2022年重力坝抗滑稳定及应力计算.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 项目名称：几内亚凯勒塔项目阶段：复核阶段KALETA 水电站工程运算书名称：重力坝抗滑稳固及应力运算审查：校核：运算：黄河勘测规划设计Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二一二年四月名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录1.运算说明 . 11.1 目的与要求 . 11.2 基本数据 . 12.运算参数和讨论方法 . 12.1 荷载组合 . 12.2 运算参数及掌握标准 . 22.3 运算理论和方法 . 33.

2、运算过程 . 43.1 荷载运算 . 43.1.1 自重 . 43.1.2 水压力 . 43.1.3 扬压力 . 83.1.4 地震荷载 . 103.2 安全系数及应力运算 . 124.结果汇总 . 171 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.1 目的与要求以下运算是有关挡水坝段、 溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳固性和基底应力运算；1.2 基本数据正常蓄水位： 110m；设计洪水位：；校核洪水位：；大坝设计洪水标准为 100 年一遇,校核洪水标准为 1000 年一遇；坝址区地震惊峰值加速度为g=/s2,地震惊反

3、应周期为 0.25s ,相应的地震基本烈度为 7 度,本工程抗震设计烈度为 7 度；运算选取的挡水坝段坝顶高程,坝基底高程,坝高22m,坝顶宽 5m；上游坝面竖直,下游坝坡在高程以上竖直,在高程以下坡度为 1:0.75 ；运算选取的溢流坝段堰顶高程,坝基底高程,坝高14m,上游坝面竖直,下游坝坡在 m 高程以上为 Creager 剖面,在 m 高程以下坡度为 1:0.85 ；正常蓄水位时,溢流坝段下游无水；设计洪水位时,下游水位；校核洪水位时,下游水 位；进水口坝段顶高程,坝基底高程,坝高2m,顶宽,上游坝坡为1:0.25 ,下游坝坡在高程以上竖直,在；底孔坝段顶高程,坝基底高程,坝高,顶宽,

4、上游坝面竖直,下游坝坡在高 程以上竖直,在；2.1 荷载组合作用在坝上的主要荷载包括：坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力；基本组合：正常蓄水位情形上游水位设计洪水位情形上游水位特别组合：校核洪水位情形上游水位地震情形正常蓄水位 +地震荷载1 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2 运算参数及掌握标准 水容重 w3 混凝土容重 c：24KN/m3坝址区岩体主要为坚硬的辉绿岩和砂岩,大坝的建基面基本上分布在弱风化的辉绿岩和砂岩上；坝基面抗滑稳固运算的岩体及混凝土物理力学参数按表 1-1取值,坝基面抗滑稳固安全系数

5、和坝基应力应满意表1-2 规定的数值；由于碾压混凝土坝的碾压层面的结合质量受材料性质、混凝土协作比、 施工工艺、施工治理水平以及施工现场气候条件等很多因素的影响,简单成为坝体的薄弱环节, 所以需要核算沿坝体混凝土碾压层面的抗滑稳固,坝体碾压层面的抗滑稳固运算采纳抗剪断公式, 安全系数值的掌握标准应符合表 1-2 的要求；依据国内体会,碾压层面的抗剪断参数可取：f=1.0,c=1.0MPa ；表 1-1 抗滑稳固运算岩体及混凝土力学参数抗剪断强度 抗剪强度 抗剪断强度岩性岩体岩体砼 /岩体f cMPa f cMPaf cMPa 辉绿岩 0 砂岩 0 表 1-2 抗滑稳固安全系数和坝基容许应力抗滑

6、稳固安全系数 坝基应力 MPa 运算工况 抗剪安全系 抗剪断安全坝踵 坝趾数【 K】系数【 K】基本 正常蓄水位情形 0 0 0 0 坝基容许应力重力坝坝基面坝踵、 坝趾的垂直应力在运用期的各种荷载组合下地震荷载除外,坝踵垂直应力不应显现拉应力,坝趾垂直应力应小于坝基容许压应力；2 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.3 运算理论和方法混凝土重力坝坝体稳固采纳刚体极限平稳法运算,分别运算各坝段不同水平截面包括坝体混凝土碾压层面、坝体混凝土-基岩结合面上的外加荷载及应力,并运算出抗剪和抗剪断稳固安全系数,以及坝基截

