一、主要荷载
根据《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077—1997)，水工建筑物的荷载按作用随时间的变异性，可分为永久作用荷载、可变作用荷载和偶然作用荷载。
1.永久作用荷载：包括结构自重和永久设各自重、土压力、淤沙压力、地应力、围岩压力、预应力。
2.可变作用荷载：包括静水压力、扬压力、动水压力、水锤压力、浪压力、外水压力、风荷载、雪荷载、冰压力、冻胀力、温度荷载、土壤孔隙水压力、灌浆压力等。
3.偶然作用荷载：包括地震作用、校核洪水位时的静水压力、扬压力、浪压力及水重等。
水工建筑物设计时，首先要计算建筑物上所承受的荷载，然后再进行荷载组合，以及进行抗滑稳定分析、应力分析、渗流计算、沉降计算、应力应变计算和抗震设计等。
二、抗滑稳定分析
在各种荷载组合情况下，水工建筑物都应保持其稳定。稳定分析是水工建筑物设计的一项重要内容。目前水工建筑物的稳定分析采用整体宏观的半经验法。
例如，一般重力坝失稳发生在坝底与基岩的接触面，因为此处受库水压力最大，坝底混凝土与岩基不易完全接触好，或者混凝土凝固收缩和温度收缩时，接触面产生局部的微小裂缝。在设计中，通常校核重力坝沿坝基面的抗滑稳定;如果岩基内有软弱夹层，则要核算沿软弱夹层的抗滑稳定;对处于岸坡的坝段，当地形、地质条件不利于坝的稳定时，也要对在三向荷载作用下的稳定问题进行研究。
三、应力分析
强度和稳定性是表示建筑物安全的两个重要方面。强度问题的研究，通常包括对内力、应力、变形、位移和裂缝的研究。当应力不超过材料的强度，变形和位移不超过建筑物正常工作状态的允许值，以及在混凝土内不出现裂缝或限制裂缝在允许范围以内时，就认为建筑物处于正常运行状态。因此，应力分析是校核强度和稳定的前提。
重力坝应力分析的方法可归纳为理论计算和模型试验两大类。目前常用的模型试验方法有偏光弹性试验、激光全息试验和脆性材料试验。对于中、小型工程，一般可只进行理论计算，而对于十分重要的工程或在情况比较复杂时才进行模型试验。理论计算方法主要有材料力学法、有限元法。材料力学方法比较常用，用于中、低坝且地质条件较简单时;对于高坝尤其是当地质条件复杂时，除用材料力学法计算外，宜同时进行模型试验或采用有限元法进行计算。
设计的坝体断面需满足规定的应力条件。在基本荷载组合下，重力坝坝基面的最大垂直正应力应小于坝基容许压应力，最小垂直正应力应大于零;在地震情况下，坝基容许出现不大的拉应力。对于坝体应力，在基本荷载组合下，下游面最大主压应力不大于混凝土允许压应力;上游面的最小主压应力应大于零。
四、渗流分析
对于土石坝，因它的坝体材料在一定程度上是透水的，一般允许有限的水流通过其坝体而运动，所以土石坝除研究地基的渗流外，还要研究土石坝坝体中的渗流以及坝体内产生的孔隙压力。
导致大坝灾难性破坏的原因及基本模式有五种：①溢洪道的泄洪能力不足，洪水漫过原来按不过水坝设计的坝顶，溢流而下;②坝体连同部分地基沿软弱面发生滑移破坏;③坝体因扬压力过大而沿坝基面滑动;④坝体或坝基因管涌或流土而破坏;⑤坝的上、下边坡发生滑移破坏。渗流在后四种模式中起着重要的作用。此外，水库水的过量渗漏、水库岸坡的稳定性、水库诱发地震等，也都与渗流的作用密切相关。
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