水工建筑物 (1)
第二讲主讲教授,李庆斌
2003年春第二章 重力坝
重力坝的 荷载及其组合
重力坝的 断面设计
重力坝的 抗滑稳定分析
重力坝的 应力分析
重力坝的 材料、分区、分缝及构造
重力坝的 基础处理
泄水重力坝
其它型式重力坝
Chapter 2 Concrete Gravity Dams
重力坝的工作原理重力坝的特点重力坝的设计内容重力坝的建设概况
§ 2.1 重力坝的特点一、重力坝的工作原理重力坝是用 浆砌石 (grouted
rubble)或者 混凝土 (concrete)材料 建筑而成的挡水建筑物,其剖面一般做成上游面近于垂直的 三角形断面,
主要依靠 坝体的重量,在坝体和地基的接触面产生抗剪强度或者摩擦力,来抵抗水库的水平推力,以达到稳定的要求；同时,也依靠坝体的 自重产生的压应力,来抵消由于水压力所引起的坝体上游侧的拉应力,以满足坝身强度的要求 。
世界上最高的重力坝是 1962年瑞士的 大狄克桑斯 (The Grande Dixence)重力坝，高 284m。
世界上最高的重力坝返回二、重力坝的特点 --优点对地形 (topography)、地质 (Geology)
条件的适应性强。 任何形状的河谷 都可以修建重力坝，中低坝的地应力不高，对地质条件要求较拱坝低,甚至沙砾石地基上也能够修建高度不大的重力坝。
枢纽泄洪 (flood-releasing)问题容易解决。 重力坝可以做成溢流，坝内不同高度的泄水孔，不需另设溢洪洞或泄水隧洞。
重力坝的特点 —优点（续）
便于施工导流 (construction diversion)。
在施工期可以利用坝体导流，不需另设导流洞 。
安全可靠。 剖面大且应力低，筑坝材料强度高、耐久性好，抵抗洪水漫顶、渗漏、地震和战争破坏的能力都比较强。根据统计，在各种坝型中，
重力坝的失事率是较低的。
重力坝的特点 —优点（续）
施工方便。 大体积混凝土，可采用机械化施工，放样、立模、浇筑都比较方便，补强、维护和扩建也比较方便。
结构作用明确。 重力坝沿坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，稳定和应力计算都比较简单。
可采用块石筑坝。 用浆砌石本身做材料筑坝，
也可在混凝土加入块石，以节省水泥。
重力坝的特点 —缺点剖面尺寸大，材料用量多。因为稳定靠重力。
中低型重力坝的应力较低，混凝土材料的强度不能充分发挥。
坝体与地基的接触面大，扬压力大，对稳定不利。
坝体体积大，温度应力严重，需采取温控措施。
返回三、重力坝的设计内容剖面 (profile)设计 —— 先设后计、确定断面。
稳定 (sliding stability)分析 ——坝、基面、地基中软弱面抗滑稳定。
应力分析 (stress analysis)——应力满足坝体与坝基的强度要求。
构造设计 ——细部构造：坝顶、廊道、排水、
分缝等。
地基 (foundation)处理 ——地基的防渗：
排水、断层软弱带处理等。
溢流 (overfolw)重力坝和泄水孔的设计 —
—堰顶高程、孔口尺寸、体形及消能、防护设计。
监测 (monitoring)设计 ——坝体内部和外部的观测设计。
重力坝的设计内容 (续 )
返回四、重力坝的建设情况
历史上最早的重力坝 —公元前
2900年 古埃及在尼罗河上建造的一座高 15m,顶长 240m的挡水坝
19世纪以前 建造的重力坝,基本上都采用浆砌毛石,19世纪后期才逐渐采用混凝土重力坝的建设情况 (续 1)
坝工设计理论是在筑坝实践中不断发展起来的,
1853年到 1890年法国工程师提出了坝体应力分析的 材料力学方法 和 弹性理论方法 。
19世纪末期认为作用于坝体的扬压力对坝体有不利影响，便在靠近上游面的坝体内设置排水管幕
