4重力坝抗震
水工建筑物抗震设计规范
中华人民共和国行业标准SL203-97水工建筑物抗震设计规范Specificatins for seismic design of hydraulic structures1997-08-04发布1997-10-01实施中华人民共和国水利部发布中华人民共和国行业标准主编单位：中国水利水电科学研究院批准部门：中华人民共和国水利部施行日期：1997年10月1日中华人民共和国水利部关于发布《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97的通知水科技［1997］439号根据部水利水电技术标准制定,修订计划,由水利水电规划设计总院主持,以中国水利水电科学研究院为主编单位修订的《水工建筑物抗震设计规范》,经审查批准为水利行业标准,现予以发布.标准的名称和编号为：SL203-97.原《水工建筑物抗震设计规范》SDJ10-78同时废止. 本标准自1997年10月1日起实施.在实施过程中各单位应注意总结经验,如有问题请函告主持部门,并由其负责解释.本标准文本由中国水利水电出版社出版发行.一九九七年八月四日前言本规范是根据原能源部,水利部水利水电规划设计总院(91)水规设便字第35号文的通知,由中国水利水电科学研究院会同有关设计研究院和高等院校对原水利电力部于1978年发布试行的SDJ10-78《水工建筑物抗震设计规范》进行修订而成.本规范在修订过程中,主编单位会同各协编单位开展了广泛的专题研究,调查总结了近年来国内外大地震的经验教训,吸收采用了地震工程新的科研成果,考虑了我国的经济条件和工程实际,提出修订稿后,在全国广泛征求了有关设计,施工,科研,教学单位及管理部门和有关专家的意见,经过反复讨论,修改和试设计,最后由电力工业部水电水利规划设计管理局会同水利部水利水电规划设计管理局组织审查定稿.本规范为强制性行业标准,替代SDJ10-78.本规范共分11章和1个标准的附录.这次修订的主要内容有：进一步明确了规范适用的烈度范围,水工建筑物等级和类型,并扩大了建筑物类型和坝高的适用范围；提出了对重要水工建筑物进行专门的工程场地地震危险性分析以确定地震动参数的要求,并给出了相应的设防概率水准；增加了场地分类标准,并相应修改了设计反应谱；改进了地基中可液化土的判别方法和抗液化措施；根据1994年国家批准发布的GB50199-94《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》的原则和要求,在保持规范连续性的条件下,区别不同情况,把各类主要水工建筑物的抗震计算从定值安全系数法向分项系数概率极限状态的体系"转轨,套改",并给出了各类水工建筑物相应的结构系数；采用了对混凝土水工建筑物以计入结构,地基和库水相互作用的动力法为主和拟静力法为辅的抗震计算方法,对土石坝采用按设计烈度取相应动态分布系数的拟静力抗震计算方法；在编写的格局上改为按水工建筑物类型分章,各章分别给出抗震计算和抗震措施,并补充了内容.希望有关单位在执行本规范的过程中,结合工程实际,注意总结经验和积累资料,如发现需要修改和补充之处,请将意见和有关资料寄交归口管理单位,以便今后再次修订时考虑.本规范由原能源部,水利部水利水电规划设计总院提出修订.本规范由水利部水利水电规划设计管理局归口.本规范解释单位：水利部水利水电规划设计管理局本规范修订主编单位：中国水利水电科学研究院本规范修订协编单位：电力工业部昆明勘测设计研究院,电力工业部西北勘测设计研究院,上海市水利工程设计研究院,大连理工大学,河海大学.本规范主要起草人：陈厚群,侯顺载,郭锡荣,苏克忠,王钟宁,杨佳梅,卫明,林皋,方大凤,黄家森,李瓒,梁爱虎,武清玺,王锡忠,师接劳目次1总则2术语,符号2.1术语2.2基本符号3场地和地基3.1场地3.2地基4地震作用和抗震计算4.1地震动分量及其组合4.2地震作用的类别4.3设计地震加速度和设计反应谱4.4地震作用和其它作用的组合4.5结构计算模式和计算方法4.6水工混凝土材料动态性能4.7承载能力分项系数极限状态抗震设计4.8附属结构的抗震计算4.9地震动土压力5土石坝5.1抗震计算5.2抗震措施6重力坝6.1抗震计算6.2抗震措施7拱坝7.1抗震计算7.2抗震措施8水闸8.1抗震计算8.2抗震措施9水工地下结构9.1抗震计算9.2抗震措施10进水塔10.1抗震计算10.2抗震措施11水电站压力钢管和地面厂房11.1压力钢管11.2地面厂房附录A土石坝的抗震计算1总则1.0.1为做好水工建筑物的抗震设计,减轻地震破坏及防止次生灾害,特制定本规范.1.0.2适用范围：1主要适用于设计烈度为6,7,8,9度的1,2,3级的碾压式土石坝,混凝土重力坝,混凝土拱坝,平原地区水闸,溢洪道,地下结构,进水塔,水电站压力钢管和地面厂房等水工建筑物的抗震设计.2设计烈度为6度时,可不进行抗震计算,但对1级水工建筑物仍应按本规范采取适当的抗震措施.3设计烈度高于9度的水工建筑物或高度大于250m的壅水建筑物,其抗震安全性应进行专门研究论证后,报主管部门审查,批准.1.0.3按本规范进行抗震设计的水工建筑物能抗御设计烈度地震；如有局部损坏,经一般处理后仍可正常运行.1.0.4水工建筑物工程场地地震烈度或基岩峰值加速度,应根据工程规模和区域地震地质条件按下列规定确定：1一般情况下,应采用《中国地震烈度区划图(1990)》确定的基本烈度.2基本烈度为6度及6度以上地区的坝高超过200m或库容大于100亿m3的大型工程,以及基本烈度为7度及7度以上地区坝高超过150m的大(1)型工程,应根据专门的地震危险性分析提供的基岩峰值加速度超越概率成果,按本规范1.0.6的规定取值.1.0.5水工建筑物的工程抗震设防类别应根据其重要性和工程场地基本烈度按表1.0.5的规定确定.