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1、 目 录摘要.1前言31 绪论51.1 水库大坝安全状况51.2 评价范围51.3 评价报告内容52 结构安全评价72.1 土石坝结构安全评价72.1.1 土石坝的结构病害特点72.1.2 土石坝结构安全评价内容8 评价方法82.1.4 评价标准82.1.5 土石坝坝坡稳定计算方法92.2 重力坝结构安全评价132.2.1 重力坝结构病害特点132.2.2 评价内容142.2.3 评价方法142.2.4 评价标准142.2.5 重力坝稳定和应力计算163 大坝渗流安全评价223.1 土石坝的渗流安全评价233.1.1 土石坝的渗流病害特点233.1.2 评价内容233.1.3 评价方法233.
2、1.4 评价标准243.1.5 土石坝渗透变形的判别263.1.6 渗流变形判别方法273.1.7 土石坝渗流计算分析303.2 混凝土坝的渗流安全评价393.2.1 混凝土坝的渗流病害特点393.2.2 评价内容403.2.3 评价方法403.2.4 评价标准413.3 综合评价464 日常巡视检查464.1 日常巡视检查项目464.1.1 水库防洪调度464.1.2 坝基464.1.3 大坝坝体474.1.4 水库475 定量评价485.1 工程概况485.2 稳定性评价485.3 应力评价52致 谢57参 考 文 献58摘要 水库大坝安全评价一般应编制工程质量评价报告、大坝运行管理评价报
3、告、防洪标准复核报告、结构安全评价报告、渗流安全评价、抗震安全评价报告、金属结构安全评价报告等7个报告和大坝安全综合评价报告。由于时间所限，本次毕业设计从定性和定量两个方面对中小型水库大坝进行安全评价。中小型水库大坝定性评价包括结构安全评价、渗流评价和日常巡视评价。结构安全评价的内容包括应力变形及稳定分析，其中土石坝的重点是变形及稳定分析；混凝土坝及泄水输水的重点是应力及稳定分析。渗流安全评价的任务是复核原设计、施工的渗流控制措施和当前的实际渗流状态能否保证大坝安全运行。日常巡视评价就是对水库大坝的各个部位进行检查，以及时发现问题，尽早解决问题。以QW大坝为工程实例，由于时间所限，仅从稳定和强
4、度两个方面对中小型水库大坝进行定量评价。稳定性评价使用抗剪强度公式，评价结果满足要求；强度评价使用的是材料力学法，评价结果符合要求。关键词：结构安全 渗流安全 日常巡视 抗滑稳定 材料力学法前言 我国现有水库8.5万余座，大多建于20世纪50-70年代，这些水库在调节利用水资源、除害兴利、促进国民经济发展和保障人民生命财产安全中发挥了重要的作用。但是，由于水库当时建设时期物资相对匮乏，技术水平相对落后，且大都为“三边”工程，工程质量很差，导致大量水库存在病险情和不安全因素。据统计，水利系统管理的水库约8.3万座，其中，病险水库约3万余座，约占水库总数的40%左右，这不但严重影响了水库大坝效益的
5、发挥，而且严重威胁着水库下游人民的生命财产安全。安全评价包括大坝运行管理评价、工程质量评价、防洪标准复核、结构安全评价、大坝渗流安全评价、抗震安全评价、金属结构安全评价、工程地质勘察复核、现场安全检查和大坝综合评价。这些安全评价归结起来，分为定性评价和定量评价两部分。本设计主要从变形、渗流和日常巡视三方面进行定性评价，主要从抗滑稳定分析和强度计算进行定量评价。抗滑稳定分析是重力坝设计的一项重要内容，其目的是核算坝体沿坝基面或坝基内部缓倾角软弱结构面抗滑稳定的安全度。因为重力坝沿坝轴线方向用横缝分隔成若干个独立的坝段，所以稳定分析可以按平面问题进行。但对于地基中存在多条互相切割交错的软弱面构成空
