重力坝-抗滑稳定分析

§3.3.1
重力坝抗滑稳定分析概述
任务—着重介绍抗滑稳定分析方法。 任务—着重介绍抗滑稳定分析方法。 目的— 目的—核算坝体沿坝基面或沿地基深层较弱结构面抗滑 稳定的安全度。 稳定的安全度。 分析方法— 分析方法— 刚体极限平衡法( method)； 刚体极限平衡法(rigid limit equilibrium method)； 有限单元法( method)； 有限单元法(finite element method)； 地质力学模型试验法 模型试验法( method)。 地质力学模型试验法(model testing method)。 问题分类— 问题分类— 平面问题——各坝段独立受力。 ——各坝段独立受力 平面问题——各坝段独立受力。 空间问题—— ——坝基内断层多条相互切割交错构 空间问题——坝基内断层多条相互切割交错构 成空间滑动体或地形陡峻的岸坡段。 成空间滑动体或地形陡峻的岸坡段。
§3.3.1
重力坝抗滑稳定分析概述
地质力学模型试验法： 地质力学模型试验法：
能较好地模拟基岩的结构、强度和变形特性， 能较好地模拟基岩的结构、强度和变形特性， 以及自重、静水压力等荷载， 以及自重、静水压力等荷载，能形象地显示滑移破坏 的过程。模拟内容不够全面和完善， 的过程。模拟内容不够全面和完善，不能完全依靠试 验定量解决问题。 验定量解决问题。 优点： 优点：能直观的模拟坝体与地基稳定体系中的主要影响 因素及变形与破坏全过程； 因素及变形与破坏全过程； 缺点：模拟内容有限，往往需要依据经验作适当简化， 缺点：模拟内容有限，往往需要依据经验作适当简化， 模型一旦建立，不易修改、费用高、周期长， 模型一旦建立，不易修改、费用高、周期长，试验结 果受到测试技术与若干不确定性因素的影响等。 果受到测试技术与若干不确定性因素的影响等。
§3.3
重力坝抗滑稳定分析
§3.3.1 重力坝抗滑稳定分析概述 §3.3.2 坝基破坏机理 §3.3.3 沿坝基面抗滑稳定分析 §3.3.4 深层抗滑稳定分析 §3.3.5 岸坡坝段抗滑稳定分析 §3.3.6 提高坝体抗滑稳定的工程措施 §3.3.7 稳定分析设计理论的历史沿革 §3.3.8 坝基抗滑稳定分析的发展 §3.3.9 现行规范中有关坝基抗滑稳定的有 关规定与讨论
§3.3.1
重力坝抗滑稳定分析概述
刚体极限平衡法： 刚体极限平衡法： 将断裂面（指坝体、岩体或大坝与岩 将断裂面（指坝体、岩体或大坝与岩体组成的滑 裂体等）看成刚体， 裂体等）看成刚体，不考虑滑裂体本身和滑裂体之间 变形的影响，也不考虑滑裂面上应力分布情况， 变形的影响，也不考虑滑裂面上应力分布情况，仅考 虑滑裂面上的合力（正压力、剪应力），而忽略力矩 虑滑裂面上的合力（正压力、剪应力），而忽略力矩 的作用效应。 的作用效应。 优点：概念清楚，计算简便， 优点：概念清楚，计算简便，任何规模的工程均 可采用； 可采用； 缺点：是不能考虑岩体受力后所产生变形的影响， 缺点：是不能考虑岩体受力后所产生变形的影响， 极限状态与允许的工作状态也有较大的出入。 极限状态与允许的工作状态也有较大的出入。
§3.3.2 坝基破坏机理
