1、精選優質文檔-傾情為你奉上 重力壩一、重力壩的工作原理及特點 1、重力壩在水壓力及其它荷載作用下必需滿足： A、穩定要求：主要依靠壩體自重產生的抗滑力來滿足。 B、強度要求：依靠壩體自重產生的壓應力來抵消由于水壓力所產生的拉應力來滿足。 2、重力壩的類型： （1）按構造不同分為：實體重力壩，寬縫重力壩，空腹重力壩和預應力重力壩。 （2）按作用可以分：溢流重力壩，非溢流重力壩。 （3）按筑壩材料的不同分為：混凝土重力壩和漿砌石重力壩。二，重力壩的荷載組合基本組合1：正常蓄水位情況，作用包括：基本組合2：防洪高水位情況，作用包括：基本組合3：冰凍情況，作用包括：偶然組合1：校核洪水位情況，作用包括

2、：偶然組合2：地震情況，作用包括：重力壩按極限狀態設計時一般要考慮四種承載能力極限狀態：壩趾抗壓強度極限狀態壩體與壩基面的抗滑穩定極限狀態壩體混凝土層面的抗滑穩定極限狀態基巖有薄弱層時壩體連同部分壩基的深層抗滑穩定極限狀態。三 重力壩的抗滑穩定分析沿壩基面的抗滑穩定分析重力壩失穩破壞的機理：首先壩踵處基巖和膠結面出現微裂松弛區，隨后在壩址處基巖和膠結面出現局部區域的剪切屈服，進而屈服范圍逐漸增大并向上游延伸，最后形成滑動通道，導致大壩的整體失穩。（一）抗剪強度公式： （1）當接觸面呈水平時，其抗滑穩定安全系數/（2）當接觸面傾向上游時，其抗滑穩定安全系數（二）抗剪斷公式：深層抗滑穩定分析（1）

3、 單斜面深層穩定計算：如圖將軟弱面以上的壩體和地基視為剛體，按下式計算：（2） 雙斜面深層抗滑穩定計算： 提高抗滑穩定性的工程措施：1） 利用水重2） 采用有利的開挖輪廓線： 使壩基面傾向上游。當巖基比較堅固時，可開挖成鋸齒狀，形成局部的傾向上游的斜面3)設置齒墻4）抽水措施5）加固地基:6）預加應力措施重力壩的應力分析方法：A、應力模型試驗法；B、材料力學法；C、彈性理論解析法；D、彈性理論差分法；E、彈性理論有限元法。 三 、重力壩的強度指標（應力控制標準）（一） 壩基面的強度指標1、 運用期1） 在各種荷載組合作用下（地震除外），壩基面下游邊緣的最大垂直正應力應小于基巖容許壓應力（計入河

4、不計入揚壓力）2） 壩基面上游最小正應力應大于零（計入揚壓力）2、 施工期1）對下游壩基面的垂直正應力可允許有大于0.1MP的拉應力。2）壓應力是根據巖石抗壓強度結合壩基地質條件除以安全系數決定的（二） 壩體應力強度指標、運用期1)壩體上游面的最小主應力有兩種強度指標計入揚壓力時不計入揚壓力時2)壩體內部一般不允許出現拉應力，但寬縫重力壩上游較遠處可出現不超過混凝土抗拉強度的拉應力。3）溢流壩堰頂、壩內廊道及孔洞周圍出現拉應力需配筋。2、施工期1）壩體任何截面上的主應力應不大于混凝土的容許壓應力2）壩體下游面可容許不大于0.2MP的主拉應力四、各種非荷載因素對壩體應力的影響（一）地基變形對壩體

5、應力的影響材料力學法假定任何水平截面的正應力均呈直線分布，即任何水平截面變形后仍保持為平面，而實際上壩地面在各種壓力下不能一直保持水平。地基變形使壩基面以上（1/31/4）的范圍內與材料力學法的計算結果有較大差別。1. 空庫時越大，壩踵處和應力集中顯著2. 滿庫時越小，壩址和壩踵均出現拉應力 下游壩址有應力集中的趨勢很大時，壩址出現顯著的壓應力集中，壩踵也有一定的應力集中現象。3. 所以地基不能太堅硬，當然又不能太軟弱。一般在12范圍內是有利的（二）地基不均勻性對壩體應力的影響上游壩踵附近地基的剛度較大時，壩趾處剛度小，有可能會產生拉應力。當上游壩踵附近地基的剛度較小時，壩趾處剛度大，上游壩趾

6、的應力狀態較均勻地基有所改善，增加了壓應力，因此若地基必須跨在兩種不同的剛度的地基上宜將下游壩體布置在較堅硬的地基上。（三） 施工縱縫對壩體應力的影響1、當n=0時不考慮縱縫和考慮縱縫自重應力基本相同2、當n > 0時上游壩踵的自重應力明顯減小，水壓力疊加后壩踵處應力狀態明顯惡化3、當n < 0時與水壓力疊加后對壩踵應力有利。但施工期壩趾會出現過大的拉應力。（四）分期施工隊壩體應力的影響 1、不分期施工壩體垂直正應力呈直線變化， 2、分期施工呈折線變化，且在壩踵處出現拉應力。一、 施工期的溫度應力施工期的溫度應力包括：（1） 地基約束引起的應力：澆筑以后，在溫升過程中，澆筑塊底部受

