重力坝建基面选择的研究
重力坝沿建基面抗滑稳定的研究
２ １ 年第 １ 期 ０１ ０
假设 岩体 的抗剪强度为 ｒ，根据库仑 一 奈维 ｆ 一
尔准 则 ：
＋ ｃ （） １
：
：
妪一
￣ （ｆ ， ｃ）－％ ＋ ／ － ｒ＋ （ｆ ｃ） ｉ
一
、
假设 某单元 的任意一截 面的剪应力 当 ｒ ｒ ， ＜Ｉ 则不会 发生剪切破坏 ；＝ ｒ 时 ，则达到临界状态 ； 当 ． 时， ｒ ＞ 则发生剪切破坏 。
点 安 全 系数 定 义 为 ：
＝ ． ｒ 【 ２）
１
，
０５叮 一 ２ ．（１ ）
，
（ ０） １
。
４ 材料参数
坝体 和坝基均采 用线弹性模型 ，并认为坝基 是均匀的 ， 坝体 弹模 为 Ｅ＝ ９６ ａ ａ １．ｘ ０ Ｐ 。基岩变形 １
模 量分 别 为 Ｅ＝ ９２ １９１．ｘ ０，．ｘ ０ ａ ： ３ ．ｘ ０，９６ １９９８ １９ 。把 Ｐ
・
１ 计 算 工况和 网格 剖分
文 中分 别 以 ８ ，１ ，６ ，９ 高 的重 力坝 ０ １０ １０ １０ｍ
作为研究对象 ， 上游坝坡垂直 ， 下游坝坡为 １ ． ， ：７ ０５
４ ・ ３
水利科研
的破 坏 准 则 来研 究 重 力 坝 的抗 滑 稳 定 问题 。
东北水利水 电 破坏过程。此 时的 血为 ：
时对重 力坝进行 整体抗 滑稳 定分析 ， 整体抗 滑稳 定分析 不能反应 重力坝 剪切 失稳的 实际过程。
文 章采 用有 限单 元法对 ４ 不 同坝 高的重力坝进 行 了计 算 ， 据有 限元计 算的结果 ， 种 根 用点安全
系数 法 进 行 重 力 坝 失 稳 过 程 的 探 讨 。 局 部 反 映 重 力 坝 的 失 稳 机 理 。 从
重力坝地基施工方案设计
重力坝地基施工方案设计1. 引言重力坝是一种常见的大型水利工程，用于蓄水、防洪和发电等目的。
而在重力坝的施工过程中，地基工程是至关重要的一步。
地基施工的质量对于工程的稳定性和安全性有着重要的影响。
因此，本文将重点探讨重力坝地基施工的方案设计。
2. 施工前的地质勘察在进行重力坝地基施工之前，必须进行详细的地质勘察工作。
地质勘察旨在了解地质条件，包括地质构造、岩性、岩层裂隙、地下水位等信息。
通过地质勘察，可以评估地基稳定性及可能出现的地质灾害风险，为施工方案的设计提供依据。
3. 地基处理方案设计基于地质勘察结果，我们可以制定地基处理方案。
通常来说，重力坝的地基处理可以采用以下几种方法：3.1 土石方加固土石方加固是指通过土方的加固和处理，增加地基的稳定性。
常见的土石方加固方法包括填充土、加固墙和加固梁等。
在地质良好、土质稳定的地区，土石方加固是一种经济有效的地基处理方式。
3.2 桩基础桩基础是一种通过在地基中打入桩来分散荷载的施工方法。
桩基础分为钢筋混凝土桩、摩擦桩和地下连续墙桩等。
在地质条件复杂、土质较差的地区，桩基础是一种较为常用的地基处理方式。
在具有坚硬岩石基岩的地区，岩基处理是重力坝地基施工的常用方式。
岩基处理包括冲孔爆破、岩石开挖和岩石拓展等。
通过岩基处理，可以保证地基的坚固性和稳定性。
4. 施工工艺与技术在地基处理方案设计完成之后，需要制定相应的施工工艺与技术。
一般而言，重力坝地基施工分为以下几个步骤：4.1 坝体挖掘首先需要进行坝体的挖掘工作。
挖掘深度和坝体的形状根据设计要求来确定。
在挖掘过程中，需要注意地质条件和施工安全，采取合理的措施防止塌方和土体滑坡等意外发生。
根据前面设计的地基处理方案，进行相应的地基处理工作。
这可能包括填充土、打桩、冲孔爆破等。
地基处理过程应保证施工质量，确保地基的稳定性和强度。
4.3 坝体回填地基处理完成后，进行坝体回填工作。
回填材料的选择应符合设计要求，注意回填的均匀性和密实度。
水利重力坝设计参数及分析
