重力坝深层抗滑稳定计算分析
碾压混凝土重力坝深层抗滑稳定研究
碾压混凝土 重力坝深层抗滑稳定研 究 敲 。 毽 岛 蟪
龙 虹 茜
摘
（ 广西 南 宁 ５ ３ ０ ０ ２ ３ ） 要： 随着社会科技的发展与建筑行 业的不 断进步 ， 建筑工程的施工技术 已有 了明显的提高 。目前， 人们对建筑 的要求越来越 高， 传 统的工程施工
旆工措施一般有有限元法、 钢体结构平衡法 、 显式结构分析法等 。其中使用 在水利工程中最 多的就属钢体结构平衡法，它是水利工程项 目中最为关键
的方 法 之 一 。【 ’ １
与水平面的平均夹角， 以略小于此角度 作为抗力角再进行抗滑稳定分析： 若 抗滑稳定安全 系数仍不满足要求 ， 则必需采取抗滑工程措施 ， 提高重力坝 的
、
用， 并且其施工的规模也越来越扩大， 碾压混凝土施工技术逐渐成 为现代水 利工程施工的重点 。但是， 我们将碾压混凝土应用于工程中时发现 ， 它 的抗 剪能力极低 ， 从而导致其在施工过程中的质量大大降低 ， 存在着 各种 问题与 隐患 。在实际工作 中， 我们应该来怎样控制这类问题的发生 ， 并完善该技术 是 当前亟待 解决 的问题。 目前 ， 在水利工程项 目中， 设计师往往会对坝基 的 总体结构进行重 点研究，需要对 当中的地质、砂层等各方面进行全面 的考 虑， 以此来缓解存在在坝基结构 中的各种问题 ， 提高水利工程的抗滑能力和 稳定系数 根据 目前社会 的发展趋势 ， 通常使用在水利工程中抗滑稳定性的
个可能的滑裂面进行抗滑稳定计算 。
（ １ ） 重力坝深层抗滑稳定 分析一般采用抗剪断强度公式 ， 按双斜滑裂面 刚体极限平衡等安全 系数法进行计算，因其中抗力角取值越大算 出的安全 系数也越大， 因此， 对 抗力角较大取值的合理性必须加 以论证 ， 论证 的方法
某重力坝溢流坝段深层抗滑稳定计算分析
【 关键 词】 重力坝 ； 深层抗滑 ； 刚体法 ； 稳定计算 ０ 引言
某水 电站枢纽工程 建筑 物由挡水 建筑物、 溢流表孔 、 冲沙底 孔、 电 站取水 口等组成 挡水 建筑 物为碾 压混凝 土重力坝 ． 溢流坝段最 大坝 高 ８ ０ ｍ 。依 据《 水 电枢 纽工程 等级 划分 及设 计 安全标 准》 （ Ｄ Ｌ ５ １ ８ ０ — ２ ０ ０ ３ ） 规定 ． 工程 等别为 Ⅲ等 ， 工程规 模为 中型 ； 枢 纽主要 建筑物 为 ３ 级． 大坝安全级别 为 Ｉ Ｉ 级。对于重力坝 的深层抗滑稳定 性 ． 目前 在 国 内外一般均按平 面刚体极 限平衡计算 ．其安 全系数多按定值法取值 ． 并与相应采用 的方法 、 参数相配套 ， 且根据工 程实践经验 ， 不断做相应 的 调 整
‘
强风化和微风化的交界线 ④第 四组 取双滑面 ， 由坝踵 滑入 向下 ． 至下 游护袒首端折 向冲坑 强风化层的顶端 ⑤第五组取 双滑面 ， 由坝踵 滑入 向下 ， 至下游 护袒末端折 向冲坑 强风化和微风化的交界线 ⑥第六组取 双滑面 ． 由坝踵 滑入垂直 向下 ． 再折 向冲坑强风化 和 微风化的交界线 ⑦第七组取双滑 面 ． 由坝踵滑人垂 直向下 ， 再折 向冲坑微风化和 弱风化的交界线
