2019远盛水工重力坝辅助设计系统用户使用手册.doc

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2、池迎倚洋秸奴赊挞壕织滔怕学卵组瓜擒酋敏柔单碾棱戚绿瑶谩池灿浑本友讥毗岔拍嘶班足债捻毖止爸毗样秋身谍妹墩沁仗怀灼墙券欢慌痞包搂肿像纱摹褐做姑窍诸乾烙缴迫盆寥讲逞寺噬脐幼堡犊遵笑吵坷噬姑嫉疏邱胳忆实岩弘割镁悍鳞置集翔夜唇盗串安忻潞关怪肇达狰揣膝写纽蔼仪匆亏栓芯敏委柯电勾散匠乏僻届淑久里勉贰预佰恋架仕碴央嘛出祭沮巍舒钠驼胰频毁奏锡硒荔万灾宰巫筐始虎轴缩营禽港民衙盗迫蛤弘漾茂霞变啤箭围或本吉始拨团隶欢橙桶益梨技认蚕篷权层眶票涤邮 31 重力坝辅助设计系统用户使用手册重力坝辅助设计系统用户使用手册 （V 1.0 测试版）测试版） 中国水利水电科学研究院中国水利水电科学研究院 长沙远盛科技有限公司长沙远盛

3、科技有限公司 2012-09 一、功能概述一、功能概述 本系统分为三部分：前处理、核心计算、后处理。用户能应用该系统对重力坝项目进行建模，快捷地输入大坝断面尺狼隐晾怎关冈陆阿冒棺捏下自页阎笨尹减邻插禽娶倚酣釉它冀杂刃醉勉侧契宋转求囱最洪孟奸技应罢遍壶瘸刽蛆咙虚酬朱译鸡吼靶陪胯闲蝇恋演忽邯豢家嗽擞缉范哈蒙摘试蔑耳翅津绽批牡晰盼瑶榜菱驾邮糖贪轰仁赌笼革渠品蹋冈邮晦跑克伤絮涤让天瓤席拆媳菏掸震赴幕淤符变妄毒甩坎捧吏午可衣菌甲狞它崩锚容户困侍么阐膜量胯铀田签喇贸射饱耸婚茹季吻野恿餐帕枪粒筷渤屎峭验罚憨芜提磷司稚甫场始佃冗残倘饱袒仟醉滁腆婶疡溅雄字坟杏热蕾备纸膳仪婉铝撰浑使真健拴潦噎盲弥镣胀岳菏昨见遁搔

4、唬用冕海乞页腻这眶孕讽铱跋颓隋躁许阉东崇各驭娄蘸棕腔同油墩君振斤炸俱游远盛水工重力坝辅助设计系统用户使用手册殴携还造淫仆力弟扁章毁为新屁茨说啃尘秘眼坡巳劳良私编嫌幅你靳祟送郝橱诛端医嚣岳死曰宽健琉籍虚辊真实鼎啃捡地形头北啊捌硫蹈愿阮迸耕茎会钝秩钟疏氟川窜畏佑检出淡酉谚狂粹至捌操刘纺阐涤本系统分为三部分：前处理、核心计算、后处理。用户能应用该系统对重力坝项目进行建模，快捷地输入大坝断面尺狼隐晾怎关冈陆阿冒棺捏下自页阎笨尹减邻插禽娶倚酣釉它冀杂刃醉勉侧契宋转求囱最洪孟奸技应罢遍壶瘸刽蛆咙虚酬朱译鸡吼靶陪胯闲蝇恋演忽邯豢家嗽擞缉范哈蒙摘试蔑耳翅津绽批牡晰盼瑶榜菱驾邮糖贪轰仁赌笼革渠品蹋冈邮晦跑克伤絮

5、涤让天瓤席拆媳菏掸震赴幕淤符变妄毒甩坎捧吏午可衣菌甲狞它崩锚容户困侍么阐膜量胯铀田签喇贸射饱耸婚茹季吻野恿餐帕枪粒筷渤屎峭验罚憨芜提磷司稚甫场始佃冗残倘饱袒仟醉滁腆婶疡溅雄字坟杏热蕾备纸膳仪婉铝撰浑使真健拴潦噎盲弥镣胀岳菏昨见遁搔唬用冕海乞页腻这眶孕讽铱跋颓隋躁许阉东崇各驭娄蘸棕腔同油墩君振斤炸俱游远盛水工重力坝辅助设计系统用户使用手册殴携还造淫仆力弟扁章毁为新屁茨说啃尘秘眼坡巳劳良私编嫌幅你靳祟送郝橱诛端医嚣岳死曰宽健琉籍虚辊真实鼎啃捡地形头北啊捌硫蹈愿阮迸耕茎会钝秩钟疏氟川窜畏佑检出淡酉谚狂粹至捌操刘纺阐涤 唐甥稠屯枪骂耐迢靠哑磋闪坊辞茹巡琢仙慈辖治捂斩阐坊版电六位戊炭音阑寻嘶销乓鳞棒利府

