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1、目录摘要21.1 水库大坝安全状况21.2 评价范围31.3 评价报告内容52 结构安全评价32.1 土石坝结构安全评价42.1.1 土石坝的结构病害特点42.1.2 土石坝结构安全评价内容42.1.3 评价方法42.1.4 评价标准52.1.5 土石坝坝坡稳定计算方法62.2 重力坝结构安全评价92.2.1 重力坝结构病害特点92.2.2 评价内容102.2.3 评价方法102.2.4 评价标准102.2.5 重力坝稳定和应力计算123 定量评价173.1 工程概况173.2 稳定性评价203.3 应力评价22参考文献2527浅谈水库大坝的安全评价【摘要】：水库大坝安全评价一般应编制工程质量
2、评价报告、大坝运行管理评价报告、防洪标准复核报告、结构安全评价报告、渗流安全评价、抗震安全评价报告、金属结构安全评价报告等7个报告和大坝安全综合评价报告。由于时间所限，本次毕业设计从定性和定量两个方面对中小型水库大坝进行安全评价。中小型水库大坝定性评价包括结构安全评价、渗流评价和日常巡视评价。结构安全评价的内容包括应力变形及稳定分析，其中土石坝的重点是变形及稳定分析；混凝土坝及泄水输水的重点是应力及稳定分析。渗流安全评价的任务是复核原设计、施工的渗流控制措施和当前的实际渗流状态能否保证大坝安全运行。日常巡视评价就是对水库大坝的各个部位进行检查，以及时发现问题，尽早解决问题。以QW大坝为工程实例
3、，由于时间所限，仅从稳定和强度两个方面对中小型水库大坝进行定量评价。稳定性评价使用抗剪强度公式，评价结果满足要求；强度评价使用的是材料力学法，评价结果符合要求。【关键词】：结构安全渗流安全日常巡视抗滑稳定材料力学法1.1 水库大坝安全状况我国已建各类水库大坝8.6万多座，这些水库大坝在防洪、灌溉、供水、发电等方面发挥了巨大的效益。然而这些水库大坝大多建于20世纪50-70年代，普遍存在防洪标准低、工程质量差、管理维护不善、工程老化等问题。不难预见，对这些大坝进行除险加固处理将是必然的。然而，目前对水库大坝进行除险加固处理存在很大的随意性和隐蔽性。本课题基于变形和渗流监测资料的分析以及大坝日常巡
4、视等对中小型大坝进行安全评价。1.2 评价范围根据导则规定，导则所指的“大坝”是包括永久性挡水建筑物以及与大坝安全有关的泄水、输水和过坝建筑物及金属结构等。大坝安全评价是针对大坝等水工建筑物结构、工程运行管理、工程质量等方面的系统评价，要求做到评价全面，重点突出。对于工程建筑物，一般包含主坝、副坝等挡水建筑物；溢洪道、泄水隧洞、管涵、灌溉渠首、供水取水口和电站进水口等与大坝安全有关的泄水、输水建筑物；以及与工程安全运用有关的过坝建筑物和金属结构等。近坝影响大坝安全、溢洪道泄流安全和消能防冲的岸坡也应纳入评价范围。1.3 评价报告内容水库大坝安全评价一般应编制工程质量评价报告、大坝运行管理评价报
5、告、防洪标准复合报告（或称“防洪安全评价报告”）、结构安全评价报告、渗流安全评价、抗震安全评价报告、金属结构安全评价报告等7个报告和大坝安全综合评价报告。本设计将主要从结构安全评价、渗流安全评价、现场安全检查3个方面来进行阐述，并将结合实际工程实例对其在这三个方面进行评价。图1.1评价内容流程图2结构安全评价结构安全是水库大坝安全的基本要求，结构安全评价时首先应按国家安及行业现行规范复合计算目前大坝在静力条件下的稳定应力及变形，再根据现行有关规范综合评价其安全性。结构安全评价的内容包括应力变形及稳定分析，其中土石坝的重点是变形及稳定分析；混凝土坝及泄水输水的重点是应力及稳定分析。结构安全评价时
6、，应综合现场检查勘察和监测资料分析工作，对以暴露出来的问题或异常情况进行重点复合计算。同时，应复核大坝现状实际工作条件与原设计相比是否发生变化，特别是随着时间的增长，材料力学性能是否衰变。对于运行时间不长，经过正规设计和审查的大坝，当大坝工作条件和材料性能未发生改变时，可适当简化有关复合计算。2.1土石坝结构安全评价2.1.1 土石坝的结构病害特点a. 土质防渗体土石坝土质防渗体土石坝主要有均质坝心墙坝斜墙坝等，其结构安全主要包括坝坡是否稳定，坝顶宽度是否满足运行防汛交通要求，坝顶放浪墙是否连续满足防渗要求，以及大坝变形是否导致不均匀沉降乃至裂缝。b. 非土质防渗体土石坝非土质防渗体土石坝常见
