计算书 重力坝的比赛作品 大家切磋下啊 - 图文

2010年水利系水工建筑物应用技术技能竞赛

广东省水利电力职业技术学院

2010年水利系水工建筑物应用技术技能竞赛

设 计 计 算 书

级 别 08水工2

学 生 黄智 黄铭楷 李超鹏

2010 年 5 月 10 日

2010年水利系水工建筑物应用技术技能竞赛

目录

第一章 综合说明 ............................................................................... 3 1-1 概述 ......................................................................................... 3 1-2 坝址地形地质条件 ................................................................ 3 1-3 设计依据 ................................................................................. 3 1-4 第二章 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 第三章 3-1 3-2 3-3 3-4 第四章

主要采用数据......................................................................... 4 非溢流坝断面设计 ............................................................. 6 坝顶高程 ................................................................................. 6 非溢流坝断面拟定 .............................................................. 10 荷载及其组合....................................................................... 11 非溢流坝稳定及应力计算 .................................................. 11 非溢流坝断面优化 .............................................................. 29 溢流坝断面设计 ............................................................... 29 溢流重力坝坝型选择 .......................................................... 29 堰顶高程与孔口尺寸的确定 .............................................. 29 溢流坝断面尺寸确定与消能方式 ...................................... 33 溢流坝消能计算 .................................................................. 40 重力坝断面细部结构设计 ............................................... 42 2

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第一章 综合说明

1-1 概述（见说明书）

1-2 坝址地形地质条件（见说明书） 1-3 设计依据

（一）工程等级：

该工程库容为15（104m3），电站为引水式电站，装机容量为800kw，按SL252-2000规范规定为“V”等工程，建筑物按5级设计

拦河坝，引水道，厂房主要建筑物为五等建筑物。

（二）洪水标准 （表1-1）

洪水标准 设计洪水频率 较核洪水频率 拦河坝 P=5% P=1% 厂房 P=3.33% P=2% （三）抗滑稳定安全系数（拦河坝）

按抗剪强度公式计算

参照《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）P21表6.4.1-2 基本荷载组合K≥1.05 特殊荷载组合 K≥1.0 （四）坝顶安全超高

参照《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）P31表8.1.1

正常运用状态下的超高：hc?0.4米 非常运用状态下的超高：hc?0.3米

（五）地震烈度

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）知，该工程区的地震

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动峰值加速度小于0.05g，故不考虑地震设防。

1-4 主要采用数据

（一）水位及下泄流量

（表1-2）

洪水标准 P=5%洪水位 P=1%洪水位 正常蓄水位 死水位

（二）风速、吹程、游砂、容重数据 多年平均最大风速 14.1m/s 最大吹程 3.7km 坝前淤沙高程 667 m 淤沙内摩擦角 ??20°

计算容重 单位：（kN/m3） （表1-3）

水 10 淤沙 12.5 混凝土 24 岩石 25 砂砾石 15 上游水位 m 685.06 685.67 681.00 668.00 下游水位 m 661.26 661.82 - - 下泄流量 m3/S 317.22 406.06 - - （三）岩石及混凝土物理力学指标 ①岩石承载力

坝基岩石 [R]=3000kpa

②混凝土容许压应力

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参照 《水工混凝土结构设计规范》(SL/T 191-96) P11 C15 [R]=7500kpa C20 [R]=10000kpa C25 [R]=12500kpa

③坝体混凝土与坝基的接触面间的摩擦系数及抗剪断凝聚力

抗剪摩擦系数 f =0.65 抗剪断摩擦系数 f′=0.9 抗剪断凝聚力 c′=1.0Mpa ④最大冲坑单宽流量为40m3/?s?m? 冲坑系数 ??1.5 ⑤坝基渗透系数

排水帷幕 a0=0.25

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第二章 非溢流坝断面设计

2-1 坝顶高程

非溢流坝坝顶应高于校核水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与设计洪水位或校核洪水位的高差可由以下公式计算，参照《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005） （8.1.1）

?h?h1%?hz?hc

式中各参数由波浪计算确定。 式中

?h—波浪高度，m，当gD/v02 =20-250时，为累积频率5%的

波高，当gD/v02 =250-1000时，为累积频率10%的波高，计算浪压力时，规范规定应采用累积频率为1%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；

h1%—累计频率1%的波高，m ；

hz—波浪中心线至正常或校核洪水位的高差，m ； hc — 安全超高，m；

本工程设防浪墙，坝顶高程应满足以下两条件： 坝顶高程≥设计洪水位+△h设 坝顶高程≥校核洪水位+△h校 （一）设计洪水情况

波浪要素计算采用官厅水库公式进行计算，本工程资料多年平均风速

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为V=14.1m/s，设计情况取1.5V，吹程D=3.7Km。

