水工建筑物第3章重力壩

1、3 3 巖基上的重力壩巖基上的重力壩3.3.1 1 概述概述3.3.2 2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合3.3.3 3 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析3.3.4 4 重力壩的應(yīng)力分析重力壩的應(yīng)力分析3.3.5 5 重力壩的滲流分析重力壩的滲流分析3.3.6 6 重力壩的溫度應(yīng)力、溫度控制和裂縫防止重力壩的溫度應(yīng)力、溫度控制和裂縫防止3.3.7 7 重力壩的剖面設(shè)計(jì)重力壩的剖面設(shè)計(jì)3.3.8 8 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法3.3.9 9 重力壩的抗震設(shè)計(jì)重力壩的抗震設(shè)計(jì)3.3.10 10 泄水重力壩泄水重力壩3.3.11 11 重力壩的地基處理重力壩的地基

2、處理3.3.12 12 重力壩的材料及構(gòu)造重力壩的材料及構(gòu)造3.3.13 13 碾壓混凝土重力壩碾壓混凝土重力壩3.3.14 14 其他型式的重力壩其他型式的重力壩3.3.1 1 概述概述 一、重力壩的工作原理及特點(diǎn)一、重力壩的工作原理及特點(diǎn) 重力壩的定義：用砼或石材修筑、主要依靠壩體自重保持穩(wěn)定的大壩。見圖 重力壩的分類：分別按結(jié)構(gòu)型式（實(shí)體、寬縫、空腹）、壩體溢流與否（溢流與非溢流）、筑壩材料（砼、漿砌石）進(jìn)行分類。 巖基上重力壩的基本剖面呈三角形，上游面通常是垂直的或稍傾向上游的三角形斷面。 1、工作原理 主要依靠壩體的重量，在壩體和地基的接觸面上產(chǎn)生抗滑力來抵抗庫水的推力，以達(dá)到穩(wěn)定的

3、要求。go馳名中外的長江三峽工程豐滿大壩萬家寨大壩江埡大壩石泉大壩新安江大壩3.3.1 1 概述概述2 2、重力壩的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)：、重力壩的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1）安全可靠。抵抗水的滲漏、洪水漫頂、地震或戰(zhàn)爭(zhēng)破壞的能力都比較強(qiáng)，因而失事率較低，但剖面尺寸較大。 2）對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，壩體作用于地基面上的壓應(yīng)力不高，所以對(duì)地質(zhì)條件的要求也較低，低壩甚至可修建在土基上。 3）樞紐泄洪容易解決，便于樞紐布置。 4）施工方便，便于機(jī)械化施工。 5）結(jié)構(gòu)作用明確，應(yīng)力計(jì)算和穩(wěn)定計(jì) 算比較簡(jiǎn)單。3.3.1 1 概述概述缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1)剖面尺寸大，水泥石料等用量多。 2)壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)不能能充

4、分發(fā)揮。 3)揚(yáng)壓力大，對(duì)穩(wěn)定不利。 4)砼體積大，溫控要求較高。3.3.1 1 概述概述二、重力壩的設(shè)計(jì)內(nèi)容剖面設(shè)計(jì)：穩(wěn)定分析：應(yīng)力分析：構(gòu)造設(shè)計(jì)：地基處理：溢流重力壩和泄水孔的孔口設(shè)計(jì)：監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)：三、重力壩的建設(shè)情況19世紀(jì)以前：漿砌石19世紀(jì)后期：混凝土20世紀(jì)中期后：碾壓砼3.2 3.2 重力壩的荷載及組合重力壩的荷載及組合作用：外界環(huán)境對(duì)水工建筑物的影響；分為永久、可變和偶然三種作用。荷載：進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，若開始即可用一個(gè)明確的外力來代表外界環(huán)境的影響，則此作用（外力）可稱為荷載；作用于重力壩的主要荷載有：自重；靜水壓力；揚(yáng)壓力；動(dòng)水壓力；浪壓力；泥沙壓力；冰壓力；土壓力；溫度荷載；

5、風(fēng)荷載；地震力。一、荷載1、自重3.2 3.2 重力壩的荷載及組合重力壩的荷載及組合 壩體自重由壩體體積和材料的容重算出。初步設(shè)計(jì)時(shí)可取砼c=24kN/m3，施工詳圖階段由現(xiàn)場(chǎng)砼試驗(yàn)決定，當(dāng)計(jì)算深層滑動(dòng)時(shí)，還應(yīng)考慮巖體的自重。2、靜水壓力 作用在壩面上的靜水壓力可按靜水力學(xué)原理計(jì)算，分為水平及垂直力分別進(jìn)行計(jì)算。 水平力：P1=(1/2)rH12 P4=(1/2)rH22 垂直力：P2=(1/2)rnH12 P3=(1/2)rmH223.2 3.2 重力壩的荷載及組合重力壩的荷載及組合 3、揚(yáng)壓力1）揚(yáng)壓力組成：上浮力+滲流壓力；上浮力由壩體下游水深產(chǎn)生的浮托力；滲流壓力，即壩底揚(yáng)壓力，形成原

6、因：上下游水位差；砼、巖石都是透水材料砼的孔隙等缺陷、巖石的節(jié)理與裂隙等。 由于基巖節(jié)理裂隙很不規(guī)則，難以求出壩底揚(yáng)壓力的準(zhǔn)確分布，故通常假定揚(yáng)壓力從壩踵到壩趾成直線變化。 揚(yáng)壓力折減系數(shù)與巖體的性質(zhì)和構(gòu)造，帷幕深度和厚度，灌漿的質(zhì)量，排水孔的直徑、間距、深度等有關(guān)。 規(guī)范規(guī)定：河床壩段=0.2-0.3 岸坡壩段=0.3-0.4H1H=h1-h2h2帷幕排水rH1arHrH2浮托力揚(yáng)壓力滲透力rH3帷幕排水rH4h4H3Hhrha3rha3rH3.2 3.2 重力壩的荷載及組合重力壩的荷載及組合2）壩身揚(yáng)壓力（見下右圖）。壩身排水管折減系數(shù)3=0.15-0.33.2 3.2 重力壩的荷載及組合

