第二节 重力坝的荷载及其组合

建筑物的起码要求是稳定和强度的满足。工程设计是“先设后计” “边设边计”，所以，要先拟出其基本剖面（图1-27），分析所承受的荷载并按“可能最不利”的原则组合成几种控制情况，再按规范要求分别加以核算。“可能”是指会实际发生的荷载，“最不利”是指作为控制的组合情况，所以荷载确定的关键在于:①实际情况的具体分析及合理组合；②会取脱离体，做出计算简图；③判断并作出力学计算用的结构及荷载图形。

一、作用在坝体上的荷载

作用在坝体上的荷载可归纳为两大类，见图1-3。

下面分别研究各荷载的确定方法，注意掌握“力的三要素”（大小、方向、作用点）。具体计算时，取单宽米或一个坝段长为脱离体（计算实体重力坝不计横缝两侧的约束，取1延米计算与取一个坝段计算同效），要按平面汇交力系对计算体底面中心（原）点取矩。

（一）坝体及附属建筑物和固定设备的自重

可分块计算。

（1）大小：

式中 γ_h——材料容重，一般取用混凝土容重为24kN/m³，浆砌石容重为22～24kN/m³；

V_i——计算块体积，m³。

（2）方向：铅直向下。

（3）作用点：计算块断面形心。

（二）水压力

其方向是垂直于作用面的，但为了按平面汇交力系计算时的方便，可将其对坝体的作用分为水平和垂直两个方向的，均可分块计算。

1.静水压力P_J（图1-4、图1-5）

（1）水平静水压力。

1）大小：按水力学原理，距水面下y深度处特征点的点压力强度为

将特征点的点压力强度值按比例标出，再将特征点间以直线连接，可作出荷载图形。所以，水平静水压力=荷载图形面积×水的容重γ，故有：

非溢流时的水平静水压力（图1-4）

溢流时的水平静水压力(图1-5)

式中 γ——水（或含泥沙水）的容重，kN／m³；

H_i——作用面的水深，m，上游为H₁，下游为H₂；

h——坝顶溢流水深，m。

2）方向：水平向坝。

3）作用点：荷载图形形心在作用面的投影。

（2）铅直静水压力（当坝面倾斜时）。

1）大小：

式中 γ——水（或含泥沙水）的容重，kN/m³；

A——荷载图形面积，m²。

2）方向：铅直向下。

3）作用点：荷载图形形心在作用面的投影。

2.动水压力P（图1-5）

溢流坝等泄水建筑物泄水时，过流面上将有动水压力。主要是反弧段上的离心力，离心力合力的水平及垂直分力的代表值可按下式计算。

（1）大小：根据动量方程推导的结果，并忽略某些次要因素，可得反弧段cd上的铅直向动水压力P_V为

水平向动水压力P_H为

式中 α₁、α₂——反弧段cd最低点两侧的弧段所对的中心角；

q——单宽流量；

v——反弧段上的平均流速，可按水力学公式计算。

（2）方向：水平力以向上游为正，铅直力以向下为正。

（3）作用点：可认为P_V、P_H作用在反弧段的中点。

（三）扬压力

1.发现

由于早期在重力坝力学计算中，出现作用力与模型或实测情况不能一致，美国的皮尔逊经过30年（1860—1890年）的努力探索，并通过瓦丘珊特坝的设计和建造，发现和证明了存在着的重要又隐蔽的荷载——扬压力。它对挡水建筑物的应力和稳定影响较大而又较难于精确确定。扬压力之所以难于精确确定，是因为它的大小在很大程度上与坝的地基性质、施工工艺和坝体或坝基内为减少渗压而采用的防渗和排水措施等很多影响因素有关，而这些因素本身也往往是难以精确确定的。