6、间滑动体或位于地形陡峻的岸坡段，则应按空间问题进行分析。重力坝的失稳破坏过程是比较复杂的，理论分析、试验原型观测结果表明，位于均质坝基上的混凝土重力坝沿坝基面的失稳机理是：首先在坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝址处基岩和胶结面出现局部区域的剪切屈服，进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸，最后，形成滑动通道，导致坝的整体失稳。进行抗滑稳定分析常用的公式有抗剪强度公式和抗剪断公式，本设计使用的为抗剪强度公式。重力坝应力分析的目的是为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求，同时也是为研究、解决设计和施工中的某些问题，如为坝体混凝土标号分区和某些部位的配筋等提供依据。应力分析的过程是：首先进
7、行荷载计算和荷载组合，然后选择适宜的方法进行应力计算，最后检验坝体各部位的应力是否满足强度要求。应力分析方法有很多种，包括模型试验法、材料力学法、弹性理论的解析法、弹性理论的差分法和弹性理论的有限元法。本设计使用的是材料力学法，这是应用最广、最简便，也是重力坝设计规范中规定采用的计算方法。材料力学法不考虑地基的影响，假定水平截面上的正应力按直线分布，使计算结果在地基附近约1/3坝高范围内，与实际情况不符，但这个方法有长期的实践经验。多年的工程实践证明，对于中等高度的坝，应用这一方法，并按规定的指标进行设计，是可以保证工程安全的。对于较高的坝，特别是在地基条件比较复杂的情况下，还应该同时采用其他
8、方法进行应力分析。1 绪论1.1 水库大坝安全状况我国已建各类水库大坝8.6万多座，这些水库大坝在防洪、灌溉、供水、发电等方面发挥了巨大的效益。然而这些水库大坝大多建于20世纪50-70年代，普遍存在防洪标准低、工程质量差、管理维护不善、工程老化等问题。不难预见，对这些大坝进行除险加固处理将是必然的。然而，目前对水库大坝进行除险加固处理存在很大的随意性和隐蔽性。本课题基于变形和渗流监测资料的分析以及大坝日常巡视等对中小型大坝进行安全评价。1.2 评价范围根据导则规定，导则所指的“大坝”是包括永久性挡水建筑物以及与大坝安全有关的泄水、输水和过坝建筑物及金属结构等。大坝安全评价是针对大坝等水工建筑
9、物结构、工程运行管理、工程质量等方面的系统评价，要求做到评价全面，重点突出。对于工程建筑物，一般包含主坝、副坝等挡水建筑物；溢洪道、泄水隧洞、管涵、灌溉渠首、供水取水口和电站进水口等与大坝安全有关的泄水、输水建筑物；以及与工程安全运用有关的过坝建筑物和金属结构等。近坝影响大坝安全、溢洪道泄流安全和消能防冲的岸坡也应纳入评价范围。1.3 评价报告内容水库大坝安全评价一般应编制工程质量评价报告、大坝运行管理评价报告、防洪标准复合报告（或称“防洪安全评价报告”）、结构安全评价报告、渗流安全评价、抗震安全评价报告、金属结构安全评价报告等7个报告和大坝安全综合评价报告。本设计将主要从结构安全评价、渗流安
10、全评价、现场安全检查3个方面来进行阐述，并将结合实际工程实例对其在这三个方面进行评价。图1.1 评价内容流程图2 结构安全评价结构安全是水库大坝安全的基本要求，结构安全评价时首先应按国家安及行业现行规范复合计算目前大坝在静力条件下的稳定应力及变形，再根据现行有关规范综合评价其安全性。结构安全评价的内容包括应力变形及稳定分析，其中土石坝的重点是变形及稳定分析；混凝土坝及泄水输水的重点是应力及稳定分析。结构安全评价时，应综合现场检查勘察和监测资料分析工作，对以暴露出来的问题或异常情况进行重点复合计算。同时，应复核大坝现状实际工作条件与原设计相比是否发生变化，特别是随着时间的增长，材料力学性能是否衰