表1.0.5工程抗震设防类别1.0.6各类水工建筑物抗震设计的设计烈度或设计地震加速度代表值应按下列规定确定：1一般采用基本烈度作为设计烈度.2工程抗震设防类别为甲类的水工建筑物,可根据其遭受强震影响的危害性,在基本烈度基础上提高1度作为设计烈度.3凡按本规范1.0.4作专门的地震危险性分析的工程,其设计地震加速度代表值的概率水准,对壅水建筑物应取基准期100年内超越概率P100为0.02,对非壅水建筑物应取基准期50年内超越概率P50为0.05.4其它特殊情况需要采用高于基本烈度的设计烈度时,应经主管部门批准.5施工期的短暂状况,可不与地震作用组合；空库时,如需要考虑地震作用时,可将设计地震加速度代表值减半进行抗震设计.坝高大于100m,库容大于5亿m3的水库,如有可能发生高于6度的水库诱发地震时,应在水库蓄水前就进行地震前期监测.1.0.8水工建筑物的抗震设计宜符合下列基本要求：1结合抗震要求选择有利的工程地段和场地.2避免地基和邻近建筑物的岸坡失稳.3选择安全经济合理的抗震结构方案和抗震措施.4在设计中从抗震角度提出对施工质量的要求和措施.5便于震后对遭受震害的建筑物进行检修.重要水库宜设置泄水建筑物,隧洞等,保证必要时能适当地降低库水位.1.0.9设计烈度为8,9度时,工程抗震设防类别为甲类的水工建筑物,应进行动力试验验证,并提出强震观测设计,必要时,在施工期宜设场地效应台阵,以监测可能发生的强震；工程抗震设防类别为乙类的水工建筑物,宜满足类似要求.1.0.10引用标准下列标准所包含的条文,通过在本标准中应用而构成本标准的条文.在标准出版时,所示版本均为有效.所有标准都会被修改,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性. GBJ11-89建筑抗震设计规范GB50199-94 水利水电工程结构可靠度设计统一标准SL/T191-96 水工混凝土结构设计规范SDJ12-78 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区,丘陵区部分)SDJ21-78 混凝土重力坝设计规范SD133-84 水闸设计规范SD134-84 水工隧洞设计规范SD144-85 水电站压力钢管设计规范SD145-85 混凝土拱坝设计规范SDJ217-87 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原,海滨部分)SDJ218-84 碾压式土石坝设计规范SD303-88 水电站进水口设计规范SD335-89 水电站厂房设计规范按本规范进行水工建筑物抗震设计时,尚应符合有关标准,规范的要求.同级行业标准规范中,有关水工建筑物抗震方面的规定不符合本规范的,应以本规范为准.2术语,符号2.1术语2.1.1抗震设计：地震区的工程结构所进行的一种专项设计.一般包括抗震计算和抗震措施两个方面.2.1.2基本烈度：50年期限内,一般场地条件下,可能遭遇超越概率P50为0.10的地震烈度.一般为《中国地震烈度区划图(1990)》上所标示的地震烈度值,对重大工程应通过专门的场地地震危险性分析工作确定.设计烈度：在基本烈度基础上确定的作为工程设防依据的地震烈度.2.1.4水库诱发地震：由于水库蓄水或大量泄水而引起库区及附近发生的地震.2.1.5地震动：由地震引起的岩土运动.2.1.6地震作用：地震动施加于结构上的动态作用.2.1.7地震动峰值加速度：地震动过程中,地表质点运动加速度的最大绝对值.2.1.8设计地震加速度：由专门的地震危险性分析按规定的设防概率水准所确定的,或一般情况下与设计烈度相对应的地震动峰值加速度.2.1.9地震作用效应：地震作用引起的结构内力,变形,裂缝开展等动态效应.2.1.10地震液化：地震动引起的饱和砂土,粉土和少粘性土颗粒趋于紧密,孔隙水压力增大,有效应力趋近于零的现象.2.1.11设计反应谱：抗震设计中所采用的一定阻尼比的单质点体系,在地震作用下的最大加速度反应随体系自振周期变化的曲线,一般以其与地震动最大峰值加速度的比值表示.2.1.12动力法：按结构动力学理论求解结构地震作用效应的方法.2.1.13时程分析法：由结构基本运动方程输入地震加速度记录进行积分,求得整个时间历程内结构地震作用效应的方法.2.1.14振型分解法：先求解结构对应其各阶振型的地震作用效应后,再组合成结构总地震作用效应的方法.各阶振型效应用时程分析法求得后直接叠加的称振型分解时程分析法,用反应谱法求得后再组合的称振型分解反应谱法.2.1.15平方和方根(SRSS)法：取各阶振型地震作用效应的平方总和的方根作为总地震作用效应的振型组合方法.2.1.16完全二次型方根(CQC)法：取各阶振型地震作用效应的平方项和不同振型耦联项的总和的方根作为总地震作用效应的振型组合方法.2.1.17地震动水压力：地震作用引起的水体对结构产生的动态压力.2.1.18地震动土压力：地震作用引起的土体对结构产生的动态压力.2.1.19拟静力法：将重力作用,设计地震加速度与重力加速度比值,给定的动态分布系数三者乘积作为设计地震力的静力分析方法.2.1.20地震作用的效应折减系数：由于地震作用效应计算方法的简化而引入的对地震作用效应进行折减的系数.2.1.21自振周期：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间.