一、主要荷載

根據《水工建筑荷載設計規范》，根據作用隨時間的變異性，水工建筑荷載可分為永久作用荷載、可變作用荷載和偶然作用荷載。1.永久作用荷載:包括結構自重和永久自重、土壤壓力、淤砂壓力、地應力、圍巖壓力和預應力。2.可變作用荷載:包括靜水壓力、揚壓力、動水壓力、水錘壓力、浪壓力、外水壓力、風荷載、雪荷載、冰壓力、凍脹力、溫度荷載、土壤孔隙水壓力、灌漿壓力等。3.偶然作用荷載:包括地震、檢查洪水位時的靜水壓力、揚壓力、浪壓力和水重。設計水工建筑時，首先要計算建筑物所承受的荷載，然后進行荷載組合，進行抗滑穩定分析、應力分析、滲流計算、沉降計算、應力應變計算和抗震設計。

二、抗滑穩定性分析

在各種荷載組合下，水工建筑應保持穩定。穩定性分析是水工建筑設計的重要組成部分。目前，水工建筑的穩定性分析采用整體宏觀半經驗法。比如重力壩的不穩定性一般發生在壩底與基巖的接觸面，因為庫水壓力最大，壩底混凝土與巖基不易完全接觸，或者混凝土凝固收縮和溫度收縮時，接觸面出現局部微小裂縫。在設計中，通常會檢查重力壩沿壩基面的抗滑穩定性；如果巖基中有弱夾層，則應計算沿弱夾層的抗滑穩定性；對于岸坡上的壩段，當地形和地質條件不利于壩的穩定性時，也應研究三向荷載下的穩定性。

三、應力分析

強度和穩定性是表示建筑物安全的兩個重要方面。強度問題的研究通常包括內力、應力、變形、位移和裂縫的研究。當應力不超過材料強度、變形和位移不超過建筑物正常工作狀態的允許值，混凝土內無裂縫或限制裂縫在允許范圍內時，認為建筑物處于正常運行狀態。因此，應力分析是檢查強度和穩定性的前提。重力壩應力分析的方法可以概括為兩類:理論計算和模型試驗。目前常用的模型試驗方法有偏光彈性試驗、激光全息試驗和脆性材料試驗。對于中小型工程，一般只能進行理論計算，對于非常重要的工程，或者在情況復雜的情況下進行模型試驗。理論計算方法主要包括材料力學法和有限元法。材料力學方法常用于中小壩，地質條件簡單時；對于高壩，特別是當地質條件復雜時，除了材料力學法計算外，還應同時進行模型試驗或采用有限元法計算。設計的壩體截面應滿足規定的應力條件。在基本荷載組合下，重力壩基面的最大垂直正應力應小于壩基面的允許壓應力，最小垂直正應力應力應大于零；在地震條件下，壩基容許的最小垂直正應力應大于零壓應力應大于主壓應力。

四、滲流分析

對土石壩而言，由于其壩體材料在一定程度上是透水的，一般允許有限的水流通過其壩體運動，因此土石壩除研究地基滲流外，還應研究土石壩體內的滲流及壩體內產生的孔隙壓力。造成大壩災難性破壞的原因破壞的原因和基本模式有五種：①溢洪道泄洪能力不足，洪水漫過原本無法完成大壩設計的壩頂，溢流而下；②壩體連同部分地基沿軟弱面發生滑移破壞；③壩體因揚壓過大而沿壩基面滑動；④壩體或壩基因管涌或流土而破壞；⑤壩體上下坡發生滑移破壞。滲流在后四種模式中起著重要作用。另外，水庫水的過度滲漏，水庫岸坡的穩定性，水庫誘發的地震等等，都與滲流的作用密切相關。依據大壩的結構特點和設計要求，通過以下三個方面的計算，可以達到選擇合適的防滲措施，并檢查建筑物在滲流作用下是否安全的目的。(一)確定滲透壓力對混凝土壩(或水閘)地基中的有壓滲流，要確定沿建筑物地下輪廓線的滲透壓力分布，計算揚壓力，以驗算建筑物的穩定性。

為了驗算壩坡和壩基的穩定性，確定防滲體(防滲鋪蓋、斜墻、心墻或截水墻等)的長度和厚度等幾何尺寸，應確定其滲透線的位置和壩基的滲透力分布。第二，確定滲透坡降(或流速)，首先要確定滲流的出逸坡降，檢查出口處是否有局部流土和管涌破壞的危險。對粗細粒兩層土的交界面，以及壩底與地基的接觸面，應檢查是否會發生接觸沖刷和流土。對土石壩體內的各種防滲體，還應檢查其抗滲強度是否符合要求。(3)確定滲流需要計算流入下游地基或排水設備的滲流量，以便為估算水庫漏水損失和確定排水設置提供可靠的設計依據。巖體滲流問題，本質上是通過裂隙介質的水流問題，要正確計算上述三項指標是比較困難的，只能進行近似計算。對某些松散的巖體，以及節約裂隙發育且不規律的巖體，也可視為多孔介質。對于非常重要或地質條件復雜的水利水電樞紐，應選擇足夠大的滲流域，進行樞紐壩區三維滲流計算，以確保滿足上述三項指標。對于土石壩，以及節約裂隙發育、不規律的巖體，也可視為多孔介質。

還應確定浸潤線的位置。

5.沉降計算

在土石壩的設計中，需要確定壩體和壩基在自重作用下的沉降與時間的關系，以及竣工后的總沉降。據此，計算完成后為抵消沉降而預留的壩頂超填，預測不均勻沉降，判斷壩體開裂的可能性和預防措施。常用的分層總和法計算，即將壩體壩基分成幾層，根據壩體和壩基土的壓縮曲線計算時間t各層中心的豎向總應力、孔隙壓力、有效應力和相應沉降量；疊加每層沉降量，時間t和完工后壩體和壩基的沉降。

六、應力應變計算

高土石壩一般采用有限元法計算填土自重等荷載作用下壩基和岸坡接頭的填土應力應變，判斷是否有剪切損壞、過度變形、拉伸區和裂縫、防滲土是否有水力劈裂，為壩體穩定分析和與土壩連接的建筑設計提供依據。

七、抗震設計