壩肩

在拱壩設計的各個階段，都應重視拱壩的穩定性分析。分析以往一些拱壩事故的原因，絕大多數是由於壩肩巖體失穩或變形過大所致，很少是由於拱壩本身應力問題所造成。因此，拱壩的穩定性主要體現在兩岸拱座的穩定性上，拱壩的穩定性分析應主要對兩岸拱座的穩定性進行分析。

拱壩壩肩巖體的穩定問題是三維問題，當壩肩巖體為斷層、節理、裂縫、層面等結構面所匿成巖體有可能遊移時，應進行三續抗滑穩定性分析。由於巖體成因和構造複雜，巖性多樣，不同巖體其力學屬性不同，而同一巖體的物理力學參數也具有明顯的分散性和不確定性；並且作用於壩肩巖體上的攤端力系，又受到諸如水壓、泥沙壓力、變灄、材料參數等不確定因素的影響，所以拱壩壩肩考慮隨機特性的穩定可靠度分析是很有崧簧研究解決的問題。 ^[1] 

目前，國內外評價拱座穩定的方法較多，根據其所用手段的不同，可分為兩大類：一類是計算分析法；另一類是模型試驗法。 ^[2] 

計算分析法也分為兩類：①將巖體作為剛體考慮的剛體極限平衡法；②將壩和地基作為彈性體或彈塑性體的有限元法。有限元法可以將應力、變形和穩定統一起來計算，瞭解破壞的過程和機理。因空間計算的工作量及所需計算機容量較大，目前國內外大都作為平面問題計算。剛體極限平衡法比較粗略，然而概念比較明確，方法比較簡單，其精度和目前原始數據的精度比較還是相當的。

模型試驗方法有線彈性結構應力試驗和地質力學模型試驗兩種。常規的是線彈性結構應力試驗，用以量測壩體和壩基的變形和應力。地質力學模型是惟一能夠相當全面地模擬不連續巖體的自然條件和岩石力學性質的方法，通過試驗可以瞭解到拱座從加荷開始到破壞的過程和機理。但是試驗工作量大、費用昂貴。

1、剛體極限平衡法的基本假定

①將滑移體視為剛體，不考慮其中各部分間的相對位移；

②只考慮滑移體上力的平衡，不考慮力矩的平衡，認為後者可由力的分佈自行調整滿足，因此，在拱端作用的力系中不考慮彎矩的影響

③忽略拱壩的內力重分佈作用，認為作用在巖體上的力系為定值

④達到極限平衡狀態時，滑裂面上的剪力方向將與滑移的方向平行，指向相反，數值達到極限值。

剛體極限平衡法立足於核算由節理裂隙、斷層、軟弱夾層面等構成滑裂面的抗滑穩定。但當巖體的節理裂隙分佈比較均勻，沒有較大的斷層或軟弱夾層或延伸連續性長的裂隙節理形成的滑動面時，一般可假定幾個與拱座徑向面有不同夾角的滑動面，每隔進行一次穩定核算，以安全度最小者控制設計。

2、剛體極限平衡法分類

剛體極限平衡法又可分為按不同高程單位高度拱圈的壩肩巖體穩定算法(平面分層穩定分析)和按空間壩肩整體穩定算法(空間整體分析)兩類。前者不考慮巖體上下層的整體作用，如各高程水平拱圈的壩肩巖體都能穩定，當然更能保證整體穩定；但如分層計算時有某層不滿足穩定要求，並不意味壩肩一定會失穩，這時需進行空間整體分析。 ^[3] 

壩肩巖體滑動的主要原因，一是巖體內存在着軟弱結構面；二是荷載作用(拱端推力、滲透壓力等)。因此，在進行抗滑穩定計算時，首先必須查明壩軸線附近基岩的節理、裂隙等各種軟弱結構面的產狀，研究失穩時最可能的滑動面和滑動方向，選取滑動面上的抗剪強度指標，然後進行抗滑穩定計算，找出最危險的滑裂面組合和相應的最小安全係數。

1）拱壩在水庫蓄水受力後，壩肩上游側巖體內存在着一個水平拉應力區，將產生近於鉛直向的裂縫，從而形成上游拉裂面； 2）滑移體靠河一側的自然邊坡為縱向臨空面； 3）滑移體內側由於存在着陡傾角的節理、裂隙、軟弱夾層或斷層等，形成側向滑裂面；4）滑移體底部由於存在着緩傾角的上述結構面，形成底部滑裂面。 ^[3] 

在拱壩壩肩巖體穩定計算中，應當考慮下列荷載：壩體傳來的作用力、巖體的自重和滲流水壓力等，其中，滲流水壓力是控制拱壩壩肩巖體穩定的重要因素之一。如1959年法國馬爾巴塞拱壩，在初次蓄水不久即全壩潰決，許多專家在分析其原因時，認為滲流壓力起着重要的作用。專家們對拱壩潰決的原因分析最終得出的結論均為由於滲流壓力增大而導致巖體失穩。

在裂隙巖體滲流研究工作中，對均質和節理裂隙發育的巖體中形成的穩定滲流，通常可用達西定律確定巖體內的滲壓強度。對節理、裂隙、斷層等各向異性的巖體，其滲流特性也呈各向異性，且隨巖體內的應力狀態而改變，這種裂隙巖體內的裂隙水流已不服從達西定律。此時，儘管也有不同的模擬方法，如不連續體的裂隙網絡計算模型和等效連續介質模型等，但更為可靠的手段則是在現場設置測壓孔，進行試驗和監測。

目前控制滲壓的有效方法是在地基內設置灌漿帷幕和排水系統。但排水孔佈置要得當，只有當排水孔位於拱推力引起的壓應力集中區的上游時，才能獲得良好的效果。

改善壩肩穩定性的工程措施：

(1)加強地基處理，對不利的節理和結構面等進行有效的沖洗和固結灌漿，以提高其抗剪強度。

(2)加強壩肩巖體的灌漿和排水措施，減少巖體內的滲流壓力。

(3)將拱端向岸壁深挖嵌進，以擴大下游的抗滑巖體，也可避開不利的滑裂面。這種做法對增加拱座的穩定性較為有效。

(4)改進拱圈設計，如採用三心拱、拋物線拱等型式，使拱端推力盡可能轉向正交於岸坡。

(5)如拱端基岩承載能力較差，可局部擴大拱端或設置重力墩。