水利重力坝设计参数及分析摘要：重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积档水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。
重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。
本文根据实际对其进行了简要的分析，仅供参考。
关键词：水利工程,重力坝,应力分析0、概述重力坝之所以得到广泛应用,是由于有以下优点：①相对安全可靠,耐久性好，抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强；②设计、施工技术简单，易于机械化施工；③对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件要求相对地说不太高；④在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题。
重力坝的缺点是：①坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；②坝体体积大，耗用水泥多；③施工期混凝土温度应力和收缩应力大，对温度控制要求高。
1、设计参数及分析方法某水坝的截面及其尺寸示意图见图。
坝体由混凝土浇筑,其材料的弹性模量为21.4GPa,泊松比为0.25,密度为2400kg/m3。
坝体挡水面承受静水压力作用,假设最危险状态为水平面刚好平坝顶。
实际的混凝土重力坝坝轴线往往较长,对于离开坝肩较远的坝段,按平面应变问题进行分析计算,得出的结果与实际情况很接近。
为方便计算,可将三维坝体模型简化成二维平面应变模型。
坝体的上、下游地基和坝底坝基各取为100m。
2、有限元模型的建立坝体及坝基有限元分析采用ANSYS单元库中PLANE42单元,它可用作平面应变单元,有4个节点,每个节点有两个自由度(x和y向位移,坐标系x轴正向指向下游,y轴正向指向坝顶)。
在ANSYS中建立模型并选用四边形映射网格划分。
对模型施加边界条件,并施加水压力及重力荷载。
坝体截面示意图图3、重力坝应力分析为了分析地基弹性模量对坝体应力的影响,分别取上述5种具有不同弹性模量的岩体作为地基材料,对模型进行有限元求解。
重力坝建基面的确定
【 摘 要 】 在 设计 过程 中，人们 往往 根据 强弱风 化 岩层 分界 线确 定重 力坝 建 基 面而忽略 了不 同
坝 高对基 岩持 力层有 完全 不 同的 力学要 求。 文章依据 在 渔仔 口电站 大坝 设计 过程 中遇到 的 问题及
采 取 的 处 理 方 法 。 出 了解 决 这 一 问 题 的 新 思 路 。 提
维普资讯
《 湖南水 利水电） ０ ７ ２ ０ 年第 ５ 期
④④④⑧ ④⑧ ＠⑨⑨
汪双 良
龚智 勇
４ ５０ ） １０ ３
（ 湖南省 水利 水 电勘 测设 计研 究总 院 长 沙市 ４ ０ ０ ）（ 南德 江监理 有 限公 司 常德 市 １０７ 湖
砂 质板
岩
强 风 化 上 带
强 风 化 下 带 弱 风 化
微 风 化
２． ６２
２ ｌ ６３ ２ ４ ６．
２ ６ ６．
１ ～２ ５ Ｏ ２— ５ Ｏ
２ ３ ～ ３ ４ —
０．４ ３ ０＿３ ３
１Ｏ５ ： ７ ： ．—１Ｏ．５ １ Ｏ ３ ￣１０ ６ ：．５ ：．
褶 皱分 布 ， 岸 坡 陡 于 左 岸 之 趋 势 。 所 见 节 理 裂 隙 主要 有 两 右
组 ： 是顺河向高倾 角节 理 ． ① 产状 Ｎ ０～５ Ｗ— ＥＳ ） ． 。 ２。４。 Ｎ （Ｅ ／７ ＿５
～
８ 。 一 般 长度 为 （ ５ ２ ） 张 开 （ ． ７ ｍ 面较 光 滑 平 直 ； ５， １ — ５ ｍ、 ５ １ ） ｍ，
