有关土石坝坝坡稳定分析的方法探索研究
土石坝的稳定分析
本节主要介绍土石坝构造稳定中最为重要的、也是最 为常见的失稳型式：坝坡滑动稳定问题。
〔二〕土石坝坝坡滑动失稳的型式 土石坝坝坡滑动失稳，简称滑坡，其型式与坝体构造、
复式滑动面示意图
4.5.2土料抗剪强度指标的选取
土的抗剪强度指标主要指总抗剪强度指标〔凝聚力c和 内摩擦角〕和有效抗剪强度指标〔〔凝聚力和内摩擦 角〕。通常可以采用室外原位测试方法测定，或室内 剪切试验方法确定。
室内抗剪强度指标测定方法有3种：不排水剪、固结不 排水剪和排水剪。
?SL274－2001 碾压式土石坝设计标准?第8.3.5条中规 定：土的抗剪强度指标应采用三轴仪测定。对3级以下 的中坝，可用直接慢剪试验测定土的有效强度指标； 对 渗 透 系 数 很 小 〔 小 于 10 － 7cm/s〕 或 压 缩 系 数 很 小 〔小于0.2MPa-1〕的土，也可采用直接快剪试验或固 结快剪试验测定其总强度指标。
4.5.4坝坡稳定分析方法
一、圆弧滑动面稳定计算
1. 瑞典圆弧法
瑞典圆弧法是目前土石坝设计中
坝坡稳定分析的主要方法之一。该方法
简单、实用，根本能满足工程精度要求，
特别是在中小型土石坝设计中应用更为
广泛。
瑞典圆弧法
1．根本思路 假设滑动面为一个圆柱面，在剖面上表现为圆弧面。
将可能的滑动面以上的土体划分成假设干铅直土条， 不考虑土条之间作用力的影响，作用在土条上的力主 要包括：土条自重、土条底面的凝聚力和摩擦力。 瑞典圆弧法平安系数定义为：土条在滑动面上所提供 的抗滑力矩与滑动力矩之比。
例如：厚心墙坝的滑动面，通过砂性土的局部 为直线，通过粘性土的局部为圆弧；
基于ABAQUS的某土石坝坝坡稳定性分析
1引言土石坝稳定性分析常用的方法主要是极限平衡法和有限元法。
极限平衡法以毕肖普法、摩根斯顿-普赖斯法、Spencer法、Sarma法、楔形体法等[1-4]为代表，有限元法以强度折减法[5]为代表。
随着土地本构模型（摩尔库仑模型、邓肯张模型、Drucker-Prager模型等）理论应用成熟和有限元软件开发应用，强度折减法越来越多地应用到工程实际，为工程设计提供印证，如边坡、坝坡、隧道、基坑等有限元分析，并趋于成熟。
近年来，国内学者对强度折减法的应用开展了大量工作：李小春[6]采用强度折减法对边坡的多滑面进行了模拟，认为该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。
王曼等[7]采用ABAQUS软件的强度折减法分析了边坡的稳定性，确认其计算结果的合理性。
王作伟等人[8]采用强度折减方法计算了边坡的极限上限，对比验证强度折减法与传统极限平衡法具有良好的适应性。
雷艳等[9]采用强度折减法对土石坝坝坡进行稳定分析，得出的安全系数与塑型区域可为工程提供借鉴。
以上研究均取得了较好的研究成果，表明强度折减法用于工程实际分析边坡、坝坡稳定性是可行合理的。
故本文基于以上研究，采用ABAQUS软件结合强度折减法对某均质土石坝进行稳定性分析计算，并从水利工程建设管理的角度，浅析建设管理对工程质量的控制。
2强度折减法所谓强度折减法是指给一强度折减系数F r[10]，采用公式（1）和（2）将土体抗剪强度指标进行降低，导致土体逐渐失稳，土体单元发生塑性变形，当临界失稳时，折减系数就是边坡对应的安全系数。
具体公式如下所示：c m=c/F r（1）φm=arctan（tanφ/F r）（2）式中，c和φ为土体的抗剪强度指标（粘聚力和内摩擦角）；c m和φm是折减后的抗剪强度；F r是强度折减系数。
强度折减法精髓在于降低土地的抗剪强度指标，使土地单元应力不能配套而失稳。
3土石坝稳定性分析某均质土石坝，最大坝高100m，正常蓄水位在坝高90m处，坝顶宽8m，上下游坡比为1∶3√，坝体材料密度为2200kg/m3，强度参数如表1所示。
第四节土石坝的稳定分析
第五节 土料选择与填土标准确定
一、筑坝材料选择
▪ 坝址附近各种天然土石料和枢纽建筑物开挖 料的性质、种类、储量、运距等因素。
1．筑坝土石料选择的原则
选择筑坝土石料应遵循下列原则： （1）具有（或经加工后具有）与其使用目的相
适应的工程特性和长期稳定性； （2）就地、就近取材，减少弃料，少占或农田，
第四节 土石坝的稳定分析
3．复合滑动面的坝坡稳定计算
▪ 如图5-24所示，坝坡的任一滑动面abcd，其中ab、 cd为圆弧滑动面。分析的思路是将滑动体分为三个 区域，土块abf的推动力为，cde的阻滑力为，分别 作用在fb和ec面上，土块bcef产生的阻滑力为，作 用在bc面上，建立稳定极限平衡方程式为:
P1
W1 sin1
W1 cos1
tg1
K
0
P1 cos(1
2 ) W1 sin 2
P1 sin(1
2
)
tg
K
2
W2 cos 2
tg 2
K
0
联解两式可求出安全系数 K
第四节 土石坝的稳定分析
▪ 解：首先固定水位在12.0m，取滑动面折点D设在与 上游水位附近，假设α1=40 度，α2=14度，作出滑 动面ADE。取D点垂线将滑动土体分为DCE和ADC两 条块，条块间相互作用力按平行ED面方向假定，并计 算两条块土重分别为W1=5552.3KN； W2=16836.1KN(水上部分取湿重，水下部分取浮 重)。把α1、α2、tgφ1、tgφ2代入式（5-34）和 （5-P31 5）35可68得.9 ：30K90.2 0
Wi sini
第四节 土石坝的稳定分析
α α
xi
O
基于折线滑动面法的土石坝坝坡稳定分析
