坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数

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混凝土导墙抗倾抗滑计算
篇一:坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数

一、计算目的

导流明渠混凝土挡墙结构如图1所示，试推求稳定坡比，先计算在1：0.4和1：0.45两种坡比情况下，挡墙的抗滑及抗倾稳定情况。本工程取10段混凝土挡墙为研究对象。

二、荷载计算：

水工建筑物荷载主要有：重力、水作用、渗透作用力、风及波浪作用、冰及冰冻作用、温度、土及泥沙作用、地震作用等。

1、自重

W=Vγ

γ——混凝土容重，一般素砼取23.5~24kN/m3，钢筋砼取24.5~25kN/m3 ；

——作用分项系数：大体积混凝土、土石坝取1.0；对普通水工混凝土、金属结构（设备）取1.05，当自重对结构有利时取0.95。地下工程的混凝土衬砌取1.1，其对结构有利时取0.9。

V——混凝土体积。为了便于确定该断面的中心位置，我们将坝体分成两部分分别计算其体积及自重。

V11bH1011110110m3，W11V110.95110242508KN

112V12(Hh)2i10111i10500i 22

当i0.4时， V12500i5000.4200m3

W12V120.95200244560KN

当m20.45时， V12500i5000.45225m3

W12V120.95225245130KN

2、水压力

水体对各种水工结构均发生作用，作用结果是对结构产生水压力，其可分为静水压力和动水压力，本计算实例仅考虑静水压力。

作用在宽度B=10m坝结构面上的水压力

PH=wH2B=1

219800112105929KN 2

3、扬压力

可按照实体重力坝考虑，该计算实例中坝体无防渗帷幕和排水管，且下游水位为0，因此，其扬压力分布图如下图所示， 根据扬压力分布图，求得扬压力为：PY

当m10.4时，PKN Y12695

当m20.45时，P.5KN Y22964110H1[bH1hm] 2

4、抗滑稳定计算

坝基面抗滑稳定安全系数，K1.05，f0.55~0.65；K'3，f'1.1~0.9，c'1.1~0.7MPa

4.1 抗剪断强度计算

K'f'Wc'A PK'——抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数，K'3；

f'——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数，f'1.1~0.9； c'——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，c'1.1~0.7MPa； A——坝基接触面截面积，m2；

W——作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值； P——作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的切向分值。

1）当m10.4时，A10[1(111)0.4]50m，2

WWP1Y1706826954373KN，PPH5269KN

f'Wc'A0.943730.710350K'6.57 5929P

2）当m20.45时，A10[1(111)0.45]55m2， WWP2Y276382964.54673.5KN，PPH5269KN

f'Wc'A0.94673.50.710355K'7.2 P59294.2 抗剪强度的计算：

KfW P

f——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数，f0.55~0.65； 1）当m10.4时，WW1PY1706826954373KN，PPH5269KN K1fW0.554373=0.46 5269P

2）当m20.45时， WW2P.54673.5KN，Y276382964PPH5269KN，K2

5、抗倾覆稳定计算

fW0.554673.50.49 5269P

水陂稳定分析
篇二:坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数

稳定分析

水陂的抗滑稳定分析按单一安全系数法和分项系数极限状态设计进行计算和验算。抗滑稳定分析的目的是核算水陂沿基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。抗滑稳定计算时取单宽作为计算单元。

1.单一安全系数法：

该水陂为溢流坝形式的水陂。

因水陂的混凝土底部与基岩接触良好，本次设计单一安全系数法采用抗剪断强度计算公式进行稳定分析，计算公式如下：

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，f′=1.2

c′—— 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa，c′=120KPa； A —— 坝基接触面截面积，m2。

ΣW—— 作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，

kN；

ΣP—— 作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN； 按抗剪断强度公式（3-18）计算的坝基面抗滑稳定安全系数K′值应不小于 表3-6的规定。

