拱坝推力墩稳定性

拱坝整体稳定分析方法拱坝整体稳定性的关键就在于坝肩的稳定性，坝肩稳定分析十分复杂，一方面是由于拱坝的是一个空间超静定体系，另一方面坝肩的岩体较为复杂，和往往含有各类不连续的结构面。

国内外用以评价拱坝坝与坝肩稳定的方法，总结来看，主要有以下四种：刚体极限平衡法，有限元法、地质力学模型试验方法、可靠度法[ii]。

刚体极限平衡法[i][ii]目前，国内的水利水电工程设计中，刚体极限平衡法是分析拱坝坝肩稳定性的一种常规方法。

通过假定简化多余变量，使超静定问题转化为静定问题来求解，通过计算抗滑力和滑动力之比求出大坝的稳定安全系数，判断计算的对象是不是失稳。

一般采用下述稳定计算公式： 抗剪断公式()f W U c AK P''-+'=(1.3.1) 抗剪强度公式()f W U K P -=(1.3.2) 经过长期的积累，刚体极限平衡法具备了丰富的工程应用经验，在处理简单的工程对象时计算精度较高，通过拟定一些假定也能应用于较为复杂的稳定问题，简单且容易使用[iii][iv]。

但是该方法没有考虑对象所处的岩体发生变形时对上部结构的影响，具有下述的一些局限性[v]，该；一是该方法在一定的基础上，进行了比较大的人为简化，计算过程中所采用假定的合理性直接影响到计算的精度，以及最终的安全系数；二是计算时主要考虑的是岩体的强度，对于岩体的实际应力－应变关系则未考虑，因此不能获得在滑动面内的应力、变形在空间分布特性以及伴随加载的发展过程；三是该方法无法获得对象在临界状态下的变形特性，其所获得的给定滑动面上的安全系数只是一个平均安全系数 [vi]。

有限单元法有限元法用于坝肩稳定性分析始于20世纪60年代，该方法通过建立单元几何、弹性（塑性）、位移、强度以及应力等矩阵，来计算分析对象的受力及变形状况，可以分析整体或局部的稳定安全系数，能够考虑坝基岩体构造的复杂性以及岩体变形对坝体结构的影响[vii][viii]。

水坝设计中的坝体稳定性分析在水坝设计中，坝体稳定性是一个至关重要的问题。

坝体稳定性不仅关系到水坝的安全性，更直接影响到水坝的使用寿命和工程效益。

因此，在水坝设计的过程中，对坝体稳定性进行全面的分析和评估是非常必要的。

一、坝体稳定性分析的基本概念坝体稳定性是指水坝在承受地下水和坝体自重、渗流压力以及外部荷载的作用下，坝体不发生破坏或发生破坏的概率很小的状态。

坝体稳定性分析是通过对水坝各种受力情况的计算和模拟，来评估水坝的整体稳定性并提出相应的改进措施。

二、坝体稳定性分析的主要内容1. 静力分析：静力分析是水坝设计中的基础，通过对水坝受力情况的计算和分析，确定坝体的受力状态，包括重力坝、拱坝、重力-拱坝等不同类型水坝。

2. 渗流分析：水坝周围地下水和坝体内部水流的渗透对坝体稳定性有重要影响，渗流分析主要是通过数值模拟和实际监测，评估水坝渗流对坝体稳定性的影响。

3. 抗震分析：地震是水坝面临的重要自然灾害之一，抗震分析是评估水坝在地震作用下的稳定性，确定水坝的抗震性能和安全储备。

4. 滑动稳定性分析：水坝坝基和坝体之间的滑动是水坝稳定性的一个重要指标，滑动稳定性分析通过对地基土层性质和坝体结构的计算、模拟，评估水坝的滑动稳定性。

5. 破坏机理分析：水坝破坏的机理是水坝稳定性分析的关键，通过对水坝破坏机理的模拟和分析，可以进一步提高水坝的稳定性。

三、坝体稳定性分析的方法与工具1.数值计算方法：数值计算方法是目前水坝设计中常用的分析方法，包括有限元法、有限差分法等，通过计算机模拟水坝的受力情况和破坏机理，评估水坝的稳定性。

2. 监测与实测方法：监测与实测是对水坝真实受力情况的监测和检测，通过现场数据的采集与分析，可以验证水坝设计和分析的准确性，提高水坝的安全性。

3. 专业软件辅助：如Plaxis、Autocad等专业软件可以提供水坝设计中各种受力情况的模拟和计算，辅助设计师进行坝体稳定性分析与评估。

四、水坝设计中的坝体稳定性评估在水坝设计中，坝体稳定性评估是一个重要的环节，通过对水坝各种受力情况的分析和评估，可以及时发现水坝存在的安全隐患，采取相应的措施加以改善，确保水坝的安全性和稳定性。

拱坝的工作原理及特点
拱坝是一种在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，它借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。

