土石坝坝坡稳定分析大连理工网络函授.doc

1、 网络教育学院 本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目 ： 土 石坝坝坡稳定分析 学习中心： 山西公路奥鹏学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 水利水电工程 年 级： xxxxxxxxxxxxx 学 号： 111111111111 学 生： xxx 指导教师： xxx 完成日期： 201x 年 x 月 xx 日 土石坝坝坡稳定分析 I 内容摘要 土石坝具有造价低、结构简单、对自然条件适应强、抗震性能好、工作可靠、寿命长、施工管理简便等优点 , 因而被广泛采用。在水库安全鉴定中 , 大坝安全至关重要 , 而稳定问题又是大坝安全的关键之一。特别是土石坝 , 稳定问题更是影响其安全的关键

2、。因此 , 如何更合理、更准确地开展土石坝的坝坡稳定分析工作是工程界普遍关注的问题。 本文通过对坝坡稳定的分类概述，分析坝坡失稳的原因，归纳总结各种隐患的防治措施，同时结合具体案例深入研究 。 关键词 ： 坝坡；稳定；破坏原因；防治措施 土石坝坝坡稳定分析 II 目 录 内容摘要 . I 引 言 . 1 1 坝坡稳定性概述 . 2 1.1 坝坡失稳的调查 . 2 1.2 滑坡的危害 . 2 1.3 研究课题的提出 . 2 2 滑坡的原因分析 . 2 2.1 滑坡的分类与特征 . 2 2.2 地质原因引起的滑坡 . 3 2.3 降雨、地震引起滑坡 . 3 2.4 运行管理方面的原因 . 4 3

3、坝 坡稳定监测 . 4 3.1 坝坡稳定监测的内容 . 4 3.2 坝坡稳定监测手段 . 5 4 坝坡失稳的防治 . 7 4.1 地质方面引发滑坡的处理措施 . 7 4.2 降雨、地震引起滑坡的处理措施 . 9 4.3 运行管理方面引发防治措施 . 9 5 坝坡稳定案例分析 . 10 5.1 坝坡稳定性分析案例具体内容 . 10 5.1.1 工程概况 . 10 5.1.2 滑坡震害现象 . 10 5.1.3 滑坡 . 12 5.2 坝坡失稳原因分析 . 13 5.3 坝坡失稳的加固防治 . 13 6 结论与展望 . 15 参考文献 . 16 土石坝坝坡稳定分析 III 土石坝坝坡稳定分析 1

4、引 言 作 为 坝坡失稳的重要原因， 滑坡是否产生则取决于抗滑力与下滑力的大小关系。对于弧面滑面， 1915年瑞典人 Petterson曾用阻抗潜滑体绕滑弧圆心旋滑的力矩与滑体重量驱动旋滑的力矩之比来描述所论潜滑体的安全系数。 1963年瑞典人Fellenius首次提出用条分法来考虑滑面上的应力分布的问题，随后，又有了简化Bishop法、 Jaubu法和 Sarma法，即使用诺谟图确定临界滑面。国内长沙矿冶研究院熊传治推导了 Mohr Coulomb破坏准则的安全系数普通表达式，并用优化方法解决了平面或圆弧滑面的确定方法；陈祖煜、邵长华基于改进摩根顿一普赖斯方法采用单纯形法、负梯度法和 DPF

5、法来确定滑面最优形状。 本文通过对坝坡 稳定 性的概述 ，归纳总结了滑坡的原因 ，同时 通过对 大 坝 坝坡稳定监测和滑坡防治的分析研究，最后结合具体案例找出了应对一般坝坡失稳的基本解决思路。 对坝进行稳定分析，通过计算分析求得稳定安全系数，对大坝进行安全评价，从而提出合理的防险加固措施，使大坝更好地运行，发挥其经济效益和社会效益。坝坡的稳定分析不仅可为工程施工提供科学的理论依据，而且对坝坡加固和滑坡的预测预报也具有重要的指导作用。 土石坝坝坡稳定分析 2 1 坝坡稳定性概述 1.1 坝坡失稳的调查 坝坡失稳 是 一种常见 的土石坝病害，迄今为止我国有 130 余座土石坝因为滑坡而导致溃坝，我

