水工设计手册 第5卷 混凝土坝PDF电子书下载

第1章 重力坝 3

1.1 概述 3

1.1.1 重力坝的特征及分类 3

1.1.1.1 重力坝的工作原理和特点 3

1.1.1.2 重力坝的分类 4

1.1.1.3 工程规模和安全等级 7

1.1.2 重力坝的设计方法 8

1.1.2.1 重力坝设计的要求 8

1.1.2.2 重力坝设计的内容 9

1.1.2.3 重力坝设计的基本资料 9

1.2 枢纽布置 10

1.2.1 坝址和坝线选择 11

1.2.1.1 地形条件 11

1.2.1.2 地质条件 11

1.2.1.3 河势条件 12

1.2.2 枢纽布置基本原则 12

1.2.2.1 过坝水流尽量顺直归槽 12

1.2.2.2 尽量减少开挖和地基处理工程量 13

1.2.2.3 有效利用峡谷空间使布置协调紧凑 13

1.2.2.4 重视枢纽建筑物的综合利用 14

1.2.2.5 简化施工导流程序 14

1.2.3 重力坝泄水孔口布置 15

1.2.3.1 泄流能力要求 15

1.2.3.2 坝身孔口布置 15

1.2.3.3 溢流单宽流量的确定 16

1.2.4 坝体引水管道布置 16

1.2.4.1 坝体压力管道的特点 16

1.2.4.2 坝体压力管道的布置方式 16

1.2.5 枢纽布置工程实例 18

1.3 坝体断面设计 20

1.3.1 重力坝的荷载 20

1.3.1.1 坝体及坝上永久设备的自重 20

1.3.1.2 静水压力 20

1.3.1.3 扬压力 20

1.3.1.4 淤沙压力 22

1.3.1.5 波浪压力 22

1.3.1.6 冰压力 24

1.3.1.7 土压力 25

1.3.1.8 动水压力 25

1.3.1.9 地震荷载 26

1.3.1.10 其他荷载 27

1.3.2 重力坝的荷载组合 28

1.3.2.1 基本组合 28

1.3.2.2 特殊组合 28

1.3.3 重力坝的断面设计原则 29

1.3.3.1 坝顶高程和坝顶宽度 29

1.3.3.2 坝坡及坝基面宽度 29

1.3.3.3 坝体断面的优选 30

1.3.4 溢流表孔的水力设计 32

1.3.4.1 幂曲线堰面的水力设计 32

1.3.4.2 有胸墙溢流坝的堰面水力设计 33

1.3.4.3 溢流坝断面的水力设计 34

1.3.4.4 闸墩的水力设计 34

1.3.5 深式泄水孔的水力设计 35

1.3.5.1 无压泄水孔 35

1.3.5.2 压力泄水孔 36

1.4 安全系数设计方法 37

1.4.1 材料力学法分析计算重力坝应力 37

1.4.1.1 基本假定 37

1.4.1.2 边缘应力的计算 37

1.4.1.3 内部应力的计算 38

1.4.1.4 考虑扬压力时的应力计算 39

1.4.1.5 容许应力的规定 39

1.4.1.6 对材料力学法计算成果的评价 40

1.4.2 刚体极限平衡法分析重力坝抗滑稳定 40

1.4.2.1 沿坝基面抗滑稳定分析 41

1.4.2.2 深层抗滑稳定分析研究 42

1.5 极限状态设计法 46

1.5.1 重力坝可靠度分析 46

1.5.1.1 可靠度及失效概率 47

1.5.1.2 可靠指标 48

1.5.2 分项系数极限状态设计方法 49

1.5.2.1 分项系数 49

1.5.2.2 作用效应 49

1.5.2.3 极限状态设计表达式 49

1.5.3 极限状态设计法 50

1.5.3.1 重力坝断面设计原则 50

1.5.3.2 极限状态设计表达式 50

1.5.3.3 重力坝的分项系数极限状态设计法 52

1.6 有限元法应力计算和承载能力分析 53

1.6.1 线性弹性有限元计算分析 53

1.6.2 非线性有限元分析 55

1.6.2.1 变形模型和强度分析 55

1.6.2.2 非线性弹性应力分析 58

1.6.2.3 弹塑性应力分析 58

1.6.3 极限承载能力的研究 60

1.6.3.1 稳定性分析临界状态判别准则 60

1.6.3.2 强度分析临界状态判别准则 61

1.6.3.3 承载能力分析研究的工程实例 62

1.7 孔口结构应力计算和配筋设计 64

1.7.1 闸墩的应力和配筋计算 64

1.7.1.1 平面闸门闸墩的计算 64

1.7.1.2 弧形闸门闸墩的计算 65

