1、水工建筑物,绪 论,第一章 重力坝,第二章 拱坝,第三章 土石坝,第二节 重力坝的荷载及荷载组合,一、重力坝的荷载 自重（包括坝体及坝上永久性设备） 静止水压力（上、下游坝面，水平、竖直方向） 动水压力（对溢流坝段） 扬压力 淤沙压力 浪压力 冰压力 地震荷载 其他荷载,重力坝上作用力示意图,（1）自重 a. 坝体自重按坝体结构尺寸和材料容重计算：自重=gV 式中 ：g坝体材料重度=rg； 混凝土： g =23.023.5 kN/m3 浆砌石： g = 21.523.5 kN/m3 b. 永久性设备自重： 闸门、固定启闭机等，车辆、活动启门机不计入。,（2） 静水压力 作用于单位坝长上游坝面静
2、水压力的水平分力：作用于单位坝长上游坝面静水压力的铅直分力：,n为坡度系数=tanj,（3） 动水压力 动水压力是指水流流经建筑物表面时，由于流速方向和大小发生改变而对建筑物产生的作用力，垂直于建筑物表面，多发生于溢流坝面。,挑流鼻坎反弧段：忽略微分体自重和侧面水压力，仅计离心力。,单宽流量式中：g水的重度，KN/m3；v 反弧段的平均流速,m/s 。,微分体质量 m=g/ghds微分体离心力,水平分力,铅直分力,（4）扬压力,重力坝挡水后，在水位差作用下，上游水将通过坝 体的孔隙和坝基裂隙向下游渗透，渗透水对坝体和 坝基产生渗透水压力（水力学中称为“渗透动水压力）,渗透水压力的特点： 同一点
3、上各向压强相等各向同性 垂直于作用面方向 其铅直分力称为扬压力,（4）扬压力,4.1 坝底扬压力 包括两部分 下游水深引起的浮托力由上下游水头差引起的渗透压力,渗透水压力的实际分布比较复杂：基岩节理、裂隙分布规律，难于理论计算。通常由经验假定：若坝底面未做任何防渗排水处理，则沿坝底面直线分布，即在坝底面沿程渗流水头损失相等。,4.2 减小扬压力措施,防渗帷幕：为了减少坝底扬压力坝基渗流量，在坝底靠上游侧的基岩内钻孔，用高压水泥浆灌入孔内，渗入充填岩石节理、裂隙形成的不透水幕墙。,排水：为进一步减小扬压力，在防渗帷幕后的基岩钻孔，排除部分透过帷幕的水流。,a1=0.20 a2=0.50,坝基有帷
4、幕和主排水孔幕、2排副排水孔幕，并采取抽排，帷幕后坝基较大范围的渗透压力得到更大释放,4.3 坝体扬压力,渗流不仅发生在坝基，也出现在坝体，只是坝体材料渗透性相对比较小，水流在坝体内运动的速度慢些而已，只要有足够的时间，水流同样从坝体上游坝面经过坝体流到下游坝面。,（5）泥沙压力,挟带泥沙的水流入库后，泥沙逐渐在坝前淤积，对坝上游面产生泥沙压力。 按水库的使用年限和平均年入库泥沙量估算淤积总量 ，再由库容曲线查得淤积高程，按土力学公式计算。,（5）泥沙压力,hn为坝前泥沙淤积厚度； gn为淤沙的浮容重，通过试验或工程类比得到；淤沙的内摩擦角，根据坝前淤沙的粒径范围和淤积年限，参考类似工程的实测
5、资料确定。,成因: 空气流动（风），带动水体，形成波浪，波浪对坝面产生的压力。,（6）浪压力,波浪的三要素: 波高, 波长, 波浪中心线距静水面距离,（6）浪压力,由于水的阻力比空气阻力大，因而波峰比较尖锐，波谷比较平坦，这样导致波浪中心线高出静水面,波峰波浪在静水位以上部分； 波谷波浪在静水位以下部分； 波高波峰顶与波谷底之间的高差； 波长两相邻波峰顶或波谷底之间的距离； 波浪中心线平分波高的水平线（为什么波浪中心线高于静水面？）。,6.1 波浪要素计算,对于平原、滨海地区水库，采用莆田（福建地名）试验站公式计算波高和波长 对于丘陵、平原地区水库，采用鹤地水库公式计算 对于内陆狭长水库，采用
