土壩壩坡穩(wěn)定分析簡(jiǎn)介

土壩壩坡穩(wěn)定分析可采用在土力學(xué)中被廣泛采用的摩爾一庫(kù)倫強(qiáng)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(chǔ)之上，假定土體為理想塑性材料，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，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(duì)于由凝聚性土類組成的均質(zhì)或非均質(zhì)土壩，比較簡(jiǎn)單實(shí)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(jiǎn)單條分法)、近似考慮了土條間相互作用力影響的簡(jiǎn)化畢肖普法等)，計(jì)算時(shí)將可能滑動(dòng)面以上的土體劃分成若干鉛直土條，對(duì)作用于各土條上的力進(jìn)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(duì)于無(wú)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(shè)有馬道，則馬道以上為一級(jí)壩坡，馬道以下為二級(jí)壩坡。2100433B

一般包括以下四個(gè)方面。

土壩滲流計(jì)算

確定壩體浸潤(rùn)線、壩體及壩基流網(wǎng)、滲流量及出逸比降、庫(kù)水位下降時(shí)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(duì)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(guò)手繪流網(wǎng)、數(shù)值計(jì)算和模擬試驗(yàn)求解。解算時(shí)，一般簡(jiǎn)化為二向問(wèn)題，對(duì)于三向滲流場(chǎng)如岸邊繞流，可用數(shù)值分析或模擬試驗(yàn)求解。

土壩穩(wěn)定計(jì)算

土壩體積很大，在水壓力作用下整個(gè)壩體產(chǎn)生水平滑動(dòng)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(kù)水位降落期三種類型。土體抗剪強(qiáng)度由下式確定：式中τ為土體抗剪強(qiáng)度；σ為垂直于滑動(dòng)面的法向總應(yīng)力；μ為孔隙水壓力；σ′為法向有效應(yīng)力；σ′、φ′為土料有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，分別代表凝聚力和內(nèi)摩擦角，由試驗(yàn)確定。

均質(zhì)土壩、厚心墻和厚斜墻壩常用滑動(dòng)圓弧法計(jì)算壩坡穩(wěn)定（見(jiàn)下式）。假定滑動(dòng)面為圓弧，分成若干土條，不計(jì)條塊間作用力，計(jì)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(yīng)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(guò)土條底面中點(diǎn)的圓弧半徑之間夾角；L為滑弧穿過(guò)的有凝聚力部分的弧長(zhǎng)。試算若干滑弧，求得最小安全系數(shù)K。20世紀(jì)50年代A.W.畢肖甫等人還提出計(jì)入條塊間作用力的計(jì)算方法。

對(duì)于壩基有軟弱夾層或薄心墻、薄斜墻壩，宜用滑楔法（見(jiàn)左圖）。假定滑動(dòng)面為折線，滑楔間作用力假定平行于坡面或?yàn)樗较颉Ｑ卣劬€將各種材料的抗剪強(qiáng)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(shè)不同滑動(dòng)面試算求得。如在地震區(qū)，應(yīng)將地震力作為外力加入計(jì)算。

土壩沉降計(jì)算

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

土壩應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算

用有限單元法計(jì)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(yīng)力應(yīng)變，以判斷是否發(fā)生剪切破壞、有無(wú)過(guò)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(shè)計(jì)提供依據(jù)等。