1.7.2 泄水孔的应力计算 67

1.7.2.1 矩形断面泄水孔的应力计算 67

1.7.2.2 圆形断面泄水孔的应力计算 67

1.7.2.3 泄水孔应力计算方法的评价 68

1.7.3 坝内孔口结构的配筋计算 68

1.7.3.1 孔口结构按弹性受拉应力图形配筋的设计方法 68

1.7.3.2 钢筋混凝土结构有限元分析方法 69

1.7.3.3 三峡大坝坝内孔口结构应力及配筋分析实例 70

1.8 坝基渗流分析 71

1.8.1 坝基岩体的渗流特性 71

1.8.1.1 岩体的渗流特性 71

1.8.1.2 裂隙岩体渗流数学模型 71

1.8.2 等效连续介质模型渗流分析 72

1.8.2.1 渗透张量的性质 72

1.8.2.2 用裂隙几何参数确定渗透张量 72

1.8.2.3 渗流场控制方程式及有限元法 73

1.8.3 裂隙岩体渗流与应力耦合分析 74

1.8.3.1 裂隙水力传导系数 74

1.8.3.2 裂隙变形刚度 74

1.8.3.3 裂隙岩石的变形本构关系 74

1.8.3.4 算例 74

1.9 坝基处理设计 75

1.9.1 坝基处理的目的和要求 75

1.9.2 坝基开挖设计 75

1.9.3 坝基固结灌浆设计 76

1.9.4 坝基防渗帷幕灌浆设计 78

1.9.5 坝基排水设计 80

1.9.6 坝基断层破碎带和软弱夹层处理 81

1.9.6.1 断层破碎带处理 81

1.9.6.2 软弱夹层处理 83

1.9.7 岩溶处理 83

1.10 混凝土材料及坝体分区设计 84

1.10.1 混凝土材料的组成 84

1.10.1.1 混凝土原材料 84

1.10.1.2 混凝土配合比 85

1.10.2 混凝土强度及混凝土强度代表值 85

1.10.2.1 安全系数设计方法用的混凝土强度体系和强度参数 85

1.10.2.2 分项系数极限状态设计方法的混凝土强度等级及混凝土强度标准值 86

1.10.2.3 大体积混凝土强度的尺寸效应和骨料级配效应 86

1.10.3 坝体混凝土的分区 87

1.10.3.1 坝体分区的设计原则 87

1.10.3.2 坝体材料分区的主要特性 87

1.10.4 坝体混凝土的性能 88

1.10.4.1 混凝土抗压强度和抗拉强度 88

1.10.4.2 混凝土弹性模量 90

1.10.4.3 混凝土极限拉伸值 90

1.10.4.4 混凝土抗渗性 90

1.10.4.5 混凝土抗冻性 90

1.10.4.6 混凝土热学性能 91

1.10.5 工程实例 92

1.11 坝体构造设计 93

1.11.1 坝顶构造 93

1.11.2 坝内廊道和通道 94

1.11.2.1 廊道和通道的布置 94

1.11.2.2 廊道和竖井的形状和尺寸 95

1.11.2.3 廊道和竖井周围应力的计算 95

1.11.2.4 廊道构造 96

1.11.3 坝体分缝 96

1.11.3.1 横缝 96

1.11.3.2 纵缝 98

1.11.3.3 水平工作缝 99

1.11.4 坝体防渗和排水 99

1.11.5 深式泄水孔穿过坝体纵缝的构造 99

1.12 重力坝的修补和加高设计 100

1.12.1 混凝土的裂缝修补 100

1.12.1.1 裂缝成因及发展趋势分析 100

1.12.1.2 裂缝类型及检查方法 100

1.12.1.3 裂缝危害性分析及评估 101

1.12.1.4 混凝土裂缝的修补和补强加固 101

1.12.2 坝体渗漏处理 103

1.12.3 过流表面缺陷修补及补强 103

1.12.3.1 过流面缺陷修补和补强方法 103

1.12.3.2 修补材料 104

1.12.4 重力坝的加高设计 104

1.12.4.1 分期加高方式 104

1.12.4.2 分期加高坝体应力和稳定计算 105

参考文献 106

第2章 拱坝 109

2.1 概述 109

2.1.1 拱坝的分类 109

2.1.1.1 按坝的高度分类 109

2.1.1.2 按坝的厚度分类 109

2.1.1.3 按坝的结构分类 110

2.1.1.4 按坝体曲率分类 110

2.1.1.5 按水平拱的型式分类 110

2.1.1.6 按水平拱的厚度变化分类 110

2.1.1.7 按建筑材料和施工方法分类 111

2.1.2 拱坝设计要点 111

