土石坝的稳定分析
土石坝稳定分析
3、孔隙水压力
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。
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： 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。
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
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。
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
肚松衯宸&愮鐝D)? $?d悡!餯怉_x0006_扈鋹A_x0006__x0019_嘬貑 _x001B_d?啃??d怉?4_x000F_癮?0?? 2l豀/D_x000F_@既 脝??窗?_x001B_兡蓟癟鑳_x0003_D?兗?_x0001_t_x0005__x000F_穃$0嬅7D[胒_x001B_d恆_x000F_溓??様??鸙捐_x0015_賰> u:hD_x0006_j _x0004_o?3葏蓇_x0005_3繼伞銨??_x000E_3覌耺_x0003_缻D????B凓du鞁_x0006_??V悏鳆鸖@_x0004_卯嬺嬝擛吚憢_x0016_塒鼢_x0008_媀_x0004_ _x000C_?塧X_x0013_B_x0005__x0003_?6?镞P??塓 _x0015_ =?輧棵廤UQ嬹?$嬭媇-_x0004_$?痁墢?頢_x0008__x0003_S_x000C_;聈_x0014_%谶蚩魅婥? _x000C__x0001_F_x0004_?_x0003_;u _x0007_?i7,嬤;雞嶂嬇<槣郬杽_x0004_gZ]__x000E_摞?<跌u孄??餽p嬑_x0003_Jk萘秣?k贤wb#u_x001B_媜_x0001_7w兀?){鱱H秒?Y?_x0008_麐z_x0004__x0003_蟏?=??傉哙`?w{[+鶋|_x0019_渹{?饓s_x000F_詐 ?\瘙=_x0019_氙_x001B_;鹵?Y%惢_?&嬟嬸侢 }_x0007_?S?_x0003_V鄟?佹饟_x0004_j_x0001__x0015_o€h?V_x0010_孁???3黷#嬘胳幥_x0013_I€鳻聋茓_x0003_P$_x0018_?荱嬞{稠-_x0004_J_x001D_纉_x0004_焗豒ホm?u馫VI)H纞潈; 矸?揿塋!魄舩?屗塗$9鑺_x0007_锂?艍)?婋Q浣=鼖s'顆F嬈_x0003_?2w﹢聟F+]W??:脄汄y賰亥I?p礪?wa 飞;Z厬_x0010_圪╦?呂Z?????拶?騚咡譪4#涨?鞗籽?菮=PM櫶k?卌蠑?q駜`6项縠餗q鹰|U鬨滗歒?淬盭睟覙6u姮?M+/l!o~l_x0002_諉:?5?磐嵸?€錺潗 T?鈪醞3h<袳_x0006__x001A_牒_x0012_唣?罐CB?_x0010_捓铹k_x0010_挭`ぅ}~鑈p衈_x0019_聮嗌_x0006_蜞敏??l_x0008_孰PB潉?潕
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。
土石坝(第四节：稳定分析)
折线滑动面：非粘性土坝部分浸水时滑动面常 常是折线滑动面。 非粘性土石坝的坝坡-心墙坝的上、下游坝坡， 斜墙坝的下游坝坡以及上游保护层连同斜墙的 滑动常形成折线滑动面。
14
常采用滑楔间作用 力平行滑动面假定
1
1
P1 K W1 cos 1tg1 W1 sin1
tg2 K
W2
cos 2
有效应力法:把孔隙压力作为外荷载计算，土的抗 剪强度指标采用有效强度指标 φ’,c’。
τ c (σ u)tg
4、地震荷载：同重力坝。
7
荷载组合（计算工况） 正常运用情况：
1.水库蓄满水时（正常蓄水位或设计洪水位） 下游坝坡的计算。 2.上游库水位最不利时上游坝坡稳定计算。
3.库水位正常降落，上游坝坡的稳定计算。
渗透动水压力可用流网法求得，但总的渗透动水压 力需将各网格的渗透动水压力按向量求和，比较繁 琐，在工程中常采用替代法。
K bi (h1i 'h2i cositg'i ci 'li bi (h1i mh2i )sini
12
最危险圆弧位置的确定
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2、折线滑动法 直线滑动面：非粘性土坝完全浸水或者不浸水 时滑动面常常是平面。
tg2 K
P1
sin(1
2 )
W2
sin2
P1
cos(1
2 )
P1 W1 sin1 W1 cos 1tg1
2
K P1 sin(1 2 )tg2 W2 cos2tg2
P1 cos(1 2 ) W2 sin 2
15
斜墙坝上游坝坡的稳定计算