参考《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）（8.1.1）查得hc=0.4m。 参考《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）P75（B.6.3-5）

gh5%?1/12(gD)1/3 官厅水库公式：?0.0076v0v02v02gLm?0.331v?1/2.15(gD)1/3.75

0v02v02参考《水利水电工程建筑物》P16(1-8)

?h1%??Hhz?L?cth2?L2

mm式中： D——吹程，m，可取坝前沿水面到水库对岸水面的最大直线

离，当水库水面特别狭长时，以5倍平均水面宽计算， 本工程取3700m2计算；

hz——波浪中心线至正常或校核洪水位的高差，m；

vo——计算风速，m/s，设计情况取50年一遇风速，校核情况

取多年平均最大风速；

g——重力加速度，9.81m/s2；

Lm——平均波长，m2；

H——挡水建筑物迎水面前的水深，m；

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h1%——累计频率1%的波高，m2； h5%——累计频率5%的波高，m2； 波高计算

gh5%?1/12(gD)1/3 ?0.0076v0v02v02

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h5%?0.0076?21.15?1/12?( =1.1634(m)

9.81?37001/3)?21.152?9.81 221.15 h1%?1.24?h5%?1.443(m) 波长计算

gLm?0.331v?1/2.(1gD5)0v02v021/3.75

137001/3.75?1/2.159.8? Lm?0.33?121.15?(2)?21.152 5=11.789（ 21.?19.81m）

波浪中心线高出静水位高度hz

?h1%??2?H hz??cthLL2

mm

hz3.14?1.4432??1?0.555(m)

11.789 设计水位情况下坝顶高程应为

Z(坝顶高程)=Z设（设计洪水位）+?h设(设计5洪水位) = Z设（设计洪水位）+h1%?hz?hc

=685.06+1.443+0.555+0.4 =687.458(m)

（二）校核洪水情况

校核情况下，风速取多年平均风速值，

参照《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）（8.1.1） 查得hc=0.3m。

gh5%gD?1/121/3 ?0.0076v()波高计算 0v02v02 h5%?0.0076?14.1?1/12?(9.81?370014.12)1/3?14.12?9.81

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=0.700 (m)

h1%?1.24?h5%?0.868 波长计算

gLm?0.331v?1/2.(1gD5)0v02v02Lm?0.331?14.1?1/2.15?(1/ 3.759.81?370014.12)1/3.75?14.12?9.81

=7.8546（m） 波浪中心线高出静水位高度hz

?h1%??Hhz?L?cth2?Lmm2

hz3.14?0.8682??1?0.3013(m)

7.8546 校核水位情况下坝顶高程应为

Z(坝顶高程)=Z设（校核洪水位）+?h设(校核洪水位) = Z设（校核洪水位）+h1%?hz?hc

=685.67+0.868+0.3013+0.3 =687.1393(m)

设计情况 校核情况 结论：

参考《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）P31要求取设计洪水位和校核洪水位两种情况之大值 ，最后选定非溢流坝坝顶高程为687.5m 。

坝顶高程(m) 687.458 687.1393 9

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2-2 非溢流坝断面拟定（见说明书）

通过拟定非溢流坝断面，得到非溢流坝断面图如下：

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2-3 荷载及其组合

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）P16 基本荷载组合：

非溢流坝段基本荷载包括有坝体自重，相应于正常蓄水位或设计水位时的上、下游静水压力、扬压力（包括渗透压力和浮托力）、浪压力、以及淤沙压力。

溢流坝段基本荷载取正常蓄水位闸门全关情况，其中自重包括坝体上部结构和永久设备自重，其余荷载同非溢流坝段。

（二）特殊荷载组合：

非溢流坝段特殊荷载有坝体自重，相应于校核洪水位的上、下游静水压力、扬压力、浪压力、及淤沙压力。本工程溢流坝段特殊荷载不考虑地震力。

溢流坝段特殊荷载取校核洪水位闸门全开情况，需计入下游反弧段的动水压力，不计浪压力和堰顶以上的水平水压力，根据规范规定溢流面上的水压力也可不计。其余荷载同非溢流坝段。

