第三章 拱坝——§3拱坝应力计算(1)

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拱坝应力分析

拱坝应力分析

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第五节 坝肩稳定分析
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一、稳定分析方法
(一)刚体极限平衡法
三种
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1.可能滑动面形式和位置 1.可能滑动面形式和位置
三、初始地应力对坝肩岩体稳定的影响
1、影响岩体的承载能力 、 2、影响岩体中应力传播规律
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增加的内容 改善拱座稳定的措施
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1、加强地基处理 2、加强岩体的灌浆和排水措施 3、将拱端向岸壁深挖嵌进 4、改进拱圈设计 5、拱端局部扩大或设推力墩
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3.平面分层稳定分析
∑G =GtgΨ ∑W =WtgΨ
176页 页
K1 =
[(∑ N − U ) f
1
1
+ C1 A1 + (∑ W + ∑ G − U 2 ) f 2 + C2 A2 / Q
]
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•拱坝拱座抗滑稳定安全系数允许值 •荷 载 组 合建 筑 物 级 别 1 2 3 荷 •基 本 3.50 3.25 3.00 抗剪断公式 •特 殊无 地 震 3.00 2.75 2.50 •有 地 震 2.50 2.25 2.00 •基 本 1.30 •特 殊无 地 震 1.10 抗剪强度公式 •有 地 震 1.00
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拱坝的应力分析

拱坝的应力分析

拱坝的应力分析一、拱坝应力分析的常用方法拱坝是一个空间弹性壳体,其几何形状和边界条件都很复杂,难以用严格的理论计算求解拱坝坝体应力状态。

在工程设计中,常作一些必要的假定和简化,使计算成果能满足工程需要。

拱坝应力分析的常用方法有圆筒法、纯拱法、拱梁分载法、壳体理论计算方法、有限单元法和结构模型试验法等。

(1)纯拱法: 假定拱坝由许多互不影响的独立水平拱圈组成,不考虑梁的作用,荷载全部由拱圈承担。

计算简单,但结果偏大,尤其对厚拱坝。

对薄拱坝和小型工程较为适用。

(2) 拱梁分载法: 假定拱坝由许多层水平拱圈和铅直悬臂梁组成,荷载由拱梁共同承担,按拱、梁相交点变位一致的条件将荷载分配到拱、梁两个系统上。

梁是静定结构,其应力容易计算;拱的应力则按弹性固端拱进行,计算结果较为合理,但计算量大,需借助计算机,适于大、中型拱坝。

拱冠梁法: 最简单的拱梁分载法,可采用拱冠梁作为所有悬臂梁的代表与许多拱圈组成拱梁系统,按拱、梁交点径向线变位一致的条件来建立变形协调方程, 并进行荷载分配, 可大大减少工作量。

拱冠梁法的主要步骤是:①选定若干拱圈,分别计算各拱圈拱顶以及拱冠梁与各拱圈交点在单位径向荷载作用下的变位,这些变位称为―单位变位‖;②根据各共轭点拱、梁径向变位协调的关系以及各点荷载之和应等于总荷载强度的要求建立变位协调方程组;③将上述方程组联立求解,得出各点的荷载分配;④根据求届的荷载分配值,分别计算拱冠梁和各拱圈的内力和应力。

1、基本算式如图3.13所示,将拱坝从坝顶到坝底划分为5–7层水平拱圈,拱圈各高1m,令各划分点的序号为自坝顶至坝底,各层拱圈之间取相等距离。

由拱冠梁和各层拱圈交点处径向变位一致的条件,可以列出方程组为式中,2,3…,,拱冠梁与水平拱交点的序号,即拱的层数;——单位荷载作用点的序号——作用在第层拱圈中面高程上总的水平径向荷载强度,包括水压力,泥沙压力等;——拱冠梁在第层拱高程上所分配到的水平径向荷载,为未知数;()——第层拱圈所分配的水平径向均布荷载强度;——梁在点所分配到的荷载强度;——梁上点的单位荷载所引起点的径向变位,称为梁的―单位变位‖。