6、国 50 年代及 60 年代建成的许多中小型土石坝， 由于受当时历史、工程技术等条件限制 , 很多水库在缺乏最起码的基本地质资料和必要的工程技术条件下仓促动工 ,加之大部分工程又都是民工队伍施工 ,施工质量难于保证 ,使得一些工程在修建时就存在安全隐患 ,同时经过几十年的运行 ,许多水库病险问题非常突出 ,不但工程效益不能发挥 ,而且还直接威胁到下游人民的生命财产安全。 1.2 滑坡的危害 水库工程大多处在高山峡谷地区，会经常遇到坝坡稳定问题。滑坡一旦发生，将产生很大危害： 毁坏修建在山坡上、坡脚或沟口的建筑，造成房 屋倒塌，人员伤亡，可直接埋没铁路、公路；摧毁路基、桥涵等设施，致使交通中断；

7、还可引起正在运行的火车、汽车颠覆。造成重大的人身伤亡事故。 大量岩土滑入库内减小有效库容；直接威胁建筑物安全，堵塞泄水建筑物；大体积滑体高速滑入库内，会产生巨大涌浪 ，对大坝形成很大的冲击荷载，甚至造成漫顶，导致大坝失事，给下游人民生命财产带来巨大损失。 1.3 研究课题的提出 土石坝作为北方地区最常见的一种坝型 ,由于可就地取材 ,施工简单 ,适合大规模建设 ,所以在 20 世纪 50年代末至 70年代初得到了广泛的应用，构成了水利系统防洪和调节供 水的骨干工程 ,为发展工农业生产 、 促进国民经济建设 、 保证人民生命财产的安全发挥了重要作用 。 然而随着年代的增加土石坝出现了各种各样的问

8、题 ,特别是 在坝坡的稳定等方面 ,加强大坝除险加固 ,确保工程安全运行 ,充分发挥其综合效益是一项摆在广大水利工作者 面前的重要课题。 2 滑坡的原因分析 2.1 滑坡的分类与特征 土石坝 滑坡的原因很多，往往是多种因素的组合，一般说来占主导地位的是内部原因再加上外部因素的影响，因而促成了滑坡。概括起来有以下几个方面。 (1)内部因素： 土石坝 结构松散，抗剪强度和抗风化能力较低 ；坝体在水作用下性质 发生变化； 组成 坝体 的岩、土体被各种构造面切割分离成不连续状态 ；坝体坡度过陡；地下水对岩土体的软化作用。 (2)外部因素：地壳运动及气候变化对 土石坝 滑坡的诱发作用。 主要的诱发因土石

9、坝坝坡稳定分析 3 素有：地震、降雨和融雪、地表水的冲刷、浸泡、河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷 、 海啸、风暴潮、冻融等作用也可诱发滑坡。 (3)人类因素： 人类工程活动的频繁 是引起土石坝滑坡的重要因素 ,如 开挖坡脚：修建铁公路、依 坝 建房、建厂等工程，常常因使 坝 体下部失去支撑而发生下滑。蓄水、排水均易使水流渗入坡体，加大孔隙水压力，软化岩、土体，增大 坝体容重， 从而促使或诱发 土石坝 滑坡的发生。水库的水位上下急剧变动，加大了坡体的动水压力，也可使斜坡和岸坡诱发滑坡发生。支撑不了过大的重量，失去平衡而沿软弱面下滑。尤其是厂矿废渣的不合理堆弃，常常触发滑坡的发生。 此外 ，坝区

10、附近 劈山开矿的爆破作用，可使 坝 坡的岩、土体受振动而破碎产生滑坡；在 坝区上下游 山坡上乱砍滥伐，使坡体失去保护，便有利于雨水等水体的入渗从而诱发滑坡等等 ， 上述的人类作用与不利的自然作用互相结合，则就更容易促进滑坡的发生。 2.2 地质原因引起的滑坡 岩土体是产生滑坡的物质基础。一般说，各类岩、土都有可能构 成滑坡体，其中结构松散，抗剪强度和抗风化能力较低，在水的作用下其性质能发生变化的岩、土，如松散覆盖层、黄土、红粘土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡。 此外， 组成斜坡的岩、土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态时，才有可能

