【正文】 課題： 第二章 巖基上的重力壩 第一節(jié) 概 述 教學目的 ：掌握重力壩的工作原理、特點和分類方法。 教學難點、重點 ：重力壩的材料強度不能充分發(fā)輝、受揚壓力大的特點和分類方法。 主要概念、名詞 ：施工導流、揚壓力、溢流壩、非溢流壩、實體重力壩、空腹重力壩、寬縫重力壩。 教學內(nèi)容： ⑴ 復(fù)習鞏固：上節(jié)著重介紹我國水利資源和發(fā)展情況，水利工程簡介，水利樞紐的分等和水工建筑物的分級。 ⑵ 引入新課：本節(jié)要介紹一種結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、 安全可靠的壩型～重力壩的特點和分類。 ⑶ 講授新課： 一、工作原理及特點： 工作原理：依靠壩體的自重來維持穩(wěn)定和滿足強度要求。因此它的斷面(體積 )大，與其它壩型相比重力壩有以下幾方面特點： 泄洪和施工導流較易解決： 這是重力壩最主要的優(yōu)點。 揚壓力大：壩上下游水位差形成的滲透水流在壩基面和壩體內(nèi)產(chǎn)生的滲透壓力與壩下游水位形成的浮托力的合稱為揚壓力。 材料強度一般不能充分發(fā)揮 。 大體積，需要溫控、散熱措施 。 對地形和地質(zhì)適應(yīng)性好。 二、重力壩的類型 l、按壩高分：低壩 H30m，中壩 30～ 70m，高壩 H70m。 壩高指壩基最底點 (但不包括局部深槽、井洞 )至壩頂路面高度。 按筑壩材料分：砼及漿砌石重力壩。 按泄水條件分： 溢流壩 、非溢流壩。 按結(jié)構(gòu)型式分： 實體、空腹、寬縫 、寬縫填碴重力壩。 空腹或?qū)捒p可有效地減少揚壓力，使材料強度得以充分發(fā)揮，并可減少 壩體方量 10～ 30%，但施工復(fù)雜些。我國壩高 50m 以上的重力壩中 40%以上是寬縫壩，近 10%是空腹壩。 ＊ 按施工方式：常規(guī) (態(tài) )砼重力壩 、碾壓砼重力壩。 課題：第二節(jié) 重力壩的作用和作用效應(yīng)組合 教學目的： 掌握重力壩的作用及其計算方法和作用校園組合情況。 教學難點、重點 ：重力壩作用的計算及組合，重點掌握自重、水壓力、揚壓力及波浪要素的計算。 主要概念、名詞 ：泥沙壓力、剩余水頭系數(shù)、防滲帷幕、排水幕、浪壓力、地震烈度、基本荷載、偶然荷載、基本組合、偶然組合。 教學 內(nèi)容： ⑴ 復(fù)習鞏固：上節(jié)著重介紹重力壩的特點和分類。 ⑵ 引入新課：本節(jié)要介紹重力壩的作用及其計算方法和作用組合情況。 ⑶ 講授新課： 一、主要作用： ① 壩體及其上永久設(shè)備的自重 ② 水壓力 ③ 揚壓力 * ④ 地震慣性力、地震動水 (土 )壓力 ⑤ 泥沙壓力 * ⑥ 浪壓力 * ⑦ 冰壓力 二、作用計算 ： 取單位壩長分析（荷載三要素：大小、方向、作用點的確定） 自重： G= V r 或 ( G= A r ) 體積：將壩體分為幾個簡單的幾何圖形分別計算； 材料容重：查表 1－ 1，砼 ～ ，漿砌石 21～ 23KN/m3。 水壓力及反弧段上的動水壓力 (單位： KN) 1) 擋水壩段的靜水壓力 水平： Px = rwH2/2 垂直： W= rwAw 2) 溢流壩段的水壓力 ① 靜水壓力 水平： Px = rw（ H12－ h2） /2 垂直： W= rwAw ② 反弧段的動水壓力 水平： Px=rwqv(cosθ2cosθ1)/g 垂直： Py=rwqv(sinθ2+sinθ1)/g v反弧段上的流速。 Px 、 Py 作用在反弧段的中央。 