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維持穩(wěn)定。摩爾認為：土體的破壞，主要是剪切破壞，即：一旦土體內任一平面上的剪應力達到或超過了土體的抗剪強度時，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)定性問題主要是局部穩(wěn)定問題。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、液化塑性流動是指由于壩體或壩基內局部地區(qū)的剪應力超過土料的抗剪強度，變形超過彈性限

2、值，使壩坡或壩基發(fā)生過大的局部變形，從而引起裂縫或沉陷。塑性流動可能發(fā)生在設計不良的軟粘性土的壩體或壩基中。液化是指飽和無粘性土體（特別是砂質土體）在動荷載（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)生在均勻細砂土的壩體或壩基中。關于塑性流動和液化失穩(wěn)的進一步知識，請同學們參考有關文獻，如：天津大學祁慶和教授主編的《水工建筑物》教材，以及有關《土力學》書籍。本節(jié)主要介紹土石壩結構穩(wěn)定中最為重要的、也是最為常見的失穩(wěn)型式：壩坡滑動穩(wěn)定問題。（二）土石

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

4、面型式。復式滑動面比較復雜，穿過粘性土的局部地段可能為曲線面，穿過非粘性土的局部地段則可能為平面或折線面。在計算分析時，通常根據(jù)實際情況對滑動面的形狀和位置進行適當?shù)暮喕褪交瑒用媸疽鈭D4.5.2土料抗剪強度指標的選取土的抗剪強度指標主要指總抗剪強度指標（凝聚力c和內摩擦角）和有效抗剪強度指標（（凝聚力和內摩擦角）。通?？梢圆捎檬彝庠粶y試方法測定，或室內剪切試驗方法確定。室內抗剪強度指標測定方法有3種：不排水剪、固結不排水剪和排水剪?！禨L274－2001碾壓式土石壩設計規(guī)范》第8.3.5條中規(guī)定：土的抗剪強度指標應采用三軸儀測定。對3級以下的中壩，可用直接慢剪試

5、驗測定土的有效強度指標；對滲透系數(shù)很小（小于10－7cm/s）或壓縮系數(shù)很?。ㄐ∮?.2MPa-1）的土，也可采用直接快剪試驗或固結快剪試驗測定其總強度指標。《SL274－2001碾壓式土石壩設計規(guī)范》附錄四中第D.1.1條規(guī)定了不同時期（施工期、穩(wěn)定滲流期和水庫水位降落期）、不同土類的抗剪強度指標的測定方法和計算方法。4.5.3穩(wěn)定計算情況和安全系數(shù)的采用一、穩(wěn)定計算情況1．正常運用情況(1)上游為正常蓄水位，下游為最低水位，或上游為設計洪水位，下游為相應最高水位，壩內形成穩(wěn)定滲流時，上下游壩坡穩(wěn)定驗算。(2)水庫水位處于正常和設計水位之間范圍內的正常性降落，2．非

6、常運用情況I(1)施工期，考慮孔隙壓力時的上下游壩坡穩(wěn)定驗算。(2)水庫水位非常降落，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)定驗算?！?3)校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流時的下游壩坡穩(wěn)定驗算。3．非常運用情況Ⅱ正常運用情況遇到地震時上下游壩坡穩(wěn)定驗算。二、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的采用規(guī)范一：《DL5180-2003水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》按瑞典圓弧法計算時的容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)上表中的安全系數(shù)適用于采用不計條間作用力的瑞典圓弧法計算的情況。對于1、2級高壩以及復雜條件情況，可采用計入條間作用力的畢肖普法或其他較為嚴格的方法。此時

7、，表中的安全系數(shù)應提高5％～10％，且對1級大壩，在正常運用條件下的安全系數(shù)不應小于1.5。運行條件攔河壩的級別1234、5基本組合1.31.251.21.15特殊組合校核洪水1.21.151.11.05正常運用+地震1.11.051.051.0規(guī)范二：《SL274－2001碾壓式土石壩設計規(guī)范》《SL274－2001碾壓式土石壩設計規(guī)范》第8.3.9條規(guī)定：對于均質壩、厚斜墻壩和厚心墻壩，宜采用計及條間作用的簡化畢肖普法；對于有軟弱夾層、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。按簡化畢肖普法計算時的容