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1、教学内容板书或旁注1-1我国的水资源及水利工程建设一、我国的水资源1 .我国水资源的分布 我国水资源总量我国多年平均水资源总量为28124.4亿m3,其中河川多年平均年径流量27115.3亿m3,居世界第六位。由于我国人口多，人均水资源量为2163.4m3,仅为世界人均水资源占有量的1/4,列世界第121位,是世界上水资源贫乏的国家。 水资源在空间上分布不合理我国幅员宽阔，自然条件相差悬殊。东南沿海七省区（上海、江苏、福建、广东、广西、海南、台湾）年均水资源量占全国水资源量的25.2%,雨水充足。而西北五省区年均水资源仅为全国年均水资源量的7.9%,地区内干旱少雨。 水资源在时间上分布不合理年
2、际及年内汛期和枯水期的水量相差很大。在汛期（北方69月份为汛期，南方为58月）内可集中全年雨量的60%80%,而枯水季节或枯水年雨量又很小，雨量的偏多或偏少往往造成洪涝或干旱等自然灾难。2 .我国水资源的开发利用水资源的开发应首先考虑水资源的现状和开发的可能性，做到统筹兼顾，综合治理、综合经营，为整个国民经济的发展服务。发电、浇灌、航运、供水、工业生产等用水部门，要制定合理方案，尽量统一各方冲突，使水资源得到最有效利用。建国以后，我国水资源的开发利用以七大水系开发为中心取得了举世著目的成果。其中黄、淮、海、辽四流域水资源利用率达到40%,2000年全国可供水量为6678亿m3,与1980年相比
3、净增供水量1943亿m3。作为农业的基础保证，实现了粮食的自给自足；为我国工业的发展、城镇人民生活水平的提高供应了水源；干旱地区植树种草、蔬菜果树及畜牧业等基本用水渐渐得到保障。二、水利工程水利工程的概念：指对自然界的地表水和地下水进行限制和调配，以达到除害兴利的目的而修建的工程。水利工程按其所担当的任务可分为：1 .河道整治与防洪工程2 .农田水利工程3 .水力发电工程4 .供水和排水工程5 .航运工程教学内容板书或旁注三、我国水利工程建设的发展1 .历史阅历几千年来，勤劳英勇的中国人民为兴水利，除水害进行着坚持不懈的努力，做出了突出的成果，并积累了珍贵的阅历。例如：从春秋时期起先，在黄河下
4、游沿岸修建的堤防，经验代整修加固，己形成1800多公里的黄河大堤，为治河防洪，堤防工程的建设与管理供应了丰富的阅历；公元前485年起先兴建到公元1293年全线通航的京杭大运输河，全长1794公里，是世界上最长的运输河，为当时及今后的南北交通、发展航运等发挥了重要作用；目前浇灌面积达1000多万亩的四川都江堰工程已有2250多年的历史，仍为我国的农业发展发挥着巨大的效益。水利工程建设的成就是我国劳动人民才智的结晶，在旺盛我国经济，发展祖国文化等方面都起到了很好的作用。2 .新中国的水利事业新中国成立以来，我国的水利事业建设得到了较快的发展。十九世纪五十年头初，起先对黄河和淮河进行全流域的规划和治
5、理，依据“统一规划，蓄泄兼顾”的原则，修建了很多山区水库和凹地蓄洪工程，变更了淮河“大雨大灾，小雨小灾，无雨旱灾”的凄惨景象；人民治黄功绩卓著，保证了黄河“伏秋大汛不决口，大河上下报安澜”：1963年起先根治海河,现在全流域已初步形成了防洪除涝体系;到1991年全国整修、新建各类江河堤防、海塘22万Km；水库8.38万座，总库容4677.5亿m3,其中，大型水库367座，库容3400亿m3；水闸2.9万多座，其中，大型水闸320座；建设蓄洪、滞洪区K)O多处，总面积约3万Km2；水电装机由1949年的16万KW增加到3788.35万KW；浇灌面积由1949年的2.4亿亩增加到7.3亿亩，其中5
6、0万亩以上灌区73处；此外还完成了引滦入津、引黄济青、引碧入大等供水工程。这些水利工程，在历次的洪涝灾难中尤其是1991年及1998年的特大洪水灾难中发挥了重要作用，大大减轻了灾难程度。但1991年及1998年洪涝灾难的教训，说明白新中国成立以来大江大河的防洪问题还未彻底根治。因此，要进一步加强对大江大河的治理，从根本上解决水患。1-2水利枢纽和水工建筑物一、水利枢纽1.水利枢纽的概念为了综合利用水资源，达到防洪、浇灌、发电、供水、航运等目的，须要修建儿种不同类型的建筑物，以限制和支配水流，满意国民经济发展的须要，这些建筑物通称为水工建筑物。92.丹江口水利枢纽图示讲解：丹江口水利枢纽布置图枢
