混凝土重力坝设计规范(DL5108-1999)

混凝土重力坝设计规范(DL5108-1999) 混凝土重力坝设计规范(DL5108-1999) 中华人民共和国电力行业 混凝土重力坝设计规范 发布中华人民共和国国家经济贸易委员会发布实施 中华人民共和国电力行业标准 混凝土重力坝设计规范主编单位国家电力公司华东勘测设计研究院批准部门中华人民共和国国家经济贸易委员会批准文号 号 前 言 年作了局部修订 字第 号文的要求及 通过本规范的实 本规范对 年 结构设计采用概率极限状态设计原则以分项系数极限状 增加了坝基深层抗滑稳定分析方法和极限状态设计表达 对重力坝结构分析增加了有限元方法并提出了设计控制 型设计修订了坝基处理标准 采用混凝土强度等级取代了混凝土标号 ——————————————————————————————————————————————— 本规范替代 年补充 并替代 本规范由国家电力公司水电水利规划设计总院提出修订并归 本规范起草单位本规范的主要起草人 目 前 言 范围 引用标准 总则 重力坝布置 坝体结构和泄水建筑物型式 结构计算基本规定 坝体断面设计 坝基处理设计 坝体构造 坝体防裂及温度控制 观测设计 附录 附录 附录 ——————————————————————————————————————————————— 附录 附录 附录 附录 次 坝身泄水孔体型设计 断参数值 坝基深层抗滑稳定计算 坝体温度和温度应力计算 范 围 高大于的混凝土重力坝设计 级混凝 对于坝 引用标准所有标准都会被修在标准出版时 水利水电结构可靠度设计统一标准 防洪标准 水利水电工程钢闸门设计规范 水工混凝土结构设计规范 水工建筑物抗震设计规范 水工建筑物荷载设计规范 水工建筑物抗冰冻设计规范 ——————————————————————————————————————————————— 水工混凝土试验规程 水电站进水口设计规范 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 水工碾压混凝土试验规程 总 本规范是根据 则 在本规范中未涉及的部分应执行本行业或其它行业相应 坝高在 坝高在 术语 术 坝高 建基面的最低点 混凝土实体重力坝 碾压混凝土重力坝 将干硬性的混凝土拌和料分薄层摊铺并经振动碾压密实而成 混凝土空腹重力坝 在坝的腹部沿坝轴线方向布置有大尺度空腔的混凝土重力 混凝土宽缝重力坝 宽尾墩 联合消能 ——————————————————————————————————————————————— 扭曲式挑坎 窄缝式挑坎 气温骤降 日平均气温在 基础温差 内连续下降超过 语 符 分项系数极限状态设计 结构重要性系数 设计状况系数作用效应函数 结构抗力函数 正常使用极限状态短期组合的结构功能限值正常使用极限状态 长期组合的结构功能限值 几何特征 号 分别为坝 材料性能 基岩变形模量混凝土泊松比 混凝土的重度 混凝土的比热 混凝土的表面放热系数 ——————————————————————————————————————————————— 混凝土的温度膨胀系数 混凝土抗压强度设计值 坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数 坝体混凝土层面的抗剪断摩擦系数 坝基岩体结构面的抗剪断摩擦系数 作用及作用效应 基岩法向作用 对计算 截面形心轴的力矩之和 计算参数 坝顶距水库静水位的高度 波高 超高 流速流量 定型设计水头 水深 冲坑水垫厚度 基础允许温差 坝体的稳定温度 热量计算系数 基础约束系数 重力坝布 ——————————————————————————————————————————————— 置 碾压混凝土重力坝的枢纽布置宜采用引水式或地下式厂若采用坝后式厂房时 两岸坝接头可通过技术经济比 水库运行和泄洪以及排漂浮物的要求 坝体分段情况 与相邻建筑物的关系开敞式溢流孔 泄洪孔设置条件 经研究认为采用泄水孔泄洪有利 放水孔的设置条件 当地震设计烈度为 其它取水设施不能满足要求时 下因素其消能排沙孔应靠近 其流态不得影响这 运行条件 施工条件泄水孔不同位置对施工进度和施工方法的影 