另外一种特殊荷载情况是完建期情况，考虑该工程是电站工程，大坝在完全建成以前就开始蓄水准备发电，因此完建期情况可不校核。

2-4 非溢流坝应力及稳定计算

本说明书只列出非溢流坝的计算情况。取坝底高程为657m的断面处宽度为1m的坝段进行计算，折坡处也取1m坝长。

（一）安全系数及应力总表

根据详细计算得出坝体在基本荷载和特殊荷载的安全系数及应力总

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表。本工程选用C15,C20,C25混凝土,混凝土容许压应力分别为7500Kpa 、10000Kpa、12500Kpa，岩石地基承载能力为3000Kpa。根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005），大坝的级别为V，故本工程抗滑稳定系数为基本组合为k≥1.05，特殊组合k≥1.0。

上游坡1:0.65时荷载计算及稳定分析:

（一）荷载计算 坝基面 设计水位情况 上游水位 681.00m 下游水位 677.5m

代号 W1 W2 W3 W4 P1 P2 Q1 Q2 Q3 Pn1 Pn2 PL1 PL2 U1 U2 U3 U4 总计

荷载名称 坝体自重 坝体自重 坝体自重 廊道负重 上游水压力 下游水压力 上游水重 上游水重 下游水重 水平泥沙压力 垂真泥沙压力 浪压力 浪压力 浮托力 渗透压力 渗透压力 渗透压力 计入扬压力 计算式 (4330.5-1.233.8)324 24.35315.8332431/2 20.5230.232431/2 233324 10328.06231/2 1034.26231/2 7.5634.1310 20.534.131031/2 4.26230.6531031/2 1/2312.531023tan2(40°－20°/2） 10230.2312.531/2 7.89335.89531031/2 5.895231031/2 4.26310323.93 5.95310317.9331/2 5.9531036 17.853103631/2 12

铅直力 水平力 (KN) (KN) ↓(＋)↑(－) →(＋)←(－) 2818.56 4625.53 1008.6 -144 309.96 420.25 58.98 125 -1019.42 -533.42 -357 -535.5 6777.54 3936.82 -90.74 306.43 232.65 -173.76 4211.40 2010年水利系水工建筑物应用技术技能竞赛

上游坡1:0.65时的稳定分析:

f=0.65 设计水位:K=

f?W?P=

0.65?6777.54=1.046＜1.05

4211.35不满足规范要求，故不可取。

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上游坡1:0.7时荷载计算及稳定分析:

（表2-1） 安全系数及应力总表：（由表知本剖面满足稳定的应力要求）

稳定系数K 1.61＞1.05 1.11＞1.05 1.06＞1.0 上游边缘正应力σy″（kpa） 266.64＞0 152.77＞0 115.16＞0 43.02＞0 98.05＞0 45.85 下游边缘正应力σy″（kpa） 计入扬压不计扬压力 力 365.88＜336.78＜3000 3000 52.05＜ 7500 451.20＜464.94＜3000 3000 161.80＜ 7500 460.23＜479.51＜3000 3000 158.96＜ 7500 上游边缘主应力σ′（kpa） 416.76＜3000 152.77＜7500 300.64＜3000 43.02＜7500 288.74＜3000 45.85＜7500 断面 正常蓄水位 基本组合 设计水位 坝基面 折坡面 坝基面 折坡面 坝基面 折坡面 特殊校核水组合 位

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正常蓄水情况

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设计洪水情况

校核洪水情况

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（二）荷载计算

表（2-2） 坝基面 正常蓄水位情况 上游水位 681.0m 下游水位 657.0m

铅直力 代号 荷载名称 计算式 (kN) ↓(＋)↑(－) W1 W2 W3 W4 P1 P2 Q1 Q2 Q3 Pn1 Pn2 PL1 PL2 合计 U1 U2 U3 U4 坝体自重 坝体自重 坝体自重 廊道负重 上游水压力 下游水压力 上游水重 上游水重 水平力 (kN) →(＋)←(－) 2880 306.43 232.65 -173.76 3245.32 25.4531/2-4.1-2=6.625 25.4531/2-17.3532/3=1.158 25.4531/2-4.132/3=9.992 25.4531/2-5=7.725 2431/3=8 25.4531/2-4.131/2=10.675 25.4531/2-4.131/3=11.358 1031/3=3.333 25.4531/2-231/3=12.058 7.89331/3+24-5.895=20.736 24-5.89532/3=20.07 19.4532/3-25.4531/2=0.242 25.4531/2-631/2=9.725 25.4531/2-631/3=10.725 对计算截面中点力臂m 力矩(kN2m) (＋)(－) 18672.96 -5975.72 10077.93 -1112.4 -23040 1531.86 4773.2 -1021.33 1507.25 -4824.23 3487.36 4076.88 -141.21 -3501 -5791.5 (4330.5-1.233.8)324 2818.56 24.7857230.732431/2 5160.38 20.5230.232431/2 233324 10324231/2 3.534.1310 20.534.131031/2 1/2312.531023tan2(40°－20°/2） 10230.2312.531/2 7.89335.89531031/2 5.895231031/2 2431030.25319.4531/2 2431030.2536 2431030.753631/2 1008.6 -144 143.5 420.25 125 9532.29 -583.5 -360 -540 下游水重 水平泥沙压力 垂真泥沙压力 浪压力 浪压力 不计扬压力 浮托力 渗透压力 渗透压力 渗透压力