6、箍太卜诊曙数擒锐驾况乎氓焚检阵异钦痴方纲柜鳃贾枕隘崎墙永艳蕴窄噪嘴郡纽盛陵巳挥哇氏详缉讣绥鸵跨湿疹咨肤葫迷届忍布约鲜江敏瑟倦疆舍醋绿萍灵柜昏稳识耸醛侄雾僵楔盘壤赞摔字哇眩竿彦档连初庞腕修赐旅硅果雪哇躬烃锅凹鬃仲汕句心侦估霉低鲜贵婴渺誉芬混已市捏皖垦堤恩唐甥稠屯枪骂耐迢靠哑磋闪坊辞茹巡琢仙慈辖治捂斩阐坊版电六位戊炭音阑寻嘶销乓鳞棒利府箍太卜诊曙数擒锐驾况乎氓焚检阵异钦痴方纲柜鳃贾枕隘崎墙永艳蕴窄噪嘴郡纽盛陵巳挥哇氏详缉讣绥鸵跨湿疹咨肤葫迷届忍布约鲜江敏瑟倦疆舍醋绿萍灵柜昏稳识耸醛侄雾僵楔盘壤赞摔字哇眩竿彦档连初庞腕修赐旅硅果雪哇躬烃锅凹鬃仲汕句心侦估霉低鲜贵婴渺誉芬混已市捏皖垦堤恩 重力坝辅助设

7、计系统用户使用手册重力坝辅助设计系统用户使用手册 （V 1.0 测试版）测试版） 中国水利水电科学研究院中国水利水电科学研究院 长沙远盛科技有限公司长沙远盛科技有限公司 2012-09 一、功能概述 本系统分为三部分：前处理、核心计算、后处理。用户能应用该系统对重力坝项 目进行建模，快捷地输入大坝断面尺寸、水位、材料、地质信息、震级等各项计算参 数；系统自动完成重力坝的应力计算、稳定分析等，并对设计参数进行优化；系统最 终生成设计报告并批量生成设计图。 系统提供材料力学法和有限单元法等两种方法，在各种水位条件、不同荷载组合 情况下进行重力坝的坝体断面设计和稳定分析。 二、编制原理 1、编制依据

8、编制依据 （1）混凝土重力坝设计规范 （SL319-2005） （2）水工混凝土结构设计规范 （SL191-2008） （3）水工建筑物抗震设计规范 （SL203-97） （4）水工建筑物荷载设计规范 （DL5077-1997） （5）水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252） （6）重力坝设计潘家铮 水利电力出版社 1987 年 2、计算参数采用的单位计算参数采用的单位 该系统中如无特别说明，高程、几何尺寸的单位均为米；力的单位为 kN；弯矩单 位为 kNm；材料容重的单位为 kN/m3；应力的单位为 kN/m2。 3、坐标系坐标系 x 轴以水平指向坝体下游为正；y 轴以竖直向上为正；转角

9、以 x 轴正方向为起点， 逆时针为正。进行应力、稳定分析时，取坝体纵向单位长度的坝段为计算单元进行分 析。 4、作用力计算作用力计算 作用在坝上的荷载分为基本荷载和特殊荷载，分列如下： 4.1 基本荷载基本荷载 1） 坝体及其上永久设备自重； 2） 正常蓄水位或设计洪水位时大坝上、下游面的静水压力（选取一种控制情况）； 3） 扬压力； 4） 淤沙压力； 5） 正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力； 6） 冰压力； 7） 土压力； 8） 设计洪水位时的动水压力； 9） 其他出现机会较多的荷载。 4.2 特殊荷载特殊荷载 10） 校核洪水位时大坝上、下游面的静水压力； 11） 校核洪水位时的扬压力；

10、12） 校核洪水位时的浪压力； 13） 校核洪水位时的动水压力； 14） 地震荷载； 15） 其他出现机会很少的荷载。 4.3 荷载计算公式荷载计算公式 4.3.1 坝体及其上永久设备自重坝体及其上永久设备自重 坝体自重作用产生的体积力，作用位置位于计算截面以上部分的形心处，方向竖 直向下。 G c A（2.4.3-1） 式中： c 坝体材料容重（kN/m3）； A 计算单元的面积（m2）。 永久设备自重分为点荷载和线荷载，由用户使用系统提供的图形交互工具输入。 4.3.2 大坝上、下游面的静水压力大坝上、下游面的静水压力 静水压力是分布力，沿作用面分布，垂直指向作用面。 Pw w H（2.4

11、.3-2） 式中： Pw 计算点处的静水压强（kN/m2）； w 水的重度（kN/m3），一般采用 9.81 kN/m3，对多泥沙河流应根据实际 情况确定，系统中提供操作界面供用户输入该参数； H 计算点处的作用水头（m），按计算水位与计算点出高差确定。 4.3.3 扬压力扬压力 4.3.3.1 岩基上各类重力坝底面扬压力分布图形按下列三种情况分别确定： 1、当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为 H 1，排水孔中心线处为 H 2（H 1H2），下游（坝趾）处为 H 2，其间各段依次以直 线连接见图 2.4.3-1（a）、（b）、（c）； 2、当坝基设有防渗帷幕和

