【正文】 N ； sh — 泥沙的淤積高度， m ，經(jīng)計算 ? ； s? — 泥沙的內(nèi)摩擦角，對于淤積時間較長的粗顆粒泥沙，可取 ?? 20~18s ?? ；對于較細的粘土質(zhì)泥沙，可取 ?? 14~12s ?? ；對于極細的泥沙、粘土和膠質(zhì)顆粒，可取 0s?? ，本工程取 ??15s? 。 當(dāng)上游壩面傾斜時，除計算水平向泥沙壓力外，尚應(yīng)計算鉛直向泥沙壓力，即淤沙重。 土壓力 壩基開挖后，一般還要進行回填，但由于方量較 少，壓力小。所以本工程中，不計算土壓力。 地震荷載 擬靜力法計算地震慣性力，混凝土重力壩沿高度作用于質(zhì)點 i 的水平向地震慣性力代表值 ikF 可以按下式計算 g/iihik ??? EGF ? （ 5— 10） 23 式中 h? — 水平向設(shè)計地震加速度代表值， ?7 地震取 ； ? — 地震作用效應(yīng)折減系數(shù)，在水工建筑中，取 ； i? — 質(zhì)點 i 的動態(tài)分布系數(shù)，取 ； iEG — 集中在質(zhì)點 i 的重力荷載代表值； g — 重力加速度。 地震動水壓力計算，單位寬度上的地震動水壓力 0F 為 21wh0 HF ???? （ 5— 11） 式中 W?— 水體質(zhì)量密度標(biāo)準值； 1H — 壩前水深， m； h? ， ? 同上。 作用點位于水面以下 H 處。 冰壓力 冰壓力在較高的重力壩設(shè)計荷載中常起控制作用，但冰凍作用會使混凝土表面剝蝕，破壞混凝土的耐久性。 本工程由于冰壓力較小，不考慮為基本荷載。 荷載組合 作用在壩上的荷載，按其性質(zhì)可分為基本荷載和特殊荷載兩種。 荷載組合情況分為兩大類：一類是基本組合，指水庫處于正常運用情況下可能發(fā)生的荷載組合，又稱設(shè)計情況，有基本荷載組成；另一類是特殊組合，指水庫處于非常運用情況下的荷載組合，又稱校核情況，由基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成。 “ TH”水電站采用的荷載組合為表 52 荷載組合 主要考慮情 況 荷 載 自重 靜水壓力 泥沙壓力 揚壓力 浪壓力 冰壓力 地震荷載 動水壓力 土壓力 基本 組合 設(shè)計洪水位情況 1 2 3 4 5 24 特殊 組合 設(shè)計洪水位加 7級地震情況 1 2 3 4 5 6 7 校核洪水位情況 1 2 3 4 5 根據(jù)工程實際情況，選取兩種工況： （ 1）正常工況（基本組合）：設(shè)計洪水位 +對應(yīng)荷載 （ 2）校核工況（特殊組合）：設(shè)計洪水位 +對應(yīng)荷載 +7級地震荷載 校核洪水位 +對應(yīng)荷載 抗滑穩(wěn)定分析 工程實踐和試驗研究表明，巖基上混凝土重力壩的失穩(wěn)破壞可能有兩種類型：一種是壩體沿抗剪能力不足的薄弱層面產(chǎn)生滑動，包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。 1抗力S抗力S23(a) (b) 圖 5— 2 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 穩(wěn)定分析方法及抗滑措施 在一般情況中只進行抗滑穩(wěn)定分析。本工程也只進行抗滑穩(wěn)定分析。 （ 1）沿壩 基面的抗滑穩(wěn)定 ?P ?P?W ?W 25 圖 5— 3 重力壩沿壩基面抗滑穩(wěn)定計算示意圖 抗滑穩(wěn)定計算公式，即摩擦公式，此法的基本觀點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挥嬆Σ亮?，不計凝聚力。 當(dāng)滑動面為水平面時，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) K 可按下式計算 ?? ??? P UWfK )(滑動力阻滑力 （ 5— 12） 式中 ?W — 作用于滑動面以上的力在鉛直方向投影的代數(shù)和； ?P — 作用于滑動面上的力在水平方向投影的代數(shù)和； f — 滑動面上的抗剪摩擦系數(shù)，本工程取 ?f ； K — 按摩擦公式計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，按表 5— 3 采用。 