水工建筑物习题及答案

水工建筑物习题及答案

第一章绪论1.我国人均水资源约为世界水资源的 1/42.河道常用的防洪体系为上拦、下排、两岸分滞;3.水利工程按所承担的任务可分河道整治与防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供水和排水工程、航运工程;4.水工建筑物按用途可分为挡水建筑物;泄水建筑物;输水建筑物;取水建筑物;整治建筑物;专门建筑物;5.水工建筑物按使用时间可分为永久性建筑物;临时性建筑物;6.组成水库枢纽的“三大件”包括拦河坝、溢洪道和、取水建筑物;等类型建筑物;1.水利工程指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配,以达到除害兴利的目的而修建的工程;2.水利枢纽3.水工建筑物4.水利事业1.我国地大物博,河流众多,是一个水资源充沛的国家;√2.我国的水资源分布情况大体是南涝北旱的局面√3.水工建筑物的级别越高所采用的洪水重现期越短×4.所谓水利工程,是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配,以达到除害兴利目的而修建的工程; √第二章重力坝1.重力坝是指主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来维持稳定的挡水建筑物;其坝轴线一般为直线,垂直于坝轴线方向设横缝,将坝体分成若干个坝段,每一个坝段相当于固接于地基上的悬臂梁;2.重力坝按坝高可分为低坝坝高<30m、中坝30m ≤坝高≤70m、高坝70m<坝高三类;按泄水条件可分为溢流重力坝、非溢流重力坝;按坝体结构形式可分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝和宽缝填渣坝;3.重力坝承受的主要荷载是呈三角形分布的静水压力;控制坝体剖面尺寸的主要指标是稳定;强度要求重力坝的基本剖面是三角形;4.非溢流坝的坝顶或防浪墙顶必须高出库水位,其高出库水位的高度为:△h=h l+hz+hc,其中h l表示半个波浪高度,hz表示波浪中心线距静水位的高度,hc表示安全加高;5.地震烈度表示地震对建筑物的影响程度;烈度越大,表示对建筑物的破坏越大,抗震设计要求越高;6.按承载能力极限状态设计时,应考虑荷载的基本组合和偶然组合两种作用效应组合;7.按正常使用极限状态设计时,应考虑荷载的长期组合和荷载的短期组合两种作用效应组合;8.溢流坝既是挡水建筑物,又是泄水建筑物;因此,坝体剖面设计时除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;9.溢流坝的溢流面由顶部的曲线段、中间的直线段、底部的反弧段组成;10.单宽流量的大小是溢流坝设计中一个很重要的控制指标;如果单宽流量越大,对消能防冲不利,但对枢纽布置有利;11.溢流坝段的横缝有两种布置方式;其中,横缝布置在闸墩中间时,相邻坝段产生的不均匀沉陷不影响闸门启闭,但闸墩厚度较大;另一种形式,横缝布置在溢流孔中间,闸墩比较薄,但受地基不均匀沉陷的影响大;12.闸墩的水平剖面形状应使水流平顺,减小水头损失,墩头的形状常用半圆形、三角形、流线型等;13.工作闸门常在动水中启闭;检修闸门在静水中启闭;事故闸门常在动水中快速关闭,在静水中开启;14.通气孔的上端进口不允许设在闸门启闭室内,自由通气孔的上端进口应高于上游最高水位;15.重力坝坝体排水措施是:靠近上游坝面设置排水管幕,其上下端与坝顶和廊道直通;坝基排水措施是在灌浆帷幕后设排水管木;16.坝体分缝的目的是:防止温度变化和地极不均匀沉降导致坝体裂缝,满足施工的要求;常见的缝有:横缝、纵缝和施工缝;17.重力坝内的廊道的作用是满足灌浆、检查和排水和观测、交通廊道常分为:坝基灌浆廊道和检查及坝体排水廊道;18.排水孔幕布置在防渗帷幕的下游,通常在防渗帷幕灌浆后施工;19.重力坝岩基渗流危害性有①消减坝体自重、②水库水量损失、③地基岩石耐久性降低,④坝体抗滑稳定性降低等;采用的措施是:帷幕灌浆;20.扬压力对重力坝的抗滑稳定不利;重力坝主要依靠自重满足稳定和强度要求;21.重力坝坝基岩体若坚固完整且抗渗能力强,其地基采用排水孔降低扬压力,若节理裂隙发育常采用帷幕灌浆降低扬压力;22.混凝土重力坝控制坝基渗流的目的,有防止渗透破坏、江堤坝基面上的扬压力和渗漏量大小,一般是控制渗流;23.重力坝临时性横缝键槽方向—般为:当相邻坝段要求传递铅直向剪力时,采用横向键槽;要求传递水平向剪力时,则采用竖向键槽;1.扬压力2.重力坝的基本剖面3.重力般的实用剖面4.荷载作用的基本组合5.荷载作用的偶然组合1.溢流坝属于A ;A 挡水建筑物和泄水建筑物B 次要建筑物C 挡水建筑物D 泄水建筑物2.下列重力坝是按坝体的结构形式进行分类的有 C ;A 混凝土重力坝B 浆砌石重力坝C 实体重力坝D 溢流重力坝3.下面关于坝体应力的几种说法正确的是 A ;A 正常运用期,坝基面的最大铅直正应力应小于坝基容许压应力;B 正常运用期,坝基面的最大铅直正应力应大于坝基容许压应力;C 坝体内绝对不允许出现拉应力D 以上说法都不对;4.重力坝的坝体廊道的主要作用是 B;A 检查和排水B 检查、灌浆和排水C 排水D 交通6.采用以下 C 措施主要用来降低重力坝坝基的扬压力;A 开挖与清理B 固结灌浆C 帷幕灌浆D 混凝土齿墙7.重力坝的基本剖面为B ;A 梯形B 三角形C 矩形D 正方形8.重力坝地基处理时,顺水流方向的开挖面不宜 C ;A 成台阶状B 成锯齿状C 向下游倾斜D 向上游倾斜9.高度超过 C 的坝属于高坝;A 50 mB 60mC 70 mD 100m10.因为作用于重力坝上游面的水压力呈A 分布,所以其基本剖面是三角形;A 三角形B 矩形C 梯形D 弧形;1.检修闸门和事故闸门都只能在静水中关闭和开启; ×2.官厅公式只适合于计算峡谷水库的波浪三要素; √3.对于基本烈度为6度及其以下地区不考虑地震荷载; ×4.坝内水平截面上的剪应力τ呈三次抛物线分布; ×5.挑流消能适用于基岩较坚固、水头较高的情况; √6.固结灌浆是深层高压水泥灌浆,其主要目的是为了降低坝体的渗透压力;×7.