固结、沉降、筑坝用土石料及填筑标准

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1、第五节土石坝的固结、沉降与应力分析Consolidation,SettlementandStressAnalysisofEarth-RockDam2021/9/171一、固结与沉降分析(一)固结分析1、概念：土体在荷载作用下，孔隙水缓慢渗出，体积逐渐压缩，土体中有效应力逐步增大，超静孔隙水压力逐步消散直至完全消失，这一过程称为固结。2、目的:了解防渗体和粘性土坝基中的孔隙水压力及其沉降变形随时间的变化情况。3、太沙基(Terzaghi)和比奥(Biot)固结理论------饱和土体2021/9/172太沙基与比奥固结理论采用的基本假定太沙

2、基与比奥固结理论采用的基本假定是：①土体完全饱和；②土中渗流服从达西定律，在固结过程中，渗流系数不变；③土粒和水本身的压缩性可以忽略，土体变形主要由孔隙水排出和超静孔隙水压力（超过稳定渗流的孔隙水压力）的消散而引起。2021/9/173土的压缩曲线2021/9/174(二)沉降分析1、概念:固结过程中孔隙水压力消散，导致土体被压缩产生沉降。2、目的：在于确定竣工时坝顶应预留的超高，以及预估各个部位的不均匀沉降和不均匀沉降梯度，以初步判断发生裂缝的可能性，并据以研究是否需要和如何采取防止裂缝的工程措施。2021/9/1753、沉降量的计算分

3、层总和法2021/9/1764.坝体各断面的预留沉降量超高参照施工期观测，已建工程经验综合分析确定2021/9/177二、应力分析(一)土的本构模型2021/9/178(三)高坝的应力和变形特性2021/9/179竖直位移心墙的竖直位移一般比坝壳部分大［图5－28a］，这是因为心墙土料的压缩性比较大，同时水库水压力主要由心墙承受。最大竖直位移发生在下部H/3处(H为坝高)。一般计算的土石坝最大竖直位移多发生在H/2～H/3范围内，原型观测结果也基本上证实了这一点。2021/9/1710水平位移水平位移的最大值发生在心墙上游面［图5－28b

4、]，并且沿坝高大体上呈均匀分布。沿心墙轴线的水平位移约占竖直位移的75％～80％甚至100％。下游坝壳部位的水平位移基本上不衰减，这和实际情况是不相符的。对罗贡坝也进行了三维分析，结果表明，水平位移在下游坝壳部位已变得很小。2021/9/1711竖向应力具有比较重要意义的是竖向应力z的等值线图［图5－28c]。由于心墙和坝壳土料变形性质的不同，在坝体内产生“拱”效应，使心墙部位显著卸载，而在过渡区内形成应力集中。拱效应可使心墙中的竖向应力较sh(s为填土容重；h为填土深度）减小很多，甚至达到60％，随心墙厚度以及心墙和坝壳土料特性的

5、差异而不同，在本例中拱效应达到25％。2021/9/1712水力劈裂心墙的应力状态对于防止水力劈裂至关重要，但目前对水力劈裂现象还缺乏深入的认识。在一些土石坝的事故中，发现坝的下游坡出现集中漏水，但漏水不是在水库满蓄后立即发生，而是延迟几小时甚至几天后突然发生。这表明，在水库水位上升以前，防渗体内并没有大的裂缝，但是在一定的条件下，水库水压力可使已存在的闭合裂缝张开或是产生新的裂缝，故称为水力劈裂。2021/9/1713剪应力与塑流区范围(图5－28d）中剪应力xz的分布进一步表明了心墙上游面过渡区内的应力集中现象。根据弹塑性应力分析，

6、材料的屈服和该点的应力状态有关，据此可以计算坝内各点抵抗塑流的安全系数，如图5—28e所示，图中小于1．0的影线区表示可能发生的塑流区范围，包括：上游坝壳下部，心墙底部和下游坝脚等部位。材料进人塑性并不等于发生剪切破坏，但可显示坝抵抗失稳破坏的安全储备，并可据此预测可能的破坏滑动面的位置。2021/9/1714应力分析成果作用应力分析成果有助于预防坝体产生裂缝。裂缝可由拉应力或土体不能承受的过大变形而引起，如果应力分析中出现这种情况，则应设法予以消除。裂缝可在坝完建后一定时期内出现。因为土具有蠕变特性，而且愈接近极限状态，蠕变现象愈明显。

7、土的固结和蠕变使应力不断发生重分布，导致在薄弱部位产生裂缝。为了预测裂缝出现的可能性，需在分析中考虑土的蠕变特性。但不计土的蠕变性所得出的应力分析成果，也可用以估计裂缝发生的大体范围。2021/9/1715第六节筑坝用土石料选择及填筑标准SoilandRockforEarth-RockDamwithTheCriteriaofCompaction2021/9/1716一、筑坝材料选择坝址附近各种天然土石料和枢纽建筑物开挖料的性质、种类、储量、运距等因素。1．筑坝土石料选择的原则选择筑坝土石料应遵循下列原则：（1）具有（或经加工后具有）与其使

8、用目的相适应的工程特性和长期稳定性；（2）就地、就近取材，减少弃料，少占农田，并优先考虑利用枢纽建筑物开挖弃料；（3）便于开采、运输和压实。2021/9/17172．坝体不同部位对土石料的要求