7、重力壩的荷載及組合4、動(dòng)水壓力 在溢流面上作用有動(dòng)水壓力，壩頂曲線和下游面直線段上的動(dòng)水壓力很小，可忽略不計(jì)。只計(jì)算反弧段上的動(dòng)水壓力。 計(jì)算時(shí)假定水流為勻速流，流速為V，如果忽略水重W，側(cè)面水壓力F1和F2，則可以直接由動(dòng)量議程求出作用于整個(gè)反弧上的水壓力水平分量。 PH=qV(Cos2-Cos1)/g 垂直分量：取V1V2 Pv=qV（Sin1+ Sin2）/g3.2 3.2 重力壩的荷載及組合重力壩的荷載及組合5、浪壓力浪壓力與波浪要素、壩前水深等有關(guān)；具體說來，浪壓力與風(fēng)速和水庫吹程有關(guān)。中等高度以上的重力壩，浪壓力在荷載中所占比重較小，通常忽略；波浪三要素：波高、波長和壅高；重力壩上

8、游面多為鉛直（或接近鉛直），當(dāng)波浪推進(jìn)到壩前時(shí)，由于壩面的反射作用產(chǎn)生駐波，波高為2hl，而波長保持L不變。計(jì)算風(fēng)速V0：指水面以上10m處10min的風(fēng)速平均值；水庫吹程D：風(fēng)作用于水域的長度，亦即風(fēng)區(qū)長度，為壩前（風(fēng)向）到對(duì)岸的距離，當(dāng)吹程內(nèi)水面有局部縮窄，若縮窄處的寬度B小于12波長時(shí)，近似地取D=5B（且不小于自壩前到縮窄處的距離）；H為壩前水深。3.2 3.2 重力壩的荷載及組合重力壩的荷載及組合官廳水庫公式適用范圍：V020m/s及DL/2時(shí)，波浪運(yùn)動(dòng)不受庫底約束；淺水波：L/2HH0時(shí)，波浪運(yùn)動(dòng)受庫底影響；臨界波：H90時(shí)，即上游面為倒坡。庫空時(shí)，三角形重心可能超過底邊三分點(diǎn)在下

9、游面產(chǎn)生拉應(yīng)力，而且倒坡不便施工。 當(dāng)90時(shí)，利用水重幫助穩(wěn)定。但角度太小時(shí)，庫滿時(shí)合力可能超過底邊三分點(diǎn)（偏下游）在上游面產(chǎn)生拉應(yīng)力。上游面坡度越緩，第一主應(yīng)力越易成為拉應(yīng)力，故角不宜太小。3.7 重力壩的剖面及優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)律：1）施工運(yùn)用方便多做成=90 2）f較低時(shí)，為滿足穩(wěn)定，減小角，利用水重 3）工程經(jīng)驗(yàn)m=0.60.8（下游坡）n=00.2（上游坡） pHW2W1BUarH重力壩基本剖面a3.7 重力壩的剖面及優(yōu)化設(shè)計(jì)三、實(shí)用剖面 以大壩基本剖面為基礎(chǔ)，考慮大壩正常運(yùn)行管理和交通要求，壩頂設(shè)置足夠?qū)挾人_定的剖面。 根據(jù)運(yùn)用和交通要求，壩頂應(yīng)有足夠的寬度，無特殊要求，壩頂寬=8-10

10、%壩高，但不得小于2米，如有運(yùn)用和交通要求，應(yīng)滿足這些要求。 壩頂高于水庫水位的高度h計(jì)算： h=hl+hz+hc 壩頂高度=設(shè)計(jì)洪水位+h 壩體剖面擬定：分三種情況確定。3.7 重力壩的剖面及優(yōu)化設(shè)計(jì)四、大壩優(yōu)化設(shè)計(jì) 即在給定荷載條件下采用最經(jīng)濟(jì)、最合理的設(shè)計(jì)（一）優(yōu)化設(shè)計(jì)方法分類 1、傳統(tǒng)重復(fù)設(shè)計(jì)法 2、準(zhǔn)則法 3、數(shù)學(xué)法 求解：直接最優(yōu)法：（試驗(yàn)最優(yōu)法）直接對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行比較，以逐步達(dá)到最優(yōu)；間接最優(yōu)法：（分析最優(yōu)法）把研究對(duì)象用數(shù)學(xué)方程描述，運(yùn)用數(shù)學(xué)解析法求其最優(yōu)解。 3.7 重力壩的剖面及優(yōu)化設(shè)計(jì)（二）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括的內(nèi)容：、規(guī)定描述壩體體形的設(shè)計(jì)參數(shù)、建立目標(biāo)函數(shù)、確定約束條件、

11、選擇求解方法 3.8 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 一、重力壩剖面設(shè)計(jì)原則 直接采用結(jié)構(gòu)目標(biāo)可靠指標(biāo)進(jìn)行水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可較全面地考慮有關(guān)因素變異性對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的影響，使設(shè)計(jì)更趨合理；按國家傳統(tǒng)和所有資料，規(guī)范明確規(guī)定采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則，以分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，并按材料和作用的標(biāo)準(zhǔn)值分別計(jì)算基本組合和偶然組合。 重力壩剖面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則：3.8 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 1）各基本變量均為隨機(jī)變量； 2）以現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的計(jì)算方法為基礎(chǔ)建立極限狀態(tài)方程； 3）同時(shí)滿足抗滑穩(wěn)定和壩趾抗壓強(qiáng)度承載能力的極限狀態(tài)，以及壩踵應(yīng)力約束條件的正常使用極限狀態(tài)； 4）重力壩按其所處的工作狀況分

12、為：持久狀況、短暫狀況和偶然狀況。對(duì)處于長期使用的持久狀況，應(yīng)考慮承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)，對(duì)短暫狀況和偶然狀況只考慮承載能力極限狀態(tài)。3.8 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 二、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 承載能力極限狀態(tài)：指壩體沿壩基面或地基中軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)和壩趾超過筑壩材料抗壓強(qiáng)度而破壞的臨界狀態(tài)； 正常使用極限狀態(tài)：指壩踵不出現(xiàn)拉應(yīng)力。 1、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)式 2、正常使用極限狀態(tài)3.8 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)式 計(jì)算公式：0S(Fd,ak)R(fd,ak)/d 1)抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)作用效應(yīng)函數(shù)S()=P 2)壩趾抗壓強(qiáng)度計(jì)入揚(yáng)壓力情況下的極限狀態(tài)作用效應(yīng)函數(shù)S()=(