岩 、硅 化 砂 质 板 岩 等 ，其 中 ： －１∈ 。 ∈２－ 。出露 于 坝 线 下 游 ２、
区 ， ３ ∈ 。 ∈２－、 出露 于 圳线 及坝 址 上 游 区 。另 外 ． 岸 山坡 ２ 两
重力坝设计设计范文
重力坝设计设计范文重力坝是一种常见的水利工程建筑物，用于储存水资源和调节水流。
它通过巨大的自重来抵抗泄水和水压力，以及其他外力的作用。
重力坝设计是一个复杂而关键的过程，需要综合考虑地质、水文、结构、材料等多方面因素。
下面将介绍一般情况下重力坝设计的基本步骤和关键要点。
首先，进行地质勘察和分析是重力坝设计的基础。
地质条件直接影响着坝址的选取和坝体的稳定性。
因此，需要对岩石、土壤等地质特征进行详细的探测和评估。
同时还需要了解地震、滑坡等自然灾害的潜在风险，以及地下水、渗流等水文条件。
在地质勘察的基础上，确定坝址和坝型。
合适的坝址通常应在拦截流域的狭缩处或大曲率的地方，以减小水流的冲击力和侵蚀力。
而坝型的选择则根据地质条件、设计要求和施工技术等因素来决定。
常见的坝型包括重力坝、拱坝、混凝土面板堆石坝等。
接下来，进行水文和水力学分析。
基于历史水文数据、降雨模拟等方法，对设计洪水、最大汛期年径流量等参数进行计算和预测。
此外，还需要进行水库调度分析，确定不同季节和水位下的库容和泄洪设计。
根据水文和水力学的分析结果，进行坝体的尺寸、稳定性和安全性计算。
重力坝设计通常需要考虑坝顶宽度、坝高、坝底宽度、坝面坡度等参数。
为了确保坝体的稳定性，需要进行地基处理、防渗设计、静力分析、动力分析等工作。
在设计过程中，还需要充分考虑强震、波浪冲击等外力的影响。
最后，进行重力坝的设计计算和验算。
在设计计算过程中，需要按照相关的设计规范和标准，进行坝体结构和材料的强度计算、应力分析等工作。
同时，还需要进行施工方案的评估和优化，确保施工过程的安全性和高效性。
综上所述，重力坝设计是一个复杂而关键的工作。
它需要综合考虑地质、水文、水力学、结构、材料等多方面因素，以确保坝体的安全和稳定。
通过地质勘察、水文分析、结构设计等一系列步骤，可以得出合适的坝址、坝型和坝体参数。
最后，进行设计计算和验算，确保重力坝的可靠性和安全性。
重力坝建坝对地质要求及建基面确定原则
前沿重力坝工程地质问题主要研究枢纽工程区地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、物理地质现象等工程地质条件与枢纽工程及各水工建筑物的相互作用与影响。
在水利水电工程建设中，不可避免地会遭遇各种复杂的地质条件，如深厚覆盖层、活断层和强震区、复杂岩体结构及软弱岩体、高边坡及大型滑坡体、高地应力和高地下水位、岩溶渗漏等问题。
重力坝主要工程地质问题主要包括以下几个方面：1) 弱结构面及其力学参数：岩体是岩石与结构面的结合体，结构面力学性质较差，是决定岩体结构类型、岩体质量、变形、透水性以及岩体稳定性的主要因素。
其中软弱结构面和软弱夹层由于力学强度低，影响水工建筑物整体稳定、变形稳定及渗透稳定，因此要查明结构面及软弱夹层的分布、连通性、厚度、性状、起伏差、分带、上下游岩体的完整性，检测其强度、变形和渗透性参数等。
不同类型的结构面及软弱夹层，工程性状有明显差别。
2)坝基岩体工程地质分类：坝基岩体工程地质分类主要适用于高混凝土重力坝，用于评价坝基岩体的变形和抗滑稳定性能。
坝基岩体工程地质分类对准确把握坝基岩体工程特性、合理选取岩体物理力学参数、客观评价坝基岩体稳定安全性以及对坝基开挖和地基处理设计等方面都起到了主要的指导作用。
3)抗滑稳定性分析及安全评价：坝基抗滑稳定性是指大坝在各种设计工况下抵抗发生剪切破坏的可靠性，是重力坝的主要问题之一。
