重力擋墻抗滑抗傾穩(wěn)定性分析畢業(yè)論文(已修改)

　

【正文】 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）重力擋墻抗滑抗傾穩(wěn)定性分析畢業(yè)論文4 目　　錄摘　　要 1Abstract 2引　　言 11文獻(xiàn)綜述 2 2 2 2 3 4 5 7 7 9 9 11 12 12 13 13 13 142近代土壓力理論回顧 15 15 16 17 19 19 21 223典型斷面重力擋墻后土壓力計(jì)算 2工況及計(jì)算參數(shù) 24 33 34 36 STAB程序的計(jì)算 38 38 434重力擋墻抗滑抗傾穩(wěn)定性分析 46 46 46 計(jì)算參數(shù)選取 48 48 53 54 56 58 58 58 瀝青混凝土面板混合壩方案計(jì)算結(jié)果 66 695結(jié)論和建議 71 71 72參 考 文 獻(xiàn) 73附 錄 75在 學(xué) 取 得 成 果 92致　　謝 93摘　　要 1Abstract 2引　　言 11文獻(xiàn)綜述 2 2 2 2 3 4 5 7 7 9 9 11 12 12 13 13 13 142近代土壓力理論回顧 15 15 16 17 19 19 21 223典型斷面重力擋墻后土壓力計(jì)算 2工況及計(jì)算參數(shù) 24 33 34 36 STAB程序的計(jì)算 38 38 404重力擋墻抗滑抗傾穩(wěn)定性分析 43 43 43 計(jì)算參數(shù)選取 45 45 50 51 53 55 55 55 瀝青混凝土面板混合壩方案計(jì)算結(jié)果 59 605結(jié)論和建議 62 62 63參 考 文 獻(xiàn) 64附 錄 66在 學(xué) 取 得 成 果 83致　　謝 84北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引　　言宜興抽水蓄能電站上池混合壩下游重力式擋墻承受著由上游堆石體形成的土壓力，由于擋墻最大高度比普通的擋墻高，且建在傾斜的堆石和基巖結(jié)合面上，擋墻在此土壓力作用下其本身的穩(wěn)定性和基礎(chǔ)的穩(wěn)定性都需要進(jìn)行深入的分析研究，對(duì)研究的結(jié)果做出分析，給出相應(yīng)的建議。在我們這個(gè)藍(lán)色的星球上只有不到百分之三的水是淡水，其中不足百分之三十三的水是流動(dòng)水，有一半以上都建了水壩，水壩對(duì)人類發(fā)展作出了重大的貢獻(xiàn)，水壩的效益是可觀的同時(shí)也給環(huán)境和社會(huì)和經(jīng)濟(jì)造成了效益之外的影響，隨著人們經(jīng)驗(yàn)的積累水壩的績效和影響開始成為人們關(guān)注的對(duì)象，水壩則是人們管理利用和分配水資源的一種手段。而在興建的水壩中出現(xiàn)了好多由于滑坡而出現(xiàn)工程事故的問題，因此水壩建設(shè)中對(duì)滑坡的穩(wěn)定分析是非常必要的，同時(shí)要做到具體問題具體分析。本文針對(duì)江蘇宜興抽水蓄能電站高擋土墻具體工程，在計(jì)算重力擋土墻后各剖面的主動(dòng)土壓力時(shí)，用傳統(tǒng)的庫倫方法進(jìn)行滑裂面通過堆石的計(jì)算和用STAB來進(jìn)行沿基巖接觸面滑動(dòng)的計(jì)算兩種工況。在進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性分析時(shí)，通過兩種不同的指標(biāo)來計(jì)算安全系數(shù)。(1) 設(shè)定擋墻與基巖接觸面之間的抗剪強(qiáng)度值采用純摩指標(biāo)，計(jì)算在墻后土壓力的作用下?lián)鯄Φ目够€(wěn)定性，其安全標(biāo)準(zhǔn)控制在Kc≥；(2) 設(shè)定擋墻與基巖接觸面之間的抗剪強(qiáng)度值采用抗剪斷指標(biāo)，計(jì)算在墻后土壓力的作用下?lián)鯄Φ目够€(wěn)定性，其安全標(biāo)準(zhǔn)控制在Kc≥。