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总计 计入扬压力 8048.79 3245.32 -5356.83

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表(2-3) 坝基面 设计水位情况 上游水位 685.06m 下游水位 661.26m

铅直力 代号 荷载名称 计算式 (kN) ↓(＋)↑(－) W1 W2 W3 W4 P1 P2 Q1 Q2 Q3 Pn1 Pn2 PL1 PL2 合计 U1 U2 U3 U4 总计 坝体自重 (4330.5-1.233.8)324 2818.56 水平力 (kN) →(＋)←(－) 3936.82 -90.74 306.43 232.65 -173.76 4211.4 4211.4 25.4531/2-4.1-2=6.625 25.4531/2-17.3532/3=1.158 25.4531/2-4.132/3=9.992 25.4531/2-5=7.725 28.0631/3=9.353 4.2631/3=1.42 25.4531/2-4.131/2=10.675 25.4531/2-4.131/3=11.358 25.4531/2-4.2630.731/3=11.731 1031/3=3.333 25.4531/2-231/3=12.058 7.89331/3+28.06-5.895=24.796 28.06-5.89532/3=24.13 19.4532/3-25.4531/2=0.242 25.4531/2-631/2=9.725 25.4531/2-631/3=10.725 对计算截面中点力臂m 力矩(kN-m) (＋)(－) 18672.96 -5975.72 10077.93 -1112.4 -36821.08 128.85 3308.82 4773.2 -745.15 -1021.33 1507.25 -5768.79 4192.83 -8782.63 -140.03 -3471.83 -5743.24 -18137.73 坝体自重 24.7857230.732431/2 5160.38 坝体自重 廊道负重 上游水压力 下游水压力 上游水重 上游水重 下游水重 水平泥沙压力 垂真泥沙压力 浪压力 浪压力 不计扬压力 浮托力 渗透压力 渗透压力 20.5230.232431/2 233324 10328.06231/2 1034.26231/2 7.5634.1310 20.534.131031/2 4.26230.731031/2 1/2312.531023tan2(40°－20°/2） 10230.2312.531/2 7.89335.89531031/2 5.895231031/2 4.26310325.45 23.831030.25319.4531/2 23.831030.2536 1008.6 -144 309.96 420.25 63.52 125 9762.27 -1084.17 -578.64 -357 -535.5 7206.96 渗透压力 23.831030.753631/2 计入扬压力

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表(2-4) 坝基面 校核水位情况 上游水位 685.67m 下游水位 661.82m

铅直力 代号 荷载名称 计算式 (kN) 水平力 (kN) 对计算截面中点力臂m 力矩(kN2m) (＋) (－) ↓(＋) ↑(－) →(＋) ←(－) 25.4531/2-4.1-2=6.625 25.4531/2-17.3532/3=1.158 25.4531/2-4.132/3=9.992 25.4531/2-5=7.725 28.6731/3=9.557 4.8231/3=1.607 25.4531/2-4.131/2=10.675 25.4531/2-4.131/3=11.358 25.4531/2-4.8230.731/3=11.600 1031/3=3.333 25.4531/2-231/3=12.058 5.096631/3+28.67-3.9273=26.442 28.67-3.927332/3=26.052 19.4532/3-25.4531/2=0.242 25.4531/2-631/2=9.725 25.4531/2-631/3=10.725 18672.96 -5975.72 10077.93 -1112.4 -39277.74 186.67 3575.8 4773.2 -943.2 -1021.33 1507.25 -2646.32 2009.13 -10173.77 -140.32 -3479.12 -5755.36 -19548.57 W1 W2 W3 W4 P1 P2 Q1 Q2 Q3 Pn1 Pn2 PL1 PL2 合计 U1 U2 U3 U4 (4330.5-1.233.8)324 24.7857230.73243坝体自重 1/2 坝体自重 坝体自重 廊道负重 上游水压力 下游水压力 上游水重 上游水重 下游水重 水平泥沙压力 垂真泥沙压力 浪压力 浪压力 不计扬压力 浮托力 渗透压力 渗透压力 渗透压力 20.5230.232431/2 233324 10328.67231/2 1034.82231/2 8.1734.1310 20.534.131031/2 4.82230.731031/2 1/2312.531023tan2(40°－20°/2） 10230.2312.531/2 5.096633.927331031/2 3.9273231031/2 4.82310325.45 23.8531030.25319.4531/2 23.8531030.2536 23.8531030.753631/2 2818.56 5160.38 1008.6 -144 334.97 420.25 81.31 125 9805.07 -1226.69 -579.85 -357.75 -536.63 7104.15 20

