重力坝稳定分析方法及提高坝体抗滑稳定的工程措施

扬压力对混凝土重力坝稳定性影响及改进措施扬压力是指水流或土体对坝体底部产生的上升压力，对混凝土重力坝的稳定性有很大的影响。

在设计和建设混凝土重力坝时，需要考虑到扬压力的存在，并采取相应的改进措施来提高坝体的稳定性。

首先，扬压力对混凝土重力坝的稳定性的影响主要表现在两个方面：一是对坝体底部的抗滑稳定性影响；二是对坝体的抗浮稳定性影响。

对于坝体底部的抗滑稳定性，扬压力的存在会增加坝底的水平推力，降低坝体的有效重力，从而降低了抗滑稳定性。

为了提高坝体的稳定性，可以采取以下改进措施：1.增加坝体基础的稳定性：在设计和建设过程中，可以通过改进基础的形式和尺寸来增加坝体基础的稳定性。

例如，在坝基上设置扩散带、增加坝基宽度、采用防滑槽等。

2.提高坝体的摩擦稳定性：在坝底与坝基之间增加摩擦力，可以提高坝体的抗滑稳定性。

可以采用土体填充、挖方等方法，在坝底和坝基之间形成一层高摩擦性的材料。

对于坝体的抗浮稳定性，扬压力的存在会对坝体的自重产生影响，降低了坝体的抗倾覆能力。

为了提高坝体的稳定性，可以采取以下改进措施：1.增加坝体自重：通过增加混凝土的密度，增加坝体的自重。

可以采取增加坝块体积或改变混凝土配合比等方法。

2.优化坝体的结构形式：在设计和建设过程中，可以通过优化坝体的结构形式来提高其抗浮稳定性。

例如，在坝体内设置重力块、加设支撑墙或加固坝底等。

此外，还可以通过以下方式来减小扬压力对混凝土重力坝的影响：1.增加开敞坝底的渗流路径：通过增加开敞坝底的渗流路径，使得扬压力在渗流过程中逐渐消散，降低其对坝体稳定性的影响。

2.减小上游水位变化范围：扬压力与上游水位的变化密切相关，当上游水位的变化范围较大时，扬压力对坝体的影响也会增大。

因此，可以采取措施来降低上游水位的变化范围，例如通过建设拦河坝等。

综上所述，扬压力对混凝土重力坝的稳定性有着重要的影响，而改进措施主要可以从提高坝体的抗滑稳定性和抗浮稳定性两个方面入手。

1、溢流重力坝：既要满足稳定和强度要求，又要满足水利条件要求。

孔口尺寸，溢流堰形态，以及效能方式溢流坝的溢流面组成部分，各部分的形态的确定为满足泄水的要求，其实用剖面是将坝体下游斜面修改成溢流面溢流坝面由顶部曲线段、中间直线段、下游反弧段组成顶部曲线段的形状对泄流能力和流态有很大的影响。

对于坝顶溢流式孔口，工程中常采用WES 曲线下部反射弧要求沿程压力分布均匀，不产生负压和不致引起有害的脉动，通常采用圆弧曲线，反射半径R=（6~10）h ，h 为校核洪水位闸门全开时反弧处的水深。

中间直线段与顶部曲线段和下部反弧段相切，其坡度由重力坝基本剖面决定溢流坝实用剖面是将溢流面曲线与坝体基本剖面拟合修改而成。

2、重力坝抗滑稳定分析抗剪强度公式：()∑∑-=P U W f K s∑W --作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和∑P --作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和U ——作用在滑动面上的扬压力；（1分）f ——滑动面上的抗剪摩擦系数；（1分）K----按抗剪强度公式计算的抗滑稳定安全系数抗剪断公式：()∑∑'+-'=P AC U W f K s ''s K ——抗滑稳定安全系数；（1分）∑W ——滑动面以上的总铅直力；（1分） ∑P ——滑动面以上的总水平力；（1分） U ——作用在滑动面上的扬压力；（1分）f '——抗剪断摩擦系数；（1分）c'——抗剪断凝聚力。

