重力擋墻抗滑抗傾穩定性分析畢業論文-wenkub

　

【正文】 及阿斯旺水庫隨著人類工程活動的不斷發展，對邊坡問題的研究也在不斷深入。地基條件在混合壩壩型的選擇中是第二位的重要因素。在毗連山區的寬闊河谷，往往洪水量很大?；谝陨峡紤]，本文選擇插入式混合壩，重點對其接頭部位進行靜動力特性分析。國內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。混合壩在國內外有不少工程實例。混合壩一般可由混凝土重力壩(或支墩壩)同土石壩兩部分結合而成。壩體應力較低，材料強度不能充分發揮。施工方便。重力壩具有許多優點川:安全可靠。根據不完全統計，目前在我國己建和正在設計施工的、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發現，因此而改變設計、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。1文獻綜述將多種土質壩的某些部位以石料代替，即成為土石混合壩。(1) 設定擋墻與基巖接觸面之間的抗剪強度值采用純摩指標，計算在墻后土壓力的作用下擋墻的抗滑穩定性，其安全標準控制在Kc≥；(2) 設定擋墻與基巖接觸面之間的抗剪強度值采用抗剪斷指標，計算在墻后土壓力的作用下擋墻的抗滑穩定性，其安全標準控制在Kc≥。在我們這個藍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水，有一半以上都建了水壩，水壩對人類發展作出了重大的貢獻，水壩的效益是可觀的同時也給環境和社會和經濟造成了效益之外的影響，隨著人們經驗的積累水壩的績效和影響開始成為人們關注的對象，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了好多由于滑坡而出現工程事故的問題，因此水壩建設中對滑坡的穩定分析是非常必要的，同時要做到具體問題具體分析。由于本工程的特點為，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，存在擋墻的抗傾穩定性問題。為改善壩身應力狀態，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。土石壩是以土、石等當地材料填筑的壩，具有可以就地、就近取材，節省大量水泥、木材和鋼材，減少工地的外線運輸量，適應各種不同的地形、地質和氣候條件等優點。對地形、地質條件適應性強。結構作用明確。壩體與地基接觸面積大，相應壩底揚壓力大，對穩定不利。該壩兼有土石壩和混凝土壩的優點，同時也克服了二者的某些缺點。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。選擇混合壩，除考慮水力因素外，主要是考慮地形條件。若只考慮填筑壩，則會遇到大流量導流問題。當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，混合壩可能經濟、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。特別是80年代以來，邊坡工程的研究在計算機技術發展的有力支持下，發展迅猛。90年代以后，人工邊坡的規模和高度不斷增大，邊坡穩定問題越來越突出。邊坡變形破壞地質力學模式也得到了不斷的深化、補充和完善。隨著計算機技術的飛速發展，數值模擬技術現己廣泛應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定性分析方面發揮了重要作用。引入損傷、斷裂力學理論及大變形理論使數值計算結果更接近實際。我國也有水壩8萬多做，但是實際上多為不規則的小型土壩，真正能夠全面發揮水壩功能的水壩實際上并不是很多。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能力，差距在100倍以上。50年代首先建成了高105m的新安江和高71m的古田一級兩座寬縫混合壩。如圖2丹江口大壩，圖3三峽大壩 丹江口大壩 三峽大壩據1979 年的不完全統計,我國已建、當時在建及設計中的大中型閘壩工程中,壩基有軟弱夾層的達92 座,其中因此而改變設計、增加工程量或在后期加固的共有30 余座。