【正文】 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)而引起傾倒滑移破壞。為保證重力壩的安全可靠性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)中，要明確規(guī)定出安全儲備要求。其表達形式有定值安全系數(shù)法和分項系數(shù)極限狀態(tài)法。下面就采取這兩種方法驗算穩(wěn)定，定值系數(shù)法采用抗剪強度公式和抗剪斷公式。 設(shè)計洪水位下穩(wěn)定計算 抗剪斷公式 )( ????????????pAcUWfK 抗剪穩(wěn)定公式 )(.0)( ???????pfK 校核洪水位下穩(wěn)定計算 抗剪斷公式 )( ????????????pAcUWfK 抗剪穩(wěn)定公式 )(.)( ???????pfK 應(yīng)力校核 原理驗算壩址抗壓強度時，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)分別計算基本組合和偶然組合兩種情況，計算時按公式要求采用材料的標(biāo)準(zhǔn)值和作用的標(biāo)準(zhǔn)值或代表值。1） 作用效應(yīng)函數(shù) ????21mJTMAWSRR???????????2）抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù) ??cf?或 ??Rf?式中： R——壩基面上全部法向作用之和， kN，向下為正；M——全部作用對壩基面形心的力矩之和， ，逆時針方向mK?為正；RA——壩基面的面積， 2m；J——壩基面對形心軸的慣性矩， 4；RT——壩基面形心軸到下游面的距離， ；2m——壩體下游坡度；cf——混凝土抗壓強度， kPa；fc——基巖抗壓強度， 。規(guī)范要求運行期按正常實用極限狀態(tài)驗算壩體上游面拉應(yīng)力，應(yīng)滿足分項系數(shù)極限狀態(tài)表達式，并按作用的標(biāo)準(zhǔn)值分別計算作用的長期組合和短期組合，要求壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力，計算公式為： 039。???ccJTMAW式中： ?cM——計算截面上全部作用對截面形心的力矩之和 ， ，逆mKN?時針方向為正； cJ——計算截面面積對形心軸的慣性矩， 4； T——計算截面形心軸到上游的距離， 。 設(shè)計洪水位下壩趾抗壓強度承載能力極限狀態(tài)作用效應(yīng)函數(shù) =????201mJTMAWSRR???????????極限狀態(tài)抗力函數(shù) kPafc 滿足要求????RS壩踵抗拉強度驗算 ????RRJTMAW 校核洪水位下壩趾抗壓強度承載能力極限狀態(tài)作用效應(yīng)函數(shù) =????201mJTMAWSRR??????????極限狀態(tài)抗力函數(shù) kPafc 滿足要求????RS壩踵抗拉強度驗算 ????RRJTMAW 壩內(nèi)構(gòu)造 壩內(nèi)廊道灌漿廊道距壩底 ，距上游壩面 9m，廊道寬 3m，高 4m。由于下游尾水位較高，產(chǎn)生較大的揚壓力，為增加壩的安全穩(wěn)定，在壩基面上設(shè)兩個基礎(chǔ)排水廊道以減小揚壓力。兩廊道距上游壩面距離分別為 27m，45m沿灌漿廊道向上，間隔大概 20m 布置一層廊道，共分 3 層，各層的高程為 ，，每層縱向廊道布置向下游延伸的橫向廊道，并在下游再布置一條縱向貫穿廊道作為連接。非溢流壩段除底層廊道橫向不貫穿至下游外，其余橫向廊道均貫穿，非溢流壩段橫向廊道連接兩排縱向廊道。