(完整ppt)第3章挡水建筑物课件.ppt

1、挡水建筑物是水利枢纽中最重要的水工建筑挡水建筑物是水利枢纽中最重要的水工建筑物。各种坝的类型较多，下图为几种坝的类物。各种坝的类型较多，下图为几种坝的类型示意图。型示意图。坝的类型示意图坝的类型示意图（a a）重力坝重力坝（b b）拱坝拱坝（c c）支墩坝）支墩坝（d d）预应力锚固坝）预应力锚固坝（e e）桩基锚固坝）桩基锚固坝（f f）橡胶坝）橡胶坝（g g）土石坝土石坝 1 1预应力锚索预应力锚索 2 2桩桩 3 3橡胶袋橡胶袋1.重力坝概述2.重力坝的特点3.重力坝类型4.重力坝的剖面设计5.溢流重力坝6.重力坝的构造7.重力坝的地基处理3.1 重力坝丹江口水利枢纽丹江口水利枢纽 1.

2、重力坝概述 重力坝发展史：1919世纪以前，毛石砌体重力坝世纪以前，毛石砌体重力坝1919世纪后期，混凝土重力坝世纪后期，混凝土重力坝2020世纪，现代重力坝世纪，现代重力坝采用有效的防渗、排水措施，施工中采用有效的防渗、排水措施，施工中分缝、灌浆、温度等技术分缝、灌浆、温度等技术3030年代以后，重力坝日益增多，重力年代以后，重力坝日益增多，重力坝占总坝数量的比重较大坝占总坝数量的比重较大6060年代开始，土石坝理论和施工的发年代开始，土石坝理论和施工的发展，重力坝的比例相对减少，技术上展，重力坝的比例相对减少，技术上继续进步继续进步早在公元前早在公元前29002900年，埃及便年，埃及便在

3、尼罗河上修建了一座高在尼罗河上修建了一座高15m15m、顶长顶长240m240m的砌石重力坝。的砌石重力坝。2.重力坝工作原理及特点(1)工作原理工作原理 强度要求 稳定要求 (2)工作特点 为了发扬优点克服缺点，可考虑设计方法和施工方法。上游倾斜，改善受力坝体分区，不同部位使用不同标号混凝土采用碾压混凝土方法筑坝改进坝的结构型式（宽缝、空腹、预应力等）按坝高分为按坝高分为 30米 H低坝低坝70米H30米 中坝中坝70米高坝高坝H 按筑坝材料分为按筑坝材料分为浆砌石重力坝浆砌石重力坝混凝土重力坝混凝土重力坝v 按构造不同分为 v 按泄水条件分为 非溢流重力坝非溢流重力坝溢流重力坝溢流重力坝空

4、腹重力坝空腹重力坝宽缝重力坝宽缝重力坝实体重力坝实体重力坝预应力锚固重力坝预应力锚固重力坝装配式重力坝装配式重力坝将实体重力坝的横缝的中间加宽，则成为宽缝重力坝。宽缝的设置能使，可10%以上。同时宽缝的设置还改善了条件。在坝内设置大型纵向空腔的重力坝，称为空腹重力坝。空腹可以坝底，还可在空腹布置水电站。但空腹重力坝，利用或钢杆对重力坝施加预应力，以增加坝身稳定性，并有效地，从而减小坝体混凝土用量。但。重力坝的基本剖面是重力坝的基本剖面是三角形三角形常用的实用剖面形态。常用的实用剖面形态。根据工程经验：根据工程经验：l一般上游坝坡坡率一般上游坝坡坡率n=00.2，常做成铅直或上部铅直下部，常做成

5、铅直或上部铅直下部倾向上游的；倾向上游的；l下游坝坡坡率下游坝坡坡率m=0.60.8；l底宽约为坝高的底宽约为坝高的0.70.9倍。倍。除了满足强度和稳定要求，溢流重力坝还涉及到孔口尺寸、除了满足强度和稳定要求，溢流重力坝还涉及到孔口尺寸、溢流堰形态和消能方式的合理选择。装设闸门的溢流坝，溢流堰形态和消能方式的合理选择。装设闸门的溢流坝，需用闸墩将溢流坝段分割成若干个等宽的孔口。溢流堰顶需用闸墩将溢流坝段分割成若干个等宽的孔口。溢流堰顶部曲线多采用部曲线多采用WESWES型。型。消能防冲形式（消能工）消能防冲形式（消能工）：底流消能底流消能通过水跃，消通过水跃，消除多余动能的消能方式；除多余动

6、能的消能方式；挑流消能挑流消能利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，将下泄的急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的将下泄的急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的河床。河床。另外还有另外还有面流消能面流消能、消力戽消能消力戽消能和多种消能工联合和多种消能工联合消能。消能。三峡泄洪闸泄洪（1 1）坝顶构造。坝顶构造。一般用实体结构，顶面按路面设计，在一般用实体结构，顶面按路面设计，在坝顶上布置排水系统和栏杆或防浪墙等以及照明设备。也坝顶上布置排水系统和栏杆或防浪墙等以及照明设备。也可采用轻型结构。可采用轻型结构。设置在重力坝体内的各种通道简称廊道。设置在重力坝体内的各种通道简