表3-5 坝基面抗滑稳定安全系数K′

2.分项系数极限状态设计法：

承载能力极限状态设计式

抗滑稳定极限状态作用效应函数为

ΣP,坝基面上全部切向作用之和,即作用设计值水平方向的代数和。

抗滑稳定极限状态抗力函数

ΣW 为坝基面上全部作用的法向作用设计值之和，既法向力设计值代数和。

各基本变量及扬压力系数α应以设计值代入计算。 各分项系数可查附录一附表。

下面对不同荷载组合情况下水陂抗滑稳定进行分析。 （1）基本组合

a.设计水位

水平水压力PH 计算公式为：

（3-8）

式中： Ｈ — 计算点处的作用水头，ｍ；

γw —水的重度，常取9.81 kN／ｍ3； 荷载计算：

22

ΣP=PH上+ PH下=2×9.81×2.0-2×9.81×1.3=45.32KN

ΣW=24*6.345=152.28KN

U= U1+ U2=1/2×4.5×（2.0-1.0）×9.81+9.81×4.5×1.0=66.22kn 单一安全系数法：

=[1.2(152.28-66.22)+1300×4.5]/45.32=131.36＞3

满足规范要求。

承载能力极限状态设计法：

荷载设计值及相应计算结果如上，由相关资料查得各分项系数。 （1）计算作用效应函数

S(·)=ΣP=45.32kN

（2）抗滑稳定抗力函数

查得f′的分项系数为1.3，C′的分项系数为3.0。 水陂基面抗剪断系数设计值f′=1.35/1.3=1.04

水陂基面抗剪断黏聚力设计值C′=1300/3.0=433.33kPa 抗滑稳定抗力函数

R(·) = f ′ΣW +c′A =1.04×152.28+433.33×4.5=2108.36kN

（3）验算抗滑稳定性 偶然状况（偶然组合）设计状况系数ψ=0.85；结构重要性参数γ0=1.0；根据《水 工建筑物抗震设计规范》抗滑稳定结构系数γd=1.2。根据式