11、向下滑动的条件。同时、构造面又为降雨等水流进入斜坡提供了通道。故各种节理、裂隙、层面、断层发育的斜坡、特别是当平行和垂直斜坡的陡倾角构造面及顺坡缓倾的构造面发育时，最易发生滑坡。地下水活动，在滑坡形成中起着主要作用。它的作用主要表现在 ：软化岩、土，降低岩、土体的强度，产生动水压力和孔隙水压力，潜蚀岩、土，增大岩、土容重，对透水岩层产生浮托力等。尤其是对滑面 (带 )的软化作用和降低强度的作用最突出。 2.3 降雨 、地震 引起滑坡 对坝体边坡而言，降雨的不利作用主要表现 在降低坝 体强度、抬高地 下水位和边坡内孔 隙压力加大等三个方面： (1)对于坝坡 边坡稳定来说，起控制作用的是坝体结构面

12、的强度。坝体结构面分为硬质结构面与软弱结构面。水的介入对于硬质结构面的强度并无影响，而软弱结构面遇水后，特别是在原来充填介质含水量很少，降雨后却显著加大时，充填的软弱 物进一步软化，其抗剪强度则显著降低。 土石坝坝坡稳定分析 4 (2)由于裂隙发育，岩石破碎渗透系数大，水位升高后水很容易排走。 (3)若一个降雨过程不是太短，就能在坝体地下水位以上非饱和区形成暂态饱和区，地下水位上升，使边坡内孔隙压力加大。强度超过人渗率的降雨历时愈长孔隙压力也愈大。虽然这一孔隙压力是暂态的，降雨停止后能以较快的速度消散，但如量值较大，则对边坡稳定的影响不能忽视。 地震引起的坝体滑坡则表现在以下方面： (1)在强

13、烈地震时，由于惯性力和渗透压力的作用使滑动土体中的滑动力与抗滑力发生变化而失去稳定而滑坡 。 (2)由于在 坝区附近爆破采石和上游坝坡附近炸鱼形成强烈的冲击波使坝体土的结构破坏引起滑坡 。 (3)在坝体上堆放大量物料，使其滑动力增加超过了抗滑力引起滑坡 。 2.4 运行管理方面的原因 (1)放水时库水位降落太快，使上游坝体的孔隙水下降速度远跟不上库水位，形成很大的孔隙水压力而造成滑坡 。 (2)在运行期间下游倒滤层中泥砂颗粒的穿越与骨架调整以及某些水溶盐等淤积使排水棱体失效，引起浸润线抬高降低了土体的抗剪强度导致滑坡。 (3)不合理的人类工程活动，如开挖坡脚、坡体上部堆载、爆破、水库蓄 (泄

14、)水、矿山开采等都可诱发滑坡 。 3 坝坡稳定监测 3.1 坝坡稳定监测的内容 (1)从裂缝的形状判断。滑动裂缝主要特征，主裂缝两端有向边坡下部逐渐弯曲的趋势，两侧分布有众多的平行小缝，主缝上下侧有错动。 (2)从裂缝的发展规律判断。滑动性裂缝初期发展缓慢，后期逐渐加快，而非滑动性裂缝则随时间延长而逐渐减慢。 (3)从坝顶位移观测的规律判断。当坝身在短时间出现持续而显著的位移时，特别是伴随着裂缝出现连续性的位移，而位移量又逐渐加大，边坡下部的水平位移量大于边坡上部的水平位移量，边坡上部垂直位移向下，边坡下部垂直位移向上。 (4)从浸润线观测资 料分析判断。当库水位相近而测压管水位逐渐上升。 (

15、5)根据孔隙水压力观测成果判断。有孔隙水压力观测资料的 土石坝 ，当实测孔隙压力系数高于设计值时。 土石坝坝坡稳定分析 5 以上这些都可能是滑坡的前兆，应及时进行坝坡稳定校核。根据核算结果，判断是否 可能滑坡。 3.2 坝坡稳定监测手段 3.2.1表面变形监测 (1) 观测原则与布置 土石坝表面变形的观测主要观测坝面的沉降（竖向位移）和水平位移（分为垂直坝轴线的横向水平位移和平行坝轴线的纵向水平位移），一般在坝面沿不同的纵 、 横向断面方向设置多个表面变形观测标点 。 表面变形观测标点的设置应根据 工程规模 、 重要程度 、 地质情况 、 结构情况 、 施工情况及采用的观测方法而定，以能全面掌