对应于第-振型的自振周期称基本自振周期.2.2基本符号2.2.1作用和作用效应：ah---水平向设计地震加速度代表值；a v---竖向设计地震加速度代表值；g---重力加速度；Pw(h)---水深h处的地震动水压力代表值；F 0---建筑物单位宽度迎水面的总地震动水压力代表值；Fi---作用在质点i的水平向地震惯性力的代表值；F E---地震主动动土压力代表值；G E---产生地震惯性力的建筑物总重力作用的标准值；T i---质点i的动态分布系数；β---设计反应谱；ζ---地震作用的效应折减系数.2.2.2材料性能和几何参数：a k---几何参数的标准值；f k---材料性能的标准值；N63.5---标准贯入锤击数；N cr---临界锤击数；ρw---水体质量密度的标准值.2.2.3分项系数极限状态设计：E k---地震作用的代表值；G k---永久作用的标准值；Q k---可变作用的标准值；R---结构的抗力；S---结构的作用效应；γ0---结构重要性系数；γρ---承载能力极限状态的结构系数；γm---材料性能的分项系数；γG ---永久作用的分项系数；γQ---可变作用的分项系数；ψ---设计状况系数.2.2.4其他：T---结构自振周期；T g---特征周期；λf ---附属结构和主体结构的基本频率比值；λm---附属结构和主体结构质量比值.3场地和地基3.1场地3.1.1水工建筑物的场地选择,应在工程地质勘察和专门工程地质研究的基础上,按构造活动性,边坡稳定性和场地地基条件等进行综合评价.可按表3.1.1划分为有利,不利和危险地段.宜选择对建筑物抗震相对有利地段,避开不利地段,未经充分论证不得在危险地段进行建设.表3.1.1各类地段的划分水工建筑物开挖后的场地土类型,宜根据土层剪切波速,按表3.1.2划分.3.1.3场地类别应根据场地土类型和场地覆盖层厚度划分为四类,并宜符合表3.1.3的规定.s sm盖层厚度的各土层剪切波速,按土层厚度加权的平均值.表3.1.3场地类别的划分3.1.4在水工建筑物场地范围内,岩体结构复杂,有软弱结构面或夹泥层不利组合,边坡稳定条件较差时,应查明在设计烈度的地震作用下不稳定边坡的分布,估计可能的危害程度,提出处理措施.3.2地基3.2.1水工建筑物地基的抗震设计,应综合考虑上部建筑物的型式,荷载,水力,运行条件,以及地基和岸坡的工程地质,水文地质条件.对于坝,闸等壅水建筑物的地基和岸坡,应要求在设计烈度的地震作用下不发生失稳破坏和渗透破坏,避免产生影响建筑物使用的有害变形.3.2.2水工建筑物的地基和岸坡中的断裂,破碎带及层间错动等软弱结构面,特别是缓倾角夹泥层和可能发生泥化的岩层,应根据其产状,埋藏深度,边界条件,渗流情况,物理力学性质以及建筑物的设计烈度,论证其在设计烈度的地震作用下不致发生失隐和超过允许的变形,必要时应采取抗震措施.3.2.3地基中液化土层的判别,可按《水利水电工程地质勘察规范》中的有关规定进行评价. 3.2.4地基中的可液化土层,可根据工程的类型和具体情况,选择采用以下抗震措施：1挖除可液化土层并用非液化土置换；2振冲加密,重夯击实等人工加密的方法；3填土压重；4桩体穿过可液化土层进入非液化土层的桩基；5混凝土连续墙或其它方法围封可液化地基.3.2.5重要工程地基中的软弱粘土层,应进行专门的抗震试验研究和分析.一般情况下,地基中的软弱粘土层的评价可采用以下标准：1液性指数I L≥0.75；2无侧限抗压强度q u≤50kPa；3标准贯入锤击数N63.5≤4；4灵敏度S t≥4.3.2.6地基中的软弱粘土层,可根据建筑物的类型和具体情况,选择采用以下抗震措施：1挖除或置换地基中的软弱粘土；2预压加固；3压重和砂井排水；4桩基或复合地基.3.2.7水工建筑物地基和岸坡的防渗结构及其连接部位以及排水反滤结构等,应采取措施防止地震时产生危害性裂缝引起渗流量增大,或发生管涌,流土等险情.3.2.8岩土性质,厚度等在水平方向变化很大的不均匀地基,应采取措施防止地震时产生较大的不均匀沉陷,滑移和集中渗漏,并采取提高上部建筑物适应地基不均匀沉陷能力的措施.4地震作用和抗震计算4.1地震动分量及其组合4.1.1一般情况下,水工建筑物可只考虑水平向地震作用.4.1.2设计烈度为8,9度的1,2级下列水工建筑物：土石坝,重力坝等壅水建筑物,长悬臂,大跨度或高耸的水工混凝土结构,应同时计入水平向和竖向地震作用.4.1.3严重不对称,空腹等特殊型式的拱坝,以及设计烈度为8,9度的1,2级双曲拱坝,宜对其竖向地震作用效应作专门研究.4.1.4一般情况下土石坝,混凝土重力坝,在抗震设计中可只计入顺河流方向的水平向地震作用. 