7、纽丹江口水利枢纽是南水北调中线渠首蓄水工程，具有防洪、浇灌、发电、航运、渔业等综合效益。二、水工建筑物的分类1 .按建筑物的用途分类 挡水建筑物用以拦截江河，形成水库或壅高水位。如各种坝和闸；以及为抗御洪水或挡潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。 泄水建筑物用以渲泄在各种状况下、特殊是洪水期的多余人库水量，以确保大坝和其他建筑物的平安。如溢流坝、溢洪道、泄洪洞等。 输水建筑物为浇灌、发电、和供水的须要从上游向下游输水用的建筑物，如输水洞、引水管、渠道、渡槽等。 取水建筑物是输水建筑物的首部建筑，如进水闸、扬水站等。 整治建筑物用以整治河道，改善河道的水流条件，如丁坝、顺坝、导流堤、护岸等。 特地
8、建筑物特地为浇灌、发电、供水、过坝须要而修建的建筑物，如电站厂房、沉沙池、船闸、升船机、鱼道、筏道等。2 .按建筑物运用时间分类永久性建筑物这种建筑物在运用期长期运用，依据其在整体工程中的重要性又分为主要建筑物和次要建筑物。主要建筑物是指该建筑物失事后将造成下游灾难或严峻影响工程效益，如闸、坝、泄水建筑物、输水建筑物及水电站厂房等；次要建筑物是指失事后不致造成下游灾难和对工程效益影响不大且易于检修的建筑物，如挡土墙、导流墙、工作桥及护岸等。临时性建筑物这种建筑物仅在工程施工期间运用，如围堰、导流建筑物等。教学内容板书或旁注有些水工建筑物在枢纽中的作用并不是单一的，如溢流坝既能挡水，又能泄水；水
9、闸既可挡水，又能泄水，还可作取水之用。三、水工建筑物的特点1 .工程量大、投资多、工期较长2 .工作条件困难由于水的作用形成了水工建筑物特殊的工作条件：挡水建筑物蓄水以后，除承受一般的地震力和风压力等水平推力外，还承受很大的水压力、浪压力、冰压力、地振动水压力等水平推力，对建筑物的稳定性影响极大；通过水工建筑物和地基的渗流，对建筑物和地基产生渗透压力，还可能产生浸蚀和渗透破坏；当水流通过水工建筑物下泄时，高速水流可能引起建筑物的空蚀、振动以及对下游河床和两岸的冲刷；对于特定的地质条件，水库蓄水后可能诱发地震，进一步恶化建筑物的工作条件。水工建筑物的地基是多种多样的。在岩基中常常遇到节理、裂隙、
10、断层、破裂带及懦弱夹层等地质构造；在土基中，可能遇到粉细沙、淤泥等构成的困难土基。为此，在设计以前必需进行周密的勘测，作出正确的推断，为建筑物的选型和地基处理供应牢靠的依据。3 .施工条件困难水工建筑物的兴建，须要解决好施工导流问题，要求在施工期间，保证建筑物平安的前提下，河水应能顺当下泄，必要的通航、过木要求应能满意，这是水利工程设计和施工中的一个重要课题；其次，工程进度紧迫，工期也比较长，截流、渡汛须要抢时间、争进度，否则将导致拖延工期；第三，施工技术困难，水工建筑物的施工受气候影响较大，如：大体积混凝土的温度限制和困难的地基较难以处理，填土工程要求肯定的含水量和肯定的压实度，雨季施工有很
11、大的困难；第四，地下、水下工程多，排水施工难度比较大；第五，交通运输比较困难，而山峡谷地区更为突出等。4 .对国民经济的影响巨大水利枢纽工程和单项的水工建筑物可以担当防洪、浇灌、发电、航运等任务，同时又可以绿化环境，改良土壤植被，发展旅游，甚至建成美丽的城市等，但是，假如处理不当也可能产生消极的影响。如：水库蓄水越多，则效益越高，沉没损失也越大，不仅导致大量移民和迁建，还可能引起库区四周地下水位的变更，干脆影响到工农业生产，甚至影响生态环境；库尾的泥沙淤积，可能会使航道恶化。堤坝等挡水建筑物万一失事或决口，将会给下游人民的生命财产和国家建设带来灾难性的损失。1975年8月我国河南省遭遇特大洪水
12、，加之板桥、石漫滩两座水库垮坝，使下游UOO万亩农田受淹，京广铁路中断，死亡达9万人。教学内容板书或旁注四、水利水电工程的分等和水工建筑物的分级为了贯彻执行国家的经济和技术政策，达到既平安又经济的目的，应把水利水电枢纽工程按其规模、效益及其在国民经济中的重要性分等，再将枢纽中的不同建筑物按其所属工程的等别和重要性分级。级别高的建筑物，对设计及施工的要求也高，级别低的建筑物则可以适当降低。水利水电枢纽工程和单项用途的永久性水工建筑物的等别依据S1.252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准规定确定。综合利用的水利水电枢纽工程，当按其各项用途分别确定的等别不同时，应按其中的最高等别确定整个工程
