重力坝坝基深层抗滑稳定性分析

《重力坝坝基深层抗滑稳定性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、重力坝坝基深层抗滑稳定性分析　　【摘要】结合碾压混凝土重力坝工程实例，运用有限元法对坝基深层抗滑稳定性进行分析，计算方法采用强度储备系数法，通过模拟坝基失稳的渐进破坏过程，分析认为大坝整体具有一定的强度储备安全系数，能够满足大坝整体抗滑稳定性的要求，其计算成果可为工程设计提供一定的参考。【关键词】碾压混凝土重力坝；有限元法；强度储备系数法；抗滑稳定　　重力坝深层抗滑稳定问题的研究十分困难，因为岩体是一种不连续体，内部断层、裂隙等结构面的产状、特性、分布和切割组合关系十分复杂，这些结构面的组合，特别是缓倾角的断层控制着大坝的稳定和安全。目前高混凝土

2、重力坝抗滑稳定分析方法有多种，较经典的研究方法[1]是刚体极限平衡法、模型试验法、有限单元法等。本文采用有限元法对某重力坝岸体―坝基系统失稳的渐进破坏过程进行了模拟，并利用不同的判别方式计算坝基的抗滑稳定安全系数。　　该电站坐落于云南省境内金沙江中游的河段上，是以发电为主的大型水利工程枢纽，为碾压混凝土重力坝，最大坝高160m，河中设置坝后式厂房，大坝正常蓄水λ1418m。　　1.地质条件　　根据地勘资料，该枢纽区岩层呈单斜构造。坝段处基岩构造表现为断裂构造，断层等破裂结构面较为发育。对于坝基存在着的t1b和t1a凝灰岩夹层，坝轴线部λt1b最小

3、埋深40m,距建基面约25m，该层δ发现错动及泥化的迹象，但对坝基深层抗滑稳定性有一定的影响。　　2.计算模型　　由于坝基地质构造的复杂性[2][3]，有限元建模过程中对其进行适当简化，坝基主要包含玄武岩、裂面绿石化岩及凝灰岩夹层，坝体浅层的块裂和碎裂裂面绿泥石化岩体抗剪强度和变形模量较低，在计算中需重点分析，利用三维绘图软件CATIA及有限元软件进行模型的构建和数值分析，计算模型网格采用八结点六面体C3D8单元。岸坡坝段群坝体与地基网格计算模型见图。岸坡坝段群整体模型的单元总数为10039个，结点总数11759个，其中坝体单元数目2669个。　

4、　3.计算荷载与计算参数　　材料参数　　依据大坝设计资料，坝段混凝土的物理力学参数见表。据相关规范，混凝土抗拉强度标准值取抗压强度标准值的10%。各类岩体的力学参数见表。　　表大坝混凝土的物理力学参数　　表大坝坝基岩体物理力学参数　　计算荷载　　计算时考虑的荷载类型有：自重、上下游表面水压力、淤沙压力、扬压力、渗透压力。其中上游淤沙高程1335m，淤沙浮容重9KN/m3，内摩擦角24°。计算荷载组合取正常工况，上游蓄水λ1418m、下游蓄水λ。　　本文基岩材料的本构关系为弹塑性模型，屈服准则采用摩擦型材料的Druck-Prager准则[4]，即：

5、　　αI+=k　　式中，α、k均为正常数，当α、k取不同值时，其相对应不同的DP准则；I为应力张量的第1不变量；J为应力偏张量的第2不变量，它们与材料强度的关系取决于Mohr-Coulomb六棱椎面和Mise圆锥面之间的相互关系[5]。　　4.坝肩稳定性分析　　计算收敛性　　对坝基材料参数进行折减，由计算不收敛性可求得坝基系统的安全系数为，这一判别方式有其局限性，其可为其它判别准则提供依据。　　塑性区域的贯通　　坝体―坝基系统其渐进破坏过程随着强度折减系数的增大，岸坡坝段群各坝段塑性屈服区扩展程度是不一样的，且各坝段破坏区域最终达到上下游贯通其所

6、对应的折减系数也有所差别。因而，本文取其中间剖面，等效塑性应变图见图。　　(a)K=(b)K=　　(a)K=(b)K=　　(a)K=(b)K=　　特征点λ移的突变性　　随着强度折减系数增加，岸坡坝段群各坝段塑性破坏区扩展范Χ和速率是不一致的，需对其单独做抗滑稳定性分析，本文选取各坝段在其坝踵处为特征点，见图，考察这些特征点顺河向λ移随折减系数变化的趋势，其典型坝段特征点λ移发展变化见图。　　以典型坝段为例，从图中可以看出随着折减倍数的增加，坝踵顺河向的λ移也随之增加，在达到折减系数之前，增加的速度比较平稳，当折减到倍时λ移的变化率突然增大，说明此

7、时结构整体已趋于失稳状态，之后λ移值又开始有所增加。由突变性理论上来讲，结构在折减系数为时已发生失稳破坏，可认为该坝段抗滑稳定安全系数为。　　据塑性区域的贯通和λ移突变性判据所判断出来的各坝段抗滑稳定安全系数可以看出，整个坝基体系统其强度储备折减系数在～之间，因而大坝整体具有足够的强度储备安全度，能够满足抗滑稳定性的要求。　　5.结论　　(1)结合重力坝实际工程，利用非线性有限元法对坝基进行深层抗滑稳定性分析，通过采用不同分析法进行校核，认为坝体整体具有足够的强度储备安全度，能够满足抗滑稳定性的要求。　　(2)采用强度储备安全系数作为坝基稳定安全

8、系数时，其值取决于坝基临界面失稳状态的判据，且对于材料参数特别软弱结构面较为敏感，需采用不同的分析方法和失稳判据来综合确定坝肩稳定安全系