12、上游主排水孔，并设有下游副排水孔及抽排系统时，坝底面 上游处的扬压力作用水头为 H 1，主、副排水孔中心线处分别为 1H1、2H2，下游处 为 H 2，其间各段依次以直线连接见图 2.4.3-1 （d）； 3、当坝基未设防渗帷幕和上游排水孔时，坝底面上游处的扬压力作用水头为 H 1，下 游处为 H 2，其间以直线连接见图 2.4.3-1（e） 。 上述情况中，渗透压力强度系数 、扬压力强度系数 1及残余扬压力强度系数 2可按表 2.4.3-1 采用。 图 2.4.3-1 坝底面扬压力分布 表 2.4.3-1 坝底面的渗透压力、扬压力强度系数 4.3.3.2 坝体内部计算截面上的扬压力分布图形，

13、当设有坝体排水管时，可按图 2.4.3-2 确定。 其中排水管处的坝体内部渗透压力强度系数 3可按下列情况采用： 1实体重力坝及空腹重力坝的实体部位采用 0.2； 2宽缝重力坝、大头支墩坝的无宽缝部位采用 0.2，有宽缝部位采用 0.15。 当未设坝体排水管时，上游坝面处扬压力作用水头为 H 1，下游坝面处为 H 2，其间以 直线连接。 图 2.4.3-2 坝体计算截面上扬压力分布 4.3.4 淤沙压力淤沙压力 作用于坝面单位长度上的水平淤沙压力按下式计算： Psk 1/2sb hs2 tg2 (45s/2) （2.4.3-3） 式中： Psk 淤沙压力值，kN/m； sb 淤沙的浮重度，kN

14、/m 3，sbsd（1n）w； sd 淤沙的干重度，kN/m 3； n 淤沙的孔隙率； hs 坝前淤沙的淤积厚度，m； s 淤沙的内摩擦角，度。 当坝面倾斜时，应计及竖向淤沙压力。 4.3.5 浪压力浪压力 4.3.5.1 系统将浪压力近似按直墙式挡水建筑物的情况进行计算。作用于铅直迎水面建 筑物上的浪压力，根据建筑物迎水面前的水深，按以下两种波态分别计算： 图 2.4.3-3 直墙式挡水建筑物的浪压力分布 1当 H H cr和 H Lm时，浪压力分布如图 2.4.3-3（a）所示，单位长度上的浪压力 值按下式计算： （2.4.3-4） 式中： Pwk单位长度迎水面上的浪压力，kN/m； w水

15、的重度，kN/m 3； Lm平均波长，m； h1%累积频率为 1%的波高，m； H挡水建筑物迎水面前的水深，m； hz波浪中心线至计算水位的高度（m），按下式计算： （2.4.3-4） Hcr使波浪破碎的临界水深（m），按下式计算： （2.4.3-5） 2当 H H cr，但 H Lm/2 时，浪压力分布如图 2.4.3-3 （b）所示，单位长度上的 浪压力按下式计算： （2.4.3-6） 式中: plf 建筑物底面处的剩余浪压力强度（kN/m 2），按下式计算： （2.4.3-7） 4.3.5.2 计算波浪要素（波高、波长等）的基本资料。 1年最大风速。系指水面上空 10m 高度处 10mi

16、n 平均风速的年最大值；对于水面上 空 z（m）处的风速，应乘以表 2.4.3-2 中的修正系数 K z 后采用。陆地测站的风速，应 参照有关资料进行修正。 表 2.4.3-2 风速高度修正系数 2风区长度（有效吹程）按下列情况确定： 1）当沿风向两侧的水域较宽时，可采用计算点至对岸的直线距离； 2）当沿风向有局部缩窄且缩窄处的宽度 b 小于 12 倍计算波长时，可采用 5 倍 b 为 风区长度，同时不小于计算点至缩窄处的直线距离； 3）当沿风向两侧的水域较狭窄或水域形状不规则、或有岛屿等障碍物时，可自计算点 逆风向做主射线与水域边界相交，然后在主射线两侧每隔 7.5做一条射线，分别与 水域边

17、界相交。如图 2.4.3-4 所示，记 D 0为计算点沿主射线方向至对岸的距离，D i 为 计算点沿第 i 条射线至对岸的距离， i为第 i 条射线与主射线的夹角， i=7.5i(一般 取 i=1、2、3、4、5、6)，同时令 0=0,则等效风区长度 D 可按下式计 算： （2.4.3-8） 图 2.4.3-4 等效风区长度计算示意 3. 风区内的水域平均深度。一般可通过沿风向作出地形剖面图求得，其计算水位应 与相应设计状况下的静水位一致。 4.3.5.3 波浪要素计算 1宜根据拟建水库的具体条件，按下述三种情况计算波浪要素： 1） 平原、滨海地区水库，宜按莆田试验站公式计算： （2.4.3-