13、的等别；多用途的水工建筑物，应依据其各用途相应的等别中最高者和其本身的重要性确定级别。失事后损失巨大或影响特别严峻的水利水电枢纽工程，经论证并报主管部门批准，其24级主要建筑物可提高一级设计，并可按提高后的级别确定洪水标准；失事后造成损失不大的水利水电枢纽工程，经论证并报主管部门批准,其14级主要水工建筑物可降低一级设计，并可按降低后的级别确定洪水标准。水利水电枢纽工程挡水建筑物高度超过表1-3数值者，2、3级建筑物可提高一级设计，但洪水标准不予提高。当水工建筑物基础的工程地质条件困难或实践阅历较少的新型结构时，25级建筑物可提高一级设计，但洪水标准不予提高。五、水利水电工程永久性水工建筑物洪
14、水标准设计永久性建筑物所采纳的洪水标准分为正常运用(设计状况)和特别运用(校核状况)两种状况。应依据工程规模、重要性和基本资料等状况，按山区、丘陵区，平原、滨海区分别确定。在山区、丘陵区，土石坝一旦失事后对下游造成特殊重大灾难时，1级建筑物的校核洪水标准应取可能最大洪水(PME)或100oO年一遇洪水。24级建筑物可提高一级设计，并按提高后的级别确定洪水标准。对混凝土坝、浆砌石坝，假如洪水漫顶将造成严峻的损失时，1级建筑物的校核洪水标准经过特地论证并报主管部门批准，可取可能最大洪水(PME)或100oO年一遇洪水。教学内容板书或旁注1-3水利工程管理一、加强水利工程管理的重要性近年来，随着水利
15、工作改革的不断深化，水利管理体制不断完善，对水利工程管理的相识不断提高。但是，由于过去重建设轻管理，致使管理工作存在诸多问题，如工程老化、失修；人为和生物破坏现象；工程配套不足，设备利用率低；管理技术落后，水平不高；有些工程兴利标准偏低；跑、冒、滴、漏等水量奢侈、能源消耗较大；用水管理制度不严格等现象。特殊是水利工程受外界影响因素多、受力困难，人们对自然规律相识水平有限，水利工程失事危害随社会发展不断加大。因此，工程管理的好坏，不仅干脆影响经济效益的凹凸，而且关系到工农业生产和人民生命财产平安。二、基本任务1 .在保证工程平安和完整的前提不，充分发挥工程效益；2 .验证工程规划、设计的正确性，
16、通过分析、探讨，提高水利工程的科技含量；3 .充分开发、合理利用水资源，实行科学用水；4 .不断总结阅历，提高管理水平，为工程扩建、改建供应资料和数据。三、工作内容1 .组织管理2 .用水管理3 .经营管理4 .工程管理四、工程管理内容1 .限制运用依据水文气象资料、用水要求及国家的方针政策，制定合理的限制运用安排，通过合理的调度，最大限度发挥工程作用，确保工程及防护区的平安。2 .检查和观测为了刚好驾驭水工建筑物的变更规律和性质，预见可能的变更，改善和提高工程的运用条件、验证设计状况，积累资料、不断提高科学技术管理水平，应对建筑物进行常常的、系统的、全面的检查和观测工作。3 .养护和修理水工
17、建筑物在勘测、规划、设计和施工过程中，因各种缘由和客观条件限制，往往存在不同程度缺陷。在长期运用过程中，由于自然条件变更和管理运用不当，将会使工程发生意外的变更。因此，要对工程进行长期监护，发觉问题刚好修理，消退隐患，确保工程完好、平安运行。4 .改建和扩建教学内容板书或旁注当原有工程不能满意新技术、新设备和现代化管理水平要求，在运用中建筑物存在严峻缺陷而一般修理成效不大，或须要扩大服务对象和受效范围时，应对建筑物进行改建和扩建。5.防汛抢险防汛抢险工作中，应立足于大洪水，建立防汛机构，组织好队伍，做好预报，做好防汛抢险的各项打算。以防为主、有备无患，确保平安。1-4本课程的内容和学习方法一、
18、本课程的内容本课程是水利水电类专业的一门主要专业课。其内容主要讲解并描述“三大件”即挡水建筑物、泄水建筑物、用水建筑物的基本的、通用的规律，以及各种水工建筑物的功用、性能、特点、工作条件、形式、构造、材料、地基处理和设计计算的理论和方法，培育学生从水文、地质、地形、建材以及社会发展状况等实际状况动身，分析和解决水工建筑物的总体布置、设计计算和工程管理的实力。二、本课程的学习方法(1)学习的过程应当是不断复习巩固并适当开拓已学过的基本理论、基础学问和基本技能，以提高理论分析和解决实际问题实力的过程。(2)理论与实际相结合(3)做好课程设计及习题作业。(4)主动阅读参考书籍、文献和资料，开拓学问面