6、官厅水库（位于河北）公式,计算公式及其适用条件（考试内容）,6.1 波浪要素计算,官厅水库（位于河北）公式,6.1 波浪要素计算,v0为计算风速，m/s当浪压力参与基本荷载组合时，采用重现期为50年（频率为2%）的年最大风速；当浪压力参与特殊荷载组合时，采用多年平均最大风速。 D为风区长度（有效吹程），m当坝前水域较宽，并且主风向大致迎大坝正面吹来 时，吹程 为计算点至对岸的直线距离。,6.2 浪压力,浪压力波浪对建筑物迎水面的冲击力；它沿 水深逐渐减弱。根据水深按三种波态计算,6.2 浪压力,深水波 （HcrH且HLm/2） 坝前有足够水深，波浪不 会破碎，静水面Lm/2下 的波浪压强可以不
7、计,6.2 浪压力,浪压力波浪对建筑物迎水面的冲击力；它沿 水深逐渐减弱。根据水深按三种波态计算,plf,深水波,浅水波,破碎波,6.2 浪压力,波浪破碎临界水深Hcr,6.2 浪压力,(b) 浅水波 （HcrH但HLm/2） 上游坝踵处的波浪压强 不能忽略,剩余浪压力强度,plf,静冰压力动冰压力,（7） 冰压力,（a）静冰压力原因：寒冷地区，水库表面将结冰，当气温升高时，冰层膨胀，对建筑物产生的压力。 大小：冰层厚度开始升温时的气温温升率。规范建议静冰压力按表1-3取值。,（7） 冰压力,（b）动冰压力当冰破碎后，受风和水流的作用而漂流，冰块撞击在坝面或闸墩上时将产生动冰压力。DL5077
8、1997水工建筑物荷载设计规范SL21198 水工建筑物抗冻设计规范,（8） 地震荷载,在地震区建坝，应考地震荷载的影响。 地震荷载包括:地震惯性力地震动水压力地震动土压力 注：地震对扬压力、泥沙压力的影响一般不予考虑,描述地震大小强弱的标准：震级地震烈度 震级：根据地震发生时，地球内部释放的能量大小划分的，6级以上产生破坏。 地震烈度：根据对该地区的破坏程度划分的，最高烈度为12度。,地震荷载的大小与建筑物所在地区的烈度有关 基本烈度某地区今后一定时期内（约100年） 可能遭遇到的最大地震烈度。 设计烈度抗震设计中实际采用的地震烈度基本烈度（一般）1度（抗震设防类别为甲类）,水工建筑物抗震设
9、计规范规定： 对地震烈度6度以下地区（NO）。 一般只考虑危害最大的水平方向地震作用；对设计烈度为8、9度的I、II级挡水建筑物，水平、竖直方向的地震惯性力（YES），竖向动水压力（NO）。,地震荷载计算方法:拟静力法动力法对于地震设防为甲类的工程，采用动力法对于抗震设防为乙、丙类的设计烈度低于8度且坝高不超过70m的重力坝可采用拟静力法。,8.1 地震惯性力（考试内容）,重力坝沿轴线方向的刚度很大，这个方向的地震惯性 力将传至两岸，仅计顺河流方向的水平地震惯性力。满库时按地震波向上游，地震惯性力向下游空库时按地震波向上游，地震惯性力向上游,地震惯性力的大小 SL20397水工建筑物抗震设计规
10、范,8.2 地震动水压力,地震时，坝前坝后的水随之震动，形成作用在坝面上的激荡力。 拟静力法计算重力坝地震作用的公式见（116）,（9）其他荷载作用于重力坝其他荷载包括风荷载、雪荷载等，由于对重力坝的影响比较小，一般情况下可以不考虑。,二、荷载组合,除自重荷载之外，荷载总是变化的，而且这些荷载存在的概率也是变化的，设计时应考虑这些荷载同时出现的可能性 。,定义：在规定的计算情况下，同时作用在结构上的荷载的集合,（a）基本荷载组合 基本荷载组合是由经常出现的荷载组成的荷载集合，用于建筑物的正常设计情况。由于出现的概率较大，设计规范中规定了较大的安全系数和安全超高。,（b）特殊荷载组合 特殊荷载组合是指包含特殊荷载（偶然出现的荷载）的组合，用于校核情况。由于出现的概率小，故安全系数和安全超高均较小。,混凝土重力坝设计规范SL319-2005规定的重力坝设计中应考虑的基本荷载组合和特殊荷载组合,三、作用和作用效应 安排在本章第五节集中系统介绍,建 议 ？ 农水楼233,
