水工建筑物-第六章 重力壩穩(wěn)定分析

本章主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)重力壩的荷載及其組合第三節(jié)重力壩的穩(wěn)定分析第四節(jié)重力壩的應(yīng)力分析第五節(jié)重力壩的剖面設(shè)計第六節(jié)重力壩的泄水與消能防第七節(jié)重力壩的材料與構(gòu)造第八節(jié)重力壩的地基處理第九節(jié)其它形式的重力壩本節(jié)主要講授內(nèi)容重力壩穩(wěn)定分析目的及意義重力壩穩(wěn)定分析的計算方法沿建基面的抗滑穩(wěn)定分析壩基深層抗滑穩(wěn)定分析提高抗滑穩(wěn)定性的工程措施重力壩穩(wěn)定分析的目的及意義主要目的是驗算重力壩在各種可能荷載組合下的穩(wěn)定是否滿足要求重力壩的抗滑穩(wěn)定問題，自60年代以來已引起各國壩工界的普遍重視。據(jù)不完全統(tǒng)計，在我國已建和正在設(shè)計的近百座大壩中，由于軟弱夾層而改變設(shè)計，降低壩高，增加工程量或在后期加固的約有1/3重力壩失穩(wěn)的模式建基面重力壩失穩(wěn)的模式軟弱結(jié)構(gòu)面三峽水電站三峽左5壩段滑移模式金沙江向家壩水電站重力壩穩(wěn)定分析的計算方法剛體極限平衡法－－－規(guī)范推薦，重點講解數(shù)值方法－－－有限元法、塊體元法、流形元法―――沒有控制標(biāo)準(zhǔn)

原則：參數(shù)＋計算方法＋標(biāo)準(zhǔn)－配套重力壩穩(wěn)定分析的計算方法目前在進行抗滑穩(wěn)定分析時，設(shè)計部門使用的規(guī)范主要是：SL319－2005《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》DL5108－1999《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)范是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是工程師進行設(shè)計的準(zhǔn)則沿建基面的抗滑穩(wěn)定分析壩基面―水平面―傾斜面－單一滑動面沿建基面的抗滑穩(wěn)定分析－摩擦公式滑動面――不是膠結(jié)面―――滑動面上的阻滑力只計摩擦力――不計凝聚力－－－－摩擦公式：摩擦試驗決定―――――沿建基面的抗滑穩(wěn)定分析－抗剪斷公式壩體與基巖膠結(jié)良好―――――阻滑力包括摩擦力和凝聚力抗剪斷試驗決定―――――f′和c′沿建基面的抗滑穩(wěn)定分析－抗剪斷公式高壩與低壩分別采用抗剪斷公式設(shè)計，哪個更容易滿足設(shè)計要求，對哪個更有利？如果采用摩擦公式呢？抗剪斷參數(shù)的物理意義抗剪斷強度中的參數(shù)之一的摩擦角（或摩擦系數(shù)

f′）是一個比較固定的數(shù)值。它主要受材料風(fēng)化、構(gòu)造斷裂和時間等因素的影響，變化不大，也即值具有比較好的穩(wěn)定性抗剪強度中的另一個參數(shù)凝聚力c′，本質(zhì)上是巖石內(nèi)連續(xù)性和剪切面不平整度的反映，天然巖石內(nèi)存在著各種變化不定的不連續(xù)結(jié)構(gòu)和不平整度，因而也相應(yīng)表現(xiàn)出變化不定的性質(zhì)抗剪斷參數(shù)的物理意義《規(guī)范》規(guī)定的容許安全系數(shù)安全系數(shù)荷載組合壩

