第一节第一节 概概 述述 n 拱坝是在平面上拱坝是在平面上呈凸向上游呈凸向上游的的拱形挡水建筑物拱形挡水建筑物，， 借助拱的作用将借助拱的作用将水水压压力力的全部或部分的全部或部分传给河谷传给河谷 两岸的基岩两岸的基岩 n 和重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不和重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不 需要依靠本身的重量来维持，主要是利用需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端拱端 基岩的反作用力基岩的反作用力来支承 n 拱圈截面上主要承受拱圈截面上主要承受轴向力轴向力，，应力分布较均匀应力分布较均匀，， 可充分利用筑坝材料的强度因此，是一种可充分利用筑坝材料的强度因此，是一种经经 济性和安全性济性和安全性都很好的坝型都很好的坝型 一、拱坝的工作特点一、拱坝的工作特点坝可以看成是由若干坝可以看成是由若干水平拱圈水平拱圈和和竖直悬臂梁竖直悬臂梁组成的空组成的空间网格结构，外部水压力由拱、梁共同承担，大部分间网格结构，外部水压力由拱、梁共同承担，大部分荷载通过拱圈传向两岸坝肩，小部分通过悬臂梁传到荷载通过拱圈传向两岸坝肩，小部分通过悬臂梁传到基础基础1、拱与梁的共同作用、拱与梁的共同作用；；2、稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，因而对拱、稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，因而对拱端地基的要求很高；端地基的要求很高；第二节第二节 拱坝的特点、形式及对地形、拱坝的特点、形式及对地形、 地质的要求地质的要求 3、有利于发挥砼的抗压强度、有利于发挥砼的抗压强度4、拱梁所承受的荷载可相互调整、拱梁所承受的荷载可相互调整, 因此可以承受超因此可以承受超 载；拱坝嵌固在基岩上，属于无数次超静定结构载；拱坝嵌固在基岩上，属于无数次超静定结构意意大大利利瓦瓦伊伊昂昂拱拱坝坝：：坝坝高高2 26 62 2m m，，1 19 96 61 1年年建建成成，，1 19 96 63 3年年1 10 0月月9 9日日库库区区左左岸岸大大面面积积滑滑坡坡，，2 2. .7 7亿亿m m3 3的的滑滑坡坡体体滑滑入入水水库库，，库库容容1 1. .5 5亿亿m m3 3左左岸岸涌涌浪浪超超过过坝坝顶顶1 10 00 0m m，，右右岸岸2 26 60 0m m，，拱拱坝坝基基本本没没有有损损坏坏，，仅仅在在左左岸岸坝坝顶顶略略有有损损坏坏, ,水水库库因因淤淤满满报报废废 5、、 拱坝坝身可以泄水；拱坝坝身可以泄水；6 、不设永久性伸缩缝；、不设永久性伸缩缝；7、、 抗震性能好；抗震性能好；8、几何形状复杂，施工难度大。