与重力坝相比，拱坝在水压力作用下的稳定不需要依靠本身的重量来维持，而是主要利用拱端基岩的反作用来支承。

拱坝的特点包括：
1. 稳定性好：由于其结构特点，拱坝在受到水压时能够保持稳定，不容易发生变形或倒塌。

2. 抗震性能好：拱坝的结构可以有效地分散地震能量，使其具有良好的抗震性能。

3. 适应性强：根据河谷的形状和地质条件，拱坝可以进行多种形式的设计和施工，如单曲拱、双曲拱等。

4. 对河谷形状和地质条件有要求：河谷的宽高比和断面形状会影响拱坝的设计和建设。

例如，U形河谷由于靠近底部拱的作用显著降低，大部分荷载由梁的作用来承担，因此需要较大的厚度。

总的来说，拱坝由于其独特的结构和工作原理，使其在水利建设中具有重要的应用价值。

文章编号:1006 2610(2022)06 0111 09基于地质力学模型试验的拱坝整体稳定性分析朱　涛1,刘耀儒2,庄文宇2,于海江1,王兴旺2(1.中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津　300222;2.清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京　100084)摘　要:地质力学模型试验是评价拱坝整体稳定性和加固处理效果的有效手段,采用200∶1几何比尺对新疆某高拱坝进行三维地质力学模型试验;模型采用小块体砌筑技术对坝址区不同质量分级岩体的变形㊁强度特性以及优势节理裂隙进行模拟,基于压缩变形相等的原则模拟断层㊁岩脉等软弱结构面,并且考虑了建基面槽挖填换混凝土㊁抗剪洞等加固处理措施;基于油压千斤顶加载系统模拟坝面分布式水载,采用数据采集系统和视频监控系统记录分析坝体及坝基在超载过程中的变形㊁应力和开裂破坏过程;确立了拱坝起裂安全度K1㊁非线性起始安全度K2㊁极限荷载安全度K3三个稳定性评价指标;此外建立数值模型,基于变形加固理论对比分析了拱坝的整体稳定性,确定工程稳定的控制部位和值得注意的薄弱区域㊂结果表明:拱坝的3个安全度分别为K1=2.0㊁K2=4.5~6.0㊁K3 =11~12㊂在超载过程中,河床右岸坝踵破坏程度较左岸严重,断层jef36㊁jef4局部出现开裂但未见明显错动㊂整体而言,地基和坝体的破坏程度均较小,整体上是稳定的㊂关键词:地质力学模型试验;整体稳定性;拱坝;小块体砌筑技术;变形加固中图分类号:TV698.1+1;TV642.4+2 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2022.06.019 Global Stability Analysis of Arch Dam based on Geomechanical Model TestZHU Tao1,LIU Yaoru2,ZHUANG Wenyu2,YU Haijiang1,WANG Xingwang2(1.China Water Resources Beifang Investigation,Design and Research Corporation Limited,Tianjin　300222,China;2.State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering,Tsinghua University,Beijing　100084,China) Abstract:The geomechanical model test is an effective means to evaluate the global stability of the arch dam and the effect of reinforcement. The three-dimensional geomechanical model test of an arch dam is carried out with a geometric scale of200∶1.The model adopts small block masonry technique to simulate the deformation,strength characteristics and dominant joint fissures of rock masses with different quality grades at the dam site.Based on the principle of equal compression deformation,the model simulated the weak structural planes such as faults and dykes, and considered the reinforcement measures such as concrete replacement and anti-shear tunnel.Based on the hydraulic jack loading system,the distributed water load on the dam surface is simulated.The deformation,stress and cracking process of the dam and foundation in the process of overload are recorded and analyzed by the data acquisition system and the video monitoring system.Three stability evaluation indexes of dam,i.e.crack initiation safety degree K1,nonlinear initial safety degree K2and ultimate load safety degree K3,are proposed.In addition,a numerical model is established.Based on the deformation reinforcement theory,the global stability of arch dam is compared and analyzed,and the control areas for the project stability and the weak areas worthy of attention are determined.The results show that K1=2.0,K2=4.5~6.0,K3=11~12. In the process of overloading,the dam heel on the right bank is more severely damaged than that on the left bank.The faults jef36and jef4are cracked locally but no obvious dislocation is found.The damage degree of the foundation and dam is small,and the dam is stable on the whole. Key words:geomechanical model test;global stability;arch dam;masonry technique of small blocks;deformation reinforcement 收稿日期:2022-08-04 第一作者简介:朱涛(1985-),男,河南省信阳市人,高级工程师,主要从事水工结构设计工作. 通讯作者简介:刘耀儒(1974-),男,河北省曲阳县人,博士生导师,教授,主要从事岩石力学和水工结构方面的教学与研究工作. 基金项目:国家自然科学基金(41961134032;51739006).0　前　言中国在建或已完工的拱坝多位于西部地区,该地区通常为峡谷地貌,地形㊁地质条件复杂,褶皱㊁断裂等构造行迹较为发育㊂基于施工期㊁运营期的监111西北水电㊃2022年㊃第6期===============================================测资料分析拱坝的工作性态是评估其安全性与稳定性的重要手段[1-4]㊂对于缺少监测资料的设计阶段如何分析工程的整体稳定性㊁掌握拱坝及基础的薄弱环节,对加固处理措施进行优化设计是近年来的研究热点[5]㊂拱坝的整体稳定性评价是一个涉及非均匀性㊁多裂隙介质和不可逆内部损伤演化的三维非线性问题[6-7],地质力学模型试验[8-9]和非线性有限元[10-12]是研究这类问题的主要方法㊂地质力学模型试验可以真实模拟复杂的地质构造,直观地反映模型从加载到破坏的全过程,有助于发现新的力学现象和规律[5]㊂国内外自20世纪50年代开始开展了一系列包括Vajont㊁Cambambe㊁大岗山㊁锦屏一级㊁白鹤滩等大型拱坝工程的模型试验,对大坝的整体稳定性和超载能力进行了系统研究,对基础加固处理措施效果进行了评价[13-14]㊂随着试验技术的飞速发展,模型试验已经成为高拱坝坝肩稳定和加固分析的难以替代的研究方法㊂作为模型试验的补充,将非线性有限元分析与其相结合可以更好地研究工程结构的力学行为㊂例如,JIN F.