大工16春《水工建筑物课程设计》大作业完美答案

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(5)浪压力。计算风速取多年平均最大风速14m/s，风区长度取3000m，按鹤地水库试验公式gh2%/v02=0.00625v0(1/6)(gD/v02)(1/3)和gLm/v02=0.0386(gD/v02)(1/2)计算得累积频率为2%的波高h2%=1.03m，平均波长Lm=9.45m，经查表求得h1%=1.12m。

使波浪破碎的临界水Hcr=Lm/(4π)ln[(Lm+2πh1%)/(Lm-2πh1%)]=1.45m。 因为坝前水深H=84.72-31.00=53.72m，H＞Hcr和H＞Lm/2，发生深水波，单位长度大坝迎水面上的浪压力值按公式Pwk=1/4γ

ω

Lm(h1%+hz)计算。

波浪中心至计算静水位的高度hz=πh1%2/Lmcth(πH/Lm)=0.42m。

防浪墙顶高程为：84.72+h1%+hz+hc=84.72+1.12+0.42+0.30=86.56m。大坝特性表资料提供的坝顶高程不足。

上述荷载计算见计算表。

重 力 坝 特 殊 荷 载 组 合 计 算 表

垂直力(kN) 水平力(kN) 荷 载 W1 自重 W2 P1 水压力 P2 Q u1 u2 扬压力 u3 0.25*38.27*6.5*10 622 933 151 813 148 100 21.56-1/2*6.5=18.31 21.56-1/3*6.5=19.39 1/3*20=6.67 1/3*7=2.33 21.56-0.8*7/3=19.69 53.72-9.45/2+（9.45/2 +0.42+1.12）/3=51.08 53.72-2/3*9.45=47.42 233 5311 11389 18091 5423 2973 7560 1/2*47.9*38.32*24 1/2*53.72*10 1/2*15.45*10 1/2*0.8*15.45*10 15.45*43.12*10 1/2*36.62*0.25*38.27*10 222力矩(kN.m) 对坝底截面形心力臂(m) ↙+ 21.56-2.4=19.16 2/3*38.32-21.56=3.99 1/3*53.72=17.91 1/3*15.45=5.15 21.56-1/3*0.8*15.45=17.44 0 2/3*36.62-21.56=2.85 118964 87884 6149 0 计 算 式 ↑ 4.8*53.9*24 6662 1752 ↓ 6209 22026 955 → 14429 ← 1194 ↘- 258423 16655 0 4993 u4 1/2(1-0.25)*38.27*6.5*10 Ps1 泥沙压力 1/2*7.7*20.0*tan36 1/2*7.7*7* tan36 1/2*7.7*0.8*7 22222Ps2 Ps3 1/4*10*9.45*） 浪压力 Pw （9.45/2+0.42+1.122-1/8*10*9.45 112 9969 29341 15390 1406 218541 325507 106966↘ 合 计 19372↓ 13984→ 2.3.3挡水坝段荷载计算成果

本设计荷载仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况，荷载组合作用计算成果见表二和表三。

表二：坝体基本荷载组合作用计算成果

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垂直力(kN) 荷 载 ↑ 自 重 W1 W2 P1 水压力 P2 Q u1 扬压力 u2 u3 u4 Ps1 泥沙压力 Ps2 Ps3 浪压力 Pw 6252 1694 601 902 9449 水平力(kN) → 13261 813 382 14456 ↓ 6209 22026 841 151 29227 ← 1051 100 261 1412 对坝底截面形心力臂(m) 19.16 3.99 17.17 4.83 17.69 0 2.85 18.31 19.39 6.67 2.33 19.69 47.80 41.87 力矩(kN.m) ↙+ 118964 87884 5076 0 233 10928 223085 ↘- 227691 14877 0 4828 11004 17490 5423 2973 18260 302546 合 计 19778↓ 13044→ 79461↘ 表三：坝体特殊荷载组合作用计算成果表

垂直力(kN) 荷 载 ↑ 自 重 W1 W2 P1 水压力 P2 Q u1 扬压力 u2 u3 u4 Ps1 泥沙压力 Ps2 Ps3 浪压力 Pw 6662 1752 622 933 9969 水平力(kN) → 14429 813 148 ↓ 6209 22026 955 151 29341 ← 1194 100 对坝底截面形心力臂(m) 19.16 3.99 17.91 5.15 17.44 0 2.85 18.31 19.39 6.67 2.33 19.69 51.08 47.42 力矩(kN.m) ↙+ 118964 87884 6149 0 233 5311 218541 ↘- 258423 16655 0 4993 11389 18091 5423 2973 7560 325507 112 15390 1406 合 计 19372↓ 13984→ 106966↘

