第三节重力坝的稳定分析
重力坝主要是依靠自重维持稳定，其可能出现的破坏型式(见图2.9)：
滑动：坝体沿抗剪能力不足的薄弱而产生滑动。
倾复：抗倾力矩小于倾复力矩.下游地基差易出现.
图2.9 重力坝失稳破坏示意图
因此, 抗滑稳定是重力坝设计中的一个重要内容.
计算假定
1、河床坝段作为平面问题处理，岸坡坝段按空间问题处理；
2、略去横缝作用，以单宽计；
3、假定为一根固结于基础上的变截面悬臂梁
稳定分析
目的: 验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度.
(一)沿坝基面的抗滑稳定分析
假定坝体与坝基的连接有三种物理模式:“触接”、“粘接”、“咬接”. 简单接触----摩擦公式
认为坝底光滑，坝基光滑，坝直接放置在基岩上----“触接”
故当滑动面为水平面时,抗滑稳定计算公式：
当滑动面为倾向上游的倾斜面时:
图2.10 重力坝沿坝基抗滑稳定计算示意图
2、抗剪断公式
假定坝体与坝基之间涂有一层砂浆----“粘接”
计算时考虑粘结力的作用，故抗剪断公式为:
计算时考虑粘结力的作用，故抗剪断公式为:
3、剪摩公式
假定坝体坝基之间凸凹不平，相互咬合在一起，计算时考虑纯剪强度
说明:
1、上述三个抗滑稳定计算公式是在不同的假定前提下得到的
摩擦公式：形式简单，概念明确，计算方便，多年来积累了丰富的经验，公式中不考虑粘结力与实际不符，(安全裕度含在假定中，k=1.0并不意味着处于临界状态；)
剪摩公式：考虑抗滑力时，人为地把阻滑力看作为摩擦力与抗剪能力之和，己挖掘了维持稳定的所有潜力。因而要求的安全系数较大，在美、日等国家用得较多。
抗剪断公式：物理概念明确，也较符合实际，是近年来发展的趋势，《规范》也推荐采用，应注意抗剪断参数的选用。
2、对摩擦公式和抗剪断公式的讨论
摩擦公式忽略了坝体与基岩的胶结作用，不能完全反映实际工作状态，由于不考虑C的作用，因此K
取的较小。
抗剪断强度公式考虑了坝体与基岩的胶结作用，计算了全部抗滑潜力，比较符合坝的实际工作状态，物理概念明确。但C‘现场测值不稳，因此K’取值较大.
3、计算参数确定
f’、C’和f的大小对抗滑稳定影响很大，若取大则安全没有保证；取小了浪费。如何选取C、f值是计算稳定安全系数的关键。
(二)深层抗滑稳定分析
地基内一般都存在着软弱夹层或缓倾角断面，坝体挡水后，除了会沿接触面滑动外，还有可能沿断层、夹层等薄弱面产生滑动。需讨论坝体沿深层抗滑稳定问题，目前关于深层滑动至今尚没有成熟的方法。常用的方法有如下三种即：
刚体极限平衡法,有限单元法,地质力学模型试验法.
单斜面深层抗滑稳定计算
a、计算公式
b、对安全系数的要求采用摩擦公式时，因软弱面的C小，安全储备低，K应适当提高(25～30)％；采用抗剪断公式时，因软弱面的f′c′低，k′很难达到规范要求，可适当降低，但至少不低于2.0.
双斜面深层滑动
a、计算方法(见图2.11)
①令①区处于极限平衡状态
②令②区处于极限平衡状态------被动抗力法
③令K1=K2=K -----等安全系数法
图2.11 深层抗滑稳定计算示意图
b、说明：
1°上述三种方法求出的k差别较大；
2°R的倾角对K的影响较大ψ=0时，K最小；
(ψ与①②分界面上的摩擦特性有关，较难精确确定)；
3°上述方法在地基内设想增加了一个BD软弱面，使K降低，如岩体坚固完整，BD面上的抗剪强度足以承担其剪力，则按整体深层失稳核算；
(三)、岸坡坝段的稳定分析
对于岸坡坝段，除沿上下游方向有滑动的趋向外，坝体在自重作用下还有沿岸坡下滑的趋势，这就构成了三维受力状态，其稳定性不如河床坝段，需进行稳定验算,见图2.12.