2.1.2.1 建基面确定 111

2.1.2.2 体型设计 111

2.1.2.3 拱座稳定分析 111

2.1.2.4 地质缺陷处理 111

2.1.2.5 温度控制设计 111

2.1.2.6 抗震设计 111

2.2 设计准则 126

2.2.1 混凝土的物理力学参数 126

2.2.1.1 坝体混凝土强度等级 126

2.2.1.2 混凝土重力密度和弹性模量 126

2.2.1.3 混凝土热学参数 126

2.2.1.4 混凝土抗渗和耐久性能 126

2.2.2 坝基岩体的物理力学参数 127

2.2.2.1 坝基岩体的工程地质分类 127

2.2.2.2 岩体的物理力学参数 127

2.2.3 作用和作用效应组合 127

2.2.3.1 作用（荷载） 127

2.2.3.2 作用效应组合（荷载组合） 131

2.2.4 拱坝混凝土强度安全标准 131

2.2.4.1 拱梁分载法坝体强度安全系数 131

2.2.4.2 线弹性有限元法坝体强度安全系数 134

2.2.5 拱座抗滑稳定安全标准 134

2.2.5.1 电力行业规范 134

2.2.5.2 水利行业规范 134

2.2.5.3 水利和电力行业规范安全性的对比 134

2.2.5.4 纯摩公式使用范围 135

2.3 拱坝枢纽布置 136

2.3.1 坝址选择 136

2.3.2 枢纽布置基本原则 136

2.3.3 枢纽布置典型方案和工程实例 138

2.3.3.1 泄洪孔口布置 138

2.3.3.2 厂房布置 140

2.3.3.3 枢纽布置工程实例 140

2.4 拱坝建基面及拱坝体型设计 148

2.4.1 拱坝建基面 148

2.4.1.1 基本要求 148

2.4.1.2 规范规定 148

2.4.1.3 设计思路与工作步骤 150

2.4.2 拱坝体型 150

2.4.2.1 确定拱冠梁 150

2.4.2.2 确定水平拱圈 152

2.4.2.3 初拟拱坝体型 154

2.4.3 拱坝体型优化 155

2.4.3.1 优化方法 155

2.4.3.2 目标函数与约束函数 155

2.4.3.3 动力优化计算方法 156

2.5 拱坝应力分析与强度设计 157

2.5.1 拱梁分载法 157

2.5.1.1 基本原理 157

2.5.1.2 调整向数选择 158

2.5.1.3 拱梁体系与荷载划分 158

2.5.1.4 地基变模取值 159

2.5.1.5 基础变形计算 161

2.5.1.6 悬臂梁计算 162

2.5.1.7 拱圈计算 164

2.5.1.8 拱坝应力计算通用程序 164

2.5.2 弹性有限元—等效应力法 166

2.5.2.1 等效应力的计算方法 166

2.5.2.2 薄层单元的应用 168

2.5.2.3 基于有限元等效应力法的强度设计准则 168

2.5.3 拱坝混凝土强度设计 169

2.5.3.1 混凝土设计强度 169

2.5.3.2 混凝土设计龄期 169

2.5.3.3 混凝土强度分区 170

2.6 拱坝坝肩抗滑稳定分析 170

2.6.1 坝肩岩体的滑动条件 171

2.6.1.1 滑块上游边界 171

2.6.1.2 滑块下游边界 171

2.6.1.3 滑块侧面边界 171

2.6.1.4 滑块底面边界 171

2.6.2 二维刚体极限平衡法 172

2.6.2.1 单位高度拱圈的稳定计算 172

2.6.2.2 浅层滑动的稳定分析 173

2.6.3 三维刚体极限平衡法 173

2.6.3.1 计算原理及方法 173

2.6.3.2 块体组合及滑移模式 173

2.6.3.3 滑动面扬压力取值 174

2.6.3.4 滑面力学参数取值 174

2.6.3.5 刚体极限平衡法稳定计算 174

2.6.3.6 典型实用程序介绍 175

2.6.4 刚体弹簧元法 175

2.6.4.1 刚体弹簧元原理 175

2.6.4.2 刚体元计算方法 175

2.6.4.3 刚体弹簧元的主要优势 176

2.6.4.4 典型实用程序介绍 176

2.7 拱坝整体稳定分析 176

2.7.1 三维非线性有限元法 177

2.7.1.1 数值方法概述 177

2.7.1.2 计算模型的建立 177

2.7.1.3 材料模拟及本构关系 177