2.认知

对于扬压力的产生和作用曾有过不同的认识，争论了近一个世纪，直到20世纪60年代初才渐趋一致。早期的理论认为坝体和坝基不透水，扬压力是由于水渗入坝体和坝基内的裂缝（接触面也被认为是一种裂缝）而形成的，又称裂缝理论。这种理论虽已过时，但由这一理论所建立的扬压力计算方法却仍被一些国家和部门采用着。另一种较新的理论证明坝体和坝基有（93%~95%）的孔隙率，会充满渗透水，认为材料的总应力=有效应力+渗透压力，扬压力是由于水在压力的作用下，通过材料的孔隙形成的孔隙水压力，又称孔隙理论。坝体和坝基是透水材质，静水压力不是作用在材料的表面，而是作用在整个坝体和坝基内，如同重力一样，是一种体积力。按照这一理论，坝体和坝基内扬压力的强度分布可以通过渗流理论解拉普拉斯方程求得，也可以通过绘制流网的方法求得，还可以通过电拟试验得出。有了流网图，即可很方便地确定各点的扬压力强度。

3.定义

坝挡水以后，在上、下游水位差的作用下，库水将经过坝体和坝基渗向下游，形成渗透水流。渗流在从上游流向下游的过程中，逐渐消耗水头。对渗流场中的某一点而言，相应于该点剩余水头的水压力称为渗透压力。若该点在下游水位以下（下游水位对该点所产生的静水压力称为浮托力），该点所受的渗透总水压力即为该点的渗透压力与浮托力之和。按帕斯卡定律，该点的渗透总水压力是向各个方向的，但作为建筑物的荷载，其方向是与该点处的作用面垂直的，由于为了按平面汇交力系计算时的方便，并考虑其方向向上是对建筑物的稳定和应力的不利方向，这样计入的这种荷载专称为扬压力——是指在水头作用下，全部的孔隙（渗透）压力对建筑物或计算截面的铅直向上的作用力，为铅直向上的渗透压力与浮托力之和。

4.问题

实际上，坝体特别是坝基不是性质完全均匀的渗流场。而坝体的施工缝，特别是坝基的节理、裂隙、断层等集中渗流的通道，既确实存在又极不规则；加之防渗排水等处理措施，既确实有效又难以准确计算。因此，到目前为止，精确确定扬压力的方法仍是研究课题。目前仍只能参照已建工程的原型观测成果，采用简化了的图形进行计算，在有特殊的坝体结构或坝基地质构造的情况下，适当辅之以理论计算或试验校核。

5.办法

通常假定扬压力呈直线变化（实际是三次抛物线，与直线接近），图1-6为实体重力坝扬压力分布图。为了减小坝底扬压力，改善坝的应力和稳定条件，常在坝踵附近的坝基中灌浆，形成防渗帷幕，阻滞渗水，消耗水头；同时在其下游钻孔，形成排水孔幕减压，将渗过、绕过防渗帷幕的渗水排出，其降低扬压力的效果往往更为显著。

6.计算

《混凝土重力坝设计规范》（SL 319）推荐的方法，分坝底面扬压力计算和坝体内部计算截面上的扬压力计算。

（1）坝底面扬压力分布图形：岩基上各类重力坝底面扬压力分布图形按下列三种情况分别确定：

1）当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为H₁，排水孔中心线处为H₂+α（H₁-H₂），下游（坝趾）处为H₂，其间各段依次以直线连接［图1-6（a）~（c）］。

2）当坝基设有防渗帷幕和上游主排水孔，并设有下游副排水孔及抽排系统时，坝底面上游处的扬压力作用水头为H₁，主、副排水孔中心线处分别为α₁H₁、α₂H₂，下游处为H₂，其间各段依次以直线连接［图1-6（d)］。

3）当坝基未设防渗帷幕和上游排水孔时，坝底面上游处的扬压力作用水头为H₁，下游处为H₂，其间以直线连接［图1-6（e）］。

上述情况中，渗透压力强度系数α、扬压力强度系数α₁及残余扬压力强度系数α₂ 可按表1-1采用。

（2）坝体内部计算截面上的扬压力分布图形：当设有坝体排水管时，可按图1-7确定。其中排水管处的坝体内部渗透压力强度系数α₃可按下列情况采用：实体重力坝及空腹重力坝的实体部位采用0.2；宽缝重力坝、大头支墩坝的无宽缝部位采用0.2，有宽缝部位采用0.15。