7、称廊道。按其按其用途用途可分为坝基灌浆廊道、排水廊道、观测检查可分为坝基灌浆廊道、排水廊道、观测检查廊道、交通廊道以及其他用于闸门操作、电缆敷设的专用廊道、交通廊道以及其他用于闸门操作、电缆敷设的专用廊道等。廊道等。按其按其布置布置可分为纵向廊道（廊道轴线与坝轴线平行）可分为纵向廊道（廊道轴线与坝轴线平行）和横向廊道（廊道轴线与坝轴线垂直）。纵、横廊道及竖和横向廊道（廊道轴线与坝轴线垂直）。纵、横廊道及竖井互相连通形成廊道系统，由进出口与坝外相通，见图。井互相连通形成廊道系统，由进出口与坝外相通，见图。（1）坝基开挖与清理）坝基开挖与清理 坝基开挖与清理的目的是：使坝体能座落在稳定、坚坝基开挖

8、与清理的目的是：使坝体能座落在稳定、坚固的地基上。固的地基上。（2）坝基的固结灌浆）坝基的固结灌浆 固结灌浆的目的是：提高基岩的整体性和强度、弹性固结灌浆的目的是：提高基岩的整体性和强度、弹性模量，降低地基的透水性。模量，降低地基的透水性。（3）帷幕灌浆）帷幕灌浆 帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力，减少坝基渗帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力，减少坝基渗流量，防止坝基内产生机械或化学管涌。灌浆材料最常用流量，防止坝基内产生机械或化学管涌。灌浆材料最常用的是水泥浆。的是水泥浆。防渗帷幕示意图如图所示。防渗帷幕示意图如图所示。（4）坝基排水）坝基排水 为进一步降低坝底面的渗透扬压力，一般还在防渗

9、为进一步降低坝底面的渗透扬压力，一般还在防渗帷幕后设置排水孔幕。帷幕后设置排水孔幕。防渗帷幕和排水孔幕布置防渗帷幕和排水孔幕布置1 1坝基灌浆排水廊道；坝基灌浆排水廊道；2 2灌浆孔；灌浆孔；3 3灌浆帷幕；灌浆帷幕；4 4排水孔幕；排水孔幕；5 5100100排水钢管；排水钢管；6 6100100三通；三通；7 77575预埋钢管；预埋钢管；8 8坝体坝体作用于重力坝的主作用于重力坝的主要荷载有：要荷载有：自重；自重；静水压力；静水压力；扬压力；扬压力；动水压力；动水压力；冰压力；冰压力；泥沙压力；泥沙压力；浪压力；浪压力；地震力；地震力；温度及其他荷载。温度及其他荷载。（1）利用水重（2）

10、将坝基开挖成倾向上游的斜面（3）在坝踵下设齿墙（4）抽水措施（5）加固地基（6）利用预应力（7）其它措施提高坝体抗滑稳定性的工程措施 当坝底面与基岩间的抗剪强度参数较小时，常将上游当坝底面与基岩间的抗剪强度参数较小时，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。但应注意，上游坝面的坡度不宜坝体的抗滑稳定性。但应注意，上游坝面的坡度不宜过缓，否则，在上游坝面容易产生拉应力，对坝体强过缓，否则，在上游坝面容易产生拉应力，对坝体强度不利。度不利。1.利用水重2.采用有利的开挖轮廓线 开挖坝基时，最好利用岩面的自然坡度，使坝基面

11、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，故很少采用。当坝基比较坚固时，可以开挖成锯齿状，形成局部的倾向上游的斜面，这种方法已广泛采用。坝基开挖轮廓 当基岩内有倾向下游的软弱面时，可在坝踵部位设齿墙，切断较浅的软弱面加大了滑动体重量，又增加了滑动面的面积，同时也增大了抗滑体抗力。3.设置齿墙 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水系统，定时抽水以减少坝底浮托力。如：我国的龚嘴工程，下游水深达30m，采取抽水措施后，浮托力只按10m水深计算，节省了坝体混凝土浇筑量。4.抽水措施帷幕灌浆、固结灌浆以及断层、

12、软弱夹层的处理等。5.加固地基：在靠近坝体上游面，采用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，又可消除坝踵处的拉应力，国外有些支墩坝，在坝趾处采用施加预应力的措施，改变合力R的方向，使PV /PH增大，从而提高了坝体的抗滑稳定性。6.预加应力措施7.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，以增强坝的整体性和稳定性。8.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，有利于稳定。9.空腹抛石如果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。其它措施巴基斯坦塔贝拉水电站左溢洪道泄洪3.2 3.2 拱坝拱坝一、拱坝的发展概况一、拱坝的发展概

13、况二、拱坝的工作原理二、拱坝的工作原理三、拱坝的特点三、拱坝的特点四、拱坝对的地形地质条件四、拱坝对的地形地质条件五、拱坝布置五、拱坝布置一、拱坝的发展概况一、拱坝的发展概况 1000多年以前出现圬工结构，如公元655年河北赵县赵州桥（浆砌石拱桥）。13世纪末伊朗修建了一座高60米的砌石拱坝。19世纪中叶，人们又在比较狭窄的河谷中修建了一些混凝土拱坝，高度都在40m以内。20世纪初，美国开始修建较高的拱坝，如1910年建成的巴菲罗比尔拱坝，高99m。20-40年代，又建成若干拱坝，其中有高达221m的胡佛坝。20世纪50年代以后，修建了许多双曲拱坝。英古里英古里双曲拱坝 坝高272m，坝底厚度

