【正文】 向取單位長度的壩體進行研究?；酒破拭姘磻?yīng)力條件確定壩底最小寬度用如下公式： 2110 )//( ??? ?? cHB (38) 式中 γc=24kN/m3 γ0=10kN/m3 揚壓力折減系數(shù) α1取 則 B= 按穩(wěn)定條件確定壩底最小寬度用如下公式： )/(/ 10 ???? ??? cfKHB (39) 式中 K=1. 05 f= λ=0 α1= 則 B==。 綜合 ⑴⑵ ，取壩底最小寬度 B=71m。 實用剖面的確定 重力壩的基本剖面是在荷載和剖面形態(tài)都作了簡化之后求得的，實用剖面當(dāng)然不能是頂點與上游水位齊平的簡單三角形。因此還要考慮其他荷載和運用條件對基本剖面進 行修改，使其成為符合實際需要的實用剖面。 壩頂需要有一定的寬度，以滿足設(shè)備、運行、交通、及施工的需要，非溢流壩的壩頂寬度一般可取壩高的 8~10%，并不小于 2m，如作為交通要道或有移動式啟閉機設(shè)施時，應(yīng)根據(jù)實際需要確定，當(dāng)有較大的冰壓力或漂浮物撞擊時，把頂最小寬度還應(yīng)滿足強度的要求。 由于最大壩高為 ，故取壩頂寬度為 10m。壩頂高程已由調(diào)洪演算中詳細(xì)介紹，這里不在介紹。 重力壩的上游面采用上部鉛直、而下部為呈傾斜，既可利用部分水重來增加壩的穩(wěn)定性，又可保留鉛直的上部便于管道進水口布置設(shè)備和操作的優(yōu)點。 上游折坡的起坡點偽造置應(yīng)結(jié)合應(yīng)力控制條件和引水、泄水建筑物的進口高程來選定，一般在壩高的 1/3~2/3 的范圍內(nèi)。根據(jù)工程經(jīng)驗上游面的坡度選為 1： ，折坡點位置距壩底 40m處。下游面的坡度取為 1： 。 穩(wěn)定校核 穩(wěn)定分析的主要目的是驗算在各種可能荷載組合下的穩(wěn)定安全度。工程實踐和實驗表明，巖基上的重力壩的失穩(wěn)破壞可能有兩種形式：一種是壩體沿抗剪能 22 力不足的薄弱層面產(chǎn)生滑動，包括沿壩與基巖的接觸面滑動以及沿壩基巖體內(nèi)的連續(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，上游壩踵以下的巖 體手辣產(chǎn)生傾斜裂縫以及下游壩址巖體受壓發(fā)生壓碎區(qū)而引起傾倒滑移破壞。 在本壩址處，深層滑移的條件沒有出現(xiàn)，因此在壩型選定時只分析沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析。 采用摩擦公式，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挥嬆Σ亮?。實際工程中的壩基面可能是水平面，也可能是傾斜面。當(dāng)滑動面是水平面時其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) K 可按下式計算： ? ??? PUWfK /)( (310) 式中 ： ∑W—作用于滑動面上的力在垂直方向的投影的代數(shù)和； ∑P—作用于 滑動面上的力在水平方向的投影的代數(shù)和； U—作用于滑動面上的力楊壓力； K—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； 計算可得在 校核 洪水情況時抗滑穩(wěn)定系數(shù)為 ， 故穩(wěn)定滿足設(shè)計要求。 應(yīng)力分析 應(yīng)力分析的目的在于檢查壩體和壩基在計算情況下是否能滿足強度的要求。重力壩一般分成若干個相互獨立的壩段?？梢宰鳛槠矫鎲栴}處理，使應(yīng)力分析得以簡化。應(yīng)力分析可分為理論計算和模型試驗兩大類。理論計算又可分為材料力學(xué)法和彈性理論法等，材料力學(xué)法是一種常用的計算方法，其基本的假定是壩體水平截面上的垂 直正應(yīng)力 ,y? 為直線分布。即可按材料力學(xué)的偏心受壓公式計算。 水平截面上的邊緣正應(yīng)力 ,y? 和 ,y? ? ??? 2, /6/ BMBWy? (311) ? ??? 2, /6/ BMBWy? (312) 式中 ∑W——作用在計算截面以上全部荷載的鉛直分力總和（向下為正） ∑M——作用在計算截面以上全部荷載對截面形心的力矩總和（逆時針為正 ） B——計算截面沿上下游方向的寬度 當(dāng)水庫正常蓄水且運行較長時間后，通過壩體和壩基的滲透水流，已逐漸形成穩(wěn)定的滲流場，需要考慮揚壓力的作用。 