7、面的垂直应力；为了确保结构即使在排水系统失效时也能安全运行,全水头；本次设计时扬压力考虑式中： KKfW抗剪强度运算公式PKfWPCA抗剪断强度运算公式按抗剪断强度运算的抗滑稳固安全系数；f坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数；f坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；KPa ；C坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝结力,A坝基接触面截面积, m2； W 作用于坝体上的全部荷载对于运算滑动面的法向分值,KN； P作用于坝体上的全部荷载对于运算滑动面的切向分值,KN；坝基截面的垂直应力按下式运算：式中：WMxyAJy坝踵、坝趾垂直应力, KPa ；KN； W 作用于坝段上或 1m 坝长上的全部荷载在

8、坝基截面上法向力总和, M作用于坝段上或 1m 坝长上的全部荷载对坝基截面形心轴的力矩总和, KN.m ；A坝段或 1m 坝长的坝基截面积, m2；x坝基截面上运算点到形心轴的距离,m；J坝段或者 1m 坝长的坝基截面对形心轴的惯性矩,m4；3 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.1 荷载运算自重各种工况下,建筑物的自重均相同；挡水坝段：单宽坝段 1m 坝长断面面积 A1=2单宽坝段断面自重 G1向下为正方向单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂L1=-向右为正方向力矩 MG1=KN.m 顺时针方向为正溢流坝段：单宽坝

9、段 1m 坝长断面面积 A1=m2单宽坝段断面自重G1= KN向下为正方向单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂 L1=-m向右为正方向力矩 MG1= KN.m 顺时针方向为正进水口坝段：单宽坝段 1m 坝长断面面积 A1=m 2单宽坝段断面自重G1=KN向下为正方向单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂 L1=m向右为正方向力矩 MG1=KN.m 顺时针方向为正底孔坝段：单宽坝段 1m 坝长断面面积 A1=m2单宽坝段断面自重G1=KN向下为正方向单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂 L1=-m向右为正方向力矩 MG1=-KN.m 顺时针方向为正水压力水压力分为水平向静水压力、竖向水压力溢流坝段泄洪时、地震

10、情形下的动水压力此荷载为地震荷载 ；1、水平向静水压力1挡水坝段4 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 正常蓄水位情形：上游水深 Hu1= 上游水压力 Pu1= 力臂 Lu1=6m 力矩 MPu1 设计洪水位情形：上游水深 Hu2= 上游水压力 Pu2 力臂 Lu2= 力矩 MPu2 校核洪水位情形：上游水深 Hu3= 上游水压力 Pu3力臂 Lu3= 力矩 MPu32溢流坝段 正常蓄水位情形：上游水深 Hu1= 上游水压力 Pu1 力臂 Lu1= 力矩 MPu1 设计洪水位情形：上游水深 Hu2= 上游水压力 Pu

11、2 力臂 Lu2=m 力矩 MPu2= 下游水深 Hd2= 下游水压力 Pd2 力臂 Ld2= 力矩 MPd2 5 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 校核洪水位情形：上游水深 Hu3=17.3m 上游水压力 Pu3=KN 力臂 Lu3=m 力矩 MPu3= 下游水深 Hd3= 下游水压力 Pd3 力臂 Ld3= 力矩 MPd33进水口坝段正常蓄水位情形：上游水深 Hu1=m 上游水压力 Pu1=KN 力臂 Lu1=m 力矩 MPu1= 设计洪水位情形：上游水深 Hu2=m 上游水压力 Pu2=KN 力臂 Lu2=m

12、 力矩 MPu2= 校核洪水位情形：上游水深 Hu3=m 上游水压力 Pu3=KN 力臂 Lu3=m 力矩 MPu3= 4底孔坝段正常蓄水位情形：上游水深 Hu1=m 上游水压力 Pu1=KN 力臂 Lu1=m 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 力矩 MPu1= 设计洪水位情形：上游水深 Hu2=m 上游水压力 Pu2=KN 力臂 Lu2=m 力矩 MPu2= 校核洪水位情形：上游水深 Hu3=m 上游水压力 Pu3=KN 力臂 Lu3=m 力矩 MPu3= 2、竖向水压力 竖向水压力是在溢流坝段泄洪时作用在溢

13、流坝面上的水压力,水面线按堰上水深和下游水深的平均初估；设计洪水位情形：单宽坝段上水风光积 A2=2 单宽坝段上水重 G2= 力臂 L2= 力矩 MG2= 校核洪水位情形：单宽坝段上水风光积A3=2单宽坝段上水重 G3 力臂 L3= 力矩 MG3= 进水口坝段斜断面上水重 正常蓄水位情形：上游水深 Hu1=m 上游水压力 Gw1=KN 力臂 Lu1=m 力矩 Mw1= 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 设计洪水位情形：上游水深 Hu2=m 上游水压力 Gw2=KN 力臂 Lu2=m 力矩 Mw2= 校核洪水位情

