讲课比赛-重力坝抗滑稳定分析2

重力坝抗滑稳定措施浅析摘要：通过对重力坝抗滑稳定的分析，采取有效措施提高其抗滑稳定性，确保大坝安全运行。

关键词：水利枢纽；重力坝；抗滑稳定；措施前言重力坝是用混凝土或石料等材料修筑，主要依靠坝体自重保持稳定的坝，它历史悠久、优点较多，目前仍被广泛采用。

重力坝抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或坝基内软弱结构面抗滑稳定的安全度，提高重力坝抗滑稳定的措施要根据其工作原理及特点，通过分析不同情况下的稳定性，分别确定切实有效的提高抗滑稳定措施。

下面就重力坝存在的几种可能滑动情况分别进行稳定分析，根据分析结果落实相应的抗滑稳定措施。

一、沿坝基面的抗滑稳定问题1、沿坝基面的抗滑稳定分析（以一个坝段或取单宽作为计算单元）1.1利用抗剪强度公式，将坝体与基岩间看成是一个接触面，而不是胶结面。

当接触面呈水平面时，其抗滑稳定安全系数Ks =①式中ΣW为接触面以上的总铅直力；ΣP为接触面以上的总水平力；U为作用在接触面上的扬压力；f为接触面间的摩擦系数。

当接触面倾向上游时Ks=②式中β为接触面与水平面间的夹角。

由式②可以看出，当接触面倾向上游时，对坝体抗滑有利；当接触面倾向下游时，β为负值，使抗滑力减小，滑动力增大，对坝体稳定不利。

1.2利用抗剪公式时，认为坝体混凝土与基岩接触良好，直接采用接触面上的抗剪断参数和计算抗滑稳定安全系数。

s =③式中A为接触面面积；为抗剪断摩擦系数；为抗剪断凝聚力。

2、增加抗滑稳定性的工程措施从稳定性分析计算公式看出，要增大K值可采取多种措施，如增加坝体的铅直力ΣW，减小扬压力U，提高滑动面的抗剪强度指标f值。

对具有软弱夹层的地基应设法增加尾岩抗体被动抗力。

如依靠减小水平推力ΣP来增加坝体稳定性难度很大。

因此，可以采用以下工程措施提高抗滑稳定性。

一是加大坝体剖面。

在上游面或下游面加大剖面以增加坝体自重，在上游面加大剖面可增加坝体自重及垂直水重，提高ΣW值，从而增加坝的抗滑稳定性；二是采用有利的开挖轮廓线，开挖坝基时，利用岩面的自然坡度，使坝基面倾向上游；三是在坝基面设置排水系统，加强坝基排水，减小扬压力，增大K值；四是提高软弱夹层的抗剪强度指标。

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。

第31卷第3期2012年6月水力发电学报JOURNAL OF HYDROELECTRIC ENGINEERING Vol．31No．3Jun．，2012重力坝抗滑稳定可靠度分析：（二）强度指标和分项系数的合理取值研究陈祖煜1，2，徐佳成1，陈立宏3，王玉杰1，2，孙平1，吴超1（1．中国水利水电科学研究院岩土工程研究所，北京100048；2．流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京100038；3．北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044）摘要：岩土材料抗剪强度参数的合理选用是开展可靠度分析的重要一环。

