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重力坝设计例题:
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356.3m,相应的下游水位为332.0m;正常高水位354.0
m;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。岩基为石炭岩,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f?=0.82,凝聚力℃α
=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,fckd强度标准值为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)抗滑稳定验算可用极限状态设计法进行可靠度计算。
重力坝剖面设计图(单位:m)
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,故不计地震影响。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γo=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φ=1.0,
结构系数γa=1.2;偶然组合(校核洪水位)取偶然状况对应的设计状况系数
φ=0.85,结构系数γa=1.2。坝趾抗压强度极限状态的设计状况系数同前,结
构系数γa=1.3。
可靠度设计要求均采用作用(荷载)设计值和材料强度设计值。作用(荷载)标准值乘以作用(荷载)分项系数后的值为作用(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)作用的分项系数查表2-10得: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1.35;因大坝混凝土用90d龄期,大坝混凝土抗压强度材料分项系数取2.0;
热扎I级钢筋强度分项系数为1.15;Ⅱ、Ⅲ、IV级为1.10。材料性能分项系数
中,对于混凝土与岩基间抗剪强度摩擦系数Jek为1.3,凝聚力Cck为3.0。
上游坝踵不出现拉应力极限状态的结构功能极限值为0。下游坝基不能被压坏而允许的抗压强度功能极限值为4000kPa。实体重力坝渗透压力强度系数α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=h?+h?+he
对于安全级别为Ⅱ级的坝,查得安全超高设计洪水位时为0.5m,校核洪
水位时为0.4m。分设计洪水位和校核洪水位两种情况计算。
(1)设计洪水位情况
D风区长度(有效吹程)为0.9kM,v?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
=0.0076×0.7532×2.1407×91.7431=1.124(m)
②波长
=0.331×0.2056×1.8384×91.7431=11.478(m)
③波浪中心线至计算水位的高度:
(m)
△h=1.124+0.346+0.5=1.97(m)
坝顶高程=355+1.97=356.97(m)
(2)校核洪水位情况
D风区长度为0.9km,v计算风速在校核洪水位情况取多年平均年最大风
速的1倍为15m/s。
①波高
=0.0076×0.7980×3.3970×22.9358≈0.473(m)
②波长
=0.331×0.2838×2.6607×22.9358=5.733(m)
③波浪中心线至计算静水位的高度:
(m)
△h=0.473+0.123+0.4=0.996(m)
坝顶高程=356.3+0.996=357.296
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