§1.1水利水電工程建設(shè)對(duì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的影響水資源水利建設(shè)水利建設(shè)對(duì)環(huán)境的影響

第一章緒論*水是一種重要的資源生命和工農(nóng)業(yè)生長(zhǎng)必需的物質(zhì)

航運(yùn)交通和水產(chǎn)事業(yè)必要的介質(zhì)

是一種可利用的和可再生的重要能源改善環(huán)境和發(fā)展旅游事業(yè)的必要條件

*水資源分布情況

地球上的總水量很大，但是時(shí)空分布極不均勻

地球總水量：約為13.86×108億m3，但是大部分為海水，淡水僅占2.5%全球年徑流量：4.7×105億m3，人均為9000m3/年，分布不均

*最大的世界性問題

──水匱乏

世界銀行最新提供的報(bào)告警告：世界上近40%的人口難保有足夠的潔凈用水。

水資源已經(jīng)到了嚴(yán)重不足的階段。一些環(huán)境和資源學(xué)家也指出，不遠(yuǎn)的將來，水缺乏將成為地球環(huán)境方面最大的難題。*水資源分布情況我國(guó)的情況

河流流域超過1000Km2的大河流有1598條年徑流總量約為2.78×104億m3，人均為全球的1/4

*水資源分布情況我國(guó)的情況不同地區(qū)，南方一日雨量可遠(yuǎn)超過西北全年的降水量。同一地區(qū)，一次暴雨可超過多年的年均降水量，從而導(dǎo)致我國(guó)各地歷史上洪、澇、旱災(zāi)頻繁發(fā)生。

*我國(guó)水能資源豐富

如果說我國(guó)水的人均擁有量不算多的話，而由于從青藏高原到海平面之間的巨大落差，我國(guó)可用于發(fā)電的水能資源卻十分豐富。全國(guó)水能理論蘊(yùn)藏量達(dá)6.8×108KW，可開發(fā)的為3.78×108KW，年發(fā)電量可達(dá)19100×108KW·h以上，均居世界之首。

返回*水利建設(shè)—

遠(yuǎn)古時(shí)期

遠(yuǎn)古以來，我國(guó)人民為治理水患、開發(fā)水利，進(jìn)行過長(zhǎng)期的英勇斗爭(zhēng)，取得了光輝的業(yè)績(jī)。

李冰主持修建的岷江都江堰分洪灌溉工程，一直是成都平原農(nóng)業(yè)穩(wěn)定高產(chǎn)的保證，堪稱中華民族的驕傲之一。

*都江堰*封建統(tǒng)治時(shí)期

封建統(tǒng)治，人民群眾的力量與智慧受到壓抑，生產(chǎn)力低下，科學(xué)技術(shù)落后，水利設(shè)施失修，災(zāi)患頻繁，水利事業(yè)處于停滯狀態(tài)。

1928年，遍及全國(guó)的旱災(zāi)，災(zāi)民人數(shù)為當(dāng)時(shí)全國(guó)人口的1/41931、1933、1935、1939年，江、淮、黃、漢以及海河的洪災(zāi)，也使人民生命財(cái)產(chǎn)蒙受了巨大損失。

*共和國(guó)成立后

中華人民共和國(guó)成立后，我國(guó)的水利建設(shè)才有了較大的發(fā)展。

整修和興建了約26萬Km的堤防疏浚整治了排水河道，開辟了海河和淮河的排洪通道興建86000多座水庫，面積10000畝以上的灌區(qū)有2500多處水電裝機(jī)從1949年的16.3萬KW發(fā)展到6000萬KW*共和國(guó)成立后（續(xù)）

中華人民共和國(guó)成立后，我國(guó)的水利建設(shè)才有了較大的發(fā)展。灌溉面積從2.4億畝上升到7億畝以上3.4億畝易澇耕地，2/3得到初步的治理，1.1億畝鹽堿地，1/2得到改良城市、工業(yè)供水及農(nóng)牧區(qū)人、畜飲水提供了相當(dāng)數(shù)量的水源為工農(nóng)業(yè)生長(zhǎng)和人民生活提供了電能*現(xiàn)狀與理想的差距我國(guó)大江大河的防洪還沒有真正的解決我國(guó)農(nóng)業(yè)目前仍在很大程度上受制于自然地理和氣候條件工業(yè)和城市用水增長(zhǎng)速度快，一些沿海城市已經(jīng)出現(xiàn)淡水供應(yīng)困難，水源緊缺將日益成為限制我國(guó)生長(zhǎng)和生活提高的重大障礙瓶頸。水能資源的開發(fā)比例相當(dāng)?shù)汀?/p>

*壩工建設(shè)情況

標(biāo)志性工程:

50年代的新安江水電站，混凝土寬縫重力壩，壩高102m60年代的劉家峽，混凝土重力壩，強(qiáng)震區(qū)，壩高147m70年代，烏江渡重力拱壩，石灰?guī)r巖溶區(qū)，壩高165m80年代，葛洲壩工程，大江截流流量達(dá)4400～4800m3/s*壩工建設(shè)情況（續(xù)）90年代，三峽工程，世界第一（庫容、發(fā)電量、混凝土工程量、船閘等)；二灘拱壩，第一個(gè)國(guó)際招標(biāo)，我國(guó)最高拱壩；小浪底，第一個(gè)引進(jìn)外資，出現(xiàn)洋工仔.*壩工建設(shè)情況（續(xù)）我國(guó)的大壩統(tǒng)計(jì)資料：（99年統(tǒng)計(jì)資料）壩高座數(shù)15～30m17526座>30m4578座>100m32座運(yùn)行（99年底）*壩工建設(shè)情況（續(xù)）大壩數(shù)量統(tǒng)計(jì)（ICOLD)*我國(guó)總庫容

20億立方米以上的水庫

（具體數(shù)據(jù)列表）返回**back*水利建設(shè)對(duì)環(huán)境的影響

一條河流、一個(gè)河段及其周圍地區(qū)在天然狀態(tài)下，一般處于某種相對(duì)平衡狀態(tài)。水利工程的建設(shè)會(huì)破壞原來的平衡，特別是具有高壩大庫的水利樞紐的建成運(yùn)行，對(duì)周圍的自然和社會(huì)環(huán)境都將產(chǎn)生重大的影響。其中包括：物理影響生態(tài)影響*物理影響上游：水庫水深加大，流速降低，泥沙淤積，庫容減少。庫岸由于水的滲入，原來穩(wěn)定的巖石邊坡失穩(wěn)破壞。(實(shí)例)下游：水庫的“沉沙池”作用，使過壩調(diào)節(jié)下放的水流成為“清水”，懸移質(zhì)以及沉沙少，沖刷能力加大，下游河床被刷深，可能影響河勢(shì)。小氣候的變化：霧天增多，誘發(fā)地震返回*瓦依昂(Vajont)拱壩*瓦依昂拱壩上游大滑坡

