1、1.重力坝：用混凝土或歧视等材料修筑而成的，主要依靠坝体重力维持自身稳定的挡水建筑物。组成：由溢流坝段、非溢流坝段以及边墩、导墙和坝顶结构等组成。（1）工作原理：依靠坝体自重在坝基面上产生摩阻力来抵抗水平水压力以达到稳定要求；利用坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。（2）剖面特征：剖面较大；一般为上游面接近于垂直的三角形剖面。坝轴线呈直线，垂直坝轴线方向常设有永久伸缩缝。（3）与其他坝型相比具有的显著特点表现在：重力坝筑坝材料抗冲能力强，耐久性好，可靠性强，坝顶溢流，利用较低的坝块，底孔导流；重力坝结构简单一般可不设河岸溢洪道或泄水隧洞，便于施工；对地形
2、地质条件适应性较好，但对地基要求高于土石坝，要求地基有较高的承载能力；由于坝与坝基接触面积大，坝内应力较低且分布均匀，但受扬压力作用亦较大，故需采取有效的防渗排水措施，降低扬压力，增强坝体稳定，改善应力状况；大坝坝体大，材料强度不能充分发挥，坝体应力一般不大，材料强度不能充分发挥，不同部位采用不同标号砼，以降低造价；坝体体积大，水泥用量多，水化热高，易引起开裂，温度控制问题突出；重力坝基本断面适用于在坝顶布置溢洪道和在坝身设置泄水孔，一般不需要另外设置溢洪道或泄洪隧洞。注：重力坝设计，亦围绕上述特点和主要问题展开。2.重力坝上的作用（荷载）结构上的作用又称荷载，指对结构产生效应（内力、变形等）
3、的各种原因的总称。作用效应（由结构抗力R承担）：结构对外界作用的响应，即结构受到作用后所产生的内力、变形和振动等（如轴力、弯矩、剪力、位移、挠度、裂缝和结构动力响应等）。作用：直接作用施加在结构上的集中力或分布力； 间接作用使结构产生外加变形或约束变形的原因，如地震、变温作用等。作用分类（随时间的变异）：永久作用设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用；（自重、永久设备、土压力、泥沙压力、地应力、予应力等）；可变作用设计基准期内量值随时间变化的作用；（静水压力、扬压力、动水压力、浪压力、冰压力、冻涨力、变温作用等）；偶然作用设计基准期内出现概率很小，一旦出现其量值很大
4、且持续时间很短的作用。（地震作用、校核水位作用）；主要荷载：重力坝上作用力包括：自重；上、下游坝面静水压力；扬压力（渗透压力与浮托力之和，向上）；浪压力；泥沙压力；地震荷载；冰压力等。作用效应组合：原因：永久作用、可变作用、偶然作用出现的机率不相同，在进行设计时，应根据工程的具体条件，将各种作用按可能同时出现的机率合理的组合成不同的设计情况。为降低坝基面扬压力，通常在坝踵附近的坝基中设置防渗帷幕，用以增加渗径，削减渗流水头并在帷幕后设置排水孔幕，以便使渗透水流在排水孔中逸出，从而进一步降低渗透压力。3.重力坝的稳定性（稳定分析：抗剪、抗滑、抗倒伏）承载能力极限状态：结构达到最大承载能力或不适宜