本文认为，在确定岩土参数变异系数的过程中，需要在现行规范建议值的基础上，综合考虑项目本身的试验成果和以往工程的经验选用设计指标。

本文通过对1000多组试验结果统计及工程实例敏感性分析等途径对岩体抗剪强度参数变异系数做了比较和分析，并提出了初步的建议值。

通过典型重力坝算例分析及工程实例的反演分析，对岩体的抗剪强度参数的分项系数进行了敏感性分析，对重力坝设计规范的建议值的合理性进行了评价。

关键词：水工结构；变异系数；分项系数；混凝土重力坝；相对安全率；抗剪强度指标中图分类号：TV31文献标识码：AReliability analysis on sliding stability of gravity dams ：Part II ，determination of shear strength parameters and partial factorsCHEN Zuyu 1，2，XU Jiacheng 1，CHEN Lihong 3，WANG Yujie 1，2，SUN Ping 1，WU Chao 1（1.Department of Geotechnical Engineering ，China Institute of Water Resources and Hydropower Research ，Beijing 100048； 2.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin ，Beijing100038，3.School of Civil Engineering ，Beijing Jiaotong University ，Beijing100044）Abstract ：Determination of strength parameters for geotechnical materials is a major concern in reliability studies．It is argued that this work should be based on a comprehensive study of the criteria suggested in the codes ，testing data and past experiences．This paper gives a comprehensive review over more than 1000sets of test data and back-analysis results for eight case histories of concrete dam ，evaluates the impact of variation coefficients on calculations of reliability indices through a careful study ，and puts forward a set of coefficients of variation for various materials．Finally ，these coefficients are verified by a sensitivity study of partial factors by using concrete dam codes．Key words ：hydraulic structure ；coefficient of variation ；partial factor ；concrete gravity dam ；ratio of safety margin ；shear strength of rock mass收稿日期：2011-12-23基金项目：水利部公益性行业科研专项经费项目（200801005）；国家自然科学青年基金（50909002）。

重力坝坝基深层抗滑稳定性分析【摘要】结合碾压混凝土重力坝工程实例，运用有限元法对坝基深层抗滑稳定性进行分析，计算方法采用强度储备系数法，通过模拟坝基失稳的渐进破坏过程，分析认为大坝整体具有一定的强度储备安全系数，能够满足大坝整体抗滑稳定性的要求，其计算成果可为工程设计提供一定的参考。

【关键词】碾压混凝土重力坝；有限元法；强度储备系数法；抗滑稳定重力坝深层抗滑稳定问题的研究十分困难，因为岩体是一种不连续体，内部断层、裂隙等结构面的产状、特性、分布和切割组合关系十分复杂，这些结构面的组合，特别是缓倾角的断层控制着大坝的稳定和安全。

目前高混凝土重力坝抗滑稳定分析方法有多种，较经典的研究方法[1]是刚体极限平衡法、模型试验法、有限单元法等。

本文采用有限元法对某重力坝岸体—坝基系统失稳的渐进破坏过程进行了模拟，并利用不同的判别方式计算坝基的抗滑稳定安全系数。

该电站坐落于云南省境内金沙江中游的河段上，是以发电为主的大型水利工程枢纽，为碾压混凝土重力坝，最大坝高160m，河中设置坝后式厂房，大坝正常蓄水位1418m。

1.地质条件根据地勘资料，该枢纽区岩层呈单斜构造。

坝段处基岩构造表现为断裂构造，断层等破裂结构面较为发育。

对于坝基存在着的t1b和t1a凝灰岩夹层，坝轴线部位t1b最小埋深40m,距建基面约25m，该层未发现错动及泥化的迹象，但对坝基深层抗滑稳定性有一定的影响。

坝基地质剖面图见图1。

图1坝基地质纵剖面图2.计算模型由于坝基地质构造的复杂性[2][3]，有限元建模过程中对其进行适当简化，坝基主要包含玄武岩、裂面绿石化岩及凝灰岩夹层，坝体浅层的块裂和碎裂裂面绿泥石化岩体抗剪强度和变形模量较低，在计算中需重点分析，利用三维绘图软件CATIA及有限元软件进行模型的构建和数值分析，计算模型网格采用八结点六面体C3D8单元。