意大利的瓦依昂（Vajont）拱壩，1963年10月9日上游大滑坡，造成150m高涌浪翻越壩頂，沖毀下游村鎮(zhèn)，死亡2000人。

壩高262m，當(dāng)時(shí)世界最高

滑坡體長(zhǎng)1.8Km，寬1.6Km，體積達(dá)2.7億m3水庫在30～45s內(nèi)幾乎被滑沖材料填沒整個(gè)失事過程歷時(shí)僅7min*back*生態(tài)影響

回游魚類產(chǎn)生障礙：中華鱘水溫變化不一定適合作物生長(zhǎng)

瘧蚊等的媒介物有可能有利于生存、傳播，增加疾病傳染性

庫水化學(xué)成分改變，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃集，導(dǎo)致水的異怪或缺氧，對(duì)生物的生長(zhǎng)帶來了不利影響。

*生態(tài)影響（續(xù)）

DamorDamn?–WCD(WorldCommissiononDams)SeeReference:

“DamsandDisease”byWilliamJobin,E&FNSPON,1998*幾個(gè)水庫失事的實(shí)例*溝后水庫沙礫石面板壩

失事實(shí)錄壩體潰口（下游視圖）*溝后水庫沙礫石面板壩

失事實(shí)錄（續(xù)）壩體潰口（上游視圖）*板橋水庫失事758大洪水10多萬人死亡失事原因啟示：與自然和諧共處——資源水利*梅花拱壩失事*本節(jié)完*水利樞紐水工建筑物分類水工建筑物的特點(diǎn)水利樞紐分等與水工建筑物的分級(jí)

§1.2水工建筑物的分類分級(jí)*水利樞紐(Hydro-junction)

為了綜合運(yùn)用水利資源，達(dá)到防洪、灌溉、發(fā)電、給水、航運(yùn)等目的，需要修建幾種不同類型的水工建筑物，例如，擋水、泄水、輸水或其他專門的水工建筑物，以控制和支配水流，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)的需要，這些建筑物稱為水工建筑物，水工建筑物的綜合體叫做水利樞紐。

三峽、龍羊峽及小浪底水利樞紐圖*三峽大壩建成后全景***二灘水電站樞紐布置圖*二灘水電站樞紐*小浪底水利樞紐位置圖*返回*水工建筑物分類-按其功用可劃分

擋水建筑物

(water-retainingstructures)：攔截或者約束水流，并可以承受一定水頭作用的建筑物，如壩(dams)、閘(gates)、堤(dikes)

泄水建筑物

(water-releasingstructures)：排泄水庫、湖泊、河渠等多余水量，以保證讓擋水建筑物和其他建筑物安全，或者在必要時(shí)降低庫水位乃至放空水庫而設(shè)置的建筑物，如溢流壩、溢洪道、泄洪洞等。

*輸水建筑物(water-conveyingstructures)

：為灌溉、發(fā)電、城市或者工業(yè)給水等需要，將水自水源或某處送至另一處或用戶的建筑物。如引水隧洞、引水涵管、渠道、灌槽、倒虹吸管、輸水涵洞等。

水工建筑物分類-按其功用可劃分（續(xù)）

取水建筑物(intakestructures)：輸水建筑物的首部建筑，如進(jìn)水閘、揚(yáng)水站等。*整治建筑物(trainingorcontrolworks)：用以整治河道，改善河道的水流條件，如丁壩、順壩、導(dǎo)流堤、護(hù)岸等。

專門建筑物(special-purposehydraulicstructures)：專門為灌溉、發(fā)電、治水、航運(yùn)等用的建筑物，如電站廠房、船閘、升船機(jī)、魚道、伐道。

水工建筑物分類-按其功用可劃分（續(xù)）

*水工建筑物分類（續(xù)）其他分類方法：

按建筑材料：土石壩、混凝土壩、漿砌石壩、鋼筋混凝土壩，木壩等按構(gòu)造特點(diǎn)：重力壩、拱壩、支敦壩等按是否泄水：溢流壩和非溢流壩等返回*水工建筑物的特點(diǎn)

工作條件復(fù)雜性。由于水的作用造成：靜水壓、揚(yáng)水壓、滲水作用、泄水沖刷等。設(shè)計(jì)選型獨(dú)特性。按當(dāng)?shù)氐匦?、地質(zhì)條件設(shè)計(jì)，因此找不到兩個(gè)完全相同的壩。施工建造的艱巨性。除自然環(huán)境條件外，尚有水的作用，要解決導(dǎo)流問題，施工進(jìn)度與洪水“賽跑”問題。失事后果的嚴(yán)重性。失事后，水頭急泄、人民財(cái)產(chǎn)損壞嚴(yán)重。

返回*水利樞紐分等與水工建筑物的分級(jí)

根據(jù)《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（山區(qū)、丘陵區(qū)部分）SDJ12-78

水利樞紐分等：五等水工建筑物分級(jí)：五級(jí)

其中，建筑物的級(jí)別取決于工程的等別。不同級(jí)別的水工建筑物的不同要求主要體現(xiàn)在：抗泄洪的能力；強(qiáng)度和穩(wěn)定性；建筑材料；運(yùn)行可靠性。*水利樞紐的分等指標(biāo)注：1總庫容系指校核洪水位以下的水庫庫容

2分等指標(biāo)中有關(guān)防洪、灌溉兩項(xiàng)系指防洪工程系統(tǒng)中的重要骨干工程back*水工建筑物級(jí)別的劃分注：1、永久建筑物：指樞紐工程運(yùn)行期間使用的建筑物，根據(jù)其重要性劃分為：主要建筑物：系指失事后將造成下游災(zāi)害或嚴(yán)重影響工程效益的建筑物。例如：壩、泄洪建筑物、輸水建筑物及電站廠房等；次要建筑物：指失事后不致造成下游災(zāi)害或工程效益影響不大并易于修復(fù)的建筑物。例如：失事后不影響主要建筑物和設(shè)備運(yùn)行的擋土墻、導(dǎo)流墻、工作橋及護(hù)岸等；2、臨時(shí)性建筑物：指樞紐工程施工期間所使用的建筑物，例如，導(dǎo)流建筑物。back*第二章重力壩重力壩的荷載及其組合

重力壩的斷面設(shè)計(jì)

重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的應(yīng)力分析

重力壩的材料、分區(qū)、分縫及構(gòu)造

重力壩的基礎(chǔ)處理

泄水重力壩其它型式重力壩Chapter2ConcreteGravityDams重力壩的工作原理重力壩的特點(diǎn)重力壩的設(shè)計(jì)內(nèi)容重力壩的建設(shè)概況

