【文章內(nèi)容簡介】 力水平淤沙壓力 垂直淤沙壓力 合計(jì)（↓）（→）（）浮托力 滲透壓力 滲透壓力 滲透壓力 合計(jì)（↓）（→）（） 設(shè)計(jì)工況下全部荷載計(jì)算結(jié)果類別符號垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)對基礎(chǔ)中心力矩()（↓）（↑）（→）（←）逆時針（+）順時針（）自重445201144164自重自重上游水壓力水平垂直下游水壓力水平`垂直波浪壓力水平淤沙壓力垂直淤沙壓力合計(jì)（↓）（→）（）浮托力 滲透壓力滲透壓力滲透壓力合計(jì)（↓）（→）（） 校核工況下全部荷載計(jì)算結(jié)果類別符號垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)對基礎(chǔ)中心力矩()（↓）（↑）（→）（←）逆時針（+）順時針（）自重445201144164自重自重上游水壓力水平垂直下游水壓力水平`垂直波浪壓力水平淤沙壓力垂直淤沙壓力合計(jì)（↓）（→）（）浮托力 滲透壓力滲透壓力滲透壓力合計(jì)（↓）（→）（）核算壩體沿壩基面或壩基內(nèi)部緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度?；瑒用孢x擇的基本原則：研究壩基地質(zhì)條件和壩體剖面形式，選擇受力較大,抗剪強(qiáng)度低,最容易產(chǎn)生滑動的截面作為計(jì)算截面。一般有以下幾種情況：①壩基面；②壩基內(nèi)軟弱層面；③基巖緩傾角結(jié)構(gòu)面；④不利的地形；⑤碾壓混凝土層面等。該工程基坑抗滑穩(wěn)定控制面為混凝土與基巖接觸面,故對非溢流壩段只需對壩基面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析，： 抗滑穩(wěn)定分析示意圖將壩體與基巖間看成是一個接觸面，而不是膠結(jié)面。：式中：為接觸面以上的總鉛直力； 為接觸面以上的總水平力；為作用在接觸面上的揚(yáng)壓力；為接觸面間的摩擦系數(shù)。荷載組合壩的級別123基本組合特殊組合（1）（2）1．00按抗剪斷強(qiáng)度的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，將壩體與基巖間看成是一個膠結(jié)面。：式中：—按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；—壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)，；—壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，MPa，；—壩基接觸面截面積，m2；—作用于壩體上全部荷載（包括揚(yáng)壓力）對滑動平面的法向分值，kN；—作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，kN。 壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks’荷 載 組 合Ks’基 本 組 合特 殊 組 合（1）（2）抗滑穩(wěn)定性計(jì)算過程詳見計(jì)算書，： 抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位(抗剪強(qiáng)度公式)Ks（）（） （）（抗剪斷公式）Ks’ （）（） （），該重力壩在正常蓄水位﹑設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位情況下均滿足承載能力極限狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。 分析目的與過程應(yīng)力分析的目的是為了檢驗(yàn)大壩在施工期和運(yùn)行期是否滿足強(qiáng)度要求，同時也是為研究、解決設(shè)計(jì)和施工中的某些問題，如為壩體混凝土標(biāo)號分區(qū)和某些部位的配筋等提供依據(jù)。應(yīng)力分析過程是：首先進(jìn)行荷載計(jì)算和荷載組合，然后選擇適宜的方法進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，最后檢驗(yàn)壩體各部分的應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。 應(yīng)力計(jì)算方法材料力學(xué)方法。材料力學(xué)方法應(yīng)用最廣﹑最簡便，也是重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定采用的計(jì)算方法，已經(jīng)過模型試驗(yàn)和工程實(shí)踐的驗(yàn)證，有一套成熟的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。材料力學(xué)方法的主要假定是：壩體水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布。 材料力學(xué)法的基本假設(shè)（1）壩體混凝土為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料；（2）視壩段為固接于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對壩體應(yīng)力的影響，并認(rèn)為各壩段獨(dú)立工作，橫縫不傳力；（3）假定壩體水平截面上的正應(yīng)力按直線分布，不考慮廊道等對壩體應(yīng)力的影響。