4109.84 -116.16 306.43 100.08 -77.12 4323.07 4323.07 总计 计扬压力

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(三)坝基面抗滑稳定计算

坝基面抗滑稳定计算，参照《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005） P20（6.4.1-2）公式

K=

f?W?P

?W——作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分

值， kN；

?P——作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分力值，kN；

f——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数，在本工程设计中取

f=0.65 ；

K——按抗剪强度计算的抗稳定安全系数。

基本组合:

正常水位:K=设计水位: K=特殊组合:

校核水位: K=

f?W?Pf?W==

0.65?8048.79=1.61＞1.05

3245.320.65?7206.96=1.11＞1.05

4211.4?Pf?W?P=

0.65?7104.15=1.06＞1.00

4323.0721

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表(2-5) 折坡面 正常蓄水位 上游水位 681.0 披坡高程 677.5m

铅直力 代号 荷载名称 计算式 (kN) ↓(＋)↑(－) W1 W2 P1 PL1 PL2 合计 坝体自重 坝体自重 上游水压力 浪压力 浪压力 不计扬压力

水平力 (kN) →(＋)←(－) 61.25 232.65 -173.76 120.14 3.5-2=1.5 3.5-332/3=1.5 3.531/3=1.167 7.89331/3+24-5.895-20.5=0.236 20.5-(24-5.89532/3)=0.43 力矩(kN2m) 对计算截面中点力臂m (＋)(－) 843.84 -231.44 -71.48 -54.91 -74.72 411.29 (437-1.233.8)324 4.28573332431/2 1033.5231/2 7.89335.89531031/2 5.895231031/2 562.56 154.29 716.85 表(2-6) 折坡面 设计水位 上游水位 685.06 披坡高程 677.5m

铅直力 代号 荷载名称 计算式 (kN) 水平力 (kN) 对计算截面中点力臂m 力矩(kN2m) (＋)(－) 3.5-2=1.5 3.5-332/3=1.5 7.5631/3=2.55 7.89331/3+28.06-5.895-20.5=4.296 28.06-5.89532/3-20.5=3.63 843.84 -231.44 -728.71 -999.46 630.75 -485.02 ↓(＋)→(＋)↑(－) ←(－) W1 W2 P1 PL1 PL2 坝体自重 坝体自重 上游水压力 浪压力 浪压力 (437-1.233.8)324 4.28573332431/2 1037.56231/2 7.89335.89531031/2 5.895231031/2 562.56 154.29 285.77 232.65 -173.76 合计 不计扬压力 716.85 344.66

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表(2-7) 折坡面 校核水位 上游水位 685.67 披坡高程 677.5m

铅直力 代号 荷载名称 计算式 (kN) 水平力 (kN) 对计算截面中点力臂m 力矩(kN2m) (＋)(－) 3.5-2=1.5 3.5-332/3=1.5 8.1731/3=2.72 5.096631/3+28.67-3.9273-20.5=5.942 28.67-3.927332/3-20.5=5.552 843.84 -231.44 -907.77 -594.68 428.17 -461.88 ↓(＋)→(＋)↑(－) ←(－) W1 W2 P1 PL1 PL2 坝体自重 坝体自重 (437-1.233.8)324 4.28573332431/2 5.096633.927331031/2 3.9273231031/2 562.56 154.29 716.85 333.74 100.08 -77.12 356.7

上游水压力 1038.17231/2 浪压力 浪压力 合计 不计扬压力

（四）应力计算

参照《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）P18 （6.3.2）、（6.3.3）及（6.3.4）

重力坝坝基基面坝踵、坝址的垂直应力应符合下列要求

1、运用期：1）在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力小于坝基容许压应力。2）在地震荷载作用下，坝踵、直至的垂直应力应符合SL 203的要求。