13、W/B-6M/B2)(1+m2) 3)抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)抗力函數(shù)R()=fW+cA 4)壩趾抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)抗力函數(shù)R()=Ra 5)上述各式中，各基本變量f、c、Ra及揚(yáng)壓力系數(shù)均以設(shè)計(jì)值代入計(jì)算。3.8 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 正常使用極限狀態(tài)計(jì)算公式：0S(Fd,fd,ak)c/d1)上式中，為標(biāo)準(zhǔn)值，c為結(jié)構(gòu)功能的極限值；設(shè)計(jì)狀況系數(shù)、作用分項(xiàng)系數(shù)、材料性能分項(xiàng)系數(shù)均采用1.0；2)以壩踵鉛直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力作為正常使用極限狀態(tài)，作用效應(yīng)函數(shù)為S()=(W/B+6M/B2)；3)壩體應(yīng)力約定壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)；因此，正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)式為0(W/B+6M/B2)0；4)結(jié)構(gòu)安全級(jí)別

14、為級(jí)的建筑物=1.0，有W/B+6M/B2 0，與單一安全系數(shù)法的表達(dá)式完全相同；5)短期組合下游壩面的垂直拉應(yīng)力，正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)式為(W/B-6M/B2)100kPa。3.8 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 試用分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法擬定一座重力壩的剖面尺寸。 已知：重力壩按2級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，正常蓄水位為85.0m，相應(yīng)下游水位為17.0m；校核洪水位為89.0m，下游水位為17.8m；砼容重為24kN/m3；壩前泥沙淤積高程為26.88m，泥沙浮容重為5kN/m3；風(fēng)速20m/s，吹程5.0km；揚(yáng)壓力系數(shù)0.25；壩基屬類巖石，其抗剪斷摩擦系數(shù)為正態(tài)分布，均值1.0m，變異系數(shù)0.22，抗剪

15、斷凝聚力為對(duì)數(shù)正態(tài)分布，均值900kPa，變異系數(shù)0.40。 解：1)初選剖面：上游壩坡1：0.05，下游壩坡1：0.7，上下游均從正常蓄水位起坡，壩頂寬度5.0m，壩底寬度63.75m，帷幕中心距壩踵7.2m，超高1.0m，壩頂高程90.0m。3.8 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法2)確定基本參數(shù)：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0=1.0，水壓力、浪壓力、泥沙壓力及砼容重的分項(xiàng)系數(shù)均取1.0；抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)取其分布的0.2分位值作為標(biāo)準(zhǔn)值，則摩擦系數(shù)f=0.82，凝聚力c=610kPa；摩擦系數(shù)f的材料性能分項(xiàng)系數(shù)為1.4，則設(shè)計(jì)值fd=0.82/1.4=0.5857；凝聚力的材料分項(xiàng)系數(shù)為2.4，則設(shè)計(jì)值cd=6

16、10/2.4=254.17kPa；砼抗壓強(qiáng)度材料性能分項(xiàng)系數(shù)為1.4，選用C10砼，則設(shè)計(jì)值Ra=10000/1.4=7142.86kPa；揚(yáng)壓力系數(shù)的分項(xiàng)系數(shù)為1.4，則設(shè)計(jì)值d=1.40.25=0.35。3)作用組合：壩體抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)和壩趾抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)，均屬承載能力極限狀態(tài)。核算時(shí)，其作用和材料性能均應(yīng)以設(shè)計(jì)值代入?；窘M合，以正常蓄水位對(duì)應(yīng)的上下游水位代入；偶然組合，以校核洪水位對(duì)應(yīng)的上下游水位代入。揚(yáng)壓力系數(shù)以設(shè)計(jì)值代入。3.8 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法4)各項(xiàng)作用的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算結(jié)果為：按官廳水庫公式計(jì)算浪壓力Pl=47.4kN/m，水平水壓力Pn=1806.3kN；各種工況下的W

17、和M值見下表：5)抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)基本組合時(shí)，取持久狀況對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)狀況系數(shù)=1.0，結(jié)構(gòu)系數(shù)d=1.2。工況承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)持久狀況偶然狀況持久狀況W(kN)48089.9047375.1950257.45M(kN.m)-516214.46-670419.86-498386.513.8 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法0S()=0(0.5H12-0.5H22+Pl+Pn)=1.01.0(0.51085.02-0.51017.02+47.4+1806.3)=36533.7kNR()/d=(fW+cA)/d=(0.5857 48089.9+254.17 63.75)/1.2=36974.66

18、kN偶然組合，取持久狀況對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)狀況系數(shù)=0.85，結(jié)構(gòu)系數(shù)d=1.2。0S()=1.00.85(0.51089.02-0.51017.82+47.4+1806.3)=33893.33kNR()/d=36625.82kN6)壩趾抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)基本組合時(shí)，設(shè)計(jì)狀況系數(shù)=1.0，結(jié)構(gòu)系數(shù)d=2.4。3.8 重力壩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法0S()=1.01.0(W/B-6M/B2)(1+0.72)=2.26MPaR()/d=7142.86/2.4=2976.19kPa=2.976MPa偶然組合時(shí)，設(shè)計(jì)狀況系數(shù)=0.85，結(jié)構(gòu)系數(shù)d=2.4。0S()=2.20MPaR()/d=2.976MPa7)上游壩踵

19、不出現(xiàn)拉應(yīng)力極限狀態(tài)因上游壩踵不出現(xiàn)拉應(yīng)力極限狀態(tài)屬正常使用極限狀態(tài)，故設(shè)計(jì)狀況系數(shù)、作用分項(xiàng)系數(shù)和材料性能分項(xiàng)系數(shù)均采用1.0，揚(yáng)壓力系數(shù)直接采用標(biāo)準(zhǔn)值0.25代入計(jì)算。此時(shí)，結(jié)構(gòu)功能的極限值c=1.0。0S()=1.0(W/B-6M/B2)=53kPa=0.053MPa0由以上計(jì)算結(jié)果可見，所擬剖面全部滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。3.9 重力壩的抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容：抗震計(jì)算和選擇安全、經(jīng)濟(jì)、合理的抗震結(jié)構(gòu)及工程措施。一、抗震計(jì)算1、計(jì)算內(nèi)容：抗震強(qiáng)度計(jì)算、抗震穩(wěn)定計(jì)算兩部分；2、計(jì)算方法：DL5073-2000規(guī)范規(guī)定：甲類重力壩地震作用效應(yīng)采用動(dòng)力法，乙類、丙類重力壩采用動(dòng)力法或擬靜力法；設(shè)計(jì)烈

