重力坝抗滑稳定及应力计算教程文件Word文件下载.docx
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113.30m；
大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇；
坝址区地震动峰值加速度为0.15g（g=9.81m/s²
），地震动反应周期为0.25s，相应的地震基本烈度为7度，本工程抗震设计烈度为7度。
计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m，坝基底高程92.00m，坝高22m，坝顶宽5m。
上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:
0.75。
计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m，坝基底高程96.00m，坝高14m，上游坝面竖直，下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面，在108.59m高程以下坡度为1:
0.85。
正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；
设计洪水位112.94m时，下游水位104.80m；
校核洪水位113.30m时，下游水位105.42m。
进水口坝段顶高程114.00m，坝基底高程87.80m，坝高26.2m，顶宽13.06m，上游坝坡为1:
0.25，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:
底孔坝段顶高程114.00m，坝基底高程83.50m，坝高30.5m，顶宽10.0m，上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:
2.计算参数和研究方法
2.1荷载组合
作用在坝上的主要荷载包括：
坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力。
基本组合：
正常蓄水位情况（上游水位110.0m）
设计洪水位情况（上游水位112.94m）
特殊组合：
校核洪水位情况（上游水位113.30m）
地震情况（正常蓄水位+地震荷载）
2.2计算参数及控制标准
水容重γw：
9.81KN/m3
混凝土容重γc：
24KN/m3
坝址区岩体主要为坚硬的辉绿岩和砂岩，大坝的建基面基本上分布在弱风化的辉绿岩和砂岩上。
坝基面抗滑稳定计算的岩体及混凝土物理力学参数按表1-1取值，坝基面抗滑稳定安全系数和坝基应力应满足表1-2规定的数值。
由于碾压混凝土坝的碾压层面的结合质量受材料性质、混凝土配合比、施工工艺、施工管理水平以及施工现场气候条件等许多因素的影响，容易成为坝体的薄弱环节，所以需要核算沿坝体混凝土碾压层面的抗滑稳定，坝体碾压层面的抗滑稳定计算采用抗剪断公式，安全系数值的控制标准应符合表1-2的要求。
根据国内经验，碾压层面的抗剪断参数可取：
f’=1.0，c’=1.0MPa。
表1-1抗滑稳定计算岩体及混凝土力学参数
岩性
抗剪断强度
（岩体）
抗剪强度
（砼/岩体）
f′
c′（MPa）
f
c（MPa）
辉绿岩
1.2
1.5
0.75
1.0
砂岩
1.1
0.65
0.9
0.8
表1-2抗滑稳定安全系数和坝基容许应力
计算工况
抗滑稳定安全系数
坝基应力（MPa）
抗剪安全系数【K】
抗剪断安全系数【K’】
坝踵
坝趾
基本组合
正常蓄水位情况
1.05
3.0
>
<
坝基容许应力
设计洪水情况
特殊组合
校核洪水情况
1.00
2.5
正常蓄水位+地震
2.3
重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力在运用期的各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝趾垂直应力应小于坝基容许压应力。
2.3计算理论和方法
混凝土重力坝坝体稳定采用刚体极限平衡法计算，分别计算各坝段不同水平截面（包括坝体混凝土碾压层面、坝体混凝土-基岩结合面）上的外加荷载及应力，并计算出抗剪和抗剪断稳定安全系数，以及坝基截面的垂直应力。
为了确保结构即使在排水系统失效时也能安全运行，本次设计时扬压力考虑全水头。
（抗剪强度计算公式）
（抗剪断强度计算公式）
式中：
K’—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；
f—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数；
f’—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；
C’—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa；
A—坝基接触面截面积，m2；
ΣW—作用于坝体上的全部荷载对于计算滑动面的法向分值，KN；
ΣP—作用于坝体上的全部荷载对于计算滑动面的切向分值，KN；
坝基截面的垂直应力按下式计算：
σy—坝踵、坝趾垂直应力，KPa；
ΣW—作用于坝段上或1m坝长上的全部荷载在坝基截面上法向力总和，KN；
ΣM—作用于坝段上或1m坝长上的全部荷载对坝基截面形心轴的力矩总和，KN.m；