2.7.1.4 主要荷载及施加方式 179

2.7.1.5 非线性计算方法及主要程序 180

2.7.1.6 计算成果整理及安全评价 181

2.7.1.7 变形稳定及加固分析 187

2.7.2 地质力学模型试验 188

2.7.2.1 地质力学模型设计 188

2.7.2.2 模型试验成果采集 190

2.7.2.3 试验成果分析及拱坝整体安全度评价 191

2.8 拱坝地基处理 192

2.8.1 坝基开挖 192

2.8.2 坝基固结灌浆 192

2.8.2.1 灌浆范围 192

2.8.2.2 灌浆深度 193

2.8.2.3 固结灌浆压力 193

2.8.2.4 二滩拱坝地基固结灌浆实例 193

2.8.3 坝基防渗与排水 196

2.8.3.1 防渗标准 196

2.8.3.2 帷幕灌浆设计 196

2.8.3.3 排水设计 199

2.8.3.4 二滩拱坝基础防渗与排水实例 200

2.8.4 接触灌浆 200

2.8.5 软弱层带处理 203

2.8.5.1 处理目的和要求 203

2.8.5.2 处理措施 203

2.8.5.3 混凝土置换（混凝土塞）设计 204

2.8.5.4 软弱岩带深部处理 204

2.9 坝体构造及附属结构设计 206

2.9.1 坝顶高程 206

2.9.2 坝顶布置 207

2.9.3 坝体分缝 207

2.9.3.1 横缝 207

2.9.3.2 纵缝 212

2.9.3.3 宽缝 212

2.9.3.4 水平缝 213

2.9.3.5 周边缝 214

2.9.3.6 永久伸缩缝 216

2.9.4 接缝灌浆 217

2.9.4.1 灌浆系统布置 217

2.9.4.2 出浆方式 218

2.9.4.3 止浆 218

2.9.4.4 灌浆 218

2.9.5 坝内廊道及交通 221

2.9.5.1 纵向廊道 221

2.9.5.2 横向廊道 221

2.9.5.3 竖井 222

2.9.5.4 廊道及交通布置的一般要求 222

2.9.5.5 上、下游贴角设计原则 222

2.9.6 坝体止水和排水 222

2.9.6.1 止水 222

2.9.6.2 排水 224

2.9.6.3 抽水泵房 224

2.9.7 坝身孔口配筋 224

2.9.8 其他 225

参考文献 225

第3章 支墩坝 229

3.1 概述 229

3.1.1 支墩坝的分类 229

3.1.1.1 按挡水面板型式分类 229

3.1.1.2 按支墩型式分类 230

3.1.1.3 按筑坝材料分类 230

3.1.2 支墩坝的特点和设计要求 230

3.1.2.1 支墩坝的特点 230

3.1.2.2 支墩坝设计的基本要求 232

3.1.3 支墩坝的发展现状 234

3.1.4 已建支墩坝统计 234

3.2 支墩坝布置 243

3.2.1 坝址选择及支墩坝布置 243

3.2.2 坝身泄水设施布置 243

3.2.3 发电厂房布置 244

3.2.4 坝体的其他布置要求 244

3.2.5 典型支墩坝工程 245

3.3 支墩坝断面设计 251

3.3.1 设计标准和准则 251

3.3.1.1 一般设计规定 251

3.3.1.2 洪水设计和抗震设计标准 251

3.3.1.3 荷载及其组合 251

3.3.2 混凝土的物理力学性质 252

3.3.3 基岩的物理力学性质 252

3.3.4 基本断面设计 252

3.3.4.1 基本断面设计要求 252

3.3.4.2 平板坝基本断面设计 252

3.3.4.3 连拱坝基本断面设计 253

3.3.4.4 大头坝基本断面设计 255

3.3.5 构造设计 259

3.3.5.1 平板坝构造设计 259

3.3.5.2 连拱坝构造设计 259

3.3.5.3 大头坝构造设计 260

3.3.5.4 支墩坝的材料分区设计 261

3.3.5.5 支墩坝混凝土温度控制设计 261

3.3.6 建基面选择及坝基处理 261

3.3.6.1 支墩坝建基面的确定 261

3.3.6.2 支墩坝坝基灌浆和排水 262

3.3.6.3 坝基断层处理 262

3.3.6.4 坝基处理工程实例 263

3.4 支墩坝应力计算 265

3.4.1 坝体应力计算 265

3.4.1.1 平板坝平板应力计算 266

