重力坝设计.xls

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1、开开敞敞式式溢溢流流堰堰水水力力计计算算 开开敞敞式式溢溢流流堰堰泄泄流流能能力力计计算算公公式式： 式子：Q流量，m3/s； B溢流堰净宽，m； Hw堰顶以上作用水头，m； m流量系数，见表C1（混凝土重力坝设计规范P71）； C上游面坡度影响修正系数，上游面为铅直面时，C=1.0； 侧收缩系数，据闸墩厚度及墩头形状而定，=0.90.95； s淹没系数，视淹没程度而定，不淹没时s=1.0。 QCmsBHwHdHw/HdHmax P（上游堰 高） 0.0001.00.4260.931.0150.01.29601.626 9.3071.00.4260.931.0150.51.2960.38581

2、.626 12.2341.00.4260.931.0150.61.2960.4631.626 15.4161.00.4260.931.0150.71.2960.54011.626 18.8351.00.4260.931.0150.81.2960.61731.626 22.4751.00.4260.931.0150.91.2960.69441.626 26.3231.00.4260.931.0151.01.2960.77161.626 29.5441.01.00.4260.4260.930.931.01.015151.081.081.2960.83331.626 29.4211.00.4260.

3、931.0151.0771.0771.2960.8311.626 39.0171.00.4260.931.0151.31.2961.00311.626 43.6041.00.4260.931.0151.41.2961.08021.626 54.2761.01.00.4260.4260.930.931.01.015151.621.621.2961.251.626 63.2531.00.4960.931.0151.6211.6211.2961.25081.626 经经水水文文计计算算： 1、Q设设=29.4m3/s；对对应应水水位位=258.08 2、Q校校=54.3m3/s对对应应水水位位=25

4、8.62=258.62 3、堰堰顶顶高高程程：=257.0 。 4、坝坝顶顶高高程程：=260.0（反反推推计计算算得得） 2/3 2 Ws HgBCmQ P/Hd 4.62963 4.62963 4.62963 4.62963 4.62963 4.62963 4.62963 4.62963 4.62963 4.62963 4.62963 4.62963 4.62963 坝坝顶顶高高程程的的确确定定 坝坝顶顶计计算算公公式式： H=h静+h h=hl+h0+hc hl=0.0166V5/4D1/3 L=10.4hl0.8 基基本本数数据据 工工况况 设设计计洪洪水水位位校校核核洪洪水水位位 2

5、58.08258.08258.62258.62 多多年年平平均均最最大大风风速速 V018.0018.0012.0012.00 吹吹程程假假定定D0.800.80 Pi3.1415926543.141592654 坝坝基基高高程程226.70226.70 hl波波高高0.5713409880.571340988 0.3441765750.344176575 L波波长长6.6458363796.645836379 4.4305575864.430557586 安安全全超超高高 设设计计情情况况校校核核情情况况 0.30.200.20 ex7.66474E+12 4.56382E+19 e-x1.

6、30468E-13 4.71253E-20 cth1.0001.001.025649890.63 Hz波波浪浪中中心心线线高高 于于静静水水位位的的高高度度 0.154308906 0.083995129 0.1714023 坝坝顶顶高高程程259.11259.25 取取两两者者较较大大值值 259.25 260260 坝坝顶顶宽宽度度12.00 L H cth L h hz l 2 2 开开敞敞式式溢溢流流堰堰的的堰堰面面曲曲线线计计算算 一一、堰堰顶顶下下游游段段堰堰面面曲曲线线 式中 ： Hd定型设计水头，按堰顶最大作用水头Hmax的75%95%计算 K，n与上游面倾斜坡度有关的参数，当

7、上游面垂直，k=2.0，n=1.85 X，Y以溢流坝顶点为坐标原点的坐标，X以向下有为正，Y以向下为正。 表表一一基基本本数数据据 HmaxHdkn备注 32.421.85取Hmax的80%计 32.2521.850.75 32.8521.850.95 表表二二堰堰面面曲曲线线 X011.522.53 Y0.80.0000.2380.5030.8561.2941.813 Y0.750.0000.2510.5310.9051.3671.916 Y0.950.0000.2050.4350.7401.1181.567 二二、堰堰顶顶上上游游段段堰堰面面曲曲线线 上游坝面为铅直面，R1，R2，R3等参

