§ 3 拱壩(Arch Dam) 第三章拱壩 § 3 拱壩(Arch Dam) 主要內(nèi)容 第一節(jié)概述 ? 第二節(jié)拱壩的布置 第三節(jié) 拱壩的荷載和應(yīng)力分析方法 ? ? 第四節(jié)拱座穩(wěn)定 - ? 第五節(jié)拱壩的壩身泄水 ???????? 第六節(jié)拱壩的構(gòu)造和地基處理 第七節(jié)支墩壩 3T概述 " 一、拱壩的建設(shè)發(fā)展概況 二、拱壩的工作原理 三、拱壩工作特點(diǎn) 四、拱壩對(duì)地形地質(zhì)條件的要求 § 3 拱壩(Arch Dam) 1 -4- （-）拱壩發(fā)展階段 ?拱壩建設(shè)的萌芽階段（1854年以前） ?拱壩建設(shè)的起步階段（1854年—1917年） 翁拱壩建設(shè)的成熟階段（1917年—I960年） ?拱壩建設(shè)的熟練階段 （I960年一至今） 1、萌芽階段(1854年以前) ?起源：早在一、二千年以前，人們就已意識(shí)到拱結(jié) 構(gòu)有較強(qiáng)的攔蓄水流的能力，開(kāi)始修建高1。余米的圓筒 ?特點(diǎn)：水平截面為拱形，但未真正利用拱結(jié)構(gòu)的優(yōu) 點(diǎn)，何根根結(jié)構(gòu)。 ?貢獻(xiàn)：為發(fā)展積累了經(jīng)驗(yàn)。 ?舉例：意大利的高橋(Ponte Alto)拱壩。 § 3 拱壩(Arch Dam) 意大利高橋拱壩的建設(shè)過(guò)程 2、起步階段(1854-1917) ?標(biāo)志：1854年，法國(guó)43m高 的左拉(Zola)拱壩。 ?所用理論：該拱壩以圓筒 公式為指導(dǎo)，主要利用水平拱 的作用來(lái)保證大壩的安全，忽 略梁的作用。 § 3 拱壩(Arch Dam) -8- 3、成熟階段(1917 — 1960年) ?標(biāo)志：1917年，瑞士蒙特薩耳文斯(Montsalvens)拱壩 (H=55m),正式提出多拱梁分載的概念。 ?主要成就： 電拱梁分載的概念(拱冠梁法，多拱梁法)； 中拱壩體形多元化(雙曲拱壩及帶縫拱壩＜周邊縫、底縫) 的發(fā)展)； 令抗滑穩(wěn)定概念的形成及發(fā)展。 ■ 1936年，美國(guó)人建設(shè)了當(dāng)時(shí)世界上最高的拱壩Hoover （胡佛）拱壩, 壩高221m,底厚201m,座跨科羅拉多河。 2008 3 8 § 3 拱壩(Arch Dam) 11- ■中國(guó)第一座拱壩速造于1927年，福建廈門(mén)的上里漿砌石拱壩， 壩高27nl.但舊中國(guó)的拱壩建設(shè)極為緩慢，至1949年，我國(guó)僅 修建了 2座15m以上的砌石拱壩. 一內(nèi)拱壩起設(shè) § 3 拱壩(Arch Dam) 12- ■響洪旬拱壩位于淮河支流西濟(jì)河上，屬于響洪甸鎮(zhèn)，是我國(guó)自行設(shè)計(jì)和 施工的笫一座等半徑同圓心溫凝土重力拱壩，1956＞年4月開(kāi)工速設(shè)， 1958年7月沒(méi)工.最大壩高87.5米. § 3 拱壩(Arch Dam) am) -14- 而2 瓦依小埃 慣例質(zhì)圖 (單位，m> 4、拱壩建設(shè)的熟練階段(I960年一至今) ?標(biāo)志：1960年，建成的意大利瓦依昂 (Vaiont)拱壩(H=262m)。 ?主要成就：拱壩新的結(jié)構(gòu)形式、計(jì)算 方法及其體型優(yōu)化的方法。 ?是世界最高的薄拱壩，也是世界最高的一座報(bào)廢 壩. 