【正文】 括沿壩與基巖接觸面的滑動以及沿壩基巖體內(nèi)連續(xù)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的深層滑動；另一種是在荷載作用下，上游壩踵以下巖體受拉產(chǎn)生傾斜裂縫以及下游壩趾巖體受壓發(fā)生壓碎區(qū)而引起傾斜破壞。圖 4—4 重力壩失穩(wěn)破壞示意圖（a）沿軟弱面深層滑動示意圖 (b)傾倒破壞示意圖在一般情況中只進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析。本工程也只進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析。目前常用的有兩種公式。圖 4—5 重力壩沿壩基面抗滑穩(wěn)定計(jì)算示意圖（a）沿水平壩基面抗滑穩(wěn)定 （b）沿傾斜壩基面抗滑穩(wěn)定（1）摩擦公式此法的基本觀點(diǎn)是把滑動面看成是一種接觸面，而不是膠結(jié)面?；瑒用嫔系淖杌χ挥?jì)摩擦力，不計(jì)凝聚力。當(dāng)滑動面為水平面時(shí)，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計(jì)算 （4—11） 式中 —作用于滑動面以上的力在鉛直方向投影的代數(shù)和； —作用于滑動面上的力在水平方向投影的代數(shù)和； —滑動面上的抗剪摩擦系數(shù)； —按摩擦公式計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，按表4—2采用。當(dāng)滑動面為傾向上游的傾斜面時(shí)，計(jì)算公式為 （4—12）式中，為滑動面與水平面的夾角，其他符號同式（4—11）。由式（4—12）看出，滑動面傾向上游時(shí)，對壩體抗滑穩(wěn)定有利；傾向下游時(shí)，角由正變負(fù)，滑動力增大，抗滑力減小，對壩的穩(wěn)定不利。（2）抗剪斷強(qiáng)度公式此法認(rèn)為，壩與基巖膠結(jié)良好，滑動面上的阻滑力包括摩擦力和凝聚力，并直接通過膠結(jié)面的抗剪斷試驗(yàn)確定抗剪強(qiáng)度的參數(shù)和。其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)由下式計(jì)算 （4—13）式中 —壩體與壩基面連接面的抗剪斷摩擦系數(shù)； —壩體與壩基連接面的抗剪斷凝聚力； —壩體與壩基連接面的面積；—按抗剪斷公式計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，按表4—2采用。表4—2 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、安全系數(shù)荷載組合壩 的 級 別123基本組合特殊組合（1）特殊組合（2）基本組合特殊組合（1）特殊組合（2）抗剪斷強(qiáng)度公式考慮了壩體與基巖的膠結(jié)作用，計(jì)入了摩擦力和凝聚力，是比較符合壩的實(shí)際工作狀態(tài)，物理概念也較明確。所以，QC水利樞紐工程抗滑穩(wěn)定計(jì)算時(shí)采用抗剪斷強(qiáng)度公式驗(yàn)算。抗剪斷摩擦系數(shù)，凝聚力和抗剪摩擦系數(shù)的確定，一般是根據(jù)工程的實(shí)際情況，野外現(xiàn)場試驗(yàn)測定來選取。QC水利樞紐工程的。 沿壩基深層的抗滑穩(wěn)定分析由于壩基滑動面、抗裂面的阻滑力受巖石性質(zhì)、產(chǎn)狀等因素的影響，計(jì)算結(jié)果的精度比壩體與壩基接觸面的阻滑力計(jì)算還要差。因此壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)一般要求大于壩體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。 提高抗滑穩(wěn)定性的工程措施從上述抗滑穩(wěn)定分析可以看出，要提高重力壩的穩(wěn)定性關(guān)鍵在于增加抗滑力。