重力坝在垂直坝轴线方向的剖面。早期的重力坝剖面都很宽大，轮廓近似梯形，坝体工程量相对较大。随着设计理论的发展和勘测试验技术的改进，剖面轮廓逐渐接近三角形（图1）。重力坝剖面应由持久设计状况控制，并以偶然设计状况复核。设计的原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全。②运用方便。③剖面的外形简单，便于施工。④工程量小。

重力坝基本剖面

重力坝在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力3项主要荷载作用下，满足稳定和应力要求，并使宽高比最小（即工程量最小）的剖面。重力坝的基本剖面为三角形（图2）。确定重力坝的基本剖面需运用两个条件：①用材料力学法计算坝体应力，一般取水平截面上游边缘的正应力为零（即不出现拉应力），作为剖面设计的应力控制条件。②用抗剪断强度公式分析抗滑稳定，使坝体沿建基面的抗滑稳定安全系数满足规范要求，作为剖面设计的稳定控制条件。

图1 已建重力坝剖面轮廓图

1—中国灵渠溢流堰（建于公元前214年，高5m）；2—西班牙潘提斯（Puentea）坝（建于1791年，高35.5m）；3—美国沃楚西特（Wachusett）坝（建于1906年，高62.5m）；4—苏联布拉茨克（Братск）坝（建于1965年，高125m）；5—中国刘家峡坝（建于1969年，高147m）；6—美国胡佛（Hoover）坝（建于1936年，高221m）；7—瑞士大狄克逊（Grand Dixence）坝（建于1962年，高285m）

图2 重力坝基本剖面图

对于较完整坚硬的岩基，f′、c′值较大，坝体剖面尺寸主要由上游面不出现拉应力的条件控制，上游坝坡可做得较陡。对于完整性较差，较软弱的岩基，f′、c′值较小，可将上游坝坡放缓，借用上游坝面上的水重帮助坝体维持稳定。但坝坡不能太缓，以免满库时，坝踵出现拉应力。岩基上重力坝常用上游坝坡n=0～0.2，下游坝坡m=0.6～0.8，B/h值约为0.7～0.9。

图3 重力坝实用剖面图

对于软基，还要控制坝底面地基应力的不均匀系数（坝底上下游边缘地基应力的比值），以使坝体不产生过大的不均匀沉降。软基上的B/h值则常达1.0～1.7或更大。

重力坝实用剖面

重力坝实际采用的剖面。由于施工、交通、运行管理等要求和防止风浪引起水流漫溢以及考虑其他荷载作用等，重力坝实用剖面的坝顶要有足够宽度，坝顶在静水位以上还应具有一定超高（参见非溢流重力坝）；而且由于布置进水口、泄水孔以及闸门等的需要，通常将上游面做成折坡形（图3）。岩基上溢流重力坝的实用剖面还须满足溢流要求（参见溢流坝坝面曲线）。软基上的溢流重力坝底部展宽（图4），以改善坝底面的地基应力分布，并利用水重来提高坝的抗滑稳定性。

图4 砂土地基上的溢流坝剖面图

1—黏土铺盖；2—铺盖护面；3—廊道；4—排水孔；5—护坦；6—海漫；7—钢板桩；8—排水

重力坝剖面优化

为了达到经济的目的，对重力坝的实用剖面需进行优化设计。根据精度要求适当选择设计变量，在满足相应的约束条件下，使目标函数达到最小。如图3所示，把y_n、y_m、n、m定为设计变量。由于大坝造价主要取决于混凝土方量，所以一般都将其作为目标函数，使

式中，V（x）为坝体混凝土方量，m³；x为设计变量；A_i、A_i+1为剖面i和i+1的面积，m²；z_i为剖面i和i+1之间的水平距离，m。

根据地形、地质、坝的体形（溢流的、非溢流的）等条件，将整个大坝分成d段。全坝的上游面，通常采用统一的y_n（上游折坡点以上的高度）和n（上游坝坡坡度）值，则（x）=（y_n，n，y_m1，m₁，y_m2，m₂，…，y_md，m_d），设计变量共有2d+2个。约束条件有：①稳定约束，即每个坝段的抗滑稳定安全系数满足规范要求。②应力约束，即各截面的应力满足规范要求。③几何约束，即对设计变量的变化范围给予一定的限制，如溢流坝段的上游面折坡点高程应低于堰顶，深孔坝段则应低于深孔等。剖面优化设计步骤如下：①给定y_n和n的初始值。②在给定y_n和n值的条件下，优化各段的y_m和m，得出相应于最优的y_m和m的各段混凝土方量V_i，叠加得全坝的混凝土总方量V。③根据y_n、n和V的关系，求出使V为最小的y_n和n值。④用调整后的y_n、n值重复②～③项计算，直到调整前后的y_n和n值相当接近为止，这时V趋近于最小。这样就得出了最优剖面的y_n、n、y_mi、m_i值。剖面优化是一个非线性规划问题，求解比较繁复，有专门的优化设计程序可供使用。