坝肩

地球科学名词

坝肩是指坝两岸放置坝体及其邻近受力部位的坝基，是水坝两端所依托的山体。水坝建设之初，对两侧山体进行开挖，以符合坝肩的设计要求，并最终与水坝连为一体，称“左岸坝肩”和“右岸坝肩”。

背景

在拱坝设计的各个阶段，都应重视拱坝的稳定性分析。分析以往一些拱坝事故的原因，绝大多数是由于坝肩岩体失稳或变形过大所致，很少是由于拱坝本身应力问题所造成。因此，拱坝的稳定性主要体现在两岸拱座的稳定性上，拱坝的稳定性分析应主要对两岸拱座的稳定性进行分析。

拱坝坝肩岩体的稳定问题是三维问题，当坝肩岩体为断层、节理、裂缝、层面等结构面所匿成岩体有可能游移时，应进行三续抗滑稳定性分析。由于岩体成因和构造复杂，岩性多样，不同岩体其力学属性不同，而同一岩体的物理力学参数也具有明显的分散性和不确定性；并且作用于坝肩岩体上的摊端力系，又受到诸如水压、泥沙压力、变滠、材料参数等不确定因素的影响，所以拱坝坝肩考虑随机特性的稳定可靠度分析是很有崧簧研究解决的问题。

评价方法

目前，国内外评价拱座稳定的方法较多，根据其所用手段的不同，可分为两大类：一类是计算分析法；另一类是模型试验法。

类型

计算分析法也分为两类：①将岩体作为刚体考虑的刚体极限平衡法；②将坝和地基作为弹性体或弹塑性体的有限元法。有限元法可以将应力、变形和稳定统一起来计算，了解破坏的过程和机理。因空间计算的工作量及所需计算机容量较大，目前国内外大都作为平面问题计算。刚体极限平衡法比较粗略，然而概念比较明确，方法比较简单，其精度和目前原始数据的精度比较还是相当的。

模型试验方法有线弹性结构应力试验和地质力学模型试验两种。常规的是线弹性结构应力试验，用以量测坝体和坝基的变形和应力。地质力学模型是惟一能够相当全面地模拟不连续岩体的自然条件和岩石力学性质的方法，通过试验可以了解到拱座从加荷开始到破坏的过程和机理。但是试验工作量大、费用昂贵。

平衡分析法

1、刚体极限平衡法的基本假定

①将滑移体视为刚体，不考虑其中各部分间的相对位移；

②只考虑滑移体上力的平衡，不考虑力矩的平衡，认为后者可由力的分布自行调整满足，因此，在拱端作用的力系中不考虑弯矩的影响

③忽略拱坝的内力重分布作用，认为作用在岩体上的力系为定值

④达到极限平衡状态时，滑裂面上的剪力方向将与滑移的方向平行，指向相反，数值达到极限值。

刚体极限平衡法立足于核算由节理裂隙、断层、软弱夹层面等构成滑裂面的抗滑稳定。但当岩体的节理裂隙分布比较均匀，没有较大的断层或软弱夹层或延伸连续性长的裂隙节理形成的滑动面时，一般可假定几个与拱座径向面有不同夹角的滑动面，每隔进行一次稳定核算，以安全度最小者控制设计。

2、刚体极限平衡法分类

刚体极限平衡法又可分为按不同高程单位高度拱圈的坝肩岩体稳定算法(平面分层稳定分析)和按空间坝肩整体稳定算法(空间整体分析)两类。前者不考虑岩体上下层的整体作用，如各高程水平拱圈的坝肩岩体都能稳定，当然更能保证整体稳定；但如分层计算时有某层不满足稳定要求，并不意味坝肩一定会失稳，这时需进行空间整体分析。

失稳形式分析

坝肩岩体滑动的主要原因，一是岩体内存在着软弱结构面；二是荷载作用(拱端推力、渗透压力等)。因此，在进行抗滑稳定计算时，首先必须查明坝轴线附近基岩的节理、裂隙等各种软弱结构面的产状，研究失稳时最可能的滑动面和滑动方向，选取滑动面上的抗剪强度指标，然后进行抗滑稳定计算，找出最危险的滑裂面组合和相应的最小安全系数。

1）拱坝在水库蓄水受力后，坝肩上游侧岩体内存在着一个水平拉应力区，将产生近于铅直向的裂缝，从而形成上游拉裂面； 2）滑移体靠河一侧的自然边坡为纵向临空面； 3）滑移体内侧由于存在着陡倾角的节理、裂隙、软弱夹层或断层等，形成侧向滑裂面；4）滑移体底部由于存在着缓倾角的上述结构面，形成底部滑裂面。

影响

在拱坝坝肩岩体稳定计算中，应当考虑下列荷载：坝体传来的作用力、岩体的自重和渗流水压力等，其中，渗流水压力是控制拱坝坝肩岩体稳定的重要因素之一。如1959年法国马尔巴塞拱坝，在初次蓄水不久即全坝溃决，许多专家在分析其原因时，认为渗流压力起着重要的作用。专家们对拱坝溃决的原因分析最终得出的结论均为由于渗流压力增大而导致岩体失稳。

在裂隙岩体渗流研究工作中，对均质和节理裂隙发育的岩体中形成的稳定渗流，通常可用达西定律确定岩体内的渗压强度。对节理、裂隙、断层等各向异性的岩体，其渗流特性也呈各向异性，且随岩体内的应力状态而改变，这种裂隙岩体内的裂隙水流已不服从达西定律。此时，尽管也有不同的模拟方法，如不连续体的裂隙网络计算模型和等效连续介质模型等，但更为可靠的手段则是在现场设置测压孔，进行试验和监测。

目前控制渗压的有效方法是在地基内设置灌浆帷幕和排水系统。但排水孔布置要得当，只有当排水孔位于拱推力引起的压应力集中区的上游时，才能获得良好的效果。

措施

改善坝肩稳定性的工程措施：

(1)加强地基处理，对不利的节理和结构面等进行有效的冲洗和固结灌浆，以提高其抗剪强度。

(2)加强坝肩岩体的灌浆和排水措施，减少岩体内的渗流压力。

(3)将拱端向岸壁深挖嵌进，以扩大下游的抗滑岩体，也可避开不利的滑裂面。这种做法对增加拱座的稳定性较为有效。

(4)改进拱圈设计，如采用三心拱、抛物线拱等型式，使拱端推力尽可能转向正交于岸坡。

(5)如拱端基岩承载能力较差，可局部扩大拱端或设置重力墩。

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