重力坝稳定及应力计算.doc
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坝体强度承载能力极限状态
计算及坝体稳定承载能力极限状态计算
（一）、基本资料
坝顶高程：
1107.0m
校核洪水位（P=0.5%）上游：
1105.67m
下游：
1095.18m
正常蓄水位上游：
1105.5m
下游：
1094.89m
死水位：
1100.0m
混凝土容重：
24KN/m3
坝前淤沙高程：
1098.3m
泥沙浮容重：
5KN/m3
混凝土与基岩间抗剪断参数值：
f`=0.5
c`=0.2Mpa
坝基基岩承载力：
［f］=400Kpa
坝基垫层混凝土：
C15
坝体混凝土：
C10
50年一遇最大风速：
v0=19.44m/s
多年平均最大风速为：
v0`=12.9m/s
吹程D=1000m
（二）、坝体断面
1、非溢流坝段标准剖面
（1）荷载作用的标准值计算（以单宽计算）
A、正常蓄水位情况（上游水位1105.5m，下游水位1094.89m）
①竖向力（自重）
W1=24×5×17=2040KN
W2=24×10.75×8.6/2=1109.4KN
W3=9.81×（1094.5-1090）2×0.8/2=79.46KN
∑W=3228.86KN
W1作用点至O点的力臂为：
（13.6-5）/2=4.3m
W2作用点至O点的力臂为：
W3作用点至O点的力臂为：
竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：
MOW1=2040×4.3=8772KN·m
MOW2=－1109.4×1.067=－1183.7KN·m
MOW3=－79.46×5.6=－445KN·m
∑MOW=7143.3KN·m
②静水压力（水平力）
P1=γH12/2=9.81×（1105.5－1090）2/2=－1178.4KN
P2=γH22/2=9.81×（1094.89-1090）2/2=117.3KN
∑P=－1061.1KN
P1作用点至O点的力臂为：
（1105.5－1090）/3=5.167m
P2作用点至O点的力臂为：
（1094.89－1090）/3=1.63m
静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：
MOP1=1178.4×5.167=－6089KN·m
MOP2=117.3×1.63=191.2KN·m
∑MOP=－5897.8KN·m
③扬压力
扬压力示意图请见下页附图：
H1=1105.5－1090=15.5m
H2=1094.89－1090=4.89m
（H1－H1）=15.5－4.89=10.61m
计算扬压力如下：
U1=9.81×13.6×4.89=652.4KN
U2=9.81×13.6×10.61/2=707.8KN
∑U=1360.2KN
U1作用点至O点的力臂为：
0m
U2作用点至O点的力臂为：
13.6/2－13.6/3=2.267m
竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：
MOU1=0KN·m
MOU2=－707.8×2.267=－1604.6KN·m
∑MOU=－1604.6KN·m
④浪压力（直墙式）
浪压力计算简图如下：
由确定坝顶超高计算时已知如下数据：
单位：
m
平均波长Lm
波高h1%
坝前水深H
波浪中心线至计算水位的高度hZ
7.644
0.83
15.5
0.283
使波浪破碎的临界水深计算如下：
将数据代入上式中得到：
由判定条件可知，本计算符合⑴H≥Hcr和H≥Lm/2，单位长度上的浪压力标准值按下式计算：
式中：
γw──水的重度=9.81KN/m3
其余计算参数已有计算结果。
浪压力标准值计算得：
对坝底中点O取矩为（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：
MOPWK=（9.81×1.113×0.862/2）×（15.5+1.113/3）+
（9.81×3.822×0.862/2）×（15.5－3.822/3）
=－（74.687+229.89）
=－304.577KN·m
⑤淤沙压力
淤沙水平作用力：
式中：
γSb──淤沙浮容重=5KN/m3
hS──挡水建筑物前泥沙淤积厚度=8.3m
ψSB──淤沙内摩擦角=18°
代入上式得到淤沙压力标准值
PSK=－90.911KN
对O点的力臂为（1098.3－1090）/3=2.767m
对O点取矩MOPSK=－90.911×2.767=－251.552KN·m
将计算的各荷载进行汇总整理。
结论请见附表1。
B、校核洪水位情况（上游水位1105.67m，下游水位1095.18m）
①竖向力（自重）
W1=24×5×17=2040KN
W2=24×10.75×8.6/2=1109.4KN
W3=9.81×（1095.34-1090）2×0.8/2=111.9KN
∑W=3261.3KN
W1作用点至O点的力臂为：
（13.6-5）/2=4.3m
W2作用点至O点的力臂为：
W3作用点至O点的力臂为：
竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：
MOW1=2040×4.3=8772KN·m