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ｏ ｋ ｅ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ，ｔ ｈ ｅ Ｖｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｂａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｏｇ ｒ ｒ ａ ｍｍｉ ｎ ｇ ｌ ａ ｎ ｇ ｕ ａ ｇ ｅ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ｉ ｌ ｅ ａ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ Ｓ Ｏ ａ ｓ ｔ ｏ ｇ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｏ ｆ ｍｉ ｎ ｉ ｍｕ ｍ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｃ ｏ ｅ ｆ ｉ ｆ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｒ ｉ ｓ ｋ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ｔｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｉ ｔ ｉ ｓ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ
２ ． 河海大学 岩土工程研究所 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
摘
要： 采用折线滑动面法 ， 利用 ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ 程序语言编制计算程序求解危险工况下 的最小稳定安 全系 值均满足要求 。在此基础上 ， 还讨论 了上游水位变化对 坝坡 稳定 的影 响 以及折坡 折点位置 变化对坝
ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ ｈｅ ｔ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｄ ａ ｍ ｓ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｎｇ ａ ｅ ｏ ｆ ｕ ｐ ｓ ｔ ｅａ ｒ ｍ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｎｄ ａ ｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｒ ｎｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ’ Ｓ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ
Ｖｏ １ ． １ １ Ｎｏ． ３
Hale Waihona Puke Ｊ ｎ ．． ａ ２０１ ３
土石坝渗透及稳定性分析探讨
土石坝渗透及稳定性分析探讨摘要:渗流问题是土石坝安全的关键,渗流控制是土石坝建设的重中之重。
在渗流控制措施上,随着渗流控制理论的发展,由原来的以防为主逐渐向防渗、排渗和反滤层三者相结合。
本文从土石坝渗漏问题、防渗措施、有限元渗流场计算的基本数学模型三个方面进行介绍。
关键词:土石坝渗透稳定性随着我国水利水电建设的快速发展和“西电东输”水电项目的实施,众多高土石坝的建设被提上了日程,特别在深厚覆盖层河谷,地质条件差,地震烈度高,多数坝高较大(尤其200m以上)的大坝选择或拟选择建土石坝。
渗流和渗透控制是土石坝工程中的一项极其重要的课题,直接关系到工程的安全和投资。
土石坝施工简便,地质条件要求低,造价便宜,并可就地取材且料源丰富,是水利水电工程中极为重要的一种坝型。
土石坝坝体用散粒材料填筑,挡水后上下游的水头差引起了水流渗过坝体、坝基及两岸坡向下游排出。
由于勘测设计缺陷、施工不良、管理运行不当以及渗流、地震等,都会使土石坝体及其坝基发生缺陷病害,甚至垮坝失事。
在土石坝中,坝体和坝基的渗漏较为频繁,许多中、小型病库,就是因为坝身、坝基等产生渗漏造成险情。
一、土石坝渗漏问题(一)坝基渗漏。
坝基渗漏主要有以下两种渗漏方式:一是铺盖裂缝产生的渗漏。
铺盖裂缝一般是由于施工时防渗土料碾压不严,达不到所要求的容重或铺土时含水量过大, 固结时干缩而产生裂缝;或基础不均匀沉陷时铺盖被拉裂;或铺盖下没有做好反滤层,水库蓄水后在高扬压力下被顶穿破坏;也有施工时就近取土,破坏了覆盖层作为天然铺盖的防渗作用。
二是心墙下截水墙与基础接触冲刷破坏。
截水墙与基础的接触边界是最容易形成渗流通道的薄弱环节。
在截水墙下游与基础接触边界处设置反滤层失效,导致接触冲刷,坝体和基础土料被带走,就会造成坝体严重破坏。
(二)坝身渗漏。
土石坝常因斜墙、心墙等防渗体裂缝形成渗流的集中通道,导致管涌的发生,甚至引起坝体的失事破坏。
具体地讲有以下几种情况:一是心、斜墙裂缝漏水。
土石坝的应变分析及稳定分析
土石坝的应变分析及稳定分析关键词：土石坝、应变、蓄水期、稳定性、荷载摘要：我们认为，土石坝应力应变分析中有待解决的问题主要有下列几个方面。
第一是多数的研究限于施工期, 而回避了蓄水期的计算。
但是土石坝是挡水建筑物, 因此可以说, 不解决水对坝体的作用问题就是根本上没有解决问题。
