岩基上的重力坝.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,岩基上的重力坝,第一节 概述,一、重力坝的工作原理及特点,重力坝的工作原理:,主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来抵消坝前水压力以满足稳定的要求；同时也依靠坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度的要求。,重力坝的工作特点:,优点和缺点,重力坝的类型,按,坝的高度分类为：高坝、中坝、低坝三类。,按筑坝材料分类可分为：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。,按坝体的结构型式分类可分为：实体重力坝,、,宽缝重力坝、空腹重力坝。,第二节 重力坝的剖面,基本剖面实用剖面,非溢流坝,实用剖面,(1),坝顶溢流式,溢 流 重 力 坝,(2),大孔口溢流式,溢流曲线和剖面设计,1.,溢流面曲线,溢流面曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。,堰面曲线方程如下：,式中：,H,d,定型设计水头，按堰顶最大作用水头,Hmax,的,75%,95%,计算,X,Y,对于设有胸墙溢流堰的堰面曲线：,H,d,定型设计水头，一般取孔口中心至校核洪水位的,75%,95%,；,孔口收缩断面上的流速系数，一般取,=0.95,。,2.,反弧段,溢流坝下游反弧段的作用是使溢流坝面下泄的水流平顺地与下游消能设施相衔接。,3.,直线段,中间的直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度一般与非溢流坝段的下游坡相同。具体应由稳定和强度分析及剖面设计确定。,1,、剖面设计,2,、稳定分析,3,、应力分析,4,、构造设计,5,、地基处理,6,、溢流重力坝和泄水孔的孔口设计,7,、监测设计,重力坝的设计内容,第三节 重力坝的作用,及其组合,作用（荷载）包括：,坝体自重、水压力、扬压力、浪压力、冰压力、土压力、泥沙压力、地震荷载等。,h,o,式中 2,h,L,当 =20 250时，为累积频率5%的波高；当 =250 1000时，为累计频率10%的波高。在计算浪压力时，规范规定采用累计频率为1%时的波高，对应于5%的波高，应乘以1.24；对应于10%的波高，应乘以1.41。,2,L,L,平均波长,m。,计算风速，,m/s。,设计情况采用校核50年一遇最大风速，校核情况采用多年平均风速。,D,吹程，,m。,可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离，当水库水面特别狭长时，以5倍平均水面宽为限。,吹程,D,波浪中心至静水位的高差,式中：,H,1,坝前水库水深，,m;,cth,双曲线余切；当,H,1,L,l,时，上式可简化为：,作用效应（荷载）组合,荷载按其随时间的变异性可分为永久作用、可变作用和偶然作用；按其作用状况又可分为持久状况、短暂状况和偶然状况。,设计状况,荷载组合,持久状况,基本组合,短暂状况,基本组合,偶然状况,偶然组合,第四节,稳定分析,方法：,分项系数极限状态法,重力坝的稳定分析的目的,稳定分析是重力坝设计中的一项重要内容，,其目的,是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全性能。,分项系数极限状态法,作用函数抗力函数,分项系数极限状态法,重力坝按承载能力极限状态设计时，考虑以以下两种作用效用组合：,（1）,基本组合持久状况（或短暂状况下），永久作用与可变作用组合。,（2）,偶然组合偶然状况下，永久作用、可变作用与一种偶然作用的效应组合。,对基本组合，采用以下极限状态设计表达式：,对基本组合，采用以下极限状态设 计表达式：,作用函数,抗力函数,式中：,0,结构重要性系数；,设计状况系数；,S（）,作用效应函数；,R（）,结构及构件抗力函数；,G,永久作用分项系数；,Q,可变作用分项系数；,G,k,永久作用标准值；,Q,k,可变作用标准值；,k,几何参数的标准值；,f,k,材料性能标准值；,m,材料性能分项系数；,d,基本组合结构系数。