| 单词 | 岩基重力坝的抗滑稳定 |
| 释义 | 【岩基重力坝的抗滑稳定】 拼译：stability against sliding of gravity dam on rock foundation 抗滑稳定准则和强度准则是重力坝的两条基本设计准则。抗滑稳定包括建基面的抗滑稳定和深层抗滑稳定两种。 建基面的抗滑稳定，建基面常为分析验算抗滑稳定的主要部位。常以单宽或一个坝段作为计算单元。分析计算用的公式有摩擦公式、剪摩公式、抗剪断强度公式、点抗剪强度公式等。1853年，法国塞兹利(Sazilly)对砌石重力坝安全提出了两条基本设计准则，即沿用至今的强度准则和抗滑稳定准则。使重力坝开始有了设计的理论依据。塞兹利当时提出的抗滑稳定准则，指的是坝体的一部分不允许沿着其下面的坝体滑动，或者整个坝体不允许沿着建基面滑动。由于当时对材料的抗剪强度知之甚少，而库仑已在此之前提出了静摩擦理论，所以在公式中只考虑用摩擦力抵抗滑动，以不等式∑FH≤∑Fv表示，式中∑FV和∑FH分别为作用于建基面以上计算单元的全部荷载在建基面上的法向分力(包括扬压力)和切向分力；f为摩擦系数。这就是最早的摩擦公式。后来引入了安全系数，表达式改为K=f∑Fv／∑FH。1887年克拉夫纳德(Clavenad)提出了阻止剪切破坏的力包括破坏面上的摩擦力和抗剪力的概念。到20世纪初，凯恩(W．Cain)又首次明确提出，计算重力坝沿水平截面的抗滑稳定，除摩擦力外，还应计入抗剪力。此后抗剪力即凝聚力曾引起许多坝工工程师的关注，但由于当时多数人认为不可靠且难以精确确定，所以只能把它当作“安全储备”，继续使用摩擦公式。1882年英国迪肯(G．F．Decon)提出了扬压力的概念，并用以指导过凡威(Vyrnwy)坝的建造。1900～1906年，美国建造了世界上第1座考虑扬压力的瓦丘塞特坝，坝高62．5m。从不计入到计入扬压力，是使用摩擦公式的重要变化。计入扬压力修建了许多坝，包括美国的沙斯塔坝，坝高185m，大苦力坝，高168m以及世界上最高的重力坝——瑞士的大狄克逊坝等高坝——无一滑动失稳的事例。证明摩擦公式虽然简单属经验公式，但却是可以信赖的。30年代是美国筑坝的全盛时期，坝越筑越高，人们担心阻滑力中原来作为安全储备的凝聚力部分所占比例越来越小。考虑到当时混凝土坝已占绝大多数，且施工工艺水平有较大提高的实际情况，从安全经济出发，美国亨尼(D．C．Henny)于1934年提出了考虑凝聚力的剪摩公式，其表达式为K=(f∑FV+cA)／∑FH。式中，A为计算单元的坝底面积；f的取值与摩擦公式同；c为坝或坝基材料的纯剪强度中的较小者；K为安全系数取为4；其它符号同前。50年代，苏联学者对剪摩公式作了改进，认为由摩擦试验和纯剪试验这两个不同试验获得的参数f和c组成阻滑力，物理概念不明确，因此，建议用抗剪断试验来确定f和c值，这就是抗剪断强度公式。它与剪摩公式相比，形式完全相同，只是f、c和K不同。这两式由于考虑了全部可能的阻滑力，并参照有长期使用经验的摩擦公式，均采用了较大的安全系数。即使在出现剪摩公式和抗剪断强度公式之后，摩擦公式因其安全可靠仍被欧洲各国如德国、法国、瑞士等国继续采用至今。剪摩公式也曾被许多国家采用，现在美国、加拿大、日本等国仍在使用。抗剪断强度公式正日益被许多国家采用。3个公式的表达形式从未改变过，但内容却有很多改进，各国都根据自己的实践经验制定了符合本国实际的规程规范。中国长期同时使用摩擦公式和抗剪断强度公式，制定了符合实际的规程规范。如对摩擦公式引入了安全系数概念，按建筑物等级和荷载组合情况规定不同的稍大于1．0的安全系数。对抗剪断强度公式，要求通过现场及室内试验测定f和c值，根据不同荷载组合，要求安全系数K=2．3～3．0。还规定，核算坝体抗滑稳定时，可同时使用这两个公式，要求只满足一个公式即可。失稳准则(或稳定准则)有：(1)整体破坏准则，上述3个公式所遵循的就是这条准则。以整体破坏作为设计的标准，显然是不允许的，为保证安全，必须使用较大的安全系数或具有较大的安全储备，这就主要依靠经验，因此，只能是经验或半经验公式。(2)点破坏准则，以任一点都不出现剪切破坏作为稳定的标准，即任一点的剪应力不得超过该点材料的允许抗剪强度，其表达式为k=(σf+c)／τ。