几何形状复杂，施工难度大 二、拱坝对地形、地质条件的要求二、拱坝对地形、地质条件的要求（（1）要求河谷狭窄）要求河谷狭窄 宽高比宽高比：坝顶处河谷宽度：坝顶处河谷宽度B与坝高与坝高h的比值的比值 厚高比厚高比：坝底厚度：坝底厚度δ与坝高与坝高h的比值的比值n 地形条件地形条件河谷的宽高比越小，意味着河谷越狭窄；拱坝的厚高河谷的宽高比越小，意味着河谷越狭窄；拱坝的厚高比越小，意味着拱坝可以建得越薄比越小，意味着拱坝可以建得越薄 （（2）河谷形状）河谷形状V形河谷形河谷 U形河谷形河谷 对于于V形河谷：随着水深形河谷：随着水深 对于于U形河谷，形河谷，刚好相反好相反 注：坝址河谷形状，是对开挖后的坝基岩面而言注：坝址河谷形状，是对开挖后的坝基岩面而言的有的坝址，开挖前的河谷很窄，但是河岸、的有的坝址，开挖前的河谷很窄，但是河岸、河床覆盖层较厚或者岩石风化较深，当开挖到可河床覆盖层较厚或者岩石风化较深，当开挖到可以利用的基岩时，河谷变宽、变深以利用的基岩时，河谷变宽、变深 对称的对称的优点优点：：①① 坝体结构对称；坝体结构对称；②② 受力条件好；受力条件好；③③ 节省工程量；节省工程量； ④④ 设计和施工方便。
设计和施工方便3）河谷左右两岸大致对称）河谷左右两岸大致对称若河谷不对称，若河谷不对称，应采取以下措施应采取以下措施：： ①① 开挖成对称；开挖成对称； ②② 设重力墩；设重力墩； ③③ 填筑垫座填筑垫座 n目前，国外对河谷的对称性目前，国外对河谷的对称性已不特别强调已不特别强调，， 并已在不对称的河谷中修建了拱坝并已在不对称的河谷中修建了拱坝4）河谷平面形状）河谷平面形状——向下游收缩向下游收缩B-B坝址虽然河谷狭窄坝址虽然河谷狭窄,但位于向下游扩散的但位于向下游扩散的喇叭喇叭口处口处,两岸两岸拱座单薄拱座单薄,对稳对稳定不利 A-A处坝址两岸处坝址两岸拱座厚拱座厚实实, 拱轴线与等高线接近拱轴线与等高线接近垂直垂直, 因此应将因此应将A-A处选处选为坝址 n 地质条件地质条件 拱坝要求基岩特别是拱坝要求基岩特别是坝肩岩体完整坚硬坝肩岩体完整坚硬，没有大，没有大的断裂构造和软弱夹层，同时要求的断裂构造和软弱夹层，同时要求基岩耐风化、基岩耐风化、渗透性小渗透性小 然而理想地质条件的坝址是极少的，对于存在地然而理想地质条件的坝址是极少的，对于存在地质缺陷的坝址，应当在质缺陷的坝址，应当在查明地质情况的基础上查明地质情况的基础上，，论证工程处理措施的可行性，如论证工程处理措施的可行性，如需进行需进行固结灌浆固结灌浆以增加地基的整体性和牢固程度以增加地基的整体性和牢固程度n 发展趋势发展趋势 对地形地质条件的限制有所放宽，坝更高，坝体对地形地质条件的限制有所放宽，坝更高，坝体薄，坝型多样化，薄，坝型多样化，双曲拱坝双曲拱坝居多，坝顶泄流的单居多，坝顶泄流的单宽流量加大，最优化设计处于实用阶段。
宽流量加大，最优化设计处于实用阶段 n拱坝的拱圈一般采用拱坝的拱圈一般采用圆弧曲线或者接近圆弧圆弧曲线或者接近圆弧的其的其他曲线，如抛物线、椭圆、对数螺旋线等他曲线，如抛物线、椭圆、对数螺旋线等n拱圈半径拱圈半径R和和圆弧中心角圆弧中心角2j jA A 是影响拱圈受力条件是影响拱圈受力条件的两个关键参数拱跨一定的情况下，减小拱圈的两个关键参数拱跨一定的情况下，减小拱圈半径、增大圆弧中心角，可以半径、增大圆弧中心角，可以降低拱圈界面应力降低拱圈界面应力，，从而相应的从而相应的减小拱圈厚度减小拱圈厚度第三节第三节 拱坝的类型拱坝的类型n 中心角的影响：中心角的影响：中心角大一些中心角大一些, 拱圈厚度小一些拱圈厚度小一些, 拱圈内力小一些拱圈内力小一些, 适当加大中心角是有利的适当加大中心角是有利的. 但过大但过大 的中心角将使拱端弧面的切线与河岸等高线的夹角的中心角将使拱端弧面的切线与河岸等高线的夹角 变小变小,降低拱座的稳定性降低拱座的稳定性.经验表明：经验表明：坝顶中心角坝顶中心角一一般般 为为900～～1100 坝身下部，河谷渐窄，中心角减小坝身下部，河谷渐窄，中心角减小。
