第三章 巖基上重力壩

1、重慶交通大學(xué)河海學(xué)院重慶交通大學(xué)河海學(xué)院第三章第三章 巖基上的重力壩巖基上的重力壩3.1 概述概述一、重力壩的工作原理及特點1.1.工作原理工作原理主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力 滿足穩(wěn)定要求。滿足穩(wěn)定要求。依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵 消水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力。消水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力。2.2.基本剖面基本剖面：三角形三角形3.3.材料材料：混凝土、漿砌石混凝土、漿砌石4.4.布置：布置：直線、折線、拱形、分段直線、折線、拱形、分段5 5、結(jié)構(gòu)型式：、結(jié)構(gòu)型式：類似于以地基為固端的類似于以地基為固端的懸臂梁懸臂梁，因為重力壩常，因為重力壩常沿壩軸

2、線用橫縫分成獨立工作的若干壩段。沿壩軸線用橫縫分成獨立工作的若干壩段。3.1 概述概述四川大渡河上龔嘴水電站四川大渡河上龔嘴水電站3.1 概述概述6.6.重力壩的分類重力壩的分類按結(jié)構(gòu)形式分類：實體重力壩、寬縫重力壩、空腹重力壩按結(jié)構(gòu)形式分類：實體重力壩、寬縫重力壩、空腹重力壩按是否溢流分類：溢流重力壩、非溢流重力壩按是否溢流分類：溢流重力壩、非溢流重力壩按筑壩材料分類：混凝土重力壩、漿砌石重力壩按筑壩材料分類：混凝土重力壩、漿砌石重力壩按施工方法：澆筑（常態(tài)砼重力壩）、碾壓（碾壓砼重力壩）按施工方法：澆筑（常態(tài)砼重力壩）、碾壓（碾壓砼重力壩）按壩高分類：高壩（大于按壩高分類：高壩（大于70m

3、70m）、中壩（）、中壩（30-70m30-70m）、低壩（低于）、低壩（低于30m30m）3.1 概述概述新安江大壩新安江大壩3.1 概述概述三三 門門 峽峽 大大 壩壩3.1 概述概述丹江口大壩丹江口大壩3.1 概述概述三峽大壩三峽大壩大朝山水電站（瀾滄江，大朝山水電站（瀾滄江，115m115m）遵義烏江渡水電站拱型重力壩遵義烏江渡水電站拱型重力壩3.1 概述概述7.重力壩的優(yōu)點重力壩的優(yōu)點v對地形對地形(Topography)(Topography)、地質(zhì)、地質(zhì)(Geology)(Geology)條件的適條件的適應(yīng)性強應(yīng)性強。沙礫石地基上也能夠修建高度不大的重。沙礫石地基上也能夠修建高度

4、不大的重力壩。對地基的要求比拱壩低，但比土石壩高。力壩。對地基的要求比拱壩低，但比土石壩高。v樞紐泄洪樞紐泄洪(flood-releasing)(flood-releasing)問題容易解決。問題容易解決。重力重力壩可以做成溢流壩，壩內(nèi)不同高度可設(shè)泄水孔，壩可以做成溢流壩，壩內(nèi)不同高度可設(shè)泄水孔，不需另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，布置緊湊。不需另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，布置緊湊。v便于施工導(dǎo)流便于施工導(dǎo)流(construction diversion). (construction diversion). 在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，不需另設(shè)導(dǎo)流洞在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，不需另設(shè)導(dǎo)流洞。3.1 概述概述v

5、 安全可靠安全可靠: :剖面大且應(yīng)力低，筑壩材料強度高、耐久性好，剖面大且應(yīng)力低，筑壩材料強度高、耐久性好，抵抗洪水漫頂、滲漏、地震和戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強。抵抗洪水漫頂、滲漏、地震和戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強。根據(jù)統(tǒng)計，在各種壩型中，重力壩的失事率是較低的。根據(jù)統(tǒng)計，在各種壩型中，重力壩的失事率是較低的。v 施工方便施工方便: :大體積混凝土，可采用機械化施工，放樣、立模、大體積混凝土，可采用機械化施工，放樣、立模、澆筑都比較方便，補強、維護和擴建也比較方便澆筑都比較方便，補強、維護和擴建也比較方便. .v結(jié)構(gòu)作用明確結(jié)構(gòu)作用明確: :重力壩沿壩軸線重力壩沿壩軸線 用橫縫分成若干壩段，各壩段獨用

6、橫縫分成若干壩段，各壩段獨 立工作，結(jié)構(gòu)作用明確，穩(wěn)定和立工作，結(jié)構(gòu)作用明確，穩(wěn)定和 應(yīng)力計算都比較簡單。應(yīng)力計算都比較簡單。v可采用塊石筑壩可采用塊石筑壩: :用漿砌石本身用漿砌石本身 做材料筑壩，也可在混凝土加做材料筑壩，也可在混凝土加 入塊石，以節(jié)省水泥。入塊石，以節(jié)省水泥。3.1 概述概述8.8.v剖面尺寸大，材料用量多剖面尺寸大，材料用量多。因為穩(wěn)定靠重力。因為穩(wěn)定靠重力。v中低型重力壩的應(yīng)力較低，中低型重力壩的應(yīng)力較低，混凝土材料的強度不混凝土材料的強度不能充分發(fā)揮。能充分發(fā)揮。v壩體與地基的接觸面大，揚壓力大，對穩(wěn)定不利。壩體與地基的接觸面大，揚壓力大，對穩(wěn)定不利。v壩體體積大，

7、溫度應(yīng)力嚴重，需采取溫控措施。壩體體積大，溫度應(yīng)力嚴重，需采取溫控措施。3.1 概述概述剖面設(shè)計：可參照已建工程。剖面設(shè)計：可參照已建工程。穩(wěn)定分析：分析沿穩(wěn)定分析：分析沿地基面地基面和和地基內(nèi)軟弱面地基內(nèi)軟弱面的抗滑穩(wěn)定安全度。的抗滑穩(wěn)定安全度。應(yīng)力分析：分析壩體應(yīng)力是否滿足材料強度要求。應(yīng)力分析：分析壩體應(yīng)力是否滿足材料強度要求。構(gòu)造設(shè)計：壩體細部設(shè)計，如廊道系統(tǒng)、防滲系統(tǒng)、排水系統(tǒng)。構(gòu)造設(shè)計：壩體細部設(shè)計，如廊道系統(tǒng)、防滲系統(tǒng)、排水系統(tǒng)。地基處理：地基防滲、排水、覆蓋層、斷層及軟弱夾層的處理。地基處理：地基防滲、排水、覆蓋層、斷層及軟弱夾層的處理。泄洪設(shè)計：泄洪方式、能力及消能措施等設(shè)計

