水工建筑物拱坝yingli汇总

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1、4 4 拱拱 坝坝4.1 概述4. 2拱坝的荷载和设计标准4.3 拱坝的布置4.4 拱坝的应力分析4.6 拱坝的坝身泄水4.7 拱坝的构造和地基处理4.1 概述一、拱坝的工作特点一、拱坝的工作特点( (板书板书) )1 1、拱与梁的共同作用；、拱与梁的共同作用；2 2、稳稳定定性性主主要要依依靠靠两两岸岸拱拱端端的的反反力力作作用用，因因而而对对地基的要求很高；地基的要求很高；3 3、拱拱是是一一种种推推力力结结构构，承承受受轴轴向向压压力力，有有利利于于发发挥挥 砼砼 及及 浆浆 砌砌 石石 材材 料料 的的 抗抗 压压 强强 度度 ；4 4、拱拱梁梁所所承承受受的的荷荷载载可可相相互互调调

2、整整, , 因因此此可可以以承承受受超载；超载；5 5、拱坝坝身可以泄水；、拱坝坝身可以泄水；6 6 、不设永久性伸缩缝；、不设永久性伸缩缝；7 7、抗震性能好；、抗震性能好；8 8、几何形状复杂，施工难度大。、几何形状复杂，施工难度大。4.1 概述拱坝平面、剖面示意图4.1 概述二拱坝的分类二拱坝的分类1、按高度分： 高（H70m）、中、低（H30m）2、按厚高比分： TB/H0.2 薄拱坝；中厚拱坝； 0.35 厚拱坝或重力拱坝3、按结构分：周边固定拱坝、周边缝拱坝、有重力墩的拱坝、空腹拱坝、铰拱坝、预应力拱坝、拱上拱拱坝、上重下拱拱坝4、按坝体曲率分：单曲拱坝、双曲拱坝5、 按水平拱的形

3、式分：(板书)圆弧拱坝，二心圆拱坝；三心圆拱坝；抛物线拱坝；椭圆拱坝；对数螺旋线拱坝；双曲线拱坝。 4.1 概述4.1 概述4.1 概述4.1 概述三、对地形的要求三、对地形的要求( (板书板书) )拱坝对地形的要求主要从四个方面考虑：拱坝对地形的要求主要从四个方面考虑：1 1、河河谷谷狭狭窄窄: :用用来来描描述述河河谷谷宽宽窄窄的的参参数数是是河河谷谷的的宽宽高高比比 n=L/H=n=L/H=坝顶处河谷的宽度坝顶处河谷的宽度/ /最大坝高最大坝高当当n n小小时时，河河谷谷狭狭窄窄，拱拱的的作作用用大大，因因此此坝坝可可以以修修的的很薄很薄根据一般经验有：根据一般经验有：n n时，适于修建

4、薄拱坝时，适于修建薄拱坝T/HT/Hn=1.53n=1.53时，中厚拱坝时，中厚拱坝 T/HT/Hn n时，厚拱坝时，厚拱坝 T/H T/H n n时，重力坝或拱形重力坝时，重力坝或拱形重力坝4.1 概述2 2、 河谷的断面形状河谷的断面形状V V形形河河谷谷：上上宽宽下下窄窄，在在下下部部虽虽然然水水压压力力较较大大，但但拱拱的的跨跨度度较较小小，拱拱承承担担的的荷荷载载较较大大，拱拱作作用用发发挥挥较较充分，因此坝可以修的较薄、经济。充分，因此坝可以修的较薄、经济。U U形河谷：梁承担的荷载较大，因此坝较厚形河谷：梁承担的荷载较大，因此坝较厚梯形河谷介于二者之间梯形河谷介于二者之间 图图4

5、-5 4-5 河谷形状对荷载分配和坝体剖面的影响河谷形状对荷载分配和坝体剖面的影响( (a)Va)V形河谷形河谷 ( (b)Ub)U形河谷形河谷 4.1 概述3 3、 河河谷谷顺顺河河流流方方向向的的形形状状以以平平顺顺河河流流或或呈呈收收缩缩形形河流交好，要避免河道的出口和转弯处。河流交好，要避免河道的出口和转弯处。4 4、河河谷谷对对称称性性。河河谷谷对对称称，拱拱坝坝的的应应力力、稳稳定定比比较较均均匀匀平平顺顺，局局部部不不对对称称的的河河谷谷，往往往往造造成成应应力力集集中中，因因此此拱拱坝坝一一般般比比较较适适合合于于对对称称河河谷谷，当当河河谷谷不不对对称称时时，可以经过一定的处

