资源描述
- 1 -目 录第一章 调洪演算 - 3 -1.1 调洪演算的原理 .- 3 -1.2 泄洪方案的选择 .- 3 -1.1.1 调洪演算 .- 3 -1.1.2 泄流方案的选择 .- 5 -1.1.3 计算方案二的坝高 .- 5 -第二章 大坝工程量比较 .- 7 -2.1 大坝剖面设计计算 .- 7 -2.2 工程量比较 .- 11 -2.2.1 重力坝工程量计算利用下式分别对三个坝块进行计算： .- 11 -2.2.2 拱坝工程量计算利用下式分别对四个坝块进行计算： .- 11 -第三章 第一建筑物 大坝的设计计算 - 13 -3.1 拱坝形式尺寸及拱坝布置 .- 13 -3.2 荷载组合 .- 14 -3.3 拱坝的应力计算 .- 14 -3.3.1 对荷载组合，使用 FORTRAN程序进行电算 .- 14 -3.3.2 对荷载组合进行手算 .- 16 -3.4 坝肩稳定验算 .- 24 -3.4.1 验算原理 .- 24 -3.4.2 验算工况 .- 25 -3.4.3 验算过程及结果 .- 25 -第四章 泄水建筑物设计 - 30 -4.1 泄水建筑物的型式尺寸 .- 30 -4.2 坝身进水口设计 .- 30 -4.2.1 管径的计算 .- 30 -4.2.2 进水口高程 .- 30 -4.3 泄槽设计计算 .- 31 -4.3.1 坎顶高程 .- 31 -4.3.2 坎上水深 hc- 31 -4.3.3 反弧半径 R- 31 -4.3.4 坡度（直线段） .- 32 -4.3.5 挑射角 .- 32 -4.4 导墙设计 .- 32 -4.5 消能防冲计算 .- 32 -4.5.1 水舌挑距 .- 32 -4.5.2 冲刷坑深度 .- 33 -4.5.3 效能率计算 .- 34 -4.6 孔口应力计算 .- 35 -4.6.1 计算工况 .- 35 -4.6.2 计算方法 .- 35 -参考文献 .- 38 -附录一 .- 39 - 2 -附录二 .- 40 - 3 -第一章 调洪演算1.1 调洪演算的原理先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力曲线，再假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位，并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其它泄洪方案按同样的方法进行调洪演算，最后选定的泄洪方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，库水位又相对比较低。1.2 泄洪方案的选择1.1.1 调洪演算4 表孔+2 中孔2 浅孔+2 中孔4 中孔方案一: 4 表孔+2 中孔表孔: 堰顶高程 179m，孔宽 12m 2311)(HgmBQ(1-1)式中：m=0.48 B=412=48mH 为泄孔中心水头中孔: 进口高程 135m, 出口高程 130m, 孔口宽 7.5m, 高 7m2102)(gHuaBQ(1-2)式中：闸门开度 a=7.5m H0 为泄孔中心水头孔口宽度 B=27.5=15m 0/27.96.0au(1-3)- 4 -表 1-1 4 表孔+2 中孔调洪演算水位 182 186 190 194H0 3 7 11 15m 0.48 0.48 0.48 0.48表孔Q1 662.8631 2362.594 4654.05 7411.035空中心线 H0 48.5 52.5 56.5 60.5侧收系数 u 0.927237 0.929733 0.931876 0.933736中孔流量 Q2 3003.312 3133.119 3257.776 3377.85Q1+Q2 3666.175 5495.712 7911.826 10788.89起调流量 3666.175m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，4 表孔+2 中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量: 设计 6280 m3/s校核 7345 m3/s最高水位: 设计 187.43m校核 189.13m方案二: 2 浅孔+2 中孔浅孔: 进口高程 164 米, 出口高程 154 米, 孔口宽 9 米, 高 8.5 米 , a=8.5m , B=92=18m2102)(gHuaBQ0/27.96.Hau中孔: 进口高程 135 米, 出口高程 130 米, 孔口宽 7.5 米, 高 7 米, a=7m, B=7.52=15m2102 0/表 1-2 浅孔+2 中孔调洪演算水位 182 186 190 194孔中心线 H0 23.75 27.75 31.75 35.75侧收缩系数U 0.878758 0.890468 0.899228 0.906028浅孔Q1 2902.298 3179.003 3433.862 3671.306空中心线 H0 48.5 52.5 56.5 60.5侧收系数 u 0.927237 0.929733 0.931876 0.933736中孔流量 Q2 3003.312 3133.119 3257.776 3377.85Q1+Q2 5905.61 6312.122 6691.637 7049.156起调流量 5905.61m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，2 浅孔+2 中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量: 设计 6334 m3/s校核 