⑧第八 组取双滑 面 ， 由坝踵滑入 向下 ． 至下游坝体 和护袒接逢处 折向冲坑强风化和微风化 的交界线 ⑨第九组取双滑 面 ， 由坝踵滑人垂 直向下 ， 再折 向冲坑 强风化层 令抗力 为 Ｑ ． 其与 Ｂ Ｄ面法 线的夹 角为 ． Ｂ Ｄ面与水平 面的夹 角 顶端。 为９ ０ 。 ．令块体 Ａ Ｂ Ｄ和块体 Ｂ Ｃ Ｄ同时处 于极 限平衡状态 ．分别核算 在正常蓄水位工况下 ． 所取 ９ 个典型滑面在抗剪断指标参数下计 Ａ Ｂ、 Ｂ Ｃ面上的抗滑稳定安全系数 。 、 ， 考虑块 体 ＡＢ Ｄ的稳定 ： 算， 安全 系数均满足要求 ， 第 四组滑面 的安全 系数最小 ， Ｋ ＝ ５ ． ８ ８ ； 在抗 剪指标参数下 ． 只有第 四组 安全系数 ： １ ． １ ７ ＞ １ ． ０ ５ ． 其余 的滑 面组合 安全系数均大于 １ ． ３ 。 在抗剪指标参数下 ， 存在四组危 险滑 面， 即第 １ 、 考虑块体 Ｂ Ｃ Ｄ的稳定 ： ４ 、 ８ 、 ９ 组滑面 ， 安全 系数分别为 １ ． ６ ７ 、 １ ． １ ７ 、 １ ． ６ １ 和 １ ． ７ １ 。 第 四组组合滑 ｆ ｚ ＇ ［ （ Ｇ ￣ ｃ ｏ ｑ ３ ＋ Ｑ ｓ ｉ ｎ ＠ ＋ Ｏ ） ＋ Ｕ ３ ｓ ｉ ｎ ｌ ｆ － Ｕ ： ｜ ＋ ｃ ｚ ＇ Ａ ２ 一 ｒ ， 、 面的安全系数最小 ． 由于滑面通过下游 的强风化层 ． 并且两个 滑面的 … Ｑ ｃ ｏ ｓ ｑ ｓ ＋ ０ ） － Ｃ ２ ｓ ｉ ｎ ｌ ｆ ＋ ｃ ｏ 倾角都 比 较危 险， 导致安全系数明显降低。 式 中： ∑Ｐ 、 ∑ ——作用 于块体 ＡＢ Ｄ上的总水平 、 总垂直力 ： 在 校核洪水位工况下 ． 所取 ９个典 型滑面在抗剪断指标参数下计 Ｇ 、 Ｇ ｒ一 分别位岩体 ＡＢ Ｄ、 Ｂ Ｃ Ｄ重量的垂直作用 ； 算， 安全系数均 满足要求 ， 第 四组 滑面的安全 系数最 小 ， Ｋ ＝ ５ ． ５ ６ ； 在抗 分别为 Ａ Ｂ、 Ｂ Ｃ滑动面 的摩擦 系数 ； 剪指标参数下 ， 存在 四组危险滑面 ， 即第 １ 、 ４ 、 ８ 、 ９ 组滑面 ， 安全系数分 Ｃ １ 、 ｃ ： ——分别为 Ａ Ｂ、 Ｂ Ｃ滑动面 的凝聚力 ； 别为 １ ． ４ ６ 、 １ ． ４ ２ 、 ｌ ‘ ３ ８和 １ ． ４ ７ 。 Ｕ 、 、 （ — 分 别 为 ＡＢ、 Ｂ Ｃ 、 Ｂ Ｄ面上 的扬压力 ； ａ 、 分别为滑动 面 Ａ Ｂ 、 Ｂ ｃ与水平面 的夹角 ； ３ 结语 Ａ。 、 Ａｒ— 分 别为滑动面 ＡＢ 、 Ｂ Ｃ的长度 ； 采用 刚体法对表孔溢 流坝段的坝基深层抗 滑稳定安全 系数进 行 Ｑ、 一 分别 为 Ｂ Ｄ面上的抗力与水平面的夹角 。 结果表 明坝基深层抗滑稳定具有 足够 的安全度 。正常蓄水 位 然 后令 ＝ ， 解 出抗力 Ｑ， 再将其 回带 ， 即可求 出整个滑移 体 的 了计算 ． 和校核洪水位工况 ． 所选取的 ９ 个 滑面组合 的抗 剪断安 全系数 都大于 抗滑稳定 安全 系数 ， 通过迭代法求解。 规 范要 求值 ３ ． ０ ， 其 中滑面 ５ 的安全系数最大 ， 为９ ． ５ １ ， 第四组滑 面的 ２ 计算 结果分析 安全 系数最小 ． 为５ ． ５ ６ ： 抗剪 安全系数都大于规范值 １ ． ０ ５ 。 其 中滑 面 ６ 的安全 系数最大 ， 为２ ． ９ ４ ， 第 四组滑面 的安全 系数最小 ， 为 １ ． １ ７ ， 第 四 计算 工况 采用正 常蓄水 位的基本 组合 ． 上游 水位 ９ ０ ０ ． ０ ０ ｍ． 下 游 组滑面最危险 ● 水位 ８ ４ ５ ． ０ ０ ｍ。