表 5— 3 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) K 安全系數(shù) 荷載組合 壩 的 級 別 1 2 3 K 基本組合 特殊組合（ 1） 特殊組合（ 2） （ 2）提高抗滑穩(wěn)定性的工程措施 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S U ?W?P 26 基面的抗剪刀能力。 ③ 利用地形、地質(zhì)特點，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，降低揚壓力。 ⑤ 利用預(yù)加應(yīng)力提高抗滑穩(wěn)定性。 正常工況下壩基抗滑穩(wěn)定驗算 （ 1）計算方法 根據(jù)荷載組合可知，正常工況下選擇：設(shè)計洪水位 +對應(yīng)荷載，取沿壩軸線方向 m1 單位長度進行驗算。 由工程基本資料已知，設(shè)計洪水位時下游水位為 ，則下游水深： H== m 壩基設(shè)有防滲帷幕和基礎(chǔ)排水措施。要求抗滑安全系數(shù) ?K 。計算成果附表 1 （ 2）荷載計算 荷載受力圖： 圖 5— 4 設(shè)計洪水位非溢流壩荷載示意圖 （ 3）抗滑穩(wěn)定驗算 )( ???????? ?? P UWK ）（滑動力阻滑力 故滿足穩(wěn)定要求 27 特殊 工況下壩基抗滑穩(wěn)定驗算 （ 1）計算方法 根據(jù)荷載組合可知，校核工況下選擇：設(shè)計洪水位 +對應(yīng)荷載 +7 級地震荷載，取沿壩軸線方向 m1 單位長度進行驗算。 由工程基本資料已知，設(shè)計洪水位時下游水位為 m，則下游水深： H== m 壩基設(shè)有防滲帷幕和基礎(chǔ)排水措施。要求抗滑安全系數(shù) ?K 。計算成果附表 2 （ 2）荷載計算 荷載受力計算成果見表 54 （ 3）抗滑穩(wěn)定驗算 ? ? )( ??????? ??? P UWfK 滑動力阻滑力 故滿足穩(wěn)定要求。 校核洪水 位時 壩基抗滑穩(wěn)定驗算 （ 1）計算方法 根據(jù)荷載組合可知，校核工況下選擇：校核洪水位 +對應(yīng)荷載，取沿壩軸線方向 m1 單位長度進行驗算。 由工程基本資料已知，校核洪水位時下游水位為 ，則下游水深： 1 2 1 ???H 壩基設(shè)有防滲帷幕和基礎(chǔ)排水措施。要求抗滑安全系數(shù) ?K 。計算成果附表 3。 （ 3）抗滑穩(wěn)定驗算 ? ? )( ??????? ??? P UWfK 滑動力阻滑力 28 邊緣應(yīng)力的計算 基本假定 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，并認為各壩段獨立工作，橫縫不傳力。 ③假定壩體水平截面上的正應(yīng)力 y? 按直線分布，不考慮廊道對壩體應(yīng)力的影響。 邊緣應(yīng)力的計算 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)計規(guī)范中規(guī)定，首先應(yīng)校核邊緣應(yīng)力是否滿足強度要求。 計算簡圖及應(yīng)力與荷載的正方向見圖 55 （ 1） 正常工況下壩基邊緣應(yīng)力 計算成果見附表 54 假定任一水平截面上的垂直正應(yīng)力 y? 呈直線分布。應(yīng)用《材料力學(xué)》偏心受壓公式計算： 圖 55 壩體應(yīng)力計算簡圖 29 上游邊緣正應(yīng)力 MpaB MBW 22yu ?????? ???＞ 0 下游邊緣正應(yīng)力 MpaB MBW 22yd ?????? ??? （ 2） 校核工況下，當(dāng)發(fā)生設(shè)計洪水和 7級地震時，壩基邊緣應(yīng)力 計算成果見附表 55 假定任一水平截面上的垂直正應(yīng)力 y? 呈直線分布。應(yīng)用《材料力學(xué)》偏心受壓公式計算： 上游邊緣正應(yīng)力 MpaB MBW 22yu ?????? ???＞ 0 下游 邊緣正應(yīng)力 MpaB MBW 22yd ?????? ??? （ 3） 校核工況下，當(dāng)發(fā)生設(shè)計洪水時，壩基邊緣應(yīng)力 計算成果見附表 56 假定任一水平截面上的垂直正應(yīng)力 y? 