实际上现代设计的高土石坝也多是在初蓄水期发生严重变形甚致破坏的。
此外, 现有计算方法本身也存在许多问题, 例如对于由刚度相差悬殊的几种材料组合的坝型就不能很好适应, 特别当土体中存在混凝土结沟的时候。
但是我们相信, 随着试验和原观测资料的积累及计算技术的发展, 这些问题将会逐步得到决,应力应变分析也一定会在土石坝设计中占据越来越重要的位置, 总有一天设计工作者将能摆脱目前滑坡稳定分析加经验的设计方法, 走上按极限变形和抗裂设计的轨道。
一、蓄水期土石坝工作状态的特点现有的原体观测资料表明, 施工期坝体内的应力主轴的方向变化不大, 坝坡局部偏转较大的地方也不超过15度, 而且大部分区域大小主应力比都在一之间, 也就是说接近于单向压缩状态。
这就意味着, 施工期坝体内的应力状态比较简单, 而月坝体的变形以垂直压缩变形为主。
可是, 一旦受到水的作用, 问题就大大复杂化了。
水对坝体的工作状态的影响表现在三个方面：（1）水平荷载引起的主应力轴偏转；（2）浮托力引起的卸荷作用；（3）土骨架浸水软化引起的附加变形（以下简称浸水变形）。
根据高米的堆石坝模型试验的结果,水平压力与浮托力的共同作用使大范围内应力主轴偏转十几度,并使上游坝壳应力减小,下游坝壳应力加大。
但从应力水平看则是下游降低,上游增高,并在上游坝壳靠心墙处达到破坏状态，形成个相当于主动土压力状态。
同时,国内外大量的观测资料表明,由于水压力及软化变形的共同作用,坝顶既可能向上游位移,也可能向下游位移,而且往往是先向上游,后向下游,同时中心线发生明显的挠曲图。
软化作用还会引起显著的沉降如果仅从浮托力考虑，蓄水时坝顶应当上抬。
土石坝的合理边坡形状和稳定分析
图 １ 为碾 堆石的抗剪 强度曲线。 当堆石坝 的高度 不 大 、 内最大 应力 仅 达 时 ， ～ 关 系 曲线 呈强烈 弯 曲形 坝 状， 取用偏于安全的 内摩擦角 ， 采用 库仑准则设计 坝坡时 ， 则 安全性偏于保 守 ， 经济性尚可令人接 受。如果将库仑 准则用 于高坝 时 ， 当坝体 内最大 直力达图 １ 中的 ， 水平 ， 采用值 且
・
４ ・ ０
高杰 ： 钻孔灌注桩施工 中三个技术 问题
第２ 期
泥浆除作为护壁外 ． 还有携带 泥沙作用 。由钻头 切削 出的泥
沙混入泥浆 内， 过泥砂 泵输 到孔 外沉淀池 中， 通 然后 通过 机
其 可以说是灌注桩质 量好坏 的关键 。为缩短 吊 出钻杆及放 钢 筋笼 的时 间应做 到 ： 孔设备 就位后 ， 成 必须平 正 、 固 ． 稳 确 保 钻孔 垂直度小于 １ 钢筋笼 过长时 ， ％； 应采取 措施 ， 保证 钢 筋笼垂 直沉人 钻孔 ， 否则会 发 生钢筋笼 斜插入孔 壁 土 内， 造 成 钢筋无保 护层的质量问题。
亦 按前 述 ， 则坝 的安全 性太保 守 ， 经济 上也浪 费。过去 的作
边坡 和等 Ｋ型合理边坡 的概念 及两者之 问的关系 。 极 限稳定边坡处于极 限平衡 直力状 态 ， 以它具有 Ｋ： 所
１ 的稳 定安全 系数 。考虑 一 呈非线 性关 系的极限稳定 边 坡形 状 ， 可按 本文 前述 算例 求 算 Ｋ：１的“ Ｋ 边坡 求得 等 ”
堆石边坡 ， 其安 全系数 是随 坡高 的增 加而递 减 的。同 时 ， 坝 高愈大 ， 工程的重 要性 和 失事后 的 危害性 愈大 ， 因而 对安全
性 的要求 愈高。然而， 单一坡 牢的直线堆石边 坡的安全系数 分布 ， 却与上述 要求相 反。边坡 问题 的特 殊性在 于， 坡上 边
土石坝边坡稳定分析与计算方法
土石坝边坡稳定分析与计算方法土石坝作为常见的水利工程构筑物，在防洪、供水、发电等方面发挥着重要的作用。
土石坝边坡稳定性是影响其安全运行的关键因素之一，因此边坡稳定性分析与计算方法十分重要。
本文将介绍土石坝边坡稳定性分析与计算方法的基本理论和应用技术。
一、土石坝边坡稳定性基本理论土石坝边坡稳定性分析的基本理论包括弹性地基理论、破坏力学理论、岩土力学和数值计算方法等。
1.弹性地基理论弹性地基理论是建立在弹性力学基础上的一种土体稳定性分析方法。
其核心思想是将土体与石坝看成一体，在一定的约束条件下，求解土坝体系和地基的弹性应力和应变分布，评估土石坝边坡的稳定性。
这种方法适用于土石坝边坡倾角较小、地基水平变形和竖向应力分布较均匀的情况。
2.破坏力学理论破坏力学理论是通过破裂力学和变形理论相结合的方法，对土石坝边坡的稳定性进行分析。
其核心思想是土体在受力作用下，随着剪切应力和水平应力的增加，会发生变形和破裂，并使边坡处于不稳定状态。
通过破坏力学理论，可以预测土石坝边坡的破坏形式，如滑坡、倾斜、涌浅等。
3.岩土力学岩土力学是土石坝边坡稳定性分析的重要理论基础，它研究土、岩体在地下工程中受力、应力、变形、破坏和稳定性等问题。
其核心思想是通过分析土石坝边坡的岩土力学性质，如强度、压缩模量、剪切模量、抗裂性、渗透性等，预测边坡在不同条件下的稳定性。
4.数值计算方法数值计算方法是通过数学和计算机技术，对复杂的土石坝边坡稳定性问题进行求解的方法。
其核心思想是将边坡分割成若干个小单元，通过模拟不同荷载条件下的应力和变形情况，预测边坡在不同条件下的稳定性。
常用的数值计算方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。
二、土石坝边坡稳定性计算方法1.经验法经验法是一种基于工程经验、检验和修改的方法。
这种方法一般适用于经验较丰富、边坡较小且地质条件比较安全的情况。
其中常用的经验法有刘安钦法、耐均匀法等。
2.解析方法解析方法是通过对已知物理或参考问题进行分析，求解所需要的未知物理的方法。
3.4土石坝的稳定分析.