8、。泄洪設(shè)計：泄洪方式、能力及消能措施等設(shè)計。監(jiān)測設(shè)計：埋設(shè)觀測探頭等。監(jiān)測設(shè)計：埋設(shè)觀測探頭等。三、重力壩的設(shè)計內(nèi)容三、重力壩的設(shè)計內(nèi)容三、重力壩的建設(shè)情況三、重力壩的建設(shè)情況1919世紀以前采用世紀以前采用漿砌石漿砌石，1919世紀后期才開始采用世紀后期才開始采用砼砼。2020世紀以前采用世紀以前采用材料力學(xué)材料力學(xué)和和彈性力學(xué)彈性力學(xué)理論和方法。理論和方法。1919世紀末期才考慮世紀末期才考慮揚壓力揚壓力的影響，采用排水、防滲措施。的影響，采用排水、防滲措施。2020世紀采用開始設(shè)世紀采用開始設(shè)橫、縱縫橫、縱縫，采用，采用施工溫度控制施工溫度控制。2020世紀世紀6060年代才逐步形成現(xiàn)代

9、筑壩技術(shù)。年代才逐步形成現(xiàn)代筑壩技術(shù)。3.1 概述概述歷史上最早的擋水壩：歷史上最早的擋水壩：公元前公元前29002900年古埃及在尼羅河年古埃及在尼羅河上造的高上造的高15m15m、頂長、頂長240240的擋水壩，靠自重維持穩(wěn)定。的擋水壩，靠自重維持穩(wěn)定。3.1 概述概述v 20世紀重力壩的發(fā)展世紀重力壩的發(fā)展n進入進入2020世紀后，筑壩材料由漿砌毛石、塊石發(fā)展到世紀后，筑壩材料由漿砌毛石、塊石發(fā)展到混凝土混凝土; ;n19621962年瑞士建成了世界上最高的大狄克桑斯重力壩，年瑞士建成了世界上最高的大狄克桑斯重力壩，壩高達壩高達285m285m。n2020世紀世紀6060年代開始，由于土

10、石壩建設(shè)的迅速發(fā)展，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。使重力壩在壩工建設(shè)中所占的比重有所下降。n入入2020世紀世紀8080年代，碾壓混凝土技術(shù)開始運用于重力年代，碾壓混凝土技術(shù)開始運用于重力壩建設(shè)，使重力壩所占比重又有所回升。壩建設(shè)，使重力壩所占比重又有所回升。3.1 概述概述v我國重力壩的發(fā)展我國重力壩的發(fā)展n從從1949194919851985年，在已建成的壩高年，在已建成的壩高30m30m以上的以上的113113座混座混凝土壩中，重力壩達凝土壩中，重力壩達5858座，占總數(shù)的座，占總數(shù)的5151。n5050年代年代: : 新安江新安江 、古田一

11、級、古田一級n6060年代年代: : 丹江口、丹江口、 劉家峽、三門峽劉家峽、三門峽n7070年代年代: : 黃龍灘、龔嘴重力壩黃龍灘、龔嘴重力壩n8080年代年代: : 烏江渡、潘家口烏江渡、潘家口n9090年代年代: : 萬家寨、三峽萬家寨、三峽n目前我國在建或擬建的重力壩：目前我國在建或擬建的重力壩：龍灘重力壩龍灘重力壩(216m)(216m)、向家壩重力壩（向家壩重力壩（161m161m）、大崗山重力壩（）、大崗山重力壩（175m175m）、金）、金安橋重力壩（安橋重力壩（156m156m）等）等。l 世界上最高的混凝土重力壩：20世紀90年代修建的、位于瑞士的大狄克遜壩，285m。l

12、 我國最高的實體重力壩：位于湖北省長江的三峽大壩，181m。l 最高的碾壓混凝土重力壩：位于廣西紅水河的龍灘碾壓混凝土重力壩，一期192m，最終220m。l 國內(nèi)壩高100m以上的典型混凝土重力壩：見左表。國內(nèi)外著名的重力壩3.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合一、作用與載荷一、作用與載荷v作用：作用：指外界環(huán)境對水工建筑物的影響。指外界環(huán)境對水工建筑物的影響。v荷載：荷載：在結(jié)構(gòu)分析時，如果開始即可用一個明確的外力在結(jié)構(gòu)分析時，如果開始即可用一個明確的外力 來代表外界環(huán)境的影響，此作用（外力）稱為荷載。來代表外界環(huán)境的影響，此作用（外力）稱為荷載。v作用的分類作用的分類永久作用：如

13、自重，土壓力永久作用：如自重，土壓力可變作用：如水荷載、可變作用：如水荷載、溫度作用溫度作用偶然作用：如偶然作用：如地震作用地震作用、校核洪水、校核洪水3.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合v重力壩的荷載組成重力壩的荷載組成自重：包括固定設(shè)備自重：包括固定設(shè)備水壓力：包括動水和靜水壓力水壓力：包括動水和靜水壓力揚壓力揚壓力浪壓力浪壓力泥沙壓力泥沙壓力冰壓力冰壓力土壓力土壓力地震作用地震作用溫度作用溫度作用風(fēng)作用風(fēng)作用（一）自重（一）自重v 根據(jù)大壩的體積和材料容重計算根據(jù)大壩的體積和材料容重計算v 壩內(nèi)較大的孔洞體積應(yīng)扣除壩內(nèi)較大的孔洞體積應(yīng)扣除v 壩上的永久固定設(shè)備重量應(yīng)計入壩上的

14、永久固定設(shè)備重量應(yīng)計入v 沿壩基面滑動，僅計算壩體重量；沿深層滑動，需計入滑沿壩基面滑動，僅計算壩體重量；沿深層滑動，需計入滑體內(nèi)巖體重；用有限元法計算時，應(yīng)計入地基初始應(yīng)力的體內(nèi)巖體重；用有限元法計算時，應(yīng)計入地基初始應(yīng)力的影響。影響。v 常用材料的容重常用材料的容重n混凝土：混凝土：n漿砌石：漿砌石：n漿砌條石：漿砌條石：3.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合324/kN m321 23/kN m323 25/kN m3.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合212xPH（二）靜水壓力（二）靜水壓力zPV（V V：壓力體的體積）：壓力體的體積）3.2 重力壩的荷載及其組合重

15、力壩的荷載及其組合v溢流堰溢流堰abab段、段、bcbc段水壓力也段水壓力也很小，都可以忽略不計，很小，都可以忽略不計，只計只計算反弧段算反弧段cdcd上的動水壓力。上的動水壓力。 根據(jù)動量方程，可得根據(jù)動量方程，可得單單寬寬反弧段上的動水壓力反弧段上的動水壓力分量為：分量為：2121coscossinsinHVqPvgqPvg（三）動水壓力（三）動水壓力3.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合（四）揚壓力（四）揚壓力v揚壓力：上浮力揚壓力：上浮力+滲流壓力滲流壓力有防滲排水時壩基面的揚壓力分布有防滲排水時壩基面的揚壓力分布0.20.353.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合