5、继续承载变形为依据；正常使用极限：结构达到正常使用或耐久性要求的某一功能限值为依据。（1）失稳破坏形式（两种类型）： 坝体沿抗剪能力不足的薄弱面产生滑动a） 沿坝与基岩接触面的滑动；b） 沿坝基岩体内连续软弱结构而产生的深层滑动 水平荷载作用下a）上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝；b）下游坝踵以下岩体受压发生压碎引起倾斜滑移破坏。（2）稳定验算的方法：安全系数计算法和分项系数极限状态计算法（3）提高重力坝稳定性的工程措施：将坝的迎水面做成倾斜或折坡行，利用坝面上的水重来增加坝体的抗滑稳定；将坝基面开挖成倾向上游的斜面，或降低坝踵，使坝基面倾向上游；利用地形地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿
6、墙；采用有效的防渗排水或抽水减压措施，降低扬压力，增大稳定性；加固地基；利用预加应力措施提高抗滑稳定性。4.重力坝应力分析（1）目的：检验重力坝在施工期和运用期是否满足强度要求；解决设计与施工中的典型问题：材料分区、孔洞及分缝位置、配筋等。（2）分析方法：材料力学法弹性理论法：有限元、有限差分法等。模型实验法：电测法、光测法、地质力学模型实验法（3）材料分析法的基本假定：坝体混凝土为均匀、连续、各向同性的弹性体；各坝段均为固接于基岩上的悬臂梁，各坝段独立，横缝不传递力，不考虑基岩变形对坝体应力的影响；坝体水平切面上的正应力 按线性分布，不考虑廊道、孔洞对坝体应力分布的影响。（4）内容：计算选定
7、截面（坝基面、折坡处断面和其他需计算的截面）上的应力；计算坝体削弱部位的局部应力；计算坝体个别部位（如宽缝重力坝的头部、闸墩和胸墙等）的应力。（5）影响重力坝的因素：直接作用的荷载因素，非荷载因素：地基变形、材料分区、施工纵缝、分期施工、温度变化。5.重力坝的基本剖面：指在主要荷载作用下满足坝基面稳定和应力控制条件的最小三角形剖面。剖面设计过程：先拟定基本剖面，再根据实际情况将其修改成实用剖面，然后根据稳定、应力分析和强度验算成果对剖面反复修改，最后得到经济合理的实用剖面。设计考虑原则：满足稳定和强度要求；剖面最小，即工程量最小；便于施工；满足运行要求。剖面设计的原则：满足稳定和强度要求；剖面
8、最小即工程量最小；便于施工；满足运行要求。结构设计的任务:对作用效应与结构抗力进行比较，需求及满足使用要求，又安全经济的设计方案。结构安全储备的必要性：各种作用具有随机性和变异性；结构抗力因材料的性能、强度和结构尺寸等方面的不确定性因素产生不利性变异；设计时所用方程不尽准确。结构可靠度：指结构在规定时间内，在规定条件下完成预定功能的概率。Pr失效概率：结构不能完成预定功能的概率。Pf。Pf+Pr=1溢流重力坝的消能防冲措施：挑流、底流、面流、戽流6.重力坝分缝为防止在运用期由于温度变化发生伸缩变形和地基可能产生不均匀沉陷而引起裂缝，以及为了适应施工期混凝土的浇筑能力和温度控制等（2）分类：按缝
9、的作用分：沉降缝：将坝体沿长度分段，以适应地基的不均匀沉降，避免坝体由此产生裂缝温度缝：将坝体分块，以减小坝体伸缩时对坝体的约束及新旧混凝土之间的约束而造成的裂缝施工缝：为了便于分期浇筑、装拆模板以及混凝土的散热而设的临时缝按缝的位置分：横缝、纵缝、水平缝（3）布置要求：（斜缝可存在）横缝：垂直于坝轴线的竖直缝，为平面，不设键槽，不灌浆，使各坝段独立工作，兼有沉降缝和温度缝的作用。缝内需设置可靠地止水设备。纵缝：平行于坝轴线的缝，目的在于适应混凝土的浇筑能力和减小施工期的温度应力。水平缝：上下层浇筑块新老混凝土的结合面。7.材料分区及表1-16区：上下游水位以上坝体外部表层混凝土；（抗冻）区：
