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重力坝

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美国俄勒冈州的柳谷坊坝(英语:Willow Creek Dam (Oregon))
美国俄勒冈州柳谷坊坝英语Willow Creek Dam (Oregon)

重力坝是用混凝土砌石英语Stonemasonry建成的水坝,用材料本身的重量来抵抗水要往下流的水平压力。重力坝的设计是使坝身的每一部分不需其他坝身的支持,本身即可稳定[1][2]

原理

大古力水坝属于重力坝
大古力水坝属于重力坝


重力坝是用坝体本身的重量去抵抗水因为重力要下游流动的力。[3]。水坝中的水会产生往下游的横向压力,产生一让水坝沿着其坝堤底(水坝往下游处最底部的一点)旋转的力矩。水坝结构的重量要和此力矩对抗,也就是产生往另一方向旋转的力矩。水坝设计者需确保水坝重量够重,其产生力矩可以比水的横向压力产生的力矩要大。在工程中,只要重力作用在坝体上的力及水压作用在坝体上的力,其合力作用在在坝堤底上游即可。

而且,设计者需要考虑坝体的造形,使得若坝体往上游那一面,不会受到往上的张力,此原因是因为在实务上,最好是让坝体的材料堆积起来即可,不仅要考虑让坝体材料紧实,还需要考虑垂直的张力。

上述消除坝体上游面张力的外形,也避免了需平衡坝体下游面压缩力的需求,因此也较经济。

不过这类的重力坝,就需要有不渗透,且有高强度的坝基。

当设置在适当的地点,重力坝会比其他种类水坝要适合,若在一个仔细研究过的坝基上修筑,重力坝可能是水坝最好的范例。在许多地区对洪水的恐惧是很有力的诉求,可能有些地区其他种类水坝会比较适合且经济,但却因为对洪水的恐惧而修筑了重力坝。

分类

重力坝最常见的分类可依其用的材料来分类:

重力坝也可以依其形式来分类:

  • 大部分重力坝是直的,如大古力水坝
  • 有些混凝土或砌石的重力坝会是弧形的(例如沙斯塔坝Cheesman坝英语Cheesman Dam),用拱形增加重力坝的稳定性[4]

重力坝可以依其结构高度分类:

  • 低,最高到30米。
  • 中等高度,30到100米。
  • 高,超过100米。

参考资料

书目

  • Kollgaardand, E.B.; Chadwick, W.L. Development of Dam Engineering in the United States. US Committee of the International Commission on Large Dams. 1988. 
  • Dams of the United States - Pictorial display of Landmark Dams. Denver, Colorado: US Society on Dams. 2013. 
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