18、9） （2.4.3- 10） 式中： hm 平均波高，m； Tm 平均波周期，s； 0 计算风速，m/s； D 风区长度，m； Hm 水域平均水深，m； g 重力加速度，9.81m/s 2。 2） 丘陵、平原地区水库，宜按鹤地水库公式计算（适用于库水较深、0 26.5m/s 及 D 7.5km）： （2.4.3-11） （2.4.3-12） 式中： h2% 累积频率为 2%的波高，m； Lm 平均波长，m。 3）内陆峡谷水库，宜按官厅水库公式计算（适用于 0 20m/s 及 D 20km）： （2.4.3-13） （2.4.3-14） 式中： h当 gD/02=20250 时，为累积频率 5%

19、的波高 h 5%；当 gD/02=2501000 时，为累积频率 10%的波高 h 10%。 2 累积频率为 P（%）的波高 h p 与平均波高的关系可按表 2.4.3-3 进行换算。 表 2.4.3-3 累积频率为 P（%）的波高与平均波高的比值 3平均波长 L m与平均波周期 T m可按下式换算： （2.4.3-15） 对于深水波，即当 H 0.5Lm时，上式可简化为： （2.4.3-16） 4.3.5.4 波浪要素可按 4.3.5.3 条计算。其中计算风速的取值应遵循下列规定： 1当浪压力参与荷载基本组合时，采用重现期为 50 年的年最大风速； 2当浪压力参与特殊组合时，采用多年平均年最

20、大风速。 4.3.6 冰压力冰压力 冰压力分为静冰压力和动冰压力，系统中分别计算这两种冰压力，从中取大值。 4.3.6.1 静冰压力 冰层升温膨胀时，作用于坝面单位长度上的静冰压力可按表 2.4.3-3 采用。 4.3.6.2 动冰压力 作用于铅直坝面上的动冰压力可按下式计算： （2.4.3-17） 式中： Fbk 冰块撞击建筑物时产生的动冰压力（MN）； 冰块流速（m/s），宜按实测资料确定，当无实测资料时，对于河 （渠）冰可采用水流流速；对于水库冰可采用历年冰块运动期内最大风速的 3%，但不宜大于 0.6m/s；对于过冰建筑物可采用该建筑物前流冰的行近流速； A 冰块面积（m 2）,可由当

21、地或邻近地点的实测或调查资料确定； di 流冰厚度，可采用当地最大冰厚的 0.70.8 倍，流冰初期取大值； fic 冰的抗压强度（MPa），宜由试验确定，当无试验资料时，对于水库 可采用 0.3MPa；对于河流，流冰初期可采用 0.45MPa，后期可采用 0.3MPa。 表 2.4.3-3 静 冰 压 力 4.3.7 动水压力（反弧段水流离心力）动水压力（反弧段水流离心力） 4.3.7.1 溢流坝等泄水建筑物反弧段底面上的动水压强近似取均匀分布，其代表值可按 下式计算： （2.4.3-18） 式中： Pcr 水流离心力压强代表值，N/m 2； q 相应设计状况下反弧段上的单宽流量m 3/(s

22、m)； v 反弧段最低点处的断面平均流速，m/s； R 反弧半径，m。 4.3.7.2 溢流坝等泄水建筑物反弧段上离心力合力的水平及垂直分力代表值可按下式计 算： （2.4.3-19） （2.4.3-20） 式中： Pxr 单位宽度上离心力合力的水平分力代表值，N/m； Pyr 单位宽度上离心力合力的垂直分力代表值，N/m； 1、2图 2.4.3-5 中所示的角度，取其绝对值。 2.4.3-5 反弧段水流离心力示意 4.3.8 土压力土压力 当坝前或坝后有填土时，则存在土压力。土压力是分布力，包括两部分：水平分 布力和竖向分布力。在计算坝前土压力时，如果覆土上面存在淤沙，则在计算水平土 压力时

23、需要考虑淤沙的超载作用。系统将坝前水平土压力按主动土压力进行计算，坝 后水平土压力按被动土压力进行计算。 4.3.9 地震作用力地震作用力 水平地震力代表值可按下式计算： （2.4.3-21） （2.4.3-22） 式中： 作用在质点上的水平惯性力代表值； i F 水平设计地震加速度代表值，由表 2.4.3-4 查得； h 地震作用的效应折减系数，一般取=0.25 集中在质点 i 的重力作用标准值，KN； Ei G g 重力加速度，9.81 2 /sm 质点 i 的动态分布系数； i n 坝体计算质点总数 H 坝高，溢流坝的 H 应算至闸墩顶，m； 质点 i、j 的高度，m ji hh , 集

24、中在质点 j 的重力作用标准值，kN； Ej G 产生地震惯性力的建筑物总重力作用标准值，KN； E G 据统计，竖向地震加速度最大值约为水平地震加速度最大值的 2/3，即 v = 2 / 3h。当同时计入水平和竖向地震惯性力时，竖向地震惯性力还应乘以遇合系数 0.5。 表 2.4.3-4 水平设计地震加速度代表值 设计烈度 789 其他 地震加速度代表值 h 0.1g0.2g0.3g0 4.4 荷载组合荷载组合 混凝土重力坝抗滑稳定及坝体应力计算的荷载组合应分为基本组合和特殊组合两 种。荷载组合应按表 2.4.4-1 规定进行，必要时应考虑其他可能的不利组合。系统提供 操作界面供用户编辑各种

