某工程重力坝抗滑稳定计算书及计算步骤

技施设计浆砌石重力坝抗滑稳定计算书2004年12月1说明1.计算目的与要求对拟定的体型进行抗滑稳定计算，求出拟定体型在各种设计工况下的抗滑稳定安全系数。同时对坝基面的应力进行计算，以论证是否满足规定的正常使用极限状态与承载能力极限状态要求。2.计算基本依据1.建筑体型结构尺寸见附图1；2.主要地质参数见资料单；3.材料容重：浆砌块石：取3/0.23mkNs；水：取3/8.9mkNw；土的饱和溶重3/12mkN3.计算方法及计算公式1.基本假定1）坝体为均质、连续、各向同性的弹性材料；2）取单宽1米计算，不考虑坝体之间的内部应力。3）本工程规模小，只计算坝体的抗滑稳定，不对坝体剖面进行浅层与深层抗滑稳定分析以及坝基面应力分析。2.地基应力计算按偏心受压公式计算应力：σmax=WMAGσmin=WMAG式中∑G—坝体本身的重力，kN；A——坝基的受力面积，m2;∑M—坝体各部分的重力对形心的弯距,kN.M;2W—作用在计算截面的抗弯截面系数；3.抗滑稳定坝受到铅直力和水平力的共同作用下，要求沿坝基底面的抗滑力必须大于作用在坝结构水平向的滑动力，并有一定的安全系数。计算公式为：KC=HfG*式中Kc—结构的抗滑稳定安全系数；∑G—坝的基底总铅直力，kN；∑H—坝的水平方向总作用力，kN；f—坝基底的摩擦系数。4.计算结果总表计算工况基地应力（KPa）抗滑系数最大最小计算值允许值溢流坝完建期128.951.67—1..05设计运用情况94.2439.591.25非溢流坝完建期190.246.61—1.05设计运用情况98.7887.711.435.结论经由计算可知，该方案，结构能够满足浆砌石坝在不同运用时期的地基应力和抗滑稳定要求，不会发生地基沉陷和滑动变形，并满足经济适用的原则。6.主要参考书目a）《浆砌石坝设计规范（SL25-91》；b）《水工建筑物荷载设计规范（DL5077—1997）》；c）天津大学祁庆和《水工建筑物（上册）》（水利电力出版3社—1992）溢流坝的稳定计算1基本资料由于坝体受力为平面结构，取单位宽度坝体进行计算。荷载作用方向取为：垂直荷载作用：铅直向下为正；水平荷载作用：水平向右为正；弯矩作用：逆时针为正。结构尺寸见图1-1所示。坝宽5.925米，坝高6米，取单宽1米计算。2稳定计算2.1完建期（无水情况）取单宽1米计算对坝基上游角点求矩。4部位重力(KN)力臂(m)力矩(KN.M)顺时针反时针坝体534.982.541359偏心距：e=B/2-∑M/∑G=5.925/2-1359/534.98=0.42基底应力：max()GAeB16=128.9(kpa)min()GAeB16=51.67(kpa)η=σmax/σmin=2.492.2设计情况(水位H=134.46m)2.2.1渗透压力计算(采用莱因法)认为水平渗径消能效果仅为垂直渗径的1/3。计算简图如下：上下游的水位差h=4.5m,坝基的水平渗径l=5.925m,转化成垂直段l`=5.925/3=1.975m.总渗径L=2.5+1.975+0.5=4.975m.5渗压分布图如下：2.2.2稳定计算分析计算简图：不考滤土的侧向压力上游水位134.46荷载计算式垂直力（KN）水平力（KN）对坝底左边点为原点力矩向下向上向右向左顺逆自重w1534.98534.982.541358.966土压力p1'24.0524.050.8320.04p2'8.668.660.504.33水压力p165.7365.733.72244.50p289.7689.761.25112.20p32.942.940.832.45p46.576.570.895.83p55.695.690.251.42p62.352.350.170.39水重w225.6025.600.389.70w310.5910.593.6738.91扬压力浮托力96.5396.532.96285.97渗透压力78.1978.191.98154.42合计571.18174.72182.4923.281786.76452.36396.46159.211334.40GMeBδ1δ2AHfkc396.461334.40-0.405.9339.5994.245.93159.210.501.25偏心距：e=B/2-∑M/∑G=5.925/2-1334.40/396.46=-0.40(m)基底应力：max()GAeB16=94.24(kpa)min()GAeB16=39.59(kpa)其中取e=0.40m（作用点在下游）η=σmax/σmin=94.24/29.59=2.38表层滑动抗滑安全系数：KC=HfG*=1.251.05满足要求。7非溢流坝稳定计算1.基本资料：因为非溢流段的坝体为延坡渐变的,在此取其最大断面计算,荷载作用方向取为：垂直荷载作用：铅直向下为正；水平荷载作用：水平向右为正；弯矩作用：逆时针为正。结构如图2-2所示:2.稳定计算2.1完建期（无水情况）部位重力(KN)力臂(m)力矩(KN.M)顺时针反时针w1410.551.275523.45w2174.573.675641.35w3116.384.24493.16合计701.51658.16偏心距：8e=B/2-∑M/∑G=5.925/2-1658.16/701.5=0.6基底应力：max()GAeB16=190.2(kpa)min()GAeB16=46.61(kpa)η=σmax/σmin=190.2/46.61=4.082.2设计情况2.2.1渗压计算(采用莱因法)计算方法与溢流坝计算方法相同.在此计算过程省略，不做一步分析。渗压分布图如下：计算简图92.2.2稳定分析计算简图：不考滤土的侧向压力上游水位134.46下游水位0荷载计算式垂直力（KN）水平力（KN）对坝底左边点为原点力矩向下向上向右向左顺逆自重w1410.55410.551.28523.45w2174.57174.573.68641.54w3116.38116.384.24493.1610土压力p124.0524.050.8320.04p216.5316.530.508.27水压力p3186.12186.122.05382.17扬压力u149.01149.012.57382.97合计701.50149.01210.1816.532060.37391.23552.49193.651669.14GMeBδ1δ2AHfkc552.491669.14-0.065.9387.7198.785.93193.650.501.43偏心距：e=B/2-∑M/∑G=5.925/2-1669.14/552.49=-0.06(m)基底应力：max()GAeB16=98.78(kpa)min()GAeB16=87.71(kpa)其中取e=0.06m（作用点在下游）η=σmax/σmin=98.78/87.71=1.13表层滑动抗滑安全系数：KC=HfG*=1.431.05满足要求。11计算成果分析通过对拟定断面的极限状态计算，可以认为：（1）溢流坝和非溢流坝的基底应力和抗滑稳定安全系数满足设计要求。（2）计算中为了便于计算，在计算过程中作了适当简化处理，这些简化处理对计算结果的精确度可能有一定影响，但不会对计算结论产生方向性影响。计算成果可以满足本阶段设计精度要求。