(四)、增稳措施(见图2.13)
1°利用水重；
2°将坝基开挖成向上游倾斜的斜面(一般不这样做)；
3°当节理面倾向下游时，在坝踵下设齿墙，增加滑动体重量也增大抗力；4°设排水系统减小扬压力；
5°加固地基(如进行固结灌浆提高强度参数)；
6°予应力锚固；
图2.13 提高抗滑稳定性的几种工程措施
六、坝体强度承载能力极限状态 计算及坝体稳定承载能力极限状态计算（一）、基本资料 坝顶高程：m 校核洪水位（P = %）上游：m 下游：m 正常蓄水位上游：m 下游：m 死水位：m 混凝土容重：24 KN/m3 坝前淤沙高程：m 泥沙浮容重：5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值：f `= c `= Mpa 坝基基岩承载力：［f］= 400 Kpa 坝基垫层混凝土：C15 坝体混凝土：C10 50年一遇最大风速：v 0 = m/s 多年平均最大风速为：v 0 `= m/s 吹程D = 1000 m
（二）、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面 (1)荷载作用的标准值计算（以单宽计算） A 、正常蓄水位情况（上游水位，下游水位） ① 竖向力（自重） W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×× /2 = KN W 3 = ×（）2× /2 = KN ∑W = KN W 1作用点至O 点的力臂为： /2 = m W 2作用点至O 点的力臂为： m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为： m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?-
竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OW1 = 2040×= 8772 KN·m M OW2 = －×= －KN·m M OW3 = －×= －445 KN·m ∑M OW = KN·m ②静水压力（水平力） P1 = γH12 /2 = ×－1090)2 /2= －KN P2 =γH22 /2 =×2 /2 = ∑P = －KN P1作用点至O点的力臂为：－1090)/3 = P2作用点至O点的力臂为：－1090)/3 = 静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OP1 = ×= －6089 KN·m M OP2 = ×= KN·m ∑M OP = －KN·m ③扬压力 扬压力示意图请见下页附图： H1 = －1090 = m H2 = －1090 = m (H1 －H1) = －= m 计算扬压力如下： U1 = ××= KN U2 = ××/2 = KN ∑U = KN
重力坝的稳定性 汪祥胜3008205112（46）前言： 重力坝是世界出现最早的一种坝型，早在2900年前在埃及就出现了最早的重力挡水坝。随着我国重力坝建设的繁荣，数量的增多和高度的不断提升，使得对稳定分析有着重要的理论和实践意义。大坝的稳定性直接关系到大坝安全性和人民群众的生命财产息息相关，而此次实习的三峡和向家坝皆是重力坝的代表杰作，通过实习定能从深层次上了解有关大坝稳定性的相关问题，包括什么是重力坝，重力坝稳定的意义，其稳定性分析方法和提高坝体抗滑稳定性的工程措施及在实际中的应用情况和应注意的问题。 一．什么是重力坝 1.重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积档水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。 重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。 2.优缺点： 重力坝优点：重力坝之所以得到广泛应用,是由于有以下优点：①相对安全可靠,耐久性好，抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强；②设计、施工技术简单，易于机械化施工；③对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件要求相对地说不太高；④在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题。 重力坝缺点：①坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；②坝体体积大，耗用水泥多；③施工期混凝土温度应力和收缩应力大，对温度控制要求高。 3.工作原理；重力坝在水压力及其它荷载作用下必需满足： A、稳定要求：主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足。 B、强度要求：依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力来满足。 4.重力坝类型： 重力坝按筑坝材料的不同分为:混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 重力坝按其结构形式分为:①实体重力坝;②宽缝重力坝；③空腹重力坝。 重力坝按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种剖面。 实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为三类。①悬臂式重力坝：横缝不设键槽，不灌浆；②铰接式重力坝：横缝设键槽，但不灌浆；③整体 式重力坝：横缝设键槽，并进行灌浆 二．稳定性分析方法： 1.抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。当岸坡坝段地形陡峻时，还需核算这些坝段在三向荷载作用下的抗滑稳定。
