水工建筑物课程设计——重力坝姓名：**学号：**********班级：11水利水电工程（本）04 指导老师：**目录一、原始资料(数据) (2)二、坝体剖面拟定 (3)三、稳定分析 (5)四、应力分析 (13)五、溢流坝面设计 (15)六、细部构造设计 (17)七、地基处理设计 (19)附录1：参考资料 (21)附录2：坝体剖面图 (21)一、原始资料(数据)某枢纽以发电为主，兼顾防洪灌溉。
水库建成后，还可以提高下游二个水电站的出力和发电量。
该工程坝型为混凝土重力坝。
1、水库特征：1.1、水库水位： ①正常蓄水位—349米 ②设计洪水位—349.9米 ③校核洪水位—350.4米1.2、下泄流量及相应下游水位：①千年一遇洪水的下泄流量13770s m 3，相应下游水位271.90米；②五千年一遇洪水的下泄流量15110m 3，相应下游水位272.63米1.3、库容：总库容为17.9亿立方米 考虑开挖后，坝基面高程269m 2、综合利用效益：2.1、装机容量20万千瓦，年发电量7.4亿度。
2.2、防洪：可将千年一遇洪峰流量以18200s m 3削减至13770s m 3；可将五千年一遇洪峰流量从21200s m 3削减至15110m 3；可灌溉农田30万亩；此外还可改善航运条件，库区可从事养殖。
3、自然条件：3.1、地形：坝址位于峡谷出口段，左岸地势较低，山坡较缓；右岸地势较高，山坡较陡。
3.2、地质：坝址出露岩层为志留系圣母山绿色含砾片岩。
岩性坚硬完整，新鲜岩石饱和极限抗压强度在60-80Mpa 以上，坝上游坡角为绢云母绿泥石英片岩, 饱和极限抗压强度为30-40 Mpa 。
坝基坑剪断摩擦系数f 经野外试验及分析研究确定为1.0-1.1；坝基坑抗剪断凝聚力为0.6-0.8 Mpa 。
3.3、水文地质：坝址水文地质较简单。
相对不透水层埋藏深度一般在35米以内，库区无渗漏问题。
3.4、气象资料：最高气温为42℃，最低气温为-8℃，多年平均最大风速为14s m ，水库吹程为1.4km3.5、淤泥：百年后坝前淤沙高程为286.6米，淤积泥沙内摩擦角取︒=0ϕ，淤沙浮容重为33108m N ⨯二、坝体剖面拟定1、 工程等级总库容为17.9亿立方米，确定为大（1）型水库，等级为Ⅰ级。
2、确定坝高2.1、超高值Δh 的计算坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差Δh ，可由式（2-1）计算。
Δh = h1% + hz + hc （2-1） Δh —防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m ； h1% —累计频率为1%时的波浪高度，m ；hz —波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m ；hc —安全加高，由于该工程的级别为Ⅰ级，故查得设计洪水位情况hc ＝0.7m ；校核洪水位情况hc ＝0.5m 。
下面按官厅公式计算h1% ， hz 。
V 0 为计算风速，14m/s ；D 为吹程，1.4km ；波高h l ：gD/V 02=70∈(20～250)，为累计频率5%的波高h5%，规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，应乘以1.24；首先计算波浪高度h l 和波浪长度L 和波浪中心线超出静水面的高度hz 。
（1） 设计洪水位时：设计洪水位时Δh 计算，风速采用多年平均最大风速 V 0=14m/s ，吹程D=1.4km 。
波浪三要素计算如下：波高h l =0.0166 V 05/4 D 1/3=0.0166×14^(5/4)×1.4^(1/3)=0.50m 波长L=10.4(h l )0.8 =10.4×0.5^0.8=6.00m雍高hz=πhl2/Lcth2πH/L=3.14×0.5^2/6.0×cth(2×3.14×80.9/6.0)=0.13m计算得出h=h 5% =0.50m ，因gD/V 02=70，h 1%=1.24h 5%=0.62m ； hz = 0.13m ； hc = 0.7m Δh = h 1% + hz + hc=0.62+0.13+0.7=1.45m（2） 校核洪水位时：计算方法同上，hc=0.5m ，Δh = h 1% + hz + hc=0.62+0.13+0.5=1.25m 2.2、坝高计算坝顶高程按下式计算，并选用其中较大值 坝顶高程=设计洪水位+Δh 设=349.9+1.45=351.35m 坝顶高程=校核洪水位+Δh 校=350.4+1.25=351.65m 取校核洪水位时的情况351.65m为保证坝体运行安全，需设置防浪墙，取1.2m ，坝顶高程取为▽350.5m 。
坝基面高程为269m,坝顶高程为350.5m,坝高为350.5-269=81.5m 。
3、 拟定坝顶宽度因无特殊要求，根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的8%～10%取值，且不小于2m 并应满足交通和运行管理的需要。
按坝高的10%计算，即为6.52m ～8.15m ，考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，取坝顶宽为8m ，以满足大坝维修作业通行需要。
4、 拟定剖面尺寸拟定坝体形状为基本三角形。
本次设计采用上游坝面铅直，下游倾斜的形式。