由于本工程的特點(diǎn)為，重力式擋墻高大，且擋墻建在斜坡上，在巨大墻后土壓力作用下，存在擋墻的抗傾穩(wěn)定性問題。所以在對(duì)混凝土擋土墻進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定分析時(shí)，抗傾穩(wěn)定安全標(biāo)準(zhǔn)控制在Kc≥~。通過對(duì)擋土墻的抗滑抗傾覆穩(wěn)定性分析，評(píng)價(jià)各剖面的穩(wěn)定性，對(duì)于安全性低的剖面給出相應(yīng)的加固措施。1文獻(xiàn)綜述將多種土質(zhì)壩的某些部位以石料代替，即成為土石混合壩。為改善壩身應(yīng)力狀態(tài)，避免裂縫，近代修建的高土石壩常將心墻略向上游傾斜做成斜心墻土石混合壩。在任何可能出現(xiàn)的荷載組合情況下，混合壩都應(yīng)保持穩(wěn)定。穩(wěn)定分析是混合壩設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前在我國己建和正在設(shè)計(jì)施工的、壩基有軟弱夾層或較大斷層的90 余座混凝土大壩中，由于壩基中的軟弱夾層未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因此而改變?cè)O(shè)計(jì)、降低壩高、增加工程量或后期加固的就有30 余座，有的因此而停工，改變壩址或限制庫水位。土石壩是以土、石等當(dāng)?shù)夭牧咸钪膲危哂锌梢跃偷亍⒕徒〔模?jié)省大量水泥、木材和鋼材，減少工地的外線運(yùn)輸量，適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件等優(yōu)點(diǎn)。巖基上的重力壩在水壓力及其他荷載的作用下，主要依靠壩體自重在地基上產(chǎn)生的摩擦力(即抗滑力)和地基之間的凝聚力來抵抗壩前的水壓力，以滿足穩(wěn)定要求。同時(shí)依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力，以滿足強(qiáng)度要求。重力壩具有許多優(yōu)點(diǎn)川:安全可靠。對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。樞紐泄洪問題容易解決。便于施工導(dǎo)流。施工方便。結(jié)構(gòu)作用明確。等等。但是，重力壩也存在以下一些缺點(diǎn):壩體剖面尺寸大，材料用量多，耗資巨大。壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮。壩體與地基接觸面積大，相應(yīng)壩底揚(yáng)壓力大，對(duì)穩(wěn)定不利。壩體體積大，在澆筑混凝土?xí)r，需要有較嚴(yán)格的溫度控制措施。在平原地帶，或平原與山區(qū)相連接的寬闊河谷地段，往往洪水量很大，為了既能達(dá)到宣泄大流量洪水的目的，又能讓工程變得經(jīng)濟(jì)，可以選擇建造混合壩。混合壩一般可由混凝土重力壩(或支墩壩)同土石壩兩部分結(jié)合而成。該壩兼有土石壩和混凝土壩的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了二者的某些缺點(diǎn)。混凝土壩部分在施工期間可用以宣泄洪水，建成之后可用作溢流壩。土石壩段則可利用當(dāng)?shù)夭牧喜⑹乖靸r(jià)降低。混合壩在國內(nèi)外有不少工程實(shí)例。國外如位于美國科羅拉多州阿堪薩斯(ArkansaS)河的普布羅壩 (PuebloDam)，它的溢流部分是支墩壩，非溢流部分是土壩。位于美國南達(dá)科他州的安格斯特拉(Angostura)壩，它的溢流部分是重力壩，非溢流部分是土壩。日本的宮川壩，采用了混凝土斷面逐漸縮小，最后成為剛性心墻插入土石壩心墻內(nèi)的混合壩連接型式。國內(nèi)如位于云南省麗江市華坪縣與四川省攀枝花市交界的金沙江中的觀音巖水電站樞紐布置采用了混合壩方案，由左岸、河中碾壓混凝上重力壩和右岸心墻堆石壩組合而成，兩種壩型之間由“軟接頭”連接。