10、上下游水位变化区坝体外部表层混凝土；（抗冻、抗裂）区和区：分别为上、下游最低水位以下坝体外部表层混凝土和坝体基础混凝土；（抗渗抗裂）区:坝体内部混凝土，多采用低等级低热混凝土；区:抗冲刷部位的混凝土，如溢流面、泄洪孔、导墙、闸墩等。（抗冲耐磨）8.温度应力和温度裂缝的成因：（1）基础温差引起混凝土的应力和裂缝；（2）坝块内外温差引起混凝土的应力和裂缝。防止温度裂缝的措施：1）、加强温度控制；2）、提高抗裂强度；3）、保证施工质量；4）、合理分缝、分块。9.温度控制的标准：基础温差、上下层温差、内外温差温度控制的措施：1 选择低热水泥或水泥用量（如加掺和剂、外加剂等），减少混凝土的发热；2 降低
11、混凝土的入仓温度；3 加速混凝土入仓后的热量散发；4 放置气温的不利影响，进行混凝土块的表面保护；合理安排施工季节，将防裂难度较大的部位，如基础及大孔洞结构等部位安排在气温较低的季节施工。10.坝基固结灌浆（还有回填灌浆、接触灌浆）（1）方法：用浅孔低压灌注水泥浆。（2）目的（作用）：提高基岩的整体性、弹性模量，减少荷载作用下的变形；提高抗压、抗剪强度；降低坝基渗透性、减少渗透量；在防渗帷幕旁边的固结灌浆可提高帷幕的灌浆压力。（3）灌浆设计：a、确定灌浆范围；b、确定灌浆孔深、孔距；c、排距布置等。11.坝基帷幕灌浆：坝基帷幕灌浆是坝基和两岸最主要的防渗措施。浇筑一定厚度混凝土后施工。降低坝基
12、渗透压力；减少渗流量；防止基岩内的软弱夹层、断层破碎带等抗水性能差的岩体发生渗透变形破坏。（2）灌浆材料：水泥浆、化学材料灌浆。12.重力坝对地基的要求：具有足够的强度，以承受坝体的压力；具有足够的整体性和均匀性，以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷的要求；具有足够的抗渗性，以满足坝基渗透稳定和减少渗透的要求；具有足够的耐久性以防止在水的长期作用下基岩性质发生恶化。13.重力坝的地基处理：坝基开挖、坝基加固处理、坝基防渗处理、地基排水、两岸处理等。第二章 拱坝1.拱坝:平面上呈凸向上游的拱形建筑物，有时在立面上也凸向上游，借助拱的作用将水压力的全部或部分传递给河谷两岸的基岩。（失稳破坏：抗滑稳定
13、）（1）工作原理:拱坝可以看作由拱、梁系统组成，上游面所受水压力（绝大部分）通过拱作用传至两岸岩壁，通过悬臂梁作用将部分（小部分）传至坝基。（2）工作特点：A）拱坝传力方式使其充分发挥混凝土抗压特性，断面较重力坝单薄，工程量节省。B）高次超静定结构特性使其承载能力、抗震性得起显著提高，稳定性依靠两岸拱座的反力作用。单曲拱坝：仅在水平截面上呈拱形，铅直悬臂梁不弯曲或曲率很小。双曲拱坝：铅直向断面为弓形，使梁的重力偏向上游，从而在梁底上游面产生压应力，可以起到抵消库水压力在此处产生拉应力的作用，悬臂梁上下游面均向上游凸出。2.拱坝的地形和地质条件（1）地形条件：地形条件是决定拱坝结构形式、工程布置
14、及经济性的主要因素。理想的地形应是坝址河谷相对宽度较窄，两岸基岩面大致对称，岸坡平顺无突变且坝两端下游有足够大的岩体支承，这样的地形可以充分发挥拱的作用。（2）地质条件 要求：要求岩基坚硬致密、质地均匀、有足够的强度、透水性小、能抗风化，也没有大的断层构造和软弱夹层。总体要求高于重力坝对坝基地质的要求，特别是坝头。3.拱坝平面布置的步骤：根据地形地质资料，确定开挖深度，绘制坝址可利用基岩的地形图；试定顶拱轴线的位置； 拟定拱冠梁断面尺寸；拟定拱圈形式； 顶层拱圈布置；自顶层向下依次绘出各层拱圈平面； 切取代表悬臂梁，验算整体倒悬度；绘出各层圆心的连线，校验上下游面应力连续情况；根据初拟布置进行
