重力式拦渣坝是依靠其本身的自重来保持稳定的一种坝型，平面上呈“一”字形，具有构造简单、就地取材、施工简便等优点，可用于高、中、低坝，是目前我国泥石流防治中使用最为广泛的坝型。
（一）坝体
在进行坝体设计时，应考虑拦渣坝的功能、结构、施工养护以及经济等问题。
泥石流拦渣坝和蓄水坝不同，因有砂石溢过坝顶，对坝顶和溢流背水坡都有强烈的磨损冲击作用，必须加以特别考虑。因此，采取的背水坡和断面形状与蓄水坝相反，背水面宜陡，顶宽较大，经稳定验算后，按最不利情况选用坝体断面形式。
1.背水坡设计
为使泥石流固体物质过坝后不损坏背水面，通常的处理方法有两种：
1）把背水坡度做得比落下石块的轨迹坡陡，如图3－12所示。
背水坡度可按下式求算：
地质灾害防治技术
式中：vg为在损坏背水面的石块中最小石块的临界流速（m/s）；β为石块的形状系数， ，一般取K1＋K2为1.0左右；b为石块流动方向上的长度（m）；f为摩擦系数；ρH为石块的密度（kg/m3）；θ为河床坡度（°）；其他符号意义同前。
实际上，大多数坝都将背水坡设计成1∶0.2的标准。低坝和流出泥沙的粒径小，而且其量也少时，可以把背水坡度放缓到1∶0.3。
2）放缓背水坡，将溢流坝顶做成托盘式，如图3－13所示。可使泥石流流体挑出坝体背水坡外跌落，使背水坡免遭冲损磨蚀，确保其稳定性。
图3－12 背水坡示意图m、n—坡比中的水平距离
图3－13 托盘式溢流坝顶
2.坝顶宽
坝顶宽度设计，除应满足受力需要外，还应考虑坝址附近河床物质组成，泥石流固体物质运动状态和设计对象的流量、流速等水文、泥沙要素来决定坝体顶宽。
通常顶宽可按表3－5所列值选取或通过计算决定。
表3－5 坝顶宽度
3.溢流顶防磨
泥石流拦渣坝溢流顶由于有固体物质通过，溢流顶磨损一般都很严重，为了加强防磨措施，通常按流速和颗粒大小来考虑选取加固办法。若为V形断面，可在沟心的0.5 B宽范围加固。
1）vc<8.0m/s时，溢流顶可用坚硬的块石浆砌镶面加固；
2）8.0<vc<12.0m/s时，溢流顶可用钢纤维混凝土或铸石镶面加固；
3）vc>12.0m/s时，溢流顶可用钢板、废钢轨、型钢等钢材作面层加固。
溢流顶加固要因地制宜、因害设防、就地取材，以经济实惠、解决实际问题为原则。
（二）坝体结构
在保证拦渣坝结构安全性能方面，必须满足以下3个结构设计条件，以免失事后造成更大灾害。
1）倾覆安全是重力坝的首要条件，即在坝体受力后，坝底不能产生拉应力，作用于坝体的合力作用线必须在坝底中心1/3范围内。
2）坝体内、坝底与地基的接触面或者地基内均不产生滑动。
3）坝体内产生的最大应力不超过坝体材料的容许应力，同时，地基受到的最大应力也不得超过地基的允许承载力。
（三）重力坝受力特征
使坝体产生倾覆、滑动及应力超过坝体所能承受的最大应力而溃裂的荷载组合有下述几种情况。
1.空库时的过流情况
前期空库或少量积水，然后突发设计泥石流流量冲击坝体，跃过坝顶溢流，泥位达到设计高程。这种情况应考虑泥石流的冲击力，而不计入土压力和超荷载。然而这种情况常成为控制设计的最不利条件。
2.满库时过流情况
在多次泥石流淤满库后，发生设计流量的泥石流，坝顶溢流达到设计高程，这种情况考虑淤满的土压力和超荷载而不考虑冲击力。图3－14为满库过流示意图。满库过流一般偏于安全状态。
3.介于上述两种情况之间
多次小泥石流在坝前逐次淤高不满库。图3－15为部分淤库过流示意图。
图3－14 满库过流
图3－15 部分淤库过流
淤高不满库时，暴发设计流量的泥石流，冲击坝体上部，并跃过坝顶，达到设计高程溢流。这种情况应考虑泥石流冲击坝体上部的冲击力、土压力以及超荷载，其安全度控制在两者之间。
（四）坝的荷载组合及各种荷载的计算
1.坝的荷载组合
图3－16为重力坝荷载示意图。图中：P、P′为偶然堆积于坝上淤积的超荷载（N）；E为堆积物的土压力，应分情况进行计算（N）；T为泥石流冲击力（N）；W为水压力（N），按设计泥位计算；W渗为坝基渗透压力（N）；F为坝基底摩擦阻力（N）；μ为水的浮托力（N）；G为坝体重力（N）；R1为水平方向的合力（N），其值为R1＝P＋E＋W＋T＋W渗－F；R2为垂直方向的合力（N），其值为R2＝G＋P′－μ；H为坝高（m）；h为泥石流高出坝顶的高度（m）。
此外，还应根据具体情况，考虑坝承受渗透压力、地震力及温度应力等的影响。
2.各种荷载计算
（1）堆积物的土压力计算
图3－16 重力坝所受荷载示意图
1）堆积物满库与坝顶齐平时土压力的计算公式如下：
地质灾害防治技术
式中：E为土压力（N）；ρc为泥石流流体密度（kg/m3）；H为坝高或坝后堆积物高度（m）；φ为泥石流内摩擦角（°）。
当φ＝0时，
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式中符号意义同前。
2）堆积物不满库距坝顶深Z m处的土压力计算公式如下：
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式中：Ez为不满库距坝顶z m处的土压力（N）；z为距坝顶z m的高度（m）；其他符号意义同前。
如φ＝0时，
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式中符号意义同前。
3）堆积物满库泥石流溢过坝顶时土压力（E）的计算公式如下：