2）有效应力法，不计地震荷载时
k [(wicosi ubseci )tani' ci' bseci ] wisini
3）按总应力法计算时
k wicositani cili
w is ini
2、简化的毕肖普法
基本原理是：考虑了土条水平方向的作用力 （即Ei≠Ei+1≠0），忽略了竖直方向的作用 力（即令Xi=Xi+1=0）。由于忽略了竖直方向 的作用力，因此称为简化的毕肖普法。
当用计及条块间作用力的计算方法时，坝坡稳定安全系 数应不小于下表规定的数值
坝坡抗滑稳定最小安全系数
运用条件
工程
1
2
正常运用条件
1.5
1.35
非常运用条件Ⅰ 1.3
1.25
非常运用条件Ⅱ 1.2
1.15
等级 3
1.3 1.2 1.15
4、5 1.25 1.15 1.1
第8.3.11条规定
采用不计条间作用力的瑞典圆弧法计算坝 坡抗滑稳定安全系数时，对1级坝正常运用条 间最小安全系数应不小于1.30，对其他情况应 比上表规定值减小8％。
不考虑土条之间作用力的影响
计算步骤
(1)确定圆心、半径，绘制滑弧。 (2)将土体分条编号。为便于计算，土条宽取b＝0.1R (圆弧半径)，圆心以下的为0号土条：向上游为1，2，
3，…向下游为一1，一2，一3，…。
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。
（2）直线和折线滑动面
非粘性土边坡中，滑动面一般为直线；当坝体 的一部分淹没在水中时，滑动面可能为折线。
土石坝边坡稳定可靠度分析与研究的开题报告
土石坝边坡稳定可靠度分析与研究的开题报告
一、研究背景和意义
随着经济的快速发展，大量的土石坝被建造或加固，土石坝边坡的稳定性成为了工程建设中的一个重要问题。
土石坝边坡的稳定性受到多种因素的影响，例如土原性、水力条件、地震等。
因此，进行土石坝边坡稳定性的可靠度分析和研究，对于评估土石坝的稳定性和工程的安全性具有重要的意义。
二、研究内容和方案
本研究将以某水库土石坝为研究对象，分析土石坝边坡的稳定性，并通过可靠度分析方法评估土石坝边坡的稳定可靠度。
具体研究内容和方案如下：
1.研究土石坝边坡的稳定性指标及影响因素
通过文献调研和现场调查，梳理土石坝边坡稳定性的相关指标和影响因素，包括土体的强度、水文条件、地震动力学等因素。
2.建立土石坝边坡稳定性模型
以某水库土石坝边坡为例，建立土石坝边坡稳定性分析模型。
该模型将考虑土壤的强度参数、水文条件和地震动力学因素，从而评估边坡的稳定性。
3.进行可靠度分析
在建立土石坝边坡稳定性模型的基础上，引入可靠度分析方法，通过概率论与数理统计的知识计算土石坝边坡的可靠度，为工程安全性评估提供科学依据。
4.开展实验验证
为了验证所建议的土石坝边坡稳定性分析模型和可靠度分析方法的有效性，将开展实验室与现场实验，在对比实验数据和计算结果的基础上，进一步完善土石坝边坡稳定性的可靠性评估方法。
三、预期成果
本研究将建立一套土石坝边坡稳定性的评估方法，能够评估该水库土石坝边坡的稳定可靠度，并为工程建设提供科学的技术支持，进一步提高土石坝工程的安全性。
基于GeoStudio的某土石坝整治前后渗流及坝坡稳定分析
表 ４ 出逸处水 力坡 降计算 结果表
从表 ４中可 以看 出 ， 在整 治前 后 ， 水 位 升高都 会 导致 出逸 处水 力坡 降 增 大 ， 但 是 整 治 前在 ３种 稳 定 渗流 工况 下 ， 浸润 线 在 下游 排 水 棱 体 出逸 处 的水 力 坡 降都 比《 水利 水 电工 程 地 质勘 察 规 范 Ｇ Ｂ ５ ０ ２ ８ ７ —
３种 工况 下整 治前后 的下游 坝坡 稳 定 最 小 安全 系数 及 允许值 如 表 ３所 示 。
表 ３ 稳 定 性 计 算 结 果 表
棱体 失效 ， 坝 体单 宽渗 流量较 小 ， 与此 同 时下游 坝体 内浸 润线 位 置较 高 ， 下 游 坝坡 的抗 滑 稳定 最 小 安 全 系数 在 ３种工 况 下 都 不 满 足规 范 要 求 。通 过 削 坡 、 重建 排水 棱体 工程 整 治 后 ， 坝 体 单 宽 渗 流量 虽 有 小 幅增 加 ， 但 依 然在合 理 的范 围 内 ， 重要 的是下 游 坝壳 中浸 润线 的位 置 明显 降 低 ， 最 小 安 全 系数 均 满 足 了