3.4.1.2 连拱坝应力计算 267

3.4.1.3 大头坝的头部应力计算 271

3.4.1.4 支墩应力计算 271

3.4.2 坝基强度核算 278

3.4.2.1 控制标准 278

3.4.2.2 计算方法 278

3.4.3 抗震计算 279

3.4.3.1 概述 279

3.4.3.2 拟静力法 279

3.4.3.3 反应谱法 281

3.4.3.4 时程分析法 281

3.4.4 有限元法在支墩坝设计计算中的应用 282

3.5 支墩坝稳定分析 285

3.5.1 抗滑稳定分析 285

3.5.1.1 分析对象 285

3.5.1.2 计算荷载 285

3.5.1.3 荷载组合及工况 285

3.5.1.4 支墩坝抗滑稳定分析内容 286

3.5.1.5 抗滑稳定计算公式 286

3.5.2 侧向抗倾和应力分析 286

3.5.2.1 侧向抗倾稳定安全系数 286

3.5.2.2 侧向抗倾应力 288

3.5.3 弹性稳定（纵向弯曲）计算 288

3.5.3.1 无加劲肋和加劲梁的单支墩 289

3.5.3.2 有加劲肋的单支墩 290

3.5.3.3 有加劲梁的单支墩 291

3.5.3.4 有隔墙的空腹支墩 293

3.5.3.5 双支墩（大头坝） 294

3.5.3.6 拱的弹性稳定 295

3.5.3.7 弹性模量与安全系数 296

3.6 支墩坝加固处理 296

3.6.1 概述 296

3.6.2 支墩坝裂缝成因分析 296

3.6.3 支墩坝加固处理 297

3.6.3.1 裂缝修补与补强加固的必要性 297

3.6.3.2 裂缝处理及加固的一般方法 297

3.6.3.3 抗震加固 298

3.6.4 支墩坝加固处理工程实例 298

3.6.4.1 柘溪单支墩钻石头型大头坝裂缝加固 298

3.6.4.2 新丰江单支墩大头坝抗震加固 301

参考文献 302

第4章 砌石坝 305

4.1 概述 305

4.1.1 砌石坝的分类 305

4.1.2 砌石坝的特点和设计要求 308

4.1.3 砌石坝的发展现状 309

4.2 砌石体材料及其设计指标 309

4.2.1 砌石体石料 309

4.2.2 砌石坝胶凝材料 309

4.2.3 砌石体设计指标 310

4.3 砌石重力坝 317

4.3.1 体型与结构布置 317

4.3.1.1 实体非溢流坝 317

4.3.1.2 实体溢流坝 322

4.3.1.3 砌石空腹重力坝 322

4.3.2 稳定与应力分析 324

4.3.3 地基处理 325

4.4 砌石拱坝 326

4.4.1 体型与结构布置 326

4.4.2 应力与稳定分析 329

4.4.2.1 应力分析 329

4.4.2.2 拱座稳定分析 338

4.4.3 地基处理 341

4.5 其他砌石坝 345

4.5.1 砌石支墩坝 345

4.5.1.1 砌石连拱坝 345

4.5.1.2 砌石大头坝 349

4.5.2 硬壳坝 350

4.5.2.1 坝型特点 350

4.5.2.2 剖面型式与坝体填料 350

4.5.2.3 坝体构造 352

4.5.2.4 计算方法 353

4.5.3 框格填渣坝 353

4.5.4 堆石混凝土坝 357

4.6 施工技术要求与施工实例 359

4.6.1 砌石工艺要求 359

4.6.2 拱坝倒悬部位砌筑 360

4.6.3 防渗体施工要求 360

4.6.4 坝体砌筑分缝分块要求 361

4.6.5 坝体与地基连接要求 361

4.6.6 工程施工实例 361

4.6.6.1 东固砌石双曲薄拱坝 361

4.6.6.2 高家坝砌石重力坝 363

参考文献 364

第5章 碾压混凝土坝 367

5.1 概述 367

5.1.1 碾压混凝土坝的分类 367

5.1.1.1 按坝体结构型式分类 367

5.1.1.2 按材料及施工方法分类 367

5.1.1.3 按坝高分类 367

5.1.2 碾压混凝土坝的特点 367

5.1.3 碾压混凝土坝的设计要求 367

5.1.4 碾压混凝土坝的发展及其现状 368

5.2 碾压混凝土重力坝 369

5.2.1 枢纽布置 369

5.2.1.1 枢纽布置基本原则 369

5.2.1.2 枢纽布置基本经验 370

5.2.1.3 碾压混凝土重力坝坝体布置 370

