第三章 拱坝4.doc

第三章 拱坝第五节 拱座稳定分析拱坝所承受的荷载大部分都是通过拱的作用传到两岸拱座岩体，拱坝所具有的一切优点都是建立在拱座稳定的基础上，拱坝的重大事故基本上均与拱座滑动失稳有关。1959年法国马尔巴塞拱坝因左岸拱座失稳而遭到破坏后，许多国家在拱坝设计规范中都明确规定必须进行拱座稳定分析，对两岸拱座的稳定性作出论证，必要时采取适当工程措施，以保证拱座的稳定。抗滑稳定分析中的滑动体边界，常由若干个滑裂面和临空面组成。滑裂面一般应是岩体内的各种结构面，尤其是软弱结构面。临空面则为天然地表。图3.16列举拱座岩体可能发生的滑动条件.在坝的上游面基础内存在水平拉应力区，有产生铅直裂缝的可能，因此滑动体的上游边界一般假定从拱座上游面开始(图3.16，a)；若坝肩附近有顺河向断层破碎带，则有可能在断层破碎带与拱座间的岩体处发生破裂，然后沿断层破碎带向下游滑移(图3.16，b)。滑动岩体下游具有滑动位移的空间，这可能是河流转弯突然扩大或冲沟形成的临空面(图3.16，c)，也可能是下游有断层破碎带或较宽的风化软弱岩脉受力压缩变形后形成的滑移空间(图3.16，d)。滑动岩体底部有缓倾角节理裂隙或软弱夹层面(图3.16，e)。图3.16 坝肩基岩滑动条件平行河流方向或向河中倾斜的节理可能导致滑动，而在下游逐渐斜入山内的节理、裂隙则对稳定影响不大(图3.17)。图3.17 基岩节理对拱坝稳定的影响一、拱座稳定分析方法评价拱座稳定的方法：一是数值计算法，二是模型试验法。数值计算法可分为两类：一是刚体极限平衡法，将岩体作为刚体考虑；二是有限单元法，将坝和地基作为弹性体或弹塑性体考虑。模型试验法也有两种；一是线弹性结构应力模型试验，二是地质力学模型试验。二、局部稳定计算取任一高程单位高度的拱圈进行计算。如图3.18所示，设滑动面走向与河谷平行，其倾角与岸坡平行，拱端轴向力为 。，剪力为 。用拱梁分载法计算内力时，y。应包括悬臂梁底部的水平力。将拱端轴向力 和剪力 投影到滑动面上：式中 轴向力 与滑动面的夹角。在立视图上，滑动面与垂线的夹角为 ，再将N力分解为平行及垂直拱座面的分力Q及P：式中 拱座面与垂线的夹角；G拱端面上悬臂梁自重；U拱端面上的扬压力。作用在滑动面上的力S是滑动力，P是阻滑力，并考虑到拱端下游岩体重量W的作用，由此可得抗滑稳定安全系数为： 式中 及 分别为不考虑凝聚力c和考虑c的抗滑稳定安全系数； 及 分别为滑动面间及岩石间的摩擦系数， 及 按相应于材料的峰值强度采用； 及 应按相当于下述特性值取用：对脆性破坏的材料，采用比例极限；对塑性及脆塑性破坏材料，采用屈服强度；对已经剪切错断过的材料，采用残余强度；W拱端下游岩体重量；c凝聚力；l滑动面长度。图3.18 局部拱座稳定计算图三、整体抗滑稳定计算拱坝整体稳定需考虑两种情况：一是拱座整体沿滑动面向下游滑动；二是坝体绕一岩旋转滑动。（一）拱座整体滑动图3.19所示为拱座岩体被一些构造面所切割，连同临空面组成一个容易失稳的“楔体”。 图3.20所示为被两个破裂面 和 切割出的一块楔体。作用在该楔体上的荷载有：块体自重W，坝体作用力（由坝体应力分析求得），作用在破裂面上的渗透压力 、 以及其它已知外力（如地震惯性力等）。于是，抗滑稳定安全系数为：图3.19 拱座失稳形式 图3.20 滑移体受力图(二)绕一岸旋转滑动当河谷两岸地质情况差异较大时，如一岸的节理发育或拱座岩体单薄，或基岩有较弱夹层，则坝体可能绕另一岸旋转滑动。如图3.21，设坝体将绕a点旋转，即以a点为圆心，以a点至另一岸各滑动面的距离为半径各作圆弧面。图3.21 拱坝的整体滑动四、改善拱座稳定的措施通过拱座稳定分析，如发现不能满足要求，可采取以下改善措施：加强地基处理，对不利的节理等进行有效的冲洗和固结灌浆，以提高其抗剪强度。加强坝肩岩体的灌浆和排水措施，减小岩体的渗透压力。将拱端向岸壁深挖嵌进，以扩大下游的抗滑岩体，也可避开不