2.3.3混凝土坝基面宏观抗剪强度研究
• 图14 小尺度抗剪强度的统计分析
图15 图16
二滩混凝土/C-1岩体胶结面 二滩混凝土/C-2岩体胶结面
结论
• 混凝土坝基面宏观抗剪强度在数值上介于 小尺度混凝土/岩体胶结面抗剪强度的小值 平均值和算术平均值之间
•
均匀各向同性，试验应力均匀， 小尺度
大尺度
被动抗力法
• 被动抗力法则是假定抗力体的作用充分发 挥，取其K2=1，由式（25）求得被动抗力 Q，以AB面为主滑面，由式（24）计算抗 滑稳定安全系数K1，作为整个坝体的抗滑 稳定安全系数。
等安全系数法
• 等安全系数法就是令块体ABD和块体BCD 同时处于极限平衡状态，假定K1=K2，由 式（24）和式（25）两个极限平衡方程求 解K、Q，即可求出整个滑移体的抗滑稳定 安全系数。通常采用试算法或迭代法求解。
2.3.1逾渗临界理论
• 设有一个由无限多结点(Site)和连接相邻结点的键 (Bond)组成的随机网络(图9),其中各结点(或键)相 互独立地被质点占据的概率为p,不被占据的概率 为1-p。当p由0增加到1时,根据概率论,该随机网 络的结点(或键)显然由一个不被质点占据到全部 被质点占据 。 • 随机网络在p由0变到1的过程中所发生的现象被 视为一个逾渗过程(Per-colation Process)。当质 点随机占据结点时,该过程称为结点逾渗过程(Site Percolation Process);当质点随机占据键时,该过 程则称为键逾渗过程(Bond Percolation Process)。
高等坝工学
高等坝工学教学
教学内容
重力坝 土石坝
学时
8 8
主讲人
段亚辉 佘成学
拱坝
高边坡 高速水流
8
4 4
王均星
佘成学 王均星
监测技术
4
何金平
高等坝工学教学思想
• 讲述典型高坝设计技术问题,难点与热点问 题
• 介绍国内外讲究水平和发展动向 • 讨论存在和需要研究解决的问题,以及发展 方向 • 启迪思想,激发研究,促动高坝建设发展
《混凝土重力坝设计规范》
• 对坝体与岩体之间的抗剪断强度参数f′和c′值是指 峰值的小值平均值，但还指出：“应结合现场实 际情况，参照地质条件类似的工程经验，并可考 虑工程处理效果，经地质、试验和设计人员共同 分析研究，加以调整后确定”。
• 《混凝土拱坝设计规范》的提法：对f′和c′值采用 峰值强度，对抗剪公式中的摩擦系数则用残余强 度
• 4.1刚体极限平衡法
• 4.2刚塑性极限平衡方法 • 4.3安全系数标准研究
4.1刚体极限平衡法
• 刚体极限平衡法是先根据坝体结构和地质条 件等边界条件假定滑动面，将滑动面以上的部分 基岩和坝体视为一个或若干个作整体滑移的刚体； 然后分析作用于滑动体上的荷载，如水压力、自 重、扬压力等，根据滑移刚体达到临界失稳状态 的平衡条件将这些作用力沿滑动面分解成切向和 法向分力；最后由滑动力和阻滑力按一定的方法 计算抗滑稳定安全系数。
第1节 概述
• 重力坝发展的5个阶段 • 重力坝的失稳破坏模式 ：抗倾覆和抗滑稳定
• 沿建基面滑动
浅层滑动
深层滑动
第2节 抗剪强度及其参数选择
• 2.1抗剪强度的概念和试验方法
• 2.2抗剪强度参数选择 • 2.3宏观抗剪强度研究
第2节 抗剪强度及其参数选择
• 2.1抗剪强度的概念和试验方法 • • 抗剪强度，在水利水电工程界通常指材料在外力作用 下抵抗剪切的能力。 • 例如，混凝土与岩体接触面（或者岩体软弱结构面） 的抗剪强度，是指在外力作用下，混凝土与岩体接触面 （或者岩体软弱结构面）所具有的抵抗剪切的能力。而岩 体的抗剪强度则是指在外力作用下岩体本身抵抗剪切的能 力。 • 抗剪强度的试验方法有室内和室外试验。室内抗剪强 度试验又可分为直剪试验、三轴试验等。室外抗剪强度试 验则一般采用直剪试验。
第1章 复杂岩基上高混凝土重力坝抗滑稳定问题
• • • • • • •
第 1节 第 2节 第 3节 第 4节 第 5节 第 6节 第 7节
概述 抗剪强度的概念及其参数选择 真实抗剪断强度研究 深层抗滑稳定分析的刚体极限平衡法 抗滑稳定分析的弹塑性力学有限元法 复杂坝基处理与提高抗滑稳定性措施 混凝土抗滑硐塞优化设计
•
图31 模型试验破坏区发展示意图
图32 砂基模型定性试验
•
图33
双斜面滑动示意图
图34
三斜面滑动示意图
三斜滑动面的深层抗滑稳定计算
王志良认为，令两个倾角变化而 求安全系数的极小值，应该是更 接近真实的安全系数。并通过实 例计算，说明原有的双斜滑动法 过高地估算了安全系数。
三斜滑动面的深层抗滑稳定计算 讨论
安全系数计算
平面应变问题就有方程组
刚塑性极限平衡方法讨论
• • • • 抗滑体进入塑性了吗？ 被动抗力法合理吗？抗力体先进入塑性吗？ 用什么抗剪强度？ 安全系数标准？