位于新疆伊犁克特斯河山口水電站工程推薦采用混合壩樞紐布置，擋水壩段為心墻壩和碾壓鹼重力壩。選擇建造混合壩，必須考慮到其薄弱環(huán)節(jié)的靜動(dòng)力反應(yīng)問題。在高烈度區(qū)，混凝土與土體交接部位的連接形式和抗震設(shè)計(jì)沒有得到很好地解決，建設(shè)高混合壩的工程實(shí)例不多，相應(yīng)的研究工作也甚少。基于以上考慮，本文選擇插入式混合壩，重點(diǎn)對(duì)其接頭部位進(jìn)行靜動(dòng)力特性分析。選擇混合壩，除考慮水力因素外，主要是考慮地形條件。適合于混合壩的地形通常是在平原地帶，或平原與山區(qū)相連接地段，很少在山區(qū)。寬闊河谷常可為混合壩提供有利的壩址。在毗連山區(qū)的寬闊河谷，往往洪水量很大。若只考慮填筑壩，則會(huì)遇到大流量導(dǎo)流問題。隧洞在施工期需要具有較大的宣泄洪水能力以及需建大的溢洪道常常使工程不經(jīng)濟(jì)。但若采用混凝土重力壩或支墩壩作為混合壩的溢流段，則會(huì)使工程變得經(jīng)濟(jì)。地基條件在混合壩壩型的選擇中是第二位的重要因素。當(dāng)一寬谷的河槽部分具有良好的巖基且接近地表，而覆蓋層向一岸或兩岸增厚，在此條件下，混合壩可能經(jīng)濟(jì)、如果考慮混凝土、土石混合壩，則混凝土部分必須有良好的地基。若壩的混凝土部分最大凈水頭(上、下游水位差)超過 20ft(lft==)，則地基應(yīng)為巖基。若混凝土壩段凈水頭小于20ft，則其可建在砂、礫石之類的較透水的材料之上，但不得超過容許的地基承載力。 埃及阿斯旺水庫隨著人類工程活動(dòng)的不斷發(fā)展，對(duì)邊坡問題的研究也在不斷深入。特別是80年代以來，邊坡工程的研究在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的有力支持下，發(fā)展迅猛。在系統(tǒng)科學(xué)方法論的指導(dǎo)下，對(duì)邊坡巖體的賦存環(huán)境、坡體結(jié)構(gòu)、內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)、變形破壞機(jī)制、影響穩(wěn)定性的因素等進(jìn)行系統(tǒng)研究，在80年代中期到90年代初，就形成了較為系統(tǒng)的邊坡穩(wěn)定性研究思路。并在此期間，數(shù)值和物理模擬手段被引入邊坡研究中，人們借助有限元、離散元法、地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)等再現(xiàn)邊坡變形破壞的全過程，在整體上、內(nèi)部作用機(jī)制等方面對(duì)邊坡進(jìn)行全面的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。并利用統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論、灰色系統(tǒng)理論、數(shù)量化理論、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等，搜索邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)與預(yù)報(bào)方法。90年代以后，人工邊坡的規(guī)模和高度不斷增大，邊坡穩(wěn)定問題越來越突出。邊坡穩(wěn)定性的研究也越來越受到重視，在以下幾個(gè)方面取得了較大進(jìn)展:首先是關(guān)于巖體結(jié)構(gòu)的研究:巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其穩(wěn)定性與邊坡巖體中發(fā)育的各類結(jié)構(gòu)面特征密切相關(guān)。