一、主要荷载

根据《水工建筑荷载设计规范》，根据作用随时间的变异性，水工建筑荷载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自重、土壤压力、淤砂压力、地应力、围岩压力和预应力。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、检查洪水位时的静水压力、扬压力、浪压力和水重。设计水工建筑时，首先要计算建筑物所承受的荷载，然后进行荷载组合，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。

二、抗滑稳定性分析

在各种荷载组合下，水工建筑应保持稳定。稳定性分析是水工建筑设计的重要组成部分。目前，水工建筑的稳定性分析采用整体宏观半经验法。比如重力坝的不稳定性一般发生在坝底与基岩的接触面，因为库水压力最大，坝底混凝土与岩基不易完全接触，或者混凝土凝固收缩和温度收缩时，接触面出现局部微小裂缝。在设计中，通常会检查重力坝沿坝基面的抗滑稳定性；如果岩基中有弱夹层，则应计算沿弱夹层的抗滑稳定性；对于岸坡上的坝段，当地形和地质条件不利于坝的稳定性时，也应研究三向荷载下的稳定性。

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内力、应力、变形、位移和裂缝的研究。当应力不超过材料强度、变形和位移不超过建筑物正常工作状态的允许值，混凝土内无裂缝或限制裂缝在允许范围内时，认为建筑物处于正常运行状态。因此，应力分析是检查强度和稳定性的前提。重力坝应力分析的方法可以概括为两类:理论计算和模型试验。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，一般只能进行理论计算，对于非常重要的工程，或者在情况复杂的情况下进行模型试验。理论计算方法主要包括材料力学法和有限元法。材料力学方法常用于中小坝，地质条件简单时；对于高坝，特别是当地质条件复杂时，除了材料力学法计算外，还应同时进行模型试验或采用有限元法计算。设计的坝体截面应满足规定的应力条件。在基本荷载组合下，重力坝基面的最大垂直正应力应小于坝基面的允许压应力，最小垂直正应力应力应大于零；在地震条件下，坝基容许的最小垂直正应力应大于零压应力应大于主压应力。

四、渗流分析

对土石坝而言，由于其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运动，因此土石坝除研究地基渗流外，还应研究土石坝体内的渗流及坝体内产生的孔隙压力。造成大坝灾难性破坏的原因破坏的原因和基本模式有五种：①溢洪道泄洪能力不足，洪水漫过原本无法完成大坝设计的坝顶，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坝体上下坡发生滑移破坏。渗流在后四种模式中起着重要作用。另外，水库水的过度渗漏，水库岸坡的稳定性，水库诱发的地震等等，都与渗流的作用密切相关。依据大坝的结构特点和设计要求，通过以下三个方面的计算，可以达到选择合适的防渗措施，并检查建筑物在渗流作用下是否安全的目的。(一)确定渗透压力对混凝土坝(或水闸)地基中的有压渗流，要确定沿建筑物地下轮廓线的渗透压力分布，计算扬压力，以验算建筑物的稳定性。

为了验算坝坡和坝基的稳定性，确定防渗体(防渗铺盖、斜墙、心墙或截水墙等)的长度和厚度等几何尺寸，应确定其渗透线的位置和坝基的渗透力分布。第二，确定渗透坡降(或流速)，首先要确定渗流的出逸坡降，检查出口处是否有局部流土和管涌破坏的危险。对粗细粒两层土的交界面，以及坝底与地基的接触面，应检查是否会发生接触冲刷和流土。对土石坝体内的各种防渗体，还应检查其抗渗强度是否符合要求。(3)确定渗流需要计算流入下游地基或排水设备的渗流量，以便为估算水库漏水损失和确定排水设置提供可靠的设计依据。岩体渗流问题，本质上是通过裂隙介质的水流问题，要正确计算上述三项指标是比较困难的，只能进行近似计算。对某些松散的岩体，以及节约裂隙发育且不规律的岩体，也可视为多孔介质。对于非常重要或地质条件复杂的水利水电枢纽，应选择足够大的渗流域，进行枢纽坝区三维渗流计算，以确保满足上述三项指标。对于土石坝，以及节约裂隙发育、不规律的岩体，也可视为多孔介质。

还应确定浸润线的位置。

5.沉降计算

在土石坝的设计中，需要确定坝体和坝基在自重作用下的沉降与时间的关系，以及竣工后的总沉降。据此，计算完成后为抵消沉降而预留的坝顶超填，预测不均匀沉降，判断坝体开裂的可能性和预防措施。常用的分层总和法计算，即将坝体坝基分成几层，根据坝体和坝基土的压缩曲线计算时间t各层中心的竖向总应力、孔隙压力、有效应力和相应沉降量；叠加每层沉降量，时间t和完工后坝体和坝基的沉降。

六、应力应变计算

高土石坝一般采用有限元法计算填土自重等荷载作用下坝基和岸坡接头的填土应力应变，判断是否有剪切损坏、过度变形、拉伸区和裂缝、防渗土是否有水力劈裂，为坝体稳定分析和与土坝连接的建筑设计提供依据。

七、抗震设计