A—坝段或1m坝长的坝基截面积，m²
；
x—坝基截面上计算点到形心轴的距离，m；
J—坝段或者1m坝长的坝基截面对形心轴的惯性矩，m4。
3.计算过程
3.1荷载计算
3.1.1自重
各种工况下，建筑物的自重均相同。
挡水坝段：
单宽坝段（1m坝长）断面面积A1=198.167m2
单宽坝段断面自重G1=4756.0KN（向下为正方向）
单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂L1=-2.93m（向右为正方向）
力矩MG1=-13945.54KN.m（顺时针方向为正）
溢流坝段：
单宽坝段（1m坝长）断面面积A1=123.73m2
单宽坝段断面自重G1=2969.53KN（向下为正方向）
单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂L1=-1.486m（向右为正方向）
力矩MG1=-4413.025KN.m（顺时针方向为正）
进水口坝段：
单宽坝段（1m坝长）断面面积A1=586.74m2
单宽坝段断面自重G1=14081.76KN（向下为正方向）
单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂L1=0.05m（向右为正方向）
力矩MG1=704.09KN.m（顺时针方向为正）
底孔坝段：
单宽坝段（1m坝长）断面面积A1=518.01m2
单宽坝段断面自重G1=12432.24KN（向下为正方向）
单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂L1=-3.22m（向右为正方向）
力矩MG1=-40031.81KN.m（顺时针方向为正）
3.1.2水压力
水压力分为水平向静水压力、竖向水压力（溢流坝段泄洪时）、地震情况下的动水压力（此荷载为地震荷载）。
1、水平向静水压力
（1）挡水坝段
正常蓄水位情况：
上游水深Hu1=18.0m
上游水压力Pu1=1587.6KN
力臂Lu1=6m
力矩MPu1=9525.6KN.m
设计洪水位情况：
上游水深Hu2=20.94m
上游水压力Pu2=2148.57KN
力臂Lu2=6.98m
力矩MPu2=14997.0KN.m
校核洪水位情况：
上游水深Hu3=21.3m
上游水压力Pu3=2223.08KN
力臂Lu3=7.1m
力矩MPu3=15783.87KN.m
（2）溢流坝段
上游水深Hu1=14.0m
上游水压力Pu1=960.4KN
力臂Lu1=4.67m
力矩MPu1=4481.87KN.m
上游水深Hu2=16.94m
上游水压力Pu2=1406.12KN
力臂Lu2=5.65m
力矩MPu2=7939.9KN.m
下游水深Hd2=8.8m
下游水压力Pd2=-379.456KN
力臂Ld2=2.93m
力矩MPd2=-1113.07KN.m
上游水深Hu3=17.3m
上游水压力Pu3=1466.52KN
力臂Lu3=5.77m
力矩MPu3=8456.94KN.m
下游水深Hd3=9.42m
下游水压力Pd3=-434.81KN
力臂Ld3=3.14m
力矩MPd3=-1365.30KN.m
（3）进水口坝段
上游水深Hu1=22.2m
上游水压力Pu1=2417.38KN
力臂Lu1=7.4m
力矩MPu1=17888.61KN.m
上游水深Hu2=25.14m
上游水压力Pu2=3100.06KN
力臂Lu2=8.38m
力矩MPu2=25978.50KN.m
上游水深Hu3=25.5m
上游水压力Pu3=3189.48KN
力臂Lu3=8.5m
力矩MPu3=27110.58KN.m
（4）底孔坝段
上游水深Hu1=26.5m
上游水压力Pu1=3444.54KN
力臂Lu1=8.83m
力矩MPu1=30415.29KN.m
上游水深Hu2=29.44m
上游水压力Pu2=4251.23KN
力臂Lu2=9.81m
力矩MPu2=41704.57KN.m
上游水深Hu3=29.8m
上游水压力Pu3=4355.84KN
力臂Lu3=9.93m
力矩MPu3=43253.49KN.m
2、竖向水压力
竖向水压力是在溢流坝段泄洪时作用在溢流坝面上的水压力，水面线按堰上水深和下游水深的平均初估。
单宽坝段上水体面积A2=38.23m2
单宽坝段上水重G2=374.68KN
力臂L2=-0.12m
力矩MG2=-46.35KN.m
单宽坝段上水体面积A3=46.81m2
单宽坝段上水重G3=458.77KN
力臂L3=-0.11m
力矩MG3=-50.60KN.m
进水口坝段斜断面上水重
上游水压力Gw1=647.90KN
力臂Lu1=12.69m
力矩Mw1=8221.85KN.m
上游水压力Gw2=831.12KN
力臂Lu2=12.69m
力矩Mw2=10546.91KN.m
上游水压力Gw3=854.28KN
力臂Lu3=12.69m
力矩Mw3=10840.81KN.m
3.1.3扬压力
坝底面上游处的扬压力作用水头为Hu（上游水深），下游处为Hd（下游水深），其间以直线连接。
扬压力U1=-1455.3KN
力臂Lu1=-2.75m
力矩MU1=4002.08KN.m
扬压力U2=-1693KN
力臂Lu2=-2.75m
力矩MU2=4655.75KN.m
上游水深Hu
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