，以 消减扬压力 。
重力坝的建设情况 (续 2)
20世纪的发展,
进入 20世纪后,筑坝材料由浆砌毛石,块石发展到混凝土
1962年瑞士建成了世界上最高的 大狄克桑斯重力坝,坝高达 284m
从 20世纪 60年代开始,由于土石坝建设的迅速发展,使重力坝在坝工建设中所占的比重有所下降 。
进入 20世纪 80年代,碾压混凝土技术开始运用于重力坝建设,使重力坝所占比重又有所回升 。
重力坝的建设情况 (续 3)
我国的发展从 1949～ 1985年，在已建成的坝高 30m以上的 113座混凝土坝中，重力坝达 58座，占总数的 51％
50年代,新安江,古田一级
60年代,丹江口,刘家峡、三门峡
70年代,黄龙滩、龚嘴重力坝
80年代,乌江渡、潘家口
90年代,万家寨、三峡重力坝设计规范 (Design Criteria)
1、中华人民共和国水利电力部,,混凝土重力坝设计规范,（ SDJ21-78),1978年；
2、中华人民共和国水利电力部,,混凝土重力坝设计规范 SDJ21-78的补充规定,,
（ 84）水电水规字第 131号,1984年；
3、中华人民共和国国家经济贸易委员会，电力行业标准,混凝土重力坝设计规范,
（ DL5108-1999),1999年。
本节完
18
重力坝的荷载 (Loads)
荷载组合 (Load Combination)
§ 2.2 荷载及其组合重力坝的荷载
（挡水坝段的主要荷载）
Seismic
load
重力坝的荷载
坝体及其上永久设备的自重
上下游面上的静水压力
溢流坝反弧段上的动水压力
扬压力
泥沙压力
浪压力
冰压力
地震荷载
温度荷载坝体及其上永久设备的自重
(Self-weight)
混凝土的容重，在初设可采用
2.35～ 2.4 T/m3（ 23.5～ 24 KN/m3） 。
施工详图阶段应由 混凝土试验决定。
back
水压力 --静水压力
(Hydrostatic Pressure)
按 水力学原理 计算，如图：
back
水压力 —泄水动水压力
(hydrodynamic pressure) 如图，溢流堰 ab段,一般有很小正或者负水压力,bc
段 水压力也很小，都可以忽略不计，只计算 反弧段 cd上的动水压力。
根据动量方程，其压力强度为：
r
v
g
q
p
总水平力为：
12
c o sc o s
v
g
q
P
H
总垂直力为：
21
s i ns i n
v
g
q
P
V
back
扬压力 (uplift pressure)
混凝土内存在空隙，坝基岩石本身空隙率很小，但往往存在着节理缝隙，因此，水库蓄后，
在上下游水位差的作用下，库水会经过坝体及坝基渗向下游，不但造成水头的损失，而且还产生渗透压力,使坝体的有效重量减少。
无防渗排水 (no relief)情况有防渗排水情况坝基扬压力 (foundation seepage uplift)
坝体扬压力 (internal seepage uplift)
坝基扬压力 -无防渗排水情况库水经坝基向下渗透时，渗透水流沿程受到阻力，造成 水头损失 。如 下图所示，上游坝踵处的扬压力强度为 γH 1，
下游坝趾处的扬压力强度为 γH 2，由于岩基节理裂隙很不规则，难以求出坝体扬压力的准确分布，故通常 假定 扬压力从坝踵到坝趾呈 直线变化 。
矩形 ABCD部分是下游水深 H2形成的上举力，称为 浮托力 ；三角形 CDE
部分是由上下游水位差形成的渗透水流产生的上举力，
称为 渗透压力 。坝底的扬压力则是两者之和。
当下游无水时，
扬压力＝渗透压力 。
4.0~2.0
6.0~45.0
2
1
其中大值适用于岸坡坝段
（因绕流）。修订规范建议只采用,
有防渗排水情况不考虑,以直线代替即可。
4.0~2.02
1?
