剪胀角对重力坝深层抗滑稳定性的影响
剪胀角对土质边坡稳定安全系数的影响
剪胀角对土质边坡稳定安全系数的影响陈忠源【摘要】The influence of soil slope dilatancy angle on the slope stability is studied with numerical simulation .It come to a conclusion dilatancy angle has a positive effect on the slope stability w hich is determined by both the height and soil materials of the slope .We suggest the dilatancy angle safety factor can increase by 0 .03 if the slope soil materials is clay orsticky ,w hile for the sand or silt soil , the factor can be risen by 0 .02 .%通过数值模拟探讨了边坡土体的剪胀对边坡稳定的安全系数的影响，得出了剪胀性对边坡稳定具有积极的作用，且其影响程度与坡高及边坡土质材料有关的结论。
同时，建议对于土质材料以粘土或粉质粘土为主的边坡，考虑剪胀角后的安全系数可增加0．03；而对于土质材料以粉土或砂土为主的边坡可增加0．02。
【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P235-240)【关键词】剪胀角;土质边坡稳定;安全系数;数值模拟【作者】陈忠源【作者单位】福州外语外贸学院，福建福州 350202【正文语种】中文【中图分类】TU430 引言岩土体的剪胀性是指岩土体在剪切屈服过程中体积会增大或缩小的特性。
材料在剪切过程中体积变化率可以用剪胀角来表示。
一般来说，对于密实性砂性土或超固结粘土，在剪切过程中会表现出剪胀性，而对于松砂或正常固结土，在剪切过程中会表现出剪缩性。
亭子口重力坝深层抗滑稳定性分析
等 Ｋ法 中的 条 块 作 用 力 与 水 平 面 的夹 角 对 深 层 抗 滑 稳 定 性 作 了敏 感 性 分 析 。两 种 稳 定 性 计 算 方 法 的结 果 均表 明 亭 子 １重 力 坝 表 孑 坝 段 深 层 抗 滑 稳 定 性 基 本 能 满 足 规 范 要 求 ；广 义 等 Ｋ法 中 条 块 作 用 力 与 水 平 面 的 夹 角 取 值 对 ： ３ Ｌ
中假定 的是 每一 滑 面通 过 的 同一种 介 质 ，当穿 过 多种 岩层 时 强度 参 数需 要 做加 权 处理 ，这严 重 影 响 了该 方 法在 理论 上 的严 密性 。 陈祖煜 …基于 虚功 原理 的基础 上提 出了理论 体 系更 为严 格 、应用 范 围 更 为 广 泛 的广 义 等 Ｋ法 （ａｌａ ） Ｓ ｒｌ 法 ，并 证 明 了在 双 滑 面 时与 等 Ｋ法 的等 效 性 。 自２ Ｔ ０世 纪 ８ Ｏ年代 以 来 ，分 项 系 数极 限状 态 设计 方 法 得到 推 广应 用 ，由于 分项 系 数是 在 总结 了大量 实 例 的资 料 和可 靠度
深层 抗 滑稳 定 分 析 成 果 有 显著 的影 响 ，建 议 在 亭 子 口深 层抗 滑稳 定 分 析 中妒 ５ ０ 。 取 。 １ｏ
