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重力坝

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体验 

1、基本断面的拟定
1.1、输入基本数据
正常水深………………H= 100 水容重…………………………γw= 10
上游坝面折点高度 … Hc= 60 混凝土容重……………………γc= 24
泥沙淤积高度 ……… Hs= 30 泥沙浮容重……………………γs= 8
下游水深 …………… Hd= 10 泥沙内摩擦角…………………φs= 20
主排水孔渗压系数… α= 0.3 至坝踵距离与坝底厚之比 ……η= 0.2
坝基抗剪断摩擦系数f′= 0.65 凝聚力 ……………………… C′= 400
安全系数………………K= 3  
1.2、基本断面计算
λ=
0.92876
坝体底宽……B=
请重新拟定断面 ηB= 请重新拟定断面
上游坝坡……m1=
请重新拟定断面
下游坝坡……m2=
请重新拟定断面
基本断面面积 S=
请重新拟定断面
结论：如果λ>0.2，说明f、C值太小。处理措施：
（1）、适当放缓上游坝坡；
（2）、做成齿槽或倾向上游的坝基面，加大f、C值；
1

2、坝顶高程计算
2.1、输入基本数据
正常蓄水位情况 校核洪水位情况
计算风速Ｖ0(m/s) 19.2 9.6
有效吹程D(m) 2000 2000
重力加速度g(m/s2) 9.81 9.81
水位高程(m) 848 850.02
坝基高程(m) 800 800
安全超高hc(m) 0.4 0.3
迎水面深度H(m) 48 50.02
2.2、计算公式
（1）、
防浪墙顶高程由各种水库静水位加超高△h的最大值确定。△h按下式计算：
1
式中： △h……防浪墙顶至水库静水位的高差（m）；
h1%…… 累积频率为1%的波高（m）；
hz ……  波浪中心线至水库静水位的高度（m）；
hc ……  安全超高（m），按《混凝土重力坝设计规范》（DL 5108—1999）
              表11.1.1采用。
（2）、
波浪要素按官厅水库公式计算（适用于V0<20m/s及D<20km）：
1
1
式中： h…………当gD/V02=20～250时，为累积频率5%的波高h5%；
当gD/V02=250～1000时，为累积频率10%的波高h10%；
Lm ……… 平均波长（m）；
（3）、
波浪中心线至水库静水位的高度hz按下式计算：
1
2.3、计算
（1）、
正常蓄水位情况
H D V0 V02 gD/V02 Lm h h1% πh1%2/Lm 2πH/Lm cth(2πH/Lm) hz hc △h 正常蓄水位 墙顶高程
48 2000 19.2 368.64 53.223 9.082 0.84 1.042 0.376 33.208 1 0.376 0.4 1.818 848 849.818
（2）、
校核洪水位情况
H D V0 V02 gD/V02 Lm h h1% πh1%2/Lm 2πH/Lm cth(2πH/Lm) hz hc △h 水位 墙顶高程
50.02 2000 9.6 92.16 212.891 4.536 0.353 0.438 0.133 69.287 1 0.133 0.3 0.871 850.02 850.891
结论：防浪墙顶部高程可取为： 850.9 m。

3、坝基底面抗滑稳定及应力计算
3.1、输入基本数据
（1）、基本数据
　混凝土容重 ………………… γc= 24 kN/m3 自重作用分项系数 ……… γG= 1
　水容重……………………… γw= 9.81 kN/m3 静水压力作用分项系数… γQ1= 1
　浮托力作用分项系数………γQ2= 1 渗透压力作用分项系数… γQ3= 1.2
　淤沙浮容重 …………………γsb= 5 kN/m3 淤沙内摩擦角………………φ= 28 度
　淤沙高度…………………… Hs= 31 m 淤沙压力作用分项系数 …γQ4= 1.2
   浪压力作用分项系数………γQ4= 1.2 结构重要性系数 ………… γ0= 1
   混凝土抗压强度标准值 …… fk= 14.3 Mpa 混凝土性能分项系数 ……rm1= 1.5
   基岩抗压强度 ……………… fR= 50 Mpa 摩擦系数性能分项系数 …rm2= 1.3
   混凝土/基岩摩擦系数标准值fRk= 0.65 凝聚力性能分项系数 ……rm2= 3
   混凝土/基岩凝聚力标准值  CRk= 0.5 Mpa 坝基面高程 ……………… ▽= 771 m
   上游坝面折点高度…………Hc1= 44 m 上游坝坡 ………………… m1= 0.2
   下游坝面折点高度…………Hc2= 70.75 m 下游坝坡 ………………… m2= 0.8
   坝体高度 …………………… H= 78.8 m 坝顶宽度 ………………… B1= 5 m
   主排水孔渗压系数 …………α= 0.25 至坝踵距离与坝底厚之比 η= 0.07813
（2）、有关正常蓄水位数据
   设计状况系数 ………………ψ= 1 抗滑基本组合结构系数 … γd1= 1.2
   抗压基本组合结构系数 ……γd1= 1.8 正常蓄水位高程………… ▽= 848 m
   相应下游水位高程………… ▽= 793.1 m 有效吹程 ………………… D= 2000 m
　计算风速…………………… V0= 16.3 m/s
（3）、有关校核洪水位数据
   设计状况系数…………………ψ= 0.85 抗滑偶然组合结构系数 … γd2= 1.2
   抗压偶然组合结构系数 ……γd2= 1.8 校核洪水位高程………… ▽= 848.93 m
   相应下游水位高程………… ▽= 801.4 m 有效吹程 ………………… D= 2000 m
　计算风速…………………… V0= 9.6 m/s
1

