非溢流重力坝设计
非溢流重力坝的剖面设计
三、实用剖面
1、 坝顶宽度 根据施工、交通、设备安装等条件确定。 一般B=(8～10)%H，且不小于2m。 或根据漂浮物，冰压力等对坝体的冲击力情况确定。
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1、设计变量
四、实用断面的优化设计
上、下游坝面的坡率n、m，坝顶距上、下游起坡点的高度yn和ym。
2、建立目标函数V(x)
3、确定约束条件
如稳定约束、应力约束、几何约束等。
4、选择求解方法
目标函数和约束条件都是设计参数的非线性函数，因此重力坝的优化设计是一个非线性规划问题。
下一节
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h1% —累积频率为1%时的波高，m。 hZ —波浪中心线至静水位的高度，m。 hc—安全超高m，见下表。
注：在计算h1%时，两种情况应采用不同的计算风速值。
相应水位
坝的安全级别
Ⅰ(1级)
Ⅱ(2、3级)
Ⅲ(4、5级)
正常蓄水位
ห้องสมุดไป่ตู้0.7
0.5
0.4
校核洪水位
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上游面呈倾斜的基本三角形加坝顶，适用于坝基础摩擦系数较小的情况
倾斜的上游坝面可以增加坝体自重和利用一部分水重，以满足抗滑稳定的要求。修建在地震区的重力坝，可采用此种剖面。
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采用铅直的上游坝面，适用于坝基摩擦系数较大，由应力条件控制坝体剖面的情况。
优点：便于布置和操作坝身过水管道进口控制设备缺点：由于在上游面为铅直的基本三角形剖面上增加坝顶重量，空库时下游坝面可能产生拉应力。
重力坝设计内容
重⼒坝设计内容第三部分枢纽布置（1）坝型的选择坝型根据：坝址基岩岩性为燕⼭早期第三次侵⼊⿊云母花岗岩，河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。
河床冲积层厚度⼀般为 2.0-2.5m，左岸覆盖层厚度为3-8m，右岸覆盖层厚度为 0.5-5.0m，覆盖层主要为坡残积含碎⽯粘⼟层。
且河床堆积块⽯、孤⽯和卵⽯，但是缺乏⼟料。
浆砌⽯重⼒坝虽然可以节约⽔泥⽤量，但不能实现机械化施⼯，施⼯质量难以控制，故本⼯程采⽤混凝⼟重⼒坝。
（2）坝轴线的选取坝址河段长 350m，河流⽅向为 N20E，其上、下游河流⽅向分别为 S70E和 S80E。
坝址河⾕呈“V”型，两岸h⼭体较雄厚，地形基本对称，较1完整，两岸地形坡度为 30°-40°。
河床宽 20-30m，河底⾼程约 556-557m。
坝轴线取在峡⾕出⼝处，此处坝轴线较短，主体⼯程量⼩，建库后可以有较⼤库容。
（3）地形地质坝址基岩岩性为燕⼭早期第三次侵⼊⿊云母花岗岩，河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。
河床冲积层厚度⼀般为 2.0-2.5m，左岸覆盖层厚度为3-8m，右岸覆盖层厚度为 0.5-5.0m，覆盖层主要为坡残积含碎⽯粘⼟层。
（4）坝基参数坝址地质构造主要表现为断层、节理裂隙。
坝址发育 11 条断层。
建议开挖深度：河中 5m，左岸 6-12m，右岸 6-15m。
（5）基本参数⼲密度 2.61g/cm 3 ，饱和密度 2.62 g/cm 3 ，⼲抗压强度92-120MPa，饱和抗压强度 83-110MPa，软化系数 0.9，泊松⽐ 0.22-0.23。
混凝⼟与基岩接触⾯抗剪断指标：Ⅲ类岩体，抗剪断摩擦系数 1.0-1.1，抗剪断凝聚⼒ 09.-1.1MPa。
坝基⾼程为550m.正常⽔位 642.00m设计⽔位 642.71m校核⽔位 643.69m（6）⼯程级别：本⽔利枢纽坝址林地溪与国宝溪汇合⼝下游约2.5km的峡⾕中，坝址集⽔⾯积144.5km2，⼜知河底⾼程556-557m。
重力坝——§5非溢流坝剖面设计
◎三、实用剖面
考虑到施工、交通、运行管理、承担其他荷载要求 ，重力坝实用剖面：坝顶应有足够宽度，坝顶高程 在库静水位以上应有一定波浪超高
• 1、坝顶宽度
一般取b为坝高的8%-10%，即b=（8-10）%H,且 b≥2m
当有交通要求or布置启闭机轨道时，应满足之。
◎三、实用剖面
• 2、坝顶高程
坝顶or放浪墙顶高程按下列二情况计算取大者： ▽坝顶1=▽设计洪水+Δh设计 ▽坝顶2=▽校核洪水+Δh校核 超高：Δh=h+h0+hc h——波浪超高，h0——波浪中心线在水面以上超高 hc——安全超高，根据坝级别差表1-11. 设墙时，坝顶不得低于最高洪水位，强顶不得低于
第二章 重力坝
◎.