坝体渗流， 提高坝坡稳定的效果显著 。
３ ． ３ 出逸 处水 力坡 降 计算 结果 及分 析
３种工 况下 整治前 后 渗流 出逸 处 的水 力 坡 降 如
表 ４所示
［ ４ ］ Ｇ Ｂ ５ ０ ４ ８ ７ — ２ ０ ０ ８ ， 水利水电工程地质勘察 规范 ［ Ｓ ］ ． 北京： 中国
参考文献 ：
［ １ ］ 张克恭 ． 土 力学 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 中国建 筑工业 出版社 ， ２ ０ ０ １ ： ５ ４—
５ ５ ．
全 系数
均 未 达 到 规 范 要 求 的安 全 系 数 允 许 值
5-4土石坝坝坡稳定分析解析
• 以心墙坝的上游坝坡为例：
• ADC为任一滑裂面，DE将土体分为两块， 假设两土块间的作用力为P，方向与DC平 行。 • BCDE的极限平衡方程式： 1 P G1 cos1tg1 G1 sin 1 0 Kc • ADE的极限平衡方程式：
1 1 G2 cos 2tg 2 P sin(1 2 )tg 2 Kc Kc G2 sin 2 P cos(1 2 ) 0
土石坝坝坡稳定分析
• • • • • •
4.1 概述 4.2 土石坝滑坡的形式 4.3 稳定分析方法一:圆弧滑裂面法 4.4 稳定分析方法二:折线 4.5 土料的抗剪强度指标的选取 4.6 计算工况和安全系数
土的强度与破坏理论
• 在土力学中被广泛采用的强度理论是摩 尔—库伦强度理论。土体的破坏主要是剪 切破坏，其破坏面上法向应力σ和剪应力τ 之间存在一定的函数关系： τ=f(σ) • 摩尔—库伦强度理论所表示的曲线也称为 摩尔破坏包线，在一定应力范围内，此包 线可以看作一条直线，即库伦方程：
土坡的稳定分析方法
• 土坡的稳定分析方法，主要是建立在极限 平衡理论基础之上，假定土体为理想塑性 材料，达到极限平衡状态时，土体将沿某 一滑裂面产生剪切破坏而失稳,此为刚体极 限平衡法。
• 对于由凝聚性土类组成的均质或非均质土 坝，比较简单实用的稳定分析方法是条分 法：计算时将可能滑动面以上的土体划分 成若干铅直土条，对作用于各土条上的力 进行力和力矩的平衡分析，求解出极限平 衡状态下土坡稳定安全系数。 • 条分法最早是1927年由瑞典的费纶纽斯 （Fellenius）提出，故也称为瑞典圆弧法。 此后不少学者致力于条分法的改进，如毕 肖普（Bishop）等。
土料的抗剪强度指标的选取
水工05-04土石坝的稳定分析
圆弧滑动计算简图
(2)分别计算各土条上的作用力对圆心的力矩Ms 1)土条自重Wi对圆心的力矩 2)渗流动水压力Wφi对圆心的力矩
Wφi=γbh2sinβi 3)地震惯性力Q、V对圆心的力矩
4)孔隙水压力μ对圆心的力矩
(3) 土条底部抗滑力对圆心的力矩Mr
(4) 求稳定安全系数Kc
3. 简化毕肖普法
第四节 土石坝的稳定分析
一、土石坝失稳破坏形式及稳定分析的目的
1.土石坝失稳破坏形式 ●坝坡坍滑 ●塑性流动 ●液化破坏
2.土石坝稳定分析的目的 ●分析坝体及坝基在各种 不同的工作条件下，可 能产生体的失稳破坏形式。 ●通过计算，校核坝的稳定安全度，从而确定合 理的经济剖面。
二、土石坝坝坡滑动面形状
(三)稳定安全系数
1.采用计及条块间作用力的 计算方法时， 坝坡的抗滑稳定安全系数应不小于表1所 规定的数值。 2.采用不计及条块间作用力的 计算坝坡 的抗滑稳定安全系数时，对1级坝正常运 用条件最小稳定安全系数应不小于1.30， 其他情况应表1所规定的数值减小8%。
表1 坝坡抗滑稳定最小安全系数
(1)滑楔法 1)计算方法
以某心墙坝的上游坝坡为例，说明滑楔法按极 限平衡理论计算安全系数的方法。
无粘性土坝坡
2)斜墙与保护层的滑动稳定计算 ●斜墙与保护层的稳定计算 方法较多，有图
解法和数解法。 ●数解法 —作用力平行滑动面法 —水平力法
(2)摩根斯顿—普赖斯法
2.复式滑动面的稳定分析 ●当滑动面通过不同土料时，常由直线与圆弧组 合的形式。 ●复式滑动面的稳定分析方法，可近似按折线法 的原则进行计算。
比较一系列滑动圆弧的Kc，最小的安全系数 Kcmin即为该计算情况的安全系数。
第五节 土石坝的稳定分析
第五节土石坝的稳定分析
一、目的