19、。其次章重力坝2-1概述一、重力坝的特点1.优点: 工作平安，运行牢靠。重力坝剖面尺寸大，坝内应力较小，筑坝材料强度较高，耐久性好。因此，反抗洪水漫顶、渗漏、侵蚀、地震和斗争等破坏的实力都比较强。据统计，在各种坝型中，重力坝失事率相对较低。 对地形、地质条件适应性强。任何形态的河谷都可以修建重力坝。对地质条件要求相对较低，般修建在岩基上，当坝高不大时，也可修建在土基上。 泄洪便利，导流简洁。可采纳坝顶溢流，也可在坝内设泄水孔，不需设置溢洪道和泄水隧洞，枢纽布置紧凑。在施工期可以利用坝体导流，不需另设导流隧洞。 施工便利，维护简洁。大体积混凝土,可以采纳机械化施工，在教学内容板书或旁注放样、立模
20、和混凝土浇筑等环节都比较便利。在后期维护，扩建，补强，修亚等方面也比较简洁。受力明确，结构简洁。重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构简洁，受力明确，稳定和应力计算都比较简洁。2.缺点： 坝体剖面尺寸大，材料用量多，材料的强度不能得到充分发挥。 坝体与坝基接触面积大，坝底扬压力大，对坝体稳定不利。 坝体体积大，混凝土在凝聚过程中产生大量水化热和硬化收缩，将引起不利的温度应力和收缩应力。因此，在浇筑混凝土时，须要有较严格的温度限制措施。二.重力坝的分类 按坝的高度分类。坝凹凸于30m的为低坝，高于70m的为高坝，介于30m70m之间的为中坝。坝高是指坝基最低面（不含局部有深槽或井
21、、洞部位）至坝顶路面的高度。 按泄水条件分类。有溢流重力坝和非溢流重力坝。溢流坝段和坝内设有泄水孔的坝段统称为泄水坝段，非溢流坝段也叫挡水坝段。 按筑坝材料分类。有混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 按坝体结构型式分类。实体重力坝；宽缝重力坝；空腹（腹孔）重力坝；预应力锚固重力坝；装配式重力坝；支墩坝（大头坝、连拱坝、平板坝）。 按施工方法分类。有浇筑混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝。碾压混凝土重力坝剖面与实体重力坝剖面类似。2-2非溢流坝的剖面设计一.剖面设计的基本原则1 .基本原则 满意稳定和强度要求，保证大坝平安； 工程量小，造价低； 结构合理，运用便利； 利于施工，便利修理。2 .剖面拟定的步
22、骤拟定基本剖面；依据运用以及其它要求，将基本剖面修改成好用剖面；对好用剖面进行应力分析和稳定验算，按规范要求，经过几次反复修正和计算后，得到合理的设计剖面。二.重力坝的基本剖面图示讲解：重力坝的基本剖面重力坝的基本剖面：重力坝承受的主要荷载是静水压力，限制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。作用于上游面的水平水压力呈三角形分布，而且三角形剖面外形简洁，底面和基础接触面积大，稳定性好,重力坝的基本剖面是上游近于垂直的三角形。理论分析和工程实践证明，混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1323坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定性；上游坝坡系数常采纳n=00.2,下游坝坡系数常采纳m
23、=0.60.8,坝底宽约为B=(0.70.9)H(H为坝高或最大挡水深度)，基本剖面的拟定，采纳工程类比法，确定详细尺寸，简便合理，胜利率高。三.非溢流重力坝的好用剖面基本剖面拟定后，要进一步依据作用在坝体上的全部荷载以及运用条件，考虑坝顶交通、设备和防浪墙布置、施工和检修等综合须要，把基本剖面修改成好用剖面。1 .坝顶宽度为了满意运用、施工和交通的须要，坝顶必需有肯定的宽度。当有交通要求时，应按交通要求布置。一般状况坝顶宽度可采纳坝高的8-10%,且不小于3m。碾压混凝土坝坝顶宽不小于5m；当坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度要满意安装门机轨道的要求。2 .坝顶高程为了交通和运用管理的平安，非
