水工建筑物重力坝的稳定分析
重力坝的抗滑稳定分析
主应力：σ1u=（1+n2) σyu-(pu-puu) n2 σ2u= pu-puu σ1d=(1+ m2) σyd-(pu-pud) m2 σ2d= pd-pud
例1 某重力坝如下图所示，属一级建筑物，基本组合[Ks]=1.10，特殊组合[Ks]=1.05，材料容重为24KN/m3，水的容重为10KN/m3，摩擦系数为f=0.62，试分析该坝的抗滑稳定性。（注：图中高程及尺寸单位均为米）
水工建筑物习题课
重力坝的抗滑稳定分析
沿坝基面的抗滑稳定分析
单一安全系数法、极限状态分析法
抗剪强度公式
Ks=f(∑W-U)/ ∑P
抗剪断公式
Ks’=[f’(∑W-U)+c’A]/ ∑P
刚体极限平衡法
单斜面深层抗滑稳定计算
当整个可能滑动面基本上都由软弱结构面构成
01
01
02
03
04
05
时，宜用抗剪强度公式计算，Ks值用1.05~1.3；
单击此处可添加副标题
校核洪水位情况（特殊组合）抗滑稳定安全系数计算： 扬压力：U=10×25×60.5+10(70-25)×60.5÷2=28737.5(KN) 上游水压力：P1=10×70×70÷2=24500(KN) 下游水压力：P2=10×25×25÷2=3125(KN) 下游水重：W2=10×25×0.7×25÷2=2187.5(KN) 公式：Ｋs=f.(∑W-U)/∑P Ｋs=0.62×(63570+2187.5-28737.5)/(24500-3125)=1.07 ∵基本组合抗滑稳定安全系数：Ｋs=1.24＞[Ｋs]＝１.1０ 特殊组合抗滑稳定安全系数：Ｋs=1.07＞[Ｋs]＝１.05 均符合规范要求 ∴ 该坝的抗滑稳定是安全的。
河海水工建筑物 2-3-1重力坝稳定和应力
分项系数法基本公式
对承载能力验算表达式为：
基本组合：
偶然组合： 0S( GGk , QQk ,k )
1
d
R( fk
m
,k )
0S( GGk , QQk , Ak , ak )
1
d
R( fk
m
, ak )
γG永久作用分项系数； γ0结构重要性系数; γQ可变作用分项系数； φ设计状况系数; GK永久作用标准值； QK可变作用标准值； αK几何参数标准值； fK材料性能标准值； γm材料性能分项系数； AK偶然作用标准值； γd结构系数
具体：
（1）坝基面抗滑稳定的承载能力极限状态：
★按承载能力极限状态校核：应按材料的标准值和荷载的标准值或代表值分别计 算基本组合和偶然组合两种情况。
★ S(*)为作用效应函数，S(*)＝∑PR ∑PR为作用于滑动面之上的全部切向（包括滑动面之上的岩体）作用之和；
★ R(*)为抗力函数，R(*)＝∑f ’R∑WR + c’R AR ∑黏W聚R滑力动。面上全部法向作用之和,f ’R坝基面抗剪断摩擦系数，c’R坝基面抗剪断
评价：该方法有长期的实践经验，目前我国重力 坝设计规范中的强度标准就是以该法为基 础的。
2°弹性理论解析法
该法的力学模型和数学解法均很严密，但前只有 少数边界条件简单的典型结构才有解。
评价：可用于验证其他方法的精确性，有重要 价值。
3°弹性理论差分法
该法力学模型严密，在数学解法上采用差分格式， 是一种近似的方法。
1、单斜面深层抗滑稳定计算
坝基深层单滑动面抗滑稳定计算可参照坝体混凝 土与基岩接触面抗滑稳定计算方法进行，抗滑稳定极 限状态计算应沿软弱结构面进行。
重力坝-抗滑稳定分析
§3.3.1
重力坝抗滑稳定分析概述
任务—着重介绍抗滑稳定分析方法。 任务—着重介绍抗滑稳定分析方法。 目的— 目的—核算坝体沿坝基面或沿地基深层较弱结构面抗滑 稳定的安全度。 稳定的安全度。 分析方法— 分析方法— 刚体极限平衡法( method)； 刚体极限平衡法(rigid limit equilibrium method)； 有限单元法( method)； 有限单元法(finite element method)； 地质力学模型试验法 模型试验法( method)。 地质力学模型试验法(model testing method)。 问题分类— 问题分类— 平面问题——各坝段独立受力。 ——各坝段独立受力 平面问题——各坝段独立受力。 空间问题—— ——坝基内断层多条相互切割交错构 空间问题——坝基内断层多条相互切割交错构 成空间滑动体或地形陡峻的岸坡段。 成空间滑动体或地形陡峻的岸坡段。