坝体扬压力上游为下游为零 （ 无下游水头时 ）,
h?
3.015.03 ～＝?
back
泥沙压力 (sediment pressure)
淤沙的容重和内摩擦角随时间而变化，
且各层不同，准确计算泥沙压力比较困难，
只能参照经验数据，按土压力公式计算。
)
2
45(2 nonnn tghp
back
浪压力
(hydrodynamic wave pressure)
水库水面在风吹下生成波浪，并对坝面产生浪压力。 如图 所示：
波浪三要素波高 2hl—从波峰到波谷的高差波长 2Ll —从波峰到波峰的距离波浪中心线高度 h0—波浪中心线距静水面的高度水面波的分类根据坝前水深与波长的关系可以分为以下三类：
深水波 —— 坝前水深大于半波长,H>Ll，波长运动不受库底约束。
浅水波 —— 坝前水深小于半波长而大于临界水深 H0，即 Ll>H>H0，这时波浪运动受库底影响。
破碎波 —— 坝前水深小于临界水深，
H<H0，波浪发生破碎。
]
222
h222ln [
4
2 l
0
ll
ll
hL
LLH
波浪要素的计算影响波浪的因素较多，主要是 吹程 和 风速 。我国重力坝规范规定用 官厅水库公式 计算波浪三要素，
适用于山区峡谷水库，库缘地势高峻，水库吹程 1～
13Km，风速 1～ 16m/s的情况。
2hl＝ 0.0166V1.25D0.33 —— 单位,m
2Ll＝ 10.4（ 2hl） 0.8 —— 单位,m
式中,V——计算风速,m/s
D——吹程,Km,通常为在库水面高程,沿着风向,从坝到对岸的最大直线距离 。 当库面特别狭窄时,则不超过水面平均宽度的 5倍 。
波浪要素的计算 (续 )
对于 正常蓄水位和设计洪水 时,采取相应洪水期多年平均最大风速的 1.5～ 2.0倍 ；对于 校核水位,采用相应洪水期 多年平均最大风速 。
l
l
L
hh
2
4 2
0
× （与水深有关的函数）
关于风速：
波浪水压力计算深水波 情况如图 所示,H>Ll，分布见图，用下式计算
22
)2( 20 lll
i
LhhLP （两个三角形面积差 ）
波浪水压力计算 (续 )
浅水波 情况,如图 所示,H0<H<Ll。
坝基面的浪压力剩余强度 pl为,
则总压力为（两个三角形面积差）,
破碎波 —— 水闸适用，到时再讲。
22
)()2( 21101 HpHhhHP ll
l
l
ll L
Hhp 1hs e c2
波浪水压力计算 (续 )
当坝面与水平面的交角 大于 45o时,波浪的性质与坝面为铅直时的情况相近；
而当交角 小于 45o时,则应 按斜坡上的波浪 计算 。
对于中高坝,浪压力在全部荷载中所占的 比重较小,可以忽略不计 。 美国垦务局 （ Bureau of Reclaimation ） 规定的重力坝设计准则中就没有风浪荷载 。
back
冰压力 --静冰压力
(static ice pressure)
寒冷地区,水库表面在冬季会结成冰盖,当气温回升时,冰盖发生膨胀,因而对挡水建筑物表面产生压力,称为 静冰压力 。
静冰压力值与 冰盖厚度,长度,气温上升率 以及 开始升温时冰盖的温度 等有关 。
目前,尚无合理的公式用来计算静冰压力,
一般参照 下表 采用 。
静冰压力表比如,-25oC开始以 2.5oC/h升温时,静冰压力 为（ 20～ 28） × 104Pa
冰压力对于 重力坝 并不重要,而对于 低坝,
闸墩,胸墙 等结构物,往往成为比较重要的荷载 。
为避免过大的冰压力,可采用 防冰,破冰措施 。
冰压力 —动冰压力冰块破碎后，受风或者流水的作用而漂移，撞击在坝面或闸墩上时，产生冲击压力，称为 动冰压力 。
bbbbbd AdVKP?