廊道尺寸寬 ，高 ，由于上游壩面傾斜，故廊道上下并非垂直布置，而是向下游傾斜，這使得排水管亦傾斜布置，但角度不大，在允許的范圍內(nèi)。 壩基處理 重力壩承受較大的荷載，對地基要求較高。然而天然基巖經(jīng)受長期地質(zhì)構(gòu)造運動及外界因素的作用，多少存在著風(fēng)化，節(jié)理，裂隙，破碎帶等缺陷，因此，必須對地基進行適當(dāng)?shù)奶幚?。地基處理一般包括壩基開挖清理，對基巖進行固結(jié)灌漿和防滲帷幕灌漿，設(shè)置基礎(chǔ)排水系統(tǒng)，對特殊軟弱帶如斷層，破碎帶和溶洞等進行專門的處理。緊水灘峽谷而岸風(fēng)化層零星分布，一般厚 ?2 米，所以壩基開挖比較容易帷幕灌漿作用是降低壩基的滲透壓力，減少滲透流量，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生機械或化學(xué)管涌。帷幕灌漿是在靠近上游壩基布設(shè)一排或幾排鉆孔，利用高壓灌漿填塞基巖內(nèi)的裂隙和孔隙等滲水通道。防滲帷幕的深度因根據(jù)基巖的透水性，壩體承受水頭和降低壩體滲透壓力的要求確定。此外在基巖表面設(shè)置排水廊道。 壩體分縫橫縫將壩體沿壩軸線方向分成若干壩段，其縫面常為平面，不設(shè)鍵槽，不進行灌漿，使各壩段獨立工作。縫的寬度器取 1cm，橫縫間距具體見樞紐布置圖，橫縫止水用兩道金屬止水片（紫銅片或不銹鋼片）和一道防滲瀝青井?？v縫是為了適應(yīng)混凝土的澆筑能力和減小施工期溫度應(yīng)力而設(shè)置的臨時縫。本設(shè)計采用兩條垂直縱縫，詳細(xì)見圖紙。為了加強壩體的整體性，縫面一般設(shè)置鍵槽，槽的短邊和長邊大致與第一及第二主應(yīng)力相交，使槽面基本承受正壓力。且鍵與槽互相咬合，可提高縱縫的抗剪強度。3 重力壩溢流壩段設(shè)計 剖面設(shè)計溢流壩既是泄水建筑物，又是擋水建筑物，既要滿足穩(wěn)定強度要求，又要滿足水力條件要求。要有足夠的下泄能力，使水流平順的流過壩面，避免產(chǎn)生振動和空蝕。應(yīng)使下泄水流對河床不產(chǎn)生危及壩體安全的局部沖刷，不影響樞紐中其他建筑物的正常運行。溢流壩剖面，除應(yīng)滿足強度、穩(wěn)定和經(jīng)濟條件外，其外形尚需考慮水流運動要求。通常它也是由基本三角形剖面修改而成，內(nèi)部與非溢流壩段相同。溢流面由頂部溢流段、中部直線段及下游反弧段組成，上游面為直線。初步設(shè)計采用 8 孔開敞式溢流堰。有廠房段空口為 。閘墩寬為7m。無廠房段空口寬為 16m。閘墩寬為 3m。 堰頂高程的確定 設(shè)計洪水位下通過溢流壩頂?shù)南滦沽髁繛椋? （31）0Qs???式中 ——經(jīng)由水電站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量；0Q ——安全系數(shù)，正常運用時取 ~，校核情況取為 。?sms31250?smHNQ30 .??＝ = 3/s 0Qs???壩址巖基狀況良好，故取設(shè)計狀況下的單寬流量 q＝150 m 2/sL＝Q/q＝ 機組段的間距為 ，機組進水口設(shè)置在閘墩里，故有機組段的孔口寬需考慮機組段長，有機組段閘墩寬 7m，則孔口大小為 =，取 L＝3+165=溢流壩總寬度： （32）102)(dnbL???式中 ——溢流段總寬度，m；0L n——孔數(shù)； b——每孔凈寬，m；——閘墩寬度，m；d——邊墩寬度，m。1∴L 0 ＝+47+43＝ 計算堰上水頭： （33）230HgLQ??