式中，σ为剪切面上某计算点的正应力；τ为计算点剪应力；f、c为材料的抗剪强度参数；k为安全系数，一般选用稍大于1．0的值。这就是点抗剪强度公式。它只适用于坝身和建基面，而不适用于坝基，因为坝基岩体结构复杂，个别点出现屈服破坏难以避免。点抗剪强度公式属于理论公式，但由于它偏于保守，而没有得到广泛采用，若采用，其计算结果也只能是仅供设计者参考。(3)稳定临界准则，对大坝失稳破坏过程，破坏机理的分析研究得知随着坝体荷载的增加，建基面出现由点破坏到全建基面破坏的破坏过程，在这一破坏过程中，有一临界点，在这点之前，坝处于稳定阶段，表现在随荷载增加(或抗剪强度降低)建基面屈服区的扩展是缓慢的稳定的，过了这点以后，屈服区的扩展极不稳定，且迅速发展直至全建基面破坏，以该临界点作为稳定或不稳定的标准，称之为稳定临界准则。遵循该准则可以导出抗滑稳定公式，称为稳定临界准则公式，它属于理论公式范畴。这是武汉水利电力大学高坝岩基研究室由国家自然科学基金资助研究出来的一项成果，这项成果还有待于实践检验和进一步深入研究。(4)极限变形准则，以保证坝体或坝基能正常工作的极限变形值作为稳定的标准，该准则是设计必须遵循的，但坝或坝基究竟变形到多大才不能正常工作，目前很难定量，而这种第2极限状态的审查只能和第1极限状态即强度极限状态的审查同时进行，而不能互相取代，也就是说，不能以它作为唯一的破坏准则，因此，这一准则在工程实践中还很少应用。对于沿坝体内部的薄弱截面或沿基岩浅层的软弱层面的抗滑稳定，也可按上述公式进行验算。深层抗滑稳定，当坝基内有不利的缓倾角软弱结构面时，坝体可能连同部分基岩沿软弱结构面产生滑动。坝基深层抗滑稳定情况比较复杂，失稳机理尚在探索。常用的审核方法有计算和试验两类。计算方法有：(1)刚体极限平衡法；(2)有限单元法。试验方法有：(1)抗滑稳定结构模型试验；(2)地质力学结构模型试验。其中，以刚体极限平衡法应用最为广泛。刚体极限平衡法是将弱面以上的坝体和坝基视作刚体，采用滑移面上各部位的f和c值，按上述用于建基面的抗滑稳定公式进行验算的一种近似方法。尽管属经验或半经验性质，但它有较成功的使用经验，实践证明是可以信赖的。有限单元法可以模拟复杂的地质条件，既可求出滑动面上各点的抗剪强度安全系数，也可确定总体抗滑稳定安全系数，是比较精确的方法，但由于缺乏统一的控制标准，即无统一的规程规范，以致此法只能作为重要工程的校核验证手段。抗滑稳定结构模型试验一般用来研究坝基地质条件不很复杂，可能滑移途径比较明确的坝段滑移失稳情况。地质力学结构模型试验能反映坝基的具体工程地质构造情况，可以模拟岩体中的断层、破碎带和软弱带以及主要节理裂隙，可用以研究破坏机理和超载能力，但试验周期长，工作量大，费工费时。提高抗滑稳定性的工程措施，主要工程措施可归纳为3个方面：(1)增加滑移体重量；(2)提高滑裂面的抗剪能力；(3)减小扬压力。具体措施有：(1)挖除坝基浅层的软弱面；(2)增加坝体重量，放缓上游坝坡以利用坝面上的水重；(3)在坝踵上游设置阻滑板或防渗板，并把防渗帷幕和排水孔幕移至板的始端；(4)在坝基采用抽排减压措施以减小扬压力；(5)设置混凝土齿墙，切断坝基浅层的软弱结构面或软弱带；(6)设置切断软弱结构面的混凝土或钢筋混凝土洞塞(又名抗剪键)；(7)采用予应力锚素或钢筋混凝土锚固桩来加固坝基；(8)用深井锚固桩(抗滑或抗剪桩)来处理断层交汇处的严重破碎带。到目前为止，由于问题的复杂，国内外对抗滑稳定分析和审查方法的研究和使用，还处于经验和半经验状态，亟待研究解决的问题很多，诸如：(1)抗剪强度参数f和c值设计指标的合理确定研究，包括现场和室内剪切模型试验技术研究和整理成果的理论研究；(2)建基面和坝基应力的更精确的计算理论与方法的研究；(3)从研究坝基失稳破坏过程、破坏机理入手研究失稳准则，建立极限状态方程，为“定值设计法”和“可靠度分析”提供依据；(4)研究提高抗滑稳定性的工程措施的设计原理和方法等。【参考文献】：1 汝乃华，水利学报，1986；4∶22～292 中国水利百科全书(第4卷)．北京：水利电力出版社，1990．2271～22743 朱诗鳌．坝工技术史(上册)，1991，9～108(武汉水利电力大学博士生导师陆述远教授撰) |
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