答當壩底揚壓力折減系數(shù)分別為和時

1、1、答：根本剖面是指：壩體在自重、靜水壓力水位與壩頂齊平和揚壓力 項主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強度要求，并使工程量最小的三角形剖面。1當壩底揚壓力折減系數(shù)分別為1.0和0.3時冷=1.0時,穩(wěn)定要求:強度要求:1U1 1wHB=245BkN2根據(jù)抗剪強度公式有上游邊緣應力保證不出現(xiàn)拉應力，考慮揚壓力瓦WU 丄 6HM -yu -0BB2根本三角形剖面，作其底邊的高，將底邊分成左右兩段，分別為要滿足便于施工，所以Xi 一0、X2 一01cX1H，業(yè)飛wXiH wW2 W3x1x22、壩體自重產(chǎn)生的彎矩：M1 側(cè)-223上游水重產(chǎn)生的彎矩：M3 二W3寧-即水平靜水壓力產(chǎn)生的彎矩:1M4 二-P

2、-H3揚壓力產(chǎn)生的彎矩：M5XiX2)二M =M1 M2 M 3 M 4 M 5優(yōu)化問題可以使用EXCEL、Lingo或MATLAB軟件進行計算。根本剖面要求工程量最小，即為 B為最小值時，可以利用數(shù)學知識知道當X2=0時，B為最小值，帶入計算得到 x1=31.3m，g卩 B=31.3m,12=0.3 時，U22 wHB =73.5BkN,同理可求的 B=24.2m2取一米長的壩段計算工程量相差量：1/2 31.3 50 1 -1/2 24.2 50 1 =177.5m33根據(jù)交通和運行管理需要，壩頂應有足夠的寬度，為了防止波浪漫過壩頂， 在靜水位以上還應有一定的平安超高。 再就是根據(jù)工程經(jīng)驗

3、，一般情況下，上游 壩坡坡率n=0 0.2，常做成鉛直或上部鉛直下部傾向上游，下游壩坡坡率為 m=0.60.8,底寬約為壩高的0.70.9。2、( 1)正常蓄水位時，穩(wěn)定分析時采用抗剪斷公式自重：W =4.5 (220.4 -187) 23.5 =3532kNW2 =1/2 (3.34 2.16 17.88 -4.5) (213.97 -187) 23.5 =5983kN上游水平水壓力：2R = 0.5 9.8 (217.55 -187) =4573kN下游水平水壓力：2P2 = 0.5 9.8 (197.35 -187) =525kN下游垂直水壓力：Q1 = 0.5 (197.35 -187

4、)2 0.7 9.8 =367kN揚壓力:5 =23.38 9.8 (197.35-187) =2371kNU2 =9.8 0.25 (217.55-197.35) 17.88 0.5 =442kNU3 =0.25 (217.55-197.35) 9.8 5.5 =272kNU4 =(1-0.25) 9.8 (217.55 -197.35) 5.5 0.5 =408kN 泥沙壓力：壩面單位長度上的水平於沙壓力標準值計算公式如下= sbhS2tg2 45 L】 = 17.2M195 187)2 g2(45 y)= 198kN2I 2 丿 22浪壓力：利用官廳公式有h| =O.O166V054 D

5、1310.4(hl)082hz二 h , 2 二h-cthL L計算得：波高hl =0.24m,波長L =3.32m，壅高hz=0.055m222gD/v。=9.81 800/9 -96.8，當 gD/v。=20 250時，為累積頻率 5%的波高 h5%,即 h5%= hl = 0.24m, h1%=1.24 h5%=0.30m, H=217.55-197.35=20.20.5L,為深水波。此時單位長度上的波浪壓力為11P,rwL(h1% hz)9.8 3.32 (0.3 0.055) = 2.89kN44可見浪壓力很小，在以下穩(wěn)定計算中可以忽略(設計和校核的在第二問中已求出, 校核洪水位時，

6、波浪壓力較大可計入其中)。壩址區(qū)地震根本烈度為6度，可不考慮地震對壩體施加的作用。偏心距的計算見excel表，將計算結(jié)果帶入下面抗剪斷公式-4.96 K 亠 3.0f ( W -U ) cA _ 1.1 6388 0.6 10 23.38Z P4247滿足標準穩(wěn)定要求正常蓄水位工況，以上荷載計算列表如下。序 號何載符號垂直力kN水平力kN偏心距e(m)力矩(kN.m)向下向上向左向右逆時針順時針1自重W135329.4333432W259830.953653上游水平 水壓力P1457310.2465704下游水平 水壓力P25253.518115下游垂直 水壓力Q13679.334086浮托力

