重力壩穩(wěn)定分析方法及提高壩體抗滑穩(wěn)定的工程措施[最新]

1、重力壩的穩(wěn)定性汪祥勝 3008205112（46）前言：重力壩是世界出現(xiàn)最早的一種壩型，早在2900年前在埃及就出現(xiàn)了最早的重力擋水壩。隨著我國重力壩建設(shè)的繁榮，數(shù)量的增多和高度的不斷提升，使得對穩(wěn)定分析有著重要的理論和實(shí)踐意義。大壩的穩(wěn)定性直接關(guān)系到大壩安全性和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)息息相關(guān)，而此次實(shí)習(xí)的三峽和向家壩皆是重力壩的代表杰作，通過實(shí)習(xí)定能從深層次上了解有關(guān)大壩穩(wěn)定性的相關(guān)問題，包括什么是重力壩，重力壩穩(wěn)定的意義，其穩(wěn)定性分析方法和提高壩體抗滑穩(wěn)定性的工程措施及在實(shí)際中的應(yīng)用情況和應(yīng)注意的問題。一什么是重力壩1.重力壩是由砼或漿砌石修筑的大體積檔水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整體是

2、由若干壩段組成。重力壩在水壓力及其他荷載作用下，主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)定要求;同時依靠壩體自重產(chǎn)生的壓力來抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強(qiáng)度要求。2.優(yōu)缺點(diǎn)：重力壩優(yōu)點(diǎn)：重力壩之所以得到廣泛應(yīng)用,是由于有以下優(yōu)點(diǎn)：相對安全可靠,耐久性好，抵抗?jié)B漏、洪水漫溢、地震和戰(zhàn)爭破壞能力都比較強(qiáng)；設(shè)計(jì)、施工技術(shù)簡單，易于機(jī)械化施工；對不同的地形和地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，任何形狀河谷都能修建重力壩，對地基條件要求相對地說不太高；在壩體中可布置引水、泄水孔口，解決發(fā)電、泄洪和施工導(dǎo)流等問題。重力壩缺點(diǎn)：壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮；壩體體積大，耗用水泥多；施工期混凝土溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力大，對

3、溫度控制要求高。3.工作原理；重力壩在水壓力及其它荷載作用下必需滿足： A、穩(wěn)定要求：主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足。 B、強(qiáng)度要求：依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力來滿足。4.重力壩類型：重力壩按筑壩材料的不同分為:混凝土重力壩和漿砌石重力壩。 重力壩按其結(jié)構(gòu)形式分為:實(shí)體重力壩;寬縫重力壩；空腹重力壩。 重力壩按泄水條件可分為非溢流壩和溢流壩兩種剖面。 實(shí)體重力壩因橫縫處理的方式不同可分為三類。懸臂式重力壩：橫縫不設(shè)鍵槽，不灌漿；鉸接式重力壩：橫縫設(shè)鍵槽，但不灌漿；整體式重力壩：橫縫設(shè)鍵槽，并進(jìn)行灌漿二穩(wěn)定性分析方法：1.抗滑穩(wěn)定分析的目的是核算壩體沿壩基面或沿地

4、基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度。當(dāng)岸坡壩段地形陡峻時，還需核算這些壩段在三向荷載作用下的抗滑穩(wěn)定。2.重力壩滑動失穩(wěn)模式極其計(jì)算方法重力壩可能沿壩基平面滑動，也可能沿地在中緩傾角斷層或軟弱夾層滑動。我國修建了大中型重力壩100余座，其中有1/3存在深層滑動問題。（一）沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析 假定壩體與壩基的連接有三種物理模式:“觸接”、“粘接”、“咬接” 單一的安全系數(shù)法：（1）抗剪強(qiáng)度公式（摩擦公式） a、滑動面水平面時： b、滑動面傾向上時：本公式不考慮凝聚力，偏于安全，凝聚力作為安全儲備，所以規(guī)定的安全系數(shù)較低。摩擦系數(shù)f的選取問題一般由若干組試驗(yàn)確定。但由于試驗(yàn)巖體自身的非均勻性質(zhì)和

5、每次試驗(yàn)條件不可能完全相同，導(dǎo)致試驗(yàn)成果具有較大的離散性，如何選用試驗(yàn)值，還值得研究。規(guī)范規(guī)定，f的最后選取應(yīng)以野外和室內(nèi)試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，參照地質(zhì)條件類似的已建工程的經(jīng)驗(yàn)等，由地質(zhì)、試驗(yàn)和設(shè)計(jì)人員研究確定。根據(jù)國內(nèi)外已建工程的統(tǒng)計(jì)資料，混凝土與基巖的f值常取在0.50.8之間。摩擦系數(shù)的選定直接關(guān)系到大壩的造價與安全，f值愈小，要求壩體剖面愈大。以新安江為例，若f值減小0.01，壩體混凝土方量增加2萬m3。（2）抗剪斷公式 1、假定：認(rèn)為砼與基巖接觸良好，直接采用接觸面上的抗剪斷參數(shù)f和c。2、公式：3、 安全系數(shù)Ks,設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：不分等級基本荷載組合：采用3.0特殊荷載組