Kb——系数,决定于流冰的抗碎强度 Rb值
Kb ＝ 4.3,Rb＝ 1MPa； Kb ＝ 3.0,Rb＝ 0.5MPa；
Kb ＝ 2.36,Rb＝ 0.3MPa
Vb——冰块流速,一般不大于 0.6m/s；
db——冰块厚度 （ m） ；
Ab——冰块面积 （ m2）
当冰的运动方向垂直或接近垂直于铅直坝面时，
动冰压力值 Pbd（ Kn）可按下式计算：
动冰压力的计算公式
back
地震荷载 (seismic load)
在震区建坝，必须考虑地震荷载。
地震荷载主要包括：
建 筑 物 质 量 引 起 的 地 震 惯 性 力
(seismic inertia force)
地震动水压力 (hydrodynamic inertia
pressure)
动土压力 (soil dynamic pressure)
地震荷载的大小，主要决定于建筑物所在地区的地震烈度。一般用 最大加速度 来作为地震烈度标准，烈度指标用 地震系数 K 来表示，
K是 地面最大加速度和重力加速度的比值 。
基本烈度 ——在一定期限内一个地区可能普遍遭遇的最大烈度设计烈度 ——设计时用的烈度,一般为基本烈度 。 对于特别重要的挡水建筑物,失事后果严重时,可将基本烈度提高 1度 。
地震烈度
(earthquake intensity)
对于设计烈度 6度以下 时,地震荷载相对较小,
设计中不考虑 。
对于 7～ 9度 时,应进行抗震设计,而 大于 9度时,应专门研究 。
地震荷载的计算拟静力 (pseudostatic)理论 —
适于坝高 < 150m
动力 (dynamic)理论 —适于坝高 > 150m
分析方法：
FWCKQ ZH?0
计算方法,拟静力法,改变了静力法地震加速度上下一样的不足。
水平地震惯性力为,
式中,Q0—— 地震惯性力 ；
KH—— 水平向地震系数,为地面最大水平加速度的统计平均值与重力加速度的比值。 设计烈度 70时,KH＝ 0.1； 80时,KH
＝ 0.2； 90时,KH＝ 0.4
地震惯性力
CZ——结构综合影响系数,1/4。 其用意是弥补理论计算与客观实际之间的差距,以适应目前的设计传统,主要为：理论假定不符合实际；有些结构经考验可以承受较大值；对抗震强度估计不足等等 。
W——产生地震惯性力的总质量 ;
F——地震惯性力系数 ；
地震惯性力 （续）
FWCKQ ZH?0
30m<=H<=70m，
F＝ 1.3
地震惯性力 （续）
F——地震惯性力系数,见表。如沿建筑物高度 作用于质点 i 的地震惯性力为
0
1
)(
Q
W
W
P
n
i
ii
ii
i
i?
Wi—集中在质点 i 的重量
n —结点总数
—地震惯性力分布系数,见表地震惯性力 （续）
一般认为垂直最大加速度是水平方向的 2/3。
水平向和垂直向分别计算,
考虑遇合机率,一般用 遇和系数 来考虑,即把竖向地震乘以 小于 1.0的系数,一般为
0.5。
地震惯性力 （续）
垂直地震的考虑：
地震动水压力直立坝面 水深 y处的地震动水压力按下式计算：
HfCKp yZHy 0
fy,水深为 y处的地震动水压力分布系数,见 吴书 P.16的表 2－ 5；
0?
:水的容重
H:坝前水深单位宽度的 总地震动水压力 P0为
200 65.0 HCKP ZH
作用点 在自水面算起为 0.54H处。
作用方向,垂直坝面,方向与地震加速度方向相反 。
地震动水压力 (续 )
倾斜 面上计算动水压力时，乘以折减系数 090/?