5.1重力坝剖面设计及原则 5.1.1剖面尺寸的确定 重力坝坝顶高程1152.00m，坝高H=40.00m。为了适应运用和施工的需要，坝顶必须要有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取坝高的8%～10%，且不小于2m。若有交通要求或有移动式启闭设施时，应根据实际需要确定。综合考虑以上因素，坝顶宽度m B10 。 考虑坝体利用部分水中增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡坡率n=0～0.2，下游边坡坡率m=0～0.8。故上游边坡坡率初步拟定为0.2，下游边坡坡率初步拟定为0.8。上游折坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄洪孔等建筑物的进口高程来定，一般折坡点在坝高的1/3～2/3附近，故初拟上游折坡点高程为1138.20m。下游折坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算得到（最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处），故初拟下游折坡点高程为1148.50m。 5.1.2剖面设计原则 重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持抗滑稳定；同时依靠坝体自重产生压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。 非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修。 遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。重复以上过程直至得到一个经济的剖面。 5.2重力坝挡水坝段荷载计算 5.2.1基本原理与荷载组合 重力坝的荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力、动水压力、冰压力、地震荷载等。本次设计取单位长度的坝段进行计算。相关荷载组合见表4.5。 表4.5 荷载组合表 组合情况相关 工况 自 重 静水 压力 扬压 力 泥沙 压力 浪压 力 冰压 力 地震 荷载 动水 压力 土压 力 基本正常√√√√√√
水工建筑物期中试卷（含答案） 班级：12农水一班学号：2012095092 姓名：张国瑛 期中考试说明： 1、根据水工建筑物第1-3章内容，按以下题型、分值、格式和要求自命试卷一份，并给出答案和评分标准。试卷内容要涵盖所有学过的章节，并突出所学的重点概念、重点知识和基本技能。 2、期中考试成绩按所命试卷的质量打分。打分依据如下： 1）试卷的格式是否符合要求，版面是否整齐；2）知识覆盖面是否达到85%以上，是否考核了重点知识和基本技能。3）是否有命题错误，答案是否正确。4）是否独立命题。 一、名词解释（每题2分，共5题，共10分） 1、水利工程——对自然水进行控制和调配，以兴利除害、优化配置和可持续利用服务为目的修建的各项工程措施。 2、重力坝——用浆砌石和混凝土修建，依靠坝体产生的抗滑力维持稳定的坝。 3、扬压力——上浮力和渗流压力的总称，是渗透压力在竖直方向的分量。 4、底流消能——通过水跃将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流，来消除多余动能的消能方式。 5、碾压混凝土坝——改革常态混凝土坝施工技术，采用无坍落度的干硬性混凝土，用土石坝施工机械运输、摊铺和碾压分层填筑压实的重力坝。 二、单项选择（每题1分，共20题，共20分） 1.Ⅰ等工程中的永久建筑物，最高级别为（A） A.5级； B.4级; C.3级; D.2级； 2、以下哪种措施主要用来降低重力坝坝基的扬压力（C） A.开挖与清基； B.固结灌浆； C.帷幕灌浆； D.混凝土齿墙； 3、波浪三要素为波高、波长和（D） A.波宽； B.波峰； C.纵高； D.壅高； 4、当坝基岩体较好时，假定滑动面上的抗滑力为（C）
基于有限变形法（超载法）重力坝深层抗滑稳定分析 发表时间：2019-12-26T09:27:44.273Z 来源：《建筑细部》2019年第15期作者：舒建国[导读] 本文利用ABAQUS有限元分析软件，建立考虑基岩岩体软弱夹层结构面力学特性的二维重力坝深层抗滑稳定弹塑性计算模型。 水利部珠江水利委员会技术咨询中心广东广州 510000 摘要：目前，对于重力坝深层抗滑稳定分析，规范规定以刚体极限平衡法计算为主，必要时可辅以有限元法、地质力学模型试验等方法进行分析。本文利用ABAQUS有限元分析软件，建立考虑基岩岩体软弱夹层结构面力学特性的二维重力坝深层抗滑稳定弹塑性计算模型。 关键词：有限元；重力坝；深层抗滑稳定；比较 一、重力坝深层抗滑稳定问题 重力坝深层滑动大致分为三种形式：（1）坝址下游由于长期流水冲刷作用，存在冲沟、冲坑等临空面，坝基岩体可能沿缓倾角软弱夹层向临空面方向滑移失稳；（2）坝址下游岩体为缓倾角软弱岩体，或存在横向软弱破碎带，在各荷载作用下易发生褶曲、压缩，甚至剪切破坏，导致坝基岩体沿软弱面滑动；（3）沿坝基岩体中存在两条（或多条）缓倾角软弱结构面，分别倾向上游和下游，即本文要讨论的双斜滑动面滑移。 二、稳定分析方法的研究现状 1.刚体极限平衡法 目前对于深层抗滑稳定的分析方法和深层抗滑稳定安全系数的计算，我国规范规定以刚体极限平衡法计算为主，必要时可辅以有限元法、地质力学模型试验等方法并进行综合评定，其成果可作为坝基处理方案选择的依据，有关重力坝深层抗滑稳定的规定见现行《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）附录E 坝基深层抗滑稳定计算。 2.弹塑性力学有限单元法 超载法属于弹塑性力学有限变形法的一种，计算坝体抗滑稳定安全系数时要先施加实际荷载，得到正常运行状态下坝体、地基的应力、应变等，然后加大作用荷载，直至大坝失稳破坏，得到此时坝体及地基的应力、应变及超载安全系数，并据此判断大坝安全度。超载法分为超水位法和超水重法，其本质是模拟作用荷载的不确定性以及评价坝体承受超载作用的能力。本文采用超水重法。 三、抗滑稳定评判准则 对重力坝进行深层抗滑稳定分析，必然要涉及坝体怎样才被认为失稳的问题，即稳定评判准则。 1、在超载法分析过程中，随着荷载的逐步加大，首先在局部小范围出现剪压或拉裂屈服区，随后这一屈服破坏范围逐步扩大，直到贯通，丧失保持稳定的能力，这时坝体发生失稳破坏。因此，可采用屈服区是否贯通来判断坝体、坝基的整体安全度。 2、在运用有限元分析软件计算时，若发生计算不收敛，则说明坝体、坝基发生较大变形，可作为判断坝基是否发生失稳破坏的准则。 四、算例 1、基本资料 本文针对双斜滑动面分析。算例模型中坝体高130m，顶宽20m，底宽100m。蓄水位为128m，夹层厚0.52m。坝基内有2条软弱夹层AB 和CD，其中AB倾向下游，倾角为13°；CD倾向上游，倾角为13.6°，交点C深度为56m。 2、定义材料属性 本模型将坝体和地基定义为弹性材料；将软弱夹层定义为弹塑性材料，并采用Mohr-Coulomb屈服准则。大坝和坝基的力学参数见表1。 3、定义分析步 本模型定义三个分析步：Initial Step、Step-1、Step-2。 其中，Initial Step为ABAQUS/CAE自动创建。Step-1用来一次性加载重力；Step-2用来分步加载水荷载，加载步数在计算过程中由10步增加到50步。 