重力坝设计

重力坝设计题目一、基本资料。坝基高程坝基高程（m）正常高水位（正常高水位（m）设计洪水位（设计洪水位（m）校核洪水位（校核洪水位（m）上游下游上游下游上游下游第六组110.00140.00114.50141.60114.90143.50115.40参数组别拟在某河建一混凝土重力坝，初定为3级建筑物。坝基高程、正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位及相应下游水位如下表。坝体混凝土强度等级为C15，,标准抗压强度为fck=14.3MPa。坝基岩石为微风化的花岗岩，标准抗压强度fkR=80MPa,岩体结构较为完整。混凝土重度为24KN/m，水的重度取取10KN/m3,混凝土和基岩面的抗剪断参数f=0.95,c=0.85MPa,扬压力系数0.3。本地区的地震设计烈度为6度，洪水位多年平均最大风速为15.3m/s，50年一遇风速为23.0m/s，水库吹程为2.5Km，不计淤沙压力。重力坝设计步骤 一：重力坝的剖面拟定；二：荷载组合及组合；三：坝基面的抗滑稳定验算；四：坝基面的强度校核；五：重力坝非溢流坝段剖面图CAD展示图；一，重力坝剖面拟定一重力坝剖面设计原则一重力坝剖面设计原则 1.满足稳定和强度要求 2.尽可能节省工程量，使剖面尺寸最小 3.外部形状简单，便于施工 4.运行管理方便二确定非溢流坝段基本剖面二确定非溢流坝段基本剖面 1.基本剖面形式 2.基本参数三，坝顶高程三，坝顶高程 大坝以防洪为主，3级建筑物，对应可靠度设计中的结构安全级别为级的坝，查规范表得安全超高分别为：初定上游坡系数初定上游坡系数:n=0.2,0折坡点：折坡点：2/3H,下游坡系数：下游坡系数：m=0.7,坝底宽坝底宽:B=(0.70.8)H设计洪水位设计洪水位hc=0.5 校核洪水位校核洪水位hc=0.4 有效吹程有效吹程D=2.5km 1.1剖面拟定（设计洪水位情况）根据规范当水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用根据规范当水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应洪水期多年相应洪水期多年平均最大风速的平均最大风速的1.51.52.02.0倍或采用重现期为倍或采用重现期为5050年一遇的年最大风速年一遇的年最大风速；故风速；故风速V0取取5050年一遇，风速年一遇，风速V0=23.0M/S 且且D为为2.5KM,本题波浪要素的计算采用官厅公本题波浪要素的计算采用官厅公式式mhhVgDVgDD622.143.1134.143.1%1%52502036.430.23250081.9 1.134m9.81232325009.81230.0076gvvg0.0076vh%1%5202202312121-203120121-01，需乘以所以由规范得推算，的波高时为频率当，）（）（波高：1.2波浪要素的计算波长：波长：波浪中心线至计算水位的高度：波浪中心线至计算水位的高度：11.549m9.81232325009.81230.331gvvg0.331v23.75122.151-203.751202.151-0）（）（DLmLhhLHcthLHLHcthLhhzmz715.0549.11622.114.30.12,22.221%1时因144.437m2.837141.62.837m0.50.7151.622hhhhcz1%坝顶高程2.1校核洪水位情况 由规范当水库为宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值。所以v0=15.3m/s,且D为2.5km,采用官厅公式计算 波高：波高：974.043.1681.043.1%1%52502077.1043.15250081.90.6819.8115.3104.7715.30.0076gvvg0.0076vh%1%52020231121-203120121-01hhVgDVgDD故乘以所以由规范得推算的波高时为频率当）（）（2.2波浪要素的计算波长：波长：波浪中心线至计算水位的高度：波浪中心线至计算水位的高度：7.677m9.8115.3104.7115.30.331gvvg0.331v23.7512.151-203.751202.151-0）（）（DLmLhhLHcthLHLHcthLzm388.0677.7974.014.30.12,22hh22121z时因145.262m1.762143.51.762m0.40.3880.974hhhhcz1%坝顶高程重力坝实用剖面的确定 三：坝顶高程的最终确定 四：坝顶宽度 五：基础灌浆廊道 坝顶高程应取上述两种情况坝顶高程中的最大值，并取防浪墙高度1.2m，防浪墙基座高度0.1m,所以坝顶高程为145.262-1.2-0.1=144.00m，最大坝高为144-110=34m假定该水利枢纽位于山区峡谷。