6555m3/s最高水位: 设计 186.2m- 5 -校核 188.57m方案三: 4 中孔中孔: 进口高程 135 米, 出口高程 130 米, 孔口宽 7.5 米, 高 7.0 米, a=7.0m, B=7.54=30m2102)(gHuaBQ0/27.96.Hau表 1-3 4 中孔调洪演算水位 182 186 190 194空中心线 H0 48.5 52.5 56.5 60.5侧收系数 u 0.927237 0.929733 0.931876 0.933736中孔流量 Q1 6006.624 6266.237 6515.552 6755.7起调流量 6006.624m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，4 中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出：最大泄洪流量: 设计 6283 m3/s校核 6423 m3/s最高水位: 设计 186.17m校核 188.58m1.1.2 泄流方案的选择由下游容许下泄流量在设计情况下为 6600 m3/s,校核情况下为 7600 m3/s.方案一使得坝体堰顶以上失去空间结构作用，而方案三开孔过多，拱圈削弱过多，方案二水头最小，坝高也就最小，节省工程量。选择泄洪防方案，即设置两浅孔，孔口尺寸为 98.5m，进口底高程为 164m，出口底高程 154m，两中孔，孔口尺寸为 7.5m7m，进口底高程为 135m，出口底高程为 130m。设计洪水时，设计水位为 186.2m，下泄流量为 63340m3/s，小于允许流量 6600m3/s,。校核洪水时，校核洪水位为 188.57m，下泄流量为 6555m3/s，小于允许下泄流量 7600 m3/s。1.1.3 计算方案二的坝高坝顶超出水库静水位的高度h 为 czhh1(1-4)式中： h1波浪高度hz波浪中心线高出静水位的高度- 6 -hc安全超高 正常运用条件下，利用官厅公式 V=1.5x12=18m/s ,D=4000m20000m.Hm=186.2-100=86.2m , =121.1111 在 20-250 以内20VgD= =0.9761mphgVd203/12/0)(76. (1-5)假设， =1.95m， =0.501m, =1.211m,0Hmh%5Pmh%1hLm = =10.24mgVD/)(31.2075.3/125./0Hz = =0.450mLmhct2%1正常情况下 hc=0.7mh=1.211+0.450+0.7=2.361m设计洪水位坝顶高程=186.2+2.361=188.56m校核情况下，Hm=188.6-100=88.6mhp= =0.588m,hm=0.3015m,h1%=0.730m,gVd203/12/0)(76.Lm= =6.824mgD/)(. 2075.3/125./10hz= =0.245mLmhct2%1 h=0.730+0.245+0.5=1.475m校核洪水位坝顶高程=188.6+1.475=190.0m两者取其大的:故坝顶高程定为 190.0 米- 7 -第二章 大坝工程量比较2.1 大坝剖面设计计算混凝土重力坝：坝前最大水深 H=188.6-92=96.6m最大坝高为 190.0-92=98.0m基本剖面按应力条件确定坝底最小宽度 210)/(cHB(2-1)式中 c=24kN/m3 0=9.81kN/m3 扬压力折减系数 1 取 0.25则 B=96.6/(24/9.81-0.25) 1/2=65.18m按稳定条件确定坝底最小宽度)/(10cfKHB (2-2)式中 K=1.10 f=0.7 =0 1=0.25则 B=1.196.6/0.7(24/9.81+0-0.25) =69.11m综合，取坝底最小宽度 B=71m实用剖面坝顶宽度：取坝高的 810%，即（810%）98.08=(7.84649.808)m,取为 10m下游坡度为 H/B=96.6/71=1:0.73上游设折坡，折坡点距坝底的高度取为坝高的 1/32/3 范围内，即（1/32/3）98.0=(32.6965.39)m,取为 40m。上游折坡的坡度取为 1：0.15坝底宽度为 71+400.15=77m- 8 -图 2-1 重力坝剖面图（单位：m）(三) 排水位置设计洪水最大下泄流量为 6334m3/s，则 Z 下 =113.8m，水头 H=186.2-113.8=72.4m廊道上游壁到上游坝面距离不小于 0.050.1 倍水头，且不小于 45m ，即（0.050.1）72.4=(3.627.24)m, 取为 5m。(四)荷载计算坝体自重W1=1/264024=2880 kN/mW2=1098.024=23539 kN/mW3=1/261(98.0-15.09)24=60749 kN/mW= W1+ W2+ W3=87168 kN/m对坝底中心点处弯矩为M1 =288034.5=99360KNm(逆时针)M2=2353927.5=647323KNm(逆时针)M3=607492.17=131623KNm(逆时针)M=M1+M2+M3=99360647323131623876308KNm( 逆时针)- 9 -水压力垂直水压力W 水上 =gV =9.811/26（94.2+54.2）=4367kN/mM1=436735.8=156148KNm(逆时针)W 水下 =1/2(113.8-92)15.89.81=1689kN/mM2=168933.3=56189KNm(顺时针)水平水压力P 上 =1/20H 上 2=1/29.81(186.2-92)2=43525 kN/mM3=4352532.7=1423268KNm(顺时针)P 下 =1/20H 下 