其布置应符合下列要求 能宣泄所承担的施工流量 来满足 泄洪时应不致冲坏永久建筑物或影响施工进度度以上或坝基地质条件极为复杂 量的要求设置在坝上的过坝建筑物的进出口宜远离泄洪建筑物——————————————————————————————————————————————— 的进出 大型枢纽工程的重力坝布置应经水工模型试验验证运行 工农业及城市生活供水取水口应满足供水期的引水高程和流 坝体结构和泄水建筑物型式 一般规 定 各溢流坝段和非溢流坝段下游面应分别保持一致但溢流坝段与非溢流坝段 建在地震区的混凝土重力坝坝体结构的抗震设计应符合 建在寒冷地区的混凝土重力坝坝体结构的抗冰冻设计应 符合 非溢流坝 段 确定压力很大时 上游坝坡宜采用采用下游坝坡可采用一个或几个坡度并应根据稳定 下游坝坡宜采用在严寒地区当冰的规 上游下游坝坡可按常态混凝土不宜设纵缝宽缝宽度 可取坝段宽的 该部 头部应力状态帷幕灌浆廊道和坝内交通系统的布置 迎水面头部最小厚度可取倍该高程处上游坝面 ——————————————————————————————————————————————— 宽缝水平截面的渐变坡度 部分连接处 宽缝顶部的高程应高于下游水位 倒坡宜陡于 空腹重力坝腹孔底部的位置可位于坝剖面中部的坝基面 腹孔总宽可占坝基 总宽的左右 腹孔高度在坝高的腹孔形状可采用 或顶部溢流坝 段 经过数值模拟优化论证和试验验证选择溢流坝的堰面曲线时堰顶附近允许出现的经当地大 气压修正的负压值应符合下列要求 论证确定 当堰顶闸门槽产生过大负压足以引起严重空蚀破坏时应设 弧半径等大型工程应经水工模型试验验证中型工程宜经水工模型试验验证水力条件较简单的中型工程则可参照类似工程的经 当溢流坝有排冰要求时溢流孔口尺寸应根据冰情资料确冰块应能自由下泄而不致闸墩墩头宜呈锐角 溢流坝设置的闸门应符合 溢流坝断面设计还应符合本规范 坝身泄水 ——————————————————————————————————————————————— 孔 无压孔在平面上宜布置成直线如需布置成弯道时应进 有压段末端设工作闸 该段体型的设计见附录无压段 的高度可取最大流量时不掺气水深的 无压段出口宜高出尾水位无压段水流流速较大时 工作闸门设在出口端 有压孔的体型设计可见附录坝身泄水孔的闸门和启闭机的设计应符合下列要求事故检修闸可设于坝顶 位于坝内的启 坝身泄水孔的通气孔设计应符合 坝身泄水孔的衬护并与外围混凝土可靠结无法避免采取适当措施以避免 泄水建筑物的水力设计 一般规 定 泄水建筑物的水力设计内容应包括 泄流能力的计算 下游水流衔接和消能防冲设施的设计 泄水建筑物的泄洪标准应根据 和及其补充规定 一等工程消能防冲建筑物宜按程消能防冲建筑物宜按筑物宜按 ——————————————————————————————————————————————— 并需考虑在小于设计洪水时可能所列公式进行计 的 选定的消能型式应能在宣泄设计洪水及其以下各级洪水流量时消能防冲设计标准的洪水允许消能防冲建筑物出现不危及挡水建筑物安全 低坝需经论证才 底流消能需经论证 联合消能应 大型工程和高坝的泄水建筑物设计应经水工模型试验验 泄流能力及消能计算 边墩或导墙顶高程应根据计算水 面线加 最大冲坑深度可按照附录挑流水舌挑射距离和跌入下游河床的 护坦上的时均水压力分布 可按下列规定取值计算断面上的水深 作为近似水面线 当护坦上设有消力墩时 高速水流区的防空蚀设计泄水建筑物的高速水流区应注意下列部位或区域发生空 蚀破坏的可能性 反弧段及其附近 溢流坝面上和泄水孔流速大于 ——————————————————————————————————————————————— 在高速水流区各部位的水流空化数 对 采取以下防空蚀措施 的控制标准见附录 宜大于该处的初生 采用掺气设施 可按照附录 流速重要的工程和流速大于的泄水建筑物应采取掺气措施特殊 的建筑物应通过减压箱模型试验确 消能防冲设施的设计 规定的洪采水标准时的下游水位 挑流鼻坎的挑角 可采用 差动式鼻坎的上齿坎挑角和下齿坎挑角的差值以 底板的挑角宜取零度或为正负小挑角 收缩比可为出 宜取 长宽比宜取 坑最低点距坝趾的距离应大于冲 