6.2.1.1　荷载类型与荷载组合

作用在坝上的荷载分为基本荷载和特殊荷载。

（1）基本荷载

①坝体及其上永久设备自重；

②正常蓄水位或设计洪水位时大坝上、下游面的静水压力（选取一种控制情况）；

③扬压力；

④淤沙压力；

⑤正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力；

⑥冰压力；

⑦土压力；

⑧设计洪水位时的动水压力；

⑨出现机会较多的其他荷载。

（2）特殊荷载

⑩校核洪水位时大坝上、下游面的静水压力；

⑪校核洪水位时的扬压力；

⑫校核洪水位时的浪压力；

⑬校核洪水位时的动水压力；

⑭地震荷载；

⑮出现机会很少的其他荷载。

（3）荷载组合

在进行坝基抗滑稳定性及坝体应力计算时，荷载组合分为基本组合和特殊组合两种，如表6-1所示。必要时应考虑其他可能的不利组合。

表6-1　荷载组合

注：1.应根据各种荷载同时作用的实际可能性，选择计算中最不利的荷载组合。2.分期施工的坝应按相应的荷载组合分期进行计算。3.施工期的情况应作必要的核算，作为特殊组合。4.根据地质和其他条件，如考虑运用时排水设备易于堵塞，须经常维修时，应考虑排水失效的情况，作为特殊组合。5.地震情况，如按冬季计及冰压力，则不计浪压力。

6.2.1.2　主要荷载的计算

由于坝基多呈长条形，其稳定性可按平面问题考虑。因此，坝基受力分析通常是沿坝轴线方向取1m宽坝基（单宽坝基）为单位进行计算。

6.2.1.2.1　静水压力

由于坝体上下游坝面一般为非竖直面，因此静水压力可以分解为水平静水压力和竖直静水压力（图6-23）。水平静水压力即坝上下游水体对坝体水平压力的合力，其方向一般由上游指向下游，其大小为：

式中：Ph——单宽坝体所受水平静水压力（kN）；

P1，P2——分别为单宽坝体上下游所受水平静水压力（kN）；

h1，h2——分别为从坝底计算的上下游库水水深（m）；

ρw——水的密度（kN/m3）。

竖直静水压力则为坝体上下游坝面以上水体（图6-23中的阴影部分）的重力之和，即：

式中：Pv——单宽坝体所受竖直静水压力（kN）；

α，β——分别为坝体上下游坡面的倾角（°）。

图6-23　坝体静水压力分布示意图

6.2.1.2.2　扬压力

库水经坝基向下游渗透时便会产生扬压力。扬压力由浮托力和渗透压力两部分组成，都是上抬的作用力，会抵消一部分法向应力，因而不利于坝基稳定。相当数量的毁坝事件都是由扬压力的剧增引起的，例如1895年法国Bouzey坝和1923年意大利Gleno坝的失事，都是因扬压力过高引起的。

浮托力的确定方法比较方便，而渗透压力的确定则比较困难。虽然从1895年法国Bouzey坝失事后就开始研究这个问题，但至今仍没有找到一种准确有效地确定渗透压力的方法。

如图6-24所示，在没有灌浆和排水设施的情况下，坝底扬压力可按下式确定：

式中：U——单宽坝底所受扬压力；

U1——浮托力（kN）；

U2——渗透压力（kN）；

γw——水的容重（kN/m3）；

B——坝底宽度（m）；

H1、H2——分别为坝上下游水的深度（m）；

H——坝上下游的水头差（m）。(www.daowen.com)

式（6-15）称为莱维法则。由于扬压力仅作用在坝底和坝基接触面与坝基岩土体内的连通空隙中，因而实际作用于坝底的扬压力应小于按莱维法则确定的数值，因此，可以按下式来校正扬压力：

图6-24　坝底扬压力分布图

式中，λ0为校正系数，取小于1.0的值。根据莱利阿夫斯基（Leliarsky，1958）的试验，扬压力实际作用的面积平均占整个接触面积的91%左右，但为安全起见，目前大多数设计中仍然采用莱维法则，即取λ0=1.0进行设计。

当坝基有灌浆帷幕和排水设施时，必将改变渗透压力的分布，此时，坝底上扬压力的大小取决于H1、H2、B、坝基岩体的渗透性能、灌浆帷幕的厚度和深度、排水孔间距以及这些措施的效果等因素。这时，可按下式计算[图6-25（a）]：

图6-25　坝底面上的扬压力分布图

式中：b1——坝踵至防渗帷幕下游边缘距离（m）；

b2——帷幕下游边缘至排水孔距离（m）；

α1——帷幕下游边缘渗压剩余水头系数；

α2——排水孔线处剩余水头系数。

α1和α2又称为扬压力系数，它们是根据坝基岩体裂隙的发育情况、坝体与接合面的施工质量以及灌浆帷幕和排水孔的工作可靠性，并参考已建成的相类似大坝运行的经验和坝的重要性等拟定的。按我国大坝设计的习惯用值：α1=0.45～0.6，α2=0.2～0.4。

若为宽缝（空腹）重力坝或支墩坝等轻型坝，由于坝体空腹可起排水作用，坝基扬压力有所消失，设计时扬压力取值较小。这时，可按下式计算扬压力[图6-25（b）]：

如果仅有排水设施，λ0可以在0.8～0.9间取值并按式（6-16）计算。

当考虑坝基岩体深部抗滑稳定性问题时，应研究岩体深部可能构成失稳岩体滑移控制面的结构面上的扬压力。它的确定方法与上述坝底扬压力的确定方法大致相似，主要是根据坝基底面上的扬压力，考虑滑移控制面的埋深而确定，如图6-26所示。

另外，如果能够确定坝基岩体内地下水渗流的水力梯度（I），也可以按下式计算渗透压力：

6.2.1.2.3　淤沙压力

水库蓄水后，水流所挟带的泥沙逐渐淤积在坝前，对坝上游面产生泥沙压力（psk）。当坝体上游坡面接近竖直面时，作用于单宽坝体的泥沙压力的方向近于水平，并从上游指向坝体，其大小可按朗肯土压力理论来计算，即：

图6-26　作用在滑移面上的扬压力

式中：ρ0——淤沙的浮容重（kN/m3）；

hs——坝前泥沙淤积厚度（m），可根据设计年限（一般计算年限采用50～100年）、年均泥沙淤积量及库容曲线求得；

φ——淤沙的内摩擦角（°），对于淤积时间较长的粗颗粒泥沙，可取18°～20°，黏土质淤积物可取12°～14°，极细的淤泥、黏土和胶质颗粒可取0°，当泥沙淤积速度很快来不及固结时，宜取0°。

当坝面倾斜时，应计算竖向淤沙压力。

6.2.1.2.4　浪压力

水库水面因风吹产生波浪，并对坝面产生浪压力。波浪的强度主要取决于水面的大小和风的特征，包括风速v、风的作用时间和风在水面的吹程D等。按照安得烈雅诺夫的研究，波浪高度hw（即波峰至波谷的高度）和波浪长度Lw（即相邻两波峰间的距离）可以按下式来确定：

风速v应根据当地气象部门的实测资料确定，吹程D是波浪推进方向的水面宽度，即沿风向从坝址到水库对岸的最远距离，可根据风向和水库形状确定。

当水深Hw＞Lw/2时，在Lw/2深度以下可不考虑浪压力的影响，因而作用于单宽坝体上的浪压力为：