【導(dǎo)讀】?jī)?cè)》等，設(shè)計(jì)重力壩，確定大壩工程的設(shè)計(jì)方案。工建筑物總體布置；計(jì)，穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算；上、下游水位，確定圍堰型式，圍堰高度。第1周：熟悉工程資料，選擇壩址、壩軸線(xiàn)，樞紐總體布置；第2～3周：上下游設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位的水位計(jì)算；確定重力壩的調(diào)程和斷面設(shè)計(jì)，第5周：繪制相關(guān)的圖紙；第6周：整理成果，并編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)等。

　　

【正文】 5．揚(yáng)壓力 ⑴ 浮托力 )(7 3 5 ???????U ⑵ 滲透壓力 )(1782/)()()(1712/432??????????????????????UUU 32304321????????????UUUU離：對(duì)壩底面中心的偏心距 福建水利電力職業(yè)技術(shù) 學(xué)院 某 水電站攔河壩工程設(shè)計(jì) 25 ).(9 8 75 4 7 8).(7 3 88 2 5 3).(93)5 4 (1 7 1).(04321mKNMmKNMmKNMmKNMUUUU????????????福建水利電力職業(yè)技術(shù) 學(xué)院 某 水電站攔河壩工程設(shè)計(jì) 26 擋水剖面在 校核 洪水位情況的荷載組合見(jiàn)表 36： 荷載 符號(hào) 計(jì)算式 垂直力（ kN） 水平力（ kN) 對(duì)壩底面中心的偏心距（ m) 力矩（ kN. m) ↓ ↑ ← → ↙﹢ ‐↘ 自重 W1 3 20 24 1440 － 3／ 2= 7885 W2 24／ 2 1799 － 3－ ／ 3= 585 上游水平水壓力 P1 178。／ 2 1492 ／ 3= 8436 下游水平 水壓力 P2 178。／ 2 142 ／ 3= 254 下游水重 Q1 178。 ／ 2 114 － ／ 3= 632 浮托力 U1 736 0 0 0 滲透壓力 U2 ／ 2 171 － － ／ 3=﹣ 93 U3 153 － ／ 2= 738 U4 () ／ 2 178 － ／ 3= 987 浪壓力 Pl1 (++) ／ 2 171 － ＋ (＋ ＋ )／3= 2535 Pl2 178。 ／ 2 121 － 2／ 3= 1710 水平泥沙壓力 Pn1 5 178。tan178。(45176。 18176。／ 2)／ 2 91 ／ 3= 252 合計(jì) 3353 1238 263 1754 10527 13580 總計(jì) 2115 1491 ﹣ 3053 福建水利電力職業(yè)技術(shù) 學(xué)院 某 水電站攔河壩工程設(shè)計(jì) 27 壩體與壩基接觸面的抗滑穩(wěn)定性計(jì)算 當(dāng)壩基內(nèi)不存在可能導(dǎo)致沿基礎(chǔ)巖石內(nèi)部滑動(dòng)的柔弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，應(yīng)按下列抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算壩基面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。此方法認(rèn)為，壩與基巖膠結(jié)良好，滑動(dòng)面上的阻滑力包括抗剪斷摩擦力和抗剪斷凝聚力，并直接通過(guò)膠結(jié)面的抗剪斷試驗(yàn)確定抗剪斷強(qiáng)度系數(shù) 39。f和 39。c 。 其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)由式（ 38）計(jì)算： PWfKs ??? （ 38） 式中 sK — 按抗剪強(qiáng)度 公式 計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； f — 壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)； W? — 作用于壩體上全部荷載（包括揚(yáng)壓力，下同）對(duì)滑動(dòng)平面的法向分值， KN； P? — 作用于壩體上全部荷載對(duì)滑動(dòng)平面的切向分值， KN。 則： 已知 W? =2115KN , P? = 1491KN,根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》查表得 39。f =，代入公式得： 4 9 12 1 1 5 ????????? PWfK 因此，在 校核 洪水位情況下，壩基面的抗滑穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。 