1、項目名稱：幾內亞凱勒塔（KALETA）水電站工程項目階段：復核階段計算書名稱：重力壩抗滑穩定及應力計算審查：校核：計算：黃河勘測規劃設計有限公司Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd.二一二年四月目 錄1.計算說明11.1 目的與要求11.2 基本數據12.計算參數和研究方法12.1 荷載組合12.2 計算參數及控制標準22.3 計算理論和方法33.計算過程43.1 荷載計算43.1.1 自重43.1.2 水壓力43.1.3 揚壓力63.1.4 地震荷載73.2 安全系數及應力計算94.結果匯總111.計算說明1.1 目的與要求 下列計算是有關

2、擋水壩段、溢流壩段、進水口、底孔壩段抗滑穩定性和基底應力計算。1.2 基本數據 正常蓄水位：110m； 設計洪水位：112.94m； 校核洪水位：113.30m； 大壩設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為1000年一遇； 壩址區地震動峰值加速度為0.15g（g=9.81m/s²），地震動反應周期為0.25s，相應的地震基本烈度為7度，本工程抗震設計烈度為7度。 計算選取的擋水壩段壩頂高程114.00m，壩基底高程92.00m，壩高22m，壩頂寬5m。上游壩面豎直，下游壩坡在107.33m高程以上豎直，在107.33m高程以下坡度為1:0.75。 計算選取的溢流壩段堰頂高程110

3、.00m，壩基底高程96.00m，壩高14m，上游壩面豎直，下游壩坡在108.59m高程以上為Creager剖面，在108.59m高程以下坡度為1:0.85。正常蓄水位時，溢流壩段下游無水；設計洪水位112.94m時，下游水位104.80m；校核洪水位113.30m時，下游水位105.42m。 進水口壩段頂高程114.00m，壩基底高程87.80m，壩高26.2m，頂寬13.06m，上游壩坡為1:0.25，下游壩坡在107.33m高程以上豎直，在107.33m高程以下坡度為1:0.75。 底孔壩段頂高程114.00m，壩基底高程83.50m，壩高30.5m，頂寬10.0m，上游壩面豎直，下游壩

4、坡在107.33m高程以上豎直，在107.33m高程以下坡度為1:0.75。2.計算參數和研究方法2.1 荷載組合 作用在壩上的主要荷載包括：壩體自重、上下游水壓力、揚壓力、地震力。 基本組合：正常蓄水位情況（上游水位110.0m） 設計洪水位情況（上游水位112.94m） 特殊組合：校核洪水位情況（上游水位113.30m） 地震情況（正常蓄水位+地震荷載）2.2 計算參數及控制標準 水容重w：9.81KN/m3 混凝土容重c：24KN/m3 壩址區巖體主要為堅硬的輝綠巖和砂巖，大壩的建基面基本上分布在弱風化的輝綠巖和砂巖上。壩基面抗滑穩定計算的巖體及混凝土物理力學參數按表1-1取值，壩基面抗

5、滑穩定安全系數和壩基應力應滿足表1-2規定的數值。 由于碾壓混凝土壩的碾壓層面的結合質量受材料性質、混凝土配合比、施工工藝、施工管理水平以及施工現場氣候條件等許多因素的影響，容易成為壩體的薄弱環節，所以需要核算沿壩體混凝土碾壓層面的抗滑穩定，壩體碾壓層面的抗滑穩定計算采用抗剪斷公式，安全系數值的控制標準應符合表1-2的要求。根據國內經驗，碾壓層面的抗剪斷參數可取：f=1.0，c=1.0MPa。表1-1 抗滑穩定計算巖體及混凝土力學參數巖性抗剪斷強度（巖體）抗剪強度（巖體）抗剪斷強度（砼/巖體）fc（MPa）fc（MPa）fc（MPa）輝綠巖1.21.50.7501.01.0砂巖1.01.10.