11、变。对于运行时间不长，经过正规设计和审查的大坝，当大坝工作条件和材料性能未发生改变时，可适当简化有关复合计算。2.1 土石坝结构安全评价 土石坝的结构病害特点a. 土质防渗体土石坝土质防渗体土石坝主要有均质坝心墙坝斜墙坝等，其结构安全主要包括坝坡是否稳定，坝顶宽度是否满足运行防汛交通要求，坝顶放浪墙是否连续满足防渗要求，以及大坝变形是否导致不均匀沉降乃至裂缝。b. 非土质防渗体土石坝非土质防渗体土石坝常见坝型主要为钢筋混凝土面板坝沥青混凝土心墙或面板坝。1） 钢筋混凝土面板坝土面板堆石坝是近年来迅速发展的一种坝型。混凝土面板堆石坝具有坝体断面小安全性好施工方便工期短导流简化造价低等优点。早期的
12、面板堆石坝采用厚层抛填的方法填筑，密实度不高，蓄水后变形量大，面板易裂缝及接缝张开而发生严重渗漏。2） 沥青混凝土心墙及面板坝沥青混凝土心墙或面板坝主要病害是沥青混凝土心墙或面板开裂产生渗漏。 土石坝结构安全评价内容土石坝结构安全评价的主要内容包括坝体变形和坝坡稳定的分析复核。坝体变形分析主要项目有沉降分析水平位移分析裂缝分析等，必要时进行应力应变分析。 评价方法 a. 变形分析变形分析方法或途径有变形监测资料分析和变形计算分析，两者应相互验证和补充。对有变形监测资料的大坝，首先应作监测资料分析；当缺乏变形监测资料且大坝已发生异常变形和开裂的，或沿坝轴线地址条件变化较大有开裂疑虑的，可进行变形
13、计算分析。 b. 坝坡稳定计算分析坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法。对于均质坝厚斜墙坝和厚心墙坝，采用计及条块间作用力的简化毕肖普法；对于有软弱夹层薄斜墙薄心墙坝的坝坡稳定分析，可采用满足力和力矩平衡的摩根斯顿普赖斯法。对于有软弱土夹层的情况，以及薄斜强和薄心墙，或有明显薄弱施工接合面的坝，应采用折线滑动静力计算方法或滑楔法计算坝坡抗滑稳定安全系数。坝坡安全稳定系数有多极值特性，滑动破坏面应在不同位置进行分析比较，直到求得最小稳定安全系数。土石坝结构安全评价应分别计算正常运用条件和非正常运用条件时，稳定渗流期的上下游坝坡和水库水位降落期的上游坝坡稳定性。有土工膜做成的斜墙土石坝，除应进行沿有
14、关部位的坝坡和坝基稳定分析外，并应沿土工膜和土的接触带进行稳定分析。 评价标准1）坝体变形土石坝坝体变形目前尚难给出具体的评价标准，一般要求对变形监测资料及坝体裂缝情况综合评价，并分析坝体是否会产生裂缝。2）坝坡稳定坝坡稳定分析是土石坝结构安全评价的重要手段。根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001），当采用简化毕肖普法和滑楔法（假定滑楔之间作用力平行于坡面和滑底斜面的平均坡度时）计算的坝坡抗滑稳定最小安全系数不满足表5.1要求时，其安全性不满足要求。表2.1 坝坡抗滑稳定最小安全系数表 运用 条件 工程等级1234正常运用条件1.501.351.301.25非正常运用条件1.301.251.201.15当采用瑞典圆弧法和滑楔法（假定滑楔之间作用力为水平方向）计算坝坡抗滑稳定安全系数时，对1级坝正常运用条件最小安全系数应不小于1.30，其他情况比表1.1规定的数值可减小8%。 土石坝坝坡稳定计算方法