（1）正常蓄水情況：自重+正常蓄水位對應(yīng)的靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力；（2）設(shè)計(jì)洪水情況：自重+設(shè)計(jì)洪水位對應(yīng)的靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力；（3）校核洪水情況：自重+校核洪水位對應(yīng)的靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力。 邊緣應(yīng)力計(jì)算圖在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，所以，在重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，首先應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求,計(jì)算公式如下：（1）水平截面上的正應(yīng)力。因?yàn)榧俣ò粗本€分布，所以可按偏心受壓公式計(jì)算上、下游的邊緣應(yīng)力和。式中：—作用于計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；—作用于計(jì)算截面以上全部荷載對壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kNm；—計(jì)算截面的長度，m。（2）剪應(yīng)力。式中：—上游面水壓力強(qiáng)度（有泥沙壓力時應(yīng)該計(jì)算在內(nèi)）；—下游面水壓力強(qiáng)度（有泥沙壓力時應(yīng)該計(jì)算在內(nèi)）；—上游壩坡坡率；—下游壩坡坡率。（3）水平正應(yīng)力,。 （4）第一主應(yīng)力,。 （5）第二主應(yīng)力,。 不計(jì)揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算的具體計(jì)算過程詳見計(jì)算書。 不計(jì)揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表　正常工況（kPa）設(shè)計(jì)工況（kPa）校核工況（kPa）*2，未出現(xiàn)拉應(yīng)力的情況。（1）水平截面上的正應(yīng)力。按偏心受壓公式計(jì)算上、下游的邊緣應(yīng)力和。式中：—作用于計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；—作用于計(jì)算截面以上全部荷載對壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kNm；—計(jì)算截面的長度，m。（2）剪應(yīng)力。式中：—上游面水壓力強(qiáng)度（有泥沙壓力時應(yīng)該計(jì)算在內(nèi)）；—下游面水壓力強(qiáng)度（有泥沙壓力時應(yīng)該計(jì)算在內(nèi)）；—上游邊緣的揚(yáng)壓力強(qiáng)度；—下游邊緣的揚(yáng)壓力強(qiáng)度；—上游壩坡坡率；—下游壩坡坡率。（3）水平正應(yīng)力,。 （4）第一主應(yīng)力,。 （5）第二主應(yīng)力,。 計(jì)揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算的具體計(jì)算過程詳見計(jì)算書。 計(jì)揚(yáng)壓力邊緣應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表　正常工況（kPa）設(shè)計(jì)工況（kPa）校核工況（kPa），未出現(xiàn)拉應(yīng)力的情況。4 溢流壩段設(shè)計(jì)泄水建筑物的位置應(yīng)該結(jié)合樞紐布置全面考慮，避免與其它水工建筑物相互干擾，其下泄流量不致淘刷壩基與其他建筑物的地基及岸坡。對于寬闊河道，泄水建筑物應(yīng)布置在河道主河槽，以利于順暢泄流、水流消能、下泄水流歸槽與下游水流妥善銜接以及減少土石方開挖。對于狹窄河道，泄水建筑物常與水電站廠房在布置上發(fā)生矛盾，解決矛盾的方法常是加大泄水建筑物的泄流單寬流量以縮短泄流前沿長度或采用泄水建筑物與電站廠房重疊布置。加大過壩單寬流量縮短泄流前沿長度的方法，有可能簡化樞紐布置、降低工程造價(jià)，但要慎重考慮下游泄流能力和抗沖的承載能力。根據(jù)本工程的地質(zhì)特點(diǎn)和樞紐布置全面考慮，將泄水建筑物布置在河道主河槽，以利于暢順泄流、水流消能、下泄水流歸槽與下游水流妥善銜接以及減少土石方開挖。溢流壩為滿足泄洪要求，可以選擇不同的溢流堰頂高程。但同樣的泄流量，堰頂高程愈低，溢流前沿就愈短，可減少泄水建筑物的造價(jià)，但過堰的單寬流量加大，會增加消能困難和下游河床的抗沖負(fù)擔(dān)，為此需要從經(jīng)濟(jì)、安全方面做周密的分析。泄水孔進(jìn)口高程選擇主要按泄水孔所擔(dān)負(fù)的功能和水庫調(diào)度運(yùn)用要求來確定。如擔(dān)負(fù)放空水庫和導(dǎo)流的泄水孔的進(jìn)口高程應(yīng)接近河床高程；為避免泥沙淤堵水電站進(jìn)水口，排沙洞進(jìn)水口應(yīng)置于電站進(jìn)水口下方等。