地震烈度大,对建筑物的破坏小,抗震设计要求低; ×8.设计洪水情况属于荷载的偶然组合; ×9.按定型设计水头确定的溢流面顶部曲线,当通过校核洪水位时不能出现负压;√10.重力坝的基本剖面是三角形是因为考虑施工方便; ×第三章拱坝1.地形条件往往是决定拱坝结构型式、工程布置以及经济性的主要因素;地形条件主要指河谷形状、河谷剖面与河谷宽度平面形状两岸对称、喇叭口、顺直形地形2.一般来说,拱圈的曲率相对较大时,曲率半径就相对较小,拱圈内的弯矩较小3.做应力分析时,应考虑温降情况;作稳定分析时—般考虑温升情况;4.拱坝的水平拱圈在温降时,拱圈将向下游变位,相当于拱圈承受向下游的均匀水平水压力所产生的变位;拱圈内产生的剪力、弯矩与水平水压力产生的剪力和弯矩的方向相同,而轴向力则相反;拱冠上游面受压,下游面受拉,拱端上游面受拉,下游面受压;5.均匀温度变化T m是温度荷载的主要部分,等效线性温差是温度荷载次要部分,而非线性温度变化;T n仅对局部应力有影响;1.拱坝2.拱冠梁3.纯拱法4.拱梁分载法1.双曲拱坝是指坝体在C方向上呈拱形;A 水平B 铅直C 水平和铅直D A与B和C均不对;2. A将拱坝视为有一系列各自独立、互不影响的水平拱圈所组成;A 纯拱法B 拱梁法C 有限单元法D 拱冠梁法3.与重力坝相比,拱坝的C荷载,且其上升为主要荷载;A 扬压力B 自重C 温度D 水压力4.在V型或接近V型河谷中,多采用D;A 等半径拱坝B 变半径、变中心角拱坝C 等中心角拱坝D 双曲拱坝5. C泄洪方式,其溢流面曲线由溢流坝顶和紧接其后的泄槽组成;A 自由跌流式B 鼻坎挑流式C 滑雪道式D 坝身泄水孔6.拱坝应力计算的拱冠梁法仅需满足A变为协调;A 径向B 切向C 竖向D 三个方向的角变位7.拱坝非溢流坝段顶宽度应根据剖面设计,满足运行、交通要求确定,不宜小于A;A 3mB 4mC 5mD 6m8.D将拱坝视为由一系列水平拱圈和拱冠处的一根悬臂梁所组成;A 纯拱法B 拱梁法C 有限单元法D 拱冠梁法9.拱坝体型设计要求拱圈内弧与该高程可利用岩体等高线间的夹角宜大于或等于C;A 10°B 20°C 30°D 40°1.拱坝的超载能力高是由于坝体厚度较薄、材料均匀性好; ×2.拱坝坝肩的抗滑稳定决定了拱坝的安全; √3.拱圈中心角2A增加对稳定有利,对应力不利; √4.如果封拱时混凝土温度过高,则以后温降时拱轴线收缩对坝肩岩体稳定不利;×5.拱坝的超载能力高是由于坝体厚度较薄、材料均匀性好; ×6.在拱坝的应力分析方法中,拱冠梁法在荷载分配时仅考虑了径向变位的调整; √第四章土石坝1.土石坝按施工方法可分为碾压式土石坝;水力充填坝;定向爆破堆石坝等形式;2.土坝按防渗体的位置分为均质坝;粘土心墙坝;粘土斜心墙坝;粘土斜墙坝;3.土石坝的剖面拟定是指坝顶高程;宽度;坝坡的拟定;4.在土石坝的坝顶高程计算中,超高值Y= R+e+A 写出公式;公式中各字母代表的含义是:R:波浪在坝坡上的最大爬高、e:最大风雍水面高度;A安全加高;5.碾压式土石坝上下游坝坡常沿高程每隔10~30m设置马道,宽度不小于1.5~2.0m,一般设在坡度变化处;6.当有可靠防浪墙时,心墙顶部高程应高于高出设计洪水位0.3-0.6m,且不低于校核洪水位;7.由于填筑土石坝坝体的材料为散粒体,抗剪强度低,下游坝坡平缓,坝体体积和重量都较大,所以不会产生水平整体滑动;8.土石坝挡水后,在坝体内形成由上游向下游的渗流;坝体内渗流的水面线叫做浸润线;其下的土料承受着渗透动水压力,并使土的内磨擦角和粘结力减小,对坝坡稳定不利;9.土石坝可能滑动面的形式有曲线滑裂面;直线或折线滑裂面和复合滑裂面;10.土石坝的上游面,为防止波浪淘刷、冰层和漂浮物的损害、顺坝水流的冲刷等对坝坡的危害,必须设置护坡;11.土石坝砂砾石地基处理属于“上防”措施,铅直方向的有粘性土截水墙;板桩;混凝土防渗墙和帷幕灌浆;12.砂砾石地基一般强度较大,压缩变形也较小,因而对建筑在砂砾石地基上土石坝的地基处理主要是解决渗流问题;13.土石坝与混凝土坝、溢洪道、船闸、涵管等混凝土建筑物的连接,必须防止接触面的集中渗流,防止因不均匀沉降而产生的裂缝,以及因水流对上下游坝坡和坝脚的冲刷而造成的危害;14.土石坝的渗漏处理时,要遵循“上防下排”的原则,即在坝的上游坝体和坝基防渗措施、阻截渗水,在坝的下游面设排水和导渗设备排出渗水;15.设坝基和均质坝坝身材料的渗透系数分别为K T 、K ,K T >K与K T=K相比,坝内浸润线将降低;抬高、不变、降低16.渗流在防渗体出口处及排水体入口处,渗流坡降最大,为防止渗透变形,当J> JJ 为允许渗透坡降时,必须设置反滤层;1.土石坝的粘土防渗墙顶部高程应B;A 高于设计洪水位B 高于设计洪水位加一定超高,且不低于校核洪水位C 高于校核洪水位D 高于校核洪水位加一定安全超高2.关于土石坝坝坡,下列说法不正确的有A;A 上游坝坡比下游坝坡陡B 上游坝坡比下游坝坡缓C 粘性土料做成的坝坡,常做成变坡,从上到下逐渐放缓,相邻坡率差为0.25或0.5D 斜墙坝与心墙壁坝相比,其下游坝坡宜偏陡些,而上游坝坡可适当放缓些3.反滤层的结构应是B;A 层次排列应尽量与渗流的方向水平B 各层次的粒径按渗流方向逐层增加C 各层的粒径按渗流方向逐渐减小,以利保护被保护土壤D 不允许被保护土壤的细小颗粒小于0.1mm的砂土被带走4.砂砾地基处理主要是解决渗流问题,处理方法是“上防下排”,属于上防的措施有A;A 铅直方向的粘土截水槽、混凝土防渗墙、板桩B 止水设备C 排水棱体D 坝体防渗墙5.粘性土不会发生A;A 管涌B 流土C 管涌或流土D 不确定6.下列关于反滤层的说法不正确的是B;A 反滤层是由2~3层不同粒径的无粘性土料组成,它的作用是滤土排水B 反滤层各层材料的粒径沿渗流方向由大到小布置;C 相邻两层间,较小层的颗粒不应穿过粒径较大层的孔隙D 各层内的颗粒不能发生移动7.土石坝上、下游坝面如设变坡,则相邻坝面坡率差值一般应在C范围内;A 0.35~0.45B 0.15~0.25C 0.25~0.50D 0.50~0.758.一般坝顶不允许溢流的坝型为C;A 拱坝B 浆砌石坝C 土石坝D 混凝土重力坝9.