14、86m，厚高比为0.33 二滩二滩 二滩水电站位于四川省、雅砻江干流下游河段上，距攀枝花市约40km。大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高240m，水库总库容58亿立方米，水电站装机容量330万kW，多年平均发电量170亿kWh。1991年9月开工，1998年7月第一台机组发电，2000年完工。小湾水电站小湾水电站 小湾水电站位于云南省西部南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河小湾水电站位于云南省西部南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段与支流黑惠江交汇后下游段与支流黑惠江交汇后下游1.5km处，系澜沧江中下游河段规划八个处，系澜沧江中下游河段规划八个梯级中的第二级。装机容量梯级中的第二级。装机容量420万万

15、kW，年保证发电量，年保证发电量190亿千瓦时，亿千瓦时，电站静态总投资电站静态总投资223.31亿元。亿元。2010年年8月月6台机组全部投产。台机组全部投产。最大坝高292m。溪洛渡溪洛渡 溪洛渡水电站位于四川省雷波与云南永善的金沙江界河上，拦河坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高278米，电站装机容量 1260万kW。电站2003年开始筹建，2005年开工，2014年第一台机组投产，2017年竣工。锦屏一级锦屏一级锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段的控制性水库梯级电站装机容量360万。大坝为混凝土双曲拱坝，坝高305米，为世界第一高拱坝。2005年11

16、月12日正式开工，2006年12月4日截流，2009年10月23日开始大坝浇筑，主体工程建设已全面展开。二、拱坝的工作原理二、拱坝的工作原理 拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，向上游的拱形，能够把部分水平荷载一部分传给两能够把部分水平荷载一部分传给两岸的坝形建筑物。岸的坝形建筑物。三、拱坝的特点三、拱坝的特点受力特点：受力特点：坝体结构是由水平的拱圈和竖向的悬臂梁共同组成。拱坝所承受的水平荷载一部分通过水平拱的作用传给两岸的基岩，另一部分通过竖向的悬臂梁的作用传到坝底基岩，如图3-1所示。稳定：稳定性主要依靠两岸拱端的反力来维

17、持。坝面应力以压应力为主。：拱坝的优缺点拱坝的优缺点（1）工程量小）工程量小 拱是一种主要承受轴向压力的推力结拱是一种主要承受轴向压力的推力结构。拱内弯矩较小，应力分布比较均匀，构。拱内弯矩较小，应力分布比较均匀，这一特点能适应坝体材料（混凝土或浆这一特点能适应坝体材料（混凝土或浆砌石）抗压强度高的特性，使材料的强砌石）抗压强度高的特性，使材料的强度得到充分的发挥。对于同一坝址，坝度得到充分的发挥。对于同一坝址，坝高相同时，拱坝的体积比重力坝可节省高相同时，拱坝的体积比重力坝可节省1/3 2/3。（2）空间整体好）空间整体好 超载能力强超载能力强 拱坝四周嵌固于基岩，属于高次超静定结构，当发拱

18、坝四周嵌固于基岩，属于高次超静定结构，当发生超载或产生局部裂缝时，坝体拱梁作用自行调整，生超载或产生局部裂缝时，坝体拱梁作用自行调整，坝体的应力将重新分配，原来低应力区的应力增大，坝体的应力将重新分配，原来低应力区的应力增大，高应力不再增长，裂缝停止发展甚至闭合。根据国内高应力不再增长，裂缝停止发展甚至闭合。根据国内外拱坝结构模型实验成果表明，拱坝的超载能力可达外拱坝结构模型实验成果表明，拱坝的超载能力可达到设计荷载的到设计荷载的5 51111倍。倍。抗震能力强抗震能力强 拱坝是一个整体的空间壳体结构，坝体轻韧而富有拱坝是一个整体的空间壳体结构，坝体轻韧而富有弹性。依靠岩石对地震能的吸收，会引

19、起坝体应力重弹性。依靠岩石对地震能的吸收，会引起坝体应力重新分布。当基础及坝肩岩体稳定时，其抗震能力较强。新分布。当基础及坝肩岩体稳定时，其抗震能力较强。实例实例：意大利瓦依昂（意大利瓦依昂（VajontVajont）双曲拱坝，）双曲拱坝，19611961年建成，坝顶长年建成，坝顶长190.5m190.5m，顶宽，顶宽3.4m3.4m，底宽，底宽2.7m2.7m，最大坝高最大坝高262m262m，是当时世界上最高的混凝土薄拱，是当时世界上最高的混凝土薄拱坝。坝。19631963年年1010月月9 9日晚，由于连续降雨，水库水日晚，由于连续降雨，水库水位上涨，左岸靠坝的上游发生大体积岩石滑坡，位

20、上涨，左岸靠坝的上游发生大体积岩石滑坡，近近3 3亿亿m m3 3的滑坡体以的滑坡体以40 m/s40 m/s的速度滑入水库并冲的速度滑入水库并冲上右岸，掀起上右岸，掀起150m150m高的涌浪，涌浪溢过坝顶，冲高的涌浪，涌浪溢过坝顶，冲向下游，致使向下游，致使26002600人丧生，但拱坝并未破坏，仅人丧生，但拱坝并未破坏，仅在坝肩附近的坝内发生二、三条裂缝。据估算，在坝肩附近的坝内发生二、三条裂缝。据估算，拱坝当时已承受住相当于拱坝当时已承受住相当于8 8倍设计荷载的作用力，倍设计荷载的作用力，由此可见该拱坝的超载能力。由此可见该拱坝的超载能力。（3 3）拱坝荷载的特点 1.自重由谁承担?