岸坡坝段群坝体与地基网格计算模型见图2.1-2.2。

岸坡坝段群整体模型的单元总数为10039个，结点总数11759个，其中坝体单元数目2669个。

0引言碾压混凝土采用分层浇筑，水平向防渗性能相差较大，是防渗的薄弱环节。

碾压混凝土坝坝体防渗一般采用常态混凝土防渗层、变态混凝土防渗层的防渗结构，其可靠性至关重要。

施工中，碾压混凝土层面若存在骨料架空、层面胶结不良和透水率大等质量问题，运行中则可能出现坝体混凝土溶蚀、析钙、坝体渗透压力升高或混凝土腐蚀等危害，影响结构安全。

某工程水库蓄水后，坝体层面渗透压力与气温相关性较好，冬季渗透压力明显增大，渗压系数达到0.8以上。

笔者基于坝体渗压实测值，采用材料力学法，对坝体层面抗滑稳定进行复核计算，为评价大坝坝体抗滑稳定提供参考依据。

1工程概况及坝体防渗结构设计1.1工程概况某水电站大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高31.5m ，最大坝基宽度28.675m ，坝顶长216m ，分为8个坝段。

上游面直立，防渗层采用0.5m 厚的富胶凝材料变态混凝土，防渗标号W8，下游面464.20m 高程以上直立，464.20m 高程以下坝坡1∶0.75。

坝体典型断面见图1。

图1坝体典型断面图Fig.1Typical section of dam为增加大坝的抗滑稳定性，在大坝下游坝坡与1号、2号公路之间的深槽底部3.5m 回填混凝土，某碾压混凝土重力坝层面抗滑稳定分析吴伟（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，311122）摘要：碾压混凝土坝的水平层面是影响碾压混凝土坝强度、稳定和渗流的关键部位。

针对某运行期坝体渗透压力较大的碾压混凝土重力坝，结合坝体渗透压力实测值，采用材料力学法和现行业规范NB/T 35026-2014《混凝土重力坝设计规范》对坝体层面抗滑稳定进行复核。

计算结果表明，对于坝高较小的碾压混凝土坝，坝体层面渗压对坝体层面抗滑稳定影响较小，坝体抗滑稳定的富裕度较高。

关键词：碾压混凝土坝；层面渗压；现场检查；抗滑稳定Title:Analysis of anti-sliding stability on a RCC gravity dam layer//by WU Wei //Large Dam Safety Su⁃pervision Center of National Energy AdministrationAbstract:The horizontal layer is the key part that affects the strength,stability and seepage of a RCC dam.For a RCC gravity dam with high seepage pressure during operation period,combined with the measured values of seepage pressure in dam body,the anti-sliding stability on dam layer is reviewed byuse of material mechanics method and current industry standard Design Specification for Concrete Gravi⁃ty Dams .The calculation results show that for the RCC dam with a small dam height,the seepage pres⁃sure on dam layer has little influence on the anti-sliding stability,and the redundancy of anti-sliding stability is high.Key words:RCC dam;seepage pressure on layer;on-site inspection;anti-sliding stability中图分类号：TV642.3文献标志码：B文章编号：1671-1092（2021）01-0050-048000R 200防浪墙▽475.400▽474.200▽464.2000+008.000▽456.001∶0.752000▽442.800▽440.800▽439.300正常蓄水位▽471.500原地面线▽440.000三级配RCC三级配RCC常态混凝土R 2000+000.000坝轴线碾压堆石（弃碴料）1号公路By WU Wei:Analysis of anti-sliding stability on a RCC gravity dam layer其上18.7m回填碾压堆石。

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. 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：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: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.(四)、增稳措施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；。

重力坝抗滑稳定分析重力坝的稳定应根据坝基的地质条件和坝体剖面形式，选择受力大，抗剪强度较低，最容易产生滑动的截面作为计算截面。

重力坝抗滑稳定计算主要是核算坝基面及混凝土层面上的滑动稳定性。

另外当坝基内有软弱夹层、缓倾角结构面时，也应核算其深层滑动稳定性。

《混凝土重力坝设计规范》（),,(0k k Q k G a Q G S ⋅⋅⋅⋅γγψγ⎪⎪⎭⎫⎝⎛k m k da f R ,11γγ),,,(0k k k Q k G a A Q G S ⋅⋅⋅⋅γγψγ⎪⎪⎭⎫⎝⎛k m k da f R ,12γγ•••R f 'R c '•C f 'C c '••——材料性能分项系数，查表1-12，也可实验确定；γd1——基本组合结构系数，查表1-13； A k ——偶然作用代表值；γd2——偶然组合结构系数，见表1-3；Σf 'f 'c 'c '2）。

2．抗剪断参数的选取式（4）中f 'R f 'C c 'R c 'C 的值，直接关系到工程的安全性和经济性，必须合理地选用。

一般情况下，应经试验测定，且每一主要工程地质单元的野外试验不得少于4组；选取这些参数值时，应结合现场的实际情况，参照工程地质条件类似的工程经验，并考虑坝基岩体经工程处理后可能达到的效果，经地质、试验和设计人员共同分析研究进行适当调整后确定，中型工程的中、低坝，若无条件进行野外试验，应进行室内试验，并参照地质条件类似工程的经验数据选用，小型工程的低坝无试验资料时，可参照地质条件类似工程的试验成果和经验数据选用，坝体混凝土与基岩接触面抗剪断参数的计算参考值见DL5108－1999《混凝土重力坝设计规范》。

表1 材料性能分项系数表2 结构系数。

重力坝地基抗滑稳定性分析摘要该文阐述了重力坝的结构特征和工作特点，着重分析了坝体沿坝基面及坝基内深层软弱结构面或岸坡坝段等的抗滑稳定安全度，对研究重力坝地基稳定性有十分重要的意义。

关键词重力坝；地基；抗滑稳定分析1重力坝的结构特征与工作特点1.1结构特征重力坝基本形状呈三角形，上游面铅直或稍倾向上游，坝底与基岩固结，建成挡水后，依靠自重维持稳定，故称重力坝。

在平面上，坝轴线（坝顶上游边缘线）一般为直线，有时为避开不利的地形地质条件或枢纽布置等原因，也可为折线或曲率不大的拱向上游的曲线[1]。

沿坝轴线坝体用横缝分成若干独立坝段，每一坝段为固结于地基上的悬臂梁。

筑坝材料为混凝土或浆砌石，抗冲能力强。

因此，重力坝可做成非溢流的，也可做成溢流和坝身设有泄水孔的。

1.2工作特点（1）由于筑坝材料强度高，耐久性好，抵御洪水漫顶、渗漏、冲刷、地震破坏的能力强，因而失事率低，工作安全性可靠。

（2）对地质、地形条件适应性强。

由于坝底压应力不高，对地质条件要求较低，一般建于基岩上，当坝高不大时，甚至可以修建于土基上；从地形上看，任何形状的河谷都可建重力坝。

（3）由于重力坝可做成溢流的，也可在坝内设置泄水孔，故一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。

工程分2期施工，可利用坝体导流，不需另设隧洞。

（4）结构作用明确。

由于横缝将重力坝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，空间结构可化简为平面问题分析，应力分析和稳定计算都较简单。

（5）施工方便。

坝体为大体积混凝土，可采用机械化施工，放样、立模和混凝土浇捣都较简单。

（6）由于坝体剖面尺寸往往由稳定和坝体拉应力强度施工条件控制而做得较大，材料用量多，坝内压应力较低，材料强度不能充分发挥。

且坝底面积大，因而扬压力也较大，对稳定不利。

（7）因坝体的体积较大，施工期间混凝土温度收缩应力较大，为防止发生温度裂缝，施工时需适当控制对混凝土的温度。

2重力坝的抗滑稳定分析2.1沿坝基面的抗滑稳定分析常用的抗滑稳定安全系数计算公式有2种，即抗剪断强度公式和抗剪强度公式[2]。