研究者們認(rèn)識(shí)到，不僅要查清楚邊坡巖體結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)力學(xué)成因、分布規(guī)律、結(jié)構(gòu)面的充填物質(zhì)、幾何特征等，而且要追溯邊坡巖體結(jié)構(gòu)建造、結(jié)構(gòu)改造和淺表生改造的全過程，并通過精細(xì)的量測技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法獲得表征巖體結(jié)構(gòu)的連通率、跡長、間距、密度、起伏度、粗糙度等一系列定量參數(shù)。在此基礎(chǔ)上建立巖體結(jié)構(gòu)模型和定量化模式，為邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和模擬研究打下基礎(chǔ)。邊坡變形破壞地質(zhì)力學(xué)模式也得到了不斷的深化、補(bǔ)充和完善。邊坡的變形破壞機(jī)制和地質(zhì)力學(xué)模式是其內(nèi)部作用過程和本質(zhì)的體現(xiàn)，也是反映影響邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)的各種地質(zhì)因素的綜合體現(xiàn)，因此，在工程實(shí)踐中可以根據(jù)邊坡的變形破壞機(jī)制和模式評(píng)價(jià)和預(yù)測邊坡的變形發(fā)展趨勢和可能的破壞形式。孫廣忠將邊坡的變形破壞形式分為:楔形體滑坡、圓弧滑面滑坡、.順層面滑動(dòng)滑坡、傾倒變形邊坡、潰屈破壞邊坡、復(fù)合型滑面滑坡、斜坡開裂變形體、堆積層滑坡、崩塌碎屑流滑坡。并深入討論了不同巖體類型巖質(zhì)邊坡的破壞機(jī)制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)現(xiàn)己廣泛應(yīng)用于邊坡問題的研究，尤其是在邊坡變形破壞過模擬以及穩(wěn)定性分析方面發(fā)揮了重要作用。計(jì)算模型和巖土力學(xué)參數(shù)確定等方面都有了很大的進(jìn)展。目前，常用的數(shù)值模擬方法有:有限單元法、有限差分法、邊界元法、離散元法、流形元法、非連續(xù)變形分析法以及各種禍合計(jì)算方法等。可以在計(jì)算機(jī)上模擬巖體的裂隙網(wǎng)絡(luò)，確定裂隙網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，定量評(píng)價(jià)巖體的質(zhì)量、力學(xué)參數(shù)，仿真模擬邊坡的應(yīng)力場、位移場、形成演化過程、人工開挖過程以及加固結(jié)構(gòu)的作用等。引入損傷、斷裂力學(xué)理論及大變形理論使數(shù)值計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際。而快速拉格朗日差分法(FLAC)、離散單元法(Deln)和非連續(xù)變形分析法(DDA)能夠考慮邊坡的大變形問題，在計(jì)算機(jī)上模擬邊坡運(yùn)動(dòng)的特征與失穩(wěn)過程等。非線性科學(xué)理論、非連續(xù)介質(zhì)理論、可靠性分析理論、模糊數(shù)學(xué)、塊體理論、灰色系統(tǒng)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、分形理論、突變理論、自組織理論以及各種復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算方法廣泛的應(yīng)用于邊坡研究中。邊坡穩(wěn)定性研究步入了定性與定量相結(jié)合、概念模型與仿真模擬相結(jié)合、監(jiān)測與反饋分析相結(jié)合的新階段。我國也有水壩8萬多做，但是實(shí)際上多為不規(guī)則的小型土壩，真正能夠全面發(fā)揮水壩功能的水壩實(shí)際上并不是很多。根據(jù)中國大壩委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)，至2003年底30ｍ以上的大壩僅有4694座(其中在建30ｍ以上大壩有132座)，在建30ｍ以上大壩的裝機(jī)容量為56300MW。我國水庫總庫容僅為5843億m3（其中在建庫容為1405億m3）。2004年全國水電發(fā)電量約為3300億度。