【正文】 意義上可認為基本不變）。 167。壩基越硬，壩踵裂縫出現(xiàn)越早，微裂區(qū)越大，壩趾處基巖越不易屈服；壩基越軟，壩踵裂縫出現(xiàn)越遲，微裂區(qū)越小，壩趾處基巖越易屈服；對于某一確定的彈模比，抗剪斷參數(shù)只影響壩趾附近基巖的屈服范圍，對壩踵裂縫影響不大。 —— 均質(zhì)壩基上混凝土重力壩沿壩基面滑動失穩(wěn)機理： 重力壩巖基的破壞首先開始于壩踵附近產(chǎn)生的拉裂縫和微裂隙擴張松弛，而后壩趾區(qū)出現(xiàn)剪切屈服區(qū)且逐漸向上游發(fā)展，最后在壩下淺層巖基中上下游貫通，形成滑動通道，導致大壩的整體失穩(wěn)破壞。 重力壩滑動失穩(wěn)模式： 表面滑動 淺層滑動 深層滑動 我國修建了大中型重力壩 100余座，其中有 1/3存在深層滑動問題。 當接觸面傾向上游時，并有 β的夾角時，其 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 為： 可以看出，壩基面微傾向上游對 Ks有利。但由于試驗巖體自身的非均勻性質(zhì)和每次試驗條件不可能完全相同，導致試驗成果具有較大的離散性，如何選用試驗值，還值得研究。 根據(jù)國內(nèi)外已建工程的統(tǒng)計資料，混凝土與基巖的 f值常取在 ～ 。在 規(guī)劃和可行性研究階段 ，可以參考規(guī)范給定的數(shù)值選用。 當壩基內(nèi)存在不利的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面時，在水荷載作用下，壩體有可能連同部分基巖沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移，即所謂的 深層滑動 。 ? 單斜面深層抗滑穩(wěn)定計算 ? 雙斜面深層抗滑穩(wěn)定計算 ? 多斜面深層抗滑穩(wěn)定計算（不講） 在深層抗滑穩(wěn)定分析中，一般根據(jù)深層抗滑體的不同， 分為： 167。 BC的位置可根據(jù)地基內(nèi)的反傾向節(jié)理擬定，或通過試算選取一條最不利的破裂面。 : 先令①區(qū)處于極限平衡狀態(tài) ，其沿 AB面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為 1，則： ? ?)c o s ()s i n (s i nc o ss i nc o s111111?????????????????????RAcURPWfWP利用上式求得 167。 令①區(qū)和②區(qū)同時處于極限平衡狀態(tài) ，分別列出兩個區(qū)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K K2的計算式，然后 令 K1＝ K2， 解出抗力 R， 再將其代回原計算式，即可求出整個滑動體的 穩(wěn)定安全系數(shù) 。 以上分析方法 人為地將滑動巖體分成①區(qū)和②區(qū)兩塊 ，等于在地基內(nèi)增加了一個軟弱面，這樣必然使抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)有所 降低 。 解決問題的關鍵在于確定和面上的反力和相應的轉(zhuǎn)動中心，反力 R R2及 O O2可以通過有限元方法或其他方法求解。除在水壓力作用下有下游滑動趨勢。 選擇有利于 穩(wěn)定的地基 ； 利用 水重 ； 將壩基開挖成 有利的輪廓線 ； 設置齒墻； 增加建筑物重量 ； 減少揚壓力 (如抽水措施 )； 預加應力措施 ； 加固地基 ； 橫縫灌漿， 增加整體性 。 167。 ★ 19世紀中葉后，隨著應力條件引入壩工設計，促進了壩體穩(wěn)定分析的發(fā)展，朗肯在 19世紀世紀 80年代提出無拉應力準則后， 抗傾問題 實際上已不對壩體斷面設計起控制作用，人們實際關心的是 抗滑穩(wěn)定 問題； ★ 抗滑穩(wěn)定 問題實際上是一個抗剪強度問題（抗剪強度概念 1773年由庫侖與莫爾提出， 1887年克拉夫拉德提出了阻止剪切破壞的力包括剪切破壞面上的 摩擦力 與抗剪力 ）； ★ 20世紀初，凱恩首次提出，重力壩抗滑穩(wěn)定計算應計入 摩擦力 與 抗剪力 ，但當時認為 抗剪力 不可靠，且難以精確確定，僅將 抗剪力 作為安全儲備加以忽略，抗滑穩(wěn)定計算仍應用 摩擦公式 ，這一公式實際提供了大于 2的安全系數(shù)，至今仍被廣泛采用； 167。 167。39。 前蘇聯(lián)的謝爾康諾夫建議： ? ??? ?? KKs24312? ?2121????????KKKK sMPas，建議的安全系數(shù)，值的可信度不同而采用與因考慮、允許抗剪強度；滑動面上的正應力；；巖基間，建議采用純剪強度，對混凝土與???如果計算所得的計算截面各點剪應力 τ 未超過 按上式計算所得的 [τ ]值，則認為不會發(fā)生滑動破壞。 ★ 重力壩抗滑穩(wěn)定分析的的歷史與現(xiàn)狀表明： 以經(jīng)驗為基礎 、 計算方法可靠 、 理論研究不透 ；滑動破壞沿人們事先確定的方向進行 ,計算方法依據(jù)剛體極限平衡方法 。 斷裂力學理論的研究與應用 :以大壩及地基中存在薄弱面或微裂縫為研究對象研究其擴展、連通以至導致大壩失穩(wěn)的過程。即以結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) γ ０ 、 設計狀況系數(shù) φ 、 作用分項系數(shù)γ ｆ 、材料性能分項系數(shù) γ ｍ 和結(jié)構(gòu)系數(shù) γ ｄ 來代替設計的安全系數(shù) Ｋ。 GK永久作用標準值； QK可變作用標準值； α K幾何參數(shù)標準值； fK材料性能標準值； γ m材料性能分項系數(shù)； γ d1基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)。 )＝ ∑P R為作用于滑動面之上的全部切向（包括滑動面之上的巖體）作用之和； ★ R( 167。 應力分析的過程： 1） 進行荷載計算及荷載組合 2） 選擇合適的方法進行應力計算 3）檢驗大壩各部位的應力是否滿足強度要求 167。 3） 水平斷面上的垂直正應力 ? y是直線分布 。 重力壩的應力分析 壩體應力計算圖 P1P2W2W1O( 形 心)B/2 B/2UW3P3H2H1σyτσx167。 重力壩的應力分析 四 、 強度指標 用材料力學分析壩體應力時 ， 重力壩設計規(guī)范規(guī)定的強度指標 。 重力壩的應力分析 3） 壩體異彈模對壩體應力的影響 4） 縱縫對壩體應力的影響 5） 分期施工對壩體應力的影響 (見下圖 ) 6）壩踵斷裂對壩體應力的影響 初 期 蓄 水P1 W1U1初期斷面P2二期斷面W2U212 3σ39。y1σ39。y2二期應力二期應力σy1σy2σy3167。 一、壩體溫度的變化情況 —— 壩體溫度過程分為三個階段： 上升期 降溫期 穩(wěn)定期 二 、 施工期的溫度應力 —— 壩體澆筑塊的溫度變化引起體積變形 ， 如變形受到地基或內(nèi)部約束 ， 便產(chǎn)生溫度應力 。 溫度控制的目的 1） 防止因砼溫升過高 、 內(nèi)外溫差過大及氣溫驟降產(chǎn)生各種溫度裂縫； 2） 做好接縫灌漿 ， 滿足結(jié)構(gòu)受力要求 ， 提高施工工效 ，簡化施工程序 。 ? 四、穩(wěn)定溫度場及溫度應力的有限元計算 ? 穩(wěn)定溫度場 ? 溫度應力計算 167。 —— 當 α 90186。時 ， 利用水重幫助穩(wěn)定 。 重力壩的剖面及優(yōu)化設計 規(guī)律： 1） 施工運用方便多做成α =90186。 —— 壩頂高于水庫水位的高度 △ h計算： △ h=hl+hz+hc —— 壩頂高度 =設計洪水位 +△ h —— 壩體剖面擬定：分三種情況確定。 重力壩的剖面及優(yōu)化設計 （ 二 ） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計包括的內(nèi)容： １ 、 規(guī)定描述壩體體形的設計參數(shù) ２ 、 建立目標函數(shù) ３ 、 確定約束條件 ４、選擇求解方法 167。對處于長期使用的持久狀況，應考慮承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)，對短暫狀況和偶然狀況只考慮承載能力極限狀態(tài)。 重力壩的極限狀態(tài)設計法 ? —— 承載能力極限狀態(tài)設計式 ? 計算公式： γ0ψS(Fd,ak)≤ R(fd,ak)/γd ? 1)抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)作用效應函數(shù) S(?)=Σ P ? 2)壩趾抗壓強度計入揚壓力情況下的極限狀態(tài)作用效應函數(shù) S(?)=(Σ W/B6Σ M/B2)(1+m2) ? 3)抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)抗力函數(shù)R(?)=f′Σ W+c′ A ? 4)壩趾抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù) R(?)=Ra ? 5)上述各式中，各基本變量 f′ 、 c′ 、 Ra及揚壓力系數(shù) α均以設計值代入計算。 重力壩的極限狀態(tài)設計法 ? —— 試用分項系數(shù)極限狀態(tài)設計法擬定一座重力壩的剖面尺寸。 重力壩的極限狀態(tài)設計法 ? 2)確定基本參數(shù)：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) γ0=，水壓力、浪壓力、泥沙壓力及砼容重的分項系數(shù)均取 ；抗剪斷強度參數(shù)取其分布的 ，則摩擦系數(shù) f′ =，凝聚力 c′ =610kPa； 摩擦系數(shù) f′ 的材料性能分項系數(shù)為 ，則設計值 f′ d=； 凝聚力的材料分項系數(shù)為，則設計值 c′ d=610/=； 砼抗壓強度材料性能分項系數(shù)為 ，選用 C10砼，則設計值Ra=10000/=； 揚壓力系數(shù) α的分項系數(shù)為 ，則設計值 αd= =。揚壓力系數(shù)以設計值代入。 重力壩的極限狀態(tài)設計法 ? γ0ψS(?)=γ0ψ(+Pl+Pn) ? = ( 10 10 ++) ? = ? R(?)/γd=(f′Σ W+c′ A)/γd=( + )/ ? = ? ② 偶然組合，取持久狀況對應的設計狀況系數(shù) ψ=，結(jié)構(gòu)系數(shù)γd=。 ? γ0ψS(?)= ? R(?)/γd= ? 7)上游壩踵不出現(xiàn)拉應力極限狀態(tài) ? 因上游壩踵不出現(xiàn)拉應力極限狀態(tài)屬正常使用極限狀態(tài)，故設計狀況系數(shù)、作用分項系數(shù)和材料性能分項系數(shù)均采用 ，揚壓力系數(shù)直接采用標準值 。 