重力坝的抗滑稳定分析

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。软弱夹层抗剪强度极低，提高f值是增加坝体抗滑稳定性的重要措施。

提高重力坝抗滑稳定的措施

摘要：重力坝是世界上出现得最早的一种坝型，随着我国重力坝建设项目的逐年增加，数量和高度都不断提高，可是存在着诸多隐患，使得其抗滑稳定性分析具有及其重要的意义。近年来一些学者对于重力坝进行了大量的研究，尤其是重力坝抗滑稳定取得大量的进展，本文就重力坝存在的几种滑动情况进行分析，并给出一些可供参考的解决措施。

关键词：重力坝；滑动；抗滑稳定；原因；措施

1 前言

重力坝的失稳过程是复杂的，理论分析、模型及观测表明，位于均匀坝基上的重力坝沿坝基而失稳的原理是：首先在坝肘处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝趾处基岩和胶结面出现局部的剪切屈服，之后屈服逐渐增大并向坝体蔓延，最后形成滑动通道，导致重力坝的整体失稳。重力坝的抗滑稳定破坏准则分为三种：点破坏准则，整体破坏准则，极限破坏准则。由于用整体破坏准则来分析重力坝的抗滑稳定问题太过于笼统，并不能满足点的破坏准则和反应发生剪切屈服而产生的局部破坏，因此用整体破坏准则分析抗滑稳定问题需要较大的安全余度。

重力坝主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求，同时依靠坝体的压应力来抵消水压力所引起的拉应力，以满足强度要求。其荷载主要包括自重、水压力、扬压力等其他各种各样的荷载。

2 重力坝抗滑稳定分析

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。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。我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。

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，分别确定实际的抗滑稳定措施。下面就几种不同情况的滑动进行分析，并根据具体的滑动情况制定对应的措施。