不能够降低土坝坝体浸润线的排水设备有C;A 堆石棱体排水B 褥垫式排水C 贴坡式排水D 管式排水10.粘性土的填筑标准是D;A 最优含水率B 孔隙率C 相对密度D 设计干重度及相应的含水率11.当滑裂面通过无粘性土,坝坡部分浸入水中时为A形滑裂面;A 折线B 直线C 曲线D 复合12.土坝坝体由于不均匀沉降而产生DA 纵缝B 横缝C 水平缝D 竖向裂缝1.流土2.管涌3.流网4.反滤层5.浸润线6.褥垫排水7.粘性土截水槽1.上游坝坡长期处于水下饱和状态,水库水位也可能快速下降,为了保持坝坡稳定,上游坝坡常比下游坝坡为缓; √2.土石坝的坝坡特征为,上部坡缓,下部坡陡; ×3.心墙坝的上、下游坝坡均比斜墙坝的缓; ×4.有限深透水地基上的心墙坝,一般都做有截水槽以拦截透水地基渗流;心墙土料的渗透系数常比坝壳土料的小得多,故可近似地认为上游坝壳中无水头损失,心墙前的水位仍为水库的水位; √5.在渗流作用下,坝体或坝基中的细小颗粒被渗流带走逐步形成渗流通道的现象称为流土; ×6.粘性土的颗粒之间存在有凝聚力或称粘结力,渗流难以把其中的颗粒带走,一般不易发生流土; ×7.反滤层一般是由2~3层不同粒径的非粘性土、砂和砂砾石组成的;层次排列应尽量与渗流的方向垂直,各层次的粒径则按渗流方向逐层减小; ×8.土石坝失稳形式主要是坝坡滑动或坝坡与坝基一起滑动; √9.滑裂面通过无粘性土时,滑裂面的形状可能是曲线; ×10、用瑞典圆弧法计算土石坝坝坡稳定问题,没有考虑土条间的相互作用力,计算出的抗滑稳定安全系数偏小; √11.简化毕肖普法计算土石坝坝坡稳定时,近似考虑了土条间相互作用力的影响; √12.流土这种渗透变形主要发生在粘性土体的渗流出口处; √13.孔隙水压力在土体滑动时能产生摩擦力,增大粘性土体的抗剪强度; ×14.心墙坝、斜墙坝作防渗设施的土料应具有足够的防渗性,与坝壳材料的渗透系数之比最好不大于1/100; √15.非粘性土料是填筑坝体或坝壳的主要材料之一,对它的填筑密度也应有严格的要求;压密程度一般用填土的干重度γd来表示; ×16.斜墙与下游坝体之间应根据需要设置过渡层; ×17.排水设施应具有充分的排水能力,不至被泥沙堵塞,以保证在任何情况下都能自由地排出全部渗水; √18.土石坝的不均匀沉陷主要由地基的不均匀性造成; ×第五章水闸1.水闸是一种低水头的水工建筑物,兼有挡水和泄水的作用,用以调节水位;控制流量,以满足水利事业的各种要求;2.水闸按所承担的任务分为节制闸;进水闸;分洪闸;挡水闸;挡潮闸;3.水闸由上游连接段闸室段段和下游连接段组成;4.闸下水位随水闸泄流量变化、且滞后于泄流量变化,在天然地基上可产生各种水跃连接形态,而且往往出现波状水跃和折冲水流两种不利流态,必须采取有效措施改善之;5.消能设计的控制条件一般是上游水位高,闸门部分开启和单宽流量大;6.底流消能设施有下挖式、突槛式和综合式三种形式;7.水闸防渗设计的原则是在高水位侧采用铺盖;板桩;齿墙等防渗措施,在低水位侧设置排水设施;8.闸基渗流计算的方法有流网法、改进阻力系数法和直线比例法;9.直线比例法有勃莱法和莱因法;10.闸底板上、下游端一般设有齿墙,因为有利于抗滑稳定,并可延长渗径 ;11.闸墩的外形轮廓应满足过闸水流平顺、侧向收缩小和过流能力大的要求;12.工作桥的作用是为安装启闭机和便于工作人员操作,交通桥的作用是供人畜车辆通行 ;13.对于软弱粘性土和淤泥质土,应采用换土垫层地基处理方法;14.影响水闸工作条件的因素中有两个最主要因素是地基条件差和水头低且尾水位变幅大;15.设计拦河闸,进行过水能力计算时,过水能力确定用正常蓄水位及相应下游水位;做消力池深度计算用设计洪水位;闸室稳定分析用设计洪水位和校核洪水位;16.为了防止防冲结构局部、下游河床及两岸的有害冲刷,保证其安全应用,首先要选用适宜的消能措施,其次是合理地进行闸门的开启运用,以利水流扩散,解决好“归河”问题;第三是消除水流的剩余能量和采用相应的防冲加固措施;1.涵洞式水闸2.节制闸3.折冲水流4.地下轮廓线7.不平衡剪力8.圆弧式翼墙1. D闸孔形式结构简单、施工方便,但自由泄流时流量系数较小,易产生波状水跃;A 驼峰堰型B 曲线堰型C 胸墙孔口型D 宽顶堰型2.验算水闸的过流能力时,计算的过流能力与设计流量的差值不得超过B;A ±8%B ±5%C ±10%D ±3%3.底流消能是在水闸下游产生B水跃来进行消能的;A 临界B 淹没C 远驱D 稳定4.混凝土铺盖与底板连接处设D止水效果较好;A 沥青麻袋B 紫铜片C 柏油油毛毡D 塑料带5.对于密实的地基或岩基,采用D底板较合适;A 整体式B 箱式C 反拱式D 分离式6.在动水中关闭静水中开启的闸门是C;A 工作闸门B 检修闸门C 事故闸门D 平面闸门7.适用于弧形闸门侧止水的是B;A P型B L型C 刀型D ♀型8.水闸翼墙的高度为6~10m,用C形式的挡土墙较合适;A 重力式B 扶壁式C 悬臂式D 空箱式9.枯水期下闸挡水,洪水期开闸泄水,这个闸可能是A;A节制闸B进水闸C分洪闸D挡潮闸1.闸孔孔数少于8孔时,应采用奇数孔,利于对称开启闸门,改善下游水流条件;√2.勃莱法认为渗流在水平方向流动和垂直方向流动,消能效果是不一样的,后者是前者的三倍; ×3.铺盖的厚度是根据铺盖土料的允许水力坡降值计算确定的; √4.铺盖具有较好的防渗效果,所以越长越好; ×5.水闸的侧向绕渗为有压渗流,不必考虑侧向防渗措施; ×6.闸底板的长度只与地基情况有关,与水头无关; ×7.水闸进行稳定计算时,计算单元为沿水闸轴线方向取单位长度一米,计算各种荷载值的大小 ; √8.海漫的作用是进一步消减水流剩余能量,保护护坦安全,并调整流速分布,保护河床、防止冲刷; √第六章河岸溢洪道1.河岸溢洪道的主要类型有正槽式、侧槽式井式和虹吸式四种;2.正槽溢洪道通常由进水渠、控制段、泄槽、消能防冲设施和出水渠等部分组成;3.侧槽溢洪道通常由控制段、侧槽、泄槽、消能防冲设施、出水渠等部分组成;4.非常溢洪道一般分为漫流式、自溃式、爆破引溃式三种;5.溢流堰的主要形式有宽顶堰、实用堰、驼峰堰和折线形堰;6.正槽式溢洪道的裂缝不但出现在闸墩上,而且也常发生在闸室底板、泄槽底板、护坦底板和边墙等部位;其中闸墩裂缝引起人们更大的注意;。