意大利無(wú)依昂拱壩失事 意大利的瓦依昂rVajont)雙曲 拱壩，1961年建成，是當(dāng)時(shí)世界 上策高的雙曲楞壩，1963年10月9 目脫，由于水庫(kù)左岸大面積滑坡， 使2.7億m3的提統(tǒng)襪以28m/s的速 度滑入水庫(kù)，高速下滑的，體造 成約250m的涌浪，沖向?qū)Π?，?過(guò)壩頂，并向上游回潮，淹沒(méi)多 處忖鎮(zhèn)使水庫(kù)報(bào)廢，造成巨大的 生命、財(cái)產(chǎn)損失。致使1925人喪 生，水庫(kù)破埴滿(mǎn)，但拱壩壩體并 未失事，伏在兩岸壩肩附近的壩 體內(nèi)發(fā)生兩三條裂縫，據(jù)估算， 拱壩當(dāng)時(shí)已承受住相當(dāng)于8信設(shè)計(jì) 荷載的作用，由此可見(jiàn)拱壩的超 我能力是較大的。 拱壩壩頂長(zhǎng)19 壩頂厚3?4m 壩底厚22.6m S 1瓦依2B壩樞紐布?《單仲，cn) 1 一大城I 2一發(fā)電引水遂汨，3 -表孔送洪同洞I 4中孔世決族髯，5-J 於陵源t 6—導(dǎo)敬修洱? 7-地下廠由? 8一次后Mil 9一交逾蹲洞 國(guó)2 瓦依紀(jì)壩 慣剖面8E (單位：m> 壩體與禹比為 0.086 1 (Arch Dam) 1 -16" La dig® ( foto Zanfron) -17- 壩區(qū)全景 受災(zāi)后 水庫(kù)失事后壩體的破壞情況 拱壩(Arch Dam) 圖1瓦依小壩樞紐布?（單位s m） 圖2 瓦依那以 橫剖面圖 （單位：m〉 1一大反，2 發(fā)電引水2洞I 3一表孔泄洪建潸，4 中孔泄洪隧洞】5 —底孔讖 洪隧附，6—導(dǎo)流硬洞J 7一地下廠房I 8一堆后橋，9-交通陡洞 §3 拱壩(Arch Dam) (-)世界拱壩建設(shè)的時(shí)空分布 ?主要分布在中國(guó)、美國(guó)及西歐的阿爾卑斯山地區(qū)的法國(guó)、 意大利及瑞士等國(guó)。 ?拱壩在各類(lèi)大壩中所占的比例隨壩高的增加而增加。 壩高(m) 拱壩所占比例(%) 100—150 30 150—200 45 200m以上 60 §3 拱壩(Arch Dam) 22- (=)世界拱壩之最 ■已建的最高拱壩：前蘇聯(lián)英古力(Inguri)拱壩 (H=272m, n=2. 8, T/H=O. 33) ■已建的最薄拱壩：法國(guó)的托拉拱壩(Tol la Dam) (H=88m, TB=2m, T/H=0.023) 在建的最高拱壩: I小灣拱壩 (H=292m, n=2. 83, T/H=0. 238) 中國(guó)錦屏拱壩 (H=305m, n=1.6, T/H=0. 19) § 3 拱壩(Arch Dam) -23- Name： Inguri Country： Georgia River： Inguri Type： arch Height： 272m Reservoir volume： 1,110*106 m3 Year of completion : 2001 Owner :Sakenergo Cost of works : 2.3 mio. CHF Duration of services 1996-2001 Cost of services : 0.7 mio. CHF § 3 拱壩(Arch Dam) -24- 圖3-8法國(guó)托拉拱壩 Name： Tolla Dam Country： France Type： arch Year of completion : 1959 Height： 88 m Base thickness： 2m T/H： 0.023 The dam