,对基本组合，采用以下极限状态设 计表达式：,作用函数,抗力函数,式中：,A,k,偶然作用的代表值；,d,偶然组合结构系数；,结构重要性系数,0,是用来考虑水利水电工 程结构或构件的重要性和失事后果。,计算作用效应函数,S（）,时，作用取设计值，是考虑作用（荷载）对标准值的不利变异。设计值等于标准值乘以分项系数,G,即,Q,d,=,Q,k,G,提高坝体抗滑稳定性的工程措施,(1)利用水重 (4),抽水措施,(2)将坝基面开挖成 (5),加固地基,倾向上游的斜面 (6),横缝灌浆,(3),设置齿墙,(7),预应力锚固措施,第六节 应力分析,1.,重力坝应力分析的目的与方法,应力分析的目的：为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求；并根据应力分布情况进行坝体混凝土强度等级分区；也为研究坝体某些部位的应力集中和配筋等提供依据。,应力分析的方法,：,1,、模型试验法,2,、材料力学法,3,、弹性理论的解析法,4,、弹性理论的有限元法,材料力学法,符号规定,因为假定按直线分布，所以可按偏心受压公式计算上、下游边缘应力,yu,和,yd,。,式中：,W,作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，,kN,（,包括坝体自重、水重、淤沙重及计算的扬压力等），以向下为正，对于实体重力坝，均切取单位宽度坝体为准（下同）,M,作用于计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和，,kN,m，,以使上游面产生压应力者为正。,B,计算截面的长度，,m,边缘应力计算,由上游坝面的微分体，根据平衡,条件,F,y,=0,得,u,=(,P,u,-,yu,)n,式中：,P,u,上游面水压力强度，,kPa,（,如有泥沙压力和地震动水压力也应记在内）；,P,uu,上游边缘应力的扬压力强度；,yu,坝体上游边缘应力；,n,上游坝坡坡率，,由下游坝面 微分体，根据平衡条件,F,y,=0,得,d,=(,yd,-P,d,)m,P,d,下游面水压力强度，,kPa,P,ud,下游边缘应力的扬压力强度,yd,下游坝面边缘应力，,kPa,m,下游坝坡坡率,由上游坝面微分体，根据,F,x,=0,可得：,xu,=,P,u,-(,P,u,-,yu,),n,2,xu,=,P,u,-,u,n,2,同样，由下游坝面微分体，可得：,xd,=P,d,+(,yd,-P,d,)m,2,xd,=P,d,+,d,m,2,边缘主应力计算,1u=(1+n,2,),yu,-,P,u,n,2,1d=(1+,m,2,),yd,-P,d,m,2,2u=,P,u,2d=P,d,根据平衡条件,F,y,=0,计入扬压力边缘应力计算,极限状态法,采用概率极限状态设计时，对重力坝应分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行强度验算。,1.坝趾抗压强度极限状态,2.上游坝踵不出现拉应力极限状态,因为上游坝踵不出现拉应力极限状态属于正常使用极限状态,第七节 重力坝的材料及构造,一、混凝土,强度、抗渗性、抗冻性、抗冲刷性、,抗侵蚀性、抗裂性。,二、坝体混凝土分区,三、坝体分缝与止水,1),横缝,:,横缝垂直坝轴线，将坝体分为若干坝段。其作用是减小温度应力、适应地基不均匀变形满足施工要求。,2),纵缝,为了适应混凝土的浇筑能力和减少施工期的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分成几个坝块，待坝体降到稳定温度后再进行接缝灌浆,。,3),水平工作缝,水平工作缝是分层施工的新老混凝土之间的接缝，是临时性的。,四、坝体排水,坝基虽然已经进行帷幕灌浆，但并不能完全截断渗流。,目的,为了减少坝体渗透压力，靠近上游坝面应设排水管幕，,如图所示。,五、廊道系统,为了满足施工运用要求，如灌浆、排水、观测、检查和交通的需要，,须在坝体内设置各种廊道，这些廊道互相连通，构成廊道系统，如图所示。