土石坝稳定计算安全评价与计算毕业设计.doc

1、第 4 章 大坝稳定计算4.1. 计算 方法4.1.1. 计算原理本 设 计 稳 定 分 析 采 用 简 单 条 分 法 瑞 典 圆 弧 法 。 该 法 基 本 假 定 土 坡 失 稳 破 坏可 简 化 为 一 平 面 应 变 问 题 ， 破 坏 滑 动 面 为 一 圆 弧 形 面 ， 将 面 上 作 用 力 相 对 于 圆 心 形成 的 阻 滑 力 矩 与 滑 动 力 矩 的 比 值 定 义 为 土 坡 的 稳 定 安 全 系 数 。 计 算 时 将 可 能 滑 动 面上 的 土 体 划 分 成 若 干 铅 直 土 条 ， 略 去 土 条 间 相 互 作 用 力 的 影 响 。图 4.1 瑞

2、典圆弧法计算简图下 游 坝 坡 有 渗 流 水 存 在 ， 应 计 入 渗 流 对 稳 定 的 影 响 。 在 计 算 土 条 重 量 时 ， 对 浸润 线 以 下 的 部 分 取 饱 和 容 重 ， 对 浸 润 线 以 上 的 部 分 取 实 重 （ 土 体 干 重 加 含 水 重 ） 。假 设 土 条 两 侧 的 渗 流 水 压 力 基 本 上 平 衡 ， 则 稳 定 安 全 系 数 的 综 合 简 化 计 算 公 式 为 ：（4.1） /cos)( secinecos)( ReQVWbtgbuKiiii iiiiiC 其中： 土条编号；i土条重量； W作用于土条底部的孔隙水压力； u分别

3、为土条宽度和其沿滑裂面的坡角；,b有效抗剪强度指标;/cS产生滑动的作用力；抗力。T表 4.1 坝体安全系数表 坝的级别 I II III IV、V正常运用条件 1.50 1.35 1.30 1.25非常运用条件 I 1.30 1.25 1.20 1.154.1.2. 计算工况根 据 水 工 建 筑 物 教 材 的 要 求 ， 稳 定 渗 流 期 校 核 两 种 工 况 的 上 下 游 坝 坡 稳 定 ：正 常 运 用 条 件 和 非 正 常 运 用 条 件 I， 对 于 设 计 洪 水 位 的 上 下 游 坝 坡 ， 其 浸 润 线 和 水位 均 处 于 正 常 和 校 核 条 件 之 间

4、， 在 坝 体 尺 寸 和 材 料 相 同 的 情 况 下 ， 正 常 和 校 核 满 足要 求 ， 设 计 即 满 足 要 求 。4.1.3. 基础资料表 4.2 三百梯水库坝体土物理力学指标建议值 土类湿容重y(kN/m3)干容重rm(kN/m3)渗透系数k(cm/s)非饱和固结快剪 饱和固结快剪C(kpa) ( 度 ) C(kpa) ( 度 )坝体土 19.8 19.3 5.0010-5 13.2 19.39 9.2 16.12表 4.3 三百梯水库大坝基岩物理力学指标建议值 天然容重 浮容重 抗剪断强度岩土名称KN/m3 KN/m3 内聚力(MPa) 摩擦角()坝基砂岩 24.6 14

5、.9 0.5 344.1.4. 安全系数三 百 梯 水 库 大 坝 为 5 级 建 筑 物 ， 坝 坡 抗 滑 稳 定 计 算 采 用 不 计 条 块 间 作 用 力 的 瑞典 圆 弧 法 ， 根 据 碾 压 式 土 石 坝 设 计 规 范 (SL274-2001)相 关 规 定 ， 本 水 库 坝 坡 抗滑 稳 定 最 小 安 全 系 数 如 表 4.4。表 4.4 坝坡抗滑稳定最小安全系数表 计算部位 建筑物等级 正常运用情况 非常运用情况大坝坝坡 5 1.15 1.054.1.5. 理正软件上游坝坡计算结果（1）校核工况图 4.1 校核工况边坡示意图图 4.2 校核工况边坡圆弧面示意图滑

6、动安全系数: 1.462*滑面信息*土条总数: 37圆心半径(m): (20.445,24.034) R = 24.434*土条信息*第 1 个土条: 几何信息 左上点坐标(m): (8.046, 2.980)左下点坐标(m): (8.046, 2.980)右上点坐标(m) ： (9.046, 3.350)右下点坐标(m): (9.046, 2.422)土条尺寸: 宽度 = 1.000m, 底部长度 = 1.145m土条面积: 0.464m2土条底部倾角: -29.151 度物理信息 土条底部: C = 10.000kPa, = 25.000 度受力信息 土条自重: W = (9.185kN,

7、 -11.899m)土条底部: 法向力 = (125.239kN, 0.000m), 切向力 = (7.832kN, 24.434m)土条左侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力 = 0.000kN土条右侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力 = 0.000kN水平静水压力: 大小 = 38.788fkN, 力臂 = 20.870fm竖向静水压力: 大小 = 104.727kN, 力臂 = -11.899m孔隙水压力: 大小 = 125.239kN（2）设计工况图 4.3 设计工况边坡示意图图 4.4 设计工况边坡圆弧面示意图滑动安全系数: 1.447*滑面信息*土条总数: 39圆心半