当未设坝体排水管时，上游坝面处扬压力作用水头为H₁,下游坝面处为H₂，其间以直线连接。

（3）将各强度特征值按比例绘出，相邻值间直线连接，形成扬压力分布图形。

（4）扬压力大小U（kN）=扬压力分布图形面积×计算长度（单宽米或坝段长）。与其他荷载的计算一样，将扬压力分布图形分成三角形或矩形块，分别求面积、形心，既方便于荷载计算，又方便于稳定和应力分析，更方便于调整防渗排水布置后的重新计算和分析。

（5）扬压力作用点：扬压力分布（荷载）图形形心在作用面的铅直向上投影。

（四）淤沙压力

在多泥沙河流上筑坝，必须考虑淤积在坝前的泥沙对坝体的压力。坝前淤沙深度h_n=淤积高程-坝底高程，泥沙的淤积高程一般根据河流的挟沙量和规定的淤积年限估算，淤积计算年限可取为50~100年，一般采用淤积高程等于死水位。

淤沙压力的准确计算是比较困难的，这是因为坝前淤沙不仅逐年淤高，而且也逐年固结，淤沙容重和内摩擦角，既随时间变化又各层不同，一般仍按土力学公式计算淤积泥沙对坝的静止土压力。

1.大小

按土力学静止土压力计算公式，淤积面下y深度处特征点的淤沙点压力强度：

因为淤积面处y_n=0，所以p_n=0；因为坝底面处y_n=h_n，所以p_n=γ_nh_ntan² （45°-）。

（1）水平向泥沙压力P_nH。将淤积面处与坝底面处特征点的泥沙点压力强度值p_n按比例标出，再将特征点间以直线连接，可作出三角形的荷载图形。水平向泥沙压力=荷载图形面积×γ_n，故有：

水平向淤沙总压力

式中 γ_n——淤沙浮容重；

γ₁——淤沙干容度，一般为13~14kN／m³；

γ——水的容重；

n——淤沙的孔隙率，一般为0.35~0.5；

φ_n——淤沙的内摩擦角，对粗颗粒砂砾，可取为18°~20°；对较细的黏土质淤沙，可取为12°~14°；对极细的黏土或淤泥φ_n=0。

缺乏资料时，可按P_nH=/4估算。

（2）铅直向泥沙压力P_nV。坝面倾斜时，坝面上的淤沙重力即为铅直向泥沙压力。同样，因水重已计入静水压力，要用淤沙浮容重计算。

2.方向

方向为荷载图形的作用力方向。

3.作用点

作用点为荷载图形形心在作用面的投影。

（五）浪压力P_l

水面在风的作用下产生的波浪对坝面的冲击力称为浪压力。计算浪压力时，首先要计算波浪高度2h_l（波峰与波谷间的高差），波浪长度2L_l（相邻两个波峰间的距离）和波浪中心线超出静水面的高度h_z等波浪要素，以作出坝前浪压力分布图，再据以确定浪压力荷载的大小、方向和作用点。

1.计算波浪要素的基本资料

（1）年最大风速。系指水面上空10m高度处10min平均风速的年最大值。对于水面上空测速高度Z（m）处的风速，应乘以下表中的风速高度修正系数K_z后采用。陆地测站的风速，应参照有关资料进行修正，见表1-2。

（2）风区长度（有效吹程）D。按下列情况确定：

1）当沿风向两侧的水域较宽时，可采用计算点至对岸的直线距离；

2）当沿风向有局部缩窄且缩窄处的宽度b小于12倍计算波长时，可采用5倍b为风区长度，同时不小于计算点至缩窄处的直线距离；

3）当沿风向两侧的水域较狭窄或水域形状不规则、或有岛屿等障碍物时，可自计算点逆风向做主射线与水域边界相交，然后在主射线两侧每隔7.5°做一条射线，分别与水域边界相交。如图1-8所示，记D₀为计算点沿主射线方向至对岸的距离，D_i为计算点沿第i条射线至对岸的距离，α_i为第i条射线与主射线的夹角，α_i=7.5i（一般取i=±1、±2、±3、±4、±5、±6），同时令α₀=0,则等效风区长度D可按下式计算：