20、度小于8度且壩高不足70m的重力壩可采用擬靜力法；3、荷載：抗震計(jì)算中的地震作用有地震慣性力、水平地震作用下的動(dòng)水壓力和地震動(dòng)土壓力；不計(jì)地震對(duì)揚(yáng)壓力和泥沙壓力的影響，以及豎向地震作用下的動(dòng)水壓力；4、地震組合：重力壩的抗震設(shè)計(jì)一般只考慮順河流方向的水平地震作用，對(duì)設(shè)計(jì)烈度為8、9度的1、2級(jí)壩，則應(yīng)同時(shí)計(jì)入水平和豎向地震作用，但對(duì)豎向地震慣性力尚需乘以0.5的耦合系數(shù)；3.9 重力壩的抗震設(shè)計(jì)5、動(dòng)力法的地震動(dòng)水壓力：折算為與設(shè)計(jì)地震加速度相應(yīng)的壩面附加質(zhì)量，即Pw(y)=7hw(H1y)1/2/8；6、結(jié)構(gòu)系數(shù)：擬靜力法驗(yàn)算重力壩壩體強(qiáng)度和沿壩基抗滑穩(wěn)定時(shí)，抗壓、抗拉強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)系數(shù)分別取2

21、.8、2.1，抗滑穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)系數(shù)取2.7；7、設(shè)計(jì)假定：砼重力壩的動(dòng)力分析可采用振型分解反應(yīng)譜法，特殊重要的重力壩可補(bǔ)充時(shí)程分析法；振型分解反應(yīng)譜法是將壩體視為固接于剛性地基上的懸臂梁，沿高程劃分為n個(gè)區(qū)段，各段質(zhì)量集中在各自的結(jié)點(diǎn)上，并假定一部分庫水與壩體一起振動(dòng)；忽略阻尼影響，令動(dòng)力方程式右端荷載項(xiàng)為0，可解出n個(gè)自振頻率和振型，從而求得各振型的地震荷載；因重力壩的地震反應(yīng)是以低階振型為主，一般只需考慮35個(gè)振型即可滿足設(shè)計(jì)要求。9、計(jì)算地震荷載及相應(yīng)的壩體動(dòng)應(yīng)力和地震總慣性力3.9 重力壩的抗震設(shè)計(jì)10、材料強(qiáng)度和壩體強(qiáng)度、抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算抗震強(qiáng)度計(jì)算中，砼容許應(yīng)力可比靜力荷載情況適當(dāng)提高，

22、但不超過30%；允許出現(xiàn)瞬時(shí)拉應(yīng)力，但從偏于安全角度出發(fā)，需要核算僅由地震荷載引起的拉應(yīng)力，抗拉安全系數(shù)不小于2.5；壩體強(qiáng)度和抗滑穩(wěn)定滿足抗震規(guī)范，同時(shí)要求：1）不同抗震設(shè)防等級(jí)的水工建筑物，應(yīng)采用的地震反應(yīng)計(jì)算方法，見3.2；2）作為線彈性結(jié)構(gòu)的砼重力壩，應(yīng)采用振型分解反應(yīng)譜法；對(duì)特殊重要的重力壩，宜補(bǔ)充時(shí)程分析法；3）采用振型分解反應(yīng)譜法，其地震作用效應(yīng)可由各振型反應(yīng)按平方和方根法組合；當(dāng)兩個(gè)振型的頻率差的絕對(duì)值與其中一個(gè)較小的頻率之比小于0.1時(shí)，宜采用完全二次型方根法組合；3.9 重力壩的抗震設(shè)計(jì)4）抗滑穩(wěn)定應(yīng)按抗剪斷公式計(jì)算；5）強(qiáng)度和抗滑穩(wěn)定應(yīng)采用分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，即：0S

23、(G,FGK,Q,FQK, E,FE,ak)R(fK/f,ak)/d6)與地震作用組合的各個(gè)靜態(tài)作用的分項(xiàng)系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按DL5108-1999砼重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范選用；凡未作為隨機(jī)變量的作用和抗力，在抗震計(jì)算中，其分項(xiàng)系數(shù)均取為1.0。二、抗震措施調(diào)查表明：地震時(shí)，壩體頂部特別是斷面突變處，容易出現(xiàn)裂縫；原有裂縫將擴(kuò)展延伸；孔口及廊道附近容易開裂；接縫止水易遭破壞。因此，需采取以下措施：1）做好地基處理，加強(qiáng)對(duì)地基中斷層、破碎帶、軟弱夾層等薄弱部位的工程處理措施，適當(dāng)提高底部砼標(biāo)號(hào)，加強(qiáng)砼與基巖的結(jié)合，并在壩基一定范圍內(nèi)做好接觸灌漿和固結(jié)灌漿；2）確保砼的施工質(zhì)量，加強(qiáng)溫控措施和養(yǎng)護(hù)，盡量減少

24、表面裂縫；對(duì)易出現(xiàn)拉應(yīng)力的施工縫，要認(rèn)真加強(qiáng)處理；3.9 重力壩的抗震設(shè)計(jì)3）在重量、剛度、地形、地質(zhì)條件沿壩軸線方向有突變的部位，均應(yīng)設(shè)置橫縫，并選用能適應(yīng)較大變形的止水型式和材料；有時(shí)橫縫可做鍵槽；對(duì)設(shè)計(jì)烈度為9度的一級(jí)壩，可根據(jù)具體情況進(jìn)行橫縫灌漿，將全壩或部分壩體連在一起；4）適當(dāng)增大壩頂部位的剛度，減輕重量，提高砼標(biāo)號(hào)，必要時(shí)可在上、下游面布設(shè)鋼筋。在折坡處宜做成圓弧形，避免突變，以減少應(yīng)力集中。對(duì)溢流壩應(yīng)做好閘墩與橋面的連接；5）在壩內(nèi)孔口和廊道附近的拉應(yīng)力區(qū)，要適當(dāng)增配鋼筋，防止受震后裂縫發(fā)生和擴(kuò)展；3.10 泄水重力壩 定義：既擋水又泄水的建筑物，承擔(dān)泄洪、輸水、排沙、放空和施

25、工導(dǎo)流等任務(wù)，通過壩頂溢流或壩身孔口泄水。 一、泄水重力壩設(shè)計(jì)要點(diǎn) 設(shè)計(jì)泄水重力壩，除應(yīng)滿足穩(wěn)定、強(qiáng)度要求外，還需要根據(jù)洪水特性、水利樞紐布置、地形、地質(zhì)、工程造價(jià)、水庫運(yùn)用方式及下游河道安全泄量等問題，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，研究確定泄水重力壩的位置選擇、泄水方式的組合、下泄流量分配、堰頂和泄水孔口高程、溢流壩和泄水 孔體形以及消能防沖設(shè)施等。 上述三種主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)：3.10 泄水重力壩 1、泄水重力壩的位置選擇：應(yīng)結(jié)合樞紐布置全面考慮，避免與其他水工建筑物相互干擾，其下泄水流不致淘刷壩基與其他建筑物的地基與岸坡； 2、泄水方式的組合與下泄流量分配：峰高量大，選擇好組成泄水系統(tǒng)的建筑物類別，

