第二章 重力坝教案(7)

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第五节 重力坝的应力分析（二）

讲解重力坝设计例题： 一．基本资料

某高山峡谷地区规划的水利枢纽，拟定坝型为混凝土重力坝，其任务以防洪为主、兼顾灌溉、发电，为3级建筑物，试根据提供的资料设计非溢流坝剖面。

1．水电规划成果 上游设计洪水位为355.0 m，相应的下游水位为331.0 m；上游校核洪水位356.3 m ，相应的下游水位为332.0 m；正常高水位354.0 m；死水位339.5 m。

2．地质资料 河床高程328.0 m，约有1~2 m覆盖层，清基后新鲜岩石表面最低高程为326.0m。岩基为石炭岩，节理裂隙少，地质构造良好。抗剪

??fc断强度取其分布的0.2分位值为标准值，则摩擦系数 ck=0.82，凝聚力ck =0.6MPa。

3．其它有关资料 河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1 m。泥沙浮重度为6.5kN/ m3 ，内摩擦角θ=18°。

枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。

坝体混凝土重度γc =24kN/m3，地震设计烈度为6度。拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，fckd强度标准值为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。

二．设计要求：

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（1）拟定坝体剖面尺寸 确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。

（2）荷载计算及作用组合 该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。列表计算其作用标准值和设计值。

（3）抗滑稳定验算 可用极限状态设计法进行可靠度计算。 （4）坝基面上下游处垂直正应力的计算，以便验算地基的承载能力和混凝土的极限抗压强度。

重力坝剖面设计图（单位：m） 三．非溢流坝剖面的设计

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● 资料分析

该水利枢纽位于高山峡谷地区，波浪要素的计算可选用官厅公式。因地震设计烈度为6度，故不计地震影响。大坝以防洪为主，3级建筑物，对应可靠度设计中的结构安全级别为Ⅱ级，相应结构重要性系数γ0=1.0。坝体上的荷载分两种组合，基本组合（设计洪水位）取持久状况对应的设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd =1.2；偶然组合（校核洪水位）取偶然状况对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γd =1.2。坝趾抗压强度极限状态的设计状况系数同前，结构系数γd =1.3。

可靠度设计要求均采用作用（荷载）设计值和材料强度设计值。作用（荷载）标准值乘以作用（荷载）分项系数后的值为作用（荷载）设计值；材料强度标准值除以材料性能分项系数后的值为材料强度设计值。本设计有关（荷载）作用的分项系数查表2-10得：自重为1.0；静水压力为1.0；渗透压力为1.2；浮托力为1.0；淤沙压力为1.2；浪压力为1.2。混凝土材料的强度分项系数为1.35；因大坝混凝土用90 d龄期，大坝混凝土抗压强度材料分项系数取2.0；热扎Ⅰ级钢筋强度分项系数为1.15；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级为1.10。

?fck材料性能分项系数中，对于混凝土与岩基间抗剪强度摩擦系数为1.3，

?cck凝聚力 为3.0。上游坝踵不出现拉应力极限状态的结构功能极限值为0。

下游坝基不能被压坏而允许的抗压强度功能极限值为4000kPa。实体重力坝渗透压力强度系数?为0.25。

● 非溢流坝剖面尺寸拟定

1．坝顶高程的确定。坝顶在水库静水位以上的超高 △h=hl+hz+hc

对于安全级别为Ⅱ级的坝，查得安全超高设计洪水位时为0.5 m，校核洪水位时为0.4 m。分设计洪水位和校核洪水位两种情况计算。

（1）设计洪水位情况

D风区长度（有效吹程）为0.9kM，v0计算风速在设计洪水情况下取多年平均年最大风速的2倍为30m/s。

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①波高

hl?0.0076v0?112gD3v0（2）?gv0?112129.81?9003302?0.0076?30（）?29.81 301 =0.0076×0.7532×2.1407×91.7431=1.124（m） ②波长

L?0.331v0?12.15gD3.75v0（2）?gv0?12.1512?0.331?309.81?9003.75302（）?9.81 3021=0.331×0.2056×1.8384×91.7431=11.478（m） ③波浪中心线至计算水位的高度：

hz??hl2Lcth2?H2?HL 因H＞L，cthL≈1

3.14?1.1242hz???0.346L11.478（m） △h=1.124+0.346+0.5=1.97（m） 坝顶高程=355+1.97=356.97（m） （2）校核洪水位情况

D风区长度为0.9km，v0计算风速在校核洪水位情况取多年平均年最大风速的1倍为15m/s。

① 波高

?hl2

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