14、形：上游水深 Hu3=m 上游水压力 Gw3=KN 力臂 Lu3=m 力矩 Mw3= 扬压力为了确保结构即使在排水系统失效时也能安全运行,全水头；本次设计时扬压力考虑坝底面上游处的扬压力作用水头为Hu上游水深,下游处为Hd下游水深,其间以直线连接；1挡水坝段 正常蓄水位情形：上游水深 Hu1= 扬压力 U1 力臂 Lu1= 力矩 MU1 设计洪水位情形：上游水深 Hu2= 扬压力 U2=-1693KN 力臂 Lu2= 力矩 MU2 校核洪水位情形：上游水深 Hu3= 扬压力 U38 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - -

15、- 力臂 Lu3= 力矩 MU32溢流坝段 正常蓄水位情形：上游水深 Hu1= 下游水深 Hd1=0m 扬压力 U1 力臂 Lu1=m 力矩 MU1= 设计洪水位情形：上游水深 Hu2= 下游水深 Hd2= 扬压力 U2=KN 力臂 Lu2=m 力矩 MU2= 校核洪水位情形：上游水深 Hu3= 下游水深 Hd3= 扬压力 U3=KN 力臂 Lu3=m 力矩 MU3= 3进水口坝段正常蓄水位情形：上游水深 Hu1=m 扬压力 U1=-KN 力臂 Lu1=-m 力矩 MU1= 设计洪水位情形：上游水深 Hu2=m 扬压力 U2=-KN 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共

16、 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 力臂 Lu2=-m 力矩 MU2= 校核洪水位情形：上游水深 Hu3=m 扬压力 U3=-KN 力臂 Lu3=-m 力矩 MU3= 4底孔坝段 正常蓄水位情形：上游水深 Hu1=m 扬压力 U1=-KN 力臂 Lu1=-m 力矩 MU1= 设计洪水位情形：上游水深 Hu2=m 扬压力 U2=-KN 力臂 Lu2=-m 力矩 MU2= 校核洪水位情形：上游水深 Hu3=m 扬压力 U3=-KN 力臂 Lu3=-m 力矩 MU3= 地震荷载一般情形下,混凝土重力坝在抗震设计中可以只计入顺水流向的水平向地震 作用；抗震运算考虑的地震作用包括

17、建筑物自重和地震惯性力,水平向地震作用 的动水压力,此时,大坝上游水位采纳正常蓄水位；1、地震惯性力 采纳拟静力法运算重力坝地震作用效应时,沿建筑物高度作用于质点 i 的水10 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 平向地震惯性力代表值按下式运算：F i h G Ei a i / g式中： h水平向设计地震加速度代表值,取；GEi集中在质点 i 的重力作用标准值； 运算系数,拟静力法运算地震作用效应时一般取 0.25；ai质点 i 的动态分布系数；g重力加速度, g=/s2；其中动态分布系数按下式运算：a i1 .

18、411n4 h i/H444G Eihj/H1G Ei式中： n坝体运算质点总数；H坝高；hi、hj分别为质点 i、j 的高度；GE产生地震惯性力的建筑物总重力作用的标准值；依据以上公式运算：挡水坝段：地震惯性力 Fi 力臂 L= 力矩 MFi 溢流坝段：地震惯性力 Fi 力臂 L= 力矩 MFi 进水口坝段：地震惯性力 Fi=KN 力臂 L=m 力矩 MFi= 底孔坝段：地震惯性力 Fi=KN 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 力臂 L=m 力矩 MFi= 2、动水压力 0 处,其代表值 F0 按下式运算

19、：式中：F 0.0 65hwH20h水平向设计地震加速度代表值,取； w水体质量密度标准值； 运算系数,拟静力法运算地震作用效应时一般取 0.25；H0水深；依据以上公式运算：挡水坝段：动水压力 F0 力臂 L= 力矩 MF0 溢流坝段：动水压力 F0 力臂 L= 力矩 MF0 进水口坝段：动水压力 F0=KN 力臂 L=m 力矩 MF0= 底孔坝段：动水压力 F0=KN 力臂 L=m 力矩 MF0= 3.2 安全系数及应力运算坝址区岩体主要为坚硬的辉绿岩和砂岩,大坝的建基面基本上分布在弱风化的辉绿岩和砂岩上； 依据地质报告的描述, 挡水坝段的建基面基本都在弱风化的12 名师归纳总结 - -

