当前课程知识点:水利水电工程概论 > 第三章 挡水和泄水建筑物 > 3.2 拱坝 > 第3.2节视频 拱坝
同学们好
本节课我们来共同学习
挡水和泄水建筑物中的拱坝
大家先来欣赏几张图片
张家界天门山
桂林象鼻山
陕北窑洞
隋唐巅峰之作赵州桥
我们可以发现
这些结构有一个共同特征
都是拱形结构
拱是一种主要承受轴向压力的推力结构
如图中的竖向荷载
通过拱的作用
转化为沿着拱轴线向的压力作用
利用抗压性能较好的材料
如砖石或混凝土去做拱
可以充分发挥材料的受压性能
本节课我们将要学习的拱坝
就很好的利用了拱的这一性能
拱坝与重力坝相比
筑坝材料相同
都采用混凝土或浆砌石筑坝
但二者的结构形式存在很大的差异
接下来我们来逐步认识这种坝型
本节课主要包括以下三个方面的内容
拱坝建设起源于欧洲
最古老的拱坝遗址
鲍姆拱坝建于古罗马时期
位于法国南部
坝高12m
13世纪伊朗修建的库力特拱坝
坝高达60m
20世纪
随着设计理论的提高
拱坝建设数量迅速增加
拱坝的高度也越来越高
1936年
美国建成了坝高221m的胡佛重力拱坝
瑞士
于1958年建成坝高237m的莫瓦桑拱坝
前苏联格鲁吉亚
于1984年建成了
坝高272m的英古里拱坝
建国后我国拱坝建设发展迅速
随着湖南东江
黄河第一坝龙羊峡
松花江上的白山
乌江干流上的东风
湖北清江上的隔河岩
等一批100~200m级高拱坝的建设
拱坝的设计和施工水平得到了较快发展
2000年
位于四川雅砻江下游河段
坝高240m的二滩拱坝的建成
标志着我国拱坝建设技术
达到了国际先进水平
进入21世纪
随着我国西部大开发战略
和西电东送战略的实施
黄河上的拉西瓦
澜沧江上的小湾
金沙江上的溪洛渡
雅砻江上的锦屏一级
等一批200~300m级特高拱坝的建成
标志着我国拱坝建设水平
已达到世界领先地位
其中坝高305m的锦屏一级拱坝
是目前世界最高的拱坝
锦屏一级水电站工程地质条件复杂
施工环境恶劣
技术难度大
2018年6月
荣获具有中国土木工程奥斯卡之称的
詹天佑奖
2019年7月
荣获被誉为工程咨询领域
诺贝尔奖的菲迪克工程项目杰出成就奖
图中是正在建设中的金沙江下游河段
梯级开发的第一和第二级电站
乌东德拱坝和白鹤滩拱坝
坝高分别为270m和289m
拱坝是平面上凸向上游
三向固接于基岩的空间壳体结构
可看作由支承于两岸坝肩岩体上的
一层层水平拱圈
和固结于地基上的一根根悬臂梁构成
坝体所承受的水平荷载
大部分通过拱的作用传给两岸岩体
剩余的小部分类似于重力坝一样
通过梁的作用传至坝底基岩
因此拱坝主要依靠
两岸拱端岩体反力作用维持坝体稳定
拱坝利用拱结构特点
可以充分发挥筑坝材料强度
坝体厚度薄
相同高度的拱坝与重力坝相比
体积可节省大约1/2~2/3
拱坝是整体空间结构
坝体轻韧
富有弹性
抗震能力强
安全度高
图中沙牌拱坝高132m
是我国20世纪末建成的
世界最高的碾压混凝土拱坝
抗震设防烈度为Ⅶ度
5.12汶川大地震震中
距离坝址大约36km
波及到坝址的影响烈度大约Ⅸ度
地震发生时水库水位为正常蓄水位
震后检查坝体未发现明显的破坏
拱坝坝身泄流布置复杂
随着设计理论的提高
拱坝不仅可以通过坝顶溢流
还可以在坝身开设大孔口泄流
但由于拱轴线为曲线
下泄水流向心集中
会加剧对河床及岸坡的冲刷
这对拱坝坝身泄水的体型
布置
运用管理
以及消能提出了更高的要求
地形条件是决定拱坝的结构型式
工程布置以及经济性的主要因素
理想的地形应是河谷狭窄
左右岸对称
岸坡平顺无突变
在平面上向下游收缩
河谷在平面上向下游收缩
拱端下游可利用岩体多
有利于坝体的稳定
拱坝河谷的形状特征
用宽高比L/H来表示
L为坝顶高程处的河谷宽度
H为最大坝高
拱坝的厚薄程度
用厚高比T/H来区分
T为坝底最大厚度
H为最大坝高
下面我们来看一下二者之间的关系
宽高比越小
河谷越狭窄
拱作用越大
坝体承受的大部分荷载
通过拱作用传给两岸山体
坝体可以越薄
实践证明
对于宽高比L/H小于1.5的
深切河谷适合修建薄拱坝
其对应厚高比T/H小于0.2
对于宽高比1.5≤L/H≤3.0的稍宽河谷
最适合修建中厚拱坝
其对应厚高比0.2≤T/H≤0.35
对于宽高比3.0<L/H≤4.5的宽河谷
多修建重力拱坝
其厚高比T/H>0.35
对于L/H>4.5的宽浅河谷
由于拱的作用已经很小
一般认为不太适合修建拱坝
但随着拱坝技术水平的提高
已有一些成功的实例突破了这个界限
比如美国的奥本拱坝
坝高210m
宽高比6.0
厚高比0.29
不同河谷即使宽高比相同