16、30.150.2排水管幕處的排水管幕處的折減系數(shù)為：折減系數(shù)為：v壩體內(nèi)揚壓力壩體內(nèi)揚壓力壩體混凝土具有壩體混凝土具有一定的滲透性，特一定的滲透性，特別是施工縫結(jié)合不別是施工縫結(jié)合不好時。好時。334HH 防滲層，防滲層，3-5m3-5m排水管排水管減小揚壓力的措施：減小揚壓力的措施： 設(shè)帷幕、設(shè)排水設(shè)帷幕、設(shè)排水3.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合設(shè)有抽排設(shè)施的實體重力壩設(shè)有抽排設(shè)施的實體重力壩壩底揚壓力分布圖壩底揚壓力分布圖1：揚壓力折減系數(shù)：揚壓力折減系數(shù)2：殘余揚壓力折減系數(shù)：殘余揚壓力折減系數(shù)3.23.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合（五）波浪壓力（五）波浪壓

17、力v官廳水庫公式（峽谷水庫）官廳水庫公式（峽谷水庫） 5 41 300.8200.016610.42:V :lllzhVDLhhHhcthLLDH吹程（風(fēng)區(qū)長度）壩前水深計算風(fēng)速v波浪三要素波浪三要素3.23.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合v官廳水庫公式的適用條件官廳水庫公式的適用條件020/20Vm sDkm且的山區(qū)峽谷水庫v波高波高 的計算：的計算：lh5%2010%2020 2505250 1000gDhVgDhV當(dāng)時，取累計頻率為 的波高當(dāng)時，取累計頻率為10的波高3.23.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合v波的分類波的分類n深水波：深水波：n淺水波：淺水波：

18、n破碎波：破碎波：v浪壓力計算浪壓力計算n深水波：深水波：n淺水波：淺水波：2HL02LHH0HH1%4LzLPhh1%1%22secLzlslslsPhhHpHpHphhL3.23.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合（六）土壓力及泥沙壓力（六）土壓力及泥沙壓力v 土壓力：主動、被動、靜止土壓力土壓力：主動、被動、靜止土壓力v 泥沙壓力泥沙壓力（七）冰壓力和冰凍作用（七）冰壓力和冰凍作用v 靜冰壓力、動冰壓力、冰凍作用靜冰壓力、動冰壓力、冰凍作用220sbs3kN/mkN14522:m/msssbsssPh tgPh水平泥沙壓力壩面單位寬度上的:淤沙的泥沙淤，浮積厚度，：淤沙的容重，

19、內(nèi)摩擦角3.23.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合（八）溫度作用（八）溫度作用v 溫度應(yīng)力：混凝土溫度變化會產(chǎn)生膨脹或收縮，當(dāng)變形受溫度應(yīng)力：混凝土溫度變化會產(chǎn)生膨脹或收縮，當(dāng)變形受到約束時，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。到約束時，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。v 溫度作用效應(yīng)：溫度作用效應(yīng)：結(jié)構(gòu)由于溫度作用而產(chǎn)生的應(yīng)力、位移、結(jié)構(gòu)由于溫度作用而產(chǎn)生的應(yīng)力、位移、變形等。變形等。v 熱量來源：氣溫、日照、水溫、水泥水化熱。熱量來源：氣溫、日照、水溫、水泥水化熱。v 對重力壩施工期進行適當(dāng)溫控，運用期設(shè)置永久性橫縫，對重力壩施工期進行適當(dāng)溫控，運用期設(shè)置永久性橫縫，則則溫度荷載不列為主要荷載溫度荷載不列為主要荷載。

20、（十）地震作用（十）地震作用v 地震慣性力地震慣性力n甲等設(shè)防，采用動力法甲等設(shè)防，采用動力法n乙、丙等設(shè)防，采用動力法或擬靜力法乙、丙等設(shè)防，采用動力法或擬靜力法n設(shè)計烈度小于設(shè)計烈度小于8 8度，且壩高度，且壩高70m70m，采用靜力法，采用靜力法n對于設(shè)計烈度為對于設(shè)計烈度為8 8、9 9度的度的1 1、2 2級建筑物，需同時計入水級建筑物，需同時計入水平、豎向地震作用平、豎向地震作用3.23.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合ihEiiFGg 水平向地震慣水平向地震慣性力代表值性力代表值水平向設(shè)計地震水平向設(shè)計地震加速度代表值加速度代表值地震作用效應(yīng)折地震作用效應(yīng)折減系數(shù)，取

21、減系數(shù)，取0.25集中在質(zhì)點集中在質(zhì)點i的重的重力作用標(biāo)準值力作用標(biāo)準值質(zhì)點質(zhì)點i的動的動態(tài)分布系數(shù)態(tài)分布系數(shù)v豎向地震慣性力計算同水平地震慣性力，約為水平向的三分之二豎向地震慣性力計算同水平地震慣性力，約為水平向的三分之二v同時計入水平、豎向地震慣性力時，豎向地震慣性力應(yīng)乘以遇合同時計入水平、豎向地震慣性力時，豎向地震慣性力應(yīng)乘以遇合系數(shù)系數(shù)0.50.5v地震動水壓力地震動水壓力n重力壩鉛直面上沿高度分布的地震動水壓強：重力壩鉛直面上沿高度分布的地震動水壓強：n單位寬度上的總地震動水壓力單位寬度上的總地震動水壓力作用點位于水面以下作用點位于水面以下0.54H0.54H1 1壩面傾斜的情況壩面

22、傾斜的情況作用方向：垂直于壩面、上下游作用方向一致作用方向：垂直于壩面、上下游作用方向一致v地震動土壓力地震動土壓力3.23.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合 1whwpyyH 分布系數(shù)分布系數(shù)壩前水深壩前水深2010.65hwFH 二、荷載組合二、荷載組合荷載性質(zhì)分類荷載性質(zhì)分類v基本荷載基本荷載自重自重( (壩體及固定設(shè)備壩體及固定設(shè)備) )正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的靜水壓力正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的靜水壓力正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的揚壓力正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的揚壓力泥沙壓力泥沙壓力 正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的浪壓力正常蓄水位或設(shè)計洪水位時的浪壓力冰壓力冰壓力 土壓力土壓力

23、設(shè)計洪水位時的動水壓力設(shè)計洪水位時的動水壓力其他出現(xiàn)機會較多的荷載其他出現(xiàn)機會較多的荷載3.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合3.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合v特殊荷載特殊荷載校核洪水位時的靜水壓力校核洪水位時的靜水壓力 校核洪水位時的揚壓力校核洪水位時的揚壓力校核洪水位時的浪壓力校核洪水位時的浪壓力 校核洪水位時的動水壓力校核洪水位時的動水壓力地震荷載地震荷載 其他出現(xiàn)機會很少的荷載其他出現(xiàn)機會很少的荷載荷載組合荷載組合v基本組合：基本組合：正常或設(shè)計狀況正?；蛟O(shè)計狀況同時出現(xiàn)的同時出現(xiàn)的基本荷載的組合基本荷載的組合v特殊組合：特殊組合：校核或非常狀況校核或非常狀況