关 键 词 ：亭 子 １重 力 坝 ；深层 抗 滑 ；广 义 等 Ｋ法 ；分 项 系 数 极 限 状态 设 计 方 法 ： ３
中图分类号 ：ｒ ６ １ Ｉ ４ Ｔ ｖ
表 孔 坝段 的多种 滑 移模 式 在不 同的计 算 工况 下 的 深层 抗 滑稳 定性 作 了验算 ，并 与 分项 系数 极 限状 态
剪胀角对分层边坡稳定性的影响
剪胀角对分层边坡稳定性的影响作者：曹婷张光碧邱珍锋来源：《南水北调与水利科技》2013年第03期摘要：利用有限元软件ABAQUS，采用强度折减法，对不同层数、不同材料、不同高度的分层边坡剪胀角进行折减，分析了剪胀角对分层边坡稳定性的影响。
结果表明，对分层边坡，任意土层的剪胀角进行折减时，安全系数Fs随着剪胀角的增加而增大，增大的幅度逐渐减小，其变化规律不受土层材料、高度、层数的影响。
与边坡整体的剪胀性相比，单层土的剪胀性对Fs的影响要小，且边坡上层土层的剪胀性对边坡稳定性的影响较大。
随着剪胀角的增大，边坡位移趋势越加明显，且塑性区的范围逐渐扩大，滑弧半径增大，安全系数随之增大。
在实际工程中，宜对分层边坡整体的剪胀角进行折减并慎重取值。
关键词：剪胀系数；分层土；软弱土层；强度折减；安全系数中图分类号：O 319文献标识码：A文章编号：16721683（2013）03006704岩土在剪切过程中会产生体积变形，正常固结的黏土和低密度的砂土一般会产生剪缩，而超固结土及密实度较高的砂土则产生剪胀[1]。
由于对岩土剪胀性的认识还不充分，大多数岩土工程分析中选择了两种极端情况：关联流动法则（剪胀角ψ=φ）和非关联流动法则（剪胀角ψ=0）。
关联流动法则意味着土体在剪切的过程中可以产生无限制的体积膨胀现象[2]，非关联流动法则ψ=0则认为土体是不可膨胀的，由此获取极限荷载。
关于剪胀角对岩土工程稳定性的影响问题，不少学者进行过探讨：康亚明[3]等通过剪胀角对边坡潜在滑动面影响的研究，得出的结论认为，随着剪胀角的减小，边坡的塑性区从坡顶向坡脚有贯通的趋势；蒋青青等[4]研究了坡顶超载情况下的边坡剪胀效应；吴春秋[5]提出边界荷载会使剪胀性更显著。
至于工程实践中剪胀角的取值问题，赵星光[7]研究了岩石峰值内摩擦角和剪胀角的关系，认为岩石在零围压时的峰值剪胀角小于并近似等于峰值内摩擦角；张培文[7]提出剪胀角对地基极限承载力的影响是不可忽略的，并认为只有考虑了材料的剪胀性、正确选用材料的屈服准则，才能得到符合理论与实际的边坡稳定安全系数[8]；孔位学等[9]通过对速度矢量和破坏面的夹角分析，得出剪胀角取0.5倍的摩擦角的结论，但却不一定适应具有软弱层的分层边坡。
重力坝抗滑稳定性不够的原因分析-获奖版PPT课件
图1 重力坝所外力示意图 ∑P—水平推力；u—扬压力；
∑G—自重；F—抗滑力
水利工程管理技术
重力坝抗滑稳定性不够的原因分析
2015.04
重力坝抗滑稳定性不够的原因分析
重力坝是用混凝土或浆砌石修筑的大体积挡水建筑 物，它的主要特点是依靠自重来维持坝身的稳定。
重力坝必须保证在各种外力组合的作用下，有足够 的抗滑稳定性，抗滑稳定性不足是重力坝最危险的病害 情况。当发现坝体存在抗滑稳定性不足，或已产生初步 滑动迹象时，必须详细查找和分析坝体抗滑稳定性不足 的原因，提出妥善措施，及时处理。
重力坝抗滑稳定性不够的原因分析