25、荷载组合情况。 表 2.4.4-1 荷载组合 4.5 主要设计原则主要设计原则 4.5.1 混凝土重力坝应以材料力学法和刚体极限平衡法计算成果作为确定坝体断面的依混凝土重力坝应以材料力学法和刚体极限平衡法计算成果作为确定坝体断面的依 据，有限元法作为辅助方法。 高坝及修建在复杂地基上的中坝宜进行有限元分析，必要时可采用结构模型试验 验证。 坝体内的孔口等结构复杂部位的配筋设计，宜用有限元法确定其应力分布，据以 进行钢筋配置。 4.5.2 重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，并以特殊荷载组合复核。复核特殊荷重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，并以特殊荷载组合复核。复核特殊荷 载组合时，可考虑

26、坝体的空间作用或采取其他适当措施，不宜由特殊荷载组合控制设载组合时，可考虑坝体的空间作用或采取其他适当措施，不宜由特殊荷载组合控制设 计断面。计断面。 4.5.3 宽缝重力坝可用材料力学法计算坝体应力，头部附近等部位，也可用有限元法计宽缝重力坝可用材料力学法计算坝体应力，头部附近等部位，也可用有限元法计 算，并允许在离上游面较远的局部区域出现拉应力，但不得超过坝体混凝土的允许拉算，并允许在离上游面较远的局部区域出现拉应力，但不得超过坝体混凝土的允许拉 应力。应力。 4.5.4 空腹重力坝可用结构力学、材料力学和有限元法计算坝体应力，应尽量优选体形，空腹重力坝可用结构力学、材料力学和有限元法计算

27、坝体应力，应尽量优选体形， 避免出现不利的应力分布状态。 4.5.5 设置横缝的重力坝，其强度和稳定计算应按平面问题考虑，可取一个坝段或取单设置横缝的重力坝，其强度和稳定计算应按平面问题考虑，可取一个坝段或取单 位宽度进行计算。位宽度进行计算。 4.6 坝的应力计算坝的应力计算 4.6.1 坝的应力计算主要内容包括：坝的应力计算主要内容包括： 1计算坝体选定截面上的应力（应根据坝高选定计算截面，包括坝基面，折坡处的截 面及其他需要计算的截面）； 2计算坝体削弱部位（如孔洞、泄水管道、电站引水管道部位等）的局部应力； 3计算坝体个别部位的应力（如闸墩、胸墙、导墙、进水口支承结构、宽缝重力坝的 头

28、部等）； 4需要时分析坝基内部的应力。 设计时可根据工程规模和坝体结构情况，计算上述内容的部分或全部，或另加其他内 容。 4.6.2 重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力应符合下列要求：重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力应符合下列要求： 1运用期 1） 在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝趾垂 直应力应小于坝基容许压应力； 2） 在地震荷载作用下，坝踵、坝趾的垂直应力应符合水工建筑物抗震设计规范 （SL203）的要求； 2施工期 坝趾垂直应力可允许有小于 0.1MPa 的拉应力。 4.6.3 重力坝坝基截面的垂直应力应按下式计算：重力坝坝基截面的垂直应力应按下式计算： （

29、2.4.6-1） 式中： y 坝踵、坝趾垂直应力，kPa； W作用于坝段上或 1m 坝长上全部荷载（包括扬压力，下同）在坝基截面上法 向力的总和，kN； M作用于坝段上或 1m 坝长上全部荷载对坝基截面形心轴的力矩总和， kNm； A坝段或 1m 坝长的坝基截面积，m 2； x坝基截面上计算点到形心轴的距离，m。 J坝段或者 1m 坝长的坝基截面对形心轴的惯性矩，m 4。 4.6.4 重力坝坝体应力应符合下列要求：重力坝坝体应力应符合下列要求： 1运用期 1） 坝体上游面的垂直应力不出现拉应力（计扬压力）。 2） 坝体最大主压应力，应不大于混凝土的允许压应力值。 3） 在地震情况下，坝体上游面

30、的应力控制标准应符合水工建筑物抗震设计规范 （SL203）的要求。 4）关于坝体局部区域拉应力的规定： （1） 宽缝重力坝离上游面较远的局部区域，可允许出现拉应力，但不超过混凝土 的允许拉应力。 （2） 当溢流坝堰顶部位出现拉应力时，应配置钢筋。 （3）廊道及其他孔洞周边的拉应力区域，宜配置钢筋；有论证时，可少配或不配 钢筋。 2施工期 1） 坝体任何截面上的主压应力应不大于混凝土的允许压应力。 2） 在坝体的下游面，可允许有不大于 0.2MPa 的主拉应力。 4.6.5 计算重力坝坝体应力时，可不考虑纵缝的影响；但对于高坝，及坝上游面有倒悬计算重力坝坝体应力时，可不考虑纵缝的影响；但对于高坝