等提出了结构整体稳定性评价方法[15]㊂杨强等提出了变形加固理论,可以定量地对岩体结构进行破坏㊁稳定和加固分析[10]㊂新疆某水利枢纽由混凝土拱坝㊁水垫塘及二道坝㊁发电引水系统和电站㊁生态放水洞㊁鱼道等组成,水库总库容3.68亿m3,电站装机容量160MW,在电力系统中承担腰荷和峰荷运行㊂拱坝采用抛物线型双曲拱坝,最大坝高167.5m,坝顶全长288.4m㊂坝址为横向谷,呈较对称 V”型,左岸山体雄厚,右岸山体较单薄,地形完整较差㊂坝址区III级及以下结构面㊁层间错动带较发育,错动带主要由岩块岩屑组成,多见泥化现象,但厚度较小,一般小于0.5 mm㊂本文采用200∶1几何比尺对拱坝进行三维地质力学模型试验,模型采用小块体砌筑技术对坝址区不同质量分级岩体的变形㊁强度特性以及优势节理裂隙进行模拟;基于压缩变形相等的原则模拟断层㊁岩脉等软弱结构面,并且考虑建基面槽挖填换混凝土㊁抗剪洞等加固处理措施,基于油压千斤顶加载系统模拟坝面分布式水载,采用数据采集系统和视频监控系统记录分析坝体及坝基在超载过程中的变形㊁应力和开裂破坏过程,确立拱坝起裂安全度K1㊁非线性起始安全度K2㊁极限荷载安全度K33个稳定性评价指标;建立数值模型,基于变形加固理论对比分析拱坝的整体稳定性,确定工程稳定的控制部位和值得注意的薄弱区域㊂1　拱坝模型试验设计1.1　模型试验设计在进行模型设计时,原型与模型之间的几何比尺㊁荷载强度㊁力学参数㊁位移㊁应力㊁应变等各项参数均应满足相似理论,以确保模型中的变形和破坏的相似[16]㊂本次模型的几何比尺C L选定为200∶1㊂在静力试验中,为了确保自重应力场的相似,模型试验中的容重比Cγ尺采用1∶1,其他比尺根据相似理论换算得到,如表1所示㊂表1　模型试验相似比尺CγCμC L CδCεC f CσC E C c Cτ1∶11∶1200∶1200∶11∶11∶1200∶1200∶1200∶1200∶1 表1中Cγ㊁Cμ㊁C L㊁Cδ㊁Cε㊁C f㊁Cσ㊁C E㊁C c㊁Cτ分别表示容重㊁泊松比㊁几何㊁位移㊁应变㊁摩擦系数㊁应力㊁变形模量㊁黏聚力和抗剪强度比尺㊂根据相似比尺可知,模型需要采用高密度㊁低强度㊁低变模的材料㊂为了模拟岩石的抗剪强度,还需采用低粘结剂的材料,以便模拟岩体的综合强度特征,以使其破坏形式符合于岩体特性㊂本次试验采用的相似材料为重晶石粉㊁膨润土㊁108胶㊁水拌合而成的混合料㊂其中重晶石粉占比较大,可显著提高相似材料的重度;膨润土占比较小,但可以有效降低相似材料的变形模量;108胶经过稀释后作为重晶石粉和膨润土的粘接剂㊂模型试验在钢架结构的试验台中进行,试验台内净空为5.0m×4.0m×4.0m(长×宽×高)㊂依据试验相似率的要求,本次试验的模拟范围为:上游模拟大于1倍坝高,约200m;下游大于等于3倍坝高,约500m;两岸各大于2倍坝高,每岸约350m;建基面以下大于1.5倍坝高,约200m;坝顶以上按100m控制㊂拱坝模型如图1所示㊂1.2　地质条件及加固措施的模拟地质力学模型试验的模型制作有:浇注法㊁夯实填筑法和小块体砌筑法[16]㊂其中,浇注法是将流体211朱涛,刘耀儒,庄文宇,于海江,王兴旺.基于地质力学模型试验的拱坝整体稳定性分析===============================================状态的材料输入到事先做好的模子中,形成一个块体㊂这种方法的优点是不用粘结,但干燥较慢,且不能模拟岩体中的不连续构造面㊂夯实填筑法是在实验台架内分层摊铺材料,再用小型振动夯实机逐层遍布地碾压材料,直至模型顶部㊂这种方法可以极大地缩短试验的时间,比较适合地下洞室类的试验模型制作,但各填筑层的密度存在差异,且不易模拟不连续构造面㊂小块体砌筑法是将相似材料压制成小块体,用小块体逐块砌筑试验模型㊂图1　拱坝-地基模型本试验采用小块体砌筑法,块体尺寸主要采用5cm×5cm×8cm(长×宽×高)㊂块体主要用来模拟岩体的变形特性,块体与块体之间的粘接用来模拟岩体的强度特性,粘接剂采用不同配比的胶水来模拟岩体的摩擦系数f′和黏聚力c′㊂岩体力学特性如表2所示,岩体模型砌筑示意如图2所示㊂表2　坝址区岩体力学特性岩体分级泊松比μ变形模量E 0/GPa原型模型摩擦系数f′黏聚力c′/MPa 原型模型Ⅱ0.22~0.2413.0~15.00.065~0.0751.2~1.31.2~1.50.006~0.0075ⅡⅢ10.24~0.268.0~11.00.040~0.0551.0~1.21.0~1.20.005~0.006Ⅲ20.26~0.286.0~7.00.030~0.0350.8~0.90.8~0.90.004~0.0045ⅣⅣ10.30~0.323.0~4.00.015~0.0200.7~0.80.5~0.70.0025~0.0035Ⅳ20.32~0.342.0~3.00.010~0.0150.6~0.70.4~0.50.002~0.0025Ⅴ0.380.6~1.00.003~0.0050.3~0.40.05~0.10.00025~0.0005图2　裂隙岩体及软弱结构面砌筑示意软弱结构面的力学性质往往是控制岩体结构稳定和工程安全的决定性因素之一,因此在砌筑模型时应尽可能地模拟出这些不连续构造面的性状㊂对于要重点模拟的软弱结构面,如断层㊁错动带等,通常由于当夹层很薄或变形模量很低,无法采用模型规定的几何比尺㊂此时可考虑两侧破碎带的影响,根据压缩变形相等的原则进行模拟㊂坝址区地质构造主要为原生构造和断裂构造,如图3所示,主要包括断层jef4㊁岩脉㊁jef36㊁jef61㊁jef8㊁jef51㊁jef38㊂上述地质构造位于坝体上游180m,下游285m,左岸330m,右岸340m 范围内,将直接影响到大坝的安全度㊂试验采用脱水石膏和加纸方式来模拟断层裂隙材料,断层模拟方法如图2所示,其中脱水石膏用来模拟变形性能,纸(白报纸㊁电光纸和牛皮纸等)用来模拟强度特性(摩擦系数f ),具体根据夹泥厚度和的不同组合选用㊂上述断层及岩脉的产状及力学特性如表3所示㊂图3　断层和岩脉与坝体的位置关系表3　断层、岩脉的产状及力学特性结构面破碎带宽原型/m 模型/cm 摩擦系数f 黏聚力c′原型/MPa 模型/kPa产状jef4断层1~1.50.5~0.750.40.060.3NW271°NE∠29°/NW285°NE∠50°jef4岩脉42同IV 类岩体-jef36断层0.50.250.40.060.3NW290°SW∠52°~57°jef38断层10.50.40.060.3NW298°SW∠69°jef51断层0.10.050.40.060.3NW298°SW∠58°jef8断层0.50.250.40.060.3NW295°SW∠56°jef61断层0.50.250.40.060.3NW298°SW∠60°加固处理措施主要模拟建基面槽挖填换混凝土和右岸jef4断层高程720.00~740.00m 水平及斜311西北水电㊃2022年㊃第6期===============================================向抗剪洞,其设计方案和砌筑过程分别如图4和图5所示㊂图4　高程720.00m剖面加固处理措施图5　加固处理措施砌筑示意1.3　模型试验系统试验模拟水荷载和自重,其中水荷载经相似理论换算㊁通过多个千斤顶模拟分布式荷载,如图6所示㊂加载共分5层,形成近三角形荷载,采用22个自制的小千斤顶,每组千斤顶均与分油器相连,用5个精密压力表来控制各层的外油压,加载设备布置如图7所示㊂为了探讨坝体的受力状态及各种地质构造对坝体应力稳定的影响,在坝肩岩体内部㊁基础以及坝体表面分别布设了14㊁46㊁36套位移计㊂为分析坝体的应力分布及坝在加载过程中的破坏机制,在坝体的上下游面贴有电阻片,在上游坝踵处还贴有拐弯电阻片㊂试验共布置电阻片250片,布置如图8所示㊂将外部位移计㊁内部位移计和坝面应变片与数据采集系统(NI 和UCAM-70A)连接,通过计算机进行数据采集操作,实时反馈数据㊂外部破坏监测通过视频监控系统进行㊂各个设备均可以实现实时监测坝体㊁以及基础各个部位的破坏情况㊂图6　水荷载示意图7　油压千斤顶加载系统布置图8　上游应变片布置及连线2　试验结果分析2.1　坝体位移分析正常水荷载作用下,坝体顺河向位移分布如图9所示㊂由图9可以看出,坝体的顺河向变形在拱冠梁3/4坝高处最大㊂由于大坝右岸地质条件复杂,发育有jef36㊁jef38㊁jef4㊁jef61以及jef8等断层构造,虽然右岸断层jef4采取了加固措施,但由于jef36靠坝体很近,且向山里延伸很长,故整体而言大坝右端的顺河向变形略大于大坝左端㊂411朱涛,刘耀儒,庄文宇,于海江,王兴旺.