§3.3.1
重力坝抗滑稳定分析概述
地质力学模型试验法： 地质力学模型试验法：
能较好地模拟基岩的结构、强度和变形特性， 能较好地模拟基岩的结构、强度和变形特性， 以及自重、静水压力等荷载， 以及自重、静水压力等荷载，能形象地显示滑移破坏 的过程。模拟内容不够全面和完善， 的过程。模拟内容不够全面和完善，不能完全依靠试 验定量解决问题。 验定量解决问题。 优点： 优点：能直观的模拟坝体与地基稳定体系中的主要影响 因素及变形与破坏全过程； 因素及变形与破坏全过程； 缺点：模拟内容有限，往往需要依据经验作适当简化， 缺点：模拟内容有限，往往需要依据经验作适当简化， 模型一旦建立，不易修改、费用高、周期长， 模型一旦建立，不易修改、费用高、周期长，试验结 果受到测试技术与若干不确定性因素的影响等。 果受到测试技术与若干不确定性因素的影响等。
如何准备《水工建筑物》“重力坝稳定分析”一节的教案和讲稿
讲解 的时 候要尽 量 多讲些 为什 么 ，而 不
能 只讲 书上 有 的结果 。如 ：为什 么要 这 样假定？为什么要选用这样的参数？为什 么两种方法选用的规范标 准不 同？这样不 仅 可以 引发学 生 动脑 思考 ， 同时 也可 帮 助 学生理 解 ，做 到有 理有 据 ，加 深学 生 的 印象 。 下面具体介绍下重力坝稳定分析一节 教案 和讲稿 的具 体 编排 ：
细 ，应 该 分 点 分 节 的 简 明 扼 要 地 提 炼 语 言 。 如 果 太 细 ，讲 解 时 会 失 去 重 点 。 同 时 《 工 建 筑 物 》 对 于 水 利 专 业 的 学 水 生 来 说 ，是 一门 非 常 重 要 的 专 业 课 ， 有 高 抗滑 稳 定措 的教学 手 段 ，并采用启发式与讨论式相结合的教学 方法 ，本节计划在 两个学时 内完成 ，其具 体的教学过程及课时分配如表 １ 。 课 后作 业为 剩余推 力法 、被动 抗 力 法 、等 安 全 系数 法 各 有哪 些 优 缺 点 ， 哪 种方法更符合实际？
一
二 、讲稿 部 分
１、 稳 定 分 析 目的
介绍 目的是很 重要 的 ，因为在 讲授 时你要 让学生 明白为什 么要学 这个 问题 ，
本 门课讲 授过 程 中的一 个重 要章 节 。 因
为其 工作原理主要是要满足强度和稳定要 求 ，所以 ，在设 计时 要 重点考 虑 重力坝 的强 度和稳 定计 算 。 因此 ，重 力坝的 稳 定分析 这一 节是 重 力坝讲 授 中的 一 个重 一
写的教学 具体 方案 ，是教 师授课 的 重要 依据 ，是 保证 教学 质量 的必 要措 施 。教
案 既 不 同 于 教 学 大 纲 ， 也 不 等 同 于 讲 稿 （ 讲 课 提 纲 ） 教 学 大 纲 是 对 课 程 的 或 。
重力坝的稳定性分析
缺点：丌能考虑岩体受力后所产生变形的影响， 极限状态不允许工作状态也有较大出入。
7.2 重力坝的稳定性分析
7.2.2 重力坝的稳定分析
有限单元法
可计算地基受力后的应力场 和位移场，并可模拟地基中软弱 结构面局部化效应及多场耦合作 用效应等，研究地基破坏发展全 过程。
根据重力坝设计规范的相关规定，承载能力极限状态： 坝体断面、结构及坝基岩体进行强度（应力）和抗滑稳定 性计算，必要时进行抗浮、抗倾验算；对需抗震设防的坝 及结构，尚需按抗震设计规范进行抗震验算。
稳定问题的类型：
抗滑稳定：坝体沿抗剪能力丌足的薄弱面产生滑动； 抗浮稳定：坝体在上、下游水荷载作用下，产生向上 浮起破坏形式； 抗倾稳定：上游坝踵以下岩体受拉产生斜裂缝及坝趾 以下岩体受压发生压碎而产生倾倒滑移破坏形式。
优点：可以考虑复杂地基的 局部化效应及材料的非线性本构 关系，模拟地基及坝体变形不破 坏的全过程等；
缺点：对有限元计算结果应 用及稳定判据的应用上尚需进一
7.2 重力坝的稳定性分析
7.2.2 重力坝的稳定分析
地质力等荷载，能形象地显示滑移破 坏的过程。
7.2 重力坝的稳定性分析
7.2.1 重力坝的工作原理
岩基上重力坝的基本剖面呈三角形，上游面通常是垂 直的或稍倾向上游的三角形断面。
