某水库溢洪道抗剪强度试验和抗滑稳定性研究

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1、某水库溢洪道抗剪强度试验和抗滑稳定性研究　　项目概况许家崖水库为大（二）型水库，库容1.3亿m3。其大坝为均质土坝，溢洪道位于大坝右端，宽度67.5m，为在低缓山坡上开挖而成。溢洪道地基为弱风化薄层砂岩、泥岩、灰岩互层，岩石层面倾角3～5°，倾向下游。溢洪道两岸下部岩性与地基相同，为弱风化薄层砂岩、泥岩、灰岩互层，上部为第四系残坡积物。溢洪道为弧形闸门控制，分为6孔，每孔闸门尺寸10m×9.5m（宽×高），闸底高程138m。由于溢洪道泄洪冲刷，泄洪闸后部已部分出现冲坑，将岩石层面暴露出露。岩石层面抗剪强度、混凝土与岩石接触面抗剪强度是控制溢洪

2、道抗滑稳定性的关键因素。1、抗剪强度试验5为对溢洪道结构物进行抗滑稳定性分析，首先要确定岩石层面、混凝土与岩石接触面的抗剪强度。为模拟现场受力情况，采用了现场直接剪切的试验方法。对于岩石层面、混凝土与岩石接触面，分别切取多个尺寸50～60cm的试样。按设计在每个试样顶部施加一定的法向应力，然后在上游侧逐步增加水平剪力，直至试样沿层面发生剪切破坏，记录最大剪切力，换算成与法向应力对应的抗剪断强度。之后将试样复原，再次施加法向应力，重复剪切过程，得到层面与法向应力对应的抗剪强度。对于同一层面处切取的多个试样，施加不同的法向应力，通过试验得到与之对

3、应的抗剪断强度与抗剪强度，通过最小二乘法达到岩石层面的抗剪断强度与抗剪强度，见图1和图2。根据试验成果，得到岩石层面抗剪强度指标如下：抗剪断强度指标：c’=0.090MPa，f’=0.98；抗剪强度指标：c=0.072MPa，f=0.70。对于混凝土与岩石接触面，选取溢洪道护坦位置切取试样，试验方法与岩石层面抗剪强度方法相同。整理出混凝土与岩石接触面抗剪断强度与抗剪强度，见图3和图4。根据试验成果，得到混凝土与岩石接触面抗剪强度指标如下：抗剪断强度指标：c’=0.050MPa，f’=0.60；抗剪强度指标：c=0.0MPa，f=0.50。2、

4、溢洪道抗滑稳定性分析根据现场开挖与试验，发现岩石层面部分结合较好，抗剪断强度明显大于抗剪强度，而另部分层面为分离状态，抗剪断强度与抗剪强度很接近。混凝土与岩石接触面情况也类似，大部分位置结合较好，抗剪断强度明显大于抗剪强度，而另部分接触面为分离状态，抗剪断强度与抗剪强度很接近。从工程安全角度出发，使用层面及混凝土与岩石接触面的抗剪强度分析溢洪道结构物的抗滑稳定性。5根据水库除险加固设计资料，许家崖水库的溢洪道底面高程138m，设计洪水位147m，相应水头差9m，闸高9.5m。分析按水闸满挡水计算。溢洪道为6跨，宽度10m，闸墩混凝土厚度1.5

5、m，长度19m，高度12m。根据工程经验，混凝土重度取为25kN/m3，水的重度取为1025kN/m3。水闸满挡水时，水平方向的总水压力为：P=10×9.5×9.5/2×67.5=31741.9kN；单个闸墩总重量为：W=1.5×19×12×25=8550kN；5个闸墩总重：W0=8550×5=42750kN。（1）通过岩石层面的抗滑分析岩层层面为顺流向，倾角？琢=3～50，按50计算，闸墩重量在下滑方向的分量为：P1=W0×sin？琢=42750×sin5=3725.9kN闸墩重量在垂直层面方向的分量为：N=W0×cos？琢=42750×c

6、os5=42587.3kN溢洪道控制段宽度67.5m，在水流方向长19m。岩石层面抗剪强度指标：c=0.072MPa，f=0.70，总抗滑力：Tf=c×A+W×f=72×19×67.5+42587.3×0.7=92340+29881.1=122151.1kN5顺岩石层面的总下滑力为：P0=P+P1=31741.9+3725.9=35467.8Kn；抗滑稳定性安全系数：Fs=Tf/P0=122151.1/35467.8=3.44通过岩石层面的抗滑安全系数满足规范要求。其中，层面粘聚力在总抗滑力中起主要作用。（2）通过混凝土与岩石接触面的抗滑分析

7、混凝土与岩石接触面抗剪断强度指标：c’=0.050MPa，f’=0.60，抗剪强度指标：c=0.0MPa，f=0.50。总下滑力为水产生的水平推力，P=31741.9kN。混凝土与岩石接触良好时，总抗滑力：Tf1=c×A+W×f=60×19×67.5+42750×0.6=76950+25650=102600kN抗滑稳定性安全系数为：Fs1=Tf1/P=102600/31741.9=3.23混凝土与岩石接触不良时，总抗滑力：Tf2=c×A+W×f=42750×0.5=21375kN抗滑稳定性安全系数为：Fs2=Tf2/P=21375/31741

8、.9=0.67通过计算可知，在混凝土与岩石接触良好时，抗滑安全系数为3.23，满足规范要求，其中接触面粘聚力其主要抗滑作用；而混凝土与岩石接触不良时，基本没有粘聚力