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网络教育学院《水工建筑物课程设计》题目混凝土重力坝设计学习中心:
⑤坝体内部采用CIO、W2低热混凝土挡水坝段荷载计算
2.3按照所给基本资料进行挡水坝段荷载计算，详细写明计算过程和最终结果本设计荷载紧分析基本组合
②及特殊组合
①两种情况1荷载基本组合
②为设计洪水位情况，其荷载组合为自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力m
①自重坝体断面分为一个三角形和一个矩形分别计算，混凝土容重采用24KN/m3,因廊道尺寸较小，计算自重时不考虑
②静水压力静水压力包括上下游的水平水压力和下游斜坡上的垂直水压力
③扬压力坝踵处的扬压力强度为心口，排水孔线上为%+%△，坝址处为匕82,其间均以直线连接，扬压力折减系数二=
0.25
④泥沙压力大坝迎水面前泥沙的淤积高度计算至死水位51m,大坝迎水面前泥沙的淤积高度hs=5L0-
31.0=
20.0m,水平泥沙压力在垂直方向上呈三角形分布，泥沙干重度Ysd取
13.5KN/m3,孔隙率n取
0.42,内摩擦角里取18，泥沙的浮重度（1—〃）七=
13.5—（l—
0.42）xl0=
7.7KN//n3单位长度大坝迎水面上的水平泥沙压力值按公式P=\/2Y hitan2（45o-^/2）坝址处河床岩面高程sk shs约在38m左右，大坝背水面前泥沙的淤积高度hs=
38.00-
31.00=
7.00m,除计算水平泥沙压力外还应计算竖直泥沙压力，其值按泥沙浮重度与泥沙体积的乘积求得
⑤浪压力计算风速取重现期为50年的年最大风速23m/s,风区长度取2600m,按鹤地水库试验公式g/z%/%2=
0.00625%w6）（g/%2严3）和gL,/*=
0.0386（gD/%2）
（2）计算得累积频2Z）率为2%的波高h2%=
2.07m,平均波长Lm=
14.45m,经查表求得hl%=
2.25m使波浪破碎的临界水H=乙〃/（4»）1〃［（L+2哂％）/（金—2硒％）］=
5.19mer因为坝前水深H=
82.50-
31.00=
51.50m,H＞乩,和H＞品/2,发生深水波，单位长度大坝迎水面上的浪压力值按公式几火=1/4匕（（4%+生）计算波浪中心至计算静水位的高度h=7^%/LmCth7iHILQ=\.\0mz防浪墙顶高程为:
82.50+h.+h+h=
82.5+
2.25+
1.10+
0.40=
86.25m%z co上述荷载计算见计算表重力坝特殊荷载组合计算表垂直力水平力荷载计算式对坝底截面形心力臂m力矩kN.mkN kN—―X-/+J
4.8*
53.9*
24629021.56-
2.4=
19.16118964自W1重1/2*
47.9*
38.32*24220262/3*
38.32-
21.56=
3.9987884W3Pl1/2*
53.722*10144291/3*
53.72=
17.91258423水1/2*
15.452*1011941/3*
15.45=
5.156149P2压力Q1/2*
0.8*
15.452*
1095521.56-1/3*
0.8*
15.45=
17.
441665515.45*
43.12*106662000U1扬1/2*
36.62*
0.25*
38.27*1017522/3^
36.62-
21.56=
2.854993U2压
0.25*
38.27*
6.5*
1062221.56-1/2*
6.5=
18.3111389U31/21-
0.25力
93321.56-1/3*
6.5=
19.3918091U4*
38.27*
6.5*10Psi1/2*77*202*tan2368131/3*20=
6.675423泥Ps2l/2*
7.7*72*tan2361001/3*7=
2.33233沙Ps31/2*
7.7*
0.8*
7215121.56-
0.8*7/3=
19.692973压力
53.72-
9.45/2+浪1/4*10*
9.45*
9.45/2+
0.42+
1.12压
9.45/2+
0.42+
1.12Pw14811253117560/3=5L08力-1/8*10*
9.