Mohr-Coulomb模型需应用非对称算法，因此在Equation Solver Method区域中将Matrix storage设为Unsymmetric，即非对称分析。 4、模拟荷载及约束 在本次研究分析过程中，仅考虑重力与静水压力，按照蓄水位和公式p=γh可得静水压力。边界约束条件为：地基左右两侧水平方向约束，地基底部竖直方向约束。 5、划分网格 模型坝体、基岩、夹层采用CPE4作为主要单元类型，少数部分采用CPE3。划分网格时，在重点区域加密网格单元，边界处采用较疏的网格单元。单元总数7458个（其中CPE4有7266个，CPE3有192个），节点总数7528个。 6、计算结果分析 为研究坝基随超载系数的增大而发生的渐进破坏过程，计算从正常运行状态（Kp=1）开始，逐步增大超载系数Kp（1.2，1.6，2.0，2.4，2.6，3.0，3.2，3.6，4.0，4.6，5.0，5.2，5.4，5.6，5.7，5.75），直至出现计算不收敛。由积分点等效塑性应变图可知，随着超载系数的增大，软弱夹层的塑性区范围不断扩大，当Kp=3时，软弱夹层AC已全部进入塑性，此时CD段尚未进入塑性；当Kp=4.6时，软弱夹层ACD已全部进入塑性，但尚未进入极限状态，直到Kp=5.75计算不再收敛，说明此时软弱夹层达到极限状态。若按照塑性区贯通比例来确定抗滑稳定安全系数，Kp=4.6较为合理。综上所述，根据不同的稳定安全判据所得到的超载系数如表2
项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA）水电站工程项目阶段：复核阶段 计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算 审查： 校核： 计算： 黄河勘测规划设计有限公司 Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月
目录 1.计算说明..................................................................................... 错误!未定义书签。 目的与要求 ......................................................................... 错误!未定义书签。 基本数据 ............................................................................. 错误!未定义书签。 2.计算参数和研究方法................................................................. 错误!未定义书签。 荷载组合 ............................................................................. 错误!未定义书签。 计算参数及控制标准 ......................................................... 错误!未定义书签。 计算理论和方法 ................................................................. 错误!未定义书签。 3.计算过程..................................................................................... 错误!未定义书签。 荷载计算 ............................................................................. 错误!未定义书签。 自重 ............................................................................. 错误!未定义书签。 水压力 ......................................................................... 错误!未定义书签。 扬压力 ......................................................................... 错误!未定义书签。 地震荷载 ..................................................................... 错误!未定义书签。 安全系数及应力计算 ......................................................... 错误!未定义书签。 4.结果汇总..................................................................................... 错误!未定义书签。
重力坝深层抗滑稳定计算分析 建设工程学部 水1101班 金建新 201151073
【摘要】 重力坝依靠自身重量来维持稳定,所以,安全就是重力坝设计的最基本最重要的要求。一般情况下,坝体基岩很少是完整的岩体,常常存在复杂的节理、裂隙或断层等地质结构,并形成不可预知的滑动通道。由于坝基的地质缺陷很难被发现,或者被清楚的了解,所以往往导致严重的工程事故。因此,重力坝深层抗滑稳定性的研究在工程上具有普遍性和紧迫性。对坝基岩体存在断层、节理、裂隙、软弱夹层等地质缺陷的重力坝工程进行稳定性分析与评价并提出合理的处埋措施对大坝工程实践具有十分重要的技术经济意义。目前,重力坝稳定分析的方法很多,而在实际工程中,通常采用的方法是有限元法与刚体极限平衡法的结合,这样的优点在于：既可以避免难引入刚体极限平衡法的影响因素的缺陷,又可以规范安全系数的定义,方便设计人员进行使用。本文作者通过理论分析和算例计算的比较,认为邵龙潭教授创立并发展的有限元极限平衡方法是优胜于刚体极限平衡法和有限元强度折减法的优秀方法。有限元极限平衡方法理论严密,计算验证充分可靠,集合了刚体极限平衡法和有限元强度折减法各自的优点,又有效克服了两种方法的不可回避的缺点。本文将有限元极限平衡法应用到重力坝深层抗滑稳定分析的问题中,显示出了与传统刚体极限平衡方法及有限元强度折减法计算分析结果一致的适用性,同时能够搜索出与实际情况相符的最危险滑裂面,并减少了稳定计算的工作量。通过分析和讨论重力坝在分层施工、运行期蓄水及渗流等工况下的稳定性,得到了与实际工程中相一致的结果和结论,进一步验证了有限