（1分）提高抗滑稳定性的工程措施：将坝的迎水面做成倾斜或折坡行，利用坝面上的水重来增加坝体的抗滑稳定；将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力提高稳定性；利用地形地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿墙，用以增加抗力提高稳定性；采用有效的防渗排水或抽水措施，降低扬压力；利用预加应力提高抗滑稳定性3、拱效应：心墙坝由于心墙设在坝体中部，施工时就要求心墙与坝体大体同步上升，因而两者相互干扰大，影响施工进度。

重力坝一、重力坝的工作原理及特点1、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产生的拉应力来满足。

2、重力坝的类型：（1）按构造不同分为：实体重力坝，宽缝重力坝，空腹重力坝和预应力重力坝。

（2）按作用可以分：溢流重力坝，非溢流重力坝。

（3）按筑坝材料的不同分为：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。

二，重力坝的荷载组合基本组合1：正常蓄水位情况，作用包括：①②③④⑤基本组合2：防洪高水位情况，作用包括：①②③④⑤⑦基本组合3：冰冻情况，作用包括：①②③④⑥偶然组合1：校核洪水位情况，作用包括：①④⑧⑨⑩⑾偶然组合2：地震情况，作用包括：①②③④⑤⑿重力坝按极限状态设计时一般要考虑四种承载能力极限状态：①坝趾抗压强度极限状态②坝体与坝基面的抗滑稳定极限状态③坝体混凝土层面的抗滑稳定极限状态④基岩有薄弱层时坝体连同部分坝基的深层抗滑稳定极限状态。

三 重力坝的抗滑稳定分析沿坝基面的抗滑稳定分析重力坝失稳破坏的机理：首先坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝址处基岩和胶结面出现局部区域的剪切屈服，进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸，最后形成滑动通道，导致大坝的整体失稳。

（一）抗剪强度公式：（1）当接触面呈水平时，其抗滑稳定安全系数)(∑-=U W f K S S /∑P（2）当接触面倾向上游时，其抗滑稳定安全系数∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S（二）抗剪断公式：∑∑'+-'=P A c U W f K S )(深层抗滑稳定分析（1） 单斜面深层稳定计算：如图将软弱面以上的坝体和地基视为刚体，按下式计算： ∑∑∑∑-+-=ββββsin cos )sin cos (W P P U W f K S（2） 双斜面深层抗滑稳定计算：提高抗滑稳定性的工程措施：1） 利用水重2） 采用有利的开挖轮廓线： ① 使坝基面倾向上游。

第一章绪论1、水利工程：指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利目的而修建的工程。

水利工程的根本任务是：除水害兴水利。

2、水工建筑物：为了达到防洪、灌溉、发电、供水等目的，需要修建各种不同类型的水工建筑物，用来控制和支配水流。

这些建筑物统称为水工建筑物。

3、水利枢纽：集中建造的几种水工建筑物配合使用，形成一个有机的综合体，称为水利枢纽。

水利枢纽分为蓄水枢纽（水库）和取水枢纽。

其中水库枢纽包括挡水、泄水、输水（或引水）三类建筑物，称为水库三大件。

4、水工建筑物的分类：挡水建筑物：用以拦截江河，形成水库或壅高水位。

如拦河坝、拦河闸。

泄水建筑物：用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的安全。

如溢流坝、溢洪道、隧洞。

输水建筑物：为灌溉、发电和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物。

如：引水隧洞、渠道、渡槽、倒虹吸等。

取（进）水建筑物：是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进口段、进水闸等。

整治建筑物专门建筑物5、水工建筑物的特点：（1）工作条件的复杂性；（2）设计选型的独特性；（3）施工建造的艰巨性；（4）工程效益的显著性；（5）环境影响的多面性；（6）失事后果的严重性；6、分等分级的目的：为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性恰当地统一起来，水利枢纽及其组成的建筑物要进行分等分级。

水利枢纽按其规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等。

水工建筑物按其所属枢纽工程的等别及其在工程中的作用和重要性分为五级。

第二章重力坝1、重力坝的工作原理：在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自身重量产生的抗滑力来满足稳定的要求。

其基本剖面为上游面近于垂直的三角形剖面。

2、重力坝的特点：（1）泄洪和施工导流比较容易解决；（2）安全可靠，结构简单，施工技术比较容易解决；（3）对地形、地质条件适应性强；（4）受扬压力影响较大；（5）温度控制要求严格。