分析坝体及坝基在各种不同的工作条件下可能产生的稳定破坏形式，通过必要的力学计算，校核坝剖面的安全度，经过反复修改定出经济剖面。
确定土坝稳定性，主要指边坡的抗滑稳定。
二、坝坡的滑动面形式
坝坡的滑动面形式主要与坝体结构型式、筑坝材料和地基情况、坝的工作条件等因素有关。
1、曲线滑动面：滑动面通过粘性土部位时，
2、折线滑动面：滑动面通过非粘性土部位时；
3、复式滑动面：滑动面通过粘性土和非粘性土构成的多种土质坝时。
图6-17 坝坡坍滑破坏形式
1-坝壳或者坝体；2-防渗体；3-滑动面；4-软弱夹层
三、荷载及其组合
（一）作用力
1、自重：水上——湿容重，水下——浮容重。
2、渗透力：与渗透坡降有关。
3、孔隙水压力：总应力法和有效应力法.
4、地震力：地震区应考虑地震惯性力。
地震惯性力壳拟静力法计算。
（二）荷载组合：
正常运用：
（1）水库蓄满水（一般为正常蓄水位）形成稳定渗流时，验算下游坝坡稳定。
（2）水库水位为最不利水位时，上游坡的计算。
（3）库水位降落，使上游坡产生渗透压力时的稳定计算
非常运用：
（1）库水位骤降时的上游坝坡的计算
（2）施工期（含竣工期）考虑孔隙水压力上下游坝坡稳定计算
（3）地震情况下，上下游坝坡计算
（4）校核水位时下游坡的计算
四、稳定分析方法
强度分析法和刚体极限平衡法。
1、圆弧滑动法：针对粘性土的坝坡；
2、折线滑动法：针对非粘性土的坝坡；
图6-18 坝坡稳定计算示意图
图6-19 非粘性土坡稳定计算示意图。
糯扎渡高土石坝心墙类型对坝坡稳定影响探究
糯扎渡高土石坝心墙类型对坝坡稳定影响探究引言糯扎渡心墙土石坝是我国第一批建造的超高200m的土石坝[1]，当时尚无修建200m级以上的心墙土石坝的成熟技术和经验，国外可借鉴的是经验也很少，糯扎渡200m级以上心墙土石坝属于特殊、重要的的土石坝，其设计不能简单的套用现行设计规范，必须进行专门的研究，建立相应的设计准则及安全评价系统。
从已建200m级高土石坝的建设经验来看，大坝的安全运行主要取决于坝坡的抗滑稳定、筑坝材料的渗透稳定，以及坝体变形稳定，而其中土石坝坝坡及坝体在设计及运行期的稳定性则是设计中最为关键的因素。
坝体的抗滑稳定与坝体的应力状态和应力水平密切相关，在一定的外力水平条件下心墙的类型是影响坝体应力状态的主要因素。
世界上已建的坝高在200m以上的心墙土石坝中，有4座采用直心墙，其余7座均采用斜心墙的形式，本文以糯扎渡土石坝为依托，对心墙土石坝的直心墙和斜心墙两种心墙形式对坝坡稳定的影响进行比较研究。
一、工程基本资料糯扎渡水电站[2]是澜沧江中下游河段梯级规划的第五级，枢纽位于云南省普洱市翠云区和澜沧县境内，糯扎渡水电站工程主要以发电为主，兼有下游城市、农田防洪及改善航道的综合利用任务。
糯扎渡坝址区河道总体比较顺直，两岸谷坡较陡，河谷断面呈不对称的V形。
岩体结构多为碎裂、镶嵌碎裂和散体结构，在心墙部位坝基岩体质量以IVa和IVb类为主。
坝体为砾质土直心墙坝，心墙两侧为反滤层，反滤层以外为堆石体坝壳。
坝顶宽为18m，心墙基础建基面高程560m，最大坝高261.5m，上游坝坡坡度1：1.9，下游坝坡坡度为1：1.8，坝体典型剖面如图1所示。
图1 糯扎渡坝体典型剖面图二、计算参数土石坝堆石料的抗剪强度指标具有明显的非线性特点，一般来说上覆土体每增加50cm，其内摩擦角减少8°～10°。
因此对堆石材料使用非线性强度指标进行坝坡稳定分析，已成为坝工界的共识。
水利部颁发的“碾压式土石坝设计规范”规定对堆石料进行非线性强度稳定分析。
水库大坝坝坡稳定分析研究
水库大坝坝坡稳定分析研究摘要：我国众多中小型水库受限于当时的经济社会条件和技术要求,同时缺乏有效管理和维护,致使水库难以发挥工程的综合效益。
因此,对水库进行渗流及安全评价,了解及全面掌握水库大坝的安全状况,并对病险水库及时采取相应的措施,对保证大坝安全运行,促进经济稳定发展具有非常重要的意义。
本文对水库大坝坝坡稳定分析进行研究，以供参考。
关键词：水库大坝；坝坡稳定；分析引言水库坝体填筑年代较长,填筑初期已经过人工分层碾压,加之长期的天然固结已基本稳定,不存在塌陷、裂缝和生物洞穴,坝体与山坡的整体性较好。
根据计算分析,大坝在各种工况下坝坡出逸比降小于允许渗透比降,坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求。