基于地质力学模型试验的拱坝整体稳定性分析=============================================== 拱冠梁在超载过程中的顺河向和横河向位移分别如图10和图11所示,其中顺河向位移以指向下游为正,横河向位移以指向左岸为正㊂由图10可知,拱冠梁高程800.00m 以上在超载过程中的顺河向位移显著大于高程800.00m 以下;1~6P 0水荷载作用下,高程713.00~750.00m 拱冠梁顺河向变形整体较小;3~5P 0水荷载作用下坝体变形速率有所增加;水荷载大于11P 0后,坝体变形速率进一步增大㊂图9正常水载下拱坝下游面顺河向变形单位:高程,m ;其他,mm图10　拱冠梁顺河向位移与超载倍数的过程曲线图11　拱冠梁横河向位移与超载倍数的过程曲线 由图11可知,拱冠梁坝顶高程测点在超载过程中的横河向变形较为明显且指向左岸㊂800.0m 高程测点在超载过程中略向右岸变形但量值不大㊂其他高程测点的横河向变形很小可以忽略㊂2.2　坝体应力分析正常水荷载作用下坝体的应力分布如图12所示㊂由图12可知,上游坝面坝踵最大拉应力为2.88MPa,位于河床右岸;拱向最大压应力为3.13MPa,位于拱冠梁高程800.00m 附近㊂下游坝面梁向最大拉应力为1.23MPa,位于拱冠梁高程800.00m 附近;坝趾最大压应力为4.90MPa,位于河床左岸㊂坝体的应力分布和主应力轨迹线符合一般拱坝应力分布规律㊂2.3　开裂破坏过程分析综合电阻片㊁摄像采集等手段获取了坝体在超载过程中由线性变形到非线性变形㊁再到开裂直至整体破坏的全过程㊂在正常水荷载1.0P 0作用下,大坝及两坝肩工作正常,未出现开裂及屈服区;1.75图12　正常水荷载下拱坝坝面应力分布(0.1MPa )511西北水电㊃2022年㊃第6期===============================================~2P 0载荷作用下,上游坝踵右岸jef 4附近最先开裂;2~4P 0载荷作用下,上游坝踵右侧开裂,裂缝扩展延伸;4~4.5P 0载荷作用下,上游坝体高程750.00m 左岸出现开裂;4.5~5P 0载荷作用下,由变形分析可知坝体大部分进入非线性状态;5~6P 0载荷作用下,上游裂缝向下游延伸;6~7.0P 0载荷作用下,下游坝趾局部出现开裂;7P 0~10P 0载荷作用下,出现了较为明显的裂纹扩展,包括①下游坝面裂缝继续扩展②坝趾㊁坝踵处裂缝扩展③上游jef36附近裂缝向两岸扩展;10~12P 0载荷作用下达到承载极限,结构迅速大变形,荷载很难向上增加,大坝丧失承载力㊂坝体和坝基的最终上下游面破坏情况如图13所示,其中数字表示裂缝起裂时的超载倍数㊂图13　拱坝破坏过程 单位:高程,m 试验加载完毕拆卸模型过程中可以发现,左右两岸坝肩破坏不大,坝肩基础整体强度较好,如图14所示㊂左岸坝肩的裂缝明显少于右岸,左岸的受力条件更好㊂两岸坝肩上的裂缝多位于接坝处附近,延伸范围不大;在各平切高程中,断层均未形成错动;在高程740.00~800.00m,坝肩破坏相对更加明显,裂缝更多;在高程800.00m 以上和高程740.00m 以下,裂缝相对较少㊂各断层在超载过程中破坏较少㊂断层jef36在高程880.00m 左岸有一条斜向裂缝延伸较长,在高程870.00㊁800.00m 等附近有一些小裂缝,延伸范围均很小,断层jef36未见明显错动;断层jef4在高程740.00~760.00m 发现几条小裂缝,其余高程未见明显开裂,也未见明显错动;断层jef38未见明显开裂和错动㊂图14　坝肩最终开裂示意611朱涛,刘耀儒,庄文宇,于海江,王兴旺.基于地质力学模型试验的拱坝整体稳定性分析===============================================2.4　整体稳定性分析拱坝从加载到破坏的全过程可以用3个整体特征超载安全系数来描述,并将其作为拱坝整体稳定性的评价指标[17]㊂K1表示起裂安全系数,即裂纹起裂(通常发生在坝踵区)时的水荷载为K1P0(其中P0为正常水荷载)㊂K2表示大坝非线性变形起始安全系数,对应的水荷载为K2P0㊂当水荷载为K3P0时,坝体出现较大开裂,丧失承载能力㊂可见,K1< K2<K3,且特征超载安全系数越大,表示拱坝整体稳定性和安全性越高㊂可以利用不同高拱坝工程的3K安全度成果序列进行工程类比,了解各拱坝的整体稳定性,从而为设计提供相应的依据㊂试验模拟了拱坝区域的主要地质构造,尽管该区域地形㊁地质较为复杂,特别是左右岸穿坝的断层jef4,但由于对其采取了加固措施,在正常水荷载P0作用下,没有形成较大应力集中,所测得的应力㊁变形能满足规范的要求㊂在2.0倍水荷载作用下,坝踵右侧开始出现微破裂,故K1=2.0㊂加载至4.5~ 6.0倍水荷载时,坝体开始进入非线性,坝基在5~ 6P0后出现局部破坏,下游坝趾在6~7P0时开裂,故K2=4.5~6.0㊂随着超载过程继续,地基裂缝逐渐向两岸延伸,加载至11~12P0时,结构出现大变形,荷载很难再向上增加,大坝丧失承载力,故K3= 11~12㊂最终破坏时,破坏区域主要集中于地基,坝体破坏程度较小,且右岸破坏较左岸严重㊂整体而言,坝体上的裂缝不多,除右岸坝体及拱冠梁坝体有一些水平缝和竖直缝,上游坝体及下游左岸坝体无明显裂缝㊂3　与数值模拟结果对比分析拱坝整体稳定是一个变形问题,反映的是一个从弹性状态到极限承载状态的破坏过程,基于最小塑性余能原理的变形加固理论主要研究荷载超出结构极限承载力后的结构失稳行为㊂对于理想弹塑性模型,按照增量型正交流动法则和一致性条件进行的应力调整过程将使塑性余能趋于极小值,而结构整体上趋于加固力最小化㊁自承力最大化的状态[10]㊂数值模拟采用三维非线性有限元软件TFINE,计算出不同工况下的不平衡力和塑性余能范数㊂本节基于数值计算和模型试验的对比,综合评价拱坝的整体稳定性,确定工程稳定的控制部位和值得注意的薄弱区域㊂3.1　计算网格数值模拟采用三维模型进行计算,计算坐标系以坝顶拱冠梁上游点为坐标原点,向左岸为X轴正方向,向下游为Y轴正方向,竖直向下为Z轴正方向㊂上游模拟范围大于1.5倍坝高,下游模拟范围大于等于3倍坝高;左右两岸模拟范围大于2倍坝高;坝基模拟深度大于1.5倍坝高,坝顶高程以上模拟1倍坝高以内坝坡㊂整个模拟范围为680m×770 m×567m(长×宽×高)㊂各方向模拟范围为X轴方向:-340~340m;Y轴方向:-289~480m;Z轴方向:-139.5~427.5m㊂网格采用八节点六面体和六节点五面体单元,节点总数为132583,单元总数为120048㊂整体计算网格如图15所示㊂图15　有限元整体计算网格3.2　位移对比模型试验和数值模拟得到的拱梁顺河向位移曲线对比如图16所示㊂整体而言,模型试验与数值模拟在坝体位移上吻合情况较好㊂除个别点外,模型试验得到的位移值要略小于数值模拟得到的位移值,左拱梁的位移略大于右拱梁㊂3.3　应力对比正常水荷载下,模型试验得到的坝踵最大拉应力为2.88MPa,位于坝踵右侧,数值模拟纯水载工况下上游坝踵最大拉应力为于坝踵左侧,量值为2.94MPa,两者数值上较为吻合,但两者的位置有些差别;模型试验得到的下游最大压应力为6.31711西北水电㊃2022年㊃第6期===============================================MPa,位于下游高程750.00m 左拱端,数值模拟纯水载工况下得到的下游最大压应力为8.23MPa,位置在下游高程730.00左拱端,试验与数值结果基本吻合㊂数值计算得到的下游坝面主应力矢量如图17所示,与图12(b)对比可知应力分布规律基本一致㊂图16　模型试验与数值模拟坝体位移比较图17　数值模拟得到的下游坝面主应力矢量3.4　破坏模式对比在变形加固理论体系中,结构的破坏程度和范围可以用不平衡力表征,不平衡力集中的区域就是结构容易开裂破坏的部位[10]㊂拱坝左㊁右岸坝踵区在超载过程中的不平衡力如表4所示,建基面在超载过程中的不平衡力分布矢量如图18所示㊂分析可知,不平衡力主要分布在河床坝踵处,最大值出现在右坝踵附近㊂右岸不平衡力主要由地基引起(箭头朝向坝体),左岸由坝体和地基共同引起,且右岸坝踵不平衡力要大于左岸坝踵不平衡力(2倍超载时分别为361t 和52t)㊂模型试验中,右岸坝踵部位的岩体破坏要严重一些,左岸坝踵的开裂则位于坝体和基础相交的部位,如图19所示㊂因此,数值计算和模型试验是一致的㊂数值计算中,在2倍超载时,不平衡力有明显的突变,这与模型试验的结果K 1=2.0也相吻合㊂表4　拱坝坝踵区不平衡力/t加载倍数左岸F X F YF Z合力F 右岸F X F YF Z合力总合力正常0.070.090.150.190.371.210.311.311.5倍 3.88 6.086.189.516.2256.915.4161.14712倍16.0440.5428.7352.2194.06338.4882.73360.924132.5倍38.695.5169.37124.19189.87683.98154.99726.57851对于下游坝面的破坏,由图20和图21对比可知,下游坝面破坏位于靠近河床坝址的拱冠梁右侧部位,地基破坏位于河床坝址部位㊂而屈服区也出现在这两个部位㊂数值计算表明,下游坝体出现屈服区较小㊁不平衡力也较小;而模型试验破坏图表明,下游坝面破坏程度也较小㊂图18　拱坝建基面超载过程中的不平衡力矢量811朱涛,刘耀儒,庄文宇,于海江,王兴旺.