第四节土石坝的稳定分析 概述 坝坡稳定计算时,应先确定滑裂面的形状,大体可归纳为如下几种: (1)曲线滑裂面当滑裂面通过粘性土的部位时,其形状常是上陡下缓的曲面,由于曲 线近似圆弧,因而在实际计算中常用圆弧代替。 2)直线或折线滑裂面滑裂面通过无粘性土时,滑裂面的形状可能是直线或折线形。 当坝坡干燥或全部浸入水中时呈直线形;当坝坡部分浸入水中时呈折线形图。斜墙坝的上游 坡失稳时,通常是沿着斜墙与坝体交界面滑 (3)复合滑裂面当滑裂面通过性质不同的几种土料时,可能是由直线和曲线组成的 复合形状滑裂面。 Tyr xf (c) N各 、荷载组合及稳定安全系数的标准 )荷载 土石坝稳定计算必须考虑的荷载有自重、渗透动水压力和地震惯性力等。 (1)自重坝体自重一般在浸润线以上的土体按湿重度计算,浸润线以下、下游水位以 上的按饱和重度计算,下游水位以下的按浮重度计算 (2)渗透动水压力动水压力的方向与渗透方向相同,作用在单位土体上的渗透动水压 力为γJ,γ为水的重度,J为该处的渗透坡降。 (3)孔隙水压力这是粘性土体中常存在的一种力。粘性土在外荷载作用下产生压缩时 由于土内空气和水一时来不及排除,外荷载便由土粒及空隙中水和空气共同承担。土粒骨架 承担的应力称为有效应力,它在土体滑动时能产生摩擦力,而水和空气承担的应力称为孔隙 压力,它是不能产生摩擦力的。土壤中的有效应力为总应力与孔隙压力u之差,所以 土壤的有效抗剪强度为: z=c+(a-l)(gq’=c+ogq 式中、c'分别为内摩擦角和凝聚力
第四节 土石坝的稳定分析 一．概述 坝坡稳定计算时，应先确定滑裂面的形状，大体可归纳为如下几种： （1）曲线滑裂面 当滑裂面通过粘性土的部位时，其形状常是上陡下缓的曲面，由于曲 线近似圆弧，因而在实际计算中常用圆弧代替。 （2）直线或折线滑裂面 滑裂面通过无粘性土时，滑裂面的形状可能是直线或折线形。 当坝坡干燥或全部浸入水中时呈直线形；当坝坡部分浸入水中时呈折线形[图。斜墙坝的上游 坡失稳时，通常是沿着斜墙与坝体交界面滑。 （3）复合滑裂面 当滑裂面通过性质不同的几种土料时，可能是由直线和曲线组成的 复合形状滑裂面。 二、荷载组合及稳定安全系数的标准 （一）荷载 土石坝稳定计算必须考虑的荷载有自重、渗透动水压力和地震惯性力等。 （1）自重 坝体自重一般在浸润线以上的土体按湿重度计算，浸润线以下、下游水位以 上的按饱和重度计算，下游水位以下的按浮重度计算。 （2）渗透动水压力 动水压力的方向与渗透方向相同，作用在单位土体上的渗透动水压 力为γJ，γ为水的重度，J 为该处的渗透坡降。 （3）孔隙水压力 这是粘性土体中常存在的一种力。粘性土在外荷载作用下产生压缩时， 由于土内空气和水一时来不及排除，外荷载便由土粒及空隙中水和空气共同承担。土粒骨架 承担的应力称为有效应力，它在土体滑动时能产生摩擦力，而水和空气承担的应力称为孔隙 压力，它是不能产生摩擦力的。土壤中的有效应力 为总应力 与孔隙压力 u 之差，所以 土壤的有效抗剪强度为： = c + ( − u)tg = c +tg 式中 、 c 分别为内摩擦角和凝聚力