7、坝型主要为钢筋混凝土面板坝沥青混凝土心墙或面板坝。1) 钢筋混凝土面板坝土面板堆石坝是近年来迅速发展的一种坝型。混凝土面板堆石坝具有坝体断面小安全性好施工方便工期短导流简化造价低等优点。早期的面板堆石坝采用厚层抛填的方法填筑，密实度不高，蓄水后变形量大，面板易裂缝及接缝张开而发生严重渗漏。2) 沥青混凝土心墙及面板坝沥青混凝土心墙或面板坝主要病害是沥青混凝土心墙或面板开裂产生渗漏。2.1.2 土石坝结构安全评价内容土石坝结构安全评价的主要内容包括坝体变形和坝坡稳定的分析复核。坝体变形分析主要项目有沉降分析水平位移分析裂缝分析等，必要时进行应力应变分析。2.1.3 评价方法a. 变形分析变形分析
8、方法或途径有变形监测资料分析和变形计算分析，两者应相互验证和补充。对有变形监测资料的大坝，首先应作监测资料分析；当缺乏变形监测资料且大坝已发生异常变形和开裂的，或沿坝轴线地址条件变化较大有开裂疑虑的，可进行变形计算分析。b. 坝坡稳定计算分析坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法。对于均质坝厚斜墙坝和厚心墙坝，采用计及条块间作用力的简化毕肖普法；对于有软弱夹层薄斜墙薄心墙坝的坝坡稳定分析，可采用满足力和力矩平衡的摩根斯顿普赖斯法。对于有软弱土夹层的情况，以及薄斜强和薄心墙，或有明显薄弱施工接合面的坝，应采用折线滑动静力计算方法或滑楔法计算坝坡抗滑稳定安全系数。坝坡安全稳定系数有多极值特性，滑动破坏
9、面应在不同位置进行分析比较，直到求得最小稳定安全系数。土石坝结构安全评价应分别计算正常运用条件和非正常运用条件时，稳定渗流期的上下游坝坡和水库水位降落期的上游坝坡稳定性。有土工膜做成的斜墙土石坝，除应进行沿有关部位的坝坡和坝基稳定分析外，并应沿土工膜和土的接触带进行稳定分析。2.1.4 评价标准1）坝体变形土石坝坝体变形目前尚难给出具体的评价标准，一般要求对变形监测资料及坝体裂缝情况综合评价，并分析坝体是否会产生裂缝。2）坝坡稳定坝坡稳定分析是土石坝结构安全评价的重要手段。根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001），当采用简化毕肖普法和滑楔法（假定滑楔之间作用力平行于坡面和滑底斜面的平均坡
10、度时）计算的坝坡抗滑稳定最小安全系数不满足表5.1要求时，其安全性不满足要求。表2.1坝坡抗滑稳定最小安全系数表运用工程等级条件1234正常运用条件1.501.351.301.25非正常运用条件1.301.251.201.15当采用瑞典圆弧法和滑楔法（假定滑楔之间作用力为水平方向）计算坝坡抗滑稳定安全系数时，对1级坝正常运用条件最小安全系数应不小于1.30，其他情况比表1.1规定的数值可减小8%。2.1.5 土石坝坝坡稳定计算方法a. 坝坡失稳状态和稳定计算方法土石坝失稳破坏状态主要有滑坡、液化、塑性流动。为保证土石坝安全运行，三种失稳状态都是不允许发生的。对于运行一段时间的土石坝，要通过计算
11、来复核运行中的土石坝是否具有足够的稳定性，评价其安全状况。土石坝的安全评价要进行坝坡滑动或坝体连同部分坝基滑动情况的抗滑稳定验算；地震区砂性地基或坝体中的砂性土区域则要进行抗液化的动力分析；而塑性流动现象的防止主要应在筑坝材料设计和地基处理设计方面有相应的对策。坝坡稳定复核的分析方法大致有两类，即滑动面法和应力应变分析法。b. 作用荷载及工况组合1）作用力特点作为挡水建筑物，土石坝会受到自重、水荷载等作用；作为可通过渗流的散粒体结构，它又受到渗透力、孔隙压力等作用；在地震区的土石坝还要受到地震作用。2）计算工况土石坝结构安全评价（不含抗震安全评价）应考虑以下两种计算工况和荷载组合。（1）稳定渗