6、6500.90.8表1-2 抗滑穩定安全系數和壩基容許應力計算工況抗滑穩定安全系數壩基應力（MPa）抗剪安全系數【K】抗剪斷安全系數【K】壩踵壩趾基本組合正常蓄水位情況1.053.0>0<壩基容許應力設計洪水情況1.053.0>0<壩基容許應力特殊組合校核洪水情況1.002.5>0<壩基容許應力正常蓄水位+地震1.002.3>0<壩基容許應力 重力壩壩基面壩踵、壩趾的垂直應力在運用期的各種荷載組合下（地震荷載除外），壩踵垂直應力不應出現拉應力，壩趾垂直應力應小于壩基容許壓應力。2.3 計算理論和方法 混凝土重力壩壩體穩定采用剛體極限平衡法計算，分

7、別計算各壩段不同水平截面（包括壩體混凝土碾壓層面、壩體混凝土-基巖結合面）上的外加荷載及應力，并計算出抗剪和抗剪斷穩定安全系數，以及壩基截面的垂直應力。 為了確保結構即使在排水系統失效時也能安全運行，本次設計時揚壓力考慮全水頭。（抗剪強度計算公式）（抗剪斷強度計算公式）式中：K按抗剪斷強度計算的抗滑穩定安全系數； f壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪摩擦系數； f壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數； C壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，KPa； A壩基接觸面截面積，m2； W作用于壩體上的全部荷載對于計算滑動面的法向分值，KN； P作用于壩體上的全部荷載對于計算滑動面的切向分值，KN；壩基截

8、面的垂直應力按下式計算：式中：y壩踵、壩趾垂直應力，KPa； W作用于壩段上或1m壩長上的全部荷載在壩基截面上法向力總和，KN； M作用于壩段上或1m壩長上的全部荷載對壩基截面形心軸的力矩總和，KN.m； A壩段或1m壩長的壩基截面積，m²； x壩基截面上計算點到形心軸的距離，m； J壩段或者1m壩長的壩基截面對形心軸的慣性矩，m4。3.計算過程3.1 荷載計算 自重 各種工況下，建筑物的自重均相同。擋水壩段： 單寬壩段（1m壩長）斷面面積A1=198.167m2 單寬壩段斷面自重G1=4756.0KN（向下為正方向） 單寬壩段斷面形心對壩基中點的力臂L1=-2.93m（向右為正方向

9、） 力矩MG1=-13945.54KN.m（順時針方向為正）溢流壩段： 單寬壩段（1m壩長）斷面面積A1=123.73m2 單寬壩段斷面自重G1= 2969.53KN（向下為正方向） 單寬壩段斷面形心對壩基中點的力臂L1=-1.486m（向右為正方向）力矩MG1= -4413.025KN.m（順時針方向為正）進水口壩段： 單寬壩段（1m壩長）斷面面積A1=586.74m2 單寬壩段斷面自重G1=14081.76KN（向下為正方向） 單寬壩段斷面形心對壩基中點的力臂L1=0.05m（向右為正方向） 力矩MG1=704.09KN.m（順時針方向為正）底孔壩段： 單寬壩段（1m壩長）斷面面積A1=5

10、18.01m2 單寬壩段斷面自重G1=12432.24KN（向下為正方向） 單寬壩段斷面形心對壩基中點的力臂L1=-3.22m（向右為正方向） 力矩MG1=-40031.81KN.m（順時針方向為正） 水壓力 水壓力分為水平向靜水壓力、豎向水壓力（溢流壩段泄洪時）、地震情況下的動水壓力（此荷載為地震荷載）。1、水平向靜水壓力（1）擋水壩段正常蓄水位情況： 上游水深Hu1=18.0m 上游水壓力Pu1=1587.6KN 力臂Lu1=6m 力矩MPu1設計洪水位情況： 上游水深Hu2=20.94m 上游水壓力Pu2=2148.57KN 力臂Lu2=6.98m 力矩MPu2校核洪水位情況： 上游水深