计算荷 载包括大坝及滑 动面 以上岩体 自重 、 上 下游水 压力 、 扬压 力 ， 排水幕处 渗透压力折减 系数 ＝ ０ ， ２ ５ 。参 数取抗剪 断和 【 参考文献】 抗剪指标参数 ． 采用 等安全 系数法分别取 ９ 个 典型危险组合 滑面进行 ［ １ ］ 林 继镛． 水工建筑物． ４ 版［ Ｍ］ ． 北京 ： 中国水利水 电出版社 ， ２ ０ ０ ９ ． 计算 ： ［ ２ ］ 中华人 民共 和国行业 标准编写组． Ｄ Ｌ ５ １ ０ ８ — １ ９ ９ ９ 混 凝土重力坝设计规范［ ｓ ］ ． ①第一组取 向下游倾斜 的单滑 面 ． 由坝踵 滑入 。 从 冲坑 底部 滑出 北京 ： 中国电力 出版社 ． ２ ０ ０ ０ ． ②第二组 取双滑 面 。 由坝踵 滑人 向下 ， 至下游护袒 中间折 向冲坑 强风化和微风化 的交界线 ［ 责任编辑： 汤静 ］ ③第三组 取双滑 面 。 由坝踵 滑入 向下 ． 至下游护袒 首端折 向冲坑
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。
拉路河水库工程大坝深层抗滑稳定分析及处理措施
1工程概况贵州省织金县拉路河水库位于织金县东部牛场镇拉路河村境内，长江流域乌江水系三岔河一级支流拉路河上，拟建坝址距牛场镇政府所在地约2.3km，距织金县城约47km，距贵阳市110km。
水库建成后为织东协作发展区和龙场镇14万城镇居民生活生产供水。
坝址以上控制流域面积151km2，主河道河长28.1km，主河道比降9.04‰，坝址处多年平均流量4.09m3/s，多年平均年径流量1.29亿m3。
水库校核洪水位1256.20m，相应的总库容为2172万m3，正常蓄水位1255.00m，相应的库容为2034万m3，死水位1235m，死库容494万m3，兴利库容1540万m3，调节库容1540万m3，库容系数0.12，为年调节水库。
工程规模为中型，混凝土重力坝是该水利工程的主体建筑物。
2工程地质条件坝址区河段两岸基岩裸露，强~弱风化，完整性较差~较好，河床及两岸谷坡广泛分布有崩坡积、残坡积层和冲洪积物。
库区内的主要出露第四系冲积层（Q），基岩仅三叠系夜郎组二段（T1y2）地层出露，多分布于两岸陡崖峭壁及河床部位，岩性为深灰~灰黑色薄层至中厚层灰岩，局部夹极薄层的泥岩、炭质泥岩。
坝址区出露基岩地层整体产状N53°W/NE∠4°~6°，倾向上游偏左岸。
坝址区内节理裂隙发育，主要发育3组节理：第I组节理平均产状为N50°W/SW ∠75°，节理密度为3~5条/m，为优势结构面；第II组节理平均产状为N35°E/SE∠78°节理密度为1~2条/ m；第III组节理平均产状为N55°W/NE∠75°，节理密度为1~3条/m。
坝址区内第I组、第II组、第III组，结构面为陡倾结构面，缓倾角结构面为层面。
根据层面与裂隙的组合，坝基抗滑稳定主要可能发生深层抗滑稳定问题。
3深层抗滑稳定分析3.1深层抗滑分析坝址区存在3组裂隙，但均不构成重力坝潜在滑移面的风险。
重力坝的稳定及应力分析
2. 公式：
K'
f ' ( W U ) c ' A
P
3.抗剪断参数的选定
对于大型工程，在设计阶段， f ′,c′应由野外及室内试验 成果决定。在规划阶段，可以参考规范给定的数值选用：
4.安全系数[K′] 设计规范规定： 不分等级,基本荷载组合：采用3.0; 特殊荷载组合：（1）采用2.5；（2）采 用不小于2.3。