24、同時出現(xiàn)的同時出現(xiàn)的基本荷載基本荷載再再加上加上 一種或幾種一種或幾種特殊荷載的組合特殊荷載的組合v混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（水口規(guī)范）規(guī)定的組合情（水口規(guī)范）規(guī)定的組合情況見表況見表3-3。3.2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合v作用在壩體上的荷載，除自重外，有一定的變化范圍作用在壩體上的荷載，除自重外，有一定的變化范圍v應(yīng)根據(jù)不同載荷出現(xiàn)的機率，組合成不同的設(shè)計情況，應(yīng)根據(jù)不同載荷出現(xiàn)的機率，組合成不同的設(shè)計情況，然后用不同的安全系數(shù)進行核算，以妥善解決安全和經(jīng)然后用不同的安全系數(shù)進行核算，以妥善解決安全和經(jīng)濟的矛盾。濟的矛盾。3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的

25、抗滑穩(wěn)定分析v重力壩失穩(wěn)破壞的類型（重力壩失穩(wěn)破壞的類型（示意圖）沿抗剪能力不足的沿抗剪能力不足的薄弱層面滑動（滑移破壞，薄弱層面滑動（滑移破壞，剛體極限平衡法）剛體極限平衡法）l沿建基面滑動沿建基面滑動l深層滑動深層滑動壩踵壩踵及以下巖體及以下巖體受拉開裂受拉開裂、壩趾受壓破碎壩趾受壓破碎產(chǎn)生產(chǎn)生的的傾倒滑移傾倒滑移破壞（強度不足破壞，有限元法）破壞（強度不足破壞，有限元法）v重力壩穩(wěn)定分析目的及意義v重力壩穩(wěn)定分析的計算方法v沿建基面的抗滑穩(wěn)定分析v壩基深層抗滑穩(wěn)定分析v提高抗滑穩(wěn)定性的工程措施3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析抗滑穩(wěn)定分析是重力壩設(shè)計中的一項重要內(nèi)容。抗滑穩(wěn)

26、定分析是重力壩設(shè)計中的一項重要內(nèi)容。v 目的：核算重力壩在各種可能荷載組合下的穩(wěn)定目的：核算重力壩在各種可能荷載組合下的穩(wěn)定安全度。安全度。v 建筑物設(shè)計基本原則：安全性與經(jīng)濟性。建筑物設(shè)計基本原則：安全性與經(jīng)濟性。v 重力壩設(shè)計基本原則：重力壩設(shè)計基本原則：v 保持穩(wěn)定保持穩(wěn)定( (抗滑穩(wěn)定抗滑穩(wěn)定) )v 應(yīng)力不超過材料強度（主要是應(yīng)力不超過材料強度（主要是壩體不出現(xiàn)拉應(yīng)力壩體不出現(xiàn)拉應(yīng)力） 剖面最小剖面最小3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析v沿壩基面滑動失穩(wěn)過程：沿壩基面滑動失穩(wěn)過程：壩踵壩踵膠結(jié)面出現(xiàn)微裂松弛區(qū)膠結(jié)面出現(xiàn)微裂松弛區(qū)壩趾壩趾膠結(jié)面出現(xiàn)局部剪切屈膠結(jié)面出現(xiàn)局部

27、剪切屈服服屈服范圍向上游延伸屈服范圍向上游延伸整體滑動失穩(wěn)整體滑動失穩(wěn)v抗滑穩(wěn)定分析內(nèi)容抗滑穩(wěn)定分析內(nèi)容驗算壩體沿驗算壩體沿壩基面壩基面的抗的抗滑穩(wěn)定安全度滑穩(wěn)定安全度驗算整體沿驗算整體沿深層軟弱結(jié)深層軟弱結(jié)構(gòu)面構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度抗滑穩(wěn)定的安全度壩基面壩基面軟弱面軟弱面3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析l 重力壩穩(wěn)定分析的計算方法重力壩穩(wěn)定分析的計算方法（1 1）剛體極限平衡法）剛體極限平衡法規(guī)范使用，重點講解。規(guī)范使用，重點講解。 剛體極限平衡法剛體極限平衡法就是壩體、巖體或大壩與壩體組成的滑裂體看成就是壩體、巖體或大壩與壩體組成的滑裂體看成剛體，不考慮滑裂體本身和滑裂體之間

28、變形的影響，也不考慮滑裂面剛體，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)。力矩的作用效應(yīng)。（2 2）數(shù)值方法）數(shù)值方法有限元法、塊體元法、流形元法等有限元法、塊體元法、流形元法等 （該方法還沒有設(shè)計控制標(biāo)準）（該方法還沒有設(shè)計控制標(biāo)準）（3 3）模型試驗法）模型試驗法計算時：計算方法參數(shù)標(biāo)準計算時：計算方法參數(shù)標(biāo)準要配套要配套3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析v 目前在進行抗滑穩(wěn)定分析時，設(shè)計部門使用的規(guī)范主要是：目前在進行抗滑穩(wěn)定分

29、析時，設(shè)計部門使用的規(guī)范主要是： SL319SL31920052005混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（安全系數(shù)法（安全系數(shù)法 ） DL5108DL51081999 1999 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（分項系數(shù)極限狀況法（分項系數(shù)極限狀況法 ）v 抗滑穩(wěn)定問題分類抗滑穩(wěn)定問題分類: : 按平面問題分析按平面問題分析各壩段獨立受力各壩段獨立受力，河床壩段一般作為平面問題處，河床壩段一般作為平面問題處理。理。 按按空間問題分析空間問題分析當(dāng)河床壩段當(dāng)河床壩段壩基內(nèi)斷層多條相互切割交錯構(gòu)成空壩基內(nèi)斷層多條相互切割交錯構(gòu)成空間滑動體間滑動體時；地形陡峻的岸坡壩段時；地形陡峻的岸

30、坡壩段。3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析一、沿壩基面抗滑穩(wěn)定分析一、沿壩基面抗滑穩(wěn)定分析1 1 抗剪強度公式抗剪強度公式( (只接觸，不膠結(jié)只接觸，不膠結(jié)) )接觸面水平時：接觸面水平時：v抗剪強度公式和抗剪斷公式抗剪強度公式和抗剪斷公式接觸面傾斜時：接觸面傾斜時：sfWUKPsincossincosWPPUWfKsf 的取值對工程量的影響很大。新安的取值對工程量的影響很大。新安江江f 減少減少0.010.01，砼增加，砼增加2 2萬方。萬方。3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析2 2 抗剪斷公式抗剪斷公式PAcUWfKs3 3 參數(shù)選取參數(shù)選?。簠⒄毡恚簠⒄毡?-

