重力坝的剖面设计

一、设计原则

    1、满足稳定和强度要求；
    2、尽可能节省工程量，使剖面尺寸最小；
    3、外部形状简单，便于施工；
    4、运行管理方便；

二、基本剖面

定义：基本剖面是指坝体在自重、库水压力和扬压力三个主要荷载作用下，满足稳定和应力要求并使其剖面最小的三角形剖面。

三、实用剖面

从理论上讲，基本剖面虽然经济的，但不实用. 因为 ：
1°坝顶不能是一个尖顶，不便于施工、运行管理和交通。
2°坝高不能刚好与水位齐平，必须有一定的超高。
3°厂房坝段需设闸门和拦污栅，希望上部做成垂直的。

四、优化设计

1、确定描述坝体体形的设计参数；
2、建立目标函数，一般取结构的重量和造价，因重力坝的造价主要取决于坝体砼方量，故取坝体体积作为目标函数；
3、确定约束条件，如稳定约束、应力约束、几何约束等；
4、优化计算方法，目标函数和约束条件都是设计参数的非线性函数，因此重力坝的优化设计是一个非线性规划问题。
（一）    坝顶宽度
（1）满足设备布置、运行、交通及施工的要求，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的8–10%，并不小于2米。
（2）若作交通要道或有移动式启闭机设施时，应根据实际需要确定，当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，坝顶最小宽度还应满足强度的要求。
（二）坝顶高程
顶高程=设计洪水位+Dh设
高程=校核洪水位+Dh校
二者取较大值
（三）剖面形态
由基本剖面修改为实用剖面，有三种常用的形态，采用铅直的上游坝面，适用于坝基摩擦系数较大，由应力条件控制坝体剖面的情况。
优点：便于布置和操作坝身过水管道进口控制设备。
缺点：由于在上游面为铅直的基本三角形剖面上增加坝顶重量，空库时下游坝面可能产生拉应力