• §1 概述 • §2重力坝荷载及其组合 • §3重力坝抗滑稳定分析 • §4重力坝应力分析 • §5非溢流坝剖面设计 • §6溢流坝设计 • §7重力坝坝身泄水孔 • §8重力坝材料与构造 • §9重力坝地基处理 • §10其他型式重力坝
§5 非溢流坝的剖面设计
◎一、设计原则、步骤
是工程中常用形式 上游起坡点高度一般在距坝底1/3-2/3坝高处。
◎三、实用剖面
3）上游面倾斜，起坡点设在基本剖面顶点
可更多利用水重增加坝体稳定，但不利于布置泄水管 孔进口设备
适用于基岩面f、c值较低情况。
◎四、坝顶构造
• 1、一般坝顶构造
坝顶上游设置与坝体连为一体的钢筋砼放浪墙，墙 高约1.2m，厚0.4-0.6m，与坝体有相同横缝，内设 止水。坝顶下游侧边石or栏杆。
设计原则： 满足稳定、强度要求、，并工程量最少 、运用方便、外形简单、便于施工。
设计要求：承受所有荷载条件下，满足上述要求 设计步骤：
非溢流重力坝设计
第三章 非溢流重力坝设计3.1基本剖面设计3.1.1剖面设计原则重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，并以特殊荷载组合复合。
设计断面要满足强度和强度要求。
非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量最小；③优选体形，运用方便；④便于施工，避免出现不利的应力状态。
3.1.2基本剖面拟定图3.1重力坝的基本剖面是指坝的基本剖面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图3.1。
在已知坝高H 、水压力P 、抗剪强度参数f 、c 和扬压力U 的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求的工程量最小的三角形剖面尺寸。
3.1.3实用剖面的拟定一、坝顶高程的拟定坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程。
坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高定出。
即∇＝静+h ∆式中：h ∆＝l z c h h h ++。
式中：l h ----为波浪高度；z h ----为波浪中心线超出静水位的高度；c h ----为安全超高。
1、超高值h ∆的计算（1）基本公式坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，h ∆可由式计算，应选择三者中防浪墙较高者作为选定高程。
c z h h h h ++=∆%1 （2.1）式中h ∆—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差m ；%1h —累计频率为1%的波浪高度m ；z h —波浪中心线至设计洪水位或校和洪水位的高差m ；c h ——安全超高 ；c h 的取值，根据下表3.1表3.1故本设计坝的级别为2级，所以设计安全超高为0.5m ，校核安全超高为0.4m 。
对于h l%和h z 的计算采用官厅公式计算：3/14/500166.0D V h l =，0.810.4()c L h = 22l z h H h cth L Lππ= 式中： 0V ----计算风速，m/s, 在计算%1h 和z h 时，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。
第一节 非溢流重力坝
（3）约束条件：求一组Xi→V(x)→最小
（4）选择求解方法：应用非线性规划问题求解法求解
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第一章 岩基上的重力坝
四、非溢流重力坝的剖面设计 （三）优化设计（了解）
第一节 非溢流重力坝
1、概念：在全部可行方案中，利用数学手段，按设计者预定的 要求，从中选择出一个最优方案。 2、内容 （1）设计变量：n、m、H、顶宽B、上、下游起坡点高度等。 其中：H、B→预定参数；n、m、yn，ym…… 设计变量 （2）目标函数：坝体体积:V（x）
震，特大洪水时抢护等要求。
2、常态砼坝坝顶最小宽度 3m ，碾压砼坝为 5m 。一般可采用B= (8％～10％)H，有交通要求时，按交通规定确定。
3、当有较大的冰压力或漂浮物撞击时，还应满足强度要求。
4、坝顶路面应具有横向坡度，并设置相应的排水系统。 5、有交通要求时，两侧宜设人行道，且高出路面 20～30cm。
