拱座稳定分析水工建筑物.pptx

主讲人：吴明洋拱座稳定分析《水工建筑物》Waterconservancyandhydropowerconstruction重庆水利电力职业技术学院CHONGQINGWATERRESOURCESANDELECTRICENGINEERINGCOLLEGE

3.4拱座稳定分析一、稳定分析方法二、渗透水压力对拱座稳定的影响三、拱座稳定的控制指标

一、稳定分析方法3.4拱座稳定分析①坝肩岩体（拱座）失稳一般发生在岩体中存在着断层、节理、裂隙、软弱夹层等滑裂面；另一种是当坝的下游岩体中存在着较大的软弱带或断层时，坝肩岩体抗滑能够满足要求但过大的变形会在坝体内产生不利的应力，也会给工程带来危害。②当两岸岸坡较平缓，坝基附近存在软弱面有可能发生拱坝的上滑失稳。失稳形式：拱座失稳和上滑失稳。

一、稳定分析方法3.4拱座稳定分析（a）坝肩岩体失稳（b）上滑失稳拱坝的失稳形式

一、稳定分析方法3.4拱座稳定分析目前国内外评价拱坝稳定的方法有：刚体极限平衡法、有限元法、地质力学模型试验。（一）刚体极限平衡法(工程常用)假定：①将滑移体视为刚体，不计其中各部分间的相对位移；②只考虑滑移体上力的平衡，不考虑力矩的平衡，即不计拱端力系中M的影响；③忽略拱坝的内力重分布作用，认为作用在岩体上的力系为定值；④达到极限平衡状态时，滑裂面上的剪力方向将与滑移的方向平行，指向相反，数值达到极限。

一、稳定分析方法3.4拱座稳定分析目前国内外评价拱坝稳定的方法有：刚体极限平衡法、有限元法、地质力学模型试验。（一）刚体极限平衡法(工程常用)刚体极限平衡法是半经验性的计算方法，因其具有长期的工程实践经验，故现在国内外仍沿用它作为判断拱座稳定的主要手段。对于大型工程或当地基情况复杂时，可辅以结构模型试验和有限元分析。

3.4拱座稳定分析（二）有限元法●拱坝拱座抗滑稳定计算以刚体极限平衡法为主；●对于1、2级拱坝或坝基地质情况复杂的工程，应辅以有限元法或其他方法进行分析论证。★对单元的物理力学特性，可以采用线弹性模型，也可以采用非线性模型。★对于平面问题，可取单高拱圈或单宽悬臂梁剖面划分单元；★对于空间问题，则按整体划分单元，计算模型的边界范围一般为1.0～1.5倍坝高。《砼拱坝设计规范》(SL282–2003)规定：

3.4拱座稳定分析（二）有限元法图3–17拱坝坝肩岩体抗滑稳定有限元计算图形（a）单宽悬臂梁；（b）单高拱圈；（c）整体模型

3.4拱座稳定分析（三）地质力学模型试验对于1、2级拱坝或坝基地质情况复杂的工程，除采用数值分析方法外，必要时尚应辅以地质力学模型试验的方法来进行拱坝稳定性研究。20世纪70年代发展起来的地质力学模型试验是研究坝肩岩体稳定的有效途径。《砼拱坝设计规范》(SL282–2003)规定：

3.4拱座稳定分析（三）地质力学模型试验国内多采用石膏加重晶石粉、甘油、淀粉等做为模型材料。量测系统主要是位移量测和应变量测。通过试验可以了解复杂地基上拱坝和坝肩岩体相互作用下的变形特性、超载能力、破坏过程和破坏机理、拱推力在坝肩岩体内的影响范围、裂缝的分布规律、各部位的相对位移和需要加固的薄弱部位以及地基处理后的效果等，是一种很有发展前途的研究方法。但由于地质构造复杂，模型不易作到与实际一致，一些参数难以准确测定，温度作用和渗流压力难以模拟试验成果带有一定的近似性；另外，试验工作量大，费用高。

3.4拱座稳定分析二、渗流水压力对坝肩岩体稳定的影响在拱坝坝肩稳定计算中，渗流水压力是控制拱坝及坝肩稳定的重要因素之一。1959年法国马尔巴塞拱坝（图3-8）在初次蓄水不久即全坝溃决，许多专家分析认为渗流压力起着重要的作用。

3.4拱座稳定分析二、渗流水压力对坝肩岩体稳定的影响①Bellier和Londe(1976)认为，左岸拱推力方向与岩体结构面（带状片麻岩）平行，岩体应力不能扩散，拱端传来的压应力过分集中，致使岩体在该部位的渗流系数减为初始值的1/100，渗水受阻，水压力增大，坝肩岩体沿断层滑移而失稳，见图3–18（b）；

3.4拱座稳定分析二、渗流水压力对坝肩岩体稳定的影响②Wittke（1985）认为，在库水压力作用下，坝体上游侧地基出现拉应力，岩层层面被拉开，高压水进入张开的裂隙又被下部断层堵截，裂隙内形成全水头压力使坝肩岩体失稳，见图3—18（c）。两种分析思路不同，但结论均为由于渗流压力增大而导致岩体失稳。据失事后计算表明，由渗流压力引起的滑动力大约相当于设计计算拱推力的三倍，以至使坝肩岩体自重产生的抗滑力已无法维持其稳定。1962年我国梅山连拱坝右坝端发生错动，原因也是由于库水渗入