堤防大壩設(shè)計(jì)的七大要點(diǎn)
一、主要荷載
根據(jù)《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》,，水工建筑物的荷載按作用隨時(shí)間的變異性,，可分為永久作用荷載、可變作用荷載和偶然作用荷載,。
1.永久作用荷載：包括結(jié)構(gòu)自重和永久設(shè)各自重,、土壓力、淤沙壓力,、地應(yīng)力,、圍巖壓力、預(yù)應(yīng)力,。
2.可變作用荷載：包括靜水壓力,、揚(yáng)壓力、動(dòng)水壓力,、水錘壓力,、浪壓力、外水壓力,、風(fēng)荷載,、雪荷載、冰壓力,、凍脹力,、溫度荷載、土壤孔隙水壓力,、灌漿壓力等,。
3.偶然作用荷載：包括地震作用、校核洪水位時(shí)的靜水壓力,、揚(yáng)壓力,、浪壓力及水重等。
水工建筑物設(shè)計(jì)時(shí),，首先要計(jì)算建筑物上所承受的荷載,，然后再進(jìn)行荷載組合，以及進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析,、應(yīng)力分析,、滲流計(jì)算,、沉降計(jì)算、應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算和抗震設(shè)計(jì)等,。
二,、抗滑穩(wěn)定分析析
在各種荷載組合情況下，水工建筑物都應(yīng)保持其穩(wěn)定,。穩(wěn)定分析是水工建筑物設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容,。目前水工建筑物的穩(wěn)定分析采用整體宏觀的半經(jīng)驗(yàn)法。
例如,，一般重力壩失穩(wěn)發(fā)生在壩底與基巖的接觸面,，因?yàn)榇颂幨軒?kù)水壓力最大，壩底混凝土與巖基不易完全接觸好,，或者混凝土凝固收縮和溫度收縮時(shí),，接觸面產(chǎn)生局部的微小裂縫。在設(shè)計(jì)中,，通常校核重力壩沿壩基面的抗滑穩(wěn)定;如果巖基內(nèi)有軟弱夾層,，則要核算沿軟弱夾層的抗滑穩(wěn)定;對(duì)處于岸坡的壩段，當(dāng)?shù)匦?、地質(zhì)條件不利于壩的穩(wěn)定時(shí),，也要對(duì)在三向荷載作用下的穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行研究,。
三,、應(yīng)力分析
強(qiáng)度和穩(wěn)定性是表示建筑物安全的兩個(gè)重要方面。強(qiáng)度問(wèn)題的研究,，通常包括對(duì)內(nèi)力,、應(yīng)力、變形,、位移和裂縫的研究,。當(dāng)應(yīng)力不超過(guò)材料的強(qiáng)度，變形和位移不超過(guò)建筑物正常工作狀態(tài)的允許值,，以及在混凝土內(nèi)不出現(xiàn)裂縫或限制裂縫在允許范圍以內(nèi)時(shí),，就認(rèn)為建筑物處于正常運(yùn)行狀態(tài)。因此,，應(yīng)力分析是校核強(qiáng)度和穩(wěn)定的前提,。
重力壩應(yīng)力分析的方法可歸納為理論計(jì)算和模型試驗(yàn)兩大類。目前常用的模型試驗(yàn)方法有偏光彈性試驗(yàn),、激光全息試驗(yàn)和脆性材料試驗(yàn),。對(duì)于中、小型工程,，一般可只進(jìn)行理論計(jì)算,，而對(duì)于十分重要的工程或在情況比較復(fù)雜時(shí)才進(jìn)行模型試驗(yàn),。理論計(jì)算方法主要有材料力學(xué)法、選自.投標(biāo)書代寫網(wǎng) yipai178.com 有限元法,。材料力學(xué)方法比較常用,，用于中、低壩且地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單時(shí);對(duì)于高壩尤其是當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜時(shí),，除用材料力學(xué)法計(jì)算外,，宜同時(shí)進(jìn)行模型試驗(yàn)或采用有限元法進(jìn)行計(jì)算。設(shè)計(jì)的壩體斷面需滿足規(guī)定的應(yīng)力條件,。在基本荷載組合下,，重力壩壩基面的最大垂直正應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力，最小垂直正應(yīng)力應(yīng)大于零;在地震情況下,，壩基容許出現(xiàn)不大的拉應(yīng)力,。對(duì)于壩體應(yīng)力，在基本荷載組合下,，下游面最大主壓應(yīng)力不大于混凝土允許壓應(yīng)力;上游面的最小主壓應(yīng)力應(yīng)大于零,。
四、滲流分析
對(duì)于土石壩,，因它的壩體材料在一定程度上是透水的,，一般允許有限的水流通過(guò)其壩體而運(yùn)動(dòng)，所以土石壩除研究地基的滲流外,，還要研究土石壩壩體中的滲流以及壩體內(nèi)產(chǎn)生的孔隙壓力,。