is a complete success and has been shown to posses adequate margins of safety. Whether or not such thin dam is psychologically justifiable is another matter. § 3 拱壩(Arch Dam) -25- 〃'灣拱壩是世界在建的最高雙曲拱壩（拋物線型混凝土雙曲拱壩）， 最大壩高為292叫 錦屏一級(jí)水電站是雅碧江下游河段的控制性水庫(kù)工程，主要任務(wù)是發(fā) 電，兼調(diào)洪和攔沙作用，是川電外送的主要電源點(diǎn)之一。裝機(jī)容量3600MW, 多年平均年發(fā)電量174億kW h?？値?kù)容77. 7億m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容49. 1億m3,屬年 調(diào)節(jié)水庫(kù)。 §/ 工程特點(diǎn)：地質(zhì)條件復(fù)雜，雙曲拱壩高305m,將是世界第一高拱壩。 § 3 拱壩(Arch Dam) 主要趨向： ①對(duì)壩址地形地質(zhì)條件有所凈低; 厚度就容，允許應(yīng)力遺淅加大; 壩頂溢流，壩身開(kāi)亂，q加大; 在較強(qiáng)地衰地區(qū)可建拱壩； 計(jì)算理合、計(jì)算方法的發(fā)卷可進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì); 對(duì)材料特性C壩體壩基)由端性-＞非我性; ⑦眼壓險(xiǎn)拱壩 §3 拱壩(Arch Dam) 一、拱壩的建設(shè)發(fā)展概況 二、拱壩的工作原理 三、拱壩工作特點(diǎn) 四、拱壩對(duì)地形地質(zhì)條件的要求 § 3 拱壩(Arch Dam) 30- 一、拱田 娥颯是一彳 變厚度的多2 ①依靠拱的作 傳給拱座。 ②依靠懸臂梁的作用, 將力傳給基巖。 ③壩體的穩(wěn)定主要依靠 兩岸拱端的反力來(lái)維持。 U）挨堪平面困 § 3 拱壩(Arch Dam) 拱壩結(jié)構(gòu)的一些基本概念 § 3 拱壩(Arch Dam) 31- § 3 拱壩(Arch Dam) 32- 一、拱壩的建設(shè)發(fā)展概況 二、拱壩的工作原理 三、拱壩工作特點(diǎn) 、拱壩對(duì)地形地質(zhì)條件的要求 工作特點(diǎn) ＞結(jié)構(gòu)受力條件好，材料強(qiáng)度可以充分發(fā)揮; ＞超載能力大，安全度高；f ①拱梁系統(tǒng)的調(diào)整 ②拱圈自身調(diào)整為二次拱 ＞抗震， 報(bào)廢后的瓦依昂壩 沙牌 寶珠寺 劍閣縣 普亭縣 廣安區(qū) 岳池縣 船山區(qū) 紫坪鋪  § 3 拱壩(Arch Dam) 1 1 -36- 拱壩工作特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)受力條件好,材料強(qiáng)度可以充分發(fā)揮; 超載能力大，安全度高；f ①拱梁系統(tǒng)的調(diào)整 ②拱圈自身調(diào)整為二次拱 ＞抗震性能好; ＞溫度、地基變形是主要荷載; ＞對(duì)地質(zhì)、地形條件要求高; ＞壩身泄洪布置相對(duì)復(fù)雜; §3 拱壩(Arch Dam) 37- 一、拱壩的建設(shè)發(fā)展概況 二、拱壩的工作原理 三、拱壩工作特點(diǎn) 四、拱壩對(duì)地形地質(zhì)條件的要求 § 3 拱壩(Arch Dam) 38- 破壞形式及安全準(zhǔn)則 1、破壞形式： 。