的

級

別123K基本組合1.101.051.05特殊組合(1)1.051.001.00特殊組合(2)1.001.001.00K′基本組合3.0特殊組合(1)2.5特殊組合(2)2.3參數(shù)取值原則原則應(yīng)按抗剪斷強度公式核算沿建基面的抗滑穩(wěn)定；其抗剪斷參數(shù)的選取原則是：在大中型工程的規(guī)劃、可行性研究報告階段以及中型工程中的中低壩無條件進行野外試驗時，可參照其附表的抗剪斷參數(shù)參考值選用，在可研報告以后的設(shè)計階段，應(yīng)以野外試驗測定的峰值小值平均值為基礎(chǔ)，由地質(zhì)、設(shè)計共同分析研究加以確定參數(shù)取值原則對中型工程的中、低壩，也可按摩擦公式計算，此時的摩擦系數(shù)應(yīng)參考野外試驗成果的屈服極限值（塑性破壞）或比例極限值（脆性破壞）以及室內(nèi)試驗成果確定重力壩抗滑穩(wěn)定分析總則抗滑穩(wěn)定計算公式＋參數(shù)取值＋荷載組合＋控制標(biāo)準(zhǔn)－－－－－“配套”以上介紹的兩種抗滑穩(wěn)定計算公式雖然理論上還不夠完善，但都有長期的使用經(jīng)驗，而且也在不斷地改進和發(fā)展，如：對f′和c′采用不同的折減（分項）系數(shù)對不同的壩高采用不同的控制標(biāo)準(zhǔn)壩基深層抗滑穩(wěn)定分析實踐經(jīng)驗證明，如果地基基巖堅固完整，一座按照近代理論、用近代技術(shù)建設(shè)的大壩極少可能發(fā)生整體失穩(wěn)問題，設(shè)計中也只須核算沿建基面的穩(wěn)定性但若壩基內(nèi)存在軟弱面時，除了要核算沿建基面的穩(wěn)定性外，更須驗算壩體帶動一部分基巖沿軟弱面失穩(wěn)的可能性。這就是重力壩的深層抗滑穩(wěn)定問題壩基深層抗滑穩(wěn)定分析三峽重力壩壩基深層抗滑穩(wěn)定分析向家壩重力壩壩基深層抗滑穩(wěn)定分析單斜滑動面抗滑穩(wěn)定計算（與建基面類似）雙斜面抗滑穩(wěn)定計算（典型）多滑動面抗滑穩(wěn)定計算（與雙滑面類似）雙斜面抗滑穩(wěn)定計算雙斜面抗滑穩(wěn)定計算沿滑動面BC的抗剪斷安全系數(shù)為:雙斜面抗滑穩(wěn)定計算沿滑動面AB的抗剪斷安全系數(shù)為:雙斜面抗滑穩(wěn)定計算被動抗力法KBCD＝1KABD剩余推力法KABD

＝1KBCD等安全系數(shù)法雙斜面抗滑穩(wěn)定計算第二滑動面的判別當(dāng)壩基巖體中只存在明顯的傾向下游的軟弱結(jié)構(gòu)面，而下游巖體并不存在明顯的第二滑動面時，則第二滑動面可通過試算確定雙斜面抗滑穩(wěn)定計算抗力R的方向的討論當(dāng)兩滑動塊體之間接觸面抗力R的方向為水平時，求得的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K值最小，隨著R與水平夾角的增大，K值也隨之增大抗力R的方向確定方法－－根據(jù)有限元結(jié)果/接觸面巖體的摩擦角壩基深層抗滑穩(wěn)定分析以上以抗剪斷公式計算安全系數(shù)為例介紹了深層抗滑穩(wěn)定計算方法，視滑動體為剛體，按極限平衡求算其安全系數(shù)，統(tǒng)稱為剛體極限平衡法由于它不考慮巖體本身的應(yīng)力和變形，其結(jié)果自然是近似的。但由于它有較豐富的使用經(jīng)驗，目前仍被國內(nèi)外廣泛采用壩基深層抗滑穩(wěn)定分析壩基深層抗滑穩(wěn)定分析的控制標(biāo)準(zhǔn)比照重力壩沿建基面的抗滑穩(wěn)定驗算標(biāo)準(zhǔn)來進行提高重力壩穩(wěn)定的工程措施1、將壩的迎水面做成傾斜或折坡形、將壩基面開挖成傾向上游的斜面或者形成鋸齒狀提高重力壩穩(wěn)定的工程措施2、利用地形地質(zhì)特點，在壩踵或壩趾設(shè)置深入基巖的齒墻提高重力壩穩(wěn)定的工程措施3、采用大型鋼筋混凝土抗滑柱提高重力壩穩(wěn)定的工程措施4、采用有效的防滲排水或抽水措施，降低揚壓力提高重力壩穩(wěn)定的工程措施5、利用預(yù)加應(yīng)力提高抗滑穩(wěn)定性提高重力壩穩(wěn)定的工程措施6、為了改善岸坡壩段的穩(wěn)定條件，必要時還可采用灌漿封閉橫縫，以限制其側(cè)向位移。若地形地質(zhì)條件允許，可將岸