(3) 风区内的水域平均深度H_m。一般可通过沿风向作出地形剖面图求得，其计算水位应与相应设计状况下的静水位一致。

2.波浪要素计算

(1) 宜根据拟建水库的具体条件，按下述三种情况计算波浪要素：

1） 平原、滨海地区水库，宜按莆田试验站公式计算：

式中 h_m——平均波高，m；

T_m——平均波周期，s；

v₀——计算风速，m/s；当浪压力参与荷载基本组合时，采用重现期为50年的年最大风速；当浪压力参与特殊组合时，采用多年平均年最大风速；

D——风区长度，m；

H_m——水域平均水深，m；

g——重力加速度，9.81m/s²。

2）丘陵、平原地区水库，宜按鹤地水库公式计算（适用于库水较深、v₀＜26.5m/s及D＜7.5km）：

式中 h_2%——累积频率为2%的波高，m;

L_m——平均波长，m。

3）内陆峡谷水库，宜按官厅水库公式计算（适用于v₀＜20m/s 及有效吹程D＜20km）：

式中 h——当gD/=20～250时，为累积频率5%的波高h_5%；当gD/=250～1000时，为累积频率10%的波高h_10%。

（2）累积频率为P（%）的波高h_p与平均波高h_m的关系可按表1-3进行换算。

(3)平均波长L_m与平均波周期T_m可按下式换算：

对于深水波，即当H≥0.5L_m时，上式可简化为

(4)波浪中心线至计算水位的高度h_z。由于波浪在空气中行进受到的阻力比水中小，所以波浪中心线会高出静水面一定高度，其数值h_z可按下式计算：

(5)坝面波浪超出静水位的计算高度h_1%+h_z。当坝的迎水面为铅直或接近铅直时，波浪推进到坝前，受到坝面阻挡而使波浪壅高成为驻波。其波高约增大一倍，而波长不变仍为L_m。规范规定计算浪压力和坝顶超高时采用h_1%，故坝面波浪超出静水位的计算高度为h_1%+h_z(图1-9)。

3.浪压力计算

作用于铅直迎水面建筑物上的浪压力，应对比建筑物迎水面前对应计算情况的水深H与能使波浪破碎的临界水深H_cr［按式（1-20）计算］，判别后再按深水波或浅水波的波态分别计算。

（1）深水波。当计算水深H≥H_cr和H＜L_m/2时，波浪运动不受库底影响，则距水库静水位深L_m/2以下各点的浪压力可以忽略。根据已知条件和以上计算出的特征值，可以按比例方便地绘出浪压力分布图，如图1-9（a）所示，图中的阴影部分就是浪压力荷载图。单位长度迎水面上的浪压力P_l（kN/m）按下式计算：

（2）浅水波。当H≥H_cr,但H＜L_m/2时，波浪运动受库底影响，建筑物迎水底面处有浪压力剩余强度p_lf［按式（1-22）计算］：

根据已知条件和计算出的特征值，可以按比例方便地绘出浪压力分布图，如图1-9（b），图中的阴影部分就是浪压力荷载图。单位长度迎水面上的浪压力P_l（kN/m）按下式计算：

方向：垂直于作用面；作用点：阴影图形形心在作用面的投影。

对于中等高度以上的重力坝，浪压力在全部荷载中所占比重很小（浪压力多数小于静水压力的5%），甚至可以忽略不计。但对于低坝以及闸墩、胸墙等结构，浪压力所占比重相当大，设计时不可忽略不计。

（六）地震力

在可能地震区筑坝，必须考虑地震影响，保证工程安全，避免垮坝灾害。首先需要了解有关的基本知识。

1.地震知识

（1）概念。地震是由于地球的构造运动、火山爆发等引起的地层振动，又称地动。①震源——发出振动的地方。②震中——地面上与震源正对的地方。③震源深度——从震中到震源的距离。④震中区——震中附近的那块地方。⑤极震区——受振动和破坏最厉害的区域。⑥地震波——地震所引起的振动从震源向各个方向的传播，包括纵波、横波和面波。纵波的波速5~10km/s；横波的波速3~5km/s；面波的波速0.6~3.5km/s。⑦震级（M）——一次地震规模的大小，反映地震特性。其级别根据释放出的能量（E，尔格）多少而定。我国使用国际通用的震级标准——里氏震级（1935年里希特定义）：logE=11.8+1.5M，1级地震的能量M₁=2×10¹³ （尔格），震级相差一级，能量相差=1.4¹⁰≈28.9（倍）。⑧烈度 （I）——地震对某一地区的地面或建筑物的破坏程度，反映地震影响。目前尚无合适的定量标准，一般都根据宏观现象 （如人的感觉，物体的反应，建筑物的破坏程度和自然现象等）制定。世界上地震烈度的划分没有统一，日本采用0°～7° （8度制）；少数欧洲国家采用1°～10° （10度制）；绝大多数国家 （包括中国、美国、俄罗斯）采用1°～12° （麦加利12度制）。