如果以人均水庫蓄水量來比較，中、美兩國通過人為工程可控制的水資源供應(yīng)能力，差距在100倍以上。因此，我國的社會(huì)、生態(tài)環(huán)境遭到自然災(zāi)害的沖擊極大，一方面洪澇災(zāi)害頻發(fā)，另一方面又是干旱嚴(yán)重，水資源嚴(yán)重短缺、水污染嚴(yán)重。這些問題的根本解決，都離不開建設(shè)一定數(shù)量的大壩，增加對(duì)天然水資源的調(diào)控能力。1949年我國水利水電事業(yè)逢勃發(fā)展，從19491985年，在已建成的壩高30米以上的113座混凝土壩中，混合壩達(dá)58座，占總數(shù)的51%。50年代首先建成了高105m的新安江和高71m的古田一級(jí)兩座寬縫混合壩。60年代建成了高97m的丹江口寬縫混合壩和高147m的劉家峽、高106m的三門峽兩座實(shí)體混合壩。70年代建成了黃龍灘、龔嘴混合壩。其中長江三峽水利樞紐混合壩，壩高185米。如圖2丹江口大壩，圖3三峽大壩 丹江口大壩 三峽大壩據(jù)1979 年的不完全統(tǒng)計(jì),我國已建、當(dāng)時(shí)在建及設(shè)計(jì)中的大中型閘壩工程中,壩基有軟弱夾層的達(dá)92 座,其中因此而改變?cè)O(shè)計(jì)、增加工程量或在后期加固的共有30 余座。在我們這個(gè)藍(lán)色的星球上只有不到百分之三的水是淡水，其中不足百分之三十三的水是流動(dòng)水，有一半以上都建了水壩，水壩對(duì)人類發(fā)展作出了重大的貢獻(xiàn)，水壩的效益是可觀的同時(shí)也給環(huán)境和社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶造成了效益之外的影響，隨著人們經(jīng)驗(yàn)的積累水壩的績效和影響開始成為人們關(guān)注的對(duì)象，水壩則是人們管理利用和分配水資源的一種手段。水壩建設(shè)的作用不是單一的，除了防洪、灌溉、航運(yùn)、旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖等等之外，最主要是供水和發(fā)電。通過建壩蓄水，達(dá)到控制洪水并將其轉(zhuǎn)化為可利用的水資源是現(xiàn)代水壩的重要作用之一。以我國為例，由于季風(fēng)性氣候，暴雨集中，盡管時(shí)常有洪澇災(zāi)害發(fā)生，而從總體上講，淡水資源十分缺乏。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)用水需求的增長，要解決我國的水資源短缺，措施之一就是必須建設(shè)一批大型蓄水水庫，增加各流域汛期的蓄洪能力，從而增加水資源的可利用程度。而在興建的水壩中出現(xiàn)了好多由于滑坡而出現(xiàn)工程事故的問題，如位于廣西南丹縣大廠礦區(qū)酸水灣的一個(gè)個(gè)體選礦廠的水壩突然垮壩，猛烈下泄的礦泥將柳州華錫集團(tuán)3棟礦工宿舍和一片民工棚戶共100多間民房淹沒。目前已找到遇難民工尸體15具，50多名受傷者已送往醫(yī)院搶救。據(jù)目擊者稱，此次垮壩導(dǎo)致100多人失蹤。1864年，英國戴爾戴克水庫在蓄水中發(fā)生垮壩，死亡250人，800所房屋被毀。1889年，美國約翰斯敦水庫洪水漫頂垮壩，死亡400010000人。1959年，西班牙佛臺(tái)特拉水庫發(fā)生沉陷垮壩，死亡144人。1959年，法國瑪爾帕塞水庫因地質(zhì)問題發(fā)生垮壩，死亡421人。1960年，巴西奧羅斯水庫在施工期間被洪水沖垮，死亡1000人。1961年，蘇聯(lián)巴比亞水庫洪水漫頂垮壩，死亡145人。1963年，意大利瓦伊昂拱壩水庫失事，死亡2600人。1963年，中國河北劉家臺(tái)土壩水庫失事，死亡943人。1967年，印度柯依那水庫誘發(fā)地震，壩體震裂，死亡180人。1979年，印度曼朱二號(hào)水庫垮壩，死亡500010000人。因此水壩建設(shè)中對(duì)滑坡的穩(wěn)定分析是非常必要的。滑坡的治理措施都有其使用范圍及其優(yōu)缺點(diǎn),治理滑坡要因地制宜,要把