2=1/29.81(113.8 -92)2=2331 kN/mM4=23317.27=16946KNm(逆时针)M=M1+M2+M3+M4=561891423268169461561481306363KNm(顺时针)扬压力图 2-2 扬压力计算简图H 上 =186.2-92=94.2m H 下 =113.8-92=21.8m0H 上 =9.8194.2=924 kN/m20H 下 =9.8121.8=214 kN/m20H=0H 上 -0H 下 =710 kN/m20H=0.25710=177 .5kN/m2U =77220=16940kN/mU2=1/211(710+177.5)=4881 kN/mM2=488134.1=166442kNm(顺时针)- 10 -U3=1/266177.5=5858 kN/mM3=58585.5=32219kNm(顺时针)U= U + U2+ U3=27679 kN/mM=M2M 3=16644232219=198661kNm( 顺时针)浪压力坝前水深 H=94.2mLm/2=5.12m,为深水波，故浪压力按下式计算：PL=1/4Lm（ h1%+hz）=1/49.8110.24(1.21+0.45) =83KN/mM=8395=7885kNm(顺时针)(可忽略)泥沙压力 垂直泥沙压力 Pn=1/22320.158.5=337kN/m水平泥沙压力 Ph=1/2nhn2tg2(45o-n/2) 式中 n=8.5kN/m3 hn=115-92=23m n =10o 故Ph=1/28.5232tg2(45o-10o/2)=1583kN/m弯矩可忽略稳定校核K=f(W-U)/ P=0.7 (87168+4367+1689+337-27679)/(43525-2331+83+1583)=1.11K稳定满足要求。应力分析（取坝基面） 水平截面上的边缘正应力 y 和 ”yy= W/B+6M/B2 (2-3)”y= W/B-6M/B2 (2-4)式中 W作用在计算截面以上全部荷载的铅直分力总和（向下为正）M作用在计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和（逆时针为正）B计算截面沿上下游方向的宽度M=628716kNm(顺时针)，W=65882kN()y= W/B+6M/B2 =1492KPA”y= W/B-6M/B2=219KPA- 11 -满足稳定要求 。2.2 工程量比较比较重力坝和拱坝的工程量：2.2.1 重力坝工程量计算利用下式分别对三个坝块进行计算：HmbLHmbLV212211 336 (2-5)第块L1=182m L2=83m b=71-400.73=41.8m m1=0.15 m2=0.72 H=40mV =40/6182341.8+(0.15+0.73)40+83341.8+2(0.15+0.73)40=303204m3第块L1=270m L2=182m b=10m m1=0.15 m2=0.72 H=43mV =43/6270310+(0+0.72)43+182310+2(0+0.72)43=237852m3第块L1=302m L2=270m b=10m m1=0 m2=0 H=15.09mV =15.09/6302310+(0+0)15.09+270310+2(0+0)15.09=43157m3重力坝工程量:V 1= V + V + V =303204+237852+43157=584213 m32.2.2 拱坝工程量计算利用下式分别对四个坝块进行计算：2Ah下上 (2-6)A1=（196.23 2-1882）107/360=2952.7m 2A2=（170.7 2-1652）102/360=1703.2m 2A3=（157.16 2-1402）98/360=4360.9m 2- 12 -A4=（131.64 2-1102）86/360=3924.4m 2A5=（91.09 2-652）83/360=2949.7m 2V =（A 1 +A2） h/2=(2952.7+1703.2) 24.5/2=57034.8m 3V =（A 2 +A3） h/2=(1703.2+4360.9) 24.5/2=74285.2m 3V =（A 3 +A4） h/2=(4360.9+3924.4) 24.5/2=101494.9m 3V =（A 4 +A5） h/2=(3924.4+2949.7) 24.5/2=84207.7m 3拱坝工程量:V 2= V + V + V + V =317022.6m3经比较，拱坝较重力坝可节约工程量（V 1- V2）/ V 1=（584213-317023）/584213=45.7。故采用拱坝比较经济合理。 - 13 -第三章 第一建筑物大坝的设计计算3.1 拱坝形式尺寸及拱坝布置V 形河谷或其它上宽下窄的河谷，若采用定半径式拱坝，其底部会因中心角过小而不能满足应力的要求，此时宜将水平拱圈的半径从上到下逐渐减小，以使上下各层拱圈的中心角基本相等，并在铅直向设计成一定曲率，形成变半径等中心角双曲拱坝，而做到上下层拱圈的中心角相等很困难，故采用变半径变中心角的双曲拱坝.拱坝的尺寸坝顶的厚度 Tc 0.01(H+2.4b1)=0.01(98+2.4302)=8.23mT min=35mTc=0.01(H+2.4b1)= 0.01(98+2.4302)=8.23m 坝底的厚度 TB(3-1)B14aKbH/式中 K=0.0035b1,b4分别为第一和倒数第二层拱圈两拱端新鲜基岩之间直线距离 b1=302m b2=154m H=98m a=6.00t/m3 TB=0.0035(302+154) 98/6.00=26.09m 上游面的曲线采用二次抛物线 221)/()/(Hyxyxz (3-2)式中 x1=21x2 x2=2TB/(21-1) 1=0.60.65 2=0.30.6取 1=0.6 2=0.3 则x2=0.326.09/(20.6-1)=39.135 x1=20.639.135=46.962上游面的曲线方程为 z= -46.962y/98+39.135(y/98)2下游面的曲线按 Tc，T B 沿高程线性内插。