(1) 单曲拱坝，较多是定圆心、等外半径拱单曲拱坝，较多是定圆心、等外半径拱 n对对U型或矩形断面型或矩形断面的河谷，其宽度上下相差不大，的河谷，其宽度上下相差不大，各高程中心角比较接近，外半径可保持不变仅需各高程中心角比较接近，外半径可保持不变仅需下游半径变化以适应坝厚变化的要求下游半径变化以适应坝厚变化的要求n特点：特点：施工简单，直立的上游面便于布置进水孔和施工简单，直立的上游面便于布置进水孔和泄水孔及其设备，但当河谷上宽下窄时泄水孔及其设备，但当河谷上宽下窄时(V形形)，下部，下部拱的中心角必然会减小，从而降低拱的作用，要求拱的中心角必然会减小，从而降低拱的作用，要求加大坝体厚度加大坝体厚度,不经济不经济. n 对于底部狭窄的对于底部狭窄的““V V””字形河谷可考虑采用字形河谷可考虑采用 等外半径、变中心角拱坝等外半径、变中心角拱坝 (2) 双曲拱坝双曲拱坝（（a）变外半径、等中心角）变外半径、等中心角 （（a）变外半径、等中心角）变外半径、等中心角 对底部狭窄的对底部狭窄的“V”字形河谷，宜将各层拱圈外半字形河谷，宜将各层拱圈外半径径,上至下逐渐减小，可大大减少坝体方量。
上至下逐渐减小，可大大减少坝体方量 优点优点：拱坝应力条件较好，梁呈弯曲形状：拱坝应力条件较好，梁呈弯曲形状,兼有拱兼有拱的作用的作用, 更经济，更经济， 缺点缺点：有：有倒悬倒悬出现，设计及施工较复杂；出现，设计及施工较复杂； 适用条件适用条件：对：对“V”、、“U”型河谷都适用型河谷都适用 （（b）变外半径、变圆心）变外半径、变圆心特点：特点：让梁截面也呈弯曲形状，因此悬臂梁也具让梁截面也呈弯曲形状，因此悬臂梁也具 有拱的作用，应力状态进一步改善，节省有拱的作用，应力状态进一步改善，节省 工程量缺点：缺点：结构复杂，施工难度大结构复杂，施工难度大适用：适用：布置更加灵活，更能适应布置更加灵活，更能适应V形、梯形及形、梯形及 其他形状的河谷，被广泛采用其他形状的河谷，被广泛采用 一、拱坝布置的原则和要求一、拱坝布置的原则和要求n 根据坝址根据坝址地形＋地质＋水文地形＋地质＋水文等自然条件＋等自然条件＋ 枢纽综合利用要求统筹布置；枢纽综合利用要求统筹布置；n 在满足在满足稳定稳定和和建筑物运用建筑物运用的要求下，通过调整的要求下，通过调整 拱坝的外形尺寸，使坝拱坝的外形尺寸，使坝体材料的强度得到充分体材料的强度得到充分 发挥，控制拉应力在允许范围之内，而坝的工发挥，控制拉应力在允许范围之内，而坝的工 程量最省；程量最省；n 因拱坝型式比较复杂，布置需有较多方案，进行因拱坝型式比较复杂，布置需有较多方案，进行 全面技术经济比较，选择最优方案。
最终选定的全面技术经济比较，选择最优方案最终选定的 布置方案，一般需经模型试验论证布置方案，一般需经模型试验论证第四节第四节 拱坝的体型选择和轮廓布置拱坝的体型选择和轮廓布置 二、拱圈布置形式二、拱圈布置形式n从有利于拱圈受力的角度，应该采用较大的中心角从有利于拱圈受力的角度，应该采用较大的中心角和较小的半径，因为跨度一定的条件下，中心角越和较小的半径，因为跨度一定的条件下，中心角越大、半径越小，拱的作用越强烈，拱圈的拉应力越大、半径越小，拱的作用越强烈，拱圈的拉应力越小，坝可以建得越薄小，坝可以建得越薄n 适宜的中心角是：适宜的中心角是：2j