26、確定各泄水建筑物的泄流量；泄水方式有表面式+深水式； 3、溢流壩堰頂和泄水孔進(jìn)口高程的確定：溢流壩堰頂高低與泄水孔進(jìn)口高低對(duì)泄流量、孔口尺寸、閘門尺寸及其啟閉的影響。3.10 泄水重力壩二、溢流重力壩1、工作特點(diǎn)： 溢流重力壩是重力壩樞紐中重要的泄水建筑物，用于將規(guī)劃庫容所不能容納的絕大部分洪水經(jīng)由壩頂泄向下游，以保證大壩安全。并滿足泄洪的要求包括： 1）有足夠的孔口尺寸、良好的孔口體型和泄水時(shí)具有較高的流量系數(shù)； 2）使水流平順流過壩體，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和振動(dòng)，避免發(fā)生空蝕現(xiàn)象。 3）保證下游河床不產(chǎn)生危及壩體安全的局部沖刷。 4）溢流壩段在樞紐中的位置，應(yīng)使下游流態(tài)平順，不產(chǎn)生折沖水流，不

27、影響樞紐中其他建筑物的正常運(yùn)行。 5）有靈活控制水流下泄的設(shè)備。如閘門、啟閉機(jī)等。 3.10 泄水重力壩2、孔口設(shè)計(jì) 1）影響因素：洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、下游防洪要求、庫水位壅高有無限制、是否利用洪水預(yù)報(bào)、泄水方式以及樞紐地形、地質(zhì)條件等。 2）設(shè)計(jì)步驟： 選定泄水方式，擬定若干種泄水布置方案； 初步確定孔口高程、尺寸，按工程等級(jí)相應(yīng)的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)演算；求出各方案的防洪庫容，設(shè)計(jì)和校核洪水位及相應(yīng)的下泄洪量等； 然后估算淹沒損失和樞紐造價(jià)，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選出最優(yōu)方案。 3.10 泄水重力壩3）洪水標(biāo)準(zhǔn) 洪水標(biāo)準(zhǔn)，包括洪峰流量和洪水總量。是確定孔口尺寸進(jìn)行凋洪演算的重要依據(jù)。選用標(biāo)準(zhǔn)見P

28、85表312。4）孔口型式壩頂溢流式優(yōu)點(diǎn)：不僅能宣泄洪水，還能排除冰凌及其他漂浮物；閘門在頂部，操作方便，易于維修，安全可靠； 堰頭設(shè)閘門大中型調(diào)節(jié)庫水位和下泄流量； 堰頭不設(shè)閘門小型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便；3.10 泄水重力壩閘門承受的水頭較小，孔口尺寸可以較大；閘門全開時(shí)，下泄流量與堰頂水頭H03/2成正比，超泄能力強(qiáng)。大孔口溢流式：上部設(shè)胸墻，降低堰頂高程 胸墻類型：固接胸墻，活動(dòng)胸墻； 優(yōu)點(diǎn)：可根據(jù)洪水預(yù)報(bào)提前放水，加大蓄洪庫容，提高了調(diào)洪能力； 泄流能力：當(dāng)庫水位低于胸墻時(shí)，下泄水流與開敞式相同；當(dāng)庫水位高于孔口一定高度后，為大孔口泄流，超泄能力不如開敞式。 5 5）孔口尺寸）孔口尺寸單

29、寬流量確定：通過調(diào)洪演算，可得Q溢=Q總-Q0，并q=Q溢/L，以大體確定溢流壩段的凈寬和堰頂高程，單寬流量越大，下泄水流動(dòng)能越大，消能問題越突出，下游局部沖刷越嚴(yán)重，但溢流前沿短，利于樞紐布置，必須結(jié)合地質(zhì)條件、下游河道水深、樞紐布置和消能工設(shè)計(jì)，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定。孔口尺寸：L0=nb+(n-1)d，由調(diào)洪演算推出設(shè)計(jì)洪水位及相應(yīng)的下泄流量Q溢，當(dāng)用開敞式溢流時(shí)，Q溢=nbm(2g)1/2H03/2；當(dāng)采用胸墻大孔口時(shí)，Q溢=nbam2g(H0-a)1/2；3.10 泄水重力壩3.10 泄水重力壩確定孔口尺寸時(shí)應(yīng)考慮的因素: 滿足泄洪要求； 樞紐布置：孔口高度越大,q大,溢流壩段越短;孔

30、口寬度越小,孔數(shù)多、閘門多，溢流段總長也相應(yīng)加大；通常選用寬扁形孔口；狹窄河道上，溢流前沿寬度受限，從樞紐布置考慮，閘門孔口寬高比小于1較經(jīng)濟(jì)合理； 孔口寬度越大,閘門尺寸越大,啟門力越大,啟門和啟閉機(jī)的構(gòu)造就較復(fù)雜；為方便閘門制造，盡量采用規(guī)范推薦的孔口尺寸； 下游水流條件：q大，消能困難，為了對(duì)稱均衡開啟閘門，以控制下游河床流態(tài)，孔口數(shù)目最好采用奇數(shù); 當(dāng)校核洪水和設(shè)計(jì)洪水相差較大時(shí)，應(yīng)考慮非常泄洪設(shè)施； 如適當(dāng)加長溢流前沿長度；當(dāng)?shù)匦巍⒌刭|(zhì)條件適宜時(shí)，還可象土壩樞紐一樣設(shè)置岸邊非常溢洪道。3.10 泄水重力壩6）閘門和啟閉機(jī)閘門分為：工作、檢修。工作門：平面門和弧形門。檢修門：平面門、疊

