混凝土重力坝深层抗滑稳定分析.pdf
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1、第 2期 ( 总第 3 9 3期) 吉 林水利 2 0 1 5年 2月 文章编号 1 0 0 9 2 8 4 6 ( 2 0 1 5 )0 2 0 0 0 1 0 3 混凝土重力坝深层抗滑稳定分析 姜云龙 张立勇 ( 四川大学水利水电学院,四川 成都6 1 0 0 6 5 ) 摘要 】重力坝的深层 抗滑稳定性 问题是影响坝体安全 的关键 。本文 以某工程典型坝段 深层抗 滑稳定为研 究对 象 采 用多滑面抗滑稳定分析方法和强度储 备法分析 典型坝段 坝基各滑移通道的深层抗 滑稳定性 。并对 比两种 方法在计算结果上的相 同点和差异性。计算结果显示 ,多滑面抗滑稳定分析方法在结构复 杂、错动 带
2、比较发 育 的坝基 中的成果更为合理和真 实 【 关键词】重力坝 ;深层抗滑稳 定;多滑动 面方 法;双滑面方法 中图分类号 rr V 3 3 1 文献标识码 B 1 工程概况 官地水电站是雅砻江水 电规划五级开发的第 3座 电站 为碾压混凝土重力坝。最大坝高 1 6 8 m。 坝址区地质条件复杂 缓倾角错 动带和裂隙较发 育 分布 比较 普遍 , 坝基深层抗滑稳定 问题 突出。 本文以官地水电站重力坝为背景 选取较有代表 性 的 1 3 #坝段作为分析对象 采用多滑面深层抗 滑稳定的方法分析其深层抗滑稳定性 并与现行 规范规定的双滑面方法计算成果作对 比。 2 多滑面模式下深层抗 滑稳定分析
3、 方法 2 1 多滑 面抗 滑稳 定方 程 图 1 为多滑面模式下的深层抗滑稳定计算示 意 图, 根据坝基岩层 、 错动带和结构面分布 , 把滑 裂面分为 n块 滑裂体表面作用有竖 向应力 o r 和 水平向切应力 r 其中竖 向应力 o r 由建基面以上竖 向荷 载( 主要是坝体 自重 ) 产生 , 水 平应力 r由建 基面以上水平荷载( 主要是水推力 ) 产生。 对 于第 i ( i = 2 , 3 , , n 一 1 ) 个滑块 , 根据刚体 平衡原则 忽略滑块间的剪力 , 由垂直于滑裂 面方 向的平衡方程可求出 。 = ( 尺 i + i ) c o s B , - a P i 崛 一
4、 一 U c o s ( + ) 一 o s ( 1 崛 ) - Q ,c o s ( o t 椎 ) 一 Q 1 c o s ( o t i_ l 镌 ) ( 1 ) 采用等安全系数法 列 出滑块 i 的安全 系数 K 的求解公式如下: , 一 N A + c A 一一一一 ,、 一 ( + f _ 1 ) s i n ( a _ 1 ) 一 ( Q + ) s i n ( c 镌 ) + ( 尺 + ) s i + c o 考虑各滑块安全系数相等 即 2 2 多滑面抗滑稳定方程的求解 K, = , = = = ( 3 ) ( 1 ) 线性化求解方法 那么 1, 个滑裂体可 以列 出 2 n
5、个方程 , 其 中未 上述推导 的多滑面抗滑稳定求解方程组为非 知数 K 、 N、 Q,共 2 个 ,未知数个数等于方程个 线性方程 , 把式 ( 1 ) 带人式( 2 ) 可得 : 数, 方程可以求解。 , ! 竺 ! ! 望 ,二 ! ! 堡 : f 4 ) 作为一般情况 上述公式推导中各滑块之间 一 Q s in ( o q 一 。 ) 一 Q f s i n ( a 蝎 ) + q 的错动面。根据研究 , 当错动面垂直时 , 所求安全 当 i = 1 ( 或 = n ) 时 , 式( 4 ) 中令 Q 产 0 ( 或 Q 。 = 0 ) 。 系数最 b 1 , 因为当错动面不垂直时 。
6、 滑块 之间的 通过上述变换 , 可将方程组简化成 t 2 个方程 , 摩擦力明显增大 。 将严重影 响滑块体系相对 位移 , 未知数 只剩 K 和 Q,共 n个 ,恰好可以求解方程 整体安全系数将增大。 组 。由于式 ( 4 ) 为非线性方程组 , 以每个滑块为单 收稿 日期 2 0 1 4 1 2 - 0 3 作者简介】 &( 1 9 9 0 一 ) 男, 四川大学水利水电学院 , 硕士, 现从 事水工结构工作 。 吉林水利 混凝土重力坝深层抗滑稳定分析 姜云龙等 2 0 1 5年 2月 体 其中 K, 为所有方程 的共同未知量 , 最适合的求 解方法为迭代法 。 令 K = K o ,
7、由块体 1 可求 Q , 依次 递推 由块体 i ( i = 2 , 3 , , n 一 1 ) g求解 Q l ( = 2 , 3 , , 一1 ) ; 同时 , 当 K = K o 时 , 由块体 n可 以求 出 Q 。 如果 是方程真解 , 则有 Q 。 = Q ,卜 ; 相反 , 如 果 不是方程的真解 时, Q 。 Q 。 。因此 , 计算时 可对 K 进行试算搜索 , 反复求解 Q , 卜 。 和 Q 。 , 直到 获得近似解 , 使得l Q - q 一 。 I ( 小量占 为收 敛控制标准) 。 ( 2 ) 迭代方法的收敛性 由于用 Q 和 Q 是否相等来判断 是不是 3 算例求