工作原理：主要依靠坝体重量，在坝体和地基的接触 面上产生抗滑力来抵抗库水的推力，以达到稳定的要求。
Q
P
H
G
U
7.2 重力坝的稳定性分析
7.2.2 重力坝的稳定分析
稳定问题的提出：
优点：直观模拟坝体不地基 体系中的主要影响因素及变形不 破坏全过程；
重力坝抗滑稳定性不够的原因分析-获奖版PPT课件
图1 重力坝所外力示意图 ∑P—水平推力；u—扬压力；
∑G—自重；F—抗滑力
水利工程管理技术
重力坝抗滑稳定性不够的原因分析
2015.04
重力坝抗滑稳定性不够的原因分析
重力坝是用混凝土或浆砌石修筑的大体积挡水建筑 物，它的主要特点是依靠自重来维持坝身的稳定。
重力坝必须保证在各种外力组合的作用下，有足够 的抗滑稳定性，抗滑稳定性不足是重力坝最危险的病害 情况。当发现坝体存在抗滑稳定性不足，或已产生初步 滑动迹象时，必须详细查找和分析坝体抗滑稳定性不足 的原因，提出妥善措施，及时处理。
重力坝抗滑稳定性不够的原因分析
重力坝承受强大的上游水压力和泥沙压力等水平 荷载，如果某一截面的抗剪能力不足以抵抗该截面以 上坝体承受的水平荷载时，便可能产生沿此截面的滑 动。由于一般情况下坝体与地基接触面的结合较差， 因此，滑动往往是沿坝体与地基的接触面发生的。所 以，重力坝的抗滑稳定分析，主要是核算坝底面的抗 滑稳定性。坝底面的抗滑稳定性与坝体的受力有关， 重力坝所受的主要外力有：垂直向下的坝体自重；垂 直向上的坝基扬压力；水平推力和坝体沿地基接触面 的摩擦力等。
重力坝的稳定及应力分析
2. 公式：
K'
f ' ( W U ) c ' A
P
3.抗剪断参数的选定
对于大型工程，在设计阶段， f ′,c′应由野外及室内试验 成果决定。在规划阶段，可以参考规范给定的数值选用：
4.安全系数[K′] 设计规范规定： 不分等级,基本荷载组合：采用3.0; 特殊荷载组合：（1）采用2.5；（2）采 用不小于2.3。
地基的接触面、坝体折坡处或坝体断面
削弱的部位（如廊道、泄水管道等部 位）。
1） 基本假定
i.
坝体混凝土为均质、连续、各向同性 的弹性材料； 不考虑两侧坝体的影响，各坝段独立 工作； 假定坝体水平截面上的正应力σy按直 线分布，不考虑廊道等对坝体应力的 影响。
ii.
iii.
2） 边缘应力的计算
一般情况下，坝体的最大应力和 最小应力都出现在坝面，所以应该 首先校核坝体边缘应力是否满足强
坝 踵 坝 踵 坝 趾Fra bibliotek硬 库 满
软
Ec—— Er——
基坝 岩体
2、地基变形弹模对坝体 应力的影响 3、坝体异弹模对坝体应 力的影响 4、纵缝对坝体应力的影 响 5、分期施工对坝体应力 的影响(见下图) 6、坝踵断裂对坝体应力 的影响
坝体主应力分布示意图
影响坝体应力的主要因素有：
1)
地基变形对坝体应力的影响；
2 2
2u Pu
2 d Pd
3）内部应力的计算
1 、坝内水平截面上的正应力 σy 假 定和σy在水平截面上直线分布。 2、坝体内剪应力τ。 3、坝内水平正应力σx。 4、坝内主应力σ1和σ2。 5、考虑扬压力时的计算方法。
考虑扬压力作用时的应力计算
河海大学水工建筑物(重力坝)教学课件02-重力坝2 稳定应力
§3 重力坝的稳定分析
目的：验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度。
软弱夹层的安全度标准 超载法——将作用在坝体上的外荷载分级逐渐加大，直到滑动 面的抗滑稳定处于临界状态，外荷载增大的倍数即为抗滑稳定 安全系数。 强度储备法——降低软弱夹层和尾岩抗力体的抗剪参数值，直 到滑动面的抗滑稳定处于临界状态，抗剪参数的降低倍数即为 抗滑稳定安全系数。 剪力比例法——由FEM计算在设计荷载作用下滑动面上的正应 力和剪应力分布，求出滑动面上总的抗滑力和滑动力，两者的 比值即为抗滑稳定安全系数。
因此，只要该接触面上满足抗滑稳定要求，则该坝体就能 满足稳定要求。
（1）计算公式
抗滑稳定安全系数——建筑物的抗滑力与建筑物所受的滑动力之比，用 K表示。 A、摩擦公式 把滑动面看作是接触面（不是胶结面），滑动面上的抗滑力只计摩擦力， 不计凝聚力。滑动面可水平，也可倾斜。
P 式中： W P
U f
(2) 地基不均匀对坝体应力的影响