45253.72-2/3*
9.45=
47.42996929341153901406218541325507合计19372；13984T106966X
（2）荷载特殊组合
①为校核洪水位情况，其荷载组合为自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力4,8,校核洪水位坝体尺寸与荷载w
①自重坝体断面分为一个三角形和一个矩形分别计算，混凝土容重采用24KN/m3,因廊道尺寸较小，计算自重时不考虑
②静水压力静水压力包括上下游的水平水压力和下游斜坡上的垂直水压力
③扬压力坝踵处的扬压力强度为％排水孔线上为七42+匕八”，坝址处为｝;“2,其间均以直线连接，扬压力折减系数a二
0.25
④泥沙压力大坝迎水面前泥沙的淤积高度计算至死水位51m,大坝迎水面前泥沙的淤积高度hs=
51.0-
31.0=
20.0m,水平泥沙压力在垂直方向上呈三角形分布，泥沙干重度Ysd取
13.5KN/m3,孔隙率n取
0.42,内摩擦角区取18，泥沙的浮重度4=〃—1-⑶〃=
13.5—1-
0.42x10单位长度大坝迎水面=
7.7KN/TT上的水平泥沙压力值按公式匕=l/2%A2tan245O-0,/2坝址处河床岩面高程约在38m左右，大坝背水面前泥沙的淤积高度hs=
38.00-
31.00=
7.00m,除计算水平泥沙压力外还应计算竖直泥沙压力，其值按泥沙浮重度与泥沙体积的乘积求得
⑤浪压力计算风速取多年平均最大风速14m/s,风区长度取3000m,按鹤地水库试验公式.^o/Vo2=
0.00625^|/6^/^2|/3和8/%2=
0.03869/%2严2计算得累积频率为2%的波高/oh2%=
1.03m,平均波长Lm=
9.45m,经查表求得hl%=
1.12m使波浪破碎的临界水H=/4»1矶+2^/£,„-2成]%]=
1.45mcr%因为坝前水深H=
84.72-3L00=
53.72m,H H,r和H/2,发生深水波，单位长度大坝迎水面上的浪压力值按公式匕t=1/4匕勾4%+九计算波浪中心至计算静水位的高度用=哂；/L cth7iH/LJ=QA2mm o防浪墙顶高程为
84.72+4%+九+4=
84.72+
1.12+
0.42+
0.30=
86.56相大坝特性表资料提供的坝顶高程不足上述荷载计算见计算表垂直力水平力力矩kN kNkN.m荷载计算式对坝底截面形心力臂mt1—►•-/+\-W1自
4.8*
53.9*
24629021.56-
2.4=
19.16118964重1/2*
47.9*
38.32*24220262/3*
38.32-
21.56=
3.9987884Pl1/2*
53.72-*10144291/3*
53.72=
17.91258423水p压21/2*
15.452*1011941/3*
15.45=
5.156149力Q1/2*
0.8*
15.45J*
1095521.56-1/3*
0.8*
15.45=
17.4416655Ui
15.45*
43.12*106662000扬u21/2*
36.62*
0.25*
38.27*1017522/3*
36.62-
21.56=
2.854993压u
30.25*
38.27*
6.5*
1062221.56-1/2*
6.5=
18.3111389力Ui1/21-
0.25*
38.27*
6.5*
1093321.56-1/3*
6.5=
19.3918091泥Psi1/2*
7.7*202*tan2368131/3*20=
6.675423沙Ps21/2*
7.7*72*tan2361003*7=
2.33233压Ps31/2*
7.7*
0.8*
7215121.56-
0.8*7/3=
19.692973力浪
53.72-
9.45/2+
9.45/2+
0.42+
1.121/4*10*
9.45*
9.45/2+
0.42+
1.12-1/8*1压/3=
51.08Pw148112531175600*
9.
45253.72-2/3*
9.45=
47.42力996929341153901406218541325507合计19372113984-*106966\3挡水坝段荷载计算成果本设计荷载仅分析基本组合2及特殊组合⑴两种情况，荷载组合作用计算成果见表二和表三表二坝体基本荷载组合作用计算成果垂直力kN水平力kN力矩kN.m荷载对坝底截面形心力臂m—1I-/+\-Wi
629019.16118964自重
220263.9987884明P.
1326117.17227691p
10514.8350762水压力Q
84117.69148776252000Uiu
16942.8548282扬压力u
60118.
3111004390219.3917490UiPsi
8136.675423Ps
21002.33233泥沙压力Ps
315119.
69297347.80浪压力Pw
382261109281826041.87944929227144561412223085302546合计19778113044-79461\表三坝体特殊荷载组合作用计算成果荷载垂直力kN水平力kN对坝底截面形心力臂m力矩kN.m\-t/+I——W,
629019.16118964自重w
220263.99878842Pl
1442917.91258423p
11945.1561492水压力Q
95517.44166556662000Uiu
17522.8549932扬压力
62218.3111389U3u
93319.39180914Psi
8136.675423Ps
21002.33233泥沙压力Ps
315119.