以我國為例，由于季風性氣候，暴雨集中，盡管時常有洪澇災害發生，而從總體上講，淡水資源十分缺乏。據目擊者稱，此次垮壩導致100多人失蹤。1959年，法國瑪爾帕塞水庫因地質問題發生垮壩，死亡421人。1963年，中國河北劉家臺土壩水庫失事，死亡943人?；碌闹卫泶胧┒加衅涫褂梅秶捌鋬炄秉c,治理滑坡要因地制宜,要把“方案優化、經濟合理、技術可行、不留后患”作為滑坡防治的總體方針,要做到具體問題具體分析,只有這樣才能最大程度地減少經濟損失和人員傷亡。滑坡是山區主要的地質災害之一。常見觸發滑坡的因素有:邊坡開挖,堤防快速填筑,地震作用,水庫水位驟降,暴雨作用,河流沖刷等。一般可采取在壩腳壓重或放緩邊坡,或采取防滲、導滲措施以降低浸潤線和壩基滲透壓力。因此，開展研究抗滑穩定分析工作具有重要的實踐價值和學術意義，具有很高的的經濟效益和社會效益。鋼筋混凝土混合壩方案采用全庫防滲，庫盆和壩體上游護面均為鋼筋混凝土面板。壩體堆石料分為墊層、過渡層、主堆石區、次堆石區和基礎面過渡區。擋墻基礎座落在弱風化砂巖上，為了保證擋墻基礎的穩定，墻后基巖留有不小于10m的平臺。另外，本工程的特點是重力式擋墻后的填土中可能的滑裂面是土和基巖的接觸面，因此，不能完全套用庫倫理論, 需要在近代土壓力理論和修建高擋土墻實踐經驗的指導下，對混合壩方案的土壓力問題做專題研究，為高擋墻的結構設計和抗滑穩定分析提供基礎數據。其中，近左岸坡的①號沖溝寬緩，溝底高程352m，縱坡度20~25176。；③、④沖溝系花崗斑巖脈風化所成，溝窄坡緩，其間山梁窄小；④、②沖溝于擋墻軸線偏下游處交匯，軸線處寬40多米，縱坡度35176。研究區出露地層主要為泥盆系中下統茅山組上段（D12ms3）和泥盆系上統五通組下段（D3w1）的碎屑巖，局部見燕山晚期侵入的花崗斑巖脈，上覆厚度不大的第四系殘坡積層。局部發育的燕山晚期花崗斑巖脈呈北西西向脈狀產出，巖體抗風化能力差，地表多為全風化狀態。~%。斷層以正斷層為主，錯距由數米至上百米。此外，緩傾角節理也較發育，主要為層面節理，節理面平整，延伸較長。；2. 走向N55~65176。E，傾向NW325~340176。傾角70~80176。上述5組裂隙中，以2組裂隙最為發育，4組次之，5組最少。~，~。作用于支擋結構上的土壓力問題實際上是一個具有垂直表面并且在此表面作用有側向外荷的邊坡穩定問題。(2) 土壓力的作用點不在下三分點。和10176。不斷變動直線滑裂面的位置，找得使P獲得極大的臨界滑裂面。時對應的主動土壓力計算結果進行穩定計算。(1)擋土墻是剛性的墻背垂直；(2)擋土墻的墻后填土表面水平；(3)擋土墻的墻背光滑，不考慮墻背與填土之間的摩擦力。下面分別給與介紹。對于墻后土體重度為γ的均質填土情況，此時墻背處任一點的豎向應力sz =gz，代入式（）得： ()當填土為無粘性土（C=0）時，主動土壓力強度與深度Z成正比，沿墻高呈三角形分布，如圖（b）所示。 + j/2) + 2ctan(45176。庫倫于1776年根據研究擋土墻墻后滑動土楔體的靜力平衡條件，提出了計算土壓力的理論。一般擋土墻的計算屬于平面應變問題，均沿墻的長度方向取1m進行分析，（a）所示。E的方向與墻背法線間夾角為土對擋土墻背的摩擦角d，位于法線的下側，該力方向已知，但大小未知。由式（）可知主動土壓力合力與墻高的平方成正比，為求得離墻頂為任意深度Z 處的主動土壓力強度，可將Ea對Z取導數而得，即 （）由上式可見，主動土壓力強度沿墻高成三角形分布，（c）所示。此時土楔體ABC在其自重G和反力R和Ep作用下平衡，（b）所示，R和E的方向分別在BC和AB面法線的上方。但這兩種理論在具體分析時，分別根據不同的假定來計算擋墻背后的土壓力，兩者只有在最簡單的情況下（ε=0，β=0，δ=0）才有相同的理論推導結果。由于這一理論不考慮墻背與填土之間的摩擦作用的影響；故其主動土壓力計算結果偏大，而被動土壓力計算結果則偏小。在本工程土壓力計算中，由于考慮到擋土墻傾斜，在簡化計算模型中假定填土凝聚力C=0，將原階梯形開挖的建基面簡化為直線，故用庫倫主動土壓力理論來計算。 混凝土擋墻軸線剖面圖土壓力計算采用的參數取值參考設計院提供的設計采用值（），并結合以往工程經驗對個別參數取值作了適當調整。 