一次地震只有一个震级，但不同地区却有不同的烈度。地震荷载的大小主要取决于建筑物所在地区的地震烈度。地震烈度是进行抗震设计时最关键的指标，抗震设计需要知道基本烈度（指一定周期内一个地区可能普遍遭遇的最大烈度），再根据建筑物的重要性，按照规范作适当调整、确定设计烈度（一般采用经过鉴定的基本烈度，对一级挡水建筑物，按重要性和危害程度可提高一度）。

地震烈度取决于许多因素，但最重要的是震级、震源深度和震中距离。我国地震烈度鉴定标准是1956年首次，以历次国内地震调查为基础，以房屋、碑、塔、牌坊等特别建筑物的破坏现象为主要依据，由中科院地球物理研究所制订的《中国地震烈度表》。后来使用1980年《中国地震烈度表》（修订），现在使用《中国地震动参数区划图》（GB 18306），可以查得拟建工程区的基本烈度。

（2）地震的危害。①地球上已发生过的最大地震M_max=8.9级，地震能量相当于9000个2万t的原子弹的能量（E_8.9=4E_8.5=22.4E_8.0=44.6E_7.8=9000E_6.0）。地球上每年平均发生地震统计：严重破坏性的，8.9~8级的1次；8~7级的18次。破坏性的，7~6级的120次；6~5级的800次。有感觉的，5~4级的6200次；4~3级的4900次。

2.重力坝的抗震计算方法

现拟静力法于普遍使用,动力分析法处于研究中。

（1）拟静力法原理：假定地震对坝体的影响可以用一种等效的静荷载代替，这一静荷载相当于地震加速度a所产生的惯性力。在设计中可以将它直接与水压、自重等荷载叠加，进行强度和稳定计算。

所以由牛顿第二定律，有

式中 k_c——地震系数，根据烈度大小，变化在0.05~0.20之间；

a——地震加速度，a_max=1.962m/s²；

w_i——集中在质点i的质量，kN；

g——重力加速度，g=9.81m/s²。

（2）我国的拟静力法——《水工建筑物抗震设计规范》（SL 203）。

1）制定

2）改进：若采用地面最大的地震加速度a_max，会使设计过于保守。所以在动力分析研究的基础上，按地震力作用的规律进行了改进（如Q_0max=K_cmax W=0.20W就改进成了Q_0max=K_Hmax C_zmax F_max W=0.4×0.25×1.5 W=0.15 W）：

a.以K_HC_z代替K_c=，采用：K_H=为水平向地震系数，见表1-4；C_z为综合影响系数，目前取1/4=0.25 （降了3/4）。

b.引入了地震惯性力系数F（表1-5），即

c.标出作用于质点i的地震惯性力P_i沿坝高方向位置增高而增大的倍数Δ_i（表1-5），在应力（强度）分析时使用。

3.规范（SL 203）要求

4.地震荷载的计算

地震力是建筑物遭遇地震时所承受的附加荷载，所有原来作用在建筑物上的荷载，都会受到地震的影响而改变并作用到建筑物上。包括由于坝体质量、静水压力、填土压力的存在而产生的地震惯性力、地震动水压力、地震填土压力。至于地震对扬压力、坝前淤沙压力等的影响，通常不予考虑。

根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL 203），地震惯性力和地震动水压力的计算一般可采用拟静力法。对高度超过150m的坝，宜进行动力分析。

（1）地震惯性力（还是按力的三要素叙述。注意，地震力的作用方向与地震波的传播方向相反）。

1）分类及计算情况

重力坝沿坝轴方向的刚度很大，这个方向的地震作用力将传至两岸，因此，重力坝只计算顺河流向的水平地震分量及竖向地震分量的作用。对于顺河流水平向地震惯性力，一般库满时按地震波向上游传播考虑，坝体受到向下游作用的地震惯性力；库空时，则按地震波向下游传播考虑，地震惯性力指向上游。当需要对库空情况进行抗震计算时，其设计烈度可降低1度。

