承受地震惯性力时坝体土工膜防渗结构的稳定研究

[收稿日期]　53[作者简介]　郭智勇(3),男,甘肃成县人,助理工程师;王艳玲(),女,甘肃武威人,助理工程师;魏　东(),男,新疆石河子人,助教,硕士1
承受地震惯性力时坝体土工膜
防渗结构的稳定研究
郭智勇1,王艳玲1,魏　东2
(11新疆伊犁河流域建设管理局,乌鲁木齐　830000;21新疆水利水电学校,乌鲁木齐　830000)
[摘　要]　坝体土工膜防渗结构的稳定分析必须考虑地震惯性力
,通过分析得出考虑地震惯性
力时的抗滑稳定安全系数的表达式,可供设计人员参考。

[关键词]　土工膜;防渗结构;地震惯性力
[中图分类号]　T V 44 [文献标识码]　A [文章编号]　1006-7175(2009)12-1093-02
Withstand Seismic Iner ti a Force When the D a m Imper mea ble
G eomembrane Study the Sta bility of the Str uctur e
G UO Zhi -y ong 1,W ANG Y an -Ling 1,WEI Dong 2
(11X injiang Ili River Basin Authority Building ,Urumqi 830000,China ;21H ydro -power Schools in
X i njiang ,Urumqi 830000,China )
Abstract :I mpermeable geomembrane dam structure seismic stability analysis must take into account iner 2tia force ,thr ough the analysis of i nertial f orce to c onsider at the time of the ear t hquake stability sa fety fac 2tor against sliding of the expression ,a re ference for designers 1
K ey w or ds :ge omembrane ;im permeable structure ;earthquake inertia force
1　概　述
近年来,人们对地震作用下土的动力性质已经有了比较深入的了解,在土石坝地震动力反应计算以及抗震稳定分析方法的研究方面也都获得了较大的进步。

但土石坝的抗震稳定分析目前正处于一个变革的时代:①传统的分析方法,即将地震作用以等效静力加在可能的滑动体上计算其稳定安全系数的方法,在评价土石坝的抗震能力方面出现的矛盾日益增多;②新的分析方法,以计算地震时土石坝的永久变形为基础的方法正在发展,力求更好地反映土石坝地震过程中的实际表现,并考虑土的非线性变形特性及其强度在地震过程中产生变化的影响。

但是新的方法还不成熟,定量化依然有一定困难,付诸实践还有一定的距离,所以坝体土工膜防渗结构的抗震稳定验算应以传统的分析方法为主。

2　土的动力特性
土的动力特性受以下两种因素影响:
(1)加载速率的影响。

地震作用为短时荷载,土的性
质和长期短时荷载相比,有所变化。

(2)循环加载的影响。

在地震等循环加载荷载作用
下,土的强度也将发生变化,饱和砂土由于地震作用可导致孔隙水压力上升,而使抗剪强度降低,饱和松砂甚至可
能发生液化破坏。

3　稳定分析
在验算坝体土工膜防渗结构的稳定性时,一般都以上垫层和土工膜的交界面为滑动面。

坝体土工膜防渗结构的抗剪强度公式为:
τ=c +σtg φ(1)式中τ为抗剪强度,kN/m 2;c 为上垫层和土工膜之间的粘
聚力,kN/m 2;φ为上垫层和土工膜之间的摩擦角,(°
);σ为法向总应力,k N/m 2。

因为上垫层和土工膜之间的粘聚力很小,所以可以忽略。

则:
τ=σtg φ
(2)
—
3—2009-0-1
198-1981-1982
-901
由图1所示:A BCD 为坝体土工膜防渗结构,AD 为上垫层和土工膜的接触面,设其安全系数为F S 。

取ABCD 为研究对象,A BCD 的受力分析图见图2。

图1
　土工膜防渗结构承受水平地震惯性力计算图
图2　ABCD 的受力分析图
F s =
τwsin α=σtg φws in α=wcos αtg φwsin α=tg φtg α
(3)在地震力作用时的坝坡稳定计算可以不在坍滑体上
加地震作用力,而把土的内摩擦角减小。

通过减小土的内
摩擦角的方法来计算,工作较简单。

减小的内摩擦角用下式计算:
φs =
1
tg
a h
1-a v
(4)
表1　地震系数a h 的值
地震级别789地震系数
01025
0105
0110
在计算的时候,计算用内摩擦角:
φ′=φ-φs
(5)
F s =tg
φtg α=tg (φ-φs )tg α=
tg
φ-1
tg
a h
1-a v tg
α(6)a v =110a h ～15a h
(7)
式中φs 为内摩擦角的减小值;a h 为水平地震系数;a v 为垂
直地震系数。

4　算　例
某水库的主坝段,地震烈度为Ⅶ度,土工膜防渗结构由坝面依次为:0125m 干砌卵石;012m 砂砾石;013m 中细砂上垫层。

中细砂上垫层和土工膜间的摩擦角φ为35°,坝的坡角角度α=10°,见图3,试求出在承受地震惯性力作
用下坝体土工膜防渗结构的稳定安全系数。

图3　某水库主坝土工膜防渗结构稳定计算示意图 解:因为地震烈度为Ⅶ度,查表1,得地震系数a h =01025
a v =
110a h ～15a h
取　a v =1
5a
h
1r ad =5713°F s =tg φtg α=tg(φ-φs )tg α=tg (35°-1913°)
tg10°
=1159
5　结　论
(1)由式(6)可以计算在地震惯性力作用下坝体土工
膜防渗结构的抗滑稳定安全系数。

(2)在承受地震惯性力作用下坝体土工膜防渗结构是
稳定的。

[参考文献]
[1]陈仲颐,周景星1土力学[M]1北京:清华大学出版
社,19941
[2]D L/T 5395-2007,碾压式土石坝设计规范[S ]1[3]林　昭1碾压式土石坝设计[M ]1郑州:黄河水利出
版,20031
[4]张光斗,王光纶1水工建筑物[M ]1北京:水利电力出
版社,19941
[5]张文琦1无粘性边坡折线分析法[M]1乌鲁木齐:新
疆科技卫生出版社,19981
(责任编辑:赫晓彦)
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