重力坝稳定分析.pptVIP

第三节 重力坝的稳定分析 重力坝主要是依靠自重维持稳定，其可能出现的破坏型式有：滑动和倾复。 滑动：坝体沿抗剪能力不足的薄弱而产生滑动。 倾复：抗倾力矩小于倾复力矩，下游地基差易出现。 按照目前的设计方法，高度H小于100m的重力坝，控制剖面尺寸常常的稳定而不是应力。 目前的计算公式大都是半径验性的，因为影响因素很多。 重力坝滑动失稳模式 重力坝可能沿坝基平面滑动，也可能沿地在中缓倾角断层或软弱夹层滑动。 表面滑动 浅层滑动 深层滑动 我国修建了大中型重力坝100余座，其中有1/3存在深层滑动问题。 稳定分析设计理论的历史沿革 沿坝基面的抗滑稳定分析 单一的安全系数法 （一）抗剪强度公式（摩擦公式） a、滑动面水平面时 抗剪断参数的选定 ?查明地基中主要缺陷，确定失稳边界，测定抗剪强度参数； 选择合理的计算方法，并规定相应的安全系数； 选择提高深层稳定性的措施，满足安全系数。 岸坡坝段抗滑稳定分析 提高坝体抗滑稳定性的工程措施 * * ★ 重力坝是人类最早使用的一种水坝坝型，重力坝问世3000年之后才出现其他坝型； ★ 重力坝从5000年前就开始建造，一直使用至今（丹江口、高坝洲、葛洲坝、三峡、向家坝、龙滩等）。重力坝仍是当今世界水坝中的主要组成部分； ★ 早期重力坝凭经验建造，19世纪中期法国工程师塞兹利提出悬臂梁理论是重力坝设计理论诞生的标志，随后，德娄克、朗肯、利维等人为重力坝经典设计理论形成作出了突出贡献。 ★ 从16世纪到19世纪中期，重力坝断面形状已发展到“块体形”，人们开始注意经济问题，并已认识到坝体的安全要满足两个外部稳定条件（但尚未认识到还要满足应力条件），即抗倾稳定与抗滑稳定（提出摩擦公式）。 ★ 19世纪中叶后，随着应力条件的引入坝工设计，促进了坝体稳定分析的发展，朗肯在19世纪世纪80年代提出无拉应力准则后，抗倾问题实际上已不对坝体断面设计起控制作用，人们实际关心的是抗滑稳定问题。 ★ 抗滑稳定问题实际上是一个抗剪强度问题（抗剪强度概念1773年由库仑与莫尔提出，1887年克拉夫拉德提出了阻止剪切破坏的力包括剪切破坏面上的摩擦力与抗剪力）。 ★ 20世纪初，凯恩首次提出，重力坝抗滑稳定计算应计入摩擦力与抗剪力，但当时认为抗剪力不可靠，且难以精确确定，仅将抗剪力作为安全储备加以忽略，抗滑稳定计算仍应用摩擦公式，这一公式实际提供了大于2的安全系数，至今仍被广泛采用。 假定坝体与坝基的连接有三种物理模式: “触接”、 “粘接”、 “咬接” 公式评价：本公式不考虑凝聚力，偏于安全，凝聚力作为安全储备，所以规定的安全系数较低。 b、滑动面倾向上时： 规范规定，f的最后选取应以野外和室内试验成果为基础，结合现场实际情况，参照地质条件类似的已建工程的经验等，由地质、试验和设计人员研究确定。 摩擦系数f的选取问题 一般由若干组试验确定。但由于试验岩体自身的非均匀性质和每次试验条件不可能完全相同，导致试验成果具有较大的离散性，如何选用试验值，还值得研究。 摩擦系数的选定直接关系到大坝的造价与安全，f值愈小，要求坝体剖面愈大。以新安江为例，若f值减小0.01，坝体混凝土方量增加2万m3。 根据国内外已建工程的统计资料，混凝土与基岩的f值常取在0.5～0.8之间。 （二）抗剪断公式 1、假定：认为砼与基岩接触良好，直接采用接触面上的抗剪断参数f′和c′。 3、 安全系数Ks’,设计规范规定：不分等级 基本荷载组合：采用3.0 特殊荷载组合：（1）采用2.5； （2）采用不小于2.3。 公式评价：本公式既考虑了抗剪断摩擦力，又考虑了滑动面上的凝聚力，比较符合实际情况。 2、公式： 对于大、中型工程，在设计阶段， f ′,c′应由野外及室内试验成果决定。在规划和可行性研究阶段，可以参考规范给定的数值选用。规范规定如下： Ⅰ类基岩——很好的岩石， f ′ ＝1.2～1.5, c′＝1.3～1.5Mpa Ⅱ类基岩——好的岩石， f ′ ＝1.0～1.3, c′＝1.1～1.3Mpa Ⅲ类基岩——中等的岩石， f ′ ＝0.9～1.2, c′＝0.7～1.1Mpa Ⅳ 类基岩——较差的岩石， f ′ ＝0.7～0.9, c′＝0.3～0.7Mpa 上述结果不包括基岩内有软弱夹层的情况；同时，胶结面的f ′,c′值不能高于混凝土的f ′,c′；对于Ⅰ、Ⅱ类基