论文部分内容阅读
摘要：水利工程坝体失稳是水利工程中最为常见的质量问题之一。失稳的现象主要是由于坝体结构的不稳定，主要包括坝基的表面滑动、地下深层结构滑动、河床滑动等现象。在水利工程设计过程中，对于坝体结构的抗滑稳定性分析是一项非常重要环。本文首先分析了水利工程施工中坝体存在的各种问题以及安全隐患，然后概述了坝基深层抗滑稳定结构的施工工艺，以供大家参考，并且以后的施工提供一个依据、条件。
关键词：坝基 抗滑稳定结构 坝体
随着技术水平的不断进步，在水利工程重力坝的施工过程中，施工人员通常采用抗滑稳定结构来加强坝体的稳定性，同时，在不考虑外界作用力的影响因素的情况之下，采用刚体极限平衡法来对整个坝体进行加强与稳定，此时，设计师与工程师就需要采用抗剪强度的公式来计算出重力坝的稳定性。下面主要介绍了坝体结构滑移的条件分析，并通过案例来阐述坝基的深层抗滑稳定结构的施工工艺，以供相关技术人员参考。
一、滑移的便捷条件分析
我们通过对坝基深层滑移的便捷条件进行深入分析，结果表明，深层抗滑稳定性结构的应用是一项复杂的工程，在施工过程中，由于水利工程的各个结构面需要相互配合与切割，以致于每个结构面都形成了各自不连续的分离结构。由于各个分离结构在组合上都大有差异，所以结构引起滑移的形态都非常复杂，并且形状也是各种各样。当施工人员将深层抗滑稳定结构应用在其中时，都需要各个结构面具有滑移面、切割面以及临空面，这些结构面的总称就是坝基深层移边界面，只有通过这样对其进行有效的施工，才能够保证坝体的稳定性，使其不受到滑移的影响。
1、所谓滑移面主要是指当坝体结构出现滑动的时候，就会出现明显的错动，此时就会出现两种角度的力，即是剪应力和摩擦阻力，而这两种力的结构面也就是滑移面。通常情况之下，滑移面由断层、裂缝、层面等多种结构构成。
2、切割面指的是坝体沿着滑移体和周围结构进行分离之后的结构面，通常它主要分为两种，一种是纵向切割面，另一种是横向切割面。所谓横向切割面主要是指坝体结构与滑移面相互垂直分离的结构面，而纵向切割面则是坝体结构与滑移面相互平行的结构面。
3、临空面也就是当滑移体向下滑动的过程中对其他自由空间的结构面，在水利工程中，地形结构出的任意形式都可以是水利工程下游的临空面。
在进行坝基深层滑动稳定结构施工过程中，施工人员首先需要做的就是对其地质条件的勘察，明确造成滑移面的真正原因，然后在施工过程中，应该尽量避免地质条件的限定因素，为进行抗滑稳定施工中，需要采用科学合理的措施在进行，随后应该对坝基进行深入分析，如果发现其侧面的阻滑力作用相对比较明显是，需要采取合理的措施，来保证坝基的抗滑稳定性，从而起到阻滑作用。
二、实际工程施工应用
1工程简介
某水利枢纽水库正常蓄水位458m，死水位438m，设计洪水位461.3m，校核洪水位463.07m，总库容40.67亿L。水库预留防洪库容10.6亿m，可灌溉农田19.48万km，电站装机1100MW，通航建筑物为2×500t级。工程等别为I等，工程规模为大（一）型。
坝型为混凝土重力坝，坝轴线总长995.40m，坝顶高程465m，最大坝高116m。枢纽布置为：河床中间布置8个表孔、5个底孔及消能建筑物，底孔（兼作排沙孔）布置在表孔左侧，河床左侧布置坝后式电站厂房，右侧布置垂直升船机，两岸布置非溢流坝段。
2工程地质
