【導(dǎo)讀】③中孔泄水壩段設(shè)計(jì)；⑤消能防沖設(shè)計(jì)；⑥大壩基礎(chǔ)處理；⑦大壩穩(wěn)定分析；⑧大壩細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。①甘肅洮河九甸峽水利樞紐工程可研報(bào)告；②混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范；③水工建筑物設(shè)計(jì)叢書.重力壩；④水利計(jì)算及水資源規(guī)劃；譯文（）；文獻(xiàn)綜述（）；開題報(bào)告（√）；同意指導(dǎo)教師鑒定意見。完備、制圖正確。選題達(dá)到本專業(yè)教學(xué)基本要求，難易程度，工作量大小合適；條理清楚，文理通順；用語符合技術(shù)規(guī)范，圖表清楚，書寫格式規(guī)范。

　　

【正文】 為 50 cm。如果兩側(cè)巖石破碎，則每側(cè)增加 20 cm的開挖寬度； ○ 2 破碎帶寬度在 3070 cm時(shí)，挖深 100 cm，底槽寬度 在斷層兩側(cè)各增加 50 cm，兩邊坡比為 1： ； ○ 3 破碎帶寬度在 70100 cm時(shí)，挖深 150 cm，底槽寬度在斷層兩側(cè)各增加 50 cm，兩邊坡比為 1:。 對(duì)于能滿足建基面控制指標(biāo)的巖體，裂隙中有較多的銹面或方解石脈充填時(shí)，不作特殊處理，統(tǒng)一進(jìn)行固結(jié)灌漿，以提高其基礎(chǔ)巖石的整體性和彈性模量，增加基礎(chǔ)承載力和大壩穩(wěn)定性及減少大壩不均勻沉陷的發(fā)生。 10 大壩的穩(wěn)定分析 計(jì)算條件及設(shè)計(jì)原理 根據(jù)國家頒布的 GB50199— 94《水利水電工程 結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》 [11]和 DL5108— 1999《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 [9]，明確規(guī)定采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則，以分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，并按材料的標(biāo)準(zhǔn)值和作用標(biāo)準(zhǔn)值或設(shè)計(jì)值分別計(jì)算基本組合和偶然組合。 大壩穩(wěn)定分析中，應(yīng)驗(yàn)算以下狀態(tài)：要同時(shí)滿足抗滑穩(wěn)定和壩址抗壓強(qiáng)度承載力的極限狀態(tài)；以及壩踵應(yīng)力約束條件的正常使用極限狀態(tài)。 ① 建筑物等級(jí)：Ⅰ級(jí)建筑 ② 地震烈度： 8176。，不考慮地震荷載 ③ 上下游水位 取壩底高程 m，為零參考面，便于計(jì)算。 正常蓄水位： m，下游尾水位 m。 設(shè)計(jì)洪水位： m，下游尾水位 m。 校核洪水位： m，下游尾水位 m。 ④ 抗剪斷摩擦系數(shù) f 180。和抗剪斷粘聚力 c180。 壩基河床段巖石為石英砂巖與板狀粉砂互層，混凝土墊層與基巖接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù) f 180。取 ，抗剪斷粘聚力 c180。取 Mpa；混凝土抗壓強(qiáng)度材料性能分項(xiàng)系數(shù)為 ,選 C10 混凝土，則設(shè)計(jì)值： Ra=10/= MPa；揚(yáng)壓力分項(xiàng)系數(shù) ad為 ，則設(shè)計(jì)值：ad= =；水壓力、浪壓力、混凝土容重的分項(xiàng)系數(shù)均取 。 ⑤ 材料容重及泥沙內(nèi)摩擦角 混凝土： t/m3 ； 巖石： t/m3 ； 水： t/m3 。 荷載組合 基本荷載 本工程中，作用于重力壩上的荷載主要有： ① 自重 壩體自重由壩體體積和材料的容重算出。 W=γ V （ 10— 1） 式中： γ —— 混凝土容重， t/m3 ； V—— 壩段體積， m3 。 ② 靜水壓力 作用在壩面上的靜水壓力可按靜水力學(xué)原理計(jì)算。 