科技创新与应用Ｊ　２ｏ１４年第３６期　提高重力坝抗滑稳定的措施　夏树波　（宏盛建业投资集团有限公司，江西上饶３３４０００）　水利科技　摘要：重力坝是水利工程中的重要部分，而其抗滑稳定性关乎重力坝的质量和安全性，文章将结合作者的研究经验，分析重力　坝抗滑稳定性的特点，研究提高抗滑稳定的措施，为相关的研究提供一份参考，文中观点存在一定的不足，有待进一步的分析论　证。　关键词：重力坝；抗滑稳定；特点；措施　引言　重力坝是水利建设中的基础设施，由石料、混凝土等材料修筑　而成，依靠坝体的自重保证稳定性，本身具有很高的稳定性，具有安　全、可靠，设计、施工简单的特点，适应不同的地形和地质条件，在坝　体中可布置泄水、引水孔口等，目前被广泛采用。但是重力坝的坝体　应力低，无法发挥材料强度，温度应力和收缩应力大，并且水压和水　冲击会造成一定程度的滑动，影响重力坝的稳定性和安全性，论文　以下将针对重力坝抗滑稳定的特点和相关的提高措施进行讨论。　１重力坝抗滑稳定的特点　当重力坝内部存在基础岩体滑动的不利软弱结构面时，重力坝　滑动最为典型的类型有单斜剪切滑动和双斜剪切滑动，如图１和图　２所示，其特点主要表现在四个方面。　图１单斜滑动　图２双斜滑动　（１）大坝滑动通道具有特定性和多元性：重力坝内有软弱结构　面，抗剪强度低于基岩，形成了滑动的特定通道，而这种软弱结构面　是多层的，通道具有多元性，性状、成因和充填物等都比较复杂。（２）　坝体连同坝基部分岩体同时滑动：如果滑动发生在介质分界面上，　物理力学性质很难界定，属于不连续各向异性体，应力应变状态十　分复杂。（３）对下游尾岩抗力体的依赖性：在水平载荷下，基岩不能　维持Ａ身的稳定，坝体只有依靠下游尾岩抗力体才能满足稳定性，　并且自身稳定性的安全系数小于１。（４）抗滑稳定安全度判据的多　元性：坝体滑动带动滑动面以上的部分，而只有依靠下游尾岩抗力　体才能维持稳定，其稳定平衡系统由五个部分构成，坝体、滑动基　岩、软弱结构面、软弱结构面下部基岩、下游尾岩抗力体，难以用单　一的安全系数来衡量，要靠坝基、坝体、安全系数、尾岩等应力应变　来综合判定。　２提高重力坝抗滑稳定的措施　２．１抗滑强度参数的选择　重力坝的抗滑参数的选择对工程的造价、施工和设计有很大的　影响，主要包含几个方面：其一，影响软弱夹层抗滑强度的主要参　数．如土层颗粒的粒径大小，当粒径大于５ｒａｍ时，可以起到抗滑作　用，当粒径小于５ｒａｍ时，抗滑作用不明显；如岩性，岩性对连通率、　起伏差和厚度等有影响，岩性均匀，夹层厚度大时，抗滑能力强，对　于大型的重力坝工程，要辅助大型剪、中型剪等工程，可以起到提升　抗滑的作用。其二，软弱夹层抗滑强度参数的选择，抗滑强度参数要　由试验、地质、设计三方人员综合分析确定，可以消除误差，并留有　安全裕度。其三，软弱夹层不连通时抗滑强度的取值，当坝基的软弱　夹层不连通时，要依照实际的情况，按具体的部位和所占面积的大　小取加权平均值．综合考量抗滑强度参数。　２．２沿坝基的抗滑性研究　将基岩与坝体间看作是一个接触面，当接触面呈水平面时，ｗ　为接触面上的总铅直力，Ｐ为接触面以上的总水平力。当接触面倾　向下游时，坝基的抗滑性能降低，不利于坝体的稳定性；当接触面倾　向上游时，增加坝基的抗滑性能，利于坝体的抗滑性。可以发现，当　基岩与坝体混凝土的基础良好时，能够增强坝体的抗滑性能。　２＿３增强抗滑稳定的工程措施　从坝体的受力分析可以知道，要增强坝体的抗滑性能有多种措　施，如提高滑动面的抗剪强度指标，减小扬压力，增加坝体的铅直力　一２１Ｏ—　Ｗ。对具有软弱夹层的地基要设法增加尾岩抗体被动抗力，如减小　总水平力Ｐ提升坝体的抗滑性能。采用工程措施提升坝体的抗滑性　能主要有多种手段：其一，采用有利的开挖轮廓线，充分利用岩面的　自然坡度，不但减少施工的成本，还能使坝基面倾向上游，提高其抗　滑性能；其二，加大坝体剖面，加大坝体剖面可以增加坝体的重量，　坝体重量增加也即是提高总铅直力，能增加坝体的抗滑性能；其三，　在坝基面设置排水系统，排水系统的设置可以减小扬压力、加强坝　基排水；其四，提升软弱夹层的抗剪强度，增加抗滑性能。　２．４深层抗滑稳定研究　地基深层滑动的情况非常复杂，在水载荷的作用下，坝基内存　在不利的缓倾角软弱结构面时，基岩与坝体产生滑移，有可能引发　深层的滑动。而当前对于深层滑动的研究还比较有限，主要是在施　工前查明地基中的失稳边界，测定抗剪强度参数，选择合理的安全　系数和抗滑稳定性的措施：在单斜面深层抗滑计算时，将软弱面上　的部分视作刚体，计算其抗滑稳定安全系数；对于双斜面深层抗滑　稳定计算，由于施工时存在软弱夹层和多条相互切割交错的断层，　滑动面的结构非常复杂，在计算抗滑通道时，选择最不利的滑动面　组合，然后分析出其安全系数。要提高单斜面或双斜面深层抗滑稳　定性时，主要有四个手段：其一，在坝趾设置齿墙，增加抗剪能力和　坝踵应力，改善坝趾的强度，发挥抗力体的作用；其二，在坝踵设置　齿墙，切断较浅的软弱面，增大抗滑体的抗力；其三，预加应力，在上　游面锚固高强度钢索，然后预加应力，除了消除坝踵拉应力之外，还　能增加坝体的抗滑性能；其四，采取固结灌浆、帷幕灌浆、断层和软　弱夹层处理等手段对地基进行加固，提高坝体的抗滑性能。　２．５岸坡坝段的抗滑稳定　岸坡出坝基面倾向河床的折面或斜面时，该坝段在坝体自重或　上游水压力的作用下，有滑动的趋势，尤其是在复杂应力的作用下，　会加剧其不稳定性。分析岸坡坝段的抗滑稳定性，设岸坡倾角为ａ，　存在的力有坝体自重Ｗ，上游坝面水压力Ｐ，坝基面上的扬压力ｕ，　将坝体自重分解为切向力Ｗｓｉｎａ和法向力Ｗｃｏｓａ，此时水压力和切　向力Ｗｓｉｎａ就可以合成为一个方向的力Ｓ。从受力分析可以发现，　要增加重力坝的抗滑稳定性，需要增大抗滑稳定安全系数，可以通　过减小坝基面上的扬压力ｕ和自重的切向分力，在重力坝的施工中　减小岸坡的倾角ａ，达到增加法向分力减小切向分力的作用。在岸　坡的开挖施工中，建设台阶，提高抗滑稳定性；帷幕灌浆可以极大的　减小扬压力Ｕ，将靠近岸坡部分全部灌浆或对局部的横缝灌浆，增大　抗滑稳定的安全系数。　３结束语　我国的水利工程建设的数量和质量在近年来都取得了长足的　进步，重力坝是水利工程中的重要组成部分，以其耐久性、使用寿命　长、稳定性好等优点获得了广泛的应用，是关键的水利基础设施，在　社会经济的发展中发挥着举足轻重的作用，其施工质量的好坏直接　决定了水利工程的效益。论文结合作者的研究经验，分析重力坝抗　滑稳定性的特点，然后针对性的研究提高重力坝抗滑稳定的措施，　为提升重力坝的施工水平做出一定的贡献，文中观点限于作者的学　术水平，存在一定的不足，有待进一步的探讨。　参考文献　『１１林继镛．水３－．建筑物『Ｍ１．中国水利水电出版社，２００６：４４—５２．　『２１石自堂．水利工程管理『Ｍ１．中国水利水电出版社，２００９：１００—１０４．　『３１张弘毅，迟道才，王碹．重力坝抗滑稳定的可靠度分析ｆＪ１．沈阳农业　大学学报，１９９２．　『４］李志．重力坝双斜面抗滑稳定研究【Ｄ】．天津大学，２００５．　『５１李旭．重力坝抗滑稳定问题分析Ⅲ．四川水利，２００７．　『６１郭建业．混凝土重力坝抗滑稳定及应力控制标准研究ｆＤ】．大连理　工大学．２００７．　『７１温中华，周娟，熊秋晓．重力坝抗滑稳定分析『Ｊ１．人民黄河，２００８．

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3/0.23mkNs；

水：取3/8.9mkNw；

土的饱和溶重3/12mkN

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=WMAG

σmin=WMAG

式中 ∑G—坝体本身的重力，kN；

A——坝基的受力面积，m2;

∑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：

KC=HfG*

式中Kc—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

计算工况 基地应力（KPa） 抗滑系数

最大 最小 计算值 允许值

溢流坝 完建期 — 1..05 设计运用情况

非溢流坝 完建期 —

设计运用情况

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。