽缝重力坝 坝体内设有宽缝这样使坝 体所承受有扬压力下降，筑坝混凝土用量 也下降。 3、空腹重力坝 坝体内设有空腹，空腹的 设置同样可使扬压力下降，混凝土用量下 降量在电站工程中可将厂房建於空腹中。
0.15 ~ 0.30
3
水 工 建 筑 物
γ0 H H
α 3γ 0H
水 工 建 筑 物
（四）淤沙压力 入库水流挟带的泥沙在水库中淤积，淤积在坝前的泥沙对坝 面产生的压力叫淤沙压力。如图所示。
水 工 建 筑 物
这主要是对多泥沙河流而言。 坝前淤积泥沙随时间推移而增高，计算时 ，
- 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)。
第三章岩基上的重力坝
第章
一、学习要求
学习要求
原特类
1.重力坝的工作原理、特点及类型
2.重力坝的荷载及荷载组合
3.重力坝的抗滑稳定分析
3重力坝的抗滑稳定分析
4.重力坝的应力分析
5.非溢流重力坝及溢流重力坝的剖面设计
非溢流重力坝溢流重力坝的剖面设计
6.重力坝的构造及地基处理
二、学习难点
重力坝的抗滑稳定及应力分析、泄水重力坝
第一节概述
重力坝的工作原理
重点
重力坝的类型
主要内容
重力坝的特点
重力坝的设计内容
世界上最高的重力坝是1962年瑞士的大狄克世界上最高的重力坝
桑斯(The Grande Dixence)重力坝，高285m。
一、重力坝的工作原理
重力坝的基本剖面呈三角形。
重力坝的工作原理
(1)在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力满足稳定要求；
体自重产生的抗滑力满足稳定要求
重力坝的工作原理
(2)利用坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度要求。
二、重力坝的类型
1.按高度分
●低坝：H＜30m
H ●中坝：H=30m～70m
●高坝：H＞70m
2.按结构型式分
●实体重力坝●宽缝重力坝
●空腹重力坝●预应力重力坝●装配式重力坝
3.按泄流条件分
●非溢流重力坝
●泄水重力坝：
溢流坝
坝身泄水孔泄水
有压泄水孔示意图无压泄水孔示意图
4.按筑坝材料分
4按筑坝材料分
●混凝土重力坝
●浆砌石重力坝
五强溪
混凝土重力坝
三峡水利枢纽
坝段
江垭
碾压混凝土重力坝
水府庙
浆砌石重力坝
峰头水库溢流坝剖面图
三、重力坝的特点
1安全可靠
重
力2对地形、地质适应性强坝
的3枢纽泄洪容易解决
优
4便于施工导流
点
5施工方便
重力坝的缺点
34
材料用量强度不能充分发挥不利稳定
严格的温控措施多
重力坝的设计内容
四、重力坝的设计内容
1.剖面设计:拟定剖面尺寸。
剖面设计拟定剖面尺寸
2.稳定分析:验算坝体抗滑稳定的安全度。
2稳定分析:验算坝体抗滑稳定的安全度
3.应力分析:保证坝体和坝基有足够的强度。
4.构造设计:确定坝体的细部构造。
5.地基处理:防渗、排水、断层软弱带处理等。
6.溢流重力坝和泄水孔的孔口设计:堰顶高程、
6溢流重力坝和泄水孔的孔口设计堰顶高程孔口尺寸、体形及消能、防护设计等。
7.监测设计: 大坝永久观测设施。
小结
重力坝的工作原理
稳定要求如何满足？
满足
强度要求
按高度分
按结构型式分
按泄流条件分 重力坝的类型
按筑坝材料分
重力坝的特点优点
何种措施？缺点
思考题
针对重力坝存在的缺点，在设计和施工中可采取哪些措施加以改进？
作业
1.重力坝的工作原理和特点是什么?
2.扬压力由哪几部分组成?各是如何产生的?
3.简述提高重力坝抗滑稳定的工程措施。
3简述提高重力坝抗滑稳定的工程措施
4.重力坝上游边坡坡率n值对应力和稳定有何影4重力坝上游边坡坡率n值对应力和稳定有何影响?
5.简述重力坝剖面设计的原则。