但在日常运行管理中发现,大坝左岸坝坡、排水棱体与坝坡接触面处有渗水现象,在日后运行管理中需加强观测与管护,适时进行除险加固处理,以提高大坝防渗能力和稳定性。
1工程金峰水库地处低山丘陵区，水库总库容0.98亿m3，库址位于四川省绵阳市盐亭县金安乡西北1.5km西河支流凤鸣河上源王家沟。
金峰水库校核洪水位EL.475.45m，设计洪水位和正常蓄水位相同为EL.475.00m，死水位EL.445.00m。
金峰水库大坝坝型为碾压式沥青混凝土心墙石渣坝，全断面采用软岩料填筑，大坝最大坝高89m，坝顶高程EL.477m，坝顶长度455m，坝顶宽度8m，大坝的建筑物级别为2级。
2分析方法采用AUTOBANK6.1软件，结合有限元分析法和瑞典圆弧分析法，以保证水库大坝渗流分析和坝坡稳定分析过程及结果的合理性与准确性。
AUTOBANK6.1软件是在现有有限元分析技术的基础上对水利水电工程堤防、大坝、水闸、涵洞等水工建筑物结构进行精细化模拟分析和计算的一种软件工具。
应用AUTOBANK6.1分析软件全面分析及精确计算，最终以渗流量、等势线、水力坡降、浸润线以及任意点和任意断面流场数据分布等参数和图形形式给出结果；并基于以上分析结果，不间断进行应力应变、位移分析，由系统绘制并输出应力、位移、变形、主应力随时间空间变化趋势；通过人机交换界面搜索出任意点、任意断面所对应的力学参数分布趋势；模拟分期加载/卸载及土石方开挖/填筑等过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
有关土石坝坝坡稳定分析的方法探索研究【摘要】本文主要深入分析研究了土石坝坝坡稳定分析的方法。
即刚体极限平衡法和有限元法的基本原理，并对刚体极限平衡法和有限元方法的优缺点进行了比较，得出有限元法可以克服刚体极限平衡法所存在的缺陷。
本文是个人提出的一些见解和观点，可与同行共同探讨。
【关键词】土石坝；坝坡；稳定；刚体极限平衡法；有限元法前言
如何更合理、更准确地开展土石坝的坝坡稳定分析工作是工程界普遍关注的问题。
目前土石坝坝坡稳定分析的方法主要有刚体极限平衡法和有限元法。
一、刚体极限平衡法分析研究
1）刚体条件：在分析滑坡的受力和变形过程中，忽略滑体的内部变形，认为滑体为不可变形的刚体。
2）极限强度条件：假定滑体处于极限强度状态。
3）力的平衡条件：在考虑安全系数后，滑体在所受各种力的作用下处于平衡状态。
目前通用的刚体极限平衡法主要指的是条分法。
采用条分法来分析稳定问题一般为高次的超静定问题，要使问题有解就必须建立新的条件方程。
对条块间作用力作出各种简化假定，以减少未知量或增加方程数。
根据简化假定的条件相同，条分法发展为各种计算方法，这些方法主要有：一是瑞典圆弧滑动法。
瑞典圆弧
滑动法（简称瑞典法或费伦纽斯法）是条分法中最古老而又最简单的方法。
除了假定滑裂面是个圆柱面（剖面图上是个圆弧）外，还假定不考虑土条两侧的作用力，安全系数定义按式计算。
由于不考虑条间力的作用，严格地说，对每一土条力的平衡条件是不满足的，对土条本身的力矩平衡也不满足，仅能满足整个滑动土体的整体力矩平衡条件。
由此产生的误差，一般使求出的安全系数偏低 10% ， 20% ，这种误差随着滑裂面圆心角和孔隙压力的增大而增大。
二是毕肖普法。
毕肖普法考虑了条块间的法向作用力，但忽略了条块间的切向作用力。
其安全系数定义为沿整个滑裂面的抗剪强度与实际产生的剪应力之比，即：
（ 1）
毕肖普法满足整体力矩平衡条件，满足各条块间力的多边形闭合条件，但不满足条块的力矩平衡条件。
假设条块间作用力只有法向力没有切向力，满足极限平衡条件。
由于考虑了条块间水平力的作用，得到的安全系数较瑞典法略高一些。
由于计算不很复杂，精度较高，所以是目前工程中常用的一种方法。
三是简布的普遍条分法。
普遍条分法假定： a. 整个滑裂面上稳定安全系数是一样的，其定义表达式为式（ 1）； b. 土条上所有垂直荷载的合力，其作用线和滑裂面的交点与滑裂面上作用力的作用点为同一点； c. 推力线的位置假定已知普遍条分法中每个条块都满足全部静力平衡条件和极限平衡条件，滑动土体的整体力矩平衡条件也自然得到满足，而且它适用于任何滑动面而不必规定滑动面是
一个圆弧面。