jA=1100-1200 n但是过大的中心角将使但是过大的中心角将使拱轴线与河岸基岩等高线的拱轴线与河岸基岩等高线的交角过小交角过小，拱轴推力的方向近乎与河岸等高线平行，，拱轴推力的方向近乎与河岸等高线平行，不利于坝肩稳定不利于坝肩稳定另外，过大的中心角也会增加拱过大的中心角也会增加拱圈的弧长圈的弧长 n早期采用圆弧拱的原因：早期采用圆弧拱的原因： (1) 计算简单计算简单; (2) 施工方便施工方便; (3) 当时受结构分析方法的限制，对拱坝结构的荷载当时受结构分析方法的限制，对拱坝结构的荷载 分布缺乏正确了解。
分布缺乏正确了解n工程力学知识知：工程力学知识知：当单个拱圈承受匀布荷载时，其当单个拱圈承受匀布荷载时，其最合理的形态为圆弧拱最合理的形态为圆弧拱 n对于拱坝来说，由于其结构性能具有对于拱坝来说，由于其结构性能具有水平拱水平拱和和垂直垂直梁梁的作用，的作用，拱、梁系统共同承担外荷载拱、梁系统共同承担外荷载，且，且水平拱水平拱所分担的水压力部分往往所分担的水压力部分往往是非均匀分布是非均匀分布的，通常是的，通常是从拱冠向拱端逐渐减少的从拱冠向拱端逐渐减少的拱、梁荷载分配拱、梁荷载分配n为改善应力状态和坝肩稳定条件，越来越多的采用为改善应力状态和坝肩稳定条件，越来越多的采用多心圆、抛物线、椭圆等形式的拱坝多心圆、抛物线、椭圆等形式的拱坝 拱坝典型剖面图拱坝典型剖面图 三、拱冠梁剖面形状三、拱冠梁剖面形状r 选定拱坝的坝形的原则：选定拱坝的坝形的原则：Ø 对于中小型拱坝：对于中小型拱坝：U U形河谷通常采用定圆心、等外半径的形河谷通常采用定圆心、等外半径的 单曲拱坝；单曲拱坝；V V形河谷和梯形河谷采用变圆心、等外半径的形河谷和梯形河谷采用变圆心、等外半径的 单曲拱坝单曲拱坝Ø 对于大型拱坝：对于大型拱坝：目前不论河谷形状，都倾向于采用双曲拱坝目前不论河谷形状，都倾向于采用双曲拱坝Ø 变圆心、变半径变圆心、变半径的双曲拱坝适合于各种河谷形状的双曲拱坝适合于各种河谷形状 ①①在施工期或库水位较低时，坝体向上游倒悬在施工期或库水位较低时，坝体向上游倒悬②②坝体向下游倒悬坝体向下游倒悬r双曲拱坝铅直剖面呈现双曲拱坝铅直剖面呈现““倒悬倒悬””现象。
通常用单位高度的现象通常用单位高度的坝体悬伸长度坝体悬伸长度 △△b b/ / △h△h来描述倒悬程度，简称来描述倒悬程度，简称““倒悬度倒悬度””倒悬倒悬””现象对拱坝现象对拱坝不利＋有利不利＋有利 ③③ 综合综合““倒悬倒悬””现象的有利与不利影响，现象的有利与不利影响， 合理的拱冠梁剖面：合理的拱冠梁剖面： 一、荷载一、荷载作用在拱坝上的荷载主要有：水压力（静水压力和作用在拱坝上的荷载主要有：水压力（静水压力和动水压力）、温度荷载、自重、扬压力、泥沙压力、动水压力）、温度荷载、自重、扬压力、泥沙压力、浪压力、冰压力和地震荷载等浪压力、冰压力和地震荷载等第五节第五节 拱坝的荷载及荷载组合拱坝的荷载及荷载组合n拱拱坝坝和和重重力力坝坝都都是是挡挡水水建建筑筑物物，，承承受受相相同同的的作作用用荷荷载载，，但但是是拱拱坝坝的的结结构构形形式式和和工工作作特特点点与与重重力力坝坝有有不不同同之之处处，，各各种种荷荷载载在在两两种种坝坝中中的的重重要要性性是是不不同的同的n温度荷载温度荷载在重力坝中是在重力坝中是次要荷载次要荷载，通常情况下可，通常情况下可 以不予考虑。