该形式为实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验。
下游坝坡坡率m=0.6～0.8，取m=0.8。
计算得坝底宽度为B=0.8×81.5=65.2m 。
坝体剖面示意图如图二-1。
校核设计正常：图二-1 坝体剖面示意图三、稳定分析1、荷载及其组合重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力等，常取1ｍ坝长进行计算。
荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。
基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。
特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。
设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。
本次荷载组合分二种（1）、基本组合为设计洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力；（2）、特珠组合为校核洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。
2、设计洪水情况荷载计算：2.1、自重W坝体自重的计算公式： W =Vγc（kN）（3-1）式中 V——坝体体积，m3；由于取1m坝长，可以用断面面积代替，通常把它分成如图三-1 所示的若干个简单的几何图形分别计算重力；γc——坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为24kN/ m3）图三-1分解后的两部分自重：W1=24×8×81.5=15648kNW2=1/2×24×71.5×57.2=49077.6kNW= W1+ W2=15648+49077.6=64725.6kN取坝底部中点为力矩作用中心点O，则W1作用点至O点的力臂L1=32.6-4=28.6mW2作用点至O点的力臂L2=32.6-(8+57.2/3)=5.53m;竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：MOW1= 15648×28.6=447532.8KN·mMOW2=49077.6×5.53=271399.128KN·m∑MOW=447532.8+271399.128=718931.928 KN·m2.2、静水压力P静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力PH和垂直水压力P两种,本设计上游坝面只有水平水压力，下游有水平和垂直两种压力。
如图三V-2所示。
图三-2根据水力学公式计算公式为：水平水压力PH式中：Ｈ—计算点处的作用水头，m；γw —水的重度，常取9.81 kN／m3；按水重计算。
垂直水压力PVH上=349.9-269=80.9mH下=271.90-269=2.9m上游水压力：P上H=1/2×9.81×80.9×80.9=32102.29kN （→）下游水平水压力：P下H=1/2×9.81×2.9×2.9=41.25KN（→）下游垂直水压力：P下v=1/2×9.81×2.32×2.9=33.00KN(↓)上游水压力力臂L上H=80.9/3=26.97m下游水平水压力力臂L下H=2.9/3=0.97m下游垂直水压力力臂L下V=32.6-2.32/3=31.83m静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：MoP上H=-32102.29×26.97=-865798.76KN·mMoP下H=41.25×0.97=40.01KN·mMoP下V=-33.00×31.83=1050.39 KN·m水平水压力对O点的弯矩：MoP=-865798.76+40.01-1050.39=-866809.14KN·m2.3 、扬压力U (设帷幕灌浆，设排水孔)根据规范，排水处扬压力折减系数：α=0.25,如图三-3 所示，将扬压力分成四部分，U1，U2，U3，U4。
图三-3U4=28.45×65.2=1854.94 kNU3=1/2×（189.50-28.45）×57.2=4606.03kNU2=（189.50-28.45）×8=1288.4kNU1=1/2×(793.63-189.50)×8=2416.52kNU=U1+U2+U3+U4=10165.89kNU4作用点至O点的力臂L4=0U3作用点至O点的力臂L3=32.6-(57.2/3+8)=5.53mU2作用点至O点的力臂L2=32.6-8/2=28.6mU1作用点至O点的力臂L1=32.6-8/3=29.93 m竖向扬压力力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：Mo1=-2416.52×29.93=-72326.44 KN·mMo2=-1288.4×28.6=-36848.24KN·mMo3=-4606.03×5.53=-25471.35KN·mMo4=0∑MOU=0-72326.44-36848.24-25471.35=-134646.03KN·m2.4、泥沙压力Ps一般计算年限取50～100 年，本设计取100年，水平泥沙压力Ps 为：式中：γsb——泥沙的浮容重，8kN/m3；hs ——坝前淤沙厚度，286.6-269=17.6m；Φs ——淤沙的内摩擦角，( 0°)。