水工建筑物6

'第十三章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/m3，其中水泥用量约为60～90kg/m3。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。 坑口碾压混凝土坝横剖面 （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％。 观看碾压式混凝土重力坝视频 第十四章其它型式重力坝 一、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 二、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 三、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。 广东枫树坝空腹重力坝 第十五章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 宽缝重力坝 图片名称：猫跳河红岩水电站电站地点：贵州修文所在河流：猫跳河所在水系：长江水系主要坝型：双曲拱坝坝顶高程：890米最大坝高：60米猫跳河红岩水电站 二滩双曲拱坝图片名称：二滩水电站电站地点：四川省攀枝花市所在河流：雅砻江所在水系：长江水系主要坝型：混凝土拱坝坝高：240米 石门拱坝图片名称：石门水库电站地点：陕西汉中所在河流：褒河所在水系：黄河水系主要坝型：混凝土拱坝坝顶高程：620.0米最大坝高：88米 图片名称：佛子岭水电站大坝全景电站地点：安徽霍山所在河流：淠河所在水系：淮河水系主要坝型：连拱坝坝顶高程：128.46米最大坝高：75.9米 第三章拱坝第一节概述 一、拱坝的特点拱坝的结构拱坝是固接在基岩上的空间壳体结构（高次超静定结构） 拱坝的受力拱坝所承受的水平荷载一部分通过拱的作用压向两岸岩体，另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩。 拱坝的稳定坝体的稳定主要依靠两岸拱端的反力作用，并不全靠坝体自重来维持。 1、用拱结构特点，充分利用材料强度。2、稳定依靠两岸拱端的反力来维持。3、超载能力强，安全度高。4、抗震性能好。5、荷载特点。6、坝身泄流布置复杂。 二、拱坝坝址的地形和地质条件（一）地形条件 用坝顶高程处的河谷宽度和坝高之比（称为宽高比L/H）来描述河谷形状。用坝底最大厚度和坝高之比（称为厚高比T/H）来描述拱坝的薄厚程度。 宽高比厚高比当L/H<1.5时，薄拱坝；T/H<0.2时L/H=1.5～3.0，中厚拱坝；T/H=0.2～0.35L/H=3.0～4.5，重力拱坝；T/H>0.35L/H>4.5时，不宜修建拱坝。 V形河谷U形河谷宽高比相同河谷形状不同的两种情况（V形和U形） （二）地质条件基岩比较均匀，坚固完整，有足够的强度，透水性小，能抵抗水的侵蚀、耐风化、岸坡稳定、没有大断裂等。 三、拱坝的形式 按其厚高比特征可分为薄拱坝、中厚拱坝、厚拱坝(或称重力拱坝)。 按其坝体形态的特征可分为定圆心等半径拱坝(或称单曲拱坝)；等中心角变半径拱坝；变圆心变半径（双曲拱坝）。 第二节拱坝的荷载及组合一、荷载 截面A1与A2间的坝块自重G按辛甫森公式计算：当△Z高度较小时可近似用下式计算：自重计算简图1.自重 2.温度荷载 当坝体温度高于封拱温度时，即温度升高，拱圈伸长并向上游位移，由此产生的弯矩、剪力的方向与库水位产生的相反，但轴力方向相同。 当坝体温度低于封拱温度时，即温度降低，拱圈收缩并向下游位移，由此产生的弯矩、剪力的方向与库水位产生的相同，但轴力方向相反。 