水建·水工083 水工建筑物课程设计—重力坝枢纽设计
W13=24×0.5×93.13×69.85=78058.776kN
W1=W11+W12+W13=4538.712+28512+78058.776=111109.488kN （2）静水压力 P
静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力PH
和垂直水压力PV两种。
计算各种情况下的上下游水深： 根据水力学公式
Q?Cm?3/21?sB2gH0 式中： 根据相关规范，C=1，m=0.49，ε1=1，σs=1； 溢流坝宽度10m，B=10m；
H0为堰上水头，堰顶高程与正常蓄水位平齐。
计算出下泄流量，查水位流量关系曲线，得出下游水位高程。 ①正常蓄水位：H0=0，Q=0，查得Z=2857.89m
上游水深：H1=102.35m，下游水深H2=18.39m，H=H1-H2=83.96m ②设计洪水位：H30=2.95m，Q=110m/s，查得Z=2857.89m 上游水深：H1=105.30m，下游水深H2=19.80m，H=H1-H2=85.50m ③校核洪水位：H0=5.17m，Q=255m3/s，查得Z=2859.87m 上游水深：H1=107.52m，下游水深H2=20.37m，H=H1-H2=87.15m （地震情况按正常蓄水位考虑）
所得结果列表如下：
表3-3 不同情况下上下游水深
特征水位 上游水深H（下游水深H2上下游水位差1m） （m） H(m) 正常蓄水位 102.35 18.39 83.96 设计洪水位 105.30 19.80 85.50 校核洪水位 107.52 20.37 87.15 计算各种情况下静水压力： 水平水压力PH计算公式
为：
P ? 1H ? w H 2
2式中：Ｈ—计算点处的作用水头，ｍ； γw—水的重度，常取9.81 kN／ｍ3；
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3-7）
3-8） （（
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垂直水压力PV按水重计算。 a.正常蓄水位：
上游水平水压力：PH1=Pu=1/2×9.81×102.352=51382.4KN （→） 下游水平水压力：PH2=Pd=1/2×9.81×18.392=1658.8KN （←） 上游垂直水压力：PV1=W2'=9.81×6.15×40.85=2464.5KN PV2=W2〃=9.81×1/2×6.15×61.5=1855.2KN
下游垂直水压力：PV3=W3=9.81×1/2×18.39×13.79=1244.1KN b.设计洪水位：
上游水平水压力：PH1=Pu=1/2×9.81×105.30=54387.1KN （→） 下游水平水压力：PH2=Pd=1/2×9.81×19.82=1923.0KN （←） 上游垂直水压力：PV1=W2′=9.81×6.15×43.8=2642.5KN PV2=W2″=9.81×1/2×6.15×61.5=1855.2KN
下游垂直水压力：PV3=W3=9.81×1/2×19.8×14.85=1442.2KN c.校核洪水位：
上游水平水压力：PH1=Pu=1/2×9.81×107.522=56704.5KN （→） 下游水平水压力：PH2=Pd=1/2×9.81×20.372=2035.3KN （←） 上游垂直水压力：PV1=W2'=9.81×6.15×46.02=2776.5KN PV2=W2〃=9.81×1/2×6.15×61.5=1855.2KN
下游垂直水压力：PV3=W3=9.81×1/2×20.37×15.28=1526.4KN 地震情况按正常蓄水位情况考虑。 (3) 扬压力 U
根据规范，排水处扬压力折减系数：α=0.25,如图3-3所示，将扬压力分成四部分，U1，U2，U3，U4。 a.正常蓄水位：
U1=1/2×10×（83.96-0.25×83.96）×9.81=3088.6KN U2=9.81×0.25×83.96×10=2059.1KN U3=1/2×9.81×0.25×83.96×77=7927.4KN U4=9.81×18.39×87=15694.9KN U=U1+U2+U3+U4=28770KN b.设计洪水位：
U1=1/2×10×（85.5-0.25×85.5）×9.81=3145.2KN
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2