8、数见下表 Ri R1R2R3Hd为2.4米， R1=0.5Hd， R2=0.2Hd， R3=0.04Hd 1.20.480.096 L（距原点水 平距离） 0.175Hd0.276Hd0.282Hd 0.4200.6620.6772.400 9.557.16259.0725 Hd7 7. .5 5 x01234567 y0.000.090.330.691.171.772.483.30 y0.000.170.300.420.540.660.770.87 1/m1.282 Hw0.51.01.52.02.53.03.54.0 Hw/Hd0.0670.1330.2000.2670.3330.4000

9、.4670.533 m0.4360.4360.4360.4360.4360.4360.446 Hw/Hd0.40.50.60.70.80.911.1 Hw/P0 0. .4 43 36 60 0. .4 45 51 10 0. .4 46 64 40 0. .4 47 76 60 0. .4 48 86 60 0. .4 49 94 40 0. .5 50 01 10 0. .5 50 07 7 C1.000 B24 g9.8 s1 0.936 ykHx n d n) 1( m0 0. .4 43 36 60 0. .4 43 36 60 0. .4 43 36 60 0. .4 43 36

10、60 0. .4 43 36 60 0. .4 43 36 60 0. .4 44 46 60 0. .4 45 55 5 H0.511.522.533.54 Q15.33143.36179.660122.644171.400225.312290.437362.007 0.1750.2760.282 x1.31252.072.115 0.50.20.04 R3.751.50.3 hpHyiqcoshp 1.02697.543.71432.3 0.615032 1.1984760.171576433 1.02681.182490.155689676 1.02671.1664980.1397982

11、47 1.02661.1505020.123902145 1.02651.1345010.108001368 1.02641.1184960.092095913 1.02631.1024860.07618578 1.02621.0864710.060270967 1.02611.0704510.044351471 1.0261.0544270.02842729 1.02591.0383980.012498424 1.02581.022365 -0.003435131 1.02571.006327 -0.019373375 3.5 2.412 2.548 2.084 89101111.0111.

12、111.1411.1611.18 4.235.256.397.627.637.747.807.827.85 0.981.081.181.2811.2821.2911.291.29671.298719 4.55.05.56.06.57.07.58.08.5 0.6000.6670.7330.8000.8670.9331.0001.0671.133 1.21.3 0 0. .5 51 10 0. .5 51 13 3 K，n与上游面倾斜坡度有关的参数，当上游面垂直，k=2.0，n=1.85 X，Y以溢流坝顶点为坐标原点的坐标，X以向下有为正，Y以向下为正。 0 0. .4 46 64 40 0.

13、.4 47 72 20 0. .4 47 79 90 0. .4 48 86 60 0. .4 49 91 10 0. .4 49 96 60 0. .5 50 01 10 0. .5 50 05 50 0. .5 50 08 8 4.555.566.577.588.5 440.506524.822614.461710.360809.220913.574 1023.398 1136.4271252.008 6.856.96.9577.057.17.157.27.25 9.09.510.0 1.2001.2671.333 0 0. .5 51 10 0. .5 51 12 20 0. .5 51

14、 13 30 0. .5 51 13 30 0. .5 51 13 3 99.51010.511 1369.459 1490.9751613.364 1735.867 1861.322 7.37.357.47.457.57.557.67.657.7 7.757.87.857.97.9588.058.18.15 8.28.258.38.358.48.458.58.558.6 8.658.78.758.88.858.98.9599.05 9.19.159.29.259.39.359.49.459.5 9.55 一一、基基本本数数据据 尺尺寸寸数数据据 其中：H1设计洪水位与正常高水位，h1为相应下

15、游水位。 H2较核洪水位，h2为相应下游水位。 H3泥砂淤积高程。 H0河床清基后高程。 H坝顶高程。 YnnYmmb 100.25.20.75 地地质质数数据据 其中：砂泥砂干容重（KN/m3），空隙率，内摩擦角。 L1坝基帷幕灌浆距上游坝踵，L2排水孔幕距坝锺，剩余水头系数。 T坝体计算断面沿上、下游方向的长度，m。 地震设计烈度为6级。 砂（KN/m3）砂（KN/m3）砼（KN/m3） 水（KN/m3）砂 6.51324100.35 二二、坝坝基基面面强强度度几几抗抗滑滑稳稳定定计计算算 注注：a.重重心心位位置置于于W1与与W2之之间间。 b.重重心心位位置置于于W3与与W1之之间间。