由于坝基岩体地质结构不同，其滑动模式可归纳为3种类型：表面滑动、浅层滑动和深层滑动。
具体到某一座大坝，哪一类型滑动模式最危险、起控制作用的，则要结合工程的具体地质条件来判断，通过计算分析加以确定。
4)建基面选择：建基面位置的选择，应该考虑在经济可行的地基处理以后，能够满足大坝对地基的基本要求，即具有足够的力学强度、足够的抗滑稳定安全性、足够的抗变形性能和良好的抗渗性能，并有足够的耐久性，防止岩体性质在高压水的长期作用下发生恶化。
就地质而言，影响建基面选择的主要因素包括岩性、岩体结构、岩体完整性、岩体风化和卸荷特征、水文地质条件和地应力等。
重力坝建坝对地质要求及建基面确定原则
重力坝建坝对地质要求及建基面确定原则重力坝是一种常见的水利工程建筑物，通常用于水电站、灌溉工程等。
在建造重力坝的时候，地质要求非常重要，这决定了重力坝的结构和稳定性能，也关系到整个水利工程的质量和安全。
因此，在建造重力坝的时候，必须严格掌握地质要求和建基面确定原则，确保重力坝的结构可靠和稳定。
地质要求在建造重力坝的时候，先要进行地质勘探，了解地层结构和物理特性，确定坝址位置和建坝方案。
地质要求主要包括以下几个方面：一、坝址地质条件重力坝要选在地形起伏稳定、地形坚实、河道陡峭、洪水流速快、土石流等自然灾害发生较少的地区，以保证坝址地质条件稳定，不易发生坍塌和滑坡等不良现象，对于水文条件和水流速度的选择需要非常谨慎。
二、基础地质条件重力坝的基础是整个结构的基础，基础地质条件的好坏直接决定了重力坝的稳定性和寿命。
基础地质条件好的地方应该优先选择建造重力坝。
基础地质条件包括土层稳定性、基础岩体质量、基础岩体的变形和惯性特性等。
三、坝体地质条件坝体地质条件好坏和稳定性直接相关。
大多数重力坝采用均质性底部和上部稍微变形的混凝土结构，因此，在选择坝体地质条件时，需要优先选择岩层组成紧密、岩体均质、无裂缝、无滑动面、无破碎和泻湖隐患的地方。
建基面确定原则建立重力坝的建基面必须符合重力坝建造的原则，确保坝体稳定，地基沉降小，耐震性好。
建基面确定原则包括以下几个方面：一、建基面要求在建造坝基面时，应确定重力坝的上下游断面轮廓和孔口及其他附属工程的基金表面，确保基础表面为均匀的岩石或混凝土表面，并对地下的渗透量进行全面调查，以确保基础的均衡和稳定性。
二、基础宽度要求重力坝的建基面应该足够宽，保证宽度比高度的比值达到合适的比例。
通常，宽度与坝高的比例应该在1:6至1:8之间，从而在重力坝承受水压力时能够足够稳定。
三、建基面水平要求在确定坝基面时，必须保证坝体水平稳定，才能不悬浮和倾斜，正常工作。
因此，重力坝的坝基面必须平行于谷地地形轮廓线，同时基础表面的均匀性和规律性也要得到充分的保证。
重力坝建坝对地质要求及建基面确定原则
重力坝建坝对地质要求及建基面确定原则The manuscript was revised on the evening of 2021前沿重力坝工程地质问题主要研究枢纽工程区地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、物理地质现象等工程地质条件与枢纽工程及各水工建筑物的相互作用与影响。
在水利水电工程建设中，不可避免地会遭遇各种复杂的地质条件，如深厚覆盖层、活断层和强震区、复杂岩体结构及软弱岩体、高边坡及大型滑坡体、高地应力和高地下水位、岩溶渗漏等问题。
重力坝主要工程地质问题主要包括以下几个方面：1) 弱结构面及其力学参数：岩体是岩石与结构面的结合体，结构面力学性质较差，是决定岩体结构类型、岩体质量、变形、透水性以及岩体稳定性的主要因素。
其中软弱结构面和软弱夹层由于力学强度低，影响水工建筑物整体稳定、变形稳定及渗透稳定，因此要查明结构面及软弱夹层的分布、连通性、厚度、性状、起伏差、分带、上下游岩体的完整性，检测其强度、变形和渗透性参数等。