8、解 方程的真解 , 所以式 ( 4 ) n-6 I 看成 K与 Q , 卜 。 之间的函 数 : f Q n- 1 ( )( , 2 , , ) ( 5 ) I 1 = F 2 ( K) ( i = n ) 一 根据实际工程和文献网 分析 , ( K) 和 F 2 ( K) 都 为 K 的单调 函数 , 而且通常有 ( O F , ) a K( a F 2 ) 0 K。 F 1 ( K) 和 ( K) 的曲线如图 1 所示 , 图中 为方 程组的真解 从图 1可知 , 随着 K逼近真解 , 一( K) 和 ( K) 之间的差值逐渐变小 , 从而说 明线性化迭代求 解方法是收敛的。 图 1 F
9、1 、F 2 一K曲线 由于坝基错动带分布复杂 ,其 中 、 容易贯通并形成深 层滑动通道 本文根据 1 3 坝 段错动带分布 ,将 1 3 坝段在 、 , : 三条错 动 带 组 合 下 的 滑 移 通 道 拟 定 为 多 滑 面 模 式 ( 1 2 3 4 5 6 ) 及双滑面模式( a b e ) 。计算简图见 图 2所 示 。 图 2 计算简图 3 1 主要荷载 ( 1 ) 自重 。 常态混凝土容重为 2 5 0 0 k g m3 , 碾压 混凝土容重为 2 5 2 0 k g m 3 。 ( 2 ) 水荷载。 正 常蓄水位 : 上游水位 l 3 3 0 0 0 m, 相 应下游 水位
10、 1 2 0 3 7 0 m: 一 2 一 设计 洪水位 : 上游 水位 1 3 3 0 1 8 m。 相应 下游 水位 1 2 2 3 6 2 m: 校核洪水位 : 上游 水位 1 3 3 0 4 4 m 相应下 游 水位 1 2 2 5 2 9 m。 ( 3 ) 泥沙荷载。坝前泥沙淤积高程 1 2 1 2 9 0 m。 淤沙浮容重 6 0 k N m 3 。 其 内摩擦角为 1 2 。 ( 4 ) 扬压力 。 河床坝段坝基扬压力强度系数 = 0 2 5 在考虑抽排措施后 , 扬压力的计算依据规范 水工建筑物荷载设计规范 ( D L 5 0 7 7 1 9 9 7 ) 规定计 算 , 主排水
11、孔前的扬压力强度系数 l = 0 2 0 , 残余扬 压力强度系数 2 = 0 5 0 。 ( 5 )浪压力 。计算风速为 2 1 7 n d s ,有效吹程 l k m。 c ( 6 ) 地震 。地震基本烈度为度 , 相应基岩水 平动峰值加速度为 0 2 8 4 g 。 3 2 计算工况 正常蓄水位工况 :自重+ 上游正常蓄水位+ 泄 放最小流量的下游水位+ 淤沙压力+ 扬 压力+ 浪压 力 : 设计洪水位工况 :自重+ 上游设计洪水位+ 相 应下 游水位+ 淤沙压力+ 扬压力+ 浪压力+ 动水压 力 : 校核洪水位工况 :自重+ 上游校核洪水位+ 相 应 下游水位+ 淤沙压力+ 扬压力+
12、浪压力+ 动水压 吉林水利 混凝土重力坝深层抗滑稳定分析 姜云龙等 2 0 1 5年 2月 力 : 地震工况 :自重+ 上游正常蓄水位+ 泄放最小 流量 的下游水位+ 淤沙压力+ 扬压 力+ 浪压力+ 地 震 。 3 - 3 计算结果 ( 1 ) 多 滑面模 式 方法 多滑面模式下 , 其滑移通道拟定为 ( 1 2 3 4 5 6 ) , 错动带之间采用岩桥连接( 见 图 3 ) , 错动带和岩桥 的抗剪断参数采用表 1中的值 : 计算过程 中。 考虑 了正常蓄水位工况、 设计洪 表 1 多滑移通道抗剪断参数 水位工况 、校核洪水位工况和地震工况下的深层 抗滑稳定性 多滑面模式下深层抗 滑稳定
13、计算成 果见下表。 表 2 多滑面模式下计算成果 ( 2 ) g 2 滑面模式方法 国内水利规范和电力规范中 均规定在大坝基 础的抗滑稳定 中使用该方法 。 双滑面模式下 。 主 滑面( a b ) 为 类岩体 , 但需考虑 。山 错 动带对 其强度参数的影 响, 滑出面( b e ) 为 类岩体 和 厂 棚 错动带( 二者 比例为 0 6 8 : 0 3 2 ) , 主滑面和滑出面抗 剪 断参数按 类岩体和错动带所 占的比例取加权 值网 双滑面模式下滑移通道的抗剪断参数见下表。 表 3 双滑面模式下抗剪断参数表 计算过程中 , 考虑T I E _ 常蓄水位工况 、 设计洪 抗滑稳定性 ,双滑
14、面模式下深层抗滑稳定计算成 水位工况 、校核洪水位工况和地震工况下的深层 果见下表。 表 4 双滑面模式计算成果 4 结论 1 ) 由计算结果可知 , 在各种不 同滑移模式组合 下 , 正常工况的深层抗滑稳定安全系数最大 , 设计 工 况 、 校 核 工况 的安 全 系数 次 之 , 地 震 工 况 的安 全 系数最小 。 2 ) 双滑 面模式下 , 当主滑 面的 厂 枷 : 类岩体 : 厂 姗 的 比值不 同时 , 各工况的深层抗滑稳定安全系 数相差较大。随着 类岩体所 占的比例增大 , 主滑 面的抗剪断参数逐渐增大 相应的深层抗滑稳定 ( 下转第 1 1页) 一 3 一 吉林水利 包气带介
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