3、重力坝的类型：其结构形式为：实体重力坝、空腹重力坝、宽缝重力坝。

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；。

1、溢流重力坝：既要满足稳定和强度要求，又要满足水利条件要求。

孔口尺寸，溢流堰形态，以及效能方式溢流坝的溢流面组成部分，各部分的形态的确定为满足泄水的要求，其实用剖面是将坝体下游斜面修改成溢流面溢流坝面由顶部曲线段、中间直线段、下游反弧段组成顶部曲线段的形状对泄流能力和流态有很大的影响。

对于坝顶溢流式孔口，工程中常采用WES曲线下部反射弧要求沿程压力分布均匀，不产生负压和不致引起有害的脉动，通常采用圆弧曲线，反射半径R= （6~10）h，h为校核洪水位闸门全开时反弧处的水深。

中间直线段与顶部曲线段和下部反弧段相切，其坡度由重力坝基本剖面决定溢流坝实用剖面是将溢流面曲线与坝体基本剖面拟合修改而成。

2、重力坝抗滑稳定分析f 2 w - U）抗剪强度公式：K s=——Z P一Z W—作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和Z P—作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和U——作用在滑动面上的扬压力；（1分）f——滑动面上的抗剪摩擦系数；（1分）K----按抗剪强度公式计算的抗滑稳定安全系数r^Z w - U）+ C Af抗剪断公式：K '= ---------- -------------s PK'——抗滑稳定安全系数；（1分）sZ w——滑动面以上的总铅直力；（1分）Z P——滑动面以上的总水平力；（1分）U——作用在滑动面上的扬压力；（1分）f——抗剪断摩擦系数；（1分）c'——抗剪断凝聚力。

（1分）提高抗滑稳定性的工程措施：将坝的迎水面做成倾斜或折坡行，利用坝面上的水重来增加坝体的抗滑稳定; 将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力提高稳定性；利用地形地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿墙，用以增加抗力提高稳定性；采用有效的防渗排水或抽水措施，降低扬压力；利用预加应力提高抗滑稳定性3、拱效应：心墙坝由于心墙设在坝体中部，施工时就要求心墙与坝体大体同步上升，因而两者相互干扰大，影响施工进度。

水工建筑物形成性考核册作业1 说明：本次作业覆盖绪论和重力坝局部内容。

一、判断题〔每题2分，共16分〕1．所谓水利工程，是指对自然界的地表水和地下水进展控制和调配，以到达除害兴利目的而修建的工程。

( √ )2．挡水建筑物的作用是拦截河流，形成水库或雍高水位。

如：各种材料和类型的坝和水闸；以及为防御洪水或阻挡海潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。

(√ )3．输水建筑物的作用是用以宣泄多余水量、排放泥沙和冰凌或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的平安。

( * )4.为使工程的平安可靠性与其造价的经济合理性恰当地统一起来，水利枢纽及其组成的建筑物要进展分等分级。

( √ )5．重力坝的工作原理是在水压力及其它荷载的作用下，主要依靠坝体自身重量产生的抗滑力来满足稳定的要求。

( √ )6. 重力坝的坝体自重是维持大坝稳定的主要荷载，包括建筑物及其永久设备的重量。

( √ ) 7．坝基设有防渗帷幕和排水幕的实体重力坝，可以减少坝基面上的浮托力。

( √ )8．重力坝的根本剖面呈三角形是因为考虑施工方便。

( * )二、单项选择题〔每题2分，共18分〕1．用以拦截江河，形成水库或壅高水位的建筑物称为( A )。

a、挡水建筑物b、泄水建筑物c、整治建筑物d、输水建筑物2. 用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物平安的建筑物，称为( B )。

a、挡水建筑物b、泄水建筑物c、整治建筑物d、输水建筑物3．为满足灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物，称为(D )。

a、泄水建筑物b、输水建筑物c、整治建筑物d、专门建筑物4．用以改善河流的水流条件，调整水流对河床及河岸的作用，以及为防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷的建筑物，称为 ( C )。

a、挡水建筑物b、泄水建筑物c、整治建筑物d、输水建筑物5．地球上人类可以利用的淡水总量约为( D )亿km3。

6．我国水能资源极其丰富，河川水能资源的理论蕴藏量高达( A )亿kW。