设第 i 层拱圈的厚度为 Ti 则=8.23+(26.09-8.23)/98yi HyTicbci /)(表 3-1 各层拱圈的形体参数（单位：m）- 14 -层 1 2 3 4 5高程 190 165.5 140 116.5 92纵坐标 y 0 24.5 49 73.5 98上游面横坐标 z1 0 -9.29 -13.7 -13.2 -7.83拱厚 Ti 8.23 12.7 17.16 21.63 26.9下游面横坐标 z2 8.23 3.41 3.46 8.43 18.26图 3-2 拱冠梁横剖面图（单位：m）3.2 荷载组合正常水位+温降校核水位+温升正常水位+温降+ 地震3.3 拱坝的应力计算3.3.1 对荷载组合，使用 FORTRAN程序进行电算3.3.1.1 正常水位+温降Arch.dat 数据如下：5.20,-47,3.39,2.4,10,.85,2200000,2200000,.000008,6.75,75,46.962,39.1350,24.5 ,49,73.5,9845,45,45,45,45图 3-1 拱冠梁横剖面图（单位：m）- 15 -151.125,128.229,105.659,75.719,43.078.23,12.70,17.16,21.63,26.09188,165,140,110,65电算结果如下：247.72 154.87 119.45 288.88 0.00 0.00 0.00 0.00277.32 116.83 64.20 238.48 55.00 54.43 -19.67 118.35268.65 53.58 -1.23 191.70 68.41 131.32 9.23 168.05218.38 -30.65 -63.87 125.40 33.17 233.85 136.80 105.7092.72 -48.85 -30.75 51.42 -61.79 376.49 348.78 -66.790.044467 0.000332 0.00 -8.75 8.75 0.000.036125 0.000396 17.67 1.35 15.33 0.990.025485 0.000472 42.17 18.25 21.08 2.840.013361 0.000419 66.67 33.14 24.92 8.610.003443 0.000187 105.01 71.75 23.62 9.641662.21 0.00 523.93 1670.09 -15.62 -956.012528.97 0.00 2155.02 2565.05 -75.66 -3797.402840.19 0.00 5264.30 2940.72 -220.46 -8809.812207.44 0.00 9646.59 2427.90 -552.79 -14604.60822.73 0.00 7811.63 1084.98 -683.07 -9235.113.3.1.2 校核水位+温升Arch.dat 数据如下：5.20,47,3.39,2.4,10,.85,2200000,2200000,.000008,1.43,75, 46.962,39.1350,24.5 ,49,73.5,9845,45,45,45,45151.125,128.229,105.659,75.719,43.078.23,12.70,17.16,21.63,26.09188,165,140,110,65电算结果如下：314.54 242.89 215.56 346.30 0.00 0.00 0.00 0.00317.85 185.89 142.62 284.07 85.70 26.76 -19.67 118.35299.46 115.45 68.56 231.92 100.01 103.98 9.23 168.05244.28 27.46 -1.46 162.02 65.34 203.74 136.80 105.70124.61 -3.21 13.13 86.03 -9.64 317.97 348.78 -66.790.034473 0.000175 0.00 -12.04 12.04 0.000.029872 0.000269 22.99 3.03 19.26 0.700.021975 0.000384 47.49 18.85 26.08 2.570.011778 0.000359 71.99 33.11 31.39 7.490.003237 0.000164 110.33 66.61 35.00 8.732298.10 0.00 404.31 2304.17 -12.06 -737.733220.25 0.00 1771.86 3249.91 -62.21 -3122.233624.48 0.00 4504.01 3710.49 -188.62 -7537.473093.09 0.00 8398.88 3285.04 -481.29 -12715.611809.68 0.00 7053.04 2046.47 -616.73 -8338.28 前三种工况下，坝体的最大拉应力均小于 70kpa，故应力满足条件。