坝区出露地层为白垩系下统苍溪组（K。）砂岩、粉砂岩、粘土岩，总厚度480m，为软硬相问不等厚的层状岩层。主要的砂岩层位有5层，其中K层结构较疏松，为软岩外，其余4层均为较坚硬的砂岩。河床坝基下K层砂岩厚23～28m。坝区第四系分布较广，主要为河流冲积与崩滑堆积。河床冲积砂砾石厚6.0—13.5m；左岸古滑体厚度一般20～40m，最大厚度63m0厚层砂岩中共分布软岩31层，其中K中11层，K中14层，K中6层。河床部位控制性软岩为NS2—1—5、NS2—1—8、NS2—1—9和K2c层。河床部位主要软弱夹层有中的JS2—1—2泥化夾层、层顶底界的泥化夹层和。中的2层泥化夹层。其中JS2—1—2泥化夹层，抗剪断参数较低，是表孔坝段抗滑稳定控制夹层。坝址处无断层，但裂隙较发育，有顺水流向及垂直于水流向两组裂隙，延伸长度可达100余米，倾角一般为70一90。
3抗滑稳定分析
某水利枢纽重力坝是红层地区第一高坝。红层地区地层的典型特点是地层倾角平缓，软弱夹层较多，这对大坝深层抗滑稳定不利。根据《重力坝设计规范》要求，当坝基岩体内存在软弱结构面、缓倾角裂隙时，需核算坝体带动基岩沿软弱结构面失稳的可能性，即深层抗滑稳定问题。计算方法采用“等安全系数法”。
参考有限元计算成果，由BD面上主应力平均倾角来确定角；参考某些工程角取值，一般在0～15范围内。一般情况下，角愈大，抗力值也愈大，深层抗滑稳定计算安全系数愈大，因此从经济上考虑有必要利用角。理论计算出的抗力角约22.5。根据有限元计算结果，某重力坝表孔坝段坝基BD破裂面上主应力平均倾角也较大，事实上，抗力角一般在l5。左右，综合分析比较，某重力坝深层抗滑稳定刚体极限平衡分析法中抗力角取为15。。
封闭抽排、防渗板措施、齿墙措施均能够提高坝基深层抗滑稳定安全系数。封闭抽排措施能够有效降低坝基扬压力，是提高坝基深层抗滑稳定较为经济的工程处理措施之。鉴于此，本文在封闭抽排措施的基础上，结合齿墙措施、防渗板措施进一步研究。为节省工程投资，下面就3种综合措施进行分析比较：①封闭抽排+防渗板；②封闭抽排+齿墙；③封闭抽排+防渗板+齿墙。
封闭抽排+防渗板综合措施进一步提高了坝基深层抗滑稳定安全系数，但不能满足规范要求，仍需要增设混凝土齿墙措施。由于上游防渗板常年位于水库底下，防渗板与大坝基础通过设置止水防渗，不可预见因素多，且一旦出现安全隐患不易及时修复，加之封闭抽排+齿墙处理措施工程量又相对较小，综合分析比较，最终采用封闭式抽排系统和坝踵处设置混凝土齿墙两种措施。
三、结束语
在进行坝基施工过程中，坝址的选择非常重要，其地质条件会极大的影响到坝基的稳定性，如果地质结构相对较弱，那么坝基就会极为不稳定，此时对于坝基的施工与维修的难度也就加大，所以抗滑稳定施工时水利工程坝基设计中最为重要的工作环节，通过上述，我们结合案例说明了坝基深层抗滑稳定的分析方法，刚体极限平衡法仍然是主要方法，这种方法简单实用，但是刚体极限平衡法仅考虑了岩体的强度特性，未将地基作为变形体，不能给出地基内应力和变形的分布情况，而且在求解时须采用许多假定，忽略了一些复杂的地质条件，从而导致了一些计算结果不够准确。近年来，随着计算机的发展，有限单元法己经发展得非常成熟和完善。有限单元法可以较大范围考虑地质构造的复杂性，能较精确地分析坝体和坝基的应力和变形，对极限平衡方法有很大改进和补充。
