土石坝稳定计算安全评价与计算毕业设计.docx
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土石坝稳定计算安全评价与计算毕业设计
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）
其中：
——土条编号；
——土条重量；
——作用于土条底部的孔隙水压力；
——分别为土条宽度和其沿滑裂面的坡角；
——有效抗剪强度指标;
S——产生滑动的作用力；
——抗力。
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
1.15
4.1.2.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，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）
φ（度）
C（kpa）
φ（度）
坝体土
19.8
19.3
5.00×10-5
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
岩土名称
天然容重
浮容重
抗剪断强度
KN/m3
KN/m3
内聚力（MPa）
摩擦角（°）
坝基砂岩
24.6
14.9
0.5
34
4.1.4.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
1.05
4.1.5.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,φ=25.000度
[受力信息]
土条自重:
W=（9.185kN,-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,φ=25.000度
[受力信息]
土条自重:
W=（9.066kN,-12.142m）
土条底部:
法向力=（115.343kN,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=26.258
********************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,φ=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,26.258m）
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=90.340kN
4.1.6.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）:
（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,φ=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=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）：
（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,φ=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:
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=0.970m,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,φ=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=21.216kN
4.1.7.上下游坝坡稳定计算结果
表4.5稳定分析结果表
计算工况
安全系数Kmm
备注
计算值
规范值
上
游
坡
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
3
校核洪水位
1.462
1.05
满足规范要求
上
游
坡
4
正常蓄水位
1.214
1.15
满足规范要求
5
设计洪水位
1.180
1.15
满足规范要求
6
校核洪水位
1.140
1.05
满足规范要求
从表4.5中知道：
上游坝坡的稳定在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水均能满足设计规范要求；下游坝坡的稳定均满足规范要求。
说明该水库在降缓上游坝坡和下游坝坡以后，结构安全已能满规定要求。
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