(二)稳定计算情况 根据经验,应对以下几种荷载组合情况进行稳定计算: (1)正常运用情况(设计情况)包括 ①上游为正常蓄水位,下游为相应的最低水位或上游为设计洪水位,下游为相应 的最高水位时,在稳定渗流情况下的上、下游坝坡的稳定计算 水库水位正常降落时,上游坝坡的稳定计算 2)非常运用情况(校核情况)包括 ①施工期,凡粘性填土均应考虑孔隙水压力的影响,考虑孔隙水压力消散的条件为 填筑密度低,饱和度>80%,K在107~10-3cm之间的大体积填土 ②水库水位非常降落,如自校核洪水位降落、降落至死水位以下,大流量泄空等情 况下的上游坝坡稳定计算 ③校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡稳定计算 (三)稳定安全系数标准 坝坡的抗滑稳定安全系数应不小于规定的数值 三、土料抗剪强度指标的选取 稳定计算时应该采用粘性土固结后的强度指标。确定抗剪强度指标的方法有前述的有 效应力法和总应力法两种,《碾压式土石坝设计规范》规定,对Ⅰ级坝和Ⅱ级以下高坝在 稳定渗流期必须采用有效应力法作为依据。Ⅲ级以下中低坝可采用两种方法的任一种。 四、稳定分析方法 (一)圆弧滑动法 土石坝设计中目前最广泛应用的圆弧滑动静力计算方法有瑞典圆弧法和简化的毕肖普 1.基本原理 假定滑动面为圆柱面,将滑动面内土体视为刚体,边坡失稳时该土体绕滑弧圆心O作旋 转运动,计算时沿坝轴线取单宽按平面问题进行分析。由于土石坝工作条件复杂,滑动体内 的浸润线又呈曲线状,而且抗剪强度沿滑动面的分布也不一定均匀,因此,为了简化计算和 得到较为准确的结果,实践中常采用条分法,即将滑动面上的土体按一定宽度分为若干个铅 直土条,分别计算各土条对圆心O的抗滑力矩M,和滑动力矩M,再分别取其总和,其比 值即为该滑动面的稳定安全系数K: 2.不计条块间作用力的瑞典圆弧法 现以渗流稳定期,用总应力法计算为例分析如下
（二）稳定计算情况 根据经验，应对以下几种荷载组合情况进行稳定计算： （1） 正常运用情况（设计情况）包括： ① 上游为正常蓄水位，下游为相应的最低水位或上游为设计洪水位，下游为相应 的最高水位时，在稳定渗流情况下的上、下游坝坡的稳定计算； ②水库水位正常降落时，上游坝坡的稳定计算。 （2） 非常运用情况（校核情况）包括： ① 施工期，凡粘性填土均应考虑孔隙水压力的影响，考虑孔隙水压力消散的条件为 填筑密度低，饱和度>80%,K 在 7 3 10 ~ 10 − − cm/s 之间的大体积填土； ② 水库水位非常降落，如自校核洪水位降落、降落至死水位以下，大流量泄空等情 况下的上游坝坡稳定计算； ③校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡稳定计算。 （三）稳定安全系数标准 坝坡的抗滑稳定安全系数应不小于规定的数值。 三、土料抗剪强度指标的选取 稳定计算时应该采用粘性土固结后的强度指标。确定抗剪强度指标的方法有前述的有 效应力法和总应力法两种，《碾压式土石坝设计规范》规定，对Ⅰ级坝和Ⅱ级以下高坝在 稳定渗流期必须采用有效应力法作为依据。Ⅲ级以下中低坝可采用两种方法的任一种。 四、稳定分析方法 （一）圆弧滑动法 土石坝设计中目前最广泛应用的圆弧滑动静力计算方法有瑞典圆弧法和简化的毕肖普 法。 1．基本原理 假定滑动面为圆柱面，将滑动面内土体视为刚体，边坡失稳时该土体绕滑弧圆心 O 作旋 转运动，计算时沿坝轴线取单宽按平面问题进行分析。由于土石坝工作条件复杂，滑动体内 的浸润线又呈曲线状，而且抗剪强度沿滑动面的分布也不一定均匀，因此，为了简化计算和 得到较为准确的结果，实践中常采用条分法，即将滑动面上的土体按一定宽度分为若干个铅 直土条，分别计算各土条对圆心 O 的抗滑力矩 Mr 和滑动力矩 Ms ，再分别取其总和，其比 值即为该滑动面的稳定安全系数 K： 2．不计条块间作用力的瑞典圆弧法 现以渗流稳定期，用总应力法计算为例分析如下