地基的接触面、坝体折坡处或坝体断面
削弱的部位（如廊道、泄水管道等部 位）。
1） 基本假定
i.
坝体混凝土为均质、连续、各向同性 的弹性材料； 不考虑两侧坝体的影响，各坝段独立 工作； 假定坝体水平截面上的正应力σy按直 线分布，不考虑廊道等对坝体应力的 影响。
ii.
iii.
2） 边缘应力的计算
一般情况下，坝体的最大应力和 最小应力都出现在坝面，所以应该 首先校核坝体边缘应力是否满足强
坝 踵 坝 踵 坝 趾Fra bibliotek硬 库 满
软
Ec—— Er——
基坝 岩体
2、地基变形弹模对坝体 应力的影响 3、坝体异弹模对坝体应 力的影响 4、纵缝对坝体应力的影 响 5、分期施工对坝体应力 的影响(见下图) 6、坝踵断裂对坝体应力 的影响
坝体主应力分布示意图
影响坝体应力的主要因素有：
1)
地基变形对坝体应力的影响；
2 2
2u Pu
2 d Pd
3）内部应力的计算
1 、坝内水平截面上的正应力 σy 假 定和σy在水平截面上直线分布。 2、坝体内剪应力τ。 3、坝内水平正应力σx。 4、坝内主应力σ1和σ2。 5、考虑扬压力时的计算方法。
考虑扬压力作用时的应力计算
软基上建重力坝的坝基抗滑稳定分析
1 工程概况
某水电站位于保山市腾冲县，是龙江—瑞丽 江干流龙江一级～腾龙桥河段龙头水库及相关梯 级水电站开发方案中位于龙文桥电站下游的水电 站， 电 站 装 机 容 量 2×22.5MW， 设 计 水 头 22m， 设计发电引用流量 238.8m3/s，是以发电为单一任 务的径流引水式电站。
水电站总库容 998.4×104m3，工程等别为Ⅳ 等，工程规模为小（1）型，主要建筑物按 4 级设 计。电站主要建筑物由拦河坝挡水建筑物（1 号、 2 号和 6 号坝段）、泄水建筑物（5 号坝段）、发 电 建 筑 物（3 号、4 号 坝 段） 组 成。 拦 河 大 坝 为 混 凝 土 重 力 坝， 坝 顶 高 程 1280.50m， 最 大 坝 高 48.5m（主厂房坝段），坝顶最小宽度 6m，坝顶 长 180.25m，共分 6 个坝段。设计洪水标准为 50a
云南水力发电
第 35 卷
70
YUNNAN WATER POWER
第 1期
软基上建重力坝的坝基抗滑稳定分析
米艳芳，寇甲兵
（云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021）
摘 要：针对软基上建重力坝的抗滑稳定问题进行了分析研究。因大坝基础为卵粒岩组和砂粒岩组的互层，为微成岩，采用抗剪公式
进行了沿建基面的抗滑稳定计算；针对坝基可能存在的深层抗滑稳定问题，采用公式法和双滑面法两种方法进行了复核对比验算，分
力 + 淤沙压力 + 风压力 + 浪压力 + 其他
自重 + 水重 + 静水压力 + 扬压力 + 土压 基本组合 2 设计洪水位情况
力 + 淤沙压力 + 风压力 + 浪压力
砂粒岩组 2.08 0.475 0.04 0.375 0.425 0.0375 0.325
重力坝的稳定分析