5.2.2 坝体断面设计 378

5.2.2.1 设计安全准则 378

5.2.2.2 碾压混凝土设计参数 378

5.2.2.3 荷载及其组合 381

5.2.2.4 基本断面设计 383

5.2.2.5 非溢流坝断面设计 384

5.2.2.6 溢流坝断面设计 385

5.2.3 应力稳定分析 386

5.2.3.1 碾压混凝土层面对坝体静动力反应的影响 386

5.2.3.2 坝体稳定和应力的有限元法分析 388

5.2.4 防渗排水设计 391

5.2.4.1 渗透特性 391

5.2.4.2 防渗结构 393

5.2.4.3 排水系统 396

5.2.4.4 渗流分析 397

5.2.5 坝体构造 398

5.2.5.1 坝体分缝 398

5.2.5.2 坝内廊道系统 398

5.2.5.3 坝体止水和排水系统 399

5.3 碾压混凝土拱坝 399

5.3.1 枢纽布置 399

5.3.1.1 枢纽布置特点和原则 399

5.3.1.2 碾压混凝土拱坝布置 400

5.3.2 拱坝体型及断面设计 402

5.3.2.1 体型设计基本要求 402

5.3.2.2 基本体型及断面设计 406

5.3.3 应力和稳定分析 407

5.3.3.1 应力稳定分析特点 407

5.3.3.2 荷载及其组合 408

5.3.3.3 应力控制标准 408

5.3.3.4 稳定控制标准 408

5.3.4 坝体分缝和灌浆设计 408

5.3.4.1 坝体分缝设计 408

5.3.4.2 坝体灌浆设计 412

5.3.5 坝体构造 415

5.3.5.1 坝体分缝 415

5.3.5.2 坝内廊道系统 416

5.3.5.3 防渗排水系统 417

5.3.5.4 防渗结构设计 417

5.4 坝体混凝土分区及配合比 418

5.4.1 碾压混凝土原材料 418

5.4.1.1 碾压混凝土骨料 418

5.4.1.2 碾压混凝土掺合料 419

5.4.1.3 碾压混凝土外加剂 419

5.4.2 碾压混凝土配合比 422

5.4.2.1 配合比设计原则和方法 422

5.4.2.2 碾压混凝土配合比 422

5.4.2.3 变态混凝土配合比 427

5.4.3 碾压混凝土主要性能参数 430

5.4.3.1 碾压混凝土主要性能 430

5.4.3.2 变态混凝土主要性能 435

5.4.4 坝体混凝土分区及主要性能要求 436

5.4.4.1 碾压混凝土重力坝材料分区 436

5.4.4.2 碾压混凝土拱坝材料分区 437

5.5 施工工艺及质量控制措施 439

5.5.1 施工组织设计原则 439

5.5.2 碾压混凝土生产 440

5.5.3 碾压混凝土入仓方式 440

5.5.4 碾压混凝土施工工艺 444

5.5.5 质量检测与控制 450

5.6 贫胶砂砾石坝 454

5.6.1 概述 454

5.6.2 贫胶砂砾石坝的特点 455

5.6.3 贫胶砂砾石坝坝体设计实例 455

5.6.4 设计准则 456

5.6.5 材料配合比设计及主要性能参数 457

5.6.6 施工工艺 457

5.6.6.1 生产性拌和与碾压工艺 457

5.6.6.2 施工程序 458

5.6.7 质量控制 458

5.6.8 工程实例 459

参考文献 459

第6章 混凝土温度应力与温度控制 463

6.1 概述 463

6.1.1 温度应力的变化过程 463

6.1.2 温度应力的分类 463

6.1.3 温度应力与温控防裂的主要技术问题 463

6.2 热传导原理及基本资料 465

6.2.1 热传导方程及定解条件 465

6.2.1.1 热传导方程 465

6.2.1.2 初始条件 466

6.2.1.3 边界条件 466

6.2.2 初始条件和边界条件的近似处理 466

6.2.2.1 初始温度场的确定 466

6.2.2.2 混凝土与空气接触 466

6.2.2.3 混凝土与水接触 467

6.2.2.4 表面有模板与保温层 467

6.2.2.5 水管冷却边界 468

6.2.3 混凝土热性能 468

6.2.3.1 基本参数 468

6.2.3.2 水化热 468

6.2.3.3 混凝土绝热温升 468

6.2.4 外界温度变化的影响深度 469