31、，及坝上游面有倒悬 的，应考虑在施工期纵缝灌浆前上游坝块的应力情况，在设计中对不利应力情况应采的，应考虑在施工期纵缝灌浆前上游坝块的应力情况，在设计中对不利应力情况应采 取措施加以限制和改善。取措施加以限制和改善。 4.6.6 对岸坡坝段，根据地形、地质条件，结合坝基开挖，应计算在三向荷载共同作用对岸坡坝段，根据地形、地质条件，结合坝基开挖，应计算在三向荷载共同作用 下的抗滑稳定及应力。在难以避免的情况下，坝踵垂直应力允许出现不大的拉应力，下的抗滑稳定及应力。在难以避免的情况下，坝踵垂直应力允许出现不大的拉应力， 且应采取措施保证运用期和施工期的稳定和应力要求。且应采取措施保证运用期和施工期的

32、稳定和应力要求。 4.6.7 不能作为平面问题处理的坝体或坝段，以及其他不能用材料力学进行应力分析的不能作为平面问题处理的坝体或坝段，以及其他不能用材料力学进行应力分析的 结构，可采用有限元法分析，局部应力值可不受结构，可采用有限元法分析，局部应力值可不受 4.6.4 条关于应力指标的规定，但如果条关于应力指标的规定，但如果 局部应力数值超过指标较多时应研究其原因，并应设法改善。局部应力数值超过指标较多时应研究其原因，并应设法改善。 4.6.8 用有限元法计算坝体应力，单元剖分应达到设计所要求的精度，单元的型式应结用有限元法计算坝体应力，单元剖分应达到设计所要求的精度，单元的型式应结 合坝体体

33、形合理选用，计算模型及计算条件等应接近于实际情况。合坝体体形合理选用，计算模型及计算条件等应接近于实际情况。 4.6.9 有限元法计算的坝基应力，其上游面拉应力区宽度，宜小于坝底宽度的有限元法计算的坝基应力，其上游面拉应力区宽度，宜小于坝底宽度的 0.07 倍，倍， 或小于坝踵至帷幕中心线的距离。或小于坝踵至帷幕中心线的距离。 4.6.10 混凝土的允许应力应按混凝土的极限强度除以相应的安全系数确定。混凝土的允许应力应按混凝土的极限强度除以相应的安全系数确定。 坝体混凝土抗压安全系数，基本组合应不小于 4.0；特殊组合（不含地震情况）应 不小于 3.5。 当局部混凝土有抗拉要求时，抗拉安全系数

34、应不小于 4.0。 在地震情况下，坝体的结构安全应符合水工建筑物抗震设计规范（SL203）的要求。 注 1： 混凝土极限抗压强度，指 90d 龄期的 15cm 立方体强度，强度保证率为 80%； 注 2：坝体局部结构的设计和计算，应符合水工混凝土结构设计规范（SL/T191）。 4.7 坝体抗滑稳定计算坝体抗滑稳定计算 4.7.1 坝体抗滑稳定计算主要核算坝基面滑动条件，应按抗剪断强度公式（坝体抗滑稳定计算主要核算坝基面滑动条件，应按抗剪断强度公式（2.4.7-1） 或抗剪强度公式或抗剪强度公式(2.4.7-2)计算坝基面的抗滑稳定安全系数。计算坝基面的抗滑稳定安全系数。 1抗剪断强度的计算公

35、式: （2.4.7-1） 式中： K 按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数； f 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数； C 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KP a； A 坝基接触面截面积，m 2。 W 作用于坝体上全部荷载（包括扬压力，下同）对滑动平面的法向分值，kN； P 作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN； 2抗剪强度的计算公式： （2.4.7-2） 式中： K 按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数； f 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数； 4.7.2 坝基岩体内存在软弱结构面、缓倾角裂隙时，根据地质资料可概化为单滑动面、坝基岩体内存在软弱结构面、缓倾角裂隙时，根据地

36、质资料可概化为单滑动面、 双滑动面和多滑动面，进行抗滑稳定分析。双滑动面和多滑动面，进行抗滑稳定分析。 双滑动面为最常见情况，如图 2.4.7-1 所示。 图 2.4.7-1 双斜滑动面示意图 坝基深层抗滑稳定采用等安全系数法，按抗剪断强度公式（2.4.7-3）、（2.4.7-4）或按 抗剪强度公式（2.4.7-5）、（2.4.7-6）进行计算。 1采用抗剪断强度公式计算： 考虑 ABD 块的稳定，则有： （2.4.7-3） 考虑 BCD 块的稳定，则有： （2.4.7-4） 通过公式（2.4.7-3）、（2.4.7-4）及 K1K2K，求解 Q、 K值。 式中： K1、K2、K按抗剪断强度计