基于地质力学模型试验的拱坝整体稳定性分析===============================================图19　拱坝上游面坝踵部位破坏图20　拱坝下游3.5倍水载点安全度和屈服区图21　拱坝下游坝趾部位破坏情况4.5　整体稳定综合分析变形加固理论认为,最小塑性余能是对结构自我调整能力不足的测度,采用K -ΔE min 曲线可评价拱坝的整体稳定性,荷载状态K 为正常水荷载倍数,ΔE min 为该荷载状态对应的最小塑性余能㊂图22为拱坝坝体㊁基础及总体塑性余能范数随超载倍数的变化曲线㊂从图中可以看出,基础的塑性余能范数曲线在2~2.5倍水载之间已经开始增长缓慢,这与模型试验得到的K 1=2.0,吻合较好㊂整体而言,坝体塑性余能范数很小,几乎为0;基础余能范数占总体余能范数的比重达到100%,其中右岸基础余能范数占总体的80%以上,这也与模型试验右岸破坏较为严重相吻合㊂图22　拱坝坝体、基础及总体余能范数随超载的变化曲线5　结　论(1)正常工况下,拱坝的顺河向变形在拱冠梁3/4坝高处最大,左拱梁位移略大于右拱梁,与计算值较为吻合㊂坝体的应力分布㊁主应力轨迹线符合一般拱坝规律㊂(2)超载试验表明K 1=2.0P 0(上游坝踵开裂荷载,P 0为1.0倍水载),主要出现在河床附近坝踵㊂在超载2~4.5P 0过程中,坝踵裂缝缓慢扩展,坝体其他位置未见开裂;超载至K 2=4.5~6P 0时,上游坝踵裂缝已经向两侧延伸,下游坝趾出现压剪破裂,下游坝面大坝也出现裂缝,出现非线性变形;当超载至K 3=11~12.0P 0,大坝丧失承载能力㊂(3)下游两岸地基条件较好㊂左右两岸基础的破坏都在较高倍水载时才发生,且右岸裂缝比左岸形成稍早㊂超载过程中,断层jef36㊁jef4局部出现开裂但未见明显错动,两岸坝肩上的裂缝多位于接坝处附近,延伸范围不大㊂总体而言,拱坝在超载过程中,基础和坝体的破坏程度均较小,整体上是稳定的㊂(下转第126页)911西北水电㊃2022年㊃第6期===============================================以下3个方面:一是计算得到的变形是竖井整个开挖全过程变形完整的积累,不存在时间滞后效应,而多点位移计监测到的变形通常具有很大的滞后效应,对于本工程来说,埋在高程516.00m 的多点位移计基本测不到高程516.00m 以上开挖卸荷引起的围岩变形,测到的主要是5阶段和6阶段的开挖变形即高程516.00~481.50m 段岩体开挖所引起的变形㊂根据图5可得出该阶段开挖所引起的总变形约为3.9mm,该变形值比该处实际测到的最大变形值大2.37mm;二是岩体是一种非常不均匀介质,难以给出准确的物理力学特性指标;三是岩体初始地应力分布和量值也存在不准确性㊂4　结　论(1)通过规范计算和工程类比,初步拟定大型调压井围岩系统支护参数,并用三维有限元计算分析,结果表明不同锚杆长度对围岩塑性区㊁变形影响很小㊂(2)基于围岩塑性区分布和块体稳定计算结果,结合类似工程类比,提出了安全可靠㊁技术经济合理的围岩系统锚杆支护参数,优化后的围岩系统锚杆长度L 与调压井开挖深度H 之比最小值为0.033㊂(3)由现场围岩变形和锚杆应力监测数据分析,三维有限元计算结果与现场监测值分布和大小具有较好的一致性;调压开挖过程中,没有因支护强度不够而发生局部塌方,说明围岩整体稳定满足要求,由此技术方法优化确定的围岩系统支护措施是可靠的㊂参考文献:[1]　张奇华,胡惠华,张煜,等.块体稳定分析中传统赤平投影与全空间赤平投影对比研究[J].岩土工程学报,2022,44(06):1148-1154.[2]　石广斌,李宁.用灰色局势决策法优选高地应力下大型地下洞室拱形[J].岩石力学与工程学报,2005,24(12):2119-2123.[3]　张奇华,张煜,李利平,等.块体理论在地下洞室围岩稳定分析中的应用进展[J].隧道与地下工程灾害防治,2020,12(12):9-17.[4]　石广斌,王明疆,赵靖伟.地下洞室块体稳定安全标准及其应用的研究[J].西北水电,2018(05):39-44.[5]　贾巍,于冲,石广斌.块体理论在阜康抽水蓄能电站地下厂房围岩稳定分析中的应用[J].西北水电,2015(01):20-24.[6]　杨海波,姜俊红.大型调压室围岩稳定分析[J].人民长江,2009,40(12): 4-7. (上接第119页)参考文献:[1]　孔庆梅,乔海山,费新锋,等.基于SSA-LSTM 的混凝土拱坝变形预测模型[J].西北水电,2022(03):81-86.[2]　韩世栋,李新.高寒区某拱坝首蓄期坝体渗透压力异常现象分析[J].西北水电,2021(01):60-64.[3]　雷丽萍,黄天润.拉西瓦拱坝施工期温度应力反演计算与典型坝段裂缝成因分析[J].西北水电,2020(S1):60-66.[4]　李元玖,刘千驹.基于某混凝土拱坝的坝顶位移回归分析[J].西北水电,2020(02):102-105.[5]　刘耀儒,杨强,杨若琼,等.高拱坝地质力学模型试验[M].北京:清华大学出版社,2016.[6]　周维垣,杨若琼,刘耀儒,等.高拱坝整体稳定地质力学模型试验研究[J].水力发电学报,2005,24(01):53-58.[7]　张泷,刘耀儒,杨强,等.基于地质力学模型试验的大岗山拱坝整体稳定性分析[J].岩石力学与工程学报,2014(05):971-982.[8]　Zhu W S,Li Y,Li S C,et al.Quasi-three-dimensional physicalmodel tests on a cavern complex under high in-situ stresses[J].International Journal of Rock Mechanics &Mining Sciences,2011,48(02):199-209.[9]　Fishman Y A.Features of shear failure of brittle materials and con⁃crete structures on rock foundations [J].International Journal of Rock Mechanics &Mining Sciences,2008,45(06):976-992.[10]　杨强,刘耀儒,陈英儒,等.变形加固理论及高拱坝整体稳定与加固分析[J].岩石力学与工程学报,2008,27(06):1121-1136.[11]　Alvarez M A.Mechanical models as compared with mathematics[C]//Proceedings of the International Colloquium on Geome⁃chanical Model.Bergamo,Italy:ISRM,1979:149-151.[12]　Yu X,Zhou Y F,Peng S Z.Stability analyses of dam abutmentsby 3D elasto-plastic finite-element method:a case study of Hou⁃he gravity-arch dam in China[J].International Journal of RockMechanics &Mining Sciences,2005,42(03):415-430.[13]　Oliveira S,Rui F.Numerical simulation of collapse scenarios in reduced scale tests of arch dams [J].Engineering Structures,2006,28(10):1430-1439.[14]　Zhang L,Liu Y R,Yang Q.Evaluation of reinforcement and a⁃nalysis of stability of a high -arch dam based on geomechanicalmodel testing[J].Rock Mechanics and Rock Engineering,2015,48(02):803-818.[15]　Jin F,Wei H,Pan J,et parative study procedure for the safety evaluation of high arch dams[J].Computers &Geotech⁃nics,2011,38(03):306-317.[16]　Liu Y R,Guan F H,Yang Q,et al.Geomechanical model testfor stability analysis of high arch dam based on small blocks ma⁃sonry technique[J].International Journal of Rock Mechanics andMining Sciences,2013,61:231-243.[17]　周维垣,杨若琼,剡公瑞.高拱坝稳定性评价的方法和准则[J].水电站设计,1997,13(02):1-7.621刘有全,张利平,靳俊杰,石广斌.赞比亚下凯富峡水电站大型调压井围岩支护参数优化研究===============================================。