水舌入水宽度的选择 挑流消能应研究雾化对枢纽其它建筑物运行安全及边坡坝下游 的建筑物及 ——————————————————————————————————————————————— 消力池内要清理干净 跃前断面平均流速小于 设在池外侧的导墙 鼻坎下设置齿墙或短护坦两侧设置导墙 联合消能的防冲设施可按照应 宽尾墩的体形见附录宜采取下列工 辅助消能设施应满足 结构计算基本规定 一般规定本规范采用概率极限状态设计原则以分项系数极限状态 设计表达式进行结构计算 混凝土重力坝应分别按承载能力极限状态和正常使用极 限状态进行下列计算和验算承载能力极限状态和抗滑稳定计算对需抗震设防的坝 正常使用极限状态混凝土拉应力验算必要时进行坝体及结构变形计算复杂地基局 见表 表 水工建筑物结构安全级别 合基本组合 偶然组合 永久作用与可变作用的效应组合 ——————————————————————————————————————————————— 合 短期组合可变作用的短期 效应与永久作用效应的组合 长期组合 承载能力极限状态计算规定 式中 设计状况系数状况 可分别取用 作用效应函数 式中 表 材料性能分项系数 表 结构系数 正常使用极限状态计算规定 正常使用极限状态作用效应的短期组合采用下列设计表 正常使用极限状态作用效应的长期组合采用下列设计表达式 式中 结构的功能限值 函数的结构系数 取 作用及材料性能标准值 ——————————————————————————————————————————————— 抗剪强度标准值大型工程可行性研究及招标设计阶段坝体混凝土与基岩接准值 按现场或室内试验测定成果概率分布的大型工程可行性研究以前各设计阶段及中型工程的所有设计 阶段可参考类似条件工程的试验成果或参考附录 上述抗剪断摩擦系数概率分布模型取正态分布 抗剪断凝聚所列标准值当坝基地质条件简单时其抗剪断强度的标准值可根据少量现场 抗压强度标准值 龄期用标准试验方法测得的具有 大坝常态混凝土强度的标准值可采用表 大坝常态混凝土强度标准值 大坝碾压混凝土强度的标准值可采用 表 大坝碾压混凝土强度标准值 当坝体常态混凝土开始承受荷载的时间早于混凝土开始承受荷载的时间早于 坝体断面设 计 主要设计原 则 混凝土重力坝一般以材料力学法和刚体极限平衡法计算 ——————————————————————————————————————————————— 式见附录高坝除用材料力学法计算坝体应力外尚宜采用有限元法进行计算分析修建在复杂地基上的中坝 地震作用组合下的偶然状况应符合 设计规定的坝体及其构件的施工程序不宜使施工期产生的 所得应力成果应避免特别不利的应 分期施工投入运行的坝强度和稳定计算应按持久状况计 不设横缝或横缝灌浆的整体式重力坝的稳定计算可按整体式 厂坝连接的坝后式厂房 作用及其组合按照承载能力极限状态 基本组合由下列永久和可变作用产生的效应组合 而排水 及防渗设施正常工作时的水荷载 扬压力 浪压力 取 扬压力 承载能力极限状态作用的基本组合和偶然组合按表 组合计入 中 坝体在施工和检修情况下应按短暂状况承载能力极限状作用值 坝体强度和稳定承载能力极限状态计算 承载能力极限状态设计包括 ——————————————————————————————————————————————— 坝体与坝基接触面抗滑稳定计算 坝体层面抗滑稳定计算 坝趾抗压强度承载能力极限状态 作用效应函数 抗压强度极限状态抗力函数 或 时针方向为正 坝体下游坡度 逆 规定应按材料的标准值和作 坝体选定截面下游端点的抗压强度承载能力极限状态 作用效应函数 抗压强度极限状态抗力函数 式中 应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合 和 坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态 作用效应函数 抗滑稳定抗力函数 式中 坝基面抗剪断摩擦系数 作用效应函数 ——————————————————————————————————————————————— 抗滑稳定抗力函数式中 应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和 