重力壩的抗震設計 ? —— 抗震設計內(nèi)容： 抗震計算 和選擇安全、經(jīng)濟、合理的抗震結(jié)構(gòu)及 工程措施 。 重力壩的抗震設計 ? 材料強度和壩體強度、抗滑穩(wěn)定驗算 ? —— 抗震強度計算中，砼容許應力可比靜力荷載情況適當提高，但不超過 30%；允許出現(xiàn)瞬時拉應力，但從偏于安全角度出發(fā)，需要核算僅由地震荷載引起的拉應力，抗拉安全系數(shù)不小于； ? —— 壩體強度和抗滑穩(wěn)定滿足抗震規(guī)范，同時要求： ? 1）不同抗震設防等級的水工建筑物，應采用的地震反應計算方法，見167。因此，需采取以下措施： ? 1）做好地基處理，加強對地基中斷層、破碎帶、軟弱夾層等薄弱部位的工程處理措施，適當提高底部砼標號，加強砼與基巖的結(jié)合，并在壩基一定范圍內(nèi)做好接觸灌漿和固結(jié)灌漿； ? 2）確保砼的施工質(zhì)量，加強溫控措施和養(yǎng)護，盡量減少表面裂縫；對易出現(xiàn)拉應力的施工縫，要認真加強處理； 167。 泄水重力壩 ? —— 定義：既擋水又泄水的建筑物，承擔泄洪、輸水、排沙、放空和施工導流等任務，通過壩頂溢流或壩身孔口泄水。 167。 4） 溢流壩段在樞紐中的位置 ， 應使下游流態(tài)平順 ， 不產(chǎn)生折沖水流 ， 不影響樞紐中其他建筑物的正常運行 。 泄水重力壩 孔口設計 1） 影響因素：洪水設計標準 、 下游防洪要求 、 庫水位壅高有無限制 、 是否利用洪水預報 、 泄水方式以及樞紐地形 、 地質(zhì)條件等 。 是確定孔口尺寸進行凋洪演算的重要依據(jù) 。 ⑵ 大孔口溢流式：上部設胸墻 ， 降低堰頂高程 胸墻類型：固接胸墻 ， 活動胸墻； 優(yōu)點：可根據(jù)洪水預報提前放水，加大蓄洪庫容，提高了調(diào)洪能力； 泄流能力：當庫水位低于胸墻時，下泄水流與開敞式相同；當庫水位高于孔口一定高度后，為大孔口泄流，超泄能力不如開敞式。 泄水重力壩 —— 確定孔口尺寸時應考慮的因素 : ①滿足泄洪要求； ②樞紐布置：孔口高度越大 ,q大 ,溢流壩段越短 。 泄水重力壩 6）閘門和啟閉機 閘門分為：工作、檢修。缺點：啟閉力較大，閘墩較厚。 167。 167。 ③采用抗蝕抗磨性強的材料。 其雙倍振幅為 2%~10%的流速水頭； ② 脈動壓力變化有一定的周期性 。 泄水重力壩 167。 3） 中間直線段：與壩頂曲線和下部反弧相切 ， 坡度與非溢流壩段的下游坡度相同 。 泄水重力壩 消能工的設計原則及型式 1）消能工消能：通過局部水力現(xiàn)象，把水流中的一部分動能轉(zhuǎn)換成熱能，隨水流散逸； 2）消能工程能量轉(zhuǎn)換途徑：水流內(nèi)部紊動、摻混、剪切及漩滾；水股的擴散及水股之間的碰撞；水流與固體邊界的劇烈摩擦和撞擊；水流與周圍氣體的摩擦和摻混； 3）設計原則：根據(jù)樞紐布置、地形、地質(zhì)、水文、施工和運用等條件確定。 ⑤工程量小，經(jīng)濟。 6）泄洪消能技術新進展： ① 常見的底流和挑流方式有了很大改進與發(fā)展，增強了適應性和消能，出現(xiàn)了一些新型高效的消能工 —— 寬尾墩、臺階式溢流壩面和 T形墩等； ② 因地制宜，采用多種消能工聯(lián)合消能； ③ 常見底流和挑流能、增強了適應性和消能效果。 167。 下泄不同流量產(chǎn)生的躍后水深 h” 與下游實際水深 t的關系 ， 有以下五種情況： Q—— h” 和 Q—— t重合 。 泄水重力壩 hchth tQhQtQ① ②tQh th③tQh th④tQh thkkkhQk⑤h tt167。淹沒度大時 ， 產(chǎn)生高速潛流 ， 水躍長度加大 。