21、-与封拱时间的有关 封拱封拱拱坝是分块浇筑的，为了使其发挥拱的作用，用灌浆的方式将各浇筑块连接起来的工程措施。2.扬压力由梁承担，扬压力的影响较小，约为应力的5%-10%，重力拱坝和中厚拱坝应考虑扬压力的影响；对坝肩稳定应考虑渗透压力对抗滑岩体的影响。3.温度荷载是主要荷载之一。拱坝周边固接于基岩上，温度荷载是主要荷载之一。拱坝周边固接于基岩上，温度变化及地基变形等对坝体应力有显著影响。据实测资温度变化及地基变形等对坝体应力有显著影响。据实测资料分析表明，由温度变化引起的径向位移，约占总位移的料分析表明，由温度变化引起的径向位移，约占总位移的1/31/32/32/3。由梁承担由拱梁共同承担温度

22、荷载温升、温降 a.定义：是指运行过程中任一时刻坝体空间温度与封拱温度之差。b.封拱温度的确定 封拱温度是坝体温升、温降的计算基准。封拱温度是坝体温升、温降的计算基准。高一点好？低一点好？高一点好？低一点好？结论：结论：温降对坝体应力不利温降对坝体应力不利温升对坝肩稳定不利温升对坝肩稳定不利（5）坝身泄流及施工较为复杂）坝身泄流及施工较为复杂 拱坝坝身较为单薄，坝身溢流可能引拱坝坝身较为单薄，坝身溢流可能引起坝身及闸门振动，致使材料疲劳；坝起坝身及闸门振动，致使材料疲劳；坝身下泄水流具有向心集中作用，挑距不身下泄水流具有向心集中作用，挑距不远，易于造成对河床及河岸冲刷；坝身远，易于造成对河床及

23、河岸冲刷；坝身开设泄水孔会破坏拱坝作用并使孔口周开设泄水孔会破坏拱坝作用并使孔口周边应力复杂。边应力复杂。（6）拱坝对地形地质要求高）拱坝对地形地质要求高四、拱坝对地形地质的要求四、拱坝对地形地质的要求 地形条件是决定拱坝的结构形式、工程布置以及经济性的地形条件是决定拱坝的结构形式、工程布置以及经济性的主要因素。主要因素。坝址处河谷形状特征通常用两个指标来表示，即河谷坝址处河谷形状特征通常用两个指标来表示，即河谷“宽宽高比高比”及及“河谷断面形状河谷断面形状”。河谷形状对荷载分配及剖面的影响河谷形状对荷载分配及剖面的影响1.地形条件地形条件宽高比：宽高比：指拱坝基础开挖后对应坝顶高程处的河谷的

24、宽度指拱坝基础开挖后对应坝顶高程处的河谷的宽度L 与与 最大坝高最大坝高H的比值。的比值。L/H值小，说明河谷深窄，水平拱圈跨度较短，拱的刚度较大，值小，说明河谷深窄，水平拱圈跨度较短，拱的刚度较大，受力大部分传给两岸，因而坝体较薄。受力大部分传给两岸，因而坝体较薄。L/H值较大时，坝体较厚。值较大时，坝体较厚。L/H1.5的深窄河谷中可建薄拱坝；的深窄河谷中可建薄拱坝；L/H=1.53.0的中等宽度河谷可修建中厚拱坝的中等宽度河谷可修建中厚拱坝；L/H34.5的宽河谷多修建厚拱坝；的宽河谷多修建厚拱坝；当当L/H4.5的宽浅河谷，宜建重力坝或拱形重力坝。的宽浅河谷，宜建重力坝或拱形重力坝。岩

25、石比较均匀岩石比较均匀有足够的强度有足够的强度透水性要小透水性要小抗风化能力强抗风化能力强坚固完整坚固完整讨讨 论论变形参数变形参数E、u：均匀：均匀强度参数强度参数R、c、f：抗渗性抗渗性K、J：渗透：渗透性小性小耐久性：抗侵蚀、抗耐久性：抗侵蚀、抗风化风化无地质上的缺陷：没无地质上的缺陷：没有大的有大的断裂构造和软弱夹层断裂构造和软弱夹层等。等。2.地质条件地质条件理想的地形条件：理想的地形条件：V形河谷，两岸对称，形河谷，两岸对称，岸坡平顺，坝肩山体雄岸坡平顺，坝肩山体雄厚，宽高比小，且地形厚，宽高比小，且地形在平面上向下游收缩的在平面上向下游收缩的峡谷段。峡谷段。理想的地质条件基岩坚硬

26、、完整、均一，有足够的强度和刚度，透水性小，抗水的侵蚀和抗风化能力强。五五 拱坝的布置拱坝的布置拱坝布置的任务及原则拱坝布置的任务及原则拱坝断面尺寸的拟定拱坝断面尺寸的拟定溢流布置溢流布置坝体分缝坝体分缝拱端布置拱端布置拱坝布置的步骤拱坝布置的步骤二滩拱坝二滩拱坝（一）拱坝布置的任务及原则（一）拱坝布置的任务及原则1、重要性、重要性直接关系大坝的安全、造价、施工及美观。直接关系大坝的安全、造价、施工及美观。2、任务、任务泄洪方式、厂房布置情况泄洪方式、厂房布置情况坝型选择坝型选择拱坝断面尺寸的拟定拱坝断面尺寸的拟定应力和稳定分析应力和稳定分析修改方案修改方案方案优选方案优选3、影响因素、影响因

