土石坝坝坡稳定分析

1引言土石坝稳定性分析常用的方法主要是极限平衡法和有限元法。

极限平衡法以毕肖普法、摩根斯顿-普赖斯法、Spencer法、Sarma法、楔形体法等[1-4]为代表，有限元法以强度折减法[5]为代表。

随着土地本构模型（摩尔库仑模型、邓肯张模型、Drucker-Prager模型等）理论应用成熟和有限元软件开发应用，强度折减法越来越多地应用到工程实际，为工程设计提供印证，如边坡、坝坡、隧道、基坑等有限元分析，并趋于成熟。

近年来，国内学者对强度折减法的应用开展了大量工作：李小春[6]采用强度折减法对边坡的多滑面进行了模拟，认为该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。

王曼等[7]采用ABAQUS软件的强度折减法分析了边坡的稳定性，确认其计算结果的合理性。

王作伟等人[8]采用强度折减方法计算了边坡的极限上限，对比验证强度折减法与传统极限平衡法具有良好的适应性。

雷艳等[9]采用强度折减法对土石坝坝坡进行稳定分析，得出的安全系数与塑型区域可为工程提供借鉴。

以上研究均取得了较好的研究成果，表明强度折减法用于工程实际分析边坡、坝坡稳定性是可行合理的。

故本文基于以上研究，采用ABAQUS软件结合强度折减法对某均质土石坝进行稳定性分析计算，并从水利工程建设管理的角度，浅析建设管理对工程质量的控制。

2强度折减法所谓强度折减法是指给一强度折减系数F r[10]，采用公式（1）和（2）将土体抗剪强度指标进行降低，导致土体逐渐失稳，土体单元发生塑性变形，当临界失稳时，折减系数就是边坡对应的安全系数。

具体公式如下所示：c m=c/F r（1）φm=arctan（tanφ/F r）（2）式中，c和φ为土体的抗剪强度指标（粘聚力和内摩擦角）；c m和φm是折减后的抗剪强度；F r是强度折减系数。

强度折减法精髓在于降低土地的抗剪强度指标，使土地单元应力不能配套而失稳。

3土石坝稳定性分析某均质土石坝，最大坝高100m，正常蓄水位在坝高90m处，坝顶宽8m，上下游坡比为1∶3√，坝体材料密度为2200kg/m3，强度参数如表1所示。

有关土石坝坝坡稳定分析的方法探索研究【摘要】本文主要深入分析研究了土石坝坝坡稳定分析的方法。

即刚体极限平衡法和有限元法的基本原理，并对刚体极限平衡法和有限元方法的优缺点进行了比较，得出有限元法可以克服刚体极限平衡法所存在的缺陷。

本文是个人提出的一些见解和观点，可与同行共同探讨。

【关键词】土石坝；坝坡；稳定；刚体极限平衡法；有限元法前言如何更合理、更准确地开展土石坝的坝坡稳定分析工作是工程界普遍关注的问题。

目前土石坝坝坡稳定分析的方法主要有刚体极限平衡法和有限元法。

一、刚体极限平衡法分析研究1）刚体条件：在分析滑坡的受力和变形过程中，忽略滑体的内部变形，认为滑体为不可变形的刚体。

2）极限强度条件：假定滑体处于极限强度状态。

3）力的平衡条件：在考虑安全系数后，滑体在所受各种力的作用下处于平衡状态。

目前通用的刚体极限平衡法主要指的是条分法。

采用条分法来分析稳定问题一般为高次的超静定问题，要使问题有解就必须建立新的条件方程。

对条块间作用力作出各种简化假定，以减少未知量或增加方程数。

根据简化假定的条件相同，条分法发展为各种计算方法，这些方法主要有：一是瑞典圆弧滑动法。

瑞典圆弧滑动法（简称瑞典法或费伦纽斯法）是条分法中最古老而又最简单的方法。

除了假定滑裂面是个圆柱面（剖面图上是个圆弧）外，还假定不考虑土条两侧的作用力，安全系数定义按式计算。

由于不考虑条间力的作用，严格地说，对每一土条力的平衡条件是不满足的，对土条本身的力矩平衡也不满足，仅能满足整个滑动土体的整体力矩平衡条件。

由此产生的误差，一般使求出的安全系数偏低 10% ， 20% ，这种误差随着滑裂面圆心角和孔隙压力的增大而增大。

二是毕肖普法。

毕肖普法考虑了条块间的法向作用力，但忽略了条块间的切向作用力。

其安全系数定义为沿整个滑裂面的抗剪强度与实际产生的剪应力之比，即：（ 1）毕肖普法满足整体力矩平衡条件，满足各条块间力的多边形闭合条件，但不满足条块的力矩平衡条件。

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。

土石坝边坡稳定可靠度分析与研究的开题报告
一、研究背景和意义
随着经济的快速发展，大量的土石坝被建造或加固，土石坝边坡的稳定性成为了工程建设中的一个重要问题。

土石坝边坡的稳定性受到多种因素的影响，例如土原性、水力条件、地震等。

因此，进行土石坝边坡稳定性的可靠度分析和研究，对于评估土石坝的稳定性和工程的安全性具有重要的意义。

二、研究内容和方案
本研究将以某水库土石坝为研究对象，分析土石坝边坡的稳定性，并通过可靠度分析方法评估土石坝边坡的稳定可靠度。

具体研究内容和方案如下：
1.研究土石坝边坡的稳定性指标及影响因素
通过文献调研和现场调查，梳理土石坝边坡稳定性的相关指标和影响因素，包括土体的强度、水文条件、地震动力学等因素。