上水庫壩基巖體力學參數表 力學參數名 稱抗剪斷強度抗剪強度變形模量E0 (104MPa)f′C′(MPa)f混凝土/弱風化砂巖~~~混凝土/弱風化花崗斑巖~~~混凝土/破碎砂巖(F4~F3之間)混凝土/弱風化泥質粉砂巖或粉砂質泥巖~~弱風化泥質粉砂巖或粉砂質泥巖~弱風化砂巖~~~~弱風化花崗斑巖~~~~強風化花崗斑巖//~泥質粉砂巖或粉砂質泥巖層面軟弱夾層巖屑夾泥型~~泥夾巖屑型~~破碎砂巖(F4~F3之間)斷層帶~~~**本參數表取自華東勘測設計院《科研補充階段上水庫混合壩補充地質勘查中間成果匯報材料》（2001年12月31日）的表42。a=30176。a=15176。a=30176。a=25176。a=15176。~176。進行對比計算。 擋土墻后主動土壓力計算結果（鋼筋混凝土面板混合壩方案） 單位：噸/米剖 面工 況沿基巖接觸面滑動穿過堆石滑動(庫倫土壓力)φ=31176。堆石與基巖接觸面C=0，φ=31176。時， t/m， t/m， t/m，可見，堆石壩整體邊坡在擋墻后形成的土壓力最大。對于78剖面來說，堆石壩整體穩定性較差，有沿堆石與基巖接觸面發生整體滑動的可能性，當堆石壩與基巖接觸面摩擦角為29176。~176。進行對比計算。 擋土墻后主動土壓力計算結果（瀝青混凝土面板混合壩方案） 單位：噸/米剖 面工 況沿基巖接觸面滑動穿過堆石滑動(庫倫土壓力)φ=31176。堆石與基巖接觸面C=0，φ=31176。時， t/m， t/m， t/m，可見，堆石壩整體邊坡在擋墻后形成的土壓力最大?？紤]到建基面簡化和各種材料C值均設為0等安全儲備條件，選擇最大墻后土壓力時，選擇堆石與基巖接觸面摩擦角為29176。計算公式如下式：[3] ()式中K—抗滑穩定安全系數：G—擋墻自重及墻后有效堆石重量：P—墻后主動土壓力：α—土壓力作用角度：f—混凝土與基巖摩擦系數：C—混凝土與基巖的凝聚力：L—擋墻基底有效寬度。本次計算中，混凝土與弱風化花崗斑巖接觸面的抗剪強度參數采用設計院提供的范圍值的小值2233Z27888441）對于鋼筋混凝土面板混合壩方案，本次計算出于安全考慮，采用的土壓力值為對應于堆石與基巖接觸面j=29176。 f1= f2= C= L=代入公式純摩 =剪摩=c， 對于剖面33P= G= α=20176。時，同理可得各剖面純摩和剪摩指標，計算結果見表 重力擋墻抗滑穩定分析結果（鋼筋混凝土面板混合壩方案，j=29176。）剖 面滑 動 模 式擋墻后土壓力(t/m)擋墻抗滑穩定安全系數K備注采用純摩指標采用抗剪斷指標11擋土墻后，弧形滑動局部坡計算采用土壓力對應壩體堆石與基巖接觸面j值為31176。若采用的土壓力值為對應于堆石與基巖接觸面j=31176。2）對于瀝青混凝土面板混合壩方案，采用的土壓力值為對應于堆石與基巖接觸面j=29176。 f1= f2= C= L=代入公式純摩 =剪摩=當j=31176。當擋墻與接觸面之間的抗剪強度值采用抗剪斷指標時，達到安全標準。由上述計算結果可知，各計算斷面的擋墻在墻后土壓力作用下，均能滿足抗滑穩定安全標準，擋墻處于穩定狀態。計算公式如下式：[3] ()式中K—抗傾穩定安全系數：M抗—抗傾力矩：M傾—傾覆力矩：LLL2—土壓力在水平和垂直方向分力及G對擋墻下游角點的力臂，其他符號與式()相同。a， 對于剖面11P= G=1421t α=20176。 L1= L2 = L3=23m代入公式=e， 對于剖面78P= G= α=20176。）剖 面滑 動 模 式擋墻后土壓力(t/m)抗傾穩定安全系數K11擋土墻后，弧形滑動局部坡22擋土墻后，弧形滑動局部坡33沿堆石與壩巖基交界面，整體坡Z2擋土墻后，弧形滑動局部坡78沿堆石與壩巖基交界面，整體坡，對于33剖面，當堆石與基巖接觸面j=29176。，對于33剖面，當堆石與基巖接觸面j=31176。時的主動土壓力值，進行擋墻的抗傾覆穩定計算。時，同理可得各剖面的抗傾穩定安全系數指標，計算結果見表 重力擋墻抗傾覆穩定分析結果（瀝青混凝土面板混合壩方案，j=29176。時，滿足抗傾穩定安全標準。 筑壩堆石材料的物理力學指標材 料容 重(kN/m3)飽和容重(kN/m3)抗剪斷強度抗剪強度C’(kPa)φ’(176。對于22剖面，整體邊坡的穩定性較差，采用剪摩指標時。