受力面鉛直時(shí)，直 接用下公式計(jì)算，受力面有傾角時(shí)，分解為水平向及豎向分力分別進(jìn)行計(jì)算： 221 Hp ?? （ 10— 2） 式中： H—— 上游水深或下游水深， m； γ —— 水容重， 。 ③ 揚(yáng)壓力 由于基巖節(jié)理裂隙很不規(guī)則，難以求出壩底揚(yáng)壓力的準(zhǔn)確分布，故通常假定揚(yáng)壓力從壩踵到壩趾成直線變化。 由我國新安江、丹江口、劉家峽等重力壩的壩基排水也采用防滲帷幕和排水，實(shí)測(cè)結(jié)果表明 ：壩底面揚(yáng)壓力較常規(guī)揚(yáng)壓力設(shè)計(jì)圖形減小 30%以上，此處計(jì)算中揚(yáng)壓力按此估計(jì)值計(jì)算。 α為揚(yáng)壓力折減系數(shù)，規(guī)范 [9]規(guī)定：河床壩段α =～ ，岸坡壩段α =～ ，本工程取α =。 ○ 4 浪壓力 浪壓力與風(fēng)速和水庫吹程有關(guān)。當(dāng)壩前水深大于 Ll時(shí)，可按下式計(jì)算： P 浪 = ? ?zl hhL ?4? （ 10— 3） 式中 h1—— 波浪高度， m； hZ—— 波浪中 心線至水庫靜水位的高度， m； L—— 波長， m 。 荷載組合 作用在壩上的荷載，按其性質(zhì)分為基本荷載和特殊荷載兩種。 ○ 1 基本荷載： 壩體及其上永久設(shè)備的自重； 正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的靜水壓力； 相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力； 相應(yīng)正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的浪壓力 。 ○ 2 特殊荷載： 校核洪水位時(shí)的靜水壓力； 相應(yīng)校核洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力； 相應(yīng)校核洪水位時(shí)的浪壓力； 代表截面受力簡圖 分別取非 溢流壩段（ 4＃ ）、中孔壩段（ 5＃ ）、溢流壩段（ 6＃ ）的單位寬度計(jì)算。 PUPH H PwpUpwUPHw圖 9 典型斷面受力簡圖 狀態(tài)驗(yàn)算 承載力極限狀態(tài)其作用和材料性能均應(yīng)以設(shè)計(jì)值代入，正常使用極限狀態(tài)其作用和材料性能均應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)值代入；基本組合，以正常蓄水位對(duì)應(yīng)的上下游水位代入；偶然組合時(shí)，以校核洪水位對(duì)應(yīng)的上下游水位代入。設(shè)計(jì)值 =分項(xiàng)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值。 抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài) 壩體抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)，屬于承載力極限狀態(tài)，核算時(shí)，其作用和材料性能均應(yīng)以設(shè)計(jì)值代入。 滑動(dòng)力： γ 0ψ S( ) = γ 0ψ ( H 上 2 h 下 2+P 浪 ) 抗滑力： 1/Rd R( ) =1/ （ fd180?！?W＋ cd180。A） （ 10— 4） 式中： γ 0—— 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，安全級(jí)別為Ⅰ級(jí)，結(jié)構(gòu)系數(shù)取 ； ψ —— 設(shè)計(jì)狀況系數(shù)，基本組合時(shí)，取 ，偶然組合時(shí)，取 ； Rd—— 混凝土抗壓強(qiáng)度； ∑ W—— 鉛直方向上，大壩的有效自重， KN； ∑ W=大壩自重（ W） 揚(yáng)壓力（ U）； A—— 壩底與壩基接觸面積， m2。 各段滑動(dòng)力和抗滑力計(jì)算成果： 選取壩塊 的最大斷面部位的單寬計(jì)算荷載，結(jié) 果見表 10— 10— 2。 