27、素自然条件，施工、运用。自然条件，施工、运用。4、具体方法、具体方法拱坝拱坝CAD，利用编制好的计算机软件自动进行。，利用编制好的计算机软件自动进行。半自动化方法。半自动化方法。人工方法。人工方法。5、原则、原则满足安全要求满足安全要求满足运用要求：满足运用要求：a、泄洪，、泄洪，b、引水，、引水，c交通，交通，d、厂房布置厂房布置满足施工要求：满足施工要求：模板制作模板制作 倒悬度：浆砌石：倒悬度：浆砌石：1：0.11：0.16，最大，最大1：0.25；砼：；砼：1：0.3 施工期施工期经济：近可能使整个枢纽的总投资最小，最早经济：近可能使整个枢纽的总投资最小，最早受益。受益。（二）拱坝断面

28、尺寸的拟定（二）拱坝断面尺寸的拟定平面拱圈的中心角、半径和厚度平面拱圈的中心角、半径和厚度平面拱圈的形式平面拱圈的形式拱冠悬臂梁的尺寸拱冠悬臂梁的尺寸1、圆弧拱圈尺寸的拟定、圆弧拱圈尺寸的拟定要兼顾拱座稳定和坝体应力。要兼顾拱座稳定和坝体应力。大的中心角对应力分布有利，拱厚减薄；不利于拱大的中心角对应力分布有利，拱厚减薄；不利于拱座稳定。中心角太小，对拱座的稳定有利，对坝体座稳定。中心角太小，对拱座的稳定有利，对坝体应力分布不利，拉应力增加。应力分布不利，拉应力增加。顶拱中心角以顶拱中心角以90100为宜，拱端轴线的切线与为宜，拱端轴线的切线与可利用基岩等高线间夹角不宜小于可利用基岩等高线间夹

29、角不宜小于35。(a)(a)等厚度圆拱；等厚度圆拱；(b)(b)抛物线拱；抛物线拱；(c)(c)三圆心拱；三圆心拱；(d)(d)椭圆拱；椭圆拱；(e)(e)变厚圆拱；变厚圆拱；(f)(f)变厚非圆拱变厚非圆拱2、水平拱圈的较优形态、水平拱圈的较优形态 合理的拱圈形式应是压力线接近拱轴线，使拱合理的拱圈形式应是压力线接近拱轴线，使拱截面的压应力分布趋于均匀。截面的压应力分布趋于均匀。当单独一个拱圈在上游面承受匀布水压力时，当单独一个拱圈在上游面承受匀布水压力时，其最合理的形态为圆弧拱。其最合理的形态为圆弧拱。由于其结构性能具有水平拱和垂直梁的作用，由于其结构性能具有水平拱和垂直梁的作用，拱梁的系

30、统共同承担外荷载，且水平拱所分担拱梁的系统共同承担外荷载，且水平拱所分担的水压力部分往往是非匀布的，通常是从拱冠的水压力部分往往是非匀布的，通常是从拱冠向拱端逐渐减少的。向拱端逐渐减少的。最经济合理的拱圈形态不一定是圆弧拱，实际最经济合理的拱圈形态不一定是圆弧拱，实际采用时需综合考虑经济、设计及施工等因素。采用时需综合考虑经济、设计及施工等因素。三圆心拱三圆心拱 椭圆拱椭圆拱 抛物线拱抛物线拱3、悬臂梁尺寸的拟定、悬臂梁尺寸的拟定悬臂梁尺寸悬臂梁尺寸拟定包括坝顶、底及各个拟定包括坝顶、底及各个高程的厚度；上下游面曲线的方程。高程的厚度；上下游面曲线的方程。拱冠梁拱冠梁定义：贯穿各层拱圈顶点的悬

31、臂定义：贯穿各层拱圈顶点的悬臂梁。梁。坝顶、底及各个高程的厚度；坝顶、底及各个高程的厚度；上下游面曲线的方程。上下游面曲线的方程。龙羊峡龙羊峡 白山白山 风滩风滩 响洪甸响洪甸 (1)(1)坝顶厚度坝顶厚度T Tc c 坝顶厚度坝顶厚度T Tc c基本上代表了顶拱的刚度。基本上代表了顶拱的刚度。a.a.加大坝顶厚度不仅能改善坝体上部下游面加大坝顶厚度不仅能改善坝体上部下游面的应力状态，还能改善梁底上游面应力，有的应力状态，还能改善梁底上游面应力，有利于降低坝踵拉应力利于降低坝踵拉应力;b.b.坝顶厚度应根据剖面设计确定，并满足坝顶厚度应根据剖面设计确定，并满足运行交通要求，一般不小于运行交通要

32、求，一般不小于3m3m，初拟时，可先按下列经验公式估算：初拟时，可先按下列经验公式估算：T Tc c=0.01H+=0.01H+（0.0120.0240.0120.024）L L1 1(2)坝底厚度TB 坝底厚度坝底厚度T TB B是表征拱坝厚薄的一项指标，主要是表征拱坝厚薄的一项指标，主要取决于坝高、坝型、河谷形状等。设计时可参考已取决于坝高、坝型、河谷形状等。设计时可参考已建成的坝高和河谷形状大致相近的拱坝来初步拟定，建成的坝高和河谷形状大致相近的拱坝来初步拟定，再通过计算和修改布置定出合适的尺寸。作为拱坝再通过计算和修改布置定出合适的尺寸。作为拱坝优化的初始方案，坝底厚度可用下式估算：优