重力坝和拱坝的受力特点
对于重力坝来说，它是依靠自身的重量产生的压力来抵抗水平推力的结构。

因此，重力坝的坝体是实体的混凝土结构，主要承受的是垂直向下的压力，而水平推力对坝体的影响较小。

重力坝的另一个特点是它可以在地基承载力较低的地区建造，因为它的重量可以提供较大的压重，有利于提高稳定性。

拱坝则是一种推力结构，它的受力特点与重力坝不同。

拱坝利用拱的作用将水压力和其它外力传递到两岸的基岩或其它支承物上，从而形成整体的结构体系。

在拱坝中，由于拱的作用将推力传递到两岸，因此坝体本身承受的主要是轴向压应力，而弯矩较小。

这使得拱坝可以利用混凝土或浆砌石材料的抗压强度，充分发挥其受力性能。

总的来说，重力坝和拱坝在受力特点上有着显著的区别。

重力坝以受弯曲为主的静定结构，而拱坝则是一种推力结构，主要承受轴向压应力。

在实际应用中，需要根据工程需求和地质条件来选择适合的坝型。

拱坝的特点：掌握拱坝的特点和适用条件。

：高次超静定结构，受力特点，理想的地形条件。

：高次超静定结构，河谷宽高比。

?复习巩固：重力坝的工作原理、体型特点、坝体结构、消能防冲方式、适用条件。

?引入新课：不同与重力坝的坝，空间形状为曲线形，稳定由拱座维持。

?讲授新课:1、拱坝在水平外荷载作用下的稳定性主要是依靠作为拱座的两岸岩体的反力，并不全靠坝体自重来维持稳定，这是拱坝的一个主要工作特点。

2、拱坝可比重力坝节省工程量1/3～2/3；另外还可减少基础开挖，缩短泄水(引水)渠道和导流洞的长度。

3、拱坝超载能力很强，其破坏时所达到的荷载可达设计荷载的7～11倍(只要拱肩有足够的稳定性)。

4、拱坝的抗震性能好。

(世界坝高100m以上的拱坝有40座建在7～8度以上的地震区)。

5、拱坝砼的标号一般高于重力坝，(百米高以上的拱坝常用200～300号砼，百米以下的拱坝常用200号砼，重力坝则用150号砼)，但每方砼增加的单价一般不会超过重力坝的10～15％。

6、近年来，拱坝坝顶或表孔大流量泄洪已趋普遍，单宽流量已超过200m3/s。

7、温度荷载应列为拱坝的主要荷载，扬压力对坝体应力的影响则小，对薄拱坝可忽略之。

但在计算拱肩稳定时，则应考虑扬压力。

因此拱坝应力计算中三个最主要的荷载为：水平水(砂)压力、温度荷载、自重。

(一)地形条件1、理想的地形条件：河谷断面狭窄对称，山体雄厚，坝址上游较为宽阔，顺河流方向河谷逐渐变窄，呈“漏斗”状。

2、地形条件指标——河谷宽高比Ｌ/Ｈ<2.0时，薄拱坝Ｌ/Ｈ＝2.0～3.0时，中厚拱坝Ｌ/Ｈ>3.0时，厚拱坝虽然目前已认为L/H=5～7左右，拱坝仍可能有较好的经济性。

但到1990年为止，国外高于120米已建的拱坝中，L/H＞5的仅3座，L/H＞3的仅21座，说明拱坝(特别是高拱坝)应选在河谷狭窄处，中低拱坝的应力较小，L/H可放宽一些。

３、Ｕ形河谷与Ｖ形河谷的区别Ｕ形河谷大部分荷载由梁承担，坝体较厚。

重力坝、拱坝与土石坝之间的区别1.拱坝与重力坝相比，具有哪些工作特点○1拱与梁的共同作用；○2稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，因而对地基的要求很高；○3拱是一种推力结构，承受轴向压力，有利于发挥砼及浆砌石材料的抗压强度；○4拱梁所承受的荷载可相互调整, 因此可以承受超载；○5拱坝坝身可以泄水；○6不设永久性伸缩缝；○7抗震性能好；○8几何形状复杂，施工难度大。

2.拱坝自重荷载的如何分配，与重力坝有什么不同拱坝自重：封拱前浇筑的全部由悬臂梁承担。

3.重力坝与土石坝的稳定概念有什么不同影响土石坝稳定的因素有哪些重力坝：依靠重力维持稳定，失稳时，先在坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝址处岩基和胶结面出现局部剪切屈服，进而范围扩大向上游延伸，最后形成滑动通道，导致大坝的整体失稳。