12、流期，主要荷载是自重与渗透力。由于这时渗透力指向下游，常只要复核下游坝坡的稳定。（2）库水位降落期，主要荷载是自重、渗透力与空隙压力。由于这时渗透力指向上游，主要验算上游坝坡的稳定。c. 土体抗剪强度指标的取值土体抗剪强度指标应取筑坝土样，通过剪切试验，并且绘抗剪强度包络线求取。但剪切试验方法有多种，同一工况还可能有不同的计算方法。计算方法的不同主要考虑孔隙压力有两种方法，其一是总应力法，其二是有效应力法。总应力法使孔隙压力对土体抗剪强度的影响笼络地暗含于实际上降低了的抗剪强度指标中，抗剪强度可简单地表示为=tan+c有效应力法则将总应力扣除孔隙压力视为可产生抗剪摩擦力的有效应力，这时相应的指
13、标是符合土体颗粒骨架实际的有效的摩擦系数和凝聚力，有效抗剪强度的表达式为=tan+c=（-u）tan+c抗剪强度指标的测定和采用的方法可按表1.2选用。黏性土料抗剪强度指标大于11组应采用小值平均值确定，对坝壳堆石料、砾石土等粗粒料，以及粘性土在试验组数较少的情况下，可根据试验成果和参考类似工程确定。坝坡稳定复核时，稳定渗流期应采用有效应力法，库水位降落期应同时用有效应力法和总应力法，以较小的安全系数为准。表2.2抗剪强度指标的选取控制稳定的时期强度计算方法土类使用仪器试验方法与代号强度指标备注稳定渗流期和水库水位降落期有效应力法无黏性土直剪仪慢剪（S）c，要预先饱和，浸润线以上的土不需要饱和
14、三轴仪固结排水剪（CD）黏性土直剪仪慢剪（S）三轴仪固结不排水剪测孔隙压力（CU）,或固结排水剪（CD）总应力法黏性土渗透系数小于10-7cm/s直剪仪固结快剪（R）ccu，cu水库水位降落期任何渗透系数三轴仪固结不排水剪（CU）d. 瑞典圆弧法均质坝、厚心墙坝和厚斜墙坝的可能滑动面都近似圆弧。因此，假定坝体或坝基有一系列圆柱形破坏面，按平面问题考虑即为圆弧面。圆弧内的土体绕其圆心转动稳定性若能满足则表示坝坡稳定，即土体绕圆心的抗滑力大于滑动力矩，否则边坡丧失稳定。O坝坡稳定计算时首先确定坝体浸润线的位置。然后在不同的区域采用不同的物理力学性能指标。坝体浸润线以上采用湿重度，下游水位以下用浮重
15、度。考虑渗透力的作用时，可采用替代重度法代替渗透力的作用。对浸润线以下，下游水位以上的坝体，计算滑动力矩时用饱和重度，计算抗滑力矩时则用浮重度。图2.1坝坡稳定计算示意图将圆弧内土体分成若干条，土条宽度b取为R的分数，即b=R/m，m一般取1020.以i土条为例，其自重为Gi=(1hi+2hi+3hi)b，GI在滑弧上可分解为切向分力Ti=Gisini和法向力Ni=Gicosi。忽略条块间的相互作用，边坡的稳定安全系数为K=Gicositani+cilicGsinii土条编号的方法以圆心正下方的一条为i=0，并依次向上游为i=1,2,3，.，向下游为i=-1，-2，-3，.，于是有：nbnsi
16、ni=RmIn2cosi=m2n2因此GiGI-tanJ+ciliKc=Gi-m如需要考虑孔隙压力的作用，可用总应力法或有效应力法，总应力法计算抗滑力时采用快剪或三轴不排水剪强度指标。对于高坝，用有效应力法更符合实际。计算滑动面的抗滑力时，采用有效强度指标和c，坝坡的稳定安全系数为K=（Gicosdi-Uili）tan+叫CGiSinQ式中uii土条弧面上孔隙压力。最危险圆弧位置的确定要按照一定的方式，取一系列的滑动面复核比较，求出最小安全系数，相应的滑动面即为最危险或具有最小安全系数的滑动面。e. 简化毕肖普法1955年毕肖普提出了只考虑土条间水平力作用而忽略竖向力作用的简化法，其安全系数为
17、(Gi-uibi)tani+cbi1Kc其中maGSiniiiCSin,tanm=cos.+iKc式中Kc出现等式左右两边，故只能用试算或迭代法求解。2.2重力坝结构安全评价2.2.1 重力坝结构病害特点重力坝一般为混凝土或砌石结构，运行一定时间后容易出现以下一些结构病害现象：（1）地基未作认真处理，或者地基恶化，导致大坝沿建基面抗滑稳定不能满足要求。（2）坝基防渗帷幕不能满足要求，渗漏严重，排水不畅，坝基扬压力超过设计采用值，降低坝体抗滑稳定安全性。（3）坝体表面、廊道、泄水管道以及闸墩等部位出现危害裂缝。（4）坝体混凝土出现严重碳化现象。（5）坝体混凝土强度严重降低。（6）砌石坝砌筑砂浆或