2）水平向地震惯性力。

a.重力坝的水平向总地震惯性力P₀按下式计算为

式中 K_H——水平向地震系数，为地面水平最大加速度的统计平均值与重力加速度的比值，按表1-4采用；

C_Z——综合影响系数，一般取；

F——地震惯性力系数，按表1-5采用；

W——产生地震惯性力的建筑物总重力，kN。

方向：水平向下游（或上游）的不利方向。

作用点：计算块体重心。

b.沿坝高的强度分布（强度分析时用）。

大小：沿建筑物高度作用于质点i的地震惯性力P_i为

式中 Δ_i——地震惯性力分布系数，按表1-5采用；

W_i——集中在质点i的质量，kN；

n——建筑物的质点总数。

计算溢流坝的地震惯性力分布系数Δ_i时，坝高H应算到闸墩顶。

方向：水平不利方向。

作用点：计算质点的质心。

3）竖直向地震惯性力Q₀。

a.大小：当需要计算竖直向地震惯性力时(对于设计烈度为8~9度的1级、2级坝)，式(1-25)中的K_H应以竖向地震系数K_V代替。据统计，竖向地震加速度的最大值约为水平地震加速度的最大值的2/3，即K_V≈K_H。

在同时考虑水平向和竖向地震的组合情况下，竖向地震惯性力还应乘以耦合系数0.5。竖向地震惯性力分布系数也按表1-5采用。

需要计入地基的地震惯性力时，按式(1-24)计算的F值取为1.0。

b.方向：铅直向下（或向上）中的不利方向。

c.作用点：计算块体重心。

(2)地震动水压力。地震时，坝前、坝后的水也随着震荡，形成作用在坝面上的激荡力。在水平向地震作用下，重力坝直立坝面水深y处的地震动水压力强度按下式计算：

式中 f_y——水深y处的地震动水压力分布系数，按表1-6采用；

γ——水的容重；

H₁——坝前水深(包括淤沙深度)。

单位宽度的总地震动水压力P_s（即荷载图图形的面积）为

其方向垂直于作用面；作用点位置是荷载图图形形心在作用面的投影处（自水面算起在0.54H₁处）。水深y处以上单位宽度地震动水压力合力及其作用点位置h_y见图1-10。

对于倾斜的迎水面，按式(1-27)及式(1-28)计算的动水压力应乘以折减系数φ/90°，φ为建筑物迎水面与水平面的锐夹角。当迎水面有折坡时，若水面以下直立部分的高度等于或大于水深一半，可近似作为直立面计算，否则可取水面点与坝坡脚点的连线坡度作为坝面斜坡进行计算。

对于宽高比B/H₁小于5的梯形或三角形河谷，按式(1-27)及式(1-28)计算的动水压力可乘以折减系数C₁：

式中 B——河谷在水面处的宽度。

地震动水压力的作用方向均垂直于坝面，故对倾斜坝面的地震动水压力汇入平面汇交力系时，分为水平和铅直两部分比较方便。

地震对坝体上、下游水体的影响是同步的，所以作用在坝体的上、下游面的地震动水压力的作用方向应一致，并且以向下游方向为最不利。

按高水位时发生地震情况进行设计，会过于保守造成浪费。应仔细研究估计发生地震时可能的运行水位，一般取正常蓄水位为计算水位。

（3）地震填土压力。地震填土压力是地震对原本作用在建筑物的填土压力E（见后面关于第七种荷载的讲解）产生的附加影响，相当于对原本作用在建筑物的填土压力E的增加或减少。水平墙背的总土压力P_E（包括原本作用在建筑物的填土压力E的作用），可按下式计算：