上游坝踵地基刚度较大，可能产生拉应力；相反，下游坝趾地 基刚度较大，有利于改善坝踵应力。宜将下游坝趾布置在较坚 硬的岩石上。
(3) 施工纵缝对坝体应力的影响
受浇筑能力和温度控制的限制， 需要分缝分块浇筑，纵缝要灌 浆，然后才蓄水。因此，水压 力和扬压力等由整个坝体承担， 而自重应力由独立坝块引起。 n=0，基本相同 n>0，坝踵处应力状况恶化 n<0，改善坝踵处应力状态
(4) 分期施工对坝体应力的影响
第3节重力坝的稳定分析
第3节重力坝的稳定分析重力坝是一种常见的水利工程结构，广泛应用于水电站、灌溉渠道和排水系统等领域。
稳定性是设计和构建重力坝时必须考虑的重要因素之一。
本文将介绍重力坝的稳定性分析方法，以帮助读者更好地理解和应用在实际工程中。
一、稳定性分析的基本原理重力坝的稳定性分析是指通过力学的方法来评估坝体在受到水流、地震和土体压力等外力作用下的稳定性。
其基本原理是根据力的平衡和破坏准则对坝体进行分析。
稳定性分析的结果直接关系到坝体是否能够保持安全稳定，因此是设计中至关重要的环节。
稳定性分析通常包括静力分析和动力分析两个方面。
静力分析主要考虑坝体受到静水压力的作用，以及坝体自重和地震力等因素。
动力分析则关注坝体在地震和水流等动力荷载作用下的响应和变形。
二、静力分析方法1. 基本假设静力分析方法的基本假设是坝体在静水压力下处于静力平衡状态。
在分析中，可以假设坝体为刚体，计算坝顶的受力和坝底的抗力，以确定坝体的稳定性。
2. 受力计算在静力分析中，需要计算坝体所受的静水压力。
静水压力由上游水体的水位、坝体几何形状和水的密度决定。
通过计算坝顶的受力和坝底的抗力，可以确定坝体的受力情况。
3. 稳定性评估稳定性评估主要考虑坝体所受力矩和抗力矩之间的平衡关系。
如果受力矩大于抗力矩，坝体就会发生倾覆或滑移等破坏形式。
因此，需要通过计算力矩的大小来评估坝体的稳定性。
三、动力分析方法1. 地震力分析地震是重力坝的重要设计参数之一，也是动力分析的关键内容之一。
地震力分析需要考虑地震的频率和幅值，以及坝体的响应特性。
通过建立地震波模型和采用动力计算方法，可以得到坝体在地震作用下的响应和变形情况。
2. 水动力分析水动力分析主要考虑坝体在水流作用下的稳定性。
水流作用会对坝体施加水平力和垂直力，产生坝体的变形和振动。
通过建立水动力模型和采用数值计算方法，可以预测坝体的响应和变形情况，进而评估坝体的稳定性。
四、稳定性分析的实际应用稳定性分析方法在实际工程中有广泛应用。
水工建筑物课程设计(重力坝)
水工建筑物课程设计(重力坝)1000字一、前言重力坝是水利工程中广泛应用的水工建筑物之一，具有简单、稳定、可靠等特点。
为了能够更好地学习和理解重力坝的设计与施工，本文将结合实际工程案例，介绍重力坝的基本概念、设计要点、施工过程以及安全措施。
二、概述重力坝是指靠坝体自身的重力抵抗水压力，并使坝体能够保持在平衡状态的坝。
重力坝通常具有比较宽的顶宽、大坝底宽，以及垂直或近垂直的坝面。
三、设计要点1. 坝体稳定性重力坝的稳定性是设计的重点之一，因此坝体的自重和坝前水柱作用所产生的水压力必须能够平衡。
为了保证坝体的稳定性，需要进行相应的坝体截面优化和稳定分析。
2. 溢洪道设计溢洪道是重力坝防洪的主要措施之一，需要根据坝址洪水特征和设计洪水确定相应的溢洪道参数。
一般来说，溢洪道的设计应该充分考虑坝上游的泄洪需求，同时确保洪水能够安全地通过坝址，避免发生洪水冲毁等事故。
3. 切尾设计切尾是指将河床河岸的土质挖出，以便于坝底的施工和加强重力坝的水密性。
在切尾的设计中应该充分考虑河床河岸土质的稳定性，避免在切尾过程中发生坍塌和滑坡等不安全情况。
四、工程案例以南岸水库为例，该水库位于河南省某市，总库容为 3.3亿立方米，控制流域面积为1117.1平方千米，最大蓄水位为265.5米。
该水库为一座重力坝，具体参数如下：1. 坝址基础岩层接触深度： -76米2. 坝顶标高： 277.5米3. 坝顶长度： 534.75米4. 坝顶宽度： 10.5米5. 坝脚标高： 206米6. 坝脚长度： 342米7. 坝脚宽度： 42米8. 坝高： 71.5米五、施工过程1. 剥离坝址土层：将坝址表土和浮石剥离至基岩层，同时进行基岩凿打和清理。
