重力坝抗滑稳定与应力计算
混凝土重力坝的稳定性计算
基本资料
开源尾矿库重力坝采用混凝土重力坝结构，重力坝外坡比为1：2.5，內坡比为1:1.5,把顶宽为48m ，坝轴线到坝底的高为58m 。
坝体为膏体固化坝体，特性为2.0MPa 。
尾矿为膏体固化尾砂，特性为1.0MPa 。
尾矿库的示意图见下图
坝体稳定性计算原理及依据
根据《水工建筑》中关于土重力坝的抗滑稳定性分析，由于坝体为混凝土且为膏体固化坝体，尾砂为膏体固化尾砂。
可以将坝体和尾砂看成两个整体，只需计算尾砂对坝体的作用力，进行稳定性分析。
其坝体抗滑稳定系数 K 的规定见表 1 。
表 1 坝体抗滑稳定系数
坝体抗滑稳定性计算公式为 : ∑∑=P W
f K
式中 : K —按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数 ;
f —滑裂面上的摩擦系数 ;
∑ W —作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和 ; ∑P—作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和。
取f得值为0.8，
计算k=1.65＞1.05，故坝体抗滑稳定性满足要求。
河海水工建筑物 2-3-1重力坝稳定和应力
分项系数法基本公式
对承载能力验算表达式为：
基本组合：
偶然组合： 0S( GGk , QQk ,k )
1
d
R( fk
m
,k )
0S( GGk , QQk , Ak , ak )
1
d
R( fk
m
, ak )
γG永久作用分项系数； γ0结构重要性系数; γQ可变作用分项系数； φ设计状况系数; GK永久作用标准值； QK可变作用标准值； αK几何参数标准值； fK材料性能标准值； γm材料性能分项系数； AK偶然作用标准值； γd结构系数
具体：
（1）坝基面抗滑稳定的承载能力极限状态：
★按承载能力极限状态校核：应按材料的标准值和荷载的标准值或代表值分别计 算基本组合和偶然组合两种情况。
★ S(*)为作用效应函数，S(*)＝∑PR ∑PR为作用于滑动面之上的全部切向（包括滑动面之上的岩体）作用之和；
★ R(*)为抗力函数，R(*)＝∑f ’R∑WR + c’R AR ∑黏W聚R滑力动。面上全部法向作用之和,f ’R坝基面抗剪断摩擦系数，c’R坝基面抗剪断
评价：该方法有长期的实践经验，目前我国重力 坝设计规范中的强度标准就是以该法为基 础的。
2°弹性理论解析法
该法的力学模型和数学解法均很严密，但前只有 少数边界条件简单的典型结构才有解。
评价：可用于验证其他方法的精确性，有重要 价值。
3°弹性理论差分法
该法力学模型严密，在数学解法上采用差分格式， 是一种近似的方法。
1、单斜面深层抗滑稳定计算
坝基深层单滑动面抗滑稳定计算可参照坝体混凝 土与基岩接触面抗滑稳定计算方法进行，抗滑稳定极 限状态计算应沿软弱结构面进行。
重力坝抗滑稳定及应力计算doc资料
项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA）水电站工程项目阶段：复核阶段计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算审查：校核：计算：黄河勘测规划设计有限公司Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd.二〇一二年四月目录1.计算说明 (1)1.1 目的与要求 (1)1.2 基本数据 (1)2.计算参数和研究方法 (1)2.1 荷载组合 (1)2.2 计算参数及控制标准 (2)2.3 计算理论和方法 (3)3.计算过程 (4)3.1 荷载计算 (4)3.1.1 自重 (4)3.1.2 水压力 (4)3.1.3 扬压力 (8)3.1.4 地震荷载 (10)3.2 安全系数及应力计算 (13)4.结果汇总 (17)1.计算说明1.1 目的与要求下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。
1.2 基本数据正常蓄水位：110m；设计洪水位：112.94m；校核洪水位：113.30m；大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇；坝址区地震动峰值加速度为0.15g（g=9.81m/s²），地震动反应周期为0.25s，相应的地震基本烈度为7度，本工程抗震设计烈度为7度。
计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m，坝基底高程92.00m，坝高22m，坝顶宽5m。
上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。
计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m，坝基底高程96.00m，坝高14m，上游坝面竖直，下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面，在108.59m高程以下坡度为1:0.85。