故有： 23 ,y? = ,y? = 邊緣剪應(yīng)力 τ’和 τ” k P anpp yuy 5 0 )( ,, ???? ?? k P ampp uy 4 3)( ,, ???? ?? 鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力 ,x? 和 ,x? k P anpppp yuux )()( 2,, ?????? ?? k P ampppp uyux 7 9)()( 2,,, ?????? ?? 上游邊緣主應(yīng)力 ,1? 和 ,2? k P anppn uy 4 6)()1( 2,2,1 ????? ?? 0,2 ??? upp? 下游邊緣主應(yīng)力 ,1? 和 ,2? k P amppm uy 9 8 9)()1( 2,,2,1 ????? ?? 0,,2 ??? upp? 由上可見，沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，故應(yīng)力滿足要求。 工程量比較 拱壩方案和混凝土壩之間主要做工程量的比較，工程量的計算采用簡化的方法。重力壩的工程量計算采用下式： ]})(23[])(3[{6/ 212211 HmmbLHmmbLHV ?????? (313) 式中 ： L1——計算部分壩體頂部長度； H——計算部分壩體高度； b——計算部分壩體頂寬； L2——計算部分壩體低部長度； m1 、 m2分別為計算部分壩體上下游邊坡。 24 拱壩工程量計算利用下式分別對四個壩塊進行計算： 2/)( 1 hAAV ii ???? ? (314) 式 中 ： iA 、 1?iA —— 分別為計算部分壩塊頂部，頂部面積， uR 、 dR ——為上游面半徑，下游面半徑； 其中： ?3 6 0/)( 22 ?? ???? dui RRA （ 315） 式中 ： θ——為該層拱圈中心角； △ h——分塊高度。 由計算的重力壩的工程量為 m3，拱壩的工程量為 ?？梢姽皦畏桨敢然炷练桨腹?jié)省混凝土工程量 %。 從工程量的角度混凝土拱壩方案優(yōu)與混凝土重力壩方案，同時對 A 江水利樞紐而言，有合適的喇叭口地形 “V” 形河谷，兩岸也沒有順河向的節(jié)理裂隙，又有向下游收縮的喇叭口，由此可以得出壩型選擇為混凝土拱壩方案。 壩體形態(tài)選擇 拱壩按壩體形態(tài)可分為單曲拱壩和雙曲拱壩。 單曲拱壩 單曲拱壩只在水平截面上呈拱形，而鉛直懸臂梁斷面不彎曲或曲率很小。定圓心定外半徑拱壩設(shè)計施工簡單，但工程量大，且河谷上寬下窄時，壩底部圓心角過小，使拱的作用減小，而定中心角變半徑拱壩雖然比較經(jīng)濟，但兩岸壩段剖面有倒懸，在施工和庫空運行時會產(chǎn)生拉應(yīng)力。 雙曲拱壩 雙曲拱壩又稱穹形拱壩，在水平和垂直截面內(nèi)都呈拱形，在 V形河谷或其它上寬下窄的河谷，若采用定半徑式拱壩，其底部會 因中心角過小而不能滿足應(yīng)力的要求，此時宜將水平拱圈的半徑從上到下逐漸減小，以使上下各層拱圈的中心角基本相等，并在鉛直向設(shè)計成一定曲率，形成變半徑等中心角雙曲拱壩，而做到上下層拱圈的中心角相等很困難，故廣泛采用變半徑變中心角的雙曲拱壩，這種拱壩各層拱圈的中心角，外弧面和內(nèi)弧面的半徑從上到下都是變化的，而各層 25 拱圈內(nèi)外弧的圓心聯(lián)線均為光滑的曲線，變半徑等中心角雙曲拱壩更能適應(yīng)河谷形狀的變化。 雙曲拱壩比單曲拱壩更具特殊的優(yōu)點： ① 由于其梁系也呈彎曲形狀，兼有垂直拱的作用，它在承受水平向荷載后，在產(chǎn)生水平位移的同時還 有向上位移的傾向，使梁的彎矩有所減少，而軸向力加大，對降低壩體拉應(yīng)力有利； ② 在水壓力作用下，雙曲拱壩中部的垂直梁應(yīng)力是上游面受壓而下游面受拉，這同自重產(chǎn)生的梁應(yīng)力正好相反。 鑒于雙曲拱壩的優(yōu)點，本壩址的壩型選為變半徑變中心角的雙曲拱壩。 泄水建筑物型式選擇 泄水建筑物采用兩個淺孔和兩個中孔相結(jié)合的方案：淺孔位于兩岸，孔口寬，高 ，進口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站進水口兩側(cè)，孔口寬 ，高 ，進口底高程為 135m，出口底高程為 130m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用 框架式結(jié)構(gòu)?？岔敻叱虨?119m,淺孔反弧半徑為 33m,中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致 ,挑射角 淺孔θ =20176。 中孔θ=20176。 ,導(dǎo)墻厚度為 , 淺孔導(dǎo)墻高度為 ,中孔導(dǎo)墻高度為 11m。 