工程上常采用如下一些措施：① 將壩的上游面做成傾斜或折坡形，利用壩面上的水重來增加的抗滑穩(wěn)定，但傾斜坡度不宜過大，以防止上游壩面出現(xiàn)拉應(yīng)力。② 將壩基面開挖成傾向上游的斜面，借以增加抗滑力提高穩(wěn)定性。若基巖較為堅(jiān)硬，也可將壩基面開挖成若干段傾向上游的斜面，形成鋸齒狀，以提高壩基面的抗剪刀能力。③ 利用地形、地質(zhì)特點(diǎn)，在壩踵或壩趾設(shè)置深入基巖的齒墻，用以增加抗力提高穩(wěn)定。④ 采用有效的防滲排水或抽水措施，降低揚(yáng)壓力。⑤ 利用預(yù)加應(yīng)力提高抗滑穩(wěn)定性。 應(yīng)力分析 應(yīng)力分析方法QC水利樞紐工程采用理論計(jì)算中的材料力學(xué)法進(jìn)行分析。用材料力學(xué)法計(jì)算壩體應(yīng)力時(shí)，一般沿壩軸線切取單寬壩體作為固接于地基上的變截面懸臂梁，按平面問題進(jìn)行計(jì)算。圖4—6表示非溢流壩橫斷面的計(jì)算簡圖，并規(guī)定坐標(biāo)方向，作用力及應(yīng)力的正方向如圖所示，即水平外力以指向上游為正，鉛直外力以向下為正，力矩以反時(shí)針方向?yàn)檎龖?yīng)力以壓為正，剪應(yīng)力以微分體的拉伸對角線在一、三象限為在正。 應(yīng)力計(jì)算1. 壩體邊緣應(yīng)力的計(jì)算壩體的最大和最小主應(yīng)力一般都出現(xiàn)在上下游邊緣，而且要計(jì)算壩體內(nèi)部應(yīng)力也需要以邊緣應(yīng)力作為邊界條件。計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模和具體情況，沿壩高方向每隔一定高度（或斷面輪廓有突變處）切取水平截面作為計(jì)算截面。圖 4—6 壩體應(yīng)力計(jì)算圖（1）水平截面上的邊緣正應(yīng)力和假定任一水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布，可用材料力學(xué)偏心受壓公式計(jì)算。假定任一水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布。 式中 —作用在計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力總和； —作用在計(jì)算截面以上全部荷載對截面形心的力矩總和；—計(jì)算截面沿上下有方向的寬度。 （2）邊緣剪應(yīng)力和求出和以后，可在上下游邊緣、點(diǎn)分別切取三角形微元體。根據(jù)力的平衡條件即可求得： （4—15） （4—16）上兩式中 、—計(jì)算截面處上下游壩面的水壓力強(qiáng)度（如有泥沙壓力和地震動水壓力時(shí)也應(yīng)計(jì)算在內(nèi)）； 、—上下游壩面坡率，，、為上下游壩面與鉛直面的交角。 （3）鉛直面上的邊緣正應(yīng)力和 求得和以后，由上下游壩體微元體的平衡條件可求得和 。 （4—17） （4—18）（4）邊緣主應(yīng)力和取如圖6—11（C）的三角微元體，按力的平衡條件可得 （4—19） （4—20）顯然另一主應(yīng)力即為作用字壩面上的壓力強(qiáng)度，分別為 （4—21） （4—22）當(dāng)上游壩面傾斜時(shí)，由于，即使≥0，但如果＜,上游面主應(yīng)力仍會出現(xiàn)拉應(yīng)力。因此重力壩上游坡面率一般很小乃至為零，以防止上游壩面出現(xiàn)拉應(yīng)力。（5）有揚(yáng)壓力時(shí)的邊緣應(yīng)力計(jì)算以上公式均未計(jì)入揚(yáng)壓力，當(dāng)計(jì)入揚(yáng)壓力時(shí)邊緣剪應(yīng)力為 （4—23） （4—24）邊緣正應(yīng)力為 （4—25） （4—26）上游邊緣主應(yīng)力為 （4—27） （4—29）下游邊緣主應(yīng)力為 （4—28） （4—30）當(dāng)有泥沙壓力時(shí)，應(yīng)加上泥沙壓力。