无交通要求，按构造要求中取坝顶宽度5m,同时满足维修时的单车道要求根据规范将基础灌浆廊道，廊道断面为城门洞形，宽度为2.5m,高度为3m,距基岩面取5m，距上游坝踵5.6m。二，荷载计算及组合 设计洪水位情况：（荷载）作用计算值（以设计洪水位情况列表）（荷载）作用计算值（以设计洪水位情况列表）（荷载）作（荷载）作用用计算公式计算公式作用计算值作用计算值对截面形心的力臂对截面形心的力臂L/ML/M力矩计算值力矩计算值M/(kN.M)M/(kN.M)垂直力（垂直力（KN)KN)水平力水平力(kN)(kN)+-自重自重W1W10.50.54.44.4222224241 11161.61161.614.1-14.1-（2/32/3）4.4=11.174.4=11.1712975.07 12975.07 W2W25 5343424241 14080408014.1-14.1-（4.4+2.54.4+2.5）=7.2=7.22937629376W3W30.50.518.818.826.8626.8624241 1 6059.626059.6214.1-14.1-（2/32/3）18.8=1.5718.8=1.579513.60 9513.60 水平水平压力压力PH1PH10.50.5101031.631.62 21 14992.84992.8（1/31/3）31.6=10.5331.6=10.5352574.152574.18 8 PH2PH20.50.510104.94.92 21 1120.05120.05(1/3)(1/3)4.9=1.634.9=1.63195.68 195.68 附表1 发V垂直压力垂直压力PV1PV110104.44.49.69.61 1422.4422.414.1-2.2=11.914.1-2.2=11.95026.565026.56PV2PV20.50.54.44.4222210101 148448414.1-14.1-（1/3)1/3)4.4=12.634.4=12.636112.926112.92PV3PV30.50.53.433.434.94.910101 184.0484.0414.1-(1/3)14.1-(1/3)3.43=12.963.43=12.961089.16 1089.16 小计小计12291.612291.66 64992.84992.8 120.05120.0553686.23 53686.23 63176.94 63176.94 12291.6612291.664872.754872.75_ _9490.719490.71扬压力扬压力浮托力浮托力U1U1101028.228.24.94.91 11381.81381.80 00 0渗透力渗透力U2U2101026.726.70.30.36.86.81 1544.68544.6814.1-3.4=10.714.1-3.4=10.75828.08 5828.08 U3U3（1/21/2）26.726.70.30.321.421.410101 1857.07857.0714.1-14.1-（6.8+7.136.8+7.13）=0.17=0.17145.70 145.70 U4U4（1/21/2）26.726.70.70.76.86.810101 1635.46635.4614.1-14.1-（1/31/3）6.8=11.836.8=11.837517.49 7517.49 小计小计3419.013419.0113491.27 13491.27 3419.013419.0113491.2713491.27总计总计12291.612291.66 63419.013419.01 4992.84992.8 120.05120.0553686.23 53686.23 76668.21 76668.21 8872.658872.654872.754872.7522981.9822981.98校核洪水位时：校核洪水位情况（荷载）作用计算值（以校核洪水位情况列表）（荷载）作用计算值（以校核洪水位情况列表）（荷载）作用（荷载）作用计算公式计算公式作用计算值作用计算值对截面形心的力臂对截面形心的力臂L/ML/M力矩计算值力矩计算值M/(kN.M)M/(kN.M)垂直力垂直力(KN)(KN)水平力水平力(kN)(kN)+-自重自重W1W10.50.54.44.4222224241 11161.61161.614.1-14.1-（2/32/3）4.4=11.174.4=11.1712975.07 12975.07 W2W25 5343424241 