廠房及引水系統(tǒng)布置 壩后式廠房裝有 4臺 5萬 kw 的發(fā)電機組，主廠房長 81m，寬 18m，副廠房長60m，寬 10m，安裝場長 21m，寬 18m。 壓力管道的直徑為 ，進水口底高 程為。 樞紐總體布置 根據(jù) A 江的樞紐任務(wù)，本工程的組成建筑物有：攔河大壩 —— 雙曲拱壩、泄水 建筑物 —— 2 中孔和 2 淺孔、壩后式廠房、開關(guān)站、導(dǎo)流隧洞、過木筏道等六個主要建筑物。雙曲拱壩的最大壩高為 ，壩頂寬 ，壩底寬 26m。在壩身泄水孔的上下游側(cè)分別布置檢修閘門和工作閘門，檢修閘門采用平板門，工作閘門采用弧形閘門，在每一個工作閘門的上方有啟閉機房，淺孔啟閉機房 頂 高程為175m，中孔啟閉機房 頂 高程為 。因拱壩厚度薄，孔口位置較高，需設(shè)置泄槽與之連接?？紤]到泄槽底部留有進入壩后式廠房的公路通道，故做成排架形式。泄槽直線段的坡度與孔身段底坡相同。其布置為：壩后式廠房為于河床的中 間； 26 進場的公路布置在左岸，從左岸的泄水建筑物泄槽下面穿過；泄水建筑物布置在兩岸徑向穿過壩體，對沖消能；淺孔靠岸邊，中孔靠近河床，以便進流平順；開關(guān)站布置在進場公路的一側(cè)，開關(guān)站長 75m，寬 20m，位于左岸；過木筏道位于右岸，以免過木時影響進場交通；導(dǎo)流隧洞布置在右岸，導(dǎo)流隧洞位臨時建筑物，用后封堵。 27 第四章 拱壩設(shè)計 拱壩型式及布置 拱壩剖面設(shè)計 拱冠梁剖面的主要尺寸包括壩頂厚度、壩底厚度和拱冠梁上游曲線參數(shù)。 壩頂厚度（ TC）：根據(jù)結(jié)構(gòu)、人防、運用等要求并考慮改善壩體應(yīng)力，初步設(shè)計，采用下列經(jīng)驗公式： )( 1bHTc ?? (41) minT =3～ 5m 式中： H——壩高（ m） b1——壩頂高程處兩拱端新鮮基巖之間的直線距離（ m） 考慮到交通要求、以及頂拱厚度加大對梁應(yīng)力有利，取 cT =。 底部厚度（ TB）：拱壩的底部厚度是控制拱壩斷面尺寸的一個重要特征數(shù)據(jù)，其影響因素較多，其中最主要的是壩高和河谷形狀。 本設(shè)計采用我國朱伯芳等建議，作為拱壩的優(yōu)選初始方案： ]/[)( 21 ab HbbKT ??? (42) 式中： K——經(jīng)驗系數(shù)，一般可取 K= b bn1——第一層和倒數(shù)第二層拱圈兩拱端新鮮基巖面之間的直線距離（ m） 〔 a? 〕 ——拱的允許壓應(yīng)力（ t/m3） H ——壩高 將 A 江拱壩數(shù)據(jù)代入得 TB=26m。 雙曲拱壩上游面曲線：用黎展眉高級工程師推薦的方程式定出： 221 )/()/( HyxHyxz ??? (43) 式中： 211 2 xx ?? )12/( 122 ?? ?? bTx 1? ， 2? ——經(jīng)驗系數(shù)： 1? =~ 2? =~ 28 取 1? ＝ ， 2? ＝ 計算得到： 1x =， 2x = 上游面曲線方程： 2)(????? 雙曲拱壩下游面曲線：下游面的曲線按 Tc， TB沿高程線性內(nèi)插。 設(shè)第 i層拱圈的厚度為 Ti ， 則 HyTTTT icbci /)( ??? (44) 將 A 江拱壩數(shù)據(jù)代入得 ii yT ?? 表 4— 1 拱冠梁端面的幾層典型拱圈的幾何尺寸 (單位： m) 高程 92 縱 坐標(biāo) y 0 上游面橫坐標(biāo)z1 0 拱厚 Ti 26 下游面橫坐標(biāo)z2 拱壩的布置 根據(jù)初步擬訂的拱壩斷面尺寸進行平面布置，確定各高程拱圈中心角、半徑、圓心位置等參數(shù)，然后按擬訂的方案進行應(yīng)力和穩(wěn)定分析。拱壩布置按下列程序進行： ⑴ 根據(jù)地形地質(zhì)等基本資料，找出壩址可利用巖石等高線。 ⑵ 在已定壩址處，選定拱壩在平面上的壩軸線，在壩址可利用巖面的等高線上，定出頂拱的中心角和頂拱厚位置。 ⑶ 結(jié)合地形特點，初定拱冠懸臂梁的剖面形態(tài)及尺寸，以各層拱圈的拱冠斷面與懸臂梁剖面尺寸相重合為準(zhǔn)，從上往下，每 為一層，試畫出各層拱圈的水平拱圈線。 ⑷ 按試畫的拱圈線，切出幾個垂直剖面，檢查垂直方向是否扭曲，倒懸度是否滿足要求。 ⑸ 根據(jù)上述初步選定的拱壩形式和尺寸，按拱冠梁法求出分配荷載后，計算 29 拱梁上下游壩面應(yīng)力及兩岸壩肩的穩(wěn)定。 拱壩布置的 原則： （ 1）壩面力求平順； （ 2）壩軸線布置處應(yīng)使下游有足夠的支撐巖體； （ 3）剖面