结论： 结论： 当坝基较软弱时， 当坝基较软弱时，重力坝均质坝基的失稳破坏主要 取决于从坝趾区开始的基岩剪切屈服区的发展过程； 取决于从坝趾区开始的基岩剪切屈服区的发展过程； 当坝基较坚硬时， 当坝基较坚硬时，重力坝均质坝基将不会出现坝趾 区基岩屈服并逐渐扩展的失稳破坏形式， 区基岩屈服并逐渐扩展的失稳破坏形式，其破坏形式 可能有两种： 可能有两种： 当发生过大的超载时，可能出现大坝抗倾破坏； ①当发生过大的超载时，可能出现大坝抗倾破坏； 当无过大的超载时， ②当无过大的超载时，大坝可能沿坝基胶结面这一 明显弱面发生水平滑动破坏。 明显弱面发生水平滑动破坏。
§3.3.2 坝基破坏机理
随着库水位的上升， ③随着库水位的上升，首先在大坝上游坝踵 的地基表层出现微裂隙扩张区， 的地基表层出现微裂隙扩张区，然后出现坝 踵裂缝及其尖端的微裂松弛区， 踵裂缝及其尖端的微裂松弛区，并向地基深 部发展；当基岩较软弱，力学强度较低时， 部发展；当基岩较软弱，力学强度较低时， 则滞后一些或同时在坝趾基岩中出现剪切屈 并逐渐向上游发展， 服，并逐渐向上游发展，在外因及内因作用 贯穿坝下整个浅层基岩， 下，贯穿坝下整个浅层基岩，导致大坝整体 失稳。 失稳。
§3.3.2 坝基破坏机理
重力坝滑动失稳模式： 重力坝滑动失稳模式：
表面滑动 浅层滑动 深层滑动 我国修建了大中型重力坝100余座， 余座， 我国修建了大中型重力坝 余座 其中有1/3存在深层滑动问题。 存在深层滑动问题。 其中有 存在深层滑动问题
§3.3.3
沿坝基面抗滑稳定分析
抗剪强度公式： 一、抗剪强度公式：
§3.3.2 坝基破坏机理
荷载：坝体自重、 下游坝面水压力、 荷载：坝体自重、上、下游坝面水压力、坝基渗 透水压力、坝基岩体应力等。 透水压力、坝基岩体应力等。 研究方法：模型试验、数值分析等。 研究方法：模型试验、数值分析等。 基本结论： 基本结论： 在水库未蓄水或建成时的低水位状态， ①在水库未蓄水或建成时的低水位状态，坝 体自重引起地基下沉，坝踵大于坝趾， 体自重引起地基下沉，坝踵大于坝趾，坝基面 倾向上游；随着库水位的不断上升， 倾向上游；随着库水位的不断上升，坝踵位移 逐渐上抬，坝趾位移变化不明显（时增时减， 逐渐上抬，坝趾位移变化不明显（时增时减， 在工程意义上可认为基本不变）。库满时， ）。库满时 在工程意义上可认为基本不变）。库满时，大 坝在产生向下游水平位移的同时， 坝在产生向下游水平位移的同时，还有大致绕 坝趾向下游转动的趋势，坝基一般倾向下游。 坝趾向下游转动的趋势，坝基一般倾向下游。
§3.3.2 坝基破坏机理
随着库水位的上升， ②随着库水位的上升，在坝趾区不发生屈 服或仅发生小范围屈服的情况， 服或仅发生小范围屈服的情况，坝基浅部岩 体呈水平向压缩， 体呈水平向压缩，坝踵与坝趾水平位移差随 库水位的上升而加大； 库水位的上升而加大；随着坝趾区屈服范围 的扩大，上述趋势逐渐减缓， 的扩大，上述趋势逐渐减缓，当坝基屈服区 上下贯通时，坝踵与坝趾水平位移几乎相等， 上下贯通时，坝踵与坝趾水平位移几乎相等， 坝体水平位移呈不稳定持续增长的趋势， 坝体水平位移呈不稳定持续增长的趋势，大 坝发生平行滑动，整体失稳。 坝发生平行滑动，整体失稳。
§3.3.2 坝基破坏机理
均质坝基上混凝土重力坝沿坝基面滑动失稳机理： 均质坝基上混凝土重力坝沿坝基面滑动失稳机理：
重力坝岩基的破坏首先开始于坝踵附近产 生的拉裂缝和微裂隙扩张松弛， 生的拉裂缝和微裂隙扩张松弛，而后坝趾区 出现剪切屈服区且逐渐向上游发展， 出现剪切屈服区且逐渐向上游发展，最后在 坝下浅层岩基中上下游贯通，形成滑动通道， 坝下浅层岩基中上下游贯通，形成滑动通道， 导致大坝的整体失稳破坏。 导致大坝的整体失稳破坏。 分析时，以一个坝段或取单宽计算，计算 分析时，以一个坝段或取单宽计算， 公式有抗剪强度公式 抗剪断公式。 抗剪强度公式和 公式有抗剪强度公式和抗剪断公式。