两岸陡坡上的重力坝段,宜计入垂直河流方向的水平向地震作用.4.1.5重要的土石坝,宜专门研究垂直河流方向的水平向地震作用.4.1.6混凝土拱坝应同时考虑顺河流方向和垂直河流方向的水平向地震作用.4.1.7闸墩,进水塔,闸顶机架和其它两个主轴方向刚度接近的水工混凝土结构,应考虑结构的两个主轴方向的水平向地震作用.4.1.8当同时计算互相正交方向地震的作用效应时,总的地震作用效应可取各方向地震作用效应平方总和的方根值；当同时计算水平向和竖向地震作用效应时,总的地震作用效应也可将竖向地震作用效应乘以0.5的遇合系数后与水平向地震作用效应直接相加.4.2地震作用的类别4.2.1一般情况下,水工建筑物抗震计算应考虑的地震作用为：建筑物自重和其上的荷重所产生的地震惯性力,地震动土压力,水平向地震作用的动水压力.4.2.2除面板堆石坝外,土石坝的地震动水压力可以不计.4.2.3地震浪压力和地震对渗透压力,浮托力的影响可以不计.4.2.4地震对淤沙压力的影响,一般可以不计,此时计算地震动水压力的建筑物前水深应包括淤沙深度；当高坝的淤沙厚度特别大时,地震对淤沙压力的影响应作专门研究.4.3设计地震加速度和设计反应谱4.3.1除按1.0.6规定的概率水准由专门的地震危险性分析确定水平向设计地震加速度代表值a h 外,其余应根据设计烈度按表4.3.1的规定取值.表4.3.1水平向设计地震加速度代表值a h设计烈度7 8 9a h0.1g 0.2g 0.4g注：g＝9.81m/s24.3.2竖向设计地震加速度的代表值a v应取水平向设计地震加速度代表值的2/3.4.3.3设计反应谱应根据场地类别和结构自振周期T按图4.3.3采用.4.3.4各类水工建筑物的设计反应谱最大值的代表值βmax应按表4.3.4的规定取值.图4.3.3设计反应谱表4.3.4设计反应谱最大值的代表值βmax建筑物类型重力坝拱坝水闸,进水塔及其他混凝土建筑物βmax 2.00 2.50 2.254.3.5设计反应谱下限值的代表值βmin应不小于设计反应谱最大值的代表值的20%.4.3.6不同类别场地的特征周期T g应按表4.3.6的规定取值.表4.3.6特征周期T g场地类别ⅠⅡⅢⅣT g (s) 0.20 0.30 0.40 0.654.3.7设计烈度不大于8度且基本自振周期大于1.0s的结构,特征周期宜延长0.05s.4.4地震作用和其他作用的组合4.4.1一般情况下,作抗震计算时的上游水位可采用正常蓄水位；多年调节水库经论证后可采用低于正常蓄水位的上游水位.4.4.2土石坝的上游坝坡抗震稳定计算,应根据运用条件选用对坝坡抗震稳定最不利的常遇水位进行抗震计算.4.4.3土石坝的上游坝坡抗震稳定计算,需要时,应将地震作用和常遇的水位降落幅值组合.4.4.4重要的拱坝及水闸的抗震强度计算,宜补充地震作用和常遇低水位组合的验算.4.5结构计算模式和计算方法4.5.1各类水工建筑物抗震计算中,地震作用效应的计算模式应与相应设计规范规定的计算模式相同.4.5.2除了窄河谷中的土石坝和横缝经过灌浆的重力坝外,重力坝,水闸,土石坝均可取单位宽度或单个坝(闸)段进行抗震计算. 4.5.3各类工程抗震设防类别的水工建筑物,除土石坝,水闸应分别按第5,8章规定外,地震作用效应计算方法应按表4.5.3的规定采用.其中工程抗震设防类别为乙,丙类的水工建筑物,其地震作用效应的计算方法,应按本规范各类水工建筑物章节中的有关条文规定采用. 4.5.4采用动力法计算地震作用效应时,应考虑结构和地基的动力相互作用,与水体接触的建筑物,还应考虑结构和水体的动力相互作用,但可不计库水可压缩性及地震动输入的不均匀性. 表4.5.3 地震作用效应的计算方法4.5.5作为线弹性结构的混凝土建筑物,可采用振型分解反应谱法或振型分解时程分析法,此时,拱坝的阻尼比可在3%~5%范围内选取,重力坝的阻尼比可在5%~10%范围内选取,其他建筑物可取5%. 4.5.6采用振型分解反应谱法计算地震作用效应时,可由各阶振型的地震作用效应按平方和方根法组合.当两个振型的频率差的绝对值与其中一个较小的频率之比小于0.1时,地震作用效应宜采用完全二次型方根法组合：∑∑=mjjim iE SS S ρ (4.5.6-1)()()()()222222/341418ωωωωωωγζζγγζζγγζγζζζρj i j ij i j i ij ++++-+=(4.5.6-2)式中：S E ---地震作用效应；S i ,S j ---分别为第i 阶,第j 阶振型的地震作用效应； m---计算采用的振型数；ρij ---第i 阶和第j 阶的振型相关系数；ζi ,ζj ---分别为第i 阶,第j 阶振型的阻尼比； γω---圆频率比, γω＝ωj /ωi ；ωi , ωj ---分别为第i 阶,第j 阶振型的圆频率. 4.5.7地震作用效应影响不超过5%的高阶振型可略去不计.采用集中质量模型时,集中质量的个数不宜少于地震作用效应计算中采用的振型数的4倍. 4.5.8采用时程分析法计算地震作用效应时,宜符合下列规定：1 应至少选择类似场地地震地质条件的2条实测加速度记录和1条以设计反应谱为目标谱的人工生成模拟地震加速度时程；2 设计地震加速度时程的峰值应按4.3.1或1.0.6的规定采用；3 不同地震加速度时程计算的结果应进行综合分析,以确定设计验算采用的地震作用效应. 