γ0ψS(⋅) =1.0×0.85×

45.32=38.52KN

1

γd

R(⋅)=1/1.2×2108.36=2530.03KN

38.52<2530.03

计算结果表明，水陂在设计水位情况下满足承载能力极限状态下的抗滑 稳定要求。

混凝土重力坝
篇三:坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数

1.重力坝的工作原理及特点是什么？具有那些优缺点？

工作原理及特点：

⑴ 依靠自重产生抗滑力来满足稳定要求。

⑵依靠自重产生坝踵压应力抵消水压力产生拉应力满足强度要求

⑶结构为固结于地基上的变截面悬臂梁，把水压力作用传向地基。

优点：

• ①地形地质条件适应性强

• ②枢纽泄洪问题容易解决，布置紧凑

• ③结构作用明确，安全可靠耐久，维修量小

• ④便于施工导流

• ⑤施工方便

缺点：

• ①坝体剖面尺寸大，材料用量多

• ②坝体应力较低，材料强度不能充分发挥

• ③坝体与地基接触面积大，扬压力大不利稳定

• ④体积大施工期温度控制工程量大

⒉重力坝按高度、材料、泄水条件及坝体剖面结构各分为哪几类？

按建筑材料分：浆砌石、混凝土、碾压砼重力坝

按坝高分：高坝 ＞ 70m 中坝 70m≥坝高≥30m 低坝 ＜30m 按泄水条件分：溢流和非溢流重力坝

按坝体构造分：实体重力坝 、宽缝重力坝（横缝宽5~8m占1/5~1/3）、空腹重力坝

⒊重力坝的主要设计内容有哪些？

①剖面设计：参考已建工程拟定剖面尺寸

②稳定分析：验算坝体抗滑稳定

③应力分析：计算坝体应力满足强度要求

④构造设计：根据运用要求确定细部构造

⑤地基处理：设计地基防渗、排水、软弱带处理

⑥溢流重力坝及泄水孔口设计：堰顶高程、孔口尺寸、体形消能等

⑦大坝安全监测设计：变形渗流监测 制定运行维护监测条例

⒋作用在重力坝上的主要荷载包括哪些？

荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、

泥沙压力、动水压力、波浪压力、地震作用等。

⒌ 什么是荷载组合？基本荷载组合、特殊荷载组合是指什么？各主要包括哪几类？

荷载组合：根据工程运用实际条件，把各种荷载按其可能同时出现的机率进行叠加，形成不同的设计情况，称之为荷载组合。

基本组合属设计情况或者正常情况，由同时出现的基本荷载组成。 包括：正常蓄水位情况、设计洪水位情况、冰冻情况

特殊荷载属校核情况或者非常情况，由同时出现的基本组合或者一种或几种特殊组合组成。

包括：校核洪水位情况、地震情况

⒍重力坝抗滑稳定分析抗剪强度公式、抗剪断公式及公式中符号的意义。

⑴抗剪强度公式-摩擦公式

基面水平 ：

基面倾向上游β

∑W坝基面以上总铅直力 ∑P坝基面以上总水平力

U为坝基面上的扬压力 f为坝体与基岩接触面间

⑵、抗剪断公式坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数。

坝基面水平 ：

基面倾向上游β：

F′、c′坝体混凝土与坝基接触面间的抗剪断摩擦系数、凝聚力，

A坝底面面积。

⒎提高重力坝抗滑稳定性的工程措施有哪些？

①利用水重。抗剪强度参数较小将坝的上游面略向上游倾斜，利用坝面上的水重提高坝的抗滑稳定性。

②坝基面开挖倾向上游：基岩比较坚固时，可以开挖成锯齿状。

③设置齿墙。基岩内有倾向下游的软弱面可在坝踵部位设齿墙，切断较浅的软弱面。

④抽水措施。下游水位较高坝体承受的浮托力较大时 。

⑤加固地基。包括帷幕灌浆、固结灌浆以及断层、软弱夹层的处理等。 ⑥横缝灌浆。将部分坝段或整个坝体的横缝进行局部或全部灌浆

⑦预加应力措施。坝体上游面，采用深孔锚固高强度钢索，并施加预应力 ⒏重力坝应力分析方法主要有哪些？

应力分析方法：

①型试验法：光测法和电测法

②材料力学法：应用最广最简便，规范要求采用法，不考虑地基变形影响，铅直应力直线分布，坝底1/3应力与实际差异大。

③弹性理论的解析法：简单边界才有解

④弹性理论的差分法：边界适应性差

⑤弹性理论的有限元法：运用发展前景大

⒐材料力学法应力分析的基本假定是什么？

①坝体材料为均质、连续、各向同性的弹性材料。

②坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，各坝段独立工作，横缝不传力。

③假定坝体水平截面上的正应力σy，按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。

⒑材料力学法水平截面上的边缘铅直正应力计算公式及符号意义。

水平截面上的铅直正应力σy ：

根据假定及偏心受压公式

上游

其中

下游

式中：∑w为计算截面以上全部铅直力的和；

∑M为计算截面以上全部荷载对截面形心轴力矩和

B为计算截面的长度。

⒒材料力学法边缘应力计算公式的推导原理是什么？

边缘微元体平衡条件

莫尔圆

⒓重力坝运用期坝基面的铅直正应力的要求是什么？

坝基面铅直应力σy要求：

运用期：坝趾最大铅直应力σy＜基岩允许应力；

坝踵计入扬压力最小铅直应力σy＞0。

施工期：下游坝趾最大铅直拉应力σy＜0.1MPa。

⒔重力坝上下游坝坡坡率常用值为多少？坝顶高程应如何确定？

上游坝坡坡率n=0~0.2，常做成铅直或者上部铅直下部倾向上游；

下游坝坡坡率m=0.6~0.8；底宽约为坝高的0.7-0.9倍，一般0.85以下。 坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游放浪墙顶高程应高于波浪顶高程 放浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差△h=h1﹪+hz+hc