§2.1重力壩的特點(diǎn)一、重力壩的工作原理

重力壩是用漿砌石(groutedrubble)或者混凝土(concrete)材料建筑而成的擋水建筑物，其剖面一般做成上游面近于垂直的三角形斷面，主要依靠壩體的重量，在壩體和地基的接觸面產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度或者摩擦力，來抵抗水庫的水平推力，以達(dá)到穩(wěn)定的要求；同時(shí)，也依靠壩體的自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力，來抵消由于水壓力所引起的壩體上游側(cè)的拉應(yīng)力，以滿足壩身強(qiáng)度的要求。

世界上最高的重力壩是1962年瑞士的大狄克桑斯(TheGrandeDixence)重力壩，高284m。世界上最高的重力壩返回二、重力壩的特點(diǎn)--優(yōu)點(diǎn)對(duì)地形(topography)、地質(zhì)(Geology)條件的適應(yīng)性強(qiáng)。任何形狀的河谷都可以修建重力壩，中低壩的地應(yīng)力不高，對(duì)地質(zhì)條件要求較拱壩低，甚至沙礫石地基上也能夠修建高度不大的重力壩。

樞紐泄洪(flood-releasing)問題容易解決。重力壩可以做成溢流，壩內(nèi)不同高度的泄水孔，不需另設(shè)溢洪洞或泄水隧洞。

重力壩的特點(diǎn)—優(yōu)點(diǎn)（續(xù)）便于施工導(dǎo)流(constructiondiversion)。在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，不需另設(shè)導(dǎo)流洞。安全可靠。剖面大且應(yīng)力低，筑壩材料強(qiáng)度高、耐久性好，抵抗洪水漫頂、滲漏、地震和戰(zhàn)爭(zhēng)破壞的能力都比較強(qiáng)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在各種壩型中，重力壩的失事率是較低的。重力壩的特點(diǎn)—優(yōu)點(diǎn)（續(xù)）施工方便。大體積混凝土，可采用機(jī)械化施工，放樣、立模、澆筑都比較方便，補(bǔ)強(qiáng)、維護(hù)和擴(kuò)建也比較方便。

結(jié)構(gòu)作用明確。重力壩沿壩沿壩軸線用橫縫分成若干壩段，各壩段獨(dú)立工作，結(jié)構(gòu)作用明確，穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算都比較簡(jiǎn)單。

可采用塊石筑壩。用漿砌石本身做材料筑壩，也可在混凝土加入塊石，以節(jié)省水泥。

重力壩的特點(diǎn)—缺點(diǎn)剖面尺寸大，材料用量多。因?yàn)榉€(wěn)定靠重力。中低型重力壩的應(yīng)力較低，混凝土材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮。壩體與地基的接觸面大，揚(yáng)壓力大，對(duì)穩(wěn)定不利。壩體體積大，溫度應(yīng)力嚴(yán)重，需采取溫控措施。返回三、重力壩的設(shè)計(jì)內(nèi)容

剖面(profile)設(shè)計(jì)——先設(shè)后計(jì)、確定斷面。穩(wěn)定(slidingstability)分析——壩、基面、地基中軟弱面抗滑穩(wěn)定。應(yīng)力分析(stressanalysis)——應(yīng)力滿足壩體與壩基的強(qiáng)度要求。構(gòu)造設(shè)計(jì)——細(xì)部構(gòu)造：壩頂、廊道、排水、分縫等。地基(foundation)處理——地基的防滲：排水、斷層軟弱帶處理等。溢流(overfolw)重力壩和泄水孔的設(shè)計(jì)——堰頂高程、孔口尺寸、體形及消能、防護(hù)設(shè)計(jì)。監(jiān)測(cè)(monitoring)設(shè)計(jì)——壩體內(nèi)部和外部的觀測(cè)設(shè)計(jì)。重力壩的設(shè)計(jì)內(nèi)容(續(xù))

返回四、重力壩的建設(shè)情況歷史上最早的重力壩—公元前2900年古埃及在尼羅河上建造的一座高15m、頂長(zhǎng)240m的擋水壩19世紀(jì)以前建造的重力壩，基本上都采用漿砌毛石，19世紀(jì)后期才逐漸采用混凝土重力壩的建設(shè)情況(續(xù)1)

壩工設(shè)計(jì)理論是在筑壩實(shí)踐中不斷發(fā)展起來的:1853年到1890年法國(guó)工程師提出了壩體應(yīng)力分析的材料力學(xué)方法和彈性理論方法。19世紀(jì)末期認(rèn)為作用于壩體的揚(yáng)壓力對(duì)壩體有不利影響，便在靠近上游面的壩體內(nèi)設(shè)置排水管幕，以消減揚(yáng)壓力。重力壩的建設(shè)情況(續(xù)2)20世紀(jì)的發(fā)展:

進(jìn)入20世紀(jì)后，筑壩材料由漿砌毛石、塊石發(fā)展到混凝土

1962年瑞士建成了世界上最高的大狄克桑斯重力壩，壩高達(dá)284m

從20世紀(jì)60年代開始，由于土石壩建設(shè)的迅速發(fā)展，使重力壩在壩工建設(shè)中所占的比重有所下降。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，碾壓混凝土技術(shù)開始運(yùn)用于重力壩建設(shè)，使重力壩所占比重又有所回升。重力壩的建設(shè)情況(續(xù)3)我國(guó)的發(fā)展從1949～1985年，在已建成的壩高30m以上的113座混凝土壩中，重力壩達(dá)58座，占總數(shù)的51％

50年代:新安江、古田一級(jí)

60年代:丹江口、劉家峽、三門峽

70年代:黃龍灘、龔嘴重力壩

80年代:烏江渡、潘家口

90年代:萬家寨、三峽重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范(DesignCriteria)1、中華人民共和國(guó)水利電力部，《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SDJ21-78),1978年；2、中華人民共和國(guó)水利電力部，《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范SDJ21-78的補(bǔ)充規(guī)定》,（84）水電水規(guī)字第131號(hào)，1984年；3、中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL5108-1999),1999年。本節(jié)完重力壩的荷載(Loads)荷載組合(LoadCombination)

§2.2荷載及其組合

*重力壩的荷載（擋水壩段的主要荷載）Seismicload重力壩的荷載壩體及其上永久設(shè)備的自重上下游面上的靜水壓力溢流壩反弧段上的動(dòng)水壓力揚(yáng)壓力泥沙壓力浪壓力冰壓力地震荷載溫度荷載壩體及其上永久設(shè)備的自重(Self-weight)

