1、水利水电工程建筑物网上辅导（2） 本讲主要介绍第 2 章挡水建筑物第一节岩基上的重力坝 （1）讲述了重力坝的工作原理及类型重力坝的工作原理是在水压力及其它荷载的作用下，主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来抵消坝前水压力以满足稳定的要求；同时也依靠坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度的要求。重力坝的类型按坝的高度分类为：高坝、中坝、低坝三类。坝高大于70m的为高坝；坝高在30m70m之间的为中坝；小于30m的为低坝。按照筑坝材料分类可分为：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。按照坝体的结构型式分类可分为：实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝。按照坝体是否过水可分
2、为：溢流坝和非溢流坝。按照施工方法分类可分为：浇筑式混凝土重力坝和碾压式混凝土重力坝。（2）讲述了重力坝的设计内容1、总体布置 首先选择坝址、坝轴线和坝的结构型式。确定坝体与两岸及交叉建筑物联接方式。最终确定坝体在枢纽中的布置。2、剖面设计 可参照已建的类似工程，初拟剖面尺寸。3、稳定分析 用单一安全系数法和可靠度理论法，核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定安全性能。4、应力分析 用材料力学法和可靠度理论法，对坝体材料进行强度较核。5、构造设计 根据施工和运行要求，确定坝体细部构造。(廊道、排水、坝体分缝、止水等)6、地基处理 地基的防渗(帷幕灌浆) 、排水、断层、破碎带处理等。7、
3、溢流重力坝和泄水孔的孔口设计。8、监测设计 包括坝体内部和外部的观测设计，制定大坝的运行、维护和监测条例。（3） 重力坝的作用及其组合1 作用重力坝的荷载也称作用，所谓作用是指外界环境对水工建筑物的影响。坝体自重、水压力、扬压力、浪压力、冰压力、土压力、泥沙压力、地震荷载等。2 荷载组合作用在重力坝上的各种荷载，除坝体自重外，都有一定的变化范围。因此，在进行坝的设计时，应该把各种荷载根据它们同时出现的机率，合理地组合成不同的设计情况，根据组合出现的概率大小，用不同的安全系数进行核算，以妥善解决安全和经济的矛盾。作用在坝上的荷载，按其出现的机率和性质，可分为基本作用和偶然作用两种；按其随时间的变
4、异性可分为永久作用、可变作用和偶然作用；按其作用状况又可分为持久状况、短暂状况和偶然状况。荷载组合按设计状况分为持久状况、短暂状况和偶然状况，按组合分为基本组合和特殊组合。（4） 重力坝的稳定分析重力坝稳定分析方法有两种。.单一安全系数法和分项系数极限状态法。1.单一安全系数法抗剪强度公式（摩擦公式）f (w u )K= = p该方法是把滑动面看成接触面，而不是胶结面，只计滑动面上的摩擦力，而不计凝聚力。抗剪断强度公式K= = 2.分项系数极限状态法该方法中反映了坝体上的作用(荷载) 的不定性和变异性，荷载均为随机变量。设计状态按承载能力极限状态计算。（5）重力坝的应力分析1 重力坝应力分析的
5、目的与方法应力分析的目的是为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求；并根据应力分布情况进行坝体混凝土标号分区；也为研究坝体某些部位的应力集中和配筋等提供依据。1、模型试验法；2、材料力学法；3、弹性理论的解析法；4、弹性理论的有限元法以上方法中要掌握材料力学方法的基本假定有三条：(1)坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。(2)视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。阻滑力滑动力阻滑力 滑动力f(w- u ) + cAp(3)假定坝体水平截面上的正应力 按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。y当采用概率极限状态设计时，对重力
6、坝应分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行强度验算。（6）重力坝的构造及地基处理1）重力坝的构造重力坝的构造设计包括坝体材料分区、坝顶结构、坝体分缝止水、排水、廊道系统等内容，这些构造的科学合理选型和布置，可以改善重力坝的工作状态，提高坝体的稳定性，减小坝体应力，满足运用和施工要求。2）坝体混凝土分区混凝土重力坝坝体各部位的工作条件及受力条件不同，对上述混凝土材料性能指标的要求也不同。为了满足坝体各部位的不同要求，节省水泥用量及工程费用，把安全与经济统一起来，通常将坝体混凝土按不同工作条件进行分区，选用不同的强度等级和性能指标。一般可分为六个区，见图。1上游最高水位；2上游最低水位；3下
7、游最低水位；4闸墩；5导墙3）坝体分缝与止水由于地基不均匀沉降和温度变化、施工时期的温度应力以及施工浇筑能力等原因，一般要对坝体进行分缝。按缝的位置可分为横缝、纵缝及水平缝。a. 横缝横缝垂直坝轴线，将坝体分为若干坝段。其作用是减小温度应力、适应地基不均匀变形满足施工要求。b. 纵缝为了适应混凝土的浇筑能力和减少施工期的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分成几个坝块，待坝体降到稳定温度后再进行接缝灌浆。c. 水平工作缝水平工作缝是分层施工的新老混凝土之间的接缝，是临时性的。字幕4) 重力坝的地基处理重力坝承受较大的荷载，对地基的要求较高，它对地基的要求介于拱坝和土石坝之间。除少数较
8、低的重力坝可建在土基上之外，一般需建在岩基上。重力坝对地基的要求：地基处理主要包含两个方面的工作：一是防渗；二是提高基岩强度。一般情况下包括坝基开挖清理，对基岩进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊地质构造如断层、破碎带和溶洞等进行专门的处理等。这部分内容要重点掌握，固结灌浆和防渗帷幕灌浆的目的有什么异同。1、坝基的固结灌浆在重力坝工程中采用浅孔低压灌注水泥浆的方法对地基进行加固处理，称为固结灌浆。固结灌浆的目的是：提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。2、帷幕灌浆帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力；防止坝基内产生机械或化学管涌；减少坝基和绕坝渗透流量。3、坝基排水坝基虽然已经进行帷幕灌浆，但并不能完全截断渗流。为了进一步降低坝底面的渗透压力，应在防渗帷幕后设置排水幕，收集并排走由坝基渗透过来的水，有时还设有基面排水。本章的重点内容：重力坝的荷载、稳定的分析方法，重力坝的设计内容，材料力学法的基本假定，坝体混凝土分区，固结灌浆与帷幕灌浆的作用。
