重力坝抗滑稳定应力分析 [重力坝稳定及应力计算.doc]

来源:教学反思 发布时间:2019-09-25 06:34:01 点击:
坝体强度承载能力极限状态 计算及坝体稳定承载能力极限状态计算 (一)、基本资料 坝顶高程:1107.0 m 校核洪水位(P = 0.5 %)上游:1105.67 m 下游:1095.18 m 正常蓄水位上游:1105.5 m 下游:1094.89 m 死水位:1100.0 m 混凝土容重:24 KN/m3 坝前淤沙高程:1098.3 m 泥沙浮容重:5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值:
f `= 0.5 c `= 0.2 Mpa 坝基基岩承载力:[f]= 400 Kpa 坝基垫层混凝土:C15 坝体混凝土:C10 50年一遇最大风速:v 0 = 19.44 m/s 多年平均最大风速为:v 0 `= 12.9 m/s 吹程 D = 1000 m (二)、坝体断面 1、 非溢流坝段标准剖面 (1)荷载作用的标准值计算(以单宽计算) A、正常蓄水位情况(上游水位1105.5m,下游水位1094.89m) ① 竖向力(自重) W1 = 24×5×17 = 2040 KN W2 = 24×10.75×8.6 /2 = 1109.4 KN W3 = 9.81×(1094.5-1090)2×0.8 /2 = 79.46 KN ∑W = 3228.86 KN W1作用点至O点的力臂为:
(13.6-5) /2 = 4.3 m W2作用点至O点的力臂为:
W3作用点至O点的力臂为:
竖向力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”):
MOW1 = 2040×4.3 = 8772 KN·m MOW2 = -1109.4×1.067 = -1183.7 KN·m MOW3 = -79.46×5.6 = -445 KN·m ∑MOW = 7143.3 KN·m ② 静水压力(水平力) P1 = γH12 /2 = 9.81×(1105.5-1090)2 /2= -1178.4 KN P2 =γH22 /2 =9.81×(1094.89-1090)2 /2 = 117.3KN ∑P = -1061.1 KN P1作用点至O点的力臂为:
(1105.5-1090)/3 = 5.167m P2作用点至O点的力臂为:
(1094.89-1090)/3 = 1.63m 静水压力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”):
MOP1 = 1178.4×5.167 = -6089 KN·m MOP2 = 117.3×1.63 = 191.2 KN·m ∑MOP = -5897.8 KN·m ③ 扬压力 扬压力示意图请见下页附图:
H1 = 1105.5-1090 = 15.5 m H2 = 1094.89-1090 = 4.89 m (H1 - H1) = 15.5-4.89 = 10.61 m 计算扬压力如下:
U1 = 9.81×13.6×4.89 = 652.4 KN U2 = 9.81 ×13.6×10.61 /2 = 707.8 KN ∑U = 1360.2 KN U1作用点至O点的力臂为:
0 m U2作用点至O点的力臂为:
13.6 / 2-13.6 / 3 = 2.267m 竖向力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”):
MOU1 = 0 KN·m MOU2 = -707.8×2.267 = -1604.6 KN·m ∑MOU = -1604.6 KN·m ④ 浪压力(直墙式) 浪压力计算简图如下:
由确定坝顶超高计算时已知如下数据:单位:m 平均波长Lm 波高h1% 坝前水深H 波浪中心线至计算水位的高度hZ 7.644 0.83 15.5 0.283 使波浪破碎的临界水深计算如下:
将数据代入上式中得到:
由判定条件可知,本计算符合⑴H≥Hcr和H≥Lm/2,单位长度上的浪压力标准值按下式计算:
式中:γw ── 水的重度 = 9.81 KN/m3 其余计算参数已有计算结果。

浪压力标准值计算得:
对坝底中点O取矩为(顺时针为“-”,逆时针为“+”):
MOPWK = (9.81×1.113×0.862/2)×(15.5+1.113/3)+ (9.81×3.822×0.862/2)×(15.5-3.822/3) = -(74.687+229.89) = -304.577 KN·m ⑤ 淤沙压力 淤沙水平作用力:
式中:γSb ── 淤沙浮容重 = 5 KN/m3 h S ── 挡水建筑物前泥沙淤积厚度 = 8.3m ψSB ── 淤沙内摩擦角 =18° 代入上式得到淤沙压力标准值 PSK = -90.911 KN 对O点的力臂为(1098.3-1090)/3 = 2.767m 对O点取矩 MOPSK = -90.911×2.767 = -251.552 KN·m 将计算的各荷载进行汇总整理。结论请见附表1。

