54土石坝的稳定分析解析

土石坝渗透及稳定性分析探讨摘要:渗流问题是土石坝安全的关键,渗流控制是土石坝建设的重中之重。

在渗流控制措施上,随着渗流控制理论的发展,由原来的以防为主逐渐向防渗、排渗和反滤层三者相结合。

本文从土石坝渗漏问题、防渗措施、有限元渗流场计算的基本数学模型三个方面进行介绍。

关键词:土石坝渗透稳定性随着我国水利水电建设的快速发展和“西电东输”水电项目的实施,众多高土石坝的建设被提上了日程,特别在深厚覆盖层河谷,地质条件差,地震烈度高,多数坝高较大(尤其200m以上)的大坝选择或拟选择建土石坝。

渗流和渗透控制是土石坝工程中的一项极其重要的课题,直接关系到工程的安全和投资。

土石坝施工简便,地质条件要求低,造价便宜,并可就地取材且料源丰富,是水利水电工程中极为重要的一种坝型。

土石坝坝体用散粒材料填筑,挡水后上下游的水头差引起了水流渗过坝体、坝基及两岸坡向下游排出。

由于勘测设计缺陷、施工不良、管理运行不当以及渗流、地震等,都会使土石坝体及其坝基发生缺陷病害,甚至垮坝失事。

在土石坝中,坝体和坝基的渗漏较为频繁,许多中、小型病库,就是因为坝身、坝基等产生渗漏造成险情。

一、土石坝渗漏问题(一)坝基渗漏。

坝基渗漏主要有以下两种渗漏方式:一是铺盖裂缝产生的渗漏。

铺盖裂缝一般是由于施工时防渗土料碾压不严,达不到所要求的容重或铺土时含水量过大, 固结时干缩而产生裂缝;或基础不均匀沉陷时铺盖被拉裂;或铺盖下没有做好反滤层,水库蓄水后在高扬压力下被顶穿破坏;也有施工时就近取土,破坏了覆盖层作为天然铺盖的防渗作用。

二是心墙下截水墙与基础接触冲刷破坏。

截水墙与基础的接触边界是最容易形成渗流通道的薄弱环节。

在截水墙下游与基础接触边界处设置反滤层失效,导致接触冲刷,坝体和基础土料被带走,就会造成坝体严重破坏。

(二)坝身渗漏。

土石坝常因斜墙、心墙等防渗体裂缝形成渗流的集中通道,导致管涌的发生,甚至引起坝体的失事破坏。

具体地讲有以下几种情况:一是心、斜墙裂缝漏水。

土石坝的应变分析及稳定分析关键词：土石坝、应变、蓄水期、稳定性、荷载摘要：我们认为，土石坝应力应变分析中有待解决的问题主要有下列几个方面。

第一是多数的研究限于施工期, 而回避了蓄水期的计算。

但是土石坝是挡水建筑物, 因此可以说, 不解决水对坝体的作用问题就是根本上没有解决问题。

实际上现代设计的高土石坝也多是在初蓄水期发生严重变形甚致破坏的。

此外, 现有计算方法本身也存在许多问题, 例如对于由刚度相差悬殊的几种材料组合的坝型就不能很好适应, 特别当土体中存在混凝土结沟的时候。

但是我们相信, 随着试验和原观测资料的积累及计算技术的发展, 这些问题将会逐步得到决,应力应变分析也一定会在土石坝设计中占据越来越重要的位置, 总有一天设计工作者将能摆脱目前滑坡稳定分析加经验的设计方法, 走上按极限变形和抗裂设计的轨道。

一、蓄水期土石坝工作状态的特点现有的原体观测资料表明, 施工期坝体内的应力主轴的方向变化不大, 坝坡局部偏转较大的地方也不超过15度, 而且大部分区域大小主应力比都在一之间, 也就是说接近于单向压缩状态。

这就意味着, 施工期坝体内的应力状态比较简单, 而月坝体的变形以垂直压缩变形为主。

可是, 一旦受到水的作用, 问题就大大复杂化了。

水对坝体的工作状态的影响表现在三个方面：（1）水平荷载引起的主应力轴偏转；（2）浮托力引起的卸荷作用；（3）土骨架浸水软化引起的附加变形（以下简称浸水变形）。

根据高米的堆石坝模型试验的结果,水平压力与浮托力的共同作用使大范围内应力主轴偏转十几度,并使上游坝壳应力减小,下游坝壳应力加大。

但从应力水平看则是下游降低,上游增高,并在上游坝壳靠心墙处达到破坏状态，形成个相当于主动土压力状态。

同时,国内外大量的观测资料表明,由于水压力及软化变形的共同作用,坝顶既可能向上游位移,也可能向下游位移,而且往往是先向上游,后向下游,同时中心线发生明显的挠曲图。