7、基礎約束不能自由膨脹，將會承受水平壓應力。由于混凝土在澆筑初期彈性模量較低，因而壓應力不高。可是在混凝土處于降溫期時，彈性模量變大，而地基不能隨混凝土一起收縮，所以對混凝土的收縮產生約束力，即產生和大的拉應力。貫穿性裂縫（2） 內外溫度差引起的應力：混凝土在澆筑初期，由于表面溫度降度，在塊體內外形成的溫差將使外部收縮受拉而內部受壓，當拉應力超過材料的抗拉強度時，將產生表面裂縫。施工期壩體溫度取決于混凝土入倉時的澆筑溫度和水化熱溫升。表面裂縫。二、 重力壩的溫度裂縫和防止措施（一）裂縫的分類 當壩體內某部位的拉應力超過混凝土的抗拉強度時，就會出現裂縫。重力壩的裂縫主要是溫度應力引起的。裂縫可分為

8、：貫穿性裂縫和表面裂縫兩類。其中貫穿性的裂縫又分為橫向、縱向和水平向三個方向的裂縫。裂縫的危害表面裂縫對大壩影響不大，但上游壩面出現的裂縫會加劇滲漏，溢流壩面的裂縫將降低抵抗高速水流沖刷的能力。橫向貫穿性裂縫會漏水和滲透侵蝕破壞；縱向貫穿性裂縫會降低壩體的整體性能；水平向貫穿性裂縫會降低大壩的抗剪強度。所以除適當分縫、分塊和提高混凝土質量外還要對混凝土進行溫度控制。（三）溫度控制措施 溫控措施有：（1）降低混凝土的澆筑溫度。（2）減少混凝土水化熱溫升。（3）加強混凝土表面養護和保護。重力壩的基本剖面1） 重力壩的基本剖面：指重力壩在壩體自重、靜水壓力和揚壓力三項荷載作用下，滿足穩定和強度要求，

9、并使工程量最小的三角形剖面。2)極限狀態設計：承載能力極限狀態；正常使用極限狀態二 ， 幾種現象1. 空化和空蝕在自然條件下，水體中含有許多很小的氣核，當過壩水流中某點的壓力降至飽和蒸汽壓強，氣核迅速膨脹為小空泡，這種現象稱為空化。當低壓區的空化水流流經下游高壓區時，空泡遭受壓縮而潰滅，由于潰滅時間極為短暫（一般只有千分之幾秒），會產生一個很高的局部沖擊力（可達幾千個大氣壓）。若空泡潰滅發生在過水壩面，局部沖擊力大于材料的內聚力時，可使壩面遭到破壞，這種現象稱為空蝕。2 。摻氣3.水流脈動泄水建筑物中的水流運動，屬于高度的水流，其基本特征是流速和壓力在不斷變化，即所謂脈動。4.沖擊波在高速水流

10、邊界條件發生變化處，如：斷面擴大、收縮、轉彎處，將產生沖擊波。（五）消能防沖設計常用的消能工形式有：底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等。2.底流消能（1）底流消能的特點及措施。優缺點及應用：底流消能具有流態穩定、消能效果好，對地質條件和尾水變幅適應性強以及水流霧化很小等優點，可適應高、中、低水頭。但護坡較長，土石方開挖量和混凝土方量較大，工程造價較高。底流消能多用于中、小工程。實際工程中，為了防止流態不穩定而產生的遠驅水躍，常采用以下三種措施： 在護坦末端設置消力坎，在坎前形成消力池； 降低護坦高程形成消力池；既降低護坦高程，又建造消力坎形成綜合消力池。消力池是水躍消能工的主體，其橫斷

11、面除少數為梯形外，絕大多數呈矩形。（2）護坦構造。護坦用來保護河床免受高速水流的沖刷。長度：對底流消能，護坦長度應延伸至水躍躍尾；對其他形式的消能工，當可能產生臨近壩趾的沖刷時，也需要在壩趾下游設置護坦。3.挑流消能（1）挑流消能的特點與設計。特點：挑流消能是利用泄水建筑物出口處的挑流鼻坎，將下泄的急流拋向空中，然后落入離建筑物較遠的河床，與下游水流相銜接的消能方式。能量消耗大體分三部分：急流沿固體邊界的摩擦消能；射流在空中與空氣摩擦、摻氣、擴散消能；射流落入下游尾水中淹沒紊動擴散消能。優缺點和應用：挑流消能通過鼻坎可以有效地控制射流落入下游河床的位置、范圍和流量分布，對尾水變幅適應性強，結構