核算坝基深层抗滑稳定极限状态时根据 式中 核算坝踵应力时 根据 式为 式中计算截面上全部作用对截面形心的力矩之和 规定应按作用的标 有限元法计算 作用按的规定取标准值 有限元法计算混凝土重力坝上游垂直应力时控制标准坝基上游面 坝体上游面 坝内孔洞配筋可根据有限元法应力计算成果 按 溢流坝闸墩结构设计溢流坝上闸墩强度的设计计算包括 闸墩强度的计算应符合下列要求核算纵向强度时 倍或 核算横向强度时应将闸墩视为固端的整体构件 根据拉 ——————————————————————————————————————————————— 钢筋混凝土构件设计 弧门支座附近闸墩的局部受拉区的裂缝控制和支座截面 闸墩结构设计计算应符合 坝基处理设计 一般规定 混凝土重力坝的基础经处理后应满足下列要求具有足够的强度 以承受坝体的压力 控制渗流量 坝基处理设计应综合考虑基础与其上部结构之间的相互 透和坝肩边坡稳定情况尤应考虑施工或蓄水对稳定和渗透带来非岩溶岩石的封闭条 坝基开挖定的基础上 坝高超过 微风化或弱风化下部基岩 两岸地形较高部 台阶的高差应与混凝土浇筑块的尺寸和分缝的位置相协调并和对地形高差悬殊部位的坝体应 有一定宽度的台阶状或采取其它结构措施 坝基固结灌浆 应在坝基范围内进 宽缝重力坝的宽缝部位适当扩大灌浆范围 防渗帷幕上游的坝基宜进行固结灌浆 ——————————————————————————————————————————————— 或根据开挖以 固结灌浆孔的孔深应根据坝高和开挖以后的地质条件采用 必要时可适当加 固结灌浆孔通常布置成梅花形对于较大的断层和裂隙 灌浆孔方向应根据主要裂隙产状结合施工条件确帷幕上游区的固结灌浆应在基础部位混凝土浇筑后进灌浆压力在不抬动基础岩体的原则下经论证采用无混凝土 盖重灌浆时 其灌浆压力为 坝基防渗帷幕和排水水文地质条件复杂的高坝 防渗帷幕应符合下列要求 生不利影响 坝基渗漏量降至允许值以内两岸岸坡也多泥沙河流上经分析淤积物的渗透系数及上游的淤积厚度 但应确保大坝初期运 在施工 坝高在 坝高在 在 在主帷幕应在水库 坝高在 为 ——————————————————————————————————————————————— 抽水蓄能电站或水源短缺水库 当坝基下存在可靠的相对隔水层时防渗帷幕应伸入到 该岩层内 度应符合 两岸坝头部位 对隔水层处或正常蓄水位与地下水位相交处并与河床部位的帷坝基灌浆帷幕中心线距坝上游面的距离可取 帷幕排数在考虑帷幕上游区的固结灌浆对加强基础浅层的防 当帷幕由两排灌浆孔组成时可将其中的一排孔钻灌至设计倍左右坝底 倾向上游 帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土作为盖重后 当高尾水位历时 坝高较低 主排水孔的孔距可为 排水孔孔深应根据帷幕和固结灌浆的深度及基础的工程地 高 当坝基内存在裂 副排水孔深可为 夹泥裂隙时断层破碎带和软弱结构面处理 研究 在地震设计烈度为 ——————————————————————————————————————————————— 坝基范围内单独出露的断层破碎带其组成物质主要为坚硬构造岩对基础的强度和压缩变形影响不大时可将断层破碎 可用混凝土塞加 提高深层缓倾角软弱结构面稳定性处理方法有 提高软弱结构面抗剪能力 增加尾岩抗力 当断用水泥灌浆难以达 根据地质条件确定 并应符合本规范 岩溶地区的防渗处理对存在岩溶洞穴或具或管道时 及错列式等 岩溶地区防渗帷幕厚度可根据临界渗透坡降控制的允许 廊道层间高差和层数宜 高差可取 混凝土形成连续防渗墙也可采用槽式洞挖后回填混凝土形成防 坝体 坝 构造顶坝顶应高于校核洪水位坝顶上游防浪墙顶的高程应高 应选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程 式中 防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差 按照表 ——————————————————————————————————————————————— 安全超高 