31、53-54 4 安全系數(shù)的選?。喊踩禂?shù)的選?。簠⒄諈⒄毡肀?-43-43.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析抗剪斷強度抗剪斷強度：是指在任一法向應(yīng)力下，橫切結(jié)構(gòu)面剪切破壞：是指在任一法向應(yīng)力下，橫切結(jié)構(gòu)面剪切破壞時巖體能抵抗的最大剪應(yīng)力；時巖體能抵抗的最大剪應(yīng)力；抗剪強度抗剪強度：是指在任一法向應(yīng)力下，巖體沿已有破裂面剪切：是指在任一法向應(yīng)力下，巖體沿已有破裂面剪切破壞時的最大應(yīng)力。破壞時的最大應(yīng)力。3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析v例題：例題：某重力壩基本剖面尺寸如圖。某重力壩基本剖面尺寸如圖。其余參數(shù)如下：其余參數(shù)如下：混凝土容重：混凝土容重： 抗剪斷強度參數(shù)：

32、抗剪斷強度參數(shù)：最小穩(wěn)定安全系數(shù)：最小穩(wěn)定安全系數(shù)：請按請按抗剪斷公式抗剪斷公式驗算設(shè)計洪水情驗算設(shè)計洪水情況下該壩段沿壩基面的穩(wěn)定性。況下該壩段沿壩基面的穩(wěn)定性。9 m50m3 2 m10m1 : 0 .85 2 1 6 5 m1 3 5 m1 7 5 m1 2 5 m0 . 1,9 . 0fMPac3/kN24m0 . 3sK9 m50m10m1 : 0 . 81 6 5 m1 3 5 m1 7 5 m1 2 5 mPPUW5 2 3 2 m121v兩種公式的優(yōu)缺點兩種公式的優(yōu)缺點v兩種公式的適用性兩種公式的適用性壩基內(nèi)不存在軟弱面時，采用抗剪斷公式壩基內(nèi)不存在軟弱面時，采用抗剪斷公式對中

33、型工程中的中、低壩，可按抗剪強度公式計算對中型工程中的中、低壩，可按抗剪強度公式計算v重力壩抗滑穩(wěn)定計算方法的發(fā)展趨勢重力壩抗滑穩(wěn)定計算方法的發(fā)展趨勢確定性向非確定性理論發(fā)展，采用可靠度理論設(shè)計確定性向非確定性理論發(fā)展，采用可靠度理論設(shè)計l由抗剪強度、抗剪斷公式向由抗剪強度、抗剪斷公式向極限狀態(tài)設(shè)計法極限狀態(tài)設(shè)計法發(fā)展發(fā)展l極限狀態(tài)分項系數(shù)設(shè)計法（混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范）極限狀態(tài)分項系數(shù)設(shè)計法（混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范）（電力行業(yè)）（電力行業(yè)）3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析二、深層抗滑穩(wěn)定分析二、深層抗滑穩(wěn)定分析v深層滑動（圖）深層滑動（圖）查明缺陷，確定失穩(wěn)邊界、產(chǎn)狀，測定抗剪斷

34、強度參數(shù)查明缺陷，確定失穩(wěn)邊界、產(chǎn)狀，測定抗剪斷強度參數(shù)選擇計算方法和安全系數(shù)選擇計算方法和安全系數(shù)選擇加固措施選擇加固措施v深層抗滑穩(wěn)定分析方法深層抗滑穩(wěn)定分析方法剛體極限平衡法剛體極限平衡法：概念清楚、計算方便，不能考慮變形：概念清楚、計算方便，不能考慮變形有限元法有限元法：可以算出應(yīng)力場、位移場和破壞、發(fā)展情況：可以算出應(yīng)力場、位移場和破壞、發(fā)展情況地質(zhì)力學(xué)模型實驗地質(zhì)力學(xué)模型實驗3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析剛體極限平衡法剛體極限平衡法1 1 單斜面深層抗滑穩(wěn)定分析單斜面深層抗滑穩(wěn)定分析將壩體與軟弱面以上壩基當(dāng)做一個整體

35、進行計算；將壩體與軟弱面以上壩基當(dāng)做一個整體進行計算；計算方法與壩基面抗滑穩(wěn)定分析一樣；計算方法與壩基面抗滑穩(wěn)定分析一樣；當(dāng)滑動面貫穿時，宜用抗剪強度公式，當(dāng)滑動面貫穿時，宜用抗剪強度公式，k ks s=1.05=1.051.31.3； 當(dāng)滑動面未貫穿時，宜用抗剪斷公式，當(dāng)滑動面未貫穿時，宜用抗剪斷公式，k ks s2.52.53.53.5。作為一個整體參與計算作為一個整體參與計算水壓力水壓力2 2 雙斜面深層抗滑穩(wěn)定分析雙斜面深層抗滑穩(wěn)定分析v計算原理計算原理( (圖圖) )v計算方法計算方法分區(qū)計算法分區(qū)計算法 剩余推力法剩余推力法 被動抗力法被動抗力法 等安全系數(shù)法等安全系數(shù)法整體計算法

36、整體計算法3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析 剩余推力法剩余推力法 被動抗力法被動抗力法 等安全系數(shù)法等安全系數(shù)法等安全系數(shù)法更為合理等安全系數(shù)法更為合理v中間力的作用方向中間力的作用方向取取=0=0，偏于安全。，偏于安全。取取tantan = = f / Ks。根據(jù)有限元計算分析根據(jù)有限元計算分析3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析 整體計算法整體計算法22110rQrQFdM 22112222211111rQrQrlcNfrlcNfKS矩滑動力阻滑力矩 v求解的困難在于如何獲得反力求解的困難在于如何獲得反力R R1 1、R R2 23.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力

37、壩的抗滑穩(wěn)定分析3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析（二）有限元法（二）有限元法v安全系數(shù)法安全系數(shù)法n應(yīng)力代數(shù)和比值法應(yīng)力代數(shù)和比值法n超載系數(shù)法：超載倍數(shù)即為安全系數(shù)超載系數(shù)法：超載倍數(shù)即為安全系數(shù)n強度折減法：強度折減系數(shù)即為安全系數(shù)強度折減法：強度折減系數(shù)即為安全系數(shù)v限制位移值法：控制夾層兩側(cè)巖體相對位移在一限制位移值法：控制夾層兩側(cè)巖體相對位移在一定范圍定范圍11niniiiisnni iifc lKl三、岸坡壩段抗滑穩(wěn)定分析三、岸坡壩段抗滑穩(wěn)定分析v岸坡壩段失穩(wěn)的特點岸坡壩段失穩(wěn)的特點壩基是傾向河床的斜面或折面，壩基是傾

38、向河床的斜面或折面，有有向下游和河床向下游和河床滑動的雙重趨勢，滑動的雙重趨勢，穩(wěn)定性不如河床壩段穩(wěn)定性不如河床壩段3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析四、提高重力壩抗滑穩(wěn)定的工程措施四、提高重力壩抗滑穩(wěn)定的工程措施利用水重：利用水重：將上游面做成傾斜面以利用水重。將上游面做成傾斜面以利用水重。坡度不宜過緩，否則會產(chǎn)生拉應(yīng)力坡度不宜過緩，否則會產(chǎn)生拉應(yīng)力3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析利用有利的開挖輪廓線利用有利的開挖輪廓線壩基面傾向上游壩基面傾向上游降低壩踵高程降低壩踵高程傾向上游的鋸齒傾向上游的鋸齒3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析設(shè)置齒墻設(shè)置齒墻