16、 判判断断重重心心位位置置： T/2关系判断下游面b上游面 13.18满满足足a17.3654 判判断断力力矩矩的的正正（+）、负负（-） 深深水水波波、浅浅水水波波判判断断 H（坝高）（波长）设计深深、浅浅水水波波判判断断 306.65H2/=3.352 故故，波波浪浪压压力力按按深深水水波波计计算算 荷载计算公式 垂直力 自重 W1 3600.00 W25166.34 W3960.00 水压 P1 P2 水重 Q1316.00 Q2400.00 Q387.50 浪压力 Pk 泥砂压力 Pm1 Pm280.09 小计10609.92 扬压力 u11318.0 u2671.886 u3467.

17、16 u4545.02 小计 合计10609.923002.07 1、基基本本荷荷载载组组合合（正正常常蓄蓄水水位位） 1 （1）抗滑稳定计算 抗剪公式： （W-U）Pf K KK 7607.85653990.480.61.141.141.05 抗剪断公式： （W-U）Pf C 7607.8573990.4800.58590.0026.36 （2）坝坝基基面面强强度度计计算算 1.上上下下游游边边界界垂垂直直正正应应力力计计算算 yu上游边缘垂直正应力（不计扬压力时）； yd下游边缘垂直正应力（不计扬压力时）； yu上游边缘垂直正应力（计扬压力时）； yd下游边缘正应力（计扬压力时）； a.考

18、考虑虑扬扬压压力力时时 （单单位位：KN，KN/m2） 计算公式： （W-U）MTyuyd 7607.8565-13461.6226.361 17 72 2. .3 37 74 40 04 4. .8 85 5 b.不不考考虑虑扬扬压压力力时时 WMTyuyd 10609.9225-3038.8726.363 37 76 6. .2 26 64 42 28 8. .7 74 4 可可见见，上上游游面面为为压压应应力力，下下游游面面计计和和不不计计扬扬压压力力均均小小于于坝坝基基允允许许压压应应力力。 考虑计与不计扬压力。因为，扬压力是一种可能存在而不一定存在的荷载，而且扬压力不是一个准确计算得

19、值。 2.2.主主应应力力计计算算 2 6 T M T W y （参阅重力坝潘家铮主编，P115） 1u上游边缘垂直正应力（计扬压力时）； 1d下游边缘垂直正应力（计扬压力时）； 1u上游边缘垂直正应力（不计扬压力时）； 1d下游边缘正应力（不计扬压力时）； a.计计扬扬压压力力时时， 1u=yu（1+n2）1u1u 1d1d n 1d=yd（1+m2）179.27179.27603.23603.230.20 b.不不计计扬扬压压力力时时， 1u=yu（1+n2）-n2pu1u1u1d1dyu 1d=yd（1+m2）-m2pd380.15380.15614.32614.32376.26 3 3

20、 2.2.主主应应力力计计算算 坝坝体体剖剖面面拟拟定定 （计计算算设设计计工工况况） HH0H1h1H2h2 179.3149.3177.2154.3178.45154.7 ff CL1L2 180.60.585905.36.8 水平力 对坝底中心点力臂（m） 力矩 逆时针+顺时针为- 6.686.6824048.00 -1.618300.58 10.5110092.80 3892.059.336196.065 1251.67208.33 11.183532.88 11.854738.67 12.011051.17 67.26525.931743.96 55.20925.681418.03

21、211.37390973.70782.0834658 12.44996.28 4170.689212 180.20892645034.9848073.85587 0 000 -0.14-0.14-94.06404 9.789.784568.8248 10.9110.915947.984933 45034.9858496.60 4170.69180.21 3990.48 K KK 5.005.002.53.0 抗压 1850 抗压 1850 考虑计与不计扬压力。因为，扬压力是一种可能存在而不一定存在的荷载，而且扬压力不是一个准确计算得值。 myuyd 0.70172.37404.85 ydpuP

