第三章补充材料1-重力坝非溢流剖面设计实例.ppt

* * 一、基本资料 某高山峡谷地区规划的水利枢纽，拟定坝型为混凝土重力坝，其任务以防洪为主、兼顾灌溉、发电，为3级建筑物，试根据提供的资料设计非溢流坝剖面。 （1）水电规划成果 上游设计洪水位为355.0m，相应的下游水位为331.0m；上游校核洪水位356.0m ，相应的下游水位为332.0m；正常蓄水位354.0m；死水位339.5m。 （2）地质资料 河床高程328.0m，约有1～2m覆盖层，清基后新鲜岩石表面最低高程为326.0m。岩基为石灰岩，节理裂隙少，地质构造良好。抗剪断强度取其分布的0.2分位值为标准值，则摩擦系数 =0.82，凝聚力 =0.6MPa。 （3）其它有关资料 河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1m。泥沙浮重度为6.5kN/ m3 ，内摩擦角φ=18°。 枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。 坝体混凝土重度γc =24kN/m3，地震设计烈度为6度。拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，抗压强度标准值fck为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。 二、设计要求 （1）拟定坝体剖面尺寸 确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。 （2）荷载计算及作用组合 该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。列表计算其作用标准值和设计值。 （3）极限状态验算 用分项系数极限状态设计法，验算重力坝沿坝基面的抗滑稳定、坝趾抗压强度以及坝踵不出现垂直拉应力三种极限状态。 三、非溢流坝剖面的设计 （一）资料分析 该水利枢纽位于高山峡谷地区，波浪要素的计算可选用官厅公式。因地震设计烈度为6度，故可不进行抗震计算。大坝以防洪为主，3级建筑物，对应可靠度设计中的结构安全级别为Ⅱ级，相应结构重要性系数γ0=1.0。坝体上的荷载分两种组合，基本组合（设计洪水位）取持久状况对应的设计状况系数ψ=1.0，抗滑稳定极限状态的结构系数γd =1.2，坝趾抗压极限状态的结构系数γd =1.8 ；偶然组合（校核洪水位）取偶然状况对应的设计状况系数ψ=0.85，抗滑稳定极限状态的结构系数γd =1.2，坝趾抗压极限状态的结构系数γd =1.8 。 抗滑稳定和坝趾抗压强度极限状态属承载能力极限状态，设计要求采用荷载设计值和材料强度设计值。荷载标准值乘以荷载分项系数后的值为荷载设计值；材料强度标准值除以材料性能分项系数后的值为材料强度设计值。本设计有关荷载的分项系数查《混凝土重力坝设计规范（DL5108－1999）》：自重为1.0；静水压力为1.0；渗透压力为1.2；浮托力为1.0；淤沙压力为1.2；浪压力为1.2。混凝土材料的强度分项系数为1.5；对于混凝土与岩基间抗剪强度摩擦系数为1.3，凝聚力为3.0。 上游坝踵不出现拉应力极限状态属正常使用极限状态，结构功能极限值为0，设计要求采用荷载标准值和材料强度标准值。 下游坝基不能被压坏而允许的抗压强度设计值为4000kPa。实体重力坝扬压力折减系数为0.25。 （二）非溢流坝剖面尺寸拟定 （1）坝顶高程的确定 坝顶在水库静水位以上的超高： △h=hl%+hz+hc 对于安全级别为Ⅱ级的坝，查得安全超高hc正常蓄水位时为0.5 m，校核洪水位时为0.4 m。分正常蓄水位和校核洪水位两种情况计算。 1）正常蓄水位情况 风区长度（有效吹程） D为0.9km，V0计算风速在设计洪水情况下取多年平均年最大风速的2倍为30m/s。 ①波高 ②波长 ③波浪中心线至计算水位的高度 △h=1.395+0.535+0.5=2.43m 防浪墙高程=354+2.43=356.4m ②波长 ③波浪中心线至计算水位的高度 △h=0.586+0.189+0.4=1.175m 防浪墙高程=356.0+1.175=357.2m 2）校核洪水位情况 风区长度D为0.9km，V0计算风速在校核洪水位情况取多年平均年最大风速15m/s。 ①波高 取上述