土石壩穩(wěn)定分析

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1、§4土石壩穩(wěn)定分析一、概述二、荷載及組合三、穩(wěn)定分析方法四、提高穩(wěn)定的工程措施7/10/20211土石壩在自重、水荷載、滲透壓力和地震荷載作用下，若剖面尺寸不當(dāng)或壩體、壩基土料的抗剪強(qiáng)度不足，壩體或壩體連同部分地基發(fā)生滑動(dòng)，造成失穩(wěn)。壩基內(nèi)有軟弱夾層時(shí)，也可能發(fā)生塑性流動(dòng)。飽和細(xì)沙受地震作用還可能發(fā)生液化失穩(wěn)。分析目的：分析壩體及壩基在各種不同條件下可能產(chǎn)生的失穩(wěn)形式，校驗(yàn)其穩(wěn)定性，確定壩體經(jīng)濟(jì)剖面。失穩(wěn)特點(diǎn)：壩體由散粒材料組成，不會出現(xiàn)整體滑動(dòng)或傾覆失穩(wěn)，只可能發(fā)生局部失穩(wěn)破壞。一、穩(wěn)定分析概述7/10/20212穩(wěn)定破壞形

2、式滑動(dòng)：壩或壩基材料的抗剪強(qiáng)度不夠，沿某一滑動(dòng)面向下坍滑。液化：細(xì)砂或均勻砂料，地震、打樁振動(dòng)、爆炸飽和的松砂受振動(dòng)或剪切而發(fā)生體積收縮，孔隙水不能立即排出，有效應(yīng)力轉(zhuǎn)化為孔隙應(yīng)力，砂土抗剪強(qiáng)度降低，砂料隨水的流動(dòng)而流散。影響因素：有效粒徑小，孔隙比大，砂料均勻，受力體大，受力猛，透水性小，易液化。美國福特派克壩380萬立方米的砂體在10分鐘內(nèi)流失；鐵路橋因火車振動(dòng)而液化。塑性流動(dòng)：壩體或壩基剪應(yīng)力超過了土料抗剪強(qiáng)度，變形超過彈性極限值，壩坡或壩腳地基土被壓出或隆起，壩體產(chǎn)生裂縫或沉陷。軟粘土壩體容易發(fā)生。7/10/20213

3、滑動(dòng)面形狀1、曲面滑動(dòng)面滑動(dòng)面頂部陡而底部漸緩，曲面近似圓弧，多發(fā)生于粘性土中。2、折線滑動(dòng)面多發(fā)生于非粘性土坡，如薄心墻壩、斜墻壩；折點(diǎn)一般在水面附近。3、復(fù)式滑動(dòng)面厚心墻或粘土及非粘土構(gòu)成的多種土質(zhì)壩形成復(fù)式滑動(dòng)面。當(dāng)壩基內(nèi)有軟弱夾層時(shí)，滑動(dòng)面不再向下深切，而沿夾層形成曲、直組合的復(fù)式滑動(dòng)。7/10/20214荷載:1、壩體自重壩體內(nèi)浸潤線以上部分按濕容重計(jì)算，下游水位以上按飽和容重，下游水位以下部分按浮容重計(jì)算。濕容重：單位體積中土、水、空氣的重量。飽和容重：水占滿了土中的空隙，單位體積內(nèi)水和土的重量。浮容重：土的有效重

4、量，等于飽和容重-12、滲透壓力：動(dòng)水壓力方向與滲流方向相同，作用于單位土體上的滲流力可按下式計(jì)算：f=γj式中γ為水的容重，j為滲透坡降滲透壓力對邊坡穩(wěn)定不利二、荷載及荷載組合7/10/202153、孔隙水壓力土體可壓縮，水是不可壓縮的，且不能傳遞剪力。當(dāng)土體孔隙飽和時(shí)，荷載由水來承擔(dān)，孔隙受壓排水后，土粒骨架開始承擔(dān)（有效應(yīng)力），孔隙水所承擔(dān)的應(yīng)力為孔隙應(yīng)力（孔隙水應(yīng)力），兩者之和為總應(yīng)力。土體中有孔隙水壓力后，有效應(yīng)力降低，對穩(wěn)定不利。粘性土在以下情況會產(chǎn)生孔隙水壓力：①施工期；②庫水位降落；③地震時(shí)附加孔隙水壓力。孔隙

5、水壓力隨土料性質(zhì)、填土含水量、填筑速度、壩內(nèi)各點(diǎn)荷載和排水條件不同，隨時(shí)間變化，隨排水而變化。7/10/20216荷載組合土石壩施工、蓄水和庫水位降落的各個(gè)時(shí)期不同荷載下，應(yīng)分別計(jì)算其穩(wěn)定性?？刂品€(wěn)定的有施工期（包括竣工時(shí)）、穩(wěn)定滲流期、庫水位降落期和正常運(yùn)用遇地震四種工況，應(yīng)計(jì)算的內(nèi)容：施工期的上、下游壩坡；穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡；水庫水位降落期的上游壩坡；正常運(yùn)用遇地震的上、下游壩坡。7/10/20217土石壩各種計(jì)算工況，土體的抗剪強(qiáng)度均應(yīng)采用有效應(yīng)力法計(jì)算：粘性土施工期同時(shí)采用總應(yīng)力法計(jì)算：粘性土庫水位降落期同時(shí)采用

6、總應(yīng)力計(jì)算：式中：τ為土體的抗剪強(qiáng)度7/10/202187/10/20219三、穩(wěn)定分析壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)采用剛體極限平衡法。對于均質(zhì)壩、厚斜墻壩和厚心墻壩，宜采用計(jì)及條塊間作用力的簡化畢肖普法；對于有軟弱夾層、薄斜墻、薄心墻壩的壩坡穩(wěn)定分析及任何壩型，可采用滿足力和力矩平衡的摩根斯頓－普賴斯等分析。非均質(zhì)壩體和壩基穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算應(yīng)考慮安全系數(shù)的多極值特性。滑動(dòng)破壞面應(yīng)在不同的土層進(jìn)行分析比較，直到求得最小穩(wěn)定安全系數(shù)。7/10/2021107/10/2021117/10/202112四、提高穩(wěn)定的工程措施如果穩(wěn)定復(fù)核后安

7、全系數(shù)不滿足設(shè)計(jì)要求，可在設(shè)計(jì)中放緩壩坡或提高土石料的填筑標(biāo)準(zhǔn)以增加壩體穩(wěn)定性。對已建土石壩，可采用下列措施：壩腳加壓重或放緩壩坡；加強(qiáng)防滲、導(dǎo)滲措施；加固地基7/10/202113