（? 为水面与迎水面的夹角）
地震动土压力
“静,＋,动,土压力计算方法：
back
温 度 荷 载
(temperature)
对于 大体积混凝土 来说，由于水化热严重，气温变化，水库蓄水后水温变化等，温度荷载是一个重要的荷载，但计算复杂，我们将其作为一个专题部分，
在以后进行讨论。
实际应用中对重力坝而言，用结构和施工措施解决。
返回见下一讲
第二讲主讲教授,李庆斌
2003年春第二章 重力坝
重力坝的 荷载及其组合
重力坝的 断面设计
重力坝的 抗滑稳定分析
重力坝的 应力分析
重力坝的 材料、分区、分缝及构造
重力坝的 基础处理
泄水重力坝
其它型式重力坝
Chapter 2 Concrete Gravity Dams
重力坝的工作原理重力坝的特点重力坝的设计内容重力坝的建设概况
§ 2.1 重力坝的特点一、重力坝的工作原理重力坝是用 浆砌石 (grouted
rubble)或者 混凝土 (concrete)材料 建筑而成的挡水建筑物,其剖面一般做成上游面近于垂直的 三角形断面,
主要依靠 坝体的重量,在坝体和地基的接触面产生抗剪强度或者摩擦力,来抵抗水库的水平推力,以达到稳定的要求；同时,也依靠坝体的 自重产生的压应力,来抵消由于水压力所引起的坝体上游侧的拉应力,以满足坝身强度的要求 。
世界上最高的重力坝是 1962年瑞士的 大狄克桑斯 (The Grande Dixence)重力坝，高 284m。
世界上最高的重力坝返回二、重力坝的特点 --优点对地形 (topography)、地质 (Geology)
条件的适应性强。 任何形状的河谷 都可以修建重力坝，中低坝的地应力不高，对地质条件要求较拱坝低,甚至沙砾石地基上也能够修建高度不大的重力坝。
枢纽泄洪 (flood-releasing)问题容易解决。 重力坝可以做成溢流，坝内不同高度的泄水孔，不需另设溢洪洞或泄水隧洞。
重力坝的特点 —优点（续）
便于施工导流 (construction diversion)。
在施工期可以利用坝体导流，不需另设导流洞 。
安全可靠。 剖面大且应力低，筑坝材料强度高、耐久性好，抵抗洪水漫顶、渗漏、地震和战争破坏的能力都比较强。根据统计，在各种坝型中，
重力坝的失事率是较低的。
重力坝的特点 —优点（续）
施工方便。 大体积混凝土，可采用机械化施工，放样、立模、浇筑都比较方便，补强、维护和扩建也比较方便。
结构作用明确。 重力坝沿坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，稳定和应力计算都比较简单。
可采用块石筑坝。 用浆砌石本身做材料筑坝，
也可在混凝土加入块石，以节省水泥。
重力坝的特点 —缺点剖面尺寸大，材料用量多。因为稳定靠重力。
中低型重力坝的应力较低，混凝土材料的强度不能充分发挥。
坝体与地基的接触面大，扬压力大，对稳定不利。
坝体体积大，温度应力严重，需采取温控措施。
返回三、重力坝的设计内容剖面 (profile)设计 —— 先设后计、确定断面。
稳定 (sliding stability)分析 ——坝、基面、地基中软弱面抗滑稳定。
应力分析 (stress analysis)——应力满足坝体与坝基的强度要求。
构造设计 ——细部构造：坝顶、廊道、排水、
分缝等。
地基 (foundation)处理 ——地基的防渗：
排水、断层软弱带处理等。
溢流 (overfolw)重力坝和泄水孔的设计 —
—堰顶高程、孔口尺寸、体形及消能、防护设计。
监测 (monitoring)设计 ——坝体内部和外部的观测设计。
重力坝的设计内容 (续 )
返回四、重力坝的建设情况
历史上最早的重力坝 —公元前
2900年 古埃及在尼罗河上建造的一座高 15m,顶长 240m的挡水坝
19世纪以前 建造的重力坝,基本上都采用浆砌毛石,19世纪后期才逐渐采用混凝土重力坝的建设情况 (续 1)
坝工设计理论是在筑坝实践中不断发展起来的,
1853年到 1890年法国工程师提出了坝体应力分析的 材料力学方法 和 弹性理论方法 。
19世纪末期认为作用于坝体的扬压力对坝体有不利影响，便在靠近上游面的坝体内设置排水管幕
，以 消减扬压力 。