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. 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：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: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.(四)、增稳措施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；。
重力坝抗滑稳定分析
重力坝抗滑稳定分析重力坝的稳定应根据坝基的地质条件和坝体剖面形式，选择受力大，抗剪强度较低，最容易产生滑动的截面作为计算截面。
重力坝抗滑稳定计算主要是核算坝基面及混凝土层面上的滑动稳定性。
另外当坝基内有软弱夹层、缓倾角结构面时，也应核算其深层滑动稳定性。
《混凝土重力坝设计规范》（),,(0k k Q k G a Q G S ⋅⋅⋅⋅γγψγ⎪⎪⎭⎫⎝⎛k m k da f R ,11γγ),,,(0k k k Q k G a A Q G S ⋅⋅⋅⋅γγψγ⎪⎪⎭⎫⎝⎛k m k da f R ,12γγ•••R f 'R c '•C f 'C c '••——材料性能分项系数，查表1-12，也可实验确定；γd1——基本组合结构系数，查表1-13； A k ——偶然作用代表值；γd2——偶然组合结构系数，见表1-3；Σf 'f 'c 'c '2）。
2．抗剪断参数的选取式（4）中f 'R f 'C c 'R c 'C 的值，直接关系到工程的安全性和经济性，必须合理地选用。
一般情况下，应经试验测定，且每一主要工程地质单元的野外试验不得少于4组；选取这些参数值时，应结合现场的实际情况，参照工程地质条件类似的工程经验，并考虑坝基岩体经工程处理后可能达到的效果，经地质、试验和设计人员共同分析研究进行适当调整后确定，中型工程的中、低坝，若无条件进行野外试验，应进行室内试验，并参照地质条件类似工程的经验数据选用，小型工程的低坝无试验资料时，可参照地质条件类似工程的试验成果和经验数据选用，坝体混凝土与基岩接触面抗剪断参数的计算参考值见DL5108－1999《混凝土重力坝设计规范》。
表1 材料性能分项系数表2 结构系数。
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重力坝深层抗滑稳定计算分析
建设工程学部
水1101班
金建新
201151073
【摘要】
重力坝依靠自身重量来维持稳定,所以,安全就是重力坝设计的最基本最重要的要求。
一般情况下,坝体基岩很少是完整的岩体,常常存在复杂的节理、裂隙或断层等地质结构,并形成不可预知的滑动通道。
由于坝基的地质缺陷很难被发现,或者被清楚的了解,所以往往导致严重的工程事故。
因此,重力坝深层抗滑稳定性的研究在工程上具有普遍性和紧迫性。
对坝基岩体存在断层、节理、裂隙、软弱夹层等地质缺陷的重力坝工程进行稳定性分析与评价并提出合理的处埋措施对大坝工程实践具有十分重要的技术经济意义。
目前,重力坝稳定分析的方法很多,而在实际工程中,通常采用的方法是有限元法与刚体极限平衡法的结合,这样的优点在于：既可以避免难引入刚体极限平衡法的影响因素的缺陷,又可以规范安全系数的定义,方便设计人员进行使用。
本文作者通过理论分析和算例计算的比较,认为邵龙潭教授创立并发展的有限元极限平衡方法是优胜于刚体极限平衡法和有限元强度折减法的优秀方法。
有限元极限平衡方法理论严密,计算验证充分可靠,集合了刚体极限平衡法和有限元强度折减法各自的优点,又有效克服了两种方法的不可回避的缺点。