39、齒墻阻斷軟弱面，改變滑動面位置，增加抗滑力齒墻阻斷軟弱面，改變滑動面位置，增加抗滑力3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析充分發(fā)揮抗力充分發(fā)揮抗力體的作用體的作用滑動面由滑動面由abcabc抽水措施：抽水措施：抽去壩底滲透水，減少浮托力。抽去壩底滲透水，減少浮托力。抽水體內(nèi)浮托力抽水體內(nèi)浮托力明顯低于下游明顯低于下游不抽水的不抽水的揚壓力揚壓力排水廊道內(nèi)排水廊道內(nèi)水位明顯低水位明顯低于下游水位于下游水位抽水后的抽水后的揚壓力揚壓力3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析加固地基加固地基帷幕灌漿帷幕灌漿以減少壩基滲透能力以減少壩基滲透能力固結(jié)灌漿固結(jié)灌漿以增加壩基強度和整體以增

40、加壩基強度和整體性性斷層處理斷層處理以減少壩基軟弱結(jié)構(gòu)面以減少壩基軟弱結(jié)構(gòu)面3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析橫縫灌漿橫縫灌漿將局部或全部橫縫灌漿，增加壩體的整體穩(wěn)定性。將局部或全部橫縫灌漿，增加壩體的整體穩(wěn)定性。橫縫灌漿3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析預(yù)加應(yīng)力措施預(yù)加應(yīng)力措施上游面設(shè)置預(yù)上游面設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力錨索預(yù)應(yīng)力改變了預(yù)應(yīng)力改變了合力方向合力方向施加的預(yù)施加的預(yù)應(yīng)力應(yīng)力3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析扁千斤頂扁千斤頂抗力墩抗力墩錨定鋼筋錨定鋼筋五、壩基抗滑穩(wěn)定分析的發(fā)展五、壩基抗滑穩(wěn)定分析的發(fā)展v 剛體極限平衡法適用于完全由剪切滑動引起的

41、失穩(wěn)問題分剛體極限平衡法適用于完全由剪切滑動引起的失穩(wěn)問題分析，當(dāng)滑動失穩(wěn)由強度不足而被壓碎或拉裂引起時，需采析，當(dāng)滑動失穩(wěn)由強度不足而被壓碎或拉裂引起時，需采用非線性有限元法考慮變形與滑動的耦合作用。用非線性有限元法考慮變形與滑動的耦合作用。v 重力壩的抗滑穩(wěn)定是保證大壩安全的一個重要條件，常常重力壩的抗滑穩(wěn)定是保證大壩安全的一個重要條件，常常成為保證大壩安全的控制性因素。極限平衡法核算抗滑穩(wěn)成為保證大壩安全的控制性因素。極限平衡法核算抗滑穩(wěn)定時不能地基內(nèi)及滑動面的應(yīng)力與位移分布，求解時引入定時不能地基內(nèi)及滑動面的應(yīng)力與位移分布，求解時引入許多假定，對于某些具有特殊地質(zhì)條件的復(fù)雜工程，可能許

42、多假定，對于某些具有特殊地質(zhì)條件的復(fù)雜工程，可能因為忽略了某些控制性因素而得出不符合實際的結(jié)果，這因為忽略了某些控制性因素而得出不符合實際的結(jié)果，這種情況下，需要引入非線性有限元方法。種情況下，需要引入非線性有限元方法。3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析v 問題問題n以經(jīng)驗為基礎(chǔ)，計算方法可靠，但理論研究不透；以經(jīng)驗為基礎(chǔ)，計算方法可靠，但理論研究不透；n滑動破壞沿人們事先假定的方向進行，計算方法依據(jù)滑動破壞沿人們事先假定的方向進行，計算方法依據(jù)剛體極限平衡法。剛體極限平衡法。v 規(guī)范：規(guī)范：混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（DL5109-1999DL5109-1999）

43、（SL319-2005SL319-2005），分別采用極限狀態(tài)設(shè)計法和單一安全系），分別采用極限狀態(tài)設(shè)計法和單一安全系數(shù)法，設(shè)計時要對號入座。數(shù)法，設(shè)計時要對號入座。v 方向：可靠度理論，破壞機理的研究，斷裂力學(xué)理論的研方向：可靠度理論，破壞機理的研究，斷裂力學(xué)理論的研究與應(yīng)用。究與應(yīng)用。3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析v 可靠度理論的研究與應(yīng)用可靠度理論的研究與應(yīng)用：基于隨機變量的統(tǒng)計與分析，：基于隨機變量的統(tǒng)計與分析，用結(jié)構(gòu)的失效概率或可靠度來度量壩體的抗滑穩(wěn)定安全度，用結(jié)構(gòu)的失效概率或可靠度來度量壩體的抗滑穩(wěn)定安全度，使得抗滑穩(wěn)定計算具有明確的綜合安全度概念。使得抗滑穩(wěn)定

44、計算具有明確的綜合安全度概念。v 破壞機理的研究破壞機理的研究：應(yīng)用數(shù)值與模型試驗的方法，通過研究：應(yīng)用數(shù)值與模型試驗的方法，通過研究大壩與地基的應(yīng)力與變形發(fā)展過程，研究其破壞失穩(wěn)發(fā)展大壩與地基的應(yīng)力與變形發(fā)展過程，研究其破壞失穩(wěn)發(fā)展的全過程，進一步揭示其破壞失穩(wěn)的機制。的全過程，進一步揭示其破壞失穩(wěn)的機制。v 斷裂力學(xué)理論的研究與應(yīng)用斷裂力學(xué)理論的研究與應(yīng)用：以大壩及地基中存在薄弱面：以大壩及地基中存在薄弱面或微裂縫為研究對象研究其擴展、連通以至導(dǎo)致大壩失穩(wěn)或微裂縫為研究對象研究其擴展、連通以至導(dǎo)致大壩失穩(wěn)的過程。的過程。3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析作業(yè)作業(yè)重力壩失穩(wěn)破壞

45、型式有哪幾種？重力壩失穩(wěn)破壞型式有哪幾種？穩(wěn)定驗算有哪些公式？它們的主要區(qū)別在哪里？穩(wěn)定驗算有哪些公式？它們的主要區(qū)別在哪里？提高重力壩穩(wěn)定性的工程措施有哪些？提高重力壩穩(wěn)定性的工程措施有哪些？推導(dǎo)出被動抗力法的安全系數(shù)公式。推導(dǎo)出被動抗力法的安全系數(shù)公式。推導(dǎo)出重力壩上游面的剪應(yīng)力公式推導(dǎo)出重力壩上游面的剪應(yīng)力公式,給出過程。給出過程。3.3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析向家壩重力壩有限元模型向家壩重力壩有限元模型1MNMX -519912-384096-248280-11246423352159168294984430800566616JAN 22 200818:40:05NO