揚壓力 1) 壩底揚壓力 ① 無排水孔時，帷幕中心處滲壓系數(shù) а1=～ ② 僅有排水孔無帷幕時， а2=～ ③ 同時設(shè)置防滲帷幕和排水時，現(xiàn)在我國的揚壓力分布圖已同多數(shù)國家一樣采用單折揚壓力圖， 揚壓力折減系數(shù) (排水孔處 ) а=～ ， 岸坡段～ 2) 壩體 揚壓力： 排水管處 (壩體 )揚壓力折減系數(shù) а=～ 要求能熟練繪制出上述幾種情況的揚壓力分布圖，然后分塊計算出壓力分布圖形的面積，其總和即為總揚壓力。另外，當壩基面為傾斜面時，浮托力各點的強度按壩基面在尾水位以下的深度計算，且揚壓力的方向總是與壩基面相垂直。 揚壓力是一種難以準確計算的荷載， 而且形成穩(wěn)定的揚壓力值，常需極長的時間。因此壩體應(yīng)力分析時， 應(yīng)按計入和不計揚壓力兩種情況分別計算之。 泥沙壓力。 根據(jù)淤積年限 (中小型 30～ 50 年，大中型 50～ 100 年 )定出淤積高程， 再按朗肯主動壓力公式求泥沙總壓力 Pn Pn=[γnhn2tg2(45176。－ υ/2)]/2 γn泥沙的浮容重 , 一般為 ～ 9kN/m3 hn淤積厚 (深 )度， m υ泥沙的內(nèi)摩擦角 (水下 )，較粗沙礫 18～ 20176。,粘土 12～ 14176。，淤泥 0176。 缺乏資料時， 可取 γn=～ 8 kN/m3， υ= 10～ 14176。, 則 Pn≈ kN/m 垂直泥沙壓力可按作用面上的土重計算 ( 取浮容重 )。 浪壓力：水庫水 面在風的作用下產(chǎn)生波浪，波浪對壩面的沖擊力稱 為浪壓力。 1)、波浪要素：波長 2Ll、波高 2hl、波浪中心線高出靜水面的高度 h0 對山區(qū)峽谷水庫： gh/v02＝ － 1/12（ gD/v02） 1/3 gLm/v02＝ － 1/2 .15（ gD/v02） 1/ 注意： 應(yīng)按規(guī)范規(guī)定將 h 轉(zhuǎn)換為 h1%； 正常運用情況及校核洪水情況風速及吹程的取值不同。 該式適用范圍：吹程 1～ 13Km，風速 4～ 16m/s hz ＝ h1% 2)、浪壓力： “駐波 ”概念的說明。 地震力、冰壓力、土壓力 三 、荷載組合 ： 見表 1－ 8 基本荷載：出現(xiàn)機率較多的荷載； 偶然荷載：出現(xiàn)機率較少的荷載； 基本組合：由同時出現(xiàn)的基本荷載的組合； 偶然組合：由同時出現(xiàn)的基本荷載與一種或幾種偶然荷載的組合。 課題：第三節(jié) 重力壩的穩(wěn)定計算和應(yīng)力分析（一） 教學目的 ：掌握重力壩抗滑穩(wěn)定的原理及抗滑穩(wěn)定計算方法和提高穩(wěn)定性的措施、參數(shù)取值。 教學難點、重點 ：重力壩抗滑穩(wěn)定的原理和計算方法。 主要概念、名詞 ：抗剪斷強度公式、抗剪強度公式 教學內(nèi)容 ： ⑴ 復(fù)習鞏固：上節(jié)著重介紹重力壩的荷載及其計算方法和荷載組合情況。 ⑵ 引入新課：本節(jié)要介紹重力壩抗滑穩(wěn)定的原理及抗滑穩(wěn)定計算方法和提高穩(wěn)定性的措施。 ⑶ 講授新課： 一、結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計原理簡介 （一）承載能力極限狀態(tài) 基本組合 :γ0ψS(γGGk,γK,αK)≤R(fk/γm,αk)/γd1 偶然組合 :γ0ψS(γGGk,γK,AKαK)≤R(fk/γm,αk)/γd2 （二）正常使用極限狀態(tài) 短期組合 :γ0Ss(Gk， QK, fk， αK)≤C1/γd3 長期組合 :γ0S1(Gk， ρQK, fk， αK)≤ C2/γd4 公式中各符號的意義見教材。 二、重力壩穩(wěn)定分析 重力壩主要依靠自身重力維持穩(wěn)定。因此 抗滑穩(wěn)定分析是設(shè)計中的重要課題。 （一）抗剪強度公式（原規(guī)范） 滑動面水平時： 重力壩可能沿壩基平面滑動，也可能沿壩基中緩傾角斷層或軟弱夾層滑動。 按照目前的設(shè)計方法，高度 H 小于 100m的重力壩，控制剖面尺寸常常的穩(wěn)定而不是應(yīng)力。 目前計算公式大都是半徑驗性的，因為影響因素很多。 Ks=f(∑WU)/ ∑P 滑動面傾向上游時： Ks=[f(∑WCosβU+∑PSinβ)]/ ( ∑PSinβ+∑WCosβ) 評價：本公式不考慮 凝聚力，偏于安全，所以規(guī)定的安全系數(shù)較低。 （二）抗剪斷公式（新、老規(guī)范） 假定：砼與基巖接觸良好，直接采用接觸面上的抗剪斷參數(shù) f′和 c′ 老規(guī)范公式： Ks″＝［ fR′(∑WU)R+ cR′AR ］ / ∑P 安全系數(shù) Ks″,設(shè)計規(guī)范規(guī)定：不分等級 基本荷載組合：采用 特殊荷載組合：（ 1）采用 ；（ 2）采用不小于 。 新規(guī)范公式： 作用效應(yīng)函數(shù)： S(.)= ∑PR 抗力函數(shù)： R(.)＝ fR′(∑WU)R+ cR′AR 三、提高壩體抗滑穩(wěn)定性措施 利用水重：將迎水面做成傾斜或折線形。 (n≤) 減少揚壓力：采用圍幕灌漿、壩基排水、抽排降壓、寬縫或空腹重力壩 ， 寬縫的空腔內(nèi)還可填碴加重等措施 。 增大 f 39。、 c39。 值。 1)、清除風化松動巖塊，使壩體建在完整和相對新鮮的巖基上。 2)、固結(jié)灌漿、加強地基整體性。 3)、接觸灌漿 。 4)、壩踵下設(shè)大齒墻或抗剪鍵槽 或利用下游巖體支撐。 5)、基巖面開挖成略傾向上游的鋸齒狀，傾角 θ=3～ 5 176。 增大筑壩材料的容重：大量埋石，一般巖石容重 ～ 3 噸 /立米。 課題：第四節(jié) 重力壩的穩(wěn)定計算和應(yīng)力分析（二） 教學目的 ：掌握重力壩應(yīng)力分析的目的、方法及應(yīng)力控制標準。 教學難點、重點 ：重力壩應(yīng)力計算的方法。 主要概念、名詞 ：材料力學法、彈性力學法、主應(yīng)力軌跡線、應(yīng)力控制標準。 教學內(nèi)容 ： ⑴ 復(fù)習鞏固：上節(jié)著重介紹重力壩抗滑穩(wěn)定的原理 及抗滑穩(wěn)定計算方法和提高穩(wěn)定性的措施。 ⑵ 引入新課：本節(jié)要介紹重力壩應(yīng)力分析的目的、方法及應(yīng)力控制標準。 ⑶ 講授新課： 了解應(yīng)力分析的常見各種方法，掌握材料力學法。 一、 應(yīng)力分析的目的和內(nèi)容 目的：驗算所擬定壩體斷面是否安全合理，為確定壩內(nèi)材料分區(qū)、局部配筋提供依據(jù)。 應(yīng)力分析的主要內(nèi)容 1）計算壩體選定水平截面上的應(yīng)力。如壩基面、拆坡處的截面以及其他水平截面。 2）計算壩體削弱部位 (壩內(nèi)孔洞、泄水道等 )的局部應(yīng)力。 3）計算壩體 個別部位 (如寬縫壩的頭部、 閘墩、導墻等 )的應(yīng)力。 4）必要時分析壩基內(nèi)部的應(yīng)力。 二、重力壩的應(yīng)力分析方法 分為兩種：模型試驗，理論分析。理論分析包括；材料力學法、有限元方法。 材料力學法 基本假定： 沿壩體水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布，其數(shù)值可按偏心受壓公式計算。 然后再根據(jù)平衡條件導出其它應(yīng)力的計算公式。 材料力學法不能反映壩體實際應(yīng)力狀況，僅在壩的中上部比較準確， 在壩體下部與 “精確法 ”相