18、细石混凝土不密实，石料风化严重，坝体整体性能降低。（7）坝体混凝土出现贯穿性裂缝，导致混凝土钙化物析出，坝体渗漏。2.2.2 评价内容重力坝结构安全评价内容主要为抗滑稳定和结构安全评价。抗滑稳定复核包括沿建基面的抗滑稳定和沿坝基软弱夹层抗滑稳定性。强度复核主要包括应力复核与局部配筋计算。此外，还需对近坝库岸的稳定性进行复核和评价。2.2.3 评价方法混凝土坝结构安全评价方法主要有现场检查法、监测资料分析法及计算分析法。当有监测资料时，应优先采用监测资料分析法并结合现场检查与计算分析综合评价大坝的结构安全性；当缺乏监测资料时，可采用计算分析结合现场检查评价大坝的结构安全性。由于安全评价是对大坝现
19、状安全的评价，因此必须重视和紧密结合大坝的工程现状与运行表现，避免评价工作变成纯设计复核或单纯的计算，应重视对观测资料的分析，计算分析还应结合大坝的运行表现进行。（1）现场检查法。（2）监测资料分析法。（3）计算分析法。2.2.4 评价标准判断一座大坝结构上是否安全，应该首先观察大坝是否存在直观上的险情，然后再结合观测值和计算值是否超过或小于规范、设计、试验等规定的控制指标来综合评判大坝的结构安全性。三方面并不是孤立的，相互之间存在内在联系，例如现场检查发现问题部位的附近如果有观测设施，一般会在观测资料中得到有效反应，也可能是计算分析中应力、变形、稳定等不利的部位。对于混凝土重力坝，其结构安全
20、评价标准如下：（1）在现场检查或观察中，如发现下列情况，可认为大坝结构不安全或存在安全隐患，应进一步监测，并进行进一步的检测及必要的计算分析。1）坝体表面或孔洞、泄水管道等削弱部位以及闸墩等部位出现对结构安全有危害的裂缝。2）坝体混凝土出现严重碳化现象。3）在坝体表面或坝体内出现混凝土受压破碎现象。4）坝体沿坝基面发生明显的位移或坝身明显倾斜。5）坝基下游出现隆起现象或两岸坝肩山体发生明显位移。6）坝基发生明显的变形或位移。7）坝基断层两侧出现明显相对位移。8）坝基或两岸出现大量渗水或涌水现象。9）当溢流坝泄流时，坝体发生共振。10）廊道内明显漏水。（2）当利用观测资料对大坝的结构安全进行评价
21、时，如出现下列情况，可认为大坝结构不安全或存在隐患。1）位移、变形、应力、裂缝开合度等实测资料超过有关规范或设计、试验规定的容许值。2）位移、变形、应力、裂缝开合度等在设计或校核条件下的数学模型推算值超过有关规范或设计、试验规定的容许值。3）位移、变形、应力、裂缝开合度等观测值与作用荷载、时间、空间等因素的关系突然变化，与以往同样情况对比有较大幅度增长。（3）当采用分析计算法进行大坝结构安全评价时，重力坝的强度与稳定复核控制标准应满足混凝土重力坝设计规范（SL3192005）的要求，无论哪一项内容不符合规范规定的要求，均可认为大坝结构不安全或存在安全隐患。1）沿建基面稳定复核当采用抗剪强度公式
22、时，抗滑稳定安全系数应不小于表1.3规定的数值。2）混凝土重力坝坝基面在各种荷载组合情况下所承受的最大垂直正应力应小于坝基容许正应力（计算时分别计入扬压力和不计入扬压力）；最小正应力应大于0（计算时应计入扬压力）。3）混凝土重力坝坝体应力应满足以下要求：a.上游面的最小主应力（不计入扬压力）应满足0.025H，为库水容重（KN/m），H为坝面计算点的静水头（m）。b.坝体最大主压应力应不大于混凝土的容许压应力值。c.坝体内一般不容许出现主拉应力。宽缝重力坝离上游面较远的局部区域，可容许出现不超过混凝土容许拉应力的拉应力；在配置了钢筋的溢流堰顶部、廊道及其他孔洞周边可容许出现拉应力，但需进行配筋