重力坝的建设情况 (续 2)
20世纪的发展,
进入 20世纪后,筑坝材料由浆砌毛石,块石发展到混凝土
1962年瑞士建成了世界上最高的 大狄克桑斯重力坝,坝高达 284m
从 20世纪 60年代开始,由于土石坝建设的迅速发展,使重力坝在坝工建设中所占的比重有所下降 。
进入 20世纪 80年代,碾压混凝土技术开始运用于重力坝建设,使重力坝所占比重又有所回升 。
重力坝的建设情况 (续 3)
我国的发展从 1949～ 1985年，在已建成的坝高 30m以上的 113座混凝土坝中，重力坝达 58座，占总数的 51％
50年代,新安江,古田一级
60年代,丹江口,刘家峡、三门峡
70年代,黄龙滩、龚嘴重力坝
80年代,乌江渡、潘家口
90年代,万家寨、三峡重力坝设计规范 (Design Criteria)
1、中华人民共和国水利电力部,,混凝土重力坝设计规范,（ SDJ21-78),1978年；
2、中华人民共和国水利电力部,,混凝土重力坝设计规范 SDJ21-78的补充规定,,
（ 84）水电水规字第 131号,1984年；
3、中华人民共和国国家经济贸易委员会，电力行业标准,混凝土重力坝设计规范,
（ DL5108-1999),1999年。
本节完
18
重力坝的荷载 (Loads)
荷载组合 (Load Combination)
§ 2.2 荷载及其组合重力坝的荷载
（挡水坝段的主要荷载）
Seismic
load
重力坝的荷载
坝体及其上永久设备的自重
上下游面上的静水压力
溢流坝反弧段上的动水压力
扬压力
泥沙压力
浪压力
冰压力
地震荷载
温度荷载坝体及其上永久设备的自重
(Self-weight)
混凝土的容重，在初设可采用
2.35～ 2.4 T/m3（ 23.5～ 24 KN/m3） 。
施工详图阶段应由 混凝土试验决定。
back
水压力 --静水压力
(Hydrostatic Pressure)
按 水力学原理 计算，如图：
back
水压力 —泄水动水压力
(hydrodynamic pressure) 如图，溢流堰 ab段,一般有很小正或者负水压力,bc
段 水压力也很小，都可以忽略不计，只计算 反弧段 cd上的动水压力。
根据动量方程，其压力强度为：
r
v
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总水平力为：
12
c o sc o s
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P
H
总垂直力为：
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s i ns i n
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V
back
扬压力 (uplift pressure)
混凝土内存在空隙，坝基岩石本身空隙率很小，但往往存在着节理缝隙，因此，水库蓄后，
在上下游水位差的作用下，库水会经过坝体及坝基渗向下游，不但造成水头的损失，而且还产生渗透压力,使坝体的有效重量减少。
无防渗排水 (no relief)情况有防渗排水情况坝基扬压力 (foundation seepage uplift)
坝体扬压力 (internal seepage uplift)
坝基扬压力 -无防渗排水情况库水经坝基向下渗透时，渗透水流沿程受到阻力，造成 水头损失 。如 下图所示，上游坝踵处的扬压力强度为 γH 1，
下游坝趾处的扬压力强度为 γH 2，由于岩基节理裂隙很不规则，难以求出坝体扬压力的准确分布，故通常 假定 扬压力从坝踵到坝趾呈 直线变化 。
矩形 ABCD部分是下游水深 H2形成的上举力，称为 浮托力 ；三角形 CDE
部分是由上下游水位差形成的渗透水流产生的上举力，
称为 渗透压力 。坝底的扬压力则是两者之和。
当下游无水时，
扬压力＝渗透压力 。
4.0~2.0
6.0~45.0
2
1
其中大值适用于岸坡坝段
（因绕流）。修订规范建议只采用,
有防渗排水情况不考虑,以直线代替即可。
4.0~2.02
1?