6、理使之对称。可以经过一定的处理使之对称。四、拱坝对地质的要求四、拱坝对地质的要求由于拱坝的安全的关键是拱座的稳定问题，而且拱座由于拱坝的安全的关键是拱座的稳定问题，而且拱座的位移将引起坝内较大的应力。特别是不对称位移会的位移将引起坝内较大的应力。特别是不对称位移会产生较为不利的应力，因此，拱坝从一开始就对两岸产生较为不利的应力，因此，拱坝从一开始就对两岸的地质条件提出了严格的要求，较理想的地质条件是：的地质条件提出了严格的要求，较理想的地质条件是： 4.1 概述基基岩岩比比较较均均匀匀、坚坚硬硬完完整整、有有足足够够的的强强度度、透透水水性性小小，抗抗风风化化。二二岸岸拱拱座座附附近近河河岸岸

7、边边坡坡稳稳定定，整整体体性性好好，没没有有大大的的断裂构造和软弱夹层，在荷载作用下不产生大的变形。断裂构造和软弱夹层，在荷载作用下不产生大的变形。随随着着拱拱坝坝建建设设的的不不断断发发展展，拱拱坝坝的的地地形形、地地质质条条件件越越来来越越复复杂杂。搞搞清清各各种种地地形形、地地质质条条件件对对拱拱坝坝应应力力、稳稳定定及及变变形形的的影影响响以以及及相相应应的的处处理理措措施施，是是我我们们拱拱坝坝设设计计人人员员的的首首要要任任务务，在在这这方方面面国国内内外外已已经经积积累累了了大大量量的的经经验验，应应在在实实践践中不断学习。中不断学习。1 1、变形参数、变形参数E E、u u：均

8、匀均匀2 2、强度参数、强度参数RcRc、C C、f f：有足够的强度有足够的强度3 3、抗渗性、抗渗性K K、JJ：渗透性小渗透性小4 4、耐久性：抗侵蚀、抗风化、耐久性：抗侵蚀、抗风化以上四方面均要求无地质缺陷：没有大断裂构造和软弱夹以上四方面均要求无地质缺陷：没有大断裂构造和软弱夹层等。层等。 4.1 概述五、拱坝的建设情况五、拱坝的建设情况1 1、拱坝发展阶段、拱坝发展阶段1.1 1.1 拱坝建设的萌芽阶段（拱坝建设的萌芽阶段（18541854年以前）年以前）在在年年以以前前，所所有有修修建建的的拱拱坝坝水水平平截截面面虽虽为为拱拱形形，但但由由于于缺缺乏乏理理论论指指导导，并并没没有

9、有真真正正认认识识到到利利用用拱拱结结构构的的优优点点，只只能能说说是是一一种种似似拱拱坝坝结结构构。但但该该阶阶段段的的拱拱坝坝实实践践为为后后期期拱拱坝坝的的发发展展积积累累了了经经验，可以称之为拱坝的萌芽阶段。验，可以称之为拱坝的萌芽阶段。1.2 1.2 拱坝建设的起步阶段（拱坝建设的起步阶段（1854185419171917年）年）18541854年年，法法国国工工程程师师左左拉拉( (Zola)Zola)在在普普罗罗旺旺斯斯地地区区艾艾克克斯斯设设计计建建成成米米高高的的左左拉拉拱拱坝坝。该该拱拱坝坝以以圆圆筒筒公公式式为为指指导导，主主要要利利用用水水平平拱拱的的作作用用来来保保证

10、证大坝的安全。这是拱坝建设起步的标志。大坝的安全。这是拱坝建设起步的标志。 4.1 概述 拱坝建设的成熟阶段（拱坝建设的成熟阶段（1917191719601960年）年）美国的维切尔美国的维切尔( () )和瓦格纳（和瓦格纳（），），在年校核在年校核熊谷拱坝及甜水（熊谷拱坝及甜水（Sweetwater Sweetwater ）拱坝时引入了拱冠拱坝时引入了拱冠梁的概念，并利用拱冠梁与水平拱在共轭点上的径梁的概念，并利用拱冠梁与水平拱在共轭点上的径向变位一致的条件，将径向压力分配到拱和梁上，向变位一致的条件，将径向压力分配到拱和梁上，从而初步形成了拱梁分载的概念。从而初步形成了拱梁分载的概念。19

