土壩壩坡穩(wěn)定分析

土壩壩坡穩(wěn)定分析可采用在土力學中被廣泛采用的摩爾一庫倫強度理論。土坡的穩(wěn)定分析方法，主要建立在極限平衡理論基礎之上，假定土體為理想塑性材料，達到極限平衡狀態(tài)時，土體將沿某一滑裂面產(chǎn)生剪切破壞而失穩(wěn)，即為剛體極限平衡法。

對于由凝聚性土類組成的均質(zhì)或非均質(zhì)土壩，比較簡單實用的穩(wěn)定分析方法是條分法(包括不考慮土條間相互作用力影響的瑞典圓弧法(簡單條分法)、近似考慮了土條間相互作用力影響的簡化畢肖普法等)，計算時將可能滑動面以上的土體劃分成若干鉛直土條，對作用于各土條上的力進行力和力矩的平衡分析，求解出極限平衡狀態(tài)下土坡穩(wěn)定安全系數(shù)。

對于無黏性土類組成的土壩，或以心墻、斜墻為防滲體的砂礫石壩體，其壩坡的穩(wěn)定分析常采用楔體極限平衡理論。

迎水的一面稱為內(nèi)壩坡，背水的一面稱為外壩坡。若是外壩坡設有馬道，則馬道以上為一級壩坡，馬道以下為二級壩坡。2100433B

一般包括以下四個方面。

土壩滲流計算

確定壩體浸潤線、壩體及壩基流網(wǎng)、滲流量及出逸比降、庫水位下降時上游壩體自由水面位置及孔隙壓力（土孔隙中超出大氣壓力的相對壓力值），以供壩坡穩(wěn)定分析使用，及了解滲漏量并確保滲透穩(wěn)定。根據(jù)壩體和壩基的滲透系數(shù)、邊界條件及上下游各種水位組合，通過手繪流網(wǎng)、數(shù)值計算和模擬試驗求解。解算時，一般簡化為二向問題，對于三向滲流場如岸邊繞流，可用數(shù)值分析或模擬試驗求解。

土壩穩(wěn)定計算

土壩體積很大，在水壓力作用下整個壩體產(chǎn)生水平滑動的可能性通常不存在，故僅需核算上下游壩坡的抗滑穩(wěn)定。一般分施工期、穩(wěn)定滲流期和庫水位降落期三種類型。土體抗剪強度由下式確定：式中τ為土體抗剪強度；σ為垂直于滑動面的法向總應力；μ為孔隙水壓力；σ′為法向有效應力；σ′、φ′為土料有效抗剪強度指標，分別代表凝聚力和內(nèi)摩擦角，由試驗確定。

均質(zhì)土壩、厚心墻和厚斜墻壩常用滑動圓弧法計算壩坡穩(wěn)定（見下式）。假定滑動面為圓弧，分成若干土條，不計條塊間作用力，計算公式：式中K為抗滑安全系數(shù)，不低于規(guī)定值；N、T分別為作用在土條底部的法向和切向應力；W為任一土條重；U為作用在土條底部的孔隙壓力；α為土條重力線與通過土條底面中點的圓弧半徑之間夾角；L為滑弧穿過的有凝聚力部分的弧長。試算若干滑弧，求得最小安全系數(shù)K。20世紀50年代A.W.畢肖甫等人還提出計入條塊間作用力的計算方法。

對于壩基有軟弱夾層或薄心墻、薄斜墻壩，宜用滑楔法（見左圖）。假定滑動面為折線，滑楔間作用力假定平行于坡面或為水平向。沿折線將各種材料的抗剪強度除以K后，滑楔處于極限平衡狀態(tài)，此K值即所求安全系數(shù)。最小的安全系數(shù)由假設不同滑動面試算求得。如在地震區(qū)，應將地震力作為外力加入計算。

土壩沉降計算

確定壩體和壩基在自重作用下的總沉降量、沉降量與時間的關系及完工后的沉降量。據(jù)此計算竣工后為抵消沉降而預留的壩頂超填，預測不均勻沉降量，判斷壩體產(chǎn)生裂縫的可能性和預防措施。計算方法是根據(jù)壩體和壩基土的壓縮曲線，及時刻t壩體和壩基的豎向總應力和孔隙壓力分布，用分層總和法計算。即把壩體壩基分為若干層，計算時刻t各層中心所受豎向有效應力（等于豎向總應力減孔隙壓力）及相應沉降量，將各層沉降量迭加，得時刻t及完工后壩體和壩基的沉降量。

土壩應力應變計算

用有限單元法計算壩體壩基及岸坡接頭在填土自重及其他荷載作用下的填土應力應變，以判斷是否發(fā)生剪切破壞、有無過量變形、是否存在拉力區(qū)和裂縫、防滲土體是否發(fā)生水力劈裂，以及為壩體穩(wěn)定分析和與土壩銜接建筑物的設計提供依據(jù)等。