15、有关计算分析校核、布置调整循环过程，直至满意为止。4.拱坝的应力分析（1）荷载拱坝上的主要荷载：水压力、变温荷载、自重、扬压力、浪压力、冰压力及地震荷载等。计算方法：同重力坝。（2）变温作用对拱坝的影响：温度荷载：由于拱端嵌固于基岩而限制坝体变形，使坝体产生温度应力。温升情况：环境温度高于封拱后的相对稳定温度时，拱圈膨胀，向上游变位造成拱端的上游面受压，下游面受拉；拱冠的上游面受拉，下游面受压；温降情况：环境温度低于封拱后的相对稳定温度时，拱圈膨收缩，向下游变位造成拱端的下游面受压，上游面受拉；拱冠的下游面受拉，上游面受压；5.拱坝应力分析方法（1）纯拱法：假定：拱坝是许多相互独立的拱圈所组成
16、，荷载全部有拱圈承担，每层拱圈均作为弹性固端拱进行计算。特点：计算简单，但计算的应力结果一般偏大，特别对于厚拱坝误差更大。对于狭窄河谷中的薄拱坝，仍属一个实用计算方法。但主要用于小型工程的计算分析。（2）拱梁分载法：拱坝是由许多水平拱圈和铅直悬臂梁所组成，荷载由拱和梁共同承担，按拱、梁交点处的位移协调条件将荷载分配拱、梁两个系统上。荷载分配后：梁按静定结构计算应力；拱则按弹性固端拱计算应力。计算方法比较合理，其结果与模型实验成果比较吻合。但计算工作量大，可借助计算机计算。除弹性拱的一般假定外，拱圈的轴向力、剪力及拱端基岩变形（即地基变位）不能忽略。（3）拱冠梁简化法：用一根梁（拱冠梁）与许多水
17、平拱圈组成拱、梁体系，然后上述原理进行荷载分配，并分别计算拱冠梁和各层拱圈的应力。计算工作量显著减少，计算结果比较接近于拱梁分载法。（4）有限元法将坝体和地基划分为有限个单元，并以节点互相连接，用这样一个离散模型代替连续结构体，进行坝体内各单元的变位和应力计算，并能反映拱坝建筑过程对应力的影响。有限元法既能模拟复杂的边界条件，又能模拟坝体及地基材料的非均匀性，当引入塑性力学应力应变关系时，还能模拟材料的非线性等。计算工作量很大，必须借助计算机才得以实现。（5）结构模型试验法：地质力学模型法光弹实验法6.拱坝设计分析方法选择及注意问题：拱坝设计时，应以拱梁分载法或有限元法计算成果作为评价安全的主
18、要标准。对于、级混凝土拱坝、高拱坝和复杂地质条件、新型结构形式等情况，除用拱梁分载法计算外，还应采用有限元法计算；对于特别重要工程，应进行结构模型实验加以验证。7.坝座稳定分析（1）校核方法：块体抗滑稳定刚体极限平衡法。（2）拱座可能滑动块体选取原则：由若干滑裂面和临空面组成的多面体。（3）边界面包含：岩体内主要结构面、尤其软弱结构面；临空面-开挖后的地表、宽度较大的软弱带、断层等8.拱坝的坝身泄流方式：自由跌落式、鼻坎挑流式、滑雪道式、坝身泄水孔式第三章 土石坝（大坝、溢洪道、引水隧洞）1.土石坝：是用土、石等当地材料填筑而成的坝，也称当地材料坝或填筑坝。（1）分类：根据施工方法分:碾压式土
