壩肩巖體穩(wěn)定

要求：1.

了解拱壩穩(wěn)定的特點及重要性2.掌握剛體極限平衡方法在拱壩中的應(yīng)用3.

掌握改善穩(wěn)定的工程措施一．拱壩穩(wěn)定的特點及重要性1

、特點：

1）

失穩(wěn)形式

a)

壩肩巖體在拱端推力等外荷載作用下的滑動失穩(wěn)，包括：局部，整體，局部整體等

b)壩肩巖體在拱端推力等荷載作用下變形過大致使拱壩變形失穩(wěn)

c)拱壩建基面不能提供足夠的阻止上滑的能力，沿壩基面上滑失穩(wěn)本課程主要講第一種失穩(wěn)，對第二種失穩(wěn)一般只能用FEM或模型試驗，對于第三種近來才提出，工程中應(yīng)用很少，深入了解時可找有關(guān)文獻.。

2）

維持穩(wěn)定的力拱壩維持壩肩穩(wěn)定的力主要是：巖體自重，拱端推力，其次才是壩體自重等

3）

失穩(wěn)過程及解決途徑

重力壩：點屈服——面屈服——滑動失穩(wěn)時滑動面上合力不變拱壩：

點屈服——面屈服——位移

影響荷載分配及拱端力---

影響其他拱端的穩(wěn)定——整體失穩(wěn)由上可見，要解決上述失穩(wěn)必須將應(yīng)力、穩(wěn)定及變形三者統(tǒng)一起來考慮

4）水荷載既在拱端產(chǎn)生滑動力，也產(chǎn)生阻滑力。如何充分利用水荷載自身維持穩(wěn)定，是拱壩體形設(shè)計研究的主要問題。

2．重要性1）局部應(yīng)力過大，會導致局部破壞和應(yīng)力重分布。如：拱向拉應(yīng)力過大，形成次生拱，其結(jié)果是曲率變大，從而應(yīng)力將得到改善，而不致于繼續(xù)開裂。又如：梁向拉應(yīng)力過大，開裂，剛度減小，承擔的荷載就小，從而不致于大的破壞。

2）一端拱座失去支撐時，由拱結(jié)構(gòu)變成懸臂曲梁，其承載能力將大大減小，以致破壞。因此拱座穩(wěn)定是拱壩安全的前提，是非常重要的。這一點也被工程實踐證實：據(jù)統(tǒng)計到80年為止，國內(nèi)外曾發(fā)生過影響拱壩安全運行、破壞或成問題的事例共有45起，其中壩身開裂、漏水、凍融剝落或骨料堿性反應(yīng)引起的拱壩等實例共17起，占38％，穩(wěn)定出問題共28起，占62％

到85年為止，遭到破壞以致完全不能使用的拱壩共有6座，全是由穩(wěn)定引起的，因此穩(wěn)定是相當重要的問題。

二．可能滑動面的形式及位置1失穩(wěn)原因

a存在可能的滑動體（由結(jié)構(gòu)的切割面處）

b有作用力由此可見要搞清穩(wěn)定，首先必須分析可能滑動體及其上作用的力2、構(gòu)成可能滑動體的結(jié)構(gòu)面1）

底裂面2）

側(cè)裂面3）

上游開裂面4）

臨空面上述結(jié)構(gòu)面可以是平面，也可以是曲面3、各種結(jié)構(gòu)形狀對穩(wěn)定的影響

4、可能滑動體的幾種型式1）

單獨陡傾角結(jié)構(gòu)面和緩傾角結(jié)構(gòu)面組合而成2）

成組陡緩傾角結(jié)構(gòu)面組合3）

混合組合，即單陡與組緩或單緩與組陡4）

多剛體組合三．穩(wěn)定分析方法試驗：地質(zhì)力學模型試驗計算：FEM、離散元等數(shù)值模擬方法剛體極限平衡法：概率方法—穩(wěn)定可靠度三維浮值分析法圖解法數(shù)解法：空間整體平面穩(wěn)定整體轉(zhuǎn)動本課程主要介紹：剛體極限平衡法中的數(shù)解法。四．剛體極限平衡分析法

1基本假定：共4條①將滑移體視為剛體，不考慮其中各部分間的相對位移；②只考慮滑移體上力的平衡，不考慮力矩的平衡，認為后者可由力的分布自行調(diào)整滿足，因此在拱端作用的力系中不考慮彎矩的影響；③忽略拱壩的內(nèi)力重分布作用，認為作用在巖體上的力系為定值；④達到極限平衡狀態(tài)時，滑裂面上的剪力方向?qū)⑴c滑移的方向平行，指向相反，數(shù)值達到極限值。其中1，2，4是剛體極限平衡方法本身的假定。3是對拱壩具體問題做的假定。2平面穩(wěn)定分析

認為拱座巖體內(nèi)成組的陡傾角和成組的緩傾角結(jié)構(gòu)面所切割，致使整個拱壩帶動部分巖體一起向下游滑動。計算穩(wěn)定時，只在幾個特定高程切取一定高度的水平拱出來進行分析。如當沿組成的鉛直和水平面切割時，計算簡圖：

得：得：得：其穩(wěn)定安全系數(shù)：R1QGU3整體穩(wěn)定分析：

設(shè)壩肩有如圖所示的可能滑動體，其上作用的力有：①壩體傳來的3個力，②巖體自重，③滑動面上的反力，④滑動面上的揚壓力。如果這些力均能求得，則穩(wěn)定問題也就解決了。下面看壩體傳給巖體的力的求法：關(guān)鍵是不同高程拱端作用力方向不一致，因此求解時不能直接求代數(shù)和，具體辦法可采用：

已知：特定高程拱端力HａVａVｂG求∑G、∑Q、∑N步驟：1）將各層拱端力均向G、N、Q方向投影

2）做G、N、Q隨Z的變化圖形

3）求陰影部分的面積，即為∑N等求出∑G、∑Q、∑N后，則可以求出R1,，R2S1+S2求的結(jié)果，R1可能大于0，也可能小于0，即可能為拉，當小于0時表明側(cè)裂面上不產(chǎn)生抗滑力，這時為單面滑動，應(yīng)考慮側(cè)裂面為拉裂面。當R1大于0時，表示滑動為雙面滑動，其滑動方向為兩個面的交線方向。4公式選用及允許安全系數(shù)1）

規(guī)范規(guī)定：對ⅠⅡ等工程和高壩用抗剪斷公式，其他可用抗剪斷或摩擦公式2）允許安全系數(shù)【Kc】。具體使用時查規(guī)范3）

安全判別K≥【Kc】五、改善穩(wěn)定的措施

主要從二方面著手：1）

改變拱座承受的荷載，包括：

⑴改變拱壩壩型或拱圈的平面布置及尺寸等，采用對穩(wěn)定較有利的壩型及布置，如：變厚度，變曲率的扁平拱等

⑵做好壩肩的防滲排水設(shè)置，以減小U⑶人工擴