2. 贴面铺垫：在坝址的基础岩层上进行界板定位和方案确认，贴面铺垫，同时进行模板安装。
3. 混凝土浇筑：进行混凝土浇筑之前，需要对混凝土原材料进行检测和质量监控，保证混凝土强度和性能符合设计要求。
重力坝地基稳定性分析毕业论文
×××重力坝地基稳定性分析重力坝地基稳定性分析内容摘要随着我国水利水电工程建设项目向中西部地区迅速发展，坝基，尤其是重力坝地基的地质条件日趋复杂，地基稳定性显得越来越重要，处理的代价也越来越高。
采取正确的处理措施不仅是确保建筑物安全的关键，也是控制工程造价的有效手段。
通过分析目前我国坝基存在的不同地质缺陷及问题，根据重力坝的稳定性要求地基具有足够的强度、不透水性及抗滑稳定能力，提出解决的办法和措施。
本论题主要研究重力坝在坝基开挖、固结灌浆、软弱岩层和断层破碎带处理、深层抗滑稳定及防渗排水等方面保持稳定性的应用技术措施。
关键词：抗滑稳定分析；坝基开挖；固结灌浆；软弱岩层处理；防渗排水措施目录内容摘要 (I)引言 (1)1 重力坝地基稳定性概述 (2)1.1 重力坝地基基础理论 (2)1.1.1 重力坝地基存在问题 (2)1.1.2 重力坝地基的处理 (6)1.2 重力坝地基稳定性调查内容 (7)1.3 重力坝地基稳定性处理措施 (8)1.4 重力坝地基稳定性处理综合评价 (10)2 坝基开挖 (11)2.1 建基岩体的利用和开挖要求 (11)2.2 坝基开挖形状 (11)2.3 地基表面地质缺陷处理 (11)2.4 坝基开挖程序 (12)2.4 坝基爆破设计与施工 (12)3 坝基固结灌浆设计 (14)3.1 固结灌浆的目的和要求 (14)3.2 固结灌浆设计 (14)3.2 无盖重固结灌浆 (15)4 坝基软弱岩层处理 (16)4.1 坝基软弱岩层处理的必要性 (16)4.2 软弱岩层处理措施 (16)4.3 断层破碎带和软弱夹层处理方法 (17)5 重力坝地基稳定性分析（结合案例） (19)5.1 重力坝地基稳定性案例具体内容 (19)5.2 问题产生原因 (19)5.3 问题解决措施 (19)结论与展望 (22)参考文献 (23)引言随着我国水利水电工程建设项目向中西部地区迅速发展，坝基，尤其是重力坝地基的地质条件日趋复杂，地基稳定性显得越来越重要，处理的代价也越来越高。
《水工建筑物》第二章：重力坝的作用、设计理论、稳定分析、构造、地基处理等
表2- 3
底坡 1/10 1/20 1/30 1/40 1/50 1/60 1/80 1/100
系数 1.89 1.61 1.48 1.41 1.36 1.33 1.29 1.25
七、冰压力
• 1、静冰压力：在气候严寒地区，冬季水库表面结成 冰盖，但当气温回升时，冰盖膨胀对边界产生的挤 压力称静冰压力
第二节 重力坝上的作用及作用效应组合
作用 自重 静水压力 动水压力 扬压力
泥沙压力 浪压力 冰压力 地震力 重力坝荷载组合
第二节 重力坝上的作用及作用效应组合
• 作用： • 指外界环境对水工建筑物的影响。 • １、按时间的变异分永久作用、可变作用、偶然作用。 • ２、按建筑物对外界作用的效应的原因分：直接作用和
平均波高(hm)，平均波长（Lm），平均波周期（Tm）； 其值大小与水面尺寸、形状、风力、、库区的地形等有关。 当坝（闸）迎水面垂直时，反射作用形成驻波，其波高 为2 hm，波长不变。
波浪几何要素图
2．波浪要素计算
1）对滨海地区、平原水库等用莆田公式
ghm
vo2
0.13th0.7(
四、重力坝的特点
缺点：
1、剖面尺寸大，水泥石料等用量多。
2、坝体应力较低，材料强度不能充分发挥。
3、坝底扬压力较大，对稳定不利。
重力坝坝体与地基的接触面积大，相应的坝底扬压力也大， 它会减轻坝体的有效重量，对坝体的稳定不利，因此要采 取有效防渗排水措施，减小扬压力，节省工程量。
4、水泥水化热较大，可能导致坝体裂缝。砼体积大，水泥 用量大，在施工期，水泥水化热引起的温度也很大，并将 引起坝体内温度和收缩应力，可能引起坝体产生裂缝，所 以要采取温控措施。
15 0.96
重力坝稳定分析
（3） 横缝灌浆
（4）抽水措施
（5）加固地基
（6）设置齿墙
（7）预应力锚固措施
（二）抗剪断公式
