土石坝稳定计算安全评价与计算毕业设计

第4章大坝稳定计算

4.1. 计算方法

4.1.1. 计算原理

本设计稳定分析采用简单条分法——瑞典圆弧法。该法基本假定土坡失稳破坏可简化为一平面应变问题，破坏滑动面为一圆弧形面，将面上作用力相对于圆心形成的阻滑力矩与滑动力矩的比值定义为土坡的稳定安全系数。计算时将可能滑动面上的土体划分成若干铅直土条，略去土条间相互作用力的影响。

图4.1 瑞典圆弧法计算简图

下游坝坡有渗流水存在，应计入渗流对稳定的影响。在计算土条重量时，对浸润线以下的部分取饱和容重，对浸润线以上的部分取实重（土体干重加含水重）。假设土条两侧的渗流水压力基本上平衡，则稳定安全系数的综合简化计算公式为：

∑∑+±+ψ--±=

]

/cos )[(}

sec ]sin sec cos ){[(R e Q V W

b c tg Q b u V W K i i i i i

i i i i i i i i i i i i

C

ααααα‘

’ （4.1）

其中：i ——土条编号；

W ——土条重量；

u ——作用于土条底部的孔隙水压力；

,b α——分别为土条宽度和其沿滑裂面的坡角；

//,c ϕ——有效抗剪强度指标;

S ——产生滑动的作用力； T ——抗力。

表4.1 坝体安全系数表

4.1.2. 计算工况

根据水工建筑物教材的要求，稳定渗流期校核两种工况的上下游坝坡稳定：正常运用条件和非正常运用条件I ，对于设计洪水位的上下游坝坡，其浸润线和水位均处于正常和校核条件之间，在坝体尺寸和材料相同的情况下，正常和校核满足要求，设计即满足要求。

4.1.3. 基础资料

表4.2 三百梯水库坝体土物理力学指标建议值

表4.3 三百梯水库大坝基岩物理力学指标建议值

岩土名称天然容重浮容重抗剪断强度

KN/m3KN/m3内聚力(MPa) 摩擦角(°)

坝基砂岩24.6 14.9 0.5 34

4.1.4. 安全系数

三百梯水库大坝为5级建筑物，坝坡抗滑稳定计算采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法，根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)相关规定，本水库坝坡抗滑稳定最小安全系数如表4.4。

表4.4 坝坡抗滑稳定最小安全系数表

计算部位建筑物等级正常运用情况非常运用情况大坝坝坡 5 1.15 1.05

4.1.

5. 理正软件上游坝坡计算结果

（1）校核工况

图4.1 校核工况边坡示意图

图4.2 校核工况边坡圆弧面示意图

滑动安全系数: 1.462

********************滑面信息*******************

土条总数: 37

圆心半径(m): (20.445,24.034) R = 24.434

********************土条信息*******************

第1个土条:

[几何信息]

左上点坐标(m): (8.046, 2.980)

左下点坐标(m): (8.046, 2.980)

右上点坐标(m)：(9.046, 3.350)

右下点坐标(m): (9.046, 2.422)

土条尺寸: 宽度= 1.000m, 底部长度= 1.145m

土条面积: 0.464m2

土条底部倾角: -29.151度

[物理信息]

土条底部: C = 10.000kPa, φ = 25.000度

[受力信息]

土条自重: W = (9.185kN, -11.899m)

土条底部: 法向力= (125.239kN, 0.000m),

切向力= (7.832kN, 24.434m)

土条左侧: 法向力= 0.000kN, 切向力= 0.000kN

土条右侧: 法向力= 0.000kN, 切向力= 0.000kN

水平静水压力: 大小= 38.788fkN,

力臂= 20.870fm

竖向静水压力: 大小= 104.727kN,

力臂= -11.899m

孔隙水压力: 大小= 125.239kN

（2）设计工况

图4.3 设计工况边坡示意图

图4.4 设计工况边坡圆弧面示意图

滑动安全系数: 1.447

********************滑面信息*******************

土条总数: 39

圆心半径(m): (21.165,24.714) R = 24.988

********************土条信息*******************

第1个土条:

[几何信息]

左上点坐标(m): (8.526, 3.158)

左下点坐标(m): (8.526, 3.158)

右上点坐标(m)：(9.520, 3.526)

右下点坐标(m): (9.520, 2.605)

土条尺寸: 宽度= 0.994m, 底部长度= 1.138m

土条面积: 0.458m2

土条底部倾角: -29.079度

[物理信息]

土条底部: C = 10.000kPa, φ = 25.000度

[受力信息]

土条自重: W = (9.066kN, -12.142m)

土条底部: 法向力= (115.343kN, 0.000m),

切向力= (7.860kN, 24.988m)

土条左侧: 法向力= 0.000kN, 切向力= 0.000kN

土条右侧: 法向力= 0.000kN, 切向力= 0.000kN

水平静水压力: 大小= 35.636fkN,

力臂= 21.373fm

竖向静水压力: 大小= 96.216kN,

力臂= -12.142m

孔隙水压力: 大小= 115.343kN

（3）正常工况

图4.5正常工况边坡圆弧面示意图

图4.6正常工况边坡示意图

滑动安全系数: 1.421

********************滑面信息*******************