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坝基抗滑稳定评价

2020-04-09 21:00

研究坝基岩(土)体的地质结构、力学强度及可能导致坝基滑移的各种地质因素,评价坝基在不同荷载组合条件下的抗滑稳定性。坝基抗滑稳定是关系到大坝,尤其是混凝土重力坝安全的关键问题。世界建坝历史中,不乏因坝基失稳而导致大坝失事的实例,如:法国的布泽(Bouzty,1895)坝,美国的奥斯汀(Austin,1911)坝和圣·弗朗西斯(S.Francis,1928)坝,意大利的格莱诺(Gleuo,1923)坝等。在大坝的勘察设计中,要投入大量的勘察工作,查明各种可能影响坝基抗滑稳定的地质因素,对大坝在各种工况条件下的抗滑稳定性进行验算,以确保大坝的稳定。

坝基滑动破坏模式示意图

(a)沿坝体与岩体结合面滑动;(b)沿坝体和浅层软弱面滑动;(c)沿岩体中的软弱面滑动

坝基滑动破坏的模式

大坝(主要是混凝土重力坝)挡水后,在库水压力等荷载组合作用下,产生向下游的水平推力大于由坝体自重等荷载组合形成的抗滑力时,坝体就将沿特定的滑移面向下游滑移而破坏。坝基滑移破坏主要有两种模式:①浅层滑移。大坝沿坝基混凝土和基岩接触面的滑移;一部分沿坝体混凝土和基岩接触面,一部分沿浅部的软弱结构面发生的滑移,也属于浅层滑移。②深层滑移。大坝沿坝基岩体中的缓倾角软弱夹层、构造断裂和其他软弱结构面发生的剪切破坏(见图)。大坝滑移破坏模式主要取决于坝基地质结构、岩体的强度和坝下游基岩面的切割、冲刷情况。其中软弱结构面的埋藏条件、产状、成因类型、厚度和延续性、物质组成和抗剪强度,与伴生结构面的相互切割和组合情况,以及尾岩的抗力条件是控制坝基抗滑稳定和滑动模式的重要因素。地质人员通过勘察必须提供准确的坝基岩体地质结构模型,作为坝基抗滑稳定分析的依据。

坝基抗滑稳定计算和评价方法

坝基抗滑稳定计算主要是核算大坝沿建基面的抗滑稳定性;当坝基岩体内存在潜在的滑动面时,则需同时核算大坝(包括潜在滑动面以上的岩体)沿潜在滑动面发生深层滑动的条件。坝基岩体稳定计算采用刚体极限平衡公式,即将坝基岩体看作刚体,计算建基面或岩体中某一潜在滑动面上的总抗滑力和滑动力,求出总抗滑力和总滑动力的比值——抗滑稳定安全系数,即可判定坝基的抗滑稳定性。抗滑稳定安全系数计算有剪摩和纯摩两种表达式。前者在计算中取滑动面的抗剪断强度值,摩擦系数(f′),黏聚力(c′);后者取抗剪(摩擦)强度值,摩擦系数(f),不考虑黏聚力(c)。两种方法采用不同的安全系数。对于抗滑稳定的安全判断,中国采用两种方法:一种是传统的单一安全系数,即是抗滑力和总滑动力的之比;另一种是电力行业标准DL 5108—1999《混凝土重力坝设计规范》,采用结构可靠度分项系数极限状态设计表达式。

对于大坝深层抗滑稳定的核算应根据滑动面、临空面、尾岩抗力条件综合分析基本地质结构模型后,除用刚体极限平衡法计算外,地质条件复杂和规模大的工程还应辅以有限元法进行应力应变分析,有的还进行地质力学结构模型试验,验证大坝深层抗滑稳定的安全裕度和破坏形式。在深层抗滑稳定计算和模型试验成果的基础上综合评定大坝深层抗滑稳定性。

关于岩基大坝的抗滑稳定计算及评价方法,参见岩基上水工建筑物抗滑稳定、岩基稳定分析和抗滑稳定安全系数等。

坝基岩土体抗剪(断)指标的选取

坝基抗滑稳定评价中岩土体的抗剪(断)强度指标,需通过现场和试验室试验确定。中国根据GB 50287—99《水利水电工程地质勘察规范》,大坝抗滑稳定计算岩土抗剪(断)强度取值方法是:当岩体呈脆性破坏时,取峰值强度进行统计;当岩体呈弹塑性或塑性破坏时,取屈服强度进行统计。当采用DL 5108—1999进行大坝抗滑稳定计算时,岩土体抗剪(断)指标的选取,应按该规范的规定执行。

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