不同类型的结构面及软弱夹层，工程性状有明显差别。
2)坝基岩体工程地质分类：坝基岩体工程地质分类主要适用于高混凝土重力坝，用于评价坝基岩体的变形和抗滑稳定性能。
坝基岩体工程地质分类对准确把握坝基岩体工程特性、合理选取岩体物理力学参数、客观评价坝基岩体稳定安全性以及对坝基开挖和地基处理设计等方面都起到了主要的指导作用。
3)抗滑稳定性分析及安全评价：坝基抗滑稳定性是指大坝在各种设计工况下抵抗发生剪切破坏的可靠性，是重力坝的主要问题之一。
由于坝基岩体地质结构不同，其滑动模式可归纳为3种类型：表面滑动、浅层滑动和深层滑动。
具体到某一座大坝，哪一类型滑动模式最危险、起控制作用的，则要结合工程的具体地质条件来判断，通过计算分析加以确定。
4)建基面选择：建基面位置的选择，应该考虑在经济可行的地基处理以后，能够满足大坝对地基的基本要求，即具有足够的力学强度、足够的抗滑稳定安全性、足够的抗变形性能和良好的抗渗性能，并有足够的耐久性，防止岩体性质在高压水的长期作用下发生恶化。
重力坝建基面选择的研究
如何利用有限的勘探工作选择恰当的建基面 , 做到既安全 ,又经济 ,是工程地质和水工结构界面 临的一个重要问题 ,应当引起足够的重视 。在坝基 岩体弱风化带细分的基础上 ,对建基面应满足的各 种条件进行验证来确定建基面的方法对重力坝工 程来说是非常有效的 。随着结构设计的优化 ,筑坝 技术的进步 ,基础处理技术水平的提高 ,将大大改 善岩体质量 。随着测试手段的进步 ,理论研究的深 入 ,实践经验的丰富 ,坝基风化岩体利用研究必将 取得突破性进展 。
析 ,笔者给出选择合理建基面的流程 :
图 1 坝基右桩号为 0 + 39. 50剖面有限元网格图
3 工程实例
某水电站工程重力坝坝高 102 m ,坝基岩体岩 性为白垩系下统石帽山群上组流纹岩 ,岩石致密坚 硬 ,力学性质较好 ,但性质较脆 。坝址处河谷狭窄 , 两岸陡峻 ,呈较对称“V ”形 。坝址的地质构造主要 是断裂和侵入岩脉 ,断裂构造较发育 ,但断层均为 陡倾角 , 不 构 成 潜 在 滑 动 面 。对 右 岸 非 溢 流 坝 段 ————3号坝段进行分析 。根据现场勘察和试 验结果 ,将坝基岩体的弱风化部分 ,按物理力学性 质分为弱上 、弱中 、弱下 。设计将建基面大致放在 弱风化下部 ,笔者拟将建基面提高到弱风化中部 。
通过大量工程实践和理论研究 ,坝基风化岩体 的利用研究已经取得了一定的经验和成果 。如三 峡大坝已部分利用弱风化下部岩体 ;二滩工程直接 利用弱风化下部岩体 ,弱风化中部岩体适当处理后 利用 ,弱风化上部岩体经加固处理后局部利用 。在 选择坝的建基面过程中 ,应采用地质工程和系统工 程的理论方法 ,从分析地质体的特征入手 ,准确掌 握地质体的岩性特征 、构造特征 、物理力学特征 、变 形特征等本身固有特性 ,将其纳入一个系统内 ,与 上部建筑物的形式和结构特征紧密结合起来 ,研究 上部结构与基础地质体的相互作用 ,相互影响 ,最 终研究建基面 。
重力坝建基面选择的研究
将 岩体划 分 为 ４带 ， 即全风化 带 、 风化 带 、 风化 强 弱 带和微 风 化 带 。由于母 岩 岩性 差 异 ， 薄 不一 ， 厚 以 及 特殊风 化现象 等破坏 了 ４带 的正 常分 布规律 ， 单 靠定性 描述分 析 ， 确切 分带是 相 当困难 的 。因此 有
数不分工程等级 ， 基本载荷组合 时， 应大于或等于
化 。 当今 的发展趋 势是 ： 在优先 考虑加 固处理措 施
后， 尽量减 少开挖 深度 ， 以达 到水 工建 筑 物 既经 济
又 安全 的 目的。
通过 大量工 程实践 和理论 研究 ， 坝基风化 岩体
的利用研究 已经取 得 了一定 的经验 和 成 果 。如三