33、化的初始方案，坝底厚度可用下式估算：TB=3122/21122/0012.0HHLHL对于一般的双曲拱坝，为近似确定上游面曲线，设221HyxHyxZ2112xx12122BTx并满足：当 y=0 时，Z=0当 y=H 时，BTxxZ2210dydZ当 时,Hy1式中 、为经验系数，通常可取 =0.600.65=0.30.612214、拱坝的型式、拱坝的型式厚高比厚高比TB/H坝体形态坝体形态结构特征结构特征水平拱圈的形式水平拱圈的形式水平拱的厚度变化水平拱的厚度变化清江隔河岩拱坝清江隔河岩拱坝（）按厚高比分（）按厚高比分厚拱坝厚拱坝中厚拱坝中厚拱坝薄拱坝薄拱坝厚高比厚高比 拱坝的型式拱坝的型

34、式 BTH0.2B0.2TH0.35BTH0.35（2）按坝体形态分）按坝体形态分按照拱坝的拱弧半径和拱中心角，可将拱坝分为：按照拱坝的拱弧半径和拱中心角，可将拱坝分为：单曲拱坝（单曲拱坝（singlecurvature arch dam）双曲拱坝（双曲拱坝（doublecurvature arch dam）中心角的影响中心角的影响:中心角大一些,拱圈厚度小一些,拱圈内力小一些,因此适当加大中心角是有利的.但过大的中心角将使拱端弧面的切线与河岸等高线的夹角变小,降低拱座的稳定形性.单曲拱坝（单曲拱坝（singlecurvature arch dam）定义：定义：只在水平截面上呈拱形，悬臂梁断面

35、不弯曲或曲率很小。只在水平截面上呈拱形，悬臂梁断面不弯曲或曲率很小。适用：适用：接近矩形或较宽的梯形、接近矩形或较宽的梯形、U型河谷。型河谷。特点：施工简单，便于布置进水孔和泄水孔及其设备；特点：施工简单，便于布置进水孔和泄水孔及其设备；当河谷上宽下窄时，降低拱的作用，加大坝体厚度，不当河谷上宽下窄时，降低拱的作用，加大坝体厚度，不经济，工程量大。经济，工程量大。定外半径定中心角拱坝（定外半径定中心角拱坝（U型河谷）型河谷）（仅下游弧面半径改变）（仅下游弧面半径改变）等外半径等中心角拱坝等外半径等中心角拱坝(U)等外半径变内中心角拱坝等外半径变内中心角拱坝对于底部狭窄的“V”字形河谷适用。此时

36、，各层拱圈自拱冠向拱端逐渐变厚。双曲拱坝（双曲拱坝（doublecurvature arch dam）定义：定义：在水平和铅直截面上都呈拱形。在水平和铅直截面上都呈拱形。特点：悬臂梁兼有垂直拱的作用，对降低坝体拉应力有利。在水压力特点：悬臂梁兼有垂直拱的作用，对降低坝体拉应力有利。在水压力作用下，双曲拱坝中部垂直梁的应力是上游面受压，下游面受拉，与作用下，双曲拱坝中部垂直梁的应力是上游面受压，下游面受拉，与自重产生的梁应力相反，可相互抵消自重产生的梁应力相反，可相互抵消 双曲拱坝双曲拱坝 变外半径等中心变外半径等中心角角 对底部狭窄的“V”字形河谷，宜将各层拱圈外半径,由上至下逐渐减小，可大大

37、减少坝体方量。特点：拱坝应力条件较好，梁呈弯曲形状,兼有拱的作用,更经济，但有倒悬出现，设计及施工较复杂，对“V”、“U”型河谷都适用.变外半径变圆心变外半径变圆心 让梁截面也呈弯曲形状，因此悬臂梁也具有拱的作用；让梁截面也呈弯曲形状，因此悬臂梁也具有拱的作用；这种形式更能适应这种形式更能适应“V”、梯形及其他形状的河谷，布置更、梯形及其他形状的河谷，布置更加灵活，结构复杂，施工难度大。加灵活，结构复杂，施工难度大。特点：应力状态尽一步改善，节省工程量，结构更加复杂，特点：应力状态尽一步改善，节省工程量，结构更加复杂，施工难度更大，被广泛采用。施工难度更大，被广泛采用。（三）按坝的结构分（三）

38、按坝的结构分拱座嵌固的拱坝最常用拱座嵌固的拱坝最常用设周边缝的拱坝设周边缝的拱坝改善受力条件改善受力条件空腹拱坝空腹拱坝坝体较厚时，坝身内设空腔坝体较厚时，坝身内设空腔有重力墩的拱坝有重力墩的拱坝在坝的两岸端部设重力墩，保证坝肩稳定在坝的两岸端部设重力墩，保证坝肩稳定（三三）溢流布置）溢流布置泄洪消能与重力坝相同的问题：泄洪消能与重力坝相同的问题：泄洪型式选择泄洪型式选择 孔口尺寸及布置孔口尺寸及布置 体形设计体形设计 泄洪能力泄洪能力 消能防冲消能防冲 高速水流的问题高速水流的问题拱坝特有的问题：拱坝特有的问题：单薄单薄 a、不能形成完整的溢流面、不能形成完整的溢流面产生新的型式产生新的型式

