提高重力壩抗滑穩(wěn)定的措施

夏樹(shù)波

摘 要：重力壩是水利工程中的重要部分，而其抗滑穩(wěn)定性關(guān)乎重力壩的質(zhì)量和安全性，文章將結(jié)合作者的研究經(jīng)驗(yàn)，分析重力壩抗滑穩(wěn)定性的特點(diǎn)，研究提高抗滑穩(wěn)定的措施，為相關(guān)的研究提供一份參考，文中觀點(diǎn)存在一定的不足，有待進(jìn)一步的分析論證。

關(guān)鍵詞：重力壩；抗滑穩(wěn)定；特點(diǎn)；措施

引言

重力壩是水利建設(shè)中的基礎(chǔ)設(shè)施，由石料、混凝土等材料修筑而成，依靠壩體的自重保證穩(wěn)定性，本身具有很高的穩(wěn)定性，具有安全、可靠，設(shè)計(jì)、施工簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，適應(yīng)不同的地形和地質(zhì)條件，在壩體中可布置泄水、引水孔口等，目前被廣泛采用。但是重力壩的壩體應(yīng)力低，無(wú)法發(fā)揮材料強(qiáng)度，溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力大，并且水壓和水沖擊會(huì)造成一定程度的滑動(dòng)，影響重力壩的穩(wěn)定性和安全性，論文以下將針對(duì)重力壩抗滑穩(wěn)定的特點(diǎn)和相關(guān)的提高措施進(jìn)行討論。

1 重力壩抗滑穩(wěn)定的特點(diǎn)

（1）大壩滑動(dòng)通道具有特定性和多元性：重力壩內(nèi)有軟弱結(jié)構(gòu)面，抗剪強(qiáng)度低于基巖，形成了滑動(dòng)的特定通道，而這種軟弱結(jié)構(gòu)面是多層的，通道具有多元性，性狀、成因和充填物等都比較復(fù)雜。（2）壩體連同壩基部分巖體同時(shí)滑動(dòng)：如果滑動(dòng)發(fā)生在介質(zhì)分界面上，物理力學(xué)性質(zhì)很難界定，屬于不連續(xù)各向異性體，應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)十分復(fù)雜。（3）對(duì)下游尾巖抗力體的依賴性：在水平載荷下，基巖不能維持自身的穩(wěn)定，壩體只有依靠下游尾巖抗力體才能滿足穩(wěn)定性，并且自身穩(wěn)定性的安全系數(shù)小于1。（4）抗滑穩(wěn)定安全度判據(jù)的多元性：壩體滑動(dòng)帶動(dòng)滑動(dòng)面以上的部分，而只有依靠下游尾巖抗力體才能維持穩(wěn)定，其穩(wěn)定平衡系統(tǒng)由五個(gè)部分構(gòu)成，壩體、滑動(dòng)基巖、軟弱結(jié)構(gòu)面、軟弱結(jié)構(gòu)面下部基巖、下游尾巖抗力體，難以用單一的安全系數(shù)來(lái)衡量，要靠壩基、壩體、安全系數(shù)、尾巖等應(yīng)力應(yīng)變來(lái)綜合判定。

2 提高重力壩抗滑穩(wěn)定的措施

2.1 抗滑強(qiáng)度參數(shù)的選擇

重力壩的抗滑參數(shù)的選擇對(duì)工程的造價(jià)、施工和設(shè)計(jì)有很大的影響，主要包含幾個(gè)方面：其一，影響軟弱夾層抗滑強(qiáng)度的主要參數(shù)，如土層顆粒的粒徑大小，當(dāng)粒徑大于5mm時(shí)，可以起到抗滑作用，當(dāng)粒徑小于5mm時(shí)，抗滑作用不明顯；如巖性，巖性對(duì)連通率、起伏差和厚度等有影響，巖性均勻，夾層厚度大時(shí)，抗滑能力強(qiáng)，對(duì)于大型的重力壩工程，要輔助大型剪、中型剪等工程，可以起到提升抗滑的作用。其二，軟弱夾層抗滑強(qiáng)度參數(shù)的選擇，抗滑強(qiáng)度參數(shù)要由試驗(yàn)、地質(zhì)、設(shè)計(jì)三方人員綜合分析確定，可以消除誤差，并留有安全裕度。其三，軟弱夾層不連通時(shí)抗滑強(qiáng)度的取值，當(dāng)壩基的軟弱夾層不連通時(shí)，要依照實(shí)際的情況，按具體的部位和所占面積的大小取加權(quán)平均值，綜合考量抗滑強(qiáng)度參數(shù)。

2.2 沿壩基的抗滑性研究

將基巖與壩體間看作是一個(gè)接觸面，當(dāng)接觸面呈水平面時(shí)，W為接觸面上的總鉛直力，P為接觸面以上的總水平力。當(dāng)接觸面傾向下游時(shí)，壩基的抗滑性能降低，不利于壩體的穩(wěn)定性；當(dāng)接觸面傾向上游時(shí)，增加壩基的抗滑性能，利于壩體的抗滑性。可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基巖與壩體混凝土的基礎(chǔ)良好時(shí)，能夠增強(qiáng)壩體的抗滑性能。