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U2=9.81×0.25×85.5×10=2096.8KN U3=1/2×9.81×0.25×85.5×77=8072.8KN U4=9.81×19.8×87=16898.2KN U=U1+U2+U3+U4=30213.0KN c.校核洪水位：
U1=1/2×10×（87.15-0.25×87.15）×9.81=3205.9KN U2=9.81×0.25×87.15×10=2137.3KN U3=1/277=8228.6KN
×9.81×0.25×87.15×φ122sPhtg(45??)s?γbs2s2 U4=9.81×20.37×87=17384.7KN U=U1+U2+U3+U4=30956.5KN 地震情况按正常蓄水位计算。 （4）泥沙压力 Ps
一般计算年限取50～100年，水平泥沙压力Ｐs为：
（3-9）
式中：γ
sb
——泥沙的浮容重，kN/m3；
hs ——坝前淤沙厚度，ｍ； Φs ——淤沙的内摩擦角，( °)。
黄河流域几座水库泥沙取样试验结果，浮容重为7.8～10.8kN/m3。淤沙以粉砂和砂粒为主时，φs在26°～30°之间。结合夕昌水库河流地质情况，本次设计取泥沙浮容重为8.8kN/m3，φs取28°。
水库坝址处多年平均输沙量为4.38万t，按30年，全部淤积计算，总淤积量为4.38×30=131.4万t，约87.6万m3，由Z～V曲线查得泥沙水位2897.5m。淤沙厚度58m。
故泥沙压力Ps=1/2×8.8×582×tan2（45°- 14°）=5343.9kN （5）浪压力
1.基本数据
表3-4 浪压力计算基本数据表
计算风速Ｖ0(m/s) 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位 20 20 3.6 第 18 页 共 52 页
水建·水工083 水工建筑物课程设计—重力坝枢纽设计 有效吹程D(m) 重力加速度g(m/s) 22890 9.8 1/32970 9.8 3030 9.8 gh?1/12?gD????0.0076V022??V0?V0?水位高程gLm(m) ?2941.85 1/2.15?gD????0.331V022??V0?V0?坝基高程(m) 安全超高hc(m) 迎水面深度H(m) 2839.5 0.4 102.35 1/3.752944.80 2947.02 2839.5 0.4 105.30 2839.5 0.3 107.52 2.波浪要素计算及波
根据式计算（适
规
范
hz??h1%2Lm2?HcthLm1/3.75态判别
SL319-2005，波浪要素按官厅水库公
用于V0<20m/s及D<20km）：
（3-10）
?1/2.15?gD?2??Lm?0.331V0?V/g0 ? V 2 ? ?0?
（3-11）
h —当gD/V02=20～250时，为累积频率5%的波高h5%； 当的波高h10% Lm —平均波波浪中心
按下式计Lm?0.331V0?1/2.15hz??h1%Lm2cth2?HLmgD/V02=250～1000时，为累积频率10%
长（m）；
?gD????V2??0?1/3.75线至水库静水位的高度hz
?V0/g2算：
（3-12）
平均波长按下式计算：
（3-13）
a.正常蓄水位：
Lm =0.331V0-1/2.15(gD/V02)1/3.75×V02/g
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=0.331×20
-1/2.15
(9.8×2890/20)
21/3.75
×20/9.8=10.44m
2
hl =0.0076V0-1/12(gD/V02)1/3×V02/g
=0.0076×20-1/12(9.8×2890/202)1/3×202/9.8=0.999m h1%=1.24×h5%=1.24m
hz=3.14×
1.242/10.44=0.463m 因H>Lm /2，属于深水波。 b.设计洪水位：
Lm=0.331×20-1/2.15(9.8×2970/202)1/3.75×202/9.8=10.51m h1%=1.251m hz=0.305m 因H>Lm /2，属于深水波。 c.校核洪水位
Lm=0.331×3.6-1/2.15(9.8×3030/3.62)1/3.75×3.62/9.8=1.90m h1%=0.168m hz=0.047m 因H>Lm /2，属于深水波。 3.波浪压力计算
各种情况均按深水波计算浪压力，如图3-4所示。
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