h1﹪为累计频率为1﹪时的波浪高度，hz为波浪中心线高于静水位的高度，hc为安全加高

坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算，并取二者较大的：

放浪墙顶高程=设计洪水位+△h设

放浪墙顶高程=校核洪水位+△h校

⒕溢流坝泄水方式有哪些类型？特点是什么？

泄水方式有：坝顶溢流和坝身泄水孔泄水P82

表面溢流式：经济，泄流能力较大，又有较大的泄流潜力。

坝身泄水孔：放水放水条件好，给水库运用带来很大的灵活，深水泄水孔还具有排沙、放空水库、导流等功能。

⒖溢流坝实用堰定型水头及下游反弧半径在设计中应如何选取确定？取值大小有何影响？

顶部曲线：坝顶溢流常用WES实用堰

大孔口溢流时堰顶下游采用射流曲线，上游采用椭圆弧曲线

反弧半径R取值与下游消能结构形式和水流流速有关

挑流消能时 R=(4~10)h 底流消能时R=(8~12)h

反弧处流速小于16m/s取小值，流速大于25m/s取大值

⒗溢流坝顶设闸门与不设闸门时的堰顶高程如何确定？

堰顶不设闸门时：堰顶高程=正常蓄水位

堰顶设闸门时： 堰顶高程=正常蓄水位-闸门高度+(0.1~0.3m）

⒘重力坝深（身）式泄水孔的类型 作用及特点是什么？布置时应注意的要求是什么？

按水流条件：坝身泄水孔可分为有压和无压

按孔口高程：中孔和底孔

按布置层数：单层和双层

作用：①辅助泄洪②预泄库水，增大调洪库容，降低洪水位

③人防或检修放空水库④排放泥沙⑤下游供水⑥施工导流

特点：①水头大流速高，体形轮廓影响大

②闸门在深水下，受力大，检修困难

③门体启闭机结构复杂止水易出问题

（1）有压泄水孔：工作闸门布置在出口，关闭时孔内水压大，不利坝体应力及防渗。进口布置事故检修闸门。

（2）无压泄水孔：工作闸门布置在进口，闸后断面顶部升高，水面以上净空要求：矩形断面0.3~0.5倍水深，城门洞形拱脚以下0.2~0.3倍水深

施工简单，干扰小

⒙什么是平压管、通气孔？他们的作用是什么（见P393）？布置在什么位置上？

为了减小检修闸门的启门力，应当在检修闸门和工作闸门质检设置与水库连通的平压管，开启检修闸门前先在两道闸门中间充水，这样及可以在静水中启吊检修闸门。

当工作闸门 布置在进口，提闸泄水时，门后的空气被水流带走，形成负压，因此在工作闸门后需要设置通气孔，在向两道闸门之间充水时需要将空气排出，为此，有时在检修闸门后也需设置 通气孔。

平压管和通气孔

 平压管：向事故、检修闸门下游充水，到达闸门前后水压平衡

 检修闸门下游排通气孔，平压过程中排气和充气

事故闸门、无压泄水孔工作闸门下游通气孔

⒚重力坝混凝土材料有哪些指标要求？坝体怎样进行防渗排水？布置时的要求是什么？

强度等级C10、C15、C20、C25~C60 龄期90天或180天坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数。

②抗渗性抗渗： W2 W4 W6 W8 W10

坡降：内部 ＜10 10~30 30~50 ＞50

③抗冻性：抗冻级别F50、F100、F150、F200、F250、F300

④抗冲刷性：过流表面强度不低于C25

⑤抗裂性：采用低热水泥，合理分缝，采取温控措施

⑥抗侵蚀：环境水具有侵蚀性时采用抗侵蚀水泥骨料

坝体防渗：

永久横缝

缝面为平面，设置止水，无键槽不灌浆。

基岩较差：用沥青油毡或聚酯闭孔板预留1~2cm宽

基岩良好：相邻坝段不留间隙。

止水要求：高坝两道紫铜止水，中间沥青井；

中低坝一道紫铜止水，一道橡胶或塑料止水

止水下部伸入基岩0.3~0.5m，上部到防浪墙顶。

②临时横缝

缝面设置键槽及灌浆系统，坝体温度接近稳定温度后灌浆封缝成为整体坝，增加抗滑稳定和抗震性。

坝体排水管：作用：减小坝体扬压力

要求：距上游坝面0.1~0.07倍水头，并大于2m。

无砂砼排水管间距2~3m，内径0.15~0.25m，

⒛重力坝地基处理方法包括哪些？

1坝基开挖2固结灌浆3帷幕灌浆4坝基排水5断层、软弱层处理

21坝基灌浆廊道构造尺寸设计要求有哪些？

坝基灌浆廊道：

城门洞形宽2.5~3.0m，高3~4m，底板距基岩大于1.5倍廊道宽，

距上游坝面0.05~0.1倍水头大于4~5m，坡度＜45°方便施工

1.重力坝-修改
篇四:坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数

项目一 混凝土重力坝设计

【教学目标】

了解重力坝的工作原理和特点；掌握重力坝结构设计和计算方法；熟悉碾压混凝土重力坝的材料性能、构造要求、地基处理及施工特点。

引例

某水库枢纽工程是以灌溉为主兼顾发电和供水的综合利用工程，经坝型比较，拦河坝拟采用混凝土重力坝，水库总库容为3.5亿m3，灌溉农田18万亩。电站采用坝后式厂房，装机容量为4×0.32＝1.28万kw，拦河坝高42m。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的有关规定，本工程等别为“Ⅱ”等，主要建筑物按2级设计。大坝设

3计洪水标准为100年一遇（P=1%），设计洪水位183.00m，设计洪峰流量为2243m/s，下

泄设计洪水时相应下游水位为151.30m；校核洪水标准为1000年一遇（P=0.1%），校核洪

3水位为184.73m，校核洪峰流量为3124m/s，相应下游水位为153.10m。水库正常蓄水位为

182.0m，下游水位144.80m；水库死水位172.00m。坝址实测最大风速20m/s，多年（10min）平均最大风速14.1m/s，50年一遇风速（10min）21.15m/s。