参考文献
[1] 黄维. 重力坝深层抗滑稳定分析[D]. 大连理工大学 2012
[2] 陆佳. 重力坝的抗滑稳定及滑动面搜索研究[D]. 大连理工大学 2008
关键词：坝基 抗滑稳定结构 坝体
随着技术水平的不断进步，在水利工程重力坝的施工过程中，施工人员通常采用抗滑稳定结构来加强坝体的稳定性，同时，在不考虑外界作用力的影响因素的情况之下，采用刚体极限平衡法来对整个坝体进行加强与稳定，此时，设计师与工程师就需要采用抗剪强度的公式来计算出重力坝的稳定性。下面主要介绍了坝体结构滑移的条件分析，并通过案例来阐述坝基的深层抗滑稳定结构的施工工艺，以供相关技术人员参考。
一、滑移的便捷条件分析
我们通过对坝基深层滑移的便捷条件进行深入分析，结果表明，深层抗滑稳定性结构的应用是一项复杂的工程，在施工过程中，由于水利工程的各个结构面需要相互配合与切割，以致于每个结构面都形成了各自不连续的分离结构。由于各个分离结构在组合上都大有差异，所以结构引起滑移的形态都非常复杂，并且形状也是各种各样。当施工人员将深层抗滑稳定结构应用在其中时，都需要各个结构面具有滑移面、切割面以及临空面，这些结构面的总称就是坝基深层移边界面，只有通过这样对其进行有效的施工，才能够保证坝体的稳定性，使其不受到滑移的影响。
1、所谓滑移面主要是指当坝体结构出现滑动的时候，就会出现明显的错动，此时就会出现两种角度的力，即是剪应力和摩擦阻力，而这两种力的结构面也就是滑移面。通常情况之下，滑移面由断层、裂缝、层面等多种结构构成。
2、切割面指的是坝体沿着滑移体和周围结构进行分离之后的结构面，通常它主要分为两种，一种是纵向切割面，另一种是横向切割面。所谓横向切割面主要是指坝体结构与滑移面相互垂直分离的结构面，而纵向切割面则是坝体结构与滑移面相互平行的结构面。
3、临空面也就是当滑移体向下滑动的过程中对其他自由空间的结构面，在水利工程中，地形结构出的任意形式都可以是水利工程下游的临空面。
在进行坝基深层滑动稳定结构施工过程中，施工人员首先需要做的就是对其地质条件的勘察，明确造成滑移面的真正原因，然后在施工过程中，应该尽量避免地质条件的限定因素，为进行抗滑稳定施工中，需要采用科学合理的措施在进行，随后应该对坝基进行深入分析，如果发现其侧面的阻滑力作用相对比较明显是，需要采取合理的措施，来保证坝基的抗滑稳定性，从而起到阻滑作用。
二、实际工程施工应用
1工程简介
某水利枢纽水库正常蓄水位458m，死水位438m，设计洪水位461.3m，校核洪水位463.07m，总库容40.67亿L。水库预留防洪库容10.6亿m，可灌溉农田19.48万km，电站装机1100MW，通航建筑物为2×500t级。工程等别为I等，工程规模为大（一）型。
坝型为混凝土重力坝，坝轴线总长995.40m，坝顶高程465m，最大坝高116m。枢纽布置为：河床中间布置8个表孔、5个底孔及消能建筑物，底孔（兼作排沙孔）布置在表孔左侧，河床左侧布置坝后式电站厂房，右侧布置垂直升船机，两岸布置非溢流坝段。
2工程地质