最危险滑动面位置的确定
16
3、复合滑动面法
k
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
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。
土石坝稳定分析.ppt
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： •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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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 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。
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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。 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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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=γ j 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
土石坝稳定性分析与监测技术研究
土石坝稳定性分析与监测技术研究土石坝作为一种常见的人工坝工程，被广泛应用于水利、环保、能源和交通等领域。
然而，土石坝在长期使用中可能会出现稳定性问题，如滑坡、渗漏和裂缝等，对人们的生命财产安全和环境造成潜在威胁。
因此，对土石坝稳定性进行分析与监测技术的研究具有重要意义。
土石坝稳定性分析是研究土石坝结构是否具有足够的抗滑、抗倾覆和抗压能力的过程。
这一过程通常包括以下几个方面：土石坝的力学特性分析、坝体稳定性分析、滑坡分析以及抗震分析与设计。
首先，土石坝的力学特性分析是对土石材料的力学性质进行研究，包括孔隙比、饱和度、黏聚力和内摩擦角等参数的测定。
这些参数对于土石坝的稳定性具有重要影响。
其次，坝体稳定性分析是通过计算土石坝的滑动力和倾覆力，来评估坝体的稳定性。
滑坡分析是为了识别和预测土石坝可能发生的滑坡形式和程度，从而采取相应的防治措施。
最后，抗震分析与设计是为了保证土石坝在地震作用下能够充分发挥其抵御震害的能力。
土石坝稳定性监测技术是对土石坝运行过程中各种物理量（如温度、应变、压力和位移等）进行实时监测和分析，以判断土石坝是否存在异常情况。
稳定性监测技术广泛应用于土石坝的建设和运维过程中，能够及时发现和处理土石坝的安全问题。
常见的土石坝稳定性监测技术包括激光位移计监测、水平位移测量、孔隙水压力测量和应力监测等。
激光位移计监测技术通过激光束的测量和分析，可实时监测土石坝的位移变化。
水平位移测量技术可以通过测量土石坝结构的水平位置和变形来评估坝体的稳定性。
孔隙水压力测量技术通过在土石坝内部埋设压力传感器，实时监测土石坝内部的水压力变化。
应力监测技术可以通过测量土石坝结构的应变来评估坝体的稳定性。
土石坝稳定性分析与监测技术的研究对于确保土石坝的安全运行具有重要意义。
通过分析土石坝的力学特性和稳定性，可以预先识别潜在的稳定性问题，并采取相应的措施来加固坝体结构。
同时，通过实时监测土石坝的物理量变化，可以及时发现坝体的异常情况，并采取措施进行修复和调整。
土石坝的稳定分析
动面的稳定安全系数为
K
抗滑力 滑动力
Gtg cl
Pa Pn
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。
① 发生在非粘性土的坝坡中。例如：心 墙坝的上、下游坝坡，斜墙坝的下游坝 坡，；
② 发生在两种不同材料的接触面。例如： 斜墙坝的上游保护层滑动，斜墙坝的上 游保护层连同斜墙一起滑动，等。
2．稳定计算方法
采 用 滑 楔 法 分 析 计 算 。 如 图 ， ADC 为 滑 动 面 （对上游坝坡，折点一般在上游水位对应处）， 从折点铅直向DE将滑动土体分为两部分：BCDE 楔形体和ADE楔形体。
① 对BCDE楔形体
其作用力主要有：楔形体自重W1、平行于DC的两土块 之间的作用力P（ADC楔形体对BCDE楔形体的抗滑力）、
土体自重在滑动面DC上产生的摩擦力。
则BCDE楔形体沿DC滑动方向的极限平衡方程为
P W1 sin1
1 K
W1con1tg1
0
（4-43）
② 对ADE楔形体
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。