39、 b、坝体削弱坝体削弱 c、泄水振动泄水振动 曲线曲线向心集中产生新的消能型式向心集中产生新的消能型式 高低坎及平面对冲消能高低坎及平面对冲消能 拱坝一般地处高山峡谷拱坝一般地处高山峡谷 要解决厂泄爭位及泄洪冲刷岸坡的问题。要解决厂泄爭位及泄洪冲刷岸坡的问题。溢流溢流方式方式1、坝顶溢流布置、坝顶溢流布置跌流跌流挑流挑流滑雪道式滑雪道式2、坝身泄水坝身泄水中孔中孔底孔底孔1、坝顶溢流布置、坝顶溢流布置跌流跌流、挑流、滑雪道式。、挑流、滑雪道式。坝顶跌流坝顶跌流结构最简单，多用结构最简单，多用于单宽流量较小的拱于单宽流量较小的拱坝。坝。下跌水流落点据坝下跌水流落点据坝址较近，坝下冲刷容址较近，坝

40、下冲刷容易危及坝基，需有较易危及坝基，需有较好的基岩、较深的水好的基岩、较深的水垫，并应经常采取保垫，并应经常采取保护措施。护措施。湖南半江拱坝湖南半江拱坝坝顶挑流坝顶挑流溢流堰顶适当向上溢流堰顶适当向上下游悬臂挑出。下游悬臂挑出。挑流落水点较跌流挑流落水点较跌流远，但离坝仍近，仍远，但离坝仍近，仍需有一定的水垫，必需有一定的水垫，必要时采取河床底部的要时采取河床底部的防冲措施，单宽流量防冲措施，单宽流量仍需加以限制。仍需加以限制。流溪河拱坝流溪河拱坝滑雪道式挑流滑雪道式挑流适用于下泄流量较适用于下泄流量较大，要求下泄水流落大，要求下泄水流落点远离坝址，或利用点远离坝址，或利用厂房顶溢流的拱坝

41、。厂房顶溢流的拱坝。我国已建的乌江渡我国已建的乌江渡重力拱坝、东江拱坝、重力拱坝、东江拱坝、紧水滩拱坝等都采用紧水滩拱坝等都采用了这种形式。了这种形式。乌江渡拱坝乌江渡拱坝2、坝身泄水、坝身泄水按其在坝身高度上的相对位置分中孔、底孔两种。按其在坝身高度上的相对位置分中孔、底孔两种。中孔中孔在坝身的中、在坝身的中、上部；其特点是当库上部；其特点是当库水位低时仍有一定泄水位低时仍有一定泄流能力。流能力。底孔底孔设置在坝身底设置在坝身底部，用来放空水库、部，用来放空水库、冲沙排淤、辅助泄洪冲沙排淤、辅助泄洪及施工导流等。及施工导流等。（四四）坝体分缝）坝体分缝1、类型：、类型：（1）收缩缝：防止裂缝

42、而设的临时缝。）收缩缝：防止裂缝而设的临时缝。横缝横缝 纵缝纵缝（2）结构缝：改善坝体应力而设的永久性缝。）结构缝：改善坝体应力而设的永久性缝。周边缝周边缝 底缝底缝（3）施工缝：施工中砼的浇筑面。）施工缝：施工中砼的浇筑面。2、收缩缝、收缩缝横缝、纵缝是为散热、降低温度应力。均要水泥灌浆，横缝、纵缝是为散热、降低温度应力。均要水泥灌浆，保证坝体成为一个整体。保证坝体成为一个整体。（1）横缝一般径向布置，）横缝一般径向布置，横缝间距一般为横缝间距一般为1520m，横缝内应设键槽横缝内应设键槽。（2）断面较薄，可不设纵）断面较薄，可不设纵缝。当坝体厚度大于缝。当坝体厚度大于4050m时，则需设置

43、纵缝。各时，则需设置纵缝。各坝段间的纵缝在平面上宜坝段间的纵缝在平面上宜错开。错开。龙羊峡拱坝纵缝布置图 （五五）拱端布置拱端布置 原则：保证拱端能很好地嵌入坚实的基岩，有充分的岩体承受施加的荷载，并应考虑岩石内节理的倾向,以保证在各种荷载条件下坝肩的稳定。全径向拱座：每层拱圈的两拱端与岩基的接触原则每层拱圈的两拱端与岩基的接触原则上应做成全径向拱座，上应做成全径向拱座，使拱端推力接近垂直于拱座面，以减小向下游滑动的剪力。*半径向拱座：当采用全径向拱座使上游侧可利用岩体开挖过多时，此时可采用1/2径向拱座。靠上游侧的拱座面与基准面的交角应大于等于10。*非径向拱座：当采用全径向拱座使下游侧可利

44、用岩体开挖过多时，可采用非径向拱座，此时拱座面与基准面的夹角应 80。开 始可 行 方 案 之 一N oN oy e sy e s（六六）拱坝布置的步骤拱坝布置的步骤 确定可利用岩石等高线确定可利用岩石等高线 选定坝型：选定坝型：由由L/H确定确定T/H（薄、中、厚拱坝）（薄、中、厚拱坝）河谷形状河谷形状单、双曲单、双曲地形、地质等综合地形、地质等综合平面拱形式平面拱形式 尺寸初拟；尺寸初拟；倒悬度及坝面光滑度检查；倒悬度及坝面光滑度检查；应力、稳定校核；应力、稳定校核；坝体方量计算，方案比较。坝体方量计算，方案比较。封拱封拱拱坝是分块浇筑的，为了使其发挥拱的作用，用灌浆的方式将各浇筑块连接起