1、假定：认为砼与基岩接触良好，直接采用接触面 上的抗剪断参数f′和c′。 2、公式：Ks’＝[f ’(∑W-U)+C’A]/ ∑P 3、 安全系数Ks’,设计规范规定：不分等级 基本荷载组合：采用3.0 特殊荷载组合：（1）采用2.5；
（2）采用不小于2.3。
公式评价：本公式既考虑了抗剪断摩擦力， 又考虑了滑动面上的凝聚力，比较符合实际情况。
★ 从16世纪到19世纪中期，重力坝断面形状已发展到 “块体形”，人们开始注意经济问题，并已认识到坝 体的安全要满足两个外部稳定条件（但尚未认识到还 要满足应力条件），即抗倾稳定与抗滑稳定（提出摩 擦公式）。
★19世纪中叶后，随着应力条件的引入坝工设计，促进 了坝体稳定分析的发展，朗肯在19世纪世纪80年代提出 无拉应力准则后，抗倾问题实际上已不对坝体断面设计 起控制作用，人们实际关心的是抗滑稳定问题。 ★抗滑稳定问题实际上是一个抗剪强度问题（抗剪强度 概念1773年由库仑与莫尔提出，1887年克拉夫拉德提出 了阻止剪切破坏的力包括剪切破坏面上的摩擦力与抗剪 力）。 ★ 20世纪初，凯恩首次提出，重力坝抗滑稳定计算应计 入摩擦力与抗剪力，但当时认为抗剪力不可靠，且难以 精确确定，仅将抗剪力作为安全储备加以忽略，抗滑稳 定计算仍应用摩擦公式，这一公式实际提供了大于2的安 全系数，至今仍被广泛采用。
第三节 重力坝的稳定分析
• 重力坝主要是依靠自重维持稳定，因此抗滑稳弱而产生滑动。
• 按照目前的设计方法，高度H小于100m的重力坝，控 制剖面尺寸常常的稳定而不是应力。
因为其影响因素很多，目前的计算公式大都是半径验 性的。
重力坝的稳定分析
3.3.2 深层抗滑稳定分析 当坝基内存在不利的缓倾角软弱结构面时，在 水荷载作用下，坝体有可能连同部分基岩沿软弱结 构面产生滑移，即所谓的深层滑动。 目前关于深层滑动至今尚没有成熟的方法。常 用的方法有如下三种即： 刚体极限平衡法 有限单元法 地质力学模型试验法 在深层抗滑稳定分析中，一般根据深层抗滑体 的不同，分为： 单斜面深层抗滑稳定计算 双斜面深层抗滑稳定计算
剩余推力法 被动抗力法 等安全系数法
1.剩余推力法:
先令①区处于极限 平衡状态，其沿AB 面的抗滑稳定安全 系数为1，则：
P cos W sin f W cos P sin R sin( ) U
1 1 1 1
c1 A1 R cos( )
利用上式求得R
再计算②区沿BC面的抗滑稳定安全系数K2：
f 2 [ R sin( ) W2 cos U 2 ] c2 A2 K2 R cos( ) W2 sin
K2即为整个坝段的抗 滑稳定安全系数K
2.被动抗力法:
与上述方法相反，先令②区处于极限
平衡状态（抗滑稳定安全系数为1），求
滑动面上所能提供的最大抗滑力矩M1与滑动 力矩M0之比，得出整体深层抗滑稳定的安全系数 K：
解决问题的关键在于 确定和面上的反力和相应 的转动中心，反力R1、R2 及O1、O2可以通过有限元 方法或其他方法求解。
★ 基于有限元法的重力坝抗滑稳定分析 一般常用的分析方法有： ♀超载系数法：将作用在坝体上的外荷载逐级加大， 直至滑动面的抗滑稳定处于临界状态，外荷载增大 倍数即为抗滑稳定安全系数； ♀强度折减法：降低软弱夹层和尾岩抗力体的抗剪 参数值，直至沿滑动面的抗滑稳定处于临界状态， 抗剪参数值的降低倍数即为安全系数； ♀应力代数和比值法（剪力比例法）：根据有限元 法计算在设计荷载作用下滑动面上的正应力和剪应 力分布，求出滑动面上总的抗滑力和滑动力，两者 的比值即为安全系数。
重力坝稳定分析
通过增加重力坝的底面积，降低单位面积上的承载压力，提高稳定 性。
优化坝体与基础之间的连接
确保坝体与基础之间的连接紧密、牢固，防止出现脱空、裂缝等现 象，保证坝体的稳定性。
THANKS
感谢观看
种工况下的稳定性满足设计要求。
优化设计
03
根据稳定分析结果，可以对重力坝的设计进行优化，提高坝体
的稳定性。
保障下游人民生命财产安全
预防洪水灾害
重力坝是重要的防洪设施，其稳定性直接关系到下游地区的 洪水灾害风险。如果重力坝失稳，将会造成严重的洪水灾害 。
保护人民生命财产安全
重力坝的稳定性对于保护下游人民的生命财产安全至关重要 ，一旦重力坝失稳，将会对下游地区造成巨大的损失。