峡大坝 已部分利 用弱 风化下部 岩体 ； 二滩 －程直接 【 ＝ 利用弱风 化下部 岩体 ， 弱风化 中部 岩体适 当处理后
（ Ｌ １ ８—１９ ）１ ． ． 条 中指 出 ， Ｄ ５０ ９９ ０２ １ 原则 上应 在考 虑基 础加 固处理后 ， 在满 足坝 的强度 和稳 定 的基础 上， 减少 开 挖量 。不 必 要 的过 量开 挖 ， 仅 增 加 了 不 开挖 工程 量和 回填 混 凝 土量 ， 大 了工 程 的投 资 ， 增
混凝 土重力 坝坝 体各 部 位 的工 作 条 件 及受 力 条件 不同， 对上述 混凝 土 材 料性 能 指标 的要 求 也 不 同。 为 了满足坝 体各部 位 的不 同要 求 ， 节省 水 泥用量 及
工程 费用 ， 安全 与 经 济统 一 起来 ， 常将 坝 体 混 把 通
希望坝基置于新鲜完整基而会使 坝 体应 力 恶 反
重力 坝 坝基 岩体 是 存在 于 一定 环 境 中 的地 质
体， 其形成和发展经受过地质历史时期各种内外动 力地 质作 用 的 改 造 和 影 响 ， 不 同工 程荷 载 作 用 在
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(DL5108 - 1999) 10. 2. 1条中指出 ,原则上应在考 虑基础加固处理后 ,在满足坝的强度和稳定的基础 上 ,减少开挖量 。不必要的过量开挖 ,不仅增加了 开挖工程量和回填混凝土量 ,增大了工程的投资 , 延长了施工工期 ,而且加大了坝体承受水压力面 积 ,增大总的载荷 。且深挖后新岩体暴露在空气 中 ,时间久后就会产生松弛 、爆裂和风化破坏 ,以致 希望坝基置于新鲜完整基岩的目的不能如愿 。有 时开挖过深 ,基岩刚度过大 ,反而会使坝体应力恶 化 。当今的发展趋势是 :在优先考虑加固处理措施 后 ,尽量减少开挖深度 ,以达到水工建筑物既经济 又安全的目的 。
坝基岩体应该满足以下条件 : (1)渗流条件 。即通过坝基的渗漏应控制在 允许的范围内 ,坝基面扬压力应小于设计值 ,此外 , 还必须保证坝基不发生渗透破坏 。 (2)压缩变形 。对于坚硬完整的岩体 ,变形模 量值很高 ,压缩变形很小 ,当变形均匀一致时 ,对坝 体的安全稳定没有明显影响 。 ( 3)抗压强度 。通常 100 m 高的混凝土重力 坝 ,传到地基岩体上的压力可达 2. 3～2. 4 M Pa,坝 基岩体应能承受这个压力并有足够强度 。 (4)抗滑稳定 。近年来 ,把抗剪断强度参数引 入抗滑稳定分析计算 ,已经成为国内外的发展趋 势 。抗剪断公式为 : K″s = ( f′∑V + c′A ) ÷∑H 式 中 : f′—抗 剪 断 摩 擦 系 数 ; c′—抗 剪 断 凝 聚 力 ; ∑ H —作用在滑动面以上的力在滑动面方向投影的
重力坝坝基岩体是存在于一定环境中的地质 体 ,其形成和发展经受过地质历史时期各种内外动 力地质作用的改造和影响 ,在不同工程荷载作用 下 ,岩体的物理力学性质 、变形 、破坏机理有极大差 异 ,对这些问题能否正确认识 、准确评价 ,关系到岩 体的合理利用 ,直接影响大坝的安全和经济 。
坝基岩体合理利用的重要标志之一就是优选 建基面 。影响建基面选择的因素很多 ,既有岩体本 身所处的地质环境因素 ,又有上部结构因素 ,既有 技术因素又有经济因素 。混凝土重力坝设计规范
通过大量工程实践和理论研究 ,坝基风化岩体 的利用研究已经取得了一定的经验和成果 。如三 峡大坝已部分利用弱风化下部岩体 ;二滩工程直接 利用弱风化下部岩体 ,弱风化中部岩体适当处理后 利用 ,弱风化上部岩体经加固处理后局部利用 。在 选择坝的建基面过程中 ,应采用地质工程和系统工 程的理论方法 ,从分析地质体的特征入手 ,准确掌 握地质体的岩性特征 、构造特征 、物理力学特征 、变 形特征等本身固有特性 ,将其纳入一个系统内 ,与 上部建筑物的形式和结构特征紧密结合起来 ,研究 上部结构与基础地质体的相互作用 ,相互影响 ,最 终研究建基面 。