19、石坝；抛填式堆石坝；定向爆破堆石坝；水中倒土坝；水力冲填坝根据筑坝材料分：土坝；堆石坝；土石混合坝（2）碾压式土石坝按土料在坝体中的配置和防渗体位置的不同，可分为：均质坝：坝体由一种材料组成，既是防渗体，又是坝的主体，坡度较缓，用于中低坝。分区坝： 组成：防渗体、反滤层、过渡层、坝壳、排水体和护坡等。心墙坝：把防渗体放在坝体中部，断面比均质坝小。土料透水性自中央向两边逐渐增大。同时施工，相互干扰大。斜墙坝：把防渗体放在靠近上游坝面处，有效降低坝体浸润线，但适应地基变形的能力比心墙坝差。易产生纵向裂缝，抗震性能不如心墙坝。土料透水性自上游向下游逐渐增大。干扰小。土石混合坝： 要求：越靠近防渗体，
20、土料性能越接近防渗体。透水性自中部向上、下游两侧逐渐增大。钢筋混凝土、沥青混凝土面板堆石坝堆石坝主体为堆石，强度高；上游坝面以钢筋混凝土面板或沥青混凝土面板防渗。断面较小。（3）土石坝的特点优点：就地取材。 适应地基变形的能力强，对地基的要求比砼坝低。 施工方法灵活性大。 结构简单，便于维修和加高。缺点：坝顶不能溢流，坝身不便开孔泄洪，需另设岸边溢洪道。施工导流不如混凝土坝便利，需另设溢洪道宣泄施工期洪水。坝体断面大，工程量相应增大。2.土石坝的工作条件：（1）渗流问题及其控制：渗流问题.坝体大部分浸泡在水中，土体有效重量降低，土的强度指标降低。.渗流力（动水压力）的作用，增加了滑坡的可能性。
21、.渗流在土体中流动产生渗透坡降，如果超过允许渗透坡降，可能产生渗透变形。.渗流量，渗流量过大会影响水库蓄水量，尤其对抽水蓄能水库。控制：必须满足渗流控制要求进行合理的防渗设计来有效降低水流不利条件，上阻下排，合理布置排水及反滤设施，加强防渗体与其它部位的连接，保证坝体和坝基的渗透稳定性。（2）冲刷问题及其控制：冲刷问题:土石坝抗冲能力低，雨水、风浪的淘刷作用，削弱了坝体的有效部分。绝大多数土石坝不允许水流漫顶。2 控制:不允许水流漫顶,顶时水流拖曳作用将表面颗粒带走，削弱坝体，会造成土石坝失事。要求：要有足够的坝高，应预留沉陷值。要设置泄水能力足够大的泄水建筑物。在上、下游坝坡应采取有效的防护
22、措施及坝面排水措施。（3）沉降问题及其控制沉降问题：. 沉降过大会造成坝顶高程不足。. 过大的不均匀沉降会引起坝体开裂，导致漏水。设计中要预留沉降值。为防止不均匀沉降，要合理设计坝体剖面及细部构造，正确选择坝体土料，施工时土料压实要符合设计标准。（4）稳定问题（25%）坝体为散粒体结构，局部范围剪应力允许剪应力，就会产生坝体滑动或坝体连同地基一起滑动。坝体和坝基必须稳定可靠合理选择土料；合理设计坝坡；施工中做好地基处理，土料压实要符合设计标准。（5）其他问题:冰冻破坏；动物破坏；地震破坏。幻灯片463.坝体排水设备：（1）主要作用：排除坝身及坝基渗水，降低浸润线，有利于下游坝坡稳定并防止渗流逸
23、出处的渗透变形，保护坝坡，防止冻胀破坏。（2）影响因素：坝型、地基条件、下游水位、气候、材料及施工条件。（3）组成：由砾石、块石或排水管做成的排水体和由数层粒径沿渗流方向逐渐增大的砂砾料做成的反滤层两部分组成。反滤层：指使液体通过的同时，保持受渗透压力作用的土粒不流失，与过滤的方向相反，粒径大小由渗透方向由小到大。（4）主要形式：贴坡排水：位置：设在下游坝坡底部。构造简单，石料用量少，便于检修。防止渗透破坏，保护下游坝脚，但不能降低浸润线。由12层堆石筑成，在石块与坝坡间应设反滤层。顶部应高出浸润线逸出点并高于下游最高水位1.52.0m。适用条件：适用于中小型下游无水的均质坝以及有良好防渗体而