11、Hu3=21.3m 上游水壓力Pu3=2223.08KN 力臂Lu3=7.1m 力矩MPu3（2）溢流壩段正常蓄水位情況： 上游水深Hu1=14.0m 上游水壓力Pu1=960.4KN 力臂Lu1=4.67m 力矩MPu1設計洪水位情況： 上游水深Hu2=16.94m 上游水壓力Pu2=1406.12KN 力臂Lu2=5.65m 力矩MPu2=7939.9KN.m 下游水深Hd2=8.8m 下游水壓力Pd2=-379.456KN 力臂Ld2=2.93m 力矩MPd2校核洪水位情況： 上游水深Hu3=17.3m 上游水壓力Pu3=1466.52KN 力臂Lu3=5.77m 力矩MPu3=8456

12、.94KN.m 下游水深Hd3=9.42m 下游水壓力Pd3=-434.81KN 力臂Ld3=3.14m力矩MPd3（3）進水口壩段正常蓄水位情況： 上游水深Hu1=22.2m 上游水壓力Pu1=2417.38KN 力臂Lu1=7.4m 力矩MPu1=17888.61KN.m設計洪水位情況： 上游水深Hu2=25.14m 上游水壓力Pu2=3100.06KN 力臂Lu2=8.38m 力矩MPu2=25978.50KN.m校核洪水位情況： 上游水深Hu3=25.5m 上游水壓力Pu3=3189.48KN 力臂Lu3=8.5m 力矩MPu3=27110.58KN.m（4）底孔壩段正常蓄水位情況：

13、上游水深Hu1=26.5m 上游水壓力Pu1=3444.54KN 力臂Lu1=8.83m 力矩MPu1=30415.29KN.m設計洪水位情況： 上游水深Hu2=29.44m 上游水壓力Pu2=4251.23KN 力臂Lu2=9.81m 力矩MPu2=41704.57KN.m校核洪水位情況： 上游水深Hu3=29.8m 上游水壓力Pu3=4355.84KN 力臂Lu3=9.93m 力矩MPu3=43253.49KN.m2、豎向水壓力 豎向水壓力是在溢流壩段泄洪時作用在溢流壩面上的水壓力，水面線按堰上水深和下游水深的平均初估。設計洪水位情況： 單寬壩段上水體面積A2=38.23m2 單寬壩段上水

14、重G2= 374.68KN 力臂L2=-0.12m 力矩MG2= 校核洪水位情況： 單寬壩段上水體面積A3=46.81m2 單寬壩段上水重G3=458.77KN 力臂L3=-0.11m力矩MG3= 進水口壩段斜斷面上水重正常蓄水位情況： 上游水深Hu1=22.2m 上游水壓力Gw1=647.90KN 力臂Lu1=12.69m 力矩Mw1=8221.85KN.m設計洪水位情況： 上游水深Hu2=25.14m 上游水壓力Gw2=831.12KN 力臂Lu2=12.69m 力矩Mw2=10546.91KN.m校核洪水位情況： 上游水深Hu3=25.5m 上游水壓力Gw3=854.28KN 力臂Lu3

15、=12.69m 力矩Mw3=10840.81KN.m 揚壓力 為了確保結構即使在排水系統失效時也能安全運行，本次設計時揚壓力考慮全水頭。 壩底面上游處的揚壓力作用水頭為Hu（上游水深），下游處為Hd（下游水深），其間以直線連接。（1）擋水壩段正常蓄水位情況： 上游水深Hu1=18.0m 揚壓力U1=-1455.3KN 力臂Lu1=-2.75m 力矩MU1設計洪水位情況： 上游水深Hu2=20.94m 揚壓力U2=-1693KN 力臂Lu2=-2.75m 力矩MU2校核洪水位情況： 上游水深Hu3=21.3m 揚壓力U3=-1722.1KN 力臂Lu3=-2.75m 力矩MU3（2）溢流壩段正常

16、蓄水位情況： 上游水深Hu1=14.0m 下游水深Hd1=0m 揚壓力U1=-891.8KN 力臂Lu1=-2.17m 力矩MU1=1932.23KN.m設計洪水位情況： 上游水深Hu2=16.94m 下游水深Hd2=8.8m 揚壓力U2=-1639.6KN 力臂Lu2=-0.67m 力矩MU2=1099.87KN.m校核洪水位情況： 上游水深Hu3=17.3m 下游水深Hd3=9.42m 揚壓力U3=-1702.1KN 力臂Lu3=-0.64m力矩MU3=1087.62KN.m（3）進水口壩段正常蓄水位情況： 上游水深Hu1=22.20m 揚壓力U1=-3275.44KN 力臂Lu1=-5.