重力坝承受强大的上游水压力和泥沙压力等水平 荷载，如果某一截面的抗剪能力不足以抵抗该截面以 上坝体承受的水平荷载时，便可能产生沿此截面的滑 动。由于一般情况下坝体与地基接触面的结合较差， 因此，滑动往往是沿坝体与地基的接触面发生的。所 以，重力坝的抗滑稳定分析，主要是核算坝底面的抗 滑稳定性。坝底面的抗滑稳定性与坝体的受力有关， 重力坝所受的主要外力有：垂直向下的坝体自重；垂 直向上的坝基扬压力；水平推力和坝体沿地基接触面 的摩擦力等。
重力坝坝基抗滑稳定性
7.3 重力坝坝基的抗滑稳定性
7.3.2 表层滑动稳定性计算 抗剪强度公式（摩擦公式）
a、滑动面水平面时：
K
阻滑力 滑动力
f W-U
P
b、滑动面倾向上时：
K f W cos α-U Psin α
P cos α W sin α
公式评价：丌考虑凝聚力，凝聚力作为安全储备，所 以觃定的安全系数较低。
2力）分析抗力体BCD
抗滑 力 滑动
f2p sin v2 cos u2 c2 A2 p cos v2 sin
Ks2
f2 p sin v2 cos u2 c2 A2 p cos v2 sin
力Ks1 Ks2 p 代入上面两式，可分别求得安全系
7.3 重力坝坝基的抗滑稳定性
A
V1
DC
B
H
H cos
H sin
A
C
V sin V V cos
U1
C1 A1
D
P B
D
P V2 Psin( )
Pcos( )
V2 cos
V2 sin U2
B
C C2 A2
破坏模式： 假定条件： 行 分析过程：
块体ABD沿AB面滑动→推块体BCD →剪断BC面 1）假定ABC中存在一个结构面BD；2）P不AB平
7.3 重力坝坝基的抗滑稳定性
7.3.4 岸坡坝段抗滑稳定性计算
靠近岸坡的一个坝段设岸坡倾角为 θ，坝块总重为W，坝基面上的扬压力 为U，上游坝面水压力为P，坝基面的 抗剪断强度参数为f′和c′，滑动面面积 为A。
坝 顶
W
N
T
U
PS
坝轴 线
T
7.3 重力坝坝基的抗滑稳定性
提高坝体抗滑稳定性的措施.微课.
故县混凝土实体重力坝
潘家口水库宽缝重力坝
伊泰普混凝土空心重力坝
涌溪碾压混凝土重力坝
南告浆砌石重力坝
《水工建筑物》
/
1.利用水重 注意点：上游坝面的坡度不宜过缓， 否则容易产生拉应力。
2.采用有利的开挖轮廓线
（1）利用岩面的自然地形地 质，形成键槽； （2）将坝踵高程降低，使坝 基面倾向上游 （3）可以开挖成锯齿状， 形成局部倾向上游的斜面
3.设置齿墙 （1）在坝踵部位设齿墙， 切断较浅的软弱面。 （2）在坝趾部位设置齿 墙，将坝趾放在较好的岩层 上，更多地发挥抗力体的作 用，同时在一定程度上改善 了坝踵应力。 4.地基加固处理 上述两种措施目的在于提高坝基面的抗剪断参数f ′、c′值
5.横缝灌浆
将部分坝段或整个坝体 的横缝进行局部或全部灌浆， 以增强坝的整体性和稳定性。
7.地基防渗与排水（坝基内布置防渗帷和排水幕）
1 2 3 8 4
2.5m
1
1 6 5 4
3.5m
4 1 7 3 6 5 6
7 2
8.抽排降压措施 当下游水位较高，坝体承受的浮 托力较大时，可考虑在坝基面上设置 排水系统，定时抽水以减少坝底浮托 力。 上述两种措施目的在于降低扬压力。
9.空腹抛石 空腹重力坝或宽缝重力坝，可在空腔内填块石，提高坝体稳 f W U c A 定性。
抽排降压措施当下游水位较高坝体承受的浮托力较大时可考虑在坝基面上设置排水系统定时抽水以减少坝底浮托空腹重力坝或宽缝重力坝可在空腔内填块石提高坝体稳定性