24、溢流重力坝的坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游的防浪墙顶的高程应高于波浪高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差足h=h1.%+hz+hc式中Ah一防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差。（m）；h1.%超值累积频率为1%时波浪高度（m）；hz一一波浪中心线高出正常蓄水位或校核洪水位的高度（m）；he平安超高（m）。图示讲解：波浪的几何要素（波高h1.为波峰到波谷的高度；波长1.为波峰到波峰的距离；波浪中心线高出静水面肯定高度hZo）波浪几何要素及风区长度（八）波浪要素；（b）、（c）风区长度官厅水库公式（适用于峡谷水库）丝=0.331匕-匕一吟二0.0076K式中VO一计算风速（m）,是指水面以上
25、Iom处IOmin的多年风速平均值，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采纳相应洪水期多年平均最大风速的1.52.0倍，校核洪水位时，宜采纳相应洪水期最大风速的多年平均值；D风区长度（有效吹程）（m）,是指风作用于水域的长度，为自坝前教学内容板书或旁注沿风向到对岸的距离；当风区长片B小于12倍计算波长时，用风区距离）；水域不规则时，按规范要1.汕；t211Hh.=-Cth1.1.式中H坝前水深，（m）。坝顶高程或坝顶上游防浪墙龙坝顶或防浪墙顶高程=设计洪坝顶或防浪墙顶高程=设计洪当坝顶设防浪墙时，坝顶高不程不得低于波浪顶高程。3.坝顶布置 坝顶结构布置的原则：平 坝顶结构型式：坝顶部分R拱桥或桥
26、梁结构型式；坝顶建成弟闭机铺设隐型轨道。 坝顶排水：一般都排向上 坝顶防浪墙：高度一般为冲击，与坝体坚固地连在一-起，E设止水。4.好用剖面形式图示讲解：坝体好用剖面的K之内水面由局部缩窄，且缩窄处的宽度长度D=5B（也不小于坝前到缩窄处的求计算。象顶高程按下式计算，并选用较大值：水位+Ah设水位+zh校?不得低于相应的静水位，防浪墙顶高安、经济、合理、好用。Ii向上游；坝顶部分伸向下游，并做成巨形实体结构，必要时为移动式闸门启游。1.2m,厚度应能反抗波浪及漂移物的京浪墙在坝体分缝处也留伸缩缝，缝内二游坝面型式非溢流坝剖面形态铅直坝面，上游坝面为铅直面，便于施工，利于布置进水口、I画教学内容
27、板书或旁注门和拦污设备，但是可能会使下游坝面产生拉应力，此时可修改下游坝坡系数m值；斜坡坝面，当坝基条件较差时，可利用斜面上的水重，提高坝体的稳定性；折坡坝面，是最常用的好用剖面。既可利用上游坝面的水重增加稳定，又可利用折坡点以上的铅直面布置进水口，还可以避开空库时下游坝面产生拉应力，折坡点（1323坝前水深）处应进行强度和稳定演算。坝底一般应按规定置于坚硬簇新岩基上，10Om以下重力坝坝基灌浆廊道距岩基和上游坝面应不小于5m。好用剖面应当以剖面的基本参数为依据，以强度和稳定为约束条件，建立坝体工程量最小的目标函数，进行优化设计，确定最终的设计方案和相关尺寸。教学内容板书或旁注2-3重力坝的荷
28、载及组合一.重力坝的荷载图示讲解：重力坝的荷载主要：自重；静水压力；动水压力；淤沙压力；浪压力；扬压力；冰压力；地震荷载；土压力；其它荷载。取单位坝长(Im)计算坝体自重和坝面水压力计算图1 .自重(包括永久设备自重)坝体自重W标准值计算公式：W=Vyc(kNm)式中：V一一坝体体积(m3),常将坝体断面分解成矩形、三角形计算。一一坝体混凝土的重度(kNm3)o依据选定的协作比通过试验确定,一般采纳23.524.0kNm3o计算自重时，坝上永久性的固定设备，如闸门、固定式启闭机的重量也应计算在内，坝内较大的孔洞应当扣除。坝体自重的作用分项系数为1.0。永久设备自重的作用分项系数，当其作用效应对