软化作用还会引起显著的沉降如果仅从浮托力考虑，蓄水时坝顶应当上抬。

土石坝边坡稳定分析与计算方法土石坝作为常见的水利工程构筑物，在防洪、供水、发电等方面发挥着重要的作用。

土石坝边坡稳定性是影响其安全运行的关键因素之一，因此边坡稳定性分析与计算方法十分重要。

本文将介绍土石坝边坡稳定性分析与计算方法的基本理论和应用技术。

一、土石坝边坡稳定性基本理论土石坝边坡稳定性分析的基本理论包括弹性地基理论、破坏力学理论、岩土力学和数值计算方法等。

1.弹性地基理论弹性地基理论是建立在弹性力学基础上的一种土体稳定性分析方法。

其核心思想是将土体与石坝看成一体，在一定的约束条件下，求解土坝体系和地基的弹性应力和应变分布，评估土石坝边坡的稳定性。

这种方法适用于土石坝边坡倾角较小、地基水平变形和竖向应力分布较均匀的情况。

2.破坏力学理论破坏力学理论是通过破裂力学和变形理论相结合的方法，对土石坝边坡的稳定性进行分析。

其核心思想是土体在受力作用下，随着剪切应力和水平应力的增加，会发生变形和破裂，并使边坡处于不稳定状态。

通过破坏力学理论，可以预测土石坝边坡的破坏形式，如滑坡、倾斜、涌浅等。

3.岩土力学岩土力学是土石坝边坡稳定性分析的重要理论基础，它研究土、岩体在地下工程中受力、应力、变形、破坏和稳定性等问题。

其核心思想是通过分析土石坝边坡的岩土力学性质，如强度、压缩模量、剪切模量、抗裂性、渗透性等，预测边坡在不同条件下的稳定性。

4.数值计算方法数值计算方法是通过数学和计算机技术，对复杂的土石坝边坡稳定性问题进行求解的方法。

其核心思想是将边坡分割成若干个小单元，通过模拟不同荷载条件下的应力和变形情况，预测边坡在不同条件下的稳定性。

常用的数值计算方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。

二、土石坝边坡稳定性计算方法1.经验法经验法是一种基于工程经验、检验和修改的方法。

这种方法一般适用于经验较丰富、边坡较小且地质条件比较安全的情况。

其中常用的经验法有刘安钦法、耐均匀法等。

2.解析方法解析方法是通过对已知物理或参考问题进行分析，求解所需要的未知物理的方法。

土石坝稳定性分析与监测技术研究土石坝作为一种常见的人工坝工程，被广泛应用于水利、环保、能源和交通等领域。

然而，土石坝在长期使用中可能会出现稳定性问题，如滑坡、渗漏和裂缝等，对人们的生命财产安全和环境造成潜在威胁。

因此，对土石坝稳定性进行分析与监测技术的研究具有重要意义。

土石坝稳定性分析是研究土石坝结构是否具有足够的抗滑、抗倾覆和抗压能力的过程。

这一过程通常包括以下几个方面：土石坝的力学特性分析、坝体稳定性分析、滑坡分析以及抗震分析与设计。

首先，土石坝的力学特性分析是对土石材料的力学性质进行研究，包括孔隙比、饱和度、黏聚力和内摩擦角等参数的测定。

这些参数对于土石坝的稳定性具有重要影响。

其次，坝体稳定性分析是通过计算土石坝的滑动力和倾覆力，来评估坝体的稳定性。

滑坡分析是为了识别和预测土石坝可能发生的滑坡形式和程度，从而采取相应的防治措施。

最后，抗震分析与设计是为了保证土石坝在地震作用下能够充分发挥其抵御震害的能力。

土石坝稳定性监测技术是对土石坝运行过程中各种物理量（如温度、应变、压力和位移等）进行实时监测和分析，以判断土石坝是否存在异常情况。

稳定性监测技术广泛应用于土石坝的建设和运维过程中，能够及时发现和处理土石坝的安全问题。

常见的土石坝稳定性监测技术包括激光位移计监测、水平位移测量、孔隙水压力测量和应力监测等。

激光位移计监测技术通过激光束的测量和分析，可实时监测土石坝的位移变化。

水平位移测量技术可以通过测量土石坝结构的水平位置和变形来评估坝体的稳定性。

孔隙水压力测量技术通过在土石坝内部埋设压力传感器，实时监测土石坝内部的水压力变化。

应力监测技术可以通过测量土石坝结构的应变来评估坝体的稳定性。

