小型土石坝设计-分析土石坝稳定性

任务6土石坝的稳定分析——土石坝的失稳形式目录12土石坝失稳机理土石坝失稳形式土石坝失稳机理01土石坝失稳概述土石坝在自重、水荷载、渗透压力和地震荷载作用下，若剖面尺寸设计不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或坝体连同部分地基发生滑动；坝基内有软弱夹层时，也可能发生塑性流动；饱和细沙受地震作用还可能发生液化现象。称为失稳。滑动砂土液化失稳特点：不会出现整体滑动或倾覆失稳，只可能发生局部失稳破坏。土石坝失稳形式02稳定破坏形式塑性流动：坝体或坝基剪应力超过了土料抗剪强度，变形超过弹性极限值，坝坡或坝脚地基土被压出或隆起，坝体产生裂缝或沉陷。软粘土坝体容易发生。稳定破坏形式液化：

饱和的松砂受振动或剪切而发生体积收缩，孔隙水不能立即排出，有效应力转化为孔隙应力，砂土抗剪强度降低，砂料随水的流动而流散。

影响因素：有效粒径小，孔隙比大，砂料均匀，受力体大，受力猛，透水性小。美国福特派克坝380万立方米的砂体在10分钟内流失；铁路桥因火车振动而液化。稳定破坏形式滑动：坝或坝基材料的抗剪强度不够，沿某一滑动面向下坍滑。形成滑裂面塌滑现象滑动面形状1.曲面滑动面—滑动面顶部陡而底部渐缓，曲面近似圆弧，多发生于粘性土中。2.折线滑动面—多发生于非粘性土坡，如薄心墙坝、斜墙坝；折点一般在水面附近。3.复式滑动面—厚心墙或粘土及非粘土构成的多种土质坝形成复式滑动面。当坝基内有软弱夹层时，滑动面不再向下深切，而沿夹层形成曲、直组合的复式滑动。知识点小结：1.土石坝的失稳形式；2.土石坝滑动破坏面类型。思考：

1.粘性土中多出现哪种形式的滑动破坏面？

任务6土石坝的稳定分析——土石坝稳定的荷载分析目录12稳定分析常见荷载土石坝上荷载组合稳定分析常见荷载01土石坝上的常见荷载自重：坝体内浸润线以上部分按湿重度计算，下游水位以上按饱和重度，下游水位以下部分按浮重度计算。湿重度：单位体积中土、水、空气的重量。饱和重度：水占满了土中的空隙，单位体积内水和土的重量。浮重度：土的有效重量，等于饱和重度。渗流压力：动水压力方向与渗流方向相同，作用于单位土体上的渗流力可按下式计算：F=γwJ 式中γw为水的重度，J为渗透坡降土石坝上的常见荷载孔隙水压力：土体孔隙饱和时，荷载由水来承担，孔隙受压排水后，土粒骨架开始承担（有效应力），孔隙水所承担的应力为孔隙应力（孔隙水应力），两者之和为总应力。土体中有孔隙水压力后，有效应力降低，对稳定不利。孔隙水压力随土料性质、填土含水量、填筑速度、坝内各点荷载和排水条件不同，随时间变化，随排水而变化。土石坝上的常见荷载土石坝上荷载组合02土石坝上的荷载组合土石坝施工、蓄水和库水位降落的各个时期不同荷载下，应分别计算其稳定性。应计算的内容：施工期的上、下游坝坡；稳定渗流期的上、下游坝坡；水库水位降落期的上游坝坡；正常运用遇地震的上、下游坝坡。知识点小结：1.作用在土石坝上的常见荷载。

任务6土石坝的稳定分析——分析工况及安全系数目录12分析计算式况安全系数分析计算工况01稳定计算情工况

土石坝稳定计算的目的是保证土石坝坝坡在荷载作用下具有足够的稳定性。SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》规定，控制坝坡稳定应按以下几种工况进行核算：1.正常运用情况：共分二种工况

a.上游正常蓄水位与下游相应最高水位形成稳定渗流期的上、下游坝坡。

b.水库水位从正常蓄水位或设计洪水位正常降落到死水位的上游坝坡。3.非常运用情况Ⅱ：正常运用水位遇到地震的上、下游坝坡。2.非常运用情况Ⅰ：共分二种工况

a.施工期的上、下游坝坡。

b.上游校核洪水位与下游相应最高水位可能形成稳定渗流期的上、下游坝坡。稳定安全系数02稳定安全系数的采用按照我国SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》规定，当采用计入条块间作用力的计算计算方法时，坝坡稳定安全系数不小于下表所规定的数值；当采用不计入条块间作用力的圆弧法时，对I级坝正常正常运用条件的最小安全系数应不小于1.30，其他情况应比表所示规定数值减小8%。运用条件