瑞典圆弧法
1．基本思路 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若干铅直土条，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。 瑞典圆弧法安全系数定义为：土条在滑动面上所提供 的抗滑力矩与滑动力矩之比。
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。
土石坝的稳定性评估与加固方案
土石坝的稳定性评估与加固方案土石坝是一种常见的水利工程结构，其主要功能是用于水库的蓄水和控制水流。
然而，在使用过程中，土石坝的稳定性问题一直备受关注。
本文将从土石坝的稳定性评估和加固方案两个方面进行讨论。
首先，土石坝的稳定性评估是确定其是否具备抵御各种外部力的能力。
评估土石坝的稳定性需要考虑多个因素，如坝体材料的力学性质、坝体的几何形状、坝基土的稳定性等。
其中，最重要的因素之一是坝体的材料力学性质。
土石坝的材料力学性质包括坝体内部土石体的强度和变形特性。
强度主要指土石体的抗剪强度和抗压强度，而变形特性则反映了土石体在受力过程中的变形行为。
一般来说，土石坝的抗剪强度越大，抗压强度越高，其稳定性就越好。
此外，土石坝的变形特性也需要被考虑进来。
因为当坝体受到外力作用时，土石体会发生变形，如果变形过大，就会导致坝体的破坏。
除了材料力学性质之外，土石坝的几何形状也会对其稳定性产生影响。
坝体的几何形状决定了坝体内外的应力分布情况。
一般来说，坝体的高宽比越小，坝体的稳定性就越好。
此外，坝体的坡面倾斜度也会影响土石体的稳定性。
如果坡面太陡，就容易发生滑坡等不稳定现象。
此外，坝基土的稳定性也是评估土石坝稳定性的重要因素之一。
坝基土是指土石坝的基础部分，承受着坝体的重力，并将其传递给下方的地基。
如果坝基土的稳定性不好，就会导致土石坝整体的稳定性问题。
因此，在评估土石坝的稳定性时，必须对坝基土的稳定性进行充分考虑。
了解土石坝的稳定性后，接下来就需要制定相应的加固方案。
加固方案的制定需要结合具体的工程实际情况，选择合适的措施进行加固。
常见的土石坝加固方式有以下几种：一种方法是提高土石坝的抗剪强度。
这可以通过在土石体中添加增强材料，如纤维素、聚合物等，来增加坝体的强度。
此外，可以采用加固材料，如钢筋、钢板等，在土石体表面进行包裹或加固，进一步提高土石坝的抗剪强度。
另一种方法是改变土石坝的几何形状。
通过调整坝体的高度、宽度和坡面的倾斜度，可以使土石坝的几何形状更加合理，从而提高其稳定性。
土石坝工程中的坝体稳定性分析
土石坝工程中的坝体稳定性分析土石坝是一种常见的水利工程，用于调节河流水位和蓄水，具有很高的综合经济效益和社会效益。
而在土石坝的设计和建设过程中，坝体稳定性是至关重要的一个方面。
本文将对土石坝工程中的坝体稳定性进行分析，探讨影响坝体稳定性的因素和解决方法。
坝体稳定性是指土石坝在运行过程中抵御各种内外力作用而保持稳定的能力。
影响坝体稳定性的因素有很多，其中包括地质条件、水文条件、坝体材料性质等。
首先，地质条件是影响坝体稳定性的关键因素之一。
地质条件包括坝址地质构造、地质灾害、地震活动等。
不同地质条件下的土石坝工程，其坝体稳定性问题也具有差异性。
其次，水文条件也是一个重要的因素。
水文条件涉及到坝址流域的降雨情况、水位变化以及水流对坝体的冲刷等。
水文条件的变化直接影响着坝体的受力状况，从而对坝体稳定性产生影响。
最后，坝体材料性质也是影响坝体稳定性的重要因素。
土石坝的材料性质包括强度、稠度、透水性等。
坝体材料的性质直接决定了坝体在受力时的承载能力。
针对坝体稳定性问题，土石坝工程中常采用的解决方法有很多。
首先是在选址阶段进行详细的地质勘测和地质灾害评估，以尽量减少地质条件对坝体稳定性的影响。
其次是在设计阶段进行合理的水力计算和承载力计算，确保坝体在各种水文条件和荷载情况下都能够稳定运行。
同时，引入一些现代的地质工程技术，如地下水位监测、地震预警系统等，以提前掌握坝体稳定性变化的趋势，及时采取相应的措施，保证坝体的安全运行。
在土石坝工程中，坝体稳定性分析是一项复杂而重要的任务。
只有充分考虑地质、水文和材料等多方面因素，并且采取科学合理的解决方法，才能确保土石坝工程的长期安全运行。
坝体稳定性分析不仅需要依靠先进的工程技术和现代设备，更需要依靠工程师的经验和专业知识。
只有不断积累和总结经验教训，才能在土石坝工程中不断提高坝体稳定性分析的精确度和可靠性。
总之，土石坝工程中的坝体稳定性分析涉及到多个因素的综合考虑和解决。
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。
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1 稳定性理论分析土坝的稳定性破坏有滑动、液化及塑性流动三种状态。
