土石壩的穩(wěn)定分析.ppt

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1、4.5土石壩的穩(wěn)定分析4.5.1、概述（一）土石壩的失穩(wěn)型式分析：土石壩依靠土體顆粒之間的摩擦力來(lái)維持穩(wěn)定。摩爾認(rèn)為：土體的破壞，主要是剪切破壞，即：一旦土體內(nèi)任一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)了土體的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土體就發(fā)生破壞。土石壩體積肥大，如果土石壩的局部穩(wěn)定性能能得到保證，則其整體穩(wěn)定性也就能得到保證。因此，土石壩的穩(wěn)定性問(wèn)題主要是局部穩(wěn)定問(wèn)題。如果局部穩(wěn)定得不到保證，或者局部失穩(wěn)現(xiàn)象得不到控制，任其逐漸發(fā)展，也可能導(dǎo)致整體失穩(wěn)破壞。土石壩的局部失穩(wěn)一般表現(xiàn)為三種型式：滑坡、塑性流動(dòng)、液化塑性流動(dòng)是指由于壩體或壩基內(nèi)局部地區(qū)的剪應(yīng)力超過(guò)土料的抗剪強(qiáng)度，變形超過(guò)彈性限

2、值，使壩坡或壩基發(fā)生過(guò)大的局部變形，從而引起裂縫或沉陷。塑性流動(dòng)可能發(fā)生在設(shè)計(jì)不良的軟粘性土的壩體或壩基中。液化是指飽和無(wú)粘性土體（特別是砂質(zhì)土體）在動(dòng)荷載（如地震荷載）等因素的作用下，孔隙水壓力突然升高，土粒間的有效壓力則隨之減小，甚至趨近于零，土體完全喪失抗剪強(qiáng)度和承載能力，成為如粘滯的液體一樣的現(xiàn)象。液化失穩(wěn)一般發(fā)生在均勻細(xì)砂土的壩體或壩基中。關(guān)于塑性流動(dòng)和液化失穩(wěn)的進(jìn)一步知識(shí)，請(qǐng)同學(xué)們參考有關(guān)文獻(xiàn)，如：天津大學(xué)祁慶和教授主編的《水工建筑物》教材，以及有關(guān)《土力學(xué)》書籍。本節(jié)主要介紹土石壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定中最為重要的、也是最為常見(jiàn)的失穩(wěn)型式：壩坡滑動(dòng)穩(wěn)定問(wèn)題。（二）土石

3、壩壩坡滑動(dòng)失穩(wěn)的型式土石壩壩坡滑動(dòng)失穩(wěn)，簡(jiǎn)稱滑坡，其型式與壩體結(jié)構(gòu)、土料和地基的性質(zhì)、壩的工作條件等密切相關(guān)。壩坡可能的滑動(dòng)型式大體上可以歸納為以下3種：（1）曲線滑動(dòng)（如圖所示）曲線滑動(dòng)的滑動(dòng)面是一個(gè)頂部稍陡而底部漸緩的曲面，多發(fā)生在粘性土壩坡中。在計(jì)算分析時(shí)，通常簡(jiǎn)化為一個(gè)圓弧面。曲線滑動(dòng)示意圖（2）直線和折線滑動(dòng)面（如圖所示）在均質(zhì)的非粘性土邊坡中，滑動(dòng)面一般為直線；當(dāng)壩體的一部分淹沒(méi)在水中時(shí)，滑動(dòng)面可能為折線。在不同土料的分界面，也可能發(fā)生直線或折線滑動(dòng)。直線和折線滑動(dòng)面示意圖（3）復(fù)式滑動(dòng)面（如圖所示）復(fù)式滑動(dòng)面是同時(shí)具有粘性土和非粘性土的土壩中常出現(xiàn)的滑動(dòng)