确定分析范围和边界条件
01
定边界条件，包括坝体与地基 的接触条件、水压力边界、温度 边界等。
建立重力坝模型
根据重力坝的结构特点，建立合适的 计算模型，包括几何模型、材料模型 和本构模型等。
确定模型中的参数，如重力坝的几何 尺寸、材料属性、水压力等。
提高重力坝的耐久性和安全性
预防结构损伤
通过稳定分析，可以发现坝体存在的潜在问题，及时采取措施进行加固或修复， 预防结构损伤对重力坝的稳定性和耐久性造成影响。
优化维护管理
根据稳定分析结果，可以制定更加合理的维护管理方案，定期对重力坝进行检 查、加固和维护，确保重力坝长期保持良好的工作状态。
03
重力坝稳定分析的方法
发展
随着材料科学和施工技术的进步，重 力坝的设计和建设水平不断提高，坝 体规模和承受水压力越来越大。
02
重力坝稳定分析的重要性
防止重力坝失稳
评估坝体在各种工况下的稳定性
重力坝地基抗滑稳定性分析
重力坝地基抗滑稳定性分析摘要该文阐述了重力坝的结构特征和工作特点，着重分析了坝体沿坝基面及坝基内深层软弱结构面或岸坡坝段等的抗滑稳定安全度，对研究重力坝地基稳定性有十分重要的意义。
关键词重力坝；地基；抗滑稳定分析1重力坝的结构特征与工作特点1.1结构特征重力坝基本形状呈三角形，上游面铅直或稍倾向上游，坝底与基岩固结，建成挡水后，依靠自重维持稳定，故称重力坝。
在平面上，坝轴线（坝顶上游边缘线）一般为直线，有时为避开不利的地形地质条件或枢纽布置等原因，也可为折线或曲率不大的拱向上游的曲线[1]。
沿坝轴线坝体用横缝分成若干独立坝段，每一坝段为固结于地基上的悬臂梁。
筑坝材料为混凝土或浆砌石，抗冲能力强。
因此，重力坝可做成非溢流的，也可做成溢流和坝身设有泄水孔的。
1.2工作特点（1）由于筑坝材料强度高，耐久性好，抵御洪水漫顶、渗漏、冲刷、地震破坏的能力强，因而失事率低，工作安全性可靠。
（2）对地质、地形条件适应性强。
由于坝底压应力不高，对地质条件要求较低，一般建于基岩上，当坝高不大时，甚至可以修建于土基上；从地形上看，任何形状的河谷都可建重力坝。
（3）由于重力坝可做成溢流的，也可在坝内设置泄水孔，故一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。
工程分2期施工，可利用坝体导流，不需另设隧洞。
（4）结构作用明确。
由于横缝将重力坝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，空间结构可化简为平面问题分析，应力分析和稳定计算都较简单。
（5）施工方便。
坝体为大体积混凝土，可采用机械化施工，放样、立模和混凝土浇捣都较简单。
（6）由于坝体剖面尺寸往往由稳定和坝体拉应力强度施工条件控制而做得较大，材料用量多，坝内压应力较低，材料强度不能充分发挥。
且坝底面积大，因而扬压力也较大，对稳定不利。
（7）因坝体的体积较大，施工期间混凝土温度收缩应力较大，为防止发生温度裂缝，施工时需适当控制对混凝土的温度。
2重力坝的抗滑稳定分析2.1沿坝基面的抗滑稳定分析常用的抗滑稳定安全系数计算公式有2种，即抗剪断强度公式和抗剪强度公式[2]。
水工建筑物 第六章重力坝概述荷载稳定
压力强度为 γw H2；渗透压力呈折线分布， 在排水孔中心线与坝底相交点为α γw (H1-H2)= α γw H 。
? α为渗透压力强度系数（或称渗透压力折
减系数，书中称扬压力折减系数不妥）： 河床坝段： α采用0.2~0.3； 岸坡坝段： α采用0.3~0.4。
设有防渗帷幕和排水设施 的实体重力坝坝底扬压力图
? 碾压混凝土坝主要特点 ： ①节约水泥，可简化温控措施。碾压混凝土一般都掺入较大
数量（胶凝材料的30%～70%）的粉煤灰或其他具有一定活 性的掺合料，因而水泥用量显著减少， 水泥用量为50 ～ 120kg/m3 ，而常态混凝土的水泥用量为160 ～ 220kg/m3 。 ②可缩短工期。工期一般可缩短1/5～1/3，甚至更短。 ③降低造价。碾压混凝土的单价比常规混凝土 低15～30%，有 的低50%左右。
特点：①节约混凝土方量，充分利用材料强度；②侧向稳定性差，对地 基的要求严格；③钢筋用量较大，施工复杂。