17、01m 力矩MU1=16409.95KN.m設計洪水位情況： 上游水深Hu2=25.14m 揚壓力U2=-3709.22KN 力臂Lu2=-5.01m 力矩MU2=18583.19KN.m校核洪水位情況： 上游水深Hu3=25.50m 揚壓力U3=-3762.33KN 力臂Lu3=-5.01m 力矩MU3=18849.27KN.m（4）底孔壩段正常蓄水位情況： 上游水深Hu1=26.5m 揚壓力U1=-3623.91KN 力臂Lu1=-4.65m 力矩MU1=16851.18KN.m設計洪水位情況： 上游水深Hu2=29.44m 揚壓力U2=-4025.96KN 力臂Lu2=-4.65m 力矩

18、MU2=18720.71KN.m校核洪水位情況： 上游水深Hu3=29.8m 揚壓力U3=-4075.19KN 力臂Lu3=-4.65m 力矩MU3=18949.63KN.m 地震荷載 一般情況下，混凝土重力壩在抗震設計中可以只計入順水流向的水平向地震作用。抗震計算考慮的地震作用包括建筑物自重和地震慣性力，水平向地震作用的動水壓力，此時，大壩上游水位采用正常蓄水位。1、地震慣性力 采用擬靜力法計算重力壩地震作用效應時，沿建筑物高度作用于質點i的水平向地震慣性力代表值按下式計算：式中：h水平向設計地震加速度代表值，取0.15g； GEi集中在質點i的重力作用標準值； 計算系數，擬靜力法計算地震作

19、用效應時一般取0.25； ai質點i的動態分布系數； g重力加速度，g=9.81m/s²；其中動態分布系數按下式計算：式中：n壩體計算質點總數； H壩高； hi、hj分別為質點i、j的高度； GE產生地震慣性力的建筑物總重力作用的標準值； 根據以上公式計算：擋水壩段： 地震慣性力Fi=244.70KN 力臂L=8.38m 力矩MFi溢流壩段： 地震慣性力Fi=152.78KN 力臂L=5.56m 力矩MFi進水口壩段： 地震慣性力Fi=739.15KN 力臂L=11.01m 力矩MFi=8138.04KN.m底孔壩段： 地震慣性力Fi=572.16KN 力臂L=12.24m 力矩MF

20、i=7003.24KN.m2、動水壓力 采用擬靜力法計算重力壩地震作用效應時，單位寬度壩面的總地震動水壓力作用在水面以下0.54H0處，其代表值F0按下式計算：式中：h水平向設計地震加速度代表值，取0.15g； w水體質量密度標準值； 計算系數，擬靜力法計算地震作用效應時一般取0.25； H0水深； 根據以上公式計算：擋水壩段： 動水壓力F0=758.476KN 力臂L=8.28m 力矩MF0溢流壩段： 動水壓力F0=458.83KN 力臂L=6.44m力矩MF0進水口壩段： 動水壓力F0=1156.08KN 力臂L=10.212m 力矩MF0=11805.89KN.m底孔壩段： 動水壓力F0

21、=1647.31KN 力臂L=12.19m 力矩MF0=20080.71KN.m3.2 安全系數及應力計算 壩址區巖體主要為堅硬的輝綠巖和砂巖，大壩的建基面基本上分布在弱風化的輝綠巖和砂巖上。根據地質報告的描述，擋水壩段的建基面基本都在弱風化的輝綠巖上，因此，計算采用輝綠巖的參數。溢流壩段部位的輝綠巖厚度較小，其建基面大部分位于砂巖上，為安全起見，計算采用砂巖的參數。（1）擋水壩段正常蓄水位情況： 壩基面法向作用之和W=3300.7KN 壩基面切向作用之和P=1587.6KN 力矩之和M=設計洪水情況： 壩基面法向作用之和W=3060KN 壩基面切向作用之和P=2148.57KN 力矩之和M=

