土石坝的稳定分析.ppt

4.5土石坝的稳定分析塑性流动是指由于坝体或坝基内局部地区的剪应力超过土料的抗剪强度，变形超过弹性限值，使坝坡或坝基发生过大的局部变形，从而引起裂缝或沉陷。塑性流动可能发生在设计不良的软粘性土的坝体或坝基中。
液化是指饱和无粘性土体（特别是砂质土体）在动荷载（如地震荷载）等因素的作用下，孔隙水压力突然升高，土粒间的有效压力则随之减小，甚至趋近于零，土体完全丧失抗剪强度和承载能力，成为如粘滞的液体一样的现象。液化失稳一般发生在均匀细砂土的坝体或坝基中。
关于塑性流动和液化失稳的进一步知识，请同学们参考有关文献，如：天津大学祁庆和教授主编的《水工建筑物》教材，以及有关《土力学》书籍。
本节主要介绍土石坝结构稳定中最为重要的、也是最为常见的失稳型式：坝坡滑动稳定问题。（二）土石坝坝坡滑动失稳的型式
土石坝坝坡滑动失稳，简称滑坡，其型式与坝体结构、土料和地基的性质、坝的工作条件等密切相关。坝坡可能的滑动型式大体上可以归纳为以下3种：
（1）曲线滑动（如图所示）
曲线滑动的滑动面是一个顶部稍陡而底部渐缓的曲面，多发生在粘性土坝坡中。在计算分析时，通常简化为一个圆弧面。（2）直线和折线滑动面（如图所示）
在均质的非粘性土边坡中，滑动面一般为直线；当坝体的一部分淹没在水中时，滑动面可能为折线。
在不同土料的分界面，也可能发生直线或折线滑动。（3）复式滑动面（如图所示）
复式滑动面是同时具有粘性土和非粘性土的土坝中常出现的滑动面型式。复式滑动面比较复杂，穿过粘性土的局部地段可能为曲线面，穿过非粘性土的局部地段则可能为平面或折线面。在计算分析时，通常根据实际情况对滑动面的形状和位置进行适当的简化。4.5.2土料抗剪强度指标的选取4.5.3稳定计算情况和安全系数的采用二、抗滑稳定安全系数的采用
规范一：《DL5180-2003水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》
按瑞典圆弧法计算时的容许最小抗滑稳定安全系数

上表中的安全系数适用于采用不计条间作用力的瑞典圆弧法计算的情况。
对于1、2级高坝以及复杂条件情况，可采用计入条间作用力的毕肖普法或其他较为严格的方法。此时，表中的安全系数应提高5％～10％，且对1级大坝，在正常运用条件下的安全系数不应小于1.5。规范二：《SL274－2001碾压式土石坝设计规范》
《SL274－2001碾压式土石坝设计规范》第8.3.9条规定：对于均质坝、厚斜墙坝和厚心墙坝，宜采用计及条间作用的简化毕肖普法；对于有软弱夹层、薄斜墙坝的坝坡稳定分析及其他任何坝型，可采用满足力和力矩平衡的摩根斯顿－普赖斯等滑楔法。
按简化毕肖普法计算时的容许最小抗滑稳定安全系数见课本P119表4-9《SL274－2001碾压式土石坝设计规范》第8.3.11条还规定：采用不计条间作用力的瑞典圆弧法计算坝坡抗滑稳定安全系数时，对1级坝正常运用条间最小安全系数应不小于1.30，对其他情况应比上表规定值减小8％。
《SL274－2001碾压式土石坝设计规范》第8.3.12条还规定：采用滑楔法进行稳定计算时，如假设滑楔之间作用力平行于坡面和滑底斜面的平均坡度，安全系数应满足上表中的规定；若假设滑楔之间作用力为水平方向，安全系数应满足上述第8.3.11条的规定。4.5.4坝坡稳定分析方法瑞典圆弧法2.计算步骤
(1)确定圆心、半径，绘制滑弧。
(2)将土体分条编号。为便于计算，土条宽取b＝0.1R(圆弧半径)，圆心以下的为0号土条：向上游为1，2，3，…向下游为一1，一2，一3，…如图4—38所示。
(3)计算土条重量。计算抗滑力时，浸润线以上部分用湿容重，浸润线以下部分用浮容重；计算滑动力时，下游水面以上部分用湿容重，下游水面以下部分用饱和容重。
(4)计算安全系数。3.稳定安全系数计算公式
1）有效应力法计算，且计入地震荷载时2）有效应力法，不计地震荷载时，
瑞典圆弧法安全系数K的计算公式为：

3）按总应力法计算时，瑞典圆弧法安全系数K为：

土坝坝坡稳定分析方法之二—简化的毕肖普法简化的毕肖普法折线滑动面的稳定分析2．稳定计算方法
采用滑楔法分析计算。如图，ADC为滑动面（对上游坝坡，折点一般在上游水位对应处），从折点铅直向DE将滑动土体分为两部分：BCDE楔形体和ADE楔形体。
①对BCDE楔形体
其作用力主要有：楔形体自重W1、平行于DC的两土块之间的作用力P（ADC楔形体对BCDE楔形体的抗滑力）、土体自重在滑动面DC上产生的摩擦力。
则BCDE楔形体沿DC滑动方向的极限平衡方程为②对ADE楔形体
其作用力主要有：楔形体自重W2、平行于DC的两土块之间的作用力P（BCDE楔形体作用在ADC楔形体上的滑动力）、土体自重在滑动面AD上产生的摩擦力。
则ADE楔形体沿AD滑动方向的极限平衡方程为：3．几点说明
（1）上述示例中，只