7、U123710.0007U24420.21028滲流壓力U32728.924339U44089.9402410水平泥沙 壓力Ps1982.7529合 計9883349452547714051857067總計63884247-16548同理，設計洪水位工況，荷載計算表。序 號何載符號垂直力kN水平力kN偏心距e(m) I力矩(kN.m)向下向上向左向右逆時針順時針1自重W135329.4333432W259830.953653上游水平 水壓力P1500210.7532714下游水平 水壓力P25613.620015下游垂直 水壓力Q13939.236106浮托力U124520.0007U2465

8、0.21078滲流壓力U32868.9:25609U44309.9423410水平泥沙 壓力Ps1982.7529合計9908363356152004070864310總 計62754639-23602由抗剪斷公式得:U+cA 1.1 漢 6275 +0.6X03 漢 23.38 ，宀 r j 一Ks4.51l-K 亠 3.0 P4639滿足標準穩(wěn)定要求。校核洪水位工況，荷載計算表。序號荷載符號垂直力kN水平力kN偏心 距em力矩kN.m向下向上向左向右逆時針順時針1自重W135329.4333432W25983P 0.9P 53653上游水平 水壓力P1532011.0584314下游水平

9、水壓力P25913.721625下游垂直 水壓力Q14149.137756浮托力U125160.0007滲流壓力U2481P 0.21118U32968.926479U44449.9437710水平泥沙 壓力Ps1982.752911浪壓力Pw12.2應力計算不計合計99293737591:55304086969868總計61914940-28999由抗剪斷公式得:,f 送 WU+cA 1.仆6191 十0.6漢103 T3.38訂Ks4.21 K 心 2.5Z P4940滿足標準穩(wěn)定要求。2揚壓力就算在以上表中已計算出，需計算設計與校核時的浪壓力，計算過 程與以上正常蓄水位時的一樣。設計工況

10、：計算得：波高h =0.25m，波長L =3.43m，壅高hz=0.057mgD/v：=9.81 900/92 =109，當 gD/v；=20 250時，為累積頻率 5%的波高 h5%，即 h5%=h =0.25m, hi%=1.24 hs%=0.31m, H=218.95-187=31.950.5L,為深水波。此時單位長度上的波浪壓力為11PWrwL(h1% hz)9.8 3.43 (0.31 0.057) =3.08kN44校核工況：此時 v0 = 15.9m/s計算得：波高hl =0.53m，波長L =6.23m，壅高hz=0.14m gD/v2=39，當gD/v；=20250時，為累積

11、頻率5%的波高h5%，即 h5%=h = 0.53m， h1%=1.24 h5%=0.66m， H=219.95-187=32.950.5L，為深水波。此時單位長度上的波浪壓力為11PvrwL(h1% hz)9.8 6.23 (0.66 0.14) -12.2kN44建基面應力計算，不計揚壓力的作用、波浪壓力，只計算出來不參與應力計正常工況(不考慮揚壓力) 邊緣應力的計算 水平截面上的正應力二yu和二ydu2_W 6、MB B2yd W 6、MB B2式中：iW作用在計算截面以上除揚壓力外全部荷載的垂直分力總和1W =9883kNiM 作用在計算截面以上全部荷載的對截面形心的力矩總和。3M 二

12、-9989 kN mB 壩體計算截面沿上下游方向的長度，B= 23.38m。計算得到：匚yu =313.1kPa,=532.4kPa，均未出現(xiàn)負值(拉應力)且小于50MPa，符合應力要求。 剪應力u， du =(Pu 一二yu)n =0kPad =；yd -Pdm = 532.4 -10.35 9.8 0.7 =301.7kPa水平正應力匚XU,匚xdcr = Pu t u n = 30.55 漢 9.8 = 299.4kPaUUu二xd = Pddm = 10.35 9.8 301.7 0.7 = 312.6kPa 第一主應力；1u, ；1d2 2；1u =(1 n )；yu - Pun =