4.3深层抗滑稳定计算刚体极限平衡 法及其安全系数标准研究
• 4.3.1 安全系数的定义和分析
• 安全度是反映建筑物的实际工作状态(或设计工作 状态)和破坏状态之间的最小“距离”，而安全系 数则是表示这个“距离”的某一数值指标。 • 安全度以某一数值来表达时，这个值就称为安全 系数K。 • 设计任何建筑物，由于对客观状态不论调查得如 何详尽并在主观上考虑得如何周到，总有一些因 素不能完全掌握，为了使建筑物在遇到意外情况 时能安全运行，就要留有适当的安全裕度。
图9随机网络
图10大尺度混凝土/岩体结构
2.3.2坝基面宏观屈服的临界条件
• 大尺度混凝土/岩体结构存在以下三种临界状态: • (1)随混凝土而发生整体屈服,亦即完全沿整体屈服(图11). 相应的临界条件为 • 式中Kcr为引起整体屈服的混凝土的临界安全系数。 • (2)随岩体宏观特征单元而发生整体屈服(图12)。相应的临 界条件为 • 式中为引起整体屈服的岩体临界点屈服概率。 • (3)胶结面上下邻近混凝土、岩体宏观特征单元、不发生整 体屈服,大尺度混凝土/岩体结构部分沿胶结面、部分沿岩 体(如不忽略中材料力学性质差异,还将部分沿混凝土)整体 屈服(图13)
3.1真实抗剪断强度的概念
• 真实抗剪断强度： • 一个均匀各向同性小单元固有的实际抗剪 断强度(亦即点抗剪断强度)。 • 平均应力抗剪断强度： • 假设剪切面应力均匀分布整理试验结果 获得的各种试验测得的抗剪断强度。
3.2真实抗剪断强度的计算方法
• 3.2.1假定F′,C′值的反演分析法 • 3.2.2同比例放大F′,C′的试算法 • 3.2.3采用确定性模型的同比例放大F′,C′值 的试算法 • 3.2.4逐步逼近试算法
2.2.3抗剪强度参数选择的方法
• （1）工程类比经验判别法 • （2）系数折减法 • （3）按加权平均或者变形一致的原则取值
表1 龙滩水电站河床坝段建基面 抗剪断参数加权平均法计算
岩性 单项强度系数 f′ c′（MPa） 面积比 综合强度参数 f′ c′（MPa）
泥 板 岩
砂 岩
1.03
1.32 0.75 0.75
1.1
1.3 0.5 0.03
0.3
0.6 0.05 0.05 1.16 1.14
节理裂隙 面 断层或层 错带
2.3宏观抗剪强度研究
• 宏观抗剪强度：大尺度（混凝土/岩体胶结面）抗剪强度 参数 • 与工程试验所用试样大小相同的混凝土/岩体胶结面为小 尺度混凝土/岩体胶结面特征单元,相应小尺度特征单元的 力学性质称为小尺度力学性质 • 对位于同一地质单元内的混凝土/岩体胶结面和岩体的小 尺度力学性质随机场ξ1(r )和ξ2(r 的假设: • (1)统计均匀性:即混凝土/岩体胶结面和岩体各部位的小尺 度力学性质的概率特性(如均值、方差等)与空间位置无关； • (2)各态历经性:即设想当试块数目做得足够多时,试验所得 的小尺度力学性质可历经混凝土/岩体胶结面和岩体内任 一处小尺度力学性质的所有可能取值。
抗剪（断）强度试验值的整理方法
• 当试验数量不多时
• 先在τ~σ图中标出经比较选定有代表性的一组试点的 测值，用图解法或最小图解法求出抗剪（断）强度参数， 然后将同一工程地质单元的各组的指标，用一般的统计方 法加以综合统计，从而求出反映该工程地质单元特性的抗 剪（断）强度试验值的最佳值； 在τ~σ图中标出同一工程地质单元全部有代表性试点的 测值，然后按不同的法向应力适当分组，再用一般的统计 方法进行分析，求出各级法向应力作用下的相应的最佳剪 应力值，最后用图解法或最小图解法求出该工程地质单元 的抗剪（断）强度试验值的最佳值
剪切荷载作用高度的影响
现场试验施加法向荷载大小的影响
对于计算实例,取-σ=-0· 75~-3·0MPa,f′=1·07,c′=1·65MPa; 若取-σ=-0· 1~-1· 0MPa,则f′增大c′减小; 若取-σ=-6· 0~-8· 0MPa,则f′减小c′增大。
第4节 深层抗滑稳定分析的刚体极限平衡法
2.2.1影响抗剪强度的主要因素 地质因素 剪切面的起伏程度 试验方法 试样尺寸 试验荷载等
图6 有规则的倾斜齿的剪切面上的 τ~σ关系曲线
图7 梯形试块混凝土与基岩不同弹模比情况
剪切面应力分布
图8 矩形梯形试块不同法向应力情况
剪切面应力分布
2.2.2抗剪试验资料的整理
• 首先要检查试验成果，根据试样的破坏机制（脆 性破坏、塑性破坏）、破坏面情况、混凝土试件 的质量和软弱面的性状等因素分析其代表性和合 理性 • 根据岩体剪切破坏的机制提出的设计标准有： • （1）极限强度标准；（2）比例极限强度标准； （3）屈服极限强度标准；（4）残余强度标准； （5）最大允许位移标准；（6）试块剪胀标准； （7）长期流变标准。