導(dǎo)致大壩災(zāi)難性破壞的原因及基本模式有五種：①溢洪道的泄洪能力不足，洪水漫過(guò)原來(lái)按不過(guò)水壩設(shè)計(jì)的壩頂,，溢流而下;②壩體連同部分地基沿軟弱面發(fā)生滑移破壞;③壩體因揚(yáng)壓力過(guò)大而沿壩基面滑動(dòng);④壩體或壩基因管涌或流土而破壞;⑤壩的上,、下邊坡發(fā)生滑移破壞。滲流在后四種模式中起著重要的作用,。此外,，水庫(kù)水的過(guò)量滲漏、水庫(kù)岸坡的穩(wěn)定性,、水庫(kù)誘發(fā)地震等,，也都與滲流的作用密切相關(guān)。根據(jù)大壩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求,，進(jìn)行如下三方面的計(jì)算就可達(dá)到選取恰當(dāng)?shù)姆罎B措施和校驗(yàn)建筑物在滲流作用下是否安全的目的,。
(一)確定滲透壓力
對(duì)于混凝土壩(或水閘)地基中的有壓滲流，要確定沿建筑物地下輪廓線的滲透壓力分布,，計(jì)算揚(yáng)壓力,，以便驗(yàn)算建筑物的穩(wěn)定性。對(duì)于土石壩的無(wú)壓滲流,，應(yīng)確定浸潤(rùn)線位置和壩體,、壩基內(nèi)的滲透力分布,，以便驗(yàn)算壩坡和壩基的穩(wěn)定，確定防滲體(防滲鋪蓋,、斜墻,、心墻或截水墻等)的長(zhǎng)度和厚度等幾何尺寸。
(二)確定滲透坡降(或流速)
首先應(yīng)確定滲流的出逸坡降,，驗(yàn)算出口處有無(wú)發(fā)生局部流土和管涌破壞的危險(xiǎn),。對(duì)于粗細(xì)粒兩層土的交界面，以及壩底與地基的接觸面,，則應(yīng)檢驗(yàn)是否會(huì)發(fā)生接觸沖刷和流土,。對(duì)于土石壩壩體中的各種防滲體，也應(yīng)驗(yàn)算其抗?jié)B強(qiáng)度是否滿足要求,。
(三)確定滲流量
需要計(jì)算流入下游地基或排水設(shè)備的滲流量,，以便為估算水庫(kù)的漏水損失和確定排水設(shè)各提供可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。
巖體的滲流問(wèn)題,，實(shí)質(zhì)上是通過(guò)裂隙介質(zhì)的水的流動(dòng)問(wèn)題,，要正確計(jì)算上述三項(xiàng)指標(biāo)是比較困難的，只能作近似計(jì)算,。對(duì)于某些松散的巖體,，以及節(jié)理裂隙發(fā)育且無(wú)規(guī)律的巖體，也可視為多孔介質(zhì)進(jìn)行計(jì)算,。
對(duì)于十分重要或地質(zhì)條件復(fù)雜的水利水電樞紐,，宜選取足夠大的滲流域，進(jìn)行樞紐壩區(qū)的三維滲流計(jì)算,，確保滿足上述三項(xiàng)指標(biāo),。
對(duì)土石壩,，還應(yīng)確定浸潤(rùn)線的位置,。
五、沉降計(jì)算
土石壩設(shè)計(jì)時(shí)要確定壩體和壩基在自重作用下的沉降量與時(shí)間的關(guān)系及完工后的總沉降量,。據(jù)此計(jì)算竣工后為抵消沉降而預(yù)留的壩頂超填,，預(yù)測(cè)不均勻沉降量，判斷壩體產(chǎn)生裂縫的可能性和預(yù)防措施,。常用分層總和法計(jì)算,，即把壩體壩基分為若干層，根據(jù)壩體和壩基土的壓縮曲線計(jì)算時(shí)刻t各層中心所受豎向總應(yīng)力,、孔隙壓力,、有效應(yīng)力及相應(yīng)沉降量;將各層沉降量疊加，得到時(shí)刻t及完工后壩體和壩基的沉降量,。
六,、應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算
高土石壩一般要用有限元法計(jì)算壩體壩基及岸坡接頭在填土自重及其他荷載作用下的填土應(yīng)力應(yīng)變,，以判斷是否發(fā)生剪切破壞、有無(wú)過(guò)量的變形,、是否存在拉力區(qū)和裂縫,、防滲土體是否發(fā)生水力劈裂，為壩體穩(wěn)定分析和與土壩連接建筑物設(shè)計(jì)提供依據(jù),。
七,、抗震設(shè)計(jì)
強(qiáng)烈的地震往往造成極大的破壞，水庫(kù)的修建往往可以誘發(fā)地震,。水庫(kù)誘發(fā)地震主要是指由于水庫(kù)蓄水后,，庫(kù)水滲透到巖石中，使巖體孔隙水壓力增大,，導(dǎo)致斷層面的有效應(yīng)力減小,、抗剪強(qiáng)度降低，以至產(chǎn)生滑動(dòng),。通過(guò)抗震計(jì)算使水工建筑物滿足穩(wěn)定要求和強(qiáng)度要求,。
為了減小地震荷載，應(yīng)將壩址選在地震運(yùn)動(dòng)較弱,，對(duì)壩體抗震有利的地段,，避開不利的地段，不得在危險(xiǎn)地段建壩,。地震震級(jí)是表示地震時(shí)釋放能量大小的尺度,。地震烈度是指某一地區(qū)地面和各類建筑物遭受一次地震影響的強(qiáng)弱程度。一次地震只有一個(gè)震級(jí),，然而隨震中距離的遠(yuǎn)近,，卻可以有不同的烈度。
地震荷載是大壩遭受地震時(shí)所承受的荷載,，包括地震慣性力,、水平向地震動(dòng)水壓力和地震動(dòng)土壓力。其大小與建筑物所在地區(qū)的地震烈度有關(guān),。地震荷載計(jì)算方法有動(dòng)力法和擬靜力法兩種,。
抗震設(shè)計(jì)時(shí)常用到基本烈度和設(shè)計(jì)烈度?；玖叶仁侵附ㄖ锼诘貐^(qū)在今后一定時(shí)期內(nèi)可能遭遇的最大地震烈度,。作為抗震設(shè)計(jì)中實(shí)際采用的烈度，稱為設(shè)計(jì)烈度,。對(duì)于重要建筑物的設(shè)計(jì)烈度可在基本烈度的基礎(chǔ)上提高1度,。