23、验算。2.2.5 重力坝稳定和应力计算a. 坝基面抗滑稳定计算坝体沿建基面抗滑稳定应按抗剪断强度公式或抗剪强度计算坝基面的抗滑稳定安全系数。抗剪断强度的计算公式：K=fW+CAP式中-_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，kPa；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，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。抗剪强度的计算公式为K=fW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。1级、2级坝结构安全评价时，应对原
24、设计采用的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C和抗剪摩擦系数f进行综合分析，必要时进行试验验证确定;3级以下的中、低坝，若无条件进行试验，可根据坝基地质条件，参照下表选用。表2.3坝基岩体力学参数坝基岩体力学参数岩体分类混凝土与坝基接触面岩体1.50-1.301.50-1.300.85-0.751.60-1.402.50-2.0040.0-20.01.30-1.101.30-1.100.75-0.651.40-1.202.00-1.5020.0-10.01.10-0.901.10-0.700.65-0.551.20-0.801.50-0.7010.0-5.00.90-0.70
25、0.70-0.300.55-0.400.80-0.550.70-0.305.0-2.00.70-0.400.30-0.050.55-0.400.30-0.052.0-0.2注：表中参数限制于硬质岩，软质岩应根据软化系数进行必要的折减。b. 坝基面垂直应力计算重力坝坝基截面的垂直应力应按下式计算：WMx=式中yyAJ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，kNmA坝段或1m坝长的坝基截面积，；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
26、心轴的惯性矩，m4。c. 坝基深层抗滑稳定计算坝基深层存在缓倾角结构面时，根据地质资料可概化为单滑动面，进行抗滑稳定分析。双滑动面为最常见的情况，见下图。图2.2双滑动面示意图深层抗滑稳定计算采用等安全系数法，应按抗剪断强度公式或抗剪强度公式进行计算。1 .抗剪断强度公式考虑ABD块的稳定，则有：K,f1KW+G1)cos-HSin-QSin(p-)-U1+U3Sin+cA11 (W+G1)sin+Hcos-U3cos-QCoS(P-)考虑BCD块的稳定，则有：K_f2G2cos+Qsin(p+)-U2+U3sin+c；A22 Qcos(p+)-G2sin+U3cos式中k；、2按抗剪断强度计
27、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；f:、f2分别为AB、BC滑动面的抗剪断摩擦系数；c；、c2分别为AB、BC滑动面的抗剪断凝聚力，kPa；A1、A2分别为AB、BC面的面积，；、分别为AB、BC面与水平面的夹角；U1、U2、U2分别为AB、BC、BD面上的扬压力，kN；Q分别为BD面上的作用力，kN；BD面上的作用力Q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。2.抗剪强度公式计算对于采用抗剪断强度公式计算仍不乏满足要求的坝段，可
28、采用抗剪强度公式计算抗滑稳定安全系数，其安全系数指标经论证确定。考虑BCD块的稳定，则有：K_f1W+GI)CoS-HSin-QSin(-)-U1+U3Sin(W+G1)sin+Hcos-U3cos-Qcos(-)考虑BCD块的稳定，则有：K_f2G2cos+QSin(p+)-U2-U3Sin2Qcos(+)-G2sin+U3cos式中K1、K2按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；f1、f2分别为AB、BC滑动面的抗剪摩擦系数。通过以上两式及K1_K2_K,求解Q、K值。结构面、软弱层、断层等软弱结构面抗剪断摩擦系数f、凝聚力C和抗剪摩擦系数f可根据其类型和形状参照下表选用。表2.4结构面、软弱