31、梁門。平面門優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、閘門受力條件較好，閘門較短，多孔口共用一臺(tái)活動(dòng)門機(jī)。缺點(diǎn)：?jiǎn)㈤]力較大，閘墩較厚?；￠T優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)㈤]力小、閘墩薄、無門槽水流平順缺點(diǎn)：閘墩較長，受力條件差。弧形門用固定式啟閉機(jī)。平面門：活動(dòng)門機(jī)（工作、檢修平門共用）7）閘門和工作橋 閘門的斷面形狀應(yīng)使水流平順； 上游端常采用：橢圓形，半圓形或流線型； 上游端：采用：收縮成流線形 現(xiàn)有：方形 寬尾墩8）橫縫的布置 墩中分縫：墩厚、工作可靠、不均勻沉降不影響啟閉； 孔中分縫：墩薄，受地基不均勻沉降影響啟閉，水流過橫縫，局部不平順。 3.10 泄水重力壩3、泄水重力壩設(shè)計(jì)中有關(guān)高速水流的幾個(gè)問題空化和空蝕。 1）基本概念：空化

32、（空穴化）：由于邊界突變?cè)斐伤骱捅诿娣蛛x等各種原因，在邊界處產(chǎn)生負(fù)壓使水流中某一點(diǎn)的壓力降低到水的蒸汽壓力時(shí)，水流內(nèi)部開始出現(xiàn)蒸汽空泡，稱為“空穴”即“空化”?？瘴g：當(dāng)空化水流運(yùn)動(dòng)到壓力較高處，由于汽泡的潰破，伴隨著聲響和巨大的沖擊作用，當(dāng)這種作用力超過結(jié)構(gòu)表面材料顆粒的內(nèi)聚力時(shí)，便產(chǎn)生剝離狀的破壞，這種現(xiàn)象稱為“空蝕”。3.10 泄水重力壩3.10 泄水重力壩防蝕、抗腐的措施：控制過水表面的不平整度。摻氣減蝕,:當(dāng)流速超過36m/s時(shí),即使采取表面平整度處理,仍可能產(chǎn)生空蝕,故應(yīng)考慮其它安全措施。采用抗蝕抗磨性強(qiáng)的材料。2）摻氣 水自由表面產(chǎn)生摻氣現(xiàn)象使水深增大。在確定溢流壩邊墻高度時(shí)，應(yīng)

33、予考慮。3）脈動(dòng)泄水建筑物中的水流屬于高度紊動(dòng)水流，其基本特征是流速和壓力隨時(shí)間在不斷變化，即所謂脈動(dòng)；在設(shè)計(jì)中，表征脈動(dòng)壓力的主要參數(shù)是頻率和振幅；紊動(dòng)水流均產(chǎn)生摻氣邊界條急劇變化處尤為嚴(yán)重，脈動(dòng)對(duì)建筑物的影響：增大作用在建筑物上的瞬時(shí)荷載。其雙倍振幅為2%10%的流速水頭；脈動(dòng)壓力變化有一定的周期性。引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)甚至共振增加空蝕破壞的可能性。4）沖擊波 在高速水流邊界發(fā)生變化處：斷面擴(kuò)大、收縮、轉(zhuǎn)彎等，將產(chǎn)生沖擊波。3.10 泄水重力壩3.10 泄水重力壩4、溢流面曲線及剖面設(shè)計(jì)溢流面組成：頂部曲線段、中間直線段和反弧段；設(shè)計(jì)要求：有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；水流平順，不產(chǎn)生負(fù)壓和空蝕；

34、體型簡(jiǎn)單、造價(jià)低，便于施工。1）頂部曲線：開敞式堰頂常用曲線：WES曲線；克奧曲線；三段圓弧；胸墻堰頂曲線：y=x2/42Hd。2）反弧段：圓弧，其半徑結(jié)合下游消能設(shè)施確定：挑流消能R=(410)h，流速0.5，經(jīng)核算B-B截面的拉應(yīng)力較大時(shí)，可設(shè)縫將鼻坎與壩體分開。3.10 泄水重力壩5、消能工的設(shè)計(jì)原則及型式1）消能工消能：通過局部水力現(xiàn)象，把水流中的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能，隨水流散逸；2）消能工程能量轉(zhuǎn)換途徑：水流內(nèi)部紊動(dòng)、摻混、剪切及漩滾；水股的擴(kuò)散及水股之間的碰撞；水流與固體邊界的劇烈摩擦和撞擊；水流與周圍氣體的摩擦和摻混；3）設(shè)計(jì)原則：根據(jù)樞紐布置、地形、地質(zhì)、水文、施工和運(yùn)用等條件

35、確定。 盡量使下泄水流的動(dòng)能消耗于水流內(nèi)部的紊動(dòng)中，以及水流與空氣的摩擦上； 不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷；3.10 泄水重力壩 下泄水流平穩(wěn)，不影響其他建筑物的運(yùn)行。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。 工程量小，經(jīng)濟(jì)。4）消能工的型式：底流式、挑流式、面流式、消力戽等。5）選擇消能工的依據(jù)：地形、地質(zhì)、樞紐布置、水頭、流量、下游水深及其變幅等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。重要工程應(yīng)作模型試驗(yàn)。6）泄洪消能技術(shù)新進(jìn)展：常見的底流和挑流方式有了很大改進(jìn)與發(fā)展，增強(qiáng)了適應(yīng)性和消能，出現(xiàn)了一些新型高效的消能工寬尾墩、臺(tái)階式溢流壩面和T形墩等；因地制宜，采用多種消能工聯(lián)合消能；常見底流和挑流能、增強(qiáng)了適應(yīng)性和消能

36、效果。3.10 泄水重力壩7）多種聯(lián)合消能工消能：多種泄水建筑物的聯(lián)合，包括壩體的表孔、中孔、底孔，岸邊溢洪道及泄洪隧洞等，主要是溢流壩和岸邊溢洪道；不同型式消能工的聯(lián)合，如寬尾墩與挑流聯(lián)合，寬尾墩與消力池聯(lián)合，寬尾墩、臺(tái)階式溢流壩面與消力戽聯(lián)合等。烏江渡水電站大壩：中部4個(gè)溢流表孔，左右側(cè)各設(shè)1條滑雪式溢洪道，并設(shè)2個(gè)中孔和2條泄洪洞進(jìn)行聯(lián)合泄洪；潘家口水電站大壩：寬尾敦與挑流聯(lián)合消能；因重力和離心力的影響、相鄰孔之間水流擴(kuò)散彼此交匯并碰撞，激起很高的水冠向下游挑射，增強(qiáng)了空中擴(kuò)散與摻氣，提高了效果；五強(qiáng)溪水電站采用寬尾墩底孔消力池新型聯(lián)合消能，較原設(shè)計(jì)的消力池縮短了50m，利用寬尾墩形成的