46、DAL SOLUTIONSUB =1TIME=.136812SXY (AVG)RSYS=0DMX =.012462SMN =-519912SMX =566616向家壩重力壩剪應(yīng)力分布向家壩重力壩剪應(yīng)力分布1 JAN 22 200817:41:15DISPLACEMENTSTEP=1SUB =5TIME=.136812DMX =.012462向家壩重力壩變形圖向家壩重力壩變形圖地質(zhì)力學(xué)模型試驗地質(zhì)力學(xué)模型試驗v應(yīng)力分析的目的：強度校核、砼標(biāo)號分區(qū)、配筋分析應(yīng)力分析的目的：強度校核、砼標(biāo)號分區(qū)、配筋分析v應(yīng)力分析的過程應(yīng)力分析的過程一、應(yīng)力分析方法一、應(yīng)力分析方法v重力壩應(yīng)力分析方法總體上分理論計

47、算和模型試驗兩類重力壩應(yīng)力分析方法總體上分理論計算和模型試驗兩類模型試驗法模型試驗法u光測法、電測法、地質(zhì)力學(xué)模型等，可進行應(yīng)力、溫光測法、電測法、地質(zhì)力學(xué)模型等，可進行應(yīng)力、溫度場、動力分析等。度場、動力分析等。材料力學(xué)法材料力學(xué)法u應(yīng)用最廣、最簡單，應(yīng)用最廣、最簡單， 是是重力壩規(guī)范規(guī)定采用的方法重力壩規(guī)范規(guī)定采用的方法。不考慮地基的影響，下不考慮地基的影響，下1/3壩計算誤差較大，但實踐證壩計算誤差較大，但實踐證明，中低壩可保證工程安全。明，中低壩可保證工程安全。3.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析 3.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析彈性理論的解析法彈性理論的解析法u僅使用于邊

48、界簡單的情況，較少應(yīng)用。僅使用于邊界簡單的情況，較少應(yīng)用。彈性理論的差分法彈性理論的差分法u對復(fù)雜邊界的適應(yīng)性差，沒有有限元法普遍。對復(fù)雜邊界的適應(yīng)性差，沒有有限元法普遍。彈性理論的有限元法彈性理論的有限元法u可很好處理幾何、材料、外力等復(fù)雜邊界和條可很好處理幾何、材料、外力等復(fù)雜邊界和條件，是一種綜合能力很強的計算方法，用得很件，是一種綜合能力很強的計算方法，用得很普遍。普遍。二、材料力學(xué)法壩體為均質(zhì)、各向同性的連壩體為均質(zhì)、各向同性的連續(xù)彈性體。續(xù)彈性體。視壩段為固結(jié)于地基上的懸視壩段為固結(jié)于地基上的懸臂梁，壩段獨立工作，地基臂梁，壩段獨立工作，地基變形不影響壩體應(yīng)力，橫縫變形不影響壩體應(yīng)

49、力，橫縫不傳力。不傳力。壩體水平截面上的正應(yīng)力按壩體水平截面上的正應(yīng)力按直線分布。直線分布?；炯俣ɑ炯俣ㄖ亓尾牧狭W(xué)法基本假定重力壩材料力學(xué)法基本假定MWyuyd近似懸臂梁3.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析（二）計算單元、計算截面（二）計算單元、計算截面（1 1）計算單元：）計算單元：沿壩軸線方向，取單位沿壩軸線方向，取單位壩寬為計算單元。（對溢流壩段，壩寬為計算單元。（對溢流壩段，取一個壩段為計算單元。取一個壩段為計算單元。（2 2）計算截面）計算截面：在計算單元的橫剖面上，：在計算單元的橫剖面上，截取若干個控制性水平截面進行應(yīng)截取若干個控制性水平截面進行應(yīng)力計算。力計算。 一般

50、選取壩基面、上下游折坡處、一般選取壩基面、上下游折坡處、壩體削弱部位（廊道部位等）以及壩體削弱部位（廊道部位等）以及需要計算壩體應(yīng)力的部位。需要計算壩體應(yīng)力的部位。 3.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析v最大最小應(yīng)力均出現(xiàn)在壩面，首先應(yīng)校核邊緣應(yīng)力最大最小應(yīng)力均出現(xiàn)在壩面，首先應(yīng)校核邊緣應(yīng)力邊緣應(yīng)力計算（不計揚壓力）邊緣應(yīng)力計算（不計揚壓力）豎向正應(yīng)力豎向正應(yīng)力( (水平截面上的正應(yīng)力水平截面上的正應(yīng)力) )剪應(yīng)力剪應(yīng)力( (上游、下游上游、下游) )水平正應(yīng)力水平正應(yīng)力( (豎向截面上的正應(yīng)力豎向截面上的正應(yīng)力) () (上游、下游上游、下游) )主應(yīng)力主應(yīng)力( (上游、下游上游、下游)

51、 )內(nèi)部應(yīng)力計算內(nèi)部應(yīng)力計算( (略略) )3.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析對于對于剛建成剛建成的或的或剛開始蓄水的壩剛開始蓄水的壩，在壩體內(nèi)或壩基中尚，在壩體內(nèi)或壩基中尚 未形成穩(wěn)定滲流場時，若要考慮壩踵和壩趾的應(yīng)力狀態(tài)，未形成穩(wěn)定滲流場時，若要考慮壩踵和壩趾的應(yīng)力狀態(tài)，可不計入揚壓力?？刹挥嬋霌P壓力。 計入揚壓力的邊緣應(yīng)力計算計入揚壓力的邊緣應(yīng)力計算（當(dāng)水庫正常蓄水且運當(dāng)水庫正常蓄水且運行較長時間后，形成穩(wěn)定滲流場，需考慮揚壓力作用）行較長時間后，形成穩(wěn)定滲流場，需考慮揚壓力作用）v計算方法：將揚壓力看做外荷載計算方法：將揚壓力看做外荷載v計算過程：計算包括揚壓力計算過程：計算包括

52、揚壓力的的W W和和MMyuyu 、ydyd( (采采用前述方法用前述方法)計算主應(yīng)力、計算主應(yīng)力、剪應(yīng)力（剪應(yīng)力（3-483-485050）v計算時需考慮不計揚壓力和計揚壓計算時需考慮不計揚壓力和計揚壓力兩種情況，均需滿足規(guī)定要求。力兩種情況，均需滿足規(guī)定要求。3.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析 壩基面的鉛直應(yīng)力壩基面的鉛直應(yīng)力sy 強度指標(biāo)強度指標(biāo)yy3.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析SL3192005混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范DL51081999 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范1、基于材料力學(xué)法的應(yīng)力控制標(biāo)準、基于材料力學(xué)法的應(yīng)力控制標(biāo)準壩體應(yīng)力壩體應(yīng)