元极限平衡法在重力坝稳定性分析问题中的实用性。所以,有限元极限平衡是有很大发展前景的稳定分析的理论和方法。 前言 随着水利资源的不断开发, 地质良好的坝址越来越少, 当坝基岩体 内存在缓倾角的软弱夹层时, 坝体便有可能带动部分基岩沿软弱夹 层滑动, 对大坝的抗滑稳定十分不利, 因此必须核算坝体带动基岩 沿软弱面失稳的可能性, 研究坝体的深层抗滑问题[ 1] 。目前, 国内重力坝抗滑稳定分析多采用有限元法模拟坝体和坝基材料的非线 性本构关系, 计算坝体及坝基各部位的应力、位移和破坏形态[ 2] 。对于大多数滑动面未知的深层抗滑问题, 可采用有限元强度折减法, 按照比例降低基岩及地基中软弱结构面的抗剪强度指标直至达到临 界失稳状态。笔者依据有限元强度折减法探讨了在地震作用下重力坝的深层抗滑稳定问题。 一计算方法 1. 1 计算思路 选取典型坝段的剖面进行适当简化, 建立三维有限元模型; 基于反应谱法计算单独地震荷载作用下坝体通过建基面作用在基岩上的水 平地震剪力[ 3] ; 对计算模型进行渗流场分析, 得到各节点的水头, 由此计算渗透荷载[ 2] ; 将计算渗流场得到的渗透压力作为节点荷载施加到坝体, 选取不同材料的强度折减系数进行静力深层抗滑稳 定计算分析; 将水平地震剪力作为节点荷载施到坝基上, 选取不同
重力坝的稳定性 汪祥胜 ( 46) 前言: 重力坝是世界出现最早的一种坝型, 早在29 前在埃及就出现了最早的重 力挡水坝。随着中国重力坝建设的繁荣, 数量的增多和高度的不断提升, 使得对稳定分析有着重要的理论和实践意义。大坝的稳定性直接关系到大坝安全性和人民群众的生命财产息息相关, 而此次实习的三峡和向家坝皆是重力坝的代表杰作, 经过实习定能从深层次上了解有关大坝稳定性的相关问题, 包括什么是重力坝, 重力坝稳定的意义, 其稳定性分析方法和提高坝体抗滑稳定性的工程措施及在实际中的应用情况和应注意的问题。 一．什么是重力坝 1.重力坝是由砼或浆砌石修筑的大致积档水建筑物, 其基本剖面是直角三角形, 整体是由若干坝段组成。 重力坝在水压力及其它荷载作用下, 主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。 2.优缺点: 重力坝优点: 重力坝之因此得到广泛应用,是由于有以下优点: ①相对安全可靠,耐久性好, 抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强; ②设计、施工技术简单, 易于机械化施工; ③对不同的地形和地质条件适应性强, 任何形状河谷都能修建重力坝, 对地基条件要求相对地说不太高; ④在坝体中可布置引水、泄水孔口, 解决发电、泄洪和施工导流等问题。 重力坝缺点: ①坝体应力较低, 材料强度不能充分发挥; ②坝体体积大, 耗用水泥多; ③施工期混凝土温度应力和收缩应力大, 对温度控制要求高。 3.工作原理; 重力坝在水压力及其它荷载作用下必须满足:
A、稳定要求: 主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足。 B、强度要求: 依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力来满足。 4.重力坝类型: 重力坝按筑坝材料的不同分为:混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 重力坝按其结构形式分为:①实体重力坝;②宽缝重力坝; ③空腹重力坝。 重力坝按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种剖面。 实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为三类。①悬臂式重力坝: 横缝不设键槽, 不灌浆; ②铰接式重力坝: 横缝设键槽, 但不灌浆; ③整体 式重力坝: 横缝设键槽, 并进行灌浆 二．稳定性分析方法: 1.抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。当岸坡坝段地形陡峻时, 还需核算这些坝段在三向荷载作用下的抗滑稳定。 2.重力坝滑动失稳模式极其计算方法 重力坝可能沿坝基平面滑动, 也可能沿地在中缓倾角断层或软弱夹层滑动。中国修建了大中型重力坝100余座, 其中有1/3存在深层滑动问题。 ( 一) 沿坝基面的抗滑稳定分析
重力坝的坝基稳定性分析 发表时间：2017-12-11T10:06:43.297Z 来源：《基层建设》2017年第25期作者：余兴建[导读] 摘要：作为可再生清洁能源，水力资源是中国能源的重要组成部分，在能源平衡和能源工业的可持续发展中占有重要地位。 河海大学地球科学与工程学院江苏南京 211100 摘要：作为可再生清洁能源，水力资源是中国能源的重要组成部分，在能源平衡和能源工业的可持续发展中占有重要地位。水电建设中最重要的一环就是大坝的建设，作为发电的载体，要充分保证大坝的安全与稳定。而作为应用最广泛的重力坝，从地形地质条件、坝基岩体的抗滑抗渗稳定性以及地震带来的砂土液化等方面对坝基的安全稳定性进行多角度分析显得至关重要。 关键词：坝基稳定性；抗滑稳定性；抗渗稳定性；地震液化进入21世纪，我国的能源结构将要发生重大的变化，像水能等清洁能源将逐步取代煤炭等化石能源。随着越来越多的重力坝开工建设，遇到的问题也是越来越多，特别是坝基的稳定性问题，本文主要是对重力坝坝基的稳定性问题进行分析。 1.重力坝对地质、地形条件的要求 重力坝主要依靠坝身的自重与地基间产生足够大的摩阻力来保持稳定，因此重力坝对地基的要求较高，一般都建在基岩之上，也可以建在较好的土质地基上面。 1.1大坝与基岩接触面抗剪强度足够大，坝基岩体内没有软弱结构面和可能滑动的岩体或者其本身的抗剪强度就满足抗滑稳定的要求。 1.2坝基具有良好的抗渗性，在水库上下游的水头差作用下不至于发生大量渗漏和产生过大的扬压力，也不会发生泥化和软弱夹层、断层破碎带的渗透变形。 1.3坝基两岸的山体比较稳定，不存在潜在的滑坡体；坝区附近有充足的、符合要求的混凝土骨料或石料，以节省材料的成本，加快施工进度。 2.坝基岩体的抗滑稳定性分析 很多坝基中含有结构面、风化裂隙以及软弱夹层等不利的地质条件，而这些地质条件的构造特征及组合形式会对坝基的稳定性造成影响。 2.1重力坝坝基的滑动破坏类型有三种：表层滑动、浅层滑动、深层滑动，构成岩体滑动的边界条件有滑动面、切割面和临空面。各种软弱结构面及其空间组合控制着坝基的可能破坏形式。这些因素对于坝基岩体抗滑稳定的定性分析至关重要。 2.2影响坝基抗滑稳定性的因素有坝体自重、水压力、扬压力、淤砂压力、地震力和波浪压力等。上述荷载并非都是同时作用于坝体之上，而是以几个为一组的组合形式作用于坝体之上，分为基本荷载组合和特殊荷载组合。基本荷载组合主要是应对正常水位时的情况，特殊荷载组合主要应对洪水位和发生地震时的情况。 2.3坝基岩体的抗滑稳定性计算 2. 3.1刚体极限平衡法 4.坝体的抗震稳定性分析 地震对坝基稳定性的最大影响是使坝基中的砂土发生液化，从而对整个坝体的稳定性产生影响。对坝体的抗震稳定性分析主要体现在如何对具体工程基础地震液化问题进行合理的分析，以及准确判断影响坝基地震液化的不稳定因素。 4.1可液化砂土范围的确定
