坝肩岩体稳定课件

坝肩岩体稳定

要求：1.

了解拱坝稳定的特点及重要性2.掌握刚体极限平衡方法在拱坝中的应用3.

掌握改善稳定的工程措施一．拱坝稳定的特点及重要性1

、特点：

1）

失稳形式

a)

坝肩岩体在拱端推力等外荷载作用下的滑动失稳，包括：局部，整体，局部整体等

b)坝肩岩体在拱端推力等荷载作用下变形过大致使拱坝变形失稳

c)拱坝建基面不能提供足够的阻止上滑的能力，沿坝基面上滑失稳本课程主要讲第一种失稳，对第二种失稳一般只能用FEM或模型试验，对于第三种近来才提出，工程中应用很少，深入了解时可找有关文献.。

2）

维持稳定的力拱坝维持坝肩稳定的力主要是：岩体自重，拱端推力，其次才是坝体自重等

3）

失稳过程及解决途径

重力坝：点屈服——面屈服——滑动失稳时滑动面上合力不变拱坝：

点屈服——面屈服——位移

影响荷载分配及拱端力---

影响其他拱端的稳定——整体失稳由上可见，要解决上述失稳必须将应力、稳定及变形三者统一起来考虑

4）水荷载既在拱端产生滑动力，也产生阻滑力。如何充分利用水荷载自身维持稳定，是拱坝体形设计研究的主要问题。

2．重要性1）局部应力过大，会导致局部破坏和应力重分布。如：拱向拉应力过大，形成次生拱，其结果是曲率变大，从而应力将得到改善，而不致于继续开裂。又如：梁向拉应力过大，开裂，刚度减小，承担的荷载就小，从而不致于大的破坏。

2）一端拱座失去支撑时，由拱结构变成悬臂曲梁，其承载能力将大大减小，以致破坏。因此拱座稳定是拱坝安全的前提，是非常重要的。这一点也被工程实践证实：据统计到80年为止，国内外曾发生过影响拱坝安全运行、破坏或成问题的事例共有45起，其中坝身开裂、漏水、冻融剥落或骨料碱性反应引起的拱坝等实例共17起，占38％，稳定出问题共28起，占62％

到85年为止，遭到破坏以致完全不能使用的拱坝共有6座，全是由稳定引起的，因此稳定是相当重要的问题。

二．可能滑动面的形式及位置1失稳原因

a存在可能的滑动体（由结构的切割面处）

b有作用力由此可见要搞清稳定，首先必须分析可能滑动体及其上作用的力2、构成可能滑动体的结构面1）

底裂面2）

侧裂面3）

上游开裂面4）

临空面上述结构面可以是平面，也可以是曲面3、各种结构形状对稳定的影响

4、可能滑动体的几种型式1）

单独陡倾角结构面和缓倾角结构面组合而成2）

成组陡缓倾角结构面组合3）

混合组合，即单陡与组缓或单缓与组陡4）

多刚体组合三．稳定分析方法试验：地质力学模型试验计算：FEM、离散元等数值模拟方法刚体极限平衡法：概率方法—稳定可靠度三维浮值分析法图解法数解法：空间整体平面稳定整体转动本课程主要介绍：刚体极限平衡法中的数解法。四．刚体极限平衡分析法

1基本假定：共4条①将滑移体视为刚体，不考虑其中各部分间的相对位移；②只考虑滑移体上力的平衡，不考虑力矩的平衡，认为后者可由力的分布自行调整满足，因此在拱端作用的力系中不考虑弯矩的影响；③忽略拱坝的内力重分布作用，认为作用在岩体上的力系为定值；④达到极限平衡状态时，滑裂面上的剪力方向将与滑移的方向平行，指向相反，数值达到极限值。其中1，2，4是刚体极限平衡方法本身的假定。3是对拱坝具体问题做的假定。2平面稳定分析

认为拱座岩体内成组的陡倾角和成组的缓倾角结构面所切割，致使整个拱坝带动部分岩体一起向下游滑动。计算稳定时，只在几个特定高程切取一定高度的水平拱出来进行分析。如当沿组成的铅直和水平面切割时，计算简图：

得：得：得：其稳定安全系数：R1QGU3整体稳定分析：

设坝肩有如图所示的可能滑动体，其上作用的力有：①坝体传来的3个力，②岩体自重，③滑动面上的反力，④滑动面上的扬压力。如果这些力均能求得，则稳定问题也就解决了。下面看坝体传给岩体的力的求法：关键是不同高程拱端作用力方向不一致，因此求解时不能直接求代数和，具体办法可采用：

已知：特定高程拱端力HａVａVｂG求∑G、∑Q、∑N步骤：1）将各层拱端力均向G、N、Q方向投影

2）做G、N、Q随Z的变化图形

3）求阴影部分的面积，即为∑N等求出∑G、∑Q、∑N后，则可以求出R1,，R2S1+S2求的结果，R1可能大于0，也可能小于0，即可能为拉，当小于0时表明侧裂面上不产生抗滑力，这时为单面滑动，应考虑侧裂面为拉裂面。当R1大于0时，表示滑动为双面滑动，其滑动方向为两个面的交线方向。4公式选用及允许安全系数1）

规范规定：对ⅠⅡ等工程和高坝用抗剪断公式，其他可用抗剪断或摩擦公式2）允许安全系数【Kc】。具体使用时查规范3）

安全判别K≥【Kc】五、改善稳定的措施

主要从二方面着手：1）

改变拱座承受的荷载，包括：

⑴改变拱坝坝型或拱圈的平面布置及尺寸等，采用对稳定较有利的坝型及布置，如：变厚度，变曲率的扁平拱等

⑵做好坝肩的防渗排水设置，以减小U⑶人工扩