第三节 重力坝的稳定分析

第三节重力坝的稳定分析
重力坝主要是依靠自重维持稳定，其可能出现的破坏型式(见图2.9)：
滑动：坝体沿抗剪能力不足的薄弱而产生滑动。

倾复：抗倾力矩小于倾复力矩.下游地基差易出现.
图2.9 重力坝失稳破坏示意图
因此, 抗滑稳定是重力坝设计中的一个重要内容.
计算假定
1、河床坝段作为平面问题处理，岸坡坝段按空间问题处理；
2、略去横缝作用，以单宽计；
3、假定为一根固结于基础上的变截面悬臂梁
稳定分析
目的: 验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度.
(一)沿坝基面的抗滑稳定分析
假定坝体与坝基的连接有三种物理模式:“触接”、“粘接”、“咬接”. 简单接触----摩擦公式
认为坝底光滑，坝基光滑，坝直接放置在基岩上----“触接”
故当滑动面为水平面时,抗滑稳定计算公式：
当滑动面为倾向上游的倾斜面时:
图2.10 重力坝沿坝基抗滑稳定计算示意图
2、抗剪断公式
假定坝体与坝基之间涂有一层砂浆----“粘接”
计算时考虑粘结力的作用，故抗剪断公式为:
计算时考虑粘结力的作用，故抗剪断公式为:
3、剪摩公式
假定坝体坝基之间凸凹不平，相互咬合在一起，计算时考虑纯剪强度
说明:
1、上述三个抗滑稳定计算公式是在不同的假定前提下得到的
摩擦公式：形式简单，概念明确，计算方便，多年来积累了丰富的经验，公式中不考虑粘结力与实际不符，(安全裕度含在假定中，k=1.0并不意味着处于临界状态；)
剪摩公式：考虑抗滑力时，人为地把阻滑力看作为摩擦力与抗剪能力之和，己挖掘了维持稳定的所有潜力。

因而要求的安全系数较大，在美、日等国家用得较多。

抗剪断公式：物理概念明确，也较符合实际，是近年来发展的趋势，《规范》也推荐采用，应注意抗剪断参数的选用。

2、对摩擦公式和抗剪断公式的讨论
摩擦公式忽略了坝体与基岩的胶结作用，不能完全反映实际工作状态，由于不考虑C的作用，因此K
取的较小。

抗剪断强度公式考虑了坝体与基岩的胶结作用，计算了全部抗滑潜力，比较符合坝的实际工作状态，物理概念明确。

但C‘现场测值不稳，因此K’取值较大.
3、计算参数确定
f’、C’和f的大小对抗滑稳定影响很大，若取大则安全没有保证；取小了浪费。

如何选取C、f值是计算稳定安全系数的关键。

(二)深层抗滑稳定分析
地基内一般都存在着软弱夹层或缓倾角断面，坝体挡水后，除了会沿接触面滑动外，还有可能沿断层、夹层等薄弱面产生滑动。

需讨论坝体沿深层抗滑稳定问题，目前关于深层滑动至今尚没有成熟的方法。

常用的方法有如下三种即：
刚体极限平衡法,有限单元法,地质力学模型试验法.
单斜面深层抗滑稳定计算
a、计算公式
b、对安全系数的要求采用摩擦公式时，因软弱面的C小，安全储备低，K应适当提高(25～30)％；采用抗剪断公式时，因软弱面的f′c′低，k′很难达到规范要求，可适当降低，但至少不低于2.0.
双斜面深层滑动
a、计算方法(见图2.11)
①令①区处于极限平衡状态
②令②区处于极限平衡状态------被动抗力法
③令K1=K2=K -----等安全系数法
图2.11 深层抗滑稳定计算示意图
b、说明：
1°上述三种方法求出的k差别较大；
2°R的倾角对K的影响较大ψ=0时，K最小；
(ψ与①②分界面上的摩擦特性有关，较难精确确定)；
3°上述方法在地基内设想增加了一个BD软弱面，使K降低，如岩体坚固完整，BD面上的抗剪强度足以承担其剪力，则按整体深层失稳核算；
(三)、岸坡坝段的稳定分析
对于岸坡坝段，除沿上下游方向有滑动的趋向外，坝体在自重作用下还有沿岸坡下滑的趋势，这就构成了三维受力状态，其稳定性不如河床坝段，需进行稳定验算,见图2.12.
(四)、增稳措施(见图2.13)
1°利用水重；
2°将坝基开挖成向上游倾斜的斜面(一般不这样做)；
3°当节理面倾向下游时，在坝踵下设齿墙，增加滑动体重量也增大抗力；4°设排水系统减小扬压力；
5°加固地基(如进行固结灌浆提高强度参数)；
6°予应力锚固；
图2.13 提高抗滑稳定性的几种工程措施。