37、壩面無水區(qū)，沿閘墩軸線在壩內(nèi)設(shè)置7個(gè)泄洪底孔，取消了1個(gè)溢流表孔，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。3.10 泄水重力壩8）底流消能水流條件及消能措施。 在壩趾下游設(shè)消力池，消力坎等。底流消能工作可靠，但是工程量大。 下泄不同流量產(chǎn)生的躍后水深h”與下游實(shí)際水深t的關(guān)系，有以下五種情況： Qh”和Qt重合。 表明任何情況下均產(chǎn)生臨界水躍，無須修消力池，只須在水躍范圍內(nèi)修護(hù)坦即可。 這是最理想情況，實(shí)際很少見。 3.10 泄水重力壩hchth tQh-Qt-Qt-Qh th-QQt-Qh th-QQt-Qh th-QQQQkQQkh tt-QQ3.10 泄水重力壩 何情況他th”,均產(chǎn)生淹沒水躍。淹沒度大時(shí)

38、，產(chǎn)生高速潛流，水躍長度加大。消能采用消力戽或斜坡式（逆坡式）護(hù)坦，（計(jì)算方法不成熟） 小Q時(shí)，QQk時(shí)tQk時(shí)，th”,下游水深大，產(chǎn)生淹沒水躍。這時(shí)采用斜坡式護(hù)坦與消力池相結(jié)合得方式（并稱消力護(hù)）。3.10 泄水重力壩 與相反。也用消力戽消能，消力池按最大流量設(shè)計(jì)。護(hù)坦結(jié)構(gòu) 護(hù)坦的作用：保護(hù)河床不受高速水流的沖刷。 長度：底流式消能延伸致水躍末端，其他型式，也需在壩趾下游設(shè)置護(hù)坦。 厚度：滿足穩(wěn)定要求。上游厚，下游?。魉傩?，壓力大）。 為防止護(hù)坦受基巖約束產(chǎn)生溫度裂縫、在護(hù)坦內(nèi)設(shè)置溫度伸縮縫，順河向的縫與閘墩中心線對(duì)應(yīng)，橫向的縫間距1015m，護(hù)坦底下設(shè)排水系統(tǒng)（降低揚(yáng)壓力），護(hù)坦末端做

39、成齒墻以防水流淘刷。 材料：采用抗蝕耐磨砼。 3.10 泄水重力壩9）挑流消能（適用于基巖比較堅(jiān)固的高、中壩） 消能特點(diǎn)：將下游高速水流拋向空中，使水流擴(kuò)散、摻氣，然后跌入下游河床水墊中，發(fā)生旋滾和摩擦，以消耗能量，本消能方式優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、工期短；缺點(diǎn)：尾水活動(dòng)比較大，霧化大，影響電站工作。 設(shè)計(jì)內(nèi)容：鼻坎型式、反弧半徑、鼻坎高程、挑射角度。 3.10 泄水重力壩連續(xù)式鼻坎 主要優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)造簡(jiǎn)單，射程遠(yuǎn)，水流平順，很少產(chǎn)生空蝕。 鼻坎挑射角一般=2025，深水河槽=1520。 (在45以內(nèi)，角度愈大，挑射距離愈遠(yuǎn)，但入水角度也大，沖刷坑也愈深)，要求2.55.0 反弧半徑R=（810）h，

40、h鼻坎上水深。R大小，水流轉(zhuǎn)向不平順；過大時(shí)，鼻坎向下游延伸太長，增大工程量。 鼻坎高程：一般高出下游最高水位12m，現(xiàn)有低鼻坎挑流低于下游最高水位，如浸窩。 挑距及沖坑計(jì)算公式見教材。 3.10 泄水重力壩差動(dòng)式挑流鼻坎 優(yōu)點(diǎn)：使挑射水舌擴(kuò)散，分成兩段，相互撞擊、加大摻氣量，加大空中耗能，減小入水的單位面積上的能量，減小沖刷，下游波動(dòng)也小些。 型式：矩形和梯形齒坎； 缺點(diǎn)：矩形側(cè)壁易產(chǎn)生較大負(fù)壓；梯形施工復(fù)雜。3.10 泄水重力壩 10）面流式消能 適用于中小型工程，水頭低，下游水深大且變幅小。 消能特點(diǎn):利用鼻坎將主流挑至水面，在鼻坎附近表面主流與河床之間形成逆向旋滾。使高速水流與河床隔開

41、，避免對(duì)壩趾附近河床的沖刷，主流在水面逐漸擴(kuò)散消能，反向旋滾也可消除一部分能量。 優(yōu)點(diǎn):面流消能不需設(shè)護(hù)坦和其他加固措施。 缺點(diǎn):高速水流在表面、伴有強(qiáng)烈的波浪、綿延數(shù)里，影響電站運(yùn)行及下游通航，易沖刷兩岸。 3.10 泄水重力壩11）消力戽消能 適用：尾水深、變幅小、無航運(yùn)要求，下游河岸有一定抗沖能力。 特點(diǎn)：消力戽是以模型試驗(yàn)為基礎(chǔ)研究成功的一種消能方式。它是利用一個(gè)較大的反弧半徑和挑角形成的戽斗、在一定尾水深度的作用下，使從溢流壩下游的高速水流在戽斗內(nèi)產(chǎn)生激烈的表面旋滾，并使出戽的高速水股在底部及尾水中均產(chǎn)生旋滾，以達(dá)到較好的消能效果。30年首先在美國大苦力壩中采用，我國安康采用。 優(yōu)點(diǎn)

42、：工程量較消力池小，沖刷坑比挑流式淺，不存在霧化問題； 缺點(diǎn)：下游水面波動(dòng)大，易沖刷岸坡，不利航運(yùn)，戽面磨損率高，增大了維修費(fèi)用。 3.10 泄水重力壩12）下游折沖水流及其防止 發(fā)生原因：開啟部分泄水孔，下游水流不能迅速在平面上擴(kuò)散，在主流兩側(cè)容易形成回流，主流受到壓縮，使水流單寬流量增加，流速在長距離內(nèi)不能降低，引起河床沖刷。如兩側(cè)回流強(qiáng)度不同，水位不同，還可將主流壓向一側(cè)，形成折沖水流。 危害：沖刷河床和河岸；影響航運(yùn)；3.10 泄水重力壩電站尾水形成回流，抬高尾水，損失電能（落差減?。?；下游折沖水流及防止措施： 在樞紐布置上，盡量使下泄水流與原河床主流位置和方向一致； 規(guī)定閘門操作程序

