土石坝稳定分析

分析坝体及坝基在各种不同条件下可能产生的失稳形式， 校验其稳定性，确定坝体经济剖面。 失稳特点：
坝体由散粒材料组成，不会出现整体滑动或倾覆失稳， 只可能发生局部失稳破坏。
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稳定破坏形式 ➢滑动：
坝或坝基材料的抗剪强度不够，沿某一滑动面向下坍滑。 ➢液化：细砂或均匀砂料，地震、打桩振动、爆炸
对已建土石坝，可采用下列措施： •坝脚加压重或放缓坝坡； •加强防渗、导渗措施； •加固地基
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饱和的松砂受振动或剪切而发生体积收缩，孔隙水不能立 即排出，有效应力转化为孔隙应力，砂土抗剪强度降低，砂料 随水的流动而流散。
影响因素：有效粒径小，孔隙比大，砂料均匀，受力体大， 受力猛，透水性小，易液化。美国福特派克坝380万立方米的 砂体在10分钟内流失；铁路桥因火车振动而液化。 ➢塑性流动：
坝体或坝基剪应力超过了土料抗剪强度，变形超过弹性极 限值，坝坡或坝脚地基土被压出或隆起，坝体产生裂缝或沉陷。 软粘土坝体容易发生。
•施工期的上、下游坝坡； •稳定渗流期的上、下游坝坡； •水库水位降落期的上游坝坡； •正常运用遇地震的上、下游坝坡。
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土石坝各种计算工况，土体的抗剪强度均应采用有效应
力法计算： τc(σu)ta n
粘性土施工期同时采用总应力法计算：
τcuσtanu
粘性土库水位降落期同时采用总应力计算：
ccuc tan cu
式中： τ为土体的抗剪强度
c、 为有效应力抗剪强度标指
为法向有效应力 u为孔隙压力
cu、u为不剪 排 总 强 水度指标 cc、 u c为 u 固接剪 不 总 强 排度 水指标
c为库水位降落前的效 法应 向力 有
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三、稳定分析
坝坡抗滑稳定计算应采用刚体极限平衡法。对于均质 坝、厚斜墙坝和厚心墙坝，宜采用计及条块间作用力的简 化毕肖普法；对于有软弱夹层、薄斜墙、薄心墙坝的坝坡 稳定分析及任何坝型，可采用满足力和力矩平衡的摩根斯 顿－普赖斯等分析。
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3、孔隙水压力 土体可压缩，水是不可压缩的，且不能传递剪力。
当土体孔隙饱和时，荷载由水来承担，孔隙受压排水 后，土粒骨架开始承担（有效应力），孔隙水所承担 的应力为孔隙应力（孔隙水应力），两者之和为总应 力。土体中有孔隙水压力后，有效应力降低，对稳定 不利。
粘性土在以下情况会产生孔隙水压力：①施工期； ②库水位降落；③地震时附加孔隙水压力。
§4 土石坝稳定分析
一、概述 二、荷载及组合 三、稳定分析方法 四、提高稳定的工程措施
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一、稳定分析概述
土石坝在自重、水荷载、渗透压力和地震荷载作用下， 若剖面尺寸不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或 坝体连同部分地基发生滑动，造成失稳。坝基内有软弱夹层 时，也可能发生塑性流动。饱和细沙受地震作用还可能发生 液化失稳。 分析目的：
非均质坝体和坝基稳定安全系数的计算应考虑安全系 数的多极值特性。滑动破坏面应在不同的土层进行分析比 较，直到求得最小稳定安全系数。
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四、提高稳定的工程措施
如果稳定复核后安全系数不满足设计要求，可在设计 中放缓坝坡或提高土石料的填筑标准以增加坝体稳定性。
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二、荷载及荷载组合
荷载: 1、坝体自重
坝体内浸润线以上部分按湿容重计算，下游水位以上按 饱和容重，下游水位以下部分按浮容重计算。
湿容重：单位体积中土、水、空气的重量。 饱和容重：水占满了土中的空隙，单位体积内水和土的 重量。 浮容重：土的有效重量，等于饱和容重-1 2、渗透压力： 动水压力方向与渗流方向相同，作用于单位土体上的渗 流力可按下式计算：f=γj 式中γ为水的容重，j为渗透坡降 渗透压力对边坡稳定不利
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滑动面形状
1、曲面滑动面 滑动面顶部陡而底部渐
缓，曲面近似圆弧，多发生 于粘性土中。 2、折线滑动面
多发生于非粘性土坡， 如薄心墙坝、斜墙坝；折点 一般在水面附近。 3、复式滑动面
厚心墙或粘土及非粘土 构成的多种土质坝形成复式 滑动面。当坝基内有软弱夹 层时，滑动面不再向下深切， 而沿夹层形成曲、直组合的 复式滑动。
孔隙水压力随土料性质、填土含水量、填筑速度、 坝内各点荷载和排水条件不同，随时间变化，随排水 而变化。
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荷载组合 土石坝施工、蓄水和库水位降落的各个时期不同荷
载下，应分别计算其稳定性。控制稳定的有施工期（包 括竣工时）、稳定渗流期、库水位降落期和正常运用遇 地震四种工况，应计算的内容：