土石坝稳定性分析与监测技术的研究对于确保土石坝的安全运行具有重要意义。

通过分析土石坝的力学特性和稳定性，可以预先识别潜在的稳定性问题，并采取相应的措施来加固坝体结构。

同时，通过实时监测土石坝的物理量变化，可以及时发现坝体的异常情况，并采取措施进行修复和调整。

土石坝的稳定性评估与加固方案土石坝是一种常见的水利工程结构，其主要功能是用于水库的蓄水和控制水流。

然而，在使用过程中，土石坝的稳定性问题一直备受关注。

本文将从土石坝的稳定性评估和加固方案两个方面进行讨论。

首先，土石坝的稳定性评估是确定其是否具备抵御各种外部力的能力。

评估土石坝的稳定性需要考虑多个因素，如坝体材料的力学性质、坝体的几何形状、坝基土的稳定性等。

其中，最重要的因素之一是坝体的材料力学性质。

土石坝的材料力学性质包括坝体内部土石体的强度和变形特性。

强度主要指土石体的抗剪强度和抗压强度，而变形特性则反映了土石体在受力过程中的变形行为。

一般来说，土石坝的抗剪强度越大，抗压强度越高，其稳定性就越好。

此外，土石坝的变形特性也需要被考虑进来。

因为当坝体受到外力作用时，土石体会发生变形，如果变形过大，就会导致坝体的破坏。

除了材料力学性质之外，土石坝的几何形状也会对其稳定性产生影响。

坝体的几何形状决定了坝体内外的应力分布情况。

一般来说，坝体的高宽比越小，坝体的稳定性就越好。

此外，坝体的坡面倾斜度也会影响土石体的稳定性。

如果坡面太陡，就容易发生滑坡等不稳定现象。

此外，坝基土的稳定性也是评估土石坝稳定性的重要因素之一。

坝基土是指土石坝的基础部分，承受着坝体的重力，并将其传递给下方的地基。

如果坝基土的稳定性不好，就会导致土石坝整体的稳定性问题。

因此，在评估土石坝的稳定性时，必须对坝基土的稳定性进行充分考虑。

了解土石坝的稳定性后，接下来就需要制定相应的加固方案。

加固方案的制定需要结合具体的工程实际情况，选择合适的措施进行加固。

常见的土石坝加固方式有以下几种：一种方法是提高土石坝的抗剪强度。

这可以通过在土石体中添加增强材料，如纤维素、聚合物等，来增加坝体的强度。

此外，可以采用加固材料，如钢筋、钢板等，在土石体表面进行包裹或加固，进一步提高土石坝的抗剪强度。

另一种方法是改变土石坝的几何形状。

通过调整坝体的高度、宽度和坡面的倾斜度，可以使土石坝的几何形状更加合理，从而提高其稳定性。

水利工程中土石坝坝坡稳定分析【摘要】水利工程中最重要的基础设施就是堤坝，而目前我国有很多堤坝都是以土石坝的结构方式建筑的，这是因为土石坝具有施工简便、成本低廉、抗震耐久等很多优点，是以在堤坝结构中有着广泛的应用。

堤坝的安全稳定对于水利工程的正常运行以及下游居民的安全都有着重要的意义，尤其是保证土石坝的安全稳定，更是非常有必要的。

本文通过分析土石坝坝坡失稳的危害及原因，探讨相应的解决对策。

【关键词】水利工程；土石坝；坝坡稳定；失稳原因；解决对策我国的水利工程在建国后大批上马，很大程度上促进了国民经济的发展，为社会主义建设提供了强有力的支持，由于水利工程对国家建设的很多方面都有积极的促进作用，所以水利工程施工技术的发展也很迅猛，极大的支持了水利工程的建设，保障了工程的质量。

由于土石坝大部分的由当地的土石混合料建筑而成，因此其坝体结构的整体性较差，在长期的水流冲击作用下，很可能会导致坝坡失稳的现象发生。

据统计，几乎所有的土石坝都存在着不同程度的坝坡失稳现象，而产生这些坝坡失稳现象的原因除了因土石坝自身具有的特点因素以外，还有其他的一些外在因素的影响，如建筑施工中施工技术较为落后，施工质量没有得到保障，堤坝常年使用却没有得到良好的维修养护等等，都会造成坝坡失稳，降低了土石坝的效益，甚至会导致严重的水利工程安全事故。

1.水利工程中土石坝坝坡失稳的危害相对于其他坝体结构的堤坝来讲来讲，土石坝是比较容易引起坝坡失稳现象的，而坝坡失稳一旦形成滑坡，就会从产生极大的危害，后果也极其严重。