拱坝的应力分析

拱坝的应力分析


很小,几乎可忽略不计,对中等的 Nhomakorabea厚度拱坝和重力拱坝来说,应考

虑自重的作用。

截面A 1 、A 2 间的坝体自重G

可按辛普森公式进行计算:

G
=
1 6
g cDZ ( A1
+
4 Am
+
A2 )
G
=
1 2
g cDZ ( A1
+
A2 )
2.水平径向荷载
主要为静水压力,其
拱 坝
次有泥沙压力、浪压力、 冰压力等,由拱和梁共同 承担。分担荷载的比例须




当t<t封时:坝体收缩,坝轴线缩短,使坝体向下游变 形,拱端上游侧和拱冠下游侧受拉,产生

的弯矩和剪力与水压影响相同,轴力与水

压影响相反。

温降对坝体应力不利,对坝肩稳定有利




拱坝温度变化的组成:
(1)均匀温度变化tm—引起

坝体均匀伸长或缩短
坝 (2)沿坝厚温度梯度变化

td—引起挠曲
对应力而言
基本组合:正常水位下相应荷载+温降
拱 特殊组合:正常水位下相应荷载+温降+地震

高温+运行低水位

应 对稳定而言
力 分 析
基本组合:设计水位下相应荷载+温升 特殊组合:校核水位下相应荷载+温升
2.3.3 拱坝的应力分析方法概况

拱坝实质上是一个变厚度、变曲率而边界

条件又很复杂的壳体结构。影响坝体应力的因

《水工建筑物》第三章:拱坝的布置及荷载、应力及稳定分析、坝身构造及优化、地基处理等基础知识

《水工建筑物》第三章:拱坝的布置及荷载、应力及稳定分析、坝身构造及优化、地基处理等基础知识
单曲拱坝,只有水平向曲率变化,而各悬臂梁的上游 面呈铅直的拱坝;双曲拱坝,水平和竖向都有曲率变化 的拱坝。
单曲拱坝
双曲拱坝
(3)按构造 周边缝拱坝:在靠近坝基周边设置永久缝的拱坝; 空腹拱坝:坝体内有较大空腔的拱坝。
四、拱坝的发展概况
●最古老拱坝遗址是古罗马时期建于法国南部的鲍 姆拱坝,坝高约12m。13世纪伊朗修建的库力特拱坝, 高达60m,这个记录一直保持到20世纪初。
曲线等于上游面的曲线加上 T(z) 。
■单曲拱坝,拱冠梁上游面是铅直线,下游面 是倾斜直线或几段折线。
三、拱坝布置的步骤和原则
(一)步骤
1.根据坝址地形图、地质图和地质查勘资料,定 出开挖深度,画出可利用基岩面等高线地形图。
2.在可利用基岩面等高线地形图上,试定顶拱 轴线的位置。以顶拱外弧作为拱坝的轴线。顶拱 轴线的半径可用 =0.6L1,或参考其他类似工程初 步拟定。将顶拱轴线在地形图上移动,调整位置 ,尽量使拱轴线与基岩等高线在拱端处的夹角不 小于30°,并使两端夹角大致相近。按选定的半 径、中心角及顶拱厚度画出顶拱内外缘弧线。
图4–12 拱冠梁剖面尺寸示意图 1–凸点;2–拱冠顶点的铅垂线
根据我国对东风、拉西瓦等11座拱
坝的β 1、β 2和S值的敏感性计算分析, 其适合范围是:β 1=0.6~0.7,β 2=0.15~0.2,S=
0.15~0.3。对基岩变形模量较高或宽高比较大的河
谷,β 1、β 2取小值、S取大值。定出A、B、C三点位
L/H=6.0,T/H=0.29。
2. L/H相同,不同河谷形状的比较
(a)V型河谷;(b)U型河谷
1–拱荷载;2–梁荷载
★V形: 适于发挥拱的作用, 靠近底部水压强度最大,但拱跨 短,因之底拱厚度仍可较薄;