69297351.08浪压力Pw
1481125311756047.42996929341153901406218541325507合计19372I13984一106966\挡水坝段建基面抗滑稳定计算
2.4按照所给基本资料进行挡水坝段建基面抗滑稳定计算，详细写明计算过程和最终结果沿坝轴线方向取1m长进行抗滑稳定分析计算1荷载基本组合⑵为设计洪水位情况，其荷载组合为自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力参照类似工程资料，微、弱风化的花岗岩抗剪断摩擦系数及黏聚力分别取？=
0.85,C=
0.65MPa,基岩允许抗压强度取1430KPao建基面抗滑稳定根据抗抗剪断强度公式计算得Kr=CrA/£P=
0.85*19778+650*
43.12/13044=
3.44[K
3.0,满足抗滑稳定要求2荷载特殊组合⑴为校核洪水位情况，其荷载组合为自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力参照类似工程资料，微、弱风化的花岗岩抗剪断摩擦系数及黏聚力分别取F=
0.85,C=
0.65MPa,基岩允许抗压强度取1430KPao建基面抗滑稳定根据抗抗剪断强度公式计算得K/=PZW+CA/2P=
0.85*19372+650*
43.12/13984=
3.18[K1=
2.5,满足抗滑稳定要求挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核
2.5按照所给基本资料进行挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核，详细写明计算过程和最终结果1荷载基本组合⑵为设计洪水位情况，其荷载组合为自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力
①当计入扬压力时，建基面上、下游边缘垂直正应力分别为“=19778/
43.12+6*-79461/
43.122=
202.27m0,满足要求3,卬/5-6^^/笈=19778/
43.12—6*—79461/
43.122=
715.09阿1430加专业:年级:学号:学生:指导教师:，满足抗压强度要求
②当计入扬压力时，建基面上、下游面剪应力分别为/=（「—《〃—邛）加1=（
51.5*10—
51.5*10—
202.27）*0=0（.）Td=（式+*P）m2=（
715.09+
14.5*10-
14.5*10）*
0.8=
572.07（^），满足要求
③当计入扬压力时，建基面上、下游边缘水平正应力分别为=（P—g，）—（P—g，—5；）ml2=（
51.5*10—
51.5*10）—（
51.5*10—
51.5*10—
202.27）*0=0（他〃）呼=（尸—片）一3+Q.—P）m2=（
14.5*10—
14.5*10）+（
715.09+
14.5*10—
14.5*10）*
0.82=
457.66（他a）满足要求
④当计入扬压力时，建基面上、下游上游边缘主应力分别为坪=（1+加2）3%-（1一琛）向2（）27—（
51.5*10-
51.5*10）*0=
202.27（帅〃）满=I+0*2O2足要求闿，=—匕〃=
51.5*10—
51.5*10=0（仲4）=（l+m22）^-（P-^22=（l+
0.82）*
715.09-（145*10-
14.5*10）*
0.82=
1172.75（幽z）满足要求苣/=尸—匕〃=
14.5*10—
14.5*10=0（@）
⑤当不计入扬压力时，建基面上、下游边缘垂直正应力分别为=29227/
43.12+6*T6139/
43.122满足要求=ZW/B+6Z/32=
528.92@Q0,那=ZW/B+6Z/32=
826.69^1430他〃，满足抗压强度要求
⑥当不计入扬压力时，建基面上、下上游面剪应力分别为d=F—3l=0Kpa0mrd=式7-Pd m2=
545.35@a,满足要求
⑦当计入扬压力时，建基面上、下游边缘水平正应力分别为戈=尸-严-戈ml2=515,00Kpa,满足要求司=,+
②一产加2=
581.28如满足要求
⑧当不计入扬压力时，建基面上、下游上游边缘主应力分别为洋=1+加22；—产*加2=
528.92他幻,满足要求岁=尸=
515.00如〃，满足要求邛=1+m223—户/*m22=
126297.,满足要求/，=P=
145.00@a,满足要求2荷载基本组合⑴为校核洪水位情况，其荷载组合为自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力
①当计入扬压力时，建基面上、下游边缘垂直正应力分别为=^W/B+6^M/B2=
104.08Ap6z0,满足要求^,=^W/B-6^M/B2=
794.438a1430Kpa,满足抗压强度要求
②当计入扬压力时，建基面上、下游面剪应力分别为厂=P—乃，—“德=uKpaod=^+P^-Pm2=
635.54^,满足要求T