13、 ；yu =313.1kPaC1d =(1 m2)；yd -Fdm2 =(1 0.72) 532.4-10.35 9.8 0.72 = 743.6kPa ,滿足地基 承載力要求。 第二主應力二2u - Fu - 299.4kPa二 2d = Pd =101.4kPa壩體內(nèi)部應力計算建基面五個等分點上的應力分量及主應力大小和方向壩內(nèi)水平截面上的正應力假定二y在水平截面上呈現(xiàn)直線分布，可得距下游面X處的二y = a bx (以壩 基面下游壩趾點為原點，壩基面為x軸，垂直x軸向下為y )當 x = 0 時，a 二;yd 二 532.4 ；當 x 二 B 二 23.38m，12、MB312一9989=

14、 _9.3823.3836 =532.4 -9.38X，如果取壩基面等分點的5個點分別計算各點的應力，從壩基面下游至上游，壩內(nèi)水平截面上的正應力分別為 二y1、二y2、匚y3、二y4、二y5，23 38-y1 =532.4 -9.38495.9kPa。6同理：二y2 =459.3kPa，二y3 =422.8kPa，二y4 =386.2kPa，二 y5 =349.7kPa。壩內(nèi)剪應力剪應力沿x軸呈二次拋物線分布，.=a-i b|x c(x2 o當x =0時(下游面)，二d，即印=301.7kPa ;當x = B時(上游面)，二，即 a1 b1B C1B2 ；整個水平截面上剪應力的總和應等于截面以

15、上水平荷載總和-P，通過對二次拋物線進行0到B的積分，得到 a1B bl-Cl B323聯(lián)立求解：123.38-6 424723.384 301.7) = -5.0Ci 二3u 3-d)冷4247 3 30i.7)_ 一0.3423.38223.38貝U有.=301.7 5.0x0.34x2， i =277.1kPa，2 =242.1kPa，3=196.8kPa，4 = 141.2kPa，5 =75.2kPa。 壩內(nèi)水平正應力壩內(nèi)水平正應力二X為三次曲線分布，即 二X =a2 b2x - c2x2 d2x3，因為與直線相接近，故匚x =a3 b3x，a3 Yxd =312.6，b3 =x -

16、299.4 31芟=-0.57B23.38貝U ； =312.60.57x ，二x1 =310.4kPa ，二x2 = 308.2kPa ，二x3 = 305.9kPa，-x4 = 303.7kPa， - x5 = 301.5kPa。 壩內(nèi)主應力匚 22 (2)1 arcta n(求得各點主應力為:計算點應力12345a y495.9459.3422.8386.2349.7T277.1242.1196.8141.275.2310.4308.2305.9303.7301.5695.4637.4569.6492.1404.66110.9130.1159.1197.8246.60-0.62-0.63

17、-0.64-0.64-0.63設計工況根據(jù)以上的計算步驟，其他工況計算方法一樣，可在excel中列表求解。邊緣應力的計算IWIM yu口 ydD xu口 xd1u口 1d 2u 2d9908 :-16701：240.4607.10:351.6313.1351P 240.4:853.2313.1104.9壩體內(nèi)部應力計算壩內(nèi)應力計算系數(shù)表aba1b1c1a3b3607.1-15.68351.6-9.23P -0.25351.0-1.6壩內(nèi)應力計算表壩基面ayTCTx*1546.0311.8344.6773.0117.6-0.632484.9264.6338.3P 686.1137.1-0.653

18、423.8209.7332.0592.6163.2-0.684362.7147.4325.7492.7195.7-0.725301.677.5319.4388.5232.50.73校核工況邊緣應力的計算IWIMCT yu口 yd%5axuxd%Jua2d9929 1-21865184.7 :664.70.0391.9322.9381.9 :184.7937.6322.9107.6 壩體內(nèi)部應力計算壩內(nèi)應力計算系數(shù)表aba1b1c1a3b3664.7 :-20.53004391.9P-13.0-0.2381.9-2.5 n壩內(nèi)應力計算表壩基面ayTCT xa21584.7340.3372.1834.9121.8-0.632504.7290.9362.2732.9134.0-0.673424.7240.4352.4631.6145.4-0.714344.7189.9342.6533.5153.7-0.7