堤防大壩設(shè)計的七大要點

1、堤防大壩設(shè)計的七大要點 一、主要荷載 按照水工建造物荷載設(shè)計規(guī)范，水工建造物的荷載按作用隨時光的變異性，可分為永遠作用荷載、可變作用荷載和偶爾作用荷載。 1.久作用荷載：包括結(jié)構(gòu)自重和永遠設(shè)各自重、土壓力、淤沙壓力、地應(yīng)力、圍巖壓力、預(yù)應(yīng)力。 2.可變作用荷載：包括靜水壓力、揚壓力、動水壓力、水錘壓力、浪壓力、外水壓力、風(fēng)荷載、雪荷載、冰壓力、凍脹力、溫度荷載、土壤孔隙水壓力、灌漿壓力等。 3.偶爾作用荷載：包括地震作用、校核洪水位時的靜水壓力、揚壓力、浪壓力及水重等。 水工建造物設(shè)計時，首先要計算建造物上所承受的荷載，然后再舉行荷載組合，以及舉行抗滑穩(wěn)定分析、應(yīng)力分析、滲流計算、沉降計算、應(yīng)

2、力應(yīng)變計算和抗震設(shè)計等。 二、抗滑穩(wěn)定分析析 在各種荷載組合狀況下，水工建造物都應(yīng)保持其穩(wěn)定。穩(wěn)定分析是水工建造物設(shè)計的一項重要內(nèi)容。目前水工建造物的穩(wěn)定分析采用整體宏觀的半閱歷法。 例如，一般重力壩失穩(wěn)發(fā)生在壩底與基巖的接觸面，由于此處受庫水壓力最大，壩底混凝土與巖基不易徹低接觸好，或者混凝土凝結(jié)收縮和溫度收縮時，接觸面產(chǎn)生局部的細微裂縫。在設(shè)計中，通常校核重力壩沿壩基面的抗滑穩(wěn)定;倘若巖基內(nèi)有脆弱夾層，則要核算沿脆弱夾層的抗滑穩(wěn)定;對處于岸坡的壩段，當(dāng)?shù)匦?、地質(zhì)條件不利于壩的穩(wěn)定時，也要對在三向荷載作用下的穩(wěn)定問題舉行研究。 三、應(yīng)力分析 強度和穩(wěn)定性是表示建造物平安的兩個重要方面。強度問

3、題的研究，通常包括對內(nèi)力、應(yīng)力、變形、位移和裂縫的研究。當(dāng)應(yīng)力不超過材料的強度，變形和位移不超過建造物正常工作狀態(tài)的允許值，以及在混凝土內(nèi)不消失裂縫或限制裂縫在允許范圍以內(nèi)時，就認(rèn)為建造物處于正常運行狀態(tài)。因此，應(yīng)力分析是校核強度和穩(wěn)定的前提。 重力壩應(yīng)力分析的方法可歸納為理論計算和模型實驗兩大類。目前常用的模型實驗方法有偏光彈性實驗、激光全息實驗和脆性材料實驗。對于中、小型工程，一般可只舉行理論計算，而對于非常重要的工程或在狀況比較復(fù)雜時才舉行模型實驗。理論計算方法主要有材料力學(xué)法、有限元法。材料力學(xué)方法比較常用，用于中、低壩且地質(zhì)條件較容易時;對于高壩尤其是當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜時，除用材料力學(xué)法

4、計算外，宜同時舉行模型實驗或采用有限元法舉行計算。設(shè)計的壩體斷面需滿意規(guī)定的應(yīng)力條件。在基本荷載組合下，重力壩壩基面的最大垂直正應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力，最小垂直正應(yīng)力應(yīng)大于零;在地震狀況下，壩基容許消失不大的拉應(yīng)力。對于壩體應(yīng)力，在基本荷載組合下，下游面最大主壓應(yīng)力不大于混凝土允許壓應(yīng)力;上游面的最小主壓應(yīng)力應(yīng)大于零。 四、滲流分析 對于土石壩，因它的壩體材料在一定程度上是透水的，一般允許有限的水流通過其壩體而運動，所以土石壩除研究地基的滲流外，還要研究土石壩壩體中的滲流以及壩體內(nèi)產(chǎn)生的孔隙壓力。 導(dǎo)致大壩災(zāi)害性破壞的緣由及基本模式有五種：溢洪道的泄洪能力不足，洪水漫過本來按不過水壩設(shè)計的壩