11、171917年瑞士坝工年瑞士坝工专家格伦纳（专家格伦纳（）和两位助手史图基（和两位助手史图基（）和济科（和济科（ ）在设计瑞士第一座拱坝蒙特萨耳文斯在设计瑞士第一座拱坝蒙特萨耳文斯（MontsalvensMontsalvens）拱坝时（拱坝时（H=55mH=55m），），正式提出多拱正式提出多拱梁分载的概念。并采用拱梁径向变位一致的多梁分载的概念。并采用拱梁径向变位一致的多拱梁法进行了该坝的应力计算。该坝的设计及建造，拱梁法进行了该坝的应力计算。该坝的设计及建造，标志着拱坝的建设已从起步阶段进入了成熟阶段标志着拱坝的建设已从起步阶段进入了成熟阶段4.1 概述 拱坝建设的熟练阶段（拱坝建设的熟练

12、阶段（19601960年至今）年至今）经经过过拱拱坝坝建建设设成成熟熟阶阶段段的的发发展展，人人们们无无论论在在拱拱坝坝的的安安全全准准则则、还还是是在在应应力力稳稳定定分分析析方方法法上上均均已已成成熟熟，已已达达到到建建设设200200米米以以上上拱拱坝坝的的水水平平。19601960年年完完成成的的意意大大利利瓦瓦依依昂昂（VaiontVaiont）拱拱坝坝（H=262mH=262m）标标志志着着拱拱坝坝建建设设已已进进入入熟熟练练阶段。阶段。1 1、 世界拱坝建设的时空分布世界拱坝建设的时空分布( (板书板书) )在在空空间间上上，自自从从18541854年年止止19861986年年底

13、底：全全世世界界已已建建16081608座座高高度度大大于于1515米米的的拱拱坝坝。主主要要分分布布在在中中国国、美美国国及及西西欧欧的的阿尔卑斯山地区的法国、意大利及瑞士等国。阿尔卑斯山地区的法国、意大利及瑞士等国。拱坝在各类大坝中所占的比例随坝高的增加而增加，如拱坝在各类大坝中所占的比例随坝高的增加而增加，如在在100-150100-150米大坝中拱坝约占米大坝中拱坝约占30% 30% ；对；对150-200150-200米的大米的大坝约占坝约占45%45%；对；对200200米以上的大坝约占。米以上的大坝约占。 4.1 概述 在时间上，拱坝建设有三个高峰期：在时间上，拱坝建设有三个高峰

14、期：第第一一个个高高峰峰期期为为1920-19301920-1930年年，1010年年时时间间共共建建成成200200余余座座拱拱坝坝，建建设设的地点主要集中在美国，特别是集中在加利福尼亚州；的地点主要集中在美国，特别是集中在加利福尼亚州；第第二二个个高高峰峰期期为为1950-19601950-1960年年，1010年年时时间间共共建建成成150150余余座座拱拱坝坝， 建建设设的地点主要集中在西欧的阿尔卑斯山地区的法国、意大利及瑞士等国；的地点主要集中在西欧的阿尔卑斯山地区的法国、意大利及瑞士等国；第第三三个个高高峰峰期期为为1970-19801970-1980年年，1010年年时时间间共共

15、建建成成500500余余座座拱拱坝坝，建建设设的地点主要集中在中国。的地点主要集中在中国。3 3、世界拱坝之最、世界拱坝之最已建国外最高拱坝：英古力拱坝已建国外最高拱坝：英古力拱坝H=272mH=272m，n=2.8n=2.8，T/H=0.15T/H=0.15；已建中国最高拱坝：小湾拱坝已建中国最高拱坝：小湾拱坝H=292mH=292m，n=2.83n=2.83，T/H=0.238T/H=0.238；在建的最高拱坝：锦屏拱坝在建的最高拱坝：锦屏拱坝H=305mH=305m，n=1.6n=1.6，T/H=0.19T/H=0.19。4. 3拱坝的荷载和设计标准 一、荷载一、荷载1 1、所受荷载、所

