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重力坝(英语:Gravity dam)重力坝是用混凝土或砌石建成的水坝,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份不需其他坝身的支持,本身即可稳定是一个坝仅使用材料的重量,和它的抵靠基础电阻反对的水推压,它的水平压力从混凝土或砌石,构造和设计为保持背部水。重力坝的设计使得坝的每个部分都是稳定的,并且与任何其他坝部分无关。
概述
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。水坝中的水会产生往下游的横向压力,产生一让水坝沿著其坝堤底(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。
构造
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。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:
- 混凝土坝,包括:
- 整体混凝土坝,包括:
- 传统的混凝土坝:德沃夏克坝、大古力水坝
- 碾压混凝土:柳谷坊坝、Upper Stillwater坝
- 砌体结构:如Pathfinder坝、Cheesman坝
- 由钢筋混凝土作的空心重力坝:布拉多克坝
- 重力坝也可以依其形式来分类:
- 整体混凝土坝,包括:
大部份重力坝是直的,如大古力水坝
- 有些混凝土或砌石的重力坝会是弧形的(例如沙斯塔坝及Cheesman坝),用拱形增加重力坝的稳定性。
重力坝可以依其结构高度分类:
- 低,最高到30公尺。
- 中等高度,30到100公尺。
- 高,超过100公尺。
地震与生态系统
重力坝的建造是为了承受一些最强烈的地震。即使建造重力水坝的基础是为了支撑水坝和所有水的重量,它还是很灵活的,因为它吸收了大量的能量并将其传递到地壳中。它需要能够吸收地震中的能量,因为如果大坝破裂,它将向下游涌入大量的水,并破坏途中的一切。地震是重力坝的最大危险,因此,每年和每次大地震之后,都必须对地震进行裂缝,耐久性和强度测试。尽管重力坝预计将持续使用50-150年,但它们需要维护并定期更换。
重力坝的另一个问题涉及生态系统。由于建造大坝时水的流量和数量会发生变化,因此通常会影响大坝的面积以及之后的所有事物。如果通常一个区域每年有两周的水现在不断流动,那么新的生活将在那里开始生活和成长。同样,如果您将水切断到一年四季都有水流的地方,事情将会开始消亡。许多环保主义者由于对环境的影响而对水坝产生了问题。
实体
台湾石冈坝
石冈坝位于大甲溪之台中市石冈区,堰全长357公尺,堰坝设有排砂道2座,溢洪道15座(有3座于921地震受损),以及鱼道1座。石冈坝为水库主管机关所公告之在槽水库,用以抬高水位以达到稳定供水的目的。南岸进水口计画取水量则为45.167立方公尺,除供应台中地区近1.5万公顷农田灌溉用水外,并供应大台中地区所需之民生用水、工业用水及台中港船舶用水。[1]
石冈坝基本数据:
- 坝型:卧箕式混凝土重力坝
- 堰长:357公尺(溢洪道+排砂道+左右岸重力坝)
- 排砂道:闸门2座:宽8.0公尺,高6公尺,堰顶标高排砂道一号267.06公尺,排砂道二号267.13公尺
- 溢洪道:闸门15座:宽12.8公尺,高8公尺,堰顶标高约269.9~271.51公尺
- 南岸进水口标高:268.17公尺
- 鱼道:阶段式鱼道1座
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三峡大坝
三峡大坝是一个重力大坝,靠自己的重力和地面摩擦力,也就是“实心水泥墩”,类似在马路上可以看到防止汽车冲出路面的防撞水泥墩,而三峡大坝顶高为海拔185公尺、坝顶宽度15.18公尺、坝底130公尺,就像一个半梯形高60层楼高的防撞水泥墩。大坝长2335公尺,而半梯形底部130公尺宽的水泥墩,如何面对强大的水流冲击,主要就是靠重力与地面的摩擦力来抵抗水流的冲击,除了地壳运动或是地震之外,很难有其他因素能让三峡大坝受到影响。
当年工人在建造三峡大坝时,遇到的工程难题就是水坝会热胀冷缩,因为水泥和水会产生化学反应,在凝固的过程中会产生热量,但表面很容易就冷却了,但内部的温度久久都不能散去,对于这个问题工程师想到了一个解决办法,他们在三峡大坝右岸嵌入400万吨的混泥土,采用二次风冷添加冰片,制作了一个冷却系统。虽然如此,但中国施工团队的整体素质、其诚实可靠的程度有多少,会不会有内情隐瞒,这是百姓最忧心的事。[2]
影片
参考资料
- ↑ 石冈坝经济部水利署中区水资源局 石冈坝管理中心
- ↑ 三峡大坝建造原理曝光!陆网曝“该担心1事”…竟不是溃堤三立新闻网