拱座失穩(wěn) 。壓應(yīng)力過(guò)大 。局部拉應(yīng)力過(guò)大 2、安全準(zhǔn)則： Q拱座抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：K穩(wěn)過(guò)K] 會(huì)抗壓強(qiáng)度安全系數(shù)：K壓N[K](基本組合為4,特3.5) @拉應(yīng)力不超過(guò)規(guī)定值：基本一 1.2MPa,特一 1.5MPa 3、安全的關(guān)鍵是立■?企。 ?S I 3 rY4. VTf■■州喊 «i A 16(. (mu § 3 拱壩(Arch Dam) 40- § 3 拱壩(Arch Dam) 39- 、拱壩對(duì)地形和地質(zhì)條件的要求 拱壩對(duì)地形和地質(zhì)條件要求較高。 (-)地形條件 A河谷狹窄 A河谷的斷面形狀 A河谷順河流方向的形狀 ?河谷對(duì)稱(chēng)性 1、河谷狹窄 河谷的寬高比：〃 = L/H=壩頂處 河谷的寬度/最大壩高。 燮nV2時(shí)，薄拱壩：TJHV0.2 ，n=2?3時(shí)，中厚拱壩： 7s/HV0.2 ?0.35 en=3?4時(shí)，厚拱壩： 丁”>0.35 @n>4時(shí)，屬寬淺河谷，重力壩或拱 形重力壩 §3 拱壩(Arch Dam) 2、河谷的斷面形狀 -41- 只適用于一定形狀的河谷地段，如深窄的u、V和梯形 河谷。 CV形河谷：拱承擔(dān)的荷載較大，壩可以修的較薄、 經(jīng)濟(jì)： QU形河谷：梁承擔(dān)的荷載較大，壩較厚； £梯形河谷介于二者之間。 § 3 拱壩(Arch Dam) 42- 3、河谷順河流方向的形狀 彎處。 以平順河流或呈收縮形河流較好，要避免河道的出口和轉(zhuǎn) § 3 拱壩(Arch Dam) 4、河谷對(duì)稱(chēng)性 拱壩一般比較適合于對(duì)稱(chēng)河谷O 拱的跨度沿高程急劇變化會(huì)引起壩體應(yīng)力集中 § 3 拱壩(Arch Dam) ——-44- 河谷狹窄（V、U形河谷），岸坡平順無(wú)突變 -45- § 3 拱壩(Arch Dam) -47- （二）地質(zhì)條件 巖石比較均勻 變形參數(shù)E、u：均勻 有足夠的強(qiáng)度 強(qiáng)度參數(shù)R、c、f 透水性要小 抗?jié)B性K、［J］：滲透性小 抗風(fēng)化能力強(qiáng) 耐久性：抗侵蝕、抗風(fēng)化 堅(jiān)固完整 無(wú)地質(zhì)上的缺陷：沒(méi)有大的 斷裂構(gòu)造和軟弱夾層等。 §3 拱壩(Arch Dam) 48- 3-2 拱壩的布置 但拱壩布置的任務(wù)及原則 ◎拱壩斷面尺寸的擬定 @溢流布置 ◎壩體分縫 ◎拱端布置 @拱壩布置的步驟 二灘拱壩 §3 拱壩(Arch Dam) ©拱壩斷面尺寸的擬定 M B M ■ ■ CIOWN CANTILEVER SECTION § 3 拱壩(Arch Dam) (-)拱壩布置的任務(wù)及原則 1、重要性 @直接關(guān)系大壩的安全、造價(jià)、施工及美觀。 2、任務(wù) ◎泄洪方式、廠房布置情況 ◎應(yīng)力和穩(wěn)定分析 @修改方案 ◎方案優(yōu)選 1 -50- 3、影響因素 ◎自然條件，施工、運(yùn)用。 4、具體方法 。拱壩CAD,利用編制好的計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)進(jìn)行。 ◎半自動(dòng)化方法。 。人工方法。