壩址和壩踵應(yīng)力核算 根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范 》（ DL51081999） 規(guī)定采用以下公式（ 39）計(jì)算： 26 T MTWdyuy ?????? （ 39） 式中 uy? — 上游面垂直正應(yīng)力， KPa； dy? — 下游面垂直正應(yīng)力， KPa； T— 壩體計(jì)算截面沿上下游方向的水平寬度， m； W? — 計(jì)算截面以上所有垂直分力的代數(shù)和（包括揚(yáng)壓力，下同），以向下為正， KN； M? — 計(jì)算截面以上所有作用力對(duì)計(jì)算截面形心的力矩代數(shù)和，以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，? 已知計(jì)及揚(yáng)壓力時(shí)壩基面上的 W? =2115KN ， M? = 3053? ；不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)壩基面上的 W? =3353KN ， M? = 1421? 。 ① 壩踵垂直正應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力） 福建水利電力職業(yè)技術(shù) 學(xué)院 某 水電站攔河壩工程設(shè)計(jì) 28 0)(9 5 ( 3 0 5 3 )69 5 2 1 1 56 22 ????????? K P aT MTWuy? ③ 壩趾垂直正應(yīng)力（計(jì)或不計(jì)揚(yáng)壓力） 不計(jì)揚(yáng)壓力 )( 8 49 5 )1 4 2 1(69 5 3 3 5 36 22 K P aT MTWdy ?????????? 計(jì)揚(yáng)壓力 )( 4 59 5 )3 0 5 3(69 5 2 1 1 56 22 K P aT MTWdy ?????????? 遠(yuǎn)小于壩壩基和壩體允許壓應(yīng)力。 因此，在 校核 洪水位情況下，壩趾和壩踵說(shuō)應(yīng)力滿(mǎn)足要。 福建水利電力職業(yè)技術(shù) 學(xué)院 某 水電站攔河壩工程設(shè)計(jì) 29 第四章 溢流壩斷面設(shè)計(jì) 閘壩段位于河床中央及靠右岸位置，總凈寬 30m，孔數(shù)為 3孔， 孔口凈寬為 10m， 令中墩 d 與邊 墩 t的厚度為 2m，則溢流前緣總長(zhǎng)度為 : mtdnnbL O 38222)13(1032)1( ???????????? 。 溢流堰的堰面曲線(xiàn) WES 型溢流堰頂部為曲線(xiàn)以堰頂為分界分為上游段和下游段。 溢流壩面曲線(xiàn)設(shè)計(jì)：溢流堰頂高程為 164m，堰上最大水頭 Hmax=校核洪水位 堰頂高程== ，定型設(shè)計(jì)水頭，取堰頂最大作用水頭的（ 75%～ 95%） ,取dH=7 m，則dH/Hmax=7/=83%，在規(guī)定范圍內(nèi)，是合理的。 根據(jù)《水利水電工程建筑物》得最大負(fù)壓值為 d = 7=，校核最大的負(fù)壓要小于規(guī)定的允許值，最大不超過(guò) 3～ 6m 水柱，可見(jiàn)，最大負(fù)壓值在規(guī)定范圍內(nèi)，符合要求。 堰頂上游段堰面曲線(xiàn) 根據(jù) 《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL 31920xx）規(guī)定，堰頂上游側(cè)采用橢圓曲線(xiàn)，其方程為 ? ? ? ?? ?2222 1dddbH yxaH bH??? （ 41） 式中 adH、 bdH— 橢圓曲線(xiàn)的長(zhǎng)半軸和短半軸（當(dāng) 2/1 ?dHP 時(shí)， a=~， a/b=+3a；當(dāng) 2/1 ?dHP 時(shí)， a=~， b=~；當(dāng) dHP/1 取小值時(shí)， a與 b 相應(yīng)取小值。） 根據(jù)閘門(mén)布置要求：取 a＝ , b=，即： 福建水利電力職業(yè)技術(shù) 學(xué)院 某 水電站攔河壩工程設(shè)計(jì) 30 )()( )()( 222222???? ????ddbHaH 故得橢圓曲線(xiàn)方程： 1 )( 22 ??? yx 根據(jù)橢圓曲線(xiàn)方程求點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 41 所示： y x 堰頂下游段堰面曲線(xiàn) 下游段曲線(xiàn)當(dāng)壩體上游為鉛直時(shí)，采用堰面曲線(xiàn)方程如下： yKHx nn d 1?? （ 42） 式中 Hd— 定型設(shè)計(jì)水頭，取堰頂最大作用水頭 Hamx 的 75%～ 95%； K,n— 與上游面傾斜坡度有關(guān)的參數(shù)，當(dāng)上游垂直時(shí) K=， n=； x,y— 以溢 流壩頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)， x 以指向上游為正， y以向下為正。 