4.5.9当采用拟静力法计算地震作用效应时,沿建筑物高度作用于质点i 的水平向地震惯性力代表值应按下式计算：F i ＝a h ζG Ei a i /g (4.5.9)式中 F i ---作用在质点i 的水平向地震惯性力代表值； a---地震作用的效应折减系数,除另有规定外,取0.25； G Ei ---集中在质点i 的重力作用标准值；T i ---质点i 的动态分布系数,应按本规范各类水工建筑物章节中的有关条文规定采用； g---重力加速度.4.6 水工混凝土材料动态性能 4.6.1除水工钢筋混凝土结构外的混凝土水工建筑物的抗震强度计算中,混凝土动态强度和动态弹性模量的标准值可较其静态标准值提高30%；混凝土动态抗拉强度的标准值可取为动态抗压强度标准值的8%. 4.6.2在混凝土水工建筑物的抗震稳定计算中,动态抗剪强度参数的标准值可取静态标准值,当采用拟静力法计算地震作用效应时,应取静态均值. 4.6.3各类极限状态下的材料动态性能的分项系数可取静态作用下的值. 4.7 承载能力分项系数极限状态抗震设计 4.7.1各类水工建筑物的抗震强度和稳定应满足下列承载能力极限状态设计式()⎪⎪⎭⎫⎝⎛≤k m k d k k E k Q k G a f R a E Q G S ,1,,,,0γγγγγψγ (4.7.1)式中：γ0---结构重要性系数,应按GB50199-94的规定取值； j---设计状况系数,可取0.85； S(·)---结构的作用效应函数； γG ---永久作用的分项系数； G k ---永久作用的标准值； γQ ---可变作用的分项系数； Q k ---可变作用的标准值；γE ---地震作用的分项系数,取1.0； E k ---地震作用的代表值； a k ---几何参数的标准值；γd---承载能力极限状态的结构系数； R(·)---结构的抗力函数； f k---材料性能的标准值； γm ---材料性能的分项系数. 4.7.2各类水工建筑物在地震作用下应验算的极限状态及其相应的结构系数,均应按本规范相应建筑物章节中的有关规定采用.。
重力坝的原理特点
重力坝的原理特点重力坝是一种主要由混凝土构成的重力式水坝，其主要原理是利用坝体自身的重力来承受大坝所受的水压力以及地面和水力的冲击力，并将这些力传递到坝基，从而稳定地将水体拦截在坝前。
重力坝的主要特点如下：1.借助自重：重力坝的主要特点是通过坝体自身的重力来抵抗承受的水压力和冲击力，从而稳定地拦截水体。
因此，重力坝具有较好的抵抗洪水和地震的能力。
2.过渡坝肩：重力坝的上部有一条过渡坝肩，这是由于上部坝体中的水压力较小，为了节省材料和降低造价，设计了一个较窄的过渡坝肩。
过渡坝肩的设计需要根据坝型的特点和承压的水位来确定。
3.坝底厚度：为了确保坝体的稳定和承压性能，重力坝的坝底要足够厚。
坝底的厚度根据工程的需要来确定，一般情况下，需要考虑坝体受到的水压力、地震力和坝基的稳定性等因素。
4.坝体截面形状：重力坝的截面形状一般为三角形或梯形。
这种形状可以减小坝体顶部和底部的面积，进一步减小了坝体的自重，并减轻了坝基承载的压力。
5.可变坝身：在设计重力坝时，可以采用可变坝体的方式。
即坝体底部较宽，逐渐变窄向上，这样可以减小坝体的重量，提高坝体的稳定性。
6.坝体均匀分布：重力坝控制时，坝体内的混凝土应均匀分布，以保证坝壳的连贯性和整体性。
在浇筑过程中，需要控制混凝土的蓄积，以避免内部应力的集中。
7.附加结构：为了进一步增强重力坝的稳定性，还可以在坝体和坝基之间添加一些附加结构，如坝杆、坝肩等。
这些附加结构可以提高重力坝的整体强度和刚度，提高坝体的抗震性能。
总之，重力坝利用自身的重力来稳定地拦截水体，具有较好的抗洪、抗震和耐久性能。
但是，重力坝的建造成本较高，占用土地面积较大，所以在地质条件较好且坝址条件合适的情况下才适合建设。
重力坝名词解释
重力坝名词解释
重力坝是一种大坝结构，主要依靠自身重力稳定，通常采用大块混凝土或砖石等材料建造而成。
重力坝常用于防洪、发电、灌溉等水利工程，具有结构简单、建造成本低、抗震性能好等优点。
以下是重力坝相关术语的解释：
1. 坝顶：重力坝的最高点，一般用来储存水库的水位。
2. 坝体：重力坝的主要承重部分，由混凝土或砖石等材料构成。
3. 溢洪道：重力坝的泄洪通道，通常位于坝体的两侧。
4. 下游坝脚：重力坝下游的坝底部分，通常需要加强防冲刷措施。
5. 上游坝脚：重力坝上游的坝底部分，通常需要加固防止滑坡。
6. 导流洞：重力坝建造过程中用来导流的洞口，通常会在坝体内部打通。
7. 坝顶道路：重力坝顶部的道路，用于维护和巡查。
8. 坝体检测设备：用于监测重力坝变形、渗漏等情况的设备，包括测斜仪、倾斜计等。
- 1 -。
大坝抗震原理
大坝抗震原理
大坝的抗震原理是指在地震发生时，大坝能够有效地抵抗震动力量，并保持结构的稳定性和安全性。
以下是大坝抗震的主要原理：
1.基础设计：大坝的基础设计要充分考虑地震影响。
通过对
地震地质条件的研究和分析，确定适当的基岩深度和地震设计参数，使基础能够承受地震荷载，有效分散和传递地震动力。
2.结构抗震设计：大坝的结构设计要考虑抗震性能。
采用适
当的结构形式和材料，增加结构的刚度和抗震能力。
通过合理的剪力墙、加劲梁等构造形式，提供足够的强度和刚度来抵抗地震力。
3.锚固和支护系统：大坝采用锚固和支护系统的设计，使其
能够在地震发生时提供足够的抗震支撑和稳定性。
通过使用地震抗震锚杆、岩锚等固定装置，将大坝与周围地基和岩石连接起来，形成一个稳定的整体。
4.地震监测与预警系统：大坝配备地震监测与预警系统，能