16、受荷载作作用用在在拱拱坝坝上上的的荷荷载载主主要要有有：水水压压力力（静静水水压压力力和和动动水水压压力力）、温温度度荷荷载载、自自重重、扬扬压压力力、泥泥沙沙压压力力、浪浪压压力力、冰冰压压力力和和地地震震荷荷载载（地地震震惯惯性性力力和和地地震震动动水水压压力力）等等。一一般般荷荷载载的的计计算算的的方方法法与与重重力力坝坝基基本本相相同同，这这里里只只强强调调作作用用在在拱拱坝坝上上荷荷载载的不同特点。的不同特点。2 2、 荷载的分配荷载的分配在在横横缝缝灌灌浆浆之之前前，只只有有梁梁的的作作用用，此此时时所所受受的的荷荷载全部由梁承担载全部由梁承担在在横横缝缝灌灌浆浆之之后后，拱拱坝坝

17、形形成成整整体体，具具有有拱拱梁梁作作用用，此时所受的荷载由拱和梁共同承担此时所受的荷载由拱和梁共同承担 4. 3拱坝的荷载和设计标准2 2、 荷载计算荷载计算( (板书板书) )（1 1）自重荷载：）自重荷载：( (板书板书) )根据施工程序的不同分两种情况：根据施工程序的不同分两种情况：先浇筑后一次封拱，由梁单独承担先浇筑后一次封拱，由梁单独承担有下列情况之一者，由拱梁共同承担：有下列情况之一者，由拱梁共同承担：需提前蓄水，要求坝体浇注到某一高程后提前封拱需提前蓄水，要求坝体浇注到某一高程后提前封拱对对具具有有显显著著竖竖向向曲曲率率的的双双曲曲拱拱坝坝，为为保保持持坝坝块块稳稳定定，需要

18、在其冷却后先行灌浆封拱需要在其冷却后先行灌浆封拱为了度汛，要求分期灌浆为了度汛，要求分期灌浆不分缝的浆砌石拱坝不分缝的浆砌石拱坝截面截面A A1 1、A A2 2间的坝体自重间的坝体自重G G可按辛普森公式进行计算：可按辛普森公式进行计算： 4. 3拱坝的荷载和设计标准图图4-64-6坝块自重计算图坝块自重计算图 4. 3拱坝的荷载和设计标准（2）温度荷载( (板书板书) )这是拱坝设计中的主要荷载之一，在水压力和温度荷载共同引起的径向变位中，温度荷载约占1/31/2，在靠近坝顶部分，温度变化的影响就更大。拱坝分块浇筑并充分冷却后，施工期混凝土所产生的热量已基本上散发完毕，坝体温度已趋于相对稳

19、定，然后在缝中灌浆封拱，形成整体。封拱温度即为坝体温升和温降的计算基准，一般沿不同高程进行灌浆分区，根据坝体温度场定出各区的封拱温度，封拱温度低，有利于降低坝的拉应力。封拱温度一般为年平均气温或略低。运行期温度荷载运行期坝体温度场封拱温度场 4. 3拱坝的荷载和设计标准特点：随时间在变，特点：随时间在变，计算时选取最不利计算时选取最不利的温度荷载。运行的温度荷载。运行期温度荷载是可以期温度荷载是可以人为改变的：选择人为改变的：选择合适的封拱时机；合适的封拱时机；通过人工冷却方法通过人工冷却方法改变封拱温度场，改变封拱温度场，使之对拱坝的应力使之对拱坝的应力及稳定最为有利，及稳定最为有利，封拱温

20、度一般取为封拱温度一般取为多年平均温度或约多年平均温度或约低。低。 4. 3拱坝的荷载和设计标准运行期温度荷载的分解：运行期温度荷载的分解：均匀温度变化均匀温度变化 等效线性温差等效线性温差非线性温度变化非线性温度变化拱坝温度荷载计算通常只考虑拱坝温度荷载计算通常只考虑T Tm m 和和T Td d 图4-9 坝体温度变形图(a:温降, b:温升) “+”压应力 “-”拉应力4. 3拱坝的荷载和设计标准* 温升：温度高于封拱温度。温升对坝肩稳定不利，对应力有利；* 温降：温度低于封拱温度。温降对坝肩稳定有利，对应力不利。 （3）地震荷载(板书)地震荷载包括：惯性力、地震动水压力地震荷载方向：顺