水工建筑物·微课
提高坝体抗滑稳定的措施
主讲人：吴伟民 教 授 专业带头人 高级工程师 一级建造师 土木工程师
2014.12
项目5 水闸
剪胀角对土质边坡稳定安全系数的影响
过 程 中会表 现 出剪缩 性 。在 有 限元强 度折 减 系数
对 于剪 胀 角 ， 国 内 外 学 者 做 了很 多 的 研 究 。 张鲁渝 『 ４ 等 建议 采用 非关 联流 动准 则 （ ≠Ｑ） 来
收 稿 日期 ：２ ０ １ ４ — １ ２ — １ ０ 作 者 简 介 ：陈 忠 源 （ １ １ ） ８ ３ ～） ， 男 。 汉族 ， 福 建仙 游 人 ， 福州 外 语 外 贸学 院 工 程 师 ， 硕 士， 主要从事工 程管理与工程 造价 、 岩 土 工 程 方 向 研 究， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ４ ２ １ ３ ４ ４ ８ ９ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ．
此， 是 否 以及 如 何 考 虑土 体 的剪 胀 角 对边 坡 稳定
的影 响 ， 对 于合 理进行 边 坡 的设 计 ， 更 为科学 严密
地 进行 边坡 稳定 性 分 析 和 失 稳 预 测 ， 具 有 重要 的 理 论 和现 实意义 。
表 现 出剪胀 性 ， 而对 于松 砂或 正 常 固结 土 ， 在剪 切
ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ａ ｎ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｂ ｙ ０ ． ０ ３ ｉ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｌ ｏ ｐ ｅ ｓ ｏ ｉ ｌ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｃ ｌ ａ ｙ ｏ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｋ ｙ ，ｗｈ ｉ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｏ ｒ ｓ ｉ ｌ ｔ ｓ ｏ ｉ ｌ ，
重力坝设计中坝体构造注意事项
重力坝设计中坝体构造注意事项相关标签：•混凝土浇筑•重力坝设计•坝体构造坝体构造①廊道：为了检查坝体内部的工作状态，布设各种量测仪器，满足坝内交通和灌浆、排水的需要，在坝内设置水平或斜向廊道或竖井。
廊道沿坝高设置一层或多层，有纵向和横向两种，断面一般为上圆下方的城门洞形。
②分缝：为适应地基变形和温度变化，沿坝轴线方向用横缝把坝分成若干个坝段，横缝间距通常为15～20m。
横缝缝面根据需要设或不设键槽,灌浆或不灌浆。
在施工中，由于混凝土浇筑能力的限制和温度控制的要求，还要设置施工缝。
平行于坝轴线方向的竖向施工缝叫纵缝。
纵缝的间距一般为15～30m,可以是直缝、错缝或斜缝。
缝面设键槽,并需灌浆。
水平向施工缝叫水平缝。
水平缝的间距在基础约束范围以内和以外，分别为1～3m和3～6m，缝面一般均需进行凿毛处理。
③止水：在坝体横缝内、陡坡坝段与基础接触面以及廊道和孔洞穿越横缝处的周围，必需设置止水。
止水应具有柔性，可以用金属片、橡皮、塑料片或沥青井做成。