2、施工期：坝址垂直应力允许有小于0.1Mpa的拉应力。 重力坝坝基截面的垂直应力应按（6.3.3）计算

?uyd?yW?M? ??TT2

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ud?,?式中：yy, —坝踵、坝址垂直应力，kPa；

?W——作用于坝段上或1m坝长全部荷载（包括扬压力）在坝基

截面上法向力的总和，kN；

?M——作用于坝段或1m坝长全部荷载对坝基截面形心轴的力矩

总和，kN2m；

T——坝段或者1m坝长的坝基截面对形心轴的惯性矩，m4

重力坝坝体应力应符合下列要求： 1 运用期：

1）坝体上游面的垂直应力不出现拉应力（及扬压力）。 2）坝体最大主应力，不应大于混凝土的允许压应力值。

3）在地震情况下，坝体上游面的应力控制标准应符合SL 203的要

求。

1．坝基面

基本组合：

1）正常蓄水位： a，坝体边缘正应力按计入与不计扬压力情况校核。 不计扬压力时：

u?yW6?M9532.296?4076.88412.32kpa?0???=±= d2?yTT2336.78kpa?3000kpa25.4525.45

计入扬压力时：

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u?y?W?6?M?8048.79?6?(?5356.83)?266.64kpa?0 ?d?yTT225.4525.452365.88kpa?3000kpa b：坝体上游边缘主应力按不计扬压力情况校核：

20?)=301.29kpa P?rH?rsbhstan(45?)=10324+12.53103tg(45°-22'2??s2

?uy=412.32kpa

u?1u??y(1?m12)?P'm12?412.32?(1?0.22)?301.29?0.22?416.76kpa?3000kpa

2)设计水位：

a：坝体边缘正应力按计入与不计扬压力情况校核.

不计扬压力时:

u?y?W?6?M?9762.27?6?(?8782.63)?302.23kpa?0 ?d?yTT225.4525.452464.94kpa?3000kpa计入扬压力时:

u?yW6?M7206.966?(?18137.73)115.16kpa?0?????? d?yTT225.4525.452451.20kpa?3000kpab：坝体上游边缘主应力按不计扬压力情况校核.

20?)=341.89kpa P?rH?rsbhstan(45?)=10328.06+12.53103tg(45°-22'2??s2

?uy=302.23kpa

2'222?1u??uy(1?m1)?Pm1?302.23?(1?0.2)?341.89?0.2?300.64kpa?3000kpa

特殊组合：

3)设计水位：a：坝体边缘正应力按计入与不计扬压力情况校核. 不计扬压力时:

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u?y?W?6?M?9805.07?6?(?10173.77)?291.02kpa?0 ?d?yTT225.4525.452479.51kpa?3000kpa计入扬压力时:

u?yW6?M7104.156?(?19548.57)98.05kpa?0? ?????d22?yTT25.4525.45460.23kpa?3000kpa

b：坝体上游边缘主应力按不计扬压力情况校核.

P'?rH?rsbhstan2(45???s)220)?347.99kPa2?

?10?28.67?12.5?10tan2(45???uy=291.02kpa

u2'222?1??u)?Pm?291.02?(1?0.2)?347.99?0.2y(1?m11?288.74kpa?3000kpa

2折坡断面 基本组合: 1)正常蓄水位：

?uydT7T2?y?1u??uy?152.77kpa?7500kpaW6?M716.856?411.29??????72152.77kpa?052.05kpa?7200kpa

2)设计水位：

u?yW6?M716.856?(?485.02)43.02kpa?0??????dT7161.80kpa?7200kpa?yT272u?1u??y?43.02kpa?7500kpa

特殊组合:

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3)校核水位：

?uydT7T2?y?1u??uy?45.85kpa?7500kpaW6?M716.856?(?461.88)??????7245.85kpa?0158.96kpa?7200kpa

(五)公式说明

1.浪压力公式(辽宁水校主编《水工建筑物》P16公式(1-10)、(1-11))

r(2h1%?hz)Lm2r(Lm?2h1%?hz)LmrLm2Ml?y1?y222 1y1?H1?Lm?(Lm?2h1%?hz)32y2?H1?Lm3PL?式中 PL——浪压力合力，kN；

Ml——PL对坝底中点的力矩，m；

H1——坝前水深，m；

hz、h1%、Lm——波浪要素，见本章第一节。

2．泥沙压力公式《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2005）P66（B.2）

???1Psk?rsbhs2tan?45??s?