但是对于拱坝这种无数次超静定结以不予考虑但是对于拱坝这种无数次超静定结 构，构，温度荷载上升为主要荷载温度荷载上升为主要荷载 n对对于于拱拱坝坝来来说说，，地地震震荷荷载载的的竖竖向向分分量量产产生生的的作作用用效效应应远远远远小小于于水水平平分分量量，，一一般般情情况况下下不不考考虑虑竖竖向向地地震震作作用用，，水水平平方方向向地地震震惯惯性性力力的的计计算算方方法法与与重重力坝相同，但是分布系数不同力坝相同，但是分布系数不同n由由于于拱拱坝坝比比较较薄薄，，扬扬压压力力下下降降为为次次要要荷荷载载，，对对于于中中小小型型拱拱坝坝和和薄薄拱拱坝坝的的应应力力分分析析可可以以不不考考虑虑扬扬压压力力，重力拱坝和中厚拱坝考虑扬压力重力拱坝和中厚拱坝考虑扬压力n浪压力、冰压力浪压力、冰压力在拱坝中的比重也比较小在拱坝中的比重也比较小 n温度荷载温度荷载 拱坝设计中的拱坝设计中的主要荷载之一主要荷载之一 在水压力和温度荷载共同引起的径向变位中，在水压力和温度荷载共同引起的径向变位中， 温度荷载约占据温度荷载约占据1/31/3至至1/21/2，对坝顶部分的影响，对坝顶部分的影响 更大。
通常假定温度荷载由拱圈承担通常假定温度荷载由拱圈承担 产生温度荷载的两个原因：产生温度荷载的两个原因：（（1）混凝土施工过程中水化热的散发；）混凝土施工过程中水化热的散发；（（2）外界气温的变化外界气温的变化封拱温度：封拱温度：选用下游以年平均气温、上游以年平均选用下游以年平均气温、上游以年平均水温作为边界条件，求出此时的坝体温度场作为稳水温作为边界条件，求出此时的坝体温度场作为稳定温度场一般在年平均气温或略低时进行封拱定温度场一般在年平均气温或略低时进行封拱 温升：温升：温度高于封拱温度温升对坝肩稳定不利，温度高于封拱温度温升对坝肩稳定不利， 对应力有利；对应力有利； 温降：温降：温度低于封拱温度温降对坝肩稳定有利，温度低于封拱温度温降对坝肩稳定有利， 对应力不利对应力不利温降温降温升温升 二、荷载组合二、荷载组合1、、基本组合基本组合(1) 自重，水库正常蓄水位及相应尾水位下的静水压自重，水库正常蓄水位及相应尾水位下的静水压力，设计力，设计正常温降正常温降的温度荷载，扬压力，泥沙压的温度荷载，扬压力，泥沙压力，浪压力，冰压力；力，浪压力，冰压力； (2)自重，水库正常蓄水位及相应尾水位下的静水压自重，水库正常蓄水位及相应尾水位下的静水压力，设计力，设计正常温升正常温升的温度荷载，扬压力，泥沙压的温度荷载，扬压力，泥沙压力，浪压力；力，浪压力；(3)自重，自重，设计洪水位设计洪水位及相应尾水位下的静水压力，设及相应尾水位下的静水压力，设 计计正常温升正常温升温度荷载，扬压力，泥沙压力，浪压力。
温度荷载，扬压力，泥沙压力，浪压力 2．．特殊组合特殊组合(1)自重，水库校核洪水位及相应尾水位下的静水自重，水库校核洪水位及相应尾水位下的静水 压力、扬压力，泥沙压力，浪压力，动水压力压力、扬压力，泥沙压力，浪压力，动水压力2)基本组合基本组合(1)、、(2)分别加地震荷载．多年调节水分别加地震荷载．多年调节水 库，经过论证后可采用低于正常蓄水位的上游库，经过论证后可采用低于正常蓄水位的上游 水位 (3) 自重，常遇低水位及相应尾水位下的静水压力，自重，常遇低水位及相应尾水位下的静水压力， 设计正常温升的温度荷载，扬压力设计正常温升的温度荷载，扬压力(或不计或不计)，泥，泥 沙压力，浪压力，地震荷载沙压力，浪压力，地震荷载 请 提 意 见 ！ 。