混凝土的容重，在初設(shè)可采用2.35～2.4T/m3（23.5～24KN/m3）。施工詳圖階段應(yīng)由混凝土試驗(yàn)決定。back水壓力--靜水壓力(HydrostaticPressure)

按水力學(xué)原理計(jì)算，如圖：

back水壓力—泄水動(dòng)水壓力(hydrodynamicpressure)

如圖，溢流堰ab段，一般有很小正或者負(fù)水壓力，bc段水壓力也很小，都可以忽略不計(jì)，只計(jì)算反弧段cd上的動(dòng)水壓力。

back揚(yáng)壓力(upliftpressure)

混凝土內(nèi)存在空隙，壩基巖石本身空隙率很小，但往往存在著節(jié)理縫隙，因此，水庫蓄后，在上下游水位差的作用下，庫水會(huì)經(jīng)過壩體及壩基滲向下游，不但造成水頭的損失，而且還產(chǎn)生滲透壓力，使壩體的有效重量減少。

無防滲排水(norelief)情況有防滲排水情況壩基揚(yáng)壓力(foundationseepageuplift)

壩體揚(yáng)壓力(internalseepageuplift)壩基揚(yáng)壓力-無防滲排水情況

庫水經(jīng)壩基向下滲透時(shí)，滲透水流沿程受到阻力，造成水頭損失。如下圖所示，上游壩踵處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度為γH1，下游壩趾處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度為γH2，由于巖基節(jié)理裂隙很不規(guī)則，難以求出壩體揚(yáng)壓力的準(zhǔn)確分布，故通常假定揚(yáng)壓力從壩踵到壩趾呈直線變化。

矩形ABCD部分是下游水深H2形成的上舉力，稱為浮托力；三角形CDE部分是由上下游水位差形成的滲透水流產(chǎn)生的上舉力，稱為滲透壓力。壩底的揚(yáng)壓力則是兩者之和。當(dāng)下游無水時(shí)，揚(yáng)壓力＝滲透壓力。

其中大值適用于岸坡壩段（因繞流）。修訂規(guī)范建議只采用:有防滲排水情況不考慮，以直線代替即可。壩體揚(yáng)壓力

上游為下游為零（無下游水頭時(shí)），back泥沙壓力(sedimentpressure)

淤沙的容重和內(nèi)摩擦角隨時(shí)間而變化，且各層不同，準(zhǔn)確計(jì)算泥沙壓力比較困難，只能參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按土壓力公式計(jì)算。back浪壓力(hydrodynamicwavepressure)

水庫水面在風(fēng)吹下生成波浪，并對(duì)壩面產(chǎn)生浪壓力。如圖所示：

波浪三要素波高2hl—從波峰到波谷的高差波長(zhǎng)2Ll—從波峰到波峰的距離波浪中心線高度h0—波浪中心線距靜水面的高度水面波的分類根據(jù)壩前水深與波長(zhǎng)的關(guān)系可以分為以下三類：

深水波——壩前水深大于半波長(zhǎng)，H>Ll，波長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)不受庫底約束。

淺水波——壩前水深小于半波長(zhǎng)而大于臨界水深H0，即Ll>H>H0，這時(shí)波浪運(yùn)動(dòng)受庫底影響。

破碎波——壩前水深小于臨界水深，H<H0，波浪發(fā)生破碎。

波浪要素的計(jì)算

影響波浪的因素較多，主要是吹程和風(fēng)速。我國(guó)重力壩規(guī)范規(guī)定用官?gòu)d水庫公式計(jì)算波浪三要素，適用于山區(qū)峽谷水庫，庫緣地勢(shì)高峻，水庫吹程1～13Km，風(fēng)速1～16m/s的情況。

2hl＝0.0166V1.25D0.33——單位：m2Ll＝10.4（2hl）0.8——單位：m式中，V——計(jì)算風(fēng)速，m/sD——吹程，Km，通常為在庫水面高程，沿著風(fēng)向，從壩到對(duì)岸的最大直線距離。當(dāng)庫面特別狹窄時(shí)，則不超過水面平均寬度的5倍。波浪要素的計(jì)算(續(xù))

對(duì)于正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水時(shí)，采取相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.5～2.0倍；對(duì)于校核水位，采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速?！粒ㄅc水深有關(guān)的函數(shù)）

關(guān)于風(fēng)速：波浪水壓力計(jì)算深水波情況如圖所示，H>Ll，分布見圖，用下式計(jì)算

（兩個(gè)三角形面積差）波浪水壓力計(jì)算(續(xù))淺水波情況，如圖所示，H0<H<Ll

。壩基面的浪壓力剩余強(qiáng)度pl為：則總壓力為（兩個(gè)三角形面積差）：

破碎波——水閘適用，到時(shí)再講。波浪水壓力計(jì)算(續(xù))當(dāng)壩面與水平面的交角大于45o時(shí)，波浪的性質(zhì)與壩面為鉛直時(shí)的情況相近；而當(dāng)交角小于45o時(shí)，則應(yīng)按斜坡上的波浪計(jì)算。對(duì)于中高壩，浪壓力在全部荷載中所占的比重較小，可以忽略不計(jì)。美國(guó)墾務(wù)局（BureauofReclaimation）規(guī)定的重力壩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中就沒有風(fēng)浪荷載。back冰壓力--靜冰壓力(staticicepressure)

寒冷地區(qū)，水庫表面在冬季會(huì)結(jié)成冰蓋，當(dāng)氣溫回升時(shí)，冰蓋發(fā)生膨脹，因而對(duì)擋水建筑物表面產(chǎn)生壓力，稱為靜冰壓力。 靜冰壓力值與冰蓋厚度、長(zhǎng)度、氣溫上升率以及開始升溫時(shí)冰蓋的溫度等有關(guān)。目前，尚無合理的公式用來計(jì)算靜冰壓力，一般參照下表采用。靜冰壓力表

比如，-25oC開始以2.5oC/h升溫時(shí)，靜冰壓力為（20～28）×104Pa

冰壓力對(duì)于重力壩并不重要，而對(duì)于低壩、閘墩、胸墻等結(jié)構(gòu)物，往往成為比較重要的荷載。為避免過大的冰壓力，可采用防冰、破冰措施。冰壓力—?jiǎng)颖鶋毫?/p>

冰塊破碎后，受風(fēng)或者流水的作用而漂移，撞擊在壩面或閘墩上時(shí)，產(chǎn)生沖擊壓力，稱為動(dòng)冰壓力。

Kb——系數(shù)，決定于流冰的抗碎強(qiáng)度Rb值Kb

＝4.3，Rb＝1MPa；Kb

＝3.0，Rb＝0.5MPa；Kb

＝2.36，Rb＝0.3MPaVb——冰塊流速，一般不大于0.6m/s；db——冰塊厚度（m）；Ab——冰塊面積（m2）

當(dāng)冰的運(yùn)動(dòng)方向垂直或接近垂直于鉛直壩面時(shí)，動(dòng)冰壓力值Pbd（Kn）可按下式計(jì)算：

動(dòng)冰壓力的計(jì)算公式back地震荷載(seismicload)