华东调节库拱坝应力分析计算

华东调节库拱坝应力分析计算
一 —
的方 案 , 用 的断面 既安全 , 采 又经济 。 比采 用浆砌 石重 力 坝减 少投 资 2 元 。 0万 华东调 节库 拱坝 的建成 , 经多年运
行达 到 了设计要 求 , 程效 果 良好 。从工程 设计 中得 到 工

图 4 拱 冠 悬臂 梁的 变位 计算 简图
了启示 , 确选 择 工 程 结构 形式 , 正 更有 效 的达 到工 程优


4 — 6 —
K A
() 。 c中
S S S ¥S 要 按 图 2计 算 、 R= 广s 、 S 1 22 即 R s 以此类 推 。 2 . .5悬臂梁水平断面总弯矩和变形计算 3 拱冠 悬臂梁 的单位 宽度取 在坝 轴线 上 , 以各 高程 悬臂 所
2 拱、 . 梁应力计算 4
梁水平 断面 的坝轴线 长度 P q = m AS = S u。 i 。 u A — 偏 R
2 作用于拱圈、 . 1 悬臂梁的荷载计算
\ \
1 l
本 工 程 控制 区 域植 树 良好 , 泥沙 问题 不严 重 , 略 忽




基 , 比较 稳定 , 且 为修筑 浆砌 石拱 坝提 供 了优越 的条 件 。 计算 。均 布外荷 载只 考虑 均布水 压力 。 静 水压 力 图 A C见 图 3 B 。 拦河坝 以上控 制集 雨面积 1 . 1 5平 方公 里 ,设计 正 常水
47。 3 8。
K 查表得
一 7 0 39 0
一l 43 5 0 一6 00 2
一 a / \ =



6 .5 l 2
△r P A r =
33 30

拱坝设计计算书

拱坝设计计算书

目录第一章调洪演算........................................ - 3 -1.1调洪演算的原理............................................................................................................... - 3 -1.2 泄洪方案的选择.............................................................................................................. - 3 -1.2.3 确定坝高............................................................................................................ - 5 - 第二章大坝工程量比较.................................. - 6 -2.1 大坝剖面设计计算.......................................................................................................... - 6 -2.2工程量比较..................................................................................................................... - 10 - 第三章第一建筑物——大坝的设计计算................... - 11 -3.1 拱坝形式尺寸及拱坝布置............................................................................................ - 11 -3.1.1 坝型选择双曲拱坝............................................................................................ - 11 -3.1.2拱坝的尺寸......................................................................................................... - 11 -3.2荷载组合......................................................................................................................... - 13 -3.3拱坝的应力计算............................................................................................................. - 13 -3.3.1对荷载组合⑴,⑵,⑶使用FORTRAN程序进行电算..................................... - 13 -3.3.2对荷载组合⑷进行手算..................................................................................... - 14 -3.4坝肩稳定计算................................................................................................................. - 21 -3.4.1计算原理............................................................................................................. - 21 -3.4.2验算工况............................................................................................................. - 22 -3.4.3验算步骤............................................................................................................. - 22 - 第四章泄水建筑物的设计............................... - 25 -4.1 泄水建筑物的型式尺寸................................................................................................ - 25 -4.2 泄槽设计计算................................................................................................................ - 25 -4.3 导墙设计........................................................................................................................ - 26 -4.3 消能防冲计算................................................................................................................ - 26 -4.3.1 水舌挑距.......................................................................................................... - 26 -4.3.2 冲刷坑深度...................................................................................................... - 27 -4.3.3 消能率计算...................................................................................................... - 27 -4.3.4 孔口应力计算及配筋...................................................................................... - 28 - 参考文献.............................................. - 31 -附录一................................................ - 32 -附录二................................................ - 33 -第一章 调洪演算1.1调洪演算的原理先对一种泄洪方案,求得不同水头下的孔口泄洪能力,并作孔口泄洪能力曲线,再假定几组最大泄流量,对设计(校核)洪水过程线进行调洪演算,求得这几组最大泄流量分别对应的水库存水量,查水位库容曲线,得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位,并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。

拱坝课程设计计算

拱坝课程设计计算

水工建筑物课程设计设计题目:拱坝学院:土木建筑工程学院班级:水电061姓名:徐*学号:************指导老师:肖良锦老师第一章工程概况某工程位于排坡河中游河段,以发电为主。