工程等级1234、5

正常运用条件1.51.351.301.25

非常运用条件Ⅰ1.301.251.201.15

非常运用条件Ⅱ1.201.151.251.10表6-1坝坡抗滑稳定最小系数采用滑楔法计算坝坡稳定，当滑楔间作用力按平行于坡面和滑楔底斜面的平均坡度假设时，最小安全系数按上表规定采用；当作用力按水平方向假设时，安全系数参照不计条块间作用力的圆弧法有关规定执行。知识点小结：1.稳定计算工况；2.稳定安全系数的选用。任务6土石坝的稳定分析——土石坝边坡的稳定计算目录12圆弧法稳定计算原理最危险滑弧圆心位置确定稳定分析基本原理01土石坝稳定计算方法基本方法为刚体极限平衡法：计算时：1）选定一种破坏型式，2）再在其中选取若干个可能的破坏面，3）分别计算安全系数，系数最小的面为最危险滑动面，相应的安全系数为所求的坝坡稳定安全系数。圆弧滑动法基本原理:将滑动土体分为若干铅直土条,不考虑条块间的作用力,求得各土条对滑动圆心的抗滑力矩和滑动力矩,并求其总和。瑞典圆弧法计算步骤：（1）任意假定圆心O、半径R，绘制圆弧，（2）将滑动土体进行条，并对土条编号，（3）计算土条重量，（4）计算安全系数K：1.坝坡稳定计算的总应力法公式2.考虑孔隙水压力影响的有效应力法的坡稳定计算

圆弧滑动法其中：圆弧滑动法其中：3.考虑渗透压力等影响的有效应力法坝坡稳定计算

最危险滑弧圆心位置的确定02最危险滑弧位置的确定具有最小安全系数的滑动面需要反复试算才能确定。滑动圆弧法的特点1.圆心和半径都是任意假定的；2.求得的安全系数一般不是最小；3.最小的安全系数须通过试算才能找到。最危险滑弧位置的确定1.在坝坡中点G作一铅锤线，并在该点作另一直线与坝坡面成850角，再以G为圆心，以R1、R2为半径画弧，与上述二直线相交形成扇形区域bfdC，如图所示。2.再以2H和距下游坝角B处4.5H确定M1点，以A为顶点引水平角β2和由坝址B引β1角相交得出M2。连接M1、M2并延长与扇形区域相交eg线。3.在eg线上任取01、02、03等点为圆心；均通过坝脚B点作圆弧，分别求出各圆弧的稳定安全系数，按比例标于01、02、03位置上方，并连成K的变化曲线。最危险滑弧位置的确定通过变化曲线的最小点作eg线的垂直线NN。在NN线上又任取数点O4、O5…为圆心，仍通过B点作弧分别求最小安全系数，用上述同样方法计算，至少要计算15个点差不多就可找到最小稳定安全系数。6-2R1、R2的大小随坝坡坡度而变，可通过查表。注：（1）H为坝高；

（2）对于表6-2中未列的坝坡坡度，其R1、R2值可用内插法求得。坝坡坡度1:11:21:31:41:51:6内半径R10.75H0.75H．1.0H1.5H2.2H3.0H外半径R21.50H1.75H2.30H3.75H4.8H5.5H

表6-3β1、β2也随坝坡坡率而变，可通过查表。坝坡坡度角度β1β21:128037o1:52603501:22503501:3250

3501:42503601:525037o知识点小结：1.土石坝失稳形式都有哪些；2.圆弧滑动法的基本原理。3.最危险滑弧圆心位置的确定。思考：

1.在粘性土坝体中如何进行坝体稳定计算？任务6土石坝的稳定分析——提高土石坝稳定性的工程措施目录12土石坝失稳原因提高坝体失稳的工程措施土石坝失稳原因01坝体失稳的原因

土石坝产生滑坡的原因往往是由于坝体抗剪强度太小、坝坡偏陡，滑动土体的滑动力超过抗滑力，或由于坝基土的抗剪强度不足因而会连同坝体一起发生滑动。滑动力大小主要与坝坡的陡缓有关，坝坡越陡，滑动力越大。抗滑力大小主要与填土性质、压实程度以及渗透压力有关。提高坝体稳定的工程措施02提高坝坡抗滑稳定安全系数，可考虑从以下几个方面进行考虑：1.提高填土的填筑标准。较高的填筑标准可以提高填筑料的密实性，使之具有较高的抗剪强度。2.坝脚加压重。坝脚设置压重后既可增加滑动体的重量，同时