4、面型式。復(fù)式滑動(dòng)面比較復(fù)雜，穿過(guò)粘性土的局部地段可能為曲線面，穿過(guò)非粘性土的局部地段則可能為平面或折線面。在計(jì)算分析時(shí)，通常根據(jù)實(shí)際情況對(duì)滑動(dòng)面的形狀和位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。復(fù)式滑動(dòng)面示意圖4.5.2土料抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選取土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)主要指總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（凝聚力c和內(nèi)摩擦角）和有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（（凝聚力和內(nèi)摩擦角）。通?？梢圆捎檬彝庠粶y(cè)試方法測(cè)定，或室內(nèi)剪切試驗(yàn)方法確定。室內(nèi)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)測(cè)定方法有3種：不排水剪、固結(jié)不排水剪和排水剪?！禨L274－2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.3.5條中規(guī)定：土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)采用三軸儀測(cè)定。對(duì)3級(jí)以下的中壩，可用直接慢剪試

5、驗(yàn)測(cè)定土的有效強(qiáng)度指標(biāo)；對(duì)滲透系數(shù)很?。ㄐ∮?0－7cm/s）或壓縮系數(shù)很小（小于0.2MPa-1）的土，也可采用直接快剪試驗(yàn)或固結(jié)快剪試驗(yàn)測(cè)定其總強(qiáng)度指標(biāo)?！禨L274－2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄四中第D.1.1條規(guī)定了不同時(shí)期（施工期、穩(wěn)定滲流期和水庫(kù)水位降落期）、不同土類的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定方法和計(jì)算方法。4.5.3穩(wěn)定計(jì)算情況和安全系數(shù)的采用一、穩(wěn)定計(jì)算情況1．正常運(yùn)用情況(1)上游為正常蓄水位，下游為最低水位，或上游為設(shè)計(jì)洪水位，下游為相應(yīng)最高水位，壩內(nèi)形成穩(wěn)定滲流時(shí)，上下游壩坡穩(wěn)定驗(yàn)算。(2)水庫(kù)水位處于正常和設(shè)計(jì)水位之間范圍內(nèi)的正常性降落，2．非

6、常運(yùn)用情況I(1)施工期，考慮孔隙壓力時(shí)的上下游壩坡穩(wěn)定驗(yàn)算。(2)水庫(kù)水位非常降落，如自校核洪水降落至死水位以下，以及大流量快速泄空等情況下的上游壩坡穩(wěn)定驗(yàn)算。’(3)校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流時(shí)的下游壩坡穩(wěn)定驗(yàn)算。3．非常運(yùn)用情況Ⅱ正常運(yùn)用情況遇到地震時(shí)上下游壩坡穩(wěn)定驗(yàn)算。二、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的采用規(guī)范一：《DL5180-2003水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》按瑞典圓弧法計(jì)算時(shí)的容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)上表中的安全系數(shù)適用于采用不計(jì)條間作用力的瑞典圓弧法計(jì)算的情況。對(duì)于1、2級(jí)高壩以及復(fù)雜條件情況，可采用計(jì)入條間作用力的畢肖普法或其他較為嚴(yán)格的方法。此時(shí)

7、，表中的安全系數(shù)應(yīng)提高5％～10％，且對(duì)1級(jí)大壩，在正常運(yùn)用條件下的安全系數(shù)不應(yīng)小于1.5。運(yùn)行條件攔河壩的級(jí)別1234、5基本組合1.31.251.21.15特殊組合校核洪水1.21.151.11.05正常運(yùn)用+地震1.11.051.051.0規(guī)范二：《SL274－2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》《SL274－2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.3.9條規(guī)定：對(duì)于均質(zhì)壩、厚斜墻壩和厚心墻壩，宜采用計(jì)及條間作用的簡(jiǎn)化畢肖普法；對(duì)于有軟弱夾層、薄斜墻壩的壩坡穩(wěn)定分析及其他任何壩型，可采用滿足力和力矩平衡的摩根斯頓－普賴斯等滑楔法。按簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算時(shí)的容