,1,检查廊道；,2,基础灌浆廊道；,3,坚井；,4,排水廊道；,5,集水井；,6,横缝；,7,灌浆帷幕；,8,排水孔幕,六、坝顶构造,根据已定实用剖面的尺寸，进行坝顶的路面设计，在坝顶上布置排水系统和照明设备。,第八节 其他类型的重力坝,一、碾压式混凝土,重力坝,其主要优点是：,1),施工工艺程序简单，可快速施工，缩短工期，提前发挥工程效益。,2),胶凝材料,(,水泥,+,粉煤灰,+,矿渣等,),用量少，一般在,120,160kg/m,3,，,其中水泥用量约为,60,90kg/m,3,。,3),由于水泥用量少，结合薄层大仓面施工，坝体内部混凝土的水化热温升可大大降低，从而简化了温控措施。,4),不设纵缝，节省了模板及接缝灌浆等费用。,5),可适用大型通用施工机械设备，提高混凝土运输和填筑工效。,6),降低工程造价。,（一）材料,碾压式混凝坝的胶凝材料远比常态混凝土用量少，其中粉煤灰在胶凝材料中所占比重一般为,30%,60%,。水胶比一般在,0.45,0.7,之间。,（二）坝体构造,由碾压式混凝土重力坝采用通仓碾压，故可不设纵缝。但为了适应温度伸缩缝和地基不均沉降，仍应设置横缝，间距一般为,15,20m,。,比常态混凝土重力坝降低造价约,10,。,二、浆砌石重力坝,浆砌石重力坝是由石料和胶结材料砌筑而成的坝。,朱庄浆砌石重力坝,（一）浆砌石重力坝的材料,1,石料,石料可分为块石、条石或粗料石、细料石等。,2,胶结材料,常用的胶结材料有水泥砂浆、细石混凝土及混合砂浆等。,（二）砌石重力坝的构造特点,1,、坝体防渗措施,2,、溢流坝防护,3,、坝体分缝,4,、坝与地基的连接,三、宽缝重力坝,（一）宽缝重力坝的工作特点,为了克服实体重力坝扬压力大，材料的抗压强度不能充分发挥等缺点，我国在水利建设中，发展了一些改进重力坝的坝型，宽缝重力坝就是其中的一种。例如：,新安江、丹江口、潘家口,等。,宽缝重力坝是将相邻坝段间的横缝部分地拓宽,(,仅在上游端和下游端闭合,),的重力坝。,宽缝重力坝,工程量比实体重力坝要省,10%,20%,潘家口宽缝重力坝,四、空腹重力坝,在实体重力坝底部沿坝轴线方向设置大尺寸的空腔，即为空腹重力坝。,空腹下面不设底板，坝体所受的作用,(,荷载,),直接通过所谓的前、后腿传到地基上。空腹坝的腹孔净跨度一般约为坝底全宽的,1/3,，腹孔高约为坝高的,1/4,1/5,。,五、支墩坝,支墩坝有下述特点：,扬压力仅作用于挡水面板的底面，由于支墩之间的空隙较大，故作用于支墩底部的扬压力很小；上游挡水面板的坡度较缓，可以利用面板上的水重帮助维持坝体稳定，故比重力坝的工程量省；大头坝与重力坝相比可节省工程量,15%,25%,，连拱坝和平板坝可节省,40%,60%,。,按挡水面板的形式支墩坝可分为：,平板坝、连拱坝和大头坝。,佛子岭连拱坝,梅山,连拱坝,佛子岭连拱坝,湖南镇梯形支墩坝,第九节 重力坝的,地基处理,1),具有足够的强度；,2),具有足够的整体性,和均匀性；,3),具有足够的抗渗性；,4),具有足够的耐久性；,地基处理主要任务是,：,一是防渗；二是提高基岩强度。,一、地基的开挖与清理,（岩石地基处理措施）,我国现行重力坝设计规范要求，凡,100m,以上的高坝需建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩上；,100,50m,的坝可建在微风化至弱风化中部基岩上；坝高小于,50m,时，可建在弱风化层中部或上部基岩上。,二、坝基的固结灌浆,固结灌浆的目的是,：提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性,。固结灌浆孔一般布置在应力较大的坝踵和坝趾附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内。,三、帷幕灌浆,帷幕灌浆的目的是,：,降低坝底渗透压力；防止坝基内产生机械或化学管涌；减少坝基和绕坝渗透流量,。防渗帷幕布置于靠近上游面坝轴线附近，坝基灌浆帷幕中心线距坝上游面的距离，可取,0.1,倍左右坝底宽。,四、断层、破碎带处理,