防浪墙宜采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构墙身应有足够的厚度以抵挡波浪及漂浮物的冲击在坝体横缝处应留 非溢流坝段的坝顶宽度可根据 土坝坝顶最小宽度为 必要常态混凝 坝顶路面应具有横向坡度 坝顶上的桥梁宜采用装配桥下应有足够的净 坝顶用作公路时 公路侧的人行道宜高出路面 坝内廊道及通道 坝内应根据下列要求设置廊道及竖井 进行帷幕灌浆 设置坝基排水孔 检查和维修坝身的排水管 坝内应设置纵向坝体排水及检查廊道 廊道每隔左对设引张线 距离应满足防渗要求并不小于廊道的上游壁离上游坝面的应通过应力分析确定净距离不宜小于严寒地区 纵向坝体排水及检查廊道应沿不同高程分设自流式或专当灌浆廊道的高程低于尾水位或采用抽排降压措 应设置的横向廊道可用三角形顶平底断面电梯井及集水井多采——————————————————————————————————————————————— 用矩形 其它寸 宽度为 基础灌浆廊道的纵向坡度应缓于 坡度较陡的长廊 当两岸坡度陡于 器设备与线路应保证绝缘良好 坝体分 缝坝内埋设仪器 对横缝有很高防渗要求时 应力不能满足要求 有利时地震设计烈度在联结成整体纵缝与坝面应垂直相交 每一灌浆区的面积可为 纵缝灌浆时坝体温度应符合纵缝灌浆 当同一坝段有数条纵当水平施工缝 的坡度与拱座连接廊道 以上的水平施工缝离廊道顶不应小于 横缝可由切缝 各横缝间灌浆 纵缝 横缝间距与坝 坝体止水和排水第一道止水片至上游坝面间的横缝内可贴沥青 ——————————————————————————————————————————————— 油毡当 高坝横缝的两道止水片应采用厚的止水 止水铜片每一侧埋入混凝 土内的长度可为对塑料止水带及橡胶止水带的安装 内的深度可为 止水片与基岩的连接要求和横缝止水片与基岩的连接方止水片埋入基岩 其接头和 检查井截面尺寸可为 止水沥青井宜采用边长为 为 的正方形或内径 井内应设沥青井底部应 置加热设备 设置老化沥青排出管 管径可为 在上游面防渗层下游应设置铅直或近乎铅直的排水管 砂混凝土管管距可为 排水沟断面常用 碾压混凝土重力坝设横缝并采用常态混凝土或富胶凝材 也应根据其抗渗性能和耐久性 大坝混凝土材料及分区 ——————————————————————————————————————————————— 的工作条件 区 下游水位以上坝体外部表面混凝土下游水位变化区下游最低水 位以下坝体外部表面混凝土 图坝体混凝土分区图 大坝混凝土分区特性 分区性能见表表 下游坝面应根据溢流与坝体 大坝混凝土的强度等级的确定见坝体内部大孔口 凝土以及地震设计烈度 坝体内部常态混凝土的强度等级不应低于 强度等级不应低于表 大坝混凝土抗渗等级的最小允许值 度以上的坝体上部混凝土其强度等级 按表素按表 减少 高速水流区的混凝土应采用具有抗冲耐磨性的低流态高 尺寸最小为 碾压混凝土坝所用的材料应满足应按 碾压混凝土的总胶凝材料用量不宜低于 比宜在 含量应低于不宜低于在粉煤灰掺量较高的情况 ——————————————————————————————————————————————— 强度等级的分区 不同分不宜小于 有抗冻要求的部位的 坝体防裂及温度控制 一般规 定 计算方法见附录对于低坝 混凝土重力坝的温度裂缝可分以下三类 坝体混凝土温度控制标准 常态混凝土 容许温差可用表表 龄期的极限拉伸值不低于 结构尺寸高长比小于 在基础约束区范围内长期停歇或过水的浇筑块 基岩变形模量和混凝土弹性模量相差较大者 采用含氧化镁较高的水泥和混凝土 混凝土所用的骨料线膨胀系数与 当碾压混凝土 表 龄期极限拉伸值不低于 见表新老混凝土约束应力由分析计算确定其温控标准可较超过 满龄期混凝土的暴露表面应采取保温措施坝体纵缝灌浆温度超 ——————————————————————————————————————————————— 冷灌浆应有专门论证 坝体混凝土防裂及温度控制措施 提高灌浆温度或未后 横缝间距可为 碾压混凝土重力坝的横缝间距可较常态混凝土重力坝的横 纵缝间距宜为 块长超过 通仓浇筑应注意防止蓄水在基础部常态混凝土基础以上浇筑层 厚度应为宜 在满足温度控制要求的前提下适当放宽 