重力坝课程设计一、目的1、学会初拟重力坝尺寸的方法；2、掌握重力坝抗滑稳定计算和应力计算；3、进一步认识重力坝的结构特点。
二、基本资料（一）、水文、气象及泥沙资料通过对区域内水文气象资料的调查和分析计算，设计中所采用的水文、气象及泥沙参数见下表1。
（二）、地质资料1、坝址地质资料选定坝址河谷呈基本对称的“V”形谷，左岸山体坡角48°，右岸山体坡角46°，两岸地貌主要为侵蚀切割形成的平缓脊状山岭地貌，河谷地貌为侵蚀-构造类型。
坝址处出露地层为峨嵋山玄武岩(P2β)，岩层无产状，岩层倾向总体倾向河床下游偏右岸。
坝址处左右岸坡残坡积层厚度为0～2m，局部地段深达7m以上，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为5m 左右。
地表裸露的玄武岩呈强风化状，玄武岩地层上部强风化层在河床部位厚3.6m，在河床左岸坡厚7.5m，在河床右岸坡厚8m，下部呈弱风化状，弱风化层在河床部位厚3m，在河床左岸坡厚4m，在河床右岸坡厚3.5m。
再往下为微风化和新鲜岩石。
经取样试验，结合有关工程经验类比，参考有关设计规范，地质专业提出了岩石（体）物理、力学参数，见表5-2～表5-4。
表5-2 岩土质物理力学性质建议指标表5-3 坝基岩体力学参数（三）特征水位（四）坝址处地形图三、要求1、拟定坝体尺寸，进行重力坝稳定计算及应力计算；2、提交成果（1）重力坝非溢流坝段剖面图，溢流坝段剖面图；（2）重力坝平面布置图。
1.坝基开挖深度的确定初步确定坝高在50~100m 的范围内，可建在微风化至弱风化的上部基岩上。
由地质资料，坝址处左右岸坡残坡积层厚度为0～2m ，局部地段深达7m 以上，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为5m 左右。
地表裸露的玄武岩呈强风化状，玄武岩地层上部强风化层在河床部位厚3.6m ，在河床左岸坡厚7.5m ，在河床右岸坡厚8m ，下部呈弱风化状，弱风化层在河床部位厚3m ，在河床左岸坡厚4m ，在河床右岸坡厚3.5m 。
再往下为微风化和新鲜岩石。
综合考虑工程量、工程造价、坝的稳定决定开挖12m 相对比较合理，由地质图可知开挖高程为1328m 。
2.校核洪水位，设计洪水位的确定设计洪水流量s m Q /4003= 校核洪水流量s m Q /6003= 一般软弱岩石单宽流量q=s m s m /50/3033- 设计洪水流量下溢流坝宽L=8～12m 校核洪水流量下溢流坝宽L=12～20m 取L=20mm=0.5，ξ=1，L=20m 正常蓄水位 1388m2/302H g mnb Q ξ= 得 =设计0H 4.338m =校核0H 5.684m设计H =1388+4.338=1392.338m 校核H =1388+5.684=1393.684m3.累计频率为1%时的波浪高度和波浪中心线高于静水位的计算官厅公式 波高h ，当20V gD=20～250 时，为累计频率5%的波高h5%； 当20V gD=250～1000 时，为累计频率10%的波高h10%。
设计洪水位情况下：20V gD=9.8×1.2×103/15.72=47.709 波浪高度 h l%=1.240×0.0166V5/4D 1/3 =1.240×0.0166×15.75/4×1.21/3=0.684m波浪长度 L=10.4×h l%0.8=10.4×0.6840.8=6.456m 波浪中心线到静水面的高度h z =πh l 2/ L ×cth2πH/ L =3.14×0.6842/6.456=0.191m校核洪水位情况下：20V gD=9.8×1.2×103/15.72=47.709 波浪高度 h l%=1.240×0.0166V5/4D 1/3 =1.240×0.0166×15.75/4×1.21/3=0.684m波浪长度 L=10.4×h l%0.8=10.4×0.6840.8=6.456m 波浪中心线到静水面的高度H z =πh l 2/ L ×cth2πH/ L =3.14×0.6842/6.456=0.191m安全超高3级建筑物取值 设计情况h c =0.4m 校核情况h c =0.4m4.坝顶高程的确定 H=设计H +h l%+ h c +h z =1393.613mH=校核H +h l%+ h c +h z =1394.859m 取较大值 H=1394.859m初步拟定坝体的剖面尺寸坝顶宽度的确定一般取坝高的8%～10%，坝高为66.859m，取6m。
