高等坝工学--武汉大学--.ppt

高等坝工学 高等坝工学教学 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 第1章 复杂岩基上高混凝土重力坝抗滑稳定问题 第1节 概述 第2节 抗剪强度的概念及其参数选择 第3节 真实抗剪断强度研究 第4节 深层抗滑稳定分析的刚体极限平衡法 第5节 抗滑稳定分析的弹塑性力学有限元法 第6节 复杂坝基处理与提高抗滑稳定性措施 第7节 混凝土抗滑硐塞优化设计 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。 图2 平推法混凝土/岩体抗剪强度试验安装示意图 图3 斜推法混凝土/岩体抗剪强度试验安装示意图 图4 不同正应力下剪应力与剪切变形关系曲线图 图5 剪应力与正应力的关系图 2.2抗剪强度参数选择 抗剪强度是大坝设计的重要参数，直接关系到大坝建设的经济性，有时甚至极大地影响工程的可行性。 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。 《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 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； 当试验数量较多时 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 国外关于抗剪（断）强度试验值的整理方法 日本国 把试验成果整理分析严格建立在岩体质量分级的基础上 ，并对各类岩体首先确定摩擦系数f′，从而求出相应的凝聚力c′的上、下限值，然后根据经验确定抗剪（断）强度设计采用值 N.R.Barton、E.Hock和J.Bray 裂隙岩体结构面和岩体抗剪强度计算的经验公式 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 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