采用发热量较低或氧化镁含量较高的微膨胀水泥 浇筑低流态混凝土或干硬性混凝土使用外加剂 在条件许 通水时 应通过保温设计孔寒冷地区尤应重视冬季的表面 观测 一般设 计规 定 观测项目测点布设的原则 精度要求 观测项目测点布设应具有的工作条件 ——————————————————————————————————————————————— 应满足施工期的观测条件 期观测资料的完整性 碾压混凝土重力坝应针对其特点提出观测设计的特殊要观测项 目 水力学观测 坝址区地下水位动态观测 各项观测设计的要求见 开敞式溢流堰的堰面曲线 堰顶下游段堰面曲线开敞式溢流堰在堰顶下游的堰面曲线可采 用下式所示的幂曲 线 式中 的 与上游堰面的倾斜坡度有关的参数 堰顶上游段堰面曲线 以向下 上游面为铅直面的堰顶上游段堰面曲线 上游坡为时 上游面为 堰顶上游段堰面曲线上游坡为 上游堰面坐标 的曲线来近似地求得适用于中间坡度的的上游堰面形状则可由 ——————————————————————————————————————————————— 图 和所示 有胸墙溢流堰的堰面曲线头 当校核洪水情况下最大作用水 式中 核水位的水头的 若孔前设有检修闸门槽时取 若时 有胸墙溢流堰的堰面曲线示意图 堰面压力 中所示的堰面压力水头 与水平距离 坐标均为无因次数 溢流堰反弧段半径对于挑流消能 可按下式求得反弧段半径对不 式中 时可取下限流速越大 对于戽流消能反弧段半径 与流能比有 对于底流消能 反弧段半径可近似按下式求得 式中 ——————————————————————————————————————————————— 无压坝身泄水孔的体型设计 无压坝身泄水孔的典型布置如图包含有较短的压力段段三个部 分检修闸门采用平板门工 无压坝身泄水孔的典型布置 进口段 段 即 进口段末端的孔高 值稍大于 压力段布置图 段的的位置 式中 为切线 式中 底部形式 上游面 不宜小于倍进口段 为一条空口 其宽度约为 点 与点事故检修门槽段 压坡段压坡段体型的选择应使压坡段不产生负压为准其顶坡宜 ——————————————————————————————————————————————— 取 稍陡于 可参照实际工程所选用的值 压坡段两端断面面积之比 明流段明流段 处切线与水平 范围内选用 一般可取应高于该处的下游水位以保证发生自由挑流但可略低 于下游最 有压坝身泄水孔的体型设计 有压坝身泄水孔的典型布置如图事故检修门仍设在进口段之后 压坡段位于工作门上游事故检修门槽段与压坡段之间设 有压坝身泄水孔的典型布置 开敞式溢流堰泄流能力计算公式 式中 见表 取 不淹没时流量系数 当上游面 取 表 上游面坡度影响修正系数 ——————————————————————————————————————————————— 孔口泄流能力计算公式 式中 初期设计时对设有胸墙的堰顶高孔 当 波动及掺气计算公式 为孔口 式中 一般为 水舌抛距估算公式 与河床面交点的水平距离 作为计算冲坑进一步发展时可算至坑底 为坎顶 挑流消能示意图 最大冲坑水垫厚度按下式估算 表基岩冲刷系数 护坦长度计算公式 收缩断面的弗劳德数 式中 当 当 水流空化数估算公式式中 平面 ——————————————————————————————————————————————— 每增加高度对于 较标准大气压力水头 降低 对于不同的水 温可参照表表 水的汽化压力水头与水温关系 水流边壁表面的不平整度指施工后的混凝土表面不符合 在施工时必须严格控制表面不平整 表 平整度控制标准 掺气减蚀设施 掺气减蚀设施布置应满足下列要求 在宣泄设计及以下各级流量时 掺气减蚀的形式可分为或掺气槽使水流脱离底部边界形成空腔 由空腔中的气水交界面 这种设施底部边 根据国内外已运行工程的 宽尾墩在堰面上位置一般应不影响泄流能力和水流掺气 宽尾墩闸孔收缩比 宜取 宽尾敦示意图 坝基岩体分类及岩体与混 ——————————————————————————————————————————————— 凝土接触面和岩体抗剪断参数表 上游面垂直正应力 下游面垂直正应力 上游面剪应力 下游面剪应力 上游面水平正应力 下游面水平正应力 