够及时监测地震活动，并提供预警信息，以便采取适当的紧急措施。
通过地震监测和预警技术，可以提前预警并减少地震对大坝的影响。
5.应急措施和维护：大坝制定完善的应急预案，确保在地震
发生时能够及时采取适当的措施，减少灾害风险。
此外，
定期进行维护和检查工作，保障大坝的稳定性和功能性。
综上所述，大坝的抗震原理是通过基础设计、结构设计、锚固和支护系统的设置，以及地震监测与预警系统和应急措施的配备，来保障大坝在地震发生时的稳定性和安全性。
这些措施能够减少地震对大坝的破坏，保障大坝的正常运行和安全运营。
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
水利工程建设标准强制性条文(4：工程设计-04)
工试验方法标准》ＧＢ／Ｔ５０１２３,《土工试 验规程》SL237击实试验方法求取。 （2）施工填筑土料含水量应控制在最优含水率3%～+3%偏差范围以内。
GB 50286-2013第7.2.5条规定：
无粘性土土堤的填筑标准应按相对密 度确定，1、2级和高度超过6m的3级堤防 不应小于0.65；低于6m的3级及3级以下 堤防不应小于0.60。有抗震要求的堤防应 按国家现行标准《水工建筑物抗震设计规
工程抗震设防类别
SL 203-97第1.0.5条规定：
水工建筑物的工程抗震设防类别应根据其重 要性和工程场地基本烈度按表1.0.5的规定确定。
表1.0.5
工程抗震设防类别
建筑物级别 1（壅水） 1（非壅水）、2（壅水） 2（非壅水）、3 4、5 场地基本烈度 ≥6 ≥7
工程抗震设防类别 甲 乙 丙 丁
4-4-2 《水工建筑物抗震设计规范》 SL 203-97
场地地震烈度或基岩峰值加速度
SL 203-97第1.0.4条规定：
水工建筑物工程场地地震烈度或基岩峰值加 速度，应根据工程规模和区域地震地质条件按下 列规定确定： 2 基本烈度为6度及6度以上地区的坝高超过 200m或库容大于100亿m3的大型工程,以及基本 烈度为7度及7度以上地区坝高超过150m的大 (1) 型工程，应根据专门的地震危险性分析提供的基 岩峰值加速度超越概率成果，按本规范1.0.6的规 定取值。
〖检查要点和方法〗
1）结构抗震设计时，有关结构整体的抗震
规划、场地的选择以及地震作用的计算等均 应根据《建筑抗震设计规范》(GB500112010)、《水工建筑物抗震设计规范》 (SL203-97)的有关规定进行。 2）钢筋混凝土构件抗震设计时，无论是否 进行截面抗震验算，均应根据建筑物的设计 烈度提出相应的抗震验算要求、抗震措施和 配筋构造要求。
重力坝知识点总结
重力坝知识点总结一、重力坝的分类根据不同的特点和用途，重力坝可以分为多种不同的类型。
常见的重力坝类型包括：1. 混凝土重力坝：这是最常见的重力坝类型，由混凝土块构成，能够承受水压力并抵抗地震力。
混凝土重力坝通常用于大型水利工程中，如水电站和灌溉工程。
2. 石块重力坝：这种重力坝由大块石头或石块构成，通过石块之间的摩擦力和重力来抵抗水压力。
石块重力坝通常用于较小规模的水利工程和防洪工程中。
3. 土坝：土坝是一种以土壤和岩石为主要材料构成的重力坝，具有一定的柔性和可塑性，能够适应地基变形和水压力的影响。
土坝常用于较低的水位和较小规模的水利工程中。
二、重力坝的结构特点1. 基础结构：重力坝的基础结构通常由混凝土块或大块石头构成，能够承受来自坝体的重力和水压力。
合理的基础结构设计是重力坝安全稳定运行的基础。
2. 坝体结构：重力坝的坝体由混凝土或石块构成，以抵御水压力和抗震力。
坝体结构的设计和施工质量对重力坝的安全运行至关重要。
3. 泄洪设施：重力坝通常需要配备泄洪设施，用于调节坝体和下游水位，保护坝体和下游地区免受洪水侵袭。
4. 式样结构：重力坝的式样结构包括坝头、坝身和坝尾三个部分，其中坝头通常设有溢流坝段，坝身是坝的主体部分，坝尾则通常设有泄洪设施。
5. 加强结构：为了提高重力坝的安全性和稳定性，通常需要在坝体和基础结构中设置加强措施，如锚杆、钢筋混凝土板等。
三、重力坝的设计原则1. 安全性原则：重力坝的设计必须以安全为首要考虑，保证其在水压力和地震力的作用下不发生破坏和滑坡。
2. 稳定性原则：重力坝的设计必须保证其稳定性，不受地基沉降和水压力的影响，能够长期安全运行。
3. 经济性原则：重力坝的设计必须兼顾成本和效益，尽可能降低建设和维护成本，提高水资源的综合利用效益。
4. 耐久性原则：重力坝的设计必须考虑其耐久性，能够在长期使用和恶劣环境的情况下保持良好的结构性能。
5. 灵活性原则：重力坝的设计必须具有一定的灵活性，能够适应地基变形和水位变化的影响，保证其安全稳定运行。
重力坝抗震
∑u
n =1
n
(t ) =
N
∑φ
n =1
n
q n (t )
&&n + 2ζ nωn qn + ωn 2 qn = −Γnu g (t ) & && q
2 && & && Dn + 2ζ nωn Dn + ωn Dn = −u g (t )
qn (t ) = Γn Dn (t )
第n阶振型的振型坐标 峰值
作用在坝面上任一点的动水压力
&& uni
—坝面点法向加速度
&& pi = 7 ρ Hy uni 8
水深y 水深y处附加质量
mi =
库水附加质量矩阵[m 库水附加质量矩阵[ma]
NxN阶矩阵 NxN阶矩阵 与坝面自由度有关的元素非零， 其他元素为零