21、河向，垂直河流向，铅直方向（4）扬压力(板书)在拱坝的应力计算中，坝体混凝土中的扬压力一般不起控制作用，基础面上的扬压力对薄拱坝来说数值不大，对整体应力和变形影响较小，一般可不予考虑。4. 3拱坝的荷载和设计标准在拱坝的稳定分析中，扬压力是一个重要的因素，在抗滑稳定计算中，必须考虑扬压力的作用，扬压力分布在任意滑动面的全部面积上，并垂直于滑动面，坝体内部和坝基面上的扬压力分布同重力坝相似。2、 荷载组合(板书)与重力坝相比，关键是注意温度荷载正常蓄水时，一般与温降组合(从可能最不利原则出发）校核洪水时，一般与温升组合，因为汛期不可能出现温降计算应力时，一般取“正常蓄水+温降”计算稳定时，一般应

22、计算 (a）“正常蓄水+温降”（在坝较高，且正常蓄水位与校核洪水位相差不大时）(b)“校核洪水+温升”（在坝较低，且正常蓄水位与校核洪水位相差较大时） 4.4 拱坝的应力分析 一、方法综述: (板书)前面我们讲过，拱坝是一个变厚度，变曲率的，边界条件荷载条件均特别复杂的一个空间整体的壳体结构，要想求出满足平衡、边界、几何、物理及相容方程的精确解答是不可能的。下面我们所讲的均只能是一些近似处理办法。根据处理问题的出发点不同，拱坝应力分析方法大致可分为以下的几种：计算方法： 1、杆件结构力学计算方法：纯拱法、拱梁分载法、拱冠梁法等（1）纯拱法：T/R1/5，剪力不能忽略；轴力引起的拱圈压缩变形比较

23、大；地基变形影响显著。 （2）拱梁分载法：若干水平拱圈与悬臂梁组成，荷载由拱和梁承担，荷载分配由拱系和梁系在各交点处变位一致的条件确定。 （3）拱冠梁法是特例，选拱冠梁与若干水平拱圈组成，荷载分配类似上面。2、FEM方法：（1）可以求解复杂结构、开孔等；（2）分析复杂坝基对坝体应力影响与稳定；（3）考虑坝体材料非线性；（4）模拟分析坝体施工过程和运行工况；（5）分析渗流、温度场等；（6）地震问题分析坝体、坝基、库水联合效应。3、壳体理论 20世纪30年代发展起来的理论，因拱坝结构复杂，应用受限。4、模型试验：很有效的手段。应力分析目的校核or修正拱坝布置及尺寸为坝体强度校核和坝肩稳定提供依据为

24、布置坝内孔口及孔口周边配筋提供依据二、拱坝应力分析的结构力学方法纯拱法、拱梁法、拱冠梁法都属于结构力学方法，基本假定：（1）坝体、坝基材料均匀、各向同性；（2）忽略库岸、库底在水库水压力作用下的变形；（3）拱坝的法向截面在变形后任然保持平面；（4）用伏格特（）公式计算地基变形。三、地基位移伏格特方法1、基本假定：1）地基位移与坝基表面形状无关2）不考虑坝基上各点作用力的不等及位移互相影响3）不计库水对坝基位移的影响于是可将坝基展开、摊平，然后按面积相等、长宽比近似的原则，用一当量矩形来代替，此矩形与坝基有相同的长宽比b/a。对于一座特定拱坝，b/a是一个常数。若在任意位置取一单元面积1T，其受

25、载后的位移=相同荷载均布在面积（ab，a=T)上产生的平均位移。由此可求得单位荷载作用下的地基位移，即地基位移系数。单位荷载单位弯矩M=1、法向力N=1、剪力S=1、扭矩Mt=12、地基位移系数M、S交叉位移计算、时，K1K5由b/a和岩基泊桑比值，插图求出（水工设计手册）：大多拱坝为V形河谷，岸壁为倾斜面，拱端截面（径向铅直面）、悬臂梁截面（水平截面）与坝基面斜交，此时拱端力系、梁底力系并非与基面垂直或平行。计算地基位移时，需先将力系投影到基面上，与基面垂直或平行，求得地基位移后，再投影回到拱端截面或梁底截面式，即二次投影。设1m高拱圈传来的拱端力系：Mz、Ha、Va，相应方向位移：z、s、