坝体强度承载能力极限状态 计算及坝体稳定承载能力极限状态计算（一）、基本资料 坝顶高程：1107.0 m 校核洪水位（P = 0.5 %）上游：1105.67 m 下游：1095.18 m 正常蓄水位上游：1105.5 m 下游：1094.89 m 死水位：1100.0 m 混凝土容重：24 KN/m3 坝前淤沙高程：1098.3 m 泥沙浮容重：5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值：f `= 0.5 c `= 0.2 Mpa 坝基基岩承载力：［f］= 400 Kpa 坝基垫层混凝土：C15 坝体混凝土：C10 50年一遇最大风速：v 0 = 19.44 m/s 多年平均最大风速为：v 0 `= 12.9 m/s 吹程D = 1000 m
（二）、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面 (1)荷载作用的标准值计算（以单宽计算） A 、正常蓄水位情况（上游水位1105.5m ，下游水位1094.89m ） ① 竖向力（自重） W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×10.75×8.6 /2 = 1109.4 KN W 3 = 9.81×（1094.5-1090）2×0.8 /2 = 79.46 KN ∑W = 3228.86 KN W 1作用点至O 点的力臂为： (13.6-5) /2 = 4.3 m W 2作用点至O 点的力臂为： m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为： m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?-
竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OW1 = 2040×4.3 = 8772 KN·m M OW2 = －1109.4×1.067 = －1183.7 KN·m M OW3 = －79.46×5.6 = －445 KN·m ∑M OW = 7143.3 KN·m ②静水压力（水平力） P1 = γH12 /2 = 9.81×(1105.5－1090)2 /2= －1178.4 KN P2 =γH22 /2 =9.81×(1094.89-1090)2 /2 = 117.3KN ∑P = －1061.1 KN P1作用点至O点的力臂为：(1105.5－1090)/3 = 5.167m P2作用点至O点的力臂为：(1094.89－1090)/3 = 1.63m 静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OP1 = 1178.4×5.167 = －6089 KN·m M OP2 = 117.3×1.63 = 191.2 KN·m ∑M OP = －5897.8 KN·m ③扬压力 扬压力示意图请见下页附图： H1 = 1105.5－1090 = 15.5 m H2 = 1094.89－1090 = 4.89 m (H1 －H1) = 15.5－4.89 = 10.61 m 计算扬压力如下： U1 = 9.81×13.6×4.89 = 652.4 KN U2 = 9.81 ×13.6×10.61 /2 = 707.8 KN ∑U = 1360.2 KN
某重力坝溢流坝段深层抗滑稳定计算分析 【摘要】本文采用二维刚体法对某重力坝溢流坝段的坝基深层抗滑稳定安全系数进行了计算分析，结果表明，溢流坝段在正常蓄水位工况和校核洪水位工况下，所取9个滑面组合在抗剪断指标参数下的安全系数都大于规范允许值3.0，在抗剪指标参数下的安全系数都大于规范允许值1.05，溢流坝段坝体整体稳定性好。 【关键词】重力坝；深层抗滑；刚体法；稳定计算 0 引言 某水电站枢纽工程建筑物由挡水建筑物、溢流表孔、冲沙底孔、电站取水口等组成。挡水建筑物为碾压混凝土重力坝，溢流坝段最大坝高80m。依据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）规定，工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型；枢纽主要建筑物为3级，大坝安全级别为II级。对于重力坝的深层抗滑稳定性，目前在国内外一般均按平面刚体极限平衡计算，其安全系数多按定值法取值，并与相应采用的方法、参数相配套，且根据工程实践经验，不断做相应的调整[1-2]。 1 重力坝深层抗滑稳定计算的二维刚体法原理 2 计算结果分析 计算工况采用正常蓄水位的基本组合，上游水位900.00m，下游水位845.00m。计算荷载包括大坝及滑动面以上岩体自重、上下游水压力、扬压力，排水幕处渗透压力折减系数α=0.25。参数取抗剪断和抗剪指标参数，采用等安全系数法分别取9个典型危险组合滑面进行计算： ①第一组取向下游倾斜的单滑面，由坝踵滑入，从冲坑底部滑出。 ②第二组取双滑面，由坝踵滑入向下，至下游护袒中间折向冲坑强风化和微风化的交界线。 ③第三组取双滑面，由坝踵滑入向下，至下游护袒首端折向冲坑强风化和微风化的交界线。 ④第四组取双滑面，由坝踵滑入向下，至下游护袒首端折向冲坑强风化层的顶端。 ⑤第五组取双滑面，由坝踵滑入向下，至下游护袒末端折向冲坑强风化和微风化的交界线。
重力坝抗滑稳定计算书-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
深圳市野生动物救护中心养公坑蓄水工程 技施设计 浆砌石重力坝抗滑稳定 计算书 国家电力公司中南勘测设计研究院 2004年12月
说 明 1.计算目的与要求 对拟定的体型进行抗滑稳定计算，求出拟定体型在各种设计工况下的抗滑稳定安全系数。同时对坝基面的应力进行计算，以论证是否满足规定的正常使用极限状态与承载能力极限状态要求。 2.计算基本依据 1. 建筑体型结构尺寸见附图1； 2. 主要地质参数见资料单； 3. 材料容重： 浆砌块石：取3/0.23m kN s =γ； 水：取3/8.9m kN w =γ； 土的饱和溶重3/12m kN =γ 3.计算方法及计算公式 1. 基本假定 1） 坝体为均质、连续、各向同性的弹性材料； 2） 取单宽1米计算，不考虑坝体之间的内部应力。 3） 本工程规模小，只计算坝体的抗滑稳定，不对坝体剖面 进行浅层与深层抗滑稳定分析以及坝基面应力分析。 2. 地基应力计算 按偏心受压公式计算应力： σmax =W M A G ∑∑+ σmin =W M A G ∑ ∑- 式中 ∑G —坝体本身的重力，kN ； A ——坝基的受力面积，m 2; ∑M —坝体各部分的重力对形心的弯距,;