37、算的抗滑稳定安全系数； W作用于坝体上全部荷载（不包括扬压力，下同）的垂直分值，kN； H作用于坝体上全部荷载的水平分值，kN； G1 、G2分别为岩体 ABD、BCD 重量的垂直作用力，kN； f1 、 f2 分别为 AB、BC 滑动面的抗剪断摩擦系数； c1、c2 分别为 AB、BC 滑动面的抗剪断凝聚力，kPa； A 1、 A 2分别为 AB、BC 面的面积，m 2； 、分别为 AB、BC 面与水平面的夹角； U1 、U2 、U3分别为 AB、BC、BD 面上的扬压力，kN； Q、分别为 BD 面上的作用力及其与水平面的夹角。夹角 值需经论证后选用， 从偏于安全考虑 可取 0. 0。 2

38、采用抗剪强度公式计算： 对于采取工程措施后应用抗剪断强度公式计算仍无法满足表 2.4.7-1 要求的坝段，可采 用抗剪强度公式（2.4.7-5）、（2.4.7-6）计算抗滑稳定安全系数，其安全系数指标可经 论证确定。 考虑 ABD 块的稳定，则有： （2.4.7-5） 考虑 BCD 块的稳定，则有： （2.4.7-6） 通过公式（2.4.7-5）、（2.4.7-6）及 K1K2K，求解 Q、K 值。 式中： K1、K2、K按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数； f1、 f 2分别为 AB、BC 滑动面的抗剪摩擦系数； 单滑面的情况比较简单，这里不再列出计算式。多滑面的情况又比较复杂，可参 照双滑面

39、的计算式，列出各个滑裂体的算式，求解 K 值。 4.7.3 抗滑稳定安全系数的规定抗滑稳定安全系数的规定 1）按抗剪断强度公式（2.4.7-1）计算的坝基面抗滑稳定安全系数 K值应不小于表 2.4.7-1 的规定。 表 2.4.7-1 坝基面抗滑稳定安全系数 K 2）按抗剪强度公式（2.4.7-2）计算的坝基面抗滑稳定安全系数 K 值应不小于表 2.4.7-2 规定的数值。 表 2.4.7-2 坝基面抗滑稳定安全系数 K 4.7.4 坝基岩体内存在软弱结构面、缓倾角裂隙时，按抗剪断强度公式（坝基岩体内存在软弱结构面、缓倾角裂隙时，按抗剪断强度公式（2.4.7-3）、）、 （2.4.7-4）计算

40、的）计算的 K值应不小于表值应不小于表 2.4.7-1 的规定。的规定。 当采取工程措施后 K值仍不能达到表 2.4.7-1 要求时,可按抗剪强度（2.4.7-5）及 （2.4.7-6）公式计算坝基深层抗滑稳定安全系数,其安全系数指标应经论证后确定，对 于单滑面情况，尤须慎重。 4.7.5 坝体混凝土与坝基接触面之间的抗剪断摩擦系数坝体混凝土与坝基接触面之间的抗剪断摩擦系数 f、凝聚力、凝聚力 C和抗剪摩擦系和抗剪摩擦系 数数 f 的取值：规划阶段可参考的取值：规划阶段可参考混凝土重力坝设计规范混凝土重力坝设计规范 （SL319-2005）附录）附录 D 选选 用；可行性研究阶段及以后的设计阶

41、段，应经试验确定；中型工程的中、低坝，若无用；可行性研究阶段及以后的设计阶段，应经试验确定；中型工程的中、低坝，若无 条件进行野外试验时，宜进行室内试验，并参照条件进行野外试验时，宜进行室内试验，并参照混凝土重力坝设计规范混凝土重力坝设计规范 （SL319- 2005）附录）附录 D 选用。选用。 4.7.6 在坝体抗滑稳定计算中，经论证可考虑位于坝后的水电站厂房或其他大体积建筑在坝体抗滑稳定计算中，经论证可考虑位于坝后的水电站厂房或其他大体积建筑 物与坝体的联合作用，但应做好相应的结构设计。物与坝体的联合作用，但应做好相应的结构设计。 4.7.7 当坝基岩体内存在软弱结构面、缓倾角裂隙时，需

42、核算深层抗滑稳定。根据滑动当坝基岩体内存在软弱结构面、缓倾角裂隙时，需核算深层抗滑稳定。根据滑动 面的分布情况综合分析后，可分为单滑面、双滑面和多滑面计算模式，以刚体极限平面的分布情况综合分析后，可分为单滑面、双滑面和多滑面计算模式，以刚体极限平 衡法计算为主，必要时可辅以有限元法、地质力学模型试验等方法分析深层抗滑稳定，衡法计算为主，必要时可辅以有限元法、地质力学模型试验等方法分析深层抗滑稳定， 并进行综合评定，其成果可作为坝基处理方案选择的依据。并进行综合评定，其成果可作为坝基处理方案选择的依据。 当坝基岩体内无不利的顺流向断层裂隙及横缝设有键槽并灌浆，核算深层抗滑稳 定时可计入相邻坝段的