29、层和断层力学参数类别胶结的结构面0.800.600.2500.1000.700.55无充填的结构面0.700.450.1500.0500.650.40岩块岩屑型0.550.450.2500.1000.500.40岩屑夹泥型0.450.350.1000.0500.400.30泥夹岩屑型0.350.250.0500.0200.300.23泥0.250.180.0050.0020.230.18d.坝体应力计算重力坝坝体应力复核计算以材料力学法为主，有限元法为辅。材料力学法计算公式如下。（1）上游面垂直正应力（参照下图）：uy式中T坝体计算截面上、下游方向的宽度；W计算截面上全部垂直力之和（包括扬压力
30、，下同），以向下为正，对于实体重力坝，计算时取单位长度坝体（下同）；M计算截面上全部垂直力及水平力对于计算截面形心的力矩之和，以使上游面产生压应力者为正。图2.3重力坝坝面应力计算示意图P计算截面上全部水平推力总和，以指向上游为正（2）下游面垂直正应力（参见上图）：d=W+乌MTT2（3）上游面剪应力：TU=（P-Pu-i式中m1上游坝坡；P计算截面在上游坝面所承受的水压力强度（如有泥沙压力时，应计入在内）；Puu计算截面在上游坝面处的扬压力强度。（4）下游面剪应力：d=6yd-P+PdU式中m2下游坝坡；P计算截面在下游坝面所承受的水压力强度（如有泥沙压力时，应计入在内）；Pud计算截面在下
31、游坝面处的扬压力强度。（5）上游水平正应力：U=（P-P）（P-Pu-U%（6）下游面水平正应力：d=（P-Pd）+（；-P+Pd%2（7）上游面主应力：U=G+m2U-m2（P-P）U=P-PU（8）下游面主应力：d=Q+m2d-m2（P-Pd）d=P-Pd以上（3）（8）式适用于计及扬压力的情况。如需计算不计及截面上扬压力的作用时，则上游面和下游面的各种应力计算公式中将Puu、Pud取值为0.5定量评价5.1 工程概况QW水库位于辽宁省辽阳境内太子河干流上，坝址以上流域面积6175km2，年径流量24.5亿m3，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、工业用水，并结合供水进行发电等综合利用的大（）型水
32、利枢纽。最大库容7.91亿m3。水库按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，相应水位为101.80m及102.00m。上游观音阁水库建成后，QW水库设计标准由100年一遇提高到300年一遇，相应水位为100.80m；校核标准由1000年一遇提高到10000年一遇洪水，最高水位仍保持102.00m。水库下游45km为辽阳市、50km为长大铁路和沈大高速公路，共计保护人口140万人，耕地164万亩。水库建成后，辽阳市防洪标准由20年一遇提高到100年（现接近200年一遇）。农田防洪标准由5年一遇提高到20年（现增加到50年一遇）；有效灌溉面积122万亩；工业供水1.12亿m3，年发电量80
33、00万kWh。大坝为混凝土重力坝，由挡水坝段、溢流坝段、电站坝段三部分组成，大坝全长532m，共31个坝段，其中：13#（右侧）和2231#（左侧）坝段为挡水坝段，长217.3m；418#为溢流坝段，长274.2m；1921#为电站坝段，长40.5m。坝顶高程103.50m，最大坝高50.3m。5.2稳定性评价重新计算的水位为：正常蓄水位96.60m，设计洪水位101.95m，校核洪水位102.60m；下游无水。混凝土重力坝抗滑稳定性分析的计算工况采用抗剪强度公式f(W-U)K=P当荷载组合为基本组合时，坝基面抗滑稳定安全系数为1.05；当荷载组合为特殊组合时，坝基面抗滑稳定安全系数为1.00