- 16 -3.3.2 对荷载组合进行手算拱冠梁法计算应力的变形协调方程： iiiiiiiii BApxaxaxa 54321(3-3)式中： 单位荷载作用在梁上 j 点使 i 点产生的径向变位，称为梁的变位系ij数； 在单位均匀径向水平荷载作用下，第 i 层拱圈拱冠处的径向变位，i称为拱的变位系数；第 i 层拱圈由于该层均匀温度变化 时在拱冠处的径向变位；iA作用于梁上竖直方向荷载引起的拱冠梁上 i 点的径向变位；iB、 分别为 i 层截面处水平径向总荷载、梁分担的荷载。ipixi=1， 2，3， 4，53.3.2.1拱圈变位系数 的计算及均匀温降 时的 Ai 的计算 i)/(0ciER(3-4)式中： 0可由拱圈的 A、T/R 查表 4-7（沈长松编拱坝 ）得出；EC混凝土的弹性模量，取 2.2106；R第 i 层拱圈的平均半径。)(0RCAi(3-5)式中： 0可由拱圈的 A、T/R 查表 4-8（沈长松编拱坝 ）得出；R第 i 层拱圈的平均半径；C坝身材料线胀系数，取 0.810-5；第 i 层拱圈的均匀温度下降值。(oC) )39./(47T (3-6)T第 i 层拱圈的拱厚。和 计算见表 3-2iiA表 3-2 各层拱圈的 i 与 Ai 的结果i 计算 均匀温降 时Ai 计算- 17 -高程(m)拱厚T(m)半径R(m) T/R半中心角A o i(1/Ec)均匀温降 o Ai*Ec Ec*C*190.0 8.23 192.12 0.04 53.50 -55.91 -10741.43 4.04 -1.85 -25271.93 71.10165.5 12.70 171.35 0.07 51.00 -30.41 -5210.75 2.92 -1.79 -15762.77 51.39140.0 17.16 148.58 0.12 49.00 -17.93 -2664.04 2.29 -1.65 -9880.81 40.30116.5 21.63 120.82 0.18 43.00 -11.20 -1353.18 1.88 -1.32 -5276.95 33.0992.0 26.09 78.05 0.33 41.50 -5.77 -450.35 1.59 -0.90 -1965.74 27.983.3.2.2.垂直荷载作用下引起的梁的径向变位 Bi 的计算垂直荷载作用下拱冠梁各截面的 M/ECI（弯矩以顺时针为正）的计算见附表“垂直荷载作用下各截面的 M/ECI 的计算” 。表 3-3 垂直荷载作用下各截面的 M/ECI 的计算计算项目 拱冠粱计算截面编号序号类别符号 名称 单位1 2 3 4 51 h 分段高度米 24.5 24.5 24.5 24.52 Su 上游高度米 1.02 1.04 1.06 1.09 1.173 Da形心距下游距离米 4.14 6.83 8.75 11.14 13.774 u形心距上游距离米 4.09 6.27 8.41 10.49 12.325 aI截面惯性矩4米46.446 170.62 420.62 841.06 1466.26 1W分块自重吨 0 615.3 877.9 1140.4 1403.07 M分块自重对形心力矩吨米0 2030.1 954.4 -1413.3-4897.48拱冠梁基本尺寸 1自重引起的力矩吨米0 2030.1 4370.3 -891.6 -24766.9垂直荷载作用下由于梁本身弯曲引起的变位 BiI- 18 -iiyB (3-7)式中： i垂直荷载作用下 i 截面以下 M/ECI 图的面积；yii 面积形心至 i 截面的距离。表 3-4 竖直方向荷载 (水重) 引起拱冠梁的径向变位 BiIM/I iy0 -821.3311.9 -7136.95-10.39 -7722.22-1.6 -3340.38-16.87 0图 3-2 M/I 图(2) 拱冠梁梁基力系作用下，地基产生角变 x 及径变 f，由于地基变形而使拱冠梁随着产生变位，按几何关系可知，距梁基高为 hi 处梁上某截面 I 处的径向变位为 Bi:iixihB (3-8)仅垂直荷载时Max 2rf (3-9)取拱坝 Ec=Er=22105t/m2，即 n=1 =5.62/（EcT 2）n=5.62/(26.09 2Ec)=0.008256/Ec- 19 -2=0.74/(26.09Ec)=0.028363/EcMx=-24766.9= -24766.90.008256/Ec= -204.211/Ecx=-24766.90.028363/Ec=-701.533/Eci表 3-5 地基变形产生径向变位为 Bi断面编号 iB1-1 -20012.72-2 -15009.53-3 -10006.34-4 -5003.175-5 0(3)将 和 迭加得iBi iBiii (3-10)表 3-6 竖直荷载引起的径向变位截面编号 5 4 3 2 1hi 0 24.5 49.0 73.5 98.0B i (1/Ec) -5003.17 -10006.3 -15009.5 -20012.7B i (1/Ec) 0 -3340.38 -7722.22 -7136.95 -821.33B i (1/Ec 0 -8343.55 -17728.6 -22146.4 -20834（4）梁变位系数 的计算结果：ija- 20 -表 3-7 梁变位系数 aijaij 1 2 3 4 51 -5627.536 -7558.192 -3510.168 -1198.119 -183.242 -3357.613 -4854.49 -2477.57 -896.646 -144.6753 -1591.504 -2488.226 -1454.389 -592.958 -106.1094 -514.859 -845.125 -567.697 -287.366 -67.5435 -21.866 -43.733 -43.733 -43.733 -21.866（5）计算 pi 正常水位 