其断面形状也可能相差很大
图示代表两种不同类型的河谷形状
a图为V形河谷
b图为U形河谷
对于左右对称的V形河谷
拱作用发挥较好
这类河谷形状
适合建厚度相对较薄的双曲拱坝
U形河谷中梁承担荷载较大
适合建厚度较大的单曲拱坝
那么如何定义这两种坝型呢
单曲拱坝是指只有水平向曲率
而各悬臂梁的上游面呈铅直的拱坝
图中的响洪甸拱坝就采用这种形式
响洪甸拱坝是在建国初期
我国自行设计建造的
第一座混凝土重力拱坝
最大坝高87.5m
1956年4月开工
1958年7月竣工
为根治淮河水患
2万多的治淮大军
用两年多的时间建成了
当时淮河流域最大的水库
双曲拱坝
是指水平向和竖直向都有曲率的拱坝
双曲拱坝不仅有水平拱的作用
而且也有竖向拱的作用
受力条件好
尽管结构复杂
施工不便
但狭窄河谷中的拱坝
大都采用这种形式
图示为广东泉水双曲薄拱坝
坝高80m
厚高比0.112
拱坝对地质条件的要求
比其他任何坝型都要高
河谷两岸的基岩
必须能够承受拱端传来的巨大推力
在任何情况下都应保持稳定
不致危及坝体的安全
理想的地质条件应该是
基岩质地均匀
坚固完整
有足够的强度
透水性小
能抵抗水的侵蚀
耐风化
岸坡稳定
没有大的断裂
拱坝坝肩岩体的稳定是拱坝安全的前提
据不完全统计
国内外曾发生过
影响拱坝安全运行或破坏的事例
共有45起中
由于稳定出问题的有28起
占62%
遭到破坏以致完全不能使用的拱坝
共有6座
全部是由稳定引起的
1959年12月
法国马尔巴塞拱坝溃决
就是由于左坝肩岩体失稳造成的
因此在工程选址时
必须认真查明工程地质条件
针对不同的地质情况
采取安全
经济
妥善的地基处理措施
以确保大坝安全
这是我们本节课所要学习的内容
同学们再见
-1.1 水资源
--第1.1节测试 水资源
-1.2 水利工程
--第1.2节测试 水利工程
-1.3 古代时期中国水利工程的发展
--第1.3节测试 古代时期中国水利工程的发展
-1.4 新中国水利工程建设成就
--第1.4节测试 新中国水利工程建设成就
-第一章测试 绪论
-2.1 水利枢纽与水工建筑物
--第2.1节测试 水利枢纽与水工建筑物
-2.2 我国典型水利枢纽
--第2.2节测试 我国典型水利枢纽
-第二章测试 水利枢纽与水工建筑物
-3.1 重力坝
--第3.1节测试 重力坝
-3.2 拱坝
--第3.2节测试 拱坝
-3.3 土石坝
--第3.3节测试 土石坝
-3.4 岸边溢洪道
--第3.4节测试 岸边溢洪道
-3.5 水工隧洞
--第3.5节测试 水工隧洞
-3.6 坝身泄水底孔
--第3.6节测试 坝身泄水底孔
-第三章测试 挡水和泄水建筑物
-4.1 水闸
--第4.1节测试 水闸
-4.2 渠首
--第4.2节测试 渠首
-4.3 渠系建筑物
--第4.3节测试 渠系建筑物
--第4.3节拓展 新型输水管道预应力钢筒混凝土管(PCCP)简介
-第四章测试 引调水建筑物
-5.1 水利发电原理和特点
--第5.1节测试 水力发电基本原理与特点
-5.2 坝式水电站
--第5.2节测试 坝式水电站
-5.3 引水式电站
--第5.3节测试 引水式水电站
-第五章测试 水电站及水电站建筑物
-6.1 灌溉与排水
--第6.1节测试 灌溉与排水
-6.2 节水灌溉
--第6.2节测试 节水灌溉
-第六章测试 农业水利工程
-7.1 防洪措施与河道整治工程
--第7.1节测试 防洪措施与河道整治工程
-7.2 堤防与分(蓄、滞)洪工程
--第7.2节测试 堤防与分(蓄、滞)洪工程
-第七章测试 防洪治河工程
-8.1 城市水务的概念及发展历程
-第八章测试 城市水务工程
-9.1 施工导截流
--第9.1测试 施工导截流
-9.2 坝基处理与土石坝施工
--第9.2节测试 地基处理和土石坝施工
-9.3 混凝土坝施工和地下洞室施工
--第9.3节测试 混凝土坝和地下洞室施工
-9.4 水工建筑物智能建造技术
--第9.4节测试 水工建筑物智能建造技术
-第九章测试 水利工程施工
-10.1 水库大坝运行管理
--第10.1节测试 水库大坝运行管理
-10.2 水库信息化
--第10.2节测试 水库信息化
-第十章测试 水利水电工程运行管理
-11.1 生态水利工程学
--第11.1节测试 生态水利工程学
-11.2 河流廊道生态工程技术
--第11.2节测试 河流廊道生态工程技术
-11.3 水库多目标生态调度技术
--第11.3节 测试 水库多目标生态调度技术
-第十一章测试 生态水利工程学