土石坝稳定计算安全评价与计算毕业设计.docx

1、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：

2、 （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IIIIIIIV、V正常运用条件1.501.351.301.25非常运用条件I1.301.251.201.154.1.2. 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，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

3、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19.819.35.0010-513.219.399.216.12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/m3KN/m3内聚力(MPa)摩擦角()坝基砂岩24.614.90.5344.1.4. 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

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51.151.054.1.5. 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

5、.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, -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

6、= 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 = 1.138

7、m 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 = (115.343kN, 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 = -1

8、2.142m 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

9、: -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, 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 = 90.3

10、40kN4.1.6. 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:

11、 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 = 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

12、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, = 25.000度 受力信息 土条自重: W =

13、(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、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, = 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

15、, 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 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1.4211.15满足规范要求2设计洪水位1.4471.15满足规范要求3校核洪水位1.4621.05满足规范要求上游坡4正常蓄水位1.2141.15满足规范要求5设计洪水位1.1801.15满足规范要求6校核洪水位1.1401.05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。