三峡大学：《水工建筑物》第四章（4-5） 坝肩岩体稳定

§4-5坝肩岩体稳定 要求: 1.了解拱坝稳定的特点及重要性 2.掌握刚体极限平衡方法在拱坝中的应用 3.掌握改善稳定的工程措施

§4-5坝肩岩体稳定 • 要求： • 1. 了解拱坝稳定的特点及重要性 • 2. 掌握刚体极限平衡方法在拱坝中的应用 • 3. 掌握改善稳定的工程措施

拱坝稳定的特点及重要性 1、特点 1)失稳形式 a)坝肩岩体在拱端推力等外荷载作用下 的滑动失稳,包括:局部,整体,局部整体等 b)坝肩岩体在拱端推力等荷载作用下变 形过大致使拱坝变形失稳 c)拱坝建基面不能提供足够的阻止上滑 的能力,沿坝基面上滑失稳 本课程主要讲第一种失稳,对第二种失稳一般只能用FEM或模型 试验,对于第三种近来才提出,工程中应用很少,深入了解时可 找有关文献

一．拱坝稳定的特点及重要性 • 1 、 特点： • 1） 失稳形式 • a) 坝肩岩体在拱端推力等外荷载作用下 的滑动失稳，包括：局部，整体，局部整体等 • b) 坝肩岩体在拱端推力等荷载作用下变 形过大致使拱坝变形失稳 • c) 拱坝建基面不能提供足够的阻止上滑 的能力，沿坝基面上滑失稳 • 本课程主要讲第一种失稳，对第二种失稳一般只能用FEM或模型 试验，对于第三种近来才提出，工程中应用很少，深入了解时可 找有关文献

2)维持稳定的力 拱坝维持坝肩稳定的力主要是:岩体自重,拱端推力,其次才是 坝体自重等 3)失稳过程及解决途径 重力坝:点屈服一面屈服滑动 失稳时滑动面上合力不变 拱坝:点屈服—面屈服位移 影响荷载分配及拱端力 影响其他拱端的稳定——整体失稳 由上可见,要解决上述失稳必须将应力、 稳定及变形三者统一起来考虑

2） 维持稳定的力 • 拱坝维持坝肩稳定的力主要是：岩体自重，拱端推力，其次才是 坝体自重等 3） 失稳过程及解决途径 重力坝： 点屈服——面屈服——滑动 • 失稳时滑动面上合力不变 拱坝： 点屈服——面屈服——位移 影响荷载分配及拱端力--- 影响其他拱端的稳定——整体失稳 由上可见，要解决上述失稳必须将应力、 稳定及变形三者统一起来考虑

4)水荷载既在拱端产生滑动力,也产生 阻滑力。如何充分利用水荷载自身维持 稳定,是拱坝体形设计研究的主要问题。 N=Ho-P S=PL/2

• 4）水荷载既在拱端产生滑动力，也产生 阻滑力。如何充分利用水荷载自身维持 稳定，是拱坝体形设计研究的主要问题

2.重要性 1)局部应力过大,会导 致局部破坏和应力重分 布 如:拱向拉应力过大, 形成次生拱,其结果是 曲率变大,从而应力将 得到改善,而不致于继 续开裂。 又如:梁向拉应力过大, 开裂,刚度减小,承担 的荷载就小,从而不致 于大的破坏

2．重要性 • 1）局部应力过大，会导 致局部破坏和应力重分 布。 • 如：拱向拉应力过大， 形成次生拱，其结果是 曲率变大，从而应力将 得到改善，而不致于继 续开裂。 • 又如：梁向拉应力过大， 开裂，刚度减小，承担 的荷载就小，从而不致 于大的破坏

2)一端拱座失去支撑时,由拱结构变成悬臂 曲梁,其承载能力将大大减小,以致破坏。因 此拱座稳定是拱坝安全的前提,是非常重要的 这一点也被工程实践证实:据统计到80年为止, 国内外曾发生过影响拱坝安全运行、破坏或成 问题的事例共有45起,其中坝身开裂、漏水 冻融剥落或骨料碱性反应引起的拱坝等实例共 17起,占38%,稳定出问题共28起,占62% 到85年为止,遭到破坏以致完全不能使用 的拱坝共有6座,全是由稳定引起的,因此稳 定是相当重要的问题

• 2）一端拱座失去支撑时，由拱结构变成悬臂 曲梁，其承载能力将大大减小，以致破坏。因 此拱座稳定是拱坝安全的前提，是非常重要的。 这一点也被工程实践证实：据统计到80年为止， 国内外曾发生过影响拱坝安全运行、破坏或成 问题的事例共有45起，其中坝身开裂、漏水、 冻融剥落或骨料碱性反应引起的拱坝等实例共 17起，占38％，稳定出问题共28起，占62％ • 到85年为止，遭到破坏以致完全不能使用 的拱坝共有6座，全是由稳定引起的，因此稳 定是相当重要的问题

可能滑动面的形式及位置 1失稳原因 a存在可能的滑动体(由结构的切割面处) b有作用力 由此可见要搞清稳定,首先必须分析可能滑动体 及其上作用的力

二．可能滑动面的形式及位置 • 1失稳原因 • a 存在可能的滑动体（由结构的切割面处） • b 有作用力 • 由此可见要搞清稳定，首先必须分析可能滑动体 及其上作用的力

2、构成可能滑动体的结构面 1)底裂面 2)侧裂面 3)上游开裂面 4)临空面 上述结构面可以是平面,也可以是曲面

2、构成可能滑动体的结构面 • 1） 底裂面 • 2） 侧裂面 • 3） 上游开裂面 • 4） 临空面 • 上述结构面可以是平面，也可以是曲面

3、各种结构形状对稳定的影响

3、各种结构形状对稳定的影响 •

4、可能滑动体的几种型式 1)单独陡倾角结构面和缓倾角结构面组合而成 2)成组陡缓倾角结构面组合 ·3)混合组合,即单陡与组缓或单缓与组陡 4)多刚体组合

4、可能滑动体的几种型式 • 1） 单独陡倾角结构面和缓倾角结构面组合而成 • 2） 成组陡缓倾角结构面组合 • 3） 混合组合，即单陡与组缓或单缓与组陡 • 4） 多刚体组合