式中 L——溢流前緣總凈寬，m；m——流量系數(shù)，與堰型有關(guān)，非真空實用剖面堰在設(shè)計水頭下一般為~； ——側(cè)收縮系數(shù)，與閘墩形狀，尺寸有關(guān)，一般為 ~；? ——重力加速度；g——壩頂溢流的堰頂水頭，m。0H求得 H=流速水頭：則堰上水頭 H==堰頂高程==由水力學(xué)公式 20cocohgqT???試算得：hc 0 ＝則堰頂高程 H= , 正常擋水位 閘門高度＝284－+安全超高 ＝7m 校核洪水位下＝ = 3/s 0Qs???壩址巖基狀況良好，故取設(shè)計狀況下的單寬流量 q＝150 m 2/sL＝Q/q＝ 機組段的間距為 ，機組進水口設(shè)置在閘墩里，故有機組段的孔口寬需考慮機組段長，有機組段閘墩寬 7m，則孔口大小為 =，取 L＝3+165=溢流壩總寬度： 102)(dnbL???式中 ——溢流段總寬度，m；0L n——孔數(shù)；通過溢流壩頂?shù)南滦沽髁繛椋? 0Qs???式中 ——經(jīng)由水電站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量；0Q ——安全系數(shù)，正常運用時取 ~，校核情況取為 。?sms31540?smHN30 .?? b——每孔凈寬，m；——閘墩寬度，m；d——邊墩寬度，m。1∴L 0 ＝+47+43＝ 堰頂高程及閘門尺寸綜上堰頂高程為 閘門高度=正常蓄水位 堰頂高程+安全超高=+= 取。選擇平面閘門，根據(jù)孔口大小， ，所以閘門有兩種尺寸，取為 。 。工作閘門一般布置在溢流堰頂點，以減少閘門高度。為了避免閘門局部開啟時水舌脫離壩面而產(chǎn)生真空，將閘門布置在堰頂偏下游一些，以壓低水舌使其貼壩面下泄。檢修閘門位于工作閘門之前，為便于檢修，兩者之間留有1~3m 的凈寬，本設(shè)計取凈寬 。 堰面曲線溢流面曲線采用的為 WES 曲線，其曲線方程為： （34）yKHXndn1??式中 ——定型設(shè)計水頭dHK、 n ——與上游壩面坡度有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)（查設(shè)計手冊知 k=2, n=）即： ?最大運行水頭 maH==?校 核 洪 水 位 堰 頂 高 程定型設(shè)計水頭 ，為使實際運行時 m 較大而負(fù)壓絕對值較小，對于 WESd剖面設(shè)計，常取 =（～） ，取 =表 31 Y=(2)X（m） 5 10 15 Y（m） 堰頂與上游采用三圓弧連接，參數(shù)如下表所示表 32 三圓弧參數(shù)R1== R2== R3==B1== B2== B3==堰面形態(tài)如下圖所示：圖 31 堰面形態(tài) 下游反弧段由于采用廠房頂溢流式，反弧段的高程應(yīng)結(jié)合廠房的頂高程，根據(jù)廠房部分的計算，反弧段的底高程定為 。反弧半徑的計算： （34）200cchgqT??? 式中 ——總有效水頭，m；0T——臨界水深（校核洪水位閘門全開時反弧處水深） ，m；ch?——流速系數(shù)　查表取 。q ——單寬流量 ??經(jīng)試算， 反孤段半徑 ，取 ??~~60?R0?鼻坎挑角 ，取??3???坎頂高程 。 Ho4)s(2??圖 32 溢流壩剖面圖 荷載計算作用在溢流壩上的荷載主要有：壩體自重，上下游壩面上的水壓力，揚壓力，浪壓力，泥沙壓力，地震荷載，冰荷載，動水壓力等，此處考慮了壩體自重，上下游壩面上的水壓力，揚壓力，其他力就暫不考慮。此溢流壩為一級主要永久建筑物，工況計算需考慮設(shè)計洪水位、校核洪水位，荷載計算如下表。 