7 8
ρ
Hy
4.3.2振型分解反应谱法 4.3.2振型分解反应谱法
假定库水不可压缩 库水动水压力p 库水动水压力p（x，y， t）求解的数学表达式
∇2 p = 0 y = 0, x = ∞, x = 0, p=0 p=0 ∂p && = − ρu x ∂x
Westergarrd（1933）引入假定 Westergarrd（1933）引入假定
库底水平，水库为无限长矩形 坝面为刚性铅直面 地面运动为水平向简谐运动a cosω 地面运动为水平向简谐运动agcosωt
4 重力坝抗震
重力坝震害 拟静力法计算重力坝地震作用 动力法重力坝地震反应分析 重力坝抗震措施
4.1 重力坝震害
Koyna坝位于印度Maharashtra 邦，建成于1963 年 材料为蛮石混凝土重力坝（rubble concrete），坝 长853m，最大坝高103m，坝顶宽度14.8m，底宽 70.2m，装机容量192 万千瓦。 1967年12 月11 日印度柯依纳发生了6.4 级地震， 震中距坝址约15km，地震时实测地面最大加速度， 坝轴向0.63g，顺河向0.49g，竖向0.34g。 地震造成坝体许多水平裂缝，主要集中于629m 高 程的坡面改变处
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
重力坝的定义和特点
重力坝的定义和特点重力坝是一种建筑物，通常用于堵塞河流或山谷中的水流，并形成一个大型水库。
它是靠坝体自身的重力来抵抗水压力，从而保持坝体的稳定性。
重力坝是世界上最常见的大坝类型之一，由于其结构简单、施工成本相对较低以及可靠性高等特点，在水利工程中得到广泛应用。
重力坝的主要特点如下：1. 坝体稳定性高：重力坝的设计和施工都是以坝体的重力来抵抗水压力，由于重力坝坝体底部较宽，会形成一个大的基础面积，从而增加了坝体的稳定性。
另外，重力坝通常采用高度较大的坝体，使得水压力分布更加均匀，进一步提高了坝体的稳定性。
2. 施工成本相对较低：重力坝的建造相对简单，主要使用的材料是混凝土，成本较低。
而且重力坝通常可以在坝址上直接将混凝土浇筑成坝体，不需要进行大规模的土石方工程，从而节约了施工成本。
3. 抗震能力较强：重力坝具有较好的抗震能力，可以有效应对地震引起的水压力和地表震动。
由于重力坝的坝体底部较宽，抗震能力较强，可以减少地震对坝体的影响。
4. 适用范围广：重力坝适用于各种地质条件，可以修建在河流、山谷、峡谷等地形上。
同时，重力坝还可以用于灌溉、发电、供水等多种用途，具有广泛的应用领域。
5. 可维修性高：由于重力坝的结构相对简单，维修起来也相对容易。
一旦坝体出现问题，可以通过对坝体进行修复或加固来解决，维修成本相对较低。
虽然重力坝具有很多优点，但也存在一些局限性：1. 坝体体积大：由于重力坝的坝体需要抵抗水压力，因此坝体通常较大，占地面积较大。
在某些狭窄的河道或峡谷中，可能无法选择重力坝作为建设方案。
2. 河谷形态限制：重力坝适用于河流或山谷地形，但对于某些地形条件复杂的区域，重力坝可能无法满足需求。
在这种情况下，可能需要选择其他类型的大坝。
重力坝是一种通过坝体自身的重力来抵抗水压力的大型水坝。
重力坝具有坝体稳定性高、施工成本低、抗震能力强、适用范围广和可维修性高等特点。
然而，重力坝的体积较大，在某些地形条件下可能无法选择。
- 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)。
max u max = ϕ n qn n
振型组合（SRSS） 振型组合（SRSS）
坝体最大地震反应
最大地震动位移 最大地震加速度 最大地震动应力 i=1，2，3，…，N i=1，
uimax = (uimax ) 2 + (uimax ) 2 + (uimax ) 2 + ⋯ 1 2 3 aimax = (aimax ) 2 + (aimax ) 2 + (aimax ) 2 + ⋯ 1 2 3
4 重力坝抗震
重力坝震害 拟静力法计算重力坝地震作用 动力法重力坝地震反应分析 重力坝抗震措施
4.1 重力坝震害
Koyna坝位于印度Maharashtra 邦，建成于1963 年 材料为蛮石混凝土重力坝（rubble concrete），坝 长853m，最大坝高103m，坝顶宽度14.8m，底宽 70.2m，装机容量192 万千瓦。 1967年12 月11 日印度柯依纳发生了6.4 级地震， 震中距坝址约15km，地震时实测地面最大加速度， 坝轴向0.63g，顺河向0.49g，竖向0.34g。 地震造成坝体许多水平裂缝，主要集中于629m 高 程的坡面改变处
反应谱值— 反应谱值—加速度放大 系数 由Tn可查得反应谱值 βn 单自由度体系（T 单自由度体系（Tn、ωn、 ξn）加速度峰值 振型坐标峰值
ɺɺ max Dn = β n ah ɺɺ max Dn max qn = Γn 2
ωn
振型反应
振型峰值反应（n=1， 振型峰值反应（n=1，2， 3，…，N ）
4.2.2地震动水压力 4.2.2地震动水压力
单位宽度坝面的总地震动水压力 F=0.65ahξρwH02
H0—水深；ρw—水的质量密度 水深；ρ 合力作用点在水面以下0.54H 合力作用点在水面以下0.54H0处
水深h 水深h处地震动水压力