進(jìn)水口高程低，工作水頭大，對閘門及其啟閉設(shè)備要求就高，也就是說泄水孔的進(jìn)水口設(shè)計(jì)要考慮國內(nèi)閘門與啟閉機(jī)的制造水平。本次設(shè)計(jì)中，溢流堰堰頂高程為1462m。5個表孔布置于河床中間壩段，孔口單凈寬16m，,，則溢流壩段總長96m。堰頂上游部位設(shè)平板檢修閘門，尺寸為1615m（寬高），堰頂設(shè)弧形工作閘門，尺寸為1615m（寬高）。溢流面由頂部的曲線段、中間的直線段和底部的反弧段三部分組成。溢流壩的基本剖面為截頂三角形，一般其上游面為鉛直或折線面。設(shè)計(jì)要求：（1）有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；（2）水流平順，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞；（3）體型簡單，造價(jià)低，便于施工等。溢流壩頂部曲線是控制流量的關(guān)鍵部位，其形狀多與銳緣堰泄流水舌下緣曲線相吻合，否則會導(dǎo)致泄流量減小或堰面產(chǎn)生負(fù)壓。頂部曲線的型式很多，常用的有克奧曲線和WES曲線。由于WES曲線的流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量較省，壩面曲線用方程控制，施工方便，所以選用WES曲線為堰頂面曲線。WES型溢流堰頂部曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分，上游段采用三圓弧曲線；當(dāng)上游面垂直時，下游段曲線采用下面的方程計(jì)算：式中：為定型設(shè)計(jì)水頭，一般為校核洪水位時堰上水頭的75%～95%，坐標(biāo)原點(diǎn)為堰頂。根據(jù)計(jì)算，取定型設(shè)計(jì)水頭()*90%=。上游面采用三圓弧連接，其半徑分別為： 下游面采用冪曲線，根據(jù)上面的方程可以得到簡化方程：擬定出WES曲線函數(shù)表達(dá)式，在上面取一些點(diǎn)，進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算，即可得出WES曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)，從而可得到WES曲線。 WES曲線坐標(biāo)表X(m)Y(m)X(m)Y(m)1829310411512613714 溢流面WES曲線圖頂部的曲線段確定后，中部的直線段分別與頂部曲線、底部的反弧段相切，坡度與非溢流壩段的下游坡相同，即：直線與冪曲線相切時，切點(diǎn)C記為為（XC,YC）,即可得切點(diǎn)坐標(biāo)C(，)。溢流壩面反弧段是使溢流面下泄水流平順轉(zhuǎn)向的工程設(shè)施，通常采用圓弧曲線，反弧半徑應(yīng)結(jié)合下游消能設(shè)施來確定。根據(jù)SL 3192005《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：對于挑流消能，R=（4～10）h，h為校核洪水閘門全開時反弧段最低點(diǎn)處的水深。反弧處流速愈大，要求反弧半徑愈大。當(dāng)流速小于16m/s時，取下限；流速大時，宜采用較大值。當(dāng)采用底流消能，反弧段與護(hù)坦相連時，宜采用上限值。實(shí)際工程中，反弧半徑R的取值范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過R=（4～10）h的限度。求校核洪水閘門全開時反弧段最低點(diǎn)處的水深h單寬流量：式中：—上游面坡度影響修正系數(shù)，在這里上游面豎直，；—側(cè)收縮系數(shù)，與邊墩及閘墩頭部的型式﹑堰孔的數(shù)目﹑堰孔的尺寸以及全水頭有關(guān)，可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，式中為堰孔的數(shù)目； 為堰頂全水頭；為邊墩形狀系數(shù)；為閘墩形狀系數(shù)；。—淹沒系數(shù)，為自由出流，；—流量系數(shù)，；—為重力加速度，；—計(jì)上行進(jìn)流速水頭的堰上總水頭（m）,近似取=上游水位堰頂高程。大壩流速系數(shù)，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：Z上下游水位差計(jì)算收縮斷面水深，可按伯努利方程計(jì)算：行進(jìn)流速很小可忽略不計(jì)，即為校核洪水位對應(yīng)的壩前水深。則該式可化為：通過試算，即為校核洪水閘門全開時反弧段最低點(diǎn)處的水深h，故可進(jìn)一步求出R, R=（4～10）h=（～）m，取稍大于上限值，得R=40m。溢流壩體形設(shè)計(jì)具體計(jì)算過程及結(jié)果詳見計(jì)算書。為了設(shè)計(jì)閘墩高度，邊墻高度，及選定弧型閘門門軸高程，需知道水面線。，對于非直線段，宜適當(dāng)增加。 溢流壩水面線計(jì)算示意圖根據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊6—泄水與過壩建筑物》，先算堰上水深 (校核洪水位堰頂高程)，則可計(jì)算出 (為堰面曲線定型設(shè)計(jì)水頭，按堰頂最大作用水頭的75%～95%計(jì)算，求WES曲線時已算出)，再由《水工設(shè)計(jì)手冊6—泄水與過壩建筑物》中閘孔中心線水面線坐標(biāo)表，采用插值法，來求得對應(yīng)的 和 。 閘孔中心線水面線坐標(biāo)表110