〔1〕坝坡的滑动是由于坝体的边坡太陡，坝体填土的抗剪强度太小，致使坍滑面以外的土体滑动力矩超过抗滑力矩，因此发生坍滑或由于坝基土的抗剪强度缺乏，因此坝体坝基一同发生滑动。
〔2〕坝体的液化是发生在用细砂或均匀的不够严密的砂料作成的坝体中，或由这种砂料形成的坝基中。
液化的原因是由于饱和的松砂受振动或剪切而发生体积收缩，这时砂土孔隙中的水分不能立即排出，局部或全部有效应力即转变为孔隙压力，砂土的抗剪强度减少或变为零，砂粒业就随着水的流动向四周流散了。
〔3〕土坝的塑性流动是由于坝体或坝基内的剪应力超过了土料实际具有的抗剪强度，变形超过了弹性限值，不能承受荷重，使坝坡或者坝脚地基土被压出或隆起，因此使坝体的坝基发生裂缝、沉陷等情况。
软粘性土的坝或坝基，假设设计不良，就容易产生这种破坏。
进展坝坡稳定计算时，应该杜绝以上三种破坏稳定的现象，尤其前两种，必须加以计算以及研究。
2 PC1500程序编制根据及计算方法2.1 编制根据及使用情况综述PC1500程序在计算方法方面采用了瑞典条分法和考虑土条程度侧向力的简化毕肖甫法。
从对土料物理力学指标的不同选用又可分为总应力法，有效应力法和简化有效应力法。
程序规定，计算公式中无孔隙水压力为总应力法；计入孔隙水压力为有效应力法；令孔隙水压力一项为零而将孔隙水压力包含在土体重量的计算之中，称为简化有效力法[1]。
分别考虑了稳定渗流期，施工期，水位降落期三种情况。
程序按照“水工建筑物抗震设计标准〞，“碾压土石坝设计标准〞编制。
2.2 计算方法所谓网格法，要计算假设干滑弧深度，对每一滑弧度计算过程如下：以给定滑弧圆心为中心，以大步长向四周由49个点，逐一计算，找出平安系数最小的点，以该点为中心，以小步长向四周布49个点，计算后就找出相应该滑弧深度的最小平安系数。
混合法是先用网格法。
将大步长布下的49个点算完后，找出平安系数最小的点，转入优选法计算。
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。
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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。
.
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。
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） 在均质的非粘性土边坡中，滑动面一般为直线；当坝
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
.
《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％。
运行条件
拦河坝的级别
1
2
3 4、5
基本组合
1.3 1.25 1.2 1.15
特殊 校核洪水
1.2
组合 正常运用+地震
1.1
1.15 1.1 1.05 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。
《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
复式滑动面示意图
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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。
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。
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。
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。
.
（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、
.
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，
2．非常运用情况I
(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。
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。
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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
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。