183.25m H1=183.25-165.5=17.75m 水库淤积高程 115mp1=0p2=wH1=117.75=17.75t/m2p3=wH2=1(17.75+24.5)=42.25t/m2p4=wH3=1(42.25+24.5)=66.75 t/m2p5w=wH4=1(66.75+24.5)=91.25 t/m2p5s=shstg2(45o-s/2)=0.8523tg2(45o-10o/2)=13.69 t/m2p5= p5w+p5s=91.25+13.69=104.94t/m2（6）根据 列出五iiiiiiiii BApxaxaxa 54321元一次方程组：16368.966x1+7558.192x2+3510.168x3+1198.119x4+183.24x5=4437.9353357.613x1+10065.294x2+2477.57x3+896.646x4+144.675x5=86107.21591.504x1+2488.226x2+4118.429x3+592.958x4+106.109x5=104707.9514.859x1+845.125x2+567.697x3+1640.55x4+67.543x5=87258.4421.866x1+43.733x2+43.733x3+43.733x4+472.215x5=43060.04求解此五元一次方程组得：梁所受的荷载：x 1= -8.81 x2=1.53 x3=19.22 x4=44.99 x5=85.51拱所受的荷载：p 1-x1=8.81p2-x2=17.75-1.53=16.22p3-x3=42.25-19.22=23.03p4-x4=66.75-44.99=21.76p5-x5=104.94-85.51=19.43- 21 -图 3-3 拱冠梁荷载图（7）拱冠梁受水平荷载作用下的弯矩 M 水平 ，受垂直荷载及水平荷载共同作用下的弯矩 M 以及应力的计算表 3-8 弯矩 M 以及应力的计算顺时针为正拱冠梁应力 应力计算截面编号 2 3 4 5截面长度 12.70 17.16 21.63 26.09截面积惯性矩 170.62 420.618 841.06 1466.149自重（单宽） 615.3 877.9 1140.4 1403自重弯矩 2030.1 4370.3 -891.6 -24766.9水平荷载弯矩 -1609.67 -1565.64 10823.56 51693.66总弯矩 420.43 2804.66 9931.96 26926.76轴力 615.3 1493.2 2633.6 4036.6N/A 48.44882 87.01632 121.7568 154.71828M/I 2.464131 6.667951 11.80886 18.365637Au 6.27 8.41 10.49 12.32Ad 6.83 8.75 11.14 13.7732.99872 30.93885 -2.118125 -71.5463665.27883 143.0938 245.63176 380.983uaIMANdI- 22 -（8）拱圈应力的计算表 3-9 水压产生的拱圈应力拱冠 拱端上游 下游 上游 下游水平荷载 Pi-xi T/R 半中心角8.81 32.45 285.9023.436206.4720.758182.88 35.99 317.09 0.04 53.516.22 19.26 312.4010.298167.03 6.936 112.50 22.886 371.21 0.07 5123.03 13.55 312.10 3.568 82.17 0.702 16.17 16.118 371.20 0.12 4921.76 9.47 206.11 -0.196 -4.26 -2.412 -52.49 12.31 267.87 0.18 4319.43 5.06 98.32 -1.048 -20.36 -1.434 -27.86 6.276 121.94 0.33 41.5表 3-10 温降产生的拱圈应力拱冠 拱端上游 下游 上游 下游温度荷载 T/R 半中心角71.1 0.146 10.38 -0.161 -11.45 -0.287 -20.41 0.277 16.96 0.04 53.551.39 0.252 12.95 -0.301 -15.47 -0.508 -26.11 0.476 24.46 0.07 51.540.3 0.372 14.99 -0.515 -20.75 -0.792 -31.92 0.696 28.05 0.12 4933.09 0.428 14.16 -0.785 -25.98 -1.063 -35.17 0.686 22.70 0.18 4327.98 0.269 7.53 -0.811 -22.69 -0.892 -24.96 0.484 13.54 0.33 41.5(9)地震荷载产生的应力计算- 23 -表 3-11 地震荷载计算地震荷载产生应力纵向地震惯性力拱冠内力 左拱端内力 右拱端内力截面 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩1 164.163 0 240.321 240.11 26.563 332.49 240.11 26.563 332.492 195.210 0 329.436 288.67 23.703 167.71 288.67 23.703 167.713 186.378 0 458.817 284.01 11.956 -286.6 284.01 11.956 -286.64 131.802 0 586.003 221.25 -17.63 -888.79 221.25 -17.63 -888.795 53.693 0 412.640 115.83 -30.68 -716.61 115.83 -30.68 -716.61纵向地震激荡力拱冠内力 左拱端内力 右拱端内力截面 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩1 0 0 0 0 0 0 0 0 02 226.507 0 251.611 228.26 10.25 -37.39 228.26 10.25 -373.93 177.680 0 331.711 182.42 -0.18 -372.57 182.42 -0.18 -3725.74 105.722 0 395.007 114.58 -17.51 -669.59 114.58 -17.51 -669.595 46.103 0 289.416 61.31 -24.88 -530.32 61.31 -24.88 -530.32横向地震惯性力拱冠内力 左拱端内力 右拱端内力截面 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩1 0 33.339 0 -132.55 -123.09 -3839.05 132.55 -123.09 3839.052 0 36.436 0 -156.23 -135.09 -3652.45 156.23 -135.09 3652.453 0 33.750 0 -154.17 -125.93 -2823.61 154.17 -125.93 2823.614 0 22.175 0 -122.58 -84.04 -1340.08 122.58 -84.04 1340.085 0 12.881 0 -74.79 -48.96 -481.25 74.79 -48.96 481.25横向地震激荡力拱冠内力 左拱端内力 右拱端内力截面 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩1 0 0 0 0 0 0 0 0 02 0 19.82 0 13.04 -80.41 -1710.74 -13.04 -80.41 1710.743 0 15.12 0 9.486 -60.32 -1109.05 -9.486 -60.32 1109.054 0 8.43 0 5.971 -39.91 -287.66 -5.971 -39.91 287.665 0 5.22 0 2.52 -1.169 -156.81 -2.52 -1.169 156.81- 24 -表 3-12 地震产生的应力拱冠 左拱端 右拱端截面 上游 下游 上游 下游 上游 下游1 41.235 -1.3415 -297.55 323.691 414.8 -324.22 54.821 11.591 -165.23 224.092 256.3 -152.383 37.323 5.1078 -74.813 112.312 102.42 -30.984 23.562 -1.5996 -30.725 50.995 21.8 20.0275 9.372 -3.122 -10.874 22.673 4.748 15.58（10）正常水位+温降+ 地震组合应力表 3-13 正常水位+温降+ 地震组合应力汇总正常水位+温降+地震组合应力悬臂梁 拱冠 左拱端 右拱端上游 下游 上游 下游 上游 下游 上游 下游0 0 337.5 193.7 -135.1 660.5 577.3 12.532.99872 65.27883 380.2 163.2 -78.8 619.8 342.7 243.330.93885 143.0938 364.4 66.5 -90.6 511.6 86.7 368.3-2.118125 245.63176 243.8 -31.8 -118.4 341.6 -65.9 310.6-71.54636 380.983 115.2 -46.2 -63.7 158.2 -48.1 151.1通过以上的计算可看出，应力满足要求。3.4 坝肩稳定验算3.4.1 验算原理取任一高程单位高度的拱圈进行验算。设滑动面走向与河谷平行，其倾角与岸坡平行，拱端轴力为 Ha，剪力为 Va，用拱梁分载法计算内力时，V 应包括悬臂梁底部的水平力。将拱端轴力 Ha 和剪力 Va 投影到滑动面上：sincoS(3-15)siaaN(3-16)式中： 轴力和滑动面的夹角- 25 -Ha拱端轴向力Va拱端径向力在立视图上，滑动面与垂线的夹角为 ，将 N 分解为平行和垂直拱座面的分力 Q 和 P： cossinGNQ(3-17)Ui(3-18)式中：岸坡和垂线的夹角G拱端面上悬臂梁的自重U拱端面上的扬压力抗滑稳定安全系数计算公式为： SclWfPKsein21(3-19)式中：K抗滑稳定安全系数f1滑动面间的摩擦系数f2节理面间的摩擦系数W拱端下游岩体的重量c凝聚力l滑动面的长度3.4.2 验算工况工况：校核水位+温升；工况：正常水位+温降+地震3.4.3 验算过程及结果3.4.3.1工况：校核水位+温升- 26 -表 3-14 水压和温度作用系数计算截面 T R T/R 水-h a 水-v a 温度-h a 温度-v a1 8.23 192.12 0.04 53.5 28.375 -0.159 0.005 0.0062 12.70 171.35 0.07 51.0 14.914 -0.307 0.016 0.0203 17.16 148.58 0.12 49.0 8.408 -0.504 0.047 0.0534 21.63 120.82 0.18 43.0 5.006 -0.952 0.132 0.1195 26.09 78.05 0.33 41.5 2.386 -1.009 0.204 0.178表 3-14 校核+温升 HA;VA 计算校核+温升 HA;VA 计算均匀水压力 均匀温升 水压+温升截面 HA VA HA VA HA VA1 0.00 0.00 2.93 3.51 2.93 3.512 4369.94 -89.95 10.44 12.79 4380.08 -77.163 6863.46 -446.52 32.51 36.52 6895.97 -410.004 7803.72 -1484.67 94.47 85.17 7898.20 -1399.505 6011.55 -2541.68 148.79 130.10 6160.35 -2411.58表 3-15 工况情况下各截面稳定因素汇总岸坡与垂直线夹角HA 拱轴向合力VA 拱径向合力左轴力与滑动面的夹角右轴力与滑动面夹角滑动面上悬臂梁重滑裂面长度左拱端岩体重右拱端岩体45 2.93 3.51 36.5 36.5 0 41.50 1512.6 464.845 4380.08 -77.16 39.0 39.0 615.3 63.50 2671.3 1779.145 6895.97 -410.00 41.0 41.0 1493.2 85.80 3119.6 2401.045 7898.20 -1399.50 47.5 46.5 2633.6 108.15 3022.1 2118.745 6160.35 -2411.58 49.0 48.0 4036.6 130.45 1091.0 910.0- 27 -表 3-16 工况情况下各截面稳定安全系数左拱端 校核+ 温升截面 1 1 2 3 4 5s 4.4415611 3475.6777 4937.4951 4307.7454 2220.4469N -1.082009 2815.0204 4833.3036 6767.0347 6233.059p -0.76498 2312.5365 4101.738 5924.3488 5785.9489k 1490.806 3.7900848 3.7897837 5.5733834 11.697124右拱端 1 2 3 4 5s 4.4415611 3354.7922 4937.4951 4419.3178 2329.4704N -1.082009 2815.0204 4833.3036 6689.0504 6190.4854p -0.76498 2312.5365 4101.738 5869.2139 5755.8494k 1490.806 3.9266554 3.7897837 5.4177038 11.134172所有的 K 均大于K=3.0，校核水位+温升工况下，满足稳定要求3.4.3.2工况：正常水位+温降+地震28表 3-17 正常+温降+ 地震内力计算均匀水压 均匀温降 地震 水+温+地截面HA VA HA VA 左 HA 左 VA 右 HA 右 VA 左 HA 左 VA 右 HA 右 VA1 0 0 -2.92593 -3.511116 107.55964 -96.52747 372.65481 -96.52747 104.63371 -100.0386 369.72888 -100.03862 3361.9885 -69.20548 -10.44285 -12.7925 373.74491 -181.5405 660.116 -181.5405 3725.2905 -263.5385 4011.6616 -263.53853 6240.1654 -405.967 -32.50598 -36.51736 321.74453 -174.4733 612.92217 -174.4733 6529.4039 -616.9576 6820.5815 -616.95764 7227.6753 -1375.078 -94.47153 -85.16752 219.21588 -159.0986 452.43515 -159.0986 7352.4197 -1619.344 7585.6389 -1619.3445 5680.38 -2401.663 -148.7949 -130.1043 104.87569 -124.1696 249.40904 -124.1696 5636.4608 -2655.937 5780.9942 -2655.937- 29 -表 3-18 工况情况下稳定因素截面岸坡与竖直线夹角左轴力与滑裂面夹角右轴力与滑裂面夹角滑动面上悬臂梁重 滑裂面长1 45 36.5 36.5 0 41.502 45 39.0 39.0 615.3 63.503 45 41.0 41.0 1493.2 85.804 45 47.5 46.5 2633.6 108.155 45 49.0 48.0 4036.6 130.45表 3-19 工况情况下稳定安全系数计算左拱端 校核+ 温升截面 1 1 2 3 4 5s 24.60255 2838.328 4524.976 3776.779 1692.286N 142.6881 2547.977 4749.092 6513.41 5997.822p 100.8805 2123.737 4042.2 5745.036 5619.637k 274.0969 4.561331 3.789784 6.299955 15.22985右拱端 1 2 3 4 5s 237.7391 2951.295 4744.815 4044.895 1894.124N 300.4197 2728.105 4940.104 6685.292 6106.945p 212.3967 2
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