12、簡單，施工、維修方便，耗資省。挑流消能適應于基巖比較堅固的中、高水頭各類泄水建筑物，是應用非常廣泛的一種消能工。挑流消能設計的主要內容有：選擇鼻坎形式，確定鼻坎高程、反弧半徑、挑角，計算挑距和下游沖刷坑深度。4.面流消能與消力戽（1）面流消能。特點：利用鼻坎將主流挑至水面，在主流下面形成旋滾，旋滾流速較低，而且系沿河床流向壩址，河床一般不需要加固。應用：面流消能適應于下游尾水較深，流量變化范圍較小，水位變幅不大，或有排水、漂木要求的情況。（2）消力戽。特點：消力戽的挑流鼻坎潛沒在水下，形不成自由水舌，水流在戽內產生旋滾，經鼻坎將高速的主流挑至表面，戽內的選滾可以消耗大量能量。應用：消力戽適應于

13、尾水較深且變幅較小，無航運要求且下游河床和兩岸抗沖能力較強的情況。消力戽設計的主要內容是：確定反弧半徑、戽坎高度和挑射角度。重力壩的地基處理地基處理的主要任務是：防滲；提高基巖的強度和整體性。地基處理的主要措施：對巖基進行固結灌漿和防滲帷幕灌漿，設置基礎排水系統，對特殊軟弱帶進行專門的處理等一、壩基的開挖與清理壩基開挖與清理的目的是把覆蓋層及風化破碎的巖石挖除，使壩體座落在穩定、堅固的地基上。二、壩基的固結灌漿1、定義：采用淺孔低壓灌注水泥漿的壩基處理方法叫“固結灌漿”2、目的：固結灌漿的目的是：提高基巖的整體性和強度，降低地基的透水性。三、帷幕灌漿1、定義：在靠近上游壩基布設一排或幾排鉆孔，

14、利用高壓灌漿填塞巖基內的裂縫和空隙等深水通道，在巖基中形成一道相對密實的阻水帷幕，稱為“帷幕灌漿”2、目的：帷幕灌漿的目的是：降低壩底滲透壓力，防止壩基內產生機械或化學管涌，減少壩基滲流量。帷幕材料最常用的是水泥漿， 四、壩基排水 目的：為進一步降低壩底面的揚壓力，應在防滲帷幕后設置排水孔幕。五、斷層破碎帶、軟弱夾層和溶洞的處理1）斷層破碎帶的處理可采用開挖回填混凝土的措施，做成混凝土塞。埋藏較淺的應予挖除埋藏較深的，除應在頂面做混凝土塞外，還要考慮其深埋部分對壩體穩定的影響。2）軟弱夾層的處理在壩踵部位做混凝土深齒墻，切斷軟弱夾層直達完整基巖，當夾層埋藏較淺時，此法施工方便，工程量不大，且有

15、利于壩基防滲，應用廣泛；對埋藏較深、較厚、傾角平緩的軟弱夾層，可在夾層內設置混凝土塞；在壩址處建混凝土深齒墻，切斷軟弱夾層直達完整巖基，以加大尾巖抗力，這種方法適用于建壩過程中發現未預見到的軟弱夾層或已建工程抗滑穩定的加固處理；在壩址下游側巖體內設鋼筋混凝土抗滑樁，切斷軟弱夾層直達完整巖基，抗滑樁的作用不十分明顯。在壩址下游巖體內采用預應力錨索以加大巖體的抗力，此法適用于已建工程的加固處理。重力壩的材料及構造一、混凝土重力壩的建筑材料主要是混凝土，中、小型工程有的也用漿砌石。對水工混凝土，除強調外，還有按其所處部位和工作條件，在抗腎、抗凍、抗沖刷、抗侵蝕、低熱、抗裂等性能方面提出不同的要求。二

16、、壩體混凝土分區壩體各部位的工作條件不同，對混凝土強度、抗滲、抗凍、抗沖刷、抗裂等性能的要求也不同。為了節約與合理使用水泥，通常將壩體按不同部位和不同工作條件分區，采用不同標號的混凝土。為了便于施工，壩體混凝土采用的標號種類應盡量減少，并與樞紐中其他建筑物的混凝土標號相一致。同一澆筑塊中的標號不得超過兩種，相鄰區的標號不得超過兩級，以免引起應力集中或產生溫度裂縫。分區厚度一般不小于23m，以便澆筑施工。三、重力壩的分縫、分塊（一）橫縫其作用是：減小溫度應力、適應地基不均勻變形和滿足施工要求如：混凝土澆筑能力及溫度控制等。橫縫間距（即壩段寬度）一般為1220m，橫縫用永久性的和臨時性的兩種。1.永久性橫縫永久性橫縫常做出豎直平面，不設鍵槽，縫內不灌漿，以使各壩段獨立工作。2.臨時性橫縫臨時性橫縫主要用于下述幾種情況： 河谷狹窄，做成