在震區(qū)建壩，必須考慮地震荷載。

地震荷載主要包括：建筑物質(zhì)量引起的地震慣性力(seismicinertiaforce)地震動(dòng)水壓力(hydrodynamicinertiapressure)動(dòng)土壓力

(soildynamicpressure)

地震荷載的大小，主要決定于建筑物所在地區(qū)的地震烈度。一般用最大加速度來作為地震烈度標(biāo)準(zhǔn)，烈度指標(biāo)用地震系數(shù)K

來表示，K是地面最大加速度和重力加速度的比值。

基本烈度——在一定期限內(nèi)一個(gè)地區(qū)可能普遍遭遇的最大烈度設(shè)計(jì)烈度——設(shè)計(jì)時(shí)用的烈度，一般為基本烈度。對(duì)于特別重要的擋水建筑物，失事后果嚴(yán)重時(shí)，可將基本烈度提高1度。地震烈度(earthquakeintensity)對(duì)于設(shè)計(jì)烈度6度以下時(shí)，地震荷載相對(duì)較小，設(shè)計(jì)中不考慮。對(duì)于7～9度時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，而大于9度時(shí)，應(yīng)專門研究。地震荷載的計(jì)算擬靜力(pseudostatic)理論—適于壩高<150m動(dòng)力(dynamic)理論—適于壩高>150m分析方法：計(jì)算方法：擬靜力法，改變了靜力法地震加速度上下一樣的不足。

水平地震慣性力為：式中，Q0——地震慣性力；

KH——水平向地震系數(shù)，為地面最大水平加速度的統(tǒng)計(jì)平均值與重力加速度的比值。設(shè)計(jì)烈度70時(shí)，KH＝0.1；80時(shí)，KH＝0.2；90時(shí)，KH＝0.4地震慣性力CZ——結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)，1/4。其用意是彌補(bǔ)理論計(jì)算與客觀實(shí)際之間的差距，以適應(yīng)目前的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)，主要為：理論假定不符合實(shí)際；有些結(jié)構(gòu)經(jīng)考驗(yàn)可以承受較大值；對(duì)抗震強(qiáng)度估計(jì)不足等等。

W——產(chǎn)生地震慣性力的總質(zhì)量;F——地震慣性力系數(shù)；地震慣性力（續(xù)）

30m<=H<=70m，F(xiàn)＝1.3地震慣性力（續(xù)）

F——地震慣性力系數(shù)，見表。如沿建筑物高度作用于質(zhì)點(diǎn)i

的地震慣性力為

Wi—集中在質(zhì)點(diǎn)i的重量

n—結(jié)點(diǎn)總數(shù)—地震慣性力分布系數(shù),

見表地震慣性力（續(xù)）

一般認(rèn)為垂直最大加速度是水平方向的2/3。水平向和垂直向分別計(jì)算，考慮遇合機(jī)率，一般用遇和系數(shù)來考慮，即把豎向地震乘以小于1.0的系數(shù)，一般為0.5。地震慣性力（續(xù)）

垂直地震的考慮：地震動(dòng)水壓力

直立壩面水深y處的地震動(dòng)水壓力按下式計(jì)算：

fy

：水深為y處的地震動(dòng)水壓力分布系數(shù)，見吳書P.16的表2－5；:水的容重

H

:壩前水深

單位寬度的總地震動(dòng)水壓力P0為作用點(diǎn)在自水面算起為0.54H處。

作用方向：垂直壩面，方向與地震加速度方向相反。地震動(dòng)水壓力(續(xù))

地震動(dòng)土壓力“靜”＋“動(dòng)”土壓力計(jì)算方法：

back溫度荷載(temperature)

對(duì)于大體積混凝土來說，由于水化熱嚴(yán)重，氣溫變化，水庫蓄水后水溫變化等，溫度荷載是一個(gè)重要的荷載，但計(jì)算復(fù)雜，我們將其作為一個(gè)專題部分，在以后進(jìn)行討論。

實(shí)際應(yīng)用中對(duì)重力壩而言，用結(jié)構(gòu)和施工措施解決。

返回重力壩的荷載（擋水壩段的主要荷載）Seismicload荷載的分類

(Categoryofloads)

作用在壩上的荷載，分為：

二、荷載組合

(Loadcombinations)基本荷載(essentialloads)——經(jīng)常地、長(zhǎng)期地起作用的荷載特殊荷載(exceptionalloads)——偶然起作用的荷載（1）壩體及其上永久設(shè)備的自重；（2）正常蓄水位(normalmaximumlevel,maximumretentionlevel)或設(shè)計(jì)洪水位(designfloodlevel)時(shí)的靜水壓力；（3）相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力；（4）泥沙壓力；基本荷載（5）相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的浪壓力；（6）冰壓力；（7）土壓力；（8）相應(yīng)于設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的動(dòng)水壓力；（9）其它出現(xiàn)機(jī)會(huì)較多的荷載。（10）校核洪水位(spillwaydesignfloodlevel)時(shí)的靜水壓力；（11）相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力；（12）相應(yīng)于校核洪水位時(shí)浪壓力；（13）相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的動(dòng)水壓力；（14）地震荷載；（15）其它出現(xiàn)機(jī)會(huì)很少的荷載。特殊荷載(exceptionalloads)

荷載組合可分為基本組合(usualloadcombination)和特殊組合(unusualorextremeloadcombination)兩類。荷載組合(loadcombination)

基本組合屬正常情況，由同時(shí)出現(xiàn)的幾種基本荷載所組成。

特殊組合屬校核情況，由同時(shí)出現(xiàn)的基本荷載和一種或幾種特殊荷載所組成。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從這兩類組合中選擇幾種最不利的、起控制作用的組合情況進(jìn)行計(jì)算。荷載組合表應(yīng)根據(jù)各種荷載同時(shí)作用的實(shí)際可能性，選擇計(jì)算中最不利的荷載組合。分期施工的壩應(yīng)按相應(yīng)的荷載組合分期進(jìn)行計(jì)算。施工期的情況應(yīng)作必要的核算，作為特殊組合。根據(jù)地質(zhì)和其它條件，如考慮運(yùn)用時(shí)排水設(shè)備易于堵塞，須經(jīng)常維修時(shí)，應(yīng)考慮排水失效的情況作為特殊組合。查表注意事項(xiàng)

對(duì)于荷載組合,各國(guó)的習(xí)慣做法

日本:

