水工建筑物

16.01

重力坝稳定计算

某重力坝为三级建筑物，建在 山区峡谷地区，坝顶无交通要求，上游设计洪水位为66.0m，相应是的下游水位为4m，坝址处基岩面高程0.0m，坝基为凝灰岩，坝底与基岩之间的摩擦系数f=0.55，扬压力折减系数为0.34，坝底断面见图，多年平均最大风速为16m/s，吹程D=3km,计算中暂不计泥沙压力，坝体材料为细骨料混凝土，容重为24kN/m3，根据上述资料要求，进行坝体抗滑稳定计算，验证其安全系数能否满足要求，若不满足，指出改进措施。

解:

基本组合情况下的验算：

1.坝体自重的计算：

坝体自重W（KN）的计算公式：

w??c?V

（1.5）

式中：V?坝体体积(m3)，以单位长度的坝段为单位，通常把其断面分成若

干个简单的几何图形分别计算；

?c?坝体混凝土的重度，取24kN/m3。

??13.8??10.35?6?6??1?46.2??60.24?16.35??1???W1???6?9.3?1??????24?47501.856kN?22??????

2.静水压力的计算：

静水压力是作用在上、下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力P和垂直水压力W两种。

垂直水压力W按水重计算 上游水重：

?46.2?0.2?46.2?W2???19.8?46.2?0.2??9.81?12????213.444?182.952??9.81 ?3888.64476kN16.01

下游水重：

W2?4?0.75?4?9.81?1?58.86kN 2水平水压力P的计算公式：

P?(1/2)?wH2

（1.7）

式中： H?计算点处的作用水头(m)；

?w?水的重度取9.81kN/m3。 上游静水压力：

11p1??bH12??9.81?1?662?21366.18kN

22下游静水压力：

112P2???bH2???9.81?1?42??78.48kN

223.扬压力的计算：

扬压力包括渗透压力和托浮力两部分。渗透压力是由上、下游水位差H产生的渗流在坝内或坝基面上形成的水压力；托浮力是由下游水面淹没计算截面而产生向上的水压力。

??H????H1?H2??0.34?9.81??66?4??206.7948kN/m2

U?18.51?46.2??0.75?0.2??13.8?0.75?6???1????H???2 ????H1??1????H2???8.51?4334.27736kN波浪压力：

5/41/3hl?0.0166v0D?0.0166?165/4?31/3?0.766m

l?10.4?hl?0.8?10.4?0.7660.8?8.404m

2?H??0.76622??66hz?cth?cth?0.29355m

LL8.4048.404?hl2h1%?1.24h5%?1.24hl?1.24?0.766?0.950m

Pl??lm43?h1%?hz??i19.81?8.404??0.950?0.29355??25.63kN 42?W?U?W?Wi?1?W3?U?47501.856?3888.64476?58.86?4334.27736 ?47115.0834kN16.01

?P?P?P?P?21366.1881?78.481?25.631?21313.338kN

12l

基本组合时，设计状况系数?取0.85，结构系数?d取1.2，结构重要性系数

?0取1.0。

?0?S????1.0?0.85?21313.338?18116.3373kN

1?dR????1f1.21?0.55?47115.0834?21594.413kN ??W?U??1.2?0?S(?)?1?dR(?)

因此，在基本组合情况下，坝段是稳定的。

ks?1?dR(?)/??0?S(?)??21594.413/18116.3373?1.12

重力坝为三级建筑物，查表3-4可以得到： k?1.05

所以可以得到：

ks?k

重力坝安全系数能满足要求。