34、。第一种工况：正常蓄水位+坝体自重+对应的扬压力正常蓄水位为96.6m，坝底高程为55.5m，为水的容重，一般取9.81kN/m可算得单位宽度上的水平静水压力1 ,P=29.81(96.6-55.5)2=8285.575kN上游面为折面，静水压力的垂直分力为W1=2X9.81(96.6-67)+(96.6-55.5)1.15=398.8kN由CAD图可求出大坝的体积为980.96m，混凝土的密度取为2400kg/m，得G=Vg=2400980.969.81=23000kN扬压力折减系数=0.3，正常蓄水位对应的扬压力为U1=2X5.14X(403.191+120.957)=1347.06kNU
35、,=1X120.957X33.45=2023kN22由所给资料可得，工程规模为大(2)型，故其工程等别为，其主要建筑物的级别为2。当荷载组合为基本组合时，坝基面抗滑稳定安全系数为1.05；当荷载组合为特殊组合时，坝基面抗滑稳定安全系数为1.00。显然，此时的荷载组合为基本组合，可得，W-U=W+G-U1-U2=398.8+23000-1347.06-2023=20028.74kNP=P=8285.575kN=1.571.050.6520028.748285.575故在正常蓄水位时满足稳定要求。第二种工况：设计洪水位+坝体自重+对应的扬压力设计洪水位为101.95m，坝底高程为55.5m，可算得
36、单位宽度上的水平静水压力1,P2=X9.81(101.95-55.5)2=10583.04kN静水压力的垂直分力为W2=19.81(101.95-67)+(101.95-55.5)1.15=459.157kN扬压力仍然分解为两部分，其中，U3=25.14(455.67+136.701)=1522.39kNU4=1136.70133.45=2286.32kN42此时的荷载组合为基本组合，可得，W-U=W2+G-U3-U4=459.157+23000-1522.39-2286.32=19650.447kNP=P2=10583.04kN_0.6519650.447o=1.21.052 10583.0
37、4故在设计洪水位时也满足稳定要求。第三种工况：校核洪水位+坝体自重+对应的扬压力校核洪水位为102.6m，坝底高程为55.5m，可算得单位宽度上的水平静水压力1,P3=29.81(102.6-55.5)2=10881.3kN静水压力的垂直分力为W3=-X9.81(102.6-55.5)+(102.6-67)1.15=466.49kN两部分扬压力分别为U5=JX5.14X(462.051+138.615)=1543.7kNU=1138.615X33.45=2318.34kN62此时的荷载组合为特殊组合，可得，W-U=W3+G-U5-U6=466.49+23000-1543.7-2318.34=1
38、9604.45kNP=P3=10881.3kNK30.6519604.4510881.3=1.1711.00故在校核洪水位时满足稳定要求。第四种工况：正常蓄水位+自重+对应的扬压力+地震荷载此时的荷载组合为特殊组合，可得，W-U=W1+G-U1-U2=20028.74kN地震总惯性力的计算公式为Q=wfGe其中F=1.3，=0.25，地震烈度为7度。Q=0.19.810.251.32400980.96=747.5kNK4=1.441.000.6520028.748285.575+747.5故在该工况下满足稳定要求。由以上计算可以看出，在以上四种工况下，大坝的稳定性满足要求。5.3应力评价使用材
39、料力学法进行重力坝的应力分析，基本假设有：坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。视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，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。假定坝体水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。水平截面的正应力的计算公式为：yuyd-BW6MBB2W6MSB2W为作用于计算截面以上全部荷载的铅直应力的总和；M为作用于计算截面以上全部荷载对截面垂直水流流向形心轴的力矩总和；B为计算截面的长度。图5.2边缘应力计算图第一种工况：正常蓄水位+坝体自重+对应的扬压力1 .水平截面上的正应力从CAD图中可以得到重力坝质心到轴的水平距离为5.695m