45、来的工程措施。单曲拱坝单曲拱坝 可施工到坝顶而后封拱，由梁承担；可施工到坝顶而后封拱，由梁承担；双曲拱坝双曲拱坝 需边施工边封拱（可以蓄水），拱需边施工边封拱（可以蓄水），拱梁共同承担。梁共同承担。3.3 土石坝 土石坝是指由土、石料等当地材料建成的坝，也叫当地土石坝是指由土、石料等当地材料建成的坝，也叫当地材料坝，是历史最为悠久的一种坝型。土石坝是世界范围内材料坝，是历史最为悠久的一种坝型。土石坝是世界范围内应用最为广泛和发展最快的一种坝型。世界上兴建的百米以应用最为广泛和发展最快的一种坝型。世界上兴建的百米以上的高坝中，土石坝比例达到上的高坝中，土石坝比例达到75%。其主要优点是：。其主要

46、优点是：l可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地外线运输量；减少工地外线运输量；l能适应各种不同地形、地质和气候条件，任何不良坝能适应各种不同地形、地质和气候条件，任何不良坝址地基，经处理后均可筑坝，特别对气候恶劣、工程地址地基，经处理后均可筑坝，特别对气候恶劣、工程地质条件复杂和高地震烈度区的情况，土石坝是最适宜的质条件复杂和高地震烈度区的情况，土石坝是最适宜的坝型。坝型。世界最高的土石坝：罗贡坝世界最高的土石坝：罗贡坝(335m(335m，塔吉克斯坦，塔吉克斯坦)中国最高的土石坝：小浪底中国最高的土石坝：小浪底(154m)(15

47、4m)（中国建成的最高面板堆石坝，清江水布垭，（中国建成的最高面板堆石坝，清江水布垭，233m233m）小浪底土石坝-119-结构特点：结构特点：散粒体结构，稳定靠土体的抗剪强度来控制；散粒体结构，稳定靠土体的抗剪强度来控制；只会出现局部滑动而失稳，不会出现整体滑动失稳或倾只会出现局部滑动而失稳，不会出现整体滑动失稳或倾覆失稳问题；覆失稳问题；坡度大，断面大，体积大。坡度大，断面大，体积大。优点：优点：1 1 筑坝材料就地取材，造价低；筑坝材料就地取材，造价低；2 2 适应地基变形能力强；适应地基变形能力强；3 3 施工方法灵活，技术简单；施工方法灵活，技术简单；4 4 结构简单，工作可靠，维

48、护方便。结构简单，工作可靠，维护方便。缺点：缺点：1 1 坝顶不能溢流；坝顶不能溢流；2 2 施工导流不如混凝施工导流不如混凝土坝方便；土坝方便；3 3 粘土防渗体施工受粘土防渗体施工受气候影响。气候影响。二、二、土石坝的类型土石坝的类型按施工方法分：按施工方法分：（1 1）碾压式土石坝应用最多）碾压式土石坝应用最多（2 2）抛填式堆石坝）抛填式堆石坝（3 3）定向爆破堆石坝）定向爆破堆石坝（4 4）水中填土坝）水中填土坝广东南水定向爆破堆石坝广东南水定向爆破堆石坝(81.3m)按土石料在坝体中的配置及防渗设施位置和材料分：按土石料在坝体中的配置及防渗设施位置和材料分：（1 1）均质坝）均质坝

49、 绝大部分由一种土料组成绝大部分由一种土料组成（2 2）分区坝）分区坝 由不同渗透特性的料区组成由不同渗透特性的料区组成分区坝：分区坝：心墙坝心墙坝 把防渗体放在坝体中部，断面比均质坝小。把防渗体放在坝体中部，断面比均质坝小。斜墙坝斜墙坝 把防渗体放在靠近上游坝面处，有效降低坝体浸润把防渗体放在靠近上游坝面处，有效降低坝体浸润线，但适应地基变形的能力比心墙坝差。易产生纵向裂线，但适应地基变形的能力比心墙坝差。易产生纵向裂缝，抗震性能不如心墙坝。缝，抗震性能不如心墙坝。土石混合坝土石混合坝 土石各占相当比例；越靠近防渗体，土料性能越接土石各占相当比例；越靠近防渗体，土料性能越接近防渗体。近防渗体

50、。土质材料心墙坝土质材料心墙坝 人工材料心墙人工材料心墙坝坝土质材料斜墙坝土质材料斜墙坝 人工材料斜墙人工材料斜墙坝坝斜斜 心心 墙墙 坝坝-128-岳城土坝以礼河毛家村水电站（云南会泽，以礼河）主坝坝型为粘土心墙土石坝，最大坝高80.5m，坝顶长度467m，主要泄洪方式为隧洞。以礼河土石坝岳城水库（河北磁县，漳河）主坝坝型为均质土坝，最大坝高53m，坝顶长度3570m。主要泄洪方式岸边溢洪道，大坝特点是坝下泄洪洞（涵管）。小浪底土石坝小浪底土石坝各种坝型的优缺点各种坝型的优缺点（1 1）均质坝与分区坝比较）均质坝与分区坝比较 均质坝：均质坝：施工简单，适合于低坝施工简单，适合于低坝;分区坝：