3.2、坝体自重
　（1）计算公式
坝底宽度： 1
第1部分坝体： 1
面积：
1
力臂：
荷载标准值：
 1
力矩标准值：
 1
荷载设计值：
 1
力矩设计值：
 1
第2部分坝体： 1
面积：
1
力臂：
荷载标准值：
 1
力矩标准值：
 1
荷载设计值：
 1
力矩设计值：
 1
第3部分坝体： 1
面积：
1
力臂：
荷载标准值：
 1
力矩标准值：
 1
荷载设计值：
 1
力矩设计值：
 1

　（2）计算结果
            混凝土容重………… γc= 24 kN/m3 自重作用分项系数 ………… γG= 1
            坝底宽度 …………… B= 70.4 m
第一部分坝体 第二部分坝体 第三部分坝体 合计
面积（m2）
193.6 394 2002.225 2589.825
力臂（m）
29.333 23.9 2.533
荷载标准值（kN）
4646.4 9456 48053.4 62155.8
力矩标准值（kN·m）
136292.851 225998.4 121719.262 484010.51
荷载设计值（kN）
4646.4 9456 48053.4 62155.8
力矩设计值（kN·m）
136292.851 225998.4 121719.262 484010.51
标准值：
∑Gk=
62155.8  kN 设计值：
∑G=
62155.8  kN
∑Mk=
484010.51  kN·m
∑M=
484010.51  kN·m
1

3.3、上、下游坝面水重
　（1）计算公式
第I部分水体： 1
面积：
1
力臂：
荷载标准值：
 1
力矩标准值：
 1
荷载设计值：
 1
力矩设计值：
 1
第II部分水体： 1
面积：
1
力臂：
荷载标准值：
 1
力矩标准值：
 1
荷载设计值：
 1
力矩设计值：
 1
第III部分水体： 1
面积：
1
力臂：
荷载标准值：
 1
力矩标准值：
 1
荷载设计值：
 1
力矩设计值：
 1

　（2）计算结果
            水容重……………… γc= 9.81 kN/m3 自重作用分项系数 ………… γG= 1
            坝底宽度 …………… B= 70.4 m
            正常蓄水位：
            上游水深……………Hu= 77 m 下游水深 ……………………Hd= 22.1
第I部分水体 第II部分水体 第III部分水体 合计
面积（m2）
193.6 290.4 195.364 679.4
力臂（m）
32.267 30.8 -29.307
荷载标准值（kN）
1899.216 2848.824 1916.521 6664.6
力矩标准值（kN·m）
61282.003 87743.779 -56167.481 92858.3
荷载设计值（kN）
1899.216 2848.824 1916.521 6664.6
力矩设计值（kN·m）
61282.003 87743.779 -56167.481 92858.3
标准值：
∑Gk=
6664.6  kN 设计值：
∑G=
6664.6  kN
∑Mk=
92858.3  kN·m
∑M=
92858.3  kN·m
            校核洪水位：
            上游水深……………Hu= 77.93 m 下游水深 ……………………Hd= 30.4
第I部分水体 第II部分水体 第III部分水体 合计
面积（m2）
193.6 298.584 369.664 861.8
力臂（m）
32.267 30.8 -27.093
荷载标准值（kN）
1899.216 2929.109 3626.404 8454.7
力矩标准值（kN·m）
61282.003 90216.557 -98250.164 53248.4
荷载设计值（kN）
1899.216 2929.109 3626.404 8454.7
力矩设计值（kN·m）
61282.003 90216.557 -98250.164 53248.4
标准值：
∑Gk=
8454.7  kN 设计值：
∑G=
8454.7  kN
∑Mk=
53248.4  kN·m
∑M=
53248.4  kN·m

