坝体稳定计算.docx
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坝体稳定计算
初期坝的稳定计算
考虑到初期坝的筑坝材料为堆石，为无粘性土材料，按照《碾压式土石坝设计规范》的规定，采用折线法计算初期坝坝坡的稳定安全系数。
由于初期坝的透水性强、浸润线的位置较低，且下游坝坡对坝体的稳定性起关键作用，故不计算坝体上游坡的稳定情况。
1）计算工况
按照相关设计《规范》的规定，计算工况应包括正常工况、洪水工况和特殊工况三种。
小河金矿尾矿库工程所在区域的地震设防烈度为6度，根据《抗震设计规范》的规定，可以不计算地震工况。
因初期坝的透水性很强，稳定计算中可以不考虑浸润线对下游坝坡的影响，因此设计只计算正常工况下的坝坡稳定性。
2）计算参数
参考其他工程的经验和业主提供的数据，初期坝的计算参数选取工程中最常用的总应力法计算参数，如表5-1所示。
表5-1坝体稳定计算参数表
稳定计算的参数
部位
粘聚力C（kPa）
内摩擦角￠（度）
天然重度kN/m3
饱和重度kN/m3
初期堆石坝
0
38.0
21
20
基岩
0
39.0
22
23
3）稳定计算：
初期堆石坝材料的粘聚力为零，按照《碾压式土石坝设计规范》的规定，采用折线法进行初期坝坝坡的稳定计算，计算公式如下：
式中：
En—抗滑力在水平方向投影的总合；
Ea—滑动力在水平方向投影的总和；
--各滑块的摩擦角；
Gi—各滑块的重量；
--各滑块滑动面的倾角。
------------------------------------------------------------------------
计算项目：
小河初期堆石坝稳定
------------------------------------------------------------------------
[计算简图]
[控制参数]:
采用规范:
碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）
计算工期:
稳定渗流期
计算目标:
安全系数计算
滑裂面形状:
折线形滑面
不考虑地震
[坡面信息]
坡面线段数5
坡面线号水平投影（m）竖直投影（m）超载数
134.00017.0000
22.0000.0000
330.00015.0000
44.0000.0000
552.000-26.0000
[土层信息]
坡面节点数6
编号X（m）Y（m）
00.0000.000
-134.00017.000
-236.00017.000
-366.00032.000
-470.00032.000
-5122.0006.000
附加节点数6
编号X（m）Y（m）
1-10.0000.000
2-10.000-3.000
3130.0008.000
4130.000-6.000
564.000-1.250
664.000-0.750
不同土性区域数2
区号重度饱和重度粘聚力内摩擦角水下粘聚水下内摩十字板?
强度增十字板羲?
强度增长系全孔压节点编号
（kN/m3）（kN/m3）（kPa）（度）力（kPa）擦角（度）（kPa）长系数下值（kPa）数水下值系数
121.00022.0000.00038.0000.00034.000---------------（
0,-5,-4,-3,-2,-1,）
222.00023.0000.00038.0000.00038.000---------------（
0,1,2,4,3,-5,）
[计算条件]
稳定计算目标:
自动搜索最危险滑面
稳定分析方法:
简化Janbu法
土条宽度（m）:
1.000
非线性方程求解容许误差:
0.00001
方程求解允许的最大迭代次数:
50
搜索有效滑面数:
100
起始段夹角上限（度）:
5
起始段夹角下限（度）:
45
段长最小值（m）:
10.667
段长最大值（m）:
21.333
出口点起始x坐标（m）:
-32.000
出口点结束x坐标（m）:
66.000
入口点起始x坐标（m）:
0.000
入口点结束x坐标（m）:
122.000
------------------------------------------------------------------------
计算结果:
------------------------------------------------------------------------
滑动安全系数=1.563
最危险滑裂面
线段标号起始坐标（m,m）终止坐标（m,m）
1（36.036,17.018）（53.827,25.751）
2（53.827,25.751）（66.001,32.000）
经过试算，正常工况下初期坝坝坡的最小抗滑稳定安全系数为1.563，大于《规范》规定的最小安全系数值[1.15].