高坝上游面的横缝止水需用两道止水片，中间设一沥青井④坝体排水:为了减少渗水对坝体的不利影响，在坝体靠近上游防渗层的下游侧布设一排垂直向排水管，常用多孔混凝土管，间距为2～3m，将渗水汇入廊道。
重力坝设计中需考虑哪些荷载相关标签：•泥沙压力•地震荷载•重力坝设计基本荷载（ 1 ）坝体及其上固定设备的自重（ 2 ）正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力（ 3 ）相应于正常蓄水位时的静水压力（ 4 ）相应于设计洪水位时的动水压力（ 5 ）相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力（ 6 ）冰压力（ 7 ）土压力（ 8 ）泥沙压力（ 9 ）其他出现几率多的荷载特殊荷载（ 1 ）校核洪水位时的静水压力（ 2 ）相应于校核洪水位时的扬压力（ 3 ）相应于校核洪水位时的浪压力（ 4 ）相应于校核洪水位时的动水压力（ 5 ）地震荷载（ 6 ）其他出现机率很少的荷载重力坝设计中应力分析方法相关标签：•应力分析方法•重力坝设计设计的坝体断面需满足规定的应力条件。
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折减系数 Ｋ， 到一组新 的 Ｃ、 ， 得 然后代人有 限元进行试算 ， 满
足 给定 判 据 的折 减 系 数 ， 为稳 定 安 全 系 数 。 按 照 近 代 理 论 即 和技 术 建 设 的重 力 坝 很 少 发 生 整 体 失 稳 ， 坝 基 深 层 抗 滑 稳 定 但 问题 依 然 棘 手 ， 如何 止 确 模 拟 构 成 坝 基 深 层 滑 移 模 式 夹 层 、 断 层 等滑 裂 面 的力 学 参 数 尤 为 重 要 。 基 于 有 限 元 软 件 Ａ Ａ Ｕ 、 Ｂ Ｑ Ｓ Ａ Ｓ Ｓ等 分 析 其 安 全 系 数 时 ， 入 的 主 要 参 数 有 材 料 的 摩 擦 ＮＹ 输 角 、 聚 力 、 胀 角 等 。当 剪 胀 角 不 明确 时 ， 对 安 全 系 数 的 影 凝 剪 其
为了对该 坝段深层抗滑稳定性作全 面评价 ， 计算 中考虑 地 基 与坝体 自重、 上下 游水 压力 、 扬压 力 、 泥沙 压力 的综合 作用 。
以上 游 正 常 蓄水 位 １ ７ 下 游 水 位 １３６Ｉ 为 例 ， 平 衡 初 ７ｍ、 ４ ９ ｌ ｌ 在
始地应力 的基础上 分步施 加坝 体 自重 ， 拟施 工过程 ； 模 分步施 加上下游水压力 ， 简单模 拟水库蓄水运用过程 。
坝段坝基的结构面 、 岩层 层面及缓倾角裂 隙等构成双斜 面滑动
模 式 。 在 满 足 精 度 的 位 进 行 对
有限元 网格加密 。由于分析 的重点是 深层滑 移 ， 因此坝 体混凝
土采用线弹性参数 ， 坝基 及 构 成 滑 动 面 的夹 层 采 用 Ｍ ｈ —Ｃ ｕ ｏｒ ｏ — ｌ ｂ模 型 ， 算 材 料 参 数 见 表 １ ｏ ｍ 计 。
的影 响
２ 剪胀 角对重 力坝 深层抗滑 稳定的影响
基 于 Ｍｏｒ ｏｌ ｂ准 则 ， 用 正 常 蓄 水 位 工 况 进 行 计 ｈ —Ｃ ｕｏ ｍ 采 算 ， 析 了剪 胀 角 对 重 力 坝 深 层 抗 滑 稳 定 安 全 系 数 的 影 响 。 在 分 剪胀 角 的 敏 感 性 分 析 中 ， 仅 考 虑 了 剪 胀 角 大 小 的 影 响 ， 且 不 而 对剪 胀 角 也 进 行 了折 减 ， 中 剪 胀 系 数 ７＝ 其 ７ ＝０～ｌ 不 同 。
