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重力坝主要依靠自身重量来维持稳定,其深层抗滑稳定性是重力坝设计中的重要问题。当前许多重大工程的重力坝深层抗滑稳定性分析均采用以刚体极限平衡法为主和有限元数值模拟相结合的方法,并相互验证和补充,以此来全面分析重力坝深层抗滑稳定性。
武都重力坝地质条件复杂,坝基内存在贯通的缓倾断层、层间错动带以及缓倾裂隙,存在天然的滑移通道,因此武都重力坝的深层抗滑稳定性是武都工程的重要研究课题。本文以武都17#最高溢流坝段为研究对象,采用刚体极限平衡法与有限单元法相结合来分析重力坝的深层抗滑稳定问题。主要内容如下:
1.指出现行规范中重力坝深层抗滑稳定的双滑面计算模型的不足:只考虑分块界面垂直,没有考虑到分块界面倾斜对安全系数的影响;只考虑了分块界面位于坝趾附近,没有考虑分块界面位于坝基面范围内的情况。针对这些不足,本文把重力坝深层抗滑双滑面计算模型分为三种:一种是规范模型,即分块界面位于坝趾正下方模型;第二种是分块界面位于坝趾下方以外的模型;第三种是分块界面位于坝基范围内的特殊双滑面模型。对三种模型提出各自较好的计算方法,并采用两个算例分析其可行性,并把特殊双滑面的坝基面应力分配法运用到多滑面模型。
2.介绍了有限单元法在重力坝深层抗滑稳定分析中的应用,探讨有限单元法在分析重力坝深层抗滑稳定时对软弱结构面的处理模式对抗滑稳定性分析结果的影响,并通过算例计算,说明了对软弱结构面采用接触处理法能较好的模拟坝基深层抗滑稳定问题。
3.以武都17#坝段典型剖面为研究对象,分析了17#坝段坝基内存在的潜在滑动面及其不利组合,采用刚体极限平衡法计算了各不利组合在不同工况下的安全系数,计算成果表明断层10f2与断层f114的组合安全系数最低,需对其进行专门处理。
4.把软弱结构面的接触模型引入有限单元法,对武都17#坝段进行坝基深层抗滑稳定数值模拟,分析了各工况下坝体及坝基的位移和应力分布特征,对不利组合的安全系数进行了有限元法复核,并采用超载法研究坝基岩体的渐进性破坏发展过程,得出天然坝基下17#坝段的超载安全系数为2.2。