土石坝稳定性分析

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1、§4土石坝稳定分析一、概述二、荷载及组合三、稳定分析方法四、提高稳定的工程措施7/17/20211土石坝在自重、水荷载、渗透压力和地震荷载作用下，若剖面尺寸不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或坝体连同部分地基发生滑动，造成失稳。坝基内有软弱夹层时，也可能发生塑性流动。饱和细沙受地震作用还可能发生液化失稳。分析目的：分析坝体及坝基在各种不同条件下可能产生的失稳形式，校验其稳定性，确定坝体经济剖面。失稳特点：坝体由散粒材料组成，不会出现整体滑动或倾覆失稳，只可能发生局部失稳破坏。一、稳定分析概述7/17/20

2、212稳定破坏形式滑动：坝或坝基材料的抗剪强度不够，沿某一滑动面向下坍滑。液化：细砂或均匀砂料，地震、打桩振动、爆炸饱和的松砂受振动或剪切而发生体积收缩，孔隙水不能立即排出，有效应力转化为孔隙应力，砂土抗剪强度降低，砂料随水的流动而流散。影响因素：有效粒径小，孔隙比大，砂料均匀，受力体大，受力猛，透水性小，易液化。美国福特派克坝380万立方米的砂体在10分钟内流失；铁路桥因火车振动而液化。塑性流动：坝体或坝基剪应力超过了土料抗剪强度，变形超过弹性极限值，坝坡或坝脚地基土被压出或隆起，坝体产生裂缝或沉陷。软粘土坝

3、体容易发生。7/17/20213滑动面形状1、曲面滑动面滑动面顶部陡而底部渐缓，曲面近似圆弧，多发生于粘性土中。2、折线滑动面多发生于非粘性土坡，如薄心墙坝、斜墙坝；折点一般在水面附近。3、复式滑动面厚心墙或粘土及非粘土构成的多种土质坝形成复式滑动面。当坝基内有软弱夹层时，滑动面不再向下深切，而沿夹层形成曲、直组合的复式滑动。7/17/20214荷载:1、坝体自重坝体内浸润线以上部分按湿容重计算，下游水位以上按饱和容重，下游水位以下部分按浮容重计算。湿容重：单位体积中土、水、空气的重量。饱和容重：水占满了土中的

4、空隙，单位体积内水和土的重量。浮容重：土的有效重量，等于饱和容重-12、渗透压力：动水压力方向与渗流方向相同，作用于单位土体上的渗流力可按下式计算：f=γj式中γ为水的容重，j为渗透坡降渗透压力对边坡稳定不利二、荷载及荷载组合7/17/202153、孔隙水压力土体可压缩，水是不可压缩的，且不能传递剪力。当土体孔隙饱和时，荷载由水来承担，孔隙受压排水后，土粒骨架开始承担（有效应力），孔隙水所承担的应力为孔隙应力（孔隙水应力），两者之和为总应力。土体中有孔隙水压力后，有效应力降低，对稳定不利。粘性土在以下情况会产生

5、孔隙水压力：①施工期；②库水位降落；③地震时附加孔隙水压力。孔隙水压力随土料性质、填土含水量、填筑速度、坝内各点荷载和排水条件不同，随时间变化，随排水而变化。7/17/20216荷载组合土石坝施工、蓄水和库水位降落的各个时期不同荷载下，应分别计算其稳定性。控制稳定的有施工期（包括竣工时）、稳定渗流期、库水位降落期和正常运用遇地震四种工况，应计算的内容：施工期的上、下游坝坡；稳定渗流期的上、下游坝坡；水库水位降落期的上游坝坡；正常运用遇地震的上、下游坝坡。7/17/20217土石坝各种计算工况，土体的抗剪强度均应

6、采用有效应力法计算：粘性土施工期同时采用总应力法计算：粘性土库水位降落期同时采用总应力计算：式中：τ为土体的抗剪强度7/17/202187/17/20219三、稳定分析坝坡抗滑稳定计算应采用刚体极限平衡法。对于均质坝、厚斜墙坝和厚心墙坝，宜采用计及条块间作用力的简化毕肖普法；对于有软弱夹层、薄斜墙、薄心墙坝的坝坡稳定分析及任何坝型，可采用满足力和力矩平衡的摩根斯顿－普赖斯等分析。非均质坝体和坝基稳定安全系数的计算应考虑安全系数的多极值特性。滑动破坏面应在不同的土层进行分析比较，直到求得最小稳定安全系数。7/17

7、/2021107/17/2021117/17/202112四、提高稳定的工程措施如果稳定复核后安全系数不满足设计要求，可在设计中放缓坝坡或提高土石料的填筑标准以增加坝体稳定性。对已建土石坝，可采用下列措施：坝脚加压重或放缓坝坡；加强防渗、导渗措施；加固地基7/17/202113