附录B 稳定计算
B.0.1 对于淤地坝、拦沙坝、拦渣堤(坝、堰)以及挡渣墙等水土保持工程,应进行稳定计算。
B.0.2 采用土(土石)等填筑材料的拦挡建筑物,坝坡稳定计算应符合下列规定:
1 应采用水力学方法、流网法或有限元法进行坝体渗流计算,确定坝体浸润线位置,计算渗流流量、平均流速和渗流逸出坡降,作为坝体稳定计算的依据,检验土体的渗流稳定,防止发生管涌和流土。
2 坝坡整体稳定计算应进行运用期下游坝坡稳定计算。对于水坠坝,应进行施工中、后期坝坡整体稳定及边埂自身稳定性计算。
3 坝坡抗滑稳定计算应采用刚体极限平衡法。对于非均质坝体,宜采用不计条块间作用力的圆弧滑动法;对于均质坝体,宜采用计及条块间作用力的简化毕肖普法;当坝基存在软弱夹层时,土坝的稳定分析通常采用改良圆弧法。当滑动面呈非圆弧形时,采用摩根斯顿-普赖斯法(滑动面呈非圆弧形)计算。
圆弧滑动(图B.0.2-1)稳定可按下列公式计算。
图B.0.2-1 圆弧滑动法计算简图
式中:b——条块宽度(m);
W——条块重力(kN);
W1——在边坡外水位以上的条块重力(kN);
W2——在边坡外水位以下的条块重力(kN);
Q、V——水平和垂直地震惯性力(向上为负,向下为正)(kN);
M——作用于土条底面的孔隙压力(kPa);
α——条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角(°);
c′、φ′——土条底面的有效应力抗剪强度指标;
MC——水平地震惯性力对圆心的力矩(kN·m);
R——圆弧半径(m)。
改良圆弧法(图B.0.2-2)计算弃渣边坡稳定可按下列公式计算:
图B.0.2-2 改良圆弧滑动法计算简图
式中:W——土体B′BCC′的有效重量(kN);
C,φ——软弱土层的凝聚力及内摩擦角(°);
Pa——滑动力(kN);
Pn——抗滑力(kN)。
当采用摩根斯顿-普赖斯法(图B.0.2-3)计算抗滑稳定安全系数时,应按下列改进方法计算:
式中:dx——土条宽度;
dW——土条重量;
q——坡顶外部的垂直荷载;
Me——水平地震惯性力对土条底部中点的力矩;
dQ、dV——土条的水平和垂直地震惯性力(向上为负,向下为正);
α——条块底面与水平面的夹角;
β——土条侧面的合力与水平方向的夹角;
he——水平地震惯性力到土条底面中点的垂直距离。
土的抗剪强度指标可用三轴剪力仪测定,亦可用直剪仪测定。采用的试验方法和强度指标按表B.0.2的规定进行,抗滑稳定计算时,可根据各种运用情况选用。
表B.0.2 土的强度指标
运用本规范公式(B.0.2-1)和公式(B.0.2-2)时,应遵守下列原则:
1)静力计算时,地震惯性力应等于零;
2)坝体(或弃渣)无渗流期运用时,条块应为湿容重;
3)稳定渗流期用有效应力法计算,孔隙压力u应由“u-γwZ”代替,条块重W=W1+W2,W1为外水位以上条块实重,浸润线以上为湿重,浸润线和外水位之间为饱和重,W2为外水位以下条块浮重;
4)水位降落期用有效应力法计算时,应按降落后的水位计算,方法同本条第3款。用应力法时,c′、′应采用ccu、cu代替;分子应采用水位降落前条块重W=W1+W2,W1为外水位以上条块湿重,W2为外水位以下条块浮容重;分母应采用水位降落后条块重W=W1+W2,W1浸润线以上为湿重,浸润线和外水位之间为饱和重,W2为外水位以下条块浮容重;u采用ui—γwZ代替,ui为水位降落前孔隙压力。
B.0.3 坝体稳定计算,水坠坝应进行施工中、后期坝坡整体稳定及边埂自身稳定性计算,竣工后应进行稳定渗流期下游坝坡稳定计算。碾压式土坝应进行运用期下游坝坡稳定计算。地震区还应进行抗震稳定性验算。砌石坝应进行正常蓄水位和校核洪水位情况下稳定计算。
1 土坝的强度指标应按坝体设计干容重和含水率制样,采用三轴仪测定其总应力或有效应力强度指标,抗剪强度指标的测定和应用方法可按现行行业规范《碾压式土石坝设计规范》SL 274的有关规定选用。试验值可按表B.0.3-1的规定取值进行修正。
表B.0.3-1 强度指标修正系数
注:根据试样在试验过程中的排水程度选用,排水较多时取小值。
2 当进行水坠坝施工期的坝坡整体稳定性计算时,坝体冲填土可按饱和土体采用差分法进行固结计算。采用总应力法计算坝体含水量分布,采用有效应力法计算坝体孔隙水压力分布。坝高15m以下的水坠坝可采用土坡稳定数图解法。具体计算方法应按现行行业规范《水坠坝技术规范》SL 302的有关规定执行。
3 水坠坝施工期边埂自身稳定性计算应采用折线滑动面总应力法(图B.0.3),按下列公式计算:
式中:K——边埂允许抗滑稳定安全系数;
E——泥浆水平推力,取9.8×103N;
β——滑动面与水平面的夹角(°);
W1——滑动面L 1以上边埂土的重量(t);
W2、W3——滑动面L2以上边埂土与冲填土的重量(t);
1、c1——边埂的总强度指标;
2、c2——冲填土的总强度指标;
L1、L2——通过边埂及冲填土的滑动面的长度(m);
ξ——泥浆侧压力系数,可按公式(B.0.3-4)计算,也可采用经验值0.8~1.0;
γT——计算深度范围内的泥浆平均容重(t/m3);
hT——计算深度(m);采用试算确定,对黄土、类黄土按流态区深度计算,也可按经验公式(B.0.3-5)计算;
λ——系数,可按表B.0.3-2的规定确定;
H——计算坝高(m)。
表B.0.3-2 系数λ
注:1 适用于透水地基,对不透水地基,表中数值可提高50%;
2 k为初期渗透系数,即指冲填土在0.1kg/cm2荷重下固结试样的渗透系数。
B.0.4 采用浆砌石(混凝土或钢筋混凝土)等材料的拦挡建筑物应进行抗滑稳定、抗倾覆稳定计算,并应对基底应力进行校核。稳定计算应按现行行业标准《砌石坝设计规范》SL 25的有关规定执行。