22、1pd=P2（H1-H0） 428.74279.0050.0083.783.7 H3 160.4 TT-L2 0.30.326.3619.56 -3038.87-3038.87 -13461.62-13461.62 重重力力坝坝稳稳定定计计算算 基本数据泄流量Q 坝顶高程259.25上游水位548.0堰顶净宽B 坝基高程467.0相应下游水位 490.0闸门高h 三角形顶点高程553.0泥沙高程502.51 坝顶宽b6.0f抗剪断摩擦系数0.82 下游坡率m0.8c抗剪断凝聚力100.01 上游坡率n0.0r砼 2.42 风速V013.0r水1.0g 吹程假定D15.0r沙1.4y计算水深 荷

23、载大小力臂力矩 V1坝自重6922.711.2 77395.3 V2坝自重-4174.627.5 -114858.9 V3下游水自重206.3-27.6 -5685.9 H1上游静水压力-3280.527.0 -88573.5 H2下游静水压力264.57.7 2027.8 H3泥沙压力-252.111.8 -2982.6 H4浪压力-1.280.4 -96.9 H5动水压力0.0 0.0 V7动水重0.0000 0.0 V8扬压力-1542.80.0 0.0 V9扬压力-210.331.4 -6592.6 V10扬压力-31.927.8 -885.3 V11扬压力-174.24.2 -728

24、.3 持久状况基本组合WPUM 合计(正常情况)2954.3-3269.3-1959.2-132774.6 Ks2.3 结论满足=3.0 不不计计扬扬压压力力 水平截面上正应力yu-133.0 yd221.1 剪应力u0.0pu81.0 d154.5pd23.0 水平正应力xu81.0 xd143.5 主应力1u-133.0 1d341.6 2u81.0 2d23.0 x0.010.020.030.0 x 内内部部应应力力计计算算 坝内水平截面上正应力a221.1b-5.3 y=221.1168.3115.562.7 坝内剪应力a1154.5b1-4.9 154.5106.358.210.0

25、坝内水平正应力a2143.5b2-3.3 d0.5u0.0 x143.5115.193.074.4 坝内主应力 1341.6251.3163.580.2 223.032.045.057.0 1-119.2-119.3-124.294.0 计计扬扬压压力力 y浮托力-23.0x xy0.0 全断面渗透压力 a36.5b30.1 y全断面渗透压力0.01.01.92.9 x=y 0.0 y局部三角形断面渗透压力 r0.1p051.5 a43.6b4-0.2 y3.61.90.3-1.3 yu-7.4 yd3.6 o点下游段 o下游水位以上(y为计算断面水深)a52.8b5-0.1 o下游水位以下a

26、52.8b5-0.1 剪应力xy(o 以上）2.81.91.10.3 o下游水位以下2.81.71.00.7 o点上游段 a50.0b50.1 剪应力xy尾水以上 剪应力xy尾水以下 水平正应力(o点下游段)a62.2b6-0.03 水平正应力尾水位以下-0.065 x水平正应力尾水位以上2.21.91.51.2 x水平正应力尾水位以下2.21.82.02.7 o点上游段 a60.0b6-10.3 x水平正应力尾水位以上 x水平正应力尾水位以下 扬扬压压力力情情况况 x66.360.050.040.0 y-19.4-20.1-20.8-21.4 x水平正应力尾水位以上-20.8-20.2-19

27、.5-18.9 x水平正应力尾水位以下-20.8-20.2-19.1-17.4 剪应力xy尾水以上2.81.91.10.3 剪应力xy尾水以下2.81.71.00.7 总总 应应 力力 y201.6148.294.741.3 x水平正应力尾水位以上122.794.973.555.5 x水平正应力尾水位以下122.794.873.957.0 剪应力xy尾水以上157.3108.359.310.3 剪应力xy尾水以下157.3108.059.210.7 主主应应力力 1324.3233.0144.360.9 2尾水位以上0.010.023.935.9 2尾水位以下0.010.224.335.9 1