40、。于是，W=W1+G-U1-U2=20028.74kNM=GLG+WILWI-UiLu1-U2乙。2-PLP=230005.695+398.818.755-1347.0617.2-20233.005-8285.57513.7=-4396.4kNmyu20028.7464296.438.5938.592=501.7kPayd=536.3kPa20028.7464296.4+38.5938.592跟据重力坝设计规范，水平截面上的正应力满足要求。2 .剪应力已知上下游水平截面上的正应力后，可以根据边缘微分体的平衡条件解出上、下游边缘剪应力，由上、下游坝面的微分体，根据平衡条件可以解出U=(Pu-yu
41、)nTd=(Gyd-Pd)mPu为上游面水压力强度，n为上游坝坡坡率，n=tanu;Pd为下游面水压力强度，m为下游坝坡坡率，m=tand。由所给资料可得，n=0.1,Pu=gh;m=0.7,pd=0pu=9.81(96.6-55.5)=403.191kPaU=(Pu-yu)n=(403.191-501.7)0.1=-9.85kPad=(yd-Pd)m=(536.3-0)0.7=375.41kPa根据重力坝设计规范，此时剪应力满足要求。3 .水平正应力已知U和d以后，可以根据平衡条件求得上、下游边缘的水平正应力Xu和.d。由上、下游坝面微分体，根据平衡条件可以解出xu=PU-un=403.19
42、1+9.850.1=404.176kPaxd=Pd+dm=0+375.410.7=262.787kPa根据重力坝设计规范，此时水平正应力满足要求。4 .主应力由上、下游坝面微分体，根据平衡条件可以解出2木、+2木yu-Pusinu1u=(1+tan,)-Putan,=2-COSu=(1+n2)yu-Pun2=(1+0.01)501.7-403.1910.01=502.685kPa1d=(1+m2)yd-Pdm2=(1+0.49)536.3=799.087kPa坝面水压力强度也是主应力，2u=Pu=403.191kPa2d=Pd=0根据重力坝设计规范，此时主应力满足要求。总之，坝踵处未出现拉应力
43、，坝踵处的压应力满足要求，坝址处的压应力也满足要求。第二种工况：设计洪水位+坝体自重+对应的扬压力1. 水平截面上的正应力W=W1+G-U1-U2=19650.447kNM=GLg+WIzWI-UILUI-U2乙力-PLP=230005.695+459.15718.745-1522.3917.2-2286.323.005-10583.0415.48=-57289kNmyuyd19650.44765728938.5938.592=278kPa19650.447657289|538.5938.592=740kPa根据重力坝设计规范，此时水平截面上的正应力满足要求。2 .剪应力由上、下游坝面的微分体
44、，根据平衡条件可以解出Pu=9.81(101.95-55.5)=455.67kPau=(Pu-yu)n=(455.67-278)0.1=17.767kPad=(yd-Pd)m=7400.7=518kPa根据重力坝设计规范，此时的剪应力满足要求。3 .水平正应力由上、下游坝面的微分体，根据平衡条件可以解出Xu=Pu-Un=455.67-17.7670.1=453.8933kPaXd=Pd+dm=5180.7=362.6kPa根据重力坝设计规范，此时的水平正应力满足要求。4 .主应力由上、下游坝面的微分体，根据平衡条件可以解出1u=(1+n2)yu-Pun2=1.01278-455.670.01=276.22kPa1d=(1+