式中 C_e——地震动土压力系数，按表1-7采用；

φ——土的内摩擦角；

E——原本作用在建筑物的填土压力。

式(1-30) 中“+”或“-”号的选定，视地震荷载组合中确定的地震力作用的方向，使原本作用在建筑物的填土压力E是增加还是减少而定。

（七）填土压力E

1.水平填土压力E_H

水平填土压力是指重力坝坝体插入土石坝内，或坝体一侧填土、填渣时，填土对坝体的作用力。按《土力学》公式计算，当填土对坝体稳定等有利时，应按主动土压力计算；对坝体不利时，可根据具体情况按静止土压力或主动土压力计算。

2.铅直填土压力E_V

按填土重力计算。

（八）冰压力

1.静冰压力P_bJ

在寒冷地区的冬季，水库表面将结冰，一旦气温回升，冰层膨胀时受到建筑物的限制而产生的反作用力，称为静冰压力。静冰压力的数值与冰厚、开始升温时的气温及温升率等有关。作用在单位长度坝体上的静冰压力可参照表1-8采用。

2.动冰压力P_bd

作用于铅直坝面上的动冰压力P_bd可按下式计算：

式中 v——冰块流速，m/s；宜按实测资料确定，当无实测资料时，对于河（渠）冰可采用水流流速；对于水库冰可采用历年冰块运动期内最大风速的3%，但不宜大于0.6m/s；对于过冰建筑物可采用该建筑物前流冰的行近流速；

A——冰块面积，m²；可由当地或邻近地点的实测或调查资料确定；

d_i——流冰厚度，可采用当地最大冰厚的0.7～0.8倍，流冰初期取大值；

f_ic——冰的抗压强度，MPa；宜由试验确定，当无试验资料时，对于水库可采用0.3MPa；对于河流，流冰初期可采用0.45MPa，后期可采用0.3MPa。

（九）其他荷载

有时还有风荷载、雪荷载和活动荷载（移动吊车、人行车载、船只撞击）等作用，但它们对重力坝整体稳定的影响很小，也可不考虑。当局部结构设计需要计算时，可查阅相应规范。

另外，由于水化热和气温、水温和太阳辐射的周期性变化影响，温度荷载在坝体的超静定部位明显地作用着，在重力坝内形成了一个非常复杂的温度场，目前还很难在设计时准确计算。所以直到现在，都不直接考虑这种荷载，只要求计算或估算与开裂有关的几种温降情况，在施工中采取温度控制措施。

至于战争性的人为破坏的作用力是实际可能的，却是不易计算的，这方面的防止措施应结合非工程措施，进行专题研究。

二、荷载组合

以上所述的各种荷载，除坝体自重外，多数都有一定的变化范围。例如，在正常运行情况、放空水库情况或当发生设计、校核洪水时，上、下游水位就有所不同。水位变化，水压力、浪压力、扬压力等也跟着变化。此外，上游水位最高时，不一定出现最大风级，更不一定刚好发生强烈地震。因此，在进行坝的设计时，必须按照实际情况，考虑不同的荷载组合，分别进行核算，按其出现的几率，给予不同的安全系数。所以把作用在坝上的荷载，按其性质分为基本荷载和特殊荷载两类。

（一）基本荷载——经常作用在坝体上的荷载

（1）坝体及其上固定设备的自重（永久的设备不一定是固定的）。

（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）相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力［与（2）选取的水位相应］。

（4）淤沙压力。

（5）相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力［与（2）选取的水位相应］。

（6）冰压力。

（7）土压力。

（8）相应于设计洪水位时的溢流动水压力。

（9）其他出现机会较多的荷载。

（二）特殊荷载——较少作用在坝体上的荷载

（10）校核洪水位时大坝上、下游面的静水压力。

（11）相应于校核洪水位时的扬压力。

（12）相应于校核洪水位时的浪压力。

（13）相应于校核洪水位时的溢流动水压力。

（14）地震荷载（一般是相应于正常蓄水位的）。

（15）其他出现机会很少的荷载（如施工荷载、排水失效时的扬压力）。

（三）确定荷载组合

荷载组合可分为基本组合和特殊组合两类。基本组合属正常运用情况（俗称设计情况），由同时出现的基本荷载所组成。特殊组合属非常运用情况（俗称校核情况），由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载所组成。荷载组合的规定见表1-9，设计时，应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。荷载组合表并非固定，要根据实际可能性选定最不利的、其他可能的起控制作用的组合情况。要点是，荷载既要“实际存在”，组合必须“可能不利”。