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2.4 挡水坝段建基面抗滑稳定计算

沿坝轴线方向取1m长进行抗滑稳定分析计算。

2.4.1 荷载基本组合(2)为设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。

参照类似工程资料，微、弱风化的花岗岩抗剪断摩擦系数及黏聚力分别取f′

=0.85，C′=0.65MPa，基岩允许抗压强度取1430KPa。

建基面抗滑稳定根据抗抗剪断强度公式计算得：K′= (f′∑W+ C′A)/∑P =(0.85*19778+650*43.12)/13044=3.44＞[K′]=3.0，满足抗滑稳定要求。

2.4.2荷载特殊组合(1)为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。

参照类似工程资料，微、弱风化的花岗岩抗剪断摩擦系数及黏聚力分别取f′

=0.85，C′=0.65MPa，基岩允许抗压强度取1430KPa。

建基面抗滑稳定根据抗抗剪断强度公式计算得：K′= (f′∑W+ C′A)/∑P =(0.85*19372+650*43.12)/13984=3.18＞[K′]=2.5，满足抗滑稳定要求。

2.5 挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核

2.5.1 荷载基本组合(2)为设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。

(1)当计入扬压力时，建基面上、下游边缘垂直正应力分别为： δδ

u

22

y=∑W/B+6∑M/B=19778/43.12+6*（-79461）/43.12=202.27(KPa)＞0，满

足要求。

d

2

（-79461）/43.122=715.09(KPa)＜1430Kpa，y=∑W/B-6∑M/B=19778/43.12-6*

满足抗压强度要求。

(2)当计入扬压力时，建基面上、下上游面剪应力分别为：

τu=(P-Puu-δuy)m1=(51.5*10-51.5*10-202.27) *0=0(KPa)。

τd=(δdy+Pdu-P′)m2=(715.09+14.5*10-14.5*10)*0.8=572.07(KPa)，满足要求。 (3)当计入扬压力时，建基面上、下游边缘水平正应力分别为：

δδ

u

uuu2

x=(P-Pu)-(P-Pu-δy)m1=(51.5*10-51.5*10)- (51.5*10-51.5*10-202.27)*0

=0(KPa)。

dx=( P

′

-Pdu)+ (δ

d

′d2

y+Pu-P)m2=(14.5*10-14.5*10)+ (715.09+14.5*10

-14.5*10)*0.82=457.66(KPa)，满足要求。

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(4)当计入扬压力时，建基面上、下游上游边缘主应力分别为： δδδ δ

δδ

u

2uu2

1=(1+m1)δy-(P-Pu)m1=(1+0)*202.27 -(51.5*10-51.5*10)*0=202.27(KPa)，

满足要求。

ud

u

2= P-Pu=51.5*10-51.5*10=0(KPa)。

′2dd222

1=(1+m2)δy - (P-Pu)m2=(1+0.8)* 715.09-(14.5*10-14.5*10) *0.8

=1172.75(KPa)，满足要求。

d2= P

′

-Pdu=14.5*10-14.5*10=0(KPa)。

(5)当不计入扬压力时，建基面上、下游边缘垂直正应力分别为：

u

22

y=∑W/B+6∑M/B=29227/43.12+6*（-46139）/43.12=528.92(KPa)＞0，满

足要求。

d

2

（-46139）/43.122=826.69(KPa)＜1430Kpa，y=∑W/B-6∑M/B=29227/43.12-6*

满足抗压强度要求。

(6)当不计入扬压力时，建基面上、下上游面剪应力分别为：

τu=(Pu-δuy)m1=(51.5*10-528.92)*0=0(KPa)。

τd=(δdy–Pd)m2=(826.69-14.5*10)*0.8=545.35(KPa)，满足要求。 (7)当计入扬压力时，建基面上、下游边缘水平正应力分别为：

δδδδδ求。

δ

d2= P

′

ud

x=Px=P

ud

-(Pu-δ+(δ

d

u

y)m1d

2

=51.5*10-(51.5*10-528.92)*0 =515.00(KPa)，满足要求。

y-P

)m22=14.5*10+ (826.69-14.5*10)*0.82=581.28(KPa)，满足要求。

(8)当不计入扬压力时，建基面上、下游上游边缘主应力分别为：

u

2uu2

1=(1+m1)δy- P *m1=(1+0)*528.92-(51.5*10-51.5*10) *0=528.92(KPa)，满

足要求。

ud

2= P =51.5*10=515.00(KPa)，满足要求。

2dd222

1=(1+m2)δy-P*m2=(1+0.8)* 826.69-14.5*10*0.8=1262.97(KPa)，满足要

=14.5*10=145.00(KPa)，满足要求。

2.5.2荷载特殊组合(1)为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。

(1)当计入扬压力时，建基面上、下游边缘垂直正应力分别为： δδ

u

22

y=∑W/B+6∑M/B=19372/43.12+6*（-106966）/43.12=104.08(KPa)＞0，满

足要求。

dy=

∑W/B-6∑M/B=19372/43.12-6*（-106966）/43.12=794.43(KPa)＜

22

1430KPa，满足抗压强度要求。

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