p(h)=a ξψ(h)ρ p(h)=ahξψ(h)ρwH0 ψ(h)—水深h处地震动水压力分布系数（规范表） (h)—水深h
重力坝自振频率（周期）和振型 求解矩阵特征值问题可以获得重力坝自振频率、自振周期 和振型 2
kφ n = ωn (m + m a )φ n
2 2
[k − ωn (m + m a )]φ n = 0 det[k − ωn (m + m a )] = 0
频率、自振周期和振型系重力坝的固有特性 按频率由小到大排序，分别称为第一阶振型，第一阶振型， 第三阶振型… 第三阶振型… 基本振型、基本频率、基本周期
N
∑u
n =1
n
(t ) =
N
∑φ
n =1
n
q n (t )
ɺɺn + 2ζ nωn qn + ωn 2 qn = −Γnu g (t ) ɺ ɺɺ q
2 ɺɺ ɺ ɺɺ Dn + 2ζ nωn Dn + ωn Dn = −u g (t )
qn (t ) = Γn Dn (t )
第n阶振型的振型坐标 峰值
振型坐标
单自由度体系在地震 作用下的运动方程 n=1， n=1，2，3，…，N
ɺɺ ɺ ɺɺ (m + m a )u + cu + ku = −(m + m a )Lu g (t ) ɺɺ p eff (t ) = −(m + m a )Lu g (t )
u n (t ) = φ n q n (t ) u (t ) =
σ imax = (σ imax ) 2 + (σ imax ) 2 + (σ imax ) 2 + ⋯ 1 2 3
4.4 重力坝抗震措施
放空底孔 体型简单，尽量避免突变 坝顶包括坝颈
折坡处采用弧形 减轻坝顶重量 增大顶部刚度 坝顶附属建筑物抗震
闸墩 加强侧向刚度 顶部折坡点不宜过低，折坡宜采用弧形 坝轴线尽量避免转折 坝剖面突变处设横缝 地基条件突变处设横缝 加强地基处理 必要时配置抗震钢筋，并局部提高混凝土等级
迎水坝面倾斜Biblioteka 动水压力折减系数ηc=θ/90
θ—坝面与水平面夹角
4.3 动力分析法
坝与库水相互作用
动水压力微分方程 Westergarrd解析解 Westergarrd解析解 库水附加质量矩阵
振型分解反应谱法（振型叠加反应谱法）
频率 周期 振型 振型反应 振型组合
4.3.1坝与库水相互作用 4.3.1坝与库水相互作用
4.2 拟静力法
水平向设计地震加速度 ah 设计烈度 ah 地震作用
地震惯性力 地震动水压力 地震动土压力
7 8 9 0.1g 0.2g 0.4g
4.2.1地震惯性力 4.2.1地震惯性力
质点i 质点i的水平地震惯性力 地震作用效应折减系数， 取0.25 GEi—集中在点的重力； GE—总重力 重力坝沿高度的动态分布 系数 H—坝高；n—坝体计算质 坝高；n 点总数
1999 年9 月21 日凌晨1 时47 分台湾发生 了百年来规模最大的强烈地震,震中位于日 月潭西南方12.5km,南投县集集镇, 因此名 为集集地震 震源深度8.0km ,震级7.3 ,本次地震释放的 能量相当于40 颗1945 年投掷在日本广岛原 子弹的威力。
石冈混凝土重力坝,位于大甲溪下游,于1977 年完 工 坝高21.4m ,长352m ,坝顶装有宽12.8m、高8.0m 弧形闸门共18 道 车笼埔断层在石冈坝下游3km 处通过,地震后经测 量发现,921 地震发生时,在坝址上下游附近新产生 了8 条次断层,引起地层破裂,其中一条次断层恰好 通过石冈坝的右侧坝轴线 左侧断层上盘上升了约10.0m ,下盘上升只有 2.2m ,使坝体两侧产生约7.8m 的垂直错动,活断 层通过处,坝体完全被毁,断层两边坝顶高程相差 7.8m ,三扇弧形闸门完全毁坏,库水大量流失
Fi = ahζGEiα i / g
1 + 4(hi / H ) 4 α i = 1.4 n G 1 + 4∑ Ej (h j / H ) 4 j =1 GE
重力坝地震反应加速度沿坝高的分布规律
沿坝高放大 坝顶放大倍数5.0 坝顶放大倍数5.0 沿坝高按1+4(h/H) 沿坝高按1+4(h/H)4变化
作用在坝面上任一点的动水压力
ɺɺ uni
—坝面点法向加速度
ɺɺ pi = 7 ρ Hy uni 8
水深y 水深y处附加质量
mi =
库水附加质量矩阵[m 库水附加质量矩阵[ma]
NxN阶矩阵 NxN阶矩阵 与坝面自由度有关的元素非零， 其他元素为零
7 8
ρ
Hy
4.3.2振型分解反应谱法 4.3.2振型分解反应谱法
假定库水不可压缩 库水动水压力p 库水动水压力p（x，y， t）求解的数学表达式
∇2 p = 0 y = 0, x = ∞, x = 0, p=0 p=0 ∂p ɺɺ = − ρu x ∂x
Westergarrd（1933）引入假定 Westergarrd（1933）引入假定
库底水平，水库为无限长矩形 坝面为刚性铅直面 地面运动为水平向简谐运动a cosω 地面运动为水平向简谐运动agcosωt
该坝施工时地质调查并未发现有断层通过 附近地震台实测最大加速度,东西向570gal , 南北向410gal ,垂直向480gal 这是到目前为止全世界唯一的被地震完全 摧毁的混凝土坝。经过地震,该坝平均向北 位移7.0m ,向西位移0.98m。 除坝体外,在坝址上游400m 及1 500m 处, 河床也分别隆起了约6m 及3.5m ,并在河床 中形成了瀑布的奇观。