29、结构不利时采纳1.05,有利时采纳0.95。2 .静水压力静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载。分解为水平水压力(PH)和垂直水压力(PV)o溢流堰前水平水压力以(PH1.)表示PV=VWyw(kNm)1PH=2H2(kNm)y*PH1.=2(H2-h2)(kNm)式中VW斜坡面上水体体积(m3)；H一一计算点处的作用水头(m)；h堰顶溢流水深(m)；丫w水的重度(kNm3)o静水压力分项系数采纳1.Oo合力作用点在压力图剖面形心处。3 .动水压力溢流坝下游反弧段，在高速水流作用下的时均压力和脉动压力叫动水压力。动水压力的水平分力代表值Pxr和垂直分力代表值Pyr为Pxr=qPwv(cos2-
30、cos1)(N/m)Pyr=qPwv(sin2+sin1)(N/m)式中q一相应设计状况下反弧段上的单宽流量m3/(s.m)；Pw水的密度kgm3;V反弧段最低点处的断面平均流速(ms)41、2分别为反弧段圆心竖线左、右的中心角，取其肯定值。PXr和Pyr的作用点可近似的认为在反弧段长度的中点。反弧段上动水压力(离心力)的作用分项系数采纳1.1。因溢流坝顶和坝面上的脉动压力对坝体稳定和坝内应力影响很小，可以不计；当引起结构振动和影响结构平安时应计入。4 .淤沙压力概念：入库水流挟带的泥沙在水库中淤积，淤积在坝前的泥沙对坝面产生的压力。图示讲解：淤沙压力计算淤沙压力计算图淤积的规律是从库首至坝前
31、，随水深的增加而流速减小，沉积的粒径由粗到细，坝前淤积的是极细的泥沙，淤积泥沙的深度和内摩擦角随时间在变更，一般计算年限取50100年。单位坝长上的水平淤沙压力标准值Psk为7面（45。-多Psk=22（kN/m）式中了Sb淤沙的浮重度（kNm3）,sb=/sd-（1-n）/Wsd淤沙的干重度（kNm3）:w水的重度（kNm3）;n淤沙的孔隙率；hs坝前估算的泥沙淤积厚度（m）；s一一淤沙的内摩擦角（）o当上游坝面倾斜时，应计入竖向淤沙压力，按淤沙的浮重度计算。淤沙压力的作用分项系数采纳1.2o5.浪压力浪压力概念：水库表面波浪对建筑物产生的拍击力。浪压力的影响因素较多，呈动态变更，可取不利状
32、况计算。浪压力的作用分项系数应采纳1.2o图示讲解：做a附波浪压力分布（八）深水波；（b）浅水波；（C）破裂波临界水深HCr的计算公式：教学内容板书或旁注%/In(1.+2哂%)4万1.-2三种波态状况的浪压力分布不同，浪压力计算公式如下：1._ 深水波：当坝前水深大于半波长，即H2时，波浪运动不受库底的约束。P1.=吟(%+hz)4(kNm) 浅水波：水深小于半波长而大于临界水深Her,即1.2HHcr时，波浪运动受到库底的影响。P1.=2(h1.%+hZ)(/HP1.f)+HP1.f211HP1.f=了h1%sech1. 破裂波：水深小于临界水深，即HCHcr时，波浪发生破裂。AP1.=2
33、)h1.%+(0.7+)HPO=Koyh1%6.扬压力扬压力=渗透压力+浮托力。渗透压力：由上下游水位差产生的渗流而在坝内或坝基面上形成的向上的压力。浮托力：由下游水深沉没坝体计算截面而产生向上的压力。坝底面上的扬压力图示讲解：岩基上坝底扬压力确定I-排水孔中心线；2-主排水孔；3-副排水孔坝底面扬压力分布图（八）实体重力坝；（b）宽缝重力坝及大头支墩坝；（C）拱坝；（d）空腹重力坝；（e）坝基设有抽排系统；（f）未设帷幕及排水孔 当坝基设有防渗和排水幕时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为H1.；排水孔中心线处的扬压力作用水头为H2+H（H=HI-H2）;下游（坝趾）处为H2；三者之间用
34、直线连接。 当坝基设有防渗帷幕、上游主排水孔幕、下游副排水孔及抽排系统时，坝底面上游处的扬压力作用水头为H1.,下游坝趾处为H2,主、副排水孔中心线处分别为1H1、O2H2,其间各段用直线连接。 当坝基无防渗、排水幕时，坝底面上游处的扬压力作用水头为H1.,下游处为H2,其间用直线连接。坝体内部扬压力图示讲解：由于坝体混凝土是透水的，在水头差的作用下，产生坝体渗流，引起坝Jtuaifi内扬压力I-坝内排水管；2-排水管中心线图2-12坝体计算截面上扬压力分布（八）实体重力坝；（b）宽缝重力坝；（C）空腹重力坝扬压力作用分项系数 浮托力的作用分项系数均采纳1.0； 渗透压力的作用分项系数，对于实