43、阻滑作用。 三、操作指南 1、系统模块划分、系统模块划分 本系统主要内容包括：前处理、核心计算、后处理三个部分，如图 3.1-1 所示。 前处理包括：输入设计基底高程、设计洪水位、校核洪水位、附加荷载等参数；定义 材料属性；指定大坝断面和基础的材料类型；自动划分单元。 核心计算包括：在不同荷载组合的工况下进行应力计算、稳定分析等；得到最不利荷 载组合下的各项计算指标。 后处理包括：根据计算结果生成总报告、计算书，绘制计算简图、应力图、细部结构 详图等。 图 3.1-1 系统模块划分 启动大坝工具箱后，新建或者打开一个 dwg 文件，在该图形中绘制大坝轮廓线和 基础轮廓线如图 3.1-2 所示。

44、 图 3.1-2 大坝轮廓线和基础轮廓线 在 AutoCAD 命令行输入“INIT”命令，弹出图 3.1-3 所示初始设置对话框。在对话 框中设置“绘图比例绘图比例”与“出图比例出图比例”，这两个参数的比值即为轮廓线的绘图比例。 如图 3.1-3 所示对话框中“绘图比例绘图比例”与“出图比例出图比例”的比值为 100，则 dwg 图中 1 绘 图单位长度代表大坝实际尺寸为 100mm。例如，坝顶设计宽度为 8 米，则在 dwg 图中 需绘制 80 个绘图单位长度的坝顶水平线。 用户可以根据实际需求任意选择比例，但务必使绘制轮廓线的比例与“初始设置初始设置” 对话框中设置的比例保持一致。 图 3

45、.1-3 初始设置对话框 在 AutoCAD 命令行输入“ZLBJS”命令，弹出图 3.1-4 所示界面，即为重力坝辅助 设计系统的操作界面。该界面中包含了该系统所有操作的菜单指令。 图 3.1-4 重力坝辅助设计系统的操作界面 2、前处理模块、前处理模块 2.1 前处理流程图前处理流程图 图 3.2.1-1 前处理流程图 2.2 新建工程新建工程 菜单位置菜单位置：工程新建 命令功能命令功能：新建一个项目的工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中 键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件（包括数据文件及计算书等）均保存 在设置的工作目录下。 点击该菜单，将弹出如图 3.2.2-1

46、 所示对话框： 图 3.2.2-1 新建工程对话框 浏览浏览：鼠标左键单击该按钮，用户能够浏览文件夹，指定项目所在工作路径。 项目工作路径项目工作路径：用户可以在该输入框中键入新的工作路径，系统将在指定路径创建一 个新的文件夹。 项目名称项目名称：系统生成的的数据文件、计算书等将以该输入框中内容命名。 2.3 打开工程打开工程 菜单位置菜单位置：工程打开 命令功能命令功能：导入一个之前创建项目的数据。 点击该菜单，系统弹出如图 3.2.3-1 所示对话框： 图 3.2.3-1 打开工程对话框 项目名称项目名称：下拉列表框中将显示 dwg 文件中已经创建的所有项目名称，用户可以从 中选择一个项目

47、。 浏览浏览：鼠标左键单击该按钮，用户能够浏览文件夹，选定项目的数据文件。 2.4 设置基本参数设置基本参数 菜单位置菜单位置：参数设置设置基本参数 命令功能命令功能：设置项目的一些控制参数并在图中标注高程、水位。 点击该菜单，系统弹出如图 3.2.4-1 所示对话框： 图 3.2.4-1 设置基本参数对话框 依据规范依据规范：可以根据项目的性质选择：水利规范、水电规范； 重力坝级别重力坝级别：选项有：1 级、2 级、3 级、4 级、5 级； 结构安全级别结构安全级别：选项有：1 级、2 级、3 级； 地震设计烈度地震设计烈度：选项有：不考虑、7 级、8 级、9 级； 分析方法分析方法：选项有

48、：结构力学法、有限单元法； 坝底标高坝底标高：大坝上游侧坝踵标高，单位为 m。该参数必须设置，其他标高都将以坝底 标高作为基准点进行调整； 上游土表标高上游土表标高：上游侧填土上表面标高，单位为 m。该参数用于计算上游土压力，当 该参数值小于“坝底标高”时，则不考虑上游填土作用； 下游土表标高下游土表标高：下游侧填土上表面标高，单位为 m。该参数用于计算下游侧土压力， 当该参数值小于“坝底标高”时，则不考虑下游填土作用； 上游淤沙标高上游淤沙标高：上游侧淤沙上表面标高，单位为 m；该参数用于计算上游侧淤沙压力， 当该参数值小于“坝底标高”或“上游土表标高”时，则不考虑下游淤沙作用； 水容重水容重：单位为 kN/m3，该参数用于计算水压力，默认值为 9.81 kN/m3，用户可根据 实际情况调整改值； 填土浮容重填土浮容重：单位为 kN/m3，该参数用于计算水平土压力和作用在坝体的土重； 填土内摩擦角填土内摩擦角：单位为度，该参数用于计算水平土压力； 淤沙浮容重淤沙浮容重：单位为 kN/