上游面主应力 下游面主应力 当截面上有扬 应分别采用下列公式 式中 对于实体重力坝 坝基深层存在缓倾角软弱结构面时双斜滑动面为最常见情况 如图双斜滑动面示意图 双斜面的坝基深层抗滑稳定极限状态抗力函数 式中 滑动面的抗剪断摩擦系数 滑动面的抗剪断黏聚力 作用效应函数 式中 混凝土温度计算 ——————————————————————————————————————————————— 稳定温度场坝体稳定温度是确定运行 及施工期控制基础混凝土温稳定温度场满足拉普拉斯 方程 稳定温度场边界温度示意 图见 稳定温度场边界温度示意图稳定温度场可用平面有限元或两向 差分法计算 不稳定温度场混凝土浇筑以后由于水泥水化热的散发和受边界 温度的影 不稳定温度场满足热传导方程 混凝土与空气接触取第三类边界条件 或 或 求解不稳定温度场 水化热绝热温升 混凝土的绝热温升值 式中 最终 下二式之一 式中 以 以 ——————————————————————————————————————————————— 边界气温 下变化可按工程部位防裂的重要性 日内气温变化以日平均气温过程线为基准的气温日内变 基础混凝土温度场计算 基础混凝土温度场可根据实际可能采取的浇筑分层尺寸和各 计算时段在开始阶段可取 为了便于分 式中 水化热温升温度场水化热温升温度场计算是指混凝土浇筑开始没有水化热温 度场为零 随着混凝土龄期增加同时由边界向外散热 温度场之和 混凝土绝热温升 取相应时段间的增值混凝土和基岩界面 的温升 取 部位的热量只向垂直方向传导从浇筑层顶面散热因此在大型工 由浇筑温度温度场降到运行期基础混凝土的稳定温度的温 表层混凝土温度场 计算分析施工期浇筑块 时段划分表层温度场应根据计算气温变化的周期确定计算时段——————————————————————————————————————————————— 气温 年变化时段可取 时段可取 计算边界的处理长周期气温变化或与水接触可取第一类边界 短周期气温变化 混凝土表面与保温层间的放热系数为 料的导热系数见表 见表 料取 各种保温材料的导热系数 风速修正系数各种保温材 冷却水管温度场 如下 边界绝热中间通水冷却圆柱体平均温度理论解为 无热源混凝土水管冷却 通水时间有热源混凝土水管冷却的函数可取 图 埋置水管冷却从始点到 计算图 式中 式中 虚拟水温法 ——————————————————————————————————————————————— 用有限元法在周边绝热的域 内按设计要求布置冷却水管 内混 凝土平均温度等于上述理论解混凝土相应时段的平均温度此水管节点温度即虚拟水温并整理各时段水管温度成虚拟水温过程 在计算有冷却水管多层浇筑块温度节点的温度进行不稳定温度场有限元计 等效热传导方程 设混凝土绝热温升为 采用下列考虑水管冷却效果的问 等效热传导方程可用一般有限元网格计算层面和水管共同散热 其中 温度应力计算 基础混凝土温度应力和表层混凝土温度应力计算可采用有限有限元法和影响线法计算的基本温度应力 却温度应力表层混凝土温度应力宜分为月平均气温年变化温度混凝土为弹性徐变体在计算温度应力时为判断综合效应可将各项最不利因素叠加 有限元法 用有限元增量法求解混凝土温度应力整体平衡方程如下 相应的应力增量为 影响线法影响线 ——————————————————————————————————————————————— 基础混凝土水化热温度应力可根据基础块各层水化热 浇筑块温度应力影响线 式中 查取 对各计算点和图 可由图 浇筑块温度应力影响线可根据表层温度场各时段的温差值分影响线法计算表层应力公式同布图用有限元法或影响线法计算浇筑块水平剖面或浇筑块垂直 和图温度场分布取自差分法 矩形截面应力影响线 约束系数法 基础混凝土均匀温度场降温的温度应力可使用约束系数法进 当混凝土弹性模量和基岩相等时可 的数值 取表接触面上应取表其余按此比例折 算 表 表 方形截面应力影响线 温度应力控制 系数 ——————————————————————————————————————————————— 取 ———————————————————————————————————————————————