土石坝：也是依靠重力维持稳定，由于是散粒体堆筑，坝坡稳定须采用肥大的剖面，坝体不可能产生水平滑动，其失稳主要是坝坡滑动或坝坡、坝基一起滑动。

土石坝影响因素：坝体滑坡滑裂面的形状，坝体结构，土料，地基的性质，坝的工作条件。

4.重力坝、拱坝、土石坝的相互比较及优缺点⑴重力坝：由砼或浆砌石修筑的大体积档水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。

重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。

优点：①相对安全可靠,耐久性好，抵抗渗漏、洪水重力坝漫溢、地震和战争破坏能力都比较强；②设计、施工技术简单，易于机械化施工；③对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件要求相对地说不太高；④在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题。

缺点：①坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；②坝体体积大，耗用水泥多；③施工期混凝土温度应力和收缩应力大，对温度控制要求高。

⑵拱坝：是一种建筑在峡谷中的拦水坝,做成水平拱形,凸边面向上游,两端紧贴着峡谷壁。

拱坝的工作原理拱坝是一种常见的水利工程结构，它的工作原理是通过拱形结构来承受水压力，将水压力传递到拱坝的两侧岩石或土壤中，从而实现对水的控制和利用。

拱坝的工作原理主要包括以下几个方面：一、受力分析。

拱坝在水压力的作用下，会受到水平和竖向的压力。

水压力会使拱坝受到水平向两侧的挤压力，而拱坝的曲线形状可以将这种水平挤压力转化为拱脚处的压力，使之传递到坝基岩石或土壤中。

同时，拱坝还要承受来自水体的竖向压力，这些压力都会通过拱坝的结构传递到坝基，最终得到平衡。

二、稳定分析。

拱坝的稳定性是指在水压力的作用下，拱坝能够保持结构的稳定，不会发生破坏或倒塌。

为了保证拱坝的稳定性，需要对拱坝的结构进行充分的分析和设计。

在设计中，需要考虑拱坝的几何形状、材料的选择、支护结构等因素，以确保拱坝在受到水压力时能够保持稳定。

三、水流控制。

拱坝的另一个重要工作原理是水流控制。

通过拱坝的拱形结构，可以有效地控制水流的流向和流速，从而实现对水的调节和利用。

拱坝可以将水流引导到水库或引水渠中，也可以通过拱坝上的泄洪孔来控制水位，防止水库溢出或洪水泛滥。

四、生态环境保护。

除了水流控制，拱坝还可以对水体进行调节，保护生态环境。

拱坝在拦截水流的同时，也能够净化水质，提高水资源的利用效率。

此外，拱坝还可以改善水域生态环境，为水生动植物提供生长繁衍的条件，保护水生生物多样性。

总体来说，拱坝作为一种重要的水利工程结构，其工作原理涉及受力分析、稳定分析、水流控制和生态环境保护等方面。

通过合理的设计和施工，拱坝能够有效地实现对水的控制和利用，为人类的生产生活提供重要的支持，同时也为生态环境的保护作出了重要贡献。

简述改善拱坝稳定的措施拱坝是一种用于控制水流的重要工程结构，具有防洪、引水和发电等功能。

为了确保拱坝的稳定性，有必要采取一系列的措施来进行改善。

下面我将从坝址选择、坝型设计、基础处理、抗渗排水、监测预警和维护管理等多个方面进行详细阐述。

一、坝址选择：在选择坝址时，要尽量选择地质条件较好、地震活动较少、水流量较稳定的地区，避免地震震源活动和地下溶洞等地质问题对拱坝的影响，从而确保拱坝的稳定性。

二、坝型设计：1.合理选择拱坝的高度与宽度之比，以提高坝体的稳定性。

通常情况下，高度与宽度之比在1：3至1：4之间比较合适。

2.在坝体的折线部位设置适当的放水孔，以缓解坝体受力，减小内应力，确保拱坝的安全稳定。

三、基础处理：1.首先进行地质勘探，了解基础岩石的性质，选择适合的基础处理方案。

2.对于土质地基，可以采用加固措施如灌注桩、钻孔灌注桩或土钉墙等来提高基础的稳定性。

3.对于岩石地基，可以采用爆破、钻孔注浆或锚杆等加固措施，以提高基础的强度和稳定性。

四、抗渗排水：1.对于拱坝的渗漏问题，可以在建造过程中进行抗渗处理，如使用防渗涂料、挤缝、填孔等方法，以增加坝体的防渗能力。

2.同时，还需要设置合理的排水系统，确保拱坝周围的地下水位平衡，以减小渗流对拱坝的影响。

五、监测预警：1.建立完善的拱坝监测系统，监测拱坝的位移、沉降和应力变化等参数，对拱坝的安全稳定进行实时监测。

2.根据监测结果制定相应的监测预警方案，及时采取措施修复和加固拱坝。

六、维护管理：1.建立健全的拱坝维护管理制度，制定相关维护计划，定期检查和维修拱坝。

2.加强对拱坝的巡查和养护工作，及时清理坝底堆积物、维修损坏部位，确保拱坝的稳定性和正常运行。

综上所述，改善拱坝稳定的措施包括坝址选择、坝型设计、基础处理、抗渗排水、监测预警和维护管理等多个方面。

通过科学的设计和施工，合理的基础处理和加固，以及及时的监测和维护，可以提高拱坝的稳定性，确保其安全运行。

关于梅山连拱坝结构稳定性问题的探讨内容摘要：摘要：梅山大坝建成运行数十年来，历经了20世纪代、代、代和代的多次除险加固，目前仍在进行新一轮的险除加固。

梅山连拱坝传递荷载的型式具有桥墩式结构特征，但又远比桥墩式荷载更为复杂。

特别是两岸坝肩垛基(支墩地基)，地形上具备向下游和河床两个方向的位移临空空间；垛基岩体中存在倾向河床方向的缓倾角结构面和顺河走向陡倾裂隙，构成了垛基双向滑移的边界条件。

更为特别的是，垛墩（桥墩）直接建于斜坡岩体之上，并未进行必要的嵌入式结构处理，部分垛墩与地基呈阶梯式接触，建筑物与地质体之间的连接表现为既可以转动又可以移动的可动铰支座型式，从而构成了大坝结构稳定性的重大隐患。

发生右岸坝基位移导致坝体裂缝已经足以说明以上缺陷的存在事实。

关键词：梅山大坝除险加固结构稳定连拱坝超静定1前言梅山大坝以其独特的坝体结构型式而闻名于世，并被收录入水工建设物教科书。

梅山大坝又以其运行期的坝基错动渗水成为国内著名的病险大坝，令后人为此进行除险加固而绞尽脑汁费尽心机。

更为令人称奇的是，大坝属于设计十分先进的轻型空间高次超静定结构，但却在没有计算机的20世纪代，完全靠拉计算尺这样的手工劳动完成了设计任务，并将大坝顺利建成，这在大坝设计史上并不多见。