16、握大坝表面的变形特点和状态为原则，通常竖向位移标点和水平位移标点可结合布置 。 (2)有关观测内容与仪器设备 观测标点：位移观测标点的设置要求坚固可靠，与建筑物牢固结合，一般由底座 、 立柱 、 标点头组成 。 工作基点：工作基点一般采用固定的钢筋混凝土结构，直接浇筑在大坝两岸的山坡基岩上，对于埋设在土基或土体建筑物上增设的工作基点，必须埋入地下足够深度，冰冻地区底座应埋入冻土层以下 。 校核基点的结构和埋设深度参照观测标点和工作基点，相关要求 从严掌握 。 沉降观测：通常采用水准观测方法，根据工程规模及条件选用不同等级的水准仪 、 水准尺和相应的水准测量方法 。 也有用连通管观测沉降的，即采

17、用塑料（橡胶 、 尼龙）等水管提供一个基准水平面，在观测标点上设水位测针进行观测 。 横向水平位移：横向水平位移常用视准线法观测，所用仪器有经纬仪 、 普通光学大坝视线仪 、 激光大坝视准仪等 。 少数土石坝也有用引张线法观测大坝横向水平位移的，引张线一般也可同时观测竖向位移，其方法 、 设备 、 安装等可参考混凝 土石坝 观测中的引张线方法 。 纵向水平位移：纵向水平位移一般采用铟钢尺或校准钢尺观测 ，观测误差要求不大于 0.2mm，有条件的可采用光电测距仪或激光测距仪观测 。 3.2.2内部变形监测 (1)观测原则与布置 土石坝内部变形观测包括分层竖向位移观测 、 分层水平位移观测 、 界

18、面位移观测及深层应变观测等，分层竖向位移观测点一般布置在最大断面及其他特征断土石坝坝坡稳定分析 6 面（原河床 、 合龙段 、 地质及地形复杂段 、 结构及施工薄弱段）上 。 规范要求视工程重要性及具体情况，一般可设 1 3 个断面，每个断面 1 3 条观测垂线，其中 1 条宜设置在坝轴线附近，但实际工程中设置不了那么多，一般仅在坝轴线上设置 1 3 条观测垂线 。 (2)有关 观测内容与仪器设备 分层竖向位移：主要采用电磁式沉降仪 、 干簧管式沉降仪及水管式沉降等仪器进行观测，也可采用横臂式沉降仪或深式测点组，沉降管的刚度应尽量与周围介质接近 。 分层水平位移：多采用测斜仪观测，也有用引张线

19、观测的，少数必要且有条件时也可采用正 、 倒垂线观测 。 3.2.3渗流监测 (1)渗流压力观测 观测原则与布置 渗流压力观测主要分为坝体渗流压力观测 、 坝基渗流压力观测 、 绕坝渗流观测等 。 仪器设备 土石坝渗流压力监测设备主要有测压管 、 各种孔隙水压力计算等 。 (2)渗流量的监测 观测原则与布置 渗流 量观测包括渗漏水流量及水质观测，水质观测通常包括渗漏水温度 、 透明度观测及化学成分分析 。 渗流量观测除具有评估水库蓄水后的水量损失的作用外，一般认为渗流量是最直观 、 最能综合反映土石坝渗流安全性态的一个观测指标 。 仪器设备 小流量一般采用容积法观测，规范建议流量小于 1 L/s 时采用容积法观测，流量较大时一般采用量水堰（流量偏小选三角堰 、 偏大选梯形堰） 。 当渗流量大于 300 L/s 或受落差限制不能设置量水堰时，应将渗漏水引入排水沟中，采用断面流速法进行观测 。 3.2.4 其他监测 (1)土压力（应力）的监测 为 了解坝受力情况和土与混凝土建筑物的作用压力（或应力）大小，从而判断工程结构的安全性，对重要而又有条件的工程，可进行土压力（应力）观测 。