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同学们好
上节课我们学习了拱坝的体型设计
初步拟定了拱坝的体型后
还需核算所设计的拱坝体型
能否满足坝体稳定和应力安全的要求
并在计算分析结果的基础上
再对拱坝体型进行适当调整
这就是我们本节课
将要学习的拱坝抗滑稳定分析
关于拱坝的抗滑稳定分析
首先需要了解拱坝的失稳模式
根据工程经验及已有拱坝失事情况的分析表明
拱坝的溃决失事一般由坝肩失稳造成
其失稳模式一般有两种
如图所示
一种是坝肩岩体失稳
一般发生在坝肩岩体中存在明显的滑裂面
如断层、节理、裂隙、软弱夹层等
另一种是当两岸岸坡平缓
坝基附近存在软弱面的情况下
有可能发生沿建基面
及其附近软弱面的上滑失稳
这种滑移使得坝体中部或其他部位断裂
导致拱坝失去承载力或完全破坏
拱坝坝肩失稳的主要原因
在于坝肩岩体的地质条件
从平面上看
常见的滑动面如图所示
其滑动失稳一般发生在断层
节理或存在软弱夹层的部位
而实际的三维滑动体的形状非常复杂
可能是多种地质缺陷情况的组合
因此
对拱坝进行抗滑稳定计算
必须首先查明坝轴线附近基岩的节理
裂隙等各种软弱结构面的产状
研究失稳时最可能的滑动面和滑动方向
选取滑动面上的抗剪强度指标
然后进行抗滑稳定计算
找出最危险的滑裂面组合
和相应的最小安全系数
拱坝的抗滑稳定分析方法有3种
刚体极限平衡法
有限元法和地质力学模型实验法
第一种
刚体极限平衡法
与重力坝的稳定分析类似
刚体极限平衡法是半经验性的计算方法
虽然假定较多
可能存在的误差较大
但是积累了长期的工程实践经验
采用的抗剪强度指标
和安全系数是配套的
而且与目前勘探数据的精度相匹配
方法简单
因此
仍然是目前作为判断坝肩岩体稳定的主要方法
采用刚体极限平衡法进行
拱坝抗滑稳定分析的核心及难点是
如何确定各种可能的滑动面
特别是复杂的三维滑动体形的确定
需要考虑软弱面及其各种组合
对于重要的拱坝
需要进行二维或三维的刚体极限平衡分析
对于中、小拱坝可只进行二维分析
在计算方法上
对于1、2级工程及高坝
一般采用抗剪断公式
即考虑坝体与坝肩之间的粘聚力c
其他情况下也可以采用相对简单的抗剪强度公式
但无论采用哪种方法
关键在于需要提高计算参数的可靠性
计算得到的拱坝抗滑稳定安全系数
是否满足设计要求
还需要有评价标准
也就是安全系数控制标准
《混凝土拱坝设计规范》中规定了
不同级别的拱坝在
不同的荷载组合条件下的安全系数控制标准
如表格所示
可以看出
与重力坝类似
拱坝级别越高
对其安全系数的控制标准也越高
对于抗剪断公式
基本荷载组合条件的控制标准高于
发生概率较低的特殊荷载组合
所对应的控制标准
对于抗剪强度公式
由于忽略了粘聚力
其参数取值的离散性的影响更大
可靠性降低
规范仅规定了3级以下拱坝的安全控制标准
第二种方法是数值计算方法
《混凝土拱坝设计规范》规定
拱坝抗滑稳定计算应以刚体极限平衡法为主
对于1、2级拱坝或坝基地质情况复杂的工程
还应辅以有限元法或其他方法进行分析论证
这些方法除了最具代表性的有限元法之外
还有离散元法
有限差分法、非连续变形分析法等
如图所示
这些计算方法可以考虑
混凝土材料的非线性和弹塑性
可以模拟坝体的施工过程
温度变化产生的温度应力
分析坝体和坝肩的破坏机理
确定最先发生破坏部位
为复核和论证坝体
和坝肩的稳定提供了合理的途径
具有广阔的应用前景
但其缺点依然在于
计算参数的选择及获取方法
和计算结果的安全评价标准
这些方面尚未形成一套完整的封闭体系
还需要进一步的理论研究和工程实践的论证
除刚体极限平衡法和有限元法外
还可以采用模型试验方法
开展拱坝的稳定性研究
采用实验方法
可以模拟不连续岩体的
自然条件如岩体的软弱面
破碎带等结构特征及其物理力学特性
但在模型比尺、制模材料、地质构造
加载过程、温度变化和量测精度方面
还存在较多的近似性
而且试验工作量较大
费用较高
一般用于1、2级拱坝
或坝基地质情况复杂的工程
作为辅助性的研究手段
对于坝肩岩体的抗滑稳定分析
除考虑坝体传来的荷载
