重力拱坝

重力作用较为显著的拱坝

重力拱坝（gravity-arch dam），重力作用较为显著的拱坝。一般情况下重力拱坝常建筑于较宽的河谷，其厚度较大，厚高比常在0.35以上。重力拱坝形式随河谷形状而异。对较宽的U形或梯形河谷，常采用定中心定半径拱坝，与重力坝接近。对较宽的 V形河谷常采用变中心变半径拱坝（即双曲拱坝）。

简介

重力拱坝（gravity-arch dam）是指既靠坝的自重，又靠拱的作用来保持坝体稳定的拱坝。兼有重力坝和拱坝的受力特点，坝体承受的荷载大部分借悬臂梁的作用传给坝基；小部分借拱的作用传给两岸。一般修建在宽高比为3.0～4.5的宽河谷中。拱的作用较小，故坝底厚度一般为坝高的35%～60%。

拱形重力坝（curved gravity dam）指平面上呈拱形的整体式重力坝。依靠自重来维持坝体稳定，拱的作用仅提高抗滑稳定的安全度，有时用以加长溢流前缘。工作原理与一般重力坝基本相同。

重力拱坝优点

重力拱坝在拱坝中属较厚实的一种坝型。它的主要优点是：

①兼有拱坝及重力坝的优点，安全性较高，对抗御超标准洪水或意外荷载潜力较大；

②便于在坝体内布置泄水孔及坝顶溢流；

③便于在坝下游面设置厂房；

④坝体应力及渗透压力比降较低；

⑤有时为适应地形、地质上的需要，还可调整体型结构，降低坝基应力，以满足坝址地质要求。如美国胡佛坝地质差，要使221m的大坝最大坝基应力控制在3MPa以下，才采用了这种坝型。

重力拱坝的应力及稳定分析方法与拱坝相同，因坝体厚度较大，温度及渗透压力对坝体影响较大，一般应予考虑。由于重力拱坝主要依靠梁的作用即以重力作用为主，故稳定问题显得更重要。

重力拱坝稳定分析

1、拱座稳定分析

采用刚体极限平衡法，按承载能力极限状态计算，要求抗力大于作用力。

2、沿坝基的浅层稳定分析

采用刚体极限平衡法，按承载能力极限状态力计算，利用抗剪断强度的计算公式，要求抗力大于作用力。

3、坝体应力控制标准

按承载能力极限状态力计算，采用拱梁分载法及有限元法计算，要求抗力大于作用力。坝基岩体静态物理力学参数见下图，坝基岩体动态变模的标准值可较其静态标准值提高30%。

重力拱坝坝型研究

在枢纽布置时，曾研究过多种坝型，根据河床与近河床的地质情况，最后选定了重力拱坝。

隔河岩坝址为一不对称河谷，左岸高程150m以上地形平缓低矮，为了改善修建拱坝的河谷地形和提高下部拱坝高度，避免拱坝顶部重力坝过高，在设计中，在左岸坝肩（高程126~138m建基面上）设置重力墩。重力墩由4个坝段组成，由于重力墩左段为垂直升船机，从稳定和应力条件看，不宜作得过高，只宜承受150m以下拱推力，因此，将高程150m以下的横缝进行灌浆连成整体，承受拱坝推力，高程150m以上的横缝不灌浆，成为重力坝。重力墩底部尺寸顺轴向87m，垂直轴向约81m。河床主体为上重下斜拱式重力拱坝，两岸为重力坝的综合坝型。影响两岸拱座稳定的软弱结构面采用阻滑键、传力柱及加强山体内部排水等措施进行处理。

重力拱坝的封拱高程左岸为150m，河床为180m，右岸为160m，上游坝面采用铅直圆弧面，外半径为312m。下游坝坡上部重力坝为1∶0.7，下部重力拱坝为1∶0.5，其间用铅直线连结。拱圈平面内弧采用三心圆，靠近拱冠部位采用定圆心大半径等厚圆拱，拱端部位采用变圆心小半径贴角加厚，坝坡随之变为1∶0.75，顶拱中心角80°。

隔河岩重力拱坝体形有如下特殊性：

1、拱坝封拱高程不在坝顶，且封拱高程不在同一高程上，在重力拱坝的上部有一个较高的重力坝，随着封拱高程的不同，重力坝的高由26~56m，下部重力拱坝在立面上形成一个竖向斜拱，这样，一方面扩大了整体联合受力作用，另一方面又使结构近乎对称。斜拱式结构较封拱高程全为150m的平拱方案，其最大拉应力可减少25%~30%，使坝体拉应力能满足规范要求。

2、拱坝顶拱中心角为80°，比规范规定的90°~110°偏小，拱坝设计较扁平，这主要是为了适应坝身宣泄大流量洪水的要求。隔河岩大坝泄洪流量高达20000m3/s以上，泄洪时每米宽度将有17万kW的能量，若顶中心角大，水流向集中程度加大，能量更趋集中，将会给下游的消能带来困难。

3、隔河岩重力拱坝采用三心圆拱，其拱圈平面在中间采用大半径，两端采用小半径，类似抛物拱。这主要也是为改善泄洪条件。隔河岩采用扁平化拱坝，虽然避免了过大的向心水流作用，但使拱座产生了较大的拉应力，设计上采用近乎椭圆形的三心圆拱，在拱端处用小半径贴角加大断面，既可改善水流的向心问题，又能减小拱座拉应力。这种新坝型给设计者们带来了坝体应力分析及大坝稳定分析更为复杂与更大的难度，为此，长江委在设计过程做了大量的科学研究。

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