呈直線分布。應(yīng)用《材料力學(xué)》偏心受壓公式計算： 上游邊緣正應(yīng)力 MpaB MBW 22yu ?????? ???＞ 0 下游邊緣正應(yīng)力 MpaB MBW 22yd ?????? ??? 地基防滲與排水設(shè)施擬定 為強調(diào)廊道的多用途以減少廊道數(shù)量，方便快速施工。廊道可以直接設(shè)置在混凝土壩體內(nèi)，并且應(yīng)將基礎(chǔ)灌 漿、排水、檢查、安全檢測及交通等廊道予以合并。擬定廊道中心線距壩鍾 m5 。初步擬定廊道及非溢流壩剖面尺寸如 圖 5— 6所示 30 圖 5— 6 非溢流壩剖面尺寸圖 單位（ m） 31 6 溢流壩設(shè)計 泄水方式的選擇 重力壩的泄水主要方式有開敞式溢流和孔口式溢流，前者除泄洪外還可以排除冰凌或其他漂浮物。設(shè)置閘門時，閘門頂高程大致與正常高水位齊平，堰頂高程較低，可利用閘門的開啟高度調(diào)節(jié)水位和下泄流量，適用于大中型工程，所以為是水庫有較大的泄洪能力，本 設(shè)計采用開敞式溢流。 洪水標(biāo)準的確定 本次設(shè)計的重力壩是 3 級建筑物，根據(jù)《水利工程水工建筑物洪水標(biāo)準》采用 50 年一遇的洪水標(biāo)準設(shè)計， 500 年一遇的洪水標(biāo)準校核。 孔口設(shè)計 溢流堰采用 WES 實用堰。 采用 3孔溢流壩，孔口凈寬為 3?5=15m。 堰頂高程與正常蓄水位相同即 則溢流堰高 1P 為 ： =。 設(shè)計情況下下堰上水頭為 =。即 ?maxH 。 H maxd H?? = = m. ??dHH , ??dHP 查《工程流體力學(xué)學(xué)》可得流量系數(shù) m 值 m =，則本溢流堰的瀉洪流量為： smHgmBQ / 32323 ?????????下泄 校核 情 況下下堰上水頭為 =。即 ?maxH 。 H maxd H?? = = m. ??dHH , ??dHP 32 查《水力學(xué)》 P249可得流量系數(shù) m 值 m =，則本溢流堰的瀉洪流量為： smHgmBQ / 32323 ?????????下泄 閘門寬度為溢流壩單孔寬度 5m。 閘門高度的確定 ： 門 高 =校核洪水位 +? ?2~1 堰頂高程 =+? ?2~1 =? ?~ m 取 7 m 溢流壩剖面設(shè)計 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。 橢圓曲線方程： ? ? ? ?? ? 1b yba x 2d2d2d2 ???HHH （ 6— 1） WES 曲線方程： yKHx ndn 1?? （ 6— 2） 式中 sH — 定型設(shè)計水頭，值為堰頂最大作用水頭的 %95~%75 ，m ； K，n — 取決于壩頂上游面的坡度，當(dāng)壩體上游面為鉛直面時， ?? K， ~ ? ； ?? （ 6— 3） 式中 ? ， ?b 。溢流面曲線坐標(biāo) x 、 y 的原點取在堰頂點 O 。 由于上游面為鉛直的， ?K , ?n ， 則： mH d ??? ， mbH d ??? WES 曲線方程： )( ????dd HXyHXy 對其求導(dǎo)得： dHxy ??? 33 求得 x= y= 可得溢流堰頂原點坐標(biāo)。 原點右側(cè)由曲線 ?構(gòu)成見表 61 表 61 x 1 2 y x 3 4 5 y 下游反弧段半徑 R=（ 410） h 坎底水深 h= ()H? H? —— 堰上水頭 h= = 代入 R中得 R= 取 10m。 消能防沖設(shè)計 下游挑角采用 45 度， 坎 頂高程為下游最大水位 (824m)+安全超高（取 1m）=825m。 圓弧底到角頂距離為 mRy )30c o s1( ??? ?見附錄溢流 壩剖面 圖 。 水舌的挑距 L 及可能最大沖坑的深度 kt 估算 ： 圖 6— 3 挑流消能沖坑計算示意圖 水舌的挑距 L 由式（ 64）計算 ? ? ? ? ? ?? ? g/}hhg2s i nvc osvc oss i nv{ ???? ????L （ 6— 4） 34 式中 2h — 坎頂至河床面高差