講課比賽-重力壩抗滑穩(wěn)定分析2

3.3重力壩的抗滑穩(wěn)定分析董玉文重力壩失穩(wěn)破壞的主要模式重力壩穩(wěn)定分析的內容重力壩穩(wěn)定分析的計算方法沿建基面的抗滑穩(wěn)定分析提高抗滑穩(wěn)定性的工程措施抗滑穩(wěn)定分析方法的發(fā)展趨勢主要內容一、重力壩失穩(wěn)破壞的主要模式1、沿抗剪能力不足的薄弱層面滑動（滑移破壞）沿建基面滑動深層滑動建基面軟弱結構面沿壩基面滑動失穩(wěn)過程：壩踵膠結面出現(xiàn)微裂松弛區(qū)→壩趾膠結面出現(xiàn)局部剪切屈服→屈服范圍向上游延伸→整體滑動失穩(wěn)重力壩發(fā)生滑動失穩(wěn)的實例1895年，法國Bouzey重力壩（22m）因設計時未考慮作用于壩基上的揚壓力失事。1928年，美國圣弗蘭西斯壩（62m），由于壩基泥質膠結礫巖浸水崩解和巖層中的石膏細脈溶解，發(fā)生滑移失事。1983年，美國圣奧斯汀重力壩（20.7m），有152m長的壩段沿石灰?guī)r中的頁巖軟弱夾層發(fā)生滑動破壞。國內，據(jù)1979年不完全統(tǒng)計，未能及時發(fā)現(xiàn)壩基內的軟弱夾層，以致改變設計延誤工期和后期加固的大中型閘壩就有30余座。我國修建的100余座重力壩中，有1/3存在深層滑動問題。失穩(wěn)模式1——滑動失穩(wěn)三峽左5壩段滑移模式失穩(wěn)模式1——滑動失穩(wěn)金沙江向家壩水電站失穩(wěn)模式1——滑動失穩(wěn)金沙江向家壩右非1壩段地質剖面圖2、壩踵及以下巖體受拉開裂、壩趾受壓破碎產生的傾倒滑移破壞（強度不足破壞）?傾倒破壞具體計算方法尚不夠成熟完善；

?傾倒失穩(wěn)情況很少發(fā)生（要求壩踵不出現(xiàn)拉應力）。重力壩失穩(wěn)模式2驗算壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定安全度；驗算整體沿深層軟弱結構面抗滑穩(wěn)定的安全度。壩基面軟弱面二、重力壩抗滑穩(wěn)定分析的內容（1）剛體極限平衡法——規(guī)范使用三、重力壩的抗滑穩(wěn)定分析的方法將壩體、巖體或大壩與壩體組成的滑裂體看成剛體;不考慮滑裂體本身和滑裂體之間變形及滑裂面上應力分布;僅考慮滑裂面上的合力，忽略力矩的作用效應。（2）數(shù)值方法（3）模型試驗法如有限元法、塊體元法、流形元法等。該方法目前還沒有設計控制標準。向家壩有限元模型三、重力壩的抗滑穩(wěn)定分析的方法三、重力壩的抗滑穩(wěn)定分析的方法目前在進行抗滑穩(wěn)定分析時，設計部門使用的規(guī)范：SL319-2005《混凝土重力壩設計規(guī)范》(安全系數(shù)法)DL5108-1999《混凝土重力壩設計規(guī)范》(分項系數(shù)極限狀態(tài)設計法)抗滑穩(wěn)定問題分類:按平面問題分析：河床壩段按空間問題分析：岸坡壩段

三、重力壩的抗滑穩(wěn)定分析的方法1、抗剪強度公式（摩擦公式）（只接觸，不膠結）接觸面水平時：四、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析∑W：接觸面以上的總鉛直力∑P：接觸面以上的總水平力U：作用在接觸面上的揚壓力f：接觸面間的摩擦系數(shù)只計摩擦力，不計凝聚力。穩(wěn)定分析時，可取一個壩段或取單位寬度進行計算。1、抗剪強度公式(摩擦公式）（只接觸，不膠結)

四、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析?β＞0，傾向上游，有利于抗滑穩(wěn)定！?β＜0呢？接觸面傾斜時：2、抗剪斷公式四、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析規(guī)范規(guī)定的參數(shù)取值方法：

?規(guī)劃階段：可參考規(guī)范經(jīng)驗值選用；

?

