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壩肩岩體穩定

一．拱壩穩定的特點及重要性

1

、特點：

1）

失穩形式

a)

壩肩岩體在拱端推力等外荷載作用下的滑動失穩，包括：局部，整體，局部整體等

b)壩肩岩體在拱端推力等荷載作用下變形過大致使拱壩變形失穩

c)拱壩建基面不能提供足夠的阻止上滑的能力，沿壩基面上滑失穩

本課程主要講第一種失穩，對第二種失穩一般只能用FEM或模型試驗，對於第三種近來才提出，工程中應用很少，深入瞭解時可找有關文獻.。

2）

維持穩定的力

拱壩維持壩肩穩定的力主要是：岩體自重，拱端推力，其次才是壩體自重等

3）

失穩過程及解決途徑

重力壩：點屈服——面屈服——滑動

失穩時滑動面上合力不變

拱壩：點屈服——面屈服——位移

影響荷載分配及拱端力---

影響其他拱端的穩定——整體失穩

由上可見，要解決上述失穩必須將應力、

穩定及變形三者統一起來考慮

4）水荷載既在拱端產生滑動力，也產生阻滑力。如何充分利用水荷載自身維持穩定，是拱壩體形設計研究的主要問題。

2．重要性

1）局部應力過大，會導致局部破壞和應力重分佈。

如：拱向拉應力過大，形成次生拱，其結果是曲率變大，從而應力將得到改善，而不致於繼續開裂。

又如：梁向拉應力過大，開裂，剛度減小，承擔的荷載就小，從而不致於大的破壞。

2）一端拱座失去支撐時，由拱結構變成懸臂曲梁，其承載能力將大大減小，以致破壞。因此拱座穩定是拱壩安全的前提，是非常重要的。這一點也被工程實踐證實：據統計到80年為止，國內外曾發生過影響拱壩安全運行、破壞或成問題的事例共有45起，其中壩身開裂、漏水、凍融剝落或骨料鹼性反應引起的拱壩等實例共17起，占38％，穩定出問題共28起，占62％

到85年為止，遭到破壞以致完全不能使用的拱壩共有6座，全是由穩定引起的，因此穩定是相當重要的問題。

二．可能滑動面的形式及位置

1失穩原因

a存在可能的滑動體（由結構的切割面處）

b有作用力

由此可見要搞清穩定，首先必須分析可能滑動體及其上作用的力

2、構成可能滑動體的結構面

1）

底裂面

2）

側裂面

3）

上游開裂面

4）

臨空面

上述結構面可以是平面，也可以是曲面

3、各種結構形狀對穩定的影響

4、可能滑動體的幾種型式

1）

單獨陡傾角結構面和緩傾角結構面組合而成

2）

成組陡緩傾角結構面組合

3）

混合組合，即單陡與組緩或單緩與組陡

4）

多剛體組合

三．穩定分析方法

試驗：地質力學模型試驗

計算：FEM、離散元等數值模擬方法

剛體極限平衡法：概率方法—穩定可靠度

三維浮值分析法

圖解法

數解法：空間整體

平面穩定

整體轉動

本課程主要介紹：剛體極限平衡法中的數解法。

四．剛體極限平衡分析法

1基本假定：共4條

①將滑移體視為剛體，不考慮其中各部分間的相對位移；

②只考慮滑移體上力的平衡，不考慮力矩的平衡，認為後者可由力的分佈自行調整滿足，因此在拱端作用的力系中不考慮彎矩的影響；

③忽略拱壩的內力重分佈作用，認為作用在岩體上的力系為定值；

④達到極限平衡狀態時，滑裂面上的剪力方向將與滑移的方向平行，指向相反，數值達到極限值。

其中1，2，4是剛體極限平衡方法本身的假定。3是對拱壩具體問題做的假定。

2平面穩定分析

認為拱座岩體內成組的陡傾角和成組的緩傾角結構面所切割，致使整個拱壩帶動部分岩體一起向下遊滑動。計算穩定時，只在幾個特定高程切取一定高度的水準拱出來進行分析。

如當沿組成的鉛直和水平面切割時，計算簡圖：

得：

得：

得：

其穩定安全係數：

R1

Q

G

U

3整體穩定分析：

設壩肩有如圖所示的可能滑動體，其上作用的力有：①壩體傳來的3個力，②岩體自重，③滑動面上的反力，④滑動面上的揚壓