No. 2 June 2010 GEZHOUBA GROUP SC IENCE & TECHNOLOGY Serial No. 94
重力坝建基面选择的研究
龚 黎
摘 要 本文介绍重力坝的基本属性 ,以及如何合理选择重力坝建基面的方法 。具体为在对坝基岩体弱风化 带进行细分的基础上 ,拟定数个建基面高程 ,然后验证渗流条件 、抗压强度条件 、变形条件和抗滑稳定条件 ,确 定最优建基面 。并给出某重力坝工程的应用实例 。 关键词 重力坝 ;坝基 ;建基面 ;优选
(1)渗流条件分析 。勘测表明 ,坝址区岩体一 般透水性较小 ,强风化岩体为中等透水岩体 ,弱 ～ 微风化岩体为弱透水 ～极弱透水岩体 ,只是局部弱 ～微风化岩体 ,由于断层 、裂隙以及岩体接触带的
21
No. 2 June 2010 GEZHOUBA GROUP SC IENCE & TECHNOLOGY Serial No. 94
代数和 ; ∑V —作用在滑动面以上的力在垂直于滑
动面方向投影的代数和 ; A —滑动面面积 。
中国《混凝土重力坝设计规范 》推荐这一计算
公式 ,并在总结已有筑坝经验基础上 ,提出了目前
认为较适宜的抗滑安全系数 。规范中规定 ,安全系
数不分工程等级 ,基本载荷组合时 ,应大于或等于
3. 0;特殊荷载组合时 ,应大于或等于 2. 5。
1 重力坝及坝基概述
1. 1 重力坝的工作原理和分类 重力坝的工作原理是在水压力及其他荷载的
作用下 ,主要依靠自重在滑动面上产生的抗滑力来 抵消坝前水压力满足稳定的要求 ,同时依靠坝体自 重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力 所引起的拉应力满足强度的要求 。常用的分类是 按照筑坝材料分类可分为 :混凝土重力坝和浆砌石 重力坝 。按照施工方法分类可分为 :浇筑式混凝土 重力坝和碾压式混凝土重力坝 。坝体混凝土分区 : 混凝土重力坝坝体各部位的工作条件及受力条件 不同 ,对上述混凝土材料性能指标的要求也不同 。 为了满足坝体各部位的不同要求 ,节省水泥用量及 工程费用 ,把安全与经济统一起来 ,通常将坝体混 凝土按不同工作条件进行分区 ,选用不同的强度等 级和性能指标 。 1. 2 重力坝坝基概述
列于表 1。
高程 /m
f′
c′/ kPa
K
68. 5
1
1000
3. 75
70
0. 78
900
3. 10
7
0. 70
800
2. 82
表 1中的计算结果表明 ,当该坝段建基面提高
到 70 m 时 ,可以保证抗滑稳定 ,当提高到 71 m 时 ,
就不能保证抗滑稳定 。 yu 此同时 ,对其余段也进
行了计算 。根据计算结果 ,建议将河床坝段抬高 1 ～1. 5 m ,岸坡挡水坝段抬高 1. 5 ～2. 5 m ,在这个 范围内 ,二维计算结果可以满足规范上的控制标准 及抗滑稳定等要求 。
材料 4为微风化层及新鲜岩体 , F3、F8 为两条断
层 。断层均为陡倾角断层 ,不构成潜在滑动面 ,因
此坝基岩体破坏失稳主要表现为表层滑移 ,即沿混
凝土和岩石结合面滑动 。设计提出的建基面高程
为 68. 5 m ,位于微风化上部 。笔者设计了 3 种计
算方案 ,高程分别为 68. 5 m、70 m、71 m ,计算结果
析 ,笔者给出选择合理建基面的流程 :
图 1 坝基右桩号为 0 + 39. 50剖面有限元网格图
3 工程实例