自然，当年的大坝设计者们荣登当今设计大师宝座，成为我等小字辈工程技术人员的追星偶像，确属当之无愧。

笔者求学时对梅山大坝略有所知，在其后的工作中聆听过前辈专家作为工程实例的分析介绍，而真正一睹这一工程偶像的雄姿风采，则是在有幸参加该工程除险加固初步设计审查工作的。

工作期间，笔者除了例行公事从工程地质专业角度去分析理解坝基地质结构缺陷与处理措施可行与否之外，更多的是在虔诚地领悟大师们的设计思想，认真地体会在当时条件下如此复杂结构的设计原则、力学简化和计算方法，惊叹大师作品的精妙之处，崇敬大师们的设计胆略和创新气魄！一番激情之后，笔者思考得更多的是坝基地质结构和大坝受力特征之间的关系，试着去分析大坝的结构稳定性问题。

拱坝坝肩稳定的部分影响因素及计算方法概述拱坝坝肩稳定的部分影响因素及计算方法概述【摘要】拱坝是一种推力结构，坝肩山体的稳定是保证拱坝安全的必要条件。

进行拱坝坝肩稳定分析时，充分考虑各种影响因素及采用合理完善的计算方法决定着稳定分析结果的可靠程度。

本文概括介绍了几种在常用稳定计算方法中还未被给予足够关注的影响因素，以及近期被提出的新方法。

【关键词】拱坝坝肩；影响因素；计算方法1.引言拱坝是一种经济优越、结构合理且体型优美的坝型，有着较为广阔的发展前景。

作为高次超静定结构，当坝体的某一部为发生局部开裂时，拱坝自身将会自行调整，使坝体应力得到重新分配，这一特点使得拱坝具有很强的超载能力。

迄今为止，拱坝几乎没有因坝身出现问题而失事的。

但是，由于拱是一种主要承受轴向压力的推力结构，坝体主要依靠两岸拱端的反力作用来维持稳定[1]。

因此，相对于重力坝，拱坝对地形地质特别是两岸坝肩地质条件的要求较高，坝肩山体的稳定也就成了保证拱坝安全的必要条件。

地形地质、稳定分析以及施工布置等是影响拱坝坝肩稳定的主要因素。

在拱坝设计中，必须对坝肩岩体进行周密的勘探和详细的稳定分析；在施工中，对基础必须进行认真的处理，以保证坝肩岩体的稳定；在运行中，必须经常监视和观测[2]。

近年来，随着各种研究的普遍和深入，一些未曾被足够关注的影响因素，以及弥补现有分析方法中不足之处的计算方法逐渐被提出，为拱坝坝肩稳定的分析结果增加了更多的保证。

以下对此做简单介绍和概括。

2.影响坝肩稳定的部分因素2.1 拱圈形状在拱坝建设中，应用较多的拱圈形式有单圆弧、抛物线及椭圆曲线。

在拱坝设计中，河谷宽度取决于地形地质条件，反映拱圈形状的其他特征参数则由设计者选择。

不同的拱圈几何形状，对拱圈应力和拱端岩体稳定性将会产生不同的影响。

对于单圆弧拱坝，最大拉、压应力一般出现在拱冠或拱端，这些部位T/L（T 为拱圈厚度，L为相应高度处的河谷宽度）通常较小，若适当增大拱的中心角或厚度，将使拱应力大为改善；而在拱圈曲率半径不变的情况下，仅增加拱厚，不但不能改善坝肩的稳定性，相反还会更为不利。

小湾拱坝拱座稳定与工程处理王国进刘东勇陈宗荣陈光明何瑞良中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，昆明市人民东路115号，650051，gjwang@摘要：拱座稳定条件对高拱坝的安全至关重要。

小湾水电站拱坝坝前水头高、总水推力巨大，两岸拱座抗力岩体范围分布有距坝较近的横河向断层和顺河向为主的蚀变带等地质缺陷，力学指标低、水理性质差，有必要进行工程处理；枢纽布置、坝线选择以及拱坝体型优化均在确保拱座岩体质量和拱端嵌深的前提下进行。

勘测设计科研围绕坝基及拱座的稳定性及其加固措施开展了大量的分析研究与模型试验，由平面到空间、自密集结构面概化到各向异性模拟，从不同角度深入分析拱座岩体的稳定条件及其超载安全度。

针对近横河向与顺河向拱座地质缺陷对拱座变形稳定的“屏蔽效应”与“胡同效应”不利影响，在基本排水手段前提下，经充分研究最终采用了地下洞井塞置换与高压固结灌浆相结合以增强整体性、辅以坡面保护和坝后锚固以增强侧向约束的综合处置措施。

特别基于提高地下置换处理的针对性和有效性、尽量减少对围岩的扰动，对于拱座核心抗力岩体内存在的地质缺陷按照跟踪置换的信息化理念进行处理，收到了良好效果。

关键词：复杂拱座；屏蔽效应；胡同效应；综合处置；跟踪置换1 工程概况小湾水电站坝前水头高近300m，拱坝上游面承载面积巨大，总水推力约1660×105kN，其拱座受力量级系当今中国之最，两岸拱座抗力岩体的变形稳定和抗滑稳定成为确保拱坝安全的关键。

在坝肩抗力岩体范围内及沿建基面分布有以Ⅲ级断层F11和蚀变带E1、E4、E5、E8、E9为代表的主要地质缺陷，力学指标低、水理性质差，加上部分性状不良的Ⅳ级结构面及近坝部位节理密集带的存在，使小湾拱坝的拱座工作条件十分复杂。

在枢纽布置、坝线选择以及拱坝体形优化过程中，对于这些重要地质缺陷均给予了高度重视和充分考虑，力图在确保拱坝建基条件和拱座岩体质量的前提下尽量使主要受力区域避开和减免这些不良地质体的影响；由于受到上游侧距离较近的Ⅱ级断层F7的客观限制以及下游侧沟梁相间地貌和深卸荷岩体的制约，拱端荷载传递无法全面避开不良地质体的影响。

2018年⼆级建造师《⽔利⽔电管理与实务》考点：拱坝、
⽀墩坝的结构特点和类型
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2018年⼆级建造师《⽔利⽔电管理与实务》考点：拱坝、⽀墩坝的结构特点和类型
拱坝的结构特点和类型
1.拱坝的结构特点
拱坝的轴线为弧形，能将上游的⽔平⽔压⼒变成轴向压应⼒传向两岸，主要依靠两岸坝肩维持其稳定性;拱坝是超静定结构，有较强的超载能⼒，受温度的变化和坝肩位移的影响较⼤。

2.拱坝的类型
(1)定圆⼼等半径拱坝：圆⼼的平⾯位置和外半径都不变的⼀种拱坝。

(2)等中⼼⾓变半径拱坝：拱坝坝⾯⾃上⽽下中⼼⾓不变⽽半径逐渐减⼩。

(3)变圆⼼变半径双曲拱坝：圆⼼的平⾯位置、外半径和中⼼⾓均随⾼程⽽变的坝体形式。

⽀墩坝的结构特点和类型
⽀墩坝是由⼀系列顺⽔流⽅向的⽀墩和⽀承在墩⼦上游的挡⽔⾯板所组成。

按挡⽔⾯板的形式，⽀墩坝可分为平板坝、连拱坝和⼤头坝，其结构特点如下：
平板坝是⽀墩坝中最简单的形式，连拱坝适⽤于⽓候温和的地区和良好的基岩上。

⼤头坝坝体⽤筋量少。

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