6.2.4.1 气温影响 469

6.2.4.2 日照影响 470

6.2.4.3 水温影响 470

6.3 库水温度 470

6.3.1 水库水温分布的主要规律 470

6.3.2 影响水库水温分布的主要因素 474

6.3.3 水库水温计算的主要方法 474

6.3.3.1 经验公式方法 474

6.3.3.2 数值分析方法 476

6.3.3.3 综合类比方法 478

6.4 混凝土弹性模量、徐变及应力松弛 478

6.4.1 混凝土弹性模量 478

6.4.2 混凝土徐变度及其表达式 481

6.4.2.1 徐变度的影响因素 481

6.4.2.2 混凝土徐变度的表达式 481

6.4.3 混凝土松弛系数及其表达式 482

6.4.4 用于初步设计的混凝土弹性模量、徐变度和松弛系数 483

6.4.4.1 常态混凝土弹性模量、徐变度和松弛系数 483

6.4.4.2 碾压混凝土弹性模量和徐变度 484

6.5 温度场和弹性徐变温度应力场的有限单元法 486

6.5.1 温度场有限元仿真计算基本方法 486

6.5.1.1 温度场有限元控制方程 486

6.5.1.2 水管冷却算法 487

6.5.1.3 不稳定温度场算例 487

6.5.2 弹性温度徐变应力的有限单元法 488

6.5.2.1 单元平衡方程 488

6.5.2.2 考虑徐变的单元刚度及荷载矩阵 489

6.5.2.3 整体有限元方程 489

6.5.2.4 温度徐变应力仿真计算程序 489

6.5.2.5 工程应用算例 491

6.5.3 多层混凝土结构仿真应力分析的并层算法 492

6.5.4 分区异步长算法 493

6.6 混凝土浇筑温度 494

6.6.1 混凝土出机口温度 494

6.6.2 混凝土入仓温度 494

6.6.3 混凝土浇筑温度 495

6.7 混凝土水化热温升和天然冷却 495

6.7.1 混凝土水化热温升 495

6.7.1.1 按第一类边界条件求解混凝土水化热温升 495

6.7.1.2 按第三类边界条件求解混凝土水化热温升 496

6.7.1.3 混凝土浇筑块水化热温升的图解法 496

6.7.1.4 用一维差分法求多层浇筑块水化热温升 497

6.7.2 混凝土天然冷却 497

6.7.2.1 初温均匀分布、气温为零、第三类边界条件下平板的冷却 497

6.7.2.2 初温均匀分布、气温线性变化、第三类边界条件下平板的温度场 498

6.8 混凝土坝稳定温度场 499

6.8.1 实体重力坝和厚拱坝稳定温度场 499

6.8.2 宽缝重力坝稳定温度场 500

6.8.3 薄拱坝准稳定温度场 501

6.9 混凝土薄板温度应力 501

6.9.1 嵌固板 501

6.9.2 自由板 503

6.9.2.1 计算原理 503

6.9.2.2 水化热引起的温度应力 504

6.9.2.3 拆除模板时的冷击 505

6.9.2.4 初始温差对表面温度应力的影响 506

6.10 混凝土浇筑块温度应力 507

6.10.1 基础梁在均匀温度作用下的应力 507

6.10.2 老混凝土基础梁的温度应力 508

6.10.3 基础浇筑块在均匀温度作用下的应力 508

6.10.4 基础浇筑块在不均匀温度作用下的应力 509

6.10.5 基础浇筑块温度应力近似计算 513

6.10.6 脱离基础约束的浇筑块的温度应力 513

6.10.6.1 上下层温差梯度产生的温度应力 514

6.10.6.2 内外温差梯度产生的温度应力 514

6.10.6.3 年温度变化在坝体表面引起的温度应力 514

6.11 气温骤降引起的温度应力和表面保温 516

6.11.1 气温骤降引起的温度应力 516

6.11.2 表面保温对温度应力的影响 516

6.11.3 保温材料与表面保温效果的估算 517

6.12 水闸和船闸温度应力 518

6.12.1 水闸和船闸温度应力的主要特征 518

6.12.2 软基上水闸和船闸温度应力 518

6.12.2.1 船闸闸墙温度应力 518

6.12.2.2 水闸闸墩温度应力 519

6.12.2.3 简化计算 520

6.12.3 硬岩上船闸和水闸温度应力 521

6.12.4 船闸和水闸温度应力控制方法 521

6.13 重力坝温度应力 522

6.13.1 重力坝温度应力的主要特性 522