用普遍条分法不仅可以计算出沿滑裂面的平均安全系数及滑裂面上应力的分布，还可以求出各土条分界面上抵抗剪切的安全系数。
二、有限元法分析研究
有限元法是将一个连续体结构离散成有限个单元，这些单元体在结点处互相铰接，把荷载简化到结点上，计算在外荷载作用下各结点的位移，进而计算各单元的应力和应变。
用离散体的解答近似地代替原连续体解答。
当单元划分得足够密时，它与真实解是接近的。
关于有限元法在土石坝坝坡稳定分析应用方面，目前主要是基于土石坝非线性有限元应力变形计算结果，对坝坡进行稳定分析，常用的方法有以下几种： 1）根据应力水平 s 的分布情况进行分析。
认为应力水平 s> i 的区域系为极限平衡区。
当极限平衡区的范围足够大，且与自由边界相通时，就应当分析坝坡失稳的可能性。
该方法在理论上比较合理，可以探讨坝坡、地基稳定的大致情况，但由于受到刚体极限平衡法的长期约束，使用经验不多，加上土体本身和边界处理的复杂性，目前还没有公认的评价标准，仍是一种定性的分析方法。
2）结合圆弧滑动法进行分析。
假定滑动面为圆弧面，仍采用条分法进行计算，所不同的是滑裂面处的内力系由该处的应力转化而成，这和土体的实际工作状态是相符的。
但关于最危险滑弧仍采用试算法。
一般在实际工程的稳定分析中，如果试算的滑弧数目过多，则会出现工作量大、效率低的现象。
3）根据最大剪应变值进行分析。
利用最大剪
应变 max等值线图和安全系数fs等值线图进行分析计算，确定滑动面的位置，再利用安全系数 fs等值线图，即可定量地求出滑裂面的安全系数，即加权平均安全系数。
从理论上来说，该方法是可行的，但有可能出现按fs等值线和按 max等值线所确定的滑动面位置不一致的情况。
这时就必须结合其他稳定分析方法进行比较后才能确定其是否稳定。
同时，对于滑动面位置的确定一般是借助人眼的判断，不同的人可能会得到不同的结论。
用有限元法进行坝坡稳定分析时，不仅能计算出土体内各个单元的应力、应变及每个结点的结点力、位移，而且还可以考虑土体的非均匀性，各种材料的分区特性及变形特性以及各种荷载的分级施加。
三、各方法优缺点分析
刚体极限平衡法与有限元法对边坡稳定进行分析，其优缺点如下： 1）刚体极限平衡法将滑动土体作为理想的刚塑性体对待，完全不考虑土体的应力）应变关系，而土体是变形体，用分析刚体的办法，不满足变形协调条件，因而计算出滑动面上的应力状态不真实。
2）刚体极限平衡法不进行应力分析，其滑动面上的正应力、剪应力一般由条块的自重来确定，这不符合土质边坡工程的实际应力状态。
3）有限元法可以克服刚体极限平衡法的上述缺陷。
同时，实践经验表明，稳定和变形有着相当密切的关系，一个土坡在发生整体稳定破坏之前，往往伴随着较大的垂直沉降和侧向变形。
这就在一定程度上表明：利用有限元的应力变形结果进行边坡稳定分析在理论上是可行的，更是合理的。
4）目前在
应用有限元法进行土石坝坝坡稳定分析时，仍主要停留在定性分析方面，且定量分析也未脱离通过试算确定最危险滑弧的范畴。
由于试算时一般总是按经验预选可能的滑弧，试算滑弧数量就必定有限，且所获得的稳定安全系数最小的滑弧不一定就是最危险的滑弧。
这样，其计算结果的合理性及准确性往往不能令人满意。
综上分析，有限元法不仅可以克服刚体极限平衡法所存在的缺陷，而且实践经验表明，稳定和变形有着相当密切的关系，一个土坡在发生整体稳定破坏之前，往往伴随着较大的垂直沉降和侧向变形。
因此，用有限元的应力变形结果进行边坡稳定分析在理论上较刚体极限平衡法更合理。
针对有限元通过试算确定最危险滑弧的范畴的缺点“试算滑弧数量有限，且所获得的稳定安全系数最小的滑弧不一定就是最危险的滑弧”的缺点，随着计算机及电算技术的发展，能通过其他算法进行解决的，如最危险的滑弧自动搜索法。
四、结语
土石坝具有造价低、结构简单、对自然条件适应强、抗震性能好、工作可靠、寿命长、施工管理简便等优点，因而被广泛采用。
在水库安全鉴定中，大坝安全至关重要，而稳定问题又是大坝安全的关键之一。
特别是土石坝，稳定问题更是影响其安全的关键。
因此，本文就此谈了谈自己的一些建议。
参考文献：
[1]李明新，蒋艳君. 大良水库岁修工程坝坡稳定计算[ j] .
吉林水利， 2006
[2]魏瑛莺. 复杂土坡稳定问题的非线性有限元分析[ d] . 福州：福州大学， 2001。