可研、設計階段：經(jīng)試驗確定；

?中型工程的中、低壩，若無條件進行野外試驗時，宜進行室內試驗，并參照規(guī)范經(jīng)驗值選用?？辜魯嗄哿辜魯嗄Σ料禂?shù)強度參數(shù)的取值對工程量的影響很大。新安江若f

減少0.01，砼增加2萬方。壩基面面積四、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析表3-4抗滑安全系數(shù)Ks、K’s荷載組合KsK’s1級建筑物2級建筑物3級建筑物1級建筑物2級建筑物3級建筑物基本組合1.101.051.053.0特殊組合（1）1.051.001.002.5（2）1.001.001.002.3四、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析?“抗滑穩(wěn)定計算公式＋參數(shù)取值＋荷載組合＋控制標準”要配套。如果用摩擦公式計算的K=1.0，是不是意味壩處于臨界狀態(tài)？為什么[k′s]比[ks]大很多？兩種公式的選用摩擦公式：忽略了凝聚力，不合乎實際;抗剪斷公式：物理概念明確，更符合壩體的實際情況，逐漸采用較多。兩種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。規(guī)范建議：當壩基內不存在可能導致深層滑動的軟弱面時，應按抗剪斷強度公式計算；對中型工程的中、低壩，為安全計，也可按抗剪強度公式計算。安全系數(shù)只是一個抗滑穩(wěn)定的定性安全指標，并不能定量反映壩體真實的安全程度。四、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析算例：某重力壩基本剖面尺寸如圖。其余參數(shù)如下：混凝土容重：泥沙浮容重：5KN/m3

壩基接觸良好，強度參數(shù)如下：最小穩(wěn)定安全系數(shù)：忽略浪壓力，驗算設計洪水情況下該壩段沿壩基面的穩(wěn)定性。四、沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析（α=0.2）設計洪水位①利用水重：將上游面做成傾斜面以利用水重。坡度不宜過緩，否則會產生拉應力五、提高重力壩壩基面抗滑穩(wěn)定的工程措施②利用有利的開挖輪廓線壩基面傾向上游降低壩踵高程傾向上游的鋸齒五、提高重力壩壩基面抗滑穩(wěn)定的工程措施③設置齒墻齒墻阻斷軟弱面，改變滑動面位置，增加抗滑力五、提高重力壩壩基面抗滑穩(wěn)定的工程措施④抽水措施：抽去壩底滲透水，減少浮托力。五、提高重力壩壩基面抗滑穩(wěn)定的工程措施⑤預加應力措施：同時可改善壩踵的應力狀態(tài)5提高重力壩壩基面抗滑穩(wěn)定的工程措施剛體極限平衡法存在的問題以經(jīng)驗為基礎，計算方法可靠，但理論研究不透；滑動破壞沿人們事先假定的方向進行。剛體極限平衡法屬于定值、確定性方法，不能全面反映影響結構安全性的變異性因素。趨勢1：非線性有限元法（FEM）FEM可以通過研究大壩與地基的應力與變形發(fā)展過程，研究其破壞失穩(wěn)發(fā)展的全過程，進一步揭示其破壞失穩(wěn)的機制。六、抗滑穩(wěn)定分析方法的發(fā)展趨勢趨勢2：可靠度設計法基于隨機變量的統(tǒng)計與分析，用結構的失效概率或可靠度來度量壩體的抗滑穩(wěn)定安全度。屬于非確定性設計方法，可以有效地處理工程中遇到的各種因素的隨機性。使結構安全性從以往的長期主要依靠工