重力坝的稳定性
汪祥胜 ( 46) 前言:
重力坝是世界出现最早的一种坝型, 早在29 前在埃及就出现了最早的重
力挡水坝。
随着中国重力坝建设的繁荣, 数量的增多和高度的不断提升, 使得对稳定分析有着重要的理论和实践意义。
大坝的稳定性直接关系到大坝安全性和人民群众的生命财产息息相关, 而此次实习的三峡和向家坝皆是重力坝的代表杰作, 经过实习定能从深层次上了解有关大坝稳定性的相关问题, 包括什么是重力坝, 重力坝稳定的意义, 其稳定性分析方法和提高坝体抗滑稳定性的工程措施及在实际中的应用情况和应注意的问题。
一．什么是重力坝
1.重力坝是由砼或浆砌石修筑的大致积档水建筑物, 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它荷载作用下, 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。
2.优缺点:
重力坝优点: 重力坝之因此得到广泛应用,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。
重力坝缺点: 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。
3.工作原理; 重力坝在水压力及其它荷载作用下必须满足:
A、稳定要求: 主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足。
B、强度要求: 依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力来满足。
4.重力坝类型:
重力坝按筑坝材料的不同分为:混凝土重力坝和浆砌石重力坝。
重力坝按其结构形式分为:①实体重力坝;②宽缝重力坝; ③空腹重力坝。
重力坝按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种剖面。
实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为三类。
①悬臂式重力坝: 横缝不设键槽, 不灌浆; ②铰接式重力坝: 横缝设键槽, 但不灌浆; ③整体
式重力坝: 横缝设键槽, 并进行灌浆
二．稳定性分析方法:
1.抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。
当岸坡坝段地形陡峻时, 还需核算这些坝段在三向荷载作用下的抗滑稳定。
2.重力坝滑动失稳模式极其计算方法
重力坝可能沿坝基平面滑动, 也可能沿地在中缓倾角断层或软弱夹层滑动。
中国修建了大中型重力坝100余座, 其中有1/3存在深层滑动问题。
( 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”
单一的安全系数法:
( 1) 抗剪强度公式( 摩擦公式)
a、滑动面水平面时:
b、滑动面倾向上时:
本公式不考虑凝聚力, 偏于安全, 凝聚力作为安全储备, 因此规定的安全系数较低。
摩擦系数f的选取问题
一般由若干组试验确定。
但由于试验岩体自身的非均匀性质和每次试验条件不可能完全相同, 导致试验成果具有较大的离散性, 如何选用试验值, 还值得研究。
规范规定, f的最后选取应以野外和室内试验成果为基础, 结合现场实际情况, 参照地质条件类似的已建工程的经验等, 由地质、试验和设计人员研究确定。
根据国内外已建工程的统计资料, 混凝土与基岩的f值常取在0.5～0.8之间。
摩擦系数的选定直接关系到大坝的造价与安全, f值愈小, 要求坝体剖面愈大。
以新安江为例, 若f值减小0.01, 坝体混凝土方量增加2万m3。
( 2) 抗剪断公式
1、假定: 认为砼与基岩接触良好, 直接采用接触面上的抗剪断参数f′和c′。
2、公式:
3、安全系数Ks’,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: ( a) 采用2.5;
( b) 采用不小于2.3。
本公式既考虑了抗剪断摩擦力, 又考虑了滑动面上的凝聚力, 比较符合实际情况。
抗剪断参数的选定
对于大、中型工程, 在设计阶段, f ′,c′应由野外及室内试验成果决定。
在规划和可行性研究阶段, 能够参考规范给定的数值选用。
规范规定如下: Ⅰ类基岩——很好的岩石,
f ′＝1.2～1.5, c′＝1.3～1.5Mpa
Ⅱ类基岩——好的岩石,
f ′＝1.0～1.3, c′＝1.1～1.3Mpa
Ⅲ类基岩——中等的岩石,
f ′＝0.9～1.2, c′＝0.7～1.1Mpa
Ⅳ类基岩——较差的岩石,
f ′＝0.7～0.9, c′＝0.3～0.7Mpa
上述结果不包括基岩内有软弱夹层的情况; 同时, 胶结面的 f ′,c′值不能高于混凝土的f ′,c′; 对于Ⅰ、Ⅱ类基岩, 如果建基面做成较大的起伏差, 可采用混凝土的抗剪断参数。
( 二) 深层抗滑稳定分析
深层滑动: 地基内往往存在着较弱夹层或缓倾角断层, 坝体挡水后, 有可能沿这些薄弱面产生滑动, 就叫做深层滑动。