本文将有限元极限平衡法应用到重力坝深层抗滑稳定分析的问题中,显示出了与传统刚体极限平衡方法及有限元强度折减法计算分析结果一致的适用性,同时能够搜索出与实际情况相符的最危险滑裂面,并减少了稳定计算的工作量。
通过分析和讨论重力坝在分层施工、运行期蓄水及渗流等工况下的稳定性,得到了与实际工程中相一致的结果和结论,进一步验证了有限
元极限平衡法在重力坝稳定性分析问题中的实用性。
所以,有限元极限平衡是有很大发展前景的稳定分析的理论和方法。
前言
随着水利资源的不断开发, 地质良好的坝址越来越少, 当坝基岩体
内存在缓倾角的软弱夹层时, 坝体便有可能带动部分基岩沿软弱夹
层滑动, 对大坝的抗滑稳定十分不利, 因此必须核算坝体带动基岩
沿软弱面失稳的可能性, 研究坝体的深层抗滑问题[ 1] 。
目前, 国内重力坝抗滑稳定分析多采用有限元法模拟坝体和坝基材料的非线
性本构关系, 计算坝体及坝基各部位的应力、位移和破坏形态[ 2] 。
对于大多数滑动面未知的深层抗滑问题, 可采用有限元强度折减法, 按照比例降低基岩及地基中软弱结构面的抗剪强度指标直至达到临
界失稳状态。
笔者依据有限元强度折减法探讨了在地震作用下重力坝的深层抗滑稳定问题。
一计算方法
1. 1 计算思路
选取典型坝段的剖面进行适当简化, 建立三维有限元模型; 基于反应谱法计算单独地震荷载作用下坝体通过建基面作用在基岩上的水
平地震剪力[ 3] ; 对计算模型进行渗流场分析, 得到各节点的水头, 由此计算渗透荷载[ 2] ; 将计算渗流场得到的渗透压力作为节点荷载施加到坝体, 选取不同材料的强度折减系数进行静力深层抗滑稳
定计算分析; 将水平地震剪力作为节点荷载施到坝基上, 选取不同
材料的强度折减系数进行动力深层抗滑稳定计算分析。
1. 2 计算原理
1. 2. 1 位移增量有限元方程
在用有限元强度折减法求解安全系数的过程中, 荷载保持不变, 抗剪强度随加载过程逐渐降低, 这与常规非线性有限元分析中抗剪强度保持不变而荷载随加载过程逐渐增大或降低相反。
选取不同的折减系数从初始状态开始计算, 根据塑性区的分布确定滑动面位置, 通过对特征点位移随材料折减系数的变化曲线及塑性区贯通情况分析确定安全系数。
1. 2. 2屈服面方程
迭代过程中每点的应力状态必须位于屈服面内, 对摩尔库仑屈服准则, 屈服面方程分为沿已知滑动面或节理面屈服和各向同性材料屈服两种情况[ 4] , 笔者采用岩土工程中广泛使用的各向同性M ohr Coulom b 准则和Drucker Prager准则作为基岩屈服破坏准则。
1.2.3 刚体极限平衡法
深层滑动以双斜滑动面最为常见和不利，具有双斜滑动面的深层抗滑稳定简化计算是将滑移体分为两块，分别令其处于极限平衡状态。
常采用3 种计算方法：剩余推力法、被动抗力法、等安全系数法。
1. 2. 4 滑裂面的确定
采用有限元强度折减法计算稳定安全系数时, 无需事先搜索临界滑动面即可求出安全系数。
该方法认为在强度折减过程中, 有限元网格
节点位移出现突变的时刻即为破坏时刻, 此时折减系数的倒数即为
安全系数[ 5]。
在计算安全系数的同时可以得到滑动时刻结构的塑性区图, 考虑到结构的塑性破坏主要与塑性区的出现及分布情况紧密
相关, 根据最大最小值理论及有限元最小势能原理, 可以近似地认
为在此刻的塑性区图上, 塑性应变值最大点的连线(平面问题)即为