2.3 增強(qiáng)抗滑穩(wěn)定的工程措施

從壩體的受力分析可以知道，要增強(qiáng)壩體的抗滑性能有多種措施，如提高滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，減小揚(yáng)壓力，增加壩體的鉛直力W。對(duì)具有軟弱夾層的地基要設(shè)法增加尾巖抗體被動(dòng)抗力，如減小總水平力P提升壩體的抗滑性能。采用工程措施提升壩體的抗滑性能主要有多種手段：其一，采用有利的開(kāi)挖輪廓線，充分利用巖面的自然坡度，不但減少施工的成本，還能使壩基面傾向上游，提高其抗滑性能；其二，加大壩體剖面，加大壩體剖面可以增加壩體的重量，壩體重量增加也即是提高總鉛直力，能增加壩體的抗滑性能；其三，在壩基面設(shè)置排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)的設(shè)置可以減小揚(yáng)壓力、加強(qiáng)壩基排水；其四，提升軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度，增加抗滑性能。

2.4 深層抗滑穩(wěn)定研究

地基深層滑動(dòng)的情況非常復(fù)雜，在水載荷的作用下，壩基內(nèi)存在不利的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，基巖與壩體產(chǎn)生滑移，有可能引發(fā)深層的滑動(dòng)。而當(dāng)前對(duì)于深層滑動(dòng)的研究還比較有限，主要是在施工前查明地基中的失穩(wěn)邊界，測(cè)定抗剪強(qiáng)度參數(shù)，選擇合理的安全系數(shù)和抗滑穩(wěn)定性的措施：在單斜面深層抗滑計(jì)算時(shí)，將軟弱面上的部分視作剛體，計(jì)算其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；對(duì)于雙斜面深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算，由于施工時(shí)存在軟弱夾層和多條相互切割交錯(cuò)的斷層，滑動(dòng)面的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，在計(jì)算抗滑通道時(shí)，選擇最不利的滑動(dòng)面組合，然后分析出其安全系數(shù)。要提高單斜面或雙斜面深層抗滑穩(wěn)定性時(shí)，主要有四個(gè)手段：其一，在壩趾設(shè)置齒墻，增加抗剪能力和壩踵應(yīng)力，改善壩趾的強(qiáng)度，發(fā)揮抗力體的作用；其二，在壩踵設(shè)置齒墻，切斷較淺的軟弱面，增大抗滑體的抗力；其三，預(yù)加應(yīng)力，在上游面錨固高強(qiáng)度鋼索，然后預(yù)加應(yīng)力，除了消除壩踵拉應(yīng)力之外，還能增加壩體的抗滑性能；其四，采取固結(jié)灌漿、帷幕灌漿、斷層和軟弱夾層處理等手段對(duì)地基進(jìn)行加固，提高壩體的抗滑性能。

2.5 岸坡壩段的抗滑穩(wěn)定

岸坡出壩基面傾向河床的折面或斜面時(shí)，該壩段在壩體自重或上游水壓力的作用下，有滑動(dòng)的趨勢(shì)，尤其是在復(fù)雜應(yīng)力的作用下，會(huì)加劇其不穩(wěn)定性。分析岸坡壩段的抗滑穩(wěn)定性，設(shè)岸坡傾角為a，存在的力有壩體自重W，上游壩面水壓力P，壩基面上的揚(yáng)壓力U，將壩體自重分解為切向力Wsina和法向力Wcosa，此時(shí)水壓力和切向力Wsina就可以合成為一個(gè)方向的力S。從受力分析可以發(fā)現(xiàn)，要增加重力壩的抗滑穩(wěn)定性，需要增大抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，可以通過(guò)減小壩基面上的揚(yáng)壓力U和自重的切向分力，在重力壩的施工中減小岸坡的傾角a，達(dá)到增加法向分力減小切向分力的作用。在岸坡的開(kāi)挖施工中，建設(shè)臺(tái)階，提高抗滑穩(wěn)定性；帷幕灌漿可以極大的減小揚(yáng)壓力U，將靠近岸坡部分全部灌漿或?qū)植康臋M縫灌漿，增大抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的水利工程建設(shè)的數(shù)量和質(zhì)量在近年來(lái)都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，重力壩是水利工程中的重要組成部分，以其耐久性、使用壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛的應(yīng)用，是關(guān)鍵的水利基礎(chǔ)設(shè)施，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用，其施工質(zhì)量的好壞直接決定了水利工程的效益。論文結(jié)合作者的研究經(jīng)驗(yàn)，分析重力壩抗滑穩(wěn)定性的特點(diǎn)，然后針對(duì)性的研究提高重力壩抗滑穩(wěn)定的措施，為提升重力壩的施工水平做出一定的貢獻(xiàn)，文中觀點(diǎn)限于作者的學(xué)術(shù)水平，存在一定的不足，有待進(jìn)一步的探討。

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