在壩體穩(wěn)定計(jì)算中，一般不計(jì)冰壓力,只考慮波浪的影響.冬季波浪和冰壓力不會(huì)同時(shí)產(chǎn)生，在壩體上部，冰壓力和浪壓力兩者的影響的差別較小，而在壩的下部對(duì)只考慮波浪作用的計(jì)算一般偏于安全.不考慮溫度荷載。美國(guó)墾務(wù)局規(guī)定重力壩荷載組合匯總沒有浪壓力而有冰壓力等。規(guī)定對(duì)于橫向灌漿的收縮縫，由溫度升高體積膨脹引起水平推力，將在兩岸壩肩上產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用和附加荷載；由于溫差作用，會(huì)造成壩內(nèi)孔洞附近的應(yīng)力惡化，對(duì)這兩種情況應(yīng)考慮溫度荷載。其他各國(guó)習(xí)慣做法(續(xù))美國(guó):本節(jié)完§2.3

重力壩的斷面設(shè)計(jì)(cross-sectionalprofile)斷面設(shè)計(jì)的基本經(jīng)驗(yàn)斷面設(shè)計(jì)的主要原則基本斷面的確定重力壩的實(shí)用斷面

設(shè)計(jì)重力壩時(shí)，要先進(jìn)行粗略估算，并參照已建重力壩的實(shí)例，初步定出一個(gè)斷面，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，再修改斷面。即所謂“先設(shè)后計(jì)”。斷面設(shè)計(jì)的基本經(jīng)驗(yàn)返回

①滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求

以保證大壩安全

②力求斷面較小

以節(jié)省壩體工程量；

③斷面外形輪廓簡(jiǎn)單

以利于施工返回?cái)嗝嬖O(shè)計(jì)的主要原則基本剖面(originalprofile)的確定基本剖面的定義：

所謂基本剖面是指壩體在自重、庫水壓力和揚(yáng)壓力三項(xiàng)主要荷載作用下，滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求的、最小的三角形斷面。按強(qiáng)度(strength)控制條件確定基本斷面：混凝土材料的抗壓強(qiáng)度比較高，而抗拉能力較低，僅為（1/8~1/12）抗壓強(qiáng)度，重力壩除高度超過200m的外，其他壩內(nèi)壓應(yīng)力均較低，不控制。

通用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是應(yīng)避免壩體上游面產(chǎn)生拉應(yīng)力，這同時(shí)也能保證壩體內(nèi)部也不出現(xiàn)拉應(yīng)力。

基本剖面的確定(續(xù))△在庫滿時(shí)，按材力偏心受壓公式計(jì)算壩底水平截面的邊緣正應(yīng)力：（壓為正）

式中：垂直力合力

對(duì)壩底斷面的合力矩基本剖面的確定(續(xù))代入后求得上游壩面:下游壩面:

令上游壩面應(yīng)力 =0,得

（*）基本剖面的確定(續(xù))

為使B為最小，可令上式的微分為零，簡(jiǎn)化整理得： （**）取得：＝－0.2，即上游面成為倒懸(adversegradient,overhang)，這對(duì)施工是很不利的?；酒拭娴拇_定(續(xù))△

在庫空時(shí)，0=g，則

)1(lgs-=hhyu，lgshhyd=

由第二式可知，必須滿足，否則下游面會(huì)有拉應(yīng)力產(chǎn)生。

△

實(shí)際上，多取0=l，即上游面垂直，

agg-=hhB1

基本剖面的確定(續(xù))λ≧0這時(shí)按穩(wěn)定(slidingstability)條件確定基本斷面：（作為粗估斷面，可用抗剪公式）

基本剖面的確定(續(xù))

按摩擦概念計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)公式為:抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)(safetyfactor)表（摩擦公式）荷載組合123基本組合1.101.051.05特殊組合11.051.001.0021.001.001.00基本剖面的確定(續(xù))返回基本剖面的確定(續(xù))重力壩的實(shí)用斷面(appliedprofile)

重力壩的基本剖面確定后，需考慮其他荷載和運(yùn)用條件，修正基本斷面(如圖)。如果有泥沙壓力、冰壓力，則需加寬壩體；

如果有風(fēng)浪則需要加高壩體，以免庫水翻過壩頂；如果考慮壩上交通，則需要加寬壩頂。實(shí)用斷面與基本斷面的關(guān)系back壩頂超過靜水位的高度按下式計(jì)算clhhhh++=D02

實(shí)用斷面的壩頂超高計(jì)算式中:2hl－－浪高。h0——波浪中心高度hc——安全超高，見下表設(shè)計(jì)壩頂高程＝max（設(shè)計(jì)洪水位＋正常運(yùn)用的Dh

，校合洪水位＋非常運(yùn)用的Dh

）超高(freeboard)表（m）荷載組合壩的級(jí)別123基本組合（正常運(yùn)用）0.70.50.4特殊組合（非常運(yùn)用）0.50.40.3back本節(jié)完§2.4重力壩的抗滑穩(wěn)定分析△目的——核算壩體沿壩基面或沿地基深層較弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度?！鞣治龇椒ā?jiǎng)傮w極限平衡法(rigidlimitequilibriummethod)；有限單元法；模型試驗(yàn)法?！?/p>

問題分類——按平面問題分析——各壩段獨(dú)立受力。按空間問題分析——壩基內(nèi)斷層多條相互切割交錯(cuò)構(gòu)成空間滑動(dòng)體；地形陡峻的岸坡段?？够€(wěn)定分析是重力壩設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。抗滑穩(wěn)定分析本課程只講剛體極限平衡法——就是將斷裂面（指壩體、巖體或大壩與壩體組成的滑裂體等）看成剛體，不考慮滑裂體本身和滑裂體之間變形的影響，也不考慮滑裂面上應(yīng)力分布情況，僅考慮滑裂面上的合力（正壓力、重力），而忽略力矩的作用效應(yīng)。重力壩失穩(wěn)模式沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析深層抗滑穩(wěn)定分析提高抗滑穩(wěn)定的措施重力壩穩(wěn)定破壞(失穩(wěn))的模式

表面滑動(dòng)淺層滑動(dòng)深層滑動(dòng)

我國(guó)修建了大中型重力壩100余座，其中有1/3存在深層滑動(dòng)問題。返回沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析穩(wěn)定破壞機(jī)理：比較復(fù)雜，取決于地基條件。對(duì)于均勻地基情況，其破壞過程是：

1）在壩踵處巖基和膠合面出現(xiàn)微裂松弛區(qū)；

2）在壩踵處基巖和膠合面出現(xiàn)局部剪切屈服，進(jìn)而屈服范圍逐漸增大并向上游延伸；

3）形成滑動(dòng)通道，導(dǎo)致大壩的整體失穩(wěn)。

分析時(shí)，以一個(gè)壩段或取單寬計(jì)算，計(jì)算公式有抗剪強(qiáng)度公式和抗剪斷公式。

壩基面滑動(dòng)