尾矿库坝体渗流稳定性分析
各土层参数确定
依据工勘提供的各土层参数，并结合选厂尾砂性能参数，本次新建尾矿库渗流稳定性分析选取参数如下：
各土层参数
土层名称
γ
kN/m3
C
kPa
φ
°
渗透系数°（cm/s）
经验值
初期堆石坝
21
0
35
0.1
基岩
22
0
38
1.0×10-7
尾中砂
14.5
7.84
18
1.5×10-3
尾细砂
15
7.84
16
1.3×10-3
尾粉砂
16
9.8
16
3.75×10-4
尾矿坝渗流分析
（1）正常运行浸润线计算结果
采用AutoBANK综合以上工况进行二维有限元模拟，坝体终高（+712m）正常水位按709m考虑。
正常工况计算结果图
***渗流计算结果摘要***
模型加载步=1
单元数=382
节点数=843
最高水位=709
单宽渗流量=9.35E-07
最大出逸水力梯度=2.77E-01
（2）洪水运行浸润线计算结果
本次计算按照尾矿库终期最大坝高时相应等别最小干滩长度50m时水位，作为洪水运行工况。
洪水工况计算结果图
***渗流计算结果摘要***
模型加载步=1
单元数=377
节点数=830
最高水位=711
单宽渗流量=2.24E-05
最大出逸水力梯度=2.24E-05经计算，坝体正常工况下及洪水工况下浸润线总体较低，浸润溢出点在初期坝内坡堆石反滤体内，说明渗透是相对安全的。
由于初期坝内侧堆石反滤体及坝体加固的堆石体渗透系数较大，渗透能力强，该处水力坡降较大，但反滤体为堆石体，渗透力小于堆石自重，因而发生渗透破坏的可能性较小。
稳定性分析
坝体稳定性分析采用瑞典圆弧法计算，求出安全系数最小值，并满足设计规范相应规定。
本区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。
规范规定坝坡抗滑稳定最小安全系数K值
坝等别
正常运行
洪水运行
特殊运行
三
1.20
1.10
1.05
四、五
1.15
1.05
1.00
滑弧法计算坝坡稳定，主要是滑弧位置的确定和计算公式的选择，由于地基、尾矿坝、尾矿性质和其它外力条件不同，滑弧的位置有以下几种情况：
（1）地基条件较好，一般容易在坡脚处发生滑动。
（2）地基较弱时可能连同一部分地基一起滑动。
（3）若尾矿坝强度较高，也可能在尾矿坝坝顶以上发生滑动。
（4）在特殊的情况下，最不利的滑弧位置也可能发生在尾矿未达到最终堆积标高以前的某个断面上。
渗流稳定分析采用有限元数值方法，计算软件采用河海大学工程力学研究所、南京水准科技有限公司Autobank6.0（HH-SLOPE）计算软件计算，分别进行正常和洪水位运行工况下的分析计算。
根据按照现行《尾矿库安全技术规程》AQ2005-2006、《选矿厂尾矿设施设计规范》ZBJ1-90确定尾矿库坝体抗滑稳定性计算荷载组合如下表：
尾矿库坝体抗滑稳定性计算荷载组合
荷载类别
计算工况及方法
1
2
3
4
5
正常运行
总应力法
有
有
有效应力法
有
有
有
洪水运行
总应力法
有
有
有效应力法
有
有
有
运行工况：
1.正常运行—尾矿库水位处于正常生产水位时的运行情况；
2.洪水运行—尾矿库水位处于最高洪水位时的运行情况。
荷载类别：
1.筑坝期正常高水位的渗透压力；
2.坝体自重；
3.坝体及坝基中的孔隙水压力；
4.最高洪水位有可能形成的稳定渗透压力。
根据瑞典圆弧法进行坝坡稳定分析，尾矿坝稳定安全系数公式：
Kc=∑Wicosαitgø＋cl/（∑Wisinαi＋Mc/R）
式中Wi——各土条重量；
αi——过各土条中线的滑弧半径与过滑弧圆心的法线间的夹角，度；
R——滑弧长度；
c、ø——总应力抗剪强度指标；
l——滑弧长度，m；
Mc——作用在滑弧中心的地震力矩，Mc=Ea，KN·m；
E——作用在滑动土体重心的水平地震惯性力，；
a——地震力至滑动中心的力臂，m。
正常工况：
分条数量:
30
滑面形式:
圆弧,滑动方向:
左
计算方法:
有效应力法,瑞典法
安全系数:
1.526
抗滑力=4832.4309KN,滑动力=3167.6873KN
正常工况稳定计算滑弧图k=1.526
洪水工况：
分条数量:
30
滑面形式:
圆弧,滑动方向:
左
计算方法:
有效应力法,瑞典法
安全系数:
1.125
抗滑力=7908.2694KN,滑动力=7027.6653KN
洪水工况稳定计算滑弧图k=1.125
特殊工况：
工分条数量:
30
滑面形式:
圆弧,滑动方向:
左
地震加速度:
0.050g
计算方法:
有效应力法,瑞典法
安全系数:
1.028
抗滑力=7932.5871KN,滑动力=7720.0933KN
特殊工况稳定计算滑弧图k=1.028
设计对尾矿坝代表性断面进行模拟概化，同时根据渗流计算和模拟坝体浸润线分布，分别计算处不同工况下的最小稳定安全系数如下表。
稳定计算成果分析表
工况
计算值
规范值
正常运行
1.526
1.15
洪水运行
1.125
1.10
特殊工况
1.028
1.00
经计算尾矿坝最小安全系数均大于规范要求的最小安全系数。
尾矿坝的安全稳定为企业生产、渡汛、堆存尾矿及回水等奠定了坚实地基础。
3.9.3.3拦洪坝构造
拦洪坝采用浆砌石砌筑，坝顶宽度为2.0m，高12m，坝顶高程722.0m。
隧洞进口底缘高程为713m，拦洪坝上游坝面铅直、下游面坡比为1：
0.85。
对拦洪坝的上游表面按照防渗的要求采取勾缝处理，砌筑材料：
M7.5水泥砂浆、MU30毛石，M10水泥砂浆勾缝，勾缝不大于3cm。
拦洪坝抗滑稳定性验算
采用抗剪断计算公式：
式中：
k-----抗滑安全系数;
——抗剪断凝聚力200kPa；
f-----抗剪断摩擦系数:
f=0.4
----滑移力705.6（kN）
——滑动面以上的总铅直力1789.2kN；
U——坝底处的扬压力kN；705.6（kN）；
A----滑动面面积，A=12m2。
。
经过计算得到，拦水坝的抗滑安全系数:
K=4.015；大于《规范》规定的最小安全系数值[3.00]，故满足《规范》的要求。
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