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式中：H为坝顶高度（m）；h为泥石流高出坝顶的高度（m），如取坝的单位长度进行计算时， ，vc为泥石流设计流速（m/s），g为自由落体加速度（m/s2），取值9.81m/s2；a为泥石流动能高度（m），其值为 ；其他符号意义同前。
（2）静水压力
静水压力的计算公式如下：
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式中：W为静水压力（N）；ρw为水的密度（kg/m3）；Hw为从水面到坝底的水深（m）；其他符号意义同前。
（3）坝基渗透压力
坝基渗透压力的计算公式如下：
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式中：P为坝基渗透压力（N）；ρw为水的密度（kg/m3）；α为基础接触面积系数，取值0.8；B为坝底宽（m）；h为坝前淤积厚度（m）。
其余特殊荷载，如地震、温度等可参照有关规范计算。
（五）重力坝的结构验算
结构计算主要有抗倾覆稳定、抗滑稳定、坝基应力和坝体应力等计算。在合理组合设计荷载并满足断面要求的条件下进行验算。
1.抗倾覆稳定验算
重力式拦渣坝是靠其本身重量来保持稳定的。因此，泥石流拦渣坝在设计年限内必须保证稳定不倾覆。抗倾覆稳定验算公式如下：
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式中：K为抗倾覆安全系数，一般取1.30～1.60；My为抗倾覆力矩（N·m）；M0为倾覆力矩（N·m）。
2.抗滑稳定计算
为使坝体内或坝底与地基的接触面不发生滑动，根据下式进行滑动验算：
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式中：K为抗滑稳定安全系数，一般取1.05～1.15；∑V为作用于每单宽断面上各垂直力的总和（N）；∑H为作用于每单宽断面上的各水平力之和（N）；f为坝体与地基的摩擦系数，见表3－6；τ0为坝体或地基中最小的剪切强度（Pa）；l为有效抗剪长度（m）。
当坝高不到15m时，剪切强度（τ）略去不计，用下式计算：
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此时，取安全系数（K）为1.2；其他符号意义同前。
当坝高大于15m时，且为岩石基础时，在式（3－52）中可取K＝4；砂砾石基础在不计剪切强度的情况下，在式（3－53）中可取K＝1.5。剪切强度要根据现场试验等方法确定。
3.坝体强度计算
在设计荷载作用下，必须使坝体和地基承受的力不超过容许应力。
（1）坝底垂直应力计算
坝底垂直应力的计算公式如下：
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式中：σ为坝底上游端或下游端的垂直应力（Pa）；∑V为作用于每单宽断面上的垂直力的合力（N）：b为坝底宽（m）；l为荷载合力作用线与坝底交点到坝底中心的距离（m）， ，x为荷载合力作用点与坝底交点到坝底上游端的距离（m）。
1）由式（3－54）计算的坝底下游端的正应力，应比表3－6所示的容许承载力小。
表3－6 地基承载力和摩擦系数
2）作用于坝的荷载之合力作用线通过从坝底下游端起的1/3点时，可用下式表示：
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式中：σ2为坝的荷载合力，其他符号意义同前。
3）合力作用点应位于截面的三分点以内， ，满库时上游端、空库时下游端的最小压应力不容许出现负值。
4）坝址位于Ⅶ度以上的地震区，坝高大于15m时，应参照《水工建筑物抗震设计规范》验算。低坝则主要采取抗震结构和加固工程措施。
（2）边缘主应力计算
1）坝体上游面的一对主应力（σa1、σa2）计算公式如下：
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式中：σ为同一水平截面上游边缘正压力（Pa）；ρc为泥石流密度（kg/m3）；y为计算断面以上泥石流深度（m）；θ1为上游坝面与计算水平截面的交角（°）。
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式中符号意义同前。
2）坝体下游面的一对主应力（σb1、σb2）计算公式如下：
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式中：σ′为同一水平截面的下游边缘正应力（Pa）；θ2为下游坝面与计算水平截面的夹角（°）。
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（3）边缘剪应力（τ）的计算
1）坝体上游面的边缘剪应力（τa）计算公式如下：
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式中：ρc为泥石流密度（kg/m3）；y为计算断面以上泥石流深度（m）；θ1为上坝面与计算水平截面的夹角（°）；其他符号意义同前。
2）坝体下游面的边缘剪应力（τb）的计算公式如下：
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式中：σ′为同一水平截面的下游边缘正应力（Pa）；θ2为下坝面与计算水平截面的夹角（°）。
上述边缘应力计算值应低于建坝材料的容许应力。