③当计入扬压力时，建基面上、下游边缘水平正应力分别为义=P_E TP_PY OKpa二呼=P—P-¥，+E_P应=
508.44C满足要求2
④当计入扬压力时，建基面上、下游上游边缘主应力分别为用=1+川Wy—p—p；ml2=
104.08@Q满足要求2/=p_p=GKpa0印=1+m22式,—2—斤相22=
1302.8730，满足要求矍=p—p=3Kpa
⑤当不计入扬压力时，建基面上、下游边缘垂直正应力分别为洋=Zw/B+6^M/B2=44652他a0,满足要求/+/2=^W B^XM B岑=
914.381430凝m满足抗压强度要求Q
⑥当不计入扬压力时，建基面上、下上游面剪应力分别为厂=（产—叉）血=0（他〃）//=（町—/，）m2=
607.90（@），满足要求
⑦当计入扬压力时，建基面上、下游边缘水平正应力分别为“=产_（产—“）i2=
537.20（胸），满足要求m矍=Pd+0；-产）m22=
640.82（附）,满足要求
⑧当不计入扬压力时，建基面上、下游上游边缘主应力分别为讣=（1+加2遂一产*加2=44652（g）,满足要求肾=P=
537.20（他〃），满足要求邛=（1+m22）式，—/*m22=
1400.70（^）,满足要求；（）满足要求5=P=
154.509Q,
（3）挡水坝段坝体稳定应力计算计算成果本设计荷载仅分析基本组合
（2）及特殊组合
（1）两种情况，坝体稳定应力计算成果见表四，正常工况考虑自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力，非正常工况不计入扬压力表四坝体稳定应力计算成果表挡水坝段建基面处设计校核抗滑稳定安全系数K
3.
443.18a上游边缘垂直正应力
207.
27104.08正常工况下边缘应力b下游边缘垂直正应力
715.
09794.43c上游囿剪应力00d下游面剪应力
572.
07635.54上游边缘水平正应力
515537.2f下游边缘水平正应力
581.
28640.82非正常工况下边缘应力g上游边缘主应力
8528.92；5U=
5156446.52；
5537.202h下游边缘主应力8^=
1262.97；”2=1458^=
1400.70；8d之二为人2023项目基本资料1气候特征
1.1根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14m/s,重现期为50年的年最大风速23m/s,吹程设计洪水位
2.6km,校核洪水位
3.0km最大冻土深度为
1.25mo河流结冰期平均为150天左右，最大冰厚
1.05m工程地质与水文地质
1.2坝址地形地质条件
1.
2.11左岸覆盖层2〜3m,全风化带厚3〜5m,强风化加弱风化带厚3m,微风化厚4mo2河床岩面较平整冲积沙砾层厚约0〜
1.5m,弱风化层厚1m左右，微风化层厚3〜6m坝址处河床岩面高程约在38m左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强3右岸覆盖层3〜5m,全风化带厚5〜7m,强风化带厚1〜3m,弱风化带厚1〜3m,微风化厚1〜4mo天然建筑材料
1.
2.2粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2~3km均可开采，储量足，质量好粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求砂石料满足於重力坝要求水库水位及规模
1.
2.3
①死水位初步确定死库容
0.30亿n,死水位51m
②正常蓄水位
80.0mo注本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力表一坝底高程坝顶高程上游水位下游水位状况上游坡率下游坡率m m mm设计情况
3184.
982.
5045.
50010.8校核情况
3184.
984.
7246.
45010.8本设计仅分析基本组合⑵及特殊组合⑴两种情况基本组合⑵为设计洪水位情况，其荷载组合为自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力特殊组合1为校核洪水位情况，其荷载组合为自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力大坝设计概况
1.3工程等级
1.
3.1本水库死库容
0.3亿m3,最大库容未知，估算约为5亿m3左右根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）,按水库总库容确定本工程等别为II等，工程规模为大
（2）型水库枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物坝型确定
1.
3.2坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关确定本水库大坝为混凝土重力坝基本剖面的拟定
1.