表 10— 1 各壩段滑動(dòng)力計(jì)算成果表 壩段 荷載組合 γ 0 ψ P 上（ 103KN） P 下（ 103KN） P 浪（ 103KN） γ 0ψ S( ) （ 103KN） 4 基本組合 偶然組合 154 5＃ 基本組合 偶然組合 154 6 基 本組合 偶然組合 表 10— 2 各壩段抗滑力計(jì)算成果表 壩段 荷載組合 rd f180。 U （ 103KN） W （ 103KN） A （ m2） ∑ W（ 103KN） 1/Rd R( ) 103KN 4 基本組合 124 偶然組合 124 5＃ 基本組合 124 偶然組合 124 6 基本組合 124 偶然組合 124 成果分析：各壩段的抗滑力均大于滑動(dòng)力，滿足抗滑穩(wěn)定要求。 壩址抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài) 作用效應(yīng)： γ 0ψ S( ) = γ 0ψ (∑ W/B6∑ M/B2) (1+m2) 混凝土抗壓強(qiáng)度： 1/Rd R( )= (MPa) （ 10— 5） 式中： ∑ W—— 大壩有效自重， KN； B—— 壩底寬度， M； ∑ M—— 抗滑力和滑動(dòng)力的力矩之和， ； m—— 作用效應(yīng)折減系數(shù) ， 取 ； Rd—— 結(jié)構(gòu)系數(shù)。 作用效應(yīng)成果表見表 10— 3。 表 10— 3 作用效應(yīng)計(jì)算成果表 壩段 荷載組合 γ 0 ψ B （ m） U （ 103KN） ∑ W（ 103KN） ∑ M（ ） γ 0ψ S( )（ 103KN） 4 基本組合 124 偶然組合 124 5＃ 基本組合 124 偶然組合 124 6 基本組合 124 偶然組合 124 成果分析：由于壩址處作用效應(yīng)值小于混凝土抗壓強(qiáng)度值，壩址處不會(huì)出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，滿足抗壓要求。 上游壩踵不出現(xiàn)拉應(yīng)力的極限狀態(tài) 上游壩踵不出現(xiàn)拉應(yīng)力的極限狀態(tài)，屬于正常使用極限狀態(tài)。故設(shè)計(jì)狀況系數(shù)，作用分項(xiàng)系數(shù)，和材料性能分項(xiàng)系數(shù)均采用 ，揚(yáng)壓力系數(shù)直接采用標(biāo)準(zhǔn)值 代入計(jì)算。 壩體應(yīng)力約定壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)，因此，正常使用極限設(shè)計(jì)式為： γ 0 S( ) = γ 0ψ (∑ W/B+6∑ W/B2) ≥ 0 （ 10— 6） 上表達(dá)式中，各量表示意義均與公式（ 10— 4）、（ 10— 5）中相同，此處不再贅述，應(yīng)力計(jì)算成果見表 10— 4。 表 10— 4 應(yīng)力計(jì)算成果表 壩段 荷載組合 B（ m） ∑ W（ 103KN） 6∑ W（ 103KN） γ 0S( ) (MPa) 4 基本組合 124 5＃ 基本組合 124 6 基本組合 124 成果分析：由以上計(jì)算結(jié)果表明，上游壩 踵出受壓應(yīng)力，不受拉應(yīng)力，故滿足穩(wěn)定要求。 壩基面抗滑穩(wěn)定分析 壩基面抗滑穩(wěn)定分析取特殊壩段最大斷面部位的單寬計(jì)算，采用抗剪斷強(qiáng)度公式： P AcWfK ? ?????? （ 10— 7） 式中： K， —— 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； f， —— 壩體與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)； c， —— 壩體與壩基接觸面的抗剪斷粘聚力； A—— 壩體截面積， m2； Σ P—— 作用于壩體滑動(dòng)面以上的總水平力， KN； Σ W—— 作用于壩體滑動(dòng)面以上的總鉛直力， KN。 抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果如表 10— 5。 