53、力混凝土安全系數(shù)混凝土安全系數(shù)抗壓強度可提高特殊組合抗拉安全系數(shù)特殊組合抗拉安全系數(shù)抗壓安全系數(shù)特殊組合基本組合抗壓安全系數(shù)30)2(0 . 2)2(0 . 45 . 3) 1 (0 . 43.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析四、有限元法四、有限元法有限元法的彈性分析有限元法的彈性分析1 1 基本原理基本原理v結(jié)構(gòu)離散化結(jié)構(gòu)離散化v幾何方程幾何方程v應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式（本構(gòu)方程）應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式（本構(gòu)方程）v虛功原理得到單元支配方程虛功原理得到單元支配方程v總體平衡方程組總體平衡方程組v求解方程組求解方程組3.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析3.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析1MNMX

54、 -519912-384096-248280-11246423352159168294984430800566616JAN 22 200818:40:05NODAL SOLUTIONSUB =1TIME=.136812SXY (AVG)RSYS=0DMX =.012462SMN =-519912SMX =5666163.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析1 JAN 22 200817:41:15DISPLACEMENTSTEP=1SUB =5TIME=.136812DMX =.0124623.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析2 計算應(yīng)用計算應(yīng)用v 步驟：劃分網(wǎng)格、輸入信息、計算、整理成果

55、步驟：劃分網(wǎng)格、輸入信息、計算、整理成果（二）有限元法的非線性分析（二）有限元法的非線性分析v 主要用途：接觸問題、安全度、抗滑穩(wěn)定分析、壩踵斷裂問題主要用途：接觸問題、安全度、抗滑穩(wěn)定分析、壩踵斷裂問題（三）有限元法的應(yīng)力控制標(biāo)準（三）有限元法的應(yīng)力控制標(biāo)準（1 1）壩基上游面）壩基上游面 計揚壓力時，拉應(yīng)力區(qū)寬度宜小于壩底寬度的計揚壓力時，拉應(yīng)力區(qū)寬度宜小于壩底寬度的0.070.07倍（垂直拉應(yīng)力分布寬倍（垂直拉應(yīng)力分布寬度度/ /壩底面寬度）或壩踵至帷幕中心線的距離。壩底面寬度）或壩踵至帷幕中心線的距離。（2 2）壩體上游面）壩體上游面 計揚壓力時，拉應(yīng)力區(qū)寬度宜小于計算截面寬度的計揚壓

56、力時，拉應(yīng)力區(qū)寬度宜小于計算截面寬度的0.070.07倍或計算截面上游倍或計算截面上游面至排水孔（管）中心線的距離。面至排水孔（管）中心線的距離。3.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析四、各種因素對應(yīng)力的影響四、各種因素對應(yīng)力的影響地基變形模量對壩體應(yīng)力的影響地基變形模量對壩體應(yīng)力的影響壩體混凝土分區(qū)對壩體應(yīng)力的影響壩體混凝土分區(qū)對壩體應(yīng)力的影響縱縫對壩體應(yīng)力的影響縱縫對壩體應(yīng)力的影響分期施工對壩體應(yīng)力的影響分期施工對壩體應(yīng)力的影響溫度變化及施工過程對壩體應(yīng)力的影響溫度變化及施工過程對壩體應(yīng)力的影響v主要有五種因素的影響主要有五種因素的影響3.4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析v混凝土和巖

57、體均為透水性材料，壩體及壩基會形混凝土和巖體均為透水性材料，壩體及壩基會形成穩(wěn)定的滲流場。成穩(wěn)定的滲流場。v分析壩體應(yīng)力時，應(yīng)加入水流滲流體積力。分析壩體應(yīng)力時，應(yīng)加入水流滲流體積力。v常假定巖體內(nèi)滲流體遵循達西定律。常假定巖體內(nèi)滲流體遵循達西定律。v一般采用有限元法計算分析。一般采用有限元法計算分析。3.5 重力壩的滲流分析重力壩的滲流分析一、穩(wěn)定滲流場的計算 滲流基本方程和定解條件滲流基本方程和定解條件達西定律的平面問題的基本方程達西定律的平面問題的基本方程22222222 0 00 0 xyHHkkxxyyHHkkxxyyHHkxyHHxy基本方程：各向同性：各向同性均質(zhì)：平面問題的定解

58、條件平面問題的定解條件(圖圖)3.5 重力壩的滲流分析重力壩的滲流分析（二）用有限元法求解水頭（二）用有限元法求解水頭H H根據(jù)單元剖分和有限元原理可獲得方程矩陣：根據(jù)單元剖分和有限元原理可獲得方程矩陣：KH=F H有限元法有限元法計算出來計算出來的滲流場的滲流場(等勢線等勢線)3.5 重力壩的滲流分析重力壩的滲流分析二、滲流場體積力的計算節(jié)點滲透壓力節(jié)點滲透壓力()()()iiijjjpHypHypHypHy3.5 重力壩的滲流分析重力壩的滲流分析xyoimimmjmjjijiyimimmjmjjijixxxppxxppxxppPyyppyyppyyppP212121212121jimimj

59、mjiyjimimjmjixxxpxxpxxpPyypyypyypP21213yP3xP3yP3xP3yP3xP單元滲透壓力及其分布單元滲透壓力及其分布v逆時針編號，逆時針方法記憶逆時針編號，逆時針方法記憶計算實例計算實例3.5 重力壩的滲流分析重力壩的滲流分析一、壩體溫度變化v壩體溫度變化過程分三個階段壩體溫度變化過程分三個階段( (圖圖) )第一階段：上升期第一階段：上升期第二階段：降溫期第二階段：降溫期第三階段：穩(wěn)定期第三階段：穩(wěn)定期溫差：溫差：T Tr r=15-25=15-25，T Tr rmaxmax=36=36maxmax :rjjTTTTT水化熱溫升：（最高溫度，入倉溫度）因外

60、界氣溫低于因外界氣溫低于TmaxTmax，體內(nèi)降溫慢，表面降溫快，體內(nèi)降溫慢，表面降溫快( (圖圖) )。體表隨氣溫而變化，體內(nèi)降到多年平均氣溫體表隨氣溫而變化，體內(nèi)降到多年平均氣溫( (圖圖) ):( maxmax年均氣溫最高溫度，：ddTTTTT溫度回降 值3.6 重力壩的溫度應(yīng)力、溫度控制重力壩的溫度應(yīng)力、溫度控制 和裂縫防止和裂縫防止二、施工期的溫度應(yīng)力1 1 地基約束引起的應(yīng)力地基約束引起的應(yīng)力入倉溫度入倉溫度T Tj j最高溫度最高溫度T Tj j+ +T Tr r穩(wěn)定溫度穩(wěn)定溫度T Td d總溫降總溫降TTT Tj j+ +T Tr rT Td d ，混凝土收縮受限產(chǎn)生水平拉應(yīng)力