3.3重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求由于作用于上游面的水压力呈三角形分部，所以重力坝的基本剖面是三角形，根据提供的资料，确定坝底宽度为
43.29m（约为坝高的
0.8倍），下游边坡m=
0.8,上游面为铅直设计及计算内容2坝高计算
2.1按照所给基本资料进行坝高计算，详细写明计算过程和最终结果解根据大坝特性表资料，坝高H=坝顶高程-坝底高程=
84.90-
31.00=
53.90m,为中坝挡水坝段剖面设计
2.2按照所给基本资料进行挡水坝段剖面设计，详细写明计算过程和最终结果解1坝顶构造设计坝顶宽度取8%〜10%坝高，且不小于3m,设计坝顶宽度取
4.80m坝顶上游设计防浪墙，墙身采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，高度取
1.35m按设计洪水位计算，宽度取
0.50m,坝顶下游侧设置栏杆2坝底宽度计算根据大坝特性表资料，坝底宽度1=
84.90-
31.00*
0.8=
43.12mo3坝体检查排水廊道、排水管幕设计为了便于检查、观测和排除坝体渗水，在坝体高程
65.00处设置一检查兼作排水用的廊道，廊道断面采用城门洞形，宽度取
1.5m,高度取
2.5m,其上游侧至上游坝面的距离取
0.05~
0.07倍作用水头，且不小于3m,设计取
4.00m为了减小坝体的渗透压力，靠近上游坝面设置排水管幕，排水管幕至上游坝面的距离取1/15〜1/25倍作用水头，且不小于2m,设计取
3.00m,间距取
2.50m,管径取200mm,排水管幕做出铅直，与纵向排水检修廊道相通，渗入排水管的水可汇集到下层纵向廊道，排水管幕上端通至坝顶4坝基灌浆排水廊道设计坝基灌浆排水设置在上游坝踵处，廊道上游侧距上游坝面的距离取
0.05-
0.1倍作用水头，且不小于4〜5m,设计取
4.0m,廊道断面采用城门洞形，宽度取
3.00m,高度取
3.50m,廊道上游侧设排水沟，下游侧设排水孔及扬压力观测孔，廊道底面距离基岩面不小于
1.5倍廊道宽度，设计取
4.00m为减少坝基渗漏，防止较大渗流对坝基产生渗透破坏，减小坝基底面的防渗扬压力，提高坝体的抗滑稳定性，在廊道上游侧布置一排帷幕灌浆，帷幕灌浆深度取
0.05〜
0.07倍作用水头，帷幕灌浆深度设计取
20.00m灌浆帷幕中心线距上游坝面
4.50m帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土后进行，灌浆压力表层不宜小于
1.0-
1.5倍坝前静水头取60m*10KN/m3=600KPa；在孔低不宜小于2〜3倍坝前静水头，取130m*10KN/m3=1300KPa为了充分降低坝底扬压力和排除基岩渗水，在廊道下游侧布置一排排水孔幕,排水孔深度为帷幕灌浆深度的
0.4~
0.6倍，且坝高50m以上的深度不小于10m,排水孔深度设计取
10.00m,孔距取
2.50m,孔径取200mm,排水孔略向下游倾斜，与帷幕灌浆成10交角排水孔中心线距帷幕中心线
2.00m5地基处理基岩开挖的边坡必须保持稳定，两岸岸坡尽量开挖成有足够宽度的台阶状，以确保坝体的侧向稳定对于靠近坝基面的缓倾角软弱夹层，埋藏不深的溶洞、溶浊面应尽量挖除开挖至距利用岩面
0.5〜
1.0m时，应采用手风钻钻孔，小药量爆破，以免产生裂隙或增大裂隙遇到易风化的页岩、黏土岩时，应留
0.2〜
0.3m的保护层，待浇筑混凝土前再挖除坝基应清到比较坚硬完整的岩面，基面平整、水平即可，地基开挖后，在浇筑混凝土前，必须彻底清理、冲洗和修凿，风化、松动、软弱破碎的岩块都要清除干净，突出的尖角要打掉，光滑的岩面要凿毛，并用水冲洗干净，基岩表明不得残留有泥土、石渣、油渍等其它污物，排除基岩面上全部积水，基坑内原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵6坝体材料分区
①上、下游最高水位以上坝体表层采用C
15、W
4、F100厚
3.00m的混凝土
②下游水位变化区的坝体表层采用C
15、W
8、F200厚
3.00m的混凝土
③上、下游最低水位以下坝体表层采用C
20、W
10、F100厚
3.00m的混凝士
④坝体靠近基础的底部采用C
20、W
10、F200厚
8.00m的混凝土，满足强度要求。
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