2.建立土石坝边坡稳定性模型
以某水库土石坝边坡为例，建立土石坝边坡稳定性分析模型。

该模型将考虑土壤的强度参数、水文条件和地震动力学因素，从而评估边坡的稳定性。

3.进行可靠度分析
在建立土石坝边坡稳定性模型的基础上，引入可靠度分析方法，通过概率论与数理统计的知识计算土石坝边坡的可靠度，为工程安全性评估提供科学依据。

4.开展实验验证
为了验证所建议的土石坝边坡稳定性分析模型和可靠度分析方法的有效性，将开展实验室与现场实验，在对比实验数据和计算结果的基础上，进一步完善土石坝边坡稳定性的可靠性评估方法。

三、预期成果
本研究将建立一套土石坝边坡稳定性的评估方法，能够评估该水库土石坝边坡的稳定可靠度，并为工程建设提供科学的技术支持，进一步提高土石坝工程的安全性。

论土石坝的地震液化验算和坝坡抗震稳定计算土石坝是由土石材料组成的，地震液化性是土石坝抗震稳定计算的重要内容之一、在地震作用下，土石材料的孔隙水被压缩，造成孔隙水压力的骤然上升，从而导致土石材料变得液化。

液化后的土石材料失去了原有的抗剪强度，无法承受地震力，并会形成流态，给土石坝的抗震稳定性带来严重威胁。

土石坝的地震液化验算主要包括以下几个方面：1.地震动力分析：通过对土石坝所受地震力的分析，确定地震作用下的最大地震水平，以及地震波动特性，为后续液化分析提供依据。

2.评估液化潜势：根据土石材料的物理力学性质，综合考虑孔隙水压力、孔隙比、饱和度等因素，确定土石材料发生液化的潜势。

3.计算地震动力参数：通过对液化分析的地震动力参数的计算，包括最大加速度、地震动剩余位移等，为后续的液化分析提供数据支持。

4.液化模型设计：根据土石材料的物理性质和地震动力参数，选择适当的液化模型，如塑性模型、弹塑性模型等。

5.数值分析：利用有限元或有限差分等方法，建立土石坝的液化数值模型，通过数值模拟分析土石材料的液化行为。

6.评估液化后的稳定性：通过液化分析的结果，评估土石坝液化后的稳定性，并进行针对性的加固措施设计。

土石坝坡抗震稳定计算是指在地震作用下，土石坝坡面的稳定性分析。

其主要内容如下：1.地震力分析：根据土石坝所受地震力的特性和作用力的计算方法，确定地震作用下的最大地震水平。

2.临界滑坡面计算：通过对土石坝局部地形和土体力学性质的分析，计算土石坝临界滑坡面的位置和倾角。

3.抗滑稳定性评估：通过对临界滑坡面进行稳定性分析，判断土石坝坡面的抗滑稳定性，并评估滑坡的发生概率。

4.安全系数计算：利用土体力学原理，计算土石坝坡面的安全系数，以评估土石坝在地震作用下的抗滑稳定性。

5.加固措施设计：根据坡面稳定性评估结果，设计相应的加固措施，如增加坡面支护结构、改善土石材料的力学性质等。

总体而言，土石坝的地震液化验算和坝坡抗震稳定计算是土石坝抗震设计中的两个重要环节。

土石坝边坡稳定分析与计算方法1 稳定性理论分析土坝的稳定性破坏有滑动、液化及塑性流动三种状态。

〔1〕坝坡的滑动是由于坝体的边坡太陡，坝体填土的抗剪强度太小，致使坍滑面以外的土体滑动力矩超过抗滑力矩，因此发生坍滑或由于坝基土的抗剪强度缺乏，因此坝体坝基一同发生滑动。

〔2〕坝体的液化是发生在用细砂或均匀的不够严密的砂料作成的坝体中，或由这种砂料形成的坝基中。

液化的原因是由于饱和的松砂受振动或剪切而发生体积收缩，这时砂土孔隙中的水分不能立即排出，局部或全部有效应力即转变为孔隙压力，砂土的抗剪强度减少或变为零，砂粒业就随着水的流动向四周流散了。

〔3〕土坝的塑性流动是由于坝体或坝基内的剪应力超过了土料实际具有的抗剪强度，变形超过了弹性限值，不能承受荷重，使坝坡或者坝脚地基土被压出或隆起，因此使坝体的坝基发生裂缝、沉陷等情况。

软粘性土的坝或坝基，假设设计不良，就容易产生这种破坏。

进展坝坡稳定计算时，应该杜绝以上三种破坏稳定的现象，尤其前两种，必须加以计算以及研究。

2 PC1500程序编制根据及计算方法2.1 编制根据及使用情况综述PC1500程序在计算方法方面采用了瑞典条分法和考虑土条程度侧向力的简化毕肖甫法。

从对土料物理力学指标的不同选用又可分为总应力法，有效应力法和简化有效应力法。

程序规定，计算公式中无孔隙水压力为总应力法；计入孔隙水压力为有效应力法；令孔隙水压力一项为零而将孔隙水压力包含在土体重量的计算之中，称为简化有效力法[1]。

分别考虑了稳定渗流期，施工期，水位降落期三种情况。

程序按照“水工建筑物抗震设计标准〞，“碾压土石坝设计标准〞编制。

2.2 计算方法所谓网格法，要计算假设干滑弧深度，对每一滑弧度计算过程如下：以给定滑弧圆心为中心，以大步长向四周由49个点，逐一计算，找出平安系数最小的点，以该点为中心，以小步长向四周布49个点，计算后就找出相应该滑弧深度的最小平安系数。

混合法是先用网格法。

将大步长布下的49个点算完后，找出平安系数最小的点，转入优选法计算。

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。