2.3 水工建筑物的安全性
（2）正常使用极限状态 定义：当结构或构件影响正常使用或达到耐久性的极 限值时，认为达到了正常使用极限状态。
①影响结构正常使用或外观变形 ②对运行人员、设备、仪表等有不良影响的振动 ③对结构外形、耐久性以及防渗结构抗渗能力有不良影 响的局部损坏（包括裂缝）等
通俗的说：承载能力极限状态是已经破坏不能使用的状态。 正常使用极限状态是还可以勉强使用。
➢工程失常影响效益，工程失事造成灾难 工程规模有大小，安全程度有高低
水利工程分等
❖分等依据：工程规模、效益、重要性 ❖级别：五等
2.2 设计的工作步骤
2 水工建筑物的分级
水工建筑物
➢永久性主要建筑物：大坝、厂房、泄洪闸… ➢永久性次要建筑物：挡墙、导墙、护岸… ➢临时建筑物：施工围堰、导流建筑物…
❖分级依据：工程等别、作用、重要性
❖级别：五级
2.2 设计的工作步骤
3 不同级别水工建筑物有以下不同要求：
❖级别不同，设计基准期也不相同
是研究工程对策的参照年限，是为确定可变作用及与时间有关的材 料性能取值而选用的时间参数，它不等同于设计使用年限。
设计基准期是一个基准参数，它的确定不仅涉及可变作用（荷载）， 还涉及材料性能，是在对大量实测数据进行统计的基础上提出来的， 一般情况下不能随意更改。例如我国规范所采用的设计地震动参数 （包括反映谱和地震最大加速度）的基准期为50年，如果要求采用 基准期为100年的设计地震动参数，则不但要对地震动的概率分布 进行专门研究，还要对建筑材料乃至设备的性能参数进行专门的统 计研究。
2.3 水工建筑物的安全性
一、水工建筑物失事统计
❖大坝破坏率 统计历史14000座高于15m的坝：1% 统计近代的坝：0.2％
❖大坝失事原因统计
失事原因 地基及周边渗漏
地基失稳 洪水漫顶 坝体集中渗流 浸蚀水、穴居动物
地震
所占比例 16％ 15％ 12％ 11％ 9％ 6％
失事原因 温度裂缝 蓄放水控制不当 冰融作用 运用不当 波浪作用 原因不明
提高科技水平。
2.1 水利工程设计的任务和特点
三、水利工程设计 ❖ 设计一般步骤
技术预测
信息分析
科学类比
系统分析
施工方案
安全分析
功能分析
方案设计
经济分析
综合评价
➢各学科研制了对应的软件，便于工程师设计
2.1 水利工程设计的任务和特点
❖ 水利工程的自身特点
个性突出：几乎每个工程均有其独特的水文、地质、 自然条件
关键环节
设计工作者需站在全局的 高度解决问题。
2.2 设计的工作步骤
二、设计阶段的工作步骤 ❖ 收集资料及信息 ❖ 明确总体规划及功能 ❖ 提出方案 ❖ 方案比选 ❖ 推荐方案 ❖ 优化设计和细部构造 ❖ 初定施工方案 ❖ 方案评价及验证
2.2 设计的工作步骤
三、分等和分级 1 水利工程(水利枢纽)的分等
1. 单一安全系数法 2. 分项系数极限状态设计法
三、极限状态
❖极限状态的定义 ➢当整个结构（包括地基）或结构的一部分超过某一特定状
态，结构就不能满足设计规定的某种功能要求，这一特定 状态就叫该功能的极限状态。
2.3 水工建筑物的安全性
❖极限状态设计分类
（1）承载能力极限状态
当出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态： ①刚体失去平衡（如倾覆等)； ②材料强度不足而破坏； ③结构失稳(如压屈等) ； ④结构转变为机动体系； ⑤结构体产生渗透失稳等现象；
规模大、风险大：需谨慎、严格，必要时需试验研究 规程规范指导性强：总结历史，参考经验，形成规程
规范，少走弯路。 施工外界干扰大
2.1 水利工程设计的任务和特点
四、设计工作水平
根据有无参考样本和工程经验，可分为以下几种： ❖ 开发型设计：提出创造性的新型方案，但难度大、风险大、
投资高。 ❖ 更新型设计：在常规型式、设计原理的基础上改进局部建
水工建筑物
第二章 水工建筑物设计综述
2.1 水利工程设计的任务和特点
一、水利工程
❖ 定义 ❖ 特点
二、水利技术工作
❖ 勘测：水文、气象、地质、地理、经济及社会信息。 ❖ 规划：统一部署，主要依据社会现实、自然环境。 ❖ 工程设计：运用科学技术、设计理论、设计原理……。 ❖ 工程施工：组织人力、物力高质量完成任务。 ❖ 工程管理：已建成工程的调度、运行、维修、监测、经营 ❖ 科技开发：研究新理论、新材料、新工艺、新结构等，以
20.0
16.8
失事
混凝土及 砌石坝
2.8
11.1
3.7
3.7
0.9
(108座) 土石坝 13.9 15.7 13.0
30.5
4.7
❖大坝失事时间：一半以上失事集中在施工期（16.7%）和使 用初期（26.8%）。
2.3 水工建筑物的安全性
二、安全储备
❖设计标准明确规定：建筑物设计必需具有一定的安全储备 ❖安全储备的表示方法
2.3 水工建筑物的安全性
❖ 结构功能函数
Z g X1, X2, , Xn,c
基本变量
功能限值
Z RS
功能函数
结构抗力
❖ 极限状态方程
Z g X1, X2, , Xn,c 0
作用效应
所占比例 6％ 5％ 4％ 4％ 2％ 10％
2.3 水工建筑物的安全性
表2-5 坝在不同时刻发生事故或失事所占百分比
事故或 失事
坝型
施工中
事故或失
建成5年后
不清楚
事故
混凝土及 砌石坝
2.6
4.6
4.2
11.7
10.8
(2013件) 土石坝
6.9
10.5 11.9
水工建筑物在设计基准期内的要求
1级挡水建筑物为100年，其它永久建筑物为50年
2.2 设计的工作步骤
❖ 级别不同，抗御灾害能力也不同：防洪标准、抗震标准、 坝顶超高
❖ 级别不同，安全性不同 包括强度、稳定、变形三方面 水工建筑物的结构安全级别
❖ 级别不同，运行可靠性不同 ❖ 级别不同，建筑材料不同：品种、质量、耐久性
筑物设计原理，如碾压混凝土坝、面板堆石坝。 ❖ 适配型设计：常规型式上选择适当的尺寸、材料和布置型
式。 ❖ 工程设计优劣的评价
适用性、安全性、经济合理性
2.2 设计的工作步骤
一、水工建筑物设计
❖
水利工程建设的全过程是一个系统工程。
功能需求、资金、 人力投入，投资
风险分析
物力资源、结构型式、 工作特点,施工导流方 案，环境影响等