任务二　了解非溢流重力坝剖面确定方法

一、非溢流重力坝剖面确定的原则

在确保坝体安全（满足应力和稳定条件），满足运用要求的前提下，求得一个剖面尺寸最小、便于施工、便于运行管理且外形美观的坝体。

二、非溢流重力坝剖面确定的方法

沿着坝轴线方向，大坝按单位坝长考虑，拟定一个基本剖面。重力坝主要承受水压力，水压力从水面到坝底为三角形分布，重力坝主要依靠自重来保持稳定和满足强度要求，所以要求坝体厚度从水面到坝底越来越厚，重力坝的基本剖面应该是顶部与上游水面对齐的三角形。

一般是先简化荷载条件得到基本三角形剖面，主要考虑水压力（此时考虑正常蓄水位）、扬压力、自重（当上游面倾斜或有折坡时还要考虑水重），得到一个满足非溢流重力坝剖面确定及布置原则的基本三角形剖面；再根据运用和其他条件要求，将基本剖面上部加设坝顶结构，修改成为实用剖面；最后考虑荷载组合情况，对实用剖面进行应力分析和稳定验算，反复修改直到满足要求。

三、非溢流重力坝基本剖面的确定

1.基本三角形剖面高度H的确定

由于基本三角形的顶部与正常蓄水位对齐，所以基本三角形剖面高度H＝正常蓄水位高程-坝底高程。

2.上游边坡系数n的确定

上游边坡系数n就是坝体上游坝踵处坡角的余切值，其值大小决定了上游坝坡的坡度。在初定实体重力坝的上游边坡系数n时，根据工程类比法、工程经验、结合规范要求，考虑地质地形情况初步选定，宜采用0～0.2。采用上游面上部分铅直、下部分倾斜时，折坡点高程应该结合水电站进水口、泄水孔布置以及下游坝坡确定，一般在坝高的1/3～2/3之间。

坝体上游面可以是铅直面、斜面、折面。

（1）采用铅直的上游面，上游边坡系数n＝0。不能利用水重增加坝体的稳定性，所以适用于坝基摩擦系数较大，能够提供较大摩擦力的情况，此时坝体主要受强度条件控制。这样的上游面由于上游铅直，所以布置和操作坝身过水管的进口控制设备较为方便，但是没有库容时下游坝面可能会产生拉应力，对坝体强度不利。

（2）采用倾斜的上游面加坝顶，上游边坡系数n＞0。能利用水重增加坝体的稳定性，所以适用于坝基摩擦系数较小，不能够提供较大摩擦力的情况，此时坝体主要受稳定条件控制。这样的上游面由于上游倾斜，所以增加了重力坝的稳定性，同时没有库容时下游坝面不会产生过大拉应力，对坝体强度有利，但是布置和操作坝身过水管的进口控制设备不方便。

（3）采用上游面上部分铅直、下部分倾斜。这样的上游面型式综合了以上两种上游面型式优点，既可以利用水重增加坝体的稳定性，在没有库容时下游坝面不会产生过大拉应力，而且布置和操作坝身过水管的进口控制设备较为方便，所以工程上普遍采用。

3.下游边坡系数m的确定

下游边坡系数m就是坝体下游坝趾处坡角的余切值，其值大小决定了下游坝坡的坡度。在初定实体重力坝的下游边坡系数m时，根据工程类比法、工程经验及规范要求，考虑地质地形情况、稳定和应力要求，结合上游坝坡初步选定，m宜采用0.6～0.8。

4.坝底宽度B的确定

一般坝底宽度B＝（0.7～0.9）H，具体数值由基本三角形剖面高度H、上游边坡系数n、下游边坡系数m根据几何关系得到。

（1）采用铅直的上游面［图2-5（a）］，上游边坡系数n＝0：坝底宽度B＝Hm。

（2）采用倾斜的上游面加坝顶［图2-5（b）］，上游边坡系数n＞0：坝底宽度B＝（n＋m）H。

（3）采用上游面上部分铅直、下部分倾斜［图2-5（c）］：坝底宽度B＝（折坡点高程-坝底高程）n＋Hm。

四、非溢流重力坝实用剖面的确定

得到基本剖面以后，再根据运用和其他条件要求，将基本剖面上部加设坝顶结构，修改成为实用剖面。

1.坝顶宽度的确定

为了满足运用和施工的需要，坝顶应有一定的宽度。结合坝体各部尺寸，协调美观要求，坝顶宽度一般为最大坝高的8%～10%，且不小于3m。若有交通要求或有移动式启闭机设施启闭闸门时，应根据实际需要确定坝顶宽度。当有较大的动冰压力，有漂浮物冲击坝上游面时，坝顶最小宽度还应满足强度要求，避免冲击破坏。

2.坝顶高程

非溢流重力坝坝顶高程应该高于校核洪水位，坝顶上游侧的防浪墙顶高程应该高出波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差Δh由式（2-1）计算，计算参数如图2-6所示。

h1%、hz的计算可以参考《混凝土重力坝设计规范》（SL319—2005）。

坝顶或防浪墙顶的高程应同时满足以下两个条件（即取两个条件中计算结果的最大值）：

坝顶或防浪墙顶高程≥设计洪水位＋Δh设

坝顶或防浪墙顶高程≥校核洪水位＋Δh校