B、校核洪水位情况(上游水位1105.67m,下游水位1095.18m) ① 竖向力(自重) W1 = 24×5×17 = 2040 KN W2 = 24×10.75×8.6 /2 = 1109.4 KN W3 = 9.81×(1095.34-1090)2×0.8 /2 = 111.9 KN ∑W = 3261.3 KN W1作用点至O点的力臂为:
(13.6-5) /2 = 4.3 m W2作用点至O点的力臂为:
W3作用点至O点的力臂为:
竖向力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”):
MOW1 = 2040×4.3 = 8772 KN·m MOW2 = -1109.4×1.067 = -1183.7 KN·m MOW3 = -111.9×5.376 = -601.6 KN·m ∑MOW = 6986.7 KN·m ② 静水压力(水平力) P1 = γH12 /2 = 9.81×(1105.67-1090)2 /2 = -1204.4 KN (→) P2 =γH22 /2 =9.81×(1095.18-1090)2 /2 = 131.6 KN (←) ∑P = -1072.8 KN (→) P1作用点至O点的力臂为:
(1105.67-1090)/3 = 5.223m P2作用点至O点的力臂为:
(1095.18-1090)/3 = 1.727 m 静水压力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”):
MOP1 = 1204.4×5.223 = -6290.6 KN·m MOP2 = 131.6×1.727 = 227.3 KN·m ∑MOP = -6063.3 KN·m ③ 扬压力 扬压力示意图请见下图:
H1 = 1105.67-1090 = 15.67 m H2 = 1095.18-1090 = 5.18 m (H1 - H1) = 15.67-5.18 = 10.49 m 计算扬压力如下:
U1 = 9.81×13.6×5.18 = 691.1 KN U2 = 9.81×13.6×10.49 / 2 = 699.8 KN ∑U = 1390.9 KN U1作用点至O点的力臂为:
0 m U2作用点至O点的力臂为:
13.6 / 2 -13.6 / 3 = 2.267m 竖向力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”):
MOU1 = 0 KN·m MOU2 = 699.8×2.267 = -1586.4 KN·m ∑MOU = -1586.4 KN·m ④ 浪压力(直墙式) 浪压力计算简图如下:
由确定坝顶超高计算时已知如下数据:单位:m 平均波长Lm 波高h1% 坝前水深H 波浪中心线至计算水位的高度hZ 5.069 0.5 15.98 0.155 使波浪破碎的临界水深计算如下:
将数据代入上式中得到:
由判定条件可知,本计算符合⑴H≥Hcr和H≥Lm/2,单位长度上的浪压力标准值按下式计算:
式中:γw ── 水的重度 = 9.81 KN/m3 其余计算参数已有计算结果。

浪压力标准值计算得:
对坝底中点O取矩为(顺时针为“-”,逆时针为“+”):
MOPWK = (9.81×0.655×0.521/2)×(15.98+0.655/3)+ (9.81×2.535×0.521/2)×(15.98-2.535/3) = -(27.114+98.048) = -125.162 KN·m ⑤ 淤沙压力 淤沙压力标准值 PSK = -90.911 KN 对O点的力臂为(1098.3-1090)/3 = 2.767m 对O点取矩 MOPSK = -90.911×2.767 = -251.552 KN·m 将计算的各荷载进行汇总整理。结论请见附表2。

附表1 正常蓄水位情况各项作用力统计表 单位:KN、KN·m 序号 荷载效应 方向 力标准值 力矩标准值 分项系数 力设计值 力矩M设计值 1 自重 ↓为正 3228.86 7143.3 1.0 3228.86 7143.3 2 静水压力 ←为正 -1061.1 -5897.8 1.0 -1061.1 -5897.8 3 扬压力 ↓为正 -1360.2 -1604.6 1.2 -1632.24 -1925.52 4 浪压力 ←为正 -20.865 -304.577 1.2 -25.038 -365.4924 5 淤沙压力 ←为正 -90.911 -251.552 1.2 -109.093 -301.8624 附表2 校核洪水位情况各项作用力统计表 单位:KN、KN·m 序号 荷载效应 方向 力标准值 力矩标准值 分项系数 力设计值 力矩M设计值 1 自重 ↓为正 3261.3 6986.7 1.0 3261.3 6986.7 2 静水压力 ←为正 -1072.8 -6063.6 1.0 -1072.8 -6063.6 3 扬压力 ↓为正 -1390.9 -1586.4 1.2 -1669.08 -1903.68 4 浪压力 ←为正 -8.143 -125.162 1.2 -9.7716 -150.1944 5 淤沙压力 ←为正 -90.911 -251.552 1.2 -109.093 -301.8624 按规范规定作用组合进行作用力的汇总如附表3:
附表3 各种工况下的∑↓、∑←、∑M统计表 单位:KN、KN·m 工况 承载能力极限状态 正常使用极限状态 持久状态 偶然状态 持久状态 ∑W (↓) 1596.62 1592.22 1868.66 ∑P (←) -1195.2312 -1191.6648 -1172.876 ∑M -1347.3748 -1432.6368 -915.229 备注 均采用荷载设计值 均采用荷载标准值 ⑵.由规范8.结构计算基本规定中可知大坝坝体抗滑稳定和坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算属于1)承载能力极限状态,在计算时,其作用和材料性能均应以设计值代入。基本组合,以正常蓄水位对应的上、下游水

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