本流域属亚热带季风区，多年平均最大风力8级，风速19m/s，风向多北风，吹程为3000mm。

坝址位于燕山期花岗岩浸入体边缘，可大致分为新鲜岩石、微风化、半风化、全风化及残积层。河床部位为半风化花岗岩，具有足够的抗压强度。两岸风化较深呈带状，残积层较少，仅见于左岸181.0m高程以上，厚度约2m。全风化层厚5～8m，半风化右岸深7～13m，左岸9m。最大坝高处河床基底高程143.0m，坝基岩石允许承载力为4000kpa，坝体混凝土与坝基的接触面间的抗剪断摩擦系数0.8，坝体混凝土与坝基接触面间的抗剪断凝聚力为500kpa。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）知，该工程区的地震动峰值加速度小于0.05g，故不考虑地震设防。

设计要求:⑴非溢流重力坝剖面尺寸拟定及重力坝细部构造设计（坝顶细部结构、坝体材料分区、坝体及坝基防渗排水、坝基处理）；⑵坝体稳定分析、坝基应力计算；⑶溢流重力坝剖面设计。

知识点

本例是一个重力坝枢纽工程，下面我们将通过本例对重力坝的特点、工作原理、剖面尺寸拟定、稳定和应力计算、细部构造设计、地基处理等相关知识进行讲解。坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数。

【基本知识学习】

1.1 重力坝概述

图1-1 混凝土重力坝示意图

1.1.1、重力坝的工作原理及其特点

重力坝主要依靠自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定，同时也依靠自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉应力。

重力坝有以下特点：

⑴ 断面尺寸大，混凝土材料抗冲刷能力强，可坝顶溢流和坝身设置泄水孔，因此，泄洪和施工导流比较容易解决。但由于剖面尺寸大，坝体内部应力比较小，坝体材料强度不能充分发挥。

⑵ 重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，在荷载作用下，可以看作悬臂梁，结构作用明确，设计方法简便，安全可靠。

⑶ 对地形、地质条件适应性强。几乎任何形状河谷均可修建重力坝。重力坝对地基条件的要求比土石坝高，比拱坝低，在无重大缺陷的一般岩基上均可修建。

⑷ 由于坝体与地基接触面积大，坝底扬压力大，对稳定和坝踵应力不利。

⑸ 由于体积大，水泥用量多，水化热不易散发，温控要求高。

1.1.2、重力坝的设计原则及安全控制标准

1.1.2.1 重力坝的设计原则

⑴ 坝体结构应根据坝的受力条件以及坝址的地形地质、水文气象、建筑材料、施工工期等条件，通过综合技术经济比较确定。

⑵ 各个坝段上游面宜协调一致，使坝段两侧止水设施呈对称布置，廊道距上游面的距离也保持一致。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间用导墙分隔，可采用不同的下游坝坡。

⑶ 建在地震区的混凝土重力坝坝体结构的抗震设计应符合《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97或DL5073-2000）的规定。

⑷ 经技术经济比较，坝型除采用实体混凝土重力坝外，也可采用宽缝重力坝、大头坝、空腹重力坝等。

⑸ 重力坝的断面原则上应由持久状况控制，并以偶然状况复核，此外，可考虑坝体的空间作用或采取其他适当措施，不宜由偶然状况控制设计断面。

⑹ 有横缝的重力坝，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坝长进行计算。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进行，其强度计算可用试载法；在复杂空间受力条件下（河谷断面、基础反力不对称等），其应力状态可按空间问题用有限元法或试验确定。

1.1.2.2 重力坝的安全控制标准

⑴ 坝体抗滑稳定安全控制标准

①按抗剪强度计算坝基面抗滑稳定安全系数k不应小于表1-1-1的规定。

表1-1-1 坝基面抗滑稳定安全系数k

’

②按抗剪断强度计算坝基面抗滑稳定安全系数k应不小于表1-1-2的规定。

表1-1-2 坝基面抗滑稳定安全系数k

⑵坝基、坝体应力安全控制标准

① 坝基面垂直正应力控制标准 ’

运行期：在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝基面坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝址垂直应力应小于坝基容许压应力；在地震荷载作用下，坝踵、坝址的垂直应力应符合《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97或DL5073-2000）的规定。

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