3.4、上、下游水平静水压力
　（1）计算公式 1
1
上游水平静水压力：
1
1 1
下游水平静水压力：
1
            水容重……………… γw= 9.81 kN/m3 静水压力作用分项系数…… γQ1= 1
　（2）计算结果（指向下游为正）
            正常蓄水位情况：
            上游水深……………Hu= 77 m 下游水深 ……………………Hd= 22.1
上游水平静水压力 下游水平静水压力
荷载标准值 P1k(kN) 29081.7 P2k(kN) -2395.7
荷载设计值 P1(kN) 29081.7 P2(kN) -2395.7
力臂 L1(m) -25.667 L2(m) -7.367
力矩标准值 M1k(kN·m) -746440
M2k(kN·m)
17649.1
力矩设计值 M1(kN·m) -746440 M2(kN·m) 17649.1
            校核洪水位情况：
            上游水深……………Hu= 77.93 m 下游水深 ……………………Hd= 30.4
上游水平静水压力 下游水平静水压力
荷载标准值 P1k(kN) 29788.5 P2k(kN) -4533
荷载设计值 P1(kN) 29788.5 P2(kN) -4533
力臂 L1(m) -25.977 L2(m) -10.133
力矩标准值 M1k(kN·m) -773815.9
M2k(kN·m)
45932.9
力矩设计值 M1(kN·m) -773815.9 M2(kN·m) 45932.9

3.5、浪压力
（1）、输入基本数据
正常蓄水位情况 校核洪水位情况
计算风速Ｖ0(m/s) 16.3 9.6
有效吹程D(m) 2000 2000
重力加速度g(m/s2) 9.81 9.81
水位高程(m) 848 848.93
坝基高程(m) 771 771
安全超高hc(m) 0.4 0.3
迎水面深度H(m) 77 77.93
   浪压力作用分项系数γQ4=
1.2
水容重γw=
9.81 kN/m3
（2）、波浪要素计算及波态判别
a、波浪要素按官厅水库公式计算（适用于V0<20m/s及D<20km）：
1 1
式中： h ………… 当gD/V02=20～250时，为累积频率5%的波高h5%；
当gD/V02=250～1000时，为累积频率10%的波高h10%；
Lm…………平均波长（m）；
b、波浪中心线至水库静水位的高度hz按下式计算：
1
c、使波浪破碎的临界水深Hcr按下式计算：
1
d、第二种浪压力分布剩余浪压力强度ptf按下式计算：
1
e、第三种浪压力分布计算水位处的浪压力强度p0按下式计算：
1
     建筑物底面的浪压力折减系数λ：当Ｈ≤1.7h1%时，λ=0.6；当Ｈ>1.7h1%时，λ=0.5
　　正常蓄水位情况： 　Ｈ＝ 77
1.7h1%=
1.443
所以λ=
0.5
　　校核洪水位情况： 　Ｈ＝ 77.93
1.7h1%=
0.745
所以λ=
0.5
　

（3）、计算结果
正常蓄水位情况波浪要素等计算表
H D V0 V02 gD/V02 Lm h h1% πh1%2/Lm 2πH/Lm cth(2πH/Lm) hz Hcr ptf p0
77 2000 16.3 265.69 73.845 7.708 0.684 0.849 0.294 62.767 1 0.294 1.045 8.329 10.411
       因为H≥Hcr和H≥Lm/2，所以按第一种浪压力分布计算：Pwk=γwLm(h1%+hz)/4
 
荷载标准值Pwk=
21.6
荷载设计值Pw=
25.92 kN 力臂： -77 m
力矩标准值Mwk=
-1663.2 kN·m
力矩设计值Mw=
-1995.84 kN·m
校核洪水位情况波浪要素等计算表
H D V0 V02 gD/V02 Lm h h1% πh1%2/Lm 2πH/Lm cth(2πH/Lm) hz Hcr ptf p0
77.93 2000 9.6 92.16 212.891 4.536 0.353 0.438 0.133 107.947 1 0.133 0.508 4.297 5.371
      因为H≥Hcr和H≥Lm/2，所以按第一种浪压力分布计算：Pwk=γwLm(h1%+hz)/4
荷载标准值Pwk=
6.4
荷载设计值Pw=
7.68 kN 力臂： -77.93 m
力矩标准值Mwk=
-498.75 kN·m
力矩设计值Mw=
-598.5 kN·m