26、 r梁底力系Ms、Hb、Vb，相应方向位移：s、z、 r1、拱座位移计算Mz产生的z：Va产生的z： z= Va cos2 上述二者叠加：z=Mz(cos3+sin2cos)+Va cos2Va产生的拱端径向位移：r =VacosMz产生的拱端径向位移：r=Mzcoscos 上述二项叠加：r=Va cos+Mz coscos N产生的拱端切向位移:S=-Ha(sin2cos+cos3)“-”变位与拱端截面外法线相反。综上可得拱座位移： z、 r、S（式4-18）p2、梁基位移计算（方法同上，见式4-19,略）四、纯拱法计算拱坝应力1、基本公式一般沿坝高分为5-7层，每层取1m高水平拱圈，静水压

27、力p=H全由拱圈承担，重力不计，按两端固定的弹性拱计算，并计入地基位移。2、解出拱内任意截面处内力（以左半拱为例）：3、拱圈应力按偏向受压计算（式4-22）4、厚拱考虑曲率影响式4-235.拱梁法原理从坝体任取单元体，径向截面和水平截面各有6个内力，共计12个内力。纯拱法涉及 Mz、H、Vr三个力而拱梁法中经实际研究表明：Vz较小、两个面上Mr可忽略、扭矩Ms和Mz可一并计入力矩Ms和Mz中，于是：水平面内只剩 G、Ms、Qr-悬臂梁内力径向面内只剩H、Mz、Vr-拱圈内力空间任意一点变位6个： z、r、s、s、z、r在6个变位中以r最大，其次是s，s，z。 Z,r一般较小因此可以忽略r，z方

28、向的变位一致。同时在壳体中，z，s具有一定的关系，不是独立的。因此s可用z表示。这样，在进行变位调整时，就只需要3个参数：r，s，z。即三向调整法。五、拱冠梁法计算拱坝应力1、原理与步骤1）原理将坝体分为5-7层，每层内取1m高拱圈，及中面宽度为1m的拱冠梁作为计算单元，根据二者交点处的径向变位一致条件建立荷载分配方程组，求解拱梁的径向荷载分配比例。荷载分配后，假定荷载沿拱圈均匀分布，按纯拱法计算应力，梁按静定悬臂梁计算应力。2）步骤：按拱梁交点径向变位一致条件、各交点处拱梁径向荷载之和=总径向荷载条件建立位移协调方程，即荷载分配方程组把交点分别看作拱上和梁上的点计算径向变位将变位代入方程组求

29、解拱、梁分配荷载荷载分配后，分别计算拱梁内力2、荷载分配方程组对图示拱坝自顶至底分层n（n=5)层，各层拱与拱冠梁交点：1、2、3、4（i=4）、5据经验，拱梁分担的部分如图示：考虑任一i点，总水压力pi，设梁承担xi，则拱承担的pi-xi；又设拱径向位移ig，梁的径向位移iL，按变位一致条件有：ig=iL （1）对应拱上i点，径向变位ig可由纯拱法查表求出：ig=i（pi-xi）+ Aii第i层拱圈在单位荷载强度（pi-xi）=1时拱冠处径向变位Ai均匀温变tm下的拱冠径向变位对梁上的曲线荷载化成若干三角形荷载x1-x5叠加梁上i点在每一个三角形荷载下都产生径向位移，同时竖向荷载的径向位移i

30、wiL=i1+i2+i3+i4+i5+iw在弹性范围内，x1在15点位移等于当x1=1时产生的位移a11、a21与x1之积，所以：iL=i1+i2+i3+i4+i5+iw =ai1x1+ai2x2+ai3x3+ai4x4+ai5x5+iw =aijxj+iw于是荷载分配方程组ig= iL成为： i（pi-xi）+ Ai= =aijxj+iw （4-25）4.5坝肩岩体稳定 一拱坝稳定的特点及重要性( (板书板书) )1特点：( (板书板书) )1）失稳形式( (板书板书) )a)坝肩岩体在拱端推力等外荷载作用下的滑动失稳，包括：局部，整体，局部整体等b) 坝肩岩体在拱端推力等荷载作用下变形过大

31、致使坝变形失稳c) 拱坝支撑不能提供足够的阻止上滑的能力，沿坝基石上滑失稳本课程主要讲第一种失稳,对第二种失稳一般只能用FEM或模型试验，对于第三种近来才提出，工程中应用很少。2）维持稳定的力 ( (板书板书) ) 拱坝维持坝肩稳定的力主要是：岩体自重，拱端推力，其次才是坝体自重等3）失稳过程及解决途径 ( (板书板书) ) 点屈服面屈服滑动失稳时滑动面上合力不变点屈服面屈服位移影响荷载分配及拱端力影响其他拱端的稳定整体失稳由上可见，要解决上述失稳必须将应力，稳定，变形三者统一起来考虑4）水荷载在拱端也产生阻滑力。( (板书板书) )如何充分利用水荷载自身维持稳定，是拱坝体形设计研究的主要问题