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第一章 岩基上的重力坝
三、重力坝的设计内容
第一节 非溢流重力坝
5）构造设计。根据施工和运行要求，确定坝体细部构造，包括廊 道、排水、分缝、止水等。
6）地基处理。地基的开挖、防渗（帷幕灌浆）、排水、断层、破
碎带的处理等。 7）溢流重力坝和泄水孔的孔口设计。堰顶高程、孔口尺寸、体型、 消能防冲设计等。 8）监测设计。包括坝体内部和外部的观测设计，制定大坝的运行、 维护和监测条例。
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第一章 岩基上的重力坝
四、非溢流重力坝的剖面设计
第一节 非溢流重力坝
任务：重力坝剖面设计的任务是在满足稳定和强度要求
非溢流坝面设计
第一节非溢流坝剖面设计
非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近，基本断面上部设坝顶结构。
已知非溢流坝采用实体重力坝，基本剖面为上游坝坡采用1：0，下游坝坡采用1：0.6-1:0.8,坝顶宽度为坝高的8%-10%，且>3m，而坝高为157.2-68=89.2m，考虑通车情况取坝顶宽度为8m
坝底宽度计算采用公式（5）
(5)
式中T —坝底宽度
H —为坝高
—坝体混泥土容重取23.5KN/m3
—水的容重取10 KN/m3
β—坝上游面为铅垂面取0
a—扬压力折减系数取0.35
则由公式（5）计算可得下游坝底宽度为63.07m；
校核坝底宽度是否满足下游坝坡1：0.6-1：0.8的要求
H/(T-坝顶宽度)=1.57 满足要求
校核设计的剖面是否满足抗滑稳定安全不考虑动水压力和地震荷载
由书公式2—1，单位长度坝面自重=65436.7KN注：此式中H为校核洪水位156.3m；即A=（156.3-68）*0.5*63.07=2784.54m3；
单位长度静水总压力=36722.45KN注：此式的H用设计洪水位153.7m；
淤沙压力=3861.00KN
式中A为坝体面积，计算后得2859.60 m3
淤泥的浮重度取9KN/m3
挡水建筑物前泥沙的淤积高度取97.6m-68m=29.6m
淤泥的内摩擦角取1.2°
扬压力
=10382.63KN
浪压力
=39.76KN
校核代入公式（6）
带入以上数据得K=1.12 >1.10 满足要求。
非溢流段混凝土重力坝设计
网络教育学院《水工建筑物课程设计》题目：非溢流段混凝土重力坝设计学习中心：安徽**奥鹏学习中心专业：水利水电工程年级： 2012年春季学号：学生：指导教师：《水工建筑物》课程设计基本资料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。
2.1 坝高计算按照所给基本资料进行坝高计算，详细写明计算过程和最终结果。
2.2 挡水坝段剖面设计按照所给基本资料进行挡水坝段剖面设计，详细写明计算过程和最终结果。
2.3 挡水坝段荷载计算按照所给基本资料进行挡水坝段荷载计算，详细写明计算过程和最终结果。
《重力坝设计中的非溢流坝段剖面设计870字》
重力坝设计中的非溢流坝段剖面设计1. 坝顶高程坝顶标高应高于检查洪水位。
上游坝顶标高应高于防波堤顶标高。
波浪墙顶与设计洪水位或洪水水位之间的高度差可以根据以下公式计算：∆h =h 1%+hz+hc（4-1）式中：h1%为累计频率为1%时的波浪高度，m；hz为波浪中心线高于静水位的高度，对于山区水库，波浪要素按官厅公式计算如下：hl=0.0166V05/4D1/3（4-2）L=10.4hl0.8（4-3）hz =（πhl2/L）cth（2πH/L）（4-4）H为坝前水深，m；hc为为安全加高。
V0——计算风速，m/s，正常蓄水位和校核洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速的1.5～2.0倍。
校核洪水位四宜用相应洪水期的多年平均风速，m/s；D——吹程。
风区长度1.2km；L——波长，m表4.1 安全加高表本工程hc取0.5根据计算得出坝顶标高（或坝顶对波峰的高度），选取较大的值。
坝顶高程=设计洪水位+Δh坝顶高程=校核洪水位+Δh表4.2 坝顶高程计算成果表经过比较可以得到坝顶或防浪墙顶高程为294.307m，故最大坝高为：294.307～240=54.307m2. 坝顶宽度为了应用和施工，波峰需要一定的宽度。
坝顶宽度一般为8%～10%，不小于3米。
同时，为了满足需求的设备布局、操作、运输和设施，通过分析选择九龙滩水电站坝顶宽度6米的计算，外加3米（共9米宽）。