14080408014.1-14.1-（4.4+2.54.4+2.5）=7.2=7.22937629376W3W30.50.518.818.826.8626.8624241 1 6059.626059.6214.1-14.1-（2/32/3）18.8=1.5718.8=1.579513.60 9513.60 水平压力水平压力PH1PH10.50.5101033.533.52 21 15611.25611.25 5（1/31/3）33.5=11.1733.5=11.1762677.6662677.66PH2PH20.50.510105.45.42 21 1145.8145.8(1/3)(1/3)5.4=1.85.4=1.8262.44262.44附表2 附表垂直压力垂直压力PV1PV110104.44.411.511.51 150650614.1-2.2=11.914.1-2.2=11.96021.46021.4PV2PV20.50.54.44.4222210101 148448414.1-14.1-（1/3)1/3)4.4=12.634.4=12.636112.926112.92PV3PV30.50.53.783.785.45.410101 1102.06102.0614.1-(1/3)14.1-(1/3)3.78=12.843.78=12.841310.45 1310.45 小计小计5611.255611.25 145.8145.854747.83 54747.83 73501.71 73501.71 12393.2812393.285465.455465.45_ _18753.8818753.88扬压力扬压力浮托力浮托力U1U1101028.228.25.45.41 11522.81522.80 00 0渗透力渗透力U2U2101028.128.10.30.36.86.81 1573.24573.2414.1-3.4=10.714.1-3.4=10.76133.67 6133.67 U3U3（1/21/2）28.128.10.30.321.421.41 10 01 1902.01902.0114.1-14.1-（6.8+7.136.8+7.13）=0.17=0.17153.34 153.34 U4U4（1/21/2）28.128.10.70.76.86.81 10 01 1668.78668.7814.1-14.1-（1/31/3）6.8=11.836.8=11.837911.67 7911.67 小计小计3666.833666.8314198.68 14198.68 3666.833666.8314198.6814198.68总计总计12393.2812393.28 3666.833666.83 5611.255611.25 145.8145.854747.83 54747.83 87700.39 87700.39 8726.458726.455465.455465.4532952.5632952.56三，坝基面的抗滑稳定验算坝基面上的抗滑安全系数（抗剪段安全系数）K为式中：PAcUWfK数和；力在水平方向投影的代作用于坝基面以上的合坝基面上的面积；力；坝基面上的抗剪断凝聚力作用于坝基面上的扬压数和；力在垂直方向投影的代作用于坝基面以上的合数；坝基面上的抗断摩擦系PAcUWf规范3，抗滑稳定安全系数的规定 （1）按上式抗剪断强度计算的坝基面抗滑稳定安全系数K值应不小于下列中规定的数值。荷载组合荷载组合K基本组合3.0特殊组合（1）2.5（2）2.3抗滑稳定校核9.545.54652.2885045.872695.0 65.675.48722.2885065.887295.0PACUWfKPACUWfK校核洪水位情况：设计洪水位情况：算公式：将结果代入抗剪强度计。，均满足抗滑稳定要求0.39.5,0.365.6KKKK四，坝基面强度校核 设计洪水位时强度校核：（1）当计入扬压力时，坝基面的应力分别为：满足抗压强度要求。),(8000003.4882.2898.2298162.2865.8872622KPaKPaTWTWdy设计洪水位情况强度校核：（2）当不计入扬压力时，坝基面的应力分别为：满足抗压强度要求。),(8000048.5072.2871.9490-62.2866.12291622KPaKPaTWTWdy校核洪水位时强度校核1：校核洪水位情况 （1）当计入扬压力时，坝基面的应力分别为：满足抗压强度要求。),(8000007.5582.2856.3295262.2845.8726622KPaKPaTWTWdy校核洪水位时强度校核2：（2）当不计入扬压力时，坝基面的应力分别为：满足抗压强度要求。),(8000097.5802.2888.1875362.2828.12393622KPaKPaTWTWdy五，重力坝非溢流坝段剖面图CAD展示图校核洪水位情况