43、，使各孔閘門同時(shí)使各孔閘門同時(shí)均勻，或程序?qū)ΨQ開啟； 布置導(dǎo)流墻，使主流充分?jǐn)U散； 進(jìn)行水工模型試驗(yàn)，研究下游流態(tài)及改善措施。3.10 泄水重力壩三、壩身泄水孔1、壩身泄水孔的作用作用：宣泄部分洪水；預(yù)泄庫水，增大水庫的調(diào)蓄能力；放空水庫以便檢修；排放泥沙，減少水庫淤積；隨時(shí)向下游放水，滿足航運(yùn)或灌溉等要求；施工導(dǎo)流；缺點(diǎn)：孔內(nèi)流速較高，容易產(chǎn)生負(fù)壓、空蝕和振動(dòng)；閘門在水下檢修較困難；閘門承受的水壓力大，啟門力加大；門體結(jié)構(gòu)、止水和啟閉設(shè)備都較復(fù)雜，造價(jià)增高；水頭愈高，孔口面積愈大，技術(shù)問題愈復(fù)雜；一般不用壩身泄水孔作為主要泄洪建筑物，其過水能力主要根據(jù)預(yù)泄庫容、放空水庫、排沙或下游用水要求來

44、確定；在洪水期可作為輔助泄洪；在樞紐中設(shè)置壩身泄水孔、泄洪隧洞或泄水管道，用以放空水庫；我國早期工程未設(shè)，后來運(yùn)用和檢修都很困難。3.10 泄水重力壩 2、壩身泄水孔的型式及布置 型式：按水流條件，分有壓和無壓；按孔口所處高程分中孔和底孔；按布置的層數(shù)分為單層和多層。1）有壓泄水孔工作閘門布置在出口，可以部分開啟，出口低，利用的水頭大，斷面尺寸較小。缺點(diǎn)：閘門關(guān)閉時(shí)，孔內(nèi)承受較大的內(nèi)水壓力對(duì)壩體應(yīng)力和防滲都不利，常需鋼板襯砌。為此進(jìn)口處設(shè)置事故檢修閘門、平常用來擋水。2）無壓泄水孔工作閘門布置在進(jìn)口，為形成無壓水流，需在閘門后將斷面頂部升高。（工作閘門前仍為有壓段）3.10 泄水重力壩優(yōu)點(diǎn)：閘

45、門可以部分開啟，明流段不用鋼板襯砌，施工簡(jiǎn)便，干擾少，有利于加快速度進(jìn)度。缺點(diǎn)：斷面尺寸較大，削弱壩體。國內(nèi)重力壩多采用無壓泄水孔。3）雙層泄水孔受閘門結(jié)構(gòu)及啟閉機(jī)的限制，深式泄水孔的斷面面積不能太大，為了增大泄流量，可將泄水孔做成雙層的（或?qū)⑿顾撞贾迷谝缌鲏味危?注意的問題：雙層泄水時(shí)對(duì)下層泄水孔泄流能力的影響；在尾部上、下層水流交匯處可能產(chǎn)生空蝕。深式泄水孔：水流流速高，邊界條件復(fù)雜，應(yīng)十分重視體形設(shè)計(jì)，如進(jìn)口曲線，閘門槽的型式，漸變段、豎向連接等，并注意施工質(zhì)量。3.10 泄水重力壩3、進(jìn)口曲線應(yīng)滿足：減少局部損失，提高泄水能力 控制負(fù)壓，防止空蝕。進(jìn)口曲線：頂部、兩側(cè)常用四分之一橢

46、圓，底部常用園弧。橢圓方程：X2/A2+Y2/(aA)2=1 斷面：矩形：頂面曲線，A為孔高，為1/31/4 兩側(cè)曲線，A為孔高，=1/4 園孔： A為直徑，=0.30 進(jìn)口段的孔口中心線，一般布置成水平的。 3.10 泄水重力壩 4 4、閘門和閘門槽、閘門和閘門槽深孔常用的閘門也是平面和弧形閘門。深孔常用的閘門也是平面和弧形閘門。平面閘門槽是最易產(chǎn)生負(fù)壓和空蝕的地方。平面閘門槽是最易產(chǎn)生負(fù)壓和空蝕的地方。為減免門槽空蝕，試驗(yàn)結(jié)果表明，矩形收縮型門槽較好。為減免門槽空蝕，試驗(yàn)結(jié)果表明，矩形收縮型門槽較好。5 5、孔身、孔身有壓泄水孔，一般采用圓形斷面，圓形過水能力較大，有壓泄水孔，一般采用圓形

47、斷面，圓形過水能力較大，管周應(yīng)力條件也好，為防滲和滿足應(yīng)力要求：管周需管周應(yīng)力條件也好，為防滲和滿足應(yīng)力要求：管周需布設(shè)鋼筋，有時(shí)采用鋼板襯砌。布設(shè)鋼筋，有時(shí)采用鋼板襯砌。無壓泄水孔的明流段無壓泄水孔的明流段, ,通常采用矩形泄槽通常采用矩形泄槽, ,洞頂應(yīng)留有足洞頂應(yīng)留有足夠的空間夠的空間, ,以滿足摻氣和通氣的要求以滿足摻氣和通氣的要求, ,以保證形成穩(wěn)定以保證形成穩(wěn)定的無壓流。的無壓流。為了減小出口的單寬流量，有利于下游消能，在管道轉(zhuǎn)為了減小出口的單寬流量，有利于下游消能，在管道轉(zhuǎn)入明流段后，兩側(cè)在平面上可以適當(dāng)擴(kuò)散。入明流段后，兩側(cè)在平面上可以適當(dāng)擴(kuò)散。3.10 泄水重力壩6、漸變段 泄水孔進(jìn)口一般都做成矩形，以便布置進(jìn)口曲線和閘門，而重力壩有壓泄水孔斷面常采用圓形，所以在進(jìn)口閘門后需設(shè)漸變段，以便水流平順過渡。 當(dāng)主要閘門（由園變方）布置在出口時(shí)，出口斷面必須做成矩形，7、豎向連接 有壓：園弧連接，R5倍孔徑。 無壓：采用拋物線連接。 3.10 泄水重力壩8、平壓管、通氣孔1）平壓管位置:在檢修門和工作門之間（與水庫連通）2）平壓管目的:可使檢修門在靜力中啟門,減小啟門力；充水量不大時(shí)，在閘門上設(shè)充水閥。3）通氣孔