MOW2=－1109.4×1.067=－1183.7KN·m
MOW3=－111.9×5.376=－601.6KN·m
∑MOW=6986.7KN·m
②静水压力（水平力）
P1=γH12/2=9.81×（1105.67－1090）2/2=－1204.4KN（→）
P2=γH22/2=9.81×（1095.18－1090）2/2=131.6KN（←）
∑P=－1072.8KN（→）
P1作用点至O点的力臂为：
（1105.67－1090）/3=5.223m
P2作用点至O点的力臂为：
（1095.18－1090）/3=1.727m
静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：
MOP1=1204.4×5.223=－6290.6KN·m
MOP2=131.6×1.727=227.3KN·m
∑MOP=－6063.3KN·m
③扬压力
扬压力示意图请见下图：
H1=1105.67－1090=15.67m
H2=1095.18－1090=5.18m
（H1－H1）=15.67－5.18=10.49m
计算扬压力如下：
U1=9.81×13.6×5.18=691.1KN
U2=9.81×13.6×10.49/2=699.8KN
∑U=1390.9KN
U1作用点至O点的力臂为：
0m
U2作用点至O点的力臂为：
13.6/2－13.6/3=2.267m
竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：
MOU1=0KN·m
MOU2=699.8×2.267=－1586.4KN·m
∑MOU=－1586.4KN·m
④浪压力（直墙式）
浪压力计算简图如下：
由确定坝顶超高计算时已知如下数据：
单位：
m
平均波长Lm
波高h1%
坝前水深H
波浪中心线至计算水位的高度hZ
5.069
0.5
15.98
0.155
使波浪破碎的临界水深计算如下：
将数据代入上式中得到：
由判定条件可知，本计算符合⑴H≥Hcr和H≥Lm/2，单位长度上的浪压力标准值按下式计算：
式中：
γw──水的重度=9.81KN/m3
其余计算参数已有计算结果。
浪压力标准值计算得：
对坝底中点O取矩为（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：
MOPWK=（9.81×0.655×0.521/2）×（15.98+0.655/3）+
（9.81×2.535×0.521/2）×（15.98－2.535/3）
=－（27.114+98.048）
=－125.162KN·m
⑤淤沙压力
淤沙压力标准值PSK=－90.911KN
对O点的力臂为（1098.3－1090）/3=2.767m
对O点取矩MOPSK=－90.911×2.767=－251.552KN·m
将计算的各荷载进行汇总整理。
结论请见附表2。
附表1正常蓄水位情况各项作用力统计表单位：
KN、KN·m
序号
荷载效应
方向
力标准值
力矩标准值
分项系数
力设计值
力矩M设计值
1
自重
↓为正
3228.86
7143.3
1.0
3228.86
7143.3
2
静水压力
←为正
-1061.1
-5897.8
1.0
-1061.1
-5897.8
3
扬压力
↓为正
-1360.2
-1604.6
1.2
-1632.24
-1925.52
4
浪压力
←为正
-20.865
-304.577
1.2
-25.038
-365.4924
5
淤沙压力
←为正
-90.911
-251.552
1.2
-109.093
-301.8624
附表2校核洪水位情况各项作用力统计表单位：
KN、KN·m
序号
荷载效应
方向
力标准值
力矩标准值
分项系数
力设计值
力矩M设计值
1
自重
↓为正
3261.3
6986.7
1.0
3261.3
6986.7
2
静水压力
←为正
-1072.8
-6063.6
1.0
-1072.8
-6063.6
3
扬压力
↓为正
-1390.9
-1586.4
1.2
-1669.08
-1903.68
4
浪压力
←为正
-8.143
-125.162
1.2
-9.7716
-150.1944
5
淤沙压力
←为正
-90.911
-251.552
1.2
-109.093
-301.8624
按规范规定作用组合进行作用力的汇总如附表3：
附表3各种工况下的∑↓、∑←、∑M统计表单位：
KN、KN·m
工况
承载能力极限状态
正常使用极限状态
持久状态
偶然状态
持久状态
∑W（↓）
1596.62
1592.22
1868.66
∑P（←）
-1195.2312
-1191.6648
-1172.876
∑M
-1347.3748
-1432.6368
-915.229
备注
均采用荷载设计值
均采用荷载标准值
⑵．由规范8.结构计算基本规定中可知大坝坝体抗滑稳定和坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算属于1）承载能力极限状态，在计算时，其作用和材料性能均应以设计值代入。
基本组合，以正常蓄水位对应的上、下游水
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