5、頂，溢流而下;壩體連同部分地基沿脆弱面發(fā)生滑移破壞;壩體因揚壓力過大而沿壩基面滑動;壩體或壩基因管涌或流土而破壞;壩的上、下邊坡發(fā)生滑移破壞。滲流在后四種模式中起著重要的作用。此外，水庫水的過量滲漏、水庫岸坡的穩(wěn)定性、水庫誘發(fā)地震等，也都與滲流的作用親密相關(guān)。按照大壩的結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計要求，舉行如下三方面的計算就可達到選取恰當(dāng)?shù)姆罎B措施和校驗建造物在滲流作用下是否平安的目的。 (一)決定滲透壓力 對于混凝土壩(或水閘)地基中的有壓滲流，要決定沿建造物地下輪廓線的滲透壓力分布，計算揚壓力，以便驗算建造物的穩(wěn)定性。對于土石壩的無壓滲流，應(yīng)決定浸潤線位置和壩體、壩基內(nèi)的滲透力分布，以便驗算壩坡和壩基的

6、穩(wěn)定，決定防滲體(防滲鋪蓋、斜墻、心墻或截水墻等)的長度和厚度等幾何尺寸。 (二)決定滲透坡降(或流速) 首先應(yīng)決定滲流的出逸坡降，驗算出口處有無發(fā)生局部流土和管涌破壞的危急。對于粗細粒兩層土的交界面，以及壩底與地基的接觸面，則應(yīng)檢驗是否會發(fā)生接觸沖刷和流土。對于土石壩壩體中的各種防滲體，也應(yīng)驗算其抗?jié)B強度是否滿意要求。 (三)決定滲流量 需要計算流入下游地基或排水設(shè)備的滲流量，以便為估算水庫的漏水損失和決定排水設(shè)各供應(yīng)牢靠的設(shè)計依據(jù)。 巖體的滲流問題，實質(zhì)上是通過裂隙介質(zhì)的水的流淌問題，要正確計算上述三項指標(biāo)是比較困難的，只能作近似計算。對于某些松散的巖體，以及節(jié)理裂隙發(fā)育且無邏輯的巖體，也

7、可視為多孔介質(zhì)舉行計算。 對于非常重要或地質(zhì)條件復(fù)雜的水利水電樞紐，宜選取足夠大的滲流域，舉行樞紐壩區(qū)的三維滲流計算，確保滿意上述三項指標(biāo)。 對土石壩，還應(yīng)決定浸潤線的位置。 五、沉降計算 土石壩設(shè)計時要決定壩體和壩基在自重作用下的沉降量與時光的關(guān)系及完工后的總沉降量。據(jù)此計算竣工后為抵消沉降而預(yù)留的壩頂超填，預(yù)報不勻稱沉降量，推斷壩體產(chǎn)生裂縫的可能性和預(yù)防措施。常用分層總和法計算，即把壩體壩基分為若干層，按照壩體和壩基土的壓縮曲線計算時刻t各層中心所受豎向總應(yīng)力、孔隙壓力、有效應(yīng)力及相應(yīng)沉降量;將各層沉降量疊加，得到時刻t及完工后壩體和壩基的沉降量。 六、應(yīng)力應(yīng)變計算 高土石壩一般要用有限元

8、法計算壩體壩基及岸坡接頭在填土自重及其他荷載作用下的填土應(yīng)力應(yīng)變，以推斷是否發(fā)生剪切破壞、有無過量的變形、是否存在拉力區(qū)和裂縫、防滲土體是否發(fā)生水力劈裂，為壩體穩(wěn)定分析和與土壩銜接建造物設(shè)計供應(yīng)依據(jù)。 七、抗震設(shè)計 劇烈的地震往往造成極大的破壞，水庫的修建往往可以誘發(fā)地震。水庫誘發(fā)地震主要是指因為水庫蓄水后，庫水滲透到巖石中，使巖體孔隙水壓力增大，導(dǎo)致斷層面的有效應(yīng)力減小、抗剪強度降低，以至產(chǎn)生滑動。通過抗震計算使水工建造物滿意穩(wěn)定要求和強度要求。 為了減小地震荷載，應(yīng)將壩址選在地震運動較弱，對壩體抗震有利的地段，避免不利的地段，不得在危急地段建壩。地震震級是表示地震時釋放能量大小的尺度。地震烈度是指某一地區(qū)地面和各類建造物遭遇一次地震影響的強弱程度。一次地震惟獨一個震級，然而隨震中距離的遠近，卻可以有不同的烈度。 地震荷載是大壩遭遇地震時所承受的荷載，包括地震慣性力、水平向地震驚水壓力和地震驚土壓力。其大小與建造物所在地區(qū)的地震烈度有關(guān)。地震荷載計算方法有動力法和擬靜力法兩種。 抗震設(shè)計時常用到基本烈度和設(shè)計烈度。基本烈度是指建造物所在