水土保持工程设计规范 [附条文说明] GB51018-2014 建标库

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ccucu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》SL274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》SL302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L1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%;

        2k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》SL25的有关规定执行。