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第三章 土石坝;第四节 土石坝的稳定分析; 土石坝由松散体构成,剖面大,是局部坝坡滑动。
常见几种滑裂形式:
(1)曲线滑动面 滑动面为曲线面。近似圆弧:分析时以圆弧面代替。
(2)直线或折线滑动面 这种滑动面多数发生在非粘性土料的坝坡。
(3)复合滑动面 当坝基表面有软弱夹层时,滑动面上部呈弧形滑动、下部能呈直线滑动的复合滑动形式。;
;;1.确定抗剪强度指标的计算方法
抗剪强度指标的计算方法有总应力法和有效应力法
对于各种计算工况,土的抗剪强度都可采用有效应力法按下式确定:
对于粘性土在施工期或库水位降落期(中、低坝),也可用总应力法,按下式确定:;2.抗剪强度指标的测定方法及仪器使用规定筑坝土料的抗剪强度应采用三轴仪测定。
III级中低坝,可用直剪仪—慢剪试验测有效强度指标对于K10-7cm/S土:允许采用直剪仪按快剪或固结快剪。; 1.坝坡稳定计算工况
稳定计算的目的:验算坝坡的稳定性。控制坝坡稳定应按如下几种工况进行核算:
(1)正常运用条件
1)上游正常蓄水位与下游相应的最低水位或上游设计洪水位与下游相应的最高水位时,形成稳定渗流期的上、下游坝坡;
2)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。 ;(2)非常运用条件Ⅰ
1)施工期的上、下游坝坡;
2)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;
3)水库水位的非常降落,即库水位从校核洪水位降至死水位以下或大流量快速泄空的上游坝坡。
(3)非常运用条件Ⅱ
正常运用水位遇地震的上、下游坝坡。 ;2.稳定安全系数的采用
按照我国《碾压式土石坝设计规范》,当用计及条块间作用力的计算方法时,坝坡稳定安全系数应不小于表3-11规定的数值;当采用不计条块间作用力时,对I级坝正常运用:K1.30,其他情况应比表3-11规定的数值减少8%。
; 坝坡稳定计算:刚体极限平衡法。极限平衡稳定分析时,按滑动面形状分圆弧法和滑楔法两种。
;
1.圆弧法
圆弧法是假定坝坡滑动面为一圆弧,取圆弧面以上土体作为分析对象。常用于均??坝、厚心墙坝和厚斜墙坝;圆弧法由瑞典人彼得森提出,故称瑞典圆弧法。该法把分滑动体分若干土条,不考虑土条间的作用力,把滑动土体相对圆弧圆心的总阻滑力矩Mr与总滑动力矩MT的比值定义为坝坡稳定安全系数。后来,毕肖普提出考虑用 。;(1)瑞典圆弧法
图3-14表示一均质坝坡滑动面和其中任一土条的作用力,为土条自重;及分别表示作用在土条底部的法向反力和切向阻力。
由毕肖普对安全系数的定义,对滑动体进行分条。
然后将各力向土条底部中心简化:计算极限平衡状态时阻滑力与滑动力比值 K:
;图3-14表示一均质坝坡滑动面和其中任一土条的作用力,为土条自重;及分别表示作用在土条底部的法向反力和切向阻力。;计算时:若采用b = 0.1R,则、sinα1=0.1,cosα1=(1-0.1)……
在每个滑弧计算时均为固定值,可使计算工作简化。当端土条宽度时,可将该土条的实际高度换算为等效高度h(h= b’h’/b)进行计算。采用总应力法计算时,可在公式(3-36)中令孔隙压力u=0,同时把 c’、φ’换成总应力强度指标即可导出用总应力法计算的瑞典圆弧法公式.; (2)简化毕肖普法
如图3-15所示,图中Ei、Ei+1、Xi、Xi+1 分别表示土条两侧的法向力和切向力,假设侧摩力Xi、Xi+1 =0. W为土条自重,N、T分别表示土条底部的总法向反力和切向反力,其余符号见图中表示。;国内外广泛应用的简化毕肖普公式:
式中:
; (3)讨论与分析
1)施工期计算
计算时,施工期的土条重为实重。地下水位以上湿容重,以下为浮容重。
2)稳定渗流期计算
稳定渗流期应采用有效应力法计算。式中的土条容重:浸润线至下游水位之间用饱和容重。
3)库水位降落期计算
粘性土在库水位降落期可用总应力法计算。 ; (4)最小安全系数确定(略)
最小安全系数的滑动面需反复试算才能确定。粘性土由于其土粒间具有粘聚性,滑动面切入坝体或坝基一般都比较深;无粘性土则切入较浅。对于均质(包括粘性或无粘性)的简单坝坡,可认为最小安全系数对应的滑动面圆心在坝坡中点上方一封闭的曲线形范围内(如图3-18),而且只有一个极小值点。对于非均质多土层(各层土料性质不同)的复杂坝坡,则存在着多极值问题。下面以瑞典圆弧法为例介绍均质单层土料坝坡寻找最小安全系数的试算方法。; 最小安全系数试算
第一步,设坝脚 B1点为滑出点,在eg线上任拟三点O1、O2、O3为圆心,分别画出通过B1点的三个弧形滑动面计算k值,并按比例标在对应的圆心位置上,连成曲线,从中找出最小值
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