設(shè)計洪水位下表 33 設(shè)計洪水位下荷載名稱 荷載（KN）方向力臂 彎矩（kNm）方向自重 6↓ → 上游 ↓ 5靜水壓力下游 ← ↑ 0 0 ↑ ↑ 揚壓力 ↑ 校核洪水位下表 34 校核洪水位下荷載名稱 荷載（KN）方向力臂 彎矩（kNm）方向自重 6↓ → 上游 9↓ 靜水壓力 下游 ← ↑ 0 0 ↑ ↑ 揚壓力 ↑ 穩(wěn)定分析穩(wěn)定分析的主要目的是驗算重力壩在各種可能荷載組合下的穩(wěn)定安全度。工程實踐和試驗研究表明，巖基上的重力壩失穩(wěn)破壞可能有兩種情況：一種是壩體沿抗剪能力不足的薄弱層面產(chǎn)生滑動，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)而引起傾倒滑移破壞。為保證重力壩的安全可靠性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)中，要明確規(guī)定出安全儲備要求。其表達形式有定值安全系數(shù)法和分項系數(shù)極限狀態(tài)法。下面就采取這兩種方法驗算穩(wěn)定，定值系數(shù)法采用抗剪強度公式和抗剪斷公式。 設(shè)計洪水位下抗剪斷公式 )( ????????????pAcUWfK 抗剪穩(wěn)定公式 .)( ??????pfK 校核洪水位下 抗剪斷公式 )( ????????????pAcUWfK 抗剪穩(wěn)定公式 )( ??????pfK 應(yīng)力校核 設(shè)計洪水位下壩趾抗壓強度承載能力極限狀態(tài)作用效應(yīng)函數(shù) =????201mJTMAWSRR???????????極限狀態(tài)抗力函數(shù) kPafc 滿足要求????RS壩踵抗拉強度驗算 ????RRJTMAW 校核洪水位下壩趾抗壓強度承載能力極限狀態(tài)作用效應(yīng)函數(shù) =????201mJTMAWSRR??????????極限狀態(tài)抗力函數(shù) kPafc 滿足要求????RS壩踵抗拉強度驗算 ????RRJTMAW 溢流壩消能抗沖刷措施由于壩址處基巖良好，故采用挑流消能。 挑距h1= h2=33m ..?????????Kzl?63....2??hgvc931.?c挑距: =????2121121 sincosino/ hgvvgL ????式中：L－水舌距(m)　　　　V 1－坎頂水面流速（m/s）可取坎頂平均流速 V 的 倍　 α－鼻坎挑射角度　　　　H 1－坎頂平均水深在鉛直方向的投影　　　　H 2－坎頂至河床表面高差（m）g－重力加速度 沖坑 tHhKtrr ????tr－沖刷坑深度(m)H－上下游水位差(m)hk－取決于出坎單寬流量 q 的臨界水深， ,g 為重力加速度。32gqhk?－取決于巖石抗沖刷能力的無因次參數(shù)，對于堅硬巖石rK?Kr1=~ 此處取 計算得　　t r＝ m由于下游基巖質(zhì)量較好，且水流沿河道較平順，故抗沖刷措施比較簡單。只需在溢流壩與非溢流壩交界處設(shè) 寬的導(dǎo)水墻，下游岸坡做簡單防浪措施即可。 導(dǎo)墻高度 摻氣水深 ha=hc=h 導(dǎo) =+1= 取 h 導(dǎo) =4 水電站引水建筑物 進水口高程水電站進水口在樞紐中的位置，應(yīng)盡量使入流平順，對稱，不發(fā)生回流和漩渦，不出現(xiàn)淤積，不聚集污物，而泄洪時仍能正常進水。本電站采用壩式進水口有壓進水口應(yīng)低于運行中可能出現(xiàn)的最低水位，并有一定淹沒深度，以免進水口前出現(xiàn)漏斗狀吸氣漩渦并防止有壓引水道內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓。不出現(xiàn)吸氣漩渦的最小淹沒深度為 Scr=cv =。 （41 ）d式中：S cr——閘門門頂?shù)陀谧畹退坏呐R界淹沒深度（m） ，考慮風(fēng)浪影響時，計算中采用的最低水位比靜水位約低半個浪高。 d—