28、尾水位以上-119.2-119.6-125.486.9 1尾水位以上（度）-119.2-119.6-125.784.4 参参考考检检验验计计算算应应力力检检验验(应应用用期期） yu-173.2坝面正应力y yd202.8 不不计计扬扬压压力力 ymax221.1 u0.0ymin-128.9 d140.3 计计扬扬压压力力 ymax201.6 xu81.0ymin-152.8 xd132.4 0.0 24.0L坝轴线下游宽67.1 7.0帷幕灌浆廊道离坝轴线距离5.0 52.0帷幕灌浆廊道离排水管中心线距离 2.0 22.0坝底宽67.1 0.5 H水头差58.0 0.1坝高-207.75

29、9.8宽高比-0.32 81.0 计扬压力情况 WPUM 995.1-3269.3-1959.2-140980.8 40.050.059.366.3 0.07.0 9.9-42.8-91.9-128.9 c10.0 -38.1-86.3-131.1-164.8 重重力力坝坝稳稳定定计计算算 不不计计扬扬压压力力 内内部部应应力力计计算算 c20.0d20.0 p-58.0 56.135.210.7-12.4 77.690.9100.2104.1 -11.5-98.5-181.4-245.4 -92.4-103.1-107.8-110.8 3.94.85.76.4 -3.0-4.6-6.1-7.

30、3 c50.0 c50.00190 -0.6-1.4-2.2-2.8 0.71.21.92.7 c50.0 c5尾水位以下-0.1 -2.4 -5.3 c60.0d60.0 c60.0d60.0 0.90.60.30.1 3.85.47.28.7 c60.0d60.0 c60.00.031 0.3-71.8 0.38.7 30.020.07.00.0 -22.1-22.8-23.4-23.9 -18.2-17.6-16.6-88.3 -15.3-12.8-9.80.8 -0.6-1.4-2.2-5.1 0.71.21.9-2.6 -12.2-65.6-115.3-152.8 37.917.7-

31、5.9-100.7 计计扬扬压压力力 扬扬压压力力情情况况 总总 应应 力力 40.822.41.0-11.6 -38.7-87.7-133.3-169.9 -37.4-85.1-129.2-167.4 59.073.183.545.2 -33.2-121.1-204.7-298.6 -31.5-117.4-198.9-263.8 -89.7-101.5-106.3-127.7 -85.9-98.4-103.3-105.5 坝体最小主应力min = r*H/420.3 =0 坝基容许应力-263.8=0(压应力） =0 坝面正应力y 重力坝稳定计算 基本数据泄流量Q1080.0 坝顶高程259

32、.25上游水位553.8堰顶净宽B24.0 坝基高程467.0相应下游水位493.6闸门高h7.0 三角形顶点高程552.0泥沙高程502.5152.0 坝顶宽b6.0f抗剪断摩擦系数0.8222.0 下游坡率m0.8c抗剪断凝聚力 133.010.5 上游坡率n0.0r砼2.420.2 风速V013.0r水1.0g9.8 吹程假定D15.0r沙 1.4 y计算水深86.8 荷载大小力臂 力矩 V1坝自重6762.611.174726.7 V2坝自重-4160.227.1-112839.8 V3下游水自重276.8-26.2 -7258.1 H1上游静水压力-3767.128.9 -10899

33、5.3 H2下游静水压力354.88.9 3151.0 H3泥沙压力-252.111.8 -2982.6 H4浪压力-1.286.2 -103.9 H5动水压力-24.7-28.0 691.8 V7动水重28.8629-33.2 -956.8 V8扬压力-1766.20.0 0.0 V9扬压力-218.131.0 -6753.1 V10扬压力-36.127.3 -986.0 V11扬压力-267.64.1 -1083.6计扬压力情况 持久状况基本组合WPUMW 合计（校核情况)2908.0-3690.2-2288.0-154567.0620.0 Ks2.0 结论满足=2.5 不计扬压力情况 水

34、平截面上正应力yu-167.1 yd254.8 剪应力u0.0pu86.8 d178.0pd26.6 水平正应力xu86.8 xd165.5 主应力1u-167.1 1d393.7 2u86.8 2d26.6 x0.010.020.030.040.0 x 内部应力计算 坝内水平截面上正应力a254.8b-6.4 y=254.8191.2127.663.90.3 坝内剪应力a1178.0b1-5.7c1 178.0121.464.98.3-48.3 坝内水平正应力a2165.5b2-3.9c2 d0.5u0.0p x165.5131.2104.782.761.7 坝内主应力 1393.7286.

