土石坝的稳定分析.

土石坝的局部失稳一般表现为三种型式： 滑坡、 塑性流动、 液化




塑性流动是指由于坝体或坝基内局部地区的剪应力超 过土料的抗剪强度，变形超过弹性限值，使坝坡或坝 基发生过大的局部变形，从而引起裂缝或沉陷。塑性 流动可能发生在设计不良的软粘性土的坝体或坝基中。 液化是指饱和无粘性土体（特别是砂质土体）在动荷 载（如地震荷载）等因素的作用下，孔隙水压力突然 升高，土粒间的有效压力则随之减小，甚至趋近于零， 土体完全丧失抗剪强度和承载能力，成为如粘滞的液 体一样的现象。液化失稳一般发生在均匀细砂土的坝 体或坝基中。 关于塑性流动和液化失稳的进一步知识，请同学们参 考有关文献，如：天津大学祁庆和教授主编的《水工 建筑物》教材，以及有关《土力学》书籍。 本节主要介绍土石坝结构稳定中最为重要的、也是最 为常见的失稳型式：坝坡滑动稳定问题。


《SL274－2001 碾压式土石坝设计规范》第 8.3.11条还规定：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％。 《SL274－2001 碾压式土石坝设计规范》第 8.3.12条还规定：采用滑楔法进行稳定计算时， 如假设滑楔之间作用力平行于坡面和滑底斜面 的平均坡度，安全系数应满足上表中的规定； 若假设滑楔之间作用力为水平方向，安全系数 应满足上述第8.3.11条的规定。
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， 基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。
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 碾压式土石坝设计规范》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。 《SL274 － 2001 碾压式土石坝设计规范》附录四中第 D.1.1条规定了不同时期（施工期、稳定渗流期和水库 水位降落期）、不同土类的抗剪强度指标的测定方法 和计算方法。


（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，其型式与坝体结构、 土料和地基的性质、坝的工作条件等密切相关。坝坡 可能的滑动型式大体上可以归纳为以下3种： （1）曲线滑动（如图所示） 曲线滑动的滑动面是一个顶部稍陡而底部渐缓的曲面， 多发生在粘性土坝坡中。在计算分析时，通常简化为 一个圆弧面。



规范二：《SL274－2001 碾压式土石坝 设计规范》 《SL274－2001 碾压式土石坝设计规范》 第8.3.9条规定：对于均质坝、厚斜墙坝 和厚心墙坝，宜采用计及条间作用的简 化毕肖普法；对于有软弱夹层、薄斜墙 坝的坝坡稳定分析及其他任何坝型，可 采用满足力和力矩平衡的摩根斯顿－普 赖斯等滑楔法。 按简化毕肖普法计算时的容许最小抗滑 稳定安全系数见课本P119 表4-9

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2．非常运用情况I



3．非常运用情况Ⅱ 正常运用情况遇到地震时上下游坝坡稳定验算。

二、抗滑稳定安全系数的采用 规范一：《DL5180-2003 水电枢纽工程等级划分及设 计安全标准》 按瑞典圆弧法计算时的容许最小抗滑稳定安全系数
运行条件 1 基本组合 1.3 拦河坝的级别 2 1.25 3 1.2 4、5 1.15
4.5土石坝的稳定分析



4.5.1、概述
（一）土石坝的失稳型式 分析：


土石坝依靠土体颗粒之间的摩擦力来维持稳定。摩尔认为： 土体的破坏，主要是剪切破坏，即：一旦土体内任一平面上 的剪应力达到或超过了土体的抗剪强度时，土体就发生破坏。 土石坝体积肥大，如果土石坝的局部稳定性能能得到保证， 则其整体稳定性也就能得到保证。因此，土石坝的稳定性问 题主要是局部稳定问题。如果局部稳定得不到保证，或者局 部失稳现象得不到控制，任其逐渐发展，也可能导致整体失 稳破坏。
特殊 组合
校核洪水
正常运用+地震
1.2
1.1
1.15
1.05
1.1
1.05
1.05
1.0
上表中的安全系数适用于采用不计条间作用力的瑞典圆弧法 计算的情况。

对于1、2级高坝以及复杂条件情况，可采用计入条间 作用力的毕肖普法或其他较为严格的方法。此时，表 中的安全系数应提高5％～10％，且对1级大坝，在正 常运用条件下的安全系数不应小于1.5。
曲线滑动示意图


（2）直线和折线滑动面（如图所示） 在均质的非粘性土边坡中，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。 在不同土料的分界面，也可能发生直线或折线滑动。
直线和折线滑动面示意图

（3）复式滑动面（如图所示） 复式滑动面是同时具有粘性土和非粘性土的 土坝中常出现的滑动面型式。复式滑动面比较 复杂，穿过粘性土的局部地段可能为曲线面， 穿过非粘性土的局部地段则可能为平面或折线 面。在计算分析时，通常根据实际情况对滑动 面的形状和位置进行适当的简化。
4.5.3稳定计算情况和安全系数的采用

一、稳定计算情况 1．正常运用情况


(1)上游为正常蓄水位，下游为最低水位，或上游为设计洪水 位，下游为相应最高水位，坝内形成稳定渗流时，上下游坝 坡稳定验算。 (2)水库水位处于正常和设计水位之间范围内的正常性降落， (1)施工期，考虑孔隙压力时的上下游坝坡稳定验算。 (2)水库水位非常降落，如自校核洪水降落至死水位以下，以 及大流量快速泄空等情况下的上游坝坡稳定验算。 ’ (3)校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡稳定验算。