W —作用在计算截面的抗弯截面系数； 3.抗滑稳定 坝受到铅直力和水平力的共同作用下，要求沿坝基底面的抗滑力必须大于作用在坝结构水平向的滑动力，并有一定的安全系数。 计算公式为： K C = ∑∑H f G * 式中K c —结构的抗滑稳定安全系数； ∑G —坝的基底总铅直力，kN ； ∑H —坝的水平方向总作用力，kN ； f —坝基底的摩擦系数。 4.计算结果总表 5.结论 经由计算可知，该方案，结构能够满足浆砌石坝在不同运用时期的地基应力和抗滑稳定要求，不会发生地基沉陷和滑动变形，并满足经济适用的原则。 6.主要参考书目 a ）《浆砌石坝设计规范（SL25-91》； b ）《水工建筑物荷载设计规范（DL5077—1997）》；
2003年10月SHUILI XUEBAO第10期文章编号：0559-9350(2003)10-0096-05 重力坝深层抗滑稳定研究 涂劲１，周立本2，李德玉１，侯顺载１ (1.中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心，北京 100044；2.国家电力公司中南勘测设计研究院，湖南长沙 410014) 摘要：对地质条件复杂的某重力坝工程挡水坝段，以非线性有限元法进行静力荷载作用下的深层抗滑稳定研究，揭示了由于基岩内部软弱结构面的存在和变形而使地基逐步破坏并导致坝体和地基最终失稳的机理。与刚体极限平衡法分析结果相比较，指出后者的局限性及其原因。同时建议对将发生大变形为滑裂体提供运动空间的软弱带直接进行加固，这一措施可有效防止重力坝的深层抗滑失稳。 关键词：重力坝；抗滑稳定；非线性有限元；软弱结构面 中图分类号：TV312 文献标识码：A 重力坝的深层抗滑稳定是保证大坝安全的一个重要条件，基岩内经常有各种形式的软弱面存在，当它们的产状有利于其上坝体的滑动时，便很容易成为安全的控制因素[1]。重力坝深层抗滑稳定的分析方法，现行重力坝设计规范规定按基于等K法的刚体极限平衡法为主要校核手段，必要时辅以其他方法。但极限平衡法在核算重力坝的深层抗滑稳定性时，不能给出地基内应力和变位的分布情况，更因求解时须采用诸多假定，对一些地质条件特殊复杂的工程可能忽略了某些控制因素，会得出不符合实际的结果[2]。在这种情况下，就需要采用非线性有限元方法分析坝体及地基的应力及变位，才能使分析结果更加符合实际情况。 作者对地质条件较为复杂的实际重力坝工程挡水坝段，以非线性有限元法进行静力荷载作用下的深层抗滑稳定研究，揭示了由于基岩内部软弱结构面的存在而使地基逐步破坏并导致坝体和地基最终失稳的机理，指出刚体极限平衡法计算结果的不合理性，同时建议对地基进行加固以保证深层抗滑稳定的较为经济有效的处理方案。 1 工程实例 如图1所示，某重力坝工程挡水坝段，坝高161.0m，坝顶宽8.0m，坝底宽137.60m，坝顶高程383.0m。坝址区基岩地质条件复杂，基岩内分布有两条岩性较为软弱的层理结构面(T2-33和T2-53)和3条充填夹泥的平均宽度达2m的破碎断层带(f17、f21和f27)。分析中考虑的静力荷载包括上、下游静水压力、淤砂压力、渗流压力和自重。上游正常蓄水位为380.0m，下游尾水位266.0m，上游淤砂高程310.0m。表1和表2则分别列出坝体和基岩各种材料性质参数。计算采用的有限元网格亦如图1所示。 2 分析方法 将静力荷载以阶跃函数的形式施加到坝体—地基系统上用逐步积分法进行静力计算[3]，在静力分析的过程中如果经过一定步数的时间积分，能够得到稳定的静力解，则说明整个坝体-地基系统是稳定是，反之如果不能得到稳定的静力解，静力位移向某个方向无限发展，则表明发生了失稳现象。 收稿日期：2002-11-15 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50139010) 作者简介：涂劲(1973-)，女，福建长汀人，高级工程师，主要研究方向为水工结构抗震。
重力坝抗滑稳定及应 力计算
项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA）水电站工程 项目阶段：复核阶段 计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算 审查： 校核： 计算： 黄河勘测规划设计有限公司Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月
目录 1.计算说明 (1) 1.1 目的与要求 (1) 1.2 基本数据 (1) 2.计算参数和研究方法 (1) 2.1 荷载组合 (1) 2.2 计算参数及控制标准 (1) 2.3 计算理论和方法 (2) 3.计算过程 (3) 3.1 荷载计算 (3) 3.1.1 自重 (3) 3.1.2 水压力 (4) 3.1.3 扬压力 (6) 3.1.4 地震荷载 (8) 3.2 安全系数及应力计算 (10) 4.结果汇总 (13)
1.计算说明 1.1 目的与要求 下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。 1.2 基本数据 正常蓄水位：110m； 设计洪水位：112.94m； 校核洪水位：113.30m； 大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇； 坝址区地震动峰值加速度为0.15g（g=9.81m/s2），地震动反应周期为0.25s，相应的地震基本烈度为7度，本工程抗震设计烈度为7度。 计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m，坝基底高程92.00m，坝高22m，坝顶宽5m。上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:0.75。 计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m，坝基底高程96.00m，坝高14m，上游坝面竖直，下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面，在108.59m高程以下坡度为1:0.85。正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；设计洪水位112.94m 时，下游水位104.80m；校核洪水位113.30m时，下游水位105.42m。 