临界滑动面。
1.2.5深层抗滑稳定的破坏类型及特点
重力坝稳定性往往取决于坝基内的软弱夹层，根据软弱结构面空间展布性状的不同，重力坝深层抗滑稳定的破坏类型可分为以下3 种。
（1）滑裂面剪切破坏如图1(a)、1(b)所示，坝基内有构成单斜滑动或双斜滑动的软弱结构面，在水平荷载作用下沿滑裂面产生剪切破坏。
（2）抗力体挤压破坏
如图1(c)所示，当坝基内有倾向下游的缓倾角软弱结构面，而下游尾岩内无倾向上游的缓倾角结构面时，不构成双斜滑动面。
但尾岩岩性软弱，或下游有规模较大的横向断层破碎带，此时坝踵处基岩发生拉裂破坏，坝基内软弱结构面发生剪切破坏，坝体传给尾岩抗力体的剩余推力超过其承载力，使其产生挤压破坏，导致坝基产生过大的向下游的压缩变形而失稳。
（3）抗力体隆起破坏
图1(d)坝基内软弱结构面情况与图1(c)相同，但其尾岩为层状岩石，岩性坚硬且比较完整。
在水平荷载作用下，尾岩顶部产生拉力区，并产生向上的位移，即发生隆起破坏，而导致坝体产生过大的向下游的
位移而失稳。
二算例分析
某坝深层滑动面及坝体断面如图3 所示，图中ab 为主滑动面，bc 为第二滑动面，滑动面和水平面的夹角α =18°，β =25°；扬压力折减系数1α =1/3，2 α =0.25；混凝土重度为24 kN/m3，岩石重度为26kN/m3。
滑动面ab 的抗剪断强度参数的标准值1 f ′ = 0.63， 1 c ′= 0.45 MPa；滑动面bc 的抗剪断强度参数的标准值2 f ′ = 0.98，2 c ′ = 1.00 MPa；其中结构重要系数、设计状况系数、分项系数
以及基本组合结构系数按规范取值。
由于抗力方向对结果有较大影响，为安全起见，算例中令抗力Q 为水平方向，即取ϕ＝0°。
本文分别用规范方法和抗力及作用函数投影到滑动面方向来进行深层抗滑稳定分析，为了能定量地比较计算结果，定义一个无量纲数为从计算结果可知，用规范方法得到的1λ =1.171，大于用抗力及作用函数都投影到滑动面方向得到的2λ =1.041。
可见，规范方法偏于危险，而且存在着上述的一些不尽合理之处；而将抗力及作用函数都投影到滑动面方向进行分析，不仅物理意义明确，结果也偏于安全。
三结语
重力坝的深层抗滑稳定问题经过很多学者的多年努力，已经形成了比较成熟的计算方法，但仍有一些问题有待进一步解决。
本文在介绍刚体极限平衡法的基础上，指出了现行规范中重力坝双斜面抗滑稳定极限状态设计公式中存在的问题，并给出了相对合理的设计公式。
在工
程实践中，应根据工程的重要性，参照类似已建工程，采用相应的方法进行研究分析。
参考文献:
[ 1]张倬元, 王士天, 王兰生. 工程地质分析原理[M ]. 北京: 地质出版社, 1981.
[ 2] 聂德新, 杨建宏. 岩体结构、岩体质量及可利用性研究[M ]. 北京: 地质出版
社, 2008.
[ 3] 哈秋舲. 三峡工程永久船闸陡高边坡各向异性卸荷岩体力学研究[ J] . 岩石
力学与工程学报, 2001, 20( 5): 603- 618.
[ 4]任光明, 巨广宏, 聂德新, 等. 斜坡岩体卸荷分带量化研究[ J]. 成都理工大
学学报: 自然科学版, 2003, 30( 4): 335- 338.
[ 5]李勇, 聂德新, 任光明. 西南某水电站左坝肩岩体卸荷分带研究[ J] . 地质灾
害与环境保护, 2003, 14( 2): 44- 46.。