圖 4—7 壩內(nèi)應(yīng)力分布示意圖（1）壩內(nèi)垂直正應(yīng)力 根據(jù)在水平截面上呈直線分布的假定，可得距下游壩面處的為 （4—31）式中，系數(shù)、可由邊界條件和偏心受壓公式確定。采用的、見圖4—7。當(dāng) 時(shí)，當(dāng)時(shí)，（2）壩內(nèi)剪應(yīng)力根據(jù)呈線性分布，由平衡條件可得出水平截面上剪應(yīng)力呈二次拋物線分布，即 （4—32）式中 （4—33）（3）壩內(nèi)水平正應(yīng)力根據(jù)在水平截面呈二次拋物線分布，由平衡條件可近似的取水平正應(yīng)力呈二次拋物線分布 （4—34）（4）壩內(nèi)主應(yīng)力、求得壩內(nèi)各點(diǎn)的三個(gè)應(yīng)力分量后，利用材料力學(xué)公式可得= （4—35） 大壩設(shè)計(jì)碾壓混凝土壩有非溢流壩段、溢流壩段、底孔（沖沙）壩段和廠房壩段組成。 由工程水文資料中的，壩址水位—流量關(guān)系曲線查出： 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)：。 校核洪水位時(shí)：。圖 4—8 重力壩基本剖面圖根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般上游坡，下游坡，～。QC工程取，壩底寬度，上游壩坡率，折坡率，下游坡率。（1）壩頂寬度壩頂需要有一定的寬度，以滿足設(shè)備布置、運(yùn)行、交通及設(shè)施的需要。非溢流壩 的壩頂寬度一般可取壩高的8%～10%，并不小于2米。如作交通要道或有啟閉機(jī)設(shè)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。經(jīng)過分析選取QC水利樞紐工程的壩頂寬度為10 m。（2）壩頂高程壩頂或壩頂上游防浪墻頂高程應(yīng)超出水庫靜水面的高度按下式計(jì)算： （4—36）式中 —為波浪波浪高度（m），對于庫緣地勢高峻的山區(qū)水庫，風(fēng)速=4～16m/s，水庫吹程1～13km的情況，可按官廳水庫公式計(jì)算：2h=（m）； —波浪高出靜水面的高度（m），按下式（m），其中（m）； —取決于壩的級別和計(jì)算情況的安全超高，查表4—3。表4—3 安全超高 （m）荷載組合（運(yùn)用情況）壩的級別 1235基本組合（正常情況）特殊組合（校核情況）在計(jì)算和時(shí)，設(shè)計(jì)和校核情況應(yīng)采用不計(jì)算風(fēng)速，壩頂高程（或壩頂防浪墻頂高程）按下式計(jì)算，并選用其中的較大值。 式中，和分別按式（4—36）的要求考慮。對于2級的壩，如果按照可能最大洪水校核時(shí)，壩頂高程不得低于相應(yīng)靜水位，放浪墻頂不得低于波浪頂高程。，應(yīng)與壩體在結(jié)構(gòu)上連成整體，墻身應(yīng)有足夠的厚度，以抵擋波浪及漂浮物的沖擊。 圖 4—9 非溢流壩實(shí)用剖面圖（1）穩(wěn)定分析QC工程采用剪斷強(qiáng)度公式進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)過計(jì)算得表 4—4 計(jì)算安全系數(shù)安全系數(shù)工作狀況1—1截面2—2截面設(shè)計(jì)校核全部滿足要求，所以設(shè)計(jì)合理。（2）應(yīng)力分析通過荷載計(jì)算，得到：①邊緣應(yīng)力表4—5 邊緣應(yīng)力數(shù)據(jù)表 單位：MPa 項(xiàng)目截面 工況1—1設(shè)計(jì)情況00校核情況002—2設(shè)計(jì)情況0校核情況0②內(nèi)部應(yīng)力表4—6 內(nèi)部應(yīng)力數(shù)據(jù)表 單位：MPa工況（m）設(shè)計(jì)校核由以上數(shù)據(jù)可知，兩截面在設(shè)計(jì)和校核情況下，穩(wěn)定和強(qiáng)度均滿足要求，各點(diǎn)的應(yīng)力也滿足規(guī)范要求。 