——抗剪強(qiáng)度公式

壩體與壩基間看成是一個(gè)接觸面，而不是交接面。當(dāng)接觸面呈水平時(shí)，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為：

壩基面滑動(dòng)

——抗剪強(qiáng)度公式（續(xù)）

當(dāng)接觸面傾向上游時(shí)，并有β的夾角時(shí)，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為：可以看出，微傾向上游對(duì)Ks有利。摩擦系數(shù)f的選取問題

一般由若干組試驗(yàn)確定。但由于試驗(yàn)巖體自身的非均勻性質(zhì)和每次試驗(yàn)條件不可能完全相同，導(dǎo)致試驗(yàn)成果具有較大的離散性，如何選用試驗(yàn)值，還值得研究。

我國(guó)78規(guī)范規(guī)定，f的最后選取應(yīng)以野外和室內(nèi)試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，參照地質(zhì)條件類似的已建工程的經(jīng)驗(yàn)等，由地質(zhì)、試驗(yàn)和設(shè)計(jì)人員研究確定。摩擦系數(shù)f的選取問題（續(xù)）

根據(jù)國(guó)內(nèi)外已建工程的統(tǒng)計(jì)資料，混凝土與基巖的f值常取在0.5～0.8之間。

摩擦系數(shù)的選定直接關(guān)系到大壩的造價(jià)與安全，f值愈小，要求壩體剖面愈大。以新安江為例，若f值減小0.01，壩體混凝土方量增加2萬m3壩基面滑動(dòng)

——抗剪斷公式認(rèn)為壩體與基巖接觸良好，直接采用接觸面上的抗剪斷參數(shù)f′、c′計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，即：f′——抗剪斷摩擦系數(shù)c′——抗剪斷凝聚力

f′,c′的選取

對(duì)于大、中型工程，在設(shè)計(jì)階段，f′,c′

應(yīng)由野外及室內(nèi)試驗(yàn)成果決定。在規(guī)劃和可行性研究階段，可以參考規(guī)范給定的數(shù)值選用。規(guī)范規(guī)定如下：Ⅰ類基巖——很好的巖石，

f′＝1.2～1.5,c′＝1.3～1.5MpaⅡ類基巖——好的巖石，

f′＝1.0～1.3,c′＝1.1～1.3MpaⅢ類基巖——中等的巖石，

f′＝0.9～1.2,c′＝0.7～1.1MpaⅣ類基巖——較差的巖石，

f′＝0.7～0.9,c′＝0.3～0.7Mpaf′,c′的選?。ɡm(xù)）

注意：上述結(jié)果不包括基巖內(nèi)有軟弱夾層的情況；同時(shí)，膠結(jié)面的f′,c′值不能高于混凝土的f′,c′

；對(duì)于Ⅰ、Ⅱ類基巖，如果建基面做成較大的起伏差，可采用混凝土的抗剪斷參數(shù)。美國(guó)墾務(wù)局采用混凝土參數(shù)，今年來有所提高，大致為倍混凝土抗壓強(qiáng)度?？辜魪?qiáng)度公式和

抗剪斷公式選用

從上述兩個(gè)公式看出，抗剪公式忽略了凝聚力，不合乎實(shí)際，而抗剪斷公式則考慮，物理概念明確，比較符合壩體的實(shí)際情況，逐漸采用較多。

我國(guó)《SDJ21—78》補(bǔ)充規(guī)定中建議：當(dāng)壩基內(nèi)不存在可能導(dǎo)致深層活動(dòng)的軟弱面時(shí)，應(yīng)按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算；對(duì)中型工程中的中、低壩，也可按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算。返回深層抗滑穩(wěn)定分析

當(dāng)壩基內(nèi)存在不利的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，在水荷載作用下，壩體有可能連同部分基巖沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移，即所謂的深層滑動(dòng)。地基深層滑動(dòng)情況十分復(fù)雜，失穩(wěn)和計(jì)算方法還在探索之中。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該：

查明地基中主要缺陷，確定失穩(wěn)邊界，測(cè)定抗剪強(qiáng)度參數(shù)；選擇合理的計(jì)算方法，并規(guī)定相應(yīng)的安全系數(shù)；選擇提高深層穩(wěn)定性的措施，滿足安全系數(shù)。

深層抗滑穩(wěn)定分析

在深層抗滑穩(wěn)定分析中，一般根據(jù)深層抗滑體的不同，分為：?jiǎn)涡泵嫔顚涌够€(wěn)定計(jì)算雙斜面深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算多斜面深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算（不講）單斜面深層抗滑穩(wěn)定分析

當(dāng)滑裂面只有一個(gè)軟弱面時(shí)，壩體與滑裂面上的部分地基可以聯(lián)合起來視作剛體，用抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算安全系數(shù)。但是對(duì)于要求的安全系數(shù)，尚無明確規(guī)定，一般取為返回雙斜面深層抗滑穩(wěn)定分析

在更多的實(shí)際工程中，深層滑動(dòng)面不是一個(gè)簡(jiǎn)單的平面，而是呈復(fù)雜的形狀，譬如兩個(gè)斜面（如圖所示），AB是一條緩傾角夾層和軟弱面，稱為主滑動(dòng)面，BC是另一條輔助破裂面，切穿地表。BC的位置可根據(jù)地基內(nèi)的反傾向節(jié)理擬定，或通過試算選取一條最不利的破裂面。雙斜面深層抗滑穩(wěn)定分析

計(jì)算時(shí)將滑移體分成兩區(qū)，在其分界面BD上，引入一個(gè)需要事先假定與水平面成角的內(nèi)力R（抗力）。

分別令①區(qū)或②區(qū)處于極限平衡狀態(tài)，即可演繹出三種不同的計(jì)算方法；剩余推力法被動(dòng)抗力法等安全系數(shù)法（1）剩余推力法

先令①區(qū)處于極限平衡狀態(tài)，其沿AB面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1，則：利用上式求得R（1）剩余推力法

再計(jì)算②區(qū)沿BC面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K2：K2即為整個(gè)壩段的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K（2）被動(dòng)抗力法

與上述方法相反，先令②區(qū)處于極限平衡狀態(tài)（抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1），求得抗力R后，再計(jì)算①區(qū)沿AB面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K1，作為整個(gè)壩段的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)安全系數(shù)。這種方法稱為：被動(dòng)抗力法（3）等安全系數(shù)法