35、体重力坝采纳1.2；对于宽缝重力坝，大头支墩坝、空腹重力坝采纳1.1。 若坝基下游设置抽排系统，主排水孔之前扬压力的作用分项系数采纳1.1,主排水孔之后的残余扬压力的作用分项系数采纳1.2。7 .冰压力冰压力概念：冰对建筑物的作用力。静冰压力：水库表面结冰后，体积增加约9%,在气温回升时，冰盖加速膨胀，受到坝面和库岸的约束，在坝面上产生的压力。动冰压力：冰盖解冻，冰块顺风顺水漂流撞击在坝面、闸门或闸墩上的撞击力。静冰压力的作用分项系数采纳1.1.o动冰压力的分项系数也可采纳1.1.o8 .地震作用教学内容板书或旁注地震作用概念：在地震区建坝，必需考虑地震的影响。地震时，地震力施加于结构上的动态
36、作用。重力坝抗震计算应考虑的地震作用为：地震惯性力、地振动水压力和地振动土压力。i般状况下，进行抗震计算时的上游水位可采纳正常蓄水位。地震对建筑物的影响程度，常用地震烈度表示。地震烈度分为12度。烈度越大，对建筑物的破坏越大，抗震设计要求越高。基本烈度：水工建筑物所在地区肯定时期内（约100年）可能遇到的地震最大烈度；设计烈度：抗震设计时实际采纳的地震烈度。一般状况采纳基本烈度作为设计烈度；对于I级挡水建筑物，应依据其重要性和遭遇震害后的危急性，可在基本烈度的基础上提高一度。对于设计烈度为6度及其以下的地区不考虑地震荷载；设计烈度在79度（含7度和9度）时，应考虑地震荷载；设计烈度在9度以上时
37、，应进行特地探讨。对设计烈度为6度以上超过200m的高坝和设计烈度7度以上，超过15Om的大（1）型工程，其抗震设防依据应依据特地的地震危急性分析成果评定。校核烈度应比设计烈度高1/2或1度，也可以用该地区最大可能烈度进行校核，此时允许局部破坏但不危及整体平安。地震惯性力地振动水压力9.其它荷载常见的其它荷载有：土压力、温度荷载、灌浆压力、风荷载、雪荷载、坝顶车辆荷载、永久设备荷载等。土压力分主动土压力和被动土压力，依据详细状况确定。温度荷载是指建筑物受环境温度变更、水泥水化热的产生或散失时受坝基和其它结构约束而产生的温度应力。正常运用期靠合理设置温度缝来消退温度应力；施工期的水化热靠采纳低热
38、水泥、实行温控措施等来消退温度应力。虽然在稳定和应力分析时不计入，但结构设计应引起重视。灌浆压力应在施工时要严格限制，防止因压力太大破坏建筑物.风荷载、雪荷载、车辆荷载、人群荷载、永久设备荷载等。在重力坝全部荷载中占比重很小，一般忽视不计。但这些荷载对某些局部结构是特别重要的。例如：溢流坝坝顶桥梁，启闭机房，启闭机架等，在结构分析计算时，必需计入这些荷载。教学内容板书或旁注2-3重力坝的荷载及组合二、重力坝的荷载和作用及其组合1 .荷载的作用 永久作用包括：坝体自重和永久性设备自重；淤沙压力（有排沙设施时可列为可变作用）；土压力。 可变作用包括：静水压力；扬压力（包括渗透压力和浮托力）；动水压
39、力（包括水流离心力，水流冲击力，脉动压力等）；浪压力；冰压力（包括静冰压力和动冰压力）；风雪荷载；机动荷载。 偶然作用包括：地震作用；校核洪水位时的静水压力。2 .荷载的组合按承载实力极限状态设计时，混凝土重力坝应考虑基本组合和偶然组合两种作用效应组合。按正常运用极限状态设计时，混凝土重力坝应考虑短期组合和长期组合两种作用效应组合。在设计混凝土重力坝坝体剖面时，应依据承载实力极限状态计算基本组合和偶然组合。荷载作用的基本组合。荷载作用的偶然组合3 .荷载作用分项系数依据荷载作用的特点，有不同的分项系数.2-4重力坝的抗滑稳定分析及应力分析一.抗滑稳定计算截面的选取重力坝的稳定应依据坝基的质条件
40、和坝体剖面形式，选择受力大，抗剪强度较低，最简洁产生滑动的截面作为计算截面。重力坝抗滑稳定计算主要是核算坝基面及混凝土层面上的滑动稳定性。另外当坝基内有懦弱夹层、缓倾角结构面时，也应核算其深层滑动稳定性。二.重力坝抗滑稳定计算重力坝的抗滑稳定按承载实力极限状态计算，认为滑动面为胶结面，滑动体为刚体。此时滑动面上的滑动力作为效应函数，阻滑力为抗力函数，并认为承载实力达到极限状态时刚体处于极限平衡状态。1 .抗滑稳定极限状态设计表达式基本组合极限状态设计表达式：九ws0gg-q2,教学内容板书或旁注偶然组合极限状态设计表达式：1Jfk、九WS%G*,YqQk,Ak,ak)%w/1，桁/抗滑稳定极限