3.6、淤沙压力
（1）、输入基本数据
　淤沙浮容重 ……………γsb= 5 kN/m3 淤沙内摩擦角………………φ= 28 度
　淤沙高度 ……………… Hs= 31 m 淤沙压力作用分项系数 …γQ4= 1.2
（2）、计算公式
1
（3）、计算
淤沙压力标准值Psk=
867.4 kN
力臂Ls=
-10.333 m
淤沙压力设计值Ps=
1040.9 kN
力矩标准值Msk=
-8962.8 kN·m
力矩设计值Ms=
-10755.6 kN·m

3.7、扬压力
（1）、输入基本数据
　水容重……………… γw= 9.81 kN/m3 渗透压力作用分项系数  γQ3= 1.2
　浮托力作用分项系数γQ2= 1 主排水孔渗压系数 …… α= 0.25
   坝基面高程 …………▽= 771 m 至坝踵距离与坝底厚之比η= 0.078125
   坝底宽度 …………… B= 70.4 m
   正常蓄水位高程…… ▽= 848 m 相应下游水位高程  …… ▽= 793.1 m
   相应上游水深………Hu= 77 m 相应下游水深 ………… Hd= 22.1 m
   校核洪水位高程…… ▽= 848.93 m 相应下游水位高程 …… ▽= 801.4 m
   相应上游水深………Hu= 77.93 m 相应下游水深 ………… Hd= 30.4 m
1
（2）、计算公式
1 1
第一部分渗透压力：
 力臂：
1 1
第二部分渗透压力：
 力臂：
1
第三部分渗透压力：
 1 力臂：
第四部分浮托力：
 1 力臂：  0

（3）、计算结果
正常蓄水位情况：
γw η α B Hu Hd L1 L2 L3
9.81 0.078125 0.25 70.4 77 22.1 33.367 8.067 32.45
标准值 U1k U2k U3k U4k M1k M2k M3k M4k
-1110.8 -4369.1 -740.5 -15262.8 -37064 -35246 -24029 0
设计值 U1 U2 U3 U4 M1 M2 M3 M4
-1333 -5242.9 -888.6 -15262.8 -44478 -42294 -28835 0
合计：
标准值 Uk= -21483.2 kN Mk= -96339 kN·m
设计值 U= -22727.3 kN M= -115607 kN·m
校核洪水位情况：
γw η α B Hu Hd L1 L2 L3
9.81 0.078125 0.25 70.4 77.93 30.4 33.367 8.067 32.45
标准值 U1k U2k U3k U4k M1k M2k M3k M4k
-961.7 -3782.6 -641.1 -20995 -32089 -30514 -20804 0
设计值 U1 U2 U3 U4 M1 M2 M3 M4
-1154 -4539.1 -769.3 -20995 -38506 -36617 -24964 0
合计：
标准值 Uk= -26380.4 kN Mk= -83407 kN·m
设计值 U= -27457.4 kN M= -100087 kN·m

3.8、荷载代数和
正常蓄水位情况荷载统计表
坝体自重 水重 上游静水压力 下游静水压力 浪压力 淤沙压力 扬压力
荷载标准值(kN) 62155.8 6664.6 29081.7 -2395.7 21.6 867.4 -21483.2
力矩标准值(kN·m) 484010.51 92858.3 -746440 17649.1 -1663.2 -8962.8 -96339
荷载设计值(kN) 62155.8 6664.6 29081.7 -2395.7 25.92 1040.9 -22727.3
力矩设计值(kN·m) 484010.51 92858.3 -746440 17649.1 -1995.84 -10755.6 -115607
坝基面法向作用标准值之和∑WRK=
47337.2 kN
坝基面切向作用标准值之和∑PRK=
27575 kN
力矩标准值之和∑MRK=
-258887.087 kN·m
坝基面法向作用设计值之和∑WR=
46093.1 kN
坝基面切向作用标准值之和∑PR=
27752.82 kN
力矩设计值之和∑MR=
-280280.527 kN·m
校核洪水位情况荷载统计表
坝体自重 水重 上游静水压力 下游静水压力 浪压力 淤沙压力 扬压力
荷载标准值(kN) 62155.8 8454.7 29788.5 -4533 6.4 867.4 -26380.4
力矩标准值(kN·m) 484010.51 53248.4 -773815.9 45932.9 -498.752 -8962.8 -83407
荷载设计值(kN) 62155.8 8454.7 29788.5 -4533 7.68 1040.9 -27457.4
力矩设计值(kN·m) 484010.51 53248.4 -773815.9 45932.9 -598.5024 -10755.6 -100087
坝基面法向作用标准值之和∑WRK=
44230.1 kN
坝基面切向作用标准值之和∑PRK=
26129.3 kN
力矩标准值之和∑MRK=
-283492.639 kN·m
坝基面法向作用设计值之和∑WR=
43153.1 kN
坝基面切向作用标准值之和∑PR=
26304.08 kN
力矩设计值之和∑MR=
-302065.189 kN·m