§3.3.1
重力坝抗滑稳定分析概述
§3.3.1
重力坝抗滑稳定分析概述
★ 抗滑稳定分析是重力坝设计中的一项重 要内容。 要内容。
主要关键词 （Keywords）： ）
★ 重力坝 （Gravity dam） ） ★ 抗滑稳定 （Stability against sliding） ） ★ 稳定分析 （ Stability analysis） ）
§3.3
重力坝抗滑稳定分析
§3.3.1重力坝抗滑稳定分析概述 问题的由来： 问题的由来： 根据混凝土重力坝设计规范（DL5108-1999） 根据混凝土重力坝设计规范（DL5108-1999）8.1.2 的相关规定，承载能力极限状态：坝体断面、 的相关规定，承载能力极限状态：坝体断面、结构及 坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算 必要时进行抗浮 抗滑稳定计算， 抗浮、 坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算，必要时进行抗浮、 抗倾验算 对需抗震设防的坝及结构，尚需按DL5703 验算； 抗倾验算；对需抗震设防的坝及结构，尚需按DL5703 水工建筑物抗震设计规范）进行验算。 （水工建筑物抗震设计规范）进行验算。 稳定问题的种类： 稳定问题的种类： 抗滑稳定：坝体沿抗剪能力不足的薄弱面产生滑动； 抗滑稳定：坝体沿抗剪能力不足的薄弱面产生滑动； 抗浮稳定：坝体在上、下游水荷载作用下， 抗浮稳定：坝体在上、下游水荷载作用下，产生向 上浮起破坏形式； 上浮起破坏形式； 抗倾稳定： 抗倾稳定：上游坝踵以下岩体受拉产生斜裂缝及坝 趾以下岩体受压发生压碎而产生倾倒滑移破坏形式。 趾以下岩体受压发生压碎而产生倾倒滑移破坏形式。
§3.3.2 坝基破坏机理
④ 不同的地基与坝体弹模比以及抗剪断参 数的不同，不改变坝基破坏发展的总体特征。 数的不同，不改变坝基破坏发展的总体特征。 坝基越硬，坝踵裂缝出现越早，微裂区越大， 坝基越硬，坝踵裂缝出现越早，微裂区越大， 坝趾处基岩越不易屈服；坝基越软， 坝趾处基岩越不易屈服；坝基越软，坝踵裂 E 缝出现越迟，微裂区越小， 缝出现越迟，微裂区越小，坝趾处基岩越易 屈服；对于某一确定的弹模比， 屈服；对于某一确定的弹模比，抗剪断参数 只影响坝趾附近基岩的屈服范围， 只影响坝趾附近基岩的屈服范围，对坝踵裂 缝影响不大。 缝影响不大。
§3.3.1
有限单元法： 有限单元法：
重力坝抗滑稳定分析概述
可计算地基受力后的应力场和位移场， 可计算地基受力后的应力场和位移场，并可模 拟地基中软弱结构面的局部化效应及多场耦合作用效 应等，研究地基破坏的发展全过程。 应等，研究地基破坏的发展全过程。 优点： 优点：可以考虑复杂地基的局部化效应及材料的非线性 本构关系，模拟地基及坝体变形与破坏的全过程等； 本构关系，模拟地基及坝体变形与破坏的全过程等； 缺点： 缺点：对有限元计算结果的应用及稳定判据的应用上尚 需进一步研究。 需进一步研究。
坝体与坝基间看成是一个接触面，而不是胶结 胶结面 坝体与坝基间看成是一个接触面，而不是胶结面。 当接触面呈水平时， 抗滑稳定安全系数为 当接触面呈水平时，其抗滑稳定安全系数为：