6、合：（a）采用2.5； （b）采用不小于2.3。 本公式既考慮了抗剪斷摩擦力，又考慮了滑動面上的凝聚力，比較符合實(shí)際情況?？辜魯鄥?shù)的選定對于大、中型工程，在設(shè)計(jì)階段， f ,c應(yīng)由野外及室內(nèi)試驗(yàn)成果決定。在規(guī)劃和可行性研究階段，可以參考規(guī)范給定的數(shù)值選用。規(guī)范規(guī)定如下：類基巖很好的巖石， f 1.21.5,c1.31.5Mpa類基巖好的巖石， f 1.01.3, c1.11.3Mpa類基巖中等的巖石， f 0.91.2, c0.71.1Mpa 類基巖較差的巖石，f 0.70.9, c0.30.7Mpa上述結(jié)果不包括基巖內(nèi)有軟弱夾層的情況；同時，膠結(jié)面的f ,c值不能高于混凝土的f ,c；對于

7、、類基巖，如果建基面做成較大的起伏差，可采用混凝土的抗剪斷參數(shù)。（二）深層抗滑穩(wěn)定分析 深層滑動：地基內(nèi)往往存在著較弱夾層或緩傾角斷層，壩體擋水后，有可能沿這些薄弱面產(chǎn)生滑動，就叫做深層滑動。當(dāng)壩基內(nèi)存在不利的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面時，在水荷載作用下，壩體有可能連同部分基巖沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移，即所謂的深層滑動。地基深層滑動情況十分復(fù)雜，失穩(wěn)和計(jì)算方法還在探索之中。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該:查明地基中主要缺陷，確定失穩(wěn)邊界，測定抗剪強(qiáng)度參數(shù)；選擇合理的計(jì)算方法，并規(guī)定相應(yīng)的安全系數(shù)；選擇提高深層穩(wěn)定性的措施，滿足安全系數(shù)。 常見的重力壩深層抗滑穩(wěn)定的破壞類型：（1）沿滑裂面剪切破壞壩基內(nèi)有單斜滑動或能構(gòu)成雙斜

8、滑動的軟弱結(jié)構(gòu)面，在水平荷載作用下將沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生剪切破壞。上有壩踵處一般為拉裂破壞。（2）下游尾巖擠壓破壞 當(dāng)壩基內(nèi)有傾向下游的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面時，下游尾巖內(nèi)無傾向上游的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面時，下游尾巖內(nèi)無傾向上游的緩傾角結(jié)構(gòu)面，則構(gòu)不成天然的雙斜滑動面。（3）下游尾巖抗力體隆起破壞 壩基內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面與上述兩種情況相同，但尾巖為層狀巖石，巖性堅(jiān)硬且比較完整。在水平荷載作用下，尾巖上部產(chǎn)生拉力區(qū)，巖體表部產(chǎn)生向下的位移，即發(fā)生隆起破壞。因支撐的尾巖抗力體失穩(wěn)，最終導(dǎo)致壩體基礎(chǔ)產(chǎn)生過大的向下游的位移而失穩(wěn)。當(dāng)壩基巖體內(nèi)存在著不利的軟弱夾層或緩傾角斷層時，壩體有可能沿著壩基軟弱面產(chǎn)生深層滑動。計(jì)算時

9、選擇幾個比較危險的滑動面進(jìn)行試算，然后做出比較分析判斷。 目前尚無成熟的方法：（1）單斜面深層滑動的計(jì)算（2）雙斜面深層滑動單斜面深層滑動的計(jì)算軟弱面上抗剪強(qiáng)度很低，其穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)采用抗剪強(qiáng)度公式：式中：為滑動面與水平面間的夾角 U為作用在滑動面上的揚(yáng)壓力當(dāng)滑動面傾向上游時， 為正，增加了抗滑力，減少了滑動力，對壩體穩(wěn)定有利；當(dāng)滑動面傾向下游時，為負(fù)，使抗滑力減小，滑動力增大，對壩體穩(wěn)定不利。（三）岸坡壩段的穩(wěn)定分析重力壩岸坡壩段的基面是一個呈臺階狀的傾斜面。壩體在重力作用下有沿岸坡下滑的趨勢，同時又受壩體上游面水壓力的作用，構(gòu)成三維受力。首先將鉛直方向的合力沿岸坡方向分解，然后在滑動面上采用抗

10、剪強(qiáng)度公式和抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算安全系數(shù)。岸坡壩段抗滑穩(wěn)定分析三提高重力壩壩體抗滑穩(wěn)定性的工程措施有哪些?首先，要選好壩基，壩基的巖石地質(zhì)構(gòu)造要求：微風(fēng)化、新鮮，產(chǎn)狀以傾向上游為佳，若壩基巖石質(zhì)量不理想，還要進(jìn)行地基處理，使其承載力及應(yīng)變滿足規(guī)范要求，如進(jìn)行固結(jié)灌漿。其次，壩體橫截面設(shè)計(jì)要經(jīng)過計(jì)算，即抗滑穩(wěn)定計(jì)算，安全系數(shù)要滿足規(guī)范要求，如果僅為提高重力壩的抗滑穩(wěn)定性，那么可把截面做大一些，這樣壩體就重，相應(yīng)的抗滑力就大，抗滑力由壩體自重和壩體混凝土與壩基的摩阻力、粘結(jié)力構(gòu)成。第三、確保壩基處理、混凝土的施工質(zhì)量。當(dāng)然，設(shè)計(jì)時必須進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時各參數(shù)取值要合理或偏保守一些，這樣才能確保重力壩的抗滑穩(wěn)定。具體措施有：（1）利用水重 （2）將壩基面開挖成傾向上游的斜面 （3）