以及岩体的自重之外
还需要的一个重要因素是渗透压力
本章前述提及
渗透压力或扬压力引起的
拱坝应力一般较小
对于薄拱坝
由于扬压力作用面积较小
可以忽略
但是对于坝肩岩体来说
渗透压力作用的面积很大
在坝肩岩体的抗滑稳定分析
是必须考虑的
如图所示
法国的马尔巴塞拱坝
在初次蓄水不久即发生了大坝的溃决
许多专家分析原因时
认为渗透压力起着重要的作用
据失事后的计算结果表明
由渗透压力引起的滑动力
大约相当于设计计算拱端推力的3倍
致使坝肩岩体自重产生的抗滑力
无法维持稳定
另外
我国的梅山水库连拱坝
也曾因库水渗入坝肩岩体裂隙
导致渗透压力增加
使得拱坝右坝端发生错动
说明渗透压力对坝肩岩体的稳定产生不利
渗透压力的存在不仅对岩体产生推动作用
而且还会降低岩体的抗压强度和抗剪强度
那么
如何控制渗透压力的不利影响呢
目前
有效的方法是在坝基内
设置帷幕灌浆和排水系统
如图所示
与重力坝类似
依然采用“上挡下排”的设计
在坝踵处设置帷幕灌浆
延长坝基渗径
其后设置排水孔
进一步降低渗透压力
拱坝的抗滑稳定分析总体上较为复杂
特别是复杂坝基条件下的
计算结果可能误差较大
工程中需要根据实际情况
采用多种改善拱坝稳定的措施
主要有以下几个方面
1、坝基处理
固结灌浆
提高坝基岩体的完整性和抗剪强度
2、加强坝肩的帷幕灌浆和排水
减少岩体内的渗透压力
3、拱端向坝肩深挖嵌入
扩大抗滑岩体范围
以及避开不利的滑裂面
4、改进拱圈型式
如采用三心拱、抛物线拱等
使得拱端扁平
拱端推力尽可能正交岸坡
5、若拱端岩体承载能力差
可局部加厚拱端或设置重力墩等
通过以上系列措施的有效实施
拱坝的抗滑稳定性可以得到保证
-1.1 水问题与水利工程及本课程概述
--教学视频
-1.2 中国当前的水利工程建设概况
--教学视频
-1.3 水利枢纽与水工建筑物
--教学视频
-本章讨论
-本章测试
-2.1 概述
--教学视频
-2.2 重力坝的荷载及其组合
--教学视频
-2.3 重力坝的抗滑稳定分析
--教学视频(1)
--教学视频(2)
-2.4 重力坝的应力分析
--教学视频
-2.5 重力坝混凝土材料及温度控制
--教学视频(1)
--教学视频(2)
-2.6 重力坝的构造
--教学视频
-2.7 重力坝的基础处理
--教学视频
-2.8 泄水重力坝
--教学视频(1)
--教学视频(2)
--教学视频(3)
-2.9 其他型式的重力坝
--教学视频
-本章讨论
-本章测试
-3.1 概述
--教学视频
-3.2 拱坝的荷载及其组合
--教学视频
-3.3 拱坝的体型与布置
--教学视频
-3.4 拱坝的抗滑稳定分析
--教学视频
-3.5 拱坝的应力分析
--教学视频
-3.6 拱坝的材料与构造
--教学视频
-3.7 拱坝的坝基处理
--教学视频
-3.8 拱坝的坝身泄水
--教学视频
-本章讨论
-本章测试
-4.1 概述
--教学视频(1)
--教学视频(2)
--教学视频(3)
-4.2 土石坝的断面
--教学视频
-4.3 土石坝的材料与设计标准
--教学视频(1)
--教学视频(2)
-4.4 土石坝的渗流分析与渗透稳定
--教学视频
-4.5 土石坝的稳定分析
--教学视频(1)
--教学视频(2)
-4.6 土石坝的变形分析与变形控制
--教学视频
-4.7 土石坝的构造
--教学视频
-4.8 土石坝的坝基处理
--教学视频
-4.9 混凝土面板堆石坝
--教学视频
-本章讨论
-本章测试
-5.1 概述
--教学视频
-5.2 正槽溢洪道
--教学视频
-本章讨论
-本章测试
-6.1 概述
--教学视频
-6.2 水工隧洞的布置
--教学视频
-6.3 水工隧洞的进口段
--教学视频
-6.4 水工隧洞的洞身段及出口段
--教学视频
-6.5 地下洞室围岩稳定与支护
--教学视频
-本章讨论
-本章测试
-7.1 概述
--教学视频
-7.2 水闸的防渗排水设计
--教学视频
-7.3 水闸的消能防冲与闸室设计
--教学视频
-本章讨论
-本章测试
-教学视频