重力坝
一、重力坝的工作原理及其特点 1、工作原理
①利用自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定②利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉应力 2、工作特点
①断面尺寸大，抵抗渗漏、漫顶破坏的能力强，在各种坝型中失事率最低②对地形地质条件适应性强③泄流问题容易解决④施工导流容易解决⑤体积大便于机械化施工⑥结构作用明确⑦由于体积大，材料强度不能充分利用⑧底部扬压力大，对稳定不利⑨由于体积大，水化热不易散发，温控要求高 二、重力坝的型式
按作用分 非溢流重力坝 溢流重力坝 按建筑材料分 混凝土重力坝 碾压混凝土重力坝 浆砌石重力坝
按内部结构分 实体重力坝 宽缝重力坝 空腹重力坝
三、重力坝设计的主要内容 1、总体布置: 坝轴线 组成建筑物的位置 2、剖面设计 3、稳定分析 4、应力分析 5、构造设计 6、地基处理
7、溢流坝或泄水孔设计 8、监测设计
扬压力(含坝基和坝体内扬压力) *坝基扬压力:
坝基扬压力包括两局部 ①下游水深引起的浮托力；②由水头差引起的渗透压力.
渗透压力从上游向下游逐渐消减，其变化呈抛物线分布。扬压力对坝体稳定不利. 见图2.4 为减小扬压力需采取工程措施： 设帷幕. 设排水. 地震荷载
地震荷载包括:地震惯性力
地震动水压力(激荡力) 地震动土压力
( 地震对扬压力、泥沙压力的影响一般不考虑) 计算方法：动力法
一般用拟静力法计算:F=ma, a为坝址处的地震加速度.
地震烈度：(表示地震时在一定地点的地面震动的强烈程度，分0～12度)
地震荷载的大小与建筑物所在地区的烈度有关，烈度又分基本烈度和设计烈度两种.
基本烈度系指建筑物所在地区今后一定时期(一般指100年左右)内可能遭遇的地震最大烈度。 设计烈度
二、荷载(作用)组合 1、基本概念
除自重外，作用在重力坝上的荷载和如下特点： 时大时小、时有时无、此出彼没。 2、荷载组合
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定义：将可能作用在建筑物上的所有荷载按出现的时间(机率)是否相同进行分组，然后将各组荷载分别作用在所设计的建筑物上，研究建筑物的稳定和强度，并给以不同的平安系数。这种分组的方法即为荷载组合。
荷载(作用)组合分类
结构设计时需对不同的作用进行组合即分基本组合和偶然组合 基本组合：
可能同时出现永久作用和可变作用的组合。分 长期组合: 持久发生(持久状态)如正常挡水位 短期组合: 短暂发生(短暂状态)如设计洪水位
偶然组合：基本组合与一种偶然作用同时出现的组合。
第三节 重力坝的稳定分析
重力坝主要是依靠自重维持稳定，其可能出现的破坏型式(见图2.9)： 滑动：坝体沿抗剪能力缺乏的薄弱而产生滑动。 倾复：抗倾力矩小于倾复力矩.下游地基差易出现 . 计算假定
1、河床坝段作为平面问题处理，岸坡坝段按空间问题处理； 2、略去横缝作用，以单宽计；
3、假定为一根固结于基础上的变截面悬臂梁 稳定分析
目的: 验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定平安度. 一)沿坝基面的抗滑稳定分析
假定坝体与坝基的连接有三种物理模式:“触接”、“粘接”、“咬接”. 简单接触----摩擦公式
认为坝底光滑，坝基光滑，坝直接放置在基岩上----“触接” 故当滑动面为水平面时,抗滑稳定计算公式：
2、抗剪断公式
假定坝体与坝基之间涂有一层砂浆----“粘接” 计算时考虑粘结力的作用，故抗剪断公式为:
计算时考虑粘结力的作用，故抗剪断公式为:
3、剪摩公式
假定坝体坝基之间凸凹不平，相互咬合在一起，计算时考虑纯剪强度 说明:
1、上述三个抗滑稳定计算公式是在不同的假定前提下得到的
摩擦公式： 形式简单，概念明确，计算方便，多年来积累了丰富的经验，公式中不考虑粘结力与实际不符，(平安裕度含在假定中，k=1.0并不意味着处于临界状态；)
剪摩公式：考虑抗滑力时，人为地把阻滑力看作为摩擦力与抗剪能力之和，己挖掘了维持稳定的所有潜力。因而要求的平安系数较大，在美、日等国家用得较多。
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抗剪断公式：物理概念明确，也较符合实际，是近年来开展的趋势，《标准》也推荐采用，应注意抗剪断参数的选用。
2、对摩擦公式和抗剪断公式的讨论
摩擦公式忽略了坝体与基岩的胶结作用，不能完全反映实际工作状态，由于不考虑C的作用，因此K取的较小。
抗剪断强度公式考虑了坝体与基岩的胶结作用，计算了全部抗滑潜力，比较符合坝的实际工作状态，物理概念明确。但C‘现场测值不稳，因此K’取值较大. (四)、增稳措施 1°利用水重；
2°将坝基开挖成向上游倾斜的斜面(一般不这样做)；
3°当节理面倾向下游时，在坝踵下设齿墙，增加滑动体重量也增大抗力； 4°设排水系统减小扬压力；
5°加固地基(如进行固结灌浆提高强度参数)； 6°予应力锚固；
第四节 重力坝的应力分析
一、应力分析的目的和方法 1、目的
1°了解坝体内的应力分布情况，检验大坝在施工期和运行期是否满足强度要求； 2°为布置坝身材料(如混凝土分区)提供依据；
3°为特殊部位的配筋提供依据，如孔口、廊道等部位的配筋； 4°为改进结构型式和科学研究提供依据； 2、分析方法: 模型试验法和理论计算法 ①模型试验法
光测方法如：偏振光弹性试验, 激光全息试验, 脆性材料电测法 ②理论计算法
1°材料力学法(重力法)
这是一种历史悠久、应用最广、最简便的方法。它不考虑地基变形的影响，假定： σy呈直线分布；
σx呈三次抛物线分布； τ呈二次抛物线分布；
评价：该法有长期的实践经验，目前我国重力坝设计标准中的强度标准就是以该法为基础的。
2°弹性理论解析法
该法的力学模型和数学解法均很严密，但前只有少数边界条件简单的典型结构才有解答。 评价：可用于验证其他方法的精确性，有重要价值。 3°弹性理论差分法
该法力学模型严密，在数学解法上采用差分格式，是一种近似的方法。 评价：要求方形网格，对复杂边界适应性差。 4°弹性理论的有限单元法
与差分法相反，该法力学模型是近似的，数学解法是精确的，网格可采用三角形单元、四边形单元或两者的组合。见图2.14
评价：可处理复杂的边界条件，随着计算机的开展，单元可划分得很细以模拟各种边界。目前大型或重要的工程都需用该法计算，以了解坝体各部位的应力状态。
二、材料力学法, 1、基本假定
①坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性体 ②将坝体简化为固结在地基上的变截面悬臂梁；
③不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力； ④σy呈直线分布；
第五节 重力坝的剖面设计
一、设计原则
1、满足稳定和强度要求；
2、尽可能节省工程量，使剖面尺寸最小； 3、外部形状简单，便于施工； 4、运行管理方便； 二、基本剖面
定义：基本剖面是指坝体在自重、库水压力和扬压力三个主要荷载作用下，满足稳定和应力要求并使其剖面最小的三角形剖面。见图2.24. 三、实用剖面
从理论上讲，基本剖面虽然经济的，但不实用. 因为 ：
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水工建筑物讲义