3.9、坝体混凝土与基岩接触面抗滑稳定验算
（1）、输入基本数据
   混凝土/基岩摩擦系数标准值fRk= 0.65 摩擦系数性能分项系数 …rm2= 1.3
   混凝土/基岩凝聚力标准值  CRk= 0.5 Mpa 凝聚力性能分项系数 ……rm2= 3
   结构重要性系数 …………… γ0= 1
   混凝土/基岩摩擦系数……… fR= 0.5 混凝土/基岩凝聚力 ………CR= 166.667 kN/m2
   坝基面的面积……………AR=B= 70.4 m2
（2）、有关正常蓄水位数据
   设计状况系数 ……………… ψ= 1 抗滑基本组合结构系数 … γd1= 1.2
（3）、有关校核洪水位数据
   设计状况系数 ……………… ψ= 0.85 抗滑偶然组合结构系数 … γd2= 1.2
（4）、计算结果
正常蓄水位情况：（基本组合）
作用效应函数S（·）=∑PR=
27752.82 kN
抗滑抗力函数R（·）=fR∑WR+CRAR=
34780 kN
γ0ψS（·）=
27752.82 ≤
R（·）/γd1=
28983.33
结论：满足规范要求。
校核洪水位情况：（偶然组合）
作用效应函数S（·）=∑PR=
26304 kN
抗滑抗力函数R（·）=fR∑WR+CRAR=
33310 kN
γ0ψS（·）=
22358.4 ≤
R（·）/γd2=
27758.33
结论：满足规范要求。

3.10、坝趾、坝踵应力验算
（1）、输入基本数据
   结构重要性系数 …………… γ0= 1 坝底宽度……………………B= 70.4 m
  下游坝坡 …………………… m2= 0.8 坝基面的面积 …………… AR= 70.4 m2
   混凝土抗压强度标准值 …… fk= 14.3 Mpa 混凝土性能分项系数 ……rm1= 1.5
   混凝土抗压强度设计值 …… fR= 9.533 Mpa 基岩抗压强度………………fR= 50 Mpa
   坝基面对形心轴的惯性矩 … JR= 29076 形心轴到下游面的距离 … TR= 35.2
（2）、有关正常蓄水位数据
   设计状况系数 ……………… ψ= 1 抗压基本组合结构系数 … γd1= 1.8
（3）、有关校核洪水位数据
   设计状况系数 ……………… ψ= 0.85 抗压偶然组合结构系数 … γd2= 1.8
（4）、计算结果
   a、坝趾抗压强度承载能力极限状态：
正常蓄水位情况：（基本组合）
∑WR=
46093.1 kN
∑MR=
-280281 kN
1
1630 kN/m2 R(·)= 9533 kN/m2
γ0ψS（·）=
1630 ≤
R（·）/γd1=
5296
结论：满足规范要求。
校核洪水位情况：（偶然组合）
∑WR=
43153.1 kN
∑MR=
-302065 kN
1
1605 kN/m2 R(·)= 9533 kN/m2
γ0ψS（·）=
1364 ≤
R（·）/γd2=
5296
结论：满足规范要求。
   b、坝踵垂直应力不出现拉应力极限状态验算（正常使用极限状态）：
∑WK=
47337.2 kN
∑Mk=
-258887 kN
1
359 kN/m2 ≥ 0
结论：满足规范要求。
基本断面拟定
坝顶高程计算
应力和稳定数据输入
坝体自重 1
坝体自重 2
水重1
水重2
静水压力
浪压力1
浪压力2
淤沙压力
扬压力1
扬压力2
荷载代数和
抗滑稳定
应力计算
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