22??式中 Psk——淤沙压力值，kN/m；

?sb——淤沙浮重度，kN/m3;

hs—— 坝前淤泥沙的淤积厚度，m；

?——泥沙内摩擦角；

3. 抗滑稳定公式《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2005）P20（6.4.1—２）

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K?f?W ?P式中 K——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；

f——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数；

?W——作用于坝体上全部荷载对滑动平面的法向分值（包括扬

压力）对滑动平面的法向分值，kN;

?P——作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值（包括扬

压力）, kN。

4．水平截面上的边缘正应力公式《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2005）P77式（C.1.1）

?yu?W?M??2?ydTT式中

?W——作用于坝体上全部荷载对滑动平面的法向分值（包括扬

压力），kN；

?M——计算截面以上有作用对计算面中点的力矩代数和（包

括或不包括扬压力），kN2m；

T——坝体计算截面的水平宽度，m；

?yu，?yd——分别为坝体上下游边缘正应力，kpa。

5．坝体边缘主应力公式《混凝土重力坝设计规范》P78式（C.4.1—1）

u??u(1?m2)?P'm2 ?1y11u式中 ?1——坝体上游边缘主应力，kpa；

?uy——坝体上游边缘正应力，kpa；

m1——计算截面处，上游坝面坡率，本设计为m=0.3；

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P'——计算截面处上游坝面水压力强度，kpa（如有泥沙压力也

应计算在内）。

2-5 非溢流坝断面优化（见说明书）

第三章 溢流坝断面设计

3-1 溢流坝坝型选择（见说明书）

3-2 堰顶高程与孔口尺寸的确定

堰顶高程的确定

1）溢流孔口

当大坝通过P=1%校核洪水时下泄流量Qmax=406.06m3/s，参照《水利水电工程建筑物》（黄河水利出版社） P32，由国内外工程实践得知：软弱基岩常取q=20～50m3/（s.m）。由于坝址下游基岩较软弱，单宽流量可适当取小，本设计采用溢流单宽流量q=40m3/s，则所需溢流总宽为:

B?Qmax406.06??10.1515m q40根据大中型混凝土坝闸孔一般采用宽度b=8～16m,闸孔数目最好为奇数的要求。由于此工程规模较小，考虑到下泄流量较小，本设计采用闸孔宽b=5m,分两孔n=2。

2）初步拟定堰顶高程

按两种不同情况分别计算，参考《水力学》第二版 P216：

2Q H0?()3 ?mB2g式中：Q——闸口出流量，m3/s ；

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?——侧收缩系数，本次设计?=0.95；

m——流量系数，本次设计m=0.48； B——溢流宽度，m；

g——重力加速度，9.81 m/s2 ；

H0——堰顶水头，m ； 表（3-1） 工况 校核情况 设计情况 正常情况 上游水位z1 （m） 685.67 685.06 681 堰顶水深下泄流量Q (m3/s) 406.06 317.22 堰顶高程z1—H0 (m) 678.348 678.85 H0（m） 7.322 6.21 3)最后选定堰顶高程

堰顶高程定得高一些比较经济，但必须通过最大洪水校核。

方案1: 取堰顶高程为679m

H=685.67-679=6.67m

定型设计水头Hd取6m(最大水头H的89.955%)

H6.67??1.1116， Hd6参考《水力学》第二版P207查得

m?1.00125，故m=1.0012530.48 =0.4806 md由

H6.67H。 ??1.334?1,取?1.0（其中b为闸口宽度）

b5b参考《水力学》第二版P208，根据边墩与闸墩形状，得闸墩头部形状

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系数ka?0.25,边墩形状系数kp?0.4。

参考《水力学》第二版P206 侧收缩系数公式????1?0.2?k?(n?1)kap??H0 nb式中：Ka——闸墩头部形状系数； Kp ——边墩形状系数； n ——溢流孔数，本设计n=2； b——每孔的净宽，m； H0 ——堰顶水头，m； 代入得??1?0.2?ka?(n?1)kp????H01?1?0.2??0.25?(2?1)?0.4???0.935 ??2nb参考《水力学》第二版P202

泄水能力公式 Q??mB2gH1.5 式中：?——侧收缩系数； m——流量系数； B——溢流宽度；m； H——堰顶水头，m；

Q——泄水流量，m3/s；

Q??mB2gH1.5?0.4806?0.935?10.1515?19.6?6.671.5?354.956(m3/s) ＜Qmax=406.06(m3/s)

不满足要求，即当堰顶高程为679m时，只能过329.28(m3/s)，不能通过最大Qmax，故堰顶高程不能满足要求。

方案2：取堰顶高程为678m

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H=685.67-678.=7.67

定型设计水头Hd取6m (最大水头H的78.67%)

H7.76??1.278 Hd6参考《水力学》第二版P207 查得由

m?1.049，故m=1.04930.48 =0.50352

mdH7.67H??1.534?1,取?1.0（其中b为闸口净宽） b5b参考《水力学》第二版P208，根据边墩与闸墩形状，得闸墩头部形状系数ka?0.25,边墩形状系数kp?0.4。