表 １ 计算材料参数
响在有 限元 汁算 中往往采用 两种极端做法 ： 一种是 将材料 的屈 服函数看做足材料 的塑性势 ， 关 联流 动法 则 ， 种方 法 的缺 即＿ 这
点 是 过 大 地 考 虑 材 料 的剪 胀 件 对 稳 定 的影 响 ； 一 种 是 完 全 不 另 考虑材料剪胀性对稳定的影响 ， 即非 关 联 流 动 法 则 。凌 平 平 等 分 析 了剪 胀 角 对 边 坡 稳 定 安 全 系 数 的 影 响 ， 议 在 有 限 元 计 建 算 时 对 剪 胀 角 进 行 折 减 ； 苍 琴 等 提 出 了基 于 材 料 状 态 相 关 贾 剪 胀 性 的 极 限 平 衡 法 ， 通 过 算 例 说 明在 极 限 平 衡 法 中 考 虑 剪 并
摘
要 ： 于有 限 元 分 析 软 件 Ａ Ａ Ｕ ， 用 强 度 折 减 法 ， 合 算例 分 析 了 Ｍ ｈ —Ｃ ｕｏ 基 Ｂ Ｑ Ｓ利 结 ｏｒ ｏｌ ｍｂ准 则 中重 力 坝 地 基 下 游 辅 助
滑裂面剪出角对重力坝 深层 双斜 面滑移模 式安 全 系数 的影响。结果表 明 ： 坝基深层 滑移模 式一定的情况 下， 着剪胀 角 随
关 键 词 ：Ｍｏｒ ｏ ｌ ｂ准 则 ； 剪胀 角 ； 剪 出 角 ； 强度 折 减 法 ； 重 力 坝 ；抗 滑稳 定 性 ｈ —Ｃ ｕ ｍ ｏ 文献标识码 ： Ａ ｄ ｉ１ ．９ ９ｊｉ ｎ １０ —３９ ２ １ ．４ ０ ６ ｏ：０３ ６ ／． ｓ．０ ０１７ ．０ １０ ．５ ｓ 中 图分 类 号 ：Ｔ ６ ２ ４ Ｖ ４ ．
有 限元 强度 折 减 法 基 本 原 理 是 将 岩 土 材 料 参 数 Ｃ 除 以 、
坝基计算范 围向上游 、 下游方 向延 伸 １５倍坝 高 ， ． 向坝 基深度 延伸 ２倍坝高 ， 大坝地基 底部 约束 为 固定 铰支 座 ， 上下 游面 为
垂 直 坝 轴 向约 束 。根 据 坝 基 岩 体 裂 隙发 育 情 况 及 岩 体 分 区 ， 该
第３ ３卷第 ４期
２１ ０ １年 ４月
人
民
黄
河
Ｖｏ ． ３． ． １ ３ ＮＯ ４
Ａｐ ．， ０ １ １ ２ １
ＹＥＬＬＯＷ
ＲＩ ＶＥＲ
【 利 水 电工 程 】 水
剪 胀 角对 重 力 坝 深层 抗 滑 稳定 性 的影 响
张海林 李 波 田 斌 ， ，
（ ． 峡 大 学 土 木 与建 筑 学 院 ， 北 宜 昌 ４ ３ ０ ； ． 峡 大 学 水 利 与 环 境 学 院 ， 北 宜 昌 ４ ３０ ） １三 湖 ４０２ ２ 三 湖 ４ ０ ２
胀角对正确评价土坡稳定 性是很 重要 的。张培 文 通 过算例
分 析 表 明 ， 全 系 数 随 剪 胀 角 的 增 大 而 增 大 ， 有 考 虑 材 料 的 安 只 剪 胀 性 ， 正 确 选 用 材 料 的 屈 服 准 则 ， 能 得 到 符 合 理 论 实 际 并 才
的 边坡 稳 定 安 全 系数 。
由 Ｍ ｈ —Ｃ ｕｏ ｂ模型基 本理论 及其 在 Ａ Ａ Ｕ ｏ ｒ ｏｌｍ Ｂ Ｑ Ｓ软件 中
的 应用 可 知 ， 擦 角 、 聚 力 Ｃ 剪 胀 角 为 控 制 参 数 。基 于 摩 凝 、 已 有 的研 究 成 果 ， 者 分 析 了剪胀 角 对 重 力 坝 深 层 抗 滑 稳 定 性 笔