正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；设计洪水位112.94m 时，下游水位104.80m；校核洪水位113.30m时，下游水位105.42m。
进水口坝段顶高程114.00m，坝基底高程87.80m，坝高26.2m，顶宽13.06m，上游坝坡为1:0.25，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。
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
重力坝应力与稳定计算
10
9
校核洪水位
8
设计洪水位
7
正常水位
6
5 前填土 4
反弧段
后填土
3
2
1
0 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0.000
0.000 0.900 0.330
0.100
0.006 1.000 0.401
0.200
0.020 1.100 0.478
淤沙压力(Kpa)
坝前土压力(Kpa)
37.39
37.39
37.39
37.39
坝后土压力(Kpa) -29.86 -29.86
-29.86 -29.86
浪压力(Kpa)
冰压力(Kpa)
反弧段离心分力
(Kpa)
地震荷载(Kpa)
2、 ∑W
垂直重力
坝自重
坝上水重
反弧段离心分力
扬压力
α
3 抗滑验算
4
抗剪断强度抗滑 安全系数(K')
-8.84 -3.86
0.00 221.67
-0.37 -0.73 -1.31 -0.13 -493.86
8.16 245.22
8.16 245.22
0.00 221.67
-0.37 -0.73 -1.31 -0.13 -497.73
7.23 246.14
7.23 246.14
式中：X----计算 点到中轴的距 离； J----计算截面的 惯心距
2.02
2.52 2.5
0.7
2110.33
2110.32 2110.3
2108.5
坝前土高
I-1混凝土重力坝抗滑稳定及坝基应力计算程序
I －1混凝土重力坝抗滑稳定及坝基应力计算程序作者 朱凤娟（水电部天津勘测设计院） 校核 牟广丞（水电部天津勘测设计院）一、编制目的和依据本程序根据“混凝土重力坝设计规范”（SDJ21-78）、“水工建筑物抗震设计规范” （SDJ10-78）及“混凝土重力坝设计规范修改补充规定”（1985年1月《水利水电技术》）编制。
用本程序对选定的混凝土重力坝断面作抗滑稳定和坝基应力计算，能迅速获得成果，方便设计。
本程序例题有详细的手算考证，并验算了潘家口工程、板桥溢流坝、石漫滩挡水坝，成果正确。
尽管补充规定末列入抗剪安全系数公式，但考虑到目前抗剪断面两个公式并用的实际情况，所以程序中仍然列入了两个公式。
二、程序说明（一）计算原理及公式 1，抗剪安全系数公式：抗剪断安全系数公式：上、下游面垂直正应力：2，荷载种类：(1) 坝体自重：自动根据断面尺计算，溢流坝闸墩及上部结构作为附加重量加入,廊道、大孔口等作为附加重量扣除。
(2) 水压力:根据上、下游水位自动计算。
设置C9标识符,使电站坝段厂坝间分缝时,不计下游面水压力、 水重计及变坝坡影响。
(3) 泥沙压力:水平泥沙压力计算公式如下:式中:γs ---泥沙浮容重 Φ ---泥沙内磨擦角. 泥沙重计算类同水重。
(4) 扬压力:根据修改规定,坝基扬压力图形改为仅在排水幕处折减一次。
(5) 浪压力：输入浪高之半h L 及波长之半L L 根据规范附录二提供公式自动计算。
∑∑+=VCA V fK 2∑∑=V W fK 1)245(210224ϕγ--=tg H V s 26T MTW y ∑∑±=σ(6) 地震惯性力：当某种荷载组合计入地震时，程序自动计算水平地震惯性力，当地震烈度大于７度时，计入竖向地震惯性力。
(7) 地震动水压力：单宽总地震动水压力（水平）为：当上游面垂直和直立坡大于1／2坝高时ω＝90，否则ω为水面点与坝脚的连线与水平面夹角。
当ω≠90时，竖向动水压力为(8) 附加荷载：溢流顶水量、闸墩与闸门所受的水压力、泄流时的动水压力、冰压力等均可作为附加荷载计入。
某水库浆砌石重力坝的稳定分析及应力计算
［收稿日期］ ２０１５－０１－２１［作者简介］ 张志刚（１９８０－），男，湖北黄梅人，工程师，从事水工结构设计工作畅某水库浆砌石重力坝的稳定分析及应力计算张志刚１，邓 钦２（１畅四会市水利水电勘测设计院，广东四会 ５２６２００；２畅广东粤源水利水电工程咨询有限公司，广州 ５１０６３５）［摘 要］ 为确保水库安全运行，需要对大坝结构进行安全复核。
采用材料力学方法，对浆砌石重力坝进行抗滑稳定计算和坝体应力分析。
分析结果表明，大坝抗滑稳定安全系数、坝基最大垂直正应力、坝体最大压应力和最大拉应力均满足规范要求，水库大坝结构安全。