坝坡坡率的确定经过试算上游坝坡坡率采用0.2，下游坝坡坡率采用0.75.坝底宽度的确定B=0.2×（1368-1328）﹢（1388-1328）×0.5=53m坝体的基本尺寸坝的稳定和应力验算计算简图坝体自重和水重的计算取单位宽度1m砼的容重γC =25 KN/m3 水的容重γW=9.8KN/m3坝体自重W1=0.5γCB1H1= 4000 KN/m3 力臂L=21.167m 力矩M= L W1=84666.667 KN/m3W2=0.5γCB1H3= 10028.850 KN/m3 力臂L=15.5m力矩M= L W1=155447.175 KN/m3W3=0.5γCB3H4=25350 KN/m3 力臂L=-0.5m力矩M= L W1=-12675 KN/m3水重W水1=0.5γB1H1= 1568 KN/m3 力臂L=23.833m W力矩M= L W水1 =37370.667 KN.m设计情况B1H2=1908.009 KN/m3 力臂L=22.5mW水2==0.5γW力矩M= L W水2 =42932.232 KN.m校核情况B1H2=2013.626 KN/m3 力臂L=22.5mW水2==0.5γW力矩M= L W水2 =45306.567 KN.m设计情况B4H5= 1673.579KN/m3 力臂L=-21.165m W水3==0.5γW力矩M= L W水2 =-35421.296KN.m校核情况B4H5= 1920.480KN/m3 力臂L=-21.165m W水3==0.5γW力矩M= L W水2 = -40646.960KN.m上游水平静水压力设计情况P1=0.5γH2=20282.953 KN/m3 力臂L=-21.446 m W力矩M= LP1=-434988.219 KN.m校核情况P1=0.5γH2=21140.500 KN/m3 力臂L=-21.895 mW力矩M= LP2=-462864.211 KN.m下游水平静水压力设计情况P1=0.5γWH2=20282.953 KN/m3 力臂L=7.113 m力矩M= LP1=15872.965 KN.m校核情况P2=0.5γW（H5）2=2231.438KN/m3 力臂L=7.620 m力矩M= LP2=19512.007 KN.m浮托力水平淤沙压力淤沙浮容重9KN/m3 淤沙内摩擦角30°水平淤沙压力Ps=0.5γs h s2tan2(45°-0.5s )=2397.059KN力臂L=-13.333m 力矩M= LPs=-31960.785 KN.m扬压力排水管幕距离上游面的距离一般不小于坝前水深的1/10～1/12取L1=7m 设计情况U1=γW αγWHL1=737.416KN 力臂L=-23m力矩M= LU1=-16960.561KN.m 校核情况U1=γW αγWHL1=734.432KN 力臂L=-23m力矩M= LU1=-16891.927KN.m设计情况U2=0.5γW αγW H （B-L1）=2264.920KN 力臂 L=-4.167m 力矩 M= LU2=-10095.572KN.m 校核情况U2=0.5γW αγW H （B-L1）=2422.937KN 力臂 L=-4.1677m 力矩 M= LU2=-10054.718KN.m 设计情况U3=0.5γW αγW HL1=1106.124KN 力臂 L=-24.167m 力矩 M= LU2=-26731.319KN.m 校核情况U3=0.5γW αγW HL1=1101.647KN 力臂 L=-24.167m 力矩 M= LU2=-26623.146KN.m浮托力 设计情况U4=γW BH2=11083.996KN 力臂 L=0m 力矩 M= LU4=0KN.m 校核情况U4=0γW BH2=11873.484KN 力臂 L=0m 力矩 M= LU2=0KN.m抗滑稳定分析f ’=0.9 c ’=0.75Mpa A=50m∑'+-'='AC U W f s K )(满足稳定要求。
σyu =B M B W 26∑∑+ σyd =BM B W 26∑∑-两种情况下坝踵均不出现拉应力满足要求。
溢流坝段的设计孔口形式：开敞溢流式 采用WES 型溢流堰顶部曲线上部曲线段x85.1=2.0H d 85.0yH d 定型设计水头，一般为校核洪水位时堰顶水头的75%～95%。
校核洪水位时 =校核0H 5.684m ， H d =4.398m ～5.339m 取H d =5.0m 。
X 与y 的关系如下表校核洪水位时 =校核0H 5.684m ， H d =4.398m ～5.339m 取H d =5.0m 。
对堰面曲线求一阶导数=dd xy Hx d85.085.0285.1下游坡率为0.75=dd xy Hx d85.085.0285.1=75.01Xa= 7.688m Ya=5.541m中间直线段 坡率与非溢流坝段的坡率相同为0.75 下游反弧段校核情况反弧段最低点水流速1V 的计算 1V =gS 2ϕ 长江流域规划办公室流速系数 ϕ的经验公式 35.0055.01kE-=ϕ流能比gqsk E 5.1=单宽流量q=30s m /3代入公式得 1V =27.78 m/s Q A Bh νν== ， 所以鼻坝平均水深为：BvQh =Q —下泄流量 B —鼻坎处水面宽度 设计情况mh 1.082027.78006=⨯=反弧半径 6(2=R ～ 6.32)10=h ～10.8m 但是实际工程中远远超过此值。
用经验公式8.531.0881.9/27.78/=⨯==gh v Fr mm h Fr R 17.941.088.533232232/3=⨯⨯==取R=15m同理可计算出 设计情况下的流速 V= 24.76 m/s反弧段曲线如图所示：反弧段的上端与直线AB相切于B点，下端与河床相切于C点。