32、2重要性( (板书板书) )1）局部应力过大，会导致局部破坏和应力重分布。 如：拱向拉应力过大，形成次生拱，其结果是曲率变大，从而应力将得到改善，不至于继续失稳又如：面拉应力过大，开裂，刚度较小，承担的荷载就小，从而不致于大的破坏。 2）一端拱座失去支撑时，由拱结构变成悬臂曲梁，其荷载能力将大大减小，以致破坏。因此拱座稳定是拱坝安全的前提，是非常重要的。这一点也被工程实践证实：据统计到80年为止，国内外曾发生过得影响拱坝安全运行，破坏的实例共有45起，其中坝身开裂，漏水，冻融剥落或骨料碱性反应引起的拱坝等实例共17起，占38，稳定出问题共28起，占62 到85年为止，遭到破坏以致完全不能使用的

33、拱坝共有6座，全是由稳定引起的，因此稳定是相当重要的问题。一可能滑动面的位置及形成。( (板书板书) )1失稳原因( (板书板书) )1） 存在可能的滑动体（由结构的切割面处）2） 有作用力由此可见要搞清稳定，首先必须分析可能滑动体及起作用的力2构成可能滑动体的结构面( (板书板书) )1） 底裂石2） 侧裂石3） 上滑开裂石4） 监察石上述结构面可以是平面，也可以是曲面3各种结构形状对稳定的影响( (板书板书) )4可能滑动体的几种形式( (板书板书) )1）单种陡倾角结构和缓倾角结构面组合而成2）成组陡缓倾坝角结构的组合3）混合组合，即单陡与组缓或单缓与组陡4）多刚体组合-地质模型试验一稳

34、定分析方法( (板书板书) )试验计算：FEF 刚体极限平衡法：概率方法稳定可靠度 图解法 三维分析法 数解法：空间整体 平面稳定 整体转动本课程主要介绍：刚体极限平衡法中的数解法。 四、刚体极限平衡法(板书)1基本假定：共4条，其中1，2，4是刚体本身的假定。3是对拱坝具体问题做的假定。2平面稳定分析 认为拱肩岩体内成组的陡倾角和组成的缓倾角结构面所切割，致使整个拱坝带的部分岩体一起向下滑动。计算稳定时，只在几个特定的切取一定高度的水平拱出来进行分析。如当沿组成的铅直和水平面切割时，计算简图： Fz=0，R2=(G+W)tg-U2 Fy=0，R1=N-U1 Fz=0，S1 +S2=Q 其稳定

35、安全系数： 3整体稳定分析：( (板书板书) ) 设坝肩有如图所示的可能滑动体，其作用的力有：坝体传来的3个力，岩体自重，滑面上的反力，滑面上的压力。 如果这些力均能求及，则稳定问题也就解决了。下面看坝体传给岩体的力的求法：关键是不同失稳拱端作用力方向不一致，因此求时不能直接求代数和，具体办法可采用：已知：特定失稳拱端力HVVG求GN步骤：1）将各层拱端力均向G,N,Q方向投影 2）做G,N,Q随Z的变化图形 3）求阴影部分的面积，即为N求出GQN后，则可以求出R1,，R2 S1+S2求的结果，R1可能大于0，也可能小于0，即可能为拉，当小于0时表明侧裂面上不产生抗滑力，这时为单面滑动，应考虑

36、侧裂面为拉列面。当R1大于0时，表示滑动为双面滑动，其滑动方向为两个面的交线方向。 4公式选用及允许安全系数( (板书板书) )1） 规范规定：对类工程和高坝用抗剪公式，其他可用抗剪或摩擦公式2） 允许安全系数【Kc】。具体使用时查规范3） 安全判别K【Kc】5改善稳定的措施( (板书板书) ) 主要有三方面：1） 改变拱座承受荷载，包括：改变拱坝坝型或拱圈的平面布置及尺寸等，采用对稳定较有利的坝型及布置，如：变厚度，变曲率的扁平拱等 做好坝肩的防渗排水设置，组成为U 人工扩大基础或加深开挖，以增大滑动体的自重. 2) 2) 加强坝肩岩体的抗滑能力加强坝肩岩体的抗滑能力 改改善善岩岩体体结结构