20、- - - - -第 14 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辉绿岩上,因此,运算采纳辉绿岩的参数；溢流坝段部位的辉绿岩厚度较小,其 建基面大部分位于砂岩上,为安全起见,运算采纳砂岩的参数；1挡水坝段 正常蓄水位情形：坝基面法向作用之和 W= 坝基面切向作用之和 P= 力矩之和 M= 设计洪水情形：坝基面法向作用之和 W=3060KN 坝基面切向作用之和 P= 力矩之和 M= 校核洪水情形：坝基面法向作用之和 W= 坝基面切向作用之和 P= 力矩之和 M= 地震 +正常蓄水位情形：坝基面法向作用之和 W= 坝基面切向作用之和 P= 力矩之和 M= 安全系数及基底

21、应力运算结果：荷载工况正常蓄水位设计洪水校核洪水地震WKN3060 PKNMKN.m f 运算参数 cMPa f 安全系数K- K 基底应力 maxKPa 13 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - minKPa 2溢流坝段正常蓄水位情形：坝基面法向作用之和 W= 坝基面切向作用之和 P= 力矩之和 M= 设计洪水情形：坝基面法向作用之和 W= 坝基面切向作用之和 P= 力矩之和 M= 校核洪水情形：坝基面法向作用之和 W= 坝基面切向作用之和 P= 力矩之和 M= 地震 +正常蓄水位情形：坝基面法向作用之和 W=

22、坝基面切向作用之和 P= 力矩之和 M= 安全系数及基底应力运算结果：工况正常蓄水位设计洪水校核洪水地震WKN荷载PKNMKN.m f 运算参数 cMPa f 安全系数K- K 基底应力 maxKPa 14 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - minKPa 3进水口坝段正常蓄水位情形：坝基面法向作用之和 W=KN 坝基面切向作用之和 P=KN 力矩之和 M= 设计洪水情形：坝基面法向作用之和 W=KN 坝基面切向作用之和 P=KN 力矩之和 M= 校核洪水情形：坝基面法向作用之和 W=KN 坝基面切向作用之和 P=

23、KN 力矩之和 M= 地震 +正常蓄水位情形：坝基面法向作用之和 W=KN 坝基面切向作用之和 P=KN 力矩之和 M= 安全系数及基底应力运算结果：工况正常蓄水位设计洪水校核洪水地震WKN荷载PKNMKN.m f运算参数 cMPa f 安全系数K- K 基底应力 maxKPa 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - minKPa 2底孔坝段正常蓄水位情形：坝基面法向作用之和 W=KN 坝基面切向作用之和 P=KN 力矩之和 M= 设计洪水情形：坝基面法向作用之和 W=KN 坝基面切向作用之和 P=KN 力矩之和

24、 M= 校核洪水情形：坝基面法向作用之和 W=KN 坝基面切向作用之和 P=KN 力矩之和 M= 地震 +正常蓄水位情形：坝基面法向作用之和 W=KN 坝基面切向作用之和 P=KN 力矩之和 M= 安全系数及基底应力运算结果：工况正常蓄水位设计洪水校核洪水地震WKN荷载PKNMKN.m f 运算参数 cMPa f 安全系数K- K 基底应力 maxKPa 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - minKPa 4.结果汇总稳固及应力运算结果汇总见表 4-1 和表 4-2；表 4-1 挡水坝段抗滑稳固安全系数和坝基应

25、力运算结果抗滑稳固安全系数 坝基应力 Mpa 抗剪安全 抗剪断安全运算工况系数 系数 坝踵 坝趾K K基本组 正常蓄水情形合 设计洪水情形校核洪水情形特别组正常蓄水位 +合- 地震表 4-2 溢流坝段抗滑稳固安全系数和坝基应力运算结果抗滑稳固安全系数 坝基应力 Mpa 抗剪安全 抗剪断安全运算工况系数 系数 坝踵 坝趾K K基本组 正常蓄水情形合 设计洪水情形校核洪水情形特别组正常蓄水位 +地合- 震表 4-3 进水口坝段抗滑稳固安全系数和坝基应力运算结果17 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 抗滑稳固安全系数 坝基应力 Mpa 基本组运算工况抗剪安全抗剪断安全坝踵坝趾系数系数K K正常蓄水情形合设计洪水情形坝基应力 Mpa 校核洪水情形特别组正常蓄水位 + 地震- 合表 4-4 底孔坝段抗滑稳固安全系数和坝基应力运算结果抗滑稳固安全系数基本组运算工况抗剪安全抗剪断安全坝踵坝趾系数系数K K正常蓄水情形设计洪水情形合特别组校核洪水情形正常蓄水位 +地 震- 合运算结果说明, 即使在排水系统失效时, 大坝沿坝基的抗滑稳固安全系数仍然满意规定的数值,坝基应力满意坝基承载力的要求,大坝是安全的；18 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 20 页