24、坝内浸润线较低的中等高度土石坝。棱体排水在下游坝脚处设排水棱体。可降低浸润线，并可防止坝坡冻胀破坏和渗透变形，保护下游坡脚。顶部高程应超出下游最高水位0.51.0m，应大于波浪沿坡面的爬高，同时应保证坝体浸润线距坡面的距离大于冰冻深度。在排水与坝体及坝基之间应设置反滤层。排水棱体其内坡约为1：11：1.5，外坡约为1：1.51：2。适用于下游有水的情况。排水效果好，体积大，用料多，对坝体施工有干扰，检修困难，堆石坝较大时，可作为坝坡的支撑，有利于坝坡稳定。褥垫排水用块石平铺在下游的坝基面上，并用反滤层包裹。下游无水时可有效降低浸润线，并有助于坝基排水。但对不均匀沉降的适应性差，对下游有水情况作
25、用不大。伸入坝体的长度不超过1/31/4的坝体宽度，一般向下游做成0.0050.01的坡度，厚度一般为0.40.5m。适用于下游无水或下游水位很低的情况。综合式排水4.护坡和坝顶构造（1）护坡上游护坡：主要是防止风浪淘刷。厚度：其厚度选择时应考虑波浪因素。材料（形式）：砌石、堆石、混凝土或钢筋混凝土、沥青混凝土等。护坡范围：从坝顶至水库最低水位以下1.52.5m。下游护坡：防止雨水冲刷、干裂、动物破坏及下游有水部位的波浪、冰冻和水流作用。砌石、堆石、碎石、草皮等。坝顶至排水棱体，无排水棱体时护至坡脚。（2）坝顶构造：交通、排水、防浪墙5.土料设计：（1）任务：对坝体各部位的土料进行选择，然后确
26、定土料的填筑标准。（土石坝主要由坝壳、防渗体、排水设备、护坡等组成，还有反滤层及过渡层。）（2）筑坝土料的选择：一般土料原则上均可作为碾压式土石坝的筑坝材料，或经处理后用于坝的不同部位。但下列土料不宜采用：沼泽土、斑脱土、地表土及含有未完全分解有机质的土料。均质坝对土料的要求（1）强度指标、c较大。 （2）渗透系数k较小，10-4cm/s。（3）要有一定的塑性：塑性指数Ip=L-P=717。能适应坝基变形而不会产生裂缝。（4）有机杂质含量5%。 （5）土质：绝大多数采用粘性土。防渗体对土料的要求（1）渗透系数k较小，10-5cm/s。抗渗性（2）有较好的塑性以适应坝体及坝基变形，塑性指数Ip大
27、于1012。（3）有机杂质含量2%，水溶盐含量按重量比3%，有良好级配。（4）浸水和失水时体积变化较小。（5）土质：粘粒含量（粒径103k防渗体。经过防渗体后，迅速降低浸润线。（3）有良好级配：级配连续；不均匀系数=d60/d1030100。（4）土质：级配良好的无粘性土（砂、砾石、卵石、碎石等），料场开采的石料、开挖的石渣。排水、护坡对土石料的要求（1）良好的抗水性、抗冻性和抗风化性。 （2）具有一定的强度：抗压强度50Mpa（3）岩质：不宜用风化料，用新鲜岩石、卵石、碎石。反滤料及过渡层土料（1）应具有必要的透水性、强度，具有高度的抗水性和抗风化能力。（2）必须具有良好的级配，粒径小于0.1mm的颗粒含量小于5%，不应含有粒径小于0.05mm的粉土和粘粒。（3） 土质：反滤料应尽量采用天然砂砾筛分，也可用人工砂和碎石。关于风化料及特殊粘土料的采用（1）风化料也可作为筑坝材料，但应注意其性能的不稳定性，不可作为护坡、排水，上游及下游浸润线以下也不能采用风化料，应使其在干燥区工作。（2）特殊粘土料有（南方）红土、膨胀土等。红土是要作降低含水率处理；膨胀土用于心墙或均质