表 10— 5 抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表 壩 塊 計(jì) 算 情 況 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) K， 4 基本組合 正常蓄水位 特殊組合 校核洪水位 5 基本組合 正常蓄水位 特殊組合 校核洪水位 6 基本組合 正常蓄水位 特殊組合 校核洪水位 重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定， 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) K需滿足：基本荷載組合和特殊荷載組合抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) K 大于 1。從以上計(jì)算結(jié)果來看，各壩塊最大斷面處壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。 重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范要求壩體應(yīng)力分析壩踵處不得出現(xiàn)拉應(yīng)力，壩址處壓應(yīng)力應(yīng)小于混凝土允許壓應(yīng)力，從以上計(jì)算結(jié)果來看，各壩塊最大斷面處壩基應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，從而，表明斷面設(shè)計(jì)是合理的。 11 大壩細(xì)部構(gòu)造 大壩材料及壩體混凝土分區(qū) 材料 a、混凝土 重力壩的建筑材料主要是混凝土。 水工混凝土除要求有足夠的強(qiáng)度以外，還應(yīng)按其所處的部位和工作 條件，在抗?jié)B性、抗侵蝕性、抗凍性、抗磨性和低熱性等方面提出不同的要求。 ① 強(qiáng)度 按抗壓強(qiáng)度標(biāo)號(hào)，水工混凝土分為 R7 R100、 R150、 R200、 R250、 R300 及 400 等標(biāo)號(hào)，常用的有 R100、 R150、 R200、 R 壩體混凝土強(qiáng)度隨齡期增長，各種不同的水泥制成的混凝土強(qiáng)度的增長速度是不同的，一般可取為 90 天，最多不超過 180 天。 ② 抗?jié)B性 用抗?jié)B標(biāo)號(hào)來表示，可參照下表 11— 1選定。 表 11— 1 混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)的最小容許值 項(xiàng) 次 結(jié)構(gòu)類型及運(yùn)用條件 抗?jié)B標(biāo)號(hào) 1 大體積混凝土結(jié)構(gòu)的下游面 及建筑物內(nèi)部 S2 2 大體積混凝土結(jié)構(gòu)的擋水面防滲層混凝土 H30 S4 H=30～ 70 S6 H70 S8 3 混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件（其背水面能自由滲水者） J10 S4 J=10～ 30 S6 J30 S8 ③ 抗凍性 用抗凍標(biāo)號(hào)來表示，參照下表 11— 2 選定。 表 11— 2 混凝土抗凍標(biāo)號(hào)的最小容許值 氣 候 條 件 水位漲落區(qū)外部混凝土 水位漲落區(qū)以上的外部混凝土 凍融循環(huán)總次數(shù) ≤ 50 ＞ 50 工 作 條 件 結(jié) 構(gòu) 類 別 最冷月平均氣溫低于 10℃ 鋼筋混凝土 D200 D250 D100 混 凝 土 D150 D200 最冷月平均氣溫3～ 10℃之間 鋼筋混凝土 D150 D200 D50 混 凝 土 D100 D150 ④ 抗沖刷性 一般情況下，抗沖刷混凝土的抗壓強(qiáng)度應(yīng)不低于 R200。對(duì)抗沖刷要求較高的混凝土，其強(qiáng)度不低于 R300。 壩體混凝土分區(qū) 按不同部位和不同工作條件將壩體混凝土分區(qū)（見圖 10），可節(jié)省和合理使用水泥。參考以上標(biāo)準(zhǔn)將壩體混凝土分區(qū)：壩體內(nèi)部混凝土為 R90 150S2D50 ；上游防滲層混凝土為R90 200S8D100；基礎(chǔ)墊層及廊道周圍為 R90 200S8D100；下游壩面保護(hù)層為 R90 200S6D150；溢流壩表面為 R90 300S6D2