? 特点： ①节约混凝土方量，充分利用材料强度； ②侧向稳定性差，对地基的要求严格； ③钢筋用量较大，施工复杂。
? 空腹重力坝
在坝内设置大型纵向空腔的重力坝。 ? 特点：①减少扬压力，节约混凝土方量20～30℅；
一、荷载的计算 常沿坝轴线方向取1米宽坝体为计算单元。 1、坝体及坝上永久设备的自重
? 自重：坝体及其上永久性设施的重量 W=∑（γi Vi ）。 ? 坝体自重：应按其断面的几何尺寸及材料容重计算。在初步设计阶段，
混凝土的容重可根据骨料的类别采用 23.0～23.5kN/m 3，对重要的工 程应采用混凝土的试验数值。 ? 对坝上永久设备：如闸门、启闭机、电机、电梯等自重均按实际重量 计算。
上，下游坝面处扬压力为0；排水管幕与下游坝面之间按直线变化。
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水工建筑物重力坝的稳定分析
一、重力坝滑动失稳模式
（一）表面滑动（二）浅层滑动（三）深层滑动
二、抗滑稳定计算截面选取及计算方法
★破坏机理：重力坝岩基的破坏开始于坝踵附近的拉裂缝和扩张松弛，而后坝趾出现剪切屈服区且逐渐向上游发展，最后在坝下浅层岩基中上下游贯通，形成滑动通道，导致大坝的整体失稳破坏。
★（一）计算截面：坝基面或者坝体薄弱面
选择受力大，抗剪强度较低，最容易产生滑动的截面作为计算截面。
重力坝抗滑稳定计算主要是核算坝基面及碾压混凝土层面上的滑动稳定性。
另外坝基内有软弱夹层、缓倾角结构面时，也应核算其深层滑动性。
★（二）抗滑稳定分析方法
1.单一的安全系数法：计算公式有抗剪强度公式和抗剪断公式
2. 分项系数法极限状态设计方法：《混凝土重力坝设计规范》DL 5108—1999规定，重力坝的抗滑稳定承载能力极限状态进行计算，认为滑动面为胶结面，滑动体为刚体。
三、单一的安全系数计算法
（一）抗剪公式
1.滑动面水平时：Ks = f(∑W-U)/ ∑P
2.滑动面倾向上游：Ks = [f(∑WCosβ-U+∑PSinβ)]/( ∑PSinβ+∑WCosβ)
公式评价：本公式不考虑凝聚力，偏于安全，凝聚力作为安全储备，所以规定的安全系数较低。
（二）抗剪断公式
1.假定：认为砼与基岩接触良好，直接采用接触面上的抗剪断参数f′和c′。
2.公式：Ks′＝[f′(∑W-U)+C′A]/∑P
3.安全系数Ks′,设计规范规定：不分等级。
基本荷载组合：采用3.0；特殊荷载组合：（1）采用2.5；（2）采用不小于2.3。
四、分项系数法
（一）特点：与原设计规范相比，用概率极限状态设计法代替了定值设计法，用分项系数极限状态表达式代替单一安全系数表达式。
即以结构重要性系数γ０、设计状况系数φ、
作用分项系数γｆ 、材料性能分项系数γｍ和结构系数γｄ来代替设计的安全系数Ｋ。
（二）分项系数法基本公式（课本37页3-1、3-2）
核算坝基面抗滑稳定极限状态时，应按材料的标准值和荷载的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合两种情况。
S(·)为作用效应函数，此处取S(·)＝∑P R 为作用于滑动面之上的全部切向（包括滑动面之上的岩体）作用之和；R(·)为抗力函数，此处取R(·)＝∑f ’R ∑W R + c ’
R A R （∑W R 滑动面上全部法向作用之和,f ’R 坝基面抗剪断摩擦系数，c ’R 坝基面抗剪断黏聚力）。
（四）分项系数法具体计算:
（课本38页） 倾向上游滑动面计算式：
1.坝基面抗滑稳定水平滑动面计算式：
2.坝体混凝土层面抗滑稳定计算同上，但计算参数的选择不同。
3.深层抗滑稳定分析。
①深层滑动：地基内往往存在着较弱夹层或缓倾角断层，坝体档水后，有可能沿这些薄弱面产生滑动。
②当坝基存在着不利的软弱夹层或缓倾角断层时，坝体有可能沿软弱面产生深层滑动 。
③计算时选择几个比较危险的滑动面进行试算，然后做出比较分析判断。
④目前尚无成熟的方法：1）单斜面深层滑动的计算；2）双斜面深层滑动。
★五、提高坝体抗滑稳定性的工程措施
1.利用水重； 2．将坝基开挖成倾向上游的斜面； 3.在坝踵下设齿墙； 4.抽水措施；
5.加固地基；
6.利用预应力。
R R R R A C W f R '+∑'=⋅)(R
P S ∑=⋅)(。