西州水电站碾压混凝土大坝设计 - 图文

向）到对岸的距离，具体可根据水库形状确定。但若库形特别狭长，应以5倍平均库面为准。

V官厅水库公式，适用于0<20m/s及D<20km的山区峡谷水库。本工程设计情况V是0=20m/s,略出适用范围，但按官厅水库公式计算误差不大，故仍用上公式计

gDgD22V0V0h5%h算。波高，当=20~250时，为累计频率5%的波高；当=250~1000

h时，为累计频率10%的波高10% 本工程

LL?2?h1%LHcr?mlnm且H>m/2

4?Lm?2?h1%属于深水波，按

PL= ?0Lm(h1%+hz)/4 （4—9） 计算。

LH>LLLLLL图 4—3 深水波的浪压力图 5.泥沙压力

淤积计算年限可取为50～100年，对于多沙河流应专门研究决定。本工程经过分析选定采用50年作为淤积年限。

要准确计算泥沙压力是比较困难的，一般可参照经验数据，按土压力公式计算

?s2?Ps?1?htan(45?2sbs2)2?

（4—10）

式中

Ps—泥沙对上游坝面的总水平压力； —泥沙的浮容重；

?sbh s—泥沙的淤积高度；

? s—泥沙的内摩擦角，对于淤积时间较长的粗颗粒泥沙，可取

?s?18?~20?；对于较细的粘土质泥沙，可取?n?12?~14?；对于极细的泥沙、

??0。

粘土和胶质颗粒，可取s当上游坝面倾斜时，除计算水平向泥沙压力外，尚应计算铅直向泥沙压力，即淤沙重。 6.土压力

坝基开挖后，一般还要进行回填，但由于方量较少，压力小。所以本工程中，不计算土压力。

7.地震荷载

设计烈度在6度以下的可不进行抗震设计，而在9度以上则专门进行专门研究。本工程的地震基本烈度为5度，所以不用进行抗震设计。 8.冰压力

冰压力在较高的重力坝设计荷载中常起控制作用，但冰冻作用会使混凝土表面剥蚀，破坏混凝土的耐久性。

本工程海拔高程较低，不会产生冰冻。所以不考虑冰压力。 4.2.2 荷载组合

作用在坝上的荷载，按其性质可分为基本荷载和特殊荷载两种。

荷载组合情况分为两大类：一类是基本组合，指水库处于正常运用情况下可能发生的荷载组合，又称设计情况，有基本荷载组成；另一类是特殊组合，指水库处于非常运用情况下的荷载组合，又称校核情况，由基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。

混凝土重力坝设计规范6.1.2条规定： 混凝土重力坝抗滑稳定及坝体应力计算的荷载组合应分为基本组合和特殊组合。荷载组合应按表 6.1.2 规定进行，必要时应考虑其他可能的不利组合。规范6.2.2条规定： 重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，并以特殊荷载组合复核。复核特殊荷载组合时，可考虑坝体的空间作用或采取其他适当措施,不宜由特殊荷载组合控制设计断面。西周水利枢纽工程采用的荷载组合见表4-1：

表4—1 荷载组合 荷 载 荷载 组合 主要考虑情况 自重 静水压力 2 2 泥沙压力 3 3 扬压力 4 4 浪压力 5 5 冰压力 - - 地震荷载 - - 动水压力 6 6 土压力 - - 基本 组合 特殊 组合 （1）设计洪水位1 情况 （1）校核洪水位1 情况 4.3 稳定分析

工程实践和试验研究表明，岩基上混凝土重力坝的失稳破坏可能有两种类型：一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，包括沿坝与基岩接触面的滑动以及沿坝基岩体内连续软弱结构面产生的深层滑动；另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾斜破坏。

?P?W1抗力S?P?W23(b)抗力S(a)图 4—4 重力坝失稳破坏示意图

（a）沿软弱面深层滑动示意图 (b)倾倒破坏示意图

在一般情况中只进行抗滑稳定分析。本工程也只进行抗滑稳定分析。 4.3.1沿坝基面的抗滑稳定 1.抗滑稳定计算公式

目前常用的有两种公式。

?P?W?WSUaa?PaU(b)(a)图 4—5 重力坝沿坝基面抗滑稳定计算示意图

（a）沿水平坝基面抗滑稳定 （b）沿倾斜坝基面抗滑稳定 （1）摩擦公式

此法的基本观点是把滑动面看成是一种接触面，而不是胶结面。滑动面上的阻滑力只计摩擦力，不计凝聚力。

当滑动面为水平面时，其抗滑稳定安全系数K可按下式计算

K?阻滑力?滑动力f(?W?U)?P （4—11）

式中 ?W—作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和；

?P—作用于滑动面上的力在水平方向投影的代数和； f—滑动面上的抗剪摩擦系数；

K—按摩擦公式计算的抗滑稳定安全系数，按表4—2采用。 当滑动面为倾向上游的倾斜面时，计算公式为

f(?Wcos??U)??Psin?)?Pcos???Wsin? （4—12）

式中，?为滑动面与水平面的夹角，其他符号同式（4—11）。

由式（4—12）看出，滑动面倾向上游时，对坝体抗滑稳定有利；倾向下游时，?角由正变负，滑动力增大，抗滑力减小，对坝的稳定不利。 （2）抗剪断强度公式

此法认为，坝与基岩胶结良好，滑动面上的阻滑力包括摩擦力和凝聚力，并直接通过胶结面的抗剪断试验确定抗剪强度的参数f?和C?。其抗滑稳定安全系数由K?下式计算

K?f?(?W?U)?C?A?P （4—13）

式中 f?—坝体与坝基面连接面的抗剪断摩擦系数； C?—坝体与坝基连接面的抗剪断凝聚力； A—坝体与坝基连接面的面积；

K?—按抗剪断公式计算的抗滑稳定安全系数，按表4—2采用。 表4—2 抗滑稳定安全系数K、K? 坝 的 级 别 安全系数 荷载组合 1 2 3 基本组合 1.10 1.05 1.05 1.00 1.00 特殊组合（1） 1.05 K 1.00 1.00 特殊组合（2） 1.00 基本组合 3.0 特殊组合（1） 2.5 K? 特殊组合（2） 2.3

抗剪断强度公式考虑了坝体与基岩的胶结作用，计入了摩擦力和凝聚力，是比较符合坝的实际工作状态，物理概念也较明确。所以，西周水利枢纽工程抗滑稳定计算时采用抗剪断强度公式验算。 2.计算参数的确定

抗剪断摩擦系数f?，凝聚力C?的确定，一般是根据工程的实际情况，野外现场试验测定来选取。

西周水利枢纽工程的，f??1.0，C??0.9Mpa。本工程均满足稳定要求，详细计算见计算书。

4.3.2 沿坝基深层的抗滑稳定分析

由于坝基滑动面、抗裂面的阻滑力受岩石性质、产状等因素的影响，计算结果的精度比坝体与坝基接触面的阻滑力计算还要差。因此坝基抗滑稳定安全系数一般要求大于坝体的抗滑稳定安全系数。 4.3.3 提高抗滑稳定性的工程措施

从上述抗滑稳定分析可以看出，要提高重力坝的稳定性关键在于增加抗滑力。工程上常采用如下一些措施：

① 将坝的上游面做成倾斜或折坡形，利用坝面上的水重来增加的抗滑稳定，但倾斜坡度不宜过大，以防止上游坝面出现拉应力。