采用堰面曲線(xiàn)方程 yKHx nnd 1?? 計(jì)算堰頂下游段堰面曲線(xiàn)， K=， n=，dH=7，則： yyHx d 722 ??? 得 yx ? 故可得冪曲線(xiàn)方程為 yx ? ，則冪曲線(xiàn)上點(diǎn)的坐標(biāo)按表 42所示 ： x 1 2 4 6 y . 反弧半徑的確定 對(duì)于底流消能，根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，反弧半徑按下式（ 43）計(jì)算： 10?????HHvxxR (43） 式中 H— 不計(jì)行進(jìn)流速的堰上水頭， m； v— 壩址處流速， m/s。 則： Q=1810m/s ,下游 過(guò)水?dāng)嗝婷娣e A= 2m ，包括流速水頭在內(nèi)的堰上總水頭H0= m。 福建水利電力職業(yè)技術(shù) 學(xué)院 某 水電站攔河壩工程設(shè)計(jì) 31 ? ? mgvHH O 22 ???????? smAQv /1 0 9 61 8 1 0 ??? 2 2 3 165 3 0 ??? ?????? ??? H Hvx 2 2 ???? xR 溢流壩斷面圖如圖 41 所示： 圖 41 溢流壩斷面圖 壩面過(guò)水能力驗(yàn)算 在擬定孔口尺寸后 ，要進(jìn)行下泄流量驗(yàn)算，即 2/32 OOm HgmBQ ??? 福建水利電力職業(yè)技術(shù) 學(xué)院 某 水電站攔河壩工程設(shè)計(jì) 32 設(shè)計(jì)洪水位 （ 1）側(cè)收縮系數(shù)ε m的確定 側(cè)收縮系數(shù)ε與邊墩和閘墩的形狀系數(shù)、閘孔數(shù)等及堰前總水頭 H0有關(guān)，根據(jù)《水力學(xué)》得此公式（ 44） : ? ? nbHKnK OPa )1( ????? （ 44） 式中 aK — 邊墩形狀系數(shù)； PK — 閘墩形狀系數(shù)； n— 閘孔數(shù)目； b— 單孔凈寬。 當(dāng)來(lái)水方向與過(guò)堰水流方向一直時(shí) , aK 取 ，由《水力學(xué)》查取 PK ， H0/Hd=，閘墩采用半圓形墩頭時(shí)，得 PK =，則： （ 2）確定流量系數(shù) ? ? )13( ?????????? mHH z 9 8 0?? mmm s )( ?????? ???Sm 2/32 OOm HgmBQ ??? 2/ 9 1 ??????? sm /1091 3? 誤差為 %5%%1001091 %100 ??????? ??Q ,則滿(mǎn)足泄洪能力的要求。 校核洪水位 （ 1）確定流量系數(shù) 福建水利電力職業(yè)技術(shù) 學(xué)院 某 水電站攔河壩工程設(shè)計(jì) 33 ? ? )13( ?????????? mHH z 0?? mmm s 0 2 ) 0 ( 0 2 2 ?????? ???Sm 2/32 OOm HgmBQ ??? 2/ ??????? sm /1486 3? 誤差為 %5%%1001486 %100 ??????? ??Q ,則滿(mǎn)足泄洪能力的要求。 泄流能力校核表 ： 表 43 泄流能力校核 水 位 m ε H0(m) Q( sm/3 ) %100?? ??Q 設(shè)計(jì)洪水位 1091 % 校核洪水位 1486 % 通過(guò)上述計(jì)算說(shuō)明，所擬訂的孔口尺寸滿(mǎn)足泄洪要求。 (1)壩軸線(xiàn)取一孔寬 10m為單元進(jìn)行計(jì)算。 以下是關(guān)于幾個(gè)荷載計(jì)算的說(shuō)明 : ① 自重 W1的計(jì)算 在荷載圖上， 1w 橫截面為 14 橢圓圖形，查《建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算手冊(cè)》求圖形的面積和形心 (見(jiàn)圖 42)。 福建水利電力職業(yè)技術(shù) 學(xué)院 某 水電站攔河壩工程設(shè)計(jì) 34 面積 4 mabA ????? ? 形心 max 7 7 ???? 因此 KNW ???? ).( 9 9 6)( 7 21 mKNM ???? 圖 42 ② 自重 W3的計(jì)算 冪曲線(xiàn)所包面積用積分進(jìn)行計(jì)算（見(jiàn)圖 43)。 圖中陰影以外的面積 0 5 1 mdxxA ??? 陰影部分面積 m??? KNW 9 9 ???? 自重 3W 產(chǎn)生的彎矩：先求出陰影以外部分的面積 矩 ) 1( mx d xxS ??? 圖 43 則陰影內(nèi)這部分面積形心距坐標(biāo) o 的水平距離為 mx 2????? 則彎矩 ).( 1 7 2) ( 9 9 23 mKNM ?????