令①區(qū)和②區(qū)同時(shí)處于極限平衡狀態(tài)，分別列出兩個(gè)區(qū)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K1、K2的計(jì)算式，然后令K1＝K2，解出抗力R，再將其代回原計(jì)算式，即可求出整個(gè)滑動(dòng)體的穩(wěn)定安全系數(shù)。這樣的方法稱為：等安全系數(shù)法（等K法）三種方法的比較

上述三種計(jì)算方法中的前兩種（剩余推力法、被動(dòng)抗力法），由于先令一個(gè)區(qū)處于極限平衡狀態(tài)，也即相當(dāng)于這一區(qū)的K＝1，因而推算出另一區(qū)的K值要比等安全系數(shù)法的為大，相比之下，等安全系數(shù)法更合理。

三種方法的比較（續(xù)）

以上分析方法人為地將滑動(dòng)巖體分成①區(qū)和②區(qū)兩塊，等于在地基內(nèi)增加了一個(gè)軟弱面，這樣必然使抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)有所降低。當(dāng)巖體比較完整堅(jiān)固，或BD面上的抗剪強(qiáng)度足以承擔(dān)該面上的剪應(yīng)力時(shí)，則應(yīng)驗(yàn)算該滑移體的整體抗滑穩(wěn)定性。返回提高抗滑穩(wěn)定的措施選擇有利于穩(wěn)定的地基；利用水重；將壩基開挖成有利的輪廓線；增加建筑物重量；減少揚(yáng)壓力；預(yù)加應(yīng)力措施；加固地基；橫縫灌漿，增加整體性?！?.5重力壩的應(yīng)力分析(stressanalysis)概述應(yīng)力分析方法模型實(shí)驗(yàn)法（不講）理論分析法材料力學(xué)法彈性力學(xué)理論法（不講）有限差分法（不講）有限單元法（不講）應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)各種因素對(duì)壩體應(yīng)力的影響應(yīng)力分析的目的：檢驗(yàn)大壩在施工期和運(yùn)行期是否滿足強(qiáng)度要求。為研究解決設(shè)計(jì)和施工中的某些問題提供依據(jù)。（如：大壩斷面的設(shè)計(jì)、混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)和某些部位的配筋等）重力壩的應(yīng)力狀態(tài)與很多因素有關(guān).

如：壩體輪廓尺寸、靜力荷載、地基性質(zhì)、施工過程、溫度變化以及地震特性等。一、概述返回二、材料力學(xué)法

(gravitymethod)1.基本假定：壩體混凝土為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料；視壩段為固接于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對(duì)壩體應(yīng)力的影響，并認(rèn)為各壩段獨(dú)立工作，永久橫縫不傳力；假定壩體水平截面上的正應(yīng)力按直線分布，不考慮廊道等對(duì)壩體應(yīng)力的影響。2.荷載與應(yīng)力的正方向規(guī)定(Signconventiondiagram:forces,momentsandshears):材料力學(xué)法（續(xù)）水平力垂直力力矩順河向重力方向荷載正方向的規(guī)定如圖所示，水平力以逆河向?yàn)檎?，垂直力以沿著重力放心為正。?yīng)力正方向的規(guī)定如圖所示，如果一個(gè)面的外法線方向平行與坐標(biāo)軸，則該面上正應(yīng)力規(guī)定為逆坐標(biāo)軸方向，剪應(yīng)力規(guī)定為順坐標(biāo)軸方向。xy3.邊緣應(yīng)力(Stressesonfaces)計(jì)算

在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，所以，在重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，首先應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。一般說來，我們要校核以下幾種應(yīng)力：材料力學(xué)法（續(xù)）垂直正應(yīng)力剪應(yīng)力水平正應(yīng)力主應(yīng)力有揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算1）垂直正應(yīng)力(verticalnormalstress):

因?yàn)榧俣ě襶按直線分布，所以可按偏心受壓公式計(jì)算上、下游邊緣應(yīng)力бyu和бyd

。

邊緣應(yīng)力計(jì)算（續(xù)）(kPa)

(kPa)

式中

ΣW―作用于計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和(kN);ΣM―作用于計(jì)算截面以上全部荷載對(duì)截面垂直水流流向形心軸的力矩總和(kN.m)；

B―計(jì)算截面的長(zhǎng)度(m)返回2）剪應(yīng)力(Shearstress)：已知бyu和бyd

以后，可以根據(jù)邊緣微分體的平衡條件解出上、下游邊緣剪應(yīng)力τu和τd

。由上游壩面的微分體，根據(jù)ΣFy=0得

返回邊緣應(yīng)力計(jì)算（續(xù)）式中pu―上游面水壓力強(qiáng)度；

n―上游壩坡坡率，n=tgφu，式中pd―下游面水壓力強(qiáng)度；

m―下游壩坡坡率，m=tgφd

同樣：3）水平正應(yīng)力(Horizontalnormalstress)：

返回邊緣應(yīng)力計(jì)算（續(xù)）

已知τu和τd

以后，可以根據(jù)平衡條件ΣFx=0求得上、下游邊緣的水平正應(yīng)力бxu和бxd

。4）主應(yīng)力(principalstress)：

由上下游壩面微分體的平衡條件ΣFy=0，可解出：返回邊緣應(yīng)力計(jì)算（續(xù)）各符號(hào)意義見圖思考：上面的計(jì)算顯然都沒有涉及揚(yáng)壓力，但很顯然，對(duì)于重力壩來說揚(yáng)壓力是一個(gè)非常重要的荷載，請(qǐng)思考如果考慮揚(yáng)壓力，邊緣應(yīng)力應(yīng)該怎么計(jì)算？邊緣應(yīng)力計(jì)算（續(xù)）5）有揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算：4.壩內(nèi)應(yīng)力(internalstress)計(jì)算

如圖所示，顯然微分體的平衡方程(equilibrium)為

材料力學(xué)法（續(xù)）

下面，我們分別來計(jì)算其中的各個(gè)應(yīng)力分量

1）垂直應(yīng)力бy

對(duì)于垂直應(yīng)力，我們假定бy在水平截面上按直線分布，即

бy

＝a+bx 壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算其中：

2）剪應(yīng)力τ

利用平衡方程，經(jīng)積分并利用邊界條件可以得出

τ

=a1+b1x+c1x2

壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算其中：3）水平應(yīng)力бx

同樣利用平衡方程，經(jīng)積分并利用邊界條件可以得出：壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算其中：

4）壩內(nèi)主應(yīng)力

求得任意點(diǎn)的三個(gè)應(yīng)力分量бx、бy和以后，即可計(jì)算該點(diǎn)的主應(yīng)力和第一主應(yīng)力的方向

壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算

在壩體內(nèi)部，其實(shí)應(yīng)力分布還是比較復(fù)雜的，右圖給出了各種應(yīng)力的分布情況：返回