37、构的的物物理理力力学学性性能能指指标标，如如：开挖，灌浆开挖，灌浆 采采用用混混凝凝土土置置换换的的方方法法，提提高高滑滑动动面面的的fcfc法法 控制总体变形，如：挡墙，撑竿，锚杆，控制总体变形，如：挡墙，撑竿，锚杆，应力锚固等应力锚固等 4.6 拱坝的坝身泄水 一、拱坝泄洪水消能所要解决的问题及特点1、与重力坝相同的问题：( (板书板书) ) 泄洪型式选择 孔口尺寸及布置 体形设计 泄洪能力 消能防冲 高速水流的问题4.6 拱坝的坝身泄水2、特有的问题：( (板书板书) ) 单薄A、 不能形成完整的溢流面产生新的型式B、 坝体削弱C、 泄水振动 曲线向心集中产生新的消能型式高？坝平面对冲拱

38、坝一般地处高山峡谷，要解决？及泄洪冲刷岸坡的问题。 4.6 拱坝的坝身泄水二、泄水方式：( (板书板书) )1、型式：( (板书板书) )1) 坝顶溢流：自由跌落式，鼻坎挑流式2) 坝身孔口泄流：中孔、低孔3) 坝身一边或二边滑雪道式泄流4) 坝后厂顶溢流(厂前挑流)2、选择考虑因素：( (板书板书) )拱坝体形、坝高、泄洪量、厂房位置、可考虑的其它泄洪方式，以及坝址、地形、地质、施工导流等具体如下： 4.6 拱坝的坝身泄水 薄拱坝：H不太大，100M，q50M2/S,坝顶泄流 厚拱坝：H不太大，100M，q5000M2/S，滑雪道。 双曲拱：Q不太大，坝顶或坝身孔口双曲拱：当面不薄，Q大几种

39、型式的联合泄洪3、拱坝消能型式及选择( (板书板书) )1)常见型式：( (板书板书) )挑流：最多跌流：适于坝顶溢流，且Q15M2/S,下游水深大或河床有条件加以保护的情况底流：适于重力拱坝，且下部岩石条件较差时，或有通航要求时面流、戽流：用的很少4.6 拱坝的坝身泄水2)型式选择考虑的因素：( (板书板书) ) 坝型、坝高、坝扇、坝基以及下部河床及两岸的地形、地质 泄量大小及下部河道水深及水位变化情况 通船、通水、排冰等要求3)增加排流消能效果的措施：( (板书板书) ) 横向扩散 纵向拉开a、窄缝式b、出口高低坝c、差动式鼻坎。 4.6 拱坝的坝身泄水 高低坝垂直对冲，白山，风滩。 横向

40、对撞，广东香山。把鼻坎改变下拽水流方向 增加下游水深a、 二道坝b、 先冲后？，要有检修条件，先放小流水。c、 闸的合理操作4)拱坝消能注意事项：( (板书板书) )河谷一般狭窄，注意冲刷岸坡下泄水流有向心集中，在计算冲坑时要用入水处的单宽流量主流集中河中间，两岸回流淘刷岸坡 4.7 拱坝的构造和地基处理 一、拱坝对材料的要求( (板书板书) )1)应满足的要求：同重力坝2)砼分区：T50m时才设纵缝三、拱坝地基处理及其坝与基础的连接(板书) （一）开挖(板书) 1）深度2）形状a，径向方向：1，全径向2，半径向，上游面挖多3，非径向，上游面挖多。b，切向：光滑 4.7 拱坝的构造和地基处理（二）其他处理( (板书板书) ) 如：排水，局部处理等，与重力坝类似 （三）坝体与基础的连接( (板书板书) ) 1）直接层落在基岩上 2）垫层： 是设在坝体与基岩方向断面局部加厚的支承体 4.7 拱坝的构造和地基处理 周边缝优点： i .垫层可以修整整河谷形状。 ii.垫层加宽可减少基岩应力，改善稳定。 iii.周边缝，消弱梁的刚度，提前使拱成为两铰拱。 iv.限制了裂缝的任意发展。 3）推力场：是放在坝体基岩方向，将推力传至基岩的结构场 4.7 拱坝的构造和地基处理4）重力场：是拱端的支座，通过重力场本身自重将坝体推力传到紧靠下面的基岩上。