41、状态作用效应函数：S()=PR或S()=PC抗滑稳定极限状态抗力函数：R()=汽WR+4AR或R()二%WC+ccAC2 .深层抗滑稳定分析当坝基岩体内存在着不利的懦弱夹层或缓倾角断层时，坝体有可能沿着坝基懦弱面产生深层滑动，其计算原理与坝基面抗滑稳定计算相同。若实际工中地基内存在相互切割的多条懦弱夹层，构成多斜面深层滑动，计算时选择几个比较危急的滑动面进行试算，然后做出比较分析推断。3 .抗剪断参数的选取/Rfcc,Rcc的值，干脆关系到工程的平安性和经济性，必需合理地选用。一般状况下，应经试验测定，且每一主要工程地质单元的野外试验不得少于4组；选取这些参数值时，应结合现场的实际状况，参照工
42、程地质条件类似的工程阅历，并考虑坝基岩体经工程处理后可能达到的效果，经地质、试验和设计人员共同分析探讨进行适当调整后确定，中型工程的中、低坝，若无条件进行野外试验，应进行室内试验，并参照地质条件类似工程的阅历数据选用，小型工程的低坝无试验资料时，可参照地质条件类似工程的试验成果和阅历数据选用，坝体混凝土与基岩接触面抗剪断参数的计算参考值见D1.51081999混凝土重力坝设计规范。三.提高坝体抗滑稳定的工程措施除了增加坝体自重外，提高坝体抗滑稳定的工程措施，主要围围着增加阻滑力、削减滑动力的原则，通过多方案技术经济比较，确定最佳方案组合。常采纳以下工程措施。1.利用水重当坝底面与基岩间的抗剪强
43、度参数较小时，常将上游坝面做成倾向上游的斜面，利用坝面上的水重来提高坝体的抗滑稳定性。但应留意，上游坝面的坡度不宜过缓，否则，在上游坝面简洁产生拉应力，对坝体强度不利。教学内容板书或旁注2.采纳有利的开挖轮廓线图示讲解：nnVVJrr(6)(C)图2-13坝基开挖轮廓开挖坝基时，最好利用岩面的自然坡度，使坝基面倾向上游。有时，有意将坝踵高程降低，使坝基面倾向上游，但这种做法将加大上游水压力，增加开挖量和混凝土浇筑量，故很少采纳。当坝基比较坚实时，可以开挖成锯齿状，形成局部的倾向上游的斜面，这种方法已广泛采纳。3.设置齿墙4.抽水措施当下游水位较高，坝体承受的浮托力较大时，可考虑在坝基面上设置排
44、水系统，定时抽水以削减坝底浮托力。如：我国的龚嘴工程，下游水深达30m,实行抽水措施后，浮托力只按IOm水深计算，节约了坝体混凝土浇筑量。5.加固地基:帷幕灌浆、固结灌浆以及断层、懦弱夹层的处理等。6.横缝灌浆：将部分坝段或整个坝体的横缝进行局部或全部灌浆，以增加坝的整体性和稳定性。7.预加应力措施在靠近坝体上游面，采纳深孔锚固高强度钢索，并施加预应力，既可增加坝体的抗滑稳定，又可消退坝踵处的拉应力，国外有些支墩坝，在坝趾处采纳施加预应力的措施，变更合力R的方向，使2PVPH增大，从而提高了坝体的抗滑稳定性O8.防渗排水在坝基内布置防渗排水幕、保证排水畅通，降低扬压力，定。有利于稳9.空腹抛石
45、教学内容板书或旁注假如是空腹重力坝或宽缝重力坝，可在空腔内填块石，提高坝体稳定性。四重力坝的应力分析（一）.应力分析方法重力坝的应力分析方法可以归结为理论计算和模型试验两大类，模型试验费用大，历时长，对于中小型工程，一般可只进行理论计算。计算机的出现使理论计算中的数值解析法发展很快，对于一般的平面问题，常常可以不做试验，主要依靠理论计算解决问题。下面对目前常用的几种应力分析方法做一简要介绍。1 .模型试验法目前常用的试验方法有光测法、脆性材料法和电测法。光测方法有偏光弹性试验和激光全息试验，主要解决弹性应力分析问题。脆性材料方法和电测方法除能进行弹性应力分析外，还能进行破坏试验，近期发展起来的地质力学模型试验方法，可以进行困难地基的试验。此外，利用模型试验还可以进行坝体温度场和动力分析等方面的探讨。模型试验方法在模拟材料特性、施加自重荷载和地基渗流等方面得到广泛应用，但目前仍存在一些问题，有待进一步探讨和改进。2 .材料力学法这是应用最广泛、最简便、也是重力坝设汁规范中规定采纳的计算方法。材料力学法不考虑地基的影响，假定水平截面上的正应力。y按直线分布，使计算结果在地基旁边约1/3坝高范围内，与实际状况不符。但这个方法有长期的实践阅历。多年的工程实践证明，对于中等高度的坝，应用这一方法，并按规定的指标进行设计，是可