8、径(m): (21.165,24.714) R = 24.988*土条信息*第 1 个土条: 几何信息 左上点坐标(m): (8.526, 3.158)左下点坐标(m): (8.526, 3.158)右上点坐标(m) ： (9.520, 3.526)右下点坐标(m): (9.520, 2.605)土条尺寸: 宽度 = 0.994m, 底部长度 = 1.138m土条面积: 0.458m2土条底部倾角: -29.079 度物理信息 土条底部: C = 10.000kPa, = 25.000 度受力信息 土条自重: W = (9.066kN, -12.142m)土条底部: 法向力 = (115.34

9、3kN, 0.000m), 切向力 = (7.860kN, 24.988m)土条左侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力 = 0.000kN土条右侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力 = 0.000kN水平静水压力: 大小 = 35.636fkN, 力臂 = 21.373fm竖向静水压力: 大小 = 96.216kN, 力臂 = -12.142m孔隙水压力: 大小 = 115.343kN（3）正常工况图 4.5 正常工况边坡圆弧面示意图图 4.6 正常工况边坡示意图滑动安全系数: 1.421*滑面信息*土条总数: 40圆心半径(m): (20.445,26.156) R = 26.2

10、58*土条信息*第 1 个土条: 几何信息 左上点坐标(m): (8.078, 2.992)左下点坐标(m): (8.078, 2.992)右上点坐标(m) ： (8.992, 3.330)右下点坐标(m): (8.992, 2.527)土条尺寸: 宽度 = 0.914m, 底部长度 = 1.025m土条面积: 0.367m2土条底部倾角: -26.977 度物理信息 土条底部: C = 10.000kPa, = 25.000 度受力信息 土条自重: W = (7.269kN, -11.909m)土条底部: 法向力 = (90.340kN, 0.000m), 切向力 = (7.216kN, 2

11、6.258m)土条左侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力 = 0.000kN土条右侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力 = 0.000kN水平静水压力: 大小 = 28.457fkN, 力臂 = 22.996fm竖向静水压力: 大小 = 76.834kN, 力臂 = -11.909m孔隙水压力: 大小 = 90.340kN4.1.6. 理正软件下游坝坡计算结果（1）校核工况图 4.7 校核工况边坡示意图滑动安全系数: 1.140*滑面信息*土条总数: 41圆心半径(m): (18.178,27.878) R = 29.061*土条信息*第 1 个土条: 几何信息 左上点坐标(m):

12、 (5.143, 1.905)左下点坐标(m): (5.143, 1.905)右上点坐标(m) ： (6.108, 2.262)右下点坐标(m): (6.108, 1.442)土条尺寸: 宽度 = 0.966m, 底部长度 = 1.071m土条面积: 0.396m2土条底部倾角: -25.595 度物理信息 土条底部: C = 10.000kPa, = 25.000 度受力信息 土条自重: W = (7.843kN, -12.552m)土条底部: 法向力 = (23.759kN, 0.000m), 切向力 = (9.394kN, 29.061m)土条左侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力

13、 = 0.000kN土条右侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力 = 0.000kN水平静水压力: 大小 = 6.469fkN, 力臂 = 25.800fm竖向静水压力: 大小 = 17.465kN, 力臂 = -12.552m孔隙水压力: 大小 = 23.759kN（2）设计工况图 4.8 设计工况边坡示意图滑动安全系数: 1.180*滑面信息*土条总数: 43圆心半径(m): (17.304,28.920) R = 30.322*土条信息*第 1 个土条: 几何信息 左上点坐标(m): (4.224, 1.565)左下点坐标(m): (4.224, 1.565)右上点坐标(m) ： (

14、5.216, 1.932)右下点坐标(m): (5.216, 1.112)土条尺寸: 宽度 = 0.992m, 底部长度 = 1.090m土条面积: 0.407m2土条底部倾角: -24.524 度物理信息 土条底部: C = 10.000kPa, = 25.000 度受力信息 土条自重: W = (8.051kN, -12.584m)土条底部: 法向力 = (22.828kN, 0.000m), 切向力 = (9.484kN, 30.322m)土条左侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力 = 0.000kN土条右侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力 = 0.000kN水平静水压力:

15、 大小 = 6.186fkN, 力臂 = 27.178fm竖向静水压力: 大小 = 16.701kN, 力臂 = -12.584m孔隙水压力: 大小 = 22.828kN（3）正常工况图 4.9 正常工况边坡示意图滑动安全系数: 1.214*滑面信息*土条总数: 45圆心半径(m): (14.637,32.924) R = 34.651*土条信息*第 1 个土条: 几何信息 左上点坐标(m): (1.894, 0.701)左下点坐标(m): (1.894, 0.701)右上点坐标(m) ： (2.864, 1.061)右下点坐标(m): (2.864, 0.334)土条尺寸: 宽度 = 0.9

16、70m, 底部长度 = 1.037m土条面积: 0.352m2土条底部倾角: -20.720 度物理信息 土条底部: C = 10.000kPa, = 25.000 度受力信息 土条自重: W = (6.977kN, -12.258m)土条底部: 法向力 = (21.216kN, 0.000m), 切向力 = (8.543kN, 34.651m)土条左侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力 = 0.000kN土条右侧: 法向力 = 0.000kN, 切向力 = 0.000kN水平静水压力: 大小 = 6.044fkN, 力臂 = 32.049fm竖向静水压力: 大小 = 16.319kN, 力臂 = -12.258m孔隙水压力: 大小 = 21.216kN4.1.7. 上下游坝坡稳定计算结果表 4.5 稳定分析结果表 安全系数 Kmm计 算 工 况计算值 规范值备 注1 正常蓄水位 1.421 1.15 满足规范要求2 设计洪水位 1.447 1.15 满足规范要求上游坡 3 校核洪水位 1.462 1.05 满足规范要求上游4 正常蓄水位 1.214 1.15 满足规范要求