［关键词］ 浆砌石重力坝；抗滑稳定；应力分析［中图分类号］ ＴＶ６４ ［文献标识码］ Ｂ ［文章编号］ １００６－７１７５（２０１５）０５－００１１－０３１ 工程概况某水库位于广东省从化市东北部，是一座以灌溉为主，兼集防洪、发电等综合利用为一体的中型水库。
坝址以上控制集雨面积９２畅３０ｋｍ２，总库容９４５８×１０４ｍ３，死库容２４０×１０４ｍ３。
水库工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为３级。
水库大坝为浆砌石重力坝，坝顶轴线长１８１畅９０ｍ，整体呈南北走向，坝顶高程１７７畅７１ｍ，最大坝高６１畅３０ｍ，坝顶宽５畅０ｍ，底宽５０畅０ｍ。
主坝共分５个重力坝段和１个溢流坝段（溢流坝段长２２ｍ）。
重力坝段断面基本形状为三角形，溢流坝段堰顶高程１６８畅２１ｍ，堰面采用克－奥曲线。
水库工程于１９７２年１２月兴建，１９７６年１月投入运用。
由于建坝时清基未够彻底，致使大坝在投入运行后，左坝坝头与山坡结合处不断出现渗漏，且施工人员技术水平参差不齐，砌体结构质量不均，坝体局部出现渗漏。
采取相应除险加固措施后，保证了大坝的安全运行。
最近一次加固是在２０００年，主要是对大坝进行灌浆。
其中，左坝头５个孔，右坝头２个孔，钻孔总深度２６０畅８０ｍ。
２ 地质条件坝址位于“Ｖ”型峡谷段。
两岸基本对称且坝址地形呈倒葫芦形。
重力坝抗滑稳定及应力计算
项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA）水电站工程项目阶段：复核阶段计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算审查：校核：计算：黄河勘测规划设计有限公司Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd.二〇一二年四月目录1.计算说明 (1)1.1 目的与要求 (1)1.2 基本数据 (1)2.计算参数和研究方法 (2)2.1 荷载组合 (2)2.2 计算参数及控制标准 (2)2.3 计算理论和方法 (3)3.计算过程 (5)3.1 荷载计算 (5)3.1.1 自重 (5)3.1.2 水压力 (6)3.1.3 扬压力 (10)3.1.4 地震荷载 (14)3.2 安全系数及应力计算 (17)4.结果汇总 (22)1.计算说明1.1 目的与要求下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。
1.2 基本数据正常蓄水位：110m；设计洪水位：112.94m；校核洪水位：113.30m；大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇；坝址区地震动峰值加速度为0.15g（g=9.81m/s²），地震动反应周期为0.25s，相应的地震基本烈度为7度，本工程抗震设计烈度为7度。
计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m，坝基底高程92.00m，坝高22m，坝顶宽5m。
上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。
计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m，坝基底高程96.00m，坝高14m，上游坝面竖直，下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面，在108.59m 高程以下坡度为1:0.85。
正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；设计洪水位112.94m时，下游水位104.80m；校核洪水位113.30m时，下游水位105.42m。
进水口坝段顶高程114.00m，坝基底高程87.80m，坝高26.2m，顶宽13.06m，上游坝坡为1:0.25，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。
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基本数据 ............................................................................. 错误!未定义书签。
2.计算参数和研究方法................................................................. 错误!未定义书签。
荷载组合 ............................................................................. 错误!未定义书签。
计算参数及控制标准 ......................................................... 错误!未定义书签。