坝体扬压力上游为下游为零 （ 无下游水头时 ）,
h?
3.015.03 ～＝?
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泥沙压力 (sediment pressure)
淤沙的容重和内摩擦角随时间而变化，
且各层不同，准确计算泥沙压力比较困难，
只能参照经验数据，按土压力公式计算。
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浪压力
(hydrodynamic wave pressure)
水库水面在风吹下生成波浪，并对坝面产生浪压力。 如图 所示：
波浪三要素波高 2hl—从波峰到波谷的高差波长 2Ll —从波峰到波峰的距离波浪中心线高度 h0—波浪中心线距静水面的高度水面波的分类根据坝前水深与波长的关系可以分为以下三类：
深水波 —— 坝前水深大于半波长,H>Ll，波长运动不受库底约束。
浅水波 —— 坝前水深小于半波长而大于临界水深 H0，即 Ll>H>H0，这时波浪运动受库底影响。
破碎波 —— 坝前水深小于临界水深，
H<H0，波浪发生破碎。
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波浪要素的计算影响波浪的因素较多，主要是 吹程 和 风速 。我国重力坝规范规定用 官厅水库公式 计算波浪三要素，
适用于山区峡谷水库，库缘地势高峻，水库吹程 1～
13Km，风速 1～ 16m/s的情况。
2hl＝ 0.0166V1.25D0.33 —— 单位,m
2Ll＝ 10.4（ 2hl） 0.8 —— 单位,m
式中,V——计算风速,m/s
D——吹程,Km,通常为在库水面高程,沿着风向,从坝到对岸的最大直线距离 。 当库面特别狭窄时,则不超过水面平均宽度的 5倍 。
波浪要素的计算 (续 )
对于 正常蓄水位和设计洪水 时,采取相应洪水期多年平均最大风速的 1.5～ 2.0倍 ；对于 校核水位,采用相应洪水期 多年平均最大风速 。
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× （与水深有关的函数）
关于风速：
波浪水压力计算深水波 情况如图 所示,H>Ll，分布见图，用下式计算
22
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LhhLP （两个三角形面积差 ）
波浪水压力计算 (续 )
浅水波 情况,如图 所示,H0<H<Ll。
坝基面的浪压力剩余强度 pl为,
则总压力为（两个三角形面积差）,
破碎波 —— 水闸适用，到时再讲。
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波浪水压力计算 (续 )
当坝面与水平面的交角 大于 45o时,波浪的性质与坝面为铅直时的情况相近；
而当交角 小于 45o时,则应 按斜坡上的波浪 计算 。
对于中高坝,浪压力在全部荷载中所占的 比重较小,可以忽略不计 。 美国垦务局 （ Bureau of Reclaimation ） 规定的重力坝设计准则中就没有风浪荷载 。
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冰压力 --静冰压力
(static ice pressure)
寒冷地区,水库表面在冬季会结成冰盖,当气温回升时,冰盖发生膨胀,因而对挡水建筑物表面产生压力,称为 静冰压力 。
静冰压力值与 冰盖厚度,长度,气温上升率 以及 开始升温时冰盖的温度 等有关 。
目前,尚无合理的公式用来计算静冰压力,
一般参照 下表 采用 。
静冰压力表比如,-25oC开始以 2.5oC/h升温时,静冰压力 为（ 20～ 28） × 104Pa
冰压力对于 重力坝 并不重要,而对于 低坝,
闸墩,胸墙 等结构物,往往成为比较重要的荷载 。
为避免过大的冰压力,可采用 防冰,破冰措施 。
冰压力 —动冰压力冰块破碎后，受风或者流水的作用而漂移，撞击在坝面或闸墩上时，产生冲击压力，称为 动冰压力 。
bbbbbd AdVKP?