进水口坝段顶高程114.00m，坝基底高程87.80m，坝高26.2m，顶宽 13.06m，上游坝坡为1:0.25，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。 底孔坝段顶高程114.00m，坝基底高程83.50m，坝高30.5m，顶宽10.0m，上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:0.75。 2.计算参数和研究方法 2.1 荷载组合 作用在坝上的主要荷载包括：坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力。基本组合：正常蓄水位情况（上游水位110.0m） 设计洪水位情况（上游水位112.94m） 特殊组合：校核洪水位情况（上游水位113.30m） 地震情况（正常蓄水位+地震荷载） 2.2 计算参数及控制标准 水容重γw：9.81KN/m3 混凝土容重γc：24KN/m3 坝址区岩体主要为坚硬的辉绿岩和砂岩，大坝的建基面基本上分布在弱风化的辉绿岩和砂岩上。坝基面抗滑稳定计算的岩体及混凝土物理力学参数按表1-1取值，坝基面抗滑稳定安全系数和坝基应力应满足表1-2规定的数值。
坝体强度承载能力极限状态计算及坝体稳定承载能力极限状态计算 （一）、基本资料 坝顶高程：1107.0 m 校核洪水位（P = 0.5 %）上游：1105.67 m 下游：1095.18 m 正常蓄水位上游：1105.5 m 下游：1094.89 m 死水位：1100.0 m 混凝土容重：24 KN/m3 坝前淤沙高程：1098.3 m 泥沙浮容重：5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值：f `= 0.5 c `= 0.2 Mpa 坝基基岩承载力：［f］= 400 Kpa 坝基垫层混凝土：C15 坝体混凝土：C10 50年一遇最大风速：v 0 = 19.44 m/s 多年平均最大风速为：v 0 `= 12.9 m/s 吹程D = 1000 m （二）、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面
荷载作用的 标准值计算（以单宽计算） A 、正常蓄水位情况（上游水位1105.5m ，下游水位1094.89m ） ① 竖向力（自重） W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×10.75×8.6 /2 = 1109.4 KN W 3 = 9.81×（1094.5-1090）2×0.8 /2 = 79.46 KN ∑W = 3228.86 KN W 1作用点至O 点的力臂为： (13.6-5) /2 = 4.3 m W 2作用点至O 点的力臂为： m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为： m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?- 竖向力对O 点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）： M OW1 = 2040×4.3 = 8772 KN ·m M OW2 = －1109.4×1.067 = －1183.7 KN ·m
重力坝抗滑稳定及应力计算
项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA）水电站工程项目阶段：复核阶段 计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算 审查： 校核： 计算： 黄河勘测规划设计有限公司Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月
目录 1.计算说明 (1) 1.1 目的与要求 (1) 1.2 基本数据 (1) 2.计算参数和研究方法 (1) 2.1 荷载组合 (1) 2.2 计算参数及控制标准 (2) 2.3 计算理论和方法 (3) 3.计算过程 (4) 3.1 荷载计算 (4) 3.1.1 自重 (4) 3.1.2 水压力 (5) 3.1.3 扬压力 (8) 3.1.4 地震荷载 (11) 3.2 安全系数及应力计算 (13) 4.结果汇总 (18)
1.计算说明 1.1 目的与要求 下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。 1.2 基本数据 正常蓄水位：110m； 设计洪水位：112.94m； 校核洪水位：113.30m； 大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇； 坝址区地震动峰值加速度为0.15g（g=9.81m/s2），地震动反应周期为0.25s，相应的地震基本烈度为7度，本工程抗震设计烈度为7度。 计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m，坝基底高程92.00m，坝高22m，坝顶宽5m。上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。 计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m，坝基底高程96.00m，坝高14m，上游坝面竖直，下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面，在108.59m 高程以下坡度为1:0.85。正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；设计洪水位112.94m 时，下游水位104.80m；校核洪水位113.30m时，下游水位105.42m。 进水口坝段顶高程114.00m，坝基底高程87.80m，坝高26.2m，顶宽13.06m，上游坝坡为1:0.25，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。 底孔坝段顶高程114.00m，坝基底高程83.50m，坝高30.5m，顶宽10.0m，上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:0.75。 2.计算参数和研究方法 2.1 荷载组合 作用在坝上的主要荷载包括：坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力。