某水电站工程重力坝坝高 102 m ,坝基岩体岩 性为白垩系下统石帽山群上组流纹岩 ,岩石致密坚 硬 ,力学性质较好 ,但性质较脆 。坝址处河谷狭窄 , 两岸陡峻 ,呈较对称“V ”形 。坝址的地质构造主要 是断裂和侵入岩脉 ,断裂构造较发育 ,但断层均为 陡倾角 , 不 构 成 潜 在 滑 动 面 。对 右 岸 非 溢 流 坝 段 ————3号坝段进行分析 。根据现场勘察和试 验结果 ,将坝基岩体的弱风化部分 ,按物理力学性 质分为弱上 、弱中 、弱下 。设计将建基面大致放在 弱风化下部 ,笔者拟将建基面提高到弱风化中部 。
利用有限元方法计算得到最不利的滑动面上
各单元的平均法向应力和剪应力 ,然后根据如下公
式计算可得到抗剪断安全系数 :
n
n
∑ ∑ ( σiΔL i) ·f′+ ( σiΔL i) ·c′
″ห้องสมุดไป่ตู้
Ks =
i =1
i =1 n
∑τ i
·L
i
i =1
式中 :σi、τi————i滑动面单元的正应力和剪
应力 ;ΔL i————i滑动面单元长度 。基于以上分
(3)高效减水剂 、引气剂为粉剂施工过程中配 制成一定浓度的溶液使用 ,并严格控制溶液浓度 ;
(4)混凝土含气量按 3% ～5%控制 ,当含气量 发生较大变化时应及时调整引气剂掺量 。
5 结语
四川嘉陵江苍溪航电枢纽工程所使用的细骨
22
料介于特细砂和细砂之间 ,原材料较为特殊 ,相关 试验资料的积累也很有限 。葛洲坝集团苍溪航电 工程施工项目部试验室根据现场实际情况对混凝 土配合比进行了科学严谨的试验 ,所得试验成果取 得了成功 ,不仅保证了混凝土的强度指标 ,而且单 位水泥用量为同流域梯级电站中最少 ,在大体积混 凝土降低水化热 、减小混凝土泌水干缩 、提高混凝 土耐久性等方面取得了相当宝贵的经验 。
一般情况下 ,全 、强风化岩体不宜作为混凝土 坝坝基 ,需予挖除 。弱风化是一个由工程性质较差 的碎裂结构到较好的块状结构岩体的过渡带 ,其上 下部仍有较大差别 。一般在弱风化下部岩体中结 构体呈“硬性接触 ”,裂隙交接处为半坚硬棱角状 , 岩体强度受裂隙面粗糙度和起伏差的影响 ,而且可 以通过一定的工程处理措施提高其力学强度 。
【作者简介 】 熊 林 男 葛洲坝集团第二工程有限公司 助理工程师 四川
成都 610091
影响 ,存在中等透水层 。因此弱风化中部满足渗流
条件 。
(2)压缩变形分析 。通过现场试验和数值计
算证明 ,变形条件和岩体抗压条件也可以满足 。
(3)抗滑稳定分析 。笔者用有限元方法对该
坝段 0 + 39. 50 剖面进行抗滑稳定条件的验证 。
(图 1)为二维有限元网格图 ,其中材料 1为坝体混
凝土 ,材料 2为弱风化上层 ,材料 3为弱风化下层 ,
【作者简介 】 龚 黎 女 葛洲坝集团第二工程有限公司 工程师 四川 成
都 610091
(上接第 30页 ) 表9
混凝土施工配合比
(2)混凝土配合比设计时采用的天然砂细度 模数为 1. 77,当实际使用过程中细度模数发生变 化时应及时调整砂率 ,一般规定砂细度模数变化 ± 0. 2,调整砂率 ±1% ;
2 确定建基面的关键因素
2. 1 风化带的划分 工程实践表明 ,不同风化程度的风化岩石具有
2010年 6月第 2期 葛洲坝集团科技 总第 94期
不同的工程地质性质 。风化岩石工程地质研究的 主要内容就是对岩体按风化程度进行分带 ,研究各 带岩体的工程地质性质 ,确定物理力学指标 ,以便 选择岩石的利用高程 。目前中国水电工程部门都 将岩体划分为 4带 ,即全风化带 、强风化带 、弱风化 带和微风化带 。由于母岩岩性差异 ,厚薄不一 ,以 及特殊风化现象等破坏了 4带的正常分布规律 ,单 靠定性描述分析 ,确切分带是相当困难的 。因此有 必要研究岩体的物理力学性质与风化程度之间的 变化规律 ,提出划分岩体风化程度的定量指标 。