35、3182.085.888.2 226.636.150.360.8-26.2 1-119.2-119.6-125.765.2-90.3 计扬压力 y浮托力-26.6x xy0.0 全断面渗透压力 a310.1b30.2 y全断面渗透压力0.01.53.04.66.1 x=y 0.0 y局部三角形断面渗透压力 r0.1p050.1 a43.5b4-0.2 y3.51.90.2-1.4-3.0 yu-7.3 yd3.5 o点下游段 o下游水位以上(y为计算断面水深)a52.7b5-0.1c5 o下游水位以下a52.7b5-0.1c5 剪应力xy(o 以上）2.71.91.00.1-0.7 o下游水位

36、以下2.71.61.00.60.7 o点上游段 a50.0b50.1c5 c5尾水位以下 剪应力xy尾水以上 剪应力xy尾水以下 水平正应力(o点下游段)a62.1b6-0.04c6 水平正应力尾水位以下-0.067c6 x水平正应力尾水位以上2.11.81.41.00.7 x水平正应力尾水位以下2.11.71.92.63.7 o点上游段 a60.0b6-10.0c6 c6 x水平正应力尾水位以上 x水平正应力尾水位以下 扬压力情况 x66.360.050.040.030.0 y-23.1-23.2-23.4-23.5-23.6 x水平正应力尾水位以上-24.5-23.4-22.2-21.0-

37、19.9 x水平正应力尾水位以下-24.5-23.4-21.7-19.5-16.8 剪应力xy尾水以上2.71.91.00.1-0.7 剪应力xy尾水以下2.71.61.00.60.7 总总 应应 力力 y231.7167.9104.240.5-23.3 x水平正应力尾水位以上141.0107.882.561.641.8 x水平正应力尾水位以下141.0107.883.063.244.9 剪应力xy尾水以上180.7123.365.98.4-49.0 剪应力xy尾水以下180.7123.165.89.0-47.5 主主应应力力 1372.7264.8160.164.668.1 2尾水位以上0.

38、011.026.637.5-49.5 2尾水位以下0.011.226.937.4-47.7 1尾水位以上-119.2-119.9-126.760.5-88.6 1尾水位以上（度）-119.2-119.8-127.060.1-85.4 参参考考检检验验计计算算应应力力检检验验(应应用用期期） yu-213.7坝面正应力y yd232.4 不不计计扬扬压压力力 ymax254.8=0 d160.5 计计扬扬压压力力 ymax231.7坝基容许应力 xu86.8ymin-190.9=0 xd151.8 L坝轴线下游宽66.3 帷幕灌浆廊道离坝轴线距离5.0 帷幕灌浆廊道离排水管中心线距离2.0 坝底

39、宽 66.3 H水头差60.2 坝高-207.75 宽高比-0.32 鼻坎高程495.0 PUM -3690.2-2288.0-163389.8 50.059.366.3 0.07.0 -63.4-122.6-167.1 0.0 -104.8-157.4-197.0 0.1d20.0 -60.2 38.511.8-13.1 104.1115.8121.4 -129.0-226.5-301.6 -100.7-105.1-107.8 重力坝稳定计算 7.69.010.1 -4.6-6.1-7.3 0.0 0.00191 -1.6-2.4-3.0 1.21.92.7 0.0 -0.1 -2.6 -5

40、.5 0.0d60.0 0.0d60.0 0.30.0-0.3 5.37.08.6 0.0d60.0 0.00.0 0.0-70.1 0.08.6 20.07.00.0 -23.7-23.7-23.8 -18.7-17.6-86.9 -13.8-10.60.6 -1.6-2.4-5.6 1.21.9-2.8 -87.0-146.3-190.9 19.8-5.8-100.0 24.71.3-12.5 -106.4-159.8-202.6 -103.7-155.5-199.8 85.498.562.2 -152.7-250.6-353.1 -148.9-244.6-320.5 -99.5-104.1-121.5 -96.9-101.5-103.6 坝体最小主应力min 1520MPa(1MPa相当于100t/m2)-301.6= r*H/421.7 -320.5=0(压应力） 总总 应应 力力 坝面正应力y