3. 坝面坡度坝址的岩体基本相同。
岩石基底相对完整，坚硬，f和c相对较大。
在上游坝面水的帮助下，大坝保持稳定，上游坝坡的坡度为直线，上游坡度系数n为0，m为0.75。
上游坝坡采用直型，应根据坝段实际坝段类型、坝顶宽度、坝顶宽度、坝顶基本剖面进行计算，并选择下游坡度点。
4. 地基防渗与排水设施拟定由于需要防渗，坝基应设置防渗帘和排水帷幕。
坝体排水管应靠近上游坝面，以尽快消除渗水，但坝面距离不得小于1/10～1/20（即坝前的水深 2.577m至5.154m），为了避免渗流坡度过大，可能会对混凝土的坝面进行淋滤破坏。
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第三章 非溢流重力坝设计
3.1基本剖面设计
3.1.1剖面设计原则
重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，并以特殊荷载组合复合。
设计断面要满足强度和强度要求。
非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量最小；③优选体形，运用方便；④便于施工，避免出现不利的应力状态。
3.1.2基本剖面拟定
图3.1
重力坝的基本剖面是指坝的基本剖面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图3.1。
在已知坝高H 、水压力P 、抗剪强度参数f 、c 和扬压力U 的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求的工程量最小的三角形剖面尺寸。
3.1.3实用剖面的拟定
一、坝顶高程的拟定
坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程。
坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高定出。
即∇＝静+h ∆式中：h ∆＝l z c h h h ++。
式中：l h ----为波浪高度；z h ----为波浪中心线超出静水位的高度；c h ----为安全超高。
1、超高值h ∆的计算
（1）基本公式
坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，h ∆可由式计算，应选择三者中防浪墙较高者作为选定高程。
c z h h h h ++=∆%1 （2.1）
式中h ∆—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差m ；
%1h —累计频率为1%的波浪高度m ；
z h —波浪中心线至设计洪水位或校和洪水位的高差m ；
c h ——安全超高 ；
c h 的取值，根据下表3.1
表3.1
故本设计坝的级别为2级，所以设计安全超高为0.5m ，校核安全超高为0.4m 。
对于h l%和h z 的计算采用官厅公式计算：
3/14/50
0166.0D V h l =，0.810.4()c L h = 2
2l z h H h cth L L
ππ= 式中： 0V ----计算风速，m/s, 在计算%1h 和z h 时，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。
计算风速在水库正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用多年平均最大风速的 1.5~2.0倍，校核洪水位时宜采用相应多年平均最大风速。
D ----吹程，km ;
L ----波长，m ；
H ----坝前水深，m ；
（2）正常蓄水位h ∆时计算
风速采用C 江地区多年平均风速的1.5～2.0倍，即：
风速s
m 282140=⨯=V ，吹程km 5=D 。
各波浪计算要素计算如下:
波高m D V h l 828.15280166.00166.03/14/53/14/50
=⨯⨯== 由于250~20/20=V gD 之间,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为
1%的波高为m h h 267.2828.124.124.1%5%1=⨯=⨯=。
波长L =m h l 851.16828.14.10)(4.108.08.0=⨯=⨯
m L H cth L h h l z 623.01851.16828.114.3)2(2
2=⨯⨯=⨯=ππ。