电站装机2X630Kw,坝址以上流域面积151Km2。

枢纽主要建筑物有混凝土拱坝,坝后引水式厂房等。

大坝为五等5级建筑物。

设计洪水(三十年一遇)367m3/s,校核洪水(二百年一遇)572m3/s。

坝址河床为较对称的V型河谷,两岸坡较陡。

河床及漫滩砂砾石层厚为0~3m,弱风化层厚2~2.5m。

坝后冲刷坑范围以内河床为炉山组中至厚层白云岩,其岩性坚硬致密,隐节理发育,抗冲刷强度高。

上游坝址溢流堰顶高程375.00m。

电站额定引用流量2X2.69m3/s。

该电站位于我省东部多暴雨地区,洪水强度大,流域坡度陡,汇流快,洪水陡涨陡落,枢纽建筑物布置多集中于河床。

确定正常蓄水位与溢流堰顶高程平齐。

课程设计任务根据以上提供的基本情况及地形图,布置设计混凝土拱坝。

步骤如下:1、拱坝布置的原则在地形图上布置双曲拱坝。

选择7层拱圈,坝肩及河床的开挖深度按5m,坝顶无通行汽车要求。

根据布置的尺寸进行拱坝应力分析,直至满足应力要求为止。

(时间2天)2、选择坝顶溢流方式及消能方式,进行相应水力学计算。

确定;孔口尺寸、闸墩宽度、上游设计水位、校核水位、下游设计水位、校核水位、工作桥。

(时间1天)3、根据布置及计算结果,要求提供以下成果。

(时间2天)拱坝平面布置图(建议比例1:200)溢流坝剖面图(建议比例1:200)非溢流坝剖面图(建议比例1:200)拱坝下游立视图或展视图(建议比例1:200)设计计算书1份第二章 拱坝的体形和布置2.1设计参数坝体材料:C20混凝土,容重2.4t/m 3,弹模为25.5×109(坝体弹模考虑徐变的影响,取为瞬时弹性模量的0.6--0.7),泊松比0.167,线胀系数1×10-5/℃,导温系数3m 2/月。

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下游 水面以上: t xim 下游坝面年平均气温日照影响△ b 水面以下:t xim 年平均尾水温度(水面 以下) 上游 水面以上:t sm 年平均气温日照影响△ b 水面以下:t sm c (b c)e 0.04 y b 年平均气温Ta 日照影响△ b t kd be0.04 H c 1 e 0.04 H H — 库底年平均温度℃; — 水深m y
理论计算方法

3)拱冠梁法——多拱一梁法
– 原理:视拱坝由拱冠处一根悬臂梁与若干水平拱圈连系起来 的整体,以拱冠处的1m宽悬臂梁与若干层1m厚水平拱圈为 计算单元,进行荷载分配。 – 拱梁交点位移:只考虑径向位移,按拱梁交点处的径向位移 一致条件计算拱梁荷载分配比例。 – 可用于大型工程方案比较和初设阶段 – 只适于对称拱坝、对称荷载情况
◎二、拱坝荷载及其荷载组合

其中年变幅部分:
1
2 ( Axi 13.1Asho ) 14.5 y
库水位以上: m 2 1 Axi;t d 2 0 t 库水位以下: m 2 t
13.1 )] 14.5 y 2.33 18.76 当坝厚T 10m时: 1 ; 3 ; 2 T 0.9 T 12.6 3.8e 0.022 y 2.38e 0.081 y T 4.5 t d 2 3 [ Axi Asho ( 当坝厚T 10m时: 1 0.5e 0.00067 T 3 e 0.00186 T 2 (0.069e 0.022 y 0.0432 0.081 y ) e
理论计算方法

1)纯拱法
– 原理:视拱坝由若干层水平拱圈叠合而成,水平荷载全部由 拱圈承担,自重等竖向荷载不计 – 每层拱圈作为两端固定的弹性拱计算,计入地基位移和温度 荷载,是多拱梁法的基础 – 工程中多用简约法查表计算 – 适用于中小型工程可行性研究阶段,所得应力偏大,厚拱误 差较大。
◎一、概述
–温升时,坝体膨胀,拱圈凸向上游变形
–温升产生的M、Q和位移矢量与水压力产生的相反 ,二者抵消,减小坝体应力,故对坝体应力有利;
–而温升产生的轴力与水压力的相同,二者叠加,故 对坝肩稳定不利。
–温升时,拱冠上缘、拱脚下缘受拉 (-)
◎二、拱坝荷载及其荷载组合
温度荷载沿坝厚分布——抛物线

下游坝面,气温热传导性能最强,温变最大
径向荷载:静水压力、波浪压力、泥沙压力,是坝
体主要荷载,由拱、梁 共同承担
竖向荷载:

自重——砼坝分块施工时,梁承担,浆砌石拱坝常不 分块施工,拱梁共同承担

水重——梁承担
扬压力——梁承担,薄拱坝不计,坝肩稳定计入。

◎二、拱坝荷载及其荷载组合
温度荷载△T——拱坝重要荷载,在由水压力和温
度荷载产生是坝体位移中, △T产生的比例占1/31/2。
第三章 拱坝
.
◎.
• §1 概述
• §2拱坝布置
• §3拱坝应力分析 • §4拱坝坝肩稳定分析 • §5拱坝坝身泄流 • §6拱坝的材料与构造 • §7拱坝地基处理 • §8浆砌石拱坝
§3 拱坝应力计算(1)
◎主要内容
• 1、拱坝荷载
• 2、地基位移计算
• 3、纯拱法计算拱坝应力
• 4、拱冠梁方法计算拱坝应力
上游坝面,水温热传导性能次之 坝厚中央,砼温变最小