计算理论和方法 ................................................................. 错误!未定义书签。
3.计算过程..................................................................................... 错误!未定义书签。
荷载计算 ............................................................................. 错误!未定义书签。
自重 ............................................................................. 错误!未定义书签。
水压力 ......................................................................... 错误!未定义书签。
扬压力 ......................................................................... 错误!未定义书签。
地震荷载 ..................................................................... 错误!未定义书签。
安全系数及应力计算 ......................................................... 错误!未定义书签。
4.结果汇总..................................................................................... 错误!未定义书签。
1.计算说明目的与要求下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。
基本数据正常蓄水位：110m；设计洪水位：112.94m；校核洪水位：113.30m；大坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇；坝址区地震动峰值加速度为0.15g（g=9.81m/s²），地震动反应周期为，相应的地震基本烈度为7度，本工程抗震设计烈度为7度。
计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m，坝基底高程92.00m，坝高22m，坝顶宽5m。
上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:。
计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m，坝基底高程96.00m，坝高14m，上游坝面竖直，下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面，在108.59m高程以下坡度为1:。
正常蓄水位时，溢流坝段下游无水；设计洪水位112.94m时，下游水位104.80m；校核洪水位113.30m时，下游水位105.42m。
进水口坝段顶高程114.00m，坝基底高程87.80m，坝高26.2m，顶宽13.06m，上游坝坡为1:，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:。
底孔坝段顶高程114.00m，坝基底高程83.50m，坝高30.5m，顶宽10.0m，上游坝面竖直，下游坝坡在107.33m高程以上竖直，在107.33m高程以下坡度为1:。
2.计算参数和研究方法荷载组合作用在坝上的主要荷载包括：坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力。
基本组合：正常蓄水位情况（上游水位110.0m）设计洪水位情况（上游水位112.94m）特殊组合：校核洪水位情况（上游水位113.30m）地震情况（正常蓄水位+地震荷载）计算参数及控制标准水容重γw：m3混凝土容重γc：24KN/m3坝址区岩体主要为坚硬的辉绿岩和砂岩，大坝的建基面基本上分布在弱风化的辉绿岩和砂岩上。
坝基面抗滑稳定计算的岩体及混凝土物理力学参数按表1-1取值，坝基面抗滑稳定安全系数和坝基应力应满足表1-2规定的数值。
由于碾压混凝土坝的碾压层面的结合质量受材料性质、混凝土配合比、施工工艺、施工管理水平以及施工现场气候条件等许多因素的影响，容易成为坝体的薄弱环节，所以需要核算沿坝体混凝土碾压层面的抗滑稳定，坝体碾压层面的抗滑稳定计算采用抗剪断公式，安全系数值的控制标准应符合表1-2的要求。
根据国内经验，碾压层面的抗剪断参数可取：f’=，c’=。
表1-1 抗滑稳定计算岩体及混凝土力学参数表1-2 抗滑稳定安全系数和坝基容许应力重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力在运用期的各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝趾垂直应力应小于坝基容许压应力。
