水工建筑物-第六章 重力坝稳定分析

本章主要内容第一节概述第二节重力坝的荷载及其组合第三节重力坝的稳定分析第四节重力坝的应力分析第五节重力坝的剖面设计第六节重力坝的泄水与消能防第七节重力坝的材料与构造第八节重力坝的地基处理第九节其它形式的重力坝本节主要讲授内容重力坝稳定分析目的及意义重力坝稳定分析的计算方法沿建基面的抗滑稳定分析坝基深层抗滑稳定分析提高抗滑稳定性的工程措施重力坝稳定分析的目的及意义主要目的是验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定是否满足要求重力坝的抗滑稳定问题，自60年代以来已引起各国坝工界的普遍重视。据不完全统计，在我国已建和正在设计的近百座大坝中，由于软弱夹层而改变设计，降低坝高，增加工程量或在后期加固的约有1/3重力坝失稳的模式建基面重力坝失稳的模式软弱结构面三峡水电站三峡左5坝段滑移模式金沙江向家坝水电站重力坝稳定分析的计算方法刚体极限平衡法－－－规范推荐，重点讲解数值方法－－－有限元法、块体元法、流形元法―――没有控制标准

原则：参数＋计算方法＋标准－配套重力坝稳定分析的计算方法目前在进行抗滑稳定分析时，设计部门使用的规范主要是：SL319－2005《混凝土重力坝设计规范》DL5108－1999《混凝土重力坝设计规范》规范是行业标准，是工程师进行设计的准则沿建基面的抗滑稳定分析坝基面―水平面―倾斜面－单一滑动面沿建基面的抗滑稳定分析－摩擦公式滑动面――不是胶结面―――滑动面上的阻滑力只计摩擦力――不计凝聚力－－－－摩擦公式：摩擦试验决定―――――沿建基面的抗滑稳定分析－抗剪断公式坝体与基岩胶结良好―――――阻滑力包括摩擦力和凝聚力抗剪断试验决定―――――f′和c′沿建基面的抗滑稳定分析－抗剪断公式高坝与低坝分别采用抗剪断公式设计，哪个更容易满足设计要求，对哪个更有利？如果采用摩擦公式呢？抗剪断参数的物理意义抗剪断强度中的参数之一的摩擦角（或摩擦系数

f′）是一个比较固定的数值。它主要受材料风化、构造断裂和时间等因素的影响，变化不大，也即值具有比较好的稳定性抗剪强度中的另一个参数凝聚力c′，本质上是岩石内连续性和剪切面不平整度的反映，天然岩石内存在着各种变化不定的不连续结构和不平整度，因而也相应表现出变化不定的性质抗剪断参数的物理意义《规范》规定的容许安全系数安全系数荷载组合坝

的

级

别123K基本组合1.101.051.05特殊组合(1)1.051.001.00特殊组合(2)1.001.001.00K′基本组合3.0特殊组合(1)2.5特殊组合(2)2.3参数取值原则原则应按抗剪断强度公式核算沿建基面的抗滑稳定；其抗剪断参数的选取原则是：在大中型工程的规划、可行性研究报告阶段以及中型工程中的中低坝无条件进行野外试验时，可参照其附表的抗剪断参数参考值选用，在可研报告以后的设计阶段，应以野外试验测定的峰值小值平均值为基础，由地质、设计共同分析研究加以确定参数取值原则对中型工程的中、低坝，也可按摩擦公式计算，此时的摩擦系数应参考野外试验成果的屈服极限值（塑性破坏）或比例极限值（脆性破坏）以及室内试验成果确定重力坝抗滑稳定分析总则抗滑稳定计算公式＋参数取值＋荷载组合＋控制标准－－－－－“配套”以上介绍的两种抗滑稳定计算公式虽然理论上还不够完善，但都有长期的使用经验，而且也在不断地改进和发展，如：对f′和c′采用不同的折减（分项）系数对不同的坝高采用不同的控制标准坝基深层抗滑稳定分析实践经验证明，如果地基基岩坚固完整，一座按照近代理论、用近代技术建设的大坝极少可能发生整体失稳问题，设计中也只须核算沿建基面的稳定性但若坝基内存在软弱面时，除了要核算沿建基面的稳定性外，更须验算坝体带动一部分基岩沿软弱面失稳的可能性。这就是重力坝的深层抗滑稳定问题坝基深层抗滑稳定分析三峡重力坝坝基深层抗滑稳定分析向家坝重力坝坝基深层抗滑稳定分析单斜滑动面抗滑稳定计算（与建基面类似）双斜面抗滑稳定计算（典型）多滑动面抗滑稳定计算（与双滑面类似）双斜面抗滑稳定计算双斜面抗滑稳定计算沿滑动面BC的抗剪断安全系数为:双斜面抗滑稳定计算沿滑动面AB的抗剪断安全系数为:双斜面抗滑稳定计算被动抗力法KBCD＝1KABD剩余推力法KABD

＝1KBCD等安全系数法双斜面抗滑稳定计算第二滑动面的判别当坝基岩体中只存在明显的倾向下游的软弱结构面，而下游岩体并不存在明显的第二滑动面时，则第二滑动面可通过试算确定双斜面抗滑稳定计算抗力R的方向的讨论当两滑动块体之间接触面抗力R的方向为水平时，求得的抗滑稳定安全系数K值最小，随着R与水平夹角的增大，K值也随之增大抗力R的方向确定方法－－根据有限元结果/接触面岩体的摩擦角坝基深层抗滑稳定分析以上以抗剪断公式计算安全系数为例介绍了深层抗滑稳定计算方法，视滑动体为刚体，按极限平衡求算其安全系数，统称为刚体极限平衡法由于它不考虑岩体本身的应力和变形，其结果自然是近似的。但由于它有较丰富的使用经验，目前仍被国内外广泛采用坝基深层抗滑稳定分析坝基深层抗滑稳定分析的控制标准比照重力坝沿建基面的抗滑稳定验算标准来进行提高重力坝稳定的工程措施1、将坝的迎水面做成倾斜或折坡形、将坝基面开挖成倾向上游的斜面或者形成锯齿状提高重力坝稳定的工程措施2、利用地形地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿墙提高重力坝稳定的工程措施3、采用大型钢筋混凝土抗滑柱提高重力坝稳定的工程措施4、采用有效的防渗排水或抽水措施，降低扬压力提高重力坝稳定的工程措施5、利用预加应力提高抗滑稳定性提高重力坝稳定的工程措施6、为了改善岸坡坝段的稳定条件，必要时还可采用灌浆封闭横缝，以限制其侧向位移。若地形地质条件允许，可将岸