?得 ??1?0.?2ka?n(?k1p)???H?0.93 5nbQ??mB2gH1.5?0.50352?0.935?10.1515?19.6?7.671.5?449.45(m3/s) ＞Qmax406.06(m3/s)，

满足要求，即当堰顶高程为678m时，能过449.45(m3/s)，更能通过最大Qmax，故堰顶高程能满足要求。用最后选定堰顶高程为678m。

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3-3 溢流坝断面尺寸确定与消能方式

(一)定型设计水头Hd校核

Hd6??0.78;故最大负压值为0.4Hd=0.436=2.4小于校核洪水时

Hmax7.67《规范SL319-2005》规定的最大负压值6m，满足要求。

正常蓄水位时

Hd7??2.33，负压值为0.1Hd=0.7根据《规范Hmax681?678SL319-2005》规定，正常水位时可容许有不大负压值。

（二）堰面曲线

1）参考《混凝土重力坝设计规范》（SL/319-2005）P49 溢流堰头部采用椭圆方程为：

14bHd?Y???22?aHd??bHd?X22?1

式中：aHd、bHd——椭圆曲线的长半轴和短半轴

当P1/Hd?2时a?0.28~0.30,a/b?0.87?3a 当P1/Hd?2时，a?0.215~0.28,b?0.127~0.163, 当P1/Hd取值最小时，a与b相应取最小值

P1——堰顶高度，ｍ

Hd——堰面曲线的定性水头，ｍ 因此,P1/Hd=21/6=3.5＞２ 在本工程设计中，取a=0.3 由?ba0.31得b??0.1695

0.87?3a0.87?0.9故 aHd=0.336=1.8m bHd=0.169536=1.017m

(1.017?y)2?1 则方程为：2?1.81.0172

?233

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以高程678m，距上游面1.8m，处为坐标原点则有：

（表3-2）

X（m） Y（m） 0 0 0.5 0.04 1 0.1714 1.3 0.314 1.5 0.455 1.6 0.551 1.7 0.683 1.8 1.017 2)头部原点与溢流曲线原点间取0.1ｍ的直线段 3）参考《混凝土重力坝设计规范》（SL/319-2005）P49 溢流曲线采用幂曲线方程为：?n?kHdn?1y Hd——堰面曲线的定性水头，ｍ

x,y——与原点下游堰面曲线横纵坐标，ｍ n——与上游堰坡有关的指数，

k——当P1/Hd＞1.0时，k值查《混凝土重力坝设计规范》（SL/319-2005）表（Ａ.1.1）；当P1/Hd?1.0时，取k=2.0~2.2，

参考规范要求，，由于P（Ａ.1.1）得k=2 n=1.85 1/Hd=21/6=3.5＞1查表 导入原方程得 ?1.85?2?60.85y

x1.85解得 y?

9.17取高程678m，距上游面1.9m为原点，X轴指向下游则

（表3-3） X（m） Y（m） X（m） 0 0 9 1 0.109 10 7.189 2 0.393 11 9.207 3 4 5 2.141 14 14.384 6 3 7 3.99 8 5.108 0.832 1.417 12 10.815 13 12.541 Y（m） 6.352

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(三)上、下游边坡

上游边坡与非溢流坝段统一采用m1=0.2，折坡高程为672m，下游边坡直线段的m2=0.7，其斜率y'?1?1.4286 0.71.850.85对溢流曲线取一阶导数 y'?x

9.17解上面联立方程，即可得溢流曲线与直线段交点为M（10，7.72）高程为 678-7.72=670.28m

（四）挑流角

挑流角以较大，则挑距远，有利，但容易出现在小流量时挑不出去的现象。挑流角太小，则挑距近，对大坝稳定不利。因此，一般采用挑角20°~30°，本工程采用25°

（五）直线段和反弧段切点D和反弧圆心坐标的确定。 参考《水工建筑物设计示例与习题》P37

根据鼻坎高于下游水位1.5m左右的要求，确定鼻坎高程为?k?663.50m，挑角由工程类比经验成果取得?2?25?,根椐非溢流坝段下游坡度算得

?1?55?0'28''，下游水位河床高程657.0m，以1%洪水为控制情况，上游水位为685.67m，下游水位为661.82m。

??1.1?2gS，闸墩厚d=1.5m，n=2孔，b=12m，则

qk?Q406.06??35.31m3/(s?m)

nb?(n?1)d10?1.5反弧半径的确定。经试算拟定R=8m，此时反弧最低点高程为

???k?Rcos?2?R?663.50?8cos25??8?662.50m

S=上游水位－反弧最低点高程=685.67－662.5=23.17m

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