◎二、拱坝荷载及其荷载组合
温度荷载简化

均匀温度变化tm
等效线性温差td——直线分布代换曲线后,二者面积 、面积矩相等


非线性温差tn
◎二、拱坝荷载及其荷载组合
温度荷载tm、td计算

tm=年平均温度tm1-封拱基准温度tm0+坝体温度年 变幅tm2,即: tm=tm1-tm0+tm2
θi/θ0i Δi 顺河流向 垂直河流向

图a——顺河向地震惯性力Pi中心对称分布 图b——垂直河流方向地震惯性力Pi中心反对称分布

◎二、拱坝荷载及其荷载组合

上述两式与重力坝的计算公式相同,其符号意义也相 同。 其中地震惯性力系数F,不论顺河流向或垂直河流向 的地震,当坝高H<100m时,取为F=0.2;坝高H> 100m时,取为F=1.0。 水平地震惯性力方向 顺河流向地震,Pi均沿半径方向,指向or背离圆心, 中心对称; 垂直河流向地震, Pi均沿半径方向,指向or背离圆心 ,中心反对称;
2

2
Axi — 下游坝面温度年变幅, 等于气温年变幅(年内 温差之半) 日照影响,尾水位以下 等于水温年变幅; Ash0 — 表面水温年变幅。
◎二、拱坝荷载及其荷载组合

对于表明水温Ash0:
一般地区, 表面水温年变幅: sh0 A 1 (t7 t1 ) 2
1 寒冷地区:Ash0 t7 b 2 t1、t7 — 分别为1月、月平均气温;b 1 ~ 2℃。 7 中小型拱坝可只考虑均 匀温度变化,采用经验 公式计算t m: 砼拱坝:t m 或t m 47 T 3.39
有关概念

封拱稳定——砼坝一般分块施工,待坝体温度冷却到 稳定温度时封拱成整体,封拱时的坝体温度即~
– 封拱时间:一般选为年平均气温or略低于年平均气温时 – 封拱温度是坝体基准温度,运行期坝体温度随气温、水温周 期性的相对于基准稳定变化
◎二、拱坝荷载及其荷载组合

温降——某时坝体温度低于封拱温度,即称~
2 H i H

M0―参数,顺河流向地震m0=0,垂直河流向地震m0=1。
◎二、拱坝荷载及其荷载组合

△i见表3-2,图示见(a、b):
0 1.0 0 0.1 0.98 0.31 0.2 0.90 0.56 0.3 0.79 0.72 0.4 0.66 0.77 0.5 0.50 0.71 0.6 0.35 0.56 0.7 0.21 0.37 0.8 0.10 0.18 0.9 0.03 0.05 1.0 0 0
–温降时,坝体收缩并向下游位移,产生的弯矩M、 剪力Q和位移矢量与水压力产生的相同,二者叠加 ,增大坝体应力,故对坝体应力不利;温降产生的 轴力与水压力的相反,二者抵消,故对坝肩稳定有 利。
–温降时,拱冠下缘、拱脚上缘受拉 (-)
◎二、拱坝荷载及其荷载组合

温升——某时坝体温度高于封拱温度,即称~
◎二、拱坝荷载及其荷载组合
• 2、荷载组合
与重力坝相比,关键是注意温度荷载
1、基本组合:

正常蓄水+设计正常温降(应力不利工况) 死水位+设计正常温升(计算坝肩稳定)

2、特殊组合:

校核洪水+设计正常温升(坝肩稳定不利工况)
正常蓄水+设计正常温降+地震 施工期


◎二、拱坝荷载及其荷载组合
水平地震惯性力

地震惯性力分布系数Δi按下式计算:
i f (m0、0i、i 、Hi、H)
1 m i cos 0 2 2 1 i 0i m 2 0 cos 0 1 2 0i




◎二、拱坝荷载及其荷载组y处~: p y K H CZ f y C2H1 fy―拱冠梁(顺河流向地震)和θi/θ0i=0.5断面(垂直河流 向地震)水深y处地震动水压力分布系数,见表3-3:
y/H1 fy 0 0 0.1 0.43 0.2 0.56 0.3 0.60 0.4 0.58 0.5 0.54 0.6 0.50 0.7 0.47 0.8 0.45 0.9 0.43 1.0 0.42
◎ 高等学校 水利水电工程 专业
河北工程大学
水电学院 水利系.
• 第一章 • 第二章 • 第三章 • 第四章 • 第五章 • 笫六章 • 笫七章 • 第八章 • 第九章 • 第十章 • 第十一章
绪论 重力坝 拱坝 支墩坝 土石坝 河岸溢洪道 水工隧洞和坝下埋管 水闸 闸门与启闭机 过坝建筑物 取水枢纽


◎二、拱坝荷载及其荷载组合
• 不同工况对应的荷载组合——见表:
◎三、地基位移—伏格特方法
• 1、基本假定:

1)地基位移与坝基表面形状无关
2)不考虑坝基上各点作用力的不等及位移互相影响 3)不计库水对坝基位移的影响


于是可将坝基展开、摊平,然后按面积相等、长宽
比近似的原则,用一当量矩形来代替,此矩形与坝 基有相同的长宽比b/a。对于一座特定拱坝,b/a是 一个常数。
• 5、拱坝坝肩稳定分析 • 6、拱坝泄洪消能方式 • 7、拱坝材料构造 • 8、地基处理 • 9、浆砌石拱坝
◎一、概述
• 1、应力分析目的
校核or修正拱坝布置及尺寸
为坝体强度校核和坝肩稳定提供依据 为布置坝内孔口及孔口周边配筋提供依据
◎一、概述
• 2、应力分析方法——理论计算、模型试验、原型 观测
td=对应年平均温度的线性温差部分td1-对应基准温 度的线性温差部分td0+坝体温度年变幅之线性温差部 分td2,即:td=td1-td0+td2 足标:1——年平均;2——基准温度;3——年变幅


◎二、拱坝荷载及其荷载组合

其中:
t m1 td1 1 (t sm t xim ) 2 (t xim t sm )


Hi 2 ) H 'i f (m0、 0i、 i ) 见表3 2 — m m 2 1 或'i [cos 0 (1 i ) cos 0 (1 i ) ] 2 2 0i 2 0i m0 — 参数,顺河流向地震取 ,垂直河流向地震取。 0 1
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