说明：（a）实际温度荷载分布；（b）平均温度；（c）等效线性温差；（d）非线性温差温度荷载的变化 2、荷载组合根据荷载出现的机率进行组合可分为：基本组合、特殊组合两种。 拱坝设计荷载组合表荷载组合组合情况荷载重自重水压力泥沙压力浪压力温度荷载地震力基本组合1．正常蓄水位1234(6)①2．运行最低水位1234(6)②3．其它常遇的不利组合特殊组合1．校核洪水位1234(6)②2．地震情况1234(6)①73．施工期接缝未灌浆情况①情况②1124．施工期分期未灌浆情况①情况②112(6)③或(6)④(6)④5．其它稀遇的不利组合(6)①温降(6)②温升(6)③接缝灌浆部分坝体设计正常温降。(6)④接缝灌浆部分坝体设计正常温升。 第三节拱坝的体形和布置一、拱坝坝体尺寸的初步拟定 二、拱坝布置1、拱坝布置的步骤 2、布置原则拱坝坝身的布置原则拱坝坝端的布置原则 第四节拱坝应力分析1、应力分析方法综述 1)纯拱法2)拱梁分载法3)有限元法4)壳体理论计算法5)结构模型试验法 纯拱法假定拱坝由一系列各自独立互不影响的水平拱圈叠合而成，每层拱圈简化为弹性固结拱进行计算，用结构力学方法求解拱的应力。 拱梁分载法是当前用于拱坝应力分析的基本方法，它把拱坝看成由一系列水平拱圈和铅直梁所组成，荷载由拱和梁共同承担，各承担多少荷载由拱梁交点处变位一致条件决定。荷载分配后，梁按静定结构计算应力，拱按纯拱法计算应力。确定拱梁荷载分配的方法可以用试荷载法，也可以用计算机求解联立方程组来代替试算。 拱冠梁法，将拱坝看成由一系列水平拱和拱冠处一根悬臂梁组成，以拱冠处一根悬臂梁为代表与若干水平拱作为计算单元进行荷载分配。根据各层拱圈与拱冠梁交点处径向变位一致的条件求得拱梁荷载分配，荷载分配后，梁按静定结构计算应力，拱圈按纯拱法计算应力。 有限元法壳体理论计算法 计算拱坝地基变位的力系及当量矩形图伏格特法坝体向基岩延伸长度h示意延长坝高法 M=M0+H0y+V0x-MLH=H0cosф-V0sinф+HLV=H0sinф+V0cosф-VL三、纯拱法拱圈应力分析图 四、拱梁分载法法荷载由拱和梁共同承担，各承担多少荷载由拱梁交点处变位一致条件决定。荷载分配后，梁按静定结构计算应力，拱按纯拱法计算应力。 拱冠梁法拱冠梁法计算简图（a）拱坝中面；（b）总水平径向荷载；（c）各层拱圈分配到的荷载；（d）拱冠梁分配到的荷载（e）i层拱圈计算简图；（f）拱冠梁计算简图 荷载分配（径向变位一致条件）梁的径向变位拱的径向变位 梁的径向变位拱圈的径向变位 坝体上下游面的边缘应力厚拱坝时 第五节坝肩稳定分析 一、稳定分析方法三种（一)刚体极限平衡法 1.可能滑动面形式和位置有4种见教材173页单一的破裂面 2.整体稳定分析 坝肩岩体稳定计算图（单位：m） ，，假设两个破裂面F1和F2切割出的一块楔体 ∑G=GtgΨ∑W=WtgΨ3．平面分层稳定分析176页 拱坝拱座抗滑稳定安全系数允许值荷载组合建筑物级别123基本抗剪断公式3.503.253.00特殊无地震3.002.752.50有地震2.502.252.00基本1.30特殊无地震抗剪强度公式1.10有地震1.00 重力墩稳定分析重力墩 （二）有限元法（三）地质力学模型试验法 二、渗透水压力对坝肩岩体稳定的影响1959年法国马尔巴塞拱坝，初蓄水不久即全坝溃决，原因为拱端推力使岩体的渗透系数减为初始值的1/100，渗水受阻水压力增大，岩体滑移而失稳。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 增加的内容改善拱座稳定的措施 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 第六节拱坝的优化简介优化步骤：一、几何模型的建立二、约束条件三、目标函数四、初始方案与结构分析五、拱坝的优化方法'