6.13.1.1 分块浇筑 522

6.13.1.2 通仓浇筑 522

6.13.2 通仓浇筑重力坝温度应力 522

6.13.3 分期施工重力坝温度应力 523

6.13.3.1 新老坝面平行 523

6.13.3.2 新老坝面不平行 523

6.13.4 碾压混凝土重力坝温度应力 524

6.13.5 用有限元法计算重力坝温度应力 525

6.14 拱坝温度应力 527

6.14.1 拱坝温度和温度应力的主要特性 527

6.14.1.1 拱坝温度特性 527

6.14.1.2 拱坝温度应力特性 528

6.14.2 拱坝温度的一般计算公式 528

6.14.2.1 拱坝特征温度场 528

6.14.2.2 拱坝温度荷载 529

6.14.3 坝内温度变幅计算 529

6.14.4 最不利组合 529

6.14.5 上下游面年均温度及年变幅的计算 530

6.14.6 简化计算 531

6.14.7 碾压混凝土拱坝温度应力 532

6.14.7.1 温度应力和接缝设计 532

6.14.7.2 无横缝的碾压混凝土拱坝 532

6.14.7.3 有横缝的碾压混凝土拱坝 535

6.14.8 用有限单元法计算拱坝温度应力 536

6.14.8.1 计算要求 536

6.14.8.2 成果整理 536

6.14.8.3 工程算例 536

6.14.9 拱坝施工期温度应力 539

6.14.9.1 施工期温度应力特点 539

6.14.9.2 计算方法及控制标准 540

6.15 坝内圆形孔口和水工隧洞衬砌温度应力 541

6.15.1 坝内圆形孔口 541

6.15.1.1 稳定温度场产生的应力 541

6.15.1.2 简谐温度场产生的应力 541

6.15.2 水工隧洞衬砌 543

6.15.2.1 水工隧洞的温度场 543

6.15.2.2 水工隧洞衬砌的温度徐变应力 543

6.16 混凝土水管冷却计算 545

6.16.1 水管冷却的目的和布置原则 545

6.16.1.1 水管冷却的主要目的 546

6.16.1.2 冷却水管布置的一般原则 546

6.16.2 水管冷却温度计算 546

6.16.2.1 二期冷却的温度计算 546

6.16.2.2 一期冷却的温度计算 548

6.16.3 水管冷却的一般要求 548

6.17 混凝土容许温差 549

6.17.1 基础温差控制 549

6.17.1.1 基础温差及其容许值 549

6.17.1.2 几种情况的讨论 550

6.17.2 内外温差控制 551

6.17.3 上下层温差控制 552

6.18 混凝土裂缝成因及防治技术 553

6.18.1 裂缝主要成因分析 553

6.18.1.1 混凝土热学及力学性能 553

6.18.1.2 混凝土环境条件 554

6.18.1.3 结构型式、分缝分块 554

6.18.1.4 施工工艺 554

6.18.1.5 基岩约束 554

6.18.2 防裂技术措施 555

6.18.3 温控工程实例 556

6.18.3.1 东风混凝土拱坝 556

6.18.3.2 潘家口重力坝 557

6.18.3.3 龙羊峡重力拱坝 559

6.18.3.4 光照碾压混凝土重力坝 559

6.18.3.5 三峡混凝土重力坝 560

6.18.3.6 小浪底高标号隧洞衬砌混凝土温控 561

6.18.4 裂缝处理 562

6.18.4.1 一般性处理 562

6.18.4.2 裂缝凿除 562

6.18.4.3 限裂钢筋 562

6.18.4.4 水泥灌浆 562

6.18.4.5 化学灌浆 563

6.18.4.6 抽槽回填混凝土 564

6.18.4.7 排水孔 564

6.18.4.8 预应力锚固 564

6.18.4.9 设置廊道 564

6.18.5 裂缝处理工程实例 564

6.18.5.1 东风混凝土拱坝的裂缝处理 564

6.18.5.2 观音阁碾压混凝土重力坝的水平裂缝处理 565

6.18.5.3 丹江口混凝土重力坝的裂缝处理 568

6.18.5.4 丰乐混凝土拱坝的裂缝处理 571

6.18.5.5 普定碾压混凝土拱坝的裂缝处理 573

6.19 制冷（热）容量计算及设备选择 574

6.19.1 制冷 574

6.19.2 制热 576

参考文献 577