坝区出露地层为白垩系下统苍溪组（K。）砂岩、粉砂岩、粘土岩，总厚度480m，为软硬相问不等厚的层状岩层。主要的砂岩层位有5层，其中K层结构较疏松，为软岩外，其余4层均为较坚硬的砂岩。河床坝基下K层砂岩厚23～28m。坝区第四系分布较广，主要为河流冲积与崩滑堆积。河床冲积砂砾石厚6.0—13.5m；左岸古滑体厚度一般20～40m，最大厚度63m0厚层砂岩中共分布软岩31层，其中K中11层，K中14层，K中6层。河床部位控制性软岩为NS2—1—5、NS2—1—8、NS2—1—9和K2c层。河床部位主要软弱夹层有中的JS2—1—2泥化夾层、层顶底界的泥化夹层和。中的2层泥化夹层。其中JS2—1—2泥化夹层，抗剪断参数较低，是表孔坝段抗滑稳定控制夹层。坝址处无断层，但裂隙较发育，有顺水流向及垂直于水流向两组裂隙，延伸长度可达100余米，倾角一般为70一90。
3抗滑稳定分析
某水利枢纽重力坝是红层地区第一高坝。红层地区地层的典型特点是地层倾角平缓，软弱夹层较多，这对大坝深层抗滑稳定不利。根据《重力坝设计规范》要求，当坝基岩体内存在软弱结构面、缓倾角裂隙时，需核算坝体带动基岩沿软弱结构面失稳的可能性，即深层抗滑稳定问题。计算方法采用“等安全系数法”。
参考有限元计算成果，由BD面上主应力平均倾角来确定角；参考某些工程角取值，一般在0～15范围内。一般情况下，角愈大，抗力值也愈大，深层抗滑稳定计算安全系数愈大，因此从经济上考虑有必要利用角。理论计算出的抗力角约22.5。根据有限元计算结果，某重力坝表孔坝段坝基BD破裂面上主应力平均倾角也较大，事实上，抗力角一般在l5。左右，综合分析比较，某重力坝深层抗滑稳定刚体极限平衡分析法中抗力角取为15。。
封闭抽排、防渗板措施、齿墙措施均能够提高坝基深层抗滑稳定安全系数。封闭抽排措施能够有效降低坝基扬压力，是提高坝基深层抗滑稳定较为经济的工程处理措施之。鉴于此，本文在封闭抽排措施的基础上，结合齿墙措施、防渗板措施进一步研究。为节省工程投资，下面就3种综合措施进行分析比较：①封闭抽排+防渗板；②封闭抽排+齿墙；③封闭抽排+防渗板+齿墙。
封闭抽排+防渗板综合措施进一步提高了坝基深层抗滑稳定安全系数，但不能满足规范要求，仍需要增设混凝土齿墙措施。由于上游防渗板常年位于水库底下，防渗板与大坝基础通过设置止水防渗，不可预见因素多，且一旦出现安全隐患不易及时修复，加之封闭抽排+齿墙处理措施工程量又相对较小，综合分析比较，最终采用封闭式抽排系统和坝踵处设置混凝土齿墙两种措施。
三、结束语
在进行坝基施工过程中，坝址的选择非常重要，其地质条件会极大的影响到坝基的稳定性，如果地质结构相对较弱，那么坝基就会极为不稳定，此时对于坝基的施工与维修的难度也就加大，所以抗滑稳定施工时水利工程坝基设计中最为重要的工作环节，通过上述，我们结合案例说明了坝基深层抗滑稳定的分析方法，刚体极限平衡法仍然是主要方法，这种方法简单实用，但是刚体极限平衡法仅考虑了岩体的强度特性，未将地基作为变形体，不能给出地基内应力和变形的分布情况，而且在求解时须采用许多假定，忽略了一些复杂的地质条件，从而导致了一些计算结果不够准确。近年来，随着计算机的发展，有限单元法己经发展得非常成熟和完善。有限单元法可以较大范围考虑地质构造的复杂性，能较精确地分析坝体和坝基的应力和变形，对极限平衡方法有很大改进和补充。
参考文献
[1] 黄维. 重力坝深层抗滑稳定分析[D]. 大连理工大学 2012
[2] 陆佳. 重力坝的抗滑稳定及滑动面搜索研究[D]. 大连理工大学 2008