计算理论和方法混凝土重力坝坝体稳定采用刚体极限平衡法计算，分别计算各坝段不同水平截面（包括坝体混凝土碾压层面、坝体混凝土-基岩结合面）上的外加荷载及应力，并计算出抗剪和抗剪断稳定安全系数，以及坝基截面的垂直应力。
为了确保结构即使在排水系统失效时也能安全运行，本次设计时扬压力考虑全水头。
PWf K ∑∑=（抗剪强度计算公式） PA C W f K ∑'+∑'='（抗剪断强度计算公式）式中：K ’—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数； f —坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数； f ’—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数； C ’—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa ；A —坝基接触面截面积，m 2；ΣW —作用于坝体上的全部荷载对于计算滑动面的法向分值，KN ； ΣP —作用于坝体上的全部荷载对于计算滑动面的切向分值，KN ； 坝基截面的垂直应力按下式计算：JxM A W y ⋅∑±∑=σ 式中：σy —坝踵、坝趾垂直应力，KPa ；ΣW —作用于坝段上或1m 坝长上的全部荷载在坝基截面上法向力总和，KN ；ΣM —作用于坝段上或1m 坝长上的全部荷载对坝基截面形心轴的力矩总和，；A —坝段或1m 坝长的坝基截面积，m ²； x —坝基截面上计算点到形心轴的距离，m ；J —坝段或者1m 坝长的坝基截面对形心轴的惯性矩，m 4。
3.计算过程荷载计算 3.1.1 自重各种工况下，建筑物的自重均相同。
挡水坝段：单宽坝段（1m 坝长）断面面积A 1=198.167m 2 单宽坝段断面自重G 1=（向下为正方向）单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂L 1=-2.93m （向右为正方向） 力矩M G1=（顺时针方向为正） 溢流坝段：单宽坝段（1m 坝长）断面面积A 1=123.73m 2单宽坝段断面自重G1= （向下为正方向）单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂L1=-1.486m（向右为正方向）力矩M G1= （顺时针方向为正）进水口坝段：单宽坝段（1m坝长）断面面积A1=586.74m2单宽坝段断面自重G1=（向下为正方向）单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂L1=0.05m（向右为正方向）力矩M G1=（顺时针方向为正）底孔坝段：单宽坝段（1m坝长）断面面积A1=518.01m2单宽坝段断面自重G1=（向下为正方向）单宽坝段断面形心对坝基中点的力臂L1=-3.22m（向右为正方向）力矩M G1=（顺时针方向为正）3.1.2 水压力水压力分为水平向静水压力、竖向水压力（溢流坝段泄洪时）、地震情况下的动水压力（此荷载为地震荷载）。
1、水平向静水压力（1）挡水坝段正常蓄水位情况：上游水深H u1=18.0m上游水压力P u1=力臂L u1=6m力矩M Pu1=设计洪水位情况：上游水深H u2=20.94m上游水压力P u2=力臂L u2=6.98m力矩M Pu2=校核洪水位情况：上游水深H u3=21.3m上游水压力P u3=力臂L u3=7.1m力矩M Pu3=（2）溢流坝段正常蓄水位情况：上游水深H u1=14.0m上游水压力P u1=力臂L u1=4.67m力矩M Pu1=设计洪水位情况：上游水深H u2=16.94m上游水压力P u2=力臂L u2=5.65m力矩M Pu2= 下游水深H d2=8.8m下游水压力P d2=力臂L d2=2.93m力矩M Pd2=校核洪水位情况：上游水深H u3=17.3m上游水压力P u3=力臂L u3=5.77m力矩M Pu3= 下游水深H d3=9.42m下游水压力P d3=力臂L d3=3.14m力矩M Pd3=（3）进水口坝段正常蓄水位情况：上游水深H u1=22.2m上游水压力P u1=力臂L u1=7.4m力矩M Pu1=设计洪水位情况：上游水深H u2=25.14m上游水压力P u2=力臂L u2=8.38m力矩M Pu2=校核洪水位情况：上游水深H u3=25.5m上游水压力P u3=力臂L u3=8.5m力矩M Pu3=（4）底孔坝段正常蓄水位情况：上游水深H u1=26.5m上游水压力P u1=力臂L u1=8.83m力矩M Pu1=设计洪水位情况：上游水深H u2=29.44m上游水压力P u2=力臂L u2=9.81m力矩M Pu2=校核洪水位情况：上游水深H u3=29.8m上游水压力P u3=力臂L u3=9.93m力矩M Pu3=、竖向水压力竖向水压力是在溢流坝段泄洪时作用在溢流坝面上的水压力，水面线按堰上水深和下游水深的平均初估。