Kb——系数,决定于流冰的抗碎强度 Rb值
Kb ＝ 4.3,Rb＝ 1MPa； Kb ＝ 3.0,Rb＝ 0.5MPa；
Kb ＝ 2.36,Rb＝ 0.3MPa
Vb——冰块流速,一般不大于 0.6m/s；
db——冰块厚度 （ m） ；
Ab——冰块面积 （ m2）
当冰的运动方向垂直或接近垂直于铅直坝面时，
动冰压力值 Pbd（ Kn）可按下式计算：
动冰压力的计算公式
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地震荷载 (seismic load)
在震区建坝，必须考虑地震荷载。
地震荷载主要包括：
建 筑 物 质 量 引 起 的 地 震 惯 性 力
(seismic inertia force)
地震动水压力 (hydrodynamic inertia
pressure)
动土压力 (soil dynamic pressure)
地震荷载的大小，主要决定于建筑物所在地区的地震烈度。一般用 最大加速度 来作为地震烈度标准，烈度指标用 地震系数 K 来表示，
K是 地面最大加速度和重力加速度的比值 。
基本烈度 ——在一定期限内一个地区可能普遍遭遇的最大烈度设计烈度 ——设计时用的烈度,一般为基本烈度 。 对于特别重要的挡水建筑物,失事后果严重时,可将基本烈度提高 1度 。
地震烈度
(earthquake intensity)
对于设计烈度 6度以下 时,地震荷载相对较小,
设计中不考虑 。
对于 7～ 9度 时,应进行抗震设计,而 大于 9度时,应专门研究 。
地震荷载的计算拟静力 (pseudostatic)理论 —
适于坝高 < 150m
动力 (dynamic)理论 —适于坝高 > 150m
分析方法：
FWCKQ ZH?0
计算方法,拟静力法,改变了静力法地震加速度上下一样的不足。
水平地震惯性力为,
式中,Q0—— 地震惯性力 ；
KH—— 水平向地震系数,为地面最大水平加速度的统计平均值与重力加速度的比值。 设计烈度 70时,KH＝ 0.1； 80时,KH
＝ 0.2； 90时,KH＝ 0.4
地震惯性力
CZ——结构综合影响系数,1/4。 其用意是弥补理论计算与客观实际之间的差距,以适应目前的设计传统,主要为：理论假定不符合实际；有些结构经考验可以承受较大值；对抗震强度估计不足等等 。
W——产生地震惯性力的总质量 ;
F——地震惯性力系数 ；
地震惯性力 （续）
FWCKQ ZH?0
30m<=H<=70m，
F＝ 1.3
地震惯性力 （续）
F——地震惯性力系数,见表。如沿建筑物高度 作用于质点 i 的地震惯性力为
0
1
)(
Q
W
W
P
n
i
ii
ii
i
i?
Wi—集中在质点 i 的重量
n —结点总数
—地震惯性力分布系数,见表地震惯性力 （续）
一般认为垂直最大加速度是水平方向的 2/3。
水平向和垂直向分别计算,
考虑遇合机率,一般用 遇和系数 来考虑,即把竖向地震乘以 小于 1.0的系数,一般为
0.5。
地震惯性力 （续）
垂直地震的考虑：
地震动水压力直立坝面 水深 y处的地震动水压力按下式计算：
HfCKp yZHy 0
fy,水深为 y处的地震动水压力分布系数,见 吴书 P.16的表 2－ 5；
0?
:水的容重
H:坝前水深单位宽度的 总地震动水压力 P0为
200 65.0 HCKP ZH
作用点 在自水面算起为 0.54H处。
作用方向,垂直坝面,方向与地震加速度方向相反 。
地震动水压力 (续 )
倾斜 面上计算动水压力时，乘以折减系数 090/?
（? 为水面与迎水面的夹角）
地震动土压力
“静,＋,动,土压力计算方法：
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温 度 荷 载
(temperature)
对于 大体积混凝土 来说，由于水化热严重，气温变化，水库蓄水后水温变化等，温度荷载是一个重要的荷载，但计算复杂，我们将其作为一个专题部分，
在以后进行讨论。
实际应用中对重力坝而言，用结构和施工措施解决。
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