溢流壩剖面設(shè)計(jì)1. 泄洪建筑物型式的選定經(jīng)過分析比較后確定，QC水利樞紐工程采用開敞式溢流泄洪和發(fā)電引水輔助泄洪、底孔作為安全儲備的方式聯(lián)合泄洪。2. 閘孔尺寸的選定 由于本工程屬于大（1）型工程，工程規(guī)模較大，汛期的洪峰、洪量都較大，所以下泄流量大；同時(shí)考慮下游水流條件，為了便于消能，減少對壩體穩(wěn)定的影響及減小對下游河床的沖刷，閘孔數(shù)宜為單數(shù)。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SDJ13—78），并參考已建工程，經(jīng)過調(diào)洪計(jì)算選定采用911（孔數(shù)凈寬（m））的溢流閘孔尺寸方案。3. 溢流堰的選擇① 堰型選擇本工程采用非真空實(shí)用堰。② 堰面曲線選擇 溢流壩面由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧三部分組成。堰頂上半段做成橢圓曲線，下半段做成WES曲線，下游做成挑流鼻坎。本工程溢流壩面采用冪曲線（WES曲線）。WES曲線方程： （4—38）式中 —定型設(shè)計(jì)水頭，按堰頂最大作用水頭的75%～95%計(jì)算；、—與上游壩面坡度有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)，當(dāng)壩面鉛直時(shí)，；當(dāng)壩面坡度為3：1時(shí)。本工程上游壩面鉛直，，取。溢流面曲線坐標(biāo)、的原點(diǎn)取在堰頂點(diǎn)，上游采用橢圓曲線，其方程為 （439）式中，、分別為橢圓曲線的長軸和短軸。若上游壩面鉛直，其系數(shù)、可按下式確定 本工程取，則。本工程采用倒懸頂，取，則 ，滿足要求。切點(diǎn)B的坐標(biāo)為（，），經(jīng)過計(jì)算O點(diǎn)與上游壩面在同一個(gè)平面。 圖4—10 WES型堰面曲線圖其中反弧段的作用是使溢流壩下泄的高速水流平順地與下游消能設(shè)施相連接。通常采用圓弧曲線，反弧半徑一般，為校核水位閘門全開時(shí)反弧段水深。中間直線段與頂部曲線段相切。本工程選用。經(jīng)過分析和參考已建工程，選定QC工程溢流壩采用挑流消能。采用連續(xù)式鼻坎型式，其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，施工方便，水流平順，射程較遠(yuǎn)。鼻坎挑射角采用，反弧半徑選用35m，以利于挑能消能時(shí)水舌下緣的摻氣。圖4—11 溢流壩實(shí)用剖面圖（1）穩(wěn)定分析QC工程采用剪斷強(qiáng)度公式進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)過計(jì)算得表 4—7 計(jì)算安全系數(shù)安全系數(shù)工作狀況2—2截面設(shè)計(jì)校核全部滿足要求，所以設(shè)計(jì)合理。（2）應(yīng)力分析通過荷載計(jì)算，得到：邊緣應(yīng)力表4—8 邊緣應(yīng)力數(shù)據(jù)表 單位：MPa項(xiàng)目截面 工況2—2設(shè)計(jì)情況0校核情況0由以上數(shù)據(jù)可知，兩截面在設(shè)計(jì)和校核情況下，穩(wěn)定和強(qiáng)度均滿足要求。巖基上溢流重力壩的消能方式有挑流式、底流式、面流式和戽流式等四種。經(jīng)過分析和參考已建工程，選定QC工程溢流壩采用挑流消能。（1）挑射距離連續(xù)式挑流鼻坎的水舌挑射距離，可按質(zhì)點(diǎn)拋射原理計(jì)算。根據(jù)試驗(yàn)和觀測表明，沖坑最深點(diǎn)大致在水舌外緣的延長線上，水舌跳距可用下式計(jì)算： （4—40）式中 —水舌挑射距離（m），是鼻坎末端至沖坑最深點(diǎn)的水平距離； —坎頂水面流速()，； —鼻坎挑射角度； —坎頂平均水深在鉛直方向的投影，即； —坎頂至河床表層高差（m），如沖坑已經(jīng)形成，作為沖坑進(jìn)