22、校核洪水情況： 壩基面法向作用之和W=3033.9KN 壩基面切向作用之和P=2223.08KN 力矩之和M=地震+正常蓄水位情況： 壩基面法向作用之和W=3300.7KN 壩基面切向作用之和P=2590.77KN 力矩之和M=安全系數及基底應力計算結果：工況正常蓄水位設計洪水校核洪水地震荷載W（KN）3300.730603033.93300.7P（KN）1587.62148.572223.082590.77M（KN.m）-417.875707.226574.127912.87計算參數f1.0c（MPa）1.0f0.75安全系數K10.187.437.166.24K1.561.071.02-基

23、底應力max（KPa）209.25311.42328.76374.43min（KPa）190.8359.8638.9925.65（2）溢流壩段正常蓄水位情況： 壩基面法向作用之和W=2077.73KN 壩基面切向作用之和P=960.4KN 力矩之和M=設計洪水情況： 壩基面法向作用之和W=1704.58KN 壩基面切向作用之和P=1026.67KN 力矩之和M=校核洪水情況： 壩基面法向作用之和W=1642.16KN 壩基面切向作用之和P=1031.71KN 力矩之和M=地震+正常蓄水位情況： 壩基面法向作用之和W=2077.73KN 壩基面切向作用之和P=1572.01KN 力矩之和M=安全

24、系數及基底應力計算結果：工況正常蓄水位設計洪水校核洪水地震荷載W（KN）2077.731704.581642.162077.73P（KN）960.41026.671031.711572.01M（KN.m）2001.073513.673766.235805.54計算參數f0.9c（MPa）0.8f0.65安全系數K12.7711.6211.517.80K1.401.081.03-基底應力max（KPa）230.87255.87260.03365.94min（KPa）88.786.37-7.39-46.29（3）進水口壩段正常蓄水位情況： 壩基面法向作用之和W=11454.22KN 壩基面切向作用

25、之和P=2417.38KN 力矩之和M=26780.80KN.m設計洪水情況： 壩基面法向作用之和W=11203.66KN 壩基面切向作用之和P=3100.06KN 力矩之和M=34718.87KN.m校核洪水情況： 壩基面法向作用之和W=11173.71KN 壩基面切向作用之和P=3189.48KN 力矩之和M=35823.13KN.m地震+正常蓄水位情況： 壩基面法向作用之和W=11454.22KN 壩基面切向作用之和P=4312.61KN 力矩之和M=46724.68KN.m安全系數及基底應力計算結果：工況正常蓄水位設計洪水校核洪水地震荷載W（KN）11454.2211203.66111

26、73.7111454.22P（KN）2417.383100.063189.484312.61M（KN.m）26780.8034718.8735823.1346724.68計算參數f1.0c（MPa）1.0f0.75安全系數K17.1813.3212.939.63K3.552.712.63-基底應力max（KPa）558.38602.69609.02690.64min（KPa）203.20142.23133.9170.95（2）底孔壩段正常蓄水位情況： 壩基面法向作用之和W=8808.33KN 壩基面切向作用之和P=3444.54KN 力矩之和M=7234.66KN.m設計洪水情況： 壩基面法向

27、作用之和W=8406.28KN 壩基面切向作用之和P=4251.23KN 力矩之和M=20393.47KN.m校核洪水情況： 壩基面法向作用之和W=8357.05KN 壩基面切向作用之和P=4355.84KN 力矩之和M=22171.31KN.m地震+正常蓄水位情況： 壩基面法向作用之和W=8808.33KN 壩基面切向作用之和P=5664.01KN 力矩之和M=17467.43KN.m安全系數及基底應力計算結果：工況正常蓄水位設計洪水校核洪水地震荷載W（KN）8808.338406.288357.058808.33P（KN）3444.544251.234355.845664.01M（KN.m）7234.6620393.4722171.3117467.43計算參