土石坝的滑坡会摧毁修建在山坡脚下或沟口的建筑设施或居民房屋，若其下方有公路、铁路或桥梁，也会遭到严重破坏，导致交通中断，人员伤亡。

另外，由于坝坡失稳，滑坡会使大量土石混合料滑入水库中，使水库水位上涨，当水位漫过坝顶高度或产生涌浪时，就会使得河水泛滥，甚至会引起堤坝失事，给下游的田地、城镇、建筑以及人民的人身安全都带来巨大的损害。

因此，加强土石坝坝坡稳定性分析，及时发现坝坡失稳现象的发生，采取有效措施防治失稳滑坡，是目前水利工作技术人员所关注的重点问题。

土石坝工程中的坝体稳定性分析土石坝是一种常见的水利工程，用于调节河流水位和蓄水，具有很高的综合经济效益和社会效益。

而在土石坝的设计和建设过程中，坝体稳定性是至关重要的一个方面。

本文将对土石坝工程中的坝体稳定性进行分析，探讨影响坝体稳定性的因素和解决方法。

坝体稳定性是指土石坝在运行过程中抵御各种内外力作用而保持稳定的能力。

影响坝体稳定性的因素有很多，其中包括地质条件、水文条件、坝体材料性质等。

首先，地质条件是影响坝体稳定性的关键因素之一。

地质条件包括坝址地质构造、地质灾害、地震活动等。

不同地质条件下的土石坝工程，其坝体稳定性问题也具有差异性。

其次，水文条件也是一个重要的因素。

水文条件涉及到坝址流域的降雨情况、水位变化以及水流对坝体的冲刷等。

水文条件的变化直接影响着坝体的受力状况，从而对坝体稳定性产生影响。

最后，坝体材料性质也是影响坝体稳定性的重要因素。

土石坝的材料性质包括强度、稠度、透水性等。

坝体材料的性质直接决定了坝体在受力时的承载能力。

针对坝体稳定性问题，土石坝工程中常采用的解决方法有很多。

首先是在选址阶段进行详细的地质勘测和地质灾害评估，以尽量减少地质条件对坝体稳定性的影响。

其次是在设计阶段进行合理的水力计算和承载力计算，确保坝体在各种水文条件和荷载情况下都能够稳定运行。

同时，引入一些现代的地质工程技术，如地下水位监测、地震预警系统等，以提前掌握坝体稳定性变化的趋势，及时采取相应的措施，保证坝体的安全运行。

在土石坝工程中，坝体稳定性分析是一项复杂而重要的任务。

只有充分考虑地质、水文和材料等多方面因素，并且采取科学合理的解决方法，才能确保土石坝工程的长期安全运行。

坝体稳定性分析不仅需要依靠先进的工程技术和现代设备，更需要依靠工程师的经验和专业知识。

只有不断积累和总结经验教训，才能在土石坝工程中不断提高坝体稳定性分析的精确度和可靠性。

总之，土石坝工程中的坝体稳定性分析涉及到多个因素的综合考虑和解决。

第五节土石坝的稳定分析
一、目的
分析坝体及坝基在各种不同的工作条件下可能产生的稳定破坏形式，通过必要的力学计算，校核坝剖面的安全度，经过反复修改定出经济剖面。

确定土坝稳定性，主要指边坡的抗滑稳定。

二、坝坡的滑动面形式
坝坡的滑动面形式主要与坝体结构型式、筑坝材料和地基情况、坝的工作条件等因素有关。

1、曲线滑动面：滑动面通过粘性土部位时，
2、折线滑动面：滑动面通过非粘性土部位时；
3、复式滑动面：滑动面通过粘性土和非粘性土构成的多种土质坝时。

图6-17 坝坡坍滑破坏形式
1-坝壳或者坝体；2-防渗体；3-滑动面；4-软弱夹层
三、荷载及其组合
（一）作用力
1、自重：水上——湿容重，水下——浮容重。

2、渗透力：与渗透坡降有关。

3、孔隙水压力：总应力法和有效应力法.
4、地震力：地震区应考虑地震惯性力。

地震惯性力壳拟静力法计算。

（二）荷载组合：
正常运用：
（1）水库蓄满水（一般为正常蓄水位）形成稳定渗流时，验算下游坝坡稳定。

（2）水库水位为最不利水位时，上游坡的计算。

（3）库水位降落，使上游坡产生渗透压力时的稳定计算
非常运用：
（1）库水位骤降时的上游坝坡的计算
（2）施工期（含竣工期）考虑孔隙水压力上下游坝坡稳定计算
（3）地震情况下，上下游